如何為手機充電可能會影響其電池續(xù)航時間

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

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

充電站的標準化以及在許多新智能手機中包含感應充電線圈已導致該技術的迅速普及。2017年，15款汽車型號宣布在汽車中加入控制臺，用于智能手機等消費電子設備的感應充電- 而且規(guī)模要大得多，許多人都在考慮為電動汽車電池充電。

感應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備中，存在與任何感應充電系統(tǒng)相關的若干熱量產(chǎn)生源。由于裝置和充電基座處于緊密物理接觸的事實，這種額外的加熱變得更糟，在一個裝置中產(chǎn)生的任何熱量可以通過簡單的熱傳導和對流傳遞到另一個裝置。

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

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

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超過50-60°C范圍，以避免產(chǎn)生氣體和災難性故障。

這些事實促使WMG研究人員進行實驗，比較正常電池充電和感應充電時的溫升。然而，當消費者在充電基座上錯位手機時，WMG對感應充電更感興趣。為了補償電話和充電器的不良對準，感應充電系統(tǒng)通常增加發(fā)射器功率和/或調(diào)節(jié)其工作頻率，這導致進一步的效率損失并增加發(fā)熱。

這種未對準可能是非常常見的，因為電話中接收天線的實際位置對于使用電話的消費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位進行了電話充電測試。

所有三種充電方法(導線，對準感應和未對準感應)都經(jīng)過一段時間的同時充電和熱成像測試，以生成溫度圖，以幫助量化加熱效果。這些實驗的結(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)未對準時的感應充電。面板i和ii顯示了充電模式的真實視圖，其中充電50分鐘后手機的熱圖快照。無論充電模式如何，手機的右邊緣顯示出比手機其他區(qū)域更高的溫度增加率，并且在整個充電過程中保持更高的水平。手機的CT掃描顯示該熱點位于主板所在的位置。

在手機充電常規(guī)電源的情況下，充電3小時內(nèi)達到的最高平均溫度不超過27°C。

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

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

另外值得注意的是，在電話未對準(11W)的測試中，充電基座的最大輸入功率大于對準良好的電話(9.5W)。這是由于充電系統(tǒng)在未對準下增加發(fā)射機功率以便維持設備的目標輸入功率。在未對準時充電時充電基座的最大平均溫度達到35.3℃，比電話對準時檢測到的溫度高兩度，達到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。

研究人員確實注意到，未來的感應充電設計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)動電子設備來減少加熱，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設備或電池。

總之，研究小組發(fā)現(xiàn)，感應充電雖然方便，但可能會導致手機電池壽命縮短。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格，但對于那些希望通過手機維持最長壽命的人來說，仍然建議使用電纜充電。