「池子」我们的电量焦虑，是如何被电池量化的？

原文标题：我们的电量焦虑，是如何被电池量化的？

除经济焦虑、年龄焦虑、容貌焦虑以外，如果我说，现代生活最常见的焦虑是「电量焦虑」估计你不会反对，手机、手表、平板、笔电泛红电池图标是我们最不可逾越的焦虑底线，更有甚者见不得设备电量低于 50%，甚至 70%、80%。

在商场等公共场合中冒出了不少随租、随充、随还的共享充电宝，厂商们纷纷推出充电功率更高的快充技术 —— 在电池容量提升有限的大前提下，我们试图通过各种方式缓解着由「剩余电量百分比」这简单数字支配的焦虑。

你有没有想过这个问题：手机等带电池设备，是怎么知道「电池剩余电量百分比」这个能影响我们焦虑情绪数值的？

我们再来回顾一下，如今最常见的锂离子电池在工作放电和充电时内、外部都发生了什么。

首先锂离子电池内部主要由正极材料、负极材料、电解质，以及两极之间的隔膜组成。

电池在「放电」时，负极会往电池外释出带负电的电子（e-），经负载将电能释放出去，然后回到电池的正极，而这时外部电流方向是与带负电电子流动方向相反的；与此同时，电池内部负极会释放出锂离子（Li+），通过电解质穿过电池隔膜，来到正极。

电池在「充电」时则相反，电池外部连接电源，在外电源的作用下，电子会在外部从正极回到负极，电流「强行」从负极到正极流动，而电池内部，正极的锂离子会重新经过电解质、穿过隔膜，回到电池负极，与电子重新「汇合」，这个过程顺便将能量「存」了起来。

可见，充、放电的过程可以理解为电子在（电池体外部）正负极之间搬运的过程，而且电子从「负极搬运到正极（放电）」是要比「正极搬运回负极（充电）」轻松的，只要打通两极之间的通路，电子就能「自然地」从负极流出到正极 —— 这就可以将电池的负极与正极类比成有高低差的两个「水池」，放电时电子能借助「天然的」势能往「下」流，充电时需要借助「泵」（电源）克服这个「天然的」势能，将电子反向送回到「高处」的负极 —— 所以负极这个类比「池子」剩余的「水」量，其实就可以看作是剩余的电量。

而市面上大多数电池就像是个黑匣子，电池内部是没有直接检测电子量装置的，哪个「池子」还剩多少「水」无法直接得知，但我们可以检测池子「出 / 入水口」的「水压」（即电压）来估算某个池子的状态 —— 作为类比的池子里「水」量越多，那么出口处的水压就越大；同理，如果负极里含可用电子的量越大，那么电压就会越高 —— 所以电池的剩余电量一般可以用电压来标定的，但至于怎么标定，这才是问题。

关于电池的剩余电量，有「SOC」这么一个概念，它与芯片领域的 SoC （System on Chip / 系统级芯片）无关，这里 SOC 指的是「State of Charge / 电荷状态」，就是所谓的剩余电量，数值上定义为电池剩余容量占电池容量的比值，就是手机电池图标上的那个百分比。

那么多大的电压是满电（SOC=100%）？

多低的电压剩余电量是零电（SOC=0%）呢？

答案是：没有统一标准。

而现实中，电池两极的「水池形状」是不规则的，而非规则的「正方体」，使得即使水流量匀速不变（恒流放电）的情况下，出「水」口检测到的水压（电压）也并不会呈线性变化，因此并不是说测得满电和亏电状态下的电压就能均等来计算剩余电量，而是需要通过预先细化测试电压和 SOC 的关系，制作成对应工况充放电曲线，系统才能直接通过这套曲线（算法）来估算出当前电池的 SOC 剩余电量百分比。

吊诡的是，不同材料的电池会有不同的标定算法；即使是同一材料的电池，在不同（温度）环境、有不同程度损耗后的同一块电池，电压与真实剩余电量的标定又可能会不同，所以我们实际在手机上看到的 SOC 可能只是一个大概值。

面对电池这个有变数的黑匣子，其剩余电量估算的方法其实不止一种，除了上面提到这较为经典、基础的「开路电压法」，还有「安时积分法」、「电阻法」这些直接估算的方式来测量 SoC，此外还有更为先进的「滤波法」、「神经网络法」等 —— 它们都为了一个目的，让我们的电量焦虑，啊不，是「电池的剩余电量」得到最精确的还原。

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