Oplaadtijd van smartphone?

[jkien]

Het opladen van mijn smartphone (Galaxy S4) duurt iets langer dan verwacht. Het opladen met de originele oplader duurt 2 uur, de batterijcapaciteit is 2600 mAh, dus de berekende oplaadstroom is 1,3 A. Dat is minder dan de 2 A waarvoor de originele oplader en de smartphone geschikt zijn volgens de specificaties. Met andere opladers duurt het opladen nog langer.

Ik vraag me af hoe dat komt. Wat bepaalt de oplaadstroom precies? Volgt die uit een onderhandeling over de gewenste stroom tussen oplader en smartphone op het moment van aansluiten, of volgt hij als het ware uit een elektrisch evenwicht van de vraag van de smartphone en het aanbod van de oplader?

Jammer dat de stroom en de spanning niet goed meetbaar is met een multimeter zonder de oplader of de smartphone open te breken

[klazon]

Ik weet niet hoe de verbinding tussen de lader en de smartphone er uit ziet, maar als het een snoertje is, dan kan je dat doorknippen, en daar je meetinstrument tussen zetten.

[jkien]

De verbinding is een usb-kabel. Ik heb de kabel doorgeknipt, en een regelbare voeding aangesloten op pin 1 en 4, d.w.z. Vcc en Ground. De smartphone aangesloten op de kabel, en met een multimeter gemeten hoe de stroom I afhangt van de spanning U. De halflege smartphone begint zich automatisch op te laden.

Het meetresultaat is ongeveer:

Beneden de 4.2 V is I = 0.

Boven de 4.2 V is I = U - 4.0 (dus een helling van 1 ampere per volt). Bij 5.2 V is de stroom 1.2 A.

De stroom hangt niet af van de voorgeschiedenis. Dat vat ik voorlopig op als een evenwicht zonder onderhandeling.

[Benm]

Je ondersteunt ook geen onderhandeling: in sommige combinaties van telefoons en laders worden specifieke voltages op de datalijnen aangeboden zodat de telefoon 'weet' hoeveel stroom de lader kan leveren. Apple doet dit veelvuldig, maar andere merken soms ook.

Verder is het laden van een accu geen 100% efficient proces, dat merk je ook wel aan het warm worden van de telefoon tijdens het laden. 2600 mAh opladen gedurende 2 uur met een stroomafname van 2 ampere is niet zo gek. Het zou een rendement betekenen van ongeveer 65%, vrij typisch voor het laden van li-ion cellen waarvan de laatste laadregel-electronica in de accu (of telefoon bij een vaste accu) zit.

[jkien]

Ik vond een app, Android Tuner, die de spanning en de stroom van de batterij, die de smartphone blijkbaar zelf meet, weergeeft in grafieken. Ik heb de app een registratie laten maken van 3 uur opladen op de originele oplader van de telefoon, zie de grafieken hieronder. Het moirépatroon komt doordat het foto's zijn van het beeldscherm. De "batterijvulling" (vermoedelijk de lading in mAh, vertaald in %) gaat van 10% naar 100%. De gemiddelde laadstroom schommelt rond de 1 A. Vreemd dat de laadstroom af en toe hoge uitschieters vertoont van meer dan 2 A (eentje is 3 A), waarvan je zou denken dat de oplader dat moeilijk kan leveren. De maximale batterijspanning van 4338 mV is aanzienlijk lager dan de 5 volt die de oplader via de usb-kabel levert. Vreemd is dat de spanning niet meer toeneemt als de batterijvulling van 70% naar 100% gaat, misschien stijgt de batterijspanning wel verder maar kan de spanningsmeter niet hoger meten.

Opladen1 1355 keer bekeken

Verder is het laden van een accu geen 100% efficient proces, dat merk je ook wel aan het warm worden van de telefoon tijdens het laden. 2600 mAh opladen gedurende 2 uur met een stroomafname van 2 ampere is niet zo gek. Het zou een rendement betekenen van ongeveer 65%, vrij typisch voor het laden van li-ion cellen waarvan de laatste laadregel-electronica in de accu (of telefoon bij een vaste accu) zit.

Als het opladen uitgedrukt wordt in lading (mAh) dan is Q = I·t toch exact? Alle lading die je in de batterij stopt stroomt er later weer uit. Deze berekening gaat niet over energie.

[klazon]

Als het opladen gemeten wordt in lading (mAh) dan is Q = I·t toch exact? Er gaat toch geen lading verloren. Deze berekening gaat niet over energie.

Je stopt geen lading in de batterij, je stopt er energie in. Die wordt gebruikt om in de batterij een chemische omzetting te bewerkstelligen. Bij dat proces ontstaat ook warmte, en dat is verlies. Bij het gebruikt van de telefoon wordt ook een deel van de opgeslagen chemische energie omgezet in warmte, dus nog een keer verlies.

[Xenion]

Ook niet vergeten dat de smartphone tijdens het opladen al energie ook weer verbruikt door achtergrond programma's, wifi, gsm, etc. Als je echt snel wil opladen, dan zet je best je smartphone in vliegtuigmodus en sluit je alle lopende apps af.

[jkien]

Je stopt geen lading in de batterij, je stopt er energie in. Die wordt gebruikt om in de batterij een chemische omzetting te bewerkstelligen. Bij dat proces ontstaat ook warmte, en dat is verlies. Bij het gebruikt van de telefoon wordt ook een deel van de opgeslagen chemische energie omgezet in warmte, dus nog een keer verlies.

Goed, ik had eigenlijk over de anode van de batterij moeten spreken, Q = I·t is de lading die de oplader in de anode stopt. Alle lading die de oplader in de anode stopt stroomt er later weer uit. De chemische halfreactie bij de anode is omkeerbaar, er gaat geen lading verloren. En bij de kathode iets dergelijks. Dat er energieverlies is bij dat proces ontken ik niet, maar ik had bezwaar tegen de verkeerd gebruikte formule:

2600 mAh opladen gedurende 2 uur met een stroomafname van 2 ampere is niet zo gek. Het zou een rendement betekenen van ongeveer 65%

Weliswaar is I_werkelijk / I_max = 1.3 / 2.0 = 0.65, maar dat is geen rendement. Die 2.0 A is alleen maar het maximum dat de oplader in theorie kan leveren (zie bericht #1).

[klazon]

Alle lading die de oplader in de anode stopt stroomt er later weer uit.

Dat lijkt me toch een verkeerde benadering. Stroom loopt in een kring, Dus alle lading die je er aan de anode in stopt komt er aan de kathode net zo hard weer uit. Niet later, maar direct.

[jkien]

Pas je argument eens toe op een condensator, dan zie je dat er niet uit volgt dat er geen lading opgeslagen wordt. Beide elektrodes van de condensator slaan lading op, de ene +Q en de andere -Q. Later bij het ontladen staan de elektrodes hun lading weer volledig af.

Maar misschien kan ik beter het woord lading Q vervangen door de mAh-hoeveelheid M. Ik beweer dat bij volledig opladen en ontladen van de batterij geldt: M_opladen = M_ontladen. Ben je het met die formule eens of niet?

[klazon]

Pas je argument eens toe op een condensator,

Dit voelde ik aankomen. Maar een batterij is geen condensator.

Met die formule ben ik het niet eens, want die impliceert dat je er net zoveel uit haalt als je er in stopt, en dat is bij een batterij niet zo.

[Benm]

Je hebt bij een batterij tenmiste 2 verliezen:

- benodigd overvoltage om te laden (bijv 4.2 volt nodig, terwijl de ontlaadspanning 3.7 volt is)

- stroom die niet zorgt voor de gewenste chemische reactie (dwz opladen).

Het eerste is een vrij helder verhaal: er gaan welliswaar precies evenveel electronen in als eruit komen, maar door de lagere spanning is de enegie lager. Het tweede ligt gevoelsmatig wat lastiger, maar accu's zijn niet perfect. Naast de gewenste oplaadreactie treden ook zij-reacties op zoals electrolyse van water. Nu zit er in de batterij wel weer een catalysator die dat waterstof en zuurstof terug omzet in warmte, maar de electronen die je gebruikte om water te splitsen krijg je niet terug als lading.

[klazon]

...er gaan welliswaar precies evenveel electronen in als eruit komen,

Hier zeg je dus ook: lading in = lading uit. Sorry hoor, maar dat is dus niet zo.

[jkien]

Hier zeg je dus ook: lading in = lading uit. Sorry hoor, maar dat is dus niet zo.

Een deskundige op het gebied van Li-ion batterijen weerspreekt je opvatting: "False myth: a cell puts out less charge than you put into it. In reality, Li-ion charge efficiency = 100 %: every electron that goes in can come back out. Though, energy efficiency is < 100 %". [1, 2]

[klazon]

Daar worden beweringen gedaan, maar die worden niet onderbouwd.

Kortom, ik geloof er nog steeds geen bal van.