Батарея смартфона. Частина 1. Як вона працює і як правильно заряджати свій телефон

Цією статтею ми починаємо серію захоплюючих матеріалів, присвячених акумулятору смартфона. На перший погляд слова «захоплюючий» і «акумулятор» не мають логічного зв'язку.

Проблема з подібними статтями полягає в тому, що поради з приводу «правильної» зарядки дає кожен другий користувач смартфона і нерідко можна побачити прямо протилежну інформацію.

Хтось каже, що можна без проблем залишати смартфон на зарядці на всю ніч або розряджати телефон до нуля, адже система управління живленням не допустить критичного падіння або перевищення напруги всередині акумулятора. досвід.

У цій серії ми торкнемося всіх питань, починаючи від принципу роботи акумулятора і закінчуючи швидкими і бездротовими зарядками.

Загадкова «баночка з енергією» або як працює акумулятор смартфона

Багато людей уявляють собі акумулятор телефону у вигляді невеликої баночки, в яку по дроту з розетки «заливається» струм. батареї - телефон розрядився і потрібна нова порція електронів.

Виглядає ця картина цілком логічно, але не зовсім правильно.Насправді акумулятор більше схожий на закритий пісочний годинник, тільки замість піску у нас «засипані» електрони:

Коли верхня «посудина» з електронами спустошиться, потрібно буде зарядити смартфон, тобто якось перевернути годинник, щоб електрони знову посипалися вниз. Зарядка "перевертає годинник", забираючи "пісок" з нижньої частини акумулятора і пересипаючи його в "верхню" чашу, щоб електрони знову могли рухатися в потрібному напрямку.

Ми всі чудово розуміємо, чому пісок сипнеться вниз. Це відбувається під впливом сили тяжіння. Якби годинник лежав на боці, пісок не пересипався б із однієї судини в іншу. Тепер уявімо, що годинник лежить на столі (для простоти приберемо зайві деталі), але електрони «годин» чомусь продовжують «пересипатися» з однієї частини до іншої:

Як це відбувається! Для відповіді на це запитання давайте пригадаємо, що взагалі таке електрон. Все, що оточує нас, складається з атомів. Атоми, у свою чергу, складаються з ядра, навколо якого, немов планети навколо сонця, обертаються електрони (насправді це примітивна і застаріла модель, оскільки електрони не літають по орбітах, та й орбіт ніяких немає, але для нашої розмови така модель пригодиться):

Електрони (Сині кульки зі знаком мінус) - це негативно заряджені частинки, а всередині ядра знаходяться позитивно заряджені (протони) та нейтрально заряджені (нейтрони) Частки. Знову

Якщо кількість електронів (-) та протонів (+) однакова, атом вважається електрично нейтральним. Якщо більше електронів (-), тоді атом має негативний заряд, а якщо більше протонів (+), тоді атом має позитивний заряд.

Так ось, різноіменні заряди (плюс і мінус) завжди притягуються один до одного, а однойменні (плюс-плюс або мінус-мінус) відштовхуються. І не треба лякатися слів «позитивний» та «негативний» заряд. Це просто назви, які не мають під собою жодної підстави. Раніше такі заряди називалися «скляними» та «смоляними». Потім їх вирішили називати «позитивними» та «негативними». Головний сенс — показати, що заряди бувають двох типів і вони якось взаємодіють між собою.

Тепер трошки підправимо наш годинник, зробивши його більш схожим на батарейку смартфона. Для цього ізолюємо дві чаші і в одну з них помістимо негативні заряди, а в іншу позитивні:

Зліва знаходиться безліч негативних електронів, а праворуч - позитивних іонів. Іон це просто інша назва для атома, який втратив або отримав електрон. У нашому випадку він втратив електрон (мінус) і заряджений позитивно. Виходить, ліворуч надлишок електронів, а справа - їх недолік.

Але в природі все прагне рівноваги, атоми «хочуть» бути нейтральними. Тобто кількість позитивних зарядів має відповідати кількості негативних зарядів. Якщо ми з'єднаємо обидві чаші провідником (проводом), електрони ліворуч миттєво почнуть рух цим проводом в праву чашу:

І в цей момент у дроті виникне електричний струм, Оскільки струм - це і є рух електронів в одному напрямку. Тепер можна провести цей провід через всі компоненти смартфона. Електрони, проходячи від негативної «чаші» до позитивної, даватимуть електричний струм. Відповідно, працюватиме екран, динаміки та інші компоненти.

Тепер уявіть, що чаша зліва – це одна сторона акумулятора (мінус), а чаша справа - інша (плюс) і струм тече від негативної сторони батарейки до позитивної. Але настане момент, коли кількість електронів вирівняється.

Якби це була звичайна батарейка, користі від неї більше не було б. Але оскільки це акумулятор, можна спробувати знову розділити атоми на позитивні іони та негативні електрони, зібравши «мінуси» на одній стороні акумулятора, а «плюси» — на іншій. І весь процес запуститься по колу.

Що таке ампери та вольти?

Повернемося до потоку електронів. Чим більше їх кількість протікає по дроту за 1 секунду, тим вище сила струмутобто тим більше ампер видає акумулятор. Заряд одного електрона мізерно малий, відповідно, потрібно дуже багато електронів, щоб сили струму було достатньо для живлення смартфона. Це і є наш струм. . Відповідно, немає і електрики. протікають за 1 секунду.

Тепер візьмемо батарейку смартфона, на одній стороні якої зібралося багато негативних частинок (зі знаком "мінус"), а на іншій - позитивних (зі знаком "плюс"). два потенціали, один із яких «хоче» позбутися зайвих електронів. Їх занадто багато, їм мало місця, вони виштовхують один одного (електрони з однаковим зарядом відштовхуються). між такими потенціалами («плюс» та «мінус») називається напругою і вимірюється в вольтах. Чим більше з одного боку вільних електронів і сильніше їх недостача з іншого боку, тим вища напруга.

Якщо порівняти течію струму з водою в трубці, тоді сила струму (ампери) - це кількість води в трубці, а напруга (вольти) - це тиск, з яким ми штовхаємо воду. Відповідно, скільки води не було б у трубці, якщо ми не можемо її проштовхнути — ніякого струму не буде. Правильне і зворотне — якщо води дуже і дуже мало, то з яким би тиском ми не намагалися її виштовхнути, великої потужності не буде. Тобто, ця вода буде марною, оскільки вона не зможе зробити ніякої корисної роботи, наприклад, обертати водяний млин. Потрібно не лише багато води, а й добрий тиск.

Отже, щойно ми розглянули базовий принцип роботи батареї. Електрони з однієї частини акумулятора по дротах перетікають до іншої частини. Тільки на нашій картинці обидві частини знаходилися на відстані одна від одної, а всередині смартфона це цілісна конструкція. Просто електрони не можуть потрапити з одного боку (мінус) на іншу (плюс) безпосередньо, оскільки між ними стоїть бар'єр. Відповідно, потрібно між цими частинами «прокласти місток», яким електрони миттєво почнуть рух. Таким містком є ​​проведення усередині смартфона.

Принцип роботи літій-іонного (Li-ion) акумулятора

Усі смартфони вже давно використовують виключно один тип акумуляторів – це літій-іонні батареї (Li-Ion). Про них і поговоримо докладніше.

Хтось може заперечити і сказати, що в його смартфоні встановлений літій-полімерний (Li-Po або LiPo) акумулятор, який набагато кращий за літій-іонний. На доказ можна навести тисячі статей на різних сайтах, включаючи найавторитетніші.Однак насправді, «літій-полімерний» акумулятор — це не більше, ніж маркетинговий прийом, який не має жодного відношення до твердотілих акумуляторів. Докладніше про це я згадаю трохи згодом. На цьому етапі буде незрозумілою різниця між літій-іонною та літій-полімерною батареєю.

Отже, головною дійовою особою в літій-іонних акумуляторах, як випливає з назви, є літій, А точніше, його іони. У літію всього 1 електрон на зовнішній оболонці атома (тобто, на найдальшій та нестабільній орбіті). Відповідно, такий електрон дуже легко може відірватися, перетворивши атом на позитивно заряджений іон (згадуємо, електрон - це негативна частка і якщо її відірвати, атом стане позитивним). З цієї причини літій у чистому вигляді легко входить у реакцію.

Але якщо атом літію стане частиною оксиду металу (сполука хімічних елементів), він буде досить стабільним. Схематично це можна відобразити так:

Вільні атоми літію (зелені кульки) дуже нестабільні і можуть вступати в реакцію, втрачаючи електрон, а ті, що у структурі оксиду металу (переважно використовується кобальт), — досить стабільні. Коли атом літію нестабільний, він, як і всі ми прагне до стабільності, повертаючись на місце в оксид металу.

Тепер згадуємо пристрій батареї. Літій-іонний акумулятор складається з двох "камер" або частин. Одна з них буде негативною (називається Анод), а друга позитивною - Катод. Як і наш приклад, електрони з Анода (-) повинні потрапити в Катод (+). Але зробити це безпосередньо всередині акумулятора вони не можуть, оскільки між анодом і катодом є рідкий електроліт (Переносник позитивних зарядів).

У сучасних акумуляторах здається, що немає ніякої рідини всередині.Але це лише так здається. Багато сучасних акумуляторів використовують полімер, змочений електролітом або спеціальний пористий роздільник (сепаратор) з полімеру, просоченого електролітом. Але це все той же рідкий електроліт просто трохи в іншому вигляді. А існують справжні літій-полімерні акумулятори, у яких сам полімер проводить літій, тобто там взагалі немає рідкого електроліту. Такі акумулятори не використовуються у смартфонах.

Отже, подивимося на схему нашого акумулятора:

Ми бачимо тут дві частини батареї: мінус (ліворуч) та плюс (праворуч). Вони розділені центром сепаратором, просоченим електролітом. У лівій частині (в аноді) між шарами графіту розміщуються атоми літію. Кристалічні грати графіту дозволяє легко затримувати атоми літію між шарами. Тобто, літій у ньому, як би, «застряє» (це явище називається інтеркаляцією). Сам графіт не вступає у жодні реакції, він просто служить своєрідними «поличками», на яких можна зручно розмістити всі іони.

Праворуч від електроліту (в катоді) знаходиться оксид кобальту, який входить у реакцію з літієм.

Розрядження телефону

Атоми кобальту на катоді (плюсі) через хімічну реакцію втратили електрони та його заряд став ще позитивнішим. У результаті хочуть повернути свої електрони, щоб нейтралізувати заряд. А як ми пам'ятаємо, на аноді (мінусі) у графіті застрягло багато літію, який без проблем віддасть свій електрон.

Але ці електрони не можуть пройти через електроліт, щоб з'єднатися із кобальтом (оксидом металу).

Акумулятор підключається плюсом та мінусом до контактів смартфона. Доріжка від одного контакту (-) проходить через усі компоненти смартфона та доходить до другого контакту (+). Вона з'єднує дві частини батареї.

Як тільки між анодом і катодом з'являється шлях, електрони на аноді відриваються від літію і прямують ним, щоб приєднатися до позитивно зарядженого кобальту. А літій у цей час вільно проходить через електроліт і вбудовується в оксид кобальту.

Дорогою електрони «заходять» у всі компоненти смартфона, які зустрічаються ним шляхом і змушують їх працювати.

Ще раз хочу звернути увагу на те, що електрони не витрачаються, як, наприклад, паливо. Електрон вийшов з точки А і прийшов у точку Б, а якщо по дорозі зустрілася лампочка, то ще й її запалив, але сам при цьому нікуди не випарувався.

Заряджання телефону

Коли весь літій перейде через електроліт від анода до катода, більше не залишиться електронів, які могли б подорожувати зовнішнім проводом (по електричного ланцюга). Тепер нам потрібно провернути зворотний процес, а саме «перетягнути» літій з катода в анод.

Для цього ми прикладаємо зовнішнє джерело живлення плюсом до катода батарейки (+) і мінусом до анода батарейки (-). Так як напруга зовнішнього джерела вище за напругу батареї, відбувається хімічна реакція. Від кобальту відриваються електрони та йдуть у «розетку». При цьому атоми літію також вилітають із оксиду металу.

У той же час від блоку живлення на "мінус" батарейки залітають електрони і ця частина акумулятора стає все більш негативно зарядженою. В результаті позитивні іони літію проходять через електроліт та на аноді (у графіті) зустрічаються з електронами.

Тепер весь літій знову на аноді і коли зарядку буде припинено, почнеться зворотний процес — електрони спрямують до позитивного кобальту через весь смартфон, а літій — через електроліт.

На цій ілюстрації замість літери А в кружечку знаходяться компоненти нашого смартфона.Також на анімації не показаний електроліт центром. Помаранчеві кружечки – це позитивні іони літію, а білі кружечки – це електрони.

Тож чи можна повністю розряджати свій смартфон чи залишати його на зарядці на всю ніч?

Ви можете робити все, що завгодно вашій душі. Але варто пам'ятати, що будь-яка дія має свої наслідки. Це може прозвучати очевидно, але саме заряд/розряд смартфона скорочує його ємність. З цієї причини існує таке поняття як цикл розряду/заряду.

Я думаю, ви не раз чули про те, що смартфони розраховані на певну кількість циклів заряду/розряду, наприклад, 500 повних циклів. Apple на своєму сайті заявляє, що якщо повністю зарядити iPhone до 100%, після чого розрядити його до 0%, то через 500 таких зарядок/розрядок, ємність акумулятора знизиться до 80%. У випадку Apple Watch кількість циклів збільшено до 1000.

Багато користувачів знають про це і все намагаються зрозуміти, як злісний виробник підраховує ці цикли, знижуючи ємність акумулятора. Хтось намагається з'ясувати, що вважається повним циклом і як можна обдурити смартфон, розряджаючи його не зовсім до нуля або заряджаючи не зовсім до 100%.

Насправді ж ніхто не вважає цикли, щоб спеціально зіпсувати батарейку. Поняття повних/неповних циклів заряду введено для зручності. А псує батарейку саме заряд/розряд.

Розуміючи все, що ми розібрали у статті, побачимо, хто ж псує наш акумулятор. Отже, при зарядці літій проходить через електроліт від плюс до мінуса, тобто, від катода до анода.

Тепер, коли починається розрядка смартфона, назад повернуться в повному обсязі іони літію. Хтось із них загине дорогою додому.Повертаючись через електроліт, на зовнішній межі відбувається реакція, в якій беруть участь органічні речовини електроліту, сам літій та його електрони. Внаслідок такої реакції утворюється тонка плівочка на аноді під назвою SEI (Solid Electrolyte Interface).

З одного боку, вона й захищає шар електроліту від бомбардування електронами, які прагнуть пройти через електроліт за іонами літію, але не можуть. З іншого боку, її освіту йде частина атомів літію. Тобто самого літію стає менше. Отже, зменшується і ємність батарейки. І з кожним новим циклом заряду/розряду цей шар (SEI) стає дедалі товщим. Рано чи пізно це призведе до створення бар'єру, через який літій не зможе переходити до графіту анода.

На катоді також відбувається реакція — окислення електроліту. Що напруга — то швидше це відбувається. Відповідно, збирати велику кількість літію на одному з полюсів і тримати його в такому стані призводить до більш швидкої деградації акумулятора.

Виходить, коли ви ставите смартфон на ніч на зарядку, звичайно ж, BMS (система керування батареєю) не дозволить акумулятору "перезарядитися", тобто отримати більшу напругу, ніж він здатний витримати. І проблема зовсім не в цьому.

Всю ніч акумулятор вашого смартфона перебуватиме у стані, при якому деградація батареї максимально прискорюватиметься. Те саме стосується і падіння заряду нижче 15-20%. У цьому випадку ми отримуємо ту саму ситуацію, що і з повністю зарядженим акумулятором, тільки навпаки. На прискорення шкідливих процесів впливає також температура батареї.

Таким чином, для максимального терміну служби літій-іонного акумулятора потрібно не тільки не залишати свій смартфон на зарядці на всю ніч, але й не заряджати його до 100%, як і не розряджати нижче 20%. Набагато краще для батареї зарядити смартфон двічі на день (від 30 до 80%), ніж один раз на добу, ставити його на зарядку на всю ніч. Акумулятор прослужить довше, навіть якщо ви заряджатимете його 4 рази на день від 40 до 70%, ніж проходити повний цикл заряду/розряду.

До речі, трапляються випадки, коли людина використовує свій пристрій дуже рідко, наприклад, дзеркальну камеру. І через це хоче максимально ефективно зберігати батарейку, щоб вона не втрачала ємність. В такому випадку, краще розрядити акумулятор до 40% і помістити його в поліетиленовий пакет. А сам пакет із батареєю зберігати у холодильнику (не морозилці) при температурі від 0 до 3°C.

Нижче в таблиці ви можете побачити залежність деградації акумулятора від рівня його заряду та температури зберігання через 1 рік:

Сподіваюся, вам сподобалася перша частина нашої нової серії, а в другій ми поговоримо про бездротову зарядку.

Олексій, головний редактор Deep-Review

P.S. Не забудьте передплатити Telegram на наш науково-популярний сайт про мобільні технології, щоб не пропустити найцікавіше!

Як би ви оцінили цю статтю?

Як включити iPhone якщо він розрядився повністю і не вмикається

Незважаючи на високу якість і надійність продукції Apple, проблеми з його нормальною роботою все ж таки можуть виникати. Одна з них – айфон повністю розрядився і не вмикається навіть на зарядці. Що робити у такому разі? У цій статті ми спробуємо вирішити проблему самотужки.

Типові несправності та їх вирішення

Основні причини, через які iPhone не включається:

• батарея повністю розряджена;
• айфон довго знаходився за мінусової температури;
• батарея несправна або повністю виробила свій ресурс;
• програмний збій;
• несправність контролера зарядки та живлення самого айфона.

У першому випадку проблема вирішується просто. Ставимо гаджет на зарядку та заряджаємо його протягом 10-15 хвилин. Пробуємо увімкнути, але при цьому від мережі не відключаємо. Якщо проблема була в глибокому розряді акумулятора, що відбувається, коли гаджет довго лежав без заряджання, то вона буде вирішена. На екрані з'явиться порожня батарея та блискавка, що вказує на те, що заряджання проходить нормально. У деяких моделях замість блискавки з'являється напис Charging.

Айфон увімкнувся і заряджається

Деякі моделі iPhone вимагають тривалішої початкової зарядки. Вони включаються лише після 30-40 хвилин підзарядки. Тому якщо після 20 хвилин нічого не відбувається, не панікуємо, а чекаємо на ще 20-30.

Аналогічна проблема спостерігається, якщо пристрій довго знаходився при мінусовій температурі та повністю проморожено. Заносимо гаджет у тепле місце, чекаємо 20-30 хвилин і пробуємо включити. Якщо не допомогло, виконуємо дії, описані вище.

У такому режимі пристрій довго не протягне і незабаром вимкнеться

На несправність батареї вказує така ситуація. Зарядка начебто йде, на екрані горить батарейка та блискавка, але вона (батарейка) не наповнюється ні за годину, ні за ніч. На те, що батарея справна, але вже виробила свій ресурс, вкаже наступне: перед виникненням проблеми вона дуже швидко сідала, і айфону доводилося заряджати чи не після кожного дзвінка. У цих випадках доведеться звернутися до сервісного центру та замінити акумулятор.

Якщо ви можете самостійно зробити заміну, то дерзайте. Але є одне "але". Може виявитись, що батарея в порядку, а проблема в іншому, і ви просто викинете гроші на вітер, купуючи нову. У сервісному центрі, перш ніж замінити акумулятор, його безкоштовно протестують.

У разі програмного збою є кілька варіантів пожвавлення:

• примусово перезавантажити;
• відновити, використовуючи DFU-режим.

Як зробити примусове перезавантаження

Щоб зробити примусове перезавантаження, необхідно одночасно натиснути та утримувати 15-20 секунд кнопки «Додому» та «Увімкнення». Кнопка "Додому" у всіх айфонів знаходиться на одному місці - під екраном. А ось кнопка включення в залежності від моделі може розташовуватись як на торці збоку, так і зверху.

Активація перезавантаження iPhone 5 та iPhone 6

В айфоні 7 і вище кнопка «Додому» відсутня. Для їх перезавантаження необхідно одночасно натиснути та утримувати копку включення та кнопку зменшення гучності.

На нових айфонах від 8 моделі до останньої (на момент написання статті це iPhone 13) для примусового перезавантаження потрібно короткочасно натиснути і відпустити кнопку зменшення гучності, потім короткочасно натиснути і відпустити кнопку збільшення гучності, після чого затиснути кнопку включення.

Активація примусового перезавантаження у нових моделях (від 8 і далі)

Використовуємо DFU для відновлення

DFU (device firmware update) — це режим для повної переустановки програмного забезпечення, або, кажучи простою мовою, прошивки. Відновлення ПЗ – крайній захід, але дієва. Для цього виконуємо таке:

• Крок 1 Завантажуємо програму iTunes з офіційного сайту Apple та встановлюємо на свій ПК.
• Крок 2 Завантажуємо прошивку ОС, що підходить для нашого айфону. Визначити відповідну версію ОС та завантажити її можна звідси.
• Крок 3 Заряджаємо айфон протягом кількох годин, підключаємо його до ПК, на якому запускаємо iTunes.
• Крок 4. Утримуємо кнопки «Додому» та «Увімкнення» протягом 10 секунд, потім відпускаємо кнопку «Увімкнення», продовжуючи утримувати кнопку «Додому». Айфон перейде в режим відновлення та програма повідомить нам, що впізнала пристрій.

На різних моделях iPhone різний спосіб увімкнення DFU. Шукайте інструкцію для своєї моделі. У прикладі наведено спосіб увімкнення цього режиму для старих айфонів з кнопкою home. Детальні інструкції можна знайти на сайті 4pda.

• Крок 5. У вікні програми, що відкриється, клацаємо по кнопці «Відновити iPhone», одночасно утримуючи клавішу Shift. На скрині нижче до ПК підключено iPad, але крім назви різниці немає.

• Крок 6 У вікні вказуємо шлях до прошивки і клацаємо по кнопці «Відновити».

Після закінчення прошивки програма повідомить нас, що айфон можна відключити від ПК.

Якщо немає зарядки

Якщо iPhone не вмикається і не заряджається, то пробуємо зарядити його іншим свідомо справним кабелем (або своїм кабелем та зарядним пристроєм інший айфон). Якщо зарядка з чужим ЗУ та кабелем пішла, то доведеться купувати новий кабель та/або зарядний пристрій.

Купуємо лише фірмове ЗУ, сертифіковане Apple. В іншому випадку ми ризикуємо викинути гроші на вітер чи взагалі спалити свій гаджет.

Якщо нічого не допомогло і смартфон не вмикається

Якщо ми проробили все вищеописане, але айфон так і не ожив, то, швидше за все, він несправний сам. Тут лише один варіант – похід у сервісний центр.Не варто намагатися самостійно лізти у пристрій чи довіряти ремонт непрофесіоналам. Після таких «ремонтів» відновлення працездатності в кращому разі обійдеться дуже дорого, у гіршому – відремонтувати його не вдасться навіть фахівцю.

Ось і все про те, як оживити айфон після повної розрядки його батареї. Сподіваємося, що наведена інформація буде вам корисною.

Дякую, допомогло! 39

Що робити, якщо не включається айфон навіть коли на зарядці

Що робити, якщо айфон не заряджається, але зарядка підключена

Чому айфон заряджається лише вимкненим

Чому коли ставиш iPhone на зарядку пише аксесуар не підтримується

Що робити, якщо не заряджається iPad