I dispositivi mobili hanno cambiato, prevalentemente per il meglio, il modo in cui lavoriamo, ci riposiamo e giochiamo. Tuttavia vi è un lato negativo che nasce da una preoccupazione costante: quando usciamo di corsa di casa la mattina, ci chiediamo sempre se lo smartphone sia sufficientemente carico per affrontare una giornata di navigazione, social networking e riprese video.
Il più diligente di noi mette i dispositivi mobili in carica ogni sera. Ma, nonostante i continui progressi che hanno caratterizzato la tecnologia delle batterie negli ultimi decenni, i grandi schermi luminosi, i processori potenti e la connettività continua fanno sì che spesso anche l'utente più organizzato si trovi con la batteria scarica molto prima che la giornata di intensa attività elettronica volga al termine.
Non sorprende che le prese di alimentazione disponibili nei luoghi pubblici, nei posti di lavoro e nelle auto siano occupate dai caricabatteria dei dispositivi mobili. Secondo una ricerca preliminare delle abitudini degli utenti, il 50% degli "eventi di carica" dura al massimo 30 minuti e anche in quel periodo l'utente spesso esegue altre operazioni sul dispositivo mobile, riducendo l'alimentazione effettivamente disponibile per ricaricare la batteria.
Passato quasi inosservato dai consumatori, il produttore di chip per la telecomunicazione mobile Qualcomm ha risolto questo problema incoraggiando i produttori di dispositivi mobili ad adottare "Quick Charge", una tecnologia che accelera la carica. Ora l'azienda ha distribuito Quick Charge 3.0, che velocizza ulteriormente il processo e migliora l'efficienza.
Accelerazione della carica
Qual è l'effetto di un breve collegamento alla presa di rete sulla batteria di un dispositivo mobile? Naturalmente serve, ma di quanto dipende da numerosi fattori, tra cui l'uscita del caricabatteria, se il dispositivo mobile è inattivo durante la carica e, soprattutto, la quantità di carica residua della batteria prima di collegarla all'alimentazione. Tuttavia, se si presume che una batteria di un dispositivo mobile da 3.300 mAh standard sia quasi esaurita e venga ricaricata con un adattatore a parete USB a 5 V/1 A (5 W), il cellulare può ricevere una capacità del 15% in più nel corso di una carica di 30 minuti (in pratica per le perdite di sistema questo calo è pari al 12%). Mentre è utile quando un utente ha solo poche centinaia di mAh, questo non è un dato affatto rimarchevole. L'utente potrebbe dovere cercare un'altra presa a muro prima della fine della giornata.
Un modo per accelerare la carica consiste nell'utilizzare un adattatore a parete in grado di fornire maggiore potenza. Alcuni produttori hanno adottato questo approccio e fornito, ad esempio, adattatori a parete USB in grado di erogare 5 V/2 A (10 W), che in teoria raddoppiano il guadagno in capacità della batteria nel corso di una carica di 30 minuti rispetto alle unità più modeste descritte sopra.
Sfortunatamente le celle agli ioni di litio, di gran lunga la tecnologia prevalente per le batterie dei dispositivi mobili, sono dispositivi relativamente fragili. Una carica rapida genera calore, che altera leggermente la struttura interna della batteria, riducendo la capacità, causando anomalie precoci e, nei casi peggiori, una combustione spettacolare, ma estremamente pericolosa. Di fronte a questi problemi i produttori hanno comprensibilmente reagito in modo cauto, preferendo rallentare la carica invece di moltiplicare le richieste di risarcimento costose coperte da garanzia.
Tuttavia, dall'acquisizione delle competenze di carica in seguito all'acquisto di Summit Electronics nel 2012, Qualcomm ha esaltato i meriti di Quick Charge, una tecnologia che bilancia perfettamente la carica rapida con lo stato della batteria. Quick Charge funziona con un algoritmo eseguito sul processore Snapdragon dell'azienda (lo stesso processore al cuore di DragonBoard di Qualcomm) per determinare continuamente la potenza massima che può essere applicata a una batteria durante il processo di carica senza il rischio di arrecare danni.
Quick Charge è stato adottato da molti produttori di dispositivi mobili che integrano il processore Snapdragon e un circuito integrato per la gestione della potenza associato negli smartphone e forniscono agli utenti un adattatore a parete USB in grado di erogare più potenza rispetto alle unità standard. Anche se i consumatori potrebbero non averlo notato, molti smartphone contemporanei eseguono la carica molto più rapidamente rispetto ai modelli precedenti grazie a Quick Charge. Ad esempio, Qualcomm sostiene che Quick Charge 2.0 (con un adattatore a parete USB a 9 V/2 A (18 W)) possa caricare una batteria di uno smartphone da 3.300 mAh scarica fino al 63% di capacità in 30 minuti.
In autunno Qualcomm ha annunciato la versione 3.0 di Quick Charge, che sarà disponibile nei dispositivi mobili il prossimo anno. Questa volta il principale cambiamento è un algoritmo rielaborato, Intelligent Negotiation for Optimum Voltage (INOV) (negoziazione intelligente per una tensione ottimale, un nome non particolarmente conciso), che controlla il circuito integrato per la gestione della potenza in modo tale da regolare la tensione di carica in incrementi di 200 mV in un intervallo compreso tra 3,6 V e 20 V. Ciò equivale a 82 livelli di carica di tensione rispetto ai quattro previsti dalla versione 2.0.
I risultati dei miglioramenti introdotti con Quick Charge 3.0 sono un modesto incremento della velocità (per un 8% in più di capacità nella batteria nell'arco di 30 minuti rispetto alla versione 2.0, vedere il grafico) e un maggiore guadagno in efficienza. Il miglioramento dell'efficienza proviene principalmente dallo schema di tensione dettagliato che consente di abbinare meglio la potenza alla domanda della batteria in un particolare momento del ciclo di carica, limitando le perdite di sistema. Qualcomm sostiene che Quick Charge 3.0 dissipi il 38% di potenza in meno durante una carica di 30 minuti di un cellulare da 3.300 mAh rispetto alla generazione precedente della tecnologia. Una dissipazione della potenza inferiore comporta inoltre una generazione minore di calore, che a sua volta consente di ridurre la sollecitazione della batteria.
I produttori che adottano Quick Charge controllano l'output massimo dell'adattatore a parete USB. Poiché sul mercato non è disponibile ancora alcun prodotto, è difficile prevedere quali saranno gli output standard. In teoria Quick Charge 2.0 è in grado di supportare 60 W su un connettore B USB, ma la potenza massima per gli adattatori a parete USB per smartphone è stata limitata dai produttori a 18 W (solitamente da un output a 9 V/2 A). Probabilmente gli adattatori a parete USB Quick Charge 3.0 funzioneranno a un livello simile.
Manutenzione delle batterie agli ioni di litio
Mentre i miglioramenti a livello di efficienza e velocità di carica nell'arco di 30 minuti sono apprezzati, la carica completa delle batterie dei dispositivi mobili con Quick Charge 3.0 possono impiegare ancora fino a 90 minuti. Ciò perché le batterie agli ioni di litio devono essere caricate in base a un regime a due fasi. La prima parte può essere eseguita in modo relativamente rapido con una fonte di corrente costante. Tuttavia, una volta che la tensione della batteria raggiunge circa 4,1 V (soglia della tensione), il sistema di carica deve progressivamente ridurre la corrente per mantenere una tensione costante per ricaricare il cellulare. Se viene mantenuta una corrente troppo alta dopo che la batteria raggiunge 4,1 V, possono verificarsi dei danni.
La tecnologia Quick Charge rientra nella fase a corrente costante della carica della batteria agli ioni di litio dove è possibile accelerare le cose aumentando la velocità dell'adattatore. Dopo che la soglia della tensione è stata raggiunta, tuttavia, la carica procede a un passo dettato dalle caratteristiche della batteria e pertanto non è più veloce dei sistemi convenzionali.
L'accelerazione della fase a corrente costante del ciclo di carica presenta uno svantaggio: più veloce è la carica, più bassa è la capacità della batteria quando viene raggiunta la tensione della soglia. In questo modo il periodo del ciclo a tensione costante (molto più lento) per completare il processo viene esteso. Ad esempio, la carica della batteria a una corrente pari a circa il 70% di ciò che la cella può garantire in un'ora (ovvero circa 2,3 A per un'unità da 3.300 mAh) risulta in una capacità del 60% quando si passa alla fase a corrente costante più lenta. Il rallentamento a una corrente di carica del 20% della capacità di corrente di un'ora della cella risulta in una carica completa quando viene raggiunta la soglia della tensione. Con la maggior parte dei consumatori che cerca di aumentare la capacità rapidamente, questo compromesso è uno che i progettisti di Quick Charge hanno presumibilmente calcolato come vantaggioso.
L'altra preoccupazione che riguarda la carica rapida è la vecchia credenza che solleciti la batteria (principalmente tramite la generazione di temperature superiori), compromettendone la durata. Nel caso di Quick Charge è il produttore di smartphone a decidere la corrente massima a cui viene esposta la batteria e, indubbiamente armati delle storie dei resi in garanzia per batterie guaste, i produttori saranno in grado di raggiungere un compromesso tra la velocità di carica e la durata massima della batteria. In ogni caso, con i continui miglioramenti nella tecnologia della batteria che risultano in dispositivi più robusti, combinati con la durata media di uno smartphone di due anni, occorrerebbe probabilmente un regime di carica particolarmente aggressivo per causare il guasto nel periodo di garanzia standard.
Inoltre è stato dimostrato che gli schemi sistematici di ricarica lenta notturna preferita dai proprietari coscienziosi di smartphone potrebbero poi non essere così vantaggiosi. A condizione che il caricabatteria venga scollegato appena la batteria è carica, questo è un ottimo modo di procedere. Ma chi si alza alle 3 del mattino? In pratica solitamente il caricabatteria viene lasciato collegato per effettuare periodicamente la carica di mantenimento della batteria mentre la tensione fluttua durante una lunga notte, il che a lungo termine va a peggiorare la sollecitazione cumulativa sulla cella.
Dopotutto, forse, i più indisciplinati tra noi possono riposarsi un po' più facilmente dopo avere trovato casualmente il metodo migliore per prolungare la durata della batteria di un dispositivo mobile. La ricarica rapida frequente di 30 minuti di dispositivi parzialmente scarichi può essere una soluzione migliore per una cella agli ioni di litio rispetto alla sollecitazione prolungata di una carica notturna metodica. Proprio ciò che volevano sapere gli ingegneri di Qualcomm.