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电信业动态

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技术跟踪
便携式ICT设备的电池
Dr Martin Cooper
摄影: Motorola
人们认为,摩托罗拉的Martin Cooper博士是于 1973年在美国第一个用大块“砖头”模拟移动 电话样机打通电话的人。2007年拍摄的此照片 模拟了当时的情景。

从砖头开始
世界上第一部商用蜂窝式话机摩托罗拉DynaTAC 8000X (动态自适应全区域覆盖)于1983年获得美国联邦通信委 员会(FCC)的批准。因为它的尺寸(33厘米 x 4厘米 x 9厘米)和重量(0.9千克),它也被称做“砖头手机”。 这种“砖头手机”的电池能提供半小时的通话时间,8小 时的待机时间,充电需要10小时。
 
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摄影: Motorola
直接甲醇燃料电池(DMFC)原型。DMFC或许 是未来的能源技术

世界上第一部商用蜂窝式话机,亦称“砖头 手机”,能提供半小时的通话时间,8小时的 待机时间,充电则需要10小时。电池仍是移 动设备的薄弱环节,但它们已取得了长足的 进步。例如,据制造商称,3G智能电话的电 池容量,能提供10小时的2G通话时间,5小时 的3G通话时间,4小时的3G上网时间,6小时 的Wi-Fi上网时间,7小时的视频播放或24小时 的音频播放。这些改进可以满足一整天的使 用,因而你可以把充电器留在家里

在砖头手机推出一年后,全球有大约30万 移动电话用户。如今,超过25年后,该数字 已突破46亿。电池对于便携式信息通信技术 (ICT)设备的实用性至关重要。随着更多用 户转向移动服务,制造商和政府正在研究投 资清洁、节能和更耐久的电池,以满足便携 式电子设备耗电量大的特点。国际电联最新 的“技术跟踪提示”报告总结了移动设备电 池技术领域的一些主要趋势和发展。

处理能力和新一代通信链路方面的进步增 强了移动性,并推动了对移动电话、便携式 计算机和包括电子书、MP3播放器和数码相 机等在内的其他小型设备的需求。依赖车载 电池组的混合动力电动汽车是许多车展的明 星。这一点在2010年日内瓦国际汽车展上表 现得非常明显,车展期间国际电联、国际标 准化组织和国际电工委员会于3月3-4日联合 举办了“2010年全网络化汽车”讲习班。

据国际电联估计,到2010年底,全球将有 50亿移动电话用户。这一增长大部分是在发 展中国家。这些国家的用户经常需要想方设 法来克服无法随处找到电源的困难。农村地 区的一些电话亭不仅用来给话机充值(预付 费),还用于给电池充电。因此,推动不完 全依靠电力网充电的电池或设备的发展,并 逐步改善和扩大能源基础设施,对于连接任 何地方的任何用户和弥合数字鸿沟都至关重 要

市场调查表明,每年全球电池(其中三分 之二为可充电电池)市场高达710亿美元,并 将以每年4.8%的速度增长到2012年。

电池特性

电池的比能量虽已大为提高,但设备更高 的功率要求抵消了电池性能提高所带来的好 处。最终结果是运行时间依然没有提高。

人们正在寻求一种安全、重量轻、体积 小,同时比能量高、运行时间长、使用寿命 长的环保电池。虽然目前还没有取得突破, 但现有技术已逐步提高,并能适应特定设备 或应用的要求。

目前还没有找到一种统一的方法,表明电 池在不同信息通信技术设备上的运行时间。 制造商和广告商都会声明其电池的运行时间 和寿命,但要谨慎对待这些信息,因为它会 由于使用模式不同而有所不同。例如,电源 管理设置和使用某些功能(Wi-Fi的DVD驱动 器)或应用程序都会影响到电池运行时间和 电池寿命。

目前的电池技术

锂离子电池和镍氢电池是便携式电子设备 最常用的电池。锂离子电池通常比镍氢电池 具有更高的比能量。此外,锂离子电池允许 多次充电–放电循环而无记忆效应,因此具 有较高的电池寿命。据估计,锂离子电池每 月因自放电损失最高5%的容量,而镍氢电池 每月自放电量最高达30%。

形状和重量是选择便携式设备的电池的重 要因素。锂离子电池可以做成各种形状和尺 寸,而且相对较轻,但镍氢电池相对于锂离 子电池具有成本低、电流大的优势,而且不 需要由处理器控制的保护电路。数码相机经 常使用镍氢电池。铅酸电池因太沉而无法用 于移动应用,镍镉电池则因为含有有毒成分 已被禁止在欧盟销售。.

用于移动装置的新能源

使用电池就得充电,这影响了靠电池供电 的装置的移动性和行动自由,因此制造商正 在寻找更好的技术。

如果光电池技术和燃料电池技术能够被小 型化而应用于便携式电子设备,将能扩大两 次充电之间的行动自由。燃料电池系统,特 别是直接甲醇燃料电池(DMFC),或许是未 来的能源技术。跟传统电池一样,燃料电池 通过电化学反应产生能量。主要的区别是: 只要有持续的燃料供给,燃料电池就能不断 地充电。

当前直接甲醇燃料电池产生的功率电平较 低,但可以在狭小的空间中存储很高的能含 量。这意味着它们能在长时间内提供较小的 功率。这使其成为手机、便携式计算机和照 相机等消费产品的理想选择。这种应用的主 要障碍包括功率控制、尺寸减缩和成本。目 前,燃料电池一般应用于无法进行燃烧,不 允许产生毒性废气的环境,例如航天器和潜 艇。

纳米技术是另一个有前途的领域,因为纳 米材料的特性可以帮助开发高性能的锂离子 电池。但在应用于消费产品之前,还需要进 一步的研究,以便更好地理解纳米材料中的 锂存储机制,以及实现纳米结构受控的大规 模制备和电极与电解质之间界面的动力传递。

更近期的研究领域集中在微型电池,它们 大约相当于人体细胞的一半大小。它们可以 附着在不同的表面上,将来或许可为各种微 型设备提供能量。纳米技术或者细胞大小的 电池技术有可能会为新的特性开辟道路,开 启一个新的移动时代。

充电器及充电

更换手机时,用户通常不得不更换充电 器。即便是同一家制造商的产品,充电器也 常常不能兼容。

无法使用的充电器除了造成不便,还产 生了电子垃圾。国际电联电信标准化部门 (ITU–T)正在率先制定一个节能的移动电 话机通用充电器技术标准,这是ITU-T关于信 息通信技术与气候变化工作的一部分。由关 于环境与气候变化的ITU-T第5研究组制定的 L.1000(原来的“L.适配器”)建议书《移动 终端和其他ICT设备的通用电源适配器和充电 器方案》提出了对通用电源适配器和充电器 的高级要求。这将减少生产和回收的电源适 配器和充电器的数量,同时使其应用于更多 设备并延长使用寿命。

无线充电是旨在替代充电器和电线的研究 领域。最初设想是在外出时利用无辐射电磁 耦合为距离数米远的移动设备供电。该技术 已经可以采用无线方式为欧洲数字无绳电话 机等几毫瓦的设备供电,也可以为上千瓦的 设备供电。

这些新技术都很有前途,为惠及全民的能 源和通信带来了光明的前景。

 

* “技术跟踪提示”报告由国际电联电信标准化局(TSB)编写,言简意赅地概括信息通信技术领域的新技术和趋 势。关于“便携式ICT设备的电池”的“技术跟踪提示”报告发表于2010年2月,可通过网页“www.itu.int/ITU-T/techwatch/reports.html”下载。电信标准化局希望了解您对系列报告的意见和建议,并欢迎您对未来的“技术跟 踪”出版物的主题提出建议。请将您的意见发送至tsbtechwatch@itu.int。

 

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