如何為手機(jī)充電可能會(huì)影響其電池續(xù)航時(shí)間

華威大學(xué)WMG的研究人員發(fā)現(xiàn)，使用感應(yīng)充電雖然非常方便，但使用典型的LIB(鋰離子電池)可能會(huì)耗盡手機(jī)的使用壽命

消費(fèi)者和制造商已經(jīng)加大了對這種便捷充電技術(shù)的興趣，放棄了插頭和電纜的擺弄，而只是將手機(jī)直接放在充電底座上。

充電站的標(biāo)準(zhǔn)化以及在許多新智能手機(jī)中包含感應(yīng)充電線圈已導(dǎo)致該技術(shù)的迅速普及。2017年，15款汽車型號宣布在汽車中加入控制臺，用于智能手機(jī)等消費(fèi)電子設(shè)備的感應(yīng)充電- 而且規(guī)模要大得多，許多人都在考慮為電動(dòng)汽車電池充電。

感應(yīng)充電使得電源能夠在不使用連接線的情況下通過氣隙傳輸能量，但是這種充電模式的主要問題之一是可能產(chǎn)生的不需要的和潛在的破壞性熱量。在充電器和被充電的設(shè)備中，存在與任何感應(yīng)充電系統(tǒng)相關(guān)的若干熱量產(chǎn)生源。由于裝置和充電基座處于緊密物理接觸的事實(shí)，這種額外的加熱變得更糟，在一個(gè)裝置中產(chǎn)生的任何熱量可以通過簡單的熱傳導(dǎo)和對流傳遞到另一個(gè)裝置。

在智能手機(jī)中，電源接收線圈靠近手機(jī)的后蓋(通常是不導(dǎo)電的)，并且包裝限制需要將手機(jī)的電池和電力電子設(shè)備放置得非常接近，而且散熱產(chǎn)生的熱量有限。手機(jī)，或屏蔽手機(jī)免受充電器產(chǎn)生的熱量。已經(jīng)充分證明，電池在高溫下儲(chǔ)存時(shí)會(huì)更快地老化，因此暴露在更高的溫度下會(huì)顯著影響電池在其使用壽命期間的健康狀態(tài)(SoH)。

經(jīng)驗(yàn)法則(或更技術(shù)上的Arrhenuis方程)是對于大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)速率加倍，溫度每上升10°C 。在電池中，可能發(fā)生的反應(yīng)包括在電池電極上的鈍化膜(一種薄的惰性涂層，使表面處于非反應(yīng)性下)的加速生長速率。這通過細(xì)胞氧化還原反應(yīng)發(fā)生，其不可逆地增加細(xì)胞的內(nèi)阻，最終導(dǎo)致性能降低和失敗。高于30℃的鋰離子電池通常被認(rèn)為處于高溫，使電池暴露于縮短使用壽命的風(fēng)險(xiǎn)。

電池制造商發(fā)布的指南還規(guī)定，其產(chǎn)品的上限工作溫度范圍不應(yīng)超過50-60°C范圍，以避免產(chǎn)生氣體和災(zāi)難性故障。

這些事實(shí)促使WMG研究人員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，比較正常電池充電和感應(yīng)充電時(shí)的溫升。然而，當(dāng)消費(fèi)者在充電基座上錯(cuò)位手機(jī)時(shí)，WMG對感應(yīng)充電更感興趣。為了補(bǔ)償電話和充電器的不良對準(zhǔn)，感應(yīng)充電系統(tǒng)通常增加發(fā)射器功率和/或調(diào)節(jié)其工作頻率，這導(dǎo)致進(jìn)一步的效率損失并增加發(fā)熱。

這種未對準(zhǔn)可能是非常常見的，因?yàn)殡娫捴薪邮仗炀€的實(shí)際位置對于使用電話的消費(fèi)者來說并不總是直觀或明顯的。因此，WMG研究小組還對發(fā)射器和接收器線圈的故意錯(cuò)位進(jìn)行了電話充電測試。

所有三種充電方法(導(dǎo)線，對準(zhǔn)感應(yīng)和未對準(zhǔn)感應(yīng))都經(jīng)過一段時(shí)間的同時(shí)充電和熱成像測試，以生成溫度圖，以幫助量化加熱效果。這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果已發(fā)表在ACS Energy Letters雜志上，該文章題為“充電鋰離子電池的溫度考慮因素：便攜式電子設(shè)備的電感與主電源充電模式”。

本新聞稿中的圖形說明了三種充電模式，基于(a)交流電源充電(電纜充電)和線圈(b)對齊和(c)未對準(zhǔn)時(shí)的感應(yīng)充電。面板i和ii顯示了充電模式的真實(shí)視圖，其中充電50分鐘后手機(jī)的熱圖快照。無論充電模式如何，手機(jī)的右邊緣顯示出比手機(jī)其他區(qū)域更高的溫度增加率，并且在整個(gè)充電過程中保持更高的水平。手機(jī)的CT掃描顯示該熱點(diǎn)位于主板所在的位置。

在手機(jī)充電常規(guī)電源的情況下，充電3小時(shí)內(nèi)達(dá)到的最高平均溫度不超過27°C。

相比之下，對于通過對準(zhǔn)感應(yīng)充電充電的電話，溫度在30.5°C達(dá)到峰值，但在充電期的后半段逐漸降低。這類似于未對準(zhǔn)感應(yīng)充電期間觀察到的最大平均溫度。

在未對準(zhǔn)的感應(yīng)充電的情況下，峰值溫度具有相似的幅度(30.5℃)，但是該溫度更快地達(dá)到并且在該水平下持續(xù)更長時(shí)間(125分鐘對比55分鐘以適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)充電)。

另外值得注意的是，在電話未對準(zhǔn)(11W)的測試中，充電基座的最大輸入功率大于對準(zhǔn)良好的電話(9.5W)。這是由于充電系統(tǒng)在未對準(zhǔn)下增加發(fā)射機(jī)功率以便維持設(shè)備的目標(biāo)輸入功率。在未對準(zhǔn)時(shí)充電時(shí)充電基座的最大平均溫度達(dá)到35.3℃，比電話對準(zhǔn)時(shí)檢測到的溫度高兩度，達(dá)到33℃。這是系統(tǒng)效率惡化的癥狀，由于電力電子器件損耗和渦流而產(chǎn)生額外的熱量。

研究人員確實(shí)注意到，未來的感應(yīng)充電設(shè)計(jì)方法可以減少這些傳輸損耗，從而通過使用超薄線圈，更高頻率和優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備來減少加熱，從而提供緊湊，高效且可集成到的充電器和接收器最小變化的移動(dòng)設(shè)備或電池。

總之，研究小組發(fā)現(xiàn)，感應(yīng)充電雖然方便，但可能會(huì)導(dǎo)致手機(jī)電池壽命縮短。對于許多用戶而言，這種降級對于充電方便而言可能是可接受的價(jià)格，但對于那些希望通過手機(jī)維持最長壽命的人來說，仍然建議使用電纜充電。