Como um telefone inteligente mede a energia da bateria?

9

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.

navegador
fonte
11
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:

6

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.

Lior Bilia
fonte
"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
11
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