test adv
,

Уровни защиты батарей смартфонов. Что это такое и как посчитать

Производители заявляют о 30+ степенях защиты, но что это такое на самом деле? Пытаемся разобраться в существующих технологиях

Когда-то давно нормой для смартфонов считалась зарядка мощностью 5 Вт, а предлагающие 10 Вт модели рекламировались как скоростные варианты. Однако со временем производители поняли, что в этой области есть куда расти, и стали соревноваться друг с другом в количестве ватт — сейчас, к примеру, поддержка 18 Вт кажется минимально необходимой даже в бюджетных моделях (привет, iPhone!). На данный момент гонка привела к тому, что смартфоны с поддержкой зарядки на 67 Вт уже не вызывают никакого удивления даже в среднем ценовом сегменте, совместимость со 120 Вт кажется нормой для китайских флагманов, а на рынке свободно продаются модели с поддержкой 150 Вт и даже 240 Вт (Realme GT5 и GT Neo5). Но вместе с этим возникает и закономерный вопрос: «А настолько мощные зарядки — это безопасно? Причём не только для аккумулятора, но и для его владельца».

Маркетологи прекрасно осознают это и часто в разделе батарей упоминают, сколько степеней защиты используют их смартфоны для безопасного восполнения энергии. И здесь, в отличие от показательного количества ватт, всё непонятно. Дело в том, что разработчики указывают какие-то сложно вообразимые цифры («34 технологии защиты у Xiaomi 11i Hypercharge» или «38 уровней безопасности у Realme GT NEO 3T»). Но при этом нигде не перечисляется список этих самых опций, даже примерный.

В этой статье пытаемся разобраться, какие технологии защиты аккумулятора применяются в современных смартфонах — информацию пришлось искать по крупицам во всём интернете, собирая сведения у разных производителей.

Аппаратный уровень: специальные компоненты и инженерные решения

Ключевые элементы защиты аккумуляторов от перегрева и прочих казусов кроются именно в физических инженерных решениях, поскольку взять самую «обычную» батарею из условного смартфона пятилетней давности и заставить её заряжаться на повышенной мощности не получится.

Аккумулятор из нескольких ячеек

Во многих смартфонах последних лет с поддержкой быстрой зарядки аккумулятор разделён на две ячейки, которые заряжаются параллельно. Благодаря такому подходу удаётся повысить мощность зарядки: к примеру, в единую батарею было бы небезопасно пускать ток на 4 А (условно), но две параллельные вполне могут заряжаться от 2 А каждая одновременно.

Уровни защиты батарей смартфонов. Что это такое и как посчитать — Аппаратный уровень: специальные компоненты и инженерные решения. 1
Вне зависимости от количества ячеек аккумуляторы одной ёмкости занимают примерно одинаковое пространство

Однако для максимальной эффективности такого подхода нужно применять более сложную технологию, используя два конвертора (charge pumps), регулирующих напряжение и силу тока для каждой из ячеек.

Уровни защиты батарей смартфонов. Что это такое и как посчитать — Аппаратный уровень: специальные компоненты и инженерные решения. 2
240-ваттная технология Realme пошла ещё дальше и подразумевает использование трёх ячеек аккумулятора и трёх конверторов

Впрочем, такой подход необязателен для достижения быстрой зарядки — есть новейшие смартфоны с одноячейной батареей (тот же Xiaomi 13T Pro с зарядкой 120 Вт).

Особый преобразователь

При стандартной зарядке смартфона входное напряжение преобразовывается в подходящее, но это очень сложная задача в случае со сверхбыстрыми зарядками. Например, при 120-ваттной технологии для преобразования 20 вольт в подходящие 5 вольт нужно использовать пять стандартных преобразователей напряжения (поскольку один неспособен понизить его в четыре раза) — это приводит к большому выделению тепла.

Для предотвращения этого той же Xiaomi пришлось прибегнуть к разработке собственного чипсета (Surge P1), который, в отличие от стандартных двухрежимных преобразователей, поддерживает режимы 1:1, 2:1 и 4:1 (и наоборот для реверсивной зарядки). Сейчас компания устанавливает два P1-чипа в свои смартфоны вместо пяти обычных преобразователей, чтобы обеспечивать эффективную сверхбыструю зарядку.

Повышение тока, а не напряжения

Сразу же стоит отметить существование другого подхода к достижению быстрой зарядки — принадлежащие BBK компании (Realme, OPPO, OnePlus и другие) прибегают к повышению тока, а не напряжения. Это позволяет снизить выделение тепла, поскольку чем выше напряжение, тем сильнее сопротивление в проводниках и других компонентах (а следовательно, и выше тепловыделение).

К примеру, 240-ваттная технология Realme использует на входе 20 В при 12 А, а три конвертора преобразовывают это в 10 В при 24 А.

Зарядка без преобразования напряжения

Ещё один подход BBK, который разработчики называют «прямой зарядкой», — отказ от использования преобразователя напряжения внутри смартфона. То есть смартфон заряжается сразу с таким напряжением, которое ему необходимо (ему не нужно преобразовывать его, что сопровождается выделением тепла).

К слову, при таком подходе управляющая цепь питания, регулирующая ток и напряжение, помещается ещё и в блок питания.

Графеновая плёнка

Речь не о мистическом графеновом аккумуляторе, а именно о применении графена в обычных батареях. Им будто оборачивают батарею со всех сторон (или как минимум с одной), и он служит тепловым изоляционным слоем — находясь между аккумулятором и другими компонентами, он минимизирует передачу тепла.

Уровни защиты батарей смартфонов. Что это такое и как посчитать — Аппаратный уровень: специальные компоненты и инженерные решения. 3
Графеновая оболочка невероятно тонкая, но эффективная

Такое решение, к примеру, установлено в Xiaomi 11T Pro.

Испарительная камера

Принято считать, что она задействуются для отвода тепла только от процессора, но это заблуждение. На самом деле, этот элемент активно применяют и для понижения температуры во время быстрой зарядки — в большинстве смартфонов (если не во всех) с питанием на 67 Вт и выше установлена испарительная камера.

Более того, эффективность этого элемента защиты во многом влияет на мощность зарядки, благодаря чему испарительные камеры постоянно дорабатывают (конечно, не последнее влияние на это оказывает и необходимость охлаждать процессор). К примеру, в 2022 году Xiaomi представила особую микроструктуру для технологии Loop LiquidCool, повышающую эффективность рассеивания горячего воздуха в 2 раза.

А технология 240-ваттной зарядки Realme подразумевает использование огромной испарительной камеры, состоящей из нескольких графеновых слоёв, площадью в 6 580 мм².

Батареи со множественными выводами

В «обычных» аккумуляторах используется один анодный и один катодный вывод. А в моделях с поддержкой быстрой зарядки чаще всего применяются множественные выводы, позволяющие распределить ток сразу по нескольким путям — то есть он может двигаться по более коротким расстояниям, что уменьшает сопротивление.

Уровни защиты батарей смартфонов. Что это такое и как посчитать — Аппаратный уровень: специальные компоненты и инженерные решения. 4

При этом уменьшается и риск перегрева батареи, ведь нагрузка распределяется между всеми выводами.

Огнеустойчивые компоненты

Это пассивный элемент защиты, который гарантирует, что если и случится какая-то непредвиденность, то её последствия будут минимальны в вопросе защиты деталей смартфона и пользователя. Или если не гарантирует, то минимизирует шансы несчастного случая.

Программный уровень: необычные идеи и превентивные меры безопасности

Сюда можно отнести технологии, которые регулируются преимущественно прошивкой. Хотя не все они полностью программные (то есть некоторые из них требуют каких-либо вспомогательных датчиков или особенностей конструкции, из-за чего их нельзя реализовать в абсолютно любом устройстве), ключевую роль в их использовании выполняют именно низкоуровневые настройки системы.

Питание смартфона в обход аккумулятора

Идея заключается в том, что если смартфон активно используется при подключении к сети, то подавать питание нужно напрямую его компонентам в обход аккумулятора. Это особенно полезно, если пользователь сильно нагружает устройство во время зарядки — к примеру, играет или использует камеру. Дело в том, что зарядка сама по себе выделяет много тепла, а если в это время ещё и активно нагружен процессор, то тепла выделяется многократно больше.

Уровни защиты батарей смартфонов. Что это такое и как посчитать — Программный уровень: необычные идеи и превентивные меры безопасности. 1
В режиме «минования аккумулятора» батарея, вероятно, тоже слегка подпитывает компоненты, чтобы при отключении зарядки смартфон не выключился

В итоге технология подачи питания в обход аккумулятора убивает сразу несколько зайцев: во-первых, батарея вообще никак не нагревается (ведь она не заряжается); во-вторых, процессор не начинает сильнее троттлить из-за дополнительного чрезмерного нагрева; в-третьих, жизненный цикл аккумулятора не сокращается, поскольку батарея не служит бессмысленным, но задействуемым промежуточным звеном.

Такой подход придуман достаточно давно (впервые в Xperia 1 II от Sony) и используется многими производителями. И, на удивление, он относится к программной реализации не меньше, чем к аппаратной — к примеру, «нативную» поддержку технологии Samsung реализовал только в серии Galaxy S23, но затем выпустил обновление утилиты Game Launcher, привнесшее эту опцию на старые устройства: Galaxy S22, Z Fold 2/3/4, A33 5G, A73 5G и даже на планшеты Tab S8.

Двусторонний контроль питания

В разделе аппаратных мер безопасности упоминалось, что при использовании технологии зарядки без преобразователя напряжения внутри смартфона в адаптер необходимо устанавливать свою управляющую цепь питания. То есть в таком случае в процессе зарядки используются две системы мониторинга: одна в блоке, другая в смартфоне — они обмениваются данными и тем самым лучше определяют и регулируют процесс зарядки.

Мониторинг температуры в реальном времени

Поскольку сверхбыстрая зарядка — рискованная технология в любом из подходов, смартфоны с её поддержкой не обходятся без дополнительных сенсоров, отслеживающих температуру в режиме реального времени и корректирующих входную мощность (полностью выключая подачу энергии в особых случаях).

Уровни защиты батарей смартфонов. Что это такое и как посчитать — Программный уровень: необычные идеи и превентивные меры безопасности. 2
В Xiaomi 11i Hypercharge с зарядкой на 120 Вт используются 9 датчиков, а в смартфонах Realme с питанием на 240 Вт — 13 сенсоров

Впрочем, вспомогательные «датчики безопасности» используются не только для предотвращения несчастных случаев, но и для получения максимума из технологии быстрой зарядки. Обычно скорость восполнения энергии сильно снижается по мере приближения к 100%, но наличие специальных сенсоров позволяет минимизировать этот процесс, не уменьшая мощность существенно дольше (поскольку зарядка осуществляется под тщательным контролем). Xiaomi, к примеру, именует такую технологию как MI-FC.

Ограничение мощности зарядки

В смартфонах с 1440p-экранами по умолчанию включено разрешение 1080p, чтобы не расходовать лишние ресурсы тем, кому это не нужно. Аналогичная ситуация и со сверхбыстрыми зарядками — анонсируя смартфон Redmi Note 11 Pro+ в 2021 году, Xiaomi представила ещё и технологию ограничения скорости заряда. Но даже с ней зарядка по-прежнему очень быстрая, однако при этом температура батареи не приближается к критическому значению.

Уровни защиты батарей смартфонов. Что это такое и как посчитать — Программный уровень: необычные идеи и превентивные меры безопасности. 3
Разработчики посчитали, что технология стоит упоминания прямо со сцены

Так, по умолчанию Redmi Note 11 Pro+ на 4 500 мА⋅ч заряжается от 120-ваттного адаптера за 19 минут, а температура его батареи не превышает 38 °C. Но в настройках можно убрать ограничение, и тогда смартфон будет заряжаться за 15 минут — разница вряд ли существенная для того, чтобы рисковать (как минимум сроком службы батареи).

Лимитирование мощности зарядки на морозе

Ставить на зарядку смартфон при минусовой температуре — не самая лучшая идея, особенно в случае со сверхвысокой мощностью. Но пользователям некоторых смартфонов беспокоиться об этом не стоит, поскольку система автоматически лимитирует скорость зарядки.

Например, при температуре в -10 °C серия Xiaomi 11T ограничивает мощность зарядки до 12 Вт.

Итог: всё интересно, но не совсем понятно

Изначальная идея статьи разобраться в том, что конкретно подразумевается под формулировками наподобие «34 технологии защиты у Xiaomi 11i Hypercharge» и «38 уровней безопасности у Realme GT NEO 3T», оказалась выполненной лишь отчасти.

Производители раскрывают информацию лишь о некоторых технологиях, причём зачастую очень поверхностно. Причин может быть несколько: во-первых, маркетологи решают сделать акцент только на самых показательных или красиво звучащих функциях, чтобы привлечь покупателей, но не запутывать их; во-вторых, перечисление абсолютно всех технологий было бы слишком длинным пластом информации (хотя это всегда можно сделать в какой-нибудь бумажной инструкции или мелким шрифтом внизу сайта); в-третьих, такая информация может быть коммерческой тайной, ведь, как мы убедились по ходу всей статьи, для достижения сверхбыстрой зарядки недостаточно просто увеличить мощность или силу тока.

Уровни защиты батарей смартфонов. Что это такое и как посчитать — Итог: всё интересно, но не совсем понятно. 1
Так и не подумаешь, что для обеспечения быстрой зарядки в смартфоне используется столько компонентов и гениальных идей — может, даже больше, чем для камеры или процессора

Однако есть и отчасти хорошая новость — существует сертификация технологий быстрой зарядки TÜV Rheinland Safe Fast-Charge System. Для её получения (а у многих смартфонов она есть) устройство должно удовлетворять минимальным стандартам безопасности, базирующихся на международно признанных и отраслевых стандартах (или даже превосходящих их). В открытом доступе нет информации о критериях, но TÜV Rheinland отмечает важную деталь: «Испытания направлены, в частности, на снижение опасности, связанной с быстрой зарядкой, проверку несоответствия заявленных производителем характеристик и выявление проблем совместимости при замене оборудования». То есть этот сертификат гарантирует, что указываемая производителем информация — не просто громкие цифры и красивые маркетинговые заявления, а соответствующие действительности данные.

Но справедливости ради стоит вспомнить ситуацию с сертификацией защиты от попадания пыли и воды (IP) — некоторые смартфоны не получают её из-за дороговизны прохождения тестов, но, если верить испытаниям блогеров, вполне справляются с погружением под воду. То есть к отсутствию сертификата TÜV Rheinland вряд ли стоит относиться излишне подозрительно.

Последнее изменение:
 

Добавить комментарий
Если нужно ответить кому-то конкретно,
лучше нажать на «Ответить» под его комментарием