2023年美国最佳手机电池剩余但却没电的原因推荐

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为什么手机在还有电量时就会关机

手机屏幕角落的电池电量显示器可能会让你误以为你看到的是一个完美的、标准化的测量结果,但实际情况有时更接近于嘉年华会上猜体重的摊位。事实上,你的手机可能在自豪地宣称还剩下23%的电量时就关机了,或者你的平板电脑在只剩下2%的情况下坚持了几个小时。我们已经详细讨论了如何从智能手机电池中挤取更多电量以及在设备即将关机时哪种充电器最好。但我们很少讨论为什么很难准确预测电池的使用时间和电量状态。

理解手机内部发生的一些电学概念的一种方法是使用不透明的水桶的类比,其中桶里的水代表电池可以储存的电力。(可视化水流比试图想象看不见的电子要容易得多。)因为你不能看到桶里面,而且对于我们的目的来说,你不能用秤来测量桶里的内容,所以你需要一种间接的方法来确定桶里装满了多少水。如果你打开桶底的水龙头,水会带着力量喷出来,你就知道桶里装得相当满了。同样,稳定但不那么有力的水流可能告诉你桶里装得差不多,而涓涓细流则告诉你桶里几乎空了。
电池电压
将电气系统中的电压类比为水管系统中的水压。就像水容器中的流动在排空时会失去压力一样,电池电压在能量被放电时会下降。

电气系统中的电压就像水管系统中的水压一样。在你家里,水压是恒定的,供应是无限的;同样,插座的电压是恒定的,电力供应是无限的。但对于一个水桶来说,水的量是有限的,随着水桶的排空,水压就会下降。同样,电池中的电力量是有限的,当电池中的电力被使用时,电压会下降。测量桶中的内容的关键是知道多少压力对应于一定量的水,这样你就可以用一个来预测另一个。同样,如果一个汽车电池在充满电时的输出电压为13.2伏特,在无法使用时的输出电压为11.8伏特,你可以使用这个刻度(13.2伏特=100%,11.8伏特=0%)来估计未来的电量。
电池的电压并不是呈直线下降,所以它并不总是一个很好的容量替代物。

但事情并不是那么简单。从100%到0%的电压变化不是一条直线,而是一条曲线——而且对于每种类型的电池来说,这条曲线都是不同的。而且,作为一种间接测量,仅仅将电压与图表匹配并不能考虑到其他变量的影响。例如,一个主要的变量是你排空电池的速度:你排空得越快,你实际上能从电池中使用的电力就越少——在电子设备中,更大、更亮的屏幕和更高要求的处理器需要更多的电力。因此,要准确知道设备在当前电量下能够持续多长时间,你还需要知道设备在任何给定时刻的功耗。因为功耗根据设备正在做什么而变化,所以它的软件必须根据你的当前功耗、典型使用情况或两者的组合来估计当前电量还能持续多长时间——而低端设备通常甚至都不会费心去估计。

如果这还不够,电池在货架上静置时也会失去一小部分电量。 在我们的类比中,就好像随着时间的推移,水桶上会形成微小的孔洞,所以水桶会慢慢失水。这就是为什么你的应急手电筒在衣柜里放了两年后不能用了,以及为什么你的车在一段时间没开后就无法启动。好消息是,多年来电池在这方面变得更好了。旧的电池,比如庞大的VHS摄像机中使用的镍镉电池组,每个月自放电10%到20%,在较高温度下甚至更多。如今,内置锂电池和可充电镍氢(NiMh)AA电池每个月的自放电量少于3%——大约相当于55加仑桶背后的一个微小的针孔。尽管这可能不多,但这意味着你的电池确实会失去电力。
电池电量
即使是新的锂电池,每个月也会失去1%到3%的电量。随着电池老化并暴露在不同的充电条件和温度下,电池的电量维持时间可能会变短。

预测电池寿命时还有另一个问题要考虑:电池的容量会随着时间的推移而减少。我们需要摒弃水桶的类比。相反,让我们想象一个常见的家用冰箱。当温暖潮湿的空气进入冰箱时,它会慢慢冷却,水蒸气会在冰箱表面凝结成水滴,然后这些水滴会结冰。在反复打开和关闭冰箱门的循环中,更多的空气和水进入,冰层会不断增加。当磨损开始影响密封件和铰链时,会导致更多温暖的空气进入,问题会变得越来越严重。在你意识到之前,你的冰箱只能放下一个电视晚餐,四周都被八英寸厚的冰围绕着。

就像冰箱里累积的冰层最终会阻止你放入更多东西一样,锂电池内部也会累积层层结构,最终会阻止你放入更多能量。通过一系列具有恶名昭彰的过程,如“固体电解质界面层形成”和“电解液氧化”,结晶薄膜在分子水平上沉积在内部组件上,增加了电阻,降低了电池的整体性能。在电气世界中,增加的电阻意味着增加的热量,加剧了问题。尽管来自信誉良好的制造商的高质量电池有防止灾难性故障的保护措施(比如“爆炸”),但你仍然会面临电池只能存储一小部分电量的问题。尽管你可以解冻冰箱,但你无法恢复老化设备电池失去的容量。
电池容量
锂电池内部会积聚微小的结晶薄膜,随着充放电过程(就像打开和关闭冰箱门时冰层的积聚)逐渐失去存储能量的能力。这就是为什么你三年前的智能手机电池的续航时间不如新机时的原因。

最后,就像大多数人类一样,电池对极端高温或低温也会有反应,它们在室温下表现最佳。如果水桶里的水开始结冰,随着温度的下降,你会失去越来越多的液态水。冷的电池也会以同样的方式失去可用容量;如果放在零下温度下——比如2月的芝加哥——许多电池将完全停止工作。在高温方面,一些估计称,如果经常在华氏84度以上的温度下使用,电池的寿命循环(完全放电和充电)会减少高达20%——这对住在沙漠西南部的人来说是令人沮丧的事实。

由于这个类比桶的内部充满了不同的压力、岩石、针孔和冰块,获取关于内容的信息的另一种明显方法是在灌装时测量水的量,并在使用时再次测量。 输入40加仑,使用15加仑,你的桶里还剩下25加仑。这个电池版本被称为库仑计数,你设备的电池计量软件通过将充电和放电电流纳入其算法中,以帮助使计量更准确。

综合考虑电压曲线、老化效应和循环寿命中容量变化的所有这些信息,可以形成一个数据集,使你的设备能够对其电池的当前充电水平做出合理的预测。实际上,当一个大型硬件公司测试一个新的电池或设备时,通常会对数十个、数百个甚至更多的样本进行测试,以收集关键数据点。这些测试使得我们更容易知道---使用我们的桶类比---一年后会有多少个小孔,以及水压在桶的寿命中会如何变化。由此得出的算法可能并不总是正确的,但它很可能比仅基于电压的猜测更准确。

所以虽然你的电池电量显示并不总是完美的,但它并没有对你撒谎。在电压、电流放电速率、电池寿命和其它电池性能的综合表现之间,它只是有很多要跟踪的东西,有时候得出的估计就不太准确。在这些情况下,你了解你的手机今天能持续多久的最好方法是记住它昨天的表现,并留意电源插座。

(插图由Elizabeth Brown提供。)

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