أفاد باحثون أن شحن هاتفك لاسلكيًا ، رغم أنه مريح للغاية ، إلا أنه يواجه خطر استنزاف عمر الأجهزة التي تستخدم بطاريات الليثيوم أيون (LIBs) التقليدية.
عزز المستهلكون والمصنعون اهتمامهم بتكنولوجيا الشحن المريحة هذه ، والتي يطلق عليها الشحن الاستقرائي ، والتخلي عن العبث بالمكونات والكابلات لمجرد وضع الهاتف مباشرة على قاعدة شحن.
أدى توحيد محطات الشحن ، وإدراج ملفات الشحن الاستقرائي في العديد من الهواتف الذكية الجديدة إلى زيادة سريعة في اعتماد التكنولوجيا. في 2017 ، أعلنت طرز 15 للسيارات عن تضمين لوحات المفاتيح داخل المركبات لشحن الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية بشكل حثيث ، مثل الهواتف الذكية - وعلى نطاق أوسع بكثير ، يفكر الكثيرون في ذلك لشحن بطاريات السيارات الكهربائية.
مشاكل مع الشحن اللاسلكي
يتيح الشحن الاستقرائي لمصدر الطاقة نقل الطاقة عبر فجوة هوائية ، دون استخدام سلك توصيل ولكن إحدى المشكلات الرئيسية في وضع الشحن هذا هي مقدار الحرارة غير المرغوب فيها والتي قد تؤدي إلى تلفها.
هناك العديد من مصادر توليد الحرارة المرتبطة بأي نظام شحن حثي - في كل من الشاحن والجهاز شحنه. حقيقة أن الجهاز وقاعدة الشحن على اتصال جسدي وثيق يجعل هذا التسخين الإضافي أسوأ. يمكن للتوصيل الحراري والحمل البسيط نقل أي حرارة يتم توليدها في جهاز إلى آخر.
في الهاتف الذكي ، تكون ملف استقبال الطاقة بالقرب من الغطاء الخلفي للهاتف (والذي عادةً ما يكون غير موصل بالكهرباء) وتحتاج قيود التعبئة إلى وضع بطارية الهاتف وإلكترونيات الطاقة في مكان قريب ، مع فرص محدودة لتبديد الحرارة المتولدة في الهاتف ، أو حماية الهاتف من الحرارة التي يولدها الشاحن.
تم توثيقه جيدًا أن عمر البطاريات بسرعة أكبر عندما يتم تخزينها في درجات حرارة مرتفعة وأن التعرض لدرجات حرارة أعلى يمكن أن يؤثر بشكل كبير على الحالة الصحية للبطاريات على مدى عمرها المفيد.
قاعدة الإبهام (أو أكثر معادلة Arrhenuis تقنيًا) هي أنه بالنسبة لمعظم التفاعلات الكيميائية ، يتضاعف معدل التفاعل مع ارتفاع كل درجة حرارة 10 ° C (18 ° F). في البطارية ، تتضمن التفاعلات التي يمكن أن تحدث معدل النمو المتسارع للأغشية التخميلية (طبقة رقيقة خاملة تجعل السطح تحت غير نشط) على أقطاب الخلية. يحدث هذا عن طريق تفاعلات الأكسدة والاختزال ، والتي تزيد بشكل لا رجعة فيه المقاومة الداخلية للخلية ، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى تدهور الأداء والفشل. عادةً ما تعتبر بطارية ليثيوم أيون التي تسكن فوق 30 ° C (86 ° F) في درجة حرارة مرتفعة مما يعرض البطارية لخطر عمر افتراضي قصير.
تحدد المبادئ التوجيهية التي أصدرتها الشركات المصنعة للبطاريات أيضًا أن نطاق درجة الحرارة التشغيلية العليا لمنتجاتها يجب ألا يتجاوز نطاق 50 درجة مئوية (60 درجة فهرنهايت) لتجنب توليد الغاز والفشل الكارثي.
هذه الحقائق دفعت الباحثين إلى إجراء تجارب لمقارنة ارتفاع درجة الحرارة في شحن البطارية العادي بواسطة الأسلاك مع الشحن الاستقرائي. ومع ذلك ، كان الباحثون مهتمين بدرجة أكبر بالشحن الاستقرائي عندما يقوم المستهلك بتعطيل الهاتف على قاعدة الشحن. للتعويض عن المحاذاة الضعيفة للهاتف والشاحن ، تعمل أنظمة الشحن الاستقرائي عادةً على زيادة قدرة جهاز الإرسال و / أو ضبط تردد التشغيل ، مما يؤدي إلى مزيد من فقد الكفاءة وزيادة توليد الحرارة.
يمكن أن يكون عدم التوافق هذا أمرًا شائعًا للغاية لأن الموقع الفعلي لهوائي الاستقبال في الهاتف ليس دائمًا بديهيًا أو واضحًا للمستهلك الذي يستخدم الهاتف. لذلك اختبر فريق البحث أيضًا شحن الهاتف عبر اختلال متعمد في ملفات الإرسال والاستقبال.
مقارنة طرق الشحن
قام الباحثون باختبار طرق الشحن الثلاثة (الأسلاك ، الحث الاستقرائي ، الاستقرائي غير المتوازن) مع الشحن المتزامن والتصوير الحراري مع مرور الوقت لإنشاء خرائط درجة الحرارة للمساعدة في تحديد تأثيرات التدفئة.
في حالة شحن الهاتف بواسطة طاقة التيار الكهربائي التقليدية ، لم يتجاوز الحد الأقصى لمتوسط درجة الحرارة الذي تم الوصول إليه خلال ساعات 3 من الشحن 27 ° C (80.6 ° F).
في المقابل ، بالنسبة للهاتف المشحون عن طريق الشحن الاستقرائي المحاذي ، بلغت درجة الحرارة ذروتها عند 30.5 ° C (86.9 ° F) ولكنها انخفضت تدريجيًا خلال النصف الأخير من فترة الشحن. هذا يشبه الحد الأقصى لمتوسط درجة الحرارة التي لوحظت أثناء الشحن التعريفي المنحرف.
في حالة الشحن الاستقرائي غير المتوافق ، كانت درجة حرارة الذروة بنفس المقدار (30.5 ° C (86.9 ° F)) ولكن تم الوصول إلى هذه درجة الحرارة في وقت أقرب واستمرت لفترة أطول عند هذا المستوى (دقائق 125 مقابل دقائق 55 للشحن المحاذاة بشكل صحيح) .
بغض النظر عن طريقة الشحن ، أظهرت الحافة اليمنى من الهاتف ارتفاعًا في درجة الحرارة أعلى من المناطق الأخرى في الهاتف وبقيت أعلى خلال عملية الشحن. أظهر فحص بالأشعة المقطعية للهاتف أن نقطة الاتصال هذه هي المكان الذي توجد فيه اللوحة الأم.
تجدر الإشارة أيضًا إلى أن الحد الأقصى لطاقة الإدخال لقاعدة الشحن كان أكبر في الاختبار حيث كان الهاتف محاذيًا (11 واط) من الهاتف المحاذي جيدًا (i واط). ويرجع ذلك إلى أن نظام الشحن يزيد من قدرة المرسل تحت الاختلال من أجل الحفاظ على طاقة الإدخال المستهدفة للجهاز.
بلغ الحد الأقصى لمتوسط درجة الحرارة لقاعدة الشحن أثناء الشحن تحت اختلال المحاذاة 35.3 ° C (95.54 ° F) ، وهو أعلى بمقدار درجتين من درجة الحرارة التي اكتشفها الباحثون عند محاذاة الهاتف ، مما حقق 33 ° C (91.4 ° F). هذا من أعراض تدهور كفاءة النظام ، مع توليد حرارة إضافية يعزى إلى فقد إلكترونيات الطاقة وتيارات الدوامة.
يلاحظ الباحثون أن الأساليب المستقبلية لتصميم الشحن الاستقرائي يمكن أن تقلل من خسائر النقل هذه ، وبالتالي تقلل من التدفئة ، عن طريق استخدام ملفات فائقة الدقة والترددات العالية وإلكترونيات القيادة المثالية لتوفير أجهزة شحن وأجهزة استقبال مدمجة وأكثر كفاءة ويمكن دمجها في الأجهزة المحمولة الأجهزة أو البطاريات مع الحد الأدنى من التغيير.
في الختام ، وجد فريق البحث أن الشحن الاستقرائي ، على الرغم من أنه مريح ، سيؤدي على الأرجح إلى انخفاض في عمر بطارية الهاتف المحمول. بالنسبة إلى العديد من المستخدمين ، قد يكون هذا التدهور سعرًا مقبولًا لراحة الشحن ، ولكن بالنسبة لأولئك الذين يرغبون في الحصول على أطول عمر من هواتفهم ، لا يزال يوصى بشحن الكابل.
المصدر جامعة وارويك
