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DXOMARK如何测试智能手机的电池使用体验

在一篇介绍性文章中,我们讨论了DXOMARK开发电池测试基准的原因,并笼统地描述了我们执行哪些测试项目来评鉴智能手机电池的续航(充电后可使用多长时间,也称为电池工作时间)、充电(充电需要多长时间)和效率(手机从充电后到电力完全耗尽之间是否能有效地管理电池)。在本文中,我们将更深入地探讨工程师使用的设备的具体细节,以及他们遵循的测试程序——换句话说,本文将探究我们如何测试电池

一开始,我们将深入描述测试时所使用的设备,然后详细说明如何在一些特定的测试例程和用例中对手机电池进行评分。

续航时间(电池工作时间):一个笼子,几个机器手臂,几个人

DXOMARK的最新实验室专门用于电池测试,而法拉第笼子则是该实验室的主要组成部分。在这一法拉第笼子内,墙壁、天花板和地板均铺设了一层2毫米厚的钢板,可将智能手机与外部网络以及可能影响测量精度和可重复性的其他干扰因素隔离开来。该法拉第笼子内设有WiFi接入点和蜂窝中继器,可提供稳定的连线。我们的大楼屋顶上设有一个户外天线,可接收来自法国网络运营商Orange的信号,而网络中继器则可以将其放大到预定水平,并通过笼内天线将其传播到笼内(4G时为–100 dB ,3G为–80 dB,而2G则为–70 dB)。

法拉第笼子中的机器人

目前,我们在法拉第笼子内设有四个触控机器人,可在例程、固定和校准中的任何二个用例中进行续航时间测试。其触控功能被编程为人类使用智能手机的手势(滚动、滑动、轻击),并具有计算机视觉功能,可以识别各种应用程序图标、键盘,甚至可以对不请自来的弹出消息做出反应。此外,每个机器人都配备有照明系统,可模拟家庭、户外和办公室的照明条件。照明强度和色温会随着一天中的时间而变化,使得手机也必须随着这些变化而调整亮度(这可能会对功耗产生极大的影响)。

测试期间的光照水平

机器人配备了简单的按钮开关,可以在每个测试用例开始之前唤醒屏幕,也可以不时地唤醒屏幕,以模仿人们在白天快速查看通知或时间的行为。四个机器人会在定序器控制下同时工作,并由定序器触发所有测试的例行事件和照明系统。在测试例程开始验证其他机器人是否正确识别每个图标以及它们的手势是否适合所用设备的特定用户界面(图标设计、手势、屏幕尺寸、布局)之前,我们会使用第五个机器人运行设置向导。

我们使用开箱即用的默认设置来测试手机;5G是我们唯一停用的设置,因为我们的实验室尚无5G覆盖,而支持5G连接的设备也会不公平地受到负面影响。(一旦我们的实验室有了5G覆盖之后,我们将会在测试基准中添加5G测量。)

在我们的固定典型使用场景中,从智能手机充满电开始,我们的机器人会度过一个精确定义的24小时活动周期,然后反复度过这个周期直到手机电池完全耗尽(也就是说,当手机自行关机时)。系统会在该周期的每个阶段监控电池电量表,以测量电池所消耗的电量以及实际剩余电量的百分比。

法拉第笼子
触控机器人

在24小时中,我们使用实验室所在地——欧洲的一些最受欢迎的应用程序的最新版本,而测试情境则包括每天4个小时的屏幕显示时间(研究表明这是全世界范围内的平均使用时间)以及多种类型的活动:社交和通讯、音乐、视频以及游戏等。(请注意,由于我们的所在地与其他地方在网络质量、可用应用程序等方面可能存在差异,所以如果在其他地方进行测试的话,某些测试结果可能会有所不同。)

正在工作的DXOMARK机器人

手机是可以移动的,因此我们会进行一系列测试,以查看在智能手机“移动中”,电池所受到的影响。一如机器人的固定测试,我们将所有手机都设置为默认设置,并且仅停用5G设置,因为我们在整个测试过程中尚无法使用5G。我们会使用一部参考手机(总是同样的手机),以帮助我们考虑天气和温度等波动。

我们的移动测试包括人们在公共交通工具上通勤时经常进行的活动,例如拨打电话、浏览社交应用,以及在汽车中或步行时所进行的活动(GPS导航、流音乐以及拍摄照片和视频)。沿路上有几个检查点,我们会在每个测试用例的检查点上启动测试,然后运行到下一个检查点,以测量耗电量,然后在此启动下一个测试用例。

在法拉第笼子中进行校准用例测试时,我们让机器人重复进行一个特定用例中的一系列活动。以下是我们当前的用例集:

    • 视频流(使用蜂窝网络和Wi-Fi)
    • 视频播放
    • 音乐流
    • 游戏
    • 来电
    • 闲置

“校准”是指我们在测试中对每部手机均使用相同的设置和应用程序参数。例如,我们将显示屏亮度设置为200 cd/m2;我们在10厘米远处测量来自手机扬声器的声音;我们将手机扬声器的音量设置为60 dB;我们使用相同的环境照明条件。然后,我们测量每项活动所消耗的电量,以便您了解(举例)玩激烈的视频游戏或听音乐可以持续多少小时。

这三个续航时间测试的结果可让您了解某个智能手机的预期电池工作时间(以日数/时数/秒数为单位),这包括未积极使用智能手机时,在一夜之间会损失多少电量,以及特定类型的活动会消耗多少功率。我们还进一步根据典型使用场景和移动测试用例的结果设计了3种不同的续航时间类型:轻度、中度和重度使用根据我们的估计,轻度使用意味着每天有2.5个小时的积极使用;中度表示积极使用4小时;重度使用意味着连续使用7个小时。这些使用类型的估计值旨在让您根据自己使用手机的频率,更好地了解自己拥有多少续航时间。

充电

一如我们的介绍性文章所述,我们的充电分数基于完全充电快速充电两个测试项目的得分。进行这些测试时,我们使用手机随附的官方充电器和电缆,或者购买制造商官方网站推荐的充电器。

充电设定

我们使用带有电流和电压探头的Rohde&Schwartz RTE 10124示波器来测量主电源和次级电源在时间推移中的电力。(主电源是指壁式电源进入充电器之前,从墙上插座获取的电力;次级电源是充电器在未插入智能手机时所消耗的电力。)

接着,我们完全耗尽智能手机的电池电量,然后测量手机电池从零电量到充满电所需的电量和时间(如探头所示)。我们也会指出手机何时达到满电量的80%,以及电池指示器显示100%所需的时间。在智能手机的电量表指示电量为100%后,我们还会观察手机会继续添加多少电量,并依此对其扣分。

我们也会测量带有无线充电功能的手机的充电速度。

快速充电测试中,我们在不同的电量下(分别为20%、40%、60%和80%)下,测量将智能手机插入电源插座五分钟所获得的电量。因为电池的剩余电量可能会显著影响短时间充电所获取的电量。

一位工程师在测试智能手机电池时使用示波器。

在另一项测试中,我们在手机上玩Gameloft的Asphalt 9至少20分钟,直到电池电量表指示剩余电量为5%,然后将手机插上充电器,以检查电池从墙上的插座提取了多少电量,以及它的充电速度有多快。这有助于我们检查激烈的游戏对手机会产生多大的影响,毕竟当重度使用而导致手机发烫时,手机的充电情况会与正常使用时不同。

线性度

我们的另一个充电测试项目着眼于智能手机的电池电量指示器或电量计的准确性。众所周知,屏幕的用户界面上所显示的电池百分比无法始终准确反映电池的剩余电量。这可能意味着,当两部具有相同电池尺寸的手机的电量计指示剩余电量为10%时,其用尽电量的时间可能非常不同。

于此,我们设计了一个消耗定量电量的用例,以测量电池的线性度。电池充满电后,我们在全屏模式下播放一个白屏无声视频。我们将手机设置为飞行模式,并将亮度调至最大。

然后我们对每个手机执行两次测量。如果手机的电量表显示剩余电池工作时间为20%,但实际剩余电量不到20%,我们会对它扣分,因为当您看到宝贵的20%剩余电量却在短时间内迅速用罄,这是非常令人沮丧的事。

效率

我们的效能得分来自我们使用探头和示波器所进行的充电测量,即电池从电源插座向智能手机传输电量的能力,以及手机充满电时,取下充电器后所消耗的剩余电量。

让我们以标称电压为4V的5000 mAh电池为例。我们认为这种电池的典型电力容量为20 Wh(瓦特小时 = 5 Ah x 4V)。在我们的充电测试计划中,我们测量充满电时从电源插座获取的电量。假设我们测得的数据是25 Wh,这意味着电池的效能为80%(电池存储了20 Wh,除以25 Wh的所用电量)。

一名工程师在法拉第笼子中收集和监控智能手机电池测试。

在我们的初始参考数据库中,我们测得的充电效能范围为65%至81.5%。当我们的受测智能手机充满电但仍插在充电器上时,剩余功耗为80 mW至500 mW;将充电器自智能手机取下后,但仍将充电器插入电源插座时,剩余功耗为20至94 mW。

我们还计算了放电效能,即电池容量除以固定和校准用例的续航时间测试项目的分数所得的比例。

为什么要评鉴电池效能?当然,与加热或照明设备相比,智能手机对电费的影响几乎微乎其微,但是,如果智能手机的效能高,则仅需要较小的电池(使智能手机更轻、更紧凑)。良好的效能也是手机设计质量和软件性能的体现。换句话说,效能高的设备的构造也是比较好的。

评分

简单说明我们的评分系统(我们在一篇介绍性文章中对其进行了详细说明):我们从三个测试项目的得分(续航时间、充电和效能)计算了总体电池得分。我们从三种不同测试的结果中计算出续航时间分数:固定、移动和校准用例。我们的充电分数考虑了完全充电和快速充电的结果,以及电池的线性度。最后,我们的效能得分考虑了充电器的效能,以及在典型使用场景和校准用例中测得的总功耗。

我们希望本文能使您对我们为进行DXOMARK电池的评测和排名所使用的设备和所进行的测试有更深入的了解。


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