我的手机还剩 20% 的电量。我发了两条语音信息，然后手机就自动关机了。这是否意味着我手机充满电后只能发十条语音信息？
电动车显示还有10%电量，但是跑了不到一百米就坏了，难道我的车充满电只能跑一公里？
电池焦虑就像中年危机，看得越多越焦虑，越焦虑越想看。
在苹果最新的 iOS 16 中，iPhone 电池百分比显示阔别五年后回归，今日更新的 iOS 16.1 正式版进行了优化，当电池数值减少时，电池图标也会同步变化。（之前因为刘海屏设计的出现，顶部大部分空间被占据，想要知道剩余电量只能在控制中心下拉查看。）
手机顶部挂着的百分比就像是定时炸弹的倒计时（更新前）丨图片来源：手机截图
不少用户称这种“返利”很“不道德”——挂在手机顶部的百分比就像是定时炸弹的倒计时，还自带脑补音效，时刻提醒你“该充电了”。
iOS 16.1的电池图标也会同步变化，全面屏iPhone现支持电池百分比显示（更新后）丨图片来源：手机截图
这个让你焦虑的“百分比”叫SoC（State of Charge），代表电池剩余容量与实际容量的比值。手机（或电动汽车）的剩余电量是无法直接测量的，必须通过测量电压和电流来估算。
那么它靠自己来猜测电池剩余电量吗？
电池显示是“骗局”
通常手机显示“充满电”的状态，并不代表电池不能充电——厂商会为电池定义充电截止电压和放电截止电压：常见的情况是1%的电量还能用很久，这可能是工程师希望你尽快充电，避免电池耗尽而损坏。
有很多种测量方法可以用来“猜测”SoC值，常用的方法有库仑计（又称安时积分法）——计数使用过程中的电流。简单来说，就是在电池里安装一个计量芯片，不同的电流产生不同的电压差安卓自动关机软件，芯片将变化的电流和时间积分，得到用户使用时的电量，进而就可以得到剩余电量。
该测量方法的缺点是它属于开环估计系统，不具备修正初值误差或者调整噪声和测量偏差引起的误差的能力。
库仑计原理 | 电池大学
另一种常用方法是电压测试法，通过测量电池电压来确定电量的变化。在一定温度下，电池的SoC与开路电压（OCV）具有一一对应关系。但由于开路电压的获取往往需要较长的静态时间，因此使用开路电压法很难进行在线估算。
不同温度下电压与容量的对应变化呈非线性 | Richtek Technology
例如磷酸铁锂电池的OCV-SoC曲线是“非线性”的，在图示范围内，即使SoC变化很大，但反映在OCV值上的变化却很小。
磷酸铁锂电池OCV-SoC曲线|图片来源参考4
不同的测量方法各有优缺点，但均存在误差。厂商也在研究如何通过优化算法（如神经网络、卡尔曼滤波、模糊算法等）建立更准确的电量估算模型。例如，在库仑计法中，需要采用卡尔曼滤波法进行初值校准；在开路电压法中，需要利用历史数据建立动态平衡电压，然后应用于SoC实时估算。
猜测不准会带来什么后果？比如开头的例子，电池电量明明还有 10%，但打开某个 App 时，手机没电关机了——或许是因为电池老化，而 SoC 预估没有做好，没有预测到电池衰减。
电量显示不准确加剧了人们的“电量焦虑”，因此大容量电池成为智能手机的重要卖点，手机厂商也像军备竞赛一样疯狂研发快充技术。然而，这些举措并未彻底治愈人们的“电量焦虑”。
厂商急，用户也急；硬件急，软件更急
屏幕显示和通讯模块是影响智能手机功耗最关键的因素。
影片播放、简讯、电话通话、电子邮件四种场景的耗电量测试。图片来源：NICTA（澳大利亚国家信息与通讯技术研究所）于2010年发布的报告。
功能机时代，手机屏幕小，更别说追求高刷新率、高分辨率、广色域等功能了。大部分功能机续航能达到几天，一些续航能力强的机型能达到几个月。2010年，飞利浦发布了一款Xenium X513，电池容量只有2000mAh，但可以待机60天，连续通话20小时。
从另一个角度看，其实正是电池塑造了我们手机的面貌。1973 年，摩托罗拉发布了又被称为“老大哥”的 DynaTAC 8000X，之所以说它大，是因为其体积和重量的一半都被电池占据了。电池仓由 6 块圆柱形的镍镉电池组成，充电 10 小时，可通话 35 分钟。
手机之父马丁·库珀手持 DynaTAC 8000X | 图片来源：TechWorld.hu
镍氢电池技术的出现，改变了人们对于手机“砖头”的印象，1996年，摩托罗拉推出的翻盖手机“StarTAC”是当时市场上最轻、最小的手机，重量仅为88克。
模拟信号类型StarTAC丨图片来源维基百科
在功能手机时代，即便电池寿命不长，也可以通过更换电池来“延长”——就像如今一些新能源汽车的电池更换解决方案一样。
直到iPhone的出现，带来了如今已成为主流的一体化机身，却也带走了“换电池”的便利。电池的体积随着屏幕的面积越来越大。直到今天，有人拆解iPhone 14的内部，发现电池依然占据了近三分之一（在iPhone 5上，曾经最多占据了一半）。
iPhone 14 内部 | 图片来源：iFixit
在智能手机发展史上，以“大电池”为卖点的机型不胜枚举，2015年发布的金立M5拥有6020mAh电池，可实现待机49天、连续通话71小时，代价就是机身厚重（厚8.5mm，重214g）。
还有一些民间极客热衷于探索通过软件优化来实现“省电”的解决方案，其中又以Android用户群体最具代表性。
起初安卓手机硬件规格不高，单核CPU，256M、512M的运行内存，系统运行缓慢、卡顿，论坛上流传着各种root教程，很多第三方ROM的UI都很漂亮，但用户都希望卸载预装的系统应用，释放存储空间，加快系统运行速度，节省电量。
类似《教开发者如何制作省电的 Android ROM》的文章，现在还能看到。移动互联网时代的第一批极客们，将手机 root，安装 Xposed 框架，用“绿色守护”等软件管理后台，防止锁屏时自动唤醒应用。经过这样的“极限调教”安卓自动关机软件，一部好手机的续航时间能达到三四天左右。
绿色守护者应用程序界面 | 图片来源：Google Play
2010年前后，刚刚习惯智能手机的人们最热衷于在网上讨论和传播各种“省电玄学”：关闭蓝牙、Wi-Fi、GPS定位，主动清理背景，甚至调低手机亮度、使用深色壁纸……
官方直到Android系统更新到5.0才加入省电模式，一旦开启会降低性能，并且会延迟部分程序的自动更新。
Android 5.0 界面 | 图片来源：Phandroid
苹果的省电模式是从iOS 9开始的：在设备电量低于20%时自动启动，通过关闭后台应用和位置服务等耗电源来延长电池寿命，当设备电量超过80%时自动关闭。
时至今日，仍有一些人保持着清除后台、关闭蓝牙的习惯，尽管这些措施对于延长电池寿命的作用不大。根据Android Authority的模拟测试，一天内开启和关闭蓝牙的耗电量差别仅为1.8%。
电池焦虑：心态问题还是技术问题？
显然，智能手机在后台软件的管理上越来越成熟，锂电池的能量密度越来越高，手机芯片的功耗也越来越低，但为何“一天续航”的魔咒依然存在？
这是因为虽然技术在进步，但需求和使用习惯也在发生变化。
受到大屏、轻薄化趋势的影响，如今主流智能手机很少以“大电池”作为卖点，快充成为解决电池焦虑的主流方案。“充电5分钟，通话2小时”曾是营销的典型，如今天花板是iQOO 10 Pro，它的充电规格达到了200W，10分钟就能充满4700mAh的电池。
iQOO 截图 | 图片来源：iQOO 官方
既然电池容量难以提升，那么我们可以增加它的“复活次数”，当充电时间不会太长，甚至可以忽略不计时，电量不足带来的焦虑感就会少很多。
减少，不是彻底淘汰。现在各家快充协议纷繁复杂，除了公版的PD、QC快充，还有OPPO的VOOC、vivo的FlashCharge等私有协议，对充电头和线材的适配要求很高。很多人不会在原装充电套装之外再多买几套来覆盖全场景。买一个好的第三方氮化镓充电器也要上百元，又是一笔额外的成本。
氮化镓充电器丨图片来源：京东截图
电池焦虑的“心态问题”最终还是要靠电池技术的发展。电池技术是一个极其复杂的问题，要考虑电池寿命、安全、效率、成本等多方面因素，单纯提高能量密度并不能解决问题。
电池充放电的本质是离子在正负极之间定向移动，与电解液中的物质发生化学反应而被消耗（同时也受温度影响）。电池从制成那一刻起，寿命就减少了，即使不使用，也会被消耗。不同的人手机使用习惯也不同，也会影响实际耗电率。
目前有了快充技术与省电模式的结合，我们几乎不需要为了追求长续航而牺牲体验，了解真相之后才知道，原来我们过往的担心，终究都是“冤枉钱”了。
参考
[1]
[2]
[3]
[4]
