不正确的充电方法可能会使手机电池寿命提前耗尽

作者：UniversityofWarwick

沃里克大学的WMG研究人员发现，使用感应充电虽然非常方便，但会使手机的锂电池有耗尽寿命的风险。

消费者和手机制造商已经提高了对这种便捷充电技术的兴趣，放弃了摆弄插头和电缆，转而将手机直接设置在充电基座上。

充电站的标准化，以及在许多新智能手机中加入感应充电线圈，使得这项技术的采用迅速增加。2017年，15款车型宣布将控制台纳入智能手机等消费电子设备的感应充电车内，而且在更大的范围内，许多人正在考虑将其用于电动汽车电池的充电。

感应充电使电源能够在不使用连接线的情况下通过气隙传输能量，但这种充电模式的主要问题之一是可能产生的不必要的和潜在的破坏性热量。有几种与任何感应充电系统相关的热源——在充电器和正在充电的设备中。这种额外的加热由于装置和充电座处于紧密的物理接触而变得更糟，在一个装置中产生的任何热量都可以通过简单的热传导和对流转移到另一个装置中。

在智能手机中，电源接收线圈靠近手机的后盖（通常是不导电的），由于包装限制要求将手机的电池和电源电子设备放置在附近，从而限制了散热的机会，减少了保护手机免受产生的热量的影响。有充分的证据表明，电池在高温下储存时老化更快，因此暴露在高温下会在电池的使用寿命内显著影响电池的健康状态（SOH）。

经验法则（或者更确切地说，阿伦尼乌斯公式）表明，对于大多数化学反应，反应温度每升高10°C，反应速度就会加倍。在电池中，可能发生的反应包括在电池电极上钝化膜（一层薄的惰性涂层，使电池表面处于非活性状态）的加速生长速度。这是通过细胞氧化还原反应发生的，这种反应不可逆地增加了细胞的内阻，最终导致性能下降和失效。通常认为，高于30℃的锂离子电池已经处于高温下，会使电池面临使用寿命缩短的风险。

电池制造商发布的指导方针还规定，其产品的最高工作温度范围不应超过50℃——60°C范围，以避免气体生成和灾难性故障。

这些事实使WMG的研究人员进行了实验，比较了正常的电线充电和感应充电电池的温升。然而，当消费者将手机放在充电基座上时，WMG对感应充电更感兴趣。为了补偿手机和充电器的不良校准，感应充电系统通常会增加发射机功率和/或调整其工作频率，这会导致进一步的效率损失和增加热量产生。

这种错位现象很常见，因为使用手机的消费者并不总是能够直观或明显地看到接收天线在手机中的实际位置。因此，WMG研究小组还测试了手机充电时发射机和接收机线圈故意错位的情况。

所有三种充电方法（电线、对齐感应和未对齐感应）均通过同时充电和热成像进行测试，以生成温度图，以帮助量化加热效果。这些实验的结果发表在《美国化学学会能源快报》的一篇题为“充电锂离子电池时的温度考虑：便携式电子设备的感应充电模式与市电充电模式”的文章中。

本新闻稿中的图形说明了三种充电模式，即（a）交流电源充电（电缆充电）和线圈（b）对齐和（c）未对齐时的感应充电。面板I和面板II显示了充电模式的真实视图，以及充电50分钟后手机的热图快照。不管充电模式如何，手机的右边缘显示出比手机其他区域更高的温度升高率，并且在整个充电过程中保持较高的温度。对手机的CT扫描显示，该热点位于主板所在的位置。

1、对于使用传统电源充电的手机，充电3小时内达到的最高平均温度不超过27℃。

2、与此相反，对于通过定向感应充电的手机，温度在30.5°C时达到峰值，但在充电后半段时间内逐渐降低。这与未对准感应充电期间观察到的最高平均温度类似。

3、在感应充电未对准的情况下，峰值温度具有类似的量级（30.5°C），但该温度很快达到，并在该水平下持续更长时间（未正确对准的充电高温持续时间为125分钟，而正确对准的充电高温持续时间为55分钟）。

同样值得注意的是，在测试中，手机未对准（11W）时，充电座的最大输入功率大于对准良好的手机（9.5W）。这是由于充电系统在未对准情况下增加了发射机功率，以保持设备的目标输入功率。在未对准状态下充电时，充电座的最高平均温度达到35.3°C，比对准手机充电时检测到的温度33°C高出两度。这是系统效率下降的症状，由于电力电子损耗和涡流而产生额外的热量。

研究人员注意到，未来的感应充电在设计时可以减少这些传输损耗，可以通过使用超薄线圈、更高的频率和优化的驱动电子设备来提供更加紧凑、效率更高的充电器和接收器，只需最少的变更便可以集成到移动设备或电池中。

总之，研究小组发现，感应充电虽然方便，但可能会导致手机电池的寿命缩短。对于许多用户来说，为了方便充电，这种性能降低可能是一个可以接受的价格，但是对于那些希望从手机中延长使用寿命的用户，仍然建议使用有线充电。