Como um telefone inteligente mede a energia da bateria?


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Um smartphone (suponha Android) normalmente exibe a porcentagem de bateria de 0 a 100%. Estou assumindo que esta é a capacidade de energia utilizável da bateria. Eu tenho várias perguntas:

1) Como exatamente ele mede a energia restante? Supondo que uma bateria tenha uma classificação de 3,2V, ela pode fornecer 3,3V quando totalmente carregada e a tensão mínima exigida do telefone pode ser de 3V. O 0-100% refere-se a 3V a 3,3V? Essa calibração é feita apenas uma vez durante o tempo de fabricação?

2) Como a% de potência restante é medida com tanta precisão? As medições são calculadas em média durante um período? Em caso afirmativo, qual é a frequência de amostragem e quantas leituras são calculadas para obter a final?

3) Como é medido o% de energia restante quando o telefone está carregando? Eu acho que a tensão de saída pode ser diferente quando está carregando.

4) Como a calibração da energia da bateria é afetada pela temperatura ambiente? Estou ciente de que as baterias hoje em dia têm sensores de temperatura. A temperatura é usada para calcular a carga restante da bateria ou a taxa de carregamento ideal?

5) Assumindo que o consumo da bateria não é linear como a descarga da bateria ... (jogos intensivos, etc.). Como o smartphone lida com taxas de descarga variáveis? Existem aplicativos para recalibrar as baterias. Como eles funcionam?

6) Como o sistema operacional determina o uso da bateria de cada aplicativo? É apenas baseado nos ciclos da CPU e no tempo da tela ou há alguma medição real da dissipação de energia?

Peço desculpas se estas são muitas perguntas. Eu, mas acredito que todos estão relacionados.


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Resposta curta: a bateria ou a placa principal do Android possui um IC "medidor de combustível da bateria", que monitora o estado de carga da bateria. Você não pode atingir esse nível de precisão apenas medindo a tensão.
Mkeith

bq27200 é um exemplo de um IC de medidor de combustível de bateria.
Nick Alexeev

Bem notado. Então, como o IC do medidor de combustível da bateria faz tudo isso?
Navigator

as baterias descarregam de maneira não linear, com relação à tensão. Os fabricantes de baterias podem realizar milhares de horas de testes e controle de qualidade de lotes para caracterizar com precisão suas baterias e formar uma relação tensão / temperatura / capacidade. A partir disso, eles podem mapear o estado da carga para uma% da bateria para exibição para seres humanos em algo que posso entender.
KyranF

@ navegador, pode muito bem ser mágico. Eu acho que eles essencialmente integram a corrente ao longo do tempo (contagem de Coulomb). Mas acho que eles também implementaram esquemas de aprendizado. O medidor de combustível aprende a capacidade da célula específica e rastreia a capacidade à medida que diminui com o tempo.
Mkith23

Respostas:


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Como mencionado nos comentários, ele usa medidor de combustível. Existem vários algoritmos para a química de íons de lítio, e o medidor pode usar um ou mais deles.

O mais básico é o balcão Columb. O medidor de combustível possui uma derivação de corrente com um amplificador e mede a corrente consumida, soma-a com o tempo e compara-a com a capacidade da bateria programada.

Uma adição ao contador Columb é o rastreamento de impedância, no qual o medidor de combustível tenta medir a impedância da bateria. Uma célula de íon de lítio possui uma impedância específica para cada estado de carga; portanto, uma estimativa pode ser feita com relação à quantidade de carga restante.

O medidor de combustível geralmente possui seu próprio sensor de temperatura para compensar vários efeitos relacionados à temperatura.

Ele relata seu status via I2C (SMbus em alguns casos) para o processador principal.


"compara com a capacidade programada da bateria" - como explica a queda efetiva da capacidade por envelhecimento e ciclagem (dependendo da profundidade da descarga)?
Mister Mystère

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Existem algoritmos internos (a maioria dos medidores de combustível possui um MCU interno) que levam em consideração a temperatura média e o número de ciclos.
Lior Bilia
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