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Vieillissement de batteries Li-Ion : Quelques observations

Les valeurs de capacités de batteries indiquées ici ont été obtenues relevant la totalité du  courant de charge des batteries. Je décharge d’abord  les batteries  sur une résistance de 5 Ohm jusqu’à ce que la sécurité interne de tension faible de la batterie s’active, puis je place la batterie à charger sur une alimentation de 5V et une résistance de protection de 2,5 Ohm pour limiter le courant de charge. La charge est arrêtée par la sécurité interne de tension maximale de la batterie. On obtient ainsi la valeur maximale de la capacité de la batterie. On peut vérifier cette valeur de la capacité de la batterie en effectuant de nouveau une décharge complète, c’est à dire jusqu’à activer de nouveau la sécurité de tension minimale de la batterie. On constate que les valeurs de capacité obtenues à la charge ou à la décharge sont très proches.

Quand la batterie est chargée , je fais un relevé de chute de tension aux bornes de la batterie entre l’état en circuit ouvert et quand je connecte une résistance de 5 Ohm, cela me permet d’évaluer la résistance interne de la batterie.

1°) Batteries du Galaxy S3 ( modèle EB-L1G6LLU capacité nominale 2100mAh)

J’ai récupéré la batterie d’origine d’un Galaxy S3 utilisé intensivement pendant 3 ans. J’ai comparé ses caractéristiques à celles d’une batterie neuve du même fabricant.

         Batterie d’origine ( date fabrication : 30/07/2012) : Capacité 1600mAh  ; Résistance interne: 350mOhm

         Batterie neuve   ( date de fabrication :28/10/2015): Capacité 2000mAh  ; Résistance interne: 150mOhm

2°) Batteries de Galaxy Nexus

          A) Batterie Mugen: j’avais acheté une batterie annoncée à 2000mAh de capacité pour essayer d’améliorer l’autonomie de mon Galaxy Nexus  ( voir article  ici)

           Relevé de capacité à réception ( début octobre 2013) :1800mAh

           Après l’avoir utilisé intensivement pendant 13 mois et laissée au repos jusqu’ à décembre 2015 la capacité est maintenant de 1550mAh , sa résistance interne est de 200mOhm

           B) Batterie Samsung d’origine fournie avec le Galaxy Nexus ( modèle EB-L1F2HVU date de fab 08/12/2011)

           Au cours des tests de la batterie Mugen , javais constaté des performances quasiment identiques entre la batterie Samsung neuve et la batterie Mugen neuve. On peut donc prendre pour hypothèse que la batterie Samsung utilisée intensivement entre Mai 2012 et septembre 2013 avait pour capacité initiale 1800mAh

          En cette fin décembre 2015  cette batterie au repos depuis septembre 2013 présente une capacité de 1450 mAh et une résistance interne de 240 mOhm.

3°) Commentaires

         En 3 ans d’utilisation intensive, la batterie du Galaxy S3 a perdu 20% de sa capacité. Celle du Galaxy Nexus a perdu aussi 20% de sa capacité bien qu’utilisée seulement 16 mois et laissée au 27 mois au repos. La batterie Mugen a perdu 14% de sa capacité après 13 mois d’utilisation intensive et 14 mois au repos.

       J’avais noté lors de l’analyse de la batterie Mugen que la batterie Samsung d’origine du Galaxy nexus n’avait perdu que environ 100mAh de capacité en septembre 2013, or depuis elle est resté au repose stockée partiellement chargée, ce qui ne lui a pas empêché de perdre 250mAh supplémentaires de capacité, sans être utilisée!!!!

    On peut donc se poser la question suivante: Quelle sont les contributions les plus importantes à la perte de capacité des batteries Li-Ion? le nombre de cycles de charges-décharges ou l’age de la batterie? Les résultats obtenus ne montrent pas un effet prépondérant de l’utilisant intensive des batteries, c’est à dire des cycles charges-décharges. Par contre l’augmentation sensible de la résistance interne de la batterie du Galaxy S3 comparée à celle des autres batteries, laisse à penser que ce paramètre pourrait être essentiellement sensible au nombre de cycles de charges-décharges.

4°) Avertissement

Le nombre d’observations effectuées ici est bien entendu bien trop faible pour en tirer des conclusions statistiquement significatives. Ces données ne sont qu’une modeste participation aux observations concernant la durée de vie des batteries Li-Ion, durée de vie dont on ne parle que trop peu, à mon sens.

Il n’empêche que je suis inquiet quant à la durée de vie de mon Nexus 5 dont la batterie n’est pas facilement démontable et qui dès le départ n’a pas montré une autonomie d’utilisation particulièrement remarquable.

 

  

Evaluation du protocole Quick Charge 2.0

Le protocole de charge Quick Charge 2.0 a été défini et lancé par Qualcomm . Ce protocole est resté sa propriété à ce jour. Il a pour objectif de réduire le temps de charge des smartphones et tablettes qui implémentent ce protocole.

La conformité des matériels se réclamant de ce protocole est vérifié par le laboratoire UL de Fremont en Californie  . La liste complète des matériels homologués est tenue à jour sur le site Qualcomm. Il est recommandé de vérifier la présence dans cette liste du matériel dont l’achat est envisagé, des matériels  »dits conformes » commencent à apparaître sur le marché……

1°) Principe du protocole:

Il est assez difficile de trouver des éléments techniques concernant ce protocole. J’ai trouvé ce schéma sur le site HTC qui donne quelques informations

quickcharge_2.0_spec

Ces éléments m’ont conduits à faire un test sur ma tablette Sony Xpéria Z3 compact qui est certifiée conforme Quick Charge 2.0: Les tension des  lignes D+ et D- sont entre 0.14 et 0.38V au repos . Lorsqu’un chargeur,  lui aussi certifié conforme, est connecté on constate que les tensions des ligne D+ et D- passent immédiatement à  0,7 V , la tension chargeur est à 5V, puis une fraction de seconde plus tard la tension de la ligne D+ passe à  3,3 V  alors que la tension de la ligne D- reste vers les 0,8V , le tension chargeur passe alors à 9V. On se retrouve alors bien dans la configuration décrite sur le schéma HTC ci-dessus.

Si on utilise un chargeur standard la tension des lignes D+ et D-  restent aux alentours de 0.9V et la tension du chargeur reste à 5V.

De même  si on utilise un câble de charge sans ligne de données ou un dock sans contact avec les lignes de données, le chargeur même certifié Quick Charge 2.0 reste avec une tension de sortie de 5V, puisqu’il ne peut pas identifier le type de smartphone ou de tablette auquel il est connecté.

Si on connecte un smartphone ou  une tablette non conforme au protocole Quick Charge 2.0 à un chargeur certifié la tension de sortie du chargeur reste aussi à 5V

2°) Chargeur testé:

J’ai utilisé le chargeur AUKEY PA-T2 qui dispose d’une sortie conforme Quick-Charge 2.0 et deux sorties  »traditionnelles ».

 

Chargeur Aukey PA-T2 b

 

J’ai relevé les caractéristiques courant tension de ces deux types de sorties sur des charges résistives. La caractéristique du chargeur Sony fourni avec la tablette Xperia Z3 compact est aussi représentée pour comparaison

Caracteristiques chargeurs Aukey Sony

En connectant la tablette Sony en parallèle du jeu de résistances de test on peut effectuer un relevé de caractéristiques de la sortie QC2.0 configurée en 9V:

Caracteristiques chargeursAukey 9V

 

On peut noter que les performances en courant annoncées : 2A sur les sorties en 5V ou 9V sont largement tenues

3°) Résultats des tests en vraie grandeur

A) Tablette Sony Xperia Z3 compact

Afin de mettre d’évaluer l’apport d’un chargeur Quick Charge2.0, j’ai effectué les relevés des courants de charge obtenus d’une part avec le chargeur Sony EP et le cordon, tous deux fournis avec la tablette  et d’autre part  avec le chargeur Aukey connecté sur la sortie QC 2.0 et le cordon fourni avec.

Charge Sony vs Aukey

 

On constate une très nette réduction du temps de charge: on passe de 4h46mn  à 2h27mn , soit presque une réduction par deux du temps de charge….. Spectaculaire.

Vu les niveaux de courant atteints: 2,7A ,on peut se demander si les caractéristiques électriques des cordons USB et de leurs connecteurs ne deviennent pas critiques. J’ai donc associé  le chargeur Aukey à des cordons de différents fournisseurs.

Tablette Sony test cordons

Les relevés reportés dans cette figure montrent que c’est la cordon Sony livré avec la tablette qui est le plus performant.

On a enregistré des courants de charge de 3A alors que la notice du chargeur n’indique que 2 A. En fait la tension de sortie du chargeur descend nettement en dessous de 9V ( on est déjà à 8,2V avec 2,8A sur le relevé effectué), mais elle reste suffisante pour fournir 3A à la tablette avec un très bon cordon, Par contre les  9V de sortie ne sont même pas suffisants pour atteindre les 2A avec un mauvais cordon comme le  »no name »  utilisé ici……

Il faut donc être attentif à la qualité des cordons pour tirer la meilleur parti de ce type de chargeurs.

B) Smartphone Nexus 5

Le smartphone Nexus 5 n’est pas Quick Charge 2.0 compatible. Que peut apporter dans ce cas le chargeur Aukey?

Charge Nexus  fonction du chargeur

Ces essais ont été réalisés avec le cordon USB Sony qui s’est révélé être le plus performant au cours des essais sur la tablette.

Le chargeur Aukey ne se révèle pas le plus performant dans cette série d’essais comparatifs. On peut se demander d’où provient la différence entre ces chargeurs?

Caracteristiques chargeurs a

On constate que le courant de charge est d’autant plus élevé que le tension de sortie du chargeur est élevée. Ainsi le chargeur LG , bien que limité en courant à 1,2A délivre plus de courant lors de la charge du Nexus 5 que le chargeur Sony qui lui est censé pouvoir délivrer 1,5A …..

Comment interpréter cette observation?

J’ai comparé la tension du chargeur EP-TA10EWE directement à la sortie du boitier puis au bout du cordon Sony ( au niveau de la prise micro-usb) : J’ai obtenu les résultats suivants:

 Simulations de pertes

On constate que , bien que la tension de sortie du générateur augmente quand le courant augmente, il se passe exactement le contraire au bout du câble ,c’est à dire  à l’entrée du smartphone ou de la tablette ( courbe rouge) . On obtient une bonne simulation de cette observation (courbe verte) en introduisant une  résistance série de 0.31Ohm  au schéma équivalent du chargeur. Cette dernière résistance représente l’ensemble des résistances liées aux  connecteurs, à leurs contacts et au câble du cordon.

On constate que les pertes de tension peuvent vite devenir importantes et limiter la disponibilité de courant pour le smartphone ou la tablette à charger. C’est cette observation qui a conduit Qualcomm à introduire  d’autres tensions de chargeur: 9V et 12V. Toutes fois on se rend compte que basculer de 5V à  9V la tension d’alimentation est loin de tout régler: on voit bien que la chargeur Aukey ne travaille pas du tout dans des conditions normales quand il alimente la tablette Sony : le courant de 3A et la tension correspondante ( probablement inférieure à 8V) sont en dehors des spécifications du chargeur: 2A et 9V …… Il est probable que c’est la raison pour laquelle le nouveau standard Qualcomm QC3.0 prévoit des incrémentation de la tension de sotie du chargeur par pas de 0,2V ….. C’est bien plus satisfaisant sur le plan théorique, reste à le mettre en place en pratique sans créer des chargeurs trop complexes.

 

4°) Conclusion

Le nouveau protocole de charge QuickCharge 2.0 accélère effectivement la charge des  smartphones et tablettes compatibles avec cette norme. Par contre il faut être attentif à la qualité des cordons utilisés faute de quoi on peut perdre une grande partie de l’avantage de cette norme.

L’analyse de divers chargeurs à ma disposition montre que la vitesse de charge des  smartphones et tablettes est aussi corrélée au niveau effectif des tensions des chargeurs utilisés. Ce paramètre n’apparaît pas dans  les caractéristiques  des chargeurs indiquées par les fournisseurs…… c’est dommage…..

Dans tous les cas la vitesse de charge des smartphones et tablettes est aussi plafonnée par le courant maximal que peut admettre chacun de ces smartphones ou tablettes. Ainsi la courbe de charge du Nexus 5 obtenue avec la chargeur Samsung EP-TA10EWE et le cordon Sony s’est révélée être la courbe maximale, en effet certains autres chargeurs et câbles m’ont donné exactement la même courbe de charge.

 

Charger sa tablette….. suite

La mise à jour de la tablette Samsung Galaxy Tab 2 10.1 (modèle GT-P5110 ) de la version Android 4.0.3  à la version Android 4.1.2 change complètement les conditions de charge sans qu’on s’en aperçoive, si on n’utilise que  le chargeur fourni d’origine à savoir le modèle ETA-P11JBE délivrant 2 A

Il arrive sur le marché des chargeurs tant secteur que  »voiture » et des Hub USB délivrant jusqu’à 2A et plus. On peut constater essayant de charger la tablette Tab 2.0 que malgré leur aptitude à fournir des courants élevés ils ne sont pas reconnus et la charge se fait à faible courant. Certains se disent aussi compatibles Apple. Bref il devient difficile de s’y retrouver. 

J’ai regardé de plus près certains d’entre eux et je vous donne ici quelques unes de mes observations. 

1°) Rappel des normes de chargeurs et de la connectique USB associée.

Lorsque les ^premiers chargeurs secteur ou voiture qui assuraient la charge via les connexions USB  ont été introduits , il est vite apparu qu’il fallait que le smartphone puisse distinguer une connexion vers un PC  (notée  »USB » et limitée à 500mA)  d’une connexion vers un simple chargeur fort courant (notée  »AC »). Une norme des Télécom chinoises, adoptée progressivement par tous les fabricants sauf Apple, a proposé que l’identification d’un chargeur fort courant se fasse de la manière suivante: les deux fils de données sont mis en court-circuits ( résistance inférieure à 200 Ohm) et restent flottant par rapport à l’alimentation. La situation était trop simple pour en rester là……

Apple a décidé d’identifier les sources à sa manière:

    – Chargeur faible courant (   »USB »  <500mA) : fil DATA + = 2,0V     ; fil DATA- = 2,7V

    – Chargeur fort courant ( »AC »  jusqu‘à 2,1A) :  fil DATA + = 2,7V ; fil DATA -  =2,0V

Depuis est arrivée la norme USB 3.0 qui fixe à 900mA la limite de courant que doit être capable de fournir un PC via la prise USB correspondante.

On commence à voir apparaître sur le marché des Hub USB avec connectique USB2.0 ou USB3.0 conformes à la norme USB BC1.2, annoncés capables de délivrer jusqu’à 2,1A ( la norme exige 1,5 A minimum) tout en assurant une communication de données: autrement dit il s’agit d’un  »super USB ». Ces Hub seront très utiles aux développeurs d’applications sur les tablettes, en effet l’écran d’une tablette consomme nettement plus que ce que délivre la sortie USB2.0 d’un PC en conséquence il  est donc nécessaire de temps à autres d’interrompre le développement pour recharger la tablette……
Les matériels conformes à cette dernière norme sont censés communiquer entre eux et identifier tous les cas possibles : norme Telecom Chine, norme Apple ainsi que les nouvelles configurations décrites dans cette norme, dont les Hub USB de puissance ……  Mais ce n’est pas fini…….

Qualcomm a lancé deux nouveaux protocoles de charge: QuickCharge 1.0 et 2.0, compatibles avec l’USB BC1.2. La version QuickCharge 1.0  ne concerne que la gestion du courant de charge de la batterie au niveau du smartphone ou de la tablette, elle est déjà utilisé sur certains matériels. La version 2.0 mettra en oeuvre des chargeurs spécifiques capables d’augmenter leur tension de sortie sur demande du smartphone ou de la tablette. Les premiers chargeurs sont prévus pour début 2014.

2°) Analyse de quelques chargeurs récents:

      a) Chargeur secteur Samsung ETA-P11JBE  fourni avec la tablette Galaxy Tab 2 10.1 et compatible avec certains autres modèles Samsung…… pas tous ….ce serait trop simple!!!! :

Chargeur Samsung 2A red2 

 

           Courant maximal annoncé :  2A

           Tension DATA+ et DATA- = 1,2V . Résistance entre DATA+ et DATA- : court-circuit. C’est un protocole                     spécifique Samsung…….

.    

 

 

 

b) Chargeur secteur Portapow crystal

Chargeur Portapaw

 

 

 

            Courant maximal annoncé: 4,2 A en cumul sur les 4 sorties .

             – 1 sortie  »Ipad Fast »  Tension DATA+ et DATA- = 2,7V . Résistance entre DATA+ et DATA-:  46 kOhm

                – 3 autres sorties  Tension DATA+ et DATA- : flottant  Résistance entre DATA+ et DATA-: 0 Ohm

 

 

 

 

c) Chargeur voiture SCN-0056

Chargeur voiture double

 

            Courant maximal annoncé: 2,1A

            Tension DATA+ = 2,7V ; Tension DATA- = 2V : Résistance entre DATA+ et DATA-:  53 kOhm

 

 

 

Caractéristiques électriques de ces chargeurs mesurées sur des charges résistives

 

Caracteristiques des chargeurs

Commentaires :

         a) Seul le chargeur de voiture SCN-0056 est conforme à la norme Apple quant à la signalisation des lignes de données, par contre, en pratique, il est incapable de délivrer les 2,1A annoncés en continu : il chauffe trop et la sécurité thermique interrompt son fonctionnement…….

         b) Le chargeur Samsung présente une caractéristique inhabituelle pour un chargeur: Sa tension de sortie augmente quand le courant augmente…. C’est un choix très astucieux  qui permet de compenser la résistance électrique du câble de liaison entre le chargeur et la tablette, à condition que cette résistance soit aux environs de 0,175 Ohm  .Dans le cas où la résistance est plus élevée, cela peut entraîner des conditions de charges très dégradées….( voir exemple plus loin)

         c) Le chargeur Portapow: Ses quatre sorties présentent la même caractéristique courant-tension, testées séparément. Seul le câblage des fils de données diffère entre la sortie  »Ipad Fast  » et les trois autres sorties  

Que se passe-t’il quand on connecte des smartphones ou des tablettes à ces chargeurs:

  Data en C.O.* Portapow  »Ipad » Portapow ‘autre » SCN-0056 Samsung
Samsung Galaxy S Android 2.2    »USB »    »USB »      »AC »     »USB »
   »AC »
Galaxy Nexus Android 4.0.4    »USB »    »USB »      »AC »    »USB »    »AC »
Galaxy Nexus Android 4.3    »USB »    »USB »      »AC »    »USB »    »AC »
Galaxy Tab 2.0 Android 4.0.3     »AC »        »AC »      »AC »
Galaxy Tab 2.0 Android 4.1.2    »USB »     »AC »
   »USB »
    »AC »    »AC »
ToughShield     R500+ Android 4.1.2  »Wireless »  »Wireless »
    »AC »
  »Wireless »
   »AC »
Rangerfone     S19 Android 4.2.2     »AC »
    »AC »
    »AC »
   »AC »
Nexus 5
Android 5.0.1    « USB »     »AC »
    »AC »
    »AC »
   »AC »
Sony Xperia Z3 Tablet
Android 4.4.4    « USB »     »AC »
    »AC »
    »AC »
   »AC »

* Les lignes DATA sont considérées en Circuit Ouvert (C.O.) si la résistance entre ces deux lignes est > 200 Ohm

 »Wireless »  : Option de charge sans fil dont la détection semble liée à l’impédance entre les fils de données. Norme Android ??

Remarque importante :  les smartphones et les tablettes choisissent les conditions de charge en fonction du type de chargeur qu’ils ont identifiés  et non en fonction  des performances du chargeur connecté.

La configuration Apple fort courant n’est pas reconnue par les smartphones Android testés par contre elle est reconnue par le Galaxy Tab 2.0 au moins dans la version Android 4.1.2

Pour tirer parti des forts courants disponibles sur les chargeurs type Apple avec les smartphones testés il faut utiliser :
           – Soit un câble USB spécifique de charge ( dont les fils DATA ont été mis en court-circuit à la fabrication)
Adaptateur USB fast charge
           – Soit en utilisant un adaptateur comme le propose entr’autre Portapow ( photo ci-jointe)

 

 

 

 

 

Selon la norme US BC1.2  la tension de sortie des chargeurs doit se situer  entre 4,75V et 5,25V . La tension de la batterie à charger atteint 4,2V en fin de charge. L’écart entre ces deux niveaux est faible, il faut donc veiller à réduire au maximum les résistances parasites  surtout quand on veut pouvoir recharger sa batterie à plus de 1A.

 Samsung chargeur Rs

L’exemple ci-dessus montre que simplement  insérer  une rallonge entre la câble standard de la Galaxy Tab 2.0 et le chargeur  a pour conséquence de réduire sensiblement le courant de charge. Il faut donc surveiller l’état des connecteurs du câble, de la tablette et du chargeur et ne pas hésiter à changer de câble en cas de problème.

Par ailleurs la consommation en courant de l’écran de la Galaxy Tab 2.0 est sensiblement plus élevé que le courant de charge en configuration  »USB » ( faible courant: <500mA)  . Cette situation rend momentanément impossible le démarrage de la tablette quand la batterie s’est trouvée complètement déchargée et qu’on ne dispose pas de chargeur reconnu comme  »AC » ( fort courant); en effet dès qu’on branche un chargeur l’écran s’allume pus s’éteint faute de suffisamment  de courant disponible et ainsi de suite…. Il faut arriver à arrêter la tablette pour que la charge puisse être réalisée.

A noter aussi que, en cas de mauvais contact sur les lignes DATA la tablette se met en configuration de charge   »USB »  comme le montre le tableau ci-dessus ( colonne DATA en C.O.)  avec l’inconvénient qui vient d’être décrit décrit  si la batterie est complètement déchargée.

 

3°) Le Hub ORICO UCHA-60W  7 ports USB

ORICO-UCHA-60W red

 

 

 

Courant max annoncé: Ports 1 à 4 : 2,1A  sur chaque ports 

                                      Ports 5 à 7: 2,1A  en cumulé sur l’ensemble de ces trois ports

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Relevés électriques réalisés sur des charges résistives :

Chargeurs Samsung & Orico courbe

La tension de sortie est dans la limite inférieure de la plage de tension normalisée. Cela peut  limiter sensiblement le niveau de courant disponible pour la charge à courants >1A selon la qualité du câble USB utilisé.

 

 Connexion de smartphones et tablette à ce hub

 

    Hub UCHA-60W
Samsung Galaxy S Android 2.2   »AC »
Galaxy Nexus Android 4.0.4   »AC »
Galaxy Nexus Android 4.3   »AC »
Galaxy Tab 2.0 Android 4.1.2  »USB »
ToughShield R500+ Android 4.1.2  »USB »
RangerPhone S19
Android 4.2.2  »USB* »
Nexus 5
Android 5.0.1  »USB* »
Sony Xperia Z3 tablet compact
Android 4.4.4  »USB* »

La notation « USB* » est utilisée ici pour indiquer qu’il est possible de à la fois charger de smartphone à fort courant ( >500mA) avec une connexion USB 2.0 et de transmettre des données au travers de cette liaison. Ce Hub répond donc bien à la norme USB BC 1.2  à laquelle il se réfère. Il faut donc disposer aussi de smartphones et tablettes récents compatibles avec cette même norme, comme le RangerFone S19,   le Nexus 5 ou la Tablette Sony Xperia Z3  pour en tirer le meilleur parti

La tablette Samsung Galaxy Tab2.0 reconnait ce hub en tant que tel, par contre le courant d’alimentation de la tablette reste dans la plage <500mA , ce qui ne résout pas le problème de la décharge de la tablette pendant la connexion au PC , écran allumé…… A l’opposé la tablette Sony, elle, se charge rapidement sur ce Hub ( article détaillé à venir)

Les smartphones Rangerphoner S19 et Nexus 5 ( article détaillé à venir) reconnaissent ce Hub comme une connexion de données USB  et un chargeur fort courant

Charger sa tablette: Avec quels chargeurs?

Note : Deux articles plus récents viennent compléter cette étude

http://78michel.unblog.fr/?p=803

http://78michel.unblog.fr/?p=860

 

Deux modes de charges sont généralement utilisés sur nos smartphones et tablettes:

Le mode faible courant : c’est à dire entre 400 et 500mA . Ce mode est identifié  sur les versions Android  comme chargeur  »USB ». Sur les versions antérieures Windows Mobile  il n’était pas signalé comme tel mais mis en oeuvre malgré tout.  Cette configuration de charge à bas courant, gérée par le mobile lui-même, est rendue nécessaire afin d’être compatible avec les caractéristiques des connexions USB 1 & 2 qui sont spécifiées à 500mA maximum.

Le mode fort courant ( ou charge rapide) lié à l’utilisation de chargeurs secteurs: il est identifié sur les versions Android comme chargeur  »AC ». Le niveau courant est là aussi géré par le mobile aux environs de 900mA pour la majorité des smartphones et à 1800mA pour la tablette Samsung Galaxy Tab 2. Par contre une alimentation de capacité trop faible en courant  limitera d’elle même le courant de charge.

Comment le mobile reconnait-il le type de source de courant afin de choisir le niveau de courant adapté à la source sur laquelle on le branche?

La norme sur les chargeurs  compatibles avec les connexions USB a fixé la règle suivante:

Si les deux fils de donnée sont en court-circuit coté chargeur, cette source  est alors réputée pouvoir fournir plus de 500mA, il est donc considéré comme une source  »AC » et le mobile sélectionne l’option charge rapide.

Dans le cas contraire  la source est supposée être limitée à 500mA est c’est la configuration de charge à faible courant  que sélectionnera le mobile.

Quand on analyse le comportement d’un certain nombre de mobiles on se rend compte, d’après les résultats indiqués dans le tableau suivant, que les fabricants ne sont pas toujours en phase avec la norme. A leur décharge il faut reconnaître que celle -ci change souvent……

On constate par exemple que le Samsung Omnia  II  refuse de se charger sur une source dont les fils de données sont en circuit ouvert ( colonne du milieu du tableau ci-après).  Le cas des fils de données en circuit ouvert a posé et pose encore des problèmes: en effet bon nombre de fabricants de chargeur de voiture à connecter sur la prise allume cigare  n’ont pas court-circuité les deux connexions de données, ce qui limite le courant de charge.  En voiture les smartphones sont souvent utilisés en tant qu’aide à la conduite ( GPS) . Dans cette configuration ils consomment plus que les 500mA que leur fournit au mieux la charge  »USB » , ils se retrouvent donc rapidement déchargés .  C’est dommage car ces chargeurs sont souvent capables de fournir plus de 500mA. Il  est  possible de les modifier sans danger comme indiqué ici et régler ainsi le problème

Charger sa tablette: Avec quels chargeurs? dans Smartphone tableau-tel-chargeur

 

 

 

 

 

 

Dans ce tableau :

 »AC & Data CC  » se rapporte aux chargeurs secteurs ( ou voiture) qui assurent aussi une mise en court-circuit des lignes de données.

 »AC & Data CO  » se rapporte aux chargeurs secteurs ( ou voiture)  qui laissent les fils de données non connectés, c’est à dire en circuit ouvert.

 »USB_PC & Data CO »  dans le cas où un PC, utilisé comme chargeur  est connecté à la tablette avec un câble sans fils de données

   Au cours de ces tests il est apparu  que la tablette Samsung Galaxy Tab 2 sous Android 4.0.3 se comportait aussi différemment quand les fils de données sont en circuit ouvert….. On va voir plus loin que ce n’est pas sans poser problème.

A noter que le passage à Android 4.1.2 a totalement changé le comportement de cette tablette vis à vis des chargeurs: voir l’article  » Charger sa tablette …. suite » http://78michel.unblog.fr/?p=803

Des résultats chiffrés sont reportés  sur la figure suivante :

sgt2-test-chargeurs dans Tablette

 

chargeur-samsung-2a-red21-300x233 dans Technique

 

La tablette se charge à un courant de 1800mA connecté sur le chargeur livré avec( photo ci-contre)

 

 

 

 

 

 

chargeur-samsung-1a-red-21-300x178

 

Si on utilise par exemple le  chargeur secteur livré avec le Galaxy Nexus et annoncé à 1 A  on observe que la tablette se charge à 1,2A.  Elle tire le maximum de courant que ce chargeur peut délivrer. S’il est bien conçu et bien protégé on n’aura pas de surprise mais sa fiabilité risque d’être mise à rude épreuve.

 

 

 

chargeur-htc-1a-red-2-300x213

 

Le chargeur HTC fourni avec le HTC Diamond est lui-aussi en mesure de délivrer 1A, mais lorsqu’on le connecte sur la tablette il refuse de fonctionner…. le courant appelé dépasse sa capacité…..

 

 

 

 

 

Le chargeur auto que j’utilise couramment  avec mon Galaxy Nexus refuse de délivrer plus de 800mA  bien qu’il soit sensé délivrer 1A…… fabrication chinoise….. sans commentaire. A noter qu’il résiste à ce traitement depuis plusieurs années…..

Quand la tablette reconnait une vraie source USB ( mon PC) , elle se limite à 400mA de charge. Normal.

 

Le problème est que cette tablette  consomme beaucoup de courant. Lorsqu’on développe des applications avec elle  le courant fourni par la sortie USB du PC est insuffisante et elle est vite déchargée……

Quelle est la solution à ce problème?

Première piste :

Il existe des usb-cordon-y-repere-red2-300x243cordons USB en Y avec une double prise USB d’un côte. Ils sont vendus pour être utilisé avec des équipements alimentés par la prise USB et qui consomment plus que les 500mA censés être fournis par une seule prise. On pense de suite qu’en utilisant deux prises USB on aura deux fois plus de courant disponible…….

Si on regarde de près ce câble on constate que les 4 fils de la liaison USB sont bien connectés sur la prise 1, par contre la prise 2 n’est connectée qu’aux deux fils de  l’alimentation, les 2 fils de données n’arrivent pas à cette prise. C’est là que commence le problème avec la tablette!!!!!

En effet si je branche la tablette en premier lieu avec la prise 2 de ce cordon sur mon PC, la tablette va réclamer un courant maximum à la prise USB de mon PC puisque qu’elle considère que, les fils de données étant en circuit ouvert, elle est connectée une prise  »secteur » à forte capacité en courant!!!!! . Si cette prise est mal protégée contre les surcharges en courant , je risque de faire du dégât dans mon PC……. DANGER pour le PC. 

On peut aussi détruire d’autres sources de tension qui utilisaient l’option des fils de données en circuit ouvert pour limiter le courant de charge…. C’est ce qui vient d’arriver à un chargeur secteur offrant deux sorties : une sortie PC portable  et une sortie USB

Que se passe-t’il quand on connecte ensuite  la prise 1? En fait il ne se passe rien, la tablette continue à utiliser le courant maximum des deux prises USB et la connexion de données ne s’établit pas!!!!

Par contre si on connecte la prise 1 en premier sur le PC, la tablette se configure en charge lente ( à  400mA) et la liaison données est établie. Quand en suite on connecte la prise 2 il ne se passe rien: le courant de charge reste à 400mA et la liaison de données est toujours active.

Conclusion le cordon USB en Y ne solutionne pas le problème de l’alimentation de la tablette, au contraire il est dangereux pour le PC. Donc à fuir.

Deuxième piste: 

Il existe des évolutions concernant la norme des   »chargeurs USB » . La première évolution concerne l’USB 3 qui pourra dorénavant fournir des courants plus élevés : la norme indique 900mA  mais on entend souvent parler de 1A. Ce n’est pas la solution concernant cette tablette : le câble spécifique  fourni est du modèle USB2

La deuxième évolution concerne un nouveau protocole lors de l’établissement de la connexion USB entre un mobile et une source potentielle d’alimentation qui permet à ce mobile de reconnaitre la source qui lui est connectée. C’est un protocole assez compliqué que je ne vais pas décrire ici.  La norme complète est là  »Battery Charging…. » mais elle est très compliquée à décoder. J’ai trouvé une explication plus simple ici  , page 16, sur un document de Texas Instrument

 Pour l’instant il n’existe que très peu de sources d’alimentations conformes à cette norme. En fait il s’agit de hubs USB qui permettent à la fois une alimentation jusqu’à 1,5A ( ou 2A?) sur une connexion USB  2 et un échange de données.

Je n’ai pas vu de tests qui aient été  réalisés avec ces nouveaux hubs, mais il se peut que la tablette soit compatible avec, vu son comportement: en effet il apparait que la tablette fait une analyse de la source au moment de la connexion, ensuite, tant qu’on ne la déconnecte pas, elle reste sur l’option initiale.

Il reste donc à tester ces nouveaux hubs pour voir s’ils apportent la solution au problème d’alimentation quand la tablette est connectée à un PC 

CONCLUSION:

La majorité des smartphones ne dépassent des courants de charges de 1A sur chargeur secteur. Les chargeurs ont tous été calibrés pour ce niveau de courant, il n’y a donc pas de précaution particulière à prendre. 

Les tablettes, avec leurs batteries de forte capacité, sont configurées pour pouvoir dépasser le niveau de courant de charge de 1A avec les chargeurs secteurs. Il faut donc s’assurer que le chargeur soit en capacité de fournir le courant demandé par la tablette. 

A noter que, dans tous les cas, c’est le mobile ( smartphone ou tablette) qui décide du courant maximal de charge appelé. Cela pour conséquence qu’un smartphone qui se charge à 900mA sur chargeur secteur ne se chargera pas plus vite branché sur un chargeur secteur de 2A. Et réciproquement ce chargeur ne dégradera pas le smartphone.

 

Remarque concernant le câble USB en Y:

On a vu que ce câble n’est pas utilisable avec un smartphone ou une tablette parce qu’en fait ce sont ces derniers qui décident quel niveau de courant ils vont tirer de la source. Qu’en est-il avec des accessoires moins  »intelligents » tels qu’un lecteur de DVD ou un disque dur externe. Pourra-t’on utiliser le fait qu’une prise USB étant limitée à 500mA deux prise USB devraient pouvoir fournir 1A???

La tablette Samsung Galaxy Tab 2 permet de connaitre la valeur du courant qui lui est fourni. C’est un moyen très commode de savoir ce qu’il se passe avec ce cordon USB/Y connecté à un PC. 

En fait j’ai pu constater sur mes différents PC qu’en général une prise USB délivre aux alentours de 700mA sur la Galaxy TAB 2,  par contre deux prises USB situées cote à côte ne délivrent pas plus quand elles sont branchées en parallèle avec ce cordon!!!!  En fait ce n’est pas surprenant, souvent les prises USB sont câblées  en parallèle sur une alimentation commune à l’intérieur du PC.  Pour espérer tirer partie de ce cordon, il faut rechercher deux prises USB qui soient alimentées sur deux alimentation séparées. Souvent, dans ce cas, si elles existent, elles ne sont pas coté à côte, au contraire, elles vont être, par exemple, les unes sur la face avant et les autres sur la face arrière du PC, elles sont alors si éloignées que le cordon entre les prises 1 et 2 du câble est trop court!!!!

Ce cordon dont la fonction parait séduisante à priori n’est pas si simple à utiliser, en réalité, au contraire il peut présenter le danger de surcharger l’alimentation d’une série de prises USB d’un PC 

 

 

Les Chargeurs allume cigare : comment les rendre plus efficaces

Les chargeurs allume cigare sont souvent prévus pour délivrer 1 Ampère au moins de courant sous 5V pour assurer la charge de nombreux matériels embarqués comme le modèle photographié ici.

Les Chargeurs allume cigare : comment les rendre plus efficaces dans Smartphone car-charger

 

Les récents smartphones  ont maintenant un système de sécurité qui limite le courant de charge  quand ils sont connectés sur une prise USB de PC : le courant est souvent limité aux environs de 300mA ce qui allonge la durée de charge, le smartphone le signale en indiquant qu’il est connecté sur une source  »USB ». Par contre quand ils sont connectés sur un chargeur secteur ( indiqué  »AC »), le courant de charge atteint  environ 800mA,  la durée  de charge est alors beaucoup plus courte.

Comment le smartphone connecté à l’une ou l’autre des sources avec des  câbles  identiques différencie-t’il le type de source? J’ai constaté en comparant les diverses alimentations  à ma disposition que les deux fils de données étaient court-circuités au niveau de l’embase USB de la source sur les alimentations secteurs  et pas sur les alimentations signalées  »USB ». Après quelques recherches, j’ai découvert une spécification de chargeur ici : « USB battery charging spec v1.2″ qui précise que pour être reconnu en tant que chargeur l’équipement doit assurer une connexion entre les deux lignes de données avec une résistance inférieure à 200 Ohm. La mise en court-circuit des deux lignes de données est donc bien conforme aux dernières spécifications.

Il se trouve que la majorité des chargeurs allume cigare dont je dispose ( et je pense ne pas être le seul) étaient câblés avec les fils data non court-circuités.

 

USB-Data-lines-red Car charger dans Tablette

 

Le démontage des ces chargeurs est souvent assez facile, j’ai donc démonté les chargeurs capables de fournir au moins 800mA et ajouté un point de brasure entre les deux connexions de Data comme présenté sur la photo ci-après. 

 

USB-data-lines-Short-red chargeur allume-cigare dans Technique

 

Depuis je n’ai plus de problème pour maintenir mon smartphone chargé quand le GPS et l’écran reste allumé au cours d’un long trajet…….

 

Cette modification devient beaucoup délicate voir impossible sur certains chargeurs , en particulier les modèles compatibles Apple. Dans ce cas la solution peut-être :

    – soit utiliser un câble USB spécifique pour le chargement. Ce câble ne fonctionnera pas pour le transfert de données vers un PC. Ces câbles ne sont pas évidents à trouver.

 

Adaptateur USB fast charge

 

 

– Soit utiliser un adaptateur comme celui-ci  proposé par Portapow.

Il offre l’avantage d’assurer un charge rapide quelque soit le type de câble USB utilisé.   

 

 

 

Voir l’article  »Charger sa tablette….. suite » pour des explications techniques plus complètes

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