شارژ سریع چیست؟ انقلابی در دنیای باتری ها با فست شارژ

در دنیای پرشتاب امروز، گوشی های هوشمند و دستگاه های الکترونیکی به ابزارهای حیاتی تبدیل شده اند که وابستگی ما به آن ها به سرعت در حال افزایش است. در پی این افزایش کاربرد، تقاضا برای سرعت شارژ بالاتر نیز به یک ضرورت تبدیل شده است. فناوری شارژ سریع چیست؟ در پاسخ به این پرسش، باید گفت که این فناوری مکانیزمی است که امکان شارژ باتری ها را با توانی بسیار بالاتر از استاندارد پایه USB (5 وات) فراهم می کند. این امر معمولا با افزایش ولتاژ خروجی و یا افزایش جریان ورودی، در عین حال به کارگیری تکنیک هایی برای جلوگیری از آسیب دیدن باتری ناشی از شارژ کنترل نشده، محقق می شود.

هدف نهایی فناوری شارژ سریع تنها افزایش توان نیست، بلکه صرفه جویی چشمگیر در زمان کاربران است. در واقع، فست شارژ چیست جز یک راه حل مهندسی هوشمند که چرخه شارژ را به گونه ای بهینه می کند که کاربر بتواند در مدت زمان کوتاهی بخش اعظم ظرفیت باتری خود را پر کند. این قابلیت در عصر حاضر که باتری های دستگاه ها بزرگ تر می شوند، دیگر یک ویژگی لوکس نیست، بلکه یک استاندارد صنعتی به شمار می رود. در این مقاله از تکنوسان مگ به بررسی فناوری شارژ سریع پرداخته و به سوالات شما حول این محور پاسخ خواهیم داد.

سیری در تاریخ فست شارژ؛ آغاز رقابت سرعت

تاریخچه این تحول بزرگ، به اوایل دهه 2010 بازمی گردد. پاسخ به این سوال که کدام شرکت اولین بار فناوری شارژ سریع را معرفی کرد، ما را به سمت کوالکام (Qualcomm) هدایت می کند. کوالکام با عرضه اولین نسخه از Quick Charge (QC 1.0) در سال 2013 و همراهی با تراشه Snapdragon 600، به صورت رسمی رقابت بر سر سرعت شارژ را در بازار دستگاه های همراه آغاز کرد. در آن زمان، این فناوری شارژ سریع توان 10 وات را ارائه می داد، در حالی که شارژ استاندارد USB تنها 5 وات بود. با معرفی QC 2.0 در سال 2015، حداکثر توان به 18 وات رسید که ولتاژهای 9 یا 12 ولت را پشتیبانی می کرد. شرکت هایی مانند موتورولا نیز از این استاندارد با نام TurboPower استفاده کردند. این حرکت کوالکام نقطه عطفی بود که سایر تولیدکنندگان از جمله اوپو، هواوی و سامسونگ را وادار کرد تا استانداردهای اختصاصی خود را برای بهبود فناوری شارژ سریع توسعه دهند.

فست شارژ چیست؟

همانطور که می دانید توان شارژ از طریق حاصل ضرب ولتاژ (V) در جریان (I) محاسبه می شود؛ بنابراین، برای دستیابی به شارژ سریع باتری، باید یکی از این دو یا هر دو عامل افزایش یابد. به طور کلی، تکنولوژی فست شارژ از دو رویکرد اصلی پیروی می کند؛ افزایش ولتاژ که در نسخه های اولیه Quick Charge تا QC 3.0 و Adaptive Fast Charging سامسونگ رایج بود و افزایش جریان که توسط شرکت هایی مانند اوپو (VOOC) و وان پلاس (Warp Charge) پیشگام شد. این رویکرد پیش نیاز اصلی برای دستیابی به توان های فوق سریع 100 وات و بالاتر است. 

 تعادل میان سرعت و طول عمر: معایب و مزایا فناوری شارژ سریع

کاربران اغلب این سوال را می پرسند که فست شارژ خوبه یا بد. پر واضح است که پاسخ به کیفیت پیاده سازی فناوری شارژ سریع بستگی دارد. مهم ترین عیبی که می توان بر این فناوری وارد داشت، احتمال افزایش حرارت دستگاه است. در واقع بزرگترین چالش و اصلی ترین محدودیت در توسعه فناوری شارژ سریع، حرارت تولید شده است. برخلاف تصور عمومی، عاملی که عمر مفید باتری های لیتیوم-یونی را کاهش می دهد، سرعت شارژ نیست، بلکه گرمای بیش از حد است که به اجزای شیمیایی باتری آسیب می رساند. در نتیجه، سیستم های مدرن شارژ سریع، همگی بر مدیریت حرارت متمرکز شده اند.

سیستم های پیشرفته از جمله BMS (سیستم مدیریت باتری) و پروتکل های هوشمند در آداپتور، به طور مداوم دما، ولتاژ و جریان را رصد می کنند. اگر دمای باتری از حد معینی فراتر رود، BMS به طور خودکار سیگنالی به شارژر ارسال کرده و سرعت شارژ را کاهش می دهد تا از آسیب جلوگیری شود. علاوه بر این، شارژ سریع معمولا در دو مرحله انجام می شود: فاز اول (جریان ثابت یا CC) که سرعت بسیار بالا است و تا حدود 80 درصد ظرفیت باتری ادامه می یابد، و فاز دوم (ولتاژ ثابت یا CV) که جریان به شدت کاهش می یابد تا باتری به آرامی پر شود و سلامت آن حفظ گردد. اما در خصوص مزایا بی شک مهم ترین مزیت، صرفه جویی در زمان است. 

شارژ فوق سریع یعنی چه؟

دستیابی به توان های شارژ بالای 100 وات که امروزه در بسیاری از پرچمداران مشاهده می شود، نیازمند نوآوری های عمیق در معماری باتری و مدیریت توان است. عبارت شارژ فوق سریع یعنی چه؟ این عبارت به سیستم هایی اطلاق می شود که از توان های بسیار بالا (معمولا بالای 65 وات) استفاده می کنند و معمولا شامل یک معماری تخصصی هستند. یکی از مهم ترین این راهکارها، استفاده از معماری باتری دوسلولی است. در این ساختار، باتری فیزیکی به دو سلول مساوی تقسیم شده و به صورت موازی شارژ می شوند. این تقسیم بندی باعث می شود که جریان ورودی بین دو سلول تقسیم شود. به عنوان مثال، اگر یک سیستم شارژر 200 واتی به جریان ورودی 10 آمپری نیاز داشته باشد، با تقسیم آن به دو سلول، هر سلول تنها 5 آمپر دریافت می کند. این تکنیک به طور موثری گرما را کاهش داده و ایمنی را در توان های بالا تضمین می کند، که برای مثال در Hypercharge شیائومی (200 وات) و Super VOOC اوپو (تا 240 وات) به کار رفته است.

فرمانروایی استانداردها: Power Delivery و PPS

در رقابت پرتلاطم استانداردهای انحصاری مانند VOOC، QC، SuperCharge و... نیاز به یک استاندارد جهانی و غیرانحصاری احساس می شد. این استاندارد جهانی تحت عنوان USB Power Delivery (USB PD) توسعه یافت. USB PD یک پروتکل شارژ هوشمند است که بر پایه پورت USB-C عمل می کند. بر خلاف استانداردهای انحصاری که تنها با یک برند یا یک تراشه خاص سازگار هستند، در یک کلام، این فناوری راه حل جهانی شارژ است که توسط تمامی سازندگان (اپل، گوگل، لپ تاپ ها) پذیرفته شده و به دلیل ماهیت غیرانحصاری، آینده شارژرها را شکل می دهد. این استاندارد قابلیت پشتیبانی از توانی تا 100 وات در نسخه های قبلی و تا 240 وات در نسخه 3.1 را فراهم می کند. مزیت کلیدی PD این است که شارژر ابتدا نیازهای دستگاه متصل شده را بررسی می کند و سپس دقیقا توان مورد نیاز را تامین می کند. در مقاله فناوری پاور دلیوری (Power Delivery) چیست و چه کاربردی دارد؟ با جزئیات بیشتری به توضیح این فناوری پرداخته ایم.

پروتکل PPS: تحولی در فناوری شارژ سریع PD

اوج هوشمندی و ایمنی در استاندارد PD با معرفی PPS (Programmable Power Supply) به دست آمد. فناوری شارژ سریع power delivery  با گنجاندن PPS، عملا توانست بر چالش گرمای تولید شده در شارژ سریع فائق آید. فناوری شارژ سریع pd که به PPS مجهز شده است، به شارژر اجازه می دهد تا ولتاژ و جریان خروجی را به صورت پویا و گام های بسیار کوچک تنظیم کند. این تنظیم می تواند در یک بازه وسیع و با جریان متغیر انجام شود. مزیت بزرگ PPS این است که با تنظیم دقیق ولتاژ در نقطه بهینه، نیاز دستگاه به تبدیل ولتاژ کاهش می یابد. در نتیجه، گرمای کمتری تولید شده و بهره وری شارژ بالاتر می رود و از عمر باتری محافظت می شود.

پذیرش گسترده PPS توسط شرکت های بزرگ، اهمیت این استاندارد را تایید می کند. به طور خاص، فست شارژ سامسونگ در نسخه های جدیدتر خود Super Fast Charging یا SFC کاملا مبتنی بر استاندارد USB PD PPS است. سامسونگ با معرفی SFC 2.0، توان 45 واتی را برای گوشی هایی مانند سری S20 و جدیدتر فراهم کرد که از مزایای مدیریت حرارتی و کارایی بهینه PPS بهره می برد. این رویکرد نشان می دهد که حتی با وجود توسعه فناوری های انحصاری توسط برندها، در نهایت برای دستیابی به ایمنی و سازگاری گسترده، حرکت به سمت استاندارد غیرانحصاری فناوری شارژ سریع pd به ویژه PPS اجتناب ناپذیر است.

انواع فناوری شارژ سریع و رقابت انحصاری

رقابت در بازار موبایل منجر به ظهور انواع فناوری شارژ سریع انحصاری شده است که هر کدام بر اساس رویکردهای مهندسی متفاوت عمل می کنند. در ادامه به توضیح هر یک از این فناوری ها خواهیم پرداخت:

کوالکام Quick Charge (QC) 

کوالکام یا Quick Charge این فناوری شارژ سریع در نسخه های اولیه QC 1.0 تا QC 3.0 عمدتا از طریق افزایش ولتاژ عمل می کرد. با این حال، کوالکام به سرعت استراتژی خود را تغییر داد. نسخه های Quick Charge 4.0 و به بعد، به طور کامل با استاندارد USB PD سازگار شدند و QC 5 نیز که توان بیش از 100 وات را پشتیبانی می کند، با استفاده از تکنیک INOV (بررسی هوشمند ولتاژ بهینه)، قابلیت تنظیم ولتاژ بین 3.6 تا 20 ولت را دارد و سازگاری آن با PD تضمین شده است. این تحول نشان دهنده گرایش بازار به سمت جهانی سازی استانداردهاست.

فناوری شارژ سریع سامسونگ Adaptive و Super Fast Charging

سامسونگ دو استاندارد اصلی را معرفی کرده است؛ Adaptive Fast Charging (AFC) قدیمی تر است که در بسیاری از گوشی های میان رده و قدیمی تر سامسونگ وجود دارد، بر پایه فناوری Quick Charge توسعه یافته و حداکثر توان 18 وات را ارائه می دهد. Super Fast Charging (SFC) جدیدتر است که توان های بالاتر از 25 وات (SFC 1.0) و 45 وات (SFC 2.0) را ارائه می کند. 

استانداردهای مبتنی بر جریان بالا BBK و Huawei 

برندهای چینی مانند اوپو، وان پلاس و شیائومی پیشتاز توان های بسیار بالا بودند و رویکرد افزایش جریان را برگزیدند. این برندها برای دستیابی به توان هایی مانند 65، 120 و حتی 240 وات ولتاژ را نسبتا پایین نگه داشته و جریان را به شدت افزایش می دهند. این فناوری ها شدیدا به باتری های دوسلولی و آداپتورهای اختصاصی وابسته هستند. Hypercharge شیائومی با این استاندارد توان 200 وات را معرفی کرد که می تواند یک باتری 4000 میلی آمپر ساعتی را در عرض 8 دقیقه شارژ کامل کند. Super Charge هواوی توان 22.5 وات تا 66 وات را ارائه می کند و با استفاده از سیستم های خنک کننده 8 لایه و پروتکل Smart Charge، مدیریت هوشمندانه ولتاژ و جریان را برای حفظ ایمنی تضمین می کند.

مقایسه جامع استانداردهای فناوری شارژ سریع

تنوع در فناوری شارژ سریع موجب شده است تا کاربران برای انتخاب سازگارترین شارژر دچار سردرگمی شوند. با این حال، می توان استانداردهای اصلی را بر اساس رویکرد فنی و حداکثر توان، در جدول زیر مقایسه کرد:

آینده فناوری شارژ سریع

تحلیل روند جاری در صنعت فناوری شارژ سریع نشان می دهد که آینده این صنعت نه تنها بر سرعت بالاتر، بلکه بر هوشمندی و جهانی سازی متمرکز است. رقابت برای دستیابی به توان های بسیار بالا همچنان ادامه خواهد داشت، اما تنها با اتکا به معماری های ایمنی مانند باتری های دوسلولی و سیستم های مدیریت حرارت پیشرفته دستیابی به این اعداد و ارقام ممکن خواهد بود. همچنین اجبار شرکت هایی مانند گوگل به پشتیبانی از PD و همچنین اتکای پرچمداران سامسونگ به پروتکل PPS، نشان می دهد که استاندارد فناوری شارژ سریع pd (USB Power Delivery) به سرعت در حال تبدیل شدن به معیار جهانی برای شارژ سریع ایمن و کارآمد است. این همگرایی در نهایت منجر به کاهش وابستگی کاربران به شارژرهای اختصاصی و کاهش ضایعات الکترونیکی خواهد شد.

سوالات متداول

• از کجا بفهمیم شارژر فست شارژ است؟

  تشخیص فناوری شارژ سریع در آداپتور ساده است. تنها کافی است برچسب روی آداپتور را بررسی کنید. به علاوه بسیاری از شارژرهای فست شارژ نشانه های فیزیکی مانند نماد رعد و برق یا عبارت "Fast Charging" روی بدنه خود دارند.

• آیا می توان با کابل مناسب، یک شارژر معمولی را سریع کرد؟

  خیر؛ تبدیل شارژر معمولی به فست شارژ ممکن نیست.

• چگونه فست شارژ را فعال کنیم؟

  بسیاری از تولیدکنندگان از جمله گوشی های فست شارژ سامسونگ این امکان را به کاربران داده اند تا به صورت نرم افزاری، فناوری شارژ سریع را فعال یا غیرفعال کنند.

• شارژ فوق سریع یعنی چه؟

  این عبارت به سیستم هایی اطلاق می شود که از توان های بسیار بالا (معمولا بالای 65 وات) استفاده می کنند و معمولا شامل یک معماری تخصصی هستند.

• کدام شرکت اولین بار فناوری شارژ سریع را معرفی کرد؟

  تاریخچه این تحول بزرگ، به اوایل دهه 2010 و شرکت کوالکام باز می گردد.

جمع بندی

با ورود فناوری شارژ سریع مدت زمان شارژ دستگاه ها به طور قابل توجهی کاهش یافته و خوشبختانه شرکت های زیادی هستند که از این فناوری در گوشی های خود استفاده می کنند. با اینکه این شرکت ها تلاش می کنند استانداردهای فست شارژ را بالا ببرند ولی این فناوری هنوز کامل نشده و نیازمند پیشرفت های زیادی در زمینه ایمنی و سرعت شارژ می باشد که در آینده باید منتظر خبرهای جذاب و هیجان انگیزی درباره تکنولوژی فست شارژ باشیم. نظر شما در رابطه فناوری شارژ سریع چیست؟ از شما دعوت می کنیم تا نظرات ارزشمند خود را با ما و سایر مخاطبان تکنوسان مگ به اشتراک بگذارید.