Функции быстрой зарядки аккумулятора. Что же такое быстрая зарядка Стоит ли использовать блок питания, который наделён функцией быстрой зарядки с обычными телефонами

Обычный USB

USB допускает ток не более 500 мА при напряжении 5 В. Лишь много позднее, с выходом спецификации USB 3.0, максимальный ток был поднят до 900 мА. Обычным кнопочным телефонам, которые стали выходить не с собственными разъемами для заряда, а со штекерами mini-, а потом и microUSB, вполне хватало небольшой мощности.

Все изменилось с выходом смартфонов, емкость аккумуляторов которых в разы превышала относительно небольшую емкость батарей кнопочных телефонов. Даже небольшие по современным меркам аккумуляторы с емкостью 1500 мА ∙ ч уже хотелось заряжать быстрее, чем за 4–4,5 ч (время с учетом потерь при зарядке и естественного замедления скорости заряда после 80%). Возникла необходимость каким-то образом передать больший ток заряда по стандартному кабелю, при этом не спалив случайно контроллер USB, если устройство подключат к компьютеру.

Ultra-fast Chargers

Nowhere is ultra-fast charging in bigger demand than with the electric vehicle. Recharging an EV in minutes replicates the convenience of filling 50 liters (13 gallons) of fuel into a tank that delivers 600kWh of energy. Such large energy storage in an electrochemical device is not practical as a battery with such a capacity would weigh 6 tons. Most Li-ion only produces about 150Wh per kg; the energy from fossil fuel is roughly 100 times higher. (See BU-1007: Net Calorific Value).
Charging an EV will always take longer than filling a tank, and the battery will always deliver less energy per weight than fossil fuel. Breaking the rule of law and forcing ultra-fast charging adds stress, even if the battery is designed for such a purpose. We must keep in mind that a battery is sluggish in nature. Like an aging man, its physical condition becomes less ideal with use and age. So is the ability to fast-charge.
One assumes that all charge energy goes into the battery, whether charged slowly, rapidly or by ultra-fast method. Batteries are nonlinear devices and most chemistry accepts a fast charge from empty up to about 50% state-of-charge (SoC) with little losses. NiCd does best and suffers the least amount of strain. Stresses occur in the second half of the charge cycle towards top charge when acceptance of lithium ions in the anode of Li-ion becomes labored. An analogy is irate drivers fighting for the last parking spot in a shopping mall to catch a sale special.
Applying an ultra-fast charge when the battery is empty and then tapering off the current when reaching 50% SoC and higher is called step charging. The laptop industry has been applying step charging for many years. The charge currents must harmonize with the battery type as different battery systems have dissimilar requirements in charge acceptance. Battery manufacturers do not publish charge rates as a function of SoC. Much of this is proprietary information.
Research companies claim to achieve benefits with pulse-charging Li-ion instead applying the regular CCCV charge as described in BU-409: Charging Lithium-ion. The scientific community is skeptical to alternative charging and takes the “wait-and-see” approach.
As our bodies work best at 37ºC (98ºF), so does the transport mechanism improve when a battery is warm. Modern EVs will enable the “pre-charge” feature to prepare the battery temperature for the pending fast-charge while driving. (See also BU-410: Charging at High and Low Temperatures.)
Whether you own an EV, e-bike, a flying object, a portable device or a hobby gadget, the following conditions must be respected when charging a battery the ultra-fast way:

1. The battery must be designed to accept an ultra-fast charge and must be in good condition. Li-ion can be designed for a fast charge of 10-minutes or so but the specific energy of such a cell will be low.
2. Ultra-fast charging only applies during the first charge phase. The charge current should be lowered after the battery reaches 70 percent state-of-charge (SoC).
3. All cells in the pack must be balanced and have ultra-low resistance. Aging cells often diverge in capacity and resistance, causing mismatch and undue stress on weaker cells.
4. Ultra-fast charging can only be done under moderate temperatures, as low temperature slows the chemical reaction. Unused energy turns into gassing, metal-plating and heat.

An ultra-fast charger can be compared to a high-speed train (Figure 1) traveling at 300km per hour (188 mph). Increasing power is relatively simple. It’s the track that governs the permissible speed of a train and not the machinery. In the same manner, the condition of the battery dictates the charging speed.

Figure 1: Ultra-fast charging can be compared to a high-speed train.
Powerful machinery is easy to build, but it’s the track that limits the speed.
 

A well-designed ultra-fast charger evaluates the condition of the “chemical battery” and makes adjustments according to the ability to receive charge. The charger should also include temperature compensations and other safety features to lower the charge current when certain conditions exist and halt the charge if the battery is under undue stress.
A “smart” battery running on SMBus or other protocols is responsible for the charge current. The system observes the battery condition and lowers or discontinues the charge if an anomaly occurs. Common irregularities are cell imbalance or the need for calibration. Some “smart” batteries stop functioning if the error is not corrected.
 

Lithium deposition

Lithium deposition forms if the charge rate exceeds the ability by which lithium can be intercalated into the negative graphite electrode of Li-ion. A film of metallic lithium forms on the negative electrode that spreads uniformly over the host material or gravitates to one region in planar, mossy or dendritic format. The dendritic form is of concern because it may increase self-discharge that in extreme case can create a short and lead to venting with flame.
Environmental conditions affect the deposition of lithium as follows:

1. Lithium deposit grows when Li-ion is ultra-fast charged at low temperature
2. Deposition develops if Li-ion is ultra-fast charged beyond a given state-of-charge level 
3. The buildup is also said to increase as Li-ion cells age due to raised internal resistance. 

Consumers demand fast charging at low temperature and this is especially critical with the electric vehicle. Solutions include special electrolyte additives and solvents, optimal negative to positive electrode ratios, and special cell design.
The question is often asked; “Why do ultra-fast chargers charge a battery to only 70 and 80 percent?” This may be done on purpose to reduce stress, but is also caused naturally by a lag between voltage and state-of-charge that amplifies the faster the battery is being charged. This can be compared to a rubber band lifting a heavy weight. The larger the weight, the wider the lag becomes. The ultra-fast charge forces the voltage to the 4.20V/cell ceiling quickly while the battery is only partially charged. Full charge will occur at a slower pace as part of saturation.
Lithium Titanate may be the exception and allow ultra-fast charging without undue stress. This feature will likely be used in future EVs; however, Li-titanate has a lower specific energy than cobalt-blended Li-ion and the battery is expensive. (See BU-205: Types of Lithium-ion) Nickel-cadmium is another battery chemistry that can be charged in minutes to 70 percent state-of-charge. Like with most batteries, the charge acceptance drops towards full-charge and the charge current must be reduced.
All ultra-fast methods need for high power. An ultra-fast EV charge station draws the equivalent electrical power of five households. Charging a fleet of EVs could dim a city.
 

Что такое быстрая зарядка Quick Charge

Не вовремя севший телефон — это уже причина плохого настроения практически для каждого современного человека. Есть несколько способов, как «реанимировать» телефон. Это адаптер для батареи, powerbank или же адаптер с функцией Quick Charge. Рассмотрим Quick Charge более детально.

Quick Charge – это современная разработка от компании Qualcomm, которая стала первой среди стандартов быстрой зарядки. Эта технология работает за счёт увеличения силы тока, который подаётся на батарею от блока питания.

Уже существует три обновления Quick Charge:

1. Quick Charge 2.0. Заряд батареи до 50% происходит приблизительно за 30 минут
2. Quick Charge 3.0. Батарея заряжается до 80% около 35 минут
3. Quick Charge 4.0. Согласно исследованиям, эффективнее предыдущей версии на 20% и почти не нагревает корпус. Сила напряжения тока подбирается индивидуально для каждого гаджета и периода зарядки

Большая часть технологии находится в блоке питания, а за управление током и напряжением отвечает процессор.

Summary

All batteries perform best at room temperature and with a moderate charge and discharge. Such a sheltered life style does not always reflect real world situations where a compact pack must be charged quickly and deliver high currents. Such typical applications are drones and remote control devices for hobbyist. Expect a short cycle life when a small pack must give all it has.
If fast charging and high load requirements are prerequisites, the rugged Power Cell is ideal; however, this increases battery size and weight. An analogy is choosing a heavy diesel engine to run a large truck instead of a souped-up engine designed for a sports car. The big diesel will outlive the light engine even if both have identical horsepower. Going heavier will be more economical in the long run. Table 3 summarizes the charge characteristics of lead, nickel and lithium-based batteries.
 

Table 3: Charger characteristics. Each chemistry uses a unique charge termination.
 

Neo FreeRunner

The behaviour is pretty much the same as described below for the Neo 1973. There’s also a 1000 mA mode for the Openmoko-provided wall charger. Please note, that the sys-fs path changed slightly.
.

See
page for a description of how to set/get the bit controlling power charge from the FR. What you want to do is something like this:

cat /sys/class/i2c-adapter/i2c-0/0-0073/usb_curlim
echo 500 > /sys/class/i2c-adapter/i2c-0/0-0073/force_usb_limit_dangerous
cat /sys/class/i2c-adapter/i2c-0/0-0073/usb_curlim

The battery package

NOTE: The /sys paths changed in recent distributions (kernel >= 2.6.28), so the original package does not work anymore. While the author is working on a new package, you can download a patched and just copy it in place into the /usr/bin directory.

Here’s a nicely packaged battery level and charge state script:

Known bugs:

1. If you see no icon on your desktop, just edit /usr/share/applications/battery.desktop
changing the line

Categories=Application;System;

to

Categories=Application;Utility;

2. If program cannot be launch because of a python error, check line 82 in :

    /usr/lib/python2.5/site-packages/gtk-2.0/gtk/_init_.py

and replace the init call by _init, that is add an underscore.

Nytowl’s power center

User:Nytowl wrote a python script to control the fast charge states : Power Center.

Power Center allows you to force a Neo FreeRunner into Fast charge modes. It can damage your hardware so be careful with what its plugged into. I’m not responsible if you toast the USB port on your brand new laptop.

To enable fast 500 mA charge «touch /home/root/allow_force_500»

To enable fast 1000 mA charge «touch /home/root/allow_force_1000» I don’t recommend using this one

Beni’s fast_charge_gta02.sh

Be careful ! In the above script, setting 100mA charging will force 500mA charging. Just a bad copy/paste, but it could be a pain. Edit line 53, and replace 500 with 100.

Если включить быструю зарядку, какой вред

Давно не секрет, что более медленная зарядка является более щадящей для батареи, нежели быстрая. Побочным действием быстрой зарядки является нагревание корпуса. Высокая температура практически всегда плохо сказывается на любых электронных приборах. И тем не менее, на данный момент нет никаких стопроцентных доказательств того, что частое использование быстрой зарядки Quick Charge негативно влияет на работу аккумулятора и устройства в целом.

Среднее время эксплуатации смартфона составляет около 1,5-2 года. За это время пользователь не успеет исчерпать все ресурсы батареи. Износ будет такой же, как и при использовании обычного зарядного устройства.

Если у вас возникли вопросы касательно Quick Charge, пишите в комментарии.

When is this necessary

By default, the Neos will only draw 100 mA of power from a USB connection, in accordance with the standard. This is not much power. The Neo almost always draws more than 100 mA to operate. So the battery can actually go dead while the Neo is plugged in and you think it is charging. But:

If the Neo recognizes the connection as a «smart» USB connection (by communicating with the host about power availability) or as a standard Openmoko charger (by recognizing an expected resistance across two of the connectors) then it will switch into ‘fast charge mode’, drawing 500 mA or 1000 mA.

The detection logic is done in software, one can bypass it. If the USB charger used is not signaling the phone its capacity to deliver 500 or 1000 mA, then one may use these scripts to force fast charge mode anyway. Please double check. Trying to draw 1A from an electric system rated lower will lead to overheating and physical damage.

Как включить быструю зарядку

При покупке нового смартфона многие пользователи начинают в нём разбираться и задаются вопросом — как включить быструю зарядку. Для того, чтобы быстро зарядить устройство, нужен сам смартфон, который поддерживает данную функцию, мощный блок питания, который тоже поддерживает ускоренную зарядку и USB-кабель. Каких-либо дополнительных мер не нужно. Функция сама активируется во время зарядки при условии, что устройство поддерживает Quick Charge.

На данный момент уже есть немало смартфонов, которые поддерживают данную функцию. А именно: Xiaomi Mi6, Xiaomi Mi Max, HTC 10, Meizu MX6, LG G6, Moto X Force, Galaxy S8 и так далее. Более полный перечень можно посмотреть на сайте Qualcomm .

Функциональность

Заявленная емкость аккумулятора – 5200 мАч. Для проверки скорости зарядки совместимых устройств мы использовали Samsung Galaxy Note 4. Полностью разряженный смартфон удалось зарядить за полтора часа, при этом за первые 30 минут удалось «набрать» 47% заряда, за час – 87%, последние пол часа ушли на добор 13% заряда. С такой же скоростью Note 4 заряжается от комплектного сетевого зарядного устройства.

Для сравнения, на полную зарядку Note 4 аккумулятором Xiaomi емкостью 10400 мАч потребуется 2 часа и 10 минут. При этом за 1 час смартфон заряжается на 60%, за полтора часа – на 86%.

Если Samsung Fast Charge Powerbank будет подпитывать смартфоны без поддержки быстрой зарядки, то зарядка полностью разряженного Meizu M1 Note займет 3 часа. Samsung Powerbank хватит, чтобы зарядить Meizu M1 Note (3140 мАч) на 100% и LG G4s (2300 мАч) на 37%, или Samsung Galaxy Note 4 (3220 мАч) на 123%.

Технологии

Каждый уважающий себя производитель чипсетов (процессоров) создал свою уникальную технологию быстрой зарядки. Укажем самые распространенные из них.

Quick Charge

Компания Qualcomm является ведущим производителей чипсетов для смартфонов. Xiaomi, некоторые Samsung, Asus, Google Pixel и другие производители закупают чипы данного бренда и успешно используют в выпускаемых телефонах. Именно Qualcomm стал первым, кто создал технологию быстрой зарядки. На данный момент в последних процессорах используется версия Quick Charge 3.0. Ее поддерживают чипы Qualcomm Snapdragon 835 (последний) 821, 820, 625, 620, 618, 617, 430. Процессоры начиная с 625 могут использовать даже в бюджетных смартфонах.

Технология Quick Charge 3.0 позволяет с нуля полностью зарядить аккумулятор емкостью 3300 мАч за 96 минут. Это отличный результат. Также в Qualcomm анонсировали, что четвертая версия стандарта будет реализована в 2017 году, однако 2017 год уже подходит к концу, а самый последний процессор компании Snapdragon 835 получил только третью версию. Именно она используется в телефонах на базе этого чипсета.

Pump Express

Самый ближайший конкурент Qualcomm – это компания MediaTek, которая также производит процессоры для телефонов. Однако ее продукция чаще всего применяется в бюджетных китайских телефонах типа Meizu. Ее собственная технология быстрой зарядки Pump Express 3.0 (последняя версия на данный момент) позволяет полностью зарядить смартфон Meizu Pro 6 с батарей на 2560 мАч всего за 1 час.

Поддержка технологии возможна только при наличии порта USB Type-C и одного из поддерживаемых SoC (весь список компания не разглашает).

Adaptive Fast Charging

Не отстает и компания Samsung. Технология Adaptive Fast Charging реализуется в процессорах Exynos. Она поддерживается всеми телефонами серии S начиная с Samsung Galaxy S6. Линейка Note также обзавелась новой разработкой – все смартфоны, начиная с Galaxy Note 4, ее поддерживают. Мощность зарядок от Samsung составляет 15 Вт при напряжении 9 В, чего хватает наполнения аккумулятора емкостью 3000 мАч до 50% в течение 30 минут.

Что насчет Apple?

Впервые в Айфонах появилась быстрая зарядка буквально на днях. Компания Apple реализовала технологию в новых флагманах iPhone 8, iPhone 8 Plus и iPhone X. В ходе презентации было заявлено, что телефон в течение 30 минут сможет заряжаться до 50%. Однако разочарование ожидает покупателей – компания Apple не поставляет в комплекте специальные адаптеры. Стандартно в комплекте идет обычная вилка на 5 Вт, которая не поддерживает технологию. Поэтому для того, чтобы иметь возможность быстро заряжать телефон, придется купить зарядное устройство мощностью на 29, 61 или 87 Вт. И хотя заявляют, что для iPhone 8 необходима зарядка мощностью 61 Вт, все это полная ерунда. Максимальный ток, который любой из новых флагманов может забрать, способно обеспечить зарядное устройство на 29 Вт.

Прочие технологии

Есть и другие производители, которые создали свои технологии. Укажем их вкратце, чтобы сильно не утомлять вас:

1. Компания OPPO реализует в своих телефонах технологию Flash Charging или Dash Charge.
2. Huawei не стоит в стороне со своими процессорами HiSilicon с технологией Super Charge. Huawei Mate 9, P10 и P10 Plus пока что имеют данную технологию, но список будет расширяться.
3. Компания Meizu работает над созданием революционной технологии Super mCharge, которая в теории будет способна зарядить батарею на 3000 мАч всего за 20 минут.

Пока что это все известные на сегодняшний день технологии быстрых зарядок, которые используются в тех или иных телефонах. Их принцип приблизительно одинаков, но технические различия могут быть.

Limitations to ultra-fast charging Li-ion

The maximum charge current a Li-ion can accept is governed by cell design, and not the cathode material, as is commonly assumed. The goal is to avoid lithium-plating on the anode and to keep the temperature under control. A thin anode with high porosity and small graphite particles enables ultra-fast charging because of the large surface area. Power Cells can be charged and discharged at high currents, but the energy density is low. Energy Cells, in comparison, have a thicker anode and lower porosity and the charge rate should 1C or less. Some hybrid Cells in NCA (nickel-cobalt-aluminum) can be charged above 1C with only moderate stress.
Apply the ultra-fast charge only when necessary. A well-designed ultra-fast charger should have charge-time selection to give the user the option to choose the least stressful charge for the time allotted. Figure 2 compares the cycle life of a typical lithium-ion battery when charged and discharged at 1C, 2C and 3C rates. The longevity can further be prolonged by charging and discharging below 1C; 0.8C is the recommended rate.
 

Figure 2: Cycle performance of Li-ion with 1C, 2C and 3C charge and discharge. Charging and discharging Li-ion above 1C reduces service life. Use a slower charge and discharge if possible. This rule applies to most batteries.

Neo 1973 and the checkFastCharge.py daemon

THE /SYS PATHS NEED TO BE UPDATED FOR RECENT DISTRIBUTIONS

There are several ways of forcing fast charge mode:

For older kernels (2.6.24): From a terminal or ssh session, execute

echo -n "fast_cccv" > /sys/devices/platform/s3c2410-i2c/i2c-adapter/i2c-0/0-0008/chgmode

For newer kernels (2.6.29): From a terminal or ssh session, execute

echo -n "fast_cccv" > /sys/class/i2c-adapter/i2c-0/0-0008/pcf50606-mbc/chgmode

To add a U-Boot menu entry, see U-Boot commands

Use a script. User:Wurp has written a python script to monitor for slow charge and automatically pop up a gui asking if you want to switch to fast charge, see next CheckFastrCharge.py below.

What it does

Your neo will detect when it is charging slowly and pop up a gui to ask if you want to switch to fast charge mode. It will take a few seconds to detect that you are charging slowly.

This will not work for the FreeRunner. Andy Green has a patch to give the FreeRunner the needed functionality, then I’ll need to update my script after that becomes available.

Details

checkFastCharge will remember if you select slow charge and not ask you again. If you accidentally selected slow charge, unplug the neo from the charger for several seconds, then plug it back in. Next time the script checks, it will ask again if you want slow or fast charge.

When you select fast charge, the script goes through a confirmation sequence, because fast charge can be dangerous for your hardware if the charger doesn’t support 500 mA or more. Just click ‘Confirm’ four times to confirm that you want to go into fast charge mode.

Install as a daemon

On your neo, with an internet connection available:

1. cd /
2. tar xzf checkFastCharge.tgz
3. cfc-inst
4. /etc/init.d/checkFastCharge start

(The above just creates /home/root/bin/checkFastCharge.py, /etc/init.d/checkFastCharge, and the links to make checkFastCharge start up automatically when the neo reboots.)

Just install the script

If you want to run checkFastCharge manually, without the /etc/init.d script…

1. extract checkFastCharge.py from the tgz to somewhere on your path

I’ll package this up into an ipkg with an /etc/init.d and a startup script when I get the time…

Options

Options are only available if you run the script manually, rather than through /etc/init.d

• -f means start up even if the script thinks another instance is running
• -d means check every few seconds for slow charge (without this flag it just checks once immediately)
• -q means don’t print out messages on the terminal about what the script is doing