智能手機的電池之痛

智能手機的電池之痛你剛買了一臺又酷又強大的新款智能手機，但是發(fā)現(xiàn)早上剛充滿的電池到下午就沒電了。很不幸，這樣的例子正越來越多。一方面，鋰離子電池可能提供的電量在逼近極限；另一方面，移動設備的耗電需求卻在迅猛增加。不能再這樣下去了！然而我們又能做些什么呢？如果你希望下一部智能手機運行速度更快、屏幕更亮、連接速度達到4G,電池充一次電，可以持續(xù)更長時間，這基本上是癡心妄想。新的智能手機和平板電腦渴求電池電量的速度遠遠超過電池技術領域取得進步的速度。電池制造商們試圖從已有15年歷史的鋰離子技術身上榨取最后一點電量,而設備制造商和應用程序開發(fā)商似乎剛剛意識到了這個問題的嚴重性。要怪的話也只能怪所有人。與此同時,移動設備創(chuàng)新方面的大好前景可能會因電量受到限制而早早停滯不前,消費者對于需要不斷“插入”電源插座來充電深表憂慮。想當初,你可以把功能手機的充電器留在家里,去度長長的周末假期,只要你不玩數(shù)小時的《貪吃蛇》游戲,那么返程時電池仍有充足電量夠你打電話叫出租車。而現(xiàn)在,我們已離不開各種充電器，并惡狠狠地瞪著在機場和咖啡店占用插座時間太久的家伙。改用超高速的4G網(wǎng)絡（許多人在2011年會改用這種網(wǎng)絡）只會加劇這個問題；已經(jīng)有人聲稱，4G設備的電池續(xù)航時間往往短得可憐。據(jù)韋里遜無線公司的一名主管聲稱，移動設備中的內置技術的耗電需求其增長速度兩倍于電池容量方面取得進步的速度。這個問題涉及電池的化學性質、為全球移動技術市場的研發(fā)提供資金的體制，以及現(xiàn)在人們對手機和平板電腦提出的許多不同要求。受制于化學性質電池技術和智能手機技術處于各自發(fā)展史上兩個截然不同的階段。智能手機和平板電腦生產(chǎn)商宏達電的公司發(fā)言人KeithNowak說：“不像智能手機，電池技術的發(fā)展歷史有一個多世紀，已進入到了后期發(fā)展階段；這意味著電池技術方面盡管穩(wěn)步獲得進步，但不會再有像智能手機這些新興技術擁有的迅猛速度?！迸c十年前的電池相比，現(xiàn)在智能手機電池的效率極高，但它們正在逼近極限。但是除了固體電解質的效率出現(xiàn)小幅逐步改進外，手持技術產(chǎn)品所用的鋰離子聚合物電池在15年來并沒有顯著變化。如今智能手機和平板電腦所用的幾乎所有電池都依靠某種鋰離子聚合物電池一一在電解槽中，陰極和陽極與凝膠狀的固體電解質（這種物質讓電池能夠導電）封裝起來。這種固體電解質設計早在1996年得到了商業(yè)性開發(fā)，當時制造商們尋求一種更牢固的電池用于移動技術產(chǎn)品。而以前，手機依靠采用液體電解質的鋰離子電池，這種電池體積大，又相對不穩(wěn)定。如今，電池研究人員繼續(xù)增加鋰離子聚合物電池的容量由于電池電量來自陰極與陽極之間攜帶電荷的電子的傳送，電池研究人員主要致力于優(yōu)化眾多的微電傳送。金山工業(yè)集團（GoldPeakIndustries）這家公司制造各種各樣的消費級電池（你一定聽說過GP超霸電池），包括鋰離子電池。該公司的客戶服務代表經(jīng)理IrvingEchavarria說：“許多化學反應難以預測，研究電池的科學家們在盡力搞定它們?！盓chavarria估計，電池里面80%的過程可以準確地駕馭。電池出現(xiàn)異?；瘜W反應的時間越短，電池提供電量的效率就越高。電池制造商們繼續(xù)通過更接近這個80%的效率極限，以便提高電池容量。但效率方面的小幅改進跟不上智能手機及其他移動設備對電量越來越高的要求。面對電池的化學和物理極限，希望智能手機電池有更長續(xù)航時間的開發(fā)人員在沮喪之余，只好通過讓電池的非活性部分變得更?。ㄟ@項技術本身已發(fā)展到了極限），為電池添加活性材料，或者從鋰離子聚合物改成一種不同的、但還沒有充分研究的材料。加利福尼亞州伯克利勞倫斯伯克利國家實驗室的電池技術研究人員VenkatSrinivasan指出：“決定電池發(fā)展的物理特性與決定智能手機電子部件發(fā)展的物理特性不一樣?！彪姵仡I域取得進步的速度似乎注定了遠遠落在后面，除非一種更好的材料方面有重大發(fā)現(xiàn)。新的想法慢慢出現(xiàn)電池續(xù)航時間方面看到了小幅創(chuàng)新的跡象。尚未解答的問題包括：技術創(chuàng)新會多快地出現(xiàn)，還有相關技術是否具有良好的擴展性，能夠服務于整個移動世界。許多消費級電池制造商的研發(fā)實驗室繼續(xù)在從事鋰離子方面的研究。而全美的大學實驗室已經(jīng)發(fā)表了一篇又一篇的論文，介紹石墨烯的發(fā)展前景。這種只有一個原子厚的石墨片有望存儲和傳送電能（不過將石墨烯應用于消費級電池仍有很長一段路要走）。但是與其他許多國家一樣，美國政府也幾乎沒有在資助消費級電池方面的研究，而是把資金投入到汽車和軍用電池方面的研究。但不僅僅是電池設計移動設備不再僅僅著眼于完善計算能力、設計和用戶界面；更在于處理種種任務的同時，大大減少耗電量。到某個階段，消費者對于更快數(shù)據(jù)服務方案和強大多任務處理功能的需求，將讓位于對于電量至少能用整整一個工作日的設備的簡單需求。智能手機屏幕變得越來越大，支持更高的分辨率，而這兩方面都很耗電。降低屏幕亮度或許有助于讓電池多用上幾分鐘，但是蘋果、宏達電和摩托羅拉及其他各大手機制造商不可能很快就會改用尺寸更小或亮度更低的屏幕。不過，一些廠商（包括三星和LG電子）正致力于制造亮度一樣高、但耗電量更小的新型屏幕。另一個耗電大戶就是越來越復雜的應用程序，它們對處理能力提出了越來越高的要求。大多數(shù)智能手機里面含有藍牙、Wi-Fi和GPS無線電模塊；在許多情況下，這些部件同時工作。尤其是，GPS無線電模板是臭名昭著的電池殺手：你在運行導航應用程序時，眼睜睜看著電池電量格不斷變少更新穎的手機添加了4G無線芯片組，這要求強大得多的處理能力，才能對采用LTE無線頻譜編碼的數(shù)量多得多的數(shù)據(jù)進行解碼。除此之外，新的4G手機還有兩個不同的芯片組，分別連接4G頻譜和運營商較舊的3G網(wǎng)絡。因此，你的電池為手機能提供一天的電量就算幸運的了。耗電量控制不住造成的一個后果是，移動處理器制造商們感受到了很大壓力，只好為手機生產(chǎn)效率更高的芯片。ARM公司為世界上幾乎所有的移動設備開發(fā)處理器，并授權其他公司使用其處理器。該公司主管JamesBruce解釋，如今手機硬件的電池效率比以前手機待機時間更長的時候要高得多，但“諾基亞功能手機與如今智能手機的差異在于，功能手機在過去沒有足夠新穎有趣的功能讓人們整天都在擺弄手機?！彪p核將助一臂之力雙核處理器（可能由ARM制造）已出現(xiàn)在幾款2011年智能手機上，如宏達電DroidBionic和摩托羅拉Atrix4G,它們也許會帶來一些希望。據(jù)Bruce聲稱，“雙核”手機可以把簡單的任務交給一個核心去處理,把比較復雜（又比較耗電）的任務交給另一個核心去處理。他解釋,如果手機只用一個核心來處理簡單任務,比如發(fā)送短信或運行計算器,另一個核心就可以關掉電源,從而節(jié)約電池電量。增加核心數(shù)量也許是減少電池耗電量的秘訣,這個想法似乎有點不按常理出牌，但并非只有ARM這一家公司采用這種方式來試圖解決電池續(xù)航時間太短的問題。今年5月初，一家名為Adapteva的公司宣布推出其新的“Epiphany微處理器”公司希望把該處理器連同ARM雙核處理器一起做入到智能手機和平板電腦中。Adapteva的新處理器在一塊智能手機芯片上最多可以容納64個核心。雖然把64核芯片做入到智能手機中聽起來與節(jié)電措施背道而馳，但該公司的首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人AndreasOlofsson表示，如今的智能手機大多運行功能精簡、耗電厲害的臺式機處理器版本，以便連接互聯(lián)網(wǎng)、運行游戲和播放音樂。另一方面，Epiphany處理器這款芯片為協(xié)同手機的CPU一起執(zhí)行某些部分的普通指令作了優(yōu)化一一CPU負責處理手機的所有普通任務。比如說，該處理器可以簡化手機的離線任務，加快手勢和面部識別的速度。Olofsson表示，這種設計有望“把筆記本電腦的計算能力放入到如今的智能手機中?！睉贸绦蚴顷P鍵智能手機應用程序是我們所羅列的智能手機電池殺手中的最后一個（電池的物理極限被列為第一大殺手）。蘋果在決定要不要批準某應用程序，以便在其應用程序商店銷售時，其中一個考量因素就是應用程序的耗電量。iPhone應用程序開發(fā)商9magnets的開發(fā)人員CameronBanga說：“蘋果不會讓你有意大量消耗電池續(xù)航時間；比如說，如果你運行的游戲程序不需要GPS，但是如果每隔10秒就發(fā)送GPS信號，蘋果就會拒絕該游戲程序?！彪m然Android應用程序市場里面可能有更多潛在的耗電厲害的應用程序，但比較知名的開發(fā)人員通常盡量做到不多耗電，只耗用應用正常運行所需的電量，唯恐得到很差的評級，或者被用戶