چالش‌ها و محدودیت‌های پنهان شارژ سریع باتری گوشی‌های هوشمند

تولید کنندگان گوشی‌های هوشمند همیشه به رقابت با یگدیگر علاقه داشته‌اند، به‌ویژه اگر پای مشخصات سخت افزاری در میان باشد. در حالی که طراحی، کیفیت ساخت و رابط کاربری فاکتورهایی هستند که به‌سختی می‌توان آن‌ها را اندازه گرفت؛ مشخصات سخت افزاری به دلیل سنجش با اعداد و ارقام، برتری‌ها را تا حدی برای ما روشن می‌سازند.

شاید وجه تمایز خیلی از گوشی‌ها از نظر کاربران نیز همین است که محصولات شرکت‌های مختلف را از لحاظ مدل چیسپت، تعداد هسته‌های پردازنده و فرکانس آن‌ها، میزان حافظه رم، میزان حافظه داخلی و ظرفیت باتری با هم مقایسه می‌کنند. اما به تازگی یک ویژگی دیگر نیز به معیار جدیدی برای کاربران تبدیل شده است: نرخ شارژ سریع دستگاه!

شاید فکر کنید که تجهیز یک گوشی هوشمند به شارژ سریع، تنها به قرار دادن یک آداپتور پرقدرت در جعبه آن خلاصه می‌شود؛ اما این‌‌گونه نیست. برای درک بهتر این موضوع، فرض کنید که تصمیم می‌گیرید موتور خودروی خود را با یک نمونه جدیدتر که ۵۰۰ اسب بخار قدرتمندتر است تعویض کنید، ولی باز هم همان جعبه دنده، ترمزها و سایر عوامل دخیل در حرکت خودرو را به کار بگیرید. قطعا چنین اقدامی با مشکلات متعددی همراه خواهد بود. در بحث شارژ سریع گوشی‌های هوشمند نیز عواملی فراتر از آداپتور شارژر تاثیرگذار هستند.

در ادامه به سراغ بخش‌های اصلی این فناوری و همچنین، موانعی که تولید کنندگان در فرایند کاهش زمان شارژ با آن مواجه هستند خواهیم رفت:

آداپتور شارژر

آداپتورها از اصلی‌ترین عوامل موثر در عملکرد فناوری‌ شارژ سریع هستند که به‌طور شایسته به آن‌ها پرداخته نشده است. فارغ از مدل و شرکت تولید کننده گوشی شما، تا زمانی که گوشی به شارژر مناسب متصل نشود، به حداکثر توان قابل دریافت خود نخواهد رسید.

چالش اصلی در این بخش، طراحی یک آداپتور مدرن است که بتواند میزان نیروی زیادی را با امنیت کامل به گوشی منتقل کند. تلفن‌های هوشمند امروزی به باتری‌های بزرگ‌ و بزرگتری مجهز می‌شوند که نیاز آن‌ها را به شارژ سریع‌تر بیش از پیش نمایان می‌کند؛ زیرا با توجه به اهمیت این گجت در زندگی روزمره همه ما، نمی‌توانیم زمانی طولانی را برای شارژ کامل یا رسیدن به درصد مناسبی که پاسخگوی نیاز ما باشد، صبر کنیم. اما شارژر قدرتمندتر باید هم از نظر فیزیکی بزرگتر باشد و هم از مدارهای بهینه‌تری بهره‌مند شود.

خوشبختانه وضعیت مدارها در چند سال اخیر بهبودهای زیادی را تجربه کرده است. برای مثال، گلکسی نوت ۱۰ به یک شارژر سریع ۲۵ واتی مجهز است که ابعاد آن تقریبا به اندازه دو جعبه کبریت است؛ اما اگر قرار بود سامسونگ از فناوری موجود در آداپتور نوکیا ۳۳۱۰ استفاده کند، ابعاد شارژر نوت ۱۰ به بزرگی یک قوطی نوشابه بود.

تحول ایجاد شده در این بخش موجب شده با آداپتورهای بسیار پیشرفته‌تری نسبت به یک دهه قبل روبه‌رو شویم. باید گفت که مهم نیست دستگاه شما از کدام فناوری شارژ سریع استفاده می‌کند، بلکه این چیپ تعبیه شده درون آداپتور آن است که امکان انتقال نیرو به گوشی از طریق فرایند شارژ را ممکن می‌سازد. این سازوکار به گوشی امکان می‌دهد تا با توجه به سطح شارژ باتری و دمای آن، بهینه‌ترین مقدار نیرو را درخواست کند.

کابل و اتصالات

آداپتور قدرتمند بدون کابلی که توان انتقال این قدرت به گوشی را داشته باشد، کارایی نخواهد داشت. در حالی‌که کابل‌ها یکی از ساده‌ترین بخش‌های زیرساخت شارژ دستگاه هستند، اهمیت آن‌ها کمتر از سایر عوامل نیست. چالش این بخش به تصمیم شرکت تولید کننده درباره چگونگی انتقال جریان از آداپتور وابسته است.

نیرو در این بخش همان میزان ولتاژ بر جریان است. بنابراین، انتقال قدرت بیشتر از شارژر به گوشی می‌تواند باعث افزایش ولتاژ، جریان و یا هر دو آن‌ها شود. برای مثال، ۳۰ وات را می‌توان از طریق یک ترکیب ۱۰ ولت و ۳ آمپر (ولتاژ بالا و جریان پایین) یا ترکیب ۵ ولت و ۶ آمپر (ولتاژ کم و جریان بالا) عبور داد. نمی‌توان هیچ‌ یک از این دو روش را نسبت به دیگری برتر دانست و در هر دو صورت، مشکلی وجود خواهد داشت که باید حل شود.

افزایش ولتاژ اجازه تولید کابل‌های باریک‌تر و ارزان‌تری را می‌دهد. همچنین، این اقدام منجر به ایجاد سازگاری کابل USB شما با دستگاه‌های بیشتری خواهد شد و می‌توانید از همان یک کابل برای شارژ دستگاه‌های دیگر هم استفاده کنید.

با این حال، زمانی که به گوشی متصل شود؛ ولتاژ بالا باید کاهش یابد و به حدی بین ۳.۲ تا ۴.۳ ولت برسد تا باتری در حالتی امن شارژ شود. این تغییر وضعیت ۱۰۰ درصد بهینه نیست و قسمتی از نیرو را به گرما تبدیل می‌کند. همین گرما ممکن است عملکرد گوشی شما را کندتر کند، فرایند شارژ را با وقفه همراه سازد و عمر باتری را نیز کاهش دهد.

سناریوی دوم که به افزایش جریان مربوط است، می‌تواند یک ولتاژ پایین در حدود ۵ ولت را به سادگی به گوشی و باتری آن برساند و در عین حال باعث ایجاد گرمای کمتری برای گوشی شود. اما، جریان بالاتر به سیم‌های ویژه و باریک‌تر از نمونه‌های معمول نیاز دارد. به همین دلیل است که فناوری شارژ سریع وان پلاس فقط با کابل تولیدی این شرکت سازگار است و اگر از کابل نامناسب استفاده کنید، گوشی سرعت شارژ را پایین می‌آورد؛ زیرا از توانایی این کابل در انتقال حداکثر جریان مطمئن نیست. اگر جریان عبوری برای کابل قابل تحمل نباشد، به اصطلاح عامیانه، ذوب می‌شود.

باتری

با وجود تمام موارد بیان شده، اما بزرگترین مشکل خود باتری‌ها هستند!

طراحی نامشخص باتری‌های لیتیوم یونی تا حد زیادی ماهیت فرار آن‌ها را پنهان می‌سازد. اگر تا‌ کنون ویدیوهای مربوط به سوراخ کردن باتری‌ گوشی‌های هوشمند و شعله‌ور شدن آن‌ها را دیده باشید، منظور ما از «ماهیت فرار» آن‌ها را متوجه خواهید شد. در یک سو، مواد شیمیایی بسیار واکنش‌پذیر درون باتری به آن اجازه می‌دهد تا حجم زیادی از انرژی را در قالب خود ذخیره کند. در سوی دیگر، این مواد باتری را ملزم می‌کنند از مدار بندی خاصی استفاده کند تا از اتصال کوتاه، شارژ بیش از حد یا افزایش دمای بیش از حد جلوگیری شود.

به‌طور کلی سرعت شارژ باتری‌های لیتیوم یونی به صورت امن، تا حد زیادی به طراحی آن‌ها بستگی دارد. در نتیجه، ابعاد فیزیکی در اینجا یک فاکتور مهم تلقی می‌شود. باتری‌های بزرگتر می‌توانند نرخ شارژ سریعتری را تحمل کنند، اما اگر بخواهیم همان سلول را با ابعاد مشابه، به صورتی بازطراحی کنیم که سریعتر شارژ شود؛ باید اندازه المان‌های موجود در سلول را افزایش دهیم که در این صورت ظرفیت انرژی آن کاهش می‌یابد. باتری ۵۰۰۰ میلی آمپر ساعتی ایسوس ذن‌فون ۶ یک مثال بارز از این رابطه است که می‌تواند شارژ سریع تا حداکثر ۱۸ وات را پشتیبانی کند. طبق اعلام مهندسین ایسوس، اگر بدون تغییر ابعاد این باتری بخواهیم سرعت شارژ آن را تا ۴۰ وات افزایش دهیم، باید به ظرفیت ۴۰۰۰ میلی آمپر ساعتی برای آن بسنده کنیم.

اما هر چقدر هم که باتری دستگاه شما بزرگ باشد، تنها پیش از رسیدن به ظرفیت ۷۰ درصد می‌تواند از حداکثر سرعت تعیین شده در فناوری شارژ سریع خود استفاده کند؛ البته اگر محدودیت‌های ناشی از گرما در فرایند شارژ سلول اختلال ایجاد نکند. هرچه از این آستانه فراتر برویم، برای تامین امنیت باتری، از جریان ورودی کاسته می‌شود.

کاهش آسیب‌ و حوادث مرتبط با باتری در چند سال اخیر، گواهی است بر پیشرفت‌های فنی باتری‌های گوشی‌های هوشمند و شایستگی آن‌ها برای دریافت توجه بیشتر از سوی تولید کنندگان این دستگاه‌ها. در حالی‌که شاید باتری‌ها به اندازه دوربین‌های چندگانه و صفحات OLED پرزرق‌وبرق در جلب توجه موفق نبوده‌اند، اما مهندسی به کار رفته در تولید آن‌ها به اندازه هر بخش دیگری از سخت افزارهای گوشی‌های امروزی شایسته تحسین است.

منبع: Phone Arena