آینده فناوری شارژ سریع به کجا خواهد رسید

امروزه فناوری شارژ سریع برای شرکت های تولیدکننده گوشی هوشمند به موضوعی مهم تبدیل شد. اگرچه شارژ سریع در وهله اول یک فناوری ساده و ابتدایی به نظر می‌رسد، اما این روزها تولیدکننده‌گان گوشی‌های هوشمند به منظور پیاده‌سازی آن در محصولات خود با چالش‌ها و محدودیت‌های فراوانی دست و پنجه نرم می‌کنند. چالش‌ها و محدودیت‌هایی که عدم پاسخ‌دهی مناسب به آن‌ها می‌تواند در هر لحظه منجر به ایجاد یک فاجعه بزرگ شود.

تولیدکنندگان گوشی های هوشمند علاقه‌مند به رقابت با یکدیگرند. به خصوص رقابت در بخش سخت‌افزار که از گذشته همچنان وجود داشته و ثابت است. در حالی که مواردی مثل طراحی، رابط کاربری و کیفیت ساخت گوشی‌ها به طور دقیق قابل اندازه گیری نیست، اما می‌توان مشخصات سخت افزاری این دستگاه‌ها را به خوبی با یکدیگر مقایسه کرد و سپس با استناد به اعداد و ارقام با اطمینان گفت که یک دستگاه از دستگاه دیگری قدرتمندتر است. در پایان نیز به وضوح مشخص می شود دستگاهی که دارای مشخصاتی با اعداد بزرگتر باشد بهتر است و قدرت بالاتری دارد.

به این ترتیب می‌توان با مقایسه ویژگی‌های سخت افزاری محصولات مختلف در مورد رقابت میان شرکت‌های تولیدکننده گوشی هوشمند به یک نتیجه‌گیری جامع رسید. مثلا گوشی‌ هوشمندی که دارای بیشترین هسته  پردازشی، میزان حافظه رم، بزرگ‌ترین باتری و اخیراً بالاترین سرعت شارژ را داشته باشد، قدرتمندتر و محصول بهتری محسوب می‌شود.

اما باید توجه داشت که افزایش سرعت شارژ به این آسانی نیست و نمی‌توان با تنها استفاده از یک شارژر بزرگ و قدرتمند، این سرعت را بهبود بخشید. همانطور که بدون تعویض گیربکس، ترمز، سیستم تعلیق و دیگر اجزای اصلی یک خودرو، نمی‌توان یک موتور با قدرت 500 اسب بخار بیشتر را در آن جای داد. در مورد گوشی‌های هوشمند هم این موضوع صدق می‌کند و باید تمامی زیرساخت آن تقویت شود تا مدت زمان موردنیاز برای شارژ باتری کاهش پیدا کند.

در این مطلب قصد داریم به بخش های اصلی این معما نگاهی داشته باشیم و ببینیم که تولیده‌کنندگان هنگام تلاش برای کاهش دادن زمان شارژ با چه موانعی روبرو هستند.

لازمه تمامی فناوری‌های شارژ سریع، استفاده از یک شارژر قدرتمند و تواناست. صرف نظر از اینکه سازنده یا مدل گوشی چه باشد، هیچ‌گاه بدون استفاده از یک شارژر قدرتمند و مناسب نمی‌توان به حداکثر سرعت شارژ باتری آن دست پیدا کرد.

مهم‌ترین چالش در مسیر طراحی و ساخت یک شارژر قدرتمند، فراهم کردن یک خروجی دریافت انرژی از آن است که دارای امنیت و بازدهی بالایی باشد. این چالش به این علت مهم محسوب می‌شود که هرساله گوشی‌های هوشمند با باتری بزرگ‌تری روانه بازار می‌شوند و در نتیجه به شارژر قدرتمندتری نیاز خواهیم داشت تا بتوانیم انرژی موردنیاز آن را با سرعت بهتری تامین کنیم. یک شارژر قدرتمند یا باید از نظر فیزیکی بزرگ باشد و یا از یک طراحی مدار با بازدهی بالا بهره ببرد.

خوشبختانه در طی سال‌های اخیر طراحی مدارات داخلی شارژرها ارتقای بسیار خوبی به خود دیده است. برای مثال در این خصوص می‌توانیم به شارژر 25 واتی اشاره کنیم که همراه با گوشی گلکسی نوت 10 عرضه شد ولی ابعاد بسیار کوچکی دارد. اگر قرار بود این شارژر با استفاده از فناوری موجود در شارژر گوشی نوکیا 3310 تولید شود آنگاه شکل آن به یک قوطی نوشابه شباهت پیدا می‌کرد.

شارژرهای امروزی نسبت به محصولاتی که در سال‌های نه چندان دور همراه با گوشی‌های هوشمند عرضه می‌شد تفاوت‌های بسیاری دارند. می‌توان گفت در طی این سال‌ها انقلابی در زمینه طراحی الکترونیکی این شارژرها اتفاق افتاده است که سبب شده آن‌ها نسبت به محصولات گذشته بسیار پیچیده‌تر باشند.

این پیچیدگی به دلیل پشتیبانی این شارژرها از فناوری شارژ سریع نیست؛ بلکه نسل جدید از این دستگاه‌ها می‌توانند به لطف استفاده از تراشه‌هایی ویژه به گونه‌ای از طریق فرآیند شارژ با گوشی‌های هوشمند ارتباط برقرار کنند.

این قابلیت به گوشی‌های هوشمند این اجازه را می‌دهد که در هر لحظه مقدار بهینه‌ای از انرژی موردنیاز خود را از شارژرها درخواست و دریافت کنند. معمولاً این میزان از انرژی به مقدار شارژ موجود در باتری و همچنین دمای آن وابسته است. تمامی این فرآیندها همراه با سرعت بالا، بازدهی انرژی مناسب و همچنین امنیت کامل صورت می‌گیرد.

 

بدون تردید یک شارژر قدرتمند و با بازدهی انرژی بالا اگر با کابل‌ها و اتصالاتی همراه شود که نتوانند انرژی خروجی آن‌ را به مقصد برسانند، هیچ استفاده‌ای نخواهد داشت. بدون شک کابل‌ها ساده‌ترین بخش از فرآیند شارژ گوشی‌های هوشمند هستند، اما این موضوع سبب نمی‌شود که از اهمیت آن‌ها کاسته شود.

در اصل باید گفت که کابل‌ها نیز همچون دیگر تجهیزات در فرآیند شارژ دستگاه‌ها مهم هستند. چالشی که در اینجا با آن روبرو هستیم این است که هرکدام از تولید‌کنند‌ه‌گان گوشی‌های هوشمند به چه طریقی انرژی خروجی شارژرها را به این دستگاه‌ها می‌رسانند.

همانطور که می‌دانید توان الکتریکی برابر است با حاصلضرب ولتاژ در جریان. بنابراین، برای انتقال انرژی (مقدار توان در زمان مشخص) بیشتر از شارژر به گوشی، می توان ولتاژ یا جریان و یا هر دوی آن‌ها را بالا برد. به عنوان مثال می‌توان 30 وات توان را با استفاده از ولتاژ 10 ولت و جریان 3 آمپر (ولتاژ بالا و جریان کم) و یا با استفاده از ولتاژ 5 ولت و جریان 6 آمپر (ولتاژ کم و جریان بالا) به مقصد رساند.

نمی توان با قطعیت گفت که کدام‌ یک از حالت‌های بالا درست و کدام یک نادرست است و حقیقت این است در هرکدام از این حالت‌ها مشکلات و چالشی‌های بر سر راه است که باید رفع شود.

در حالت اول که ولتاژ بالا و جریان کم است مزیت‌های خاصی وجود دارد. برای مثال این تکنیک سبب می‌شود بتوان کابل شارژر‌ها را نازک‌تر ساخت و در نتیجه هزینه تولید آن‌ها را کاهش داد. در این حالت از نظر سازگاری این کابل‌ها با دیگر دستگاه‌ها نیز مزیت‌هایی وجود دارد. چنین کابل نازکی می‌تواند همچون کابل‌های USB باشد که امکان استفاده از آن برای تامین انرژی موردنیاز بسیاری از دستگاه‌ها وجود دارد.

اما هنگامی که این ولتاژ بالا به گوشی‌های هوشمند می رسد، باید مقدار آن به حدود 3.2 تا 4.3 ولت کاهش پیدا کند تا بتوان با امنیتی قابل قبول، باتری موجود در دستگاه را شارژ کرد. این تبدیل که باید در مدارات درونی گوشی‌های هوشمند صورت بگیرد بازدهی 100 درصدی نداشته و باعث می‌شود بخشی از انرژی دریافتی گوشی به گرما تبدیل شود.

گرما هم ممکن است موجب شود که سرعت پردازنده و دیگر اجزای داخلی گوشی‌های هوشمند کاهش پیدا کند. همچنین گرما می‌تواند فرآیند شارژ گوشی‌های هوشمند را هم با اختلال همراه کند و به باتری موجود در آن نیز آسیب بزند.

و اما در حالت دوم، هنگامی که ولتاژ کم است. برای مثال ولتاژی در حدود 5 ولت می تواند به آسانی توسط گوشی و باتری مورد استفاده قرار بگیرد. همچنین در این حالت در فرآیند شارژ گرمای کمتری در گوشی تولید می شود. با این وجود، استفاده از جریان‌های بالا سبب می‌شود که به کابل‌های خاص و با ضخامت بیشتری نیاز پیدا کنیم. به همین علت است که استفاده از فناوری شارژ سریع شرکت وان پلاس که آن را با عنوان Dash Charge می‌شناسیم، تنها با کابل‌های ویژه امکان پذیر است.

اگر در شارژ این گوشی‌ها از کابل دیگری استفاده شود، دستگاه به صورت خودکار سرعت شارژ را کاهش می‌دهد؛ چرا که از امکان هدایت این جریان بالا از آن اطمینان ندارد. کابلی که نتواند جریان هدایت شده به خود را تحمل کند به معنای واقعی کلمه ذوب می‌شود و آتش می‌گیرد.

طراحی فشرده و جذاب باتری های لیتیوم-یون جدید در پنهان کردن طبیعت ناپایدار و ناقص آن‌ها بسیار موفق عمل کرده است. احتمالاً تاکنون حداقل چند مورد از ویدیوهایی که در رابطه با سوراخ کردن و آتش گرفتن این نوع از باتری‌ها تهیه شده است را دیده‌اید. در این صورت به خوبی متوجه می شوید که درباره  چه چیزی صحبت می کنیم.

در ساختار این باتری‌ها مواد شیمیایی بسیار واکنش پذیری وجود دارد که از یک طرف به آن اجازه می‌دهد در فضایی کوچک مقادیر زیادی انرژی در خود ذخیره کند و از طرف دیگر سبب می‌شود استفاده از مدارهای الکترونیکی ویژه‌ای برای جلوگیری از ایجاد اتصال کوتاه، شارژ بیش‌ از حد و همچنین گرم شدن بیش از اندازه در کنار آن‌ها اجباری باشد.

اینکه یک باتری لیتیوم-یون با حفظ موارد ایمنی با چه سرعتی می تواند شارژ شود بستگی به طراحی آن دارد. همچنین سرعت شارژ به اندازه ی فیزیکی باتری نیز وابسته است. باتری های بزرگتر توانایی بهتری برای پشتیبانی از فناوری‌های شارژ سریع دارند و در نتیجه می‌توان با سرعت بیشتری آن‌ها را شارژ کرد.

اگر بخواهید بدون افزایش ابعاد فیزیکی، سرعت شارژ این باتری را افزایش دهید، باید اندازه المان‌های داخلی آن را بزرگ‌تر کنید. اما باید توجه داشت که انجام این کار نیز باعث می‌شود ظرفیت انرژی باتری کاهش پیدا کند.

نمونه بارز این رابطه در طراحی باتری‌ها را می‌توان در گوشی ایسوس زن‌فون 6 دید. این گوشی دارای یک باتری 5000 میلی آمپر ساعتی است که حداکثر می‌تواند با توان 18 وات شارژ شود. به گفته مهندسان طراح، این باتری با همین اندازه فیزیکی اما با توان دریافت 40 وات انرژی، تنها قادر به فراهم کردن ظرفیت 4000 میلی آمپر ساعت بود.

اما اگر ابعاد فیزیکی باتری‌ها را کنار بگذاریم، سریع‌ترین سرعت شارژ را تنها تا هنگامی می‌توان مورد استفاده قرار داد که میزان شارژ موجود در باتری به حدود 70 درصد برسد. حتی این قابلیت نیز در صورتی در دسترس قرار می‌گیرد که دمای باتری از حد معین تعیین شده فراتر نرود.

در واقع هرچه بیشتر از این محدوده دمایی تجاوز کنیم، به دلایل ایمنی جریان کمتری به باتری گوشی می‌رسد. این محدودیت‌ها حتی در هنگام استفاده از شارژرهای با خروجی 45 وات و بیشتر، اهمیت بالاتری نیز پیدا می‌کند.

در انتها باید بگوییم اینکه در حال حاضر بخش کوچکی از حوادث مربوط به گوشی‌های هوشمند به باتری موجود در آن‌ها ارتباط پیدا می‌کند، نشانه‌ای از دستاوردهایی است که بشر در این حوزه  کسب کرده است. البته به نظر می‌رسد که سرمایه گذاری در حوزه فناوری‌های موجود در باتری‌ها باید بسیار بیشتر از زمان حال باشد. اگرچه باتری‌ها مانند نمایشگرهای OLED خیره کننده و یا مانند لنزهای دوربین تحسین برانگیز نیستند، اما همچون دیگر اجزای گوشی‌های هوشمند، در پشت آن‌ها نیز فناوری‌های پیشرفته‌ و مهندسی شده‌ای وجود دارد.

با تمام این تفاسیر انتظار داریم همچنان شاهد پیشرفت بزرگ فناوری شارژ سریع باشیم.