ワイヤレス充電で携帯電話の電池が消える

ワイヤレス充電で携帯電話の電池が消える

携帯電話をワイヤレスで充電することは非常に便利ですが、一般的なリチウムイオン電池(LIB)を使用している機器の寿命を短くする危険性がある、と研究者らは報告しています。

消費者と製造業者は、単に電話を充電ベースに直接置くことを支持して、誘導充電と呼ばれるこの便利な充電技術への関心を高め、プラグやケーブルをいじるのをやめた。

充電ステーションの標準化、および多くの新しいスマートフォンでの誘導充電コイルの採用により、このテクノロジの採用が急速に増えています。 2017では、15の自動車モデルが、スマートフォンなどの民生用電子機器を誘導充電するためのコンソールを車内に搭載することを発表し、はるかに大規模に、電気自動車のバッテリーを充電するためにそれを検討しています。

ワイヤレス充電に関する問題

誘導充電を使用すると、接続ワイヤを使用せずに電源からエアギャップにエネルギーを伝達できますが、この充電モードの主な問題の1つは、発生する可能性がある不要な有害な熱の量です。

すべての誘導充電システムに関連する発熱源がいくつかあります。充電器とデバイスの両方で充電されます。 装置と充電台とが物理的に密接しているという事実は、この追加の加熱を悪化させる。 単純な熱伝導と対流は、一方の装置で発生した熱を他方の装置に伝達する可能性があります。

スマートフォンでは、受電コイルは電話機の背面カバー(通常は電気的に非導電性)の近くにあり、実装上の制約により、電話機のバッテリとパワーエレクトロニクスを近接して配置する必要があります。または、充電器が発生する熱から携帯電話を保護します。

高温で保管するとバッテリーの寿命が早くなること、したがって高温にさらされるとバッテリーの寿命(SoH)が耐用年数にわたって大きく影響を受ける可能性があることがよく知られています。

経験則(またはより厳密にはArrhenuisの式)では、ほとんどの化学反応では、10°C(18°F)の温度上昇ごとに反応速度が2倍になります。 電池において、起こり得る反応はセルの電極上の不動態化フィルム(その下の表面を非反応性にする薄い不活性コーティング)の加速された成長速度を含む。 これは、セルの内部抵抗を不可逆的に増加させるセルの酸化還元反応によって起こり、最終的にはパフォーマンスの低下と失敗を招きます。 30°C(86°F)より上にあるリチウムイオン電池は通常高温であると考えられているため、電池の寿命が短くなる危険性があります。

電池メーカーが発行したガイドラインでは、ガスの発生や壊滅的な故障を防ぐために、自社製品の上限動作温度範囲が50-60°C(122-140°F)の範囲を超えないようにすることも指定されています。

これらの事実から、研究者は通常の充電によるワイヤ充電と誘導充電による温度上昇を比較する実験を行った。 しかし、消費者が電話を充電ベース上で位置合わせしないとき、研究者たちはさらに誘導充電に興味を持っていました。 電話機と充電器との位置合わせ不良を補償するために、誘導充電システムは一般に送信機の電力を増加させおよび/またはそれらの動作周波数を調整し、これはさらなる効率損失および熱発生を増加させる。

電話機内の受信アンテナの実際の位置は、電話機を使用する消費者にとって必ずしも直観的または明白であるとは限らないので、この位置ずれは非常に一般的な発生であり得る。 そのため、調査チームは、送信機と受信機のコイルの意図的な位置ずれによる電話の充電もテストしました。

課金方法の比較

研究者たちは、3種類の充電方法(ワイヤ式、整列誘導式、ミスアライメント誘導式)を同時に充電とサーマルイメージングでテストし、加熱効果を定量化するのに役立つ温度マップを作成しました。

従来の商用電源で充電された電話機の場合、充電の3時間以内に到達した最高平均温度は27°C(80.6°F)を超えませんでした。

対照的に、整列誘導充電で充電された電話機の場合、温度は30.5°C(86.9°F)でピークに達しましたが、充電期間の後半では徐々に低下しました。 これは、整列不良の誘導充電中に観察される最大平均温度に似ています。

位置ずれした誘導充電の場合、ピーク温度は同様の大きさであった(30.5℃(86.9°F))が、この温度に早く到達し、はるかに長くこのレベルで持続した(適切に位置合わせした充電の125分対55分)。 。

充電モードに関係なく、電話機の右端は電話機の他の領域よりも温度の上昇率が高く、充電プロセス全体を通して高いままでした。 電話のCTスキャンは、このホットスポットがマザーボードのある場所であることを示しました。

また、電話機の位置がずれているテスト(11ワット)の方が、充電ベースへの最大入力電力が(iワット)大きいということも注目に値します。 これは、装置への目標入力電力を維持するために、充電システムがずれている状態で送信機の電力を増加させるためです。

位置合わせ不良で充電中の充電ベースの最大平均温度は35.3°C(95.54°F)に達しました。これは、電話機を位置合わせしたときに検出された温度より2度高い33°C(91.4°F)を達成しました。 これは、パワーエレクトロニクスの損失や渦電流に起因する追加の発熱を伴う、システム効率の低下の兆候です。

研究者らは、超薄型コイル、より高い周波数、および最適化されたドライブエレクトロニクスを使用してコンパクトでより効率的で携帯に統合できる充電器と受信器を提供する最小限の変更で機器や電池。

結論として、研究チームは、誘導充電は便利ではあるが、携帯電話のバッテリーの寿命を縮める可能性が高いことを見出しました。 多くのユーザーにとって、この劣化は充電の利便性にとって許容できる価格かもしれませんが、彼らの電話から最長の寿命を引き出すことを望んでいるそれらのために、ケーブル充電はまだ推奨されます。

ソース: ウォリック大学

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