智能手机的电池之痛
时间：2020-09-19 07:55:15 来源：达达文档网 本文已影响 人 
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你刚买了一台又酷又强大的新款智能手机，但是发现早上刚充满的电池到下午就没电了。很不幸，这样的例子正越来越多。一方面，锂离子电池可能提供的电量在逼近极限；另一方面，移动设备的耗电需求却在迅猛增加。不能再这样下去了！然而我们又能做些什么呢？
如果你希望下一部智能手机运行速度更快、屏幕更亮、连接速度达到4G，电池充一次电，可以持续更长时间，这基本上是痴心妄想。新的智能手机和平板电脑渴求电池电量的速度远远超过电池技术领域取得进步的速度。电池制造商们试图从已有15年历史的锂离子技术身上榨取最后一点电量，而设备制造商和应用程序开发商似乎刚刚意识到了这个问题的严重性。要怪的话也只能怪所有人。与此同时，移动设备创新方面的大好前景可能会因电量受到限制而早早停滞不前，消费者对于需要不断“插入”电源插座来充电深表忧虑。
想当初，你可以把功能手机的充电器留在家里，去度长长的周末假期，只要你不玩数小时的《贪吃蛇》游戏，那么返程时电池仍有充足电量够你打电话叫出租车。而现在，我们已离不开各种充电器，并恶狠狠地瞪着在机场和咖啡店占用插座时间太久的家伙。
改用超高速的4G网络（许多人在2011年会改用这种网络）只会加剧这个问题；已经有人声称，4G设备的电池续航时间往往短得可怜。据韦里逊无线公司的一名主管声称，移动设备中的内置技术的耗电需求其增长速度两倍于电池容量方面取得进步的速度。
这个问题涉及电池的化学性质、为全球移动技术市场的研发提供资金的体制，以及现在人们对手机和平板电脑提出的许多不同要求。
受制于化学性质
电池技术和智能手机技术处于各自发展史上两个截然不同的阶段。智能手机和平板电脑生产商宏达电的公司发言人Keith Nowak说：“不像智能手机，电池技术的发展历史有一个多世纪，已进入到了后期发展阶段；这意味着电池技术方面尽管稳步获得进步，但不会再有像智能手机这些新兴技术拥有的迅猛速度。”
与十年前的电池相比，现在智能手机电池的效率极高，但它们正在逼近极限。
但是除了固体电解质的效率出现小幅逐步改进外，手持技术产品所用的锂离子聚合物电池在15年来并没有显著变化。如今智能手机和平板电脑所用的几乎所有电池都依靠某种锂离子聚合物电池——在电解槽中，阴极和阳极与凝胶状的固体电解质（这种物质让电池能够导电）封装起来。这种固体电解质设计早在1996年得到了商业性开发，当时制造商们寻求一种更牢固的电池用于移动技术产品。而以前，手机依靠采用液体电解质的锂离子电池，这种电池体积大，又相对不稳定。
如今，电池研究人员继续增加锂离子聚合物电池的容量。由于电池电量来自阴极与阳极之间携带电荷的电子的传送，电池研究人员主要致力于优化众多的微电传送。金山工业集团（Gold Peak Industries）这家公司制造各种各样的消费级电池（你一定听说过GP超霸电池），包括锂离子电池。该公司的客户服务代表经理Irving Echavarria说：“许多化学反应难以预测，研究电池的科学家们在尽力搞定它们。”
Echavarria估计，电池里面80%的过程可以准确地驾驭。电池出现异常化学反应的时间越短，电池提供电量的效率就越高。电池制造商们继续通过更接近这个80%的效率极限，以便提高电池容量。
但效率方面的小幅改进跟不上智能手机及其他移动设备对电量越来越高的要求。面对电池的化学和物理极限，希望智能手机电池有更长续航时间的开发人员在沮丧之余，只好通过让电池的非活性部分变得更小（这项技术本身已发展到了极限），为电池添加活性材料，或者从锂离子聚合物改成一种不同的、但还没有充分研究的材料。
加利福尼亚州伯克利劳伦斯伯克利国家实验室的电池技术研究人员Venkat Srinivasan指出：“决定电池发展的物理特性与决定智能手机电子部件发展的物理特性不一样。”电池领域取得进步的速度似乎注定了远远落在后面，除非一种更好的材料方面有重大发现。
新的想法慢慢出现
电池续航时间方面看到了小幅创新的迹象。尚未解答的问题包括：技术创新会多快地出现，还有相关技术是否具有良好的扩展性，能够服务于整个移动世界。
许多消费级电池制造商的研发实验室继续在从事锂离子方面的研究。而全美的大学实验室已经发表了一篇又一篇的论文，介绍石墨烯的发展前景。这种只有一个原子厚的石墨片有望存储和传送电能（不过将石墨烯应用于消费级电池仍有很长一段路要走）。但是与其他许多国家一样，美国政府也几乎没有在资助消费级电池方面的研究，而是把资金投入到汽车和军用电池方面的研究。
但不仅仅是电池
设计移动设备不再仅仅着眼于完善计算能力、设计和用户界面；更在于处理种种任务的同时，大大减少耗电量。到某个阶段，消费者对于更快数据服务方案和强大多任务处理功能的需求，将让位于对于电量至少能用整整一个工作日的设备的简单需求。
智能手机屏幕变得越来越大，支持更高的分辨率，而这两方面都很耗电。降低屏幕亮度或许有助于让电池多用上几分钟，但是苹果、宏达电和摩托罗拉及其他各大手机制造商不可能很快就会改用尺寸更小或亮度更低的屏幕。不过，一些厂商（包括三星和LG电子）正致力于制造亮度一样高、但耗电量更小的新型屏幕。
另一个耗电大户就是越来越复杂的应用程序，它们对处理能力提出了越来越高的要求。大多数智能手机里面含有蓝牙、Wi-Fi和GPS无线电模块；在许多情况下，这些部件同时工作。尤其是，GPS无线电模板是臭名昭著的电池杀手：你在运行导航应用程序时，眼睁睁看着电池电量格不断变少。更新颖的手机添加了4G无线芯片组，这要求强大得多的处理能力，才能对采用LTE无线频谱编码的数量多得多的数据进行解码。除此之外，新的4G手机还有两个不同的芯片组，分别连接4G频谱和运营商较旧的3G网络。因此，你的电池为手机能提供一天的电量就算幸运的了。
耗电量控制不住造成的一个后果是，移动处理器制造商们感受到了很大压力，只好为手机生产效率更高的芯片。
ARM公司为世界上几乎所有的移动设备开发处理器，并授权其他公司使用其处理器。该公司主管James Bruce解释，如今手机硬件的电池效率比以前手机待机时间更长的时候要高得多，但“诺基亚功能手机与如今智能手机的差异在于，功能手机在过去没有足够新颖有趣的功能让人们整天都在摆弄手机。”
双核将助一臂之力
双核处理器（可能由ARM制造）已出现在几款2011年智能手机上，如宏达电Droid Bionic和摩托罗拉Atrix 4G，它们也许会带来一些希望。据Bruce声称，“双核”手机可以把简单的任务交给一个核心去处理，把比较复杂（又比较耗电）的任务交给另一个核心去处理。他解释，如果手机只用一个核心来处理简单任务，比如发送短信或运行计算器，另一个核心就可以关掉电源，从而节约电池电量。
增加核心数量也许是减少电池耗电量的秘诀，这个想法似乎有点不按常理出牌，但并非只有ARM这一家公司采用这种方式来试图解决电池续航时间太短的问题。
今年5月初，一家名为Adapteva的公司宣布推出其新的“Epiphany微处理器”；公司希望把该处理器连同ARM双核处理器一起做入到智能手机和平板电脑中。
Adapteva的新处理器在一块智能手机芯片上最多可以容纳64个核心。虽然把64核芯片做入到智能手机中听起来与节电措施背道而驰，但该公司的首席执行官兼创始人Andreas Olofsson表示，如今的智能手机大多运行功能精简、耗电厉害的台式机处理器版本，以便连接互联网、运行游戏和播放音乐。
另一方面，Epiphany处理器这款芯片为协同手机的CPU一起执行某些部分的普通指令作了优化——CPU负责处理手机的所有普通任务。比如说，该处理器可以简化手机的离线任务，加快手势和面部识别的速度。Olofsson表示，这种设计有望“把笔记本电脑的计算能力放入到如今的智能手机中。”
应用程序是关键
智能手机应用程序是我们所罗列的智能手机电池杀手中的最后一个（电池的物理极限被列为第一大杀手）。苹果在决定要不要批准某应用程序，以便在其应用程序商店销售时，其中一个考量因素就是应用程序的耗电量。iPhone应用程序开发商9magnets的开发人员Cameron Banga说：“苹果不会让你有意大量消耗电池续航时间；比如说，如果你运行的游戏程序不需要GPS，但是如果每隔10秒就发送GPS信号，苹果就会拒绝该游戏程序。”
虽然Android应用程序市场里面可能有更多潜在的耗电厉害的应用程序，但比较知名的开发人员通常尽量做到不多耗电，只耗用应用正常运行所需的电量，唯恐得到很差的评级，或者被用户删除应用程序。Banga强调：“除了GPS应用程序外，大多数用户很了解哪些应用程序也很耗费电量。”
手机带出去用一天，然后晚上插到充电器上充电，大多数智能手机用户觉得这没什么问题；但电池制造商们必须尽快挺身而出，满足每个人每天越来越依赖的这种小型电脑对电量的无止境需求。如果电池技术方面的创新不跟上步伐，一直日新月异的移动技术创新碰上易用性这道壁垒，可能就会戛然而止。
