Как маркетинг мешает быстрее заряжать ваши смартфоны

Как выяснилось, почти все смартфоны заряжают свои аккумуляторы токами намного ниже стандартных для них, а то, что попадает в категорию «быстрых зарядок», на самом деле медленнее того, что в других направлениях массово работает уже лет 6-7. 

В чем проблема

Примерно 80% смартфонов на рынке имеют емкость аккумулятора в районе 3000 мА·ч и заряжаются от 5-вольтовых источников тока в 1 А. И если глянуть на характеристики их аккумуляторов, то окажется, что во всех случаях зарядка осуществляется в режиме раза в полтора ниже стандартного, прописанного в спеках.

Например, для абсолютного большинства Li-ion аккумуляторов емкостью 3-4 тыс. мА·ч стандартный ток заряда составляет 0,5 С (отношение тока заряда к полной емкости). Т.е. для модели 3000 мА·ч это 1,5 А. Кроме стандартных значений в спецификациях указывается максимальный ток заряда. И для того же абсолютного большинства аккумуляторов он составляет 1 С (3 А в нашем конкретном примере). При этом на рынке есть модели, для которых стандартный и максимальный токи могут быть заметно выше.

Вот пара конкретных примеров. Этот скриншот из характеристик аккумулятора LG BL-42D1F (который ставится на LG G5 и еще ряд других моделей):

Обратите внимание, что максимальный ток заряда составляет 1,1 С, т.е. как раз чуть больше 3 А при пятивольтовом источнике.

Вот пример еще одной «батарейки» LG BL-45B15:

Тут все аналогично предыдущему аккумулятору.

Еще примеры

Для изучения характеристик смартфонных аккумуляторов есть одно препятствие – в открытых источниках детальной информации очень мало. Мне удалось найти неполные спеки только для LG, и я привел их выше. А вот для аккумуляторов самого распространенного форм-фактора 18650 детальных спеков полным-полно, поскольку они являются массовыми коммерческими продуктами.

Давайте взглянем на один из популярных вариантов – Sanyo UR18650-NSX:

Стандартный ток зарядки почти 1,8 А что составляет 0,7 С.

А вот пример от Samsung – INR18650-30Q:

Тут у нас токи от 1,5 А и до 4 А (1,33 С)! Причем если заряжать всегда максимальным током, а разряжать высокой нагрузкой в 15 А, то деградация по емкости через 300 циклов составит чуть более 25%, что относительно немного. Ну а если ток разряда будет более щадящим, например в 30 раз меньше (как в типичном смартфоне), переживать за быстрое старение и вовсе не придется.

Что такое настоящая быстрая зарядка

 Быстрая зарядка – это где токи составляют 2 С и более. И есть области, где это давно не новость. Например, в том же электроинструменте. Bosch и другие производители уже лет 6-7 предлагают ЗУ, заряжающие аккумуляторы 3000 мА·ч за 35 минут (20 минут до 80%). Как мне кажется, кроме высоких токов на первой фазе, такое время достигается за счет сокращения второй фазы заряда CV. В итоге аккумуляторы набирают лишь ~90-95% от номинальной емкости, но зато вы не ждете до посинения.

Вот, к примеру, спеки самсунговских «банок» 18650, работающие в подобных режимах:

Для емкости в 2000 мА·ч указан максимальный ток заряда в 4 А, что составляет 2 С. А максимальное время зарядки – 50 минут. Почему не 30 минут? Напомню, что зарядка Li-ion аккумуляторов состоит из двух фаз. На первой фазе устанавливается ограничение по току. По мере насыщения аккумулятора и достижения им максимального регламентированного значения напряжения, процесс переходит в фазу дозарядки, на котором напряжение фиксируется, а ток постепенно падает. Вот как этот процесс можно изобразить для режима 1 С:

Для 2 С график будет выглядеть аналогично, но сожмется по времени. Плюс, у разных аккумуляторов могут быть разные характеристики, и фаза CV (с постоянным напряжением) может начинаться при разном уровне накопленного заряда.

Так что когда вам рассказывают про крутую быструю зарядку, которая по факту оперирует токами до 1 С (а на рынке по пальцам можно сосчитать модели, способные на большее), просто знайте, что в других областях было вдвое круче еще шесть лет назад.

Почему производители не суетятся

Во-первых, они пекутся о долговечности аккумулятора. Высокие токи заряда и разряда ускоряют деградацию. Лет семь назад по Сети гулял вот такой график с сайта batteryuniversity.com:

На нем отображается сокращение емкости в зависимости от токов заряда и разряда. Однако сейчас ситуация выправилась. Вдобавок у смартфонов нет таких диких токов разряда.

Ради эксперимента я взял пару 2,5-летних смартфонов с аккумуляторами 3000 мА·ч, которые все это время эксплуатировались в хвост и в гриву: Huawei P9 Lite с обычной одноамперной зарядкой и Samsung Galaxy S8, заряжавшийся всегда только в режиме 9 В и ~1,5 А. И, за неимением другого доступного способа оценки емкости, замерил вот таким стареньким тестером количество энергии, ушедшей на зарядку. Разумеется, это условный показатель, поскольку с возрастом аккумулятора КПД зарядки падает. Но для грубой оценки он вполне подойдет.

Galaxy S8, разряженный до нуля и заряжавшийся в выключенном состоянии, за полтора часа «съел» 14,4 Вт·ч. При этом паспортная емкость его аккумулятора составляет 13,2 Вт·ч. И с учетом того, что часть взятого из розетки «потерялась» на кабеле и преобразователе, мы получаем незначительную деградацию по емкости.

UPD: для полноты картины — график температуры при быстрой зарядке 9 В и 1,6 А. Пиковая температура — 35С, которая далека от предельных 45С. Т.е. цикл зарядки идет ровно по регламенту, без перегревов и остановок.

Иными словами, за ~1000 полных циклов быстрого заряда и разряда аккумулятор потерял не так уж и много. По грубой субъективной оценке — не более трети от изначальной емкости.

У P9 Lite картина аналогична. На полную зарядку ушло 3,5 часа, и тестер намерил 12,1 Вт·ч. Правда, при этом замере он был подключен после кабеля, напрямую к смартфону. Можно констатировать, что определенные потери в емкости есть, но они, опять же, не столь незначительны.

Какой вывод? Аккумулятор, заряжавшийся два с половиной года только в быстром режиме 1 С, потерял не так уж и много, равно как и аккумулятор, заряжавшийся токами ниже стандартного.

В чем суть претензий

Вот вам еще одна фотка бедняги P9 Lite, который уже полтора часа отхлебывает маленькими глоточками по 0,96 А, набрав 60% заряда своего аккумулятора 3000 мА·ч. При этом ~0,2 А уходит на его текущую работу в спящем режиме.

Т.е. аккумулятору достается не более 0,8 А, из чего получаем режим заряда ~0,25 С! Скорее всего, это вдвое ниже стандартного режима 0,5 С, определенного для него спеками.

Иными словами, время аккумуляторов емкостью в 2000 мА·ч прошло много лет назад. А именно под них и появился негласный стандарт «зарядок» в 1 А. И было бы нормальным явлением, если бы производители по умолчанию разрешали бы зарядку токами хотя бы в 1,5 А. При этом можно спокойно заряжать и 2 А, которые при нынешних емкостях дадут режим 0,7 С. 

Но возникает вопрос, кто тогда купит Quick Charge, который по факту окажется лишь на ~20% процентов быстрее?

Кто-то сейчас спросит, что мол если большинство зарядок сейчас 1 А, что будет, если смартфонам разрешить брать по 2 А? Да ничего не будет. Перед началом зарядки смартфон выбирает протокол, и если источник древний и на запросы не реагирует, будет сам его тестировать и выбирать максимально допустимый режим. Например те же смартфоны с обычными одноамперными зарядками могут брать токи 0,4, 0,5, 0,8 и 1 А (точный список режимов зависит от производителя смартфона). Если под нагрузкой источник или линия не роняют напряжение, будет взят максимальный ток.

Итак, если в Яндекс.Маркет отбросить сегмент трубок до 6 тыс. руб., где экономят на всем и ставят картонные аккумуляторы, останется 806 моделей, из которых с быстрой зарядкой будут лишь 154. И реальным препятствием к полутора или двухамперному режиму в остальных является, по большей части, маркетинг.