L’argomento Apple più caldo delle ultime settimane è stato sicuramente il caso “batteria”, con l’azienda di Cupertino che ha confermato di diminuire le prestazioni degli iPhone quando la batteria inizia a deteriorarsi. Ma come funzionano davvero le batterie montante su questi smartphone?
Partiamo da un presupposto fondamentale: la batteria è un processo chimico e, come tale, non dura in eterno. Come spiegato da AppleInsider, qualsiasi batteria immagazzina energia elettrica sotto forma di energia chimica e può convertire tale energia in elettricità. Una batterie richiede un anodo e un catodo, separati dall’elettrolita che attiva il flusso di carica tra il catodo e l’anodo.
Quando una batteria viene utilizzata, l’anodo rilascia elettroni al terminale negativo e gli ioni nell’elettrolita tramite una reazione di ossidazione. Il catodo accetta questi elettroni, completando il circuito per il flusso di elettroni.
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In poche parole, questo è quello che avviene con le batterie non ricaricabili. Tuttavia, le batterie agli ioni di litio possono essere ricaricate. Quindi, quando la corrente viene applicata correttamente, il flusso di elettroni si muove al contrario, ricaricando la batteria. Questa non è una reazione lineare, per questo la capacità totale della batteria misurata in milliampere per i dispositivi mobili e la durata complessiva, compresi i cicli di carica/scarica, sono limitate dalle scelte ingegneristiche dei produttori dei dispositivi, compresi i circuiti di carica e il software, oltre al volume fisico dei reagenti.
Più grande è la batteria, maggiore è la sua capacità e più piatta è la curva relativa alla caduta di tensione quando la carica della batteria è bassa. Questo è il motivo per cui gli iPhone Plus sono meno colpiti dai rallentamenti e gli iPad sono del tutto privi di questo problema: hanno batterie più grandi.
Facendo scaricare la batteria allo 0 percento, il voltaggio ne risente diminuendo la vita della batteria. Maggiore è il numero di escursioni termiche che la batteria subisce, ad esempio lasciandola in una macchina calda o sotto i raggi diretti del sole, più breve sarà la durata della batteria.
Inoltre, i reagenti non sono eterni. Nel caso di una batteria agli ioni di litio, nella cella possono formarsi “basette di metallo” che mettono in corto le parti affette dalla cella della batteria e riducono la potenza disponibile. In definitiva, la forma di queste basette, associata all’esaurimento dei reagenti, porta ad una batteria completamente scarica da ossidazione sotto-tensione non reversibile.
La curva di tensione e la pendenza variano molto in base a una serie di fattori. L’usura della batterie riduce l’asse orizzontale. Ovviamente, la richiesta di potenza del dispositivo diminuisce la quantità di tempo che la batteria impiega per progredire lungo la curva su una determinata carica.
Come si evince dal grafico in basso, l’ideale è ricaricare la batteria intorno al 20% e fino al 70-80%.
Il danneggiamento dovuto all’ambiente, una carica difettosa che fornisce una tensione superiore a quella consentita o altri problemi aumentano in modo permanente la pendenza della caduta di tensione durante l’utilizzo della batteria. Anche la temperature di esercizio provoca un temporaneo aumento della pendenza, con le basse temperature che hanno un impatto maggiore sulla capacità rispetto a quelle alte.
Una batteria “morta” non significa che non abbia alcuna energia immagazzinata. Questo è evidenziato anche da iOS, che mostra l’immagine della batteria da ricaricare quando si tenta di avviare un iPhone con batteria scarica. Nel caso di una batteria agli ioni di litio, questa deve avere una capacità superiore a 2 V, altrimenti l’elettrodo inizia a ossidarsi. Questo accade abbastanza velocemente e il processo non può essere annullato ricaricando la batteria. Questo è il motivo per cui una batteria agli ioni di litio lasciata inattiva per un lungo periodo di tempo, alla fine muore completamente o offre una capacità molto limitata.
I produttori dei vari dispositivi elettronici devono fare delle scelte in base alla curva delle prestazioni che abbiamo visto prima. La capacità della batteria e la tensione di uscita sono due cose diverse che devono essere considerate, per non parlare di tutte le questioni legate alla sicurezza.
Ogni dispositivo ha una tensione critica che non deve essere superata, per non rischiare di perdere i dati o di bloccarlo completamente. La tensione critica vale per tutti, varia da dispositivo a dispositivo, e non si applica solo ad Apple.
I produttori devono quindi osservare la curva delle prestazioni della batteria e individuare il punto su cui fare delle scelte ingegneristiche. Se queste scelte non sono corrette, la batteria del dispositivo potrebbe risentirne. Ad esempio, un problema di questo tipo si è presentato sui Nexus 6P usciti nel settembre del 2015 e che ora sembrano affetti da questo problema, non risolvibile via software. Se una batteria agli ioni di litio viene compromessa da sovraccarico, surriscaldamento, danno o invecchiamento, le cellule interne possono “uscire” dalla miscele di elettroliti provocando problemi di infiammabilità. Un esempio lampante di questo problema mal gestito dagli ingegneri è dato dai Galaxy Note 7 del 2016.
Prima di iOS 10.2.1, batterie usurate e di dimensioni medio-piccole sui dispositivi Apple provocavano spegnimenti inaspettati dei vari terminali. La soluzione scelta da Apple coinvolte tutte le routine di down-clock legate alla tensione, riducendo di fatto le prestazioni del processore per diminuire l’energia richiesta alla batteria usurata. Apple spiega che tali rallentamenti non sono permanenti, ma si attivano solo quando la batteria sta per esaurirsi.
Apple ha deciso di diminuire temporaneamente la potenza della CPU del telefono per mantenere la richiesta di tensione del dispositivo inferiore rispetto alla tensione critica che provocava lo spegnimento improvviso degli iPhone.
Non importa quanti soldi faccia Apple, ma nessuno può sfuggire alle leggi della fisica e della chimica.
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