Hur trådlös laddning kan krossa telefonens batteri

Hur trådlös laddning kan krossa telefonens batteri

Trådlösa laddning av telefonen, samtidigt som den är mycket bekväm, riskerar att försämra livslängden för enheter som använder typiska litiumjonbatterier (LIB), rapporterar forskare.

Konsumenter och tillverkare har ökat sitt intresse för den här praktiska laddningstekniken, som kallas induktiv laddning, överger att fitta med pluggar och kablar för att bara ställa telefonen direkt på en laddningsstation.

Standardisering av laddstationer, och införandet av induktiva laddningsspolar i många nya smartphones har lett till att snabbt öka antagandet av tekniken. I 2017 tillkännagav 15 bilmodeller att konsoler infördes inom fordon för induktiv laddning av konsumentelektroniska enheter, såsom smartphones, och i mycket större skala överväger många att det laddas batterier från elbilar.

Problem med trådlös laddning

Induktiv laddning gör det möjligt för en kraftkälla att överföra energi över ett luftgap, utan att använda anslutningstråd, men en av huvudproblemen med denna laddningsläge är den mängd oönskade och potentiellt skadliga värmen den kan generera.

Det finns flera källor till värmegenerering i samband med något induktivt laddningssystem - både laddaren och enheten laddar den. det faktum att enheten och laddningsbasen är i nära fysisk kontakt gör den här värmen ytterligare värre. Enkel termisk ledning och konvektion kan överföra värme som genereras i en enhet till den andra.

I en smartphone är strömmottagningsspolen nära telefonens baksida (vilket vanligtvis är elektriskt icke-ledande) och förpackningsbegränsningar kräver placering av telefonens batteri och kraftelektronik i närheten, med begränsade möjligheter att avleda värme genererad i telefonen eller skydda telefonen mot värme som laddaren genererar.

Det har blivit väl dokumenterat att batterierna åldras snabbare när de lagras vid förhöjda temperaturer och att exponering för högre temperaturer sålunda på ett betydande sätt kan påverka hälsan hos batterierna under deras användbara livslängd.

Tumregeln (eller mer tekniskt Arrhenuis ekvationen) är att för de flesta kemiska reaktioner dubblerar reaktionshastigheten med varje temperaturökning 10 ° C (18 ° F). I ett batteri kan reaktionerna som förekommer innefatta den accelererade tillväxthastigheten hos passiverande filmer (en tunn inert beläggning som gör ytan underreaktiv) på cellens elektroder. Detta sker genom cellredoxreaksioner, vilket irreversibelt ökar cellens interna motstånd, vilket resulterar i resultatnedbrytning och fel. Ett litiumjonbatteri som ligger över 30 ° C (86 ° F) anses typiskt vara vid förhöjd temperatur och utsätter batteriet för risk för en förkortad livslängd.

Riktlinjer som tillverkare av batterier har utfärdat anger också att deras övre driftstemperaturområde inte överstiger 50-60 ° C (122-140 ° F) -området för att undvika gasgenerering och katastroffel.

Dessa fakta ledde forskarna att genomföra experiment som jämför temperaturhöjningarna vid normal batteriladdning med ledning med induktiv laddning. Men forskarna var ännu mer intresserade av induktiv laddning när konsumenten missgynnade telefonen på laddningsbasen. För att kompensera för dålig inriktning av telefonen och laddaren ökar induktiva laddningssystemen sändarens effekt och / eller justerar deras driftsfrekvens, vilket medför ytterligare effektivitetsförluster och ökar värmegenerering.

Denna felinriktning kan vara en mycket vanlig händelse eftersom mottagarens antennens faktiska position i telefonen inte alltid är intuitiv eller uppenbar för konsumenten med hjälp av telefonen. Forskargruppen testade därför telefonladdning med avsiktlig feljustering av sändare och mottagarens spolar.

Jämförande laddningsmetoder

Forskarna testade alla tre laddningsmetoderna (tråd, inriktad induktiv och felinriktad induktiv) med simultan laddning och termisk bildbehandling över tid för att generera temperaturkartor för att kvantifiera uppvärmningseffekterna.

När det gäller telefonen laddad med konventionell elnät, överskred den maximala genomsnittstemperaturen som uppnåddes inom 3-timmarna för laddning inte över 27 ° C (80.6 ° F).

I motsats till att telefonen laddades genom inriktad laddning uppnådde temperaturen vid 30.5 ° C (86.9 ° F) men reducerades gradvis under den senare halvan av laddningsperioden. Detta liknar den maximala medeltemperaturen som observerades under felinriktad induktiv laddning.

Vid felinriktad induktiv laddning var topptemperaturen av samma storlek (30.5 ° C (86.9 ° F)) men denna temperatur uppnåddes tidigare och kvarstod mycket längre vid denna nivå (125 minuter mot 55 minuter för korrekt inriktad laddning) .

Oavsett laddningsläge visade den högra kanten på telefonen en högre temperaturhöjning än andra områden i telefonen och förblev högre under hela laddningsprocessen. En CT-skanning av telefonen visade att denna hotspot är där moderkortet ligger.

Också anmärkningsvärt var det faktum att den maximala ingångseffekten till laddningsbasen var större i testet där telefonen var feljusterad (11 watt) än den välinriktade telefonen (i watt). Detta beror på att laddningssystemet ökar sändarens effekt under feljustering för att upprätthålla inmatningseffekten för enheten.

Maximal genomsnittstemperatur för laddningsbasen under laddning under felinriktning nådde 35.3 ° C (95.54 ° F), två grader högre än temperaturforskarna upptäckte när telefonen var inriktad, vilket gav 33 ° C (91.4 ° F). Detta är symptomatiskt av försämrad systemeffektivitet, med ytterligare värmegenerering som kan hänföras till strömelektronikförluster och virvelströmmar.

Forskarna noterar att framtida metoder för induktiv laddningsdesign kan minska överföringsförlusterna och därmed minska värmen genom att använda ultratunna spolar, högre frekvenser och optimerad drivelektronik för att ge laddare och mottagare som är kompakta och effektivare och kan integreras i mobilen enheter eller batterier med minimal förändring.

Sammanfattningsvis fann forskargruppen att induktiv laddning, trots att den är bekväm, sannolikt kommer att leda till en minskning av mobiltelefonbatteriets livslängd. För många användare kan denna nedbrytning vara ett acceptabelt pris för laddningens bekvämlighet, men för de som vill ta bort det längsta livet från sin telefon rekommenderas kabelladdning fortfarande.

källa: University of Warwick

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

följ InnerSelf på

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Få det senaste via e-post

{Emailcloak = off}