Het draadloos opladen van uw telefoon, hoewel zeer handig, brengt het risico met zich mee dat de levensduur van apparaten met behulp van typische lithium-ionbatterijen (LIB's) afneemt, rapporteren onderzoekers.

Consumenten en fabrikanten hebben hun interesse in deze handige oplaadtechnologie opgevoerd, inductieladen genoemd, waarbij ze het gedoe met pluggen en kabels achterwege laten, in plaats van gewoon de telefoon rechtstreeks op een oplaadstation te plaatsen.

Standaardisatie van laadstations en de opname van inductieve laadspoelen in veel nieuwe smartphones heeft geleid tot een snel toenemende acceptatie van de technologie. In 2017 hebben automobiele modellen van 15 de opname aangekondigd van consoles in voertuigen voor het inductief opladen van consumentenelektronica, zoals smartphones, en op veel grotere schaal overwegen velen het om accu's van elektrische voertuigen op te laden.

Problemen met draadloos opladen

Inductief laden stelt een energiebron in staat om energie over een luchtspleet te transporteren, zonder het gebruik van verbindingsdraad, maar een van de belangrijkste problemen met deze wijze van opladen is de hoeveelheid ongewenste en potentieel schadelijke warmte die het kan genereren.

Er zijn verschillende bronnen van warmteopwekking in verband met een inductief laadsysteem - zowel in de oplader als in het laadapparaat van het apparaat. het feit dat het apparaat en de oplaadbasis in nauw fysiek contact zijn, maakt deze extra verwarming erger. Eenvoudige thermische geleiding en convectie kunnen elke in het ene apparaat gegenereerde warmte naar het andere overbrengen.

In een smartphone bevindt de stroomontvanger zich dicht bij de achterkant van de telefoon (meestal elektrisch niet geleidend) en de verpakkingsbeperkingen vereisen dat de batterij en de vermogenselektronica van de telefoon in de buurt worden geplaatst, met beperkte mogelijkheden om de warmte te telefoon, of bescherm de telefoon tegen hitte die de oplader genereert.

Het is goed gedocumenteerd dat batterijen sneller verouderen wanneer ze bij hoge temperaturen worden bewaard en dat blootstelling aan hogere temperaturen de gezondheidstoestand (SBO) van batterijen gedurende hun nuttige levensduur aanzienlijk kan beïnvloeden.

De vuistregel (of meer technisch de Arrhenuis-vergelijking) is dat voor de meeste chemische reacties, de reactiesnelheid verdubbelt bij elke 10 ° C (18 ° F) temperatuurstijging. In een batterij kunnen de reacties die kunnen optreden omvatten de versnelde groeisnelheid van passiverende films (een dunne inerte coating die het oppervlak eronder niet-reactief maakt) op de elektroden van de cel. Dit gebeurt door middel van cel-redoxreacties, die de interne weerstand van de cel onomkeerbaar verhogen, wat uiteindelijk resulteert in prestatievermindering en -uitval. Een lithium-ionbatterij die boven 30 ° C (86 ° F) stilstaat, wordt doorgaans beschouwd als een batterij met een hoge temperatuur waardoor de batterij minder snel kan worden gebruikt.

Richtlijnen die batterijfabrikanten hebben uitgegeven, specificeren ook dat het bovenste operationele temperatuurbereik van hun producten het bereik van 50-60 °C (122-140 °F) niet mag overschrijden om gasontwikkeling en catastrofale storingen te voorkomen.

Deze feiten hebben de onderzoekers ertoe gebracht experimenten uit te voeren waarbij de temperatuurstijgingen bij het normale opladen van de batterij met behulp van draad werden vergeleken met inductieladen. De onderzoekers waren echter nog meer geïnteresseerd in inductieladen wanneer de consument de telefoon verkeerd op de oplaadbasis uitlijnt. Om te compenseren voor een slechte uitlijning van de telefoon en de oplader, verhogen inductieve laadsystemen meestal het zendvermogen en / of passen ze hun werkfrequentie aan, waardoor er nog meer efficiëntieverliezen optreden en de warmteontwikkeling toeneemt.

Deze verkeerde uitlijning kan een veel voorkomende gebeurtenis zijn, aangezien de werkelijke positie van de ontvangende antenne in de telefoon niet altijd intuïtief of voor de hand ligt voor de consument die de telefoon gebruikt. Het onderzoeksteam testte daarom ook het opladen van telefoons met opzettelijke uitlijnfouten van zender- en ontvangerspoelen.

Vergelijking van oplaadmethoden

De onderzoekers testten alle drie de oplaadmethoden (draad, uitgelijnde inductieve en verkeerd uitgelokte inductieve) met simultaan laden en thermische beeldvorming in de loop van de tijd om temperatuurkaarten te genereren om de opwarmingseffecten te kwantificeren.

In het geval van een telefoon die is opgeladen met conventionele netspanning, is de maximale gemiddelde temperatuur die werd bereikt binnen 3 uur opladen niet hoger dan 27 ° C (80.6 ° F).

Daarentegen, voor de telefoon die werd opgeladen door uitgelijnde inductieladen, piekte de temperatuur bij 30.5 ° C (86.9 ° F) maar geleidelijk afgenomen gedurende de laatste helft van de oplaadperiode. Dit is vergelijkbaar met de maximale gemiddelde temperatuur die is waargenomen tijdens verkeerd uitgelijnd inductieladen.

In het geval van verkeerd uitgelijnde inductieladen was de piektemperatuur even groot (30.5 ° C (86.9 ° F)) maar deze temperatuur was vroeger bereikt en bleef veel langer op dit niveau (125 minuten versus 55 minuten voor correct opgeladen laden) .

Ongeacht de laadmodus, de rechterrand van de telefoon vertoonde een hogere mate van temperatuurstijging dan andere delen van de telefoon en bleef tijdens het laadproces hoger. Een CT-scan van de telefoon toonde aan dat op deze hotspot het moederbord zich bevindt.

Ook opmerkelijk was het feit dat het maximale ingangsvermogen naar de oplaadbasis groter was in de test waarbij de telefoon niet goed was uitgelijnd (11 watt) dan de goed uitgelijnde telefoon (i watt). Dit komt doordat het laadsysteem het zendvermogen bij onjuiste uitlijning vergroot om het doelvermogen naar het apparaat te handhaven.

De maximale gemiddelde temperatuur van de oplaadbasis tijdens het opladen met verkeerde uitlijning bereikte 35.3 ° C (95.54 ° F), twee graden hoger dan de temperatuur die onderzoekers ontdekten toen de telefoon was uitgelijnd, waardoor 33 ° C (91.4 ° F) werd bereikt. Dit is symptomatisch voor verslechtering van de systeemefficiëntie, met extra warmteontwikkeling die te wijten is aan verlies van vermogenselektronica en wervelstromen.

De onderzoekers merken op dat toekomstige benaderingen van het ontwerp van inductieladen deze overdrachtsverliezen kunnen verminderen en dus de verwarming kunnen verminderen door ultradunne spoelen, hogere frequenties en geoptimaliseerde aandrijfelektronica te gebruiken om opladers en ontvangers te bieden die compact en efficiënter zijn en kunnen worden geïntegreerd in mobiele apparaten. apparaten of batterijen met minimale verandering.

Kortom, het onderzoeksteam ontdekte dat inductief laden, hoewel handig, waarschijnlijk zal leiden tot een verkorting van de levensduur van de batterij van de mobiele telefoon. Voor veel gebruikers kan deze verslechtering een acceptabele prijs zijn voor het gemak van opladen, maar voor degenen die de langste levensduur van hun telefoon willen halen, wordt opladen via de kabel nog steeds aanbevolen.

Bron: Universiteit van Warwick