اليوم ، يتمتع الهاتف الذكي العادي بميزات رائعة. شيء واحد محبط فقط - البطارية ، والتي بالكاد تكفي ليوم من العمل النشط! في هذا المنشور ، سنناقش كيف ولماذا تطورت إمدادات الطاقة في الهواتف المحمولة وما هي تقنيات الشحن السريع للبطارية. وفي نفس الوقت سنبدد بعض الأساطير القديمة حول التعامل "الصحيح" مع البطاريات.
مرحبا هبر! نحن Anker ، وهذه أول مشاركة لنا ، ولكنها ليست الأخيرة ، على Hubblog. في حالة عدم معرفة شخص آخر ، فإن Anker هي أكبر شركة مصنعة لشواحن الهواتف المحمولة لمبيعات التجزئة في العالم ، والتي أسسها مهندس Google السابق ستيفن يونغ. ومع ذلك ، فإن محفظتنا لا تقتصر على التمارين وحدها. تبيع ماركة Anker مجموعة متنوعة من كبلات USB وبنوك الطاقة وسماعات الرأس ومكبرات الصوت المحمولة ووصلات USB ومحطات الإرساء وحتى المكانس الكهربائية الآلية! وكل هذا هو تطورنا. نحن لا نعيد تسمية منتجات شخص آخر. توظف Anker مئات المهندسين الذين يقومون بأبحاث حقيقية وتطوير واختبار المنتجات الجديدة.
في هذه المدونة ، سنتحدث عن التكنولوجيا من منظور تخصصنا ، ونتشارك المعرفة والرؤى من فريق Anker الدولي. نحن نضمن أنك لن تصادف أي بيانات إعلانية وتسويقية تدخلية هنا. والآن سنقوم برحلة صغيرة في تاريخ شحن الهواتف المحمولة (موضوعنا المفضل). كيف تم شحن الهواتف المحمولة الأولى ، ومدى سرعة عمل تقنيات الشحن ولماذا حان الوقت لنسيان الأساطير حول البطاريات - هنا والآن.
البطاريات في الهواتف أول من أمس وأمس واليوم
يعود تاريخ بطاريات الهاتف إلى الأربعينيات ، عندما كانت سيارات الشرطة في سانت لويس ، أجهزة الكمبيوتر. ميسوري ، ظهرت هواتف الراديو. كانت تعمل ببطارية سيارة ، تكفي شحنة كاملة منها لحوالي ست مكالمات قصيرة. تم شحن بطارية السيارة أثناء تشغيل محرك السيارة. لعدة عقود ، ظلت الهواتف المحمولة أحد الملحقات باهظة الثمن في سيارات الأعمال المتميزة - كانت الإلكترونيات في تلك الحقبة متطلبة للغاية على التيار بحيث لم تتمكن أي من البطاريات المدمجة من تشغيلها.
استمر هذا حتى عام 1973 ، عندما ظهر أول هاتف محمول حقيقي Motorola ، أطلق عليه لاحقًا DynaTAC 8000X (تم طرحه للبيع فقط في عام 1983). كان الهاتف محتويًا ببطارية من النيكل والكادميوم سداسية الخلايا بسعة إجمالية تبلغ 500 مللي أمبير في الساعة. كانت شحنة واحدة كافية لمدة 30-40 دقيقة من المحادثة (حسب قوة الإشارة من المحطة الأساسية).
كان لشاحن DynaTAC 8000X وظيفة شحن هزيلة - وهذا هو تزويد بطارية مشحونة بالفعل بتيارات منخفضة للتعويض عن تفريغها الذاتي ، وهو ما يمثل خطيئة كبيرة لبطاريات النيكل والكادميوم. استغرق الأمر 10 ساعات لإعادة شحن الهاتف من الصفر. لرجال الأعمال المتعجلون ، قدمت موتورولا شاحنًا سريعًا خاصًا - محطة إرساء سعة 2 كجم يمكنها شحن بطارية DynaTAC 8000X في ساعة واحدة فقط! في الوقت نفسه ، لم يسخن الهاتف تقريبًا ولم تتحلل البطارية. في الواقع ، لم يظهر الشحن السريع للهواتف "بالأمس" ، ولكن قبل 37 عامًا.
بينما كانت الهواتف المحمولة تقوم بتطوير بطاريات هيدريد معدن النيكل المدمجة الجديدة في النصف الأول من التسعينيات ، حدثت ثورة حقيقية في سوق البطاريات: في عام 1991 ، أصدرت سوني أول بطارية ليثيوم أيون جاءت مع فيلم كاميرا الفيديو CCD-TR1. تفوقت بطاريات الليثيوم أيون على سابقاتها من حيث العمر الافتراضي وكثافة الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، فقد افتقروا إلى "تأثير الذاكرة" ، الذي أتاح أخيرًا لمشتري الأجهزة الإلكترونية المحمولة الفرصة لإعادة شحن أجهزتهم بطريقة جديدة - دون انتظار تفريغ البطارية تمامًا ودون شحنها بالكامل.
مع ظهور بطاريات الليثيوم أيون ، زاد وقت الاستعداد للهواتف إلى أيام أو حتى أسابيع ، مقابل يوم أو يومين قبل ذلك. عصر حواسيب الجيب الشخصية "الشرهة" (PDAs) وحتى الهواتف الذكية لم يأت بعد ، لذا كان إعادة شحن الهاتف مرة واحدة في الأسبوع أمرًا شائعًا - ببساطة لم تكن هناك حاجة للشحن "السريع". لكن التقدم لم يتوقف ، وفي أواخر التسعينيات ، تم طرح بطاريات الليثيوم بوليمر للبيع. أصبح هاتف Ericsson T28 الأسطوري 1999 أول هاتف مزود ببطارية ليثيوم بوليمر.
لم يكن هذا نوعًا جديدًا من البطاريات ، بل كان مجرد ترقية صغيرة لخلايا أيونات الليثيوم: تم استبدال السائل المنحل بالكهرباء فيها بأخرى صلبة أو شبيهة بالهلام ، مما زاد من كثافة الطاقة. لكن كثافة الطاقة المتزايدة جعلت من الممكن صنع بطاريات أرق بنفس السعة. أو أكثر رحيبًا بنفس الحجم. زادت سعة البطاريات بشكل ملحوظ ، لكن سرعة الشحن لم تتغير. في أغلب الأحيان ، تم تجميع الهواتف الذكية مع أرخص أجهزة الذاكرة بطاقة خرج تبلغ حوالي 5 وات ، والتي تستغرق ما يصل إلى ثلاث ساعات لتجديد شحن بطارية كبيرة. حتى إذا اشترى المستخدمون محولات بقوة 10 وات ، فإن وحدة التحكم في طاقة الهاتف الذكي لا توافق دائمًا على توفير هذه الطاقة للبطارية ، بينما تظل متوافقة مع ملف التعريف الآمن 5V / 1A.أدت الحاجة إلى شحن الهاتف الذكي لساعات طويلة بشكل مؤلم إلى تحريك التروس للتقدم - في أوائل عام 2010 ، كان مصنعو الأجهزة المحمولة يبحثون بنشاط عن طرق لإعادة شحن البطاريات بسرعة. وقد وجدوا ذلك.
الشحن السريع: المستقبل هنا
في نهاية القرن العشرين ، استغرق الأمر ما متوسطه ساعة ونصف إلى ساعتين لشحن الهاتف ، لكن الهواتف المحمولة عملت بشحنة واحدة لعدة أيام. يمكن ضبط هاتف ذكي بسعة بطارية ضخمة تبلغ 2000 مللي أمبير في الساعة في أوائل عام 2010 على الصفر في أقل من يوم واحد - بفضل الألعاب المتطلبة وتدفق الفيديو والإنترنت السريع عبر الهاتف المحمول.
يسمح ما يسمى بالشحن "البطيء" عبر USB وفقًا لمعيار شحن بطارية USB بزيادة تيار الشاحن إلى 2 أمبير بجهد 5 فولت ، ولكن حتى ساعتين لإعادة شحن هاتف ذكي كبير طويلة جدًا.
في عام 2012 ، تم اعتماد معيار USB Power Delivery ، والذي ينظم نقل الفولتية حتى 20 فولت والتيارات حتى 5 أمبير عبر واجهة USB. مطلوب كبلات حقيقية عالية الجودة للحصول على طاقة عالية. بناءً على مواصفات Power Delivery ، بدأ صانعو الرقائق في تطوير حلولهم الخاصة للهواتف الذكية سريعة الشحن. كانت شركة Qualcomm العملاقة للاتصالات السلكية واللاسلكية ، التي أصبح بروتوكول Quick Charge 2.0 الخاص بها نسخة محسنة من Power Delivery ، أول من فعل ذلك - على عكس المعيار الرئيسي ، عمل Quick Charge 2.0 مع أي كبلات وموصلات Micro-USB 2.0.
يتألف مبدأ تشغيل Quick Charge 2.0 من الإمداد المرحلي للبطارية بجهد متزايد يصل إلى 12 فولت في تيار مستمر حتى يتم شحن نصف البطارية تقريبًا. بعد ذلك ، ينخفض الجهد وتنخفض سرعة الشحن ، مما يقلل من ارتفاع درجة حرارة الهاتف الذكي والبطارية معه.
الآن الإصدار الخامس من Quick Charge مناسب بالفعل: تعد شركة Qualcomm بشحن الهاتف الذكي بنسبة تصل إلى 50٪ في 5 دقائق وما يصل إلى 100٪ في 15 دقيقة. هذا لأن Quick Charge 5.0 يوفر نقل الطاقة إلى هاتف ذكي حتى 100 واط. وبدون ارتفاع درجة حرارة البطارية - سوف يسخن الهاتف الذكي بما لا يزيد عن 40 درجة مئوية.
Qualcomm Quick Charge هو معيار مرخص له. يتم دعمه فقط من خلال الأنظمة الموجودة على شريحة Qualcomm Snapdragon ، والتي ، مع ذلك ، مبنية على حوالي 40٪ من هواتف Android الذكية الحديثة. كما يجب أن يدعم الشاحن الشحن السريع. إن إضافة Quick Charge إلى PSU له تأثير طفيف على سعره. يتم تمييز إمدادات الطاقة بهذه التقنية بالضرورة بشعار مع صاعقة البرق ، ويتم تمييز منفذ الشحن نفسه بالألوان.
استنادًا إلى Quick Charge ، طورت شركات أخرى تقنيات الشحن السريع الخاصة بها ، ولكنها متوافقة تمامًا: Motorola TurboPower و Xiaomi Mi Fast Charging و Samsung Adaptive Fast Charging و Asus BoostMaster و Vivo Dual-Engine Fast Charging. في الواقع ، لا تختلف عن Quick Charge باستثناء الأسماء ، وبالتالي تعمل بشكل مثالي جنبًا إلى جنب مع مزودات الطاقة بدعم Quick Charge.
على عكس الشحن مع زيادة الجهد ، هناك نهج آخر يستحق الحق في الحياة - شحن البطاريات بتيارات متزايدة بجهد طبيعي يبلغ 5 فولت. على سبيل المثال ، اتخذت شركة BBK Electronics الصينية ، التي تمتلك علامة OPPO التجارية ، هذا المسار. توفر تقنية VOOC (شحن التيار المستمر متعدد الخطوات بجهد مفتوح) هاتفًا ذكيًا بجهد USB قياسي يبلغ 5 فولت ، ولكن بتيار لا يقل عن 4.0 A. ما يصل إلى 6.0 A. VOOC تحت أسماء مختلفة جاءت إلى الهواتف الذكية من العلامات التجارية الأخرى لبنك البحرين والكويت: OnePlus Dash Charge و Vivo Super FlashCharge و Realme Dart Charge.
غالبًا ما تُترك أجهزة الشحن الصغيرة بقدرة 5 وات التي تأتي مع iPhone خارج منطقة الجزاء باعتبارها غير ضرورية. يتشابه Anker PowerPort III Nano في الحجم ويشحن iPhone بقوة قصوى تبلغ 18 واط. المصدر: Anker
VOOC ونظائرها مقترنة ببطاريات خاصة ، مقسمة إلى قطاعات. تحمل البطارية التي تدعم هذه التقنية ثماني وسادات اتصال ، يتم من خلالها شحن عدة قطاعات من بطارية واحدة بشكل متوازٍ.
نظرًا لأن جهد الشحن عبر VOOC قياسي ، فلا يحتاج الهاتف إلى خفضه لتزويده بالبطارية ، مما يعني أن وحدة التحكم لن تخفضها ، مما يؤدي إلى إطلاق حرارة ضارة بالبطارية. أي فيما يتعلق بصحة البطارية ، يعد VOOC أكثر أمانًا من Quick Charge. تبين أن هناك ميزة أخرى وهي أنه عند استخدام الهاتف الذكي أثناء شحن VOOC ، فإنه لا يسخن. ولكن من الأفضل عدم استخدام الأجهزة المزودة بـ Quick Charge حتى الإصدار 5.0 أثناء إعادة الشحن ، وإلا ستبدأ الهواتف الذكية في التسخين وتقلل وحدة التحكم في الطاقة الجهد لأسباب تتعلق بالسلامة وتبطئ الشحن.
بدا VOOC جيدًا جدًا حتى عرف المستخدم أن التكنولوجيا تحتاج إلى كابل خاص به موصلات أكثر سمكًا لحمل التيارات العالية ودبوس إشارة إضافي على الموصل.
Anker PowerIQ — ,
كما تفهم ، تدعم أجهزة الشحن الكاملة للهواتف الذكية دائمًا تقنية شحن سريع واحدة (حسنًا ، و "نسخها"). إذا كنت مالكًا فخورًا لأدوات من شركات مختلفة ، على سبيل المثال ، Apple iPad Pro مع Power Delivery ، Samsung GALAXY S9 with Adaptive Fast Charging ، فإن الشحن من جهاز واحد سيشحن جهازًا آخر في الوضع البطيء.
بالنسبة إلى "حديقة حيوانات" من الأجهزة من مختلف العلامات التجارية ، من المفيد شراء محول عالمي واحد بمخرجات متعددة للشحن المتزامن لجميع الأدوات - بحيث يفهم الشاحن معيار الشحن السريع الذي تعمل به الأداة المتصلة ويبدأ الشحن وفقًا لهذا المعيار.
في جميع شواحن Anker ، تقنية Anker PowerIQ هي المسؤولة عن ذلك. على سبيل المثال ، يحتوي Anker PowerPort Atom III على مخرجات USB-C و USB-A ، تم تمييز كل منها بـ PowerIQ 3.0 و PowerIQ 2.0 ، على التوالي. يمكن استخدام هذه المخرجات لتوصيل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وحتى أجهزة الكمبيوتر المحمولة مع دعم USB Power Delivery و Qualcomm Quick Charge ونظائرها - في جميع الحالات ، سيختار المحول أقصى وضع للطاقة مسموح به ، سواء كان 5 V / 2.4 A أو 9 V / 2 A أو حتى 12 فولت / 1.5 أ.
يمكن أن يكون Anker Powerport III Nano 20W مساعدًا لا غنى عنه في هذه الحالة. إنه أنحف وأخف شاحن في مجموعة Anker. سيتناسب المنتج الجديد مع أي جهاز من أجهزة Apple و Android تقريبًا وسيلغي الحاجة إلى امتلاك ذاكرة شخصية لكل أداة. يتميز بمنفذ USB-C واحد قادر على توفير ما يصل إلى 20 واط من الطاقة باستخدام معيار Power Delivery. قام مهندسو Anker Innovations بتركيب محول بقوة 20 وات بقياس 2.74 × 3.00 سم ، وهو ما يمكن مقارنته بحجم عملة 5 روبل.
يحتوي كل شاحن Anker المزود بتقنية PowerIQ على شريحة تتصل بالأداة المتصلة وتختار بروتوكول الطاقة الأكثر كفاءة لها. على سبيل المثال ، يعمل PowerIQ 3.0 مع Power Delivery و Quick Charge و Apple Fast Charging. عندما يتم توصيل هاتف ذكي ، ترسل شريحة PowerIQ أوامر ، والتي توفر للهاتف الذكي بدورها بروتوكولات الطاقة المدعومة. إذا استجاب الهاتف الذكي بأنه يمكنه العمل مع Power Delivery أو Quick Charge ، فإن شاحن Anker ينقل البيانات عن جهد الإخراج والتيار المدعومين. سيختار الهاتف الذكي وضع إمداد الطاقة الأمثل من الأوضاع المقترحة ويرسل أمرًا بشأنه إلى الشاحن. بعد ذلك ، سينظم شاحن Anker الجهد وفقًا للملف الشخصي المحدد ، وسيستهلك الهاتف الذكي التيار وفقًا للبروتوكول.
عدة أساطير حول شحن البطارية
لا يزال مستخدمو الهواتف الذكية يتجادلون على الإنترنت حول مخاطر الشحن السريع للبطاريات. يشير البعض إلى أن أي انحراف عن مجموعة 5 V / 2 A (10 W) التي أثبتت جدواها على مر السنين يضر بالبطارية ، بينما يستشهد آخرون بنتائج الدراسات التي تثبت أن تزويد الهاتف بالطاقة حتى عند 30 واط ، إذا كان يؤثر على صحة البطارية ، هو أمر ضئيل للغاية. ... سنقوم الآن بتدمير هذا بلا رحمة وبعض الأساطير حول شحن البطاريات.
بالطبع ، تيارات الشحن والتفريغ العالية ليست جيدة للبطاريات. ولكن هل يستحق الأمر الخوف من شحن الجهاز بهذه الطريقة ، أو إذا ظهر التأثير السلبي لهذا الهاتف ، فحينئذٍ أقرب إلى نهاية عمر الهاتف الذكي نفسه؟ سيؤدي الشحن اليومي في الوضع الأكثر رقة (5 فولت / 1 أمبير) إلى تقليل سعة بطارية ليثيوم بوليمر بحوالي 10-15٪ على مدى 400 دورة ، وهو ما يتوافق مع عام إلى عام ونصف من استخدام الجهاز. بعد الوصول إلى 500 دورة ، يوصى بتغيير بطارية الهاتف ، حيث إنها مع تقدم العمر ، لا تنخفض سعة البطارية خطيًا ، ولكن بشكل كبير.
تم اختبار تأثير الشحن السريع على تآكل البطارية من قبل متخصصين من SLAC National Accelerator Laboratory (مختبر في جامعة ستانفورد) في عام 2014. نتائج البحثأظهر أن حالة الأنود والكاثود لا تتغير حسب معدل شحن البطارية. في عام 2020 ، أجرى موظفو DDay.it اختبار إجهاد للهاتف الذكي OPPO Find X2 Pro بتقنية VOOC. في غضون شهر ونصف ، تم شحن الهاتف بمحول بقوة 65 واط ، خلال الاختبار ، نجت البطارية من 248 دورة. من أجل تفريغ سريع ، تم إنشاء حمل شديد اصطناعي في الهاتف ، حيث تم تسخين الجهاز إلى 44 درجة مئوية ضارة. في نهاية التجربة ، فقدت البطارية حوالي 15٪ من سعتها ، على الرغم من الافتراض في البداية أن التدهور قد يصل إلى 35٪. إذا لم يكن الأمر يتعلق بالأحمال العالية ودرجة الحرارة الخطرة للبطارية ، فسيكون انخفاض السعة أقل.
من المدهش أنه حتى في عام 2020 ، بين مستخدمي الهواتف الذكية عديمي الخبرة ، هناك خرافات قديمة حول الشحن "الصحيح". على سبيل المثال ، لا يزال بعض الأشخاص "يغيرون" البطارية بعد شراء الهاتف ، وشحن الجهاز حتى النهاية وتفريغه إلى الصفر عدة مرات ، كما أوصى في أوائل التسعينيات لخلايا هيدريد النيكل والمعدن. من المفترض أن يساعد هذا في استخدام السعة الكاملة للبطارية الجديدة ، وإذا لم يتم ذلك ، فسيتم تفريغ الهاتف الذكي ، كما يقولون ، في وقت أبكر مما ينبغي. يسمي شخص ما هذه العملية أيضًا "معايرة وحدة التحكم في الطاقة".
في الواقع ، لا تحتاج بطاريات الليثيوم أيون إلى أي "تدريب" قبل استخدام الجهاز ، فالعديد من دورات الشحن والتفريغ الكاملة لن تؤثر على سعة البطارية على الإطلاق ولن تزيد من عمر البطارية المحتمل لمدة دقيقة. تعرف وحدة التحكم جيدًا ما هي السعة التي يجب أن تعمل بها ، وإلى جانب ذلك ، في بعض الأحيان ، تتم معايرة نفسها دون تدخل المستخدم ، مع تدهور البطارية.
الأسطورة حول أهمية "التأرجح" للبطاريات تغذي أسطورة تأثير الذاكرة. تأثير الذاكرة نفسه ، عندما يتم فقد سعة الخلية بسبب إعادة الشحن المتكرر لبطارية غير مكتملة الشحن ، موجود بالفعل. هذا مجرد بطاريات الليثيوم أيون المبكرة ، وبطاريات الليثيوم بوليمر الحديثة ليس لها هذا التأثير عمليًا (مظهرها ضئيل). إن بطاريات النيكل والكادميوم المهجورة ، وبدرجة أقل ، بطاريات هيدريد النيكل والمعدن ، التي لم تُستخدم في الأجهزة منذ أواخر التسعينيات ، عرضة لتأثير الذاكرة.
تقول الأسطورة الثالثة أنه لا يمكن ترك الهواتف الذكية متصلة بشاحن لفترة طويلة ، على سبيل المثال ، بين عشية وضحاها - كما لو أن البطارية يتم شحنها بشكل زائد عن الحد ، مما يؤدي إلى فقدها للقدرة وقد تشتعل فيها النيران. من حيث المبدأ ، في أوائل التسعينيات ، كان مثل هذا الرأي لا يزال له الحق في الوجود ، ولكن الآن ، في عصر بطاريات الليثيوم أيون مع وحدات التحكم ، لا فرق على الإطلاق في المدة التي تبقي فيها هاتفك الذكي متصلاً بالمأخذ. ثم اخترع جهاز التحكم في الطاقة لمنع الشحن الزائد. عندما يتم شحن البطارية ، ترى وحدة التحكم ذلك وتنتقل إلى وضع توفير الشحن ، مما يقلل من الاستهلاك الحالي إلى قيم قريبة من الصفر.
* * *
على مدار ربع قرن ، نمت سعة بطاريات الهواتف المحمولة فعليًا بترتيب من حيث الحجم ، كما فعلت "شهية" الأجهزة. لا تتحرك التطورات في تكنولوجيا البطاريات بالسرعة التي تسير بها وحدات معالجة الرسومات أو الذاكرة ، ولكن بطاريات الليثيوم بوليمر اليوم هي معجزة حقيقية ، ولا تتطلب أكثر من طاقة عالية الجودة.
لإطلاق الإمكانات الكاملة للبطارية ، والتمتع بشحن آمن وسريع ، يجب عليك اختيار شاحن جيد - غالبًا ما تلبي محولات الهاتف الذكي الكاملة من الاقتصاد الحد الأدنى من متطلبات الشحن. من الذكاء على نحو مضاعف أن يكون لديك شاحن عالمي متعدد المنافذ في المنزل يعمل مع بروتوكولات شحن سريعة متعددة ويحتوي على مخرجات USB-A و USB-C لأحدث التقنيات وأكثرها تقدمًا.