توی اینترنت و سایت های بررسی موبایل پره از مطلب درباره نحوه شارژ موبایل و چیکار بکنید و چیکار نکنید. مشخصا اکثرا سایت هایی ایرانی ای که این مطالب رو میذارن یک ترجه ای بیش نیست. ترجمه ای از سایت های معروف بررسی موبایل و گجت و اینجور چیزها.
ولی اینجا میخوام یکبار برای همیشه بحث نحوه شارژ درست باتری موبایل رو کلا ببندم. میشه خیلی تخصصی بحث کرد ولی این پست جاش نیست. این پست تا حدودی تخصصی درباره برق هست و تاحدودی هم ساده برای عموم مردم.
قبل اینکه درباره نحوه شارژ صحبت کنیم بیاید درباره باتری صحبت کنیم.
اول از همه باید بدونیم که باتری های موبایل و لپتاب اکثرا باتری های لیتیوم-یون هستش. این نوع باتری ها جدیدترین نوع باتری تولید انبوه هستن که توی موبایل و لپتاب و خیلی جاهای دیگه استفاده میشه. باتری های لیتیوم-یون توی انواع و اقسام شکل ها هستن. باتری سیلندری ( Cylindrical Lithium ion) ، باتری های کیسه ای! (Pouch Cell) ، باتری های منشوری! (Prismatic) و... که عکسشون رو پایین میبیند.
اکثرا ما باتری شکل وسط رو (Pouch) رو بیشتر دیدیم . توی گوشی هامون. همه گوشی های جدید این نوع باتری ها رو دارن ولی چون یه روکش کشیدن و آرم سامسونگ و اپل و... داره شما به این صورت خام زیاد ندیدین. باتری های منشوری هم کم کاربرده و فقط محض اطلاع گذاشتم. باتری های سیلندری هم بعضیا دیدن؛ کسایی که پاوربانک بزرگ دارن و بازش کردن و کسایی که باتری لپتاب رو باز کردن.(باتری مک بوک ایر اپل فکر کنم از نوع کیسه ایه).
بخاطر نحوه تولید باتری های کیسه ای و اینکه میتونن به هرشکلی در بیان ، این باتری های توی گوشی نسبت به موارد دیگه بیشتر استفاده میشه . باتری های کیسه ای لیتیومی هم باز انواع مختلف دارن. که مربوط به الکترولیتی هست که توشون استفاده شده.
بذارید خیلی ساده بگم قضیه الکترولیت چیه. توی باتری ماشین ما دوتا صفحه سربی داریم.(واقعیت اینه که هر دو صفحه سربی خالی نیستن یکی سربه یکی سولفات سرب یا اکسید سرب) در کل میشه گفت این دو صفحه باعث میشن دو قطب مثبت و منفی بدست بیاد. ولی کل این دو صفحه غرق یک نوع ماده ای بنام الکترولیت اند. که عموما بهش میگیم اسید باتری. که آب مقطر هم توش قاطیه و باید باتری رو از این نظر بازدید کنیم.... یکم یاد قدیما بیافتید!!!!!
توی باتری های لیتیومی هم ما الکترولیت داریم که انواع زیادی دارن و ویژگی های مختلفی به باتری میدن . مثلا دوتا باتری هم شکل اگه از دوتا الکترولیت مختلف ساخته شده باشن ممکنه یکی بیشتر شارژ نگه داره ولی باعث بشه خطرناک تر و قابل اشتعال تر بشه و ممکنه اون یکی دفعات بیشتری بشه شارژش کرد. این الکترولیت قبلنا مایع بود و مشکلاتی داشت که بحثش اینجا نیست . بعدا تبدیل شد به پلیمر(یه چیزی بین مایع و جامد مثل ژل یا خمیردندون) و قراره که بعدا هم تبدیل بشه به جامد که مزیتش بالاتره.
فعلا خیلی وقته گوشی های جدید (باز بستگی به سازنده داره) اکثرا پلیمری اند ولی اینو بدونید که هنوزم اون معمولیا (الکترولیت مایع ها) تولید میشن. توی علاءالدین پره. همشون هم کیفیت ساخت پایینی دارن و بی نام و نشونن و سریع خراب میشن. حتی شکل باتری های موبایل برند رو دارن. تشخیصشون ممکن نیست . مثلا یه باتری نو میخرید که سریع تر از باتری قبلی خراب میشه . از جاهای مطمئن بگیرید....
حالا چجوری شارژ میشن؟
تمام حرفای بالا برای این بود که بگم انواع مختلفی از باتری های لیتیومی وجود دارن که مشخصات متفاوتی دارن . اما اونایی که توی موبایل و لپتاب هستن اینقدر مشخصات مشابهی دارن که میتونیم یکی فرضشون کنیم. مثلا توی جارو شارژی هم باتری لیتیومی هست مثل (LiFePO4) که یکم مشخصاتش فرق داره. ولی من ندیدم تو موبایلی استفاده شده باشه . مخصوصا تو این چند ساله.
شارژ باتری های لیتویمی-یون یا لیتیوم-یون پلیمر یا هرچیزی شبیه به این "تقریبا" یکی اند و نیاز به مراقبت بیشتری توی شارژ دارند.
باتری های لیتیومی ولتاژ نامی 3.7 ولت و شارژ کامل 4.2 ولت و تخلیه کامل 3 ولت دارن (البته پاناسونیک مدل باتری هایی تولید میکنه که تخلیه کامل 2.5 ولته ، باز بستگی به سازنده داره).
اگه خط سبز رنگ نمودار بالا رو ببینید معلومه که وقتی باتری شارژ کامله (4.2 ولت) و شما ازش استفاده میکنید آروم آروم ولتاژش کم میشه تا به 3ولت برسه و اونجاست که دیگه باتری هیچ ظرفیتی برای شارژ نداره یکدفعه نمودار فرو میریزه. اینجا جاییکه دیگه نباید از باتری استفاده بشه.
نکته تخصصی : نمودار توی دمای 20 درجه هست. یعنی در دماهای خیلی بالا یا خیلی پایین، باتری همچین عملکردی رو نداره. مثلا توی ماشین های برقی تسلا که پر از باتری های لیتیوم-یون هست ، خیلی ها توی دمای خیلی سرد نمیتونستن ماشین رو روشن کنن.(البته ماشین گرمکن باتری هم داره که در بدترین حالت که همه چی قطع میشه شما با یه باتری ماشین گرمکن رو راه میندازید و ماشین راه میافته - بله سازنده فکر اونجا رو هم کرده). همچنین نمودار 1C رو در نظر گرفتیم. C rate مربوط به نسبت آمپر-ساعت شارژ باتری به ظرفیت یک باتریه. مثلا اگه یه باتری 2000mAh داشته باشید میتونید با 2 آمپر-ساعت (1C) شارژش کنید که به صورت تئوری، بعد از یک ساعت شارژش کامل میشه یا با 4 آمپر-ساعت (2C) شارژش کنید که به صورت تئوری، توی نیم ساعت شارژ میشه. آمپر ایده آل برای یه باتری لیتیومی 0.8C هست. یعنی یکم بیشتر از دوساعت طول میکشه ولی با این روند باتری تقریبا 300 بار شارژ و دشارژ میشه کرد(تعداد دفعات استفاده تا خراب شدن یه باتری). البته بسته به سازنده متفاوته که مثلا میگن پاناسونیک به مقدار 500 و بالاتر هم رسیده.
به اینع شارژ، CC-CV میگن. یعنی جریان ثابت Constant Current ، ولتاژ ثابت Constant Voltage. بذارید روی عکس بگم که بهتر معلومه.
ببینید نمودار بالا سه بخش داره ، از بخش دوم شروع میکنم. بخش دوم میگه وقتی شارژر رو به باتری وصل میکنیم باید در ولتاژ 4.2 ولت ، جریان ثابت باشه مثلا یک آمپر (بخش جریان ثابت). در اینصورت ولتاژ باتری آروم آروم بالا میره (خط نقطه چین) تا به ولتاژ منبع خیلی نزدیک بشه. بعد از اون به بخش سه میریم (بخش ولتاژ ثابت) . توی این بخش حالا که ولتاژ نزدیک به هم شدن ، جریان رو آروم آروم کم میکنیم. بعد از مدتی که جریان خیلی خیلی کم شد (در حد 10 20 میلی آمپر) میگیم شارژ تکمیله.
نکته تخصصی : واقعیت اینه که بخش اول به اسم Pre-Charge شناخته میشه. یعنی اگه ولتاژ باتری خیلی کمتر از سه ولت تخلیه باشه. مثلا 0 ولت ، در اونصورت بعضی از مدارشارژ ها با یه جریان ثابت کم ، ولتاژ رو به سه ولت میرسونن و بعد تازه شارژ شروع میشه. در واقعیت از اونجایی که هیچ چیز ایده آل نیست همیشه باتری مقاومت داخلی بسیار کمی داره. یعنی اگه شما باتری نو رو همینجوری یه جا بذارید بعد از مدتی خالی میشه.(البته این مدت برای باتری نو خیلی طولانیه) ولی برای باتری دست دوم بخاطر شارژ و دشارژ شدن زیاد بیشتره و حتی ممکنه اتصال کوتاه داخلی هم داشته باشن که اصلا نمیذاره شارژ کنید ؛ تا 3 یا 3.5 ولت به زور شارژ میشه و خیلی سریع به صفر میرسه.)(برای فهمیدن چرایی این موضوع منابع رو نگاه کنید). نکته بعدی اینه که باز از اونجایی که این باتری ها مقاومت داخلی دارن همونجور که باتری رو شارژ میکنید باتری داره خالی میشه و هیچوقت جریان بخش سوم (ولتاژ ثابت) به صفر نمیرسه (این قضیه اکثرا توی باتری های کهنه و دست دوم و باتری های چینی خیلی رخ میده) در اونصورت زمانیکه هنوز باتری حدود 20 تا 30 میلی آمپر داره میکشه ، باتری رو شارژ شده میدونیم و عملیات شارژ رو قطع کنیم.(بعضیا هم میگن 5 تا 10 میلی آمپر). میگن برای اینکه باتری عمر بیشتری داشته باشه و روی مرز حرکت نکنیم بهتره که ولتاژ روی 3.15 یا 3.10 ولت رو تخلیه شده بدونیم و باتری رو در 4.10 یا 4.15 ولت شارژ کنیم. خوشبختانه بعضی مدارشارژ ها این قابلیت رو دارن. راستی اگه یه نگاه به نمودار شکل بالاتر "ظرفیت-ولتاژ" باتری بندازین ، بالای نمودار وضعیتی که باتری شارژ شده رو نوشته. CC-CV یعنی شارژ به صورت جریان ثابت-ولتاژ ثابت رخ داده با جریان 0.7C که تقریبا ایده آل هست. ولتاژ نهایی 4.20 ولت بوده و عملیات شارژ رو در جریان 39 میلی آمپرِِ آخر شارژ ، قطع کردیم. در دمای 20 درجه سانتیگراد.
شارژ باتری در موبایل
میرسیم به اصل مطلب.تمام حرفای بالا رو گفتم تا متوجه بشید اصلا قضیه چی هست. توی موبایل و انواع شارژر های لیتیوم-یونی درست حسابی تمامی کارایی که بالاتر گفتم رو به صورت اتوماتیک انجام میده و شما لازم نیست هیچ کار دیگه ای بکنید.خودش تشخیص میده ولتاژ باتری و ولتاژ ورودی چقدره.کجا باید مدار رو قطع کنه دمای باتری رو نگاه میکنه و تمام عملیات های بالا بعلاوه کلی تنظیمات دیگه رو خودکار انجام میده. شارژر رو به دستگاه وصل میکنید و تموم. وقتی شارژ شد برش میدارید!
باور نمیکنید؟ بیاید به یه آی سی مدار شارژ ارزون و خوب نگاه بندازیم. اسمش هست TP4056. توی دیتاشیت این آی سی همه چی رو نوشته.
اگه به دوتا عکس بالا نگاه بندازید میبیند که ولتاژ قطع شارژ باتری رو 4.2 گرفته با 1.5 درصد خطا. گفته ولتاژ ورودی بین 4 تا 8 میتونه باشه که ایده آل 5 ولته (ولتاژ USB) . درباره دمای کاری حرف زده و گفته میشه جریان شارژ رو تنظیم کرد (همون جریان ثابت رو) و کلی موارد دیگه که ترجمه به زبان ساده اش میشه برق رو وصل کن بقیه کارا با خودم! موقعی هم که شارژ کامل میشه ( از روی نمودار تقریبا توی 100 میلی آمپر) میتونه یه LED رو روشن کنه و بعد از اینکه شارژر رو جدا کردید خود آی سی کمتر از 2uA از باتری مصرف میکنه. البته در کنار این آی سی ، یسری قطعات دیگه برای محافظت از باتری و شارژر قرار داره تا یک وقت اتصال کوتاه نشه یا جای باتری رو جابجا نزنید و... .
یا مثلا بذارید یه اشاره کوتاه به آی سی شارژ LG G5 کنم که PMM8920 هست یا Galaxy S8 که PM8998 هست که شبیه به هم اند. اگه به دیتاشیت 144 صفحه ای نگاه کنید میبینید که علاوه بر شارژ باتری کلی کار دیگه میکنه و حتی ورودی دما داره و.... حتی فکر کنم باتری 3 ولتی یا 2.90 ولتی رو خالی تشخیص میده و زمانی که به اون حد برسه به شما توی گوشی میگه درصد باتری صفره گوشی خاموش میشه . و فکر میکنم تمام این کارا هم در لایه سخت افزار انجام میشه. ندیدم که سیستم عامل بتونه دست ببره توی عملیات شارژ ولی اگه همچین چیزی هست تو نظرات بگید.
کلی حرف زدم تا بگم دوست عزیز ، اینقدر مطالبی که اینور اونور توی سایتا میخونید رو باور نکنید . حتی در یک شکل بدتر اپ دکترباتری و اینجور چیزا رو نصب کنید تا مثلا باتری عمر بیشتر داشته باشه. (میتونید نظرات مردم رو درباره برنامه دکترباتری توی زومیت بخونید)
منابع:
