Crédito:Universidad de Warwick
Los investigadores de WMG en la Universidad de Warwick han descubierto que el uso de carga inductiva, aunque muy conveniente, Riesgos de agotar la vida útil de los teléfonos móviles que utilizan las LIB (baterías de iones de litio) típicas
Los consumidores y fabricantes han aumentado su interés en esta conveniente tecnología de carga, dejar de jugar con enchufes y cables a favor de simplemente colocar el teléfono directamente en una base de carga.
Estandarización de estaciones de carga, y la inclusión de bobinas de carga inductiva en muchos teléfonos inteligentes nuevos ha llevado a un rápido aumento de la adopción de la tecnología. En 2017, 15 modelos de automóviles anunciaron la inclusión de consolas dentro de los vehículos para cargar inductivamente dispositivos electrónicos de consumo, como los teléfonos inteligentes, y a una escala mucho mayor, muchos lo están considerando para cargar baterías de vehículos eléctricos.
La carga inductiva permite que una fuente de energía transmita energía a través de un espacio de aire, sin el uso de un cable de conexión, pero uno de los principales problemas con este modo de carga es la cantidad de calor no deseado y potencialmente dañino que se puede generar. Hay varias fuentes de generación de calor asociadas con cualquier sistema de carga inductiva, tanto en el cargador como en el dispositivo que se está cargando. Este calentamiento adicional se ve agravado por el hecho de que el dispositivo y la base de carga están en estrecho contacto físico, cualquier calor generado en un dispositivo se puede transferir al otro por simple conducción térmica y convección.
En un teléfono inteligente la bobina receptora de energía está cerca de la cubierta posterior del teléfono (que generalmente no es conductora de electricidad) y las restricciones de empaque requieren la colocación de la batería del teléfono y la electrónica de potencia muy cerca, con oportunidades limitadas para disipar el calor generado en el teléfono, o proteja el teléfono del calor generado por el cargador. Está bien documentado que las baterías envejecen más rápidamente cuando se almacenan a temperaturas elevadas y que, por lo tanto, la exposición a temperaturas más altas puede influir significativamente en el estado de salud (SoH) de las baterías a lo largo de su vida útil.
La regla general (o más técnicamente la ecuación de Arrhenuis) es que para la mayoría de las reacciones químicas, la velocidad de reacción se duplica con cada 10 ° C de aumento de temperatura. En una batería las reacciones que pueden ocurrir incluyen la tasa de crecimiento acelerada de las películas pasivantes (una fina capa inerte que hace que la superficie inferior no reaccione) en los electrodos de la celda. Esto ocurre por medio de reacciones redox celulares, que aumentan irreversiblemente la resistencia interna de la celda, en última instancia, lo que resulta en una degradación del rendimiento y fallas. Por lo general, se considera que una batería de iones de litio que permanece por encima de los 30 ° C está a una temperatura elevada, lo que expone a la batería al riesgo de una vida útil más corta.
Las pautas emitidas por los fabricantes de baterías también especifican que el rango superior de temperatura operativa de sus productos no debe superar el rango de 50 a 60 ° C para evitar la generación de gas y fallas catastróficas.
Estos hechos llevaron a los investigadores de WMG a realizar experimentos comparando los aumentos de temperatura en la carga normal de la batería por cable con la carga inductiva. Sin embargo, los WMG estaban aún más interesados en la carga inductiva cuando el consumidor desalinea el teléfono en la base de carga. Para compensar la mala alineación del teléfono y el cargador, Los sistemas de carga inductiva normalmente aumentan la potencia del transmisor y / o ajustan su frecuencia de funcionamiento. lo que incurre en mayores pérdidas de eficiencia y aumenta la generación de calor.
Esta desalineación puede ser una ocurrencia muy común ya que la posición real de la antena receptora en el teléfono no siempre es intuitiva u obvia para el consumidor que usa el teléfono. Por lo tanto, el equipo de investigación de WMG también probó la carga de teléfonos con una desalineación deliberada de las bobinas del transmisor y el receptor.
Los tres métodos de carga (cable, inductivo alineado e inductivo desalineado) se probaron con carga simultánea e imágenes térmicas a lo largo del tiempo para generar mapas de temperatura para ayudar a cuantificar los efectos del calentamiento. Los resultados de esos experimentos se han publicado en la revista ACS Energy Letters en un artículo titulado "Consideraciones de temperatura para cargar baterías de iones de litio:modos de carga inductiva frente a modos de carga de red para dispositivos electrónicos portátiles".
Los gráficos de este comunicado de prensa ilustran tres modos de carga, basado en (a) carga de la red de CA (carga por cable) y carga inductiva cuando las bobinas están (b) alineadas y (c) desalineadas. Los paneles i y ii muestran una vista realista de los modos de carga con una instantánea de los mapas térmicos del teléfono después de 50 min de carga. Independientemente del modo de carga, el borde derecho del teléfono mostró una tasa de aumento de temperatura más alta que otras áreas del teléfono y permaneció más alta durante todo el proceso de carga. Una tomografía computarizada del teléfono mostró que este punto de acceso es donde se encuentra la placa base.
También cabe destacar el hecho de que la potencia máxima de entrada a la base de carga fue mayor en la prueba en la que el teléfono estaba desalineado (11 W) que el teléfono bien alineado (9,5 W). Esto se debe a que el sistema de carga aumenta la potencia del transmisor en caso de desalineación para mantener la potencia de entrada objetivo al dispositivo. La temperatura media máxima de la base de carga durante la carga con desalineación alcanzó los 35,3 ° C, dos grados más alta que la temperatura detectada cuando el teléfono estaba alineado, que alcanzó 33 ° C. Esto es sintomático de deterioro en la eficiencia del sistema, con generación de calor adicional atribuible a pérdidas de la electrónica de potencia y corrientes parásitas.
Los investigadores señalan que los enfoques futuros del diseño de carga inductiva pueden disminuir estas pérdidas de transferencia, y así reducir el calentamiento, mediante el uso de bobinas ultrafinas, frecuencias más altas, y electrónica de accionamiento optimizada para proporcionar cargadores y receptores que son compactos y más eficientes y pueden integrarse en dispositivos móviles o baterías con un cambio mínimo.
En conclusión, el equipo de investigación descubrió que la carga inductiva, aunque conveniente, probablemente dará lugar a una reducción de la vida útil de la batería del teléfono móvil. Para muchos usuarios, esta degradación puede ser un precio aceptable para la conveniencia de cargar, pero para aquellos que deseen ganarse la vida más larga de su teléfono, todavía se recomienda la carga por cable.
