In che modo la ricarica wireless può compromettere la batteria del telefono

In che modo la ricarica wireless può compromettere la batteria del telefono

La ricarica wireless del telefono, sebbene molto comoda, rischia di ridurre la durata dei dispositivi utilizzando le tipiche batterie agli ioni di litio (LIBs), segnala i ricercatori.

I consumatori e i produttori hanno accresciuto il loro interesse per questa conveniente tecnologia di ricarica, chiamata ricarica induttiva, abbandonando il giochetto con spine e cavi in ​​un favore semplicemente impostando il telefono direttamente su una base di ricarica.

La standardizzazione delle stazioni di ricarica e l'inclusione di bobine di ricarica induttive in molti nuovi smartphone ha portato a un rapido aumento dell'adozione della tecnologia. In 2017, i modelli automobilistici 15 hanno annunciato l'inclusione di console all'interno dei veicoli per la ricarica induttiva di dispositivi elettronici di consumo, come gli smartphone, e su una scala molto più ampia, molti lo stanno prendendo in considerazione per la ricarica delle batterie dei veicoli elettrici.

Problemi con la ricarica wireless

La ricarica induttiva consente a una fonte di energia di trasmettere energia attraverso un traferro, senza l'uso del cavo di collegamento, ma uno dei problemi principali di questa modalità di ricarica è la quantità di calore indesiderato e potenzialmente dannoso che può generare.

Esistono diverse fonti di generazione di calore associate a qualsiasi sistema di ricarica induttiva, sia nel caricabatterie che nel dispositivo stesso. il fatto che il dispositivo e la base di ricarica siano in stretto contatto fisico peggiora questo riscaldamento aggiuntivo. La semplice conduzione e convezione termica possono trasferire il calore generato da un dispositivo all'altro.

In uno smartphone, la bobina di alimentazione è vicina al coperchio posteriore del telefono (che di solito non è elettricamente conduttivo) ei vincoli di imballaggio richiedono il posizionamento della batteria del telefono e dell'elettronica di potenza nelle immediate vicinanze, con possibilità limitate di dissipare il calore generato in il telefono o proteggere il telefono dal calore generato dal caricatore.

È stato ben documentato che le batterie invecchiano più rapidamente se conservate a temperature elevate e che l'esposizione a temperature più elevate può quindi influenzare significativamente lo stato di salute (SoH) delle batterie nel corso della loro vita utile.


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La regola empirica (o più tecnicamente l'equazione di Arrhenuis) è che per la maggior parte delle reazioni chimiche, la velocità di reazione raddoppia con ogni aumento di temperatura di 10 ° C (18 ° F). In una batteria, le reazioni che possono verificarsi includono la velocità di crescita accelerata dei film passivanti (un sottile rivestimento inerte che rende la superficie sotto non reattiva) sugli elettrodi della cella. Ciò avviene attraverso reazioni di ossidoriduzione cellulare, che aumentano in modo irreversibile la resistenza interna della cellula, determinando in ultima analisi il degrado e il fallimento delle prestazioni. Una batteria agli ioni di litio situata al di sopra di 30 ° C (86 ° F) viene in genere considerata ad una temperatura elevata che espone la batteria al rischio di una vita utile ridotta.

Le linee guida che i produttori di batterie hanno emesso specificano anche che il range di temperature operative superiori dei loro prodotti non deve superare l'intervallo 50-60 ° C (122-140 ° F) per evitare generazione di gas e guasti catastrofici.

Questi fatti hanno portato i ricercatori a condurre esperimenti comparando gli aumenti di temperatura nella normale ricarica della batteria tramite filo con carica induttiva. Tuttavia i ricercatori erano ancora più interessati alla ricarica induttiva quando il consumatore disallinea il telefono sulla base di ricarica. Per compensare lo scarso allineamento del telefono e del caricabatterie, i sistemi di ricarica induttiva aumentano tipicamente la potenza del trasmettitore e / o regolano la loro frequenza operativa, il che comporta ulteriori perdite di efficienza e aumenta la generazione di calore.

Questo disallineamento può essere un evento molto comune poiché la posizione effettiva dell'antenna ricevente nel telefono non è sempre intuitiva o evidente per l'utente che utilizza il telefono. Il team di ricerca ha quindi testato anche la ricarica del telefono con un deliberato disallineamento delle bobine del trasmettitore e del ricevitore.

Confronto tra i metodi di ricarica

I ricercatori hanno testato tutti e tre i metodi di carica (filo, induttivo allineato e induttivo disallineato) con la carica e la termografia simultanee nel tempo per generare mappe della temperatura per aiutare a quantificare gli effetti del riscaldamento.

Nel caso del telefono caricato con alimentazione di rete convenzionale, la temperatura media massima raggiunta entro 3 ore di carica non ha superato 27 ° C (80.6 ° F).

Al contrario, per il telefono caricato tramite ricarica induttiva allineata, la temperatura ha raggiunto il picco a 30.5 ° C (86.9 ° F) ma gradualmente ridotta per la seconda metà del periodo di ricarica. Questo è simile alla temperatura media massima osservata durante la carica induttiva disallineata.

In caso di carica induttiva disallineata, la temperatura di picco era di grandezza simile (30.5 ° C (86.9 ° F)) ma questa temperatura è stata raggiunta prima e persisteva per molto più a questo livello (125 minuti contro 55 minuti per una carica correttamente allineata) .

Indipendentemente dalla modalità di ricarica, il lato destro del telefono ha mostrato un più alto tasso di aumento della temperatura rispetto ad altre aree del telefono e è rimasto più alto durante il processo di ricarica. Una scansione TC del telefono ha mostrato che questo hotspot è dove si trova la scheda madre.

È anche degno di nota il fatto che la potenza massima in ingresso alla base di ricarica era maggiore nel test in cui il telefono era disallineato (11 watt) rispetto al telefono ben allineato (i watt). Ciò è dovuto al fatto che il sistema di carica aumenta la potenza del trasmettitore in caso di disallineamento al fine di mantenere l'alimentazione in ingresso al dispositivo.

La temperatura media massima della base di ricarica durante il caricamento in disallineamento ha raggiunto 35.3 ° C (95.54 ° F), due gradi più alto rispetto ai ricercatori della temperatura rilevati quando il telefono era allineato, ottenendo 33 ° C (91.4 ° F). Questo è sintomatico del deterioramento dell'efficienza del sistema, con generazione di calore aggiuntiva attribuibile alle perdite di elettronica di potenza e correnti parassite.

I ricercatori osservano che gli approcci futuri alla progettazione di cariche induttive possono ridurre queste perdite di trasferimento e quindi ridurre il riscaldamento, utilizzando bobine ultrasottili, frequenze più alte e componenti elettronici ottimizzati per fornire caricatori e ricevitori che sono compatti e più efficienti e possono essere integrati in dispositivi mobili dispositivi o batterie con modifiche minime.

In conclusione, il team di ricerca ha scoperto che la ricarica induttiva, sebbene conveniente, probabilmente porterà a una riduzione della durata della batteria del telefono cellulare. Per molti utenti, questo degrado può essere un prezzo accettabile per la praticità della ricarica, ma per coloro che desiderano prolungare la vita più lunga dal proprio telefono, la ricarica via cavo è ancora raccomandata.

Fonte: Università di Warwick

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