Aujourd'hui, le smartphone moyen affiche des fonctionnalités fantastiques. Frustrant une seule chose - la batterie, qui suffit à peine pour une journée de travail actif! Dans cet article, nous discuterons comment et pourquoi les alimentations électriques ont évolué dans les téléphones mobiles et quelles sont les technologies de charge rapide des batteries. Et en même temps, nous dissiperons certains vieux mythes sur la manipulation «correcte» des batteries.
Bonjour, Habr! Nous sommes Anker, et c'est notre premier, mais loin d'être le dernier post sur le Hubblog. Au cas où quelqu'un d'autre ne le saurait pas, Anker est le plus grand fabricant au monde de chargeurs mobiles pour la vente au détail, fondé par l'ancien ingénieur de Google Stephen Young. Cependant, notre portefeuille ne se limite pas aux seuls exercices. La marque Anker vend une variété de câbles USB et de banques d'alimentation, d'écouteurs et de haut-parleurs portables, de concentrateurs USB, de stations d'accueil et même d'aspirateurs robotiques! Et tout cela est notre propre développement. Nous ne renommons pas les produits de quelqu'un d'autre. Anker emploie des centaines d'ingénieurs qui effectuent de véritables recherches, développements et tests de nouveaux produits.
Dans ce blog, nous parlerons de la technologie à travers le prisme de notre spécialisation, partagerons les connaissances et les idées de l'équipe internationale d'Anker. Nous garantissons que vous ne rencontrerez aucune publicité intrusive et déclarations marketing ici. Et maintenant, nous allons faire une petite excursion dans l'histoire de la recharge des téléphones portables (notre sujet préféré). Comment les premiers téléphones portables ont été chargés, à quelle vitesse les technologies de charge fonctionnent et pourquoi il est grand temps d'oublier les mythes sur les batteries - ici et maintenant.
Batteries dans les téléphones avant-hier, hier et aujourd'hui
L'histoire des batteries de téléphone remonte aux années 1940, lorsque les voitures de police à Saint-Louis, PCS. Missouri, des radiotéléphones sont apparus. Ils étaient alimentés par une batterie de voiture, dont une charge complète suffisait pour environ six appels courts. La batterie de la voiture était chargée lorsque le moteur de la voiture tournait. Pendant plusieurs décennies, les téléphones portables sont restés un accessoire coûteux dans les voitures d'affaires haut de gamme - l'électronique de cette époque était si exigeante en ampérage qu'aucune des batteries compactes ne pouvait l'alimenter.
Cela a continué jusqu'en 1973, lorsque le premier téléphone portable vraiment portable Motorola est apparu, plus tard appelé le DynaTAC 8000X (mis en vente seulement en 1983). Le téléphone se contentait d'une batterie nickel-cadmium à six cellules d'une capacité totale de 500 mAh. Une charge suffisait pour 30 à 40 minutes de conversation (selon la force du signal de la station de base).
Le chargeur du DynaTAC 8000X avait une fonction de charge d'entretien - il s'agit de l'alimentation d'une batterie déjà chargée avec de faibles courants pour compenser son auto-décharge, ce qui est bien le péché des batteries nickel-cadmium. Il a fallu 10 heures pour recharger le téléphone à partir de zéro. Pour les hommes d'affaires pressés, Motorola proposait un chargeur rapide spécial - une station d'accueil de 2 kg qui pouvait charger une batterie DynaTAC 8000X en seulement une heure! Dans le même temps, le téléphone n'a presque pas chauffé et la batterie ne s'est pas dégradée. En fait, la recharge rapide des téléphones n'est pas apparue «hier», mais il y a 37 ans.
Alors que dans la première moitié des années 1990 les téléphones portables développaient de nouvelles batteries compactes nickel-hydrure métallique, une véritable révolution a eu lieu sur le marché des batteries: en 1991, Sony a lancé la première batterie lithium-ion fournie avec caméscope de cinéma CCD-TR1. Les batteries lithium-ion ont surpassé leurs prédécesseurs en termes de durée de vie et de densité d'énergie. De plus, il n'y avait pas d '«effet mémoire» en eux, ce qui a finalement donné aux acheteurs d'électronique portable la possibilité de recharger leur équipement d'une nouvelle manière - sans attendre que la batterie soit complètement déchargée et sans la charger complètement.
Avec l'avènement des batteries lithium-ion, l'autonomie en veille des téléphones est passée à quelques jours, voire semaines, contre un ou deux jours plus tôt. L'ère des ordinateurs personnels de poche (PDA) «gloutons» et plus encore des smartphones n'était pas encore arrivée, donc recharger le téléphone une fois par semaine était monnaie courante - il n'y avait tout simplement pas besoin d'une charge «rapide». Mais les progrès ne sont pas restés immobiles et à la fin des années 1990, des batteries au lithium polymère ont été mises en vente. Le légendaire Ericsson T28 1999 est devenu le premier téléphone doté d'une batterie au lithium polymère.
Ce n'était pas un nouveau type de batterie, mais juste une petite mise à niveau des cellules lithium-ion: l'électrolyte liquide qu'elles contenaient a été remplacé par un solide ou un gel, ce qui augmentait la densité d'énergie. Mais l'augmentation de la densité d'énergie a permis de fabriquer des batteries plus minces avec la même capacité. Ou plus volumineux dans la même taille. La capacité de la batterie a considérablement augmenté, mais la vitesse de chargement n'a pas changé. Le plus souvent, les smartphones étaient fournis avec les périphériques de mémoire les moins chers avec une puissance de sortie d'environ 5 W, ce qui prenait jusqu'à trois heures pour reconstituer la charge d'une batterie volumineuse. Même si les utilisateurs achetaient des adaptateurs d'une puissance de 10W, le contrôleur d'alimentation du smartphone n'a pas toujours accepté de fournir cette alimentation à la batterie, tout en restant fidèle au profil sûr 5V / 1A.La nécessité de charger un smartphone pendant des heures angoissantes a fait bouger les rouages du progrès - au début des années 2010, les fabricants d'appareils mobiles cherchaient activement des moyens de recharger rapidement les batteries. Et ils l'ont trouvé.
Charge rapide: l'avenir est là
À la fin du 20e siècle, il fallait en moyenne une heure et demie à deux heures pour recharger un téléphone, mais les téléphones portables fonctionnaient sur une seule charge pendant plusieurs jours. Un smartphone avec une énorme capacité de batterie de 2000 mAh pour le début des années 2010 pourrait être mis à zéro en moins d'une journée - grâce à des jeux exigeants, à des vidéos en streaming et à un Internet mobile rapide.
La charge USB dite "lente" selon la norme USB Battery Charging permet d'augmenter le courant du chargeur à 2 A à 5 V, mais même deux heures pour recharger un gros smartphone est trop long.
En 2012, la norme USB Power Delivery a été adoptée, qui régule la transmission de tensions jusqu'à 20 V et de courants jusqu'à 5 A. via l'interface USB.Des câbles certifiés de haute qualité sont nécessaires pour les puissances élevées. Sur la base des spécifications Power Delivery, les fabricants de puces ont commencé à développer leurs propres solutions pour les smartphones à chargement rapide. Le géant des télécommunications Qualcomm, dont le protocole Quick Charge 2.0 est devenu une version améliorée de Power Delivery, a été le premier à le faire - contrairement à la norme mère, Quick Charge 2.0 fonctionnait avec tous les câbles et connecteurs Micro-USB 2.0.
Le principe de fonctionnement de Quick Charge 2.0 consistait à fournir à la batterie par phases une tension augmentée jusqu'à 12 V à courant constant jusqu'à ce qu'environ la moitié de la batterie soit chargée. Après cela, la tension chute et la vitesse de charge diminue, ce qui réduit la surchauffe du smartphone et de la batterie.
Désormais, la cinquième version de Quick Charge est déjà pertinente: Qualcomm promet de charger le smartphone jusqu'à 50% en 5 minutes et jusqu'à 100% en 15 minutes. En effet, Quick Charge 5.0 permet le transfert de puissance vers un smartphone jusqu'à 100 watts. Et sans surchauffer la batterie - le smartphone ne chauffera pas à plus de 40 ° C.
Qualcomm Quick Charge est une norme sous licence propriétaire. Il n'est pris en charge que par les systèmes sur une puce Qualcomm Snapdragon, qui, cependant, sont construits sur environ 40% des smartphones Android modernes. La charge rapide doit également être prise en charge par le chargeur. L'ajout de Quick Charge au bloc d'alimentation n'a qu'un impact mineur sur son prix. Les alimentations dotées de cette technologie sont nécessairement marquées d'un logo éclair et le port de charge lui-même est mis en évidence en couleur.
Sur la base de Quick Charge, d'autres sociétés ont développé leurs propres technologies de charge rapide, mais entièrement compatibles: Motorola TurboPower, Xiaomi Mi Fast Charging, Samsung Adaptive Fast Charging, Asus BoostMaster et Vivo Dual-Engine Fast Charging. En fait, ils ne sont pas différents de Quick Charge à l'exception des noms, et fonctionnent donc parfaitement en tandem avec des alimentations avec prise en charge de Quick Charge.
Contrairement à la charge avec une tension accrue, une autre approche méritait le droit à la vie - charger des batteries avec des courants accrus à une tension normale de 5 V. Par exemple, le chinois BBK Electronics, propriétaire de la marque OPPO, a emprunté cette voie. La technologie VOOC (Voltage Open Loop Multi-step Constant-Current Charging) fournit un smartphone avec une tension USB standard de 5 V, mais avec un courant d'au moins 4,0 A. La troisième version de VOOC a pris en charge des courants jusqu'à 5,0 A, et la quatrième version - jusqu'à 6,0 A. VOOC sous différents noms est venu aux smartphones d'autres marques de BBK Electronics: OnePlus Dash Charge, Vivo Super FlashCharge et Realme Dart Charge.
Les petits chargeurs 5W fournis avec l'iPhone sont souvent laissés de côté car inutiles. L'Anker PowerPort III Nano est de taille similaire et charge l'iPhone avec une puissance maximale de 18 watts. Source: Anker
VOOC et ses analogues sont associés à des batteries spéciales, divisées en secteurs. Une batterie avec le soutien de cette technologie porte huit plages de contact, à travers lesquelles plusieurs secteurs d'une batterie sont chargés en parallèle.
Étant donné que la tension de charge via VOOC est standard, le téléphone n'a pas besoin de l'abaisser pour la fournir à la batterie, ce qui signifie que le contrôleur ne l'abaissera pas, libérant de la chaleur nocive pour la batterie. Autrement dit, en termes de santé de la batterie, VOOC est plus sûr que Quick Charge. Un autre avantage s'est avéré être que lors de l'utilisation du smartphone pendant la charge VOOC, il ne surchauffe pas. Mais il vaut mieux ne pas utiliser les appareils avec Quick Charge jusqu'à la version 5.0 pendant la recharge, sinon les smartphones commencent à se réchauffer et le contrôleur d'alimentation réduit la tension pour des raisons de sécurité et ralentit la charge.
VOOC avait l'air trop beau jusqu'à ce que l'utilisateur sache que la technologie avait besoin d'un câble spécial avec des conducteurs plus épais pour transporter des courants élevés et une broche de signalisation supplémentaire sur le connecteur.
Anker PowerIQ — ,
Comme vous le comprenez, les chargeurs complets pour smartphones prennent toujours en charge une technologie de charge rapide (enfin, et ses «copies»). Si vous êtes l'heureux propriétaire de gadgets de différentes sociétés, par exemple, Apple iPad Pro avec Power Delivery, Samsung GALAXY S9 avec Adaptive Fast Charging, puis charger à partir d'un gadget chargera un autre gadget en mode lent.
Pour un «zoo» d'appareils de différentes marques, il est utile d'acheter un adaptateur universel avec plusieurs sorties pour charger simultanément tous les gadgets - afin que le chargeur comprenne avec quelle norme de charge rapide le gadget connecté fonctionne et commence à se charger selon cette norme.
Dans tous les chargeurs Anker, la technologie Anker PowerIQ en est responsable. Par exemple, l'Anker PowerPort Atom III dispose de sorties USB-C et USB-A, chacune marquée avec PowerIQ 3.0 et PowerIQ 2.0, respectivement. Ces sorties peuvent être utilisées pour connecter des smartphones, des tablettes et même des ordinateurs portables prenant en charge USB Power Delivery, Qualcomm Quick Charge et leurs analogues - dans tous les cas, l'adaptateur sélectionnera le mode d'alimentation maximum autorisé, que ce soit 5 V / 2,4 A, 9 V / 2 A ou même 12 V / 1,5 A.
L'Anker Powerport III Nano 20W peut être un assistant indispensable dans ce cas. C'est le chargeur le plus fin et le plus léger de la gamme Anker. Le nouveau produit s'adaptera à presque tous les appareils Apple et Android et éliminera le besoin d'avoir une mémoire personnelle pour chaque gadget. Il dispose d'un seul port USB-C capable de fournir jusqu'à 20 W de puissance en utilisant la norme Power Delivery. Les ingénieurs d'Anker Innovations intègrent 20 W dans un adaptateur de 2,74 x 3,00 cm, ce qui est comparable à la taille d'une pièce de 5 roubles.
Chaque chargeur Anker doté de la technologie PowerIQ dispose d'une puce qui communique avec le gadget connecté et sélectionne le protocole d'alimentation le plus efficace. Par exemple, PowerIQ 3.0 fonctionne avec Power Delivery, Quick Charge et Apple Fast Charging. Lorsqu'un smartphone est connecté, la puce PowerIQ envoie des commandes, avec lesquelles elle offre à son tour au smartphone les protocoles d'alimentation pris en charge. Si le smartphone répond qu'il peut fonctionner avec Power Delivery ou Quick Charge, le chargeur Anker transmet des données sur la tension et le courant de sortie pris en charge. Le smartphone choisira le mode d'alimentation optimal parmi ceux proposés et enverra une commande à ce sujet au chargeur. Après cela, le chargeur Anker ajustera la tension en fonction du profil sélectionné et le smartphone consommera du courant conformément au protocole.
Plusieurs mythes sur la charge de la batterie
Les utilisateurs de smartphones se disputent toujours sur Internet les dangers de la recharge rapide des batteries. Certains soulignent que tout écart par rapport à la combinaison éprouvée de 5 V / 2 A (10 W) au fil des ans nuit à la batterie, d'autres citent les résultats d'études prouvant que l'alimentation du téléphone même à 30 W, si cela affecte la santé de la batterie, est extrêmement insignifiante. ... Nous allons maintenant détruire impitoyablement cela et quelques autres mythes sur la charge des batteries.
Bien entendu, les courants de charge et de décharge élevés ne sont pas bons pour les batteries. Mais cela vaut-il la peine d'avoir peur de charger le gadget de cette manière, ou si l'effet négatif de cela se manifeste, alors vers la fin de la vie du smartphone lui-même? Une charge quotidienne dans le mode le plus doux (5 V / 1 A) réduira la capacité de la batterie au lithium polymère d'environ 10 à 15% sur 400 cycles, ce qui correspond à un à un an et demi d'utilisation de l'appareil. Après avoir atteint 500 cycles, il est recommandé de changer la batterie du téléphone, car en vieillissant, la capacité de la batterie ne baisse pas de manière linéaire, mais exponentielle.
L'effet de la charge rapide sur l'usure de la batterie a été testé par des spécialistes du SLAC National Accelerator Laboratory (un laboratoire de l'Université de Stanford) en 2014. Résultats de recherchea montré que l'état de l'anode et de la cathode ne change pas en fonction du taux de charge de la batterie. En 2020, les employés de DDay.it ont organisé un test de résistance pour le smartphone OPPO Find X2 Pro avec la technologie VOOC. En un mois et demi, le téléphone a été chargé avec un adaptateur de 65 W, pendant le test, la batterie a survécu à 248 cycles. Pour une décharge rapide, une charge artificielle extrême a été créée dans le téléphone, à partir de laquelle l'appareil a chauffé jusqu'à 44 ° C nocifs. À la fin de l'expérience, la batterie a perdu environ 15% de sa capacité, bien qu'il ait été initialement supposé que la dégradation atteindrait 35%. Sans les charges élevées et la température dangereuse pour la batterie, la baisse de capacité serait encore moindre.
Il est surprenant que même en 2020, parmi les utilisateurs de smartphones inexpérimentés, il existe des mythes de longue date sur la charge «correcte». Par exemple, certaines personnes «balancent» encore la batterie après avoir acheté un téléphone, en chargeant l'appareil jusqu'au bout et en le déchargeant à zéro à plusieurs reprises, comme cela était recommandé au début des années 1990 pour les cellules nickel-hydrure métallique. Cela permet supposément d'utiliser toute la capacité de la nouvelle batterie, et si cela n'est pas fait, le smartphone, disent-ils, sera déchargé plus tôt qu'il ne le devrait. Quelqu'un appelle également ce processus «calibrage du contrôleur de puissance».
En fait, les batteries lithium-ion n'ont pas besoin de «formation» avant d'utiliser l'appareil, plusieurs cycles complets de charge et de décharge n'affecteront pas du tout la capacité de la batterie et n'augmenteront pas la durée de vie possible de la batterie pendant une minute. Le contrôleur sait parfaitement avec quelle capacité il doit travailler, et en plus, parfois lui-même, sans intervention de l'utilisateur, se calibre à mesure que la batterie se dégrade.
légende sur l'importance du «swing» des batteries alimente encore le mythe de l'effet mémoire. L'effet mémoire lui-même, lorsque la capacité de la cellule est perdue en raison de la recharge fréquente d'une batterie incomplètement déchargée, existe vraiment. C'est juste que les premières batteries lithium-ion et lithium-polymère modernes n'ont pratiquement pas cet effet (sa manifestation est négligeable). Les piles nickel-cadmium obsolètes et, dans une moindre mesure, les piles nickel-hydrure métallique, qui n'ont pas été utilisées dans les gadgets depuis la fin des années 1990, sont sujettes à un effet mémoire.
Le troisième mythe dit que les smartphones ne peuvent pas être laissés connectés à un chargeur pendant longtemps, par exemple du jour au lendemain - comme si la batterie était surchargée au-delà de toute mesure, c'est pourquoi elle perd de sa capacité et peut même prendre feu. En principe, au début des années 1990, une telle opinion avait encore le droit d'exister, mais maintenant, à l'ère des batteries lithium-ion avec contrôleurs, cela ne fait aucune différence combien de temps vous gardez votre smartphone connecté à la prise. Ensuite, le contrôleur de puissance a été inventé pour éviter la surcharge. Lorsque la batterie est chargée, le contrôleur le voit et passe en mode d'économie de charge, réduisant la consommation de courant à des valeurs proches de zéro.
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En un quart de siècle, la capacité des batteries de téléphones portables a littéralement augmenté d'un ordre de grandeur, tout comme les «appétits» des gadgets. Les progrès de la technologie des batteries n'évoluent pas aussi vite que dans les GPU ou la mémoire, mais les batteries au lithium polymère d'aujourd'hui sont un véritable miracle, ne nécessitant qu'une alimentation de qualité.
Pour libérer tout le potentiel de la batterie, profiter d'une charge sûre et rapide, vous devez choisir un bon chargeur - les adaptateurs complets pour smartphone de l'économie ne répondent souvent qu'aux exigences minimales de charge. Il est doublement intelligent d'avoir un chargeur universel multiport à la maison qui fonctionne avec plusieurs protocoles de charge rapide et dispose de sorties USB-A et USB-C pour la technologie la plus moderne et vieillissante.