152019年XNUMX月

每个人都对5G感到兴奋。 并有充分的理由。 我们在4G LTE智能手机上所能做的所有伟大事情将在5G时代成倍增长。 我们将能够在眨眼间发送和接收大量文本和图像文件。 整部电影将在几秒钟内下载。 简而言之,5G将使我们的智能手机作为商业生产力工具和娱乐平台更加有用。 我不了解你,但我等不及了。

只有一件事。 没有电池供电,5G的出色体验是不可能的。

不幸的是,电池是智能手机时代的主要障碍。 爆炸和火灾虽然罕见,但却是一个严重的问题。 一次这样的事故太多了。

有点历史:在1991上进行商业化推广,锂离子电池比上一代技术(如镍镉和镍氢)有了巨大的进步,它们使4G LTE时代成为可能。 但在5G时代,锂离子电池有可能成为5G技术链中最薄弱的环节。

这场迫在眉睫的灾难并不是秘密。 我所说的智能手机制造商和网络运营商都在关注5G以及对手机的需求。 他们知道必须要做的事情。 但是什么?

研究人员正在日夜工作,提出突破性的电池技术,如固态电池或使用纳米材料的电池。 但电池突破通常需要十年或更长时间,投资数十亿美元。 在这些下一代电池准备大批量部署之前,还有许多工作要做。 实际上,我们需要接受5G将在配备锂离子电池的智能手机上曙光的事实。 唯一明智的做法是让这些电池像新时代一样准备就绪。

简而言之,问题在于:每个电池都有一个阴极和一个阳极,称为电解质。 在充电期间,离子通过电解质从阴极移动到阳极。 在锂离子电池中,在重复的充电循环中,在阳极上可能形成称为枝晶的微小树状生长物。 这些枝晶可以长得很大,最终会通过,触及阴极并导致电气短路,可能导致爆炸或火灾。 由电池施加压力的因素(例如快速充电或过度充电)会加速枝晶的形成。 这些应力造成的损害随着时间的推移而累积。

由于以下几个因素,5G将以前所未有的方式对电池施加压力:

  • 5G的高频段需要更多功率。 5G包含3 GHz至6 GHz及24 GHz以上的新频段。 功耗随频率线性增加,因此从900 MHz到6 GHz,会导致5x在其他条件相同的情况下增加功率需求。
  • 数据流量将大幅增加。 尽管5G效率很高,但吞吐率会更高,显示效果也会更高。 更多比特将以超过每秒1 Gbit的速率进行流式传输,需要额外的功率。
  • 5G应用程序需要低延迟,大约一毫秒。 例如,在较大屏幕上流式传输视频将大大减少处理器和电池的空闲时间。 这意味着更大的功耗。
  • 5G将需要在整个景观中更密集地放置天线,并且在运营商添加更多天线之前,手机和电池必须更加努力。

总的来说,网络运营商估计电力需求的25%增加到50%。

准备

但是,如果实施智能电池管理软件,则有希望。 第一步是减轻电池的压力; 第二是监控电池健康状况,以便在出现问题之前发现危险。 这些双重任务原则上很简单,但在实践中具有挑战性。

为了测量工作中的化学过程,可以利用为电池充电的电流作为一种信使。 通过应用类似于声纳的原理,可以从电流回波中检索关于电池内化学反应的信息。 基于该信息,可以调整反应以使它们更好地执行。 这些相同的信号还传递关于正在发展的任何问题的信息,例如产生电短路的树枝状结构。

通过减少电池压力和监控电池健康状况,将电池寿命延长一倍是合理的预期。 大多数手机电池的额定500充电周期,但可以增加到1000。 电池寿命并不是唯一可以改进的东西。 随着电池的充电和充电,它的尺寸会增大,体积增加可能达到10%。 智能电池管理可将肿胀减少一半。

简而言之,智能电池管理是所有智能手机必备的产品。 没有其他方法可以更好地确保电池的健康和安全。 当我们等待5G的到来时,当智能电池管理在这里时,没有必要绝望或对电池化学技术的缓慢进展感到不耐烦。