Los dispositivos móviles han cambiado el modo en que trabajamos, descansamos y jugamos; en su mayoría para mejor. Pero un aspecto negativo es la molesta preocupación que sentimos al salir de la casa por la mañana preguntándonos si nuestro teléfono inteligente tiene suficiente batería para un día de navegación, visitas a redes sociales y filmación de videos.
Los más diligentes ordenan sus dispositivos móviles cada noche y los conectan al suministro principal antes de acostarse y se despiertan con la carga completa. Pero a pesar de los continuos avances en tecnología de baterías alcanzados en las últimas décadas, las pantallas grandes y brillantes, los procesadores poderosos y la conectividad continua a menudo significan que hasta el consumidor más organizado puede verse golpeado por el aterrador icono rojo que indica batería baja durante varias horas antes del final de la actividad electrónica del día.
No resulta extraño entonces que los puntos de energía disponibles en lugares públicos, espacios de trabajo y automóviles estén rápidamente ocupados con cargadores trabajando arduamente para darle a las baterías de los dispositivos móviles una actualización rápida. Las investigaciones preliminares sobre los hábitos de los usuarios sugieren que el 50 por ciento de los “eventos de carga” duran 30 minutos o menos, e incluso en ese momento el usuario está haciendo otras cosas en el dispositivo móvil, lo que reduce la energía disponible para recargar la batería realmente.
Casi desapercibido para el consumidor, el fabricante de chips de telecomunicación móvil Qualcomm ha abordado este desafío alentando a los fabricantes de dispositivos móviles a adoptar “Quick Charge” (Carga rápida), una tecnología que acelera la carga. Ahora la compañía ha lanzado Quick Charge 3.0, que acelera el proceso aún más a la vez que mejora la eficiencia.
Acelerar la carga
¿Qué efecto tiene una conexión breve a la toma de energía en una batería del dispositivo móvil? Ayudará por supuesto, pero en cuánto dependerá de varias cosas, incluyendo la salida del cargador, si el dispositivo móvil está inactivo durante la carga y, lo más importante, la cantidad de carga que había en la batería antes de conectarlo a la energía. Pero si asumimos que una batería típica de dispositivo móvil de 3300-mAh tiene muy poca capacidad y se recarga usando un adaptador de pared USB 5 V/1 A (5 W), la celda podría recibir alrededor de un 15 por ciento de aumento en su capacidad en una carga de 30 minutos (en la práctica, las pérdidas del sistema reflejarían está disminución en alrededor de un 12 por ciento). A pesar de su utilidad cuando un consumidor solo cuenta con su último porcentaje de mAh, es poco impresionante y podemos verlos buscando en sus alrededores otro cargador de pared antes de que su día laboral termine.
Un modo de acelerar la carga es dar más energía desde el adaptador de pared. Algunos fabricantes han adoptado este enfoque y suministro, por ejemplo, los adaptadores de pared USB que pueden emitir 5V/2A (10 W), lo que (teóricamente) duplicaría la capacidad de la batería obtenida durante una carga de 30 minutos en comparación con las unidades más modestas descritas antes.
Desafortunadamente, las celdas de iones de litio, la tecnología en baterías dominante por excelencia para dispositivos móviles, son dispositivos relativamente frágiles. La carga rápida genera calor, que altera levemente la estructura interna de la batería, lo que lleva a una capacidad reducida, fallas tempranas, y en los peores casos, una espectacular pero altamente peligrosa combustión. Enfrentados a este desafío, los fabricantes han actuado con precaución, prefiriendo retardar el proceso de carga en lugar de multiplicar reclamos costosos de garantías.
Sin embargo, desde su adquisición de conocimiento sobre cargas a través de la compra de Summit Electronics en 2012, Qualcomm ha promocionado los méritos de Quick Charge, una tecnología que presume de poder equilibrar la carga rápida con la salud de la batería. Quick Charge funciona usando un algoritmo que se ejecuta en el procesador Snapdragon de la compañía (el mismo procesador en el núcleo de Qualcomm's DragonBoard) para determinar continuamente la potencia máxima que puede aplicarse a una batería durante el proceso de carga sin el riesgo de producir un daño.
Quick Charge ha sido adoptado por muchos fabricantes de dispositivos móviles que integran el procesador Snapdragon y un administrador de energía IC (PMIC) asociado al teléfono inteligente y entregan a los clientes un adaptador de pared USB que puede entregar más energía que las unidades regulares. Los consumidores quizás no lo han notado, pero muchos teléfonos inteligentes contemporáneos cargan mucho más rápido que los modelos previos, cortesía de Quick Charge. Qualcomm dice, por ejemplo, que Quick Charge 2.0 (usando un adaptador de pared USB de 9 V/2 A (18 W)) puede cargar una batería vacía de teléfono inteligente de 3.300-mAh a un 63 por ciento de su capacidad en 30 minutos.
Este otoño, Qualcomm anunció su versión 3.0 de Quick Charge, que aparecerá en dispositivos móviles el próximo año. Los principales cambios esta vez son un algoritmo reconstruido, el no tan conocido "Negociación Inteligente para la obtención del Voltaje Óptimo” (INOV, por sus siglas en inglés), que controla el PMIC de modo que regula la tensión de carga en incrementos de 200-mV por encima de un rango de 3,6 a 20-V. Eso equivale a niveles de carga de tensión posible de 82, comparado con cuatro proporcionados por la versión 2.0.
Los resultados de las mejoras introducidas con Quick Charge 3.0 son un modesto aumento de la velocidad (poniendo una capacidad extra del 8 por ciento a la batería en 30 minutos comparado con la versión 2.0, ver gráfico) pero un beneficio importante en eficiencia. La mejora en eficiencia proviene principalmente de un control de la tensión adecuado, permitiendo que el suministro coincida más de cerca con la demanda de la batería en un momento en particular en el ciclo de carga, limitando las pérdidas del sistema. Qualcomm afirma que Quick Charge 3.0 disipa un 38 por ciento menos de energía durante una carga de 30 minutos de una celda de 3.300-mAh en comparación con la generación previa de tecnología. Una menor disipación de potencia también significa menos calor, que a su vez ayuda a reducir el estrés en la batería.
Los fabricantes que adoptan Quick Charge controlan la salida máxima del adaptador de pared de USB. Debido a que no hay productos en el mercado aún, es difícil predecir cuáles serán las salidas típicas. Quick Charge 2.0 podría teóricamente soportar 60 W por encima de un conector B USB, pero la potencia máxima para adaptadores de pared USB para uso de un teléfono inteligente tiene un tope, establecido por los fabricantes, de 18 W (por lo general de una salida de 9 V/2 A). Los adaptadores de pared USB Quick Charge 3.0 USB probablemente funcionarán a un nivel similar.
Cuidando las baterías de iones de litio
Mientras que las mejoras en la velocidad y la eficiencia de carga durante una recarga de 30 minutos son bienvenidas, la carga completa de las baterías de dispositivos móviles usando Quick Charge 3.0 aún pueden tardar hasta 90 minutos. Esto es porque las baterías de iones de litio deben cargarse usando un régimen de dos etapas. La primera etapa puede realizarse relativamente rápido usando una fuente de corriente constante, pero una vez que la tensión de la batería alcanza alrededor de 4,1 V (la tensión límite), el sistema de carga debe progresivamente rechazar la corriente para mantener una tensión constante para completar la carga de la celda. Si se mantiene la corriente demasiado alta después de que la batería alcance 4,1 V, puede causar daño.
La tecnología Quick Charge entra por si sola en la etapa de corriente constante de la carga de la batería de iones de litio donde la carga se puede acelerar activando esa opción en el adaptador. Sin embargo, una vez que se alcanza la tensión límite, la carga sigue a un ritmo dictado por las características de la batería y por lo tanto no es más rápido que los sistemas convencionales.
Existe una desventaja al acelerar la etapa de corriente constante del ciclo de carga: mientras más rápido se hace la carga, más baja es la capacidad de la batería cuando se alcanza la tensión límite, extendiendo efectivamente el periodo del ciclo de tensión constante (mucho más lento) para completar el proceso. Por ejemplo, cargar la batería a una corriente de alrededor del 70 por ciento de lo que puede proveer la celda durante una hora (es decir alrededor de 2,3 A para una unidad de 3.300-mAh) resulta en una capacidad de un 60 por ciento cuando ocurre el cambio a la etapa de tensión constante más lenta. Desacelerar las cosas a una corriente de carga del 20 por ciento de la capacidad de corriente de una hora de la celda resulta en prácticamente la carga completa cuando se alcanza la tensión límite. Como la mayoría de los consumidores buscan impulsar la capacidad rápidamente y ejecutarla, esta compensación es una que los diseñadores de Quick Charge han calculado presumiblemente que vale la pena tener.
La otra preocupación en relación a la carga rápida es la creencia primitiva que estresa la batería (principalmente a través de la generación de temperaturas mayores), lo que resulta en una vida útil comprometida. En el caso de Quick Charge, el fabricante de teléfonos inteligentes finalmente decide la corriente máxima a la que la batería queda expuesta y, sin duda después de los antecedentes de devoluciones de garantías por baterías con fallos, los fabricantes podrán compensar la velocidad de carga en contraposición a la vida útil de la batería. En cualquier caso, con las mejoras continuas en tecnología de las baterías lo que conlleva a dispositivos más resistentes, combinado con la vida útil promedio de un teléfono inteligente de dos años, es posible que se requiera un régimen de carga particularmente agresivo para causar un fallo dentro de un periodo típico de garantía.
Además, existe evidencia de que los esquemas sistemáticos de agotamiento y luego carga lenta durante la noche favorecidos por propietarios de teléfonos inteligentes meticulosos quizás no sea tan buenos como parecen. Siempre y cuando se desenchufe el cargador tan pronto como la batería esté completa, esto es una muy buena forma de proceder, pero ¿quién se levanta a las 3 a. m. para hacerlo? En la práctica, por o general el cargador se deja en carga continua y lenta periódicamente mientras que la tensión fluctúa durante la larga noche, lo que, a largo plazo, agrega un estrés acumulativo en la celda.
Entonces quizás el las no disciplinado entre nosotros puede, después de todo, quedarse tranquilo como resultado de haber encontrado casualmente el mejor método para prolongar la vida útil de la batería de los dispositivos móviles. La carga frecuente y rápida de 30 minutos de dispositivos parcialmente descargados podría ser mejor para una celda de iones de litio que el estrés prolongado de una carga metódica durante toda la noche. Eso sería muy grato de escuchar para los ingenieros de Qualcomm.