为什么手机最后1%的电可以用很久?

图片来源:手机截图

而如果是苹果手机用户,情况就大不相同了,在电量。

其实,这是一个误解,手机所显示的剩余电量,并不是精确的电池剩余电量。

锂电池标注的标准电压(图片来源:某网店截图)

比如,这张图片显示的就是某型号的锂电池在放电过程中的电压变化情况。

某型号锂电池放电电压变化,图片来源:参考资料1

所以,手机也可以通过检测内部的电池电压变化,来判断电量的多少。

如果你身边有人在玩手机的时候突然惊叫着站起来,疯也似的冲向充电器,他很可能是一位华为用户,他的手机屏幕上正显示着电量“死亡 30 秒”的倒计时。

“30 秒倒计时”是华为手机在电量进入 2%的时候会跳出的功能,如果 30 秒内没有插上充电器,手机就会自动关机。

图片来源:手机截图

而如果是苹果手机用户,情况就大不相同了,在电量 1%的时候,也可以不慌不忙地回几条消息,慢悠悠地摸出充电线,不慌不忙地插在手机上。

为什么苹果手机最后 1%的电量这么耐用,而华为手机最后的 2%电量就只能撑 30 秒?

其实,这是一个误解,手机所显示的剩余电量,并不是精确的电池剩余电量。想要弄清楚这一点,我们要先说一说手机电量是怎么回事。

手机怎么知道还剩多少电?

我们都知道,手机电池之所以能供电,靠的是电池中发生的化学反应。从理论上来说,我们只要测量一下反应物还剩多少,就能精确知道还剩多少电量了。

这个过程听起来就像测一测水箱里还有多少水一样简单,但实际上非常困难。现在的手机是没有办法直接测量电池内部的反应物多少的,只能通过检测电路中的一些参数,对手机电量进行推测。

所以我们看到手机上显示的剩余电量其实是一个推测值。

手机需要检测的电池参数非常多,在这里主要介绍两个跟手机推测剩余电量有关的参数。

电压

如果你在网上搜手机电池,可能会看到很多电池上标注了一个参数——标准电压(也有写作“标称电压”的),这个电压一般在 3.7V 左右,但实际上手机中的锂电池在工作时,并不是从头到尾一直稳定地输出这个电压。

锂电池标注的标准电压(图片来源:某网店截图)

比如,这张图片显示的就是某型号的锂电池在放电过程中的电压变化情况。在刚刚开始放电的时候,电压接近 4.2V,在电池放电将结束时,电压迅速下降。

某型号锂电池放电电压变化,图片来源:参考资料1

所以,手机也可以通过检测内部的电池电压变化,来判断电量的多少。比如,可以定义电池电压 4.2 V 时候为满电状态,即 100%,定义 3.3 V 时候为电量耗尽状态,即 0%,这时候手机就自动关机了(一般手机很少会真的把电池电压用到 3 V)

基于这样的曲线,手机就可以向我们显示剩余电量了。这个方法听起来很简单直接,但是也会有一些问题。

最明显的一个问题是,在使用过程中,电压的下降并不是一个线性过程,从图中的曲线也能看出来,在电量快要用尽的时候,电池电压下降得比较快。如果严格按照这个曲线来显示,可能电量会突然从 15%掉到 0%,这可能会带来很多麻烦。

不过这个问题还算比较好解决的,只要对显示的数据进行一些修正就可以。除此之外,光靠电压判断电量还会面临一个问题,那就是它会受到很多因素的影响。

比如,在不同工作电流的条件下,电压下降的曲线也是不同的。不同工作电流的条件下,电池的放电曲线不同,我们称之为倍率性能,下面图片中就是在不同倍率条件下,电池电压的下降情况。

不同倍率条件下电池电压变化,图片来源:Lithium-ion Battery DATA SHEET ,Battery Model : LIR18650 2600mAh(EEMB Co., Ltd.)

假如现在正在用手机聊天,电池工作电流比较小,根据当前的情况估出一个剩余电量就可能偏高。而当你打开手机游戏,手机工作电流将变大,手机重新估算之后,会发现剩余电量没有那么高了,显示的电量就可能会变来变去。

因此,除了检测电池电压,手机可能还需要检测其它参数。

电荷

在很多手机的内置芯片中有一种叫做库仑计的东西,它能帮手机更精确地判断剩余电量。

虽然很多人已经把高中电学知识还给物理老师了,但相信大家对“毫安时”这个单位并不陌生,毕竟手机电池容量都是用毫安时(mAh)做单位的。一般说来,毫安时越大,储存的电荷量就越多。

“库仑计”名字中的“库伦”也是电荷量的单位,库仑计能够检测电池在使用的过程中释放出了多少电荷。用电池能够储存的电荷量减去已经消耗的电荷量,就能知道还剩多少电了。

在库仑计的帮助下,手机也能够做出更加准确的电量预测,但即便如此,依然会存在误差。所以,我们看到的剩余电量只是一个估算值,并不是精确值。

产品考量

既然预测手机电量会存在误差,不同的手机厂商也会有自己的考虑。

比如,有些厂商会考虑到,既然电池电量估测并不那么精确,干脆让手机尽早显示1%,这样一来,可以让用户尽早给手机充电,避免造成不必要的麻烦。

而且,在电量快耗尽的时候,很多手机也会自动进入低电量模式,调低屏幕亮度,停止后台不重要的程序运行,这些都会让最后的1%显得更加耐用。

图片来源:手机截图

而还有一些厂商呢,采取的策略就是在电量进入 2%的时候,让你进行一次 30 秒冲刺,冲向充电器。

所以,苹果的 1%电量能用很久,华为 2%只能用 30 秒,并不具有可比性,不能说谁最后的电量更抗用。

1%电量之下的应急模式

虽然华为的“死亡 30 秒”看起来很可怕,但是在 2022 年 9 月 mate 50 发布时候,华为也增加了一项“聚能泵”技术,让手机在 30 秒倒计时结束后进入应急模式而不是直接关机。在应急模式下,仍然可以通话十几分钟,进行几次扫码操作,以解燃眉之急。

这项技术刚出现的时候,有些人认为这称不上什么新技术,只是手机故意藏着一部分电不显示。但随后,越来越多的测评出现了,发现手机并不是把电量藏起来。

测评发现,一般安卓手机电压在 3.3 V 左右就无法维持手机正常运行了,只能自动关机。“聚能泵”技术能在电池电压低于 3.3V 之后,继续用低压为手机供电,榨出电池的最后一点电用来应急。

这也缓解了“死亡 30 秒”倒计时带来的紧张感,也给华为最后 2%电量的“抗用性”上扳回一分。

不过话说回来,为了电池健康着想,还是不建议大家把手机用到没电再来充,在电量用到 50%左右,就可以给手机充上电了。

参考文献

[1]https://www.richtek.com/Design%20Support/Technical%20Document/AN024

[2]Lithium-ion Battery DATA SHEET ,Battery Model : LIR18650 2600mAh(EEMB Co., Ltd.)

[3]测评视频https://www.bilibili.com/video/BV1b84y117yr/?vd_source=4de26bbe48ce5be01ed7193227fe526f

本文来自微信公众号:科普中国(ID:Science_China),作者:科学边角料,审核:周晓亮(北京交通大学物理学实验室高级工程师)

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