¿Es la batería el cuello de botella? Explicación detallada de las tendencias de desarrollo de baterías de teléfonos inteligentes
Reseña IT168 De hecho, cuando estaba escribiendo un artículo, mi frase favorita al principio era: Hoy, con el rápido desarrollo de los teléfonos inteligentes, omitiré 10.000 palabras aquí. Es innegable que la velocidad de desarrollo del hardware y software de los teléfonos inteligentes está realmente creciendo en una curva de progresión geométrica. Pero incluso con el rápido desarrollo, todavía estamos insatisfechos con los teléfonos inteligentes de una forma u otra. ¿Qué limita exactamente los teléfonos inteligentes y cuál es la desventaja del efecto barril de los teléfonos inteligentes? Hoy discutiremos una pregunta común sobre los teléfonos inteligentes: la batería. Algunas personas dicen que las baterías de los teléfonos inteligentes han llegado a un cuello de botella y es difícil lograr avances importantes. ¿Es eso cierto? ¿Qué mejoras se necesitan en la industria de las baterías y qué optimizaciones se necesitan en los algoritmos de software para lograr avances en la duración de la batería de los teléfonos inteligentes? ¿Utiliza hoy en día tecnología de ahorro de energía de alta gama? Esta será una pregunta que este artículo discutirá con todos.
De hecho, es un tema común que el desarrollo de los teléfonos inteligentes ha llegado a un cuello de botella. Pero si lo pensamos detenidamente, ¿qué tipo de argumentos respaldan nuestro argumento básicamente logrado que nos resulta difícil de explicar en este momento? Anteriormente en este artículo, el autor realizó un experimento para ver qué tan rápido se han desarrollado las baterías de los teléfonos inteligentes en los últimos años. De hecho, el principio del experimento es muy simple. Al comparar la capacidad específica de las baterías de los teléfonos móviles desde 2005 hasta la actualidad (la capacidad específica también se llama capacidad en gramos, que se refiere a la cantidad de electricidad contenida en cada gramo de batería), podemos ver fácil e intuitivamente la velocidad de desarrollo de los teléfonos móviles. baterías desde 2005 hasta la actualidad.
Antes de realizar este experimento, primero permítanos brindarle una breve introducción a algunos términos que encontramos diariamente en las baterías de los teléfonos móviles, lo que nos ayudará a comprender con mayor precisión las baterías de productos digitales como teléfonos inteligentes y bancos de energía.
mAh: Se puede decir que los mAh son el parámetro más común que utilizamos en las baterías de los smartphones. Los fabricantes de teléfonos inteligentes también dijeron en la conferencia de prensa que utilizamos una batería de capacidad ultragrande de 3000 mAh. De hecho, el mAh no es una unidad de energía, lo que significa que no es exacto expresar cuánta energía puede tener una batería en mAh. mAh representa el número total de electrones liberados en la batería para que los utilicen electrones externos y es equivalente al culombio físico. 1 mAh equivale a 3,6 culombios de electrones. Los teléfonos móviles utilizan principalmente mAh como unidad de medida de la batería debido a la conveniencia de la medición. Por ejemplo, una batería de 3000 mAh puede mantener una corriente continua de 300 mA y el teléfono móvil puede funcionar durante 10 horas. Pero recuerde, mAh no es una unidad de energía para una batería.
Tensión de trabajo: En las baterías de teléfonos móviles, además de mAh, solemos hablar de tensión de trabajo. Nuestro dicho común es que esta batería es una batería de 3,7 V 1000 mAh, o una batería de 3,8 V 3000 mAh, etc. Este voltaje es en realidad un valor promedio. Aproximadamente significa el voltaje de funcionamiento promedio de la batería, o puede entenderse como el voltaje al que la batería tiene el tiempo de funcionamiento normal más largo. Normalmente podemos ver que las baterías de los teléfonos móviles tienen un voltaje de carga y un voltaje de funcionamiento. En teoría, cuanto mayores sean estos dos valores, mejor. La razón es que cuando un teléfono inteligente está funcionando, la batería debe mantenerse por encima de 3,6 V. Cuando el voltaje de la batería cae por debajo de 3,6 V, la mayoría de las funciones del teléfono no se pueden utilizar y entra en estado de apagado. Solo una pequeña cantidad de funciones pueden funcionar con voltajes inferiores a 3,6 V cuando están apagados. Cuanto mayor sea el voltaje de funcionamiento de la batería, más tiempo podrá funcionar. El voltaje de carga es el voltaje que no se puede exceder una vez que la batería está completamente cargada. Si se excede este voltaje, puede ocurrir peligro.
Wh: Wh es la unidad de energía más precisa de una batería. De hecho, muchas baterías grandes utilizan Wh para representar la capacidad de la batería. De hecho, incluso las baterías de portátiles utilizan esta unidad de capacidad con mayor frecuencia. Wh es el producto de miliamperios hora y voltaje de funcionamiento. Por ejemplo, si el voltaje de funcionamiento de una batería de 1000 mAh es de 3,7 V, la capacidad de la batería es de 3,7 Wh. La capacidad específica que mencionamos anteriormente (o capacidad en gramos, densidad de energía) es la cantidad de Wh por gramo de batería.
Introdujimos brevemente la relación entre mAh, voltaje de trabajo, voltaje de carga y Wh. También sabemos que Wh es el parámetro central que mejor refleja la capacidad de la batería de un teléfono móvil. datos de 2005 a 2014. Probemos las baterías de los teléfonos móviles en 2019 para ver si el desarrollo de las baterías ha sido un cuello de botella en estos 9 años.
A través de las pruebas, obtuvimos una imagen como esta, que probablemente sea una ola. No siempre sube ligeramente como imaginábamos antes, sino que es una tabla que a veces sube rápidamente y otras baja. De hecho, hay muchas razones para esto. En primer lugar, el tamaño de muestra insuficiente del autor es definitivamente la razón principal de este fenómeno. Pero esta imagen también contiene varias etapas del desarrollo de los teléfonos inteligentes en los últimos 10 años. Te explicamos brevemente esta parte.
En primer lugar, de 2005 a 2007, la densidad energética de las baterías de los teléfonos móviles dio un gran salto, con un aumento de alrededor del 40%. La razón principal fue que durante este período, las baterías de los teléfonos inteligentes cambiaron de las normales. baterías de litio líquido hasta baterías de polímero de iones de litio. Después de experimentar ligeros aumentos en 2007, 2008, 2009 y 2010, la capacidad de la batería de los teléfonos inteligentes no aumentó, sino que disminuyó en 2011 y 2012. Hay dos razones para esto: 1. Después de que las baterías de los teléfonos móviles aumentaron, los fabricantes prestaron más atención a teléfonos móviles La seguridad de la batería ha mejorado mucho en términos de protección de carcasa dura, lo que ha provocado un aumento en el peso de las baterías de los teléfonos móviles. 2. Con la incorporación de más marcas como las de Internet, la calidad de las baterías de los teléfonos inteligentes ha comenzado a variar. Finalmente, vimos que en 2013 o 2014, la capacidad específica de las baterías de los teléfonos inteligentes alcanzó su pico actual. Las razones también son dos: 1. Cada vez más fabricantes están comenzando a fabricar baterías integradas, eliminando la necesidad de envases rígidos y al mismo tiempo garantizando la seguridad. 2. La tecnología de las baterías ha logrado grandes avances entre 2012 y 2014. El voltaje de funcionamiento de las baterías de los teléfonos inteligentes de alta gama generalmente ha aumentado de 3,7 V a 3,8 V.
De hecho, podemos ver que en los diez años comprendidos entre 2005 y 2014, las baterías de los teléfonos inteligentes lograron básicamente un aumento de densidad energética del 100%, con una tasa de crecimiento anual promedio del 7,2%. este número se convierte en PIB. La tasa de crecimiento realmente puede considerarse como una trayectoria de desarrollo de 10 años. Sin embargo, la tasa de crecimiento de la frecuencia de la CPU es 1500 y la tasa de crecimiento de píxeles de la cámara es 5000. De hecho, no es que el desarrollo de la batería haya encontrado un cuello de botella, sino que otras industrias de hardware se están desarrollando demasiado rápido. En el contexto del entorno general, parece que la velocidad de desarrollo de las baterías de los teléfonos inteligentes es demasiado lenta. No es de extrañar que todo el mundo se queje de la batería débil. Por ejemplo, hace diez años, dos personas ganaban 100 yuanes al mes. Diez años después, si una persona gana 200 yuanes y la otra gana 5.000 yuanes, obviamente la persona que gana 200 yuanes será de quien se quejarán. Entonces, ¿las baterías de los teléfonos inteligentes aún pueden dar un salto adelante? ¿Cómo podemos resolver la situación actual de mala duración de la batería de los teléfonos inteligentes? Lo analizaremos brevemente a través de los dos aspectos de aumentar los ingresos y reducir los gastos.
¿Cómo abrir las baterías de los teléfonos inteligentes?
Los recursos de las baterías de los teléfonos inteligentes, como todos los recursos escasos, deben aumentarse y reducirse los gastos. Antes de presentar la actual innovación de "código abierto" en baterías de teléfonos móviles, echemos un vistazo al estado actual de las baterías de teléfonos inteligentes. También hemos hablado antes de las baterías de iones de litio líquidos y de las baterías de polímero de iones de litio.
Cuando se trata de fallas en la batería de un teléfono inteligente, lo primero que pensamos suelen ser las palabras. como abultamiento y explosión. De hecho, los abultamientos, las explosiones, etc. de las baterías son sinónimos de baterías de iones de litio líquidos. Con el desarrollo de los teléfonos móviles actuales, la mayoría de los fabricantes han comenzado a utilizar baterías de polímero de iones de litio. La mayor diferencia entre las baterías de polímero de iones de litio y las baterías de iones de litio líquidas radica en las diferentes formas de electrolitos. Las baterías de iones de litio líquidos utilizan objetos líquidos como electrolitos. La más representativa es la batería 18650 que a menudo llamamos baterías de iones de litio líquidos y que tienen sus propias ventajas: larga duración, bajo precio y buen factor de seguridad. Esta es también la razón por la que Shenma utiliza actualmente baterías 18650 como fuente de energía, desde fuentes de alimentación Xiaomi hasta automóviles Tesla. Sin embargo, dado que generalmente se requiere una carcasa de metal para proteger la solución electrolítica, se producirán fugas si el sello no es bueno y la batería se hinchará o explotará si se sobrecarga (el voltaje de carga es demasiado alto hoy en día, cada vez hay más teléfonos inteligentes). están empezando a utilizar baterías de polímero de iones de litio.
La mayor diferencia entre las baterías de polímero de iones de litio y las baterías de iones de litio líquidas es que utilizan objetos sólidos o coloidales como electrolitos. El factor de seguridad es mayor. En caso de sobrepaso, los objetos sólidos o coloidales se vaporizarán o, en casos más graves, arderán y básicamente no explotarán. Las noticias de última hora más comunes sobre los teléfonos móviles hoy en día suelen deberse a la sobrecarga y combustión espontánea de las baterías de polímero de iones de litio, lo que hace que el chip interno del teléfono móvil explote o el teléfono móvil se encienda espontáneamente. No son las baterías de los teléfonos móviles que explotan en nuestras mentes. Y las baterías de polímero de iones de litio también tienen ventajas obvias sobre las baterías de iones de litio líquidas: alto voltaje de funcionamiento, gran densidad de energía, pequeña descarga natural, larga vida útil repetida, sin efecto memoria, pequeña resistencia interna, forma personalizable y diseño de placa de circuito protectora. . Simplemente espera. Pero el mismo problema es que el coste es mayor.
▲Batería Panasonic 18650 utilizada por Tesla
Después de comprender las baterías de polímero de iones de litio y las baterías de iones de litio líquidos, echemos un vistazo a la composición actual de las baterías. Las principales baterías de litio hoy en día se dividen básicamente en baterías de óxido de cobalto y litio, baterías de iones de litio y manganato de litio, baterías de fosfato de hierro y litio, baterías ternarias, etc. Cada uno de estos tipos de baterías tiene sus pros y sus contras. Entre ellas, las baterías de óxido de litio y cobalto tienen la mayor densidad de energía, por lo que actualmente todas las baterías de teléfonos inteligentes utilizan baterías de óxido de litio y cobalto. Otras baterías de iones de litio tienen sus propias ventajas y desventajas. Por ejemplo, los últimos automóviles Tesla han comenzado a utilizar baterías ternarias de iones de litio en lugar de baterías de óxido de litio y cobalto.
▲La forma microscópica del óxido de litio y cobalto
Como elemento metálico más activo, el litio ocupa el segundo lugar después del hidrógeno en forma activa. Obviamente es la mejor opción para las baterías, pero porque. es demasiado activo, inestable y muy inseguro, la gente ha pensado en usar ácido cobalto, ácido de manganeso, fosfato de hierro, etc. combinados con litio como electrodo positivo de la batería, y usar grafito como electrodo negativo para construir la batería. Mencionamos anteriormente que las baterías de óxido de litio y cobalto tienen la mayor densidad de energía. Aunque tienen las desventajas de ser menos seguras y tener un voltaje de funcionamiento más bajo que otras baterías de iones de litio, siguen siendo las más eficientes energéticamente para dispositivos pequeños como teléfonos inteligentes que requieren una batería. Batería única. La mejor opción. Hablamos antes sobre el código abierto, ¿cómo abrir la tecnología de batería existente?
▲ Utilice tecnología de nanorredes tridimensionales como ánodo para aumentar la densidad del óxido de litio y cobalto.
Método 1: mejorar Densidad del óxido de litio y cobalto. Aumentar la densidad del óxido de cobalto de litio, aumentar los electrones de descarga y aumentar el número de Coulomb/mAh es una forma de resolver el problema de la capacidad insuficiente de la batería. Por supuesto, estamos hablando de aumentar la densidad dentro de un volumen determinado. Con la innovación tecnológica, la densidad del cátodo de las baterías de óxido de cobalto y litio es cada vez mayor. Actualmente, los científicos están considerando utilizar capas de nanomalla para redistribuir el electrodo positivo de las baterías de óxido de cobalto y litio, a fin de hacer un uso más racional del espacio seguro del electrodo positivo. Los experimentos actuales muestran que esta tecnología puede duplicar la capacidad de la batería. Sin embargo, cabe señalar que esta tecnología es actualmente sólo un experimento. Teniendo en cuenta que los procesadores acaban de pasar a los 20 nm, se necesitarán algunos años para aplicar la nanotecnología al electrodo positivo de las baterías de los teléfonos móviles de uso civil. Y sabemos que el óxido de litio y cobalto tiene su propia densidad física, y el método para aumentar la densidad del óxido de litio y cobalto eventualmente llegará a su fin. Además, todavía no resulta rentable para los fabricantes aumentar la densidad, la seguridad y el coste basándose en una tecnología que ya es muy completa.
Método 2: Aumentar el voltaje de trabajo. El voltaje de trabajo está completamente controlado por el material del electrodo positivo, el material del electrolito, etc. Dijimos antes que Wh = mAh × voltaje de trabajo. Si se puede aumentar el voltaje de trabajo, también se puede aumentar la capacidad de la batería. Sin embargo, dado que el voltaje actual del electrolito de las baterías de los teléfonos móviles es de 4,5 V, el voltaje de carga no puede ser superior a 4,5 V, por lo que es difícil aumentar el voltaje de funcionamiento. De hecho, los fabricantes han puesto mucho esfuerzo en el voltaje de funcionamiento en los últimos años. Desde 4,2 V/3,7 V hace 10 años, se ha mejorado al actual 4,35 V/3,8 V. No subestimes este 0,1 V. aumento, lo que representa El fabricante ha logrado lo último en protección de electrodos positivos, electrolitos y sobreimpulsos. Creo que no pasará mucho tiempo antes de que aparezcan baterías para teléfonos móviles con un voltaje de funcionamiento de 3,85 V, pero este es también el límite del voltaje de funcionamiento de las baterías de teléfonos móviles en las circunstancias actuales. Si realmente desea aumentar el voltaje de funcionamiento de 3,8 V a 3,85 V como dijo el autor, entonces el aumento de capacidad de la batería sólo llegará a 1,5, lo que sigue siendo una gota en el cubo.
Método 3: Agresión por parte del sexo opuesto.
Mejorar la utilización del espacio es un método actualmente bien implementado por los fabricantes. Actualmente, muchos teléfonos inteligentes adoptan un diseño curvo, pero la batería interna aún adopta un diseño rectangular relativamente cuadrado, que no puede aprovechar bien el espacio curvo en la parte posterior. La incorporación de baterías de escalera, baterías flexibles, baterías de cable y otras baterías permite utilizar el espacio de los teléfonos inteligentes de forma más racional. LG Chem está a la vanguardia en este sentido. Anteriormente, el LG G2 usaba una batería en forma de escalera para aumentar significativamente la capacidad de la batería. El LG G3 recién lanzado está equipado con una batería de forma regular de 2940 mAh. Si se puede equipar con una batería en forma de escalera, la capacidad de la batería puede alcanzar los 3450 mAh. Esta mejora sigue siendo muy considerable. Pero aumentar el tamaño para resolver el problema de la capacidad de la batería es, en última instancia, una solución estúpida. LG G2 tiene un precio de 2.699 yuanes. Haga clic para ver los detalles.
▲Tecnología de batería Li-Air
Método 4: Utilice una batería de material nuevo. Actualmente, la única forma de aumentar la capacidad de la batería de los teléfonos inteligentes tan rápido como los píxeles de la cámara es utilizar baterías de materiales nuevos. Aunque las baterías de litio-azufre y las baterías de litio-oxígeno, actualmente populares, afirman tener una densidad de energía que es docenas o incluso cientos de veces mayor que las baterías de óxido de cobalto y litio actuales, debido al costo, la tecnología inmadura y el bajo rendimiento de seguridad, son Actualmente todavía está estancado en la etapa de verificación teórica en el laboratorio y la producción de una cantidad muy pequeña de productos de prueba. Todavía está muy lejos de ser instalado en nuestros teléfonos móviles, incluso más lejos que el uso de nanorredes para aumentar la densidad de cátodos que mencionamos anteriormente. Si nuestros hijos pueden utilizarlo, significa que la tecnología ha avanzado a pasos agigantados.
▲Samsung probó las pilas de combustible de teléfonos móviles desde muy temprano
Método cinco: pilas de combustible. Siempre que hablamos de que las baterías se encuentran con un cuello de botella, escuchamos el sonido de las pilas de combustible. Es cierto que aunque el litio ya es muy potente como batería, no olvidemos que el hidrógeno, el primero de la tabla periódica de elementos, es el rey de la energía. El autor recuerda que antes del lanzamiento de cada generación de iPhone, había varios rumores de que el iPhone utilizaría pilas de combustible. El autor sólo puede decir que el ideal es muy pleno, pero la realidad es muy flaca. En la actualidad, las pilas de combustible no se pueden comercializar a pequeña escala y no se puede garantizar que las pilas de combustible en manos de usuarios no profesionales sean lo suficientemente seguras. El pensamiento más oscuro del autor es que las pilas de combustible son muy poderosas. Si llegan al nivel del consumidor, unas pocas baterías de teléfonos móviles se pueden ensamblar en una bomba. Los amigos que sueñan despiertos con la entrada de la energía nuclear en el mercado de consumo todos los días deberían dejar de soñar con ella, considerando la actual situación de seguridad regional.
Los anteriores son los 5 métodos de código abierto para teléfonos inteligentes. También hemos visto que o todavía están en la etapa experimental o el costo es demasiado alto. El método más confiable: el uso de baterías heterosexuales sigue siendo esencialmente aumentar el tamaño del teléfono móvil. No se puede decir que las baterías de los teléfonos móviles no se desarrollarán rápidamente en los últimos años, pero los cambios fundamentales son difíciles y duplicar el crecimiento en nuestras condiciones ideales es casi imposible. Dado que es difícil ver resultados del código abierto a corto plazo, consideremos la posibilidad de reducir costes. ¿Qué tecnología hay actualmente disponible para reducir el consumo de energía de los teléfonos móviles?
Actualmente los smartphones cuentan con tecnología de ahorro de energía
Algunas personas dicen que no se puede ahorrar dinero y el autor también está de acuerdo con Esta vista, pero en la vida real, si no quieres ahorrar dinero sin aumentar tu salario, debes estar borracho. Lo mismo ocurre con los teléfonos móviles. Dijimos anteriormente que el método actual de código abierto no es muy confiable. En esta parte del artículo, hablaremos brevemente sobre cómo ahorrar energía en los teléfonos móviles.
Carga rápida. : De hecho, la carga rápida es estrictamente hablando. No puede considerarse como un tipo de tecnología de ahorro de energía, pero sí puede brindarnos comodidad en términos de duración de la batería durante el funcionamiento real. Este artículo se lo presentará brevemente. De hecho, hoy en día existen muchas tecnologías de carga rápida. Casi de vez en cuando, podemos ver noticias sobre la investigación de la Universidad XX sobre tecnología de carga rápida que puede cargar la batería en unos segundos. Pero, de hecho, la carga rápida va acompañada de problemas de seguridad. En teoría, cuanto más rápida sea la velocidad de carga, más probable será que surjan problemas de seguridad. Aquí te presentamos brevemente dos tecnologías de carga rápida que se han aplicado a los teléfonos móviles. Las tecnologías que se encontraban en el laboratorio fueron ignoradas selectivamente. La tecnología QuickCharge 2.0 es una nueva tecnología de carga rápida adoptada por Qualcomm. Adopta un estándar de carga de 9 V/1,2 A y se afirma que puede cargar el 60 % de los teléfonos móviles en una hora.
Xiaomi 4 actualmente adopta este estándar y Qualcomm también promoverá vigorosamente este estándar de carga. Xiaomi 4 tiene un precio de 1.999 yuanes. Haga clic para ver los detalles. La tecnología de carga flash VOOC es una tecnología de carga patentada por OPPO que se utilizó por primera vez en OPPO Find 7. La velocidad de carga alcanza el 4% de la velocidad de carga existente y 5 minutos de tiempo de carga pueden proporcionar al teléfono móvil 2 horas de tiempo de conversación. Adopta la especificación de 4,5 V. Requiere soporte para chip y puerto microUSB. OPPO Find 7 tiene un precio de 3.498 yuanes. Haga clic para ver los detalles.
▲MIUI 6 adopta un método de ahorro de energía a nivel del sistema
Ahorro de energía del software: actualmente muchos teléfonos Android afirman utilizar tecnología exclusiva de ahorro de energía. De hecho, el ahorro de energía del software del teléfono móvil Android se completa básicamente mediante el ahorro de energía a nivel del sistema y a nivel de aplicación. Por ejemplo, Xiaomi 4 adopta un nuevo mecanismo de administración de memoria y ejecución de programas en segundo plano, que es un ahorro de energía a nivel del sistema. Por ejemplo, el ahorro de energía de la pantalla de Huawei, que se instaló en el Huawei P7, ahorra energía al reducir la resolución de la pantalla, que es una función de ahorro de energía a nivel de aplicación. El Huawei P7 tiene un precio de 2.888 yuanes. Haga clic para ver los detalles.
▲Cómo funcionan las pantallas de RAM
Ahorro de energía del hardware: En términos de ahorro de energía del hardware, actualmente, como los dos "gigantes" que consumen energía en los móviles, el procesador y la pantalla cada uno tiene su propio método. Los fabricantes de procesadores, incluido ARM y otros fabricantes como Qualcomm, están ahorrando energía optimizando la arquitectura y adoptando nuevos procesos de fabricación. Los fabricantes de pantallas están probando pantallas con RAM para reconocer automáticamente las pantallas de los teléfonos móviles y controlar las frecuencias de actualización y la retroiluminación para ahorrar energía. LG G3 y Nubia Z7 son teléfonos típicos que ahorran energía con pantallas con resolución 2K y RAM. El LG G3 tiene un precio de 3.499 yuanes. Haga clic para ver los detalles.
Resumen del texto completo: De hecho, a través de este artículo, el autor interpreta brevemente el ayer, el hoy y el mañana de las baterías de los smartphones. La actual tendencia de desarrollo de las baterías de teléfonos inteligentes se introduce a través de los aspectos de aumento de ingresos y reducción de gastos. Como no profesional, el autor sabe que con la popularidad actual de los vehículos de energía limpia, como los vehículos eléctricos, tanto los factores políticos como los factores del mercado han traído un buen período de desarrollo a toda la industria de las baterías. El objetivo final de este artículo es brindar a los consumidores una comprensión general de las baterías de los teléfonos inteligentes. Para los profesionales, si hay alguna descripción inexacta en este artículo, corríjala.