Modul în care încărcarea fără fir poate distruge bateria telefonului

Încărcarea fără fir a telefonului, deși este foarte convenabilă, riscă să epuizeze durata de viață a dispozitivelor care utilizează baterii tipice litiu-ion (LIB), informează cercetătorii.

Consumatorii și producătorii și-au intensificat interesul pentru această tehnologie convenabilă de încărcare, numită încărcare inductivă, abandonând jocurile cu prize și cabluri în favoarea setării telefonului direct pe o bază de încărcare.

Standardizarea stațiilor de încărcare și includerea bobinelor de încărcare inductivă în multe smartphone-uri noi au dus la adoptarea în creștere rapidă a tehnologiei. În 2017, 15 modele de automobile au anunțat includerea de console în vehicule pentru încărcarea inductivă a dispozitivelor electronice de consum, cum ar fi smartphone-urile - și la o scară mult mai mare, mulți o consideră pentru încărcarea bateriilor vehiculelor electrice.

Probleme cu încărcarea fără fir

Încărcarea inductivă permite unei surse de energie să transmită energie printr-un spațiu de aer, fără a utiliza cablul de conectare, dar una dintre principalele probleme cu acest mod de încărcare este cantitatea de căldură nedorită și potențial dăunătoare pe care o poate genera.

Există mai multe surse de generare a căldurii asociate oricărui sistem de încărcare inductivă - atât în ​​încărcător, cât și în dispozitiv, încărcarea acestuia. faptul că dispozitivul și baza de încărcare sunt în contact fizic strâns înrăutățește această încălzire suplimentară. Conducția termică simplă și convecția pot transfera orice căldură generată într-un dispozitiv în celălalt.


innerself abonare grafică


Într-un smartphone, bobina de recepție a energiei este aproape de capacul din spate al telefonului (care este de obicei neconductiv electric) și constrângerile de ambalare necesită amplasarea bateriei telefonului și a dispozitivelor electronice de putere în imediata apropiere, cu oportunități limitate de disipare a căldurii generate în sau protejați telefonul de căldura generată de încărcător.

S-a documentat bine că bateriile îmbătrânesc mai repede atunci când sunt depozitate la temperaturi ridicate și că expunerea la temperaturi mai ridicate poate influența astfel în mod semnificativ starea de sănătate (SoH) a bateriilor pe durata lor de viață utilă.

Regula generală (sau mai tehnic ecuația Arrhenuis) este că, pentru majoritatea reacțiilor chimice, viteza de reacție se dublează la fiecare creștere a temperaturii de 10 ° C (18 ° F). Într-o baterie, reacțiile care pot apărea includ viteza de creștere accelerată a filmelor pasivante (un strat subțire inert care face suprafața de dedesubt reactivă) pe electrozii celulei. Acest lucru are loc prin reacții redox celulare, care cresc ireversibil rezistența internă a celulei, rezultând în cele din urmă degradarea performanței și eșecul. O baterie litiu-ion care locuiește peste 30 ° C (86 ° F) este de obicei considerată a fi la temperatură ridicată, expunând bateria la riscul unei durate de utilizare reduse.

Orientările pe care producătorii de baterii le-au emis specifică, de asemenea, că intervalul superior de temperatură de funcționare a produselor lor nu trebuie să depășească intervalul de 50-60 °C (122-140 °F) pentru a evita generarea de gaz și defecțiunile catastrofale.

Aceste fapte i-au determinat pe cercetători să efectueze experimente comparând creșterile de temperatură la încărcarea normală a bateriei prin cablu cu încărcarea inductivă. Cu toate acestea, cercetătorii au fost și mai interesați de încărcarea inductivă atunci când consumatorul nu aliniază telefonul la baza de încărcare. Pentru a compensa alinierea slabă a telefonului și a încărcătorului, sistemele de încărcare inductivă măresc de obicei puterea emițătorului și / sau își ajustează frecvența de funcționare, ceea ce atrage pierderi de eficiență suplimentare și crește generarea de căldură.

Această dezaliniere poate fi un eveniment foarte frecvent, deoarece poziția reală a antenei de recepție în telefon nu este întotdeauna intuitivă sau evidentă pentru consumatorul care utilizează telefonul. Prin urmare, echipa de cercetare a testat, de asemenea, încărcarea telefonului cu nealiniere deliberată a bobinelor emițătorului și receptorului.

Compararea metodelor de încărcare

Cercetătorii au testat toate cele trei metode de încărcare (sârmă, inductivă aliniată și inductivă nealiniată) cu încărcare simultană și imagistica termică în timp pentru a genera hărți de temperatură pentru a ajuta la cuantificarea efectelor de încălzire.

În cazul telefonului încărcat cu rețea convențională, temperatura medie maximă atinsă în decurs de 3 ore de la încărcare nu a depășit 27 ° C (80.6 ° F).

În schimb, pentru telefonul încărcat prin încărcare inductivă aliniată, temperatura a atins vârful la 30.5 ° C (86.9 ° F), dar a scăzut treptat pentru a doua jumătate a perioadei de încărcare. Aceasta este similară cu temperatura medie maximă observată în timpul încărcării inductive nealiniate.

În cazul încărcării inductive nealiniate, temperatura de vârf a fost de o magnitudine similară (30.5 ° C (86.9 ° F)), dar această temperatură a fost atinsă mai devreme și a persistat mult mai mult la acest nivel (125 minute față de 55 minute pentru o încărcare aliniată corect) .

Indiferent de modul de încărcare, marginea dreaptă a telefonului a arătat o rată de creștere a temperaturii mai mare decât alte zone ale telefonului și a rămas mai mare pe tot parcursul procesului de încărcare. O scanare CT a telefonului a arătat că acest hotspot este locul unde se află placa de bază.

De asemenea, a fost remarcat faptul că puterea maximă de intrare la baza de încărcare a fost mai mare în testul în care telefonul a fost nealiniat (11 wați) decât telefonul bine aliniat (i wați). Acest lucru se datorează faptului că sistemul de încărcare crește puterea emițătorului sub nealiniere pentru a menține puterea de intrare țintă către dispozitiv.

Temperatura medie maximă a bazei de încărcare în timpul încărcării sub nealiniere a atins 35.3 ° C (95.54 ° F), cu două grade mai mare decât temperatura detectată de cercetători atunci când telefonul a fost aliniat, care a atins 33 ° C (91.4 ° F). Acest lucru este simptomatic al deteriorării eficienței sistemului, cu o generare suplimentară de căldură atribuită pierderilor electronice de putere și curenților turbionari.

Cercetătorii observă că abordările viitoare ale proiectării de încărcare inductivă pot diminua aceste pierderi de transfer și, astfel, pot reduce încălzirea, utilizând bobine ultra subțiri, frecvențe mai mari și electronice de acționare optimizate pentru a oferi încărcătoare și receptoare care sunt compacte și mai eficiente și pot fi integrate în dispozitivele mobile dispozitive sau baterii cu schimbări minime.

În concluzie, echipa de cercetare a constatat că încărcarea inductivă, deși este convenabilă, va duce probabil la o reducere a duratei de viață a bateriei telefonului mobil. Pentru mulți utilizatori, această degradare poate fi un preț acceptabil pentru confortul încărcării, dar pentru cei care doresc să obțină cea mai lungă durată de viață de pe telefon, este încă recomandată încărcarea prin cablu.

Sursa: Universitatea din Warwick