iPhone 电池的工作原理以及如何管理其健康状况

您的iPhone使用的锂离子电池会随着时间的推移而退化,但没有理由担心新设备的电池健康状况。以下是您需要了解的有关 iPhone 电池的信息。

电池并不是为你的 iPhone 供电的神秘黑匣子,事实上,与它们供电的先进硅相比,它们是非常简单的产品。电池的物理性质意味着它们最终会随着时间的推移而磨损并变得不那么有用,但设备所有者无需担心。

了解一点电池背后的科学知识可以大大有助于智能管理设备的使用寿命。围绕 iPhone计划报废和预期升级周期有关的争议很容易被认为是夸张而被忽略,只需稍加了解即可。

锂离子电池基础知识

电池由阳极 (+) 和阴极 (-) 组成,由通常易燃的电解质隔开。当设备从电池中获取电力时,带电的锂离子通过电解质从阳极移动到阴极,释放电子。

这些释放的电子为设备供电并返回阴极,形成一个完整的电路。给设备充电时会发生相反的情况——电子进入阳极并移动到阴极。

不用太技术化,这两种化学反应是不完美的,会给电池带来热量损失和磨损。锂材料会慢慢耗尽,氧化会减少可用表面积,并且细丝会从电池板中生长出来。所有这些都会导致电池退化并最终耗尽电池。

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薄手机意味着更小的电池,电池会更快耗尽

用户无法完全停止此过程。就像用汽油给汽车加油一样,它最终会用完。但是,耗尽锂电池需要花费大量时间,并且可以通过用户和软件行为在一定程度上缓解。

因此,当一部新 iPhone 的电池额定值为 100% 时,它在充满电后具有所有额定毫安小时的电量。这也意味着电池可以在峰值电流消耗时为 CPU 提供足够的电力而不会出现问题。

苹果表示,其电池的设计目的是在 500 次完整的充电周期内保持高达 80% 的原始容量。充电周期定义为电池完全耗尽至零,然后完全充电至 100%。

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顶部:快速充电周期解释。底部:充电周期说明。图片来源:苹果

这种预期的电池寿命可能因用户而异。在正常使用的头两年,预计普通用户的电池健康状况将保持在 80% 以上。

其他经常使用 iPhone 并且每天多次将设备从几乎没电到 100% 充电的人会发现他们的电池性能下降得更快。

最终,一旦电池电量降到其原始容量的 80% 以下,操作系统内的保护措施就会启动,以确保设备不会意外关闭。通过在 Apple 授权服务提供商处更换电池可以避免这种节流。

iPhone 首次限制处理器以防止关机后,电池设置中将出现一个新的切换。这使用户能够关闭节流功能并允许处理器汲取全部电流。

但是,一旦电流消耗超过电池可以提供的电流,设备就会关闭。关闭节流功能是非常不可取的,这可能会导致电池损坏。

退化的电池

在 2017 年的 iOS 10.2.1 之前,iPhone 并没有做太多的工作来解决其软件中的电池老化问题。然而,一场完美的环境风暴让苹果为用户抱怨旧设备意外关机做好了准备。

最近的设备拥有更强大的处理器、更薄的设计和更亮的显示屏。这些因素导致容量更小、容量更低的电池死得更快。较小的电池也意味着较低的峰值电压,这意味着老化的电池会更快地低于峰值额定电压。

这些因素加上购买 iPhone 的人比以往任何时候都多,然后将它们保存的时间比预期的要长,这导致更多关于电池耗尽的报道。请注意,由于电池容量更大,“Plus”型号和 iPad 不会遇到关机问题。

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锂离子不能在较低的电荷下提供峰值电压,随着年龄的增长会变得更糟

iPhone 6、iPhone 6s 和 iPhone SE 的用户报告了间歇性关机。用户抱怨该设备会显示 30% 或更多的电池电量,然后突然关闭,好像电池没电了。

发生这种情况是因为这些设备的电池已经耗尽,以至于在 CPU 消耗峰值期间无法再提供峰值功率。由于没有其他保护措施,iPhone 会感应到 CPU 功耗超过可用电流,然后关闭以保护电池。

iOS 10.2.1和后续更新创建了根据设备的剩余电池健康状况限制 CPU 的安全措施。健康状况超过 80% 的新电池永远不会遇到这种 CPU 节流功能。

直到关于停工的广泛报道开始,苹果才考虑到它的需求。

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由于电池老化,iPhone 6 和 iPhone SE 意外关机

Apple 从未公开宣布电池保护措施,相反,它在软件更新中包含了一个脚注并将其保留。用户后来开始注意到他们的设备速度变慢,并将其归咎于计划过时和其他阴谋,直到苹果发表声明。

诉讼开始,Apple 就该功能公开道歉,称它始终是为了让设备使用寿命更长,而不是强迫用户提前升级。从 iPhone X 开始的新 iPhone 也有更大的电池,这意味着电池需要更长的时间才能降低超过峰值电流消耗。

CPU 节流功能可保护电池免受电流过度消耗,这可能导致热事件甚至火灾。尽管某些 YouTube 用户可能会告诉您,但它并不是旨在阻止用户升级手机的功能。

管理您的电池健康不需要是一项全职工作

关于电池保护以及用户应该如何为他们的设备充电有很多讨论。有人说要避免任何形式的无线充电以获得最佳的电池健康,但这还不是全部

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大量的无线充电器让我们的 iPhone 不断充电,没关系

电池化学成分受热量、充电速度和环境的影响。在一个理想的世界里,如果室温保持在 65 度,iPhone 仅通过电线以大约 10W 的功率从大约 20% 到大约 80% 充电,处理器永远不会充电,那么一个人可以达到的最长电池保质期是使用过程中变热。

出于多种原因,即使不是不可能,这种奇幻的场景也是不切实际的。除此之外,电池健康的理论收益永远不会等同于最大化电池寿命所涉及的工作。

因此,Apple 已经实施了几种用户不可见的工具,以确保在实际可行的情况下延长电池健康。例如,专用电源管理处理器可确保在任何给定时刻控制功耗以实现最佳充电速率。

iPhone 还会学习你的充电习惯,并据此调整设备的充电方式。因此,一旦插入,它可能会快速充电至 80%,但它会保持电池为涓流充电,直到接近您的每日唤醒时间,然后再将电池充电至 100%。

这些内置系统有助于保持 iPhone 电池的安全,并且可以比人工干预更有效地运行。因此,用户只需要决定如何为 iPhone 充电以及何时充电,剩下的就交给电源管理软件了。

选择充电方式:有线与无线

您的 iPhone 可以通过 Lightning 数据线、MagSafe puck 和 Qi 无线充电板充电。这三种方法各有优缺点。

iPhone的有线充电

有线充电是为您的设备供电的最快、最有效的方式。例如,iPhone 13 的最高功率约为 22 瓦,而iPhone 13 Pro Max甚至可以在 27 瓦左右的情况下持续充电半小时。

当使用支持 Power Delivery 的 18W 或更大功率的适配器时,iPhone 开始“快速充电”。此功能可以让任何 iPhone 8 或更新机型在大约 30 分钟内达到 50% 的容量。iPhone 12及更新机型需要 20W 或更大功率的充电适配器进行快速充电

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这款 65W 适配器具有高功率,可为两部连接的 iPhone 快速充电

有线连接是最有效的,因为电导体是物理接触的。电力以最高效率和最小热损失通过导线通过导电表面传输。

然而,更快的充电意味着更多的热量、更多的热量损失和更低的整体效率。严重依赖快速充电的用户会更快地降低电池电量。

壁式充电器以更少的钱获得更高的瓦数,尤其是在引入 GaN 之后。因此,iPhone 很有可能更频繁地连接到快速充电器。

即使连接到快速充电器,iPhone 也会管理充电速率,因此电池不会一直以满功率猛冲。但是,快速充电是一种工具,因此仅在必要时使用。稍后我们将介绍收费最佳实践。

便利性总是会牺牲某些方面,在这种情况下,更快的充电意味着更快地耗尽电极。便利因素也适用于无线充电。

iPhone 的无线 Qi 和 MagSafe 充电

无线充电是一种非常方便的充电方式,用户可以将 iPhone 放在表面上开始充电。MagSafe 更进一步,将 iPhone 固定在磁铁上并提高充电速度和效率。

无线充电使用由一个小气隙隔开的线圈将电力从一组线圈传输到另一组线圈。线圈彼此越靠近,效率和速度就会提高,这就是 MagSafe 的磁对准使事情变得更加高效的原因。

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MagSafe 是一种更高效的无线充电形式

iPhone 可在无线充电板上以高达 7.5W 的功率充电,而 MagSafe 可实现高达 15W 的功率。标准的 Qi 无线充电不仅速度较慢,而且效率低得多,并且在某些情况下比 MagSafe 更能加热 iPhone。

线圈之间的气隙,无论多么小,都会造成严重的效率问题。当电流通过充电线圈时,它会产生一个磁场,该磁场与 iPhone 中的线圈相互作用,为电池充电。该磁场是固有的低效率,因为大部分磁场都因空气而流失。

盘绕的电线紧紧地缠绕在一起,电流通过它会变得非常热,因此无线充电板往往是温暖的表面。iPhone 中的线圈在电力传输过程中也会发热,从而引入了另一个热源。总体而言,无线充电是一个非常温暖的过程,可以长期影响电池化学。

由于对齐不良和制造商倾向于使用更便宜的零件,Qi 充电器加剧了这些问题。仅仅因为 iPhone 放在 Qi 充电器上就开始充电并不意味着线圈完全对齐,这会增加能量热损失并降低充电速度。正如我们已经讨论过的,更多的热量意味着电池会更快地退化。

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MagSafe 是一种更高效的无线充电形式

MagSafe 通过对材料制定更高的标准以及磁对准来帮助缓解其中的一些问题。一些充电器利用 MagSafe 磁铁,同时仅提供 Qi 7.5W 充电速度,这是一种不错的媒介。但是,客户应尽可能寻找真正的 15W MagSafe 充电器,以确保最佳充电体验和效率。

请注意,不可否认,MagSafe 充电器的效率仍然不是很高,要实现 15W 无线充电,用户必须拥有20W 电源适配器才能供电。没有适当规格的电源适配器只能以 7.5W 的功率为 iPhone 充电。

iPhone 将调整充电速度以管理热量,甚至在 80% 过热时停止无线充电。在凉爽的环境中使用无线充电可确保最佳性能。

充电最佳实践

为 iPhone 充电的最重要规则是提前计划。将充电器放在您需要的地方,了解它们的额定用途,并知道何时最好使用它们。除了初始设置之外,这种理解水平不需要太多时间或精力。

随着时间的推移,您的电池会化学耗尽,这是无法避免的。平均而言,根据上述因素,iPhone 用户每年的电池健康状况有望提高 10% 左右。

可调节的是电池损坏率。尽最大努力做到这一点的最佳方法是信任电池管理软件并使用一些基本的最佳实践

例如,不要将 iPhone 放在阳光直射的地方,或者在使用汽车通风口支架时不要让热量完全爆炸。夏天千万不要把你的 iPhone 留在车里,绝对不要让它远离热的表面。

防止您的 iPhone 电池完全耗尽,但也要尽量避免不必要的充电。如果您要离开几个小时,将您的 iPhone 插入快速充电器是在准备就绪时为电池充电的好方法。

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无论您如何管理充电,电池健康状况都会随着时间的推移而下降

隔夜充电也非常安全,因为 iPhone 会根据您通常的睡眠时间表来管理充电速率。床边小于 18W 的有线充电器将确保最佳的电池健康,但 MagSafe 或 Qi 夜间充电也不会过于有害。

如果您真的担心电池健康,请优先考虑有线慢速充电,然后是快速充电,然后是 MagSafe,并可能避免或尽量减少 Qi 充电。当然,所有可用的充电方法都是安全的,它们可能会导致在预期的两年窗口前一两个月需要更换新电池。

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