Този сайт използва бисквитки (cookies). Ако желаете можете да научите повече тук. Разбрах

Батерии, платформи и издръжливостта на преносимите устройства

04 март 2013
11306 прочитания
0 коментара
5 одобрения
0 неодобрения

Павлин Луканов

Батериите са неизменна част от мобилните устройства и от тях до голяма степен зависи това до колко независими можем да бъдем без връзка към електрическата мрежа. Макар и това да е така, привидно индустрията не напредва в тази насока със скоростта с която се подобряват производствените процеси и производителността на устройствата, визирайки главно мобилните телефони, таблетите и преносимите компютри.

С цел да разберем по-добре положението в момента нека се запознаем с двата основни вида батерии, които използват производителите на мобилни устройства.

Литиево-йонни (Li-ion)

Със сигурност най-разпространените днес батерии са Литиево-йонните (Li-ion). Технологията води началото си още от 70-те години на миналия, а за неин откривател може да бъде посочен Майкъл Уитингъм. От тогава те са претърпели значителна еволюция.

 

 

Презареждащите се Li-ion батериите по същество функционират чрез преминаването на литиевите йони от отрицателен към положителен електрод при разреждане и обратно при зареждане. Трите основни функционални компонента на този тип батерии са отрицателен електрод, положителен електрод и електролит. В зависимост от избора на материали значително варират напрежението, животът и сигурността на батериите.

 

 

Нека се спрем на основните предимства и недостатъци на този тип батерии.

Предимства:

- Голямо разнообразие от размери и форми

- Нямат „памет ефект“ (ефектът се наблюдава при определени NiCd батерии, които постепенно губят максималния си капацитет ако често се презареждат без да са напълно разредени)

- Нивото на саморазряд е приблизително 5-10% за месец

Недостатъци:

- Намаляване на капацитета (по-старите батерии нямат същия заряд като новите, съответно и времето за зареждане намалява пропорционално)

- Високите температури и ниво на заряд засилват загубата на капацитет

- Вътрешното съпротивление (Увеличава се с възрастта и циклите и води до намаляване на напрежението при натоварване)

- Сравнително скъпи за производство

Литиево-полимерни (Li-pol)

Друг тип разпространени батерии са Литиево-йонните полимерни батерии (Li-Pol). Те представляват технологична еволюция спрямо разгледаните по-горе Li-ion. Основната разлика, е че литиевият електролит не се съхранява в органичен разтворител, а в солиден полимер.

 

 

Първоначалните разработки на технологията са изправени пред проблеми като вътрешно съпротивление и дълго време за зареждане. Днешните батерии с тази технология са с „пакетни“ клетки с гъвкава обвивка от полимерен ламинат, докато Li-ion са с цилиндрични клетки с метална обвивка. Благодарение на това самите клетки са с над 20% по-леки спрямо еквивалентните цилиндрични.

Предимства:

- Гъвкавост в размерите и големината на батериите

- Ниско тегло (благодарение на липсата на метална обвивка на клетките)

- Подобрена сигурност

- Потенциал за постигане на по-ниски производствени цени

Ограничения:

- По-ниска енергийна наситеност и по-малък брой цикли спрямо Li-ion.

- По-скъпи за производство

- По-високо съотношение цена-енергия спрямо Li-ion

Както е видно един от основните плюсове е възможността, която тази технология дава на производителите да правят разнообразни по форми и размери батерии, които са подходящи за конкретните устройства.

Мобилните платформи

И така стигаме до следващия основен фактор в мобилната екосистема, който влияе пряко върху издръжливостта на батериите – енергийната ефективност на процесорните платформи. Нека видим какво ни очаква тук.

Основните играчи са ARM, Intel и до някаква степен AMD. Започваме с ARM понеже техните продукти са най-разпространени сред смартфоните и таблетите.

Бъдещите планове на компанията са свързани с новата Cortex-A50 серия, която е базирана на ARMv8 архитектура. Два са продуктите, които се очакват на пазара от различните производители използващи дизайните на ARM.

Cortex-A57 е с висока производителност, а Cortex-A53 е с високо ниво на енергийна-ефективност, а и най-малкият в света 64-bit процесор.

A57 ще подобри производителността на смартфоните до тази на персонални компютри от по-стари поколения, според ARM. От компанията обещават до три пъти по-висока производителност спрямо настоящите смартфони при същата консумация на енергия.

A53 ще бъде най-ефективният продукт на компанията като ще дава високата производителност на настоящите смартфони от висок клас, но ще използва едва една четвърт от необходимата им енергия.

Сред производителите ползващи ARM лицензи са NVIDIA, Qualcomm, Samsung, STMicroelectronics, Texas Instruments и други.

Intel е основен играч при настолните и преносими компютри, но компанията има за цел да стъпи сериозно и при таблетите и смартфоните с новите си и настоящи поколения продукти.

При преносимите компютри компанията наложи свой дизайн с Ultrabook, които предлагат компактни размери и по-голяма степен на автономия спрямо стандартните лаптопи.

Четвъртото поколение ниско енергийни Intel Core процесори ще навлязат на пазара през настоящата година освен при преносимите и Ultrabook продукти и в таблети.

Сред основните подобрения е намаляването на изразходваната от платформата енергия в състояние на покой с над 20 пъти спрямо второто поколение. Разбира се това не става за сметка на производителността. Това е възможно благодарение на преминаването към 22nm производствен процес за Core процесорите предназначени за Ultrabook и други компютри, а за таблетите на 32nm.

Intel представи и нова ниско енергийна Atom базирана платформа за смартфони с предложения както към ниския така и към средния и високи класове.

 

 

Intel Atom Z2420 със скорости до 1.2 GHz, ще бъде предложението на компанията за бюджетните смартфони, а Intel Atom Z2580 ще бъде използван при средния и висок ценови класове. Според компанията новата платформа ще бъде с до два пъти по-висока производителност спрямо сегашното поколение (Intel Atom Z2460).

При таблетите в момента Intel предлага Atom Z2760, която доставя целодневен живот на батерията с Windows 8, и според компанията е по-енергийно ефективна от конкурентните оферти.

Бъдещите планове в тази насока включват следващото поколение 22nm Atom SoC, които ще бъдат налични към края на годината. Първият четири ядрен Atom SoC ще има над два пъти по-висока изчислителна мощ спрямо сегашното поколение предложения на Intel за таблети. Подобренията в дизайна биха позволили създаването на устройства с дебелина 8 мм, които могат да работят цял ден с един заряд на батерията и биха издържали седмици в режим на готовност.

При преносимите компютри Intel добавя нова серия към 4-тото си поколение Intel Core процесори с консумация 10W, запазвайки високата производителност. 4-тото поколение Core процесори дават възможност за целодневен живот на батерията, което според компанията е и най-значителното подобрение в тази насока в историята на Intel. Бъдещите системи ще предлагат до 9 часа работа с един заряд.

 

 

По време на CES, Intel демонстрира нов Ultrabook с откачащ се екран, който представлява таблет с дебелина 10 мм и предлага до 13 часа издръжливост с един заряд докато е прикачен към док клавиатурата.

Освен това компанията ще въведе ниско енергийна серия процесори в 3-тото поколение Intel Core. Чиповете ще работят при консумация до 7W.

AMD също планира нови продукти с по-ниска консумация на енергия.

По време на CES от компанията демонстрираха продукти с първите си същински SoC APU, с кодовите имена „Temash” и „Kabini,” които ще са и първите четири ядрени x86 SoC. И двете серии ще се появят през първата половина на годината.

„Temash” са ниско енергийните процесори предназначени за Windows 8 таблети и хибридни устройства, а „Kabini” ще бъдат предназначени за тънки преносими компютри с „изключителен живот на батерията“ при висока производителност. Очаква се „Kabini” да постига над 50% по-добра производителност спрямо предишното поколение APU („Brazos 2.0”).

Друг подход е да се променят технологиите, които изразходват най-много енергия, при смартфоните това е усилвателят, чип, който е използван за превръщане на електричеството в радио сигнали и поддържа връзката на устройството с безжичната мрежа.

Тези чипове използват приблизително 65% от енергията захранваща смартфоните. Едно възможно решение предлага Eta Devices, която е направила редизайн на усилвателя, а това води до сваляне на енергийната консумация наполовина. Новата технология избира минималното необходимо решение за поддържане на връзка.

Какво ново при батериите

Индустрията по един или друг начин се опитва да отбележи напредък към по-голяма издръжливост на устройствата с един заряд и по-дълъг живот на батерията.

Както видяхме от една страна има сериозни подобрения в енергийната консумация на хардуерните платформи, разбира се не за сметка на производителността. Относно самите батерии усилията са за подобряване на съществуващите технологии и създаване на нови такива, които да отговорят на увеличаващата се нужда за енергия.

Една от бъдещите насоки са силикон базираните батерии, които изглежда имат доста голям потенциал. В основата им е Li-ion и могат да постигнат наситеност от 1,000 В/ч на килограм при 95-180 В/ч на кг за стандартните батерии. За сравнение Li-pol батериите постигат 180 В/ч на кг.

Силиконовите батерии са изключително леки, до 10 пъти по-леки от стандартните Li-ion.

3M разработва продукти, които могат да удължат издръжливостта при един заряд с 40%. Технологията работи чрез прехвърляне на електричество през силиконо литиева сплав, която увеличава почти с половина нивата на енергия.

Друга еволюция са тънкослойните Li-ion батерии. Те са съставени от тънки материали някои от които с дебелина от едва нано или микро метри. Това позволява постигане на краен продукт с дебелина от милиметри.

Тънкослойните батерии предлагат подобрена производителност благодарение на по-високото средно изходящо напрежение, по-ниско тегло и оттам по-висока енергийна наситеност и повече цикли спрямо стандартните.

Интересна е технологията на която залага Apple за бъдещето. Компанията патентова използването на материал наречен “течен метал” във водородна горивна клетка, която може да захранва устройствата на компанията до месец с един заряд. Течният метал е здрав, лек, може лесно да бъде оформян и не корозира.

Напредъкът, който е постигнат по отношение на по-голямата автономия на устройствата, макар и не толкова осезаем, е на лице. Ясни са тенденциите както при платформите, където се търси по-висока енергийна ефективност, така и при самите батерии, където навлизат нови технологии или се оптимизират настоящите такива. Можем да гледаме по-оптимистично към бъдещето и очакванията ни към съвременните устройства за по-голяма производителност и запазване на издръжливостта и нейното подобряване с времето.

Разбира се няма как настоящият материал да е изцяло изчерпателен, тъй като може да се говори още и за софтуерната оптимизация, която също води до напредък в издръжливостта на устройствата. Освен това голямо въздействие имат и периферните компоненти към платформите като дисплеите и различните компоненти. Но на всичко това може би ще обърнем внимание в специални теми и по-нататък.

5 одобрения
0 неодобрения
Още от рубрика "Мобилни комуникации"
КОМЕНТАРИ ОТ  
КОМЕНТАРИ
Трябва да сте регистриран потребител, за да коментирате статията
"Батерии, платформи и издръжливостта на преносимите устройства"



    

абонамент за бюлетина