Trådløs lading av telefonen, mens den er svært praktisk, kan føre til at strømmen av enheter som bruker typiske litium-ion-batterier (LIBs), blir redusert, rapporterer forskere.

Forbrukerne og produsentene har økt sin interesse for denne praktiske ladeteknikken, kalt induktiv ladning, og forlater fiddling med plugger og kabler for å bare sette telefonen direkte på en ladestasjon.

Standardisering av ladestasjoner og inkludering av induktive ladningsspoler i mange nye smarttelefoner har ført til raskt økende godkjenning av teknologien. I 2017 annonserte 15-bilmodeller innlemmelsen av konsoller innen kjøretøy for induktiv ladning av forbrukerelektroniske enheter, for eksempel smarttelefoner, og i mye større grad vurderer mange det for å lade batterier av elektrisk bil.

Problemer med trådløs lading

Induktiv ladning gjør at en kraftkilde kan overføre energi over et luftgap uten bruk av tilkoblingskabel, men en av hovedproblemer med denne ladingsmodusen er mengden uønsket og potensielt skadelig varme det kan generere.

Det er flere kilder til varmegenerering assosiert med ethvert induktivt ladingssystem - i både laderen og enheten er det lading. det faktum at enheten og ladestasjonen er i nær fysisk kontakt, gjør denne ekstra oppvarmingen verre. Enkel termisk ledning og konveksjon kan overføre varme som genereres i en enhet til den andre.

I en smarttelefon er strømmottakspolen nær telefonens bakdeksel (som vanligvis er elektrisk ikke-ledende) og emballasjebegrensninger krever plassering av telefonens batteri og strømelektronikk i umiddelbar nærhet, med begrensede muligheter til å spre varme som genereres i telefonen, eller skjerm telefonen fra varme laderen genererer.

Det har blitt godt dokumentert at batterier blir eldre raskere når de oppbevares ved forhøyede temperaturer, og at eksponering for høyere temperaturer dermed kan påvirke batterilevetilstanden over sin brukbare levetid betydelig.

Tommelfingerregelen (eller mer teknisk Arrhenuis-ligningen) er at for de fleste kjemiske reaksjoner dobler reaksjonshastigheten med hver 10 ° C (18 ° F) temperaturstigning. I et batteri kan reaksjonene som kan forekomme inkludere den akselererte veksthastigheten av passiverende filmer (et tynt inert belegg som gjør overflaten underreaktiv) på cellens elektroder. Dette skjer ved hjelp av celleredoksreaksjoner, som irreversibelt øker cellens indre motstand, noe som resulterer i ytelsesforringelse og svikt. Et litiumionbatteri som ligger over 30 ° C (86 ° F) antas vanligvis å være ved forhøyet temperatur, og utsetter batteriet for risiko for forkortet levetid.

Retningslinjer som batteriprodusenter har utstedt, spesifiserer også at det øvre driftstemperaturområdet til produktene deres ikke bør overstige 50–60 °C (122–140 °F) området for å unngå gassutvikling og katastrofal feil.

Disse fakta ledet forskerne til å utføre eksperimenter som sammenlignet temperaturstigningene ved normal batteriladning ved ledning med induktiv ladning. Men forskerne var enda mer interessert i induktiv ladning når forbrukeren misliker telefonen på ladestasjonen. For å kompensere for dårlig tilpasning av telefonen og laderen, øker induktive ladesystemer vanligvis senderenes strøm og / eller justerer driftsfrekvensen, noe som medfører ytterligere effektivitetstap og øker varmeproduksjonen.

Denne feiljusteringen kan være en svært vanlig forekomst, da den faktiske posisjonen til mottakantenen i telefonen ikke alltid er intuitiv eller åpenbar for forbrukeren ved hjelp av telefonen. Forskningsgruppen testet derfor også telefonlading med bevisst feiljustering av sender- og mottakerspoler.

Sammenligning av lading metoder

Forskerne testet alle tre ladingmetoder (wire, justert induktiv og feiljustert induktiv) med samtidig ladning og termisk bildebehandling over tid for å generere temperaturkart for å kvantifisere varmeffekter.

I tilfelle av telefonen som er ladet med konvensjonell strømnettet, oversteg den maksimale gjennomsnittstemperaturen som er nådd innen 3-timene for ladning, ikke 27 ° C (80.6 ° F).

I motsetning til at telefonen ble belastet ved å justere induktiv ladning, toppet temperaturen ved 30.5 ° C (86.9 ° F), men ble gradvis redusert for den siste halvdelen av ladetiden. Dette ligner den maksimale gjennomsnittstemperaturen observert under feiljustert induktiv ladning.

I tilfelle av feiljustert induktiv ladning var topptemperaturen av tilsvarende størrelse (30.5 ° C (86.9 ° F)), men denne temperaturen ble nådd raskere og vedvarende mye lenger på dette nivået (125 minutter versus 55 minutter for riktig justert lading) .

Uansett ladetilstanden viste den høyre kanten på telefonen en høyere temperaturøkning enn andre områder av telefonen, og forblev høyere i hele ladeprosessen. En CT-skanning av telefonen viste at dette hotspotet er hvor hovedkortet befinner seg.

Også bemerkelsesverdig var det faktum at den maksimale inngangseffekten til ladestasjonen var større i testen hvor telefonen var feiljustert (11 watt) enn den veljusterte telefonen (i watt). Dette skyldes at ladesystemet øker senderens strøm under feiljustering for å opprettholde målinngangsstrøm til enheten.

Maksimal gjennomsnittstemperatur på ladestasjonen under lading under feiljustering nådde 35.3 ° C (95.54 ° F), to grader høyere enn temperaturforskerne oppdaget da telefonen ble justert, noe som oppnådde 33 ° C (91.4 ° F). Dette er symptomatisk for svekkelse i systemeffektiviteten, med ytterligere varmeproduksjon som kan tilskrives strømelektronikk tap og eddy strømmer.

Forskerne påpeker at fremtidige tilnærminger til induktiv ladeteknikk kan redusere disse overføringsstapene og dermed redusere oppvarming ved å bruke ultratynne spoler, høyere frekvenser og optimalisert kjøreelektronikk for å gi ladere og mottakere som er kompakte og mer effektive og kan integreres i mobilen enheter eller batterier med minimal forandring.

Til slutt fant forskerholdet at induktiv ladning, mens det er praktisk, vil føre til en reduksjon i livet til mobiltelefonbatteriet. For mange brukere kan denne nedbrytingen være en akseptabel pris for lading, men for de som ønsker å eke ut det lengste livet fra telefonen, er det fortsatt anbefalt å lade på kabel.

kilde: University of Warwick