作者：UniversityofWarwick

沃里克大學(xué)的WMG研究人員發(fā)現(xiàn)，使用感應(yīng)充電雖然非常方便，但會(huì)使手機(jī)的鋰電池有耗盡壽命的風(fēng)險(xiǎn)。

消費(fèi)者和手機(jī)制造商已經(jīng)提高了對(duì)這種便捷充電技術(shù)的興趣，放棄了擺弄插頭和電纜，轉(zhuǎn)而將手機(jī)直接設(shè)置在充電基座上。

充電站的標(biāo)準(zhǔn)化，以及在許多新智能手機(jī)中加入感應(yīng)充電線圈，使得這項(xiàng)技術(shù)的采用迅速增加。2017年，15款車(chē)型宣布將控制臺(tái)納入智能手機(jī)等消費(fèi)電子設(shè)備的感應(yīng)充電車(chē)內(nèi)，而且在更大的范圍內(nèi)，許多人正在考慮將其用于電動(dòng)汽車(chē)電池的充電。

感應(yīng)充電使電源能夠在不使用連接線的情況下通過(guò)氣隙傳輸能量，但這種充電模式的主要問(wèn)題之一是可能產(chǎn)生的不必要的和潛在的破壞性熱量。有幾種與任何感應(yīng)充電系統(tǒng)相關(guān)的熱源——在充電器和正在充電的設(shè)備中。這種額外的加熱由于裝置和充電座處于緊密的物理接觸而變得更糟，在一個(gè)裝置中產(chǎn)生的任何熱量都可以通過(guò)簡(jiǎn)單的熱傳導(dǎo)和對(duì)流轉(zhuǎn)移到另一個(gè)裝置中。

在智能手機(jī)中，電源接收線圈靠近手機(jī)的后蓋（通常是不導(dǎo)電的），由于包裝限制要求將手機(jī)的電池和電源電子設(shè)備放置在附近，從而限制了散熱的機(jī)會(huì)，減少了保護(hù)手機(jī)免受產(chǎn)生的熱量的影響。有充分的證據(jù)表明，電池在高溫下儲(chǔ)存時(shí)老化更快，因此暴露在高溫下會(huì)在電池的使用壽命內(nèi)顯著影響電池的健康狀態(tài)（SOH）。

經(jīng)驗(yàn)法則（或者更確切地說(shuō)，阿倫尼烏斯公式）表明，對(duì)于大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)溫度每升高10°C，反應(yīng)速度就會(huì)加倍。在電池中，可能發(fā)生的反應(yīng)包括在電池電極上鈍化膜（一層薄的惰性涂層，使電池表面處于非活性狀態(tài)）的加速生長(zhǎng)速度。這是通過(guò)細(xì)胞氧化還原反應(yīng)發(fā)生的，這種反應(yīng)不可逆地增加了細(xì)胞的內(nèi)阻，最終導(dǎo)致性能下降和失效。通常認(rèn)為，高于30℃的鋰離子電池已經(jīng)處于高溫下，會(huì)使電池面臨使用壽命縮短的風(fēng)險(xiǎn)。

電池制造商發(fā)布的指導(dǎo)方針還規(guī)定，其產(chǎn)品的最高工作溫度范圍不應(yīng)超過(guò)50℃——60°C范圍，以避免氣體生成和災(zāi)難性故障。

這些事實(shí)使WMG的研究人員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，比較了正常的電線充電和感應(yīng)充電電池的溫升。然而，當(dāng)消費(fèi)者將手機(jī)放在充電基座上時(shí)，WMG對(duì)感應(yīng)充電更感興趣。為了補(bǔ)償手機(jī)和充電器的不良校準(zhǔn)，感應(yīng)充電系統(tǒng)通常會(huì)增加發(fā)射機(jī)功率和/或調(diào)整其工作頻率，這會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步的效率損失和增加熱量產(chǎn)生。

這種錯(cuò)位現(xiàn)象很常見(jiàn)，因?yàn)槭褂檬謾C(jī)的消費(fèi)者并不總是能夠直觀或明顯地看到接收天線在手機(jī)中的實(shí)際位置。因此，WMG研究小組還測(cè)試了手機(jī)充電時(shí)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)線圈故意錯(cuò)位的情況。

所有三種充電方法（電線、對(duì)齊感應(yīng)和未對(duì)齊感應(yīng)）均通過(guò)同時(shí)充電和熱成像進(jìn)行測(cè)試，以生成溫度圖，以幫助量化加熱效果。這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)能源快報(bào)》的一篇題為“充電鋰離子電池時(shí)的溫度考慮：便攜式電子設(shè)備的感應(yīng)充電模式與市電充電模式”的文章中。

本新聞稿中的圖形說(shuō)明了三種充電模式，即（a）交流電源充電（電纜充電）和線圈（b）對(duì)齊和（c）未對(duì)齊時(shí)的感應(yīng)充電。面板I和面板II顯示了充電模式的真實(shí)視圖，以及充電50分鐘后手機(jī)的熱圖快照。不管充電模式如何，手機(jī)的右邊緣顯示出比手機(jī)其他區(qū)域更高的溫度升高率，并且在整個(gè)充電過(guò)程中保持較高的溫度。對(duì)手機(jī)的CT掃描顯示，該熱點(diǎn)位于主板所在的位置。

1、對(duì)于使用傳統(tǒng)電源充電的手機(jī)，充電3小時(shí)內(nèi)達(dá)到的最高平均溫度不超過(guò)27℃。

2、與此相反，對(duì)于通過(guò)定向感應(yīng)充電的手機(jī)，溫度在30.5°C時(shí)達(dá)到峰值，但在充電后半段時(shí)間內(nèi)逐漸降低。這與未對(duì)準(zhǔn)感應(yīng)充電期間觀察到的最高平均溫度類(lèi)似。

3、在感應(yīng)充電未對(duì)準(zhǔn)的情況下，峰值溫度具有類(lèi)似的量級(jí)（30.5°C），但該溫度很快達(dá)到，并在該水平下持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間（未正確對(duì)準(zhǔn)的充電高溫持續(xù)時(shí)間為125分鐘，而正確對(duì)準(zhǔn)的充電高溫持續(xù)時(shí)間為55分鐘）。

同樣值得注意的是，在測(cè)試中，手機(jī)未對(duì)準(zhǔn)（11W）時(shí)，充電座的最大輸入功率大于對(duì)準(zhǔn)良好的手機(jī)（9.5W）。這是由于充電系統(tǒng)在未對(duì)準(zhǔn)情況下增加了發(fā)射機(jī)功率，以保持設(shè)備的目標(biāo)輸入功率。在未對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)下充電時(shí)，充電座的最高平均溫度達(dá)到35.3°C，比對(duì)準(zhǔn)手機(jī)充電時(shí)檢測(cè)到的溫度33°C高出兩度。這是系統(tǒng)效率下降的癥狀，由于電力電子損耗和渦流而產(chǎn)生額外的熱量。

研究人員注意到，未來(lái)的感應(yīng)充電在設(shè)計(jì)時(shí)可以減少這些傳輸損耗，可以通過(guò)使用超薄線圈、更高的頻率和優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備來(lái)提供更加緊湊、效率更高的充電器和接收器，只需最少的變更便可以集成到移動(dòng)設(shè)備或電池中。

總之，研究小組發(fā)現(xiàn)，感應(yīng)充電雖然方便，但可能會(huì)導(dǎo)致手機(jī)電池的壽命縮短。對(duì)于許多用戶來(lái)說(shuō)，為了方便充電，這種性能降低可能是一個(gè)可以接受的價(jià)格，但是對(duì)于那些希望從手機(jī)中延長(zhǎng)使用壽命的用戶，仍然建議使用有線充電。