119

Szybkie ładowanie i jak się nim cieszyć już teraz

Jak pisałem wcześniej w artykule o samochodach elektrycznych cała współczesna innowacyjność i rozwój technologiczny szerokim łukiem omija podstawową dla przenośnej elektroniki kwestię jaką jest pojemność baterii. Albo duża i pojemna, albo smukła i starczająca na parę godzin – taki wybór mają producenci, a ponieważ przy projektowaniu sprzętu prawie zawsze wybierają to drugie, my konsumenci wybór mamy czysto iluzoryczny.

Na szczęście pojawiło się światełko w tunelu. Po dziesiątkach lat walenia głową w najwyraźniej nieprzekraczalne granice technologii, któryś z niezmierzonych zastępów inżynierów poszedł po rozum do swojej poobijanej makówki i postanowił problem obejść. Genialny w swojej prostocie pomysł zasadza się na pozostawieniu pojemności akumulatorów w spokoju, a skupieniu się na radykalnym skróceniu czasu ich ładowania.

Zanim machniecie ręką i stwierdzicie, że to ani rewolucja, ani rewelacja, poczekajcie. Być może uda mi się przekonać Was, że ta najbardziej niedoceniana innowacja w smartfonach może być już dziś odpowiedzią na większość Waszych problemów.

Przyzwyczailiśmy się do ładowania telefonu w nocy. Dlatego rzadko wytrzymujące intensywną pracę przez cały dzień, urządzenia powodują w nas tyle frustracji i stresu. Z konieczności godzimy się z power-bankami, staramy się ograniczać użycie sprzętu, a i tak nigdy nie mamy pewności czy nie zostaniemy na lodzie w kluczowym momencie. Skoro ładujemy telefon w nocy to jaka jest różnica czy ładuje się on godzinę czy cztery? Żadna, ale na chwilę zapomnijcie o swoich nawykach i spójrzcie na sprawę szerzej.

Wyobraźcie sobie, że zamiast niepotrzebnie się rozbudzać i walczyć po omacku z wtyczką ładowarki wystarczy podpiąć telefon na pół godziny w samochodzie w drodze do pracy. A jeśli podepniecie jeszcze w drodze powrotnej prądu wystarczy Wam do następnego poranka. Może wystarczy Wam ładować telefon w czasie obiadu? Albo podpinać na chwile przed wyjściem do pracy? Głupie 15 minut szybkiego ładowania pozwoli Wam cieszyć się telefonem przez kilka godzin.

Przemyślcie to jak korzystacie ze swojej elektroniki, być może czas zmienić nieco nawyki.

Ładowarki, czyli co znaczą te małe cyferki na spodzie

Nie planowałem zaczynać od Adama i Ewy, ale bez paru podstaw chyba się nie obejdzie. Jeśli nie spałeś na lekcjach fizyki i wiesz co to są wolty, waty i ampery możesz spokojnie pominąć tą część i przeskoczyć do kolejnego wytłuszczenia.

Moc prądu stałego definiują dwa jego parametry. Napięcie i natężenie, zgodnie ze wzorem: P=UI.

Dobra, żartowałem! Wiem, że niektórzy z Was mają odruch Pawłowa rodem z pierwszych lekcji fizyki, zaczynają ziewać i walczyć z opadającymi powiekami. Zanim wszyscy mi tu pośniecie spróbujmy podejść do tematu z innej strony.

W ładowarkach telefonicznych liczy się tylko natężenie. Podawane w amperach (A) lub ich tysięcznych częściach, miliamperach (mA) jednoznacznie określa moc ładowarki. Podczas gdy zwykłe USB 2.0 da nam mizerne 0,5A (500 mA), przeciętna ładowarka zaoferuje 1A (1000 mA). Tylko ładowarki tabletów i telefonów z górnej półki są mocniejsze. Oczywiście ładowarka dwu amperowa (2A) naładuje Wam telefon dwa razy szybciej niż ta o „mocy” 1A. Zróbcie przegląd ładowarek jakie macie w domu, poczytajcie ten drobny druczek na spodzie i wybierzcie najsilniejszą.

Dlaczego wyjątkowo możemy pominąć napięcie? Ponieważ w spadku po pierwszej iteracji USB otrzymaliśmy standard, zgodnie z którym telefony ładuje się zawsze napięciem 5V.

Co z akumulatorami i power-bankami? Podobnie, ale przez godzinę. Tutaj także pojawiają się małe literki – każda bateria jest opisana i na każdej znajduje się informacja o jej napięciu nominalnym przy pełnym naładowaniu i natężeniu z jakim naładowana bateria może zasilać urządzenie przez godzinę. Dlatego pojemność określa się w amperach na godzinę (Ah) lub częściej miliamperach na godzinę (mAh). To bardzo proste: jeśli Wasz smartphone pobiera w czasie grania przez godzinę 500 mA, a macie w nim baterię o pojemności 2500 mAh (2,5Ah), to popracuje na niej 6 godzin. To działa także w drugą stronę. Pomijając kwestie napięcia, akumulator 3000 mAh ładowarką 1000 mA naładujecie w trzy godziny.

Czy wystarczy przeczytać literki na baterii i te na ładowarce, żeby wiedzieć ile czasu będzie ładował się Wasz telefon? Tutaj pojawia się kwestia napięcia prądu.

Na każdym urządzeniu elektrycznym mamy podane zarówno natężenie, jak i napięcie dlatego, że moc określaną w watach liczy się mnożąc jedno przez drugie. Ładowarka o natężeniu 1A i napięciu 5V daje (1Ax5V) 5W, podczas gdy 1A przy 12V da nam już 12W.

Szczególny problem pojawia się przy akumulatorach. Napięcie w tych telefonach jest w zasadzie standaryzowane i wynosi ok. 3,6V. Ponieważ ładowarki mają 5V, baterię w telefonie naładujemy szybciej, niż wynikało by to z samych amperów. Niestety w przypadku większej elektroniki standardów brak.

Podejmując decyzje zakupowe wielu z Was sprawdza tabelki, wynajduje tam pojemność akumulatorów w mAh sądząc, że w ten sposób oceni długość pracy laptopa. To błąd, który często wykorzystują marketingowcy. Chcecie wiedzieć jak pojemne są ogniwa? Znajdźcie też informacje o ich napięciu lub dotrzyjcie do danych w watach na godzinę. 6000 mAh przy 5V (6×5) daje 30 Wh podczas gdy na „marne” 4000 mAh przy 12V daje (12×4) aż 48 Wh.

Dlaczego o tym piszę w kontekście ładowarek do telefonów? Ponieważ pojęcie napięcia staje się kluczowe w szybkich ładowarkach.

Quick Charge, Fast Charge, Pump Express, OPPO VOOC czyli o co chodzi z tym szybkim ładowaniem?

Przy okazji Superchargera Tesli (tak, tak – szybkie ładowanie okazuje się kluczowe także dla samochodów elektrycznych) widziałem świetne porównanie baterii do szerokiego naczynia. Gdy naczynie jest puste możemy lać do niego płyn szybko i z dużej wysokości. W miarę jednak jak się napełnia musimy zwolnić, a na samym końcu lać powolutku i małym strumieniem, żeby napełnić naczynie do samej krawędzi. Analogia okazuje się dość trafna. Okazuje się, że puste baterie litowo-jonowe traktować można bardzo brutalnie. Takie ogniwo ładować można prądem o dużej mocy bez większej dla niego szkody. To w zasadzie sedno szybkiego ładowania. Dokładniej opiszę to na przykładzie najpopularniejszego teraz standardu czyli Quick Charge.

Quallcom Quick Charge 1.0, 2.0 i 3.0

Królujący na rynku Quick Charge pojawia się nie tylko w urządzeniach z procesorami Snapdragon, ale dzięki licencjonowaniu także w tych z Exynosami czy Atomami. Dzięki zgodności w dół ładowarki QC 3.0 nadawać się będą dla 95% telefonów z technologią szybkiego ładowania.

Pierwsze co zobaczycie po wyjęciu z pudełka ładowarki zgodnej z QC 3.0 to znacznie więcej literek na jej spodzie. Na przykład: „Wyjście: 3.6V-6.5V/3A, 6.5V-9V/2A, 9V-12V/1.5A”. Mamy tu do czynienia z ładowaniem adaptacyjnym, w którym elektronika ładowarki i telefonu dynamicznie dostosowuje ilość prądu optymalizując proces ładowania. Ładowarka potrafi generować prąd o płynnie zmienianym napięciu dlatego podaje się kilka umownych progów.

Jak to działa? Po podpięciu zwykłego telefonu z ładowarki płynie 5V i 3A. A raczej płynęłoby, gdyby telefon mógł tyle prądu pobrać. To elektronika telefonu ogranicza pobór mocy i najczęściej nie przekracza on 1,5A w starszych słuchawkach. Magia zaczyna się kiedy elektronika ładowarki rozpozna i “dogada” się z urządzeniem obsługującym standard QC 3.0. Wtedy po kablu USB poza prądem płyną informacje, dzięki którym nasza ładowarka wie kiedy i o jakim napięciu prąd może podać. I tak, jeśli dostanie zielone światło zacznie podawać prąd o napięciu aż 12V co przy 1,5A da nam pełne 18W. Gdyby taką moc utrzymać do końca nasz telefon 2500mAh naładowalibyśmy w 30 min! To niestety niemożliwe. W miarę ładowania ładowarka obniża napięcie, a elektronika telefonu zakłada kaganiec na pobieraną moc tak, że pod koniec prędkość ładowania mocno spada. Widać to na przykładowym wykresie poniżej.

Kończąc zagadnienie technologii Quick Charge trzeba wspomnieć o kablach. Standard micro USB ma swoje lata i pewne ograniczenia. Jeśli dobrze pamiętam to na jeden pin wynosi ono 1 amper a na wszystkie 5 pinów marne 1,8 A dla 5V (9W). Jak producenci rozwiązali problem i w jaki sposób można bezpiecznie ładować telefony dwukrotnie większą mocą? Nie mam pojęcia. Wiem natomiast, że jakość kabla ma znaczenie i zdecydowanie zalecam używanie kabli dostarczanych z szybkimi ładowarkami lub oznaczonych jako te zgodne ze standardem. Skoro o kablach mowa, aż się prosi, aby przejść do drugiego popularnego standardu jakim jest USB typu C.

Fast Charge USB type-C

Wykorzystywane w nowych Lumiach szybkie ładowanie opiera się na USB typu C. Nowa wtyczka to nie tylko wygoda związana ze swobodą wkładania jej dowolną stroną. To przede wszystkim możliwość dużo mocniejszego obciążenia prądem, dzięki czemu możemy znacznie szybciej ładować telefony lub zasilać większe urządzenia.

Mocno upraszczając zagadnienie standard USB 3.1 dopuszcza szereg różnych profili zasilania, a moc płynącego prądu to nawet 100W! Taka moc może być dla urządzeń destrukcyjna, dlatego też konieczne staje się istnienie szeregu zabezpieczeń na poziomie urządzenia, ładowarki, a nawet kabla. Zwykłe USB type-C bez większych ceregieli dostarczy do telefonu 5V przy 3A czyli mocne 15W, co okazuje się być porównywalne z QC. Mało tego – kable CC oferują transfer energii w obie strony i jeśli tylko producent na to pozwoli nasz telefon może stać się ładowarką dla innego urządzenia.

Konfuzję powoduje często opierający się na tych samych wtyczkach standard USB Power Delivery. Tutaj istotna jest budowa kabla i montaż w nim odpowiednich ograniczeń. Nie wszyscy producenci sobie z tym radzą, czego dowodzi słynna historia z kablem od OnePlus, mogącym uszkodzić telefon. Ponownie zatem lepiej wybierać kable sprawdzonych producentów.

Mediatek Pump Express Plus

MTK także ma swój standard szybkiego ładowania co oznacza, że kupując tańsze urządzenie mamy szansę na skorzystanie z tej technologii. Generalnie standard ten opiera się na komunikacji przez USB pomiędzy telefonem, a ładowarką i negocjacji odpowiedniej mocy prądu (podobnie jak w QC zmienia się jego napięcie).

OPPO VOOC

Ten nietypowy standard dostępny wyłącznie w smartfonach tego producenta opiera się na nietypowym porcie i kablach USB. 5 pinowy port Micro USB został uzupełniony o dwa dodatkowe piny, łączące się bezpośrednio z baterią. Producent zapewnia aż 2 godziny rozmów przy 5 minutowym ładowaniu – niezły wynik, niestety niestandardowe kable i ładowarki znacznie utrudniają cieszenie się z tego dobrodziejstwa

Wnioski

Podsumowując, zdecydowanie warto polecić uzupełnienie naszego zestawu o szybką ładowarkę. To, że producent nie zamieścił jej w pudełku ze słuchawką wcale nie znaczy, że nasz telefon takiej technologii nie obsługuje. Producenci, kierowani czystym rachunkiem ekonomicznym tną koszty stroniąc od mocniejszych i przez to droższych ładowarek oferując je za dopłatą. A przecież wcale nie musimy kupować firmówek. Są tanie, akcesoryjne ładowarki działające równie dobrze. Jeśli nadal szkoda Wam pieniędzy pomyślcie o dużo mniej kosztownej ładowarce samochodowej. Być może możliwość szybkiego doładowania właśnie w samochodzie w zupełności Wam wystarczy. Pamiętajcie jednak, żeby sprawdzić, który dokładnie standard szybkiego ładowania obsługuje Wasz telefon i nie zapomnieć o porządnym kablu. Poniżej oficjalne listy urządzeń wspierających dany standard:

Fast Charging – nie znalazłem listy ale jeśli macie w telefonie USB typu C niemal na pewno ten właśnie standard obsługuje. Poza tym większość ładowarek QC 3.0 dysponuje odpowiednim prądem (5V 3A) więc ich zakup powinien być strzałem w dziesiątkę.

PS. Uprzedzając zarzuty, które się w komentarzach pojawią przypominam, że wpis ten należy do gatunku popularno-naukowych. Wszystkie uproszczenia, pominięcia mniej istotnych zagadnień i skróty myślowe zastosowane są celowo, po to aby zagadnienie było lekko strawne i łatwo zrozumiałe dla laików, do których tekst jest skierowany. Kwestie rezystencji, trwałości ogniw, rezerwy jaką muszą mieć ogniwa Li-ion, żeby nie uległy uszkodzeniu i wiele innych, mniej istotnych dla meritum wpisu poświęcone zostały na ołtarzu klarowności i przyswajalności tekstu.

Foto: 1, 2, 3, 4, 5.