Trudna sztuka ładowania – fakty i mity

Jakiś czas temu, jeszcze zanim zacząłem pisać na Tabletowo, umieściłem na swoim prywatnym blogu pewien wpis o tym, jak należy szanować baterię w swoich urządzeniach. Dzisiaj natknąłem się na bardzo ciekawy artykuł na jednym z anglojęzycznych techportali, które czytam. Poruszona została tam właśnie tematyka żywotności baterii i stwierdziłem, że połączę swoją wiedzę przelaną wcześniej poza Tabletowo z tym, co zostało opisane w artykule, na który wpadłem dzisiaj i tak rozwinięty artykuł opublikuję tutaj. Myślę, że będzie to ciekawa lektura dla wielu osób, a i może pewna grupa naszych czytelników dowie się czegoś nowego o według mnie najważniejszych podzespołach, które napędzają naszą elektronikę.

Zatrważające jest ile ludzi nie ma pojęcia jak poprawnie ładować swoje urządzenia mobilne. Co gorsza jest też masa bzdur na ten temat, które wyszły od osoby nie mającej zielonego pojęcia o tym, jak działają akumulatory w naszych smartfonach czy tabletach. Te bzdury dalej są podawane jako wiedza absolutna i fachowa zasłyszana od znajomego z trzeciej czy piątej ręki. Wszystko zaczyna się od Zdzisia, który 10 lat temu miał Nokię 3310, dostał wytyczne na temat „szanowania” baterii swojego telefonu od sprzedawcy w salonie i uważa, że zupełnie nic a nic nie zmieniło się w tej materii przez dekadę. Zdzisio instruuje swoją małżonkę Halinkę jak ma ładować swojego smartfona, a ona dalej przekazuje to koleżankom z kółka gospodyń wiejskich. To działa jak drzewko w marketingu wielopoziomowym. W tym tekście będzie o tym, co lubi nasza bateria, a czego nie i co się dzieje gdy: mamy ładowarkę w gniazdku i telefon się ładuje, mamy ładowarkę w gniazdku i telefon już się naładował oraz mamy ładowarkę w gniazdku bez podłączonego do niej telefonu.

Ładowanie a aspekt materialny

W dzisiejszych czasach doszło niestety do tego, że większość naszych urządzeń mobilnych musimy ładować mniej więcej raz na 24 godziny. Większość ludzi rozwiązuje ten problem poprzez nazwijmy to ładowanie nocne. W takim przypadku podłączamy telefon na 6-8 godzin (zależy kto ile śpi), gdzie tak naprawdę wystarczy mu max. 2-3 godziny czasu na pełne naładowanie. Jako dodatkowe udogodnienie dla większości, raz włożona ładowarka do gniazdka nie musi być z niego wyciągana przez bardzo długi czas, bez względu na to czy ładujemy czy nie. Poniższe dane bazują na badaniach Lawrence Berkeley National Laboratory i profesora Davida MacKaya z Cambridge.

Może zacznijmy od aspektu związanego z budżetem domowym, a więc ile nas kosztuje karmienie naszego mobilnego pupila. Dane, które tutaj przytoczę, są co prawda z 2012 roku, ale potraktujmy je jako proporcjonalne do stanu bieżącego. Otóż z badań wynika, iż ładujący się telefon pobiera średnio 3.68 W (wat), natomiast w momencie kiedy telefon już jest naładowany, ale nie odpięliśmy go od sieci pobiera 2.24 W. To nie wszystko! Ludzie uważają, że ładowarka bez podłączonego do niej urządzenia działa jak obwód otwarty, tj. nie płynie przez nią żaden prąd. Nic bardziej mylnego! Mieliście kiedyś ładowarkę, która buczała w momencie kiedy nie była obciążona? Ja mam teraz taką do mojego LG G2 i buczy jak wściekła. A więc coś tam się dzieje. Oczywiście, że tak! Sama ładowarka pobiera do około 0.5 W, co według profesora MacKaya w skali roku jest energetycznie tożsame z nagrzaniem jednej pełnej wanny wody do temperatury ciepłej kąpieli. Pewnie pomyślicie: „eeee tam to kropla w morzu moich wydatków” i faktycznie tak jest. Ale jeśli przemnoży się to przez miliony ludzi to nazbiera się już całkiem niezła sumka. W celu zobrazowania można wykonać prostą kalkulację: gdyby wszyscy mieszkańcy Wielkiej Brytanii odłączali swoje ładowarki od gniazdka po naładowaniu telefonu to zaoszczędzonym przez to prądem można by było zasilić miasto wielkości Canterbury (ok. 50 tysięcy mieszkańców). Niby nie tak dużo, ale jednak też nie tak mało patrząc na to globalnie.

Co bateria lubi, a czego nie

Tym, co powinno uderzyć bardziej personalnie każdego, kto jest niewzruszony tym, co napisałem powyżej, jest aspekt żywotności baterii w naszych urządzeniach. Każde dzisiejsze przenośne urządzenie jest zasilane poprzez akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion), które nie wchodząc w szczegóły mają trzy podstawowe cechy związane z tym, jak należy je ładować. Po pierwsze nie lubią być przeładowane, po drugie nie lubią być całkowicie rozładowane. „Nie lubią” to stwierdzenie dość kolokwialne. W stanie tego typu, baterie wykazują wysoką niestabilność i mogą być niebezpieczne. Słyszeliście pewnie o zdarzeniach, kiedy telefon wybuchał komuś podczas ładowania (a raczej już po naładowaniu, ale przed odłączeniem go od gniazdka) lub po prostu się zapalał. Nie jest to też tak, że pozostawianie telefonu zbyt długo w ładowaniu jest ekstremalnie niebezpieczne. Dbają w tym aspekcie o nas ładowarki, które w odpowiednim momencie ograniczają prąd ładowania, po osiągnięciu poziomu pełnego naładowania urządzenia. Niemniej jednak różnie się może zdarzyć. To tylko elektronika, po co kusić los? Warto w tym miejscu wspomnieć jak ważne jest używanie „oficjalnych” ładowarek fabrycznie dostarczonych przez producenta sprzętu. Takie urządzenia są dedykowane do konkretnego sprzętu, a więc skonfigurowane tak, aby w sposób optymalny zarządzać procesem ładowania naszego urządzenia.

Trzecią cechą akumulatorów Li-Ion jest to, że nie szkodzą im tzw. krótkie doładowania (nie do pełna). Ba! Nawet wolą być niedoładowywane do pełna. Wiele ludzi mi nie uwierzy i powie, że jestem debilem, ale Ci co uwierzą na pewno pomyślą „ej kurcze, przez całe życie myślałem/am, że jest zgoła odwrotnie”. Nie wiem czy to ogólnoświatowy pogląd, ale na pewno w Polsce jest kult ładowania do oporu, bo „na pewno nie zaszkodzi” i czegoś co się nazywa „formatowaniem baterii” przy pierwszym ładowaniu. Jak zapewne się orientujecie, każdy akumulator jest w stanie wytrzymać ograniczoną liczbę tzw. cykli ładowania. Co każdy cykl jego pojemność spada i nie ma innej możliwości. Poniższa tabela przedstawia wyniki testu, w którym zbadano wpływ współczynnika DoD (ang. Depth of Discharge – głębokość rozładowania) na ilość cykli, jakie jest w stanie przeżyć bateria, zanim jej pojemność spadnie do 70% wartości wejściowej. Z tym DoD chodzi o to, że po spadku naładowania o określoną ilość procent osoby wykonujące test podłączały urządzenie do ładowania.

Po przeanalizowaniu otrzymanych danych widać, że niekorzystnym jest całkowite rozładowywanie naszej baterii (DoD = 100%), gdyż w takim przypadku przeżyje ona jedynie od 300 do 500 cykli. Najkorzystniejszym zachowaniem jest ładowanie urządzenia przy stanie od 50 do nawet 75 procent naładowania. Choć pomijając wyniki tego testu mówi się, że urządzenia elektroniczne pokroju smartfonów i tabletów najlepiej czują się przy poziomie naładowania rzędu 40%. Oczywiście ładowania po spadku poziomu o 10% nie biorę pod uwagę, bo to trzeba by co chwilę stać przy ścianie i doładowywać przez parę minut. Było by to już przegięcie w drugą stronę.

Poza tymi trzema najważniejszymi aspektami warto wspomnieć, że negatywny wpływ na akumulatory czy też baterie wszelkiego rodzaju mogą mieć warunki atmosferyczne, w jakich je eksploatujemy. Pomijając oczywiście wilgoć, najważniejszym czynnikiem jest temperatura. Zarówno wysokie, jak i niskie temperatury, mają kolosalny wpływ na osiągi naszej baterii. Tabela poniżej reprezentuje wyniki testu, w którym akumulatory naładowano do 40% oraz 100% i zostawiono na rok w określonej temperaturze. Przedstawia ona zależność pomiędzy pojemnością jaką udało się odzyskać po zakończeniu testu, a temperaturą, w której przeprowadzano test. Tutaj dochodzi jeszcze czynnik jakim jest nie używanie baterii przez pewien czas, co też wpływa na jej żywotność, ale dla każdej (pomijając tą ostatnią w tabeli) z temperatur okres ten był jednakowy, więc bezpośredniego wpływu na wyniki testu to mieć nie powinno.

Tutaj najlepiej widać, że nawet trzymając baterię w temperaturze pokojowej (25°C) jej pojemność spada dość znacznie w skali roku.

Ostatnio bardzo dużo mówi się o technologii Fast Charge, która w skrócie polega na bardzo szybkim ładowaniu urządzenia. Coś takiego mamy dla przykładu w Samsungu Galaxy Note 4, którego całkowite naładowanie w tym trybie jest możliwe w przeciągu ok. godziny. Na początku stwierdziłem, że może to być bardzo dobre rozwiązanie ze względu na to, że im szybciej będziemy mogli ładować telefony, tym mniejsze prawdopodobieństwo, że ładowanie będziemy zostawiać na noc. Lecz jak później się nad tym zastanowiłem to Fast Charging może negatywnie wpłynąć na żywotność naszej baterii. Otóż chodzi tutaj o to, jakim prądem (o jakim natężeniu) ładujemy nasze urządzenie. Lepszym dla naszej baterii jest ładowanie prądem o jak najniższym amperażu, lecz przelicza się to oczywiście proporcjonalnie na czas jaki jest potrzebny do pełnego naładowania. To jest tak samo jak z nalewaniem wody do butelki. Pojemność akumulatora to tyle wody ile zmieści się do butelki, woda to prąd, a to z jaką szybkością nalewamy odpowiada natężeniu prądu przy jakim ładujemy. Gdy lejemy powoli oczywiście dłużej nam zajmie napełnienie butelki. Ogólnie ładowarki od większości urządzeń dostarczają do akumulatora podczas ładowanie prąd o natężeniu od 1A do 2A, średnio. Dla każdego urządzenia wartość ta jest dobrana przez producenta w sposób optymalny, przy rozważeniu bezpieczeństwa baterii, jak i długości ładowania. Niemniej jednak ogólnie rzecz biorąc zdrowiej dla baterii jest ładować ją np. poprzez USB, które zapewnia 500mA (3.0 do 900mA). To jest trochę tak jak z piciem piwa na tzw. hejnał. Walisz całe za szybko to szybciej się upijasz i jest fajnie, ale impreza kończy się dla Ciebie szybciej. Tak jak to teraz czytam to trochę dziwną analogię wymyśliłem, ale mniej więcej jest to tożsame ;).

Podsumowanie. Czy robisz to dobrze?

Większość ludzi pewnie przeczyta tylko tę część, więc ujmę to w punktach, żeby było przejrzyście:

1. Nie dopuszczać do całkowitego rozładowania, ale też unikać zbyt długiego przebywania w stanie pełnego naładowania
2. Częściowe doładowywanie (nie do 100%) jest lepsze niż ładowanie do oporu. Najlepiej utrzymywać stan pomiędzy 30 a 75%.
3. Jeśli to możliwe unikać wystawiania akumulatora na zarówno wysokie, jak i niskie temperatury. Jeśli trwa to krótko to nie ma się czym przejmować, grunt, żeby nie było to na długi okres.
4. Bateria jest od tego, żeby ją używać. Jeśli zależy Wam na jakimś urządzeniu, ale nie używacie go zbyt często, dobrze jest co jakiś czas poużywać go przynajmniej przez 2-3 cykle.
5. Nawet, jeśli aktywnie używamy naszego akumulatora, to i tak po pewnym czasie (określonej ilości cykli) jego wydajność (pojemność) znacznie spadnie. Wtedy nie wahajcie się z wymianą. Wbrew temu, co ludzie mogą myśleć, nawet w urządzeniach bez zdejmowanej tylnej klapki można wymienić baterię, z tym że może to się wiązać z koniecznością oddania swojego sprzętu do fachowca, który się tym zajmie.