手機(jī)還剩 20% 的電量，發(fā)了兩條語(yǔ)音，自動(dòng)關(guān)機(jī)了，難道我的手機(jī)充滿電只能發(fā)十條語(yǔ)音？
電動(dòng)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(gè)事情就像中年危機(jī)，越看越焦慮，越焦慮就越想看。
在蘋(píng)果最新的 iOS 16 中，闊別五年的 iPhone 百分比電量顯示又回來(lái)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(shí)，電池圖標(biāo)也會(huì)同步變化。（之前因?yàn)閯⒑Ｆ猎O(shè)計(jì)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(guò)下拉的方式在控制中心中查看。）
對(duì)于這樣的“回歸”，不少用戶缺大呼“缺德”—— 懸在手機(jī)頂上的百分比，就像定時(shí)炸彈的倒計(jì)時(shí)，自帶腦補(bǔ)音效，時(shí)刻提醒著你“該充電了”。
這個(gè)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(shí)際容量的比值。手機(jī)（或者電動(dòng)車）還剩多少電，是無(wú)法直接測(cè)量獲得的，得通過(guò)測(cè)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(chǎng)“騙局”
通常，手機(jī)上顯示的“滿電”狀態(tài)，并不是電池真的充不進(jìn)電 —— 廠商會(huì)給電池定義充電截止電壓和放電截止電壓：常見(jiàn)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(cè)量方法可以“蒙”出 SoC 值。常用的比如庫(kù)侖計(jì)（也稱安時(shí)積分法）—— 統(tǒng)計(jì)使用過(guò)程中的電流情況。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在電池里安裝一個(gè)計(jì)量芯片，不同電流產(chǎn)生不同的壓差，芯片通過(guò)對(duì)變化的電流和時(shí)間進(jìn)行積分，得到用戶使用時(shí)的電量，便能得到剩余電量。
這種測(cè)量方式的弊端在于它是一個(gè)開(kāi)環(huán)的估算系統(tǒng)，不具備對(duì)初始值誤差的矯正能力和對(duì)由噪聲、測(cè)量偏差導(dǎo)致的誤差的調(diào)整能力。
另一種常見(jiàn)的是電壓測(cè)試法 —— 通過(guò)測(cè)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(kāi)路電壓（OCV）呈現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。但由于開(kāi)路電壓的獲取往往需要長(zhǎng)時(shí)間的靜置，讓開(kāi)路電壓法在線估算難以開(kāi)展。
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。
不同的測(cè)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(guò)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(zhǔn)確的電量估算模型。比如在庫(kù)侖計(jì)法中，需要配合卡爾曼濾波法進(jìn)行初值校準(zhǔn)；在開(kāi)路電壓法中，依靠歷史數(shù)據(jù)建立動(dòng)態(tài)平衡電壓，再運(yùn)用到 SoC 實(shí)時(shí)估算中。
“蒙”不準(zhǔn)會(huì)造成什么后果？比如開(kāi)頭舉的例子，顯示電量明明還剩 10%，但點(diǎn)開(kāi)個(gè) app，手機(jī)就沒(méi)電關(guān)機(jī) —— 也許是因?yàn)殡姵乩匣?，?SoC 估算沒(méi)做好，沒(méi)有預(yù)測(cè)電池的衰減情況。
電量顯示不準(zhǔn)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(jī)的重要賣(mài)點(diǎn)，手機(jī)廠商更是如同軍備競(jìng)賽一般，瘋狂發(fā)展快充技術(shù)。只不過(guò)種種措施并沒(méi)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(jī)功耗的最關(guān)鍵因素。
在功能機(jī)時(shí)代，手機(jī)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(jī)都能達(dá)到幾天的續(xù)航，一些以長(zhǎng)續(xù)航為賣(mài)點(diǎn)的機(jī)型，續(xù)航更是能達(dá)到數(shù)月。2010 年，飛利浦發(fā)布的一款 Xenium X513，電池容量?jī)H 2000mAh，但待機(jī)能撐 60 天，可持續(xù)通話 20 小時(shí)。
換個(gè)視角，其實(shí)是電池塑造了我們手機(jī)的模樣。1973 年摩托羅拉發(fā)布 DynaTAC 8000X，也被稱“大哥大”，大是因?yàn)橐话氲捏w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(cāng)，充電 10 小時(shí)，通話 35 分鐘。
鎳氫電池技術(shù)的出現(xiàn)改變了人們對(duì)于手機(jī)“磚頭”的印象。1996 年，摩托羅拉翻蓋手機(jī)“StarTAC”是當(dāng)時(shí)市面上最輕、最小的手機(jī)，只有 88 克。
功能機(jī)時(shí)代，哪怕一塊電池的續(xù)航不長(zhǎng)，也能通過(guò)換電池來(lái)“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(lái) iPhone 的出現(xiàn)，帶來(lái)了如今成為主流的一體機(jī)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(lái)越大。直到今天，有人拆開(kāi) 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）。
智能手機(jī)發(fā)展史上，不乏以“大電池”為賣(mài)點(diǎn)的機(jī)型。2015 年發(fā)布的金立 M5 擁有一塊 6020mAh 的電池，待機(jī)續(xù)航 49 天，可持續(xù)通話 71 小時(shí)，代價(jià)就是機(jī)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(guò)軟件優(yōu)化來(lái)實(shí)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(jī)的硬件規(guī)格不高，單核 CPU，256M 或 512M 的運(yùn)行內(nèi)存，系統(tǒng)運(yùn)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(chǔ)空間，加速系統(tǒng)運(yùn)行和省電。
現(xiàn)在還能找到“教開(kāi)發(fā)者如何做一款省電的安卓 ROM”一類文章。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的首批極客，通過(guò)將手機(jī) root，安裝 Xposed 框架，使用“綠色守護(hù)”等軟件管理后臺(tái)，防止應(yīng)用在鎖屏?xí)r被自動(dòng)喚醒。經(jīng)過(guò)這樣的“極致調(diào)教”，好一點(diǎn)的續(xù)航能力能達(dá)到三四天左右。
2010 年前后，剛剛被普及了智能手機(jī)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(lán)牙、Wi-Fi，GPS 定位，主動(dòng)清理后臺(tái)，甚至降低手機(jī)亮度，使用深色壁紙......
安卓系統(tǒng)直到更新 5.0 時(shí)，才加入官方的省電模式，開(kāi)啟后會(huì)降低性能，延遲部分程序的自動(dòng)更新。
蘋(píng)果的省電模式是從 iOS 9 開(kāi)始的：當(dāng)設(shè)備電量低于 20% 時(shí)自動(dòng)激活，借由關(guān)閉背景應(yīng)用程序及定位服務(wù)等耗電來(lái)源以增加續(xù)航力，至設(shè)備電量超過(guò) 80% 時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。
直至今日，仍有人保留清后臺(tái)、關(guān)藍(lán)牙的習(xí)慣，即便這些措施對(duì)于延長(zhǎng)續(xù)航已經(jīng)作用不大。根據(jù) Android Authority 的一項(xiàng)模擬測(cè)試，在一天使用中藍(lán)牙開(kāi)與關(guān)的電量消耗差異僅有 1.8%。
電量焦慮：心態(tài)問(wèn)題還是技術(shù)問(wèn)題？
明明智能手機(jī)對(duì)于后臺(tái)軟件的管理越來(lái)越成熟，鋰電池能量密度也越來(lái)越高，手機(jī)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?yàn)殡m然技術(shù)在進(jìn)步，但需求和使用習(xí)慣也在跟著變。
受大屏和輕薄化趨勢(shì)影響，如今主流智能手機(jī)很少以“大電池”為賣(mài)點(diǎn)。快充成為解決電量焦慮的主流方案，“充電 5 分鐘通話 2 小時(shí)”曾一度是營(yíng)銷范例，如今的天花板是 iQOO 10 Pro，充電規(guī)格達(dá) 200W，10 分鐘充滿 4700mAh 電池。
既然電池容量再難增長(zhǎng)，那就增加它的“復(fù)活次數(shù)”，當(dāng)充電無(wú)需花費(fèi)太多時(shí)間，甚至可以忽略的時(shí)候，低電量帶來(lái)的焦慮感就會(huì)少很多。
減少，并非完全消除?，F(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(duì)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(huì)多配幾套覆蓋全場(chǎng)景。買(mǎi)一個(gè)不錯(cuò)的第三方氮化鎵充電器價(jià)格在百元以上，又是一筆額外的成本。
電量焦慮的“心態(tài)問(wèn)題”，最終要靠電池技術(shù)的發(fā)展。電池技術(shù)是個(gè)極其復(fù)雜的問(wèn)題，要考慮電池壽命、安全性、效率、成本等各種因素，只靠增加能量密度解決不了問(wèn)題。
電池充放電的本質(zhì)是離子在正負(fù)極之間定向運(yùn)動(dòng)，它在與電解液中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)是有消耗的（還會(huì)受溫度影響）。電池被造出來(lái)的那一刻，壽命就在減少，即便放著不用，也有損耗。每個(gè)人的手機(jī)使用習(xí)慣不同，也會(huì)影響實(shí)際耗電速度。
目前結(jié)合快充技術(shù)，省電模式等，幾乎不需要我們以犧牲體驗(yàn)為前提，追求長(zhǎng)續(xù)航。只是得知了真相之后，才知道過(guò)去操的那些心，終究是“錯(cuò)付”了。
參考文獻(xiàn)
[1] https://www.macrumors.com/2022/09/14/ios-16-1-battery-percentage-iphone-13-mini/
[2]https://www.ifanr.com/app/668211
[3]https://zhuanlan.zhihu.com/p/108788053
[4]https://esst.cip.com.cn/article/2021/2095-4239/2095-4239-2021-10-3-1127.shtml
本文來(lái)自微信公眾號(hào)：果殼 （ID：Guokr42），作者：劉丟丟 編輯：沈知涵
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