前一秒 10%，下一秒自动关机，手机电量到底咋算的？
2022-10-30 12:0:18 Author: 爱范儿(查看原文) 阅读量:15 收藏

爱范儿周末荐读

前段时间 iPhone 电量百分比回归的更新被推上了热搜，这个小功能引起如此热议，足见电量焦虑已经成为当代人一大症候，从手机到电动车，如影随形挥之不去。
但你可能不知道，电量显示本就是一场「骗局」，这篇解读将告诉你。
电量焦虑
怎么破？
手机还剩 20% 的电量，发了两条语音，自动关机了，难道我的手机充满电只能发十条语音？
电动车显示还剩 10% 电量，蹭了不到一百米，直接抛锚了，难道我的车满电续航只有一公里？
电量焦虑这个事情就像中年危机，越看越焦虑，越焦虑就越想看。
在苹果最新的 iOS 16 中，阔别五年的 iPhone 百分比电量显示又回来了。今天更新的 iOS 16.1 正式版做了优化，在电量数值减少的同时，电池图标也会同步变化。（之前因为刘海屏设计的出现，挤占了顶部大部分空间。想知道还剩多少电量，只能通过下拉的方式在控制中心中查看。）
悬在手机顶上的百分比，就像定时炸弹的倒计时（更新前）丨图片来源手机截图
对于这样的「回归」，不少用户缺大呼「缺德」——悬在手机顶上的百分比，就像定时炸弹的倒计时，自带脑补音效，时刻提醒着你「该充电了」。
iOS 16.1 电池图标也会同步变化，全面屏 iPhone 均已支持电量百分比显示（更新后）丨图片来源手机截屏
这个让你焦虑的「百分比」，叫 SoC（State of Charge，荷电状态），代表电池剩余容量和实际容量的比值。手机（或者电动车）还剩多少电，是无法直接测量获得的，得通过测量电压和电流，再估算获得。
所以电池剩余电量是靠它自己蒙的？
电量显示，本是一场「骗局」
通常，手机上显示的「满电」状态，并不是电池真的充不进电——厂商会给电池定义充电截止电压和放电截止电压：常见的一种情形是，1% 的电竟然能用很久，这可能是工程师想让你尽早充电，以免电量真被耗尽，损伤电池。
有多种测量方法可以「蒙」出 SoC 值。常用的比如库仑计（也称安时积分法）——统计使用过程中的电流情况。简单来说，在电池里安装一个计量芯片，不同电流产生不同的压差，芯片通过对变化的电流和时间进行积分，得到用户使用时的电量，便能得到剩余电量。
这种测量方式的弊端在于它是一个开环的估算系统，不具备对初始值误差的矫正能力和对由噪声、测量偏差导致的误差的调整能力。
库仑计原理丨Battery University
另一种常见的是电压测试法——通过测量电池的电压判断电量的变化。在一定温度下，电池的 SoC 与开路电压（OCV）呈现一一对应关系。但由于开路电压的获取往往需要长时间的静置，让开路电压法在线估算难以开展。
不同温度下电压与容量的对应变化，是非线性的丨Richtek Technology
比如磷酸铁锂电池的 OCV-SoC 曲线就是「非线性」的。在图示范围，即使 SoC 出现较大范围的变化，反映在 OCV 的数值变化却很小。
磷酸铁锂电池的 OCV-SoC 曲线丨图片来源参考文献 4
不同的测量方法都各有优劣，共性是都存在误差。厂商也在研究通过优化算法（如神经网络、卡尔曼滤波、模糊算法等），建立更加准确的电量估算模型。比如在库仑计法中，需要配合卡尔曼滤波法进行初值校准；在开路电压法中，依靠历史数据建立动态平衡电压，再运用到 SoC 实时估算中。
「蒙」不准会造成什么后果？比如开头举的例子，显示电量明明还剩 10%，但点开个 app，手机就没电关机——也许是因为电池老化，而 SoC 估算没做好，没有预测电池的衰减情况。
电量显示不准确，加剧了人们的「电量焦虑症」，为此大容量电池一度成为智能手机的重要卖点，手机厂商更是如同军备竞赛一般，疯狂发展快充技术。只不过种种措施并没有完全治好人们这块心病。
厂商焦虑，用户也焦虑；硬件焦虑，软件更焦虑
屏幕显示和通信模块是影响智能手机功耗的最关键因素。
视频播放、发送短信、打电话、电子邮件四种场景下的功耗测试丨图片来源 NICTA（澳大利亚国家信息与通信技术研究机构）在 2010 年发布的一项报告
在功能机时代，手机屏幕小，更不用提追求高刷新率、高分辨率、广色域等特性。大部分功能机都能达到几天的续航，一些以长续航为卖点的机型，续航更是能达到数月。2010 年，飞利浦发布的一款 Xenium X513，电池容量仅 2000mAh，但待机能撑 60 天，可持续通话 20 小时。
换个视角，其实是电池塑造了我们手机的模样。1973 年摩托罗拉发布 DynaTAC 8000X，也被称「大哥大」，大是因为一半的体积和重量都被电池占了。6 节圆柱形镍镉电池组成的电池仓，充电 10 小时，通话 35 分钟。
移动电话之父 Martin Cooper 拿着 DynaTAC 8000X丨图片来源TechWorld.hu
镍氢电池技术的出现改变了人们对于手机「砖头」的印象。1996 年，摩托罗拉翻盖手机「StarTAC」是当时市面上最轻、最小的手机，只有 88 克。
模拟信号型 StarTAC丨图片来源维基百科
功能机时代，哪怕一块电池的续航不长，也能通过换电池来「续航」——就像现在一些新能源车的换电续航方案一样。
直到后来 iPhone 的出现，带来了如今成为主流的一体机身，也带走了「换电池」的便利。电池的体积随着屏幕的面积一起变得越来越大。直到今天，有人拆开 iPhone 14 的内部，发现电池还占了近三分之一（在 iPhone 5 上最多曾占到一半）。
iPhone 14 内部丨图片来源 iFixit
智能手机发展史上，不乏以「大电池」为卖点的机型。2015 年发布的金立 M5 拥有一块 6020mAh 的电池，待机续航 49 天，可持续通话 71 小时，代价就是机身又厚又重（厚 8.5mm，重 214g）。
另有一些民间极客热衷于自我探索通过软件优化来实现「省电」的解决方案，其中安卓用户群体最有代表性。
起初安卓机的硬件规格不高，单核 CPU，256M 或 512M 的运行内存，系统运行缓慢、卡顿。论坛上流传着各种 root 教程。很多第三方 ROM 的 UI 十分精美，但用户更多希望卸载系统预装应用，释放存储空间，加速系统运行和省电。
现在还能找到「教开发者如何做一款省电的安卓 ROM」一类文章。移动互联网时代的首批极客，通过将手机 root，安装 Xposed 框架，使用「绿色守护」等软件管理后台，防止应用在锁屏时被自动唤醒。经过这样的「极致调教」，好一点的续航能力能达到三四天左右。
绿色守护应用界面丨图片来源 Google Play
2010 年前后，刚刚被普及了智能手机的人们最热衷的就是在网络上讨论和散播各种「省电玄学」：关蓝牙、Wi-Fi，GPS 定位，主动清理后台，甚至降低手机亮度，使用深色壁纸......
安卓系统直到更新 5.0 时，才加入官方的省电模式，开启后会降低性能，延迟部分程序的自动更新。
Android 5.0 界面丨图片来源 Phandroid
苹果的省电模式是从 iOS 9 开始的：当设备电量低于 20% 时自动激活，借由关闭背景应用程序及定位服务等耗电来源以增加续航力，至设备电量超过 80% 时自动关闭。
直至今日，仍有人保留清后台、关蓝牙的习惯，即便这些措施对于延长续航已经作用不大。根据 Android Authority 的一项模拟测试，在一天使用中蓝牙开与关的电量消耗差异仅有 1.8%。
电量焦虑：心态问题还是技术问题？
明明智能手机对于后台软件的管理越来越成熟，锂电池能量密度也越来越高，手机芯片功耗越降越低，可为什么「一天续航」的魔咒一直都还在呢？
那是因为虽然技术在进步，但需求和使用习惯也在跟着变。
受大屏和轻薄化趋势影响，如今主流智能手机很少以「大电池」为卖点。快充成为解决电量焦虑的主流方案，「充电 5 分钟通话 2 小时」曾一度是营销范例，如今的天花板是 iQOO 10 Pro，充电规格达 200W，10 分钟充满 4700mAh 电池。
iQOO 截图丨图片来源 iQOO 官方
既然电池容量再难增长，那就增加它的「复活次数」，当充电无需花费太多时间，甚至可以忽略的时候，低电量带来的焦虑感就会少很多。
减少，并非完全消除。现在各家快充协议复杂，除公有的 PD、QC 快充，还有 OPPO 的 VOOC、vivo 的 FlashCharge 等私有协议，对充电头及线材的适配要求高，很多人除了原装充电套装，并不会多配几套覆盖全场景。买一个不错的第三方氮化镓充电器价格在百元以上，又是一笔额外的成本。
氮化镓充电器丨图片来源京东截图
电量焦虑的「心态问题」，最终要靠电池技术的发展。电池技术是个极其复杂的问题，要考虑电池寿命、安全性、效率、成本等各种因素，只靠增加能量密度解决不了问题。
电池充放电的本质是离子在正负极之间定向运动，它在与电解液中的物质发生化学反应时是有消耗的（还会受温度影响）。电池被造出来的那一刻，寿命就在减少，即便放着不用，也有损耗。每个人的手机使用习惯不同，也会影响实际耗电速度。
目前结合快充技术，省电模式等，几乎不需要我们以牺牲体验为前提，追求长续航。只是得知了真相之后，才知道过去操的那些心，终究是「错付」了。

参考文献：

[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

作者：刘丢丢

编辑：沈知涵

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