モバイル デバイスは、私たちの仕事、休息、遊びの方法を、主に良い方向に変化させました。しかし、欠点の1つは、朝急いで家を出るとき、スマートフォンの電池残量が1日分のブラウジング、ソーシャル ネットワーキング、ビデオ撮影に十分かどうかという不安が残ることです。
私たちの中でもっと勤勉な人たちは、毎晩寝る前にモバイルデバイスを一列に並べて主電源に接続し、目覚めたときには完全に充電されています。しかし、過去数十年間のバッテリー技術の継続的な進歩にもかかわらず、大きく明るい画面、強力なプロセッサ、常時接続により、最も計画的な消費者でさえ、一日の電子機器の使用が終わる数時間前に、恐ろしい赤い燃料ゲージアイコンに襲われることがよくあります。
公共の場、職場、車内の予備電源が、モバイル デバイスのバッテリーを素早く充電するために懸命に働く充電器で急速に占有されるのも不思議ではありません。ユーザーの習慣に関する予備調査によると、「充電イベント」の50パーセントは30分以下で終了し、その場合でもユーザーはモバイル デバイスで他の作業を行っていることが多く、実際にバッテリーを充電するために利用できる電力が減っています。
消費者にはほとんど気づかれないが、モバイル通信チップメーカーは クアルコム 同社は、モバイル機器メーカーに対し、充電を加速する技術「クイックチャージ」の採用を奨励することで、この課題に対処してきた。同社は現在、充電速度をさらに高めるとともに効率も向上させるQuick Charge 3.0をリリースしています。
充電の加速
主電源コンセントに短時間接続すると、モバイル デバイスのバッテリーにどのような影響がありますか?もちろん、これは役立ちますが、どの程度役立つかは、充電器の出力、充電中にモバイル デバイスがアイドル状態であるかどうか、そしてさらに電力を補給するためにプラグを差し込む前のバッテリーの充電量など、いくつかの要素によって決まります。しかし、一般的な3300 mAhのモバイル デバイスのバッテリーの容量が非常に少なく、5 V/1 A (5 W) のUSBウォール アダプターを使用して充電されていると仮定すると、セルの容量は30分間の充電で約15パーセント増加する可能性があります (実際には、システム損失により、この容量は約12パーセントに減少します)。消費者のバッテリー残量が残り数百mAhになったときには役立ちますが、これはあまり印象的ではなく、一日が終わる前に別のACアダプタを探し回ることになるかもしれません。
充電を加速する1つの方法は、壁のアダプタからより多くの電力を供給することです。一部のメーカーはこのアプローチを採用し、たとえば5V/2A (10 W) を出力できるUSBウォール アダプターを供給しています。これにより、(理論上) 上記のより控えめなユニットと比較して、30分間の充電でバッテリー容量が2倍になります。
残念ながら、（圧倒的に）主流のリチウムイオン電池は バッテリー モバイルデバイス向けのテクノロジーは、比較的脆弱なデバイスです。急速充電は熱を発生させ、バッテリーの内部構造を微妙に変化させ、容量の低下、早期故障、そして最悪の場合には、派手だが非常に危険な燃焼を引き起こします。この課題に直面して、メーカーは当然ながら慎重に行動し、高額な保証請求を増やすよりも充電を遅らせることを優先しました。
しかし、クアルコムは2012年にサミットエレクトロニクスを買収して充電のノウハウを獲得して以来、急速充電とバッテリーの健康状態のバランスをとると主張する技術であるクイックチャージのメリットを宣伝してきました。クイックチャージは、同社のSnapdragonプロセッサ（ クアルコムのDragonBoard) は、充電プロセス中にバッテリーに損傷を与えることなく適用できる最大電力を継続的に決定します。
クイックチャージは、Snapdragonプロセッサと関連する 電力管理 スマートフォンにIC (PMIC) を搭載し、通常のユニットよりも多くの電力を供給できるUSBウォール アダプタを消費者に提供します。消費者は気づいていないかもしれませんが、最近のスマートフォンの多くは、クイック チャージのおかげで以前のモデルよりもはるかに速く充電されます。たとえば、Qualcommによれば、Quick Charge 2.0 (9 V/2 A (18 W) USBウォール アダプターを使用) では、空の3,300 mAhスマートフォン バッテリーを30分で63 % の容量まで充電できるとのことです。
クアルコムは今秋、Quick Chargeのバージョン3.0を発表しました。これは来年モバイル デバイスに搭載される予定です。今回の主な変更点は、あまり簡潔ではないが「最適電圧のためのインテリジェントネゴシエーション」(INOV) と呼ばれる改良されたアルゴリズムであり、3.6 ～ 20 Vの範囲で200 mV刻みで充電電圧を調整するようにPMICを制御します。これは、バージョン2.0で対応可能な4つのレベルと比較して、82の電圧充電レベルに相当します。
Quick Charge 3.0で導入された改善の結果、速度はわずかに向上しましたが (バージョン2.0と比較して30分でバッテリー容量が8% 増加しました。グラフを参照)、効率は大幅に向上しました。効率性の向上は主に、充電サイクルの特定の時点でのバッテリーの需要に供給をより厳密に一致させ、システム損失を制限することを可能にするきめ細かい電圧方式によるものです。クアルコムは、Quick Charge 3.0では、3,300mAhセルを30分間充電する際の電力消費が、前世代の同技術に比べて38% 少ないと主張している。消費電力が低いということは発熱も少ないということであり、バッテリーへの負担を軽減するのに役立ちます。
Quick Chargeを採用しているメーカーは、USBウォール アダプタの最大出力を制御します。まだ製品が市場に出回っていないため、典型的な出力がどうなるかを予測することは困難です。Quick Charge 2.0は理論的にはUSB Bコネクタ経由で60 Wをサポートできますが、スマートフォン用のUSBウォール アダプタの最大電力はメーカーによって18 W (通常は9 V/2 A出力) に制限されています。Quick Charge 3.0 USBウォール アダプターもおそらく同様のレベルで動作します。
リチウムイオン電池のお手入れ
30分間の充電中の充電効率と速度の向上は歓迎すべきことですが、Quick Charge 3.0を使用してモバイル デバイスのバッテリーを完全に充電するには、依然として最大90分かかる場合があります。これは、リチウムイオン電池は2段階方式で充電する必要があるためです。最初の部分は定電流源を使用して比較的迅速に実行できますが、バッテリーの電圧が約4.1 V (しきい値電圧) に達すると、充電システムは電流を徐々に減らして一定の電圧を維持し、セルを「満充電」する必要があります。バッテリーが4.1 Vに達した後も高すぎる電流が維持されると、損傷が発生する可能性があります。
クイック チャージ テクノロジーは、アダプターのウィックを上げて充電を加速できる、リチウムイオン バッテリー充電の定電流段階で真価を発揮します。ただし、しきい値電圧に達すると、充電はバッテリーの特性によって決まるペースで進行するため、従来のシステムよりも速くなりません。
充電サイクルの定電流段階を加速することには欠点があります。充電が速いほど、しきい値電圧に達したときのバッテリー容量が低くなり、プロセスを完了するための（はるかに遅い）定電圧サイクルの期間が実質的に延長されます。たとえば、セルが1時間で供給できる電流の約70パーセント (つまり、3,300 mAhユニットの場合は約2.3 A) でバッテリーを充電すると、より低速の定電圧段階に切り替わったときに容量が60パーセントになります。充電電流をセルの1時間電流容量の20パーセントまで遅くすると、しきい値電圧に達したときに事実上完全に充電されます。消費者の大多数は容量を素早く増やして走りたいと考えているため、このトレードオフはQuick Chargeの設計者が行う価値があると計算したものと思われます。
急速充電に関するもう一つの懸念は、急速充電によってバッテリーに負担がかかり（主に高温の発生により）、その結果、寿命が短くなるという長年の考えです。クイック チャージの場合、バッテリーに流す最大電流はスマートフォン メーカーが最終的に決定します。また、故障したバッテリーの保証返品履歴を武器に、メーカーは充電速度と最終的なバッテリー寿命をトレードオフできるはずです。いずれにせよ、バッテリー技術の継続的な改善によってデバイスの耐久性が向上し、スマートフォンの平均寿命が2年であることを考えると、通常の保証期間内に故障を引き起こすには、特に積極的な充電方法が必要になると考えられます。
それに加えて、良心的なスマートフォン所有者が好む、一晩かけてゆっくり充電して使い切るという体系的な方法が、期待されたほどの効果がないかもしれないという証拠もある。バッテリーが満充電になったらすぐに充電器を抜くのであれば、これは良い方法ですが、そのために午前3時に起きる人がいるでしょうか?実際には、長い夜の間に電圧が変動するため、充電器は通常、定期的にバッテリーをトリクル充電しますが、これは長期的にはセルへの累積的なストレスを増加させます。
したがって、私たちの中の無秩序な人は、モバイル デバイスのバッテリーの寿命を延ばすための最良の方法を偶然見つけた結果、結局少し安心できるかもしれません。部分的に放電したデバイスを頻繁に30分間高速充電する方が、一晩中規則的に充電して長時間ストレスを与えるよりも、リチウムイオン セルにとって良い結果をもたらす可能性があります。それは確かにクアルコムのエンジニアにとって耳に心地よい話だろう。