无线充电如何可以搞砸手机电池

无线充电如何可以搞砸手机电池

研究人员表示,使用典型的锂离子电池(LIB)可以非常方便地为手机充电,从而耗尽设备的使用寿命。

消费者和制造商已经加大了对这种方便的充电技术的兴趣,称为感应充电,放弃了插头和电缆的摆弄,有利于将手机直接放在充电底座上。

充电站的标准化以及在许多新智能手机中包含感应充电线圈已导致该技术的迅速普及。 在2017中,15汽车模型宣布在车辆中包含控制台,用于感应充电消费电子设备,例如智能手机 - 并且在更大规模上,许多人正在考虑为电动车辆电池充电。

无线充电问题

感应充电使得电源能够在不使用连接线的情况下在气隙上传输能量,但是这种充电模式的主要问题之一是它可以产生的不需要的和潜在的破坏性热量。

在任何感应充电系统中都有几个发热源 - 在充电器和充电器件中。 设备和充电底座紧密接触的事实使得这种额外的加热更加严重。 简单的热传导和对流可以将一个设备中产生的任何热量传递给另一个设备。

在智能手机中,电源接收线圈靠近手机的后盖(通常是不导电的),并且封装限制需要将手机的电池和电力电子设备放置得非常接近,而且有限的机会消散产生的热量。手机,或屏蔽手机充电产生的热量。

已经充分证明,电池在高温下储存时会更快地老化,因此暴露在更高的温度下会显着影响电池在其使用寿命期间的健康状态(SoH)。


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经验法则(或更技术上的Arrhenuis方程)是对于大多数化学反应,反应速率在每个10°C(18°F)温度升高时加倍。 在电池中,可能发生的反应包括在电池电极上的钝化膜(一种薄的惰性涂层,使表面处于非反应性下)的加速生长速率。 这通过细胞氧化还原反应发生,其不可逆地增加细胞的内阻,最终导致性能降低和失败。 高于30°C(86°F)的锂离子电池通常被认为处于高温,使电池暴露于缩短使用寿命的风险。

电池制造商发布的指南还规定,其产品的上限工作温度范围不应超过50-60°C(122-140°F)范围,以避免产生气体和灾难性故障。

这些事实促使研究人员进行实验,比较正常电池充电和感应充电时的温升。 然而,当消费者在充电基座上错位手机时,研究人员对感应充电更感兴趣。 为了补偿电话和充电器的不良对准,感应充电系统通常增加发射器功率和/或调节其工作频率,这导致进一步的效率损失并增加发热。

这种未对准可能是非常常见的,因为电话中接收天线的实际位置对于使用电话的消费者来说并不总是直观或明显的。 因此,研究小组还对发射器和接收器线圈的故意错位进行了电话充电测试。

比较充电方法

研究人员测试了所有三种充电方法(导线,对准感应和不对准感应),并随着时间的推移同时进行充电和热成像,以生成温度图,以帮助量化加热效果。

在手机充电常规主电源的情况下,充电3小时内达到的最高平均温度不超过27°C(80.6°F)。

相反,对于通过对准感应充电充电的电话,温度在30.5°C(86.9°F)达到峰值,但在充电期的后半段逐渐降低。 这类似于未对准感应充电期间观察到的最大平均温度。

在未对准感应充电的情况下,峰值温度具有相似的幅度(30.5°C(86.9°F))但是该温度更快达到并且在该水平下持续更长时间(对于正确对准的充电,125分钟对比55分钟) 。

无论充电模式如何,手机的右边缘显示出比手机其他区域更高的温度增加率,并且在整个充电过程中保持更高的水平。 手机的CT扫描显示该热点位于主板所在的位置。

同样值得注意的是,在电话未对准(11瓦)的测试中,充电基座的最大输入功率大于对齐良好的电话(i瓦)。 这是由于充电系统在未对准下增加发射机功率以便维持设备的目标输入功率。

在未对准时充电时充电基座的最大平均温度达到35.3°C(95.54°F),比手机对准时检测到的温度高两度,达到33°C(91.4°F)。 这是系统效率恶化的症状,由于电力电子器件损耗和涡流而产生额外的热量。

研究人员指出,未来的感应充电设计方法可以减少这些传输损耗,从而通过使用超薄线圈,更高频率和优化的驱动电子设备来减少加热,从而提供紧凑,高效且可集成到移动设备中的充电器和接收器变化最小的设备或电池。

总之,研究小组发现,感应充电虽然方便,但可能会导致手机电池寿命缩短。 对于许多用户而言,这种降级对于充电方便而言可能是可接受的价格,但对于那些希望通过手机维持最长寿命的人来说,仍然建议使用电缆充电。

来源: 华威大学

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