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前一秒10%，下一秒自動關(guān)機，手機電量到底咋算的？

2022-10-27 06:45

來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

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原創(chuàng) 劉丟丟果殼

手機還剩 20% 的電量，發(fā)了兩條語音，自動關(guān)機了，難道我的手機充滿電只能發(fā)十條語音？

電動車顯示還剩 10% 電量，蹭了不到一百米，直接拋錨了，難道我的車滿電續(xù)航只有一公里？

電量焦慮這個事情就像中年危機，越看越焦慮，越焦慮就越想看。

在蘋果最新的 iOS 16 中，闊別五年的 iPhone 百分比電量顯示又回來了。今天更新的 iOS 16.1 正式版做了優(yōu)化，在電量數(shù)值減少的同時，電池圖標也會同步變化。（之前因為劉海屏設(shè)計的出現(xiàn)，擠占了頂部大部分空間。想知道還剩多少電量，只能通過下拉的方式在控制中心中查看。）

懸在手機頂上的百分比，就像定時炸彈的倒計時（更新前）丨圖片來源手機截圖

對于這樣的“回歸”，不少用戶缺大呼“缺德”——懸在手機頂上的百分比，就像定時炸彈的倒計時，自帶腦補音效，時刻提醒著你“該充電了”。

iOS 16.1電池圖標也會同步變化，全面屏iPhone均已支持電量百分比顯示（更新后）丨圖片來源手機截屏

這個讓你焦慮的“百分比”，叫 SoC（State of Charge，荷電狀態(tài)），代表電池剩余容量和實際容量的比值。手機（或者電動車）還剩多少電，是無法直接測量獲得的，得通過測量電壓和電流，再估算獲得。

所以電池剩余電量是靠它自己蒙的？

電量顯示，本是一場“騙局”

通常，手機上顯示的“滿電”狀態(tài)，并不是電池真的充不進電——廠商會給電池定義充電截止電壓和放電截止電壓：常見的一種情形是，1% 的電竟然能用很久，這可能是工程師想讓你盡早充電，以免電量真被耗盡，損傷電池。

有多種測量方法可以“蒙”出 SoC 值。常用的比如庫侖計（也稱安時積分法）——統(tǒng)計使用過程中的電流情況。簡單來說，在電池里安裝一個計量芯片，不同電流產(chǎn)生不同的壓差，芯片通過對變化的電流和時間進行積分，得到用戶使用時的電量，便能得到剩余電量。

這種測量方式的弊端在于它是一個開環(huán)的估算系統(tǒng)，不具備對初始值誤差的矯正能力和對由噪聲、測量偏差導(dǎo)致的誤差的調(diào)整能力。

庫侖計原理丨Battery University

另一種常見的是電壓測試法——通過測量電池的電壓判斷電量的變化。在一定溫度下，電池的 SoC 與開路電壓（OCV）呈現(xiàn)一一對應(yīng)關(guān)系。但由于開路電壓的獲取往往需要長時間的靜置，讓開路電壓法在線估算難以開展。

不同溫度下電壓與容量的對應(yīng)變化，是非線性的丨Richtek Technology

比如磷酸鐵鋰電池的 OCV-SoC 曲線就是“非線性”的。在圖示范圍，即使 SoC 出現(xiàn)較大范圍的變化，反映在 OCV 的數(shù)值變化卻很小。

磷酸鐵鋰電池的 OCV-SoC 曲線丨圖片來源參考文獻4

不同的測量方法都各有優(yōu)劣，共性是都存在誤差。廠商也在研究通過優(yōu)化算法（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卡爾曼濾波、模糊算法等），建立更加準確的電量估算模型。比如在庫侖計法中，需要配合卡爾曼濾波法進行初值校準；在開路電壓法中，依靠歷史數(shù)據(jù)建立動態(tài)平衡電壓，再運用到 SoC 實時估算中。

“蒙”不準會造成什么后果？比如開頭舉的例子，顯示電量明明還剩 10%，但點開個 app，手機就沒電關(guān)機——也許是因為電池老化，而 SoC 估算沒做好，沒有預(yù)測電池的衰減情況。

電量顯示不準確，加劇了人們的“電量焦慮癥”，為此大容量電池一度成為智能手機的重要賣點，手機廠商更是如同軍備競賽一般，瘋狂發(fā)展快充技術(shù)。只不過種種措施并沒有完全治好人們這塊心病。

廠商焦慮，用戶也焦慮；硬件焦慮，軟件更焦慮

屏幕顯示和通信模塊是影響智能手機功耗的最關(guān)鍵因素。

視頻播放、發(fā)送短信、打電話、電子郵件四種場景下的功耗測試丨圖片來源 NICTA（澳大利亞國家信息與通信技術(shù)研究機構(gòu)）在 2010 年發(fā)布一項報告

在功能機時代，手機屏幕小，更不用提追求高刷新率、高分辨率、廣色域等特性。大部分功能機都能達到幾天的續(xù)航，一些以長續(xù)航為賣點的機型，續(xù)航更是能達到數(shù)月。2010 年，飛利浦發(fā)布的一款 Xenium X513，電池容量僅 2000mAh，但待機能撐 60 天，可持續(xù)通話 20 小時。

換個視角，其實是電池塑造了我們手機的模樣。1973 年摩托羅拉發(fā)布 DynaTAC 8000X，也被稱“大哥大”，大是因為一半的體積和重量都被電池占了。6 節(jié)圓柱形鎳鎘電池組成的電池倉，充電 10 小時，通話 35 分鐘。

移動電話之父 Martin Cooper 拿著 DynaTAC 8000X丨圖片來源TechWorld.hu

鎳氫電池技術(shù)的出現(xiàn)改變了人們對于手機“磚頭”的印象。1996 年，摩托羅拉翻蓋手機“StarTAC”是當時市面上最輕、最小的手機，只有 88 克。

模擬信號型 StarTAC丨圖片來源維基百科

功能機時代，哪怕一塊電池的續(xù)航不長，也能通過換電池來“續(xù)航”——就像現(xiàn)在一些新能源車的換電續(xù)航方案一樣。

直到后來 iPhone 的出現(xiàn)，帶來了如今成為主流的一體機身，也帶走了“換電池”的便利。電池的體積隨著屏幕的面積一起變得越來越大。直到今天，有人拆開 iPhone 14 的內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)電池還占了近三分之一（在 iPhone 5 上最多曾占到一半）。

iPhone 14 內(nèi)部丨圖片來源 iFixit

智能手機發(fā)展史上，不乏以“大電池”為賣點的機型。2015 年發(fā)布的金立 M5 擁有一塊 6020mAh 的電池，待機續(xù)航 49 天，可持續(xù)通話 71 小時，代價就是機身又厚又重（厚 8.5mm，重 214g）。

另有一些民間極客熱衷于自我探索通過軟件優(yōu)化來實現(xiàn)“省電”的解決方案，其中安卓用戶群體最有代表性。

起初安卓機的硬件規(guī)格不高，單核 CPU，256M 或 512M 的運行內(nèi)存，系統(tǒng)運行緩慢、卡頓。論壇上流傳著各種 root 教程。很多第三方 ROM 的 UI 十分精美，但用戶更多希望卸載系統(tǒng)預(yù)裝應(yīng)用，釋放存儲空間，加速系統(tǒng)運行和省電。

現(xiàn)在還能找到“教開發(fā)者如何做一款省電的安卓 ROM”一類文章。移動互聯(lián)網(wǎng)時代的首批極客，通過將手機 root，安裝 Xposed 框架，使用“綠色守護”等軟件管理后臺，防止應(yīng)用在鎖屏時被自動喚醒。經(jīng)過這樣的“極致調(diào)教”，好一點的續(xù)航能力能達到三四天左右。

綠色守護應(yīng)用界面丨圖片來源 Google Play

2010 年前后，剛剛被普及了智能手機的人們最熱衷的就是在網(wǎng)絡(luò)上討論和散播各種“省電玄學(xué)”：關(guān)藍牙、Wi-Fi，GPS 定位，主動清理后臺，甚至降低手機亮度，使用深色壁紙......

安卓系統(tǒng)直到更新 5.0 時，才加入官方的省電模式，開啟后會降低性能，延遲部分程序的自動更新。

Android 5.0 界面丨圖片來源 Phandroid

蘋果的省電模式是從 iOS 9 開始的：當設(shè)備電量低于 20% 時自動激活，借由關(guān)閉背景應(yīng)用程序及定位服務(wù)等耗電來源以增加續(xù)航力，至設(shè)備電量超過 80% 時自動關(guān)閉。

直至今日，仍有人保留清后臺、關(guān)藍牙的習慣，即便這些措施對于延長續(xù)航已經(jīng)作用不大。根據(jù) Android Authority 的一項模擬測試，在一天使用中藍牙開與關(guān)的電量消耗差異僅有 1.8%。

電量焦慮：心態(tài)問題還是技術(shù)問題？

明明智能手機對于后臺軟件的管理越來越成熟，鋰電池能量密度也越來越高，手機芯片功耗越降越低，可為什么“一天續(xù)航”的魔咒一直都還在呢？

那是因為雖然技術(shù)在進步，但需求和使用習慣也在跟著變。

受大屏和輕薄化趨勢影響，如今主流智能手機很少以“大電池”為賣點?？斐涑蔀榻鉀Q電量焦慮的主流方案，“充電 5 分鐘通話 2 小時”曾一度是營銷范例，如今的天花板是 iQOO 10 Pro，充電規(guī)格達 200W，10 分鐘充滿 4700mAh 電池。

iQOO 截圖丨圖片來源 iQOO 官方

既然電池容量再難增長，那就增加它的“復(fù)活次數(shù)”，當充電無需花費太多時間，甚至可以忽略的時候，低電量帶來的焦慮感就會少很多。

減少，并非完全消除。現(xiàn)在各家快充協(xié)議復(fù)雜，除公有的 PD、QC 快充，還有 OPPO 的 VOOC、vivo 的 FlashCharge 等私有協(xié)議，對充電頭及線材的適配要求高，很多人除了原裝充電套裝，并不會多配幾套覆蓋全場景。買一個不錯的第三方氮化鎵充電器價格在百元以上，又是一筆額外的成本。