Como o carregamento sem fio pode atrapalhar a bateria do seu telefone

Como o carregamento sem fio pode atrapalhar a bateria do seu telefone

Carregar o seu telefone sem fio, embora seja altamente conveniente, arrisca-se a esgotar a vida útil de dispositivos que usam baterias típicas de íons de lítio (LIBs), relatam os pesquisadores.

Consumidores e fabricantes aumentaram seu interesse por essa conveniente tecnologia de carregamento, chamada de carregamento indutivo, abandonando a necessidade de plugues e cabos em favor de simplesmente colocar o telefone diretamente em uma base de carregamento.

A padronização de estações de recarga e a inclusão de bobinas de carga indutiva em muitos novos smartphones levou ao aumento rápido da adoção da tecnologia. No 2017, os modelos automobilísticos da 15 anunciaram a inclusão de consoles dentro de veículos para carregar indutivamente dispositivos eletrônicos de consumo, como smartphones - e em uma escala muito maior, muitos o estão considerando para carregar baterias de veículos elétricos.

Problemas com o carregamento sem fio

O carregamento indutivo permite que uma fonte de energia transmita energia através de um espaço de ar, sem o uso de fio de conexão, mas um dos principais problemas com esse modo de carregamento é a quantidade de calor indesejado e potencialmente prejudicial que pode gerar.

Existem várias fontes de geração de calor associadas a qualquer sistema de carregamento indutivo - tanto no carregador quanto no dispositivo de carregamento. o fato de o dispositivo e a base de carga estarem em contato físico próximo piora ainda mais esse aquecimento. Condução térmica simples e convecção podem transferir qualquer calor gerado em um dispositivo para o outro.

Em um smartphone, a bobina de recepção de energia fica próxima à tampa traseira do telefone (que geralmente é eletricamente não-condutora) e as restrições de embalagem exigem a colocação da bateria do telefone e da eletrônica nas proximidades, com oportunidades limitadas de dissipar o calor gerado o telefone, ou proteger o telefone do calor que o carregador gera.

Já foi bem documentado que as baterias envelhecem mais rapidamente quando armazenadas em temperaturas elevadas e que a exposição a temperaturas mais altas pode influenciar significativamente o estado de saúde (SoH) das baterias durante sua vida útil.

A regra prática (ou mais tecnicamente a equação de Arrhenuis) é que, para a maioria das reações químicas, a taxa de reação dobra a cada aumento de temperatura de 10 ° C (18 ° F). Em uma bateria, as reações que podem ocorrer incluem a taxa de crescimento acelerado de filmes passivantes (um revestimento inerte fino tornando a superfície subjacente não reativa) nos eletrodos da célula. Isso ocorre por meio de reações redox celulares, que aumentam irreversivelmente a resistência interna da célula, resultando em degradação e falha no desempenho. Uma bateria de íons de lítio que fica acima de 30 ° C (86 ° F) é normalmente considerada em temperaturas elevadas, expondo a bateria ao risco de uma vida útil mais curta.

Diretrizes fabricantes de baterias emitiram também especificar que a faixa de temperatura operacional superior de seus produtos não deve ultrapassar a faixa 50-60 ° C (122-140 ° F) para evitar a geração de gás e falha catastrófica.

Esses fatos levaram os pesquisadores a realizar experimentos comparando os aumentos de temperatura no carregamento normal da bateria por fio com carga indutiva. No entanto, os pesquisadores estavam ainda mais interessados ​​na cobrança indutiva quando o consumidor desalinha o telefone na base de carregamento. Para compensar o mau alinhamento do telefone e do carregador, os sistemas de carregamento indutivo normalmente aumentam a potência do transmissor e / ou ajustam sua frequência de operação, o que gera mais perdas de eficiência e aumenta a geração de calor.

Esse desalinhamento pode ser uma ocorrência muito comum, já que a posição real da antena receptora no telefone nem sempre é intuitiva ou óbvia para o consumidor que usa o telefone. A equipe de pesquisa, portanto, também testou o carregamento do telefone com o desalinhamento deliberado das bobinas do transmissor e do receptor.

Comparando métodos de cobrança

Os pesquisadores testaram todos os três métodos de carregamento (fio, indutivo alinhado e indutivo desalinhado) com carregamento simultâneo e geração de imagens térmicas ao longo do tempo para gerar mapas de temperatura para ajudar a quantificar os efeitos de aquecimento.

No caso do telefone carregado com energia elétrica convencional, a temperatura média máxima alcançada dentro de 3 horas de carregamento não excedeu 27 ° C (80.6 ° F).

Em contraste, para o telefone carregado por carregamento indutivo alinhado, a temperatura atingiu um pico a 30.5 ° C (86.9 ° F), mas foi gradualmente reduzida para a segunda metade do período de carregamento. Isso é semelhante à temperatura média máxima observada durante o carregamento indutivo desalinhado.

No caso de carregamento indutivo desalinhado, o pico de temperatura era de magnitude similar (30.5 ° C), mas esta temperatura foi alcançada mais cedo e persistiu por muito mais tempo neste nível (86.9 minutos versus 125 minutos para carregamento corretamente alinhado) .

Independentemente do modo de carregamento, a borda direita do telefone mostrou uma taxa mais alta de aumento de temperatura do que outras áreas do telefone e permaneceu mais alta durante todo o processo de carregamento. Uma tomografia computadorizada do telefone mostrou que este hotspot é onde a placa-mãe está localizada.

Também digno de nota foi o fato de que a potência máxima de entrada para a base de carregamento foi maior no teste em que o telefone estava desalinhado (11 watts) do que o telefone bem alinhado (i watts). Isso ocorre devido ao sistema de carregamento aumentar a potência do transmissor sob desalinhamento para manter a potência de entrada alvo no dispositivo.

A temperatura média máxima da base de carregamento durante o carregamento sob desalinhamento alcançou 35.3 ° C (95.54 ° F), dois graus a mais do que a temperatura detectada pelos pesquisadores quando o telefone estava alinhado, o que atingiu 33 ° C (91.4 ° F). Isso é sintomático da deterioração na eficiência do sistema, com geração adicional de calor atribuível a perdas eletrônicas de energia e correntes parasitas.

Os pesquisadores observam que as abordagens futuras para o projeto de carga indutiva podem diminuir essas perdas de transferência e, assim, reduzir o aquecimento, usando bobinas ultrafinas, freqüências mais altas e eletrônica de acionamento otimizada para fornecer carregadores e receptores mais compactos e eficientes e integráveis ​​em dispositivos móveis. dispositivos ou baterias com alterações mínimas.

Em conclusão, a equipe de pesquisa descobriu que o carregamento indutivo, embora conveniente, provavelmente levaria a uma redução na vida útil da bateria do celular. Para muitos usuários, essa degradação pode ser um preço aceitável para a conveniência da cobrança, mas para aqueles que desejam aproveitar a vida útil mais longa do telefone, o carregamento do cabo ainda é recomendado.

Fonte: University of Warwick

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