Battery Capacity ใน iPhone

เพื่อตอบคำถามว่า ทำไม iPhone รุ่นใกล้เคียงกัน และซื้อในช่วงเวลาไล่เลี่ยกัน จึงมีความคงทนการทำงานของเครื่องที่ Peak Performance Capability ใน Battery Health ที่สถานะ Maximum Capacity ลดลงจาก 100% ได้แตกต่างกัน  เมื่อใช้งานผ่านไปในระยะเวลาสั้นๆ

ปัจจัยที่มีผล แยกได้ออกเป็น 2 ส่วน คือ จากผู้ผลิต (Apple) และลักษณะการใช้งานของผู้ใช้ (individual)

 

ข้อมูลพื้นฐาน

 

IMG_8957

 

 

— 11 Pro Max  3969 mAh 3.79 V 15.04 Wh

— 11 Pro 3046 mAh 3.83 V 11.67 Wh

—  11  3110 mAh 3.83 V 11.91 Wh

(หน่วย mAh และ Wh คือหน่วยวัดความจุแบตเตอรี่เหมือนกัน แต่ Wh จะทำให้เข้าใจการใช้พลังงานได้ง่ายกว่า

ยกตัวอย่าง iPhone 11 Pro Max ที่มีความจุแบต = 3969 mAh ที่ความต่างศักย์ battery cell ของ Li-ion 3.79 V จะ = (3696×3.79)/1000 ((หน่วย AxV=W)xh)  = 15.04251 Wh)

 

 

1. ปัจจัยจาก Apple

— Apple บอกว่า การชาร์จ 1 full cycle —> Battery Capacity จะลดลงเหลือ = 100 – (20/500) = 99.96% (ลดลง 0.04%)

หรือ ต้องชาร์จ full cycle 25 รอบ  Battery Capacity จึงจะแสดงผล = 99% (คือลดลงไป 1%)

IMG_8958

แต่ในความเป็นจริง ค่า full cycle ของแบตชนิด Li-ion ที่ทำให้ Battery Capacity ลดลงอาจไม่ใช่ที่ 0.04% / 1 full cycle แต่อาจแปรผันได้ถึงการลดลงไป 0.06%/ 1 full cycle (คือที่ 300 full cycle ก่อนที่ Battery Capacity จะลดลงเหลือ 80%)

IMG_8951

ปัจจัยจากผู้ผลิตข้อนี้คือ มักจะเลือกบอกค่าที่ดีที่สุดของ Battery ของตัวเอง (ในที่นี้ 300-500 full cycle ค่า Battery Capacity จึงจะลดลง 20% แต่ Apple เลือกบอกที่ตัวเลข 500 full cycle ที่ Battery Capacity 80%)

IMG_8959

และยิ่งไปกว่านั้น สิ่งที่ต้องทำความเข้าใจคือ อายุของ iPhone จะไม่เท่ากับอายุของ Battery Li-ion ในตัวเครื่อง เพราะ อายุของ Battery จะมากกว่าอายุเครื่องเสมอ (คือ ต้องทำ Battery ให้เสร็จเรียบร้อย เหมือนส่วนประกอบชิ้นนึงก่อน แล้วจึงนำมาประกอบในเครื่อง)

ดังนั้น lot ของ iPhone และ lot ของ Battery จึงไม่จำเป็นต้องสัมพันธ์กันเป๊ะ

นั่นคือ iPhone ที่ผลิตใน lot เดียวกัน อาจได้รับ Battery ที่ทำและเก็บไว้ในเวลาแตกต่างกัน (Shelf life ต่างกัน) แต่เนื่องจาก Battery Li-ion ทำงานโดยการเกิด chemical reaction บนขั้ว Anode และ Cathode

คือ ขณะใช้งานเครื่อง แบตจะ discharge ประจุ Li ion จะวิ่งจาก Anode(-) ไป Cathode(+) และในขณะเสียบชาร์จแบต กระแสไฟฟ้าจากภายนอกจะ force ให้เกิดการวิ่งของ Li ion ในทิศทางตรงกันข้าม (+——->-)

การทำงานของปฏิกิริยาจึงเริ่มต้นตลอดเวลานับตั้งแต่ผลิต Battery เสร็จ  ขบวนการ Aging ของแบตเตอรี่จึงเกิดขึ้นก่อน Aging ของ iPhone เสมอ

แม้ผู้ใช้แต่ละคนเริ่ม Unbox เครื่องในเวลาเดียวกัน  ได้อายุของ iPhone เริ่มต้นที่เวลาเท่ากัน แต่อายุของ battery จะเริ่มนับตั้งแต่การผลิตแบตเสร็จ และถูก activate แบตครั้งแรกเมื่อประกอบเครื่องเสร็จ ในขั้นตอนของการ flash ROM ตั้งแต่โรงงานผลิต (การกระตุ้นแบตครั้งแรก ไม่ได้ทำโดยผู้ใช้ในขั้นตอนการ activate เครื่อง เมื่อเปิดเครื่องครั้งแรก)

นั่นคือ อายุของแบตจะเริ่มนับก่อน ตั้งแต่เครื่องนอนอยู่ในกล่อง ก่อนส่งถึงมือของผู้ใช้แล้วนั่นเอง (Depending upon the length of time between when the iPhone was made and when it is activated, your battery capacity may show as slightly less than 100%)

ผู้ใช้ที่มีพฤติกรรมการใช้งานใกล้เคียงกัน จึงมีการลดลงของ Battery Capacity ได้แตกต่างกัน หลังการใช้งานในช่วงเวลาที่เท่ากัน หรือ พูดอีกอย่าง ผู้ใช้ที่มีพฤติกรรมการใช้ต่างกัน เช่น ใช้งานมาก vs ใช้งานน้อย, ชาร์จข้ามคืน หรือ ชาร์จเมื่อแบตเกือบหมด vs ชาร์จแบบไม่เคยให้แบตหมด ก็อาจได้ค่า Battery Capacity เท่ากันได้เช่นกัน เพราะไม่มีใครสามารถรู้อายุแบตเตอรี่ที่แท้จริงจากเครื่องที่อยู่ในมือคนแต่ละคนได้เลย (นอกจากการแกะเครื่องแล้วนำแบตมาทดสอบ)

IMG_8968

 

2.ปัจจัยจากผู้ใช้

เพราะผู้ใช้แต่ละคนมี life style การใช้งาน iPhone ที่ต่างกัน—> มีความต่างของการชาร์จทั้งช่วงเวลาที่เริ่มและถอดสายชาร์จ, ความจุตอนเริ่มต้นชาร์จจนถึงความจุตอนถอดสายชาร์จ, อุณหภูมิขณะชาร์จ ฯลฯ

หนึ่งในพฤติกรรมที่มีผลโดยตรงและแตกต่างกับในผู้ใช้ คือ

ค่า DoD (Depth of Discharge)

100% DoD = 1 full cycle charge  คือ เริ่มใช้เครื่องตั้งแต่แบตเต็ม 100% จนแบตเหลือ 0% แล้วเสียบสายชาร์จจนแบตเต็มถึง 100%

10% DOD คือ เริ่มใช้เครื่องตั้งแต่แบตเต็ม 100% จนแบตเหลือ 90% แล้วเสียบชารจ์ใหม่จนแบตเต็ม 100% หรือ เริ่มใช้เครื่องตั้งแต่ชาร์จแบตถึง 80% แล้วถอดสายใช้งานจนถึง 70% แล้วเสียบชาร์จใหม่ ทั้ง 2 กรณีนี้ DoD เท่ากัน คือ 10%

จากตารางด้านล่าง พบว่า ยิ่ง DoD น้อย จะลดความเครียดของแบต ทำให้มี cycle ของการใช้งานได้มากกว่าที่ค่า DoD สูง  —-> คือ ชาร์จบ่อยๆ ดีกว่าปล่อยให้แบตลดมากๆ แล้วค่อยชาร์จ

(คำว่า Depth of Discharge (DoD) และ SoC (State of charge) เป็นคำๆเดียวกัน ที่ใช้เรียก สถานะของแบตในช่วงเวลาหนึ่งๆ  แต่มีความหมายตรงข้ามกัน กล่าวคือ หน่วยของ DoD และ SoC เป็น %  เหมือนกัน

ในขณะที่แบตเต็ม 100%  สถานะของ SoC = 100%, DoD = 0%

และขณะที่แบตหมดเหลือ 0% สถานะของ SoC = 0%, DoD = 100%

โดยเราจะมักใช้เทอม SoC เมื่อพูดถึงแบตเมื่อชาร์จก่อนใช้งาน และใช้ DoD ในการพูดถึงหลังใช้งานจบแล้วเข้าสู่สถานะที่ต้องชาร์จกลับอีกครั้ง เพื่อให้เข้าใจได้ดีขึ้น)

IMG_8960

ลองดูกราฟด้านล่าง

–เส้นสีส้มคือ การชาร์จจนถึง 75% แล้วใช้งานจนลงถึง 65% (DoD = 10%) แล้วชาร์จใหม่จนถึง 75% แล้วถอดสายชาร์จ จากนั้นใช้งานจนถึง 65% แล้วทำแบบนี้ต่อ  จะพบว่า จำนวน cycle ที่ใช้งานได้จะสูงที่สุดเมื่อเทียบกับเส้นสีดำ (ที่อยู่ต่ำสุด) คือ พฤติกรรมที่ชาร์จจนเต็ม 100% แล้วใช้งานจนถึง 25% แล้วเริ่มชาร์จใหม่ทีเดียวจนเต็ม 100% (DoD = 75%)

IMG_8962

รูปด้านล่างคือ คล้ายๆ กัน แต่ทำให้เป็นรูป Linear  เพื่อให้มองเห็นภาพง่าย ยืนยันว่า

ที่ DoD น้อยกว่า (75%-25%–> DoD = 50%) ให้ cycle ของการใช้งานมากที่สุด

ขณะที่การชาร์จจนเต็ม 100% มีโอกาสเพิ่ม DoD ได้มากกว่า และยิ่งใช้จนแบตลดลงมาก เช่นในกราฟเส้นสีดำ แบตเหลือ 25% ตรงนี้ถ้าเราเริ่มชาร์จใหม่ทันที ค่า DoD จะเท่ากับ 100%-25% = 75%

สรุปว่า การชาร์จแบบ Deep discharge (คือ ปล่อยให้ DoD เยอะๆ) จะ stress แบตเตอรี่ มากกว่าการชาร์จแบบ Partial discharge (DoD น้อยๆ หรือพูดอีกอย่างคือชาร์จขณะ SoC สูง) เป็นที่มาของคำแนะนำที่ให้ชาร์จบ่อยๆ ดีกว่าการชาร์จครั้งเดียวแบบนานๆ นั่นเอง

IMG_8964

 

(ปกติกราฟแกนพลังงานกับเวลา ของการคลายประจุแบต Li-ion จะเป็นรูป exponential ไม่เป็น Linear)

 

Ref: — https://www.ifixit.com/Teardown/iPhone+11+Pro+Max+Teardown/126000

https://support.apple.com/en-au/HT208387

— https://batteryuniversity.com/learn/article/how_to_prolong_lithium_based_batteries

https://en.m.wikipedia.org/wiki/IPhone_11_Pro

https://www.bixpower.com/Battery-Cell-Chemistry-Comparison-s/2392.htm

 

 

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s