Hoe werkt een snellader voor een smartphone?

Wie zegt dat die 20v op de cell komt?
Misschien zit er nog wel iets meer in je telefoon

Onmiddelijk stoppen zomaar spanning te zetten op een LiPo! Dat zijn de meest ontvlambare cellen en die hebben er geen moeite mee enorme steekvlammen te produceren.

Een LiPo wordt met een CC/CV (konstante stroom/constante spanning) geladen: het begin is konstante stroom, tot een bepaalde grens bereikt wordt. Daarna wordt het een constante spanning waarbij gestopt moet worden met laden als de laadstroom een bepaalde ondergrens bereikt.

Er zit meer in de telefoon en de spanningsverhoging is alleen bedoeld om het verlies in de kabel te verlagen: zou je bij 5 volt 50 Watt in de telefoon willen proppen dan praat je over 10 Ampère. Dat levert een onhandig dikke kabel op én de connectors zijn daar niet op gemaakt (net zo min als de electronica in de telefoon).

Daarom wordt er in de telefoon van die 20 Volt weer een lagere spanning gemaakt zodat er een relatief lage stroom door de kabel loopt en de verliezen relatief laag blijven.

Er is ook data communicatie tussen de lader en het apparaat.
Bij voorbeeld een laptop "weet" daardoor prima welke lader er aan hangt.
Mijn Samsung telefoon weet dat ook, met de bijbehorende lader is hij met een minuut of 20-30 meestal weer opgeladen en dat geeft ie ook aan.
Op een willekeurige USB aansluiting duurt dat veel langer.
En LiPo cellen zijn , als je het fout doet, brandbommen, als die gaan kan je het niet meer stoppen!!

Snellaad protocol https://www.coolblue.nl/advies/de-juiste-snellader-kiezen.html

Er zitten chips in die communiceren om de juiste spanning te kiezen. Een standaard USB lader doet alleen 5V.

En LiPo cellen zijn ook niet allemaal hetzelfde. Sommigen modellen cellen zijn speciaal ontworpen om grote stromen aan te kunnen.

Ik dacht dat jij geen hulp meer nodig had met powerbanks enzo:

Op donderdag 22 juni 2023 16:22:28 schreef Lucas91:
Oke, duidelijk.
Volgens mij zit het met mijn basis kennis wel goed.
Goed genoeg om met hulp van jullie geweldige experts een bruikbaar printje in elkaar te solderen.
Onder basiskennis versta ik dat je de wet van ohm kent en weet toe te passen, dat je moet weten waar componenten voor zijn en hoe hier eenvoudige circuitjes mee te maken, zoals de circuitjes die hier ook op deze site te vinden zijn.
Ik snap niet zo goed dat hier op dit forum altijd verteld moet worden dat je te weinig kennis hebt, of beter een boek basis electronika kan lezen. En dan bedoel ik niet alleen op mijn berichten, maar ook bij andere niet zo ervaren hobbyisten. Ik vraag me af waar dit forum dan voor is.
Maar ik heb geen hulp meer nodig. Fijne dag.

Om je vraag alsnog kort te beantwoorden: de 20V wordt gebruikt om de verliezen in de kabel/connectors te verminderen. Vergelijk het met de 380kV die gebruikt wordt om jouw huis mee te voorzien: die spanning is er wel, maar wordt omlaag getransformeerd voor het bij je stopcontact is.

In oplaadbare apparaten zit op dezelfde manier een regelaar die de binnenkomende spanning omzet in de juiste spanning om de batterij te laden. Dat is ook met een 5V apparaat zo, het aansluiten van een Lithiumcel die bijvoorbeeld op 3,7V staat op een 5V spanningsbron zal een grote stroom geven die afhankelijk is van de bedrading en contactweerstanden. Die stroom is in de meeste gevallen te groot voor de batterij of de bron, en moet worden geregeld. Tegenwoordig zit de intelligentie hiervoor vaak in de SoC (system on a chip) in je apparaat. Een lader zal niet standaard 20V leveren, daarvoor is eerst een stukje communicatie met de lader nodig waarbij het apparaat, en bij USB-C de kabel , moeten aangeven welke spanning ze kunnen hebben.

Er zijn ook chips te koop die het laadproces regelen, een bekende is de TP4056. Je kunt ook een stroombron maken met een LM317, en de spanning begrenzen met een regelbare zener zoals de TL431. De schakelende (buck) converters die voor de hogere spanningen nodig zijn, zijn wat lastiger te bouwen, ik heb geen typenummers voor chips van die aard bij de hand.

Op 17 juli 2023 16:23:16 schreef Kruimel:
Ik dacht dat jij geen hulp meer nodig had met powerbanks enzo

Klopt, deze vraag gaat ook niet over een powerbank, maar over het snelladen van een smartphone.

Dat de 20V gebruikt wordt om verlies te verminderen snap ik.
Maar als de cel niet met een hogere spanning wordt geladen, hoe kan er dan meer vermogen in de cel komen?

Is het enige doel dan om het rendement te verbeteren over de kabel?

Want ik neem aan dat er een soort buck converter in je smartphone zit die van deze 20V weer een lagere bruikbare spanning maakt en de stroom weer verhoogt. Maar dan heb je toch weer extra verlies in je telefoon?

Je kan de laadstroom van een cel toch alleen verhogen door de spanning te verhogen? En deze spanning mag toch niet hoger zijn dan 4,35V ??

Op 17 juli 2023 15:54:47 schreef weardguy:
Onmiddelijk stoppen zomaar spanning te zetten op een LiPo! Dat zijn de meest ontvlambare cellen en die hebben er geen moeite mee enorme steekvlammen te produceren.

Een LiPo wordt met een CC/CV (konstante stroom/constante spanning) geladen:

Dat is ook precies wat ik met mijn labvoeding doe, laden met 2A tot de 4,1V bereikt is en dan stoppen met laden wanneer de laadstroom nog maar 0,3A is.

Is het enige doel dan om het rendement te verbeteren over de kabel?

Ja,
Daar gaat verreweg het meeste verloren bij hoge stromen en lage spanning...

Laders starten met CC, de max. stroom wordt dan door de lader bepaald.

[Bericht gewijzigd door Arco op maandag 17 juli 2023 17:01:12 (18%)]

Op 17 juli 2023 16:56:03 schreef Lucas91:
Klopt, deze vraag gaat ook niet over een powerbank, maar over het snelladen van een smartphone.

Het laden van een powerbank gaat hetzelfde als het laden van een telefoon, maar ik wil er wel even op in gaan:

Dat de 20V gebruikt wordt om verlies te verminderen snap ik.
Maar als de cel niet met een hogere spanning wordt geladen, hoe kan er dan meer vermogen in de cel komen?

De hogere laadspanning is niet hetgeen dat maakt dat er meer vermogen in je batterij komt. In theorie kan je de 67W ook bereiken door 13,5A op 5V te versturen, maar je hoort hier waarschijnlijk zelf al wel dat dit misschien niet handig is. Omdat er toch al een omzetting in de telefoon nodig is, is het omwerken van die regelaar om in plaats van met 5V, met 20V te werken niet zo moeilijk meer.

Is het enige doel dan om het rendement te verbeteren over de kabel?

Ja, want het vergroten van de laadstroom was altijd al wel een optie, maar pas toen er batterijen werden gebruikt/ontwikkeld die daadwerkelijk zo een stroom konden verwerken ontstond de nood aan een groter vermogen.

Want ik neem aan dat er een soort buck converter in je smartphone zit die van deze 20V weer een lagere bruikbare spanning maakt en de stroom weer verhoogt. Maar dan heb je toch weer extra verlies in je telefoon?

Een ideaaltypische schakelende regelaar heeft geen verliezen, dus het omzetten van 10V naar 5V levert een 2x grotere stroom op aan de 5V kant dan er aan de 10V kant in gaat (als er 1A in gaat komt er 2A uit). Je kunt dit in dit plaatje (van Wikipedia) enigszins zien (hoop ik):

De stroom aan de ingang loopt alleen als de schakelaar gesloten is. In het bovenstaande voorbeeld zou je dus (uitgaande van een relatief grote zelfinductie van de spoel) 50% van de tijd 2A aan de ingang zien, en 100% van de tijd 2A aan de uitgang.

Je kan de laadstroom van een cel toch alleen verhogen door de spanning te verhogen? En deze spanning mag toch niet hoger zijn dan 4,35V ??

Klopt, dat wordt hij ook niet, de buck converter in je telefoon neemt de 5 tot 20V van de bron en verlaagt die altijd omdat de USB aansluiting een nominale spanning heeft (5V) die groter is dan de maximale spanning van de batterij.

Bedankt voor je reactie.

Dus als we even niet kijken naar het rendement, dan wordt die 20V 3A in je telefoon weer omgezet naar bijvoorbeeld 4,35V en 13,8A.

Maar dan heb ik toch nog een vraag, als ik de LiPo cel ga laden met 4,35V van de labvoeding dan loopt er bij lange na geen 13,8A, eerder ergens tussen de 2A en 3A.

Is de batterij in een smartphone dan zo anders dat hij veel meer stroom vraagt bij 4,35V?

Of wordt deze in de smartphone zelf toch met een hogere spanning geladen dan de 4,35V?? En is dat dan niet schadelijk voor de cel?

Op 17 juli 2023 17:34:15 schreef Lucas91:
Maar dan heb ik toch nog een vraag, als ik de LiPo cel ga laden met 4,35V van de labvoeding dan loopt er bij lange na geen 13,8A, eerder ergens tussen de 2A en 3A.

Daar zullen wel wat afhankelijkheden van de werkelijkheid zijn. Zo zal een labvoeding ook een stroomlimiet hebben, wat dus wil zeggen dat je hem misschien op 5V ingesteld hebt gehad, maar dat de werkelijke spanning lager is geweest omdat de stroombegrenzing ingreep (op een echte labvoeding zou je dat moeten kunnen instellen). Komt nog bij dat de weerstand van de kabels en contacten best significant kan zijn afhankelijk van hoe goed de batterij aangesloten was.

Is de batterij in een smartphone dan zo anders dat hij veel meer stroom vraagt bij 4,35V?

Niet per definitie, al zijn de batterijen van smartphones waar je met 67W kan laden zeker anders dan die voor telefoons die dat niet kunnen. Dat zie je bijvoorbeeld bij gereedschapaccu's, die probleemloos tientallen ampères kunnen leveren. Je zult zien dat die meestal ook een iets lagere capaciteit hebben dan gemiddeld omdat er relatief meer geleidend materiaal in zit. Fabrikanten kunnen inmiddels ook batterijen maken met veel capaciteit en een hoge stroombestendigheid, maar dat heeft te maken met het volwassen worden van de technologie, en is vaak duurder. Houd er ook rekening mee dat je een batterij niet laadt met 4,35V, je laadt hem met een stroom, en pas als de spanning op de cel toegenomen is tot 4,35V ga je over op de CV regime. Het grootste deel van het laadproces zal de spanning op de cel zelf minder zijn.

Of wordt deze in de smartphone zelf toch met een hogere spanning geladen dan de 4,35V?? En is dat dan niet schadelijk voor de cel?

Nee, meestal zal de batterij niet geladen worden met meer dan 4,35V. Laden met een grote stroom is wel schadelijk voor de cel, het doorlopend snelladen heeft een negatieve invloed op de levensduur van de batterij. Ik zou ook aanraden om voor achter je nachtkastje een trage lader te voorzien, want als er tijd is zou ik dat nemen. Dat snelladen is een meetje een media-hype.

probleem is de usb kabel en de connector.
stel nu dat zo een micro usb max 500mA door een pinnetje mag hebben

4 pinnetjes voor GND, en 4 pinnetjes voor Vbus. bij 5V 1A heeft elk pinnetje dan 250mA. prima.
eentje heeft slecht contact, dan hebben de andere 3 nog 333mA, ook geen probleem.
2 pinnetjes vallen weg, dan hebben de overige nog 500mA elk, gaat nog net goed. misschien voel je al een warme connector.
je hebt het vaak voor met die kabels dat de telefoon niet oplaad, draai je de connector om, gaat die wel.

nu wil de fabrikant kunnen snelladen met 10W (of zelf meer). dan moet er 5V 2A door.
dat lukt maar net door alle 4 de pinnetjes samen te nemen. heeft er eentje slecht contact, dan branden de andere kapot want dan heb je 666mA

nu heeft de usb kabel ook een bepaalde weerstand, bv 0,1ohm.
2A door 0,1ohm, dan verlies je daar 0,2V.
0,2V over de + kabel, 0,2V over de min kabel, dus je 5V spanning zakt al naar 4,6V.

zegt de fabrikant: dat zou allemaal beter gaan met een hogere spanning.
dus die maakt 20V in de lader, en in de telefoon zet je 20V weer om naar 5V (zal wel direct naar accu spanning terugbrengen, maar voor te rekenen nemen we nu 5V).

de lader stuurt 20V 500mA naar de telefoon, dat is 125mA per pin. al veel beter.
verlies over de kabel: 0,1ohm x 125mA = 12.5mV. dor + en gnd heb je nu 25mV verlies.
van die 20V aan de lader, komt er 19.75V in de GSM toe.

met 500mA per pinnetje, en 20V, zou je dus met 40W kunnen laden en zit je net op de grens van de connector.
trek je de spanning naar 30V, zit je weer safe

doen ze ook met het electriciteitsnet. door het hoogspanning net naar 10 000V te brengen ipv 230V, heb je veel minder kabel verliezen.
en dan lokaal zet je de boel weer met een transfo van 10 000V naar 230V. met als voordeel, komt er maar 9900V meer toe, dan zel je een transo die van 10000V naar 233V gaat, zal daar met 9900V weer 230V uitkomen.

met bovenstaande snap je dus ook al sneller waarom een electrische auto snelladen ook problemen geeft.
wil je een 85kWh accu op 6min vol krijgen, dan moet je daar 850kW energie indrukken.
dat is dan 2000A op 425V of 1000A op 850V.... wordt een ferme connector

Op 17 juli 2023 17:41:24 schreef Kruimel:
[...]Daar zullen wel wat afhankelijkheden van de werkelijkheid zijn. Zo zal een labvoeding ook een stroomlimiet hebben, wat dus wil zeggen dat je hem misschien op 5V ingesteld hebt gehad, maar dat de werkelijke spanning lager is geweest omdat de stroombegrenzing ingreep (op een echte labvoeding zou je dat moeten kunnen instellen).

De labvoeding gaat tot 5A. Dus het is echt 4,35V en 3A, ik weet hoe een labboeding werkt.

beetje telefoonbatterij is tegenwoordig makkelijk 4500mAh
dan laadt jij met je 3A nog niet eens 1C
beetje lipo laadt makkelijk met 2/3/4C
als jij beperkt bent tot 3A doe je duidelijk iets verkeerd

Op 17 juli 2023 18:04:44 schreef DK:
beetje telefoonbatterij is tegenwoordig makkelijk 4500mAh
dan laadt jij met je 3A nog niet eens 1C
beetje lipo laadt makkelijk met 2/3/4C
als jij beperkt bent tot 3A doe je duidelijk iets verkeerd

Mijn LiPo accu (2 cellen parallel) heeft 15.000mAh...

Ik zal zo foto's maken om te laten zien dat ik niets verkeerd doe.

Op 17 juli 2023 18:04:44 schreef DK:
als jij beperkt bent tot 3A doe je duidelijk iets verkeerd

Ligt er aan, als de cel op 3,9V stond toen je begon, je de labvoeding instelt op 4,2V en hij laadt met 3A is dat 0,1Ω weerstand ergens. Dat is helemaal niet zo veel voor een stukje kabel en (bijvoorbeeld) twee krokodilleklemmen plus nog natuurlijk de daadwerkelijke interne weerstand van batterijen die misschien niet gemaakt zijn voor snelladen en waarvan we niet weten wat de laadtoestand was. Een LiPo kan soms 4C, maar soms ook niet, zeker als ze uit een powerbank uit China komen. (NB Niets tegen Chinezen, als hij hier gemaakt was hadden ze er ook nooit of te nimmer een cel in gestoken die maar 1 cent duurder was dan nodig.)

Op 17 juli 2023 17:55:20 schreef Lucas91:
De labvoeding gaat tot 5A. Dus het is echt 4,35V en 3A, ik weet hoe een labboeding werkt.

Ik ook, maar ik weet ook hoe de werkelijkheid werkt. In dit soort gevallen is de instelling/weergave van de voeding niet leidend. Hier moet je een spanningsmeter aansluiten op de batterij op het meest dichtbijzijnde punt van de aansluiting, en de voeding op het verre einde. Dan heb je het beste idee over wat de celspanning is bij het laden. De display op de voeding geeft nu aan wat de spanning is over de serieschakeling van 4 connectoren, 2 stukken draad en een LiPo batterij.

Ik zal zo foto's maken om te laten zien dat ik niets verkeerd doe.

Lijkt me wel interessant om te zien. Je hebt in elk geval al één fout gemaakt: er van uit gaan dat je geen fouten maakt.

De laad communicatie over USB heeft mij ook wel verwonderd, erg lastig om daar iets over te vinden.
Een tijdje terug vond ik bij toeval (bij het zoeken naar iets anders) dit :
https://de.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bus#USB-Netzteile

En ik maakt ooit meerdere USB laad aansluitingen van af een "dikke" meanwell voeding, de data aders los gelaten, sommige apparaten wouden niet laden op die manier, na het doorverbinden van de data lijnen (of met een weerstand ? weet ik niet meer) werkte het wel.

De details zijn me ontschoten na zo veel jaar, ik meen dat ik er toen ook al over geschreven heb hier maar ik kan het (nog?) niet terug vinden.

(pardon als ik overbodige informatie geef, ik heb niet alles gelezen)

In dit soort gevallen is de instelling/weergave van de voeding niet leidend. Hier moet je een spanningsmeter aansluiten op de batterij op het meest dichtbijzijnde punt van de aansluiting, en de voeding op het verre einde. Dan heb je het beste idee over wat de celspanning is bij het laden.

Je hebt gelijk, ik had de spanning niet van de labvoeding moeten aflezen, maar van de multimeter op de cel zelf.
Nu blijkt er dus inderdaad een spanningsval van ruim 1V te zijn als ik met 5,1A laadt.
En dat klopt ook wel, want mijn Alie expres meetsnoeren hebben elk 0,1 Ohm weerstand. Ik dacht dat dat te verwaarlozen was maar dat is dus 5,1A x 0,2 Ohm = 1,05V.

Dus de nieuwe situatie:

Cel 3,7V (half vol?)
Spanning op labvoeding 5V en op multimeter 3,95V.
De stroom is nu het maximale wat mijn labvoeding aankan 5,1A.

Maar zou die 0,4V verschil (4,35V - 3,95V) er echt voor zorgen dat hij met 13A gaat laden?

Dus stel al kon mijn labvoeding 15A leveren, en ik begrens hem op 4,35V spanning, zou er nu dan echt 13A gaan lopen?

Of is de cel daar al te vol voor?

P.S. heeft iemand een linkje naar een site die degelijke meetsnoeren verkoopt?

Je denkt verkeerd, een cel wordt niet met spanning maar met stroom geladen (CC).
De spanning (mits 4.2v of lager) is niet belangrijk,

Op 17 juli 2023 19:12:19 schreef Lucas91:
P.S. heeft iemand een linkje naar een site die degelijke meetsnoeren verkoopt?

https://www.eleshop.nl/hirschmann-mln.html

Korter is beter natuurlijk. Denk er ook aan dat afhankelijk van de kwaliteit van je voeding je misschien zelfs binnen je voeding nog wat spanningsval zal krijgen (voorbeelden: blackdog in "Voeding aangeboden op Banggood" en blackdog in "Voeding kit XIAOLIN aangeboden op AliExpress"). Goedkope banaanbussen kunnen best nog wel een verschil maken als je het hebt over 6mΩ contactweerstand, want dat is niet veel. In dit soort gevallen worden er soms wat ze noemen "sense" of "Kelvin" aansluitingen gebruikt. Sommige voedingen laten toe dat je een externe draad naar het aansluitpunt brengt zodat de voeding kan compenseren voor de spanningsval van de bedrading en connectors. Dit is bijvoorbeeld geïmplementeerd in de CO-2016 voeding, je ziet daar de punten "S+" en "S-" die specifiek daarvoor zijn geplaatst:

Op 17 juli 2023 19:14:32 schreef Arco:
Je denkt verkeerd, een cel wordt niet met spanning maar met stroom geladen (CC).
De spanning (mits 4.2v of lager) is niet belangrijk,

Ik denk niet verkeerd. Ik snap dat een cel met stroom geladen wordt. Bulk laden (c.c.) en absorptie laden (c.v.)
Maar bij een stroom hoort een bepaalde spanning, en die is afhankelijk van de interne weerstand van de cel op dat moment.
De spanning mag voor zo ver ik weet nooit hoger zijn dan 4,35V.
Als ik met 5,1A laadt, is de spanning 3,95V.
Ik vroeg mij dus af of die 0,4V extra spanning er echt voor zou zorgen dat ik met 13A of meer laadt. Aangezien DK zei dat je met 4C of meer kan laden. Dat zou in mijn geval dus 60A zijn...

De cel heeft ook een inwendige weerstand, dat er in een kortsluiting 10A kan lopen wil niet zeggen dat elke accu dat kan opnemen. 1C of meer is deels in theorie. Als het ding zo beroerd gemaakt is (interne/externe bedrading/connectors en chemisch) dat je er net 3A in krijgt hebben betere kabels geen zin. Chinezen zetten graag veel meer Ah op hun accus dan wat ze echt zijn..

Je ziet aan je meetsnoeren al wat weerstand doet. Dit soort lage waarden moet je 4 draads meten. Een relatief/nul functie van een hand-DMM is ongeschikt (zeker als dat ook China meuk is) omdat de onzekerheid-specs vaak al +/- meer digits zijn dan wat je wilt meten. Het kan toevallig kloppen maar 0,1 kan ook 0,05 of 1 zijn. Zie je specs, reken en je weet waar de echte waarden tussen kan vallen.

Ik koop ze bij Farnell, ik heb er nogal veel en goede gaan zo ongeveer eeuwig mee, maar als ik moet aanvullen koop ik bv Pomona, ik heb er ook zelf gemaakt van dik snoer (oa siliconen) en vergulde bananen. Dat zijn de meest gebruikte. Maar ik heb er ook met heel dun snoer, net wat ik voor een toepassing nodig heb.

Is gewoon de wet van ohm. Als de spanning 10V is en de totale weerstand 1 ohm is en 0V dan kan er 10A lopen. Maar als jou cel 3V is dan is de spanning 7V en als de totale weerstand dan 1 ohm is kan er maar 7A lopen.