כיצד פועלות סוללות אייפון וכיצד אפל מנהלת את הביצועים לאורך זמן

סוללות ליתיום-יון כמו אלו שנמצאות כמעט בכל סמארטפון וטאבלט הן כורי כוח הומוגניים לא קטנים ובלתי ניתנים להריסה. AppleInsider מתעמק בקצרה במבנה ובכימיה שלהם, ודנה כיצד פועלת סוללה ישנה לא רק נגד יצרני מכשירים, אלא גם נגד המשתמשים עצמם.

סוללה היא תהליך פיזיקלי וכימי, ואינה נצחית

ראשית, קצת מדע 101.

כל סוללה אוגרת אנרגיה חשמלית בצורה של אנרגיה כימית, ויכולה להמיר את האנרגיה הזו לחשמל. סוללה דורשת אנודה וקתודה, מופרדים על ידי אלקטרוליט המאפשר זרימת מטען חשמלי בין הקתודה לאנודה.

כאשר הסוללה מועמסת, האנודה משחררת אלקטרונים למסוף השלילי ויונים באלקטרוליט באמצעות תגובת חמצון. הקתודה מקבלת אלקטרונים אלה, ומשלימה את המעגל לזרימת אלקטרונים.

זהו סוף הסיפור עבור סוללות שאינן נטענות. עם זאת, ניתן להטעין סוללות ליתיום-יון. לכן, כאשר הזרם מופעל כהלכה, זרימת האלקטרונים מתרחשת הפוך, ומטעינה את הסוללה.

זו לא תגובה ליניארית - המכונה גם "סוללה אידיאלית". הקיבולת הכוללת של סוללה נמדדת במיליאמפר-שעות עבור מכשירים ניידים ואורך החיים הכולל כולל מחזורי טעינה/פריקה מוגבלים על ידי בחירות הנדסיות שנעשו על ידי יצרני המכשיר כולל מעגלי טעינה ותוכנה, בתוספת נפח פיזי של מגיבים.

ככל שהסוללה גדולה יותר מבחינה פיזית, הקיבולת גבוהה יותר והעקומה שטוחה יותר, וירידה במתח היא פחות בולטת כאשר טעינת הסוללה נמוכה. בהתחשב בתקלת הסוללה הנוכחית, זו הסיבה שמכשירי האייפון בגודל פלוס מושפעים פחות מהאטות, ומדוע נראה שהאייפד בכלל לא - סוללות גדולות יותר פיזית.

ככל שהטעינה והפריקה של התא יהיו טובים ומווסתים יותר, כך הסוללה תחיה יותר זמן. ככל שהסוללה תסבול יותר תנועות טמפרטורות, כמו השארתה במכונית חמה, או בחוץ בטמפרטורות קפואות, כך יקצר חיי המצבר.

ניתן לשרטט את מתח המוצא של כל סוללה נתונה במהלך מחזור פריקה על פני אחוז טעינה.

עם זאת, המגיבים אינם נצחיים. במקרה של סוללת ליתיום-יון, "שפם מתכת" יכול להיווצר בתא, לקצר חלקים פגועים של תא הסוללה ולצמצם את הכוח הזמין. בסופו של דבר, היווצרות שפם, יחד עם דלדול מגיבים, מובילה לסוללה מתה לחלוטין מתת-מתח וחמצון בלתי הפיך.

השיפוע של גרף מתח המוצא משתנה

"עקומת" המתח והשיפוע משתנים במידה רבה בהתבסס על מספר גורמים. בלאי הסוללה מכווץ את הציר האופקי. ברור שדרישת החשמל של המכשיר מקטינה את משך הזמן שלוקח להתקדם לאורך העקומה בכל טעינה נתונה.

נזק לתא מהסביבה, ציוד טעינה פגום המספק מתח גבוה מהמותר או בעיות אחרות מגבירים לצמיתות את תלילות מפל המתח בזמן השימוש בסוללה. גם לטמפרטורת ההפעלה יש עלייה זמנית בתלילות, כאשר טמפרטורה נמוכה משפיעה יותר על הקיבולת מאשר גבוהה.

סוללה "מתה", ממש לא

זה שהסוללה שלך "מתה" לא אומר שאין לה כוח מאוחסן. עדות לכך היא שאפל מקפיצה גרפיקה של "תקע" כשאתה מנסה להפעיל טלפון עם סוללה ריקה.

במקרה של סוללת ליתיום-יון, הסוללה חייבת להיות בעלת קיבולת של יותר מ-2V, אחרת האלקטרודה מתחילה להתחמצן. זה קורה די מהר ולא ניתן להחזיר אותו על ידי טעינה מחדש. זו הסיבה שסוללת ליתיום-יון שנותרה לא פעילה לפרק זמן מתה בסופו של דבר לחלוטין, או שאין לה כמעט קיבולת.

ככל הנראה, הדיווחים על כיבוי ה-Samsung Note 8 ולא חוזר לחייםלאחר סוללה שהתרוקנה הם בגלל שהמכשיר נמוך מהמתח שהוא יכול להניע את מעגלי הטעינה, ולא נזק קבוע לסוללה.

יצרני מכשירים, והעקומה

מבלי להתעמק יותר מדי בייצור סוללות, יצרני המכשירים צריכים לעשות בחירות על סמך עקומת הביצועים. קיבולת הסוללה ומתח המוצא הם שני דברים שונים שיש לקחת בחשבון, שלא לומר על גורמי בטיחות.

לכל מכשיר יש מתח קריטי, ובשלב זה הוא לא יישאר פעיל, עלול לאבד נתונים או לקרוס לחלוטין. המתח הקריטי הוא אוניברסלי, משתנה ממכשיר למכשיר, ואינו ישים רק לאפל.

בפשטות רבה, היצרנים צריכים להסתכל על עקומת ביצועי הסוללה, ולבחור נקודה שבגינה הם עושים בחירות הנדסיות. אם הם מחמיצים את הניחוש שלהם, אז כשהסוללה של מכשיר מזדקנת כימית, היא תכבה. כן, זה קורה במכשירי אנדרואיד - כאשר ה-Nexus 6P מספטמבר 2015 מושפע כעת מהבעיה - ואין תיקון תוכנה למניעת הכיבוי באופק.

אם סוללת ליתיום-יון נפגעת עקב טעינת יתר, התחממות יתר, נזק או פשוט הזדקנות, התאים הפנימיים עלולים "להוציא" את תערובת האלקטרוליטים הדליקים הכלולה. קרום סוללה לא פגום יימתח ויתנפח כדי להכיל את החומר הזה במידה מסוימת, אבל בשלב מסוים הממברנה תקרע בצורה נפיצה - כמוהוכח באופן מעשיעל ידי השריפות שנגרמו על ידי ה-Galaxy Note 7 ב-2016.

איך הגענו לכאן

מעבדים ניידים אינם צורכים כמות מוגדרת של חשמל. הם מושכים יותר וולט תלוי כמה קשה הם עובדים.

יישומי Benchmarking נועדו להפעיל מעבד כל עוד הוא יכול, כמה שהוא יכול להשלים חישוב, או לבצע סדרה שלהם בפרק זמן מוגדר. זה תמיד יפעיל כל שגרת הפחתת שעון הקשורה למתח כאשר המעבד נפגע על ידי הבדיקה - וכך התגלתה השיטה הספציפית של אפל לתיקון בעיית הכיבוי האקראי במצב מוגבל במתחראשון ב- Reddit, ולאחר מכן על ידיאוצר Geekbench, ג'ון פול.

לא ברור כמה משתמשים באמת חוו או שמו לב להאטות, אבל ההשבתות האקראיות לפני iOS 10.2.1 בהחלט היו מורגשות. לדברי אפל, ההאטות אינן קבועות, ומופעלות רק כשהמצב דורש זאת. סוללה שהתרוקנה פחות מבחינה כימית תוריד את השעון בתדירות נמוכה יותר, ומשתמש שלא דוחף את המכשיר בחוזקה עלול לא לראות אותה לעולם, אפילו עם סוללה כמעט שהתרוקנה.

ישנם שני מצבים שונים סביב הסוללות של אפל באייפון 6s, והם לא קשורים. הראשון הוא תוכנית החלפת הסוללה שאפל ביצעה עבור אצווה של סוללות המותקנות ביחידות נבחרות של אייפון 6s. במקרה זה, הסוללה הייתהבעיות ייצור ידועות, ואפל החליפה אותם ללא תשלום לבעלי טווח המספרים הסידוריים שנפגעו.

השני הוא תיקון הכיבוי שיישם בפברואר 2017 עם ה-שחרור של iOS 10.2.1. מה שזה עשה היה להנמיך זמנית את המעבד בטלפון, כדי לשמור על דרישת המתח של המכשיר פחות מהמתח הקריטי שבו הטלפון יכבה לכאורה באקראי. ה-iOS 10.2.1 מתבלבל לעתים קרובות עם אצווה הסוללות שנזכרה עבור ה-iPhone 6s, כאשר במציאות, אין להן שום דבר במשותף.

כדי לתקן את הבעיה, אפל הייתה פחות שקופה ממה שהייתה צריכה להיות, אולי, בהערות השחרור הקצרות מאוד שלה ואמרה שהיא תיקנה את בעיית הכיבוי האקראי. ה-Nexus 6P הנ"ל שנראה שיש לו את אותה בעיית מתח נמוך כנראה לא יקבל תיקון שמונע את התרסקות האקראיות.

אבל, לא משנה כמה כסף אפל מרוויחה, היא לא יכולה לחמוק מחוקי הפיזיקה, וגם לא מהמציאות של הכימיה.