يمكن أن تؤثر كيفية شحن هاتفك المحمول على عمر البطارية

2020-04-21 17:39:41

وجد الباحثون في WMG في جامعة وارويك أن استخدام الشحن الاستقرائي ، في حين أنه مناسب للغاية ، يخاطر باستنفاد عمر الهواتف المحمولة باستخدام LIBs النموذجية (بطاريات ليثيوم أيون)

عزز المستهلكون والمصنعون اهتمامهم بهذه التكنولوجيا المريحة للشحن ، متخلين عن العبث بالكابلات والمقابس لصالح وضع الهاتف مباشرة على قاعدة الشحن.

أدى توحيد محطات الشحن ، وإدراج ملفات الشحن الاستقرائي في العديد من الهواتف الذكية الجديدة إلى زيادة الاعتماد السريع للتكنولوجيا. في عام 2017 ، أعلنت 15 طرازًا من السيارات عن إدراج وحدات التحكم داخل المركبات لشحن الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية ، مثل الهواتف الذكية - وعلى نطاق أوسع بكثير ، يفكر الكثيرون في ذلك لشحن بطاريات السيارات الكهربائية ، كما يتيح الشحن الاستقرائي مصدر طاقة للإرسال الطاقة عبر فجوة هوائية ، دون استخدام سلك توصيل ولكن إحدى المشكلات الرئيسية في وضع الشحن هذا هي كمية الحرارة غير المرغوب فيها والتي قد تكون ضارة والتي يمكن توليدها. هناك العديد من مصادر توليد الحرارة المرتبطة بأي نظام شحن حثي - في كل من الشاحن والجهاز المشحون. يزداد هذا التسخين الإضافي سوءًا بسبب حقيقة أن الجهاز وقاعدة الشحن على اتصال مادي وثيق ، ويمكن نقل أي حرارة ناتجة في جهاز إلى آخر عن طريق التوصيل الحراري والحمل الحراري البسيط. في الهاتف الذكي ، يكون ملف استقبال الطاقة على مقربة من الغطاء الخلفي للهاتف (والذي عادة ما يكون غير موصل للكهرباء) وقيود التعبئة تتطلب وضع بطارية الهاتف وإلكترونيات الطاقة على مقربة شديدة ، مع فرص محدودة لتبديد الحرارة المتولدة في الهاتف ، أو حماية الهاتف من الحرارة المتولدة عن طريق الشاحن. لقد تم توثيقه جيدًا أن البطاريات تتقدم في العمر بسرعة أكبر عند تخزينها في درجات حرارة مرتفعة وأن التعرض لدرجات حرارة أعلى يمكن أن يؤثر بشكل كبير على الحالة الصحية (SoH) للبطاريات على مدى عمرها النافع. معادلة Arrhenuis) هي أنه بالنسبة لمعظم التفاعلات الكيميائية ، يتضاعف معدل التفاعل مع كل ارتفاع في درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية. في البطارية ، تتضمن التفاعلات التي يمكن أن تحدث معدل النمو المتسارع للأغشية العابرة (طلاء خامل رقيق يجعل السطح تحت غير متفاعل) على أقطاب الخلية. يحدث هذا عن طريق تفاعلات الأكسدة الخلوية للخلية ، والتي تزيد بشكل لا رجعة فيه من المقاومة الداخلية للخلية ، مما يؤدي في النهاية إلى تدهور الأداء والفشل. تعتبر بطارية الليثيوم أيون التي تزيد عن 30 درجة مئوية عادةً في درجة حرارة مرتفعة مما يعرض البطارية لخطر تقصير العمر الإنتاجي ، كما تحدد الإرشادات الصادرة عن الشركات المصنعة للبطاريات أن نطاق درجة الحرارة التشغيلية العليا لمنتجاتها يجب ألا يتجاوز 50 درجة مئوية؟ نطاق 60 درجة مئوية لتجنب توليد الغاز والفشل الكارثي ، دفعت هذه الحقائق باحثو WMG إلى إجراء تجارب تقارن ارتفاعات درجة الحرارة في شحن البطارية العادي بواسطة الأسلاك مع الشحن الاستقرائي. ومع ذلك ، كانت WMG أكثر اهتمامًا بالشحن الاستقرائي عندما أخطأ المستهلك في محاذاة الهاتف على قاعدة الشحن. للتعويض عن المحاذاة الضعيفة للهاتف والشاحن ، تزيد أنظمة الشحن الاستقرائي عادةً من طاقة المرسل و / أو تضبط تردد التشغيل ، مما يؤدي إلى المزيد من خسائر الكفاءة ويزيد من توليد الحرارة. يمكن أن يكون هذا الاختلال الشائع أمرًا شائعًا جدًا مثل الموقع الفعلي من هوائي الاستقبال في الهاتف ليس بديهيًا دائمًا أو واضحًا للمستهلك باستخدام الهاتف. لذلك ، قام فريق أبحاث WMG أيضًا باختبار شحن الهاتف من خلال محاذاة خاطئة متعمدة لفائف جهاز الإرسال والاستقبال ، وتم اختبار جميع طرق الشحن الثلاث (السلك ، والحث الاستقرائي والمحاذاة بشكل خاطئ) مع الشحن المتزامن والتصوير الحراري بمرور الوقت لإنشاء خرائط درجة الحرارة للمساعدة في تحديد كمية التدفئة تأثيرات. تم نشر نتائج هذه التجارب في مجلة ACS Energy Letters في مقالة بعنوان "اعتبارات درجة الحرارة لشحن بطاريات Li-Ion: طرق الاستقرائي مقابل طرق شحن Mains للأجهزة الإلكترونية المحمولة." توضح الرسومات مع هذا البيان الصحفي ثلاثة أوضاع للشحن ، استنادًا إلى (أ) شحن التيار المتردد (شحن الكابل) والشحن الاستقرائي عند محاذاة الملفات (ب) و (ج) محاذاة غير صحيحة. تُظهر اللوحات i و ii عرضًا واقعيًا لأوضاع الشحن مع لقطة للخرائط الحرارية للهاتف بعد 50 دقيقة من الشحن. بغض النظر عن وضع الشحن ، أظهرت الحافة اليمنى للهاتف معدل زيادة أعلى في درجة الحرارة مقارنة بالمناطق الأخرى للهاتف وظلت أعلى طوال عملية الشحن. أظهرت الأشعة المقطعية للهاتف أن نقطة الاتصال هذه هي مكان 

في حالة الهاتف المشحون بالطاقة الرئيسية ، لم يتجاوز متوسط درجة الحرارة القصوى التي تم الوصول إليها في غضون 3 ساعات من الشحن 27 درجة مئوية.

على النقيض من ذلك بالنسبة للهاتف المشحون بالشحن الاستقرائي المحاذاة ، بلغت درجة الحرارة ذروتها عند 30.5 درجة مئوية ولكنها انخفضت تدريجيًا للنصف الأخير من فترة الشحن. هذا مشابه لمتوسط درجة الحرارة القصوى التي لوحظت أثناء الشحن الاستقرائي الخاطئ.

في حالة الشحن الاستقرائي الخاطئ ، كانت درجة الحرارة القصوى ذات حجم مماثل (30.5 درجة مئوية) ولكن تم الوصول إلى درجة الحرارة هذه في وقت أقرب واستمرت لفترة أطول بكثير في هذا المستوى (125 دقيقة مقابل 55 دقيقة للشحن المحاذاة بشكل صحيح).

من الجدير بالذكر أيضًا أن أقصى طاقة إدخال لقاعدة الشحن كانت أكبر في الاختبار حيث تم محاذاة الهاتف بشكل خاطئ (11 واط) من الهاتف المحاذاة جيدًا (9.5 واط). ويرجع ذلك إلى أن نظام الشحن يزيد من قوة المرسل في حالة عدم التوافق من أجل الحفاظ على طاقة الإدخال المستهدفة للجهاز. بلغ متوسط درجة الحرارة القصوى لقاعدة الشحن أثناء الشحن في حالة عدم التوافق 35.3 درجة مئوية ، أعلى بدرجتين من درجة الحرارة المكتشفة عند محاذاة الهاتف ، والتي حققت 33 درجة مئوية. هذا من أعراض التدهور في كفاءة النظام ، مع توليد حرارة إضافية تعزى إلى فقدان إلكترونيات الطاقة وتيارات الدوامة.

يلاحظ الباحثون أن الأساليب المستقبلية لتصميم الشحن الاستقرائي يمكن أن تقلل من خسائر النقل هذه ، وبالتالي تقلل من التسخين ، باستخدام ملفات فائقة التردد ، وترددات أعلى ، وإلكترونيات محرك محسنة لتوفير شواحن وأجهزة استقبال مدمجة وأكثر كفاءة ويمكن دمجها في الأجهزة المحمولة أو البطاريات مع الحد الأدنى من التغيير.

في الختام ، وجد فريق البحث أن الشحن الاستقرائي ، وإن كان مناسبًا ، من المحتمل أن يؤدي إلى تقليل عمر بطارية الهاتف المحمول. بالنسبة للعديد من المستخدمين ، قد يكون هذا التدهور سعرًا مقبولاً لراحة الشحن ، ولكن بالنسبة لأولئك الذين يرغبون في الحصول على أطول عمر من هواتفهم ، لا يزال الشحن بالكابل موصى به.