Perché i telefoni si caricano a 5 volt anche se le loro batterie sono classificate a 3,7 volt?

Grande domanda. Grazie per l'A2A Andrei!

Ci sono una serie di fattori che concorrono a far sì che queste due tensioni divergenti vengano allineate l'una con l'altra per caricare la batteria.

Mentre una batteria potrebbe essere nominalmente valutata a 3,7 volt, la tensione di uscita (circuito aperto) di una batteria (al litio, o Li) completamente carica può effettivamente arrivare a 4,3 volt. (Ci sono diverse tecnologie di batterie che usano il Li come catodo nella loro costruzione).

Similmente, la tensione fornita da un cavo USB (nominalmente 5V) può essere effettivamente inferiore a 5V. Per esempio, consideriamo il caso in cui diversi dispositivi USB sono collegati e utilizzati contemporaneamente. (In casi estremi ci potrebbe essere una tensione insufficiente e non avviene alcuna carica; in più, l'erogazione di corrente è già limitata dal progetto, specialmente nelle versioni USB precedenti).

Per caricare completamente la batteria, la tensione di carica applicata deve almeno superare la tensione della batteria completamente carica (di una quantità variabile che dipende dall'isteresi; e che qui possiamo trascurare per semplicità). Paragonando la tensione in una batteria alla pressione in un pneumatico, se si vuole riempire il pneumatico a 30 psi, si deve avere una fonte d'aria che sia almeno di 30 psi per spostare l'aria nel pneumatico. È lo stesso concetto dell'applicazione della tensione (pressione) per caricare ("riempire") una batteria.

A causa della resistenza interna della batteria (anche se le batterie Li hanno una resistenza interna più alta di altre ricaricabili) la tensione di carica cadrà una volta che il carico della batteria in carica viene applicato.

Ci sono una serie di altre perdite (intenzionali e accidentali) che avvengono nel circuito di carica che abbassano la differenza tra le due tensioni, il chip di carica, i microcontrollori di carica, i regolatori, i circuiti di protezione e le protezioni consumano e controllano la potenza.

Nota anche che è elettronicamente più facile in un sistema iniziare con una tensione più alta e abbassarla come richiesto, che iniziare con una tensione più bassa e tentare di renderla più alta.

Le batterie al litio non possono essere caricate lentamente ("trickle") per un lungo periodo di tempo perché la carica deve essere immediatamente interrotta alla piena carica o si verificheranno danni da surriscaldamento. Devono anche essere caricate a corrente costante, e non a tensione costante come con altre tecnologie di batterie. Quindi, per una ricarica ottimale, la tensione di carica applicata deve essere costantemente e in modo affidabile abbastanza alta da mantenere la corrente costante necessaria per portare la batteria alla carica richiesta, e poi spegnerla.

Nota che è meglio per la durata della batteria a lungo termine (anche se il tempo di funzionamento è ridotto) non caricare le batterie Li al 100% della capacità (piena tensione).

Per rispondere alla tua domanda, mentre i numeri nominali 3,7 e 5 volt potrebbero sembrare eccessivamente distanti l'uno dall'altro per caricare in modo sicuro ed efficiente una batteria, i numeri sono messi in atto da una serie di condizioni che finiscono con il trasformare la tensione e la corrente previste nei valori ideali applicati per caricare la batteria.