Hoy en día, el teléfono inteligente común tiene características fantásticas. Frustrante solo una cosa: la batería, que apenas es suficiente para un día de trabajo activo. En esta publicación, discutiremos cómo y por qué han evolucionado las fuentes de alimentación en los teléfonos móviles y qué son las tecnologías de carga rápida de baterías. Y al mismo tiempo disiparemos algunos viejos mitos sobre el manejo "correcto" de las baterías.
¡Hola, Habr! Somos Anker, y esta es nuestra primera, pero no la última, publicación en el Hubblog. En caso de que alguien más no lo sepa, Anker es el mayor fabricante mundial de cargadores móviles para ventas minoristas, fundado por el ex ingeniero de Google Stephen Young. Sin embargo, nuestra cartera no se limita solo a ejercicios. La marca Anker vende una variedad de cables USB y bancos de energía, auriculares y parlantes portátiles, concentradores USB, estaciones de acoplamiento e incluso aspiradoras robóticas. Y todo esto es nuestro propio desarrollo. No volvemos a etiquetar los productos de otra persona. Anker emplea a cientos de ingenieros que realizan investigación, desarrollo y prueba reales de nuevos productos.
En este blog, hablaremos de tecnología a través del prisma de nuestra especialización, compartiremos conocimientos e ideas del equipo internacional de Anker. Le garantizamos que no encontrará aquí ninguna publicidad intrusiva ni declaraciones de marketing. Y ahora mismo haremos una pequeña excursión a la historia de la carga de teléfonos móviles (nuestro tema favorito). Cómo se cargaron los primeros teléfonos móviles, qué tan rápido funcionan las tecnologías de carga y por qué es hora de olvidarse de los mitos sobre las baterías, aquí y ahora.
Baterías en teléfonos anteayer, ayer y hoy
La historia de las baterías de teléfonos se remonta a la década de 1940, cuando los coches de policía en St. Louis, pcs. Missouri, aparecieron los radioteléfonos. Estaban alimentados por una batería de automóvil, una carga completa de la cual era suficiente para unas seis llamadas cortas. La batería del automóvil se cargó cuando el motor del automóvil estaba encendido. Durante varias décadas, los teléfonos móviles siguieron siendo un accesorio costoso en los automóviles comerciales premium: los componentes electrónicos de esa época eran tan exigentes en amperaje que ninguna de las baterías compactas podía alimentarlos.
Esto continuó hasta 1973, cuando apareció el primer teléfono celular verdaderamente portátil Motorola, más tarde llamado DynaTAC 8000X (salió a la venta solo en 1983). El teléfono se contentaba con una batería de níquel-cadmio de seis celdas con una capacidad total de 500 mAh. Una carga fue suficiente para 30-40 minutos de conversación (dependiendo de la intensidad de la señal de la estación base).
El cargador del DynaTAC 8000X tenía una función de carga lenta: se trata del suministro de una batería ya cargada con bajas corrientes para compensar su autodescarga, que es en gran medida el pecado de las baterías de níquel-cadmio. Se necesitaron 10 horas para recargar el teléfono desde cero. Para los hombres de negocios apresurados, Motorola ofreció un cargador rápido especial: ¡una base de 2 kg que podía cargar una batería DynaTAC 8000X en solo una hora! Al mismo tiempo, el teléfono casi no se calentó y la batería no se degradó. De hecho, la carga rápida de teléfonos no apareció “ayer”, sino hace 37 años.
Mientras los teléfonos móviles desarrollaban nuevas baterías compactas de hidruro metálico de níquel en la primera mitad de la década de 1990, se produjo una verdadera revolución en el mercado de las baterías: en 1991, Sony lanzó la primera batería de iones de litio que vino con videocámara de película CCD-TR1. Las baterías de iones de litio superaron a sus predecesoras en términos de vida útil y densidad de energía. Además, no hubo "efecto memoria" en ellos, lo que finalmente les dio a los compradores de dispositivos electrónicos portátiles la oportunidad de cargar sus equipos de una manera nueva, sin esperar a que la batería se descargue por completo y sin cargarla completamente.
Con la llegada de las baterías de iones de litio, el tiempo de espera de los teléfonos ha aumentado a días o incluso semanas, en comparación con uno o dos días antes. La era de las computadoras personales de bolsillo (PDA) "glotonas" y aún más de los teléfonos inteligentes aún no ha llegado, por lo que recargar el teléfono una vez a la semana era algo común, simplemente no había necesidad de una carga "rápida". Pero el progreso no se detuvo y, a fines de la década de 1990, las baterías de polímero de litio salieron a la venta. El legendario Ericsson T28 de 1999 se convirtió en el primer teléfono con batería de polímero de litio.
Este no era un nuevo tipo de batería, sino solo una pequeña actualización de las celdas de iones de litio: el electrolito líquido en ellas se reemplazó por uno sólido o similar a un gel, lo que aumentó la densidad de energía. Pero la mayor densidad de energía hizo posible fabricar baterías más delgadas con la misma capacidad. O más espacioso en el mismo tamaño. La capacidad de las baterías ha aumentado notablemente, pero la velocidad de carga no ha cambiado. La mayoría de las veces, los teléfonos inteligentes se incluían con los dispositivos de memoria más baratos con una potencia de salida de aproximadamente 5 W, lo que tardó hasta tres horas en recargar la carga de una batería de gran capacidad. Incluso si los usuarios compraron adaptadores con una potencia de 10W, el controlador de energía del teléfono inteligente no siempre estuvo de acuerdo en suministrar dicha energía a la batería, sin dejar de ser fiel al perfil seguro de 5V / 1A.La necesidad de cargar el teléfono inteligente durante horas agónicamente largas hizo que los engranajes del progreso se movieran: a principios de la década de 2010, los fabricantes de dispositivos móviles buscaban activamente formas de recargar rápidamente las baterías. Y lo encontraron.
Carga rápida: el futuro que ha llegado
A finales del siglo XX, se tardaba un promedio de una hora y media a dos en cargar un teléfono, pero los teléfonos móviles funcionaban con una sola carga durante varios días. Un teléfono inteligente con una enorme capacidad de batería de 2000 mAh para principios de la década de 2010 podría ajustarse a cero en menos de un día, gracias a los juegos exigentes, la transmisión de video y la Internet móvil rápida.
La llamada carga "lenta" a través de USB según el estándar de carga de batería USB permite aumentar la corriente del cargador a 2 A con un voltaje de 5 V, pero incluso dos horas para recargar un teléfono inteligente grande es demasiado tiempo.
En 2012, se adoptó el estándar USB Power Delivery, que regulaba la transmisión de voltajes de hasta 20 V y corrientes de hasta 5 A a través de la interfaz USB. Sin embargo, la alta potencia requiere cables certificados de alta calidad. Basándose en las especificaciones de Power Delivery, los fabricantes de chips han comenzado a desarrollar sus propias soluciones para teléfonos inteligentes de carga rápida. El gigante de las telecomunicaciones Qualcomm, cuyo protocolo Quick Charge 2.0 se convirtió en una versión mejorada de Power Delivery, fue el primero en hacer esto; a diferencia del estándar principal, Quick Charge 2.0 funcionaba con cualquier cable y conector Micro-USB 2.0.
El principio de funcionamiento de Quick Charge 2.0 consistía en el suministro escalonado a la batería de un voltaje aumentado de hasta 12 V a corriente constante hasta que se cargó aproximadamente la mitad de la batería. Después de eso, el voltaje cae y la velocidad de carga disminuye, lo que reduce el sobrecalentamiento del teléfono inteligente y la batería junto con él.
Ahora la quinta versión de Quick Charge ya es relevante: Qualcomm promete cargar el teléfono inteligente hasta un 50% en 5 minutos y hasta un 100% en 15 minutos. Esto se debe a que Quick Charge 5.0 permite la transferencia de energía al teléfono inteligente hasta 100 vatios. Y sin sobrecalentar la batería, el teléfono inteligente se calentará a no más de 40 ° C.
Qualcomm Quick Charge es un estándar con licencia patentada. Solo es compatible con sistemas en un chip Qualcomm Snapdragon, que, sin embargo, se basan en aproximadamente el 40% de los teléfonos inteligentes Android modernos. Además, la carga rápida debe ser compatible con el cargador. Agregar carga rápida a la fuente de alimentación solo tiene un impacto menor en su precio. Las fuentes de alimentación con esta tecnología están necesariamente marcadas con un logotipo de rayo y el puerto de carga en sí está resaltado en color.
Basado en Quick Charge, otras compañías han desarrollado sus propias tecnologías de carga rápida, pero totalmente compatibles: Motorola TurboPower, Xiaomi Mi Fast Charging, Samsung Adaptive Fast Charge, Asus BoostMaster y Vivo Dual-Engine Fast Charging. De hecho, no se diferencian de Quick Charge excepto por los nombres y, por lo tanto, funcionan perfectamente en conjunto con fuentes de alimentación con soporte Quick Charge.
En contraste con la carga con voltaje aumentado, otro enfoque merecía el derecho a la vida: cargar baterías con corrientes aumentadas a un voltaje normal de 5 V. Por ejemplo, la empresa china BBK Electronics, propietaria de la marca OPPO, tomó este camino. La tecnología VOOC (carga de corriente constante multietapa de lazo abierto de voltaje) suministra a un teléfono inteligente un voltaje USB estándar de 5 V, pero con una corriente de al menos 4.0 A. La tercera versión de VOOC trajo soporte para corrientes de hasta 5.0 A, y la cuarta versión hasta 6.0 A. VOOC con diferentes nombres llegó a los teléfonos inteligentes de otras marcas de BBK Electronics: OnePlus Dash Charge, Vivo Super FlashCharge y Realme Dart Charge.
Los pequeños cargadores de 5 W que vienen con el iPhone a menudo se dejan fuera de la caja por ser innecesarios. El Anker PowerPort III Nano es similar en tamaño y carga el iPhone con una potencia máxima de 18 vatios. Fuente: Anker
VOOC y sus análogos están emparejados con baterías especiales, divididas en sectores. Una batería con el apoyo de esta tecnología lleva ocho almohadillas de contacto, a través de las cuales se cargan en paralelo varios sectores de una batería.
Dado que el voltaje de carga a través de VOOC es estándar, el teléfono no necesita bajarlo para suministrarlo a la batería, lo que significa que el controlador no lo bajará, liberando calor que es dañino para la batería. Es decir, en términos de salud de la batería, VOOC es más seguro que Quick Charge. Otra ventaja resultó ser que cuando se usa el teléfono inteligente durante la carga de VOOC, no se sobrecalienta. Pero es mejor que los dispositivos con carga rápida hasta la versión 5.0 no se utilicen durante la recarga, de lo contrario, los teléfonos inteligentes comienzan a calentarse y el controlador de energía reduce el voltaje por razones de seguridad y ralentiza la carga.
VOOC parecía demasiado bueno hasta que el usuario supo que la tecnología necesitaba un cable especial con conductores más gruesos para transportar altas corrientes y un pin de señalización adicional en el conector.
Anker PowerIQ — ,
Como comprenderá, los cargadores completos para teléfonos inteligentes siempre admiten una tecnología de carga rápida (bueno, y sus "copias"). Si eres el orgulloso propietario de dispositivos de diferentes compañías, por ejemplo, Apple iPad Pro con Power Delivery, Samsung GALAXY S9 con Adaptive Fast Charging, la carga desde un dispositivo cargará otro dispositivo en modo lento.
Para un "zoológico" de dispositivos de diferentes marcas, es útil comprar un adaptador universal con múltiples salidas para la carga simultánea de todos los dispositivos, de modo que el cargador comprenda con qué estándar de carga rápida funciona el dispositivo conectado y comience a cargar de acuerdo con este estándar.
En todos los cargadores Anker, la tecnología Anker PowerIQ es responsable de esto. Por ejemplo, el Anker PowerPort Atom III tiene salidas USB-C y USB-A, cada una marcada con PowerIQ 3.0 y PowerIQ 2.0, respectivamente. Estas salidas se pueden usar para conectar teléfonos inteligentes, tabletas e incluso computadoras portátiles con soporte para USB Power Delivery, Qualcomm Quick Charge y sus análogos; en todos los casos, el adaptador seleccionará el modo de energía máximo permitido, ya sea 5 V / 2.4 A, 9 V / 2 A o incluso 12 V / 1,5 A.
El Anker Powerport III Nano 20W puede ser un asistente indispensable en este caso. Es el cargador más delgado y ligero de la gama Anker. El nuevo producto se adaptará a casi cualquier dispositivo Apple y Android y eliminará la necesidad de tener una memoria personal para cada dispositivo. Cuenta con un solo puerto USB-C capaz de entregar hasta 20 W de potencia usando el estándar Power Delivery. Los ingenieros de Anker Innovations colocan 20 W en un adaptador de 2,74 x 3,00 cm, que es comparable al tamaño de una moneda de 5 rublos.
Cada cargador Anker con tecnología PowerIQ tiene un chip que se comunica con el dispositivo conectado y selecciona el protocolo de energía más eficiente para él. Por ejemplo, PowerIQ 3.0 funciona con Power Delivery, Quick Charge y Apple Fast Charging. Cuando se conecta un teléfono inteligente, el chip PowerIQ envía comandos, con los que ofrece al teléfono inteligente a su vez los protocolos de alimentación compatibles. Si el teléfono inteligente responde que puede funcionar con Power Delivery o Quick Charge, el cargador Anker transmite datos sobre el voltaje y la corriente de salida admitidos. El teléfono inteligente elegirá el modo de suministro de energía óptimo de los propuestos y enviará un comando al cargador. Después de eso, el cargador Anker ajustará el voltaje de acuerdo con el perfil seleccionado y el teléfono inteligente consumirá corriente de acuerdo con el protocolo.
Varios mitos sobre la carga de la batería
Los usuarios de teléfonos inteligentes todavía discuten en Internet sobre los peligros de la carga rápida de baterías. Algunos señalan que cualquier desviación de la combinación probada de 5 V / 2 A (10 W) a lo largo de los años daña la batería, mientras que otros citan resultados de investigaciones que demuestran que suministrar energía al teléfono incluso a 30 W, si afecta la salud de la batería, es extremadamente insignificante. ... Ahora destruiremos sin piedad esto y algunos mitos más sobre la carga de baterías.
Por supuesto, las altas corrientes de carga y descarga no son buenas para las baterías. Pero, ¿vale la pena tener miedo de cargar el dispositivo de esta manera, o si el efecto negativo de esto se manifiesta, entonces más cerca del final de la vida útil del teléfono inteligente? La carga diaria en el modo más suave (5 V / 1 A) reducirá la capacidad de la batería de polímero de litio en aproximadamente un 10-15% en 400 ciclos, lo que corresponde a un año y medio de uso del dispositivo. Después de llegar a los 500 ciclos, se recomienda cambiar la batería del teléfono, ya que a medida que envejece, la capacidad de la batería no baja de forma lineal, sino exponencial.
El efecto de la carga rápida sobre el desgaste de la batería fue probado por el SLAC National Accelerator Laboratory (un laboratorio de la Universidad de Stanford) en 2014. Resultados de la investigacionmostró que el estado del ánodo y el cátodo no cambia dependiendo de la velocidad de carga de la batería. En 2020, los empleados de DDay.it realizaron una prueba de esfuerzo para el teléfono inteligente OPPO Find X2 Pro con tecnología VOOC. En un mes y medio, el teléfono se cargó con un adaptador de 65 W, durante la prueba la batería sobrevivió 248 ciclos. Para una descarga rápida, se creó una carga extrema artificial en el teléfono, a partir de la cual el dispositivo se calentó hasta unos dañinos 44 ° C. Al final del experimento, la batería perdió alrededor del 15% de su capacidad, aunque inicialmente se asumió que la degradación sería de hasta un 35%. Si no fuera por las altas cargas y la peligrosa temperatura para la batería, la caída de capacidad sería aún menor.
Es sorprendente que incluso en 2020, entre los usuarios de teléfonos inteligentes sin experiencia, haya mitos de larga data sobre la carga "correcta". Por ejemplo, algunas personas todavía "balancean" la batería después de comprar un teléfono, cargando el dispositivo hasta el final y descargándolo a cero varias veces, como se recomendó a principios de la década de 1990 para las celdas de hidruro metálico de níquel. Esto supuestamente ayuda a usar toda la capacidad de la nueva batería, y si esto no se hace, entonces el teléfono inteligente, dicen, se descargará antes de lo debido. Alguien también llama a este proceso "calibrar el controlador de potencia".
De hecho, las baterías de iones de litio no necesitan ningún "entrenamiento" antes de usar el dispositivo, varios ciclos completos de carga y descarga no afectarán en absoluto la capacidad de la batería y no aumentarán la posible vida útil de la batería durante un minuto. El controlador sabe perfectamente con qué capacidad tiene que trabajar y, además, en ocasiones él mismo, sin intervención del usuario, calibra a medida que la batería se degrada.
leyenda sobre la importancia del "swing" de las baterías aún alimenta el mito del efecto memoria. El efecto memoria en sí mismo, cuando la capacidad de la celda se pierde debido a la recarga frecuente de una batería descargada de forma incompleta, realmente existe. Eso es solo las primeras baterías de iones de litio, y las baterías modernas de polímero de litio prácticamente no tienen este efecto (su manifestación es insignificante). Las baterías obsoletas de níquel-cadmio y, en menor medida, las de hidruro metálico de níquel, que no se han utilizado en dispositivos desde finales de la década de 1990, son propensas al efecto memoria.
El tercer mito dice que los teléfonos inteligentes no se pueden dejar conectados a un cargador durante mucho tiempo, por ejemplo, durante la noche, como si la batería se estuviera sobrecargando sin medida, por lo que pierde su capacidad e incluso puede incendiarse. En principio, a principios de la década de 1990, tal opinión todavía tenía derecho a existir, pero ahora, en la era de las baterías de iones de litio con controladores, no importa en absoluto cuánto tiempo mantenga su teléfono inteligente conectado a la toma de corriente. Entonces se inventó el controlador de potencia para evitar la sobrecarga. Cuando la batería está cargada, el controlador ve esto y entra en modo de ahorro de carga, reduciendo el consumo de corriente a valores cercanos a cero.
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Durante más de un cuarto de siglo, la capacidad de las baterías de los teléfonos móviles ha crecido literalmente en un orden de magnitud, al igual que el "apetito" de los dispositivos. Los avances en la tecnología de baterías no se están moviendo tan rápido como en las GPU o la memoria, pero las baterías de polímero de litio de hoy son un verdadero milagro, ya que solo requieren energía de calidad.
Para liberar todo el potencial de la batería, disfrutar de una carga segura y rápida, debe elegir un buen cargador: los adaptadores completos para teléfonos inteligentes de la economía a menudo solo cumplen con los requisitos mínimos de carga. Es doblemente inteligente tener un cargador universal multipuerto en casa que funcione con múltiples protocolos de carga rápida y tenga salidas USB-A y USB-C para la tecnología más moderna y antigua.