Рассмотрим 5 методов индикации заряда и сбои по каждому из них, а также как их исправить.
5 методов работы индикатора заряда телефона
У производителей есть пять основных способов измерить, сколько заряда осталось в аккумуляторе. И все они несовершенны, иногда дают сбой.
Порой индикатор показывает 99% при полной зарядке или даже 101% (хотя очень редко и на самых простых дешёвых схемах). Мы указали каждый метод отдельно и возможные неприятности с ними.
Не все из них распространены. В отдельных моделях телефонов, смартфонов, планшетов, в смарт-часах встречаются разные методы даже если речь идёт об одной и той же номерной серии устройств.
1. Мера коэффициента напряжения
Суть: привязка процента к показателям напряжения (в Вольтах, В).
Типичный литий-ионный элемент имеет рабочее напряжение от 2,7 В (разряжен) до 4,2 В (полный заряд). Иногда производят ячейки с максимальным зарядом 4,35 В и даже больше.
Если построить корреляцию между напряжением и оставшейся ёмкостью, то производители могут определить оставшуюся ёмкость. Метод несовершенен из-за неточности.
Сбой: резкие скачки процента, неправильные показания.
Ремонт: лечится полной зарядкой.
Данные предоставлены Texas Instruments.2. Учёт кривой напряжения
Суть: учитывается кривая напряжения, схема работает лучше.
Известно, что полностью заряженная ячейка Li-ion при разрядке резко просаживает напряжение в самом начале. То есть с 4,2 В до 3,7 В оно снижается быстрее, чем с 3,7 В до 2,7 В.
Процент индикатора будет учитывать эту кривую с учётом применяемой химии [пример на ячейке Panasonic]. Но может показать ошибочные сведения при разных нагрузках.
Сбой: неправильные промежуточные показания заряда и разряда.
Ремонт: лечится полной разрядкой и повторной зарядкой.
Данные предоставлены Panasonic.3. Учёт кривой напряжения и тока
Суть: учёт тока и импеданса для более эффективной оценки.
В работе схема прикладывает в расчёт известное инженеру значение нагрузки, учитывается импеданс. Индикатор сможет отличать расход заряда в моменты эксплуатации и простоя. Но метод всё равно требует корректировки и калибровочные процессы (что это такое).
Сбой: неправильные показания, сбивается максимальный и минимальный процент.
Ремонт: лечится зарядкой, полной разрядкой и повторной зарядкой.
4. Кулоновский счётчик
Суть: подсчёт данных во время заряда и разряда.
Метод основывается на сопоставлении, сколько заряда принимает аккумулятор и сколько отдаёт. Применяется в схемах определения остаточного заряда (FGC, Fuel Gauge Circuit).
Счётчику сообщается номинальная ёмкость батареи. Относительно неё считается количество использованной энергии с момента последней полной зарядки. Остаточная ёмкость рассчитывается после каждого обновления точки сетки данных по графику сопротивления и в конце разряда.
На примере Sony Xperia Z1 Compact применяется [исходный код] схема с дешёвыми датчиками MAX17040 [схема в PDF].
Из-за этого иногда оставшийся заряд падает с разумных 20% прямо до нуля. При программных сбоях в алгоритмах (особенно на дешёвых смартфонах) индикатор неверно отображает полный заряд. Возможна ситуация, когда будет 99% или даже 101% заряда.
Сбой: резкие скачки процента, неправильные показания.
Ремонт: лечится зарядкой, полной разрядкой и повторной зарядкой.
5. Обучаемые контроллеры
Суть: подсчёт кулоновских данных с учётом изменений во времени.
Основаны на кулоновских счётчиках, но с усовершенствованием. Добавлены анализирующие характеристики алгоритмы обучения в виде программного кода (в операционной системе или в микроконтроллере).
На примере старенького iPhone 5C применяется [исходный код] схема с чипом Texas Instruments BQ27545 [схема в PDF].
У многих ноутбуков и продвинутых моделей смартфонов «умная» электроника отслеживает максимальную ёмкость, производительность и общее «здоровье» аккумуляторной батареи, которые учитываются кулоновским счётчиком. В этих случаях отображаемая ёмкость обычно довольно точна, хотя алгоритмы тоже могут давать сбой (чаще всего на старых ячейках с изношенной химией).
Сбой: показания искажены или вообще не поступают.
В iPhone в управлении зарядом и его индикации участвуют десятки параметров, которые можно считать в TexasInstruments EV2400 (с помощью последовательного порта USB-to-TTL, логического инвертора и небольшого MOSFET-транзистора).***
В смартфонах Android и в iPhone для измерения SoC* аккумулятора производители применяют метод кулоновского счёта. Так определяют сколько заряда пришло и сколько ушло.
* - SoC, State of charge battery — общепринятый параметр уровня заряда электрической батареи относительно её ёмкости.
В учёт идут данные:
- • постоянные (вручную запрограммированная ёмкость, нагрузка);
- • переменные («здоровье» аккумулятора, кривые тока и напряжения, температура и так далее).
Сбоить и глючить могут как дорогие «умные», так и дешёвые простейшие индикаторы заряда. Например, показывают 99% на полной зарядке из-за слишком сложных алгоритмов и ошибок в параметрах. Или даже 101% (да-да, 101 процент) из-за несовершенства измерений.
Ошибки вероятнее возникают с изношенным аккумулятором. Узнайте как его заменить, даже если в смартфоне он несъёмный.
Расскажите в комментарии, случались ли на вашем смартфоне сбои индикатора заряда. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.
Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.
