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发表于 2004-10-9 10:12 | 只看该作者

[转帖]Thinkpad 电池

Thinkpad 电池
用电池不少时间了，发表一点对Thinkpad电池机制的看法。

一、Thinkpad电池芯片的功能

Thinkpad电池中含有一个控制电路，有多项检测和控制功能，其中检测方面包括测量电路电压，电流以及记录电池第一次使用时间，计数电池充电次数。计算方面有计算电池的容量。而控制方面则有控制过度充电/过度放电的功能。

二、Thinkpad电池容量的计算

从Thinkpad A/T/R/X开始，电池容量的计算功能和电池充电次数的计数功能被并入Thinkpad电池的控制电路中。

但我们知道，一个电池的电量是无法“测量”的。即在本次放电之前，是无法通过任何手段直接“感知”将有多少Wh的电可以放出，或者还剩多少Wh的电能。因为作为化学能储存的电能并不能直接通过如同计算水库库容一样来计算水能和预计水力发电量。因此，电池的电能（瓦特·小时, Wh）是通过外源因素的计算得知，通过单位也可以导出，是每个时间片的单位功率之和。

即 总电能 E = ∫dW = ∫d(U*A) ；
（∫上标0,下标t，dW是瞬时功率，U和A分别为测量电压和电流，t为总放电时间）。

实际上 Thinkpad 电池中的处理芯片就是用这个公式来计算每次完整放电的电能，来“模拟”显示整个电池的电量。式中的U和A皆为电路直接测得。因此处理芯片随时可以获取整个外电路的实时功率。把每个时间片段的功率加起来，便得出电池的总放电电能了。

然而我们知道，上述积分式是无法精确计算的。首先，时间片段不可能取无限小，片段越大，dW误差越大，因为 W = U * A 只代表在那个时间段内电池输出的平均功率（在时间片段极小的情况下，可以“认为”是瞬时功率）。在实际上的瞬时功率 dW 随时都在变化的情况下，这种计算方法就可能造成相当大的误差。

如图所示:

上面的放电——接近于我们平时使用电脑，一会上网，一会听mp3，一会玩游戏，一会待机——这个过程中，电能计算不准确（dW实际是平滑变化，但由于计算的不连续性，变成了离散变化）也不精确（梯度积分公式也是近似值）。
下面的放电——接近于纯粹待机/睡眠——过程中，由于dW变化非常小，由测量值归纳出的图线与真实情况也十分接近，因此也就更能反应电池的真实放电能量；同时，近似方形的图形，其面积也可以算得十分精确。

有个问题需要提及——如果是持续大电流的放电，电池处理芯片算出来的值仍然存在偏差。这是一种精确但不准确的偏差。持续稳恒大电流放电，使得功率曲线有似于图中的下图，能由测量值精确的算出外电路的总电能消耗。但我们都知道电池是有内阻的。电路中的大电流负载往往会使电压表示数降低。这是由于电压表测量的并不是真实的电池电动势，而是外电路电压。电池有一定的内阻，当电流增大时，内阻消耗（I*I*r）增大，电池本身占用的电压降增大，导致外电路电压降低。如果你打开Thinkpad的电池检测软件，会很容易模拟这个情况。接上两个500mA的USB设备就会让电池电压下降一块。因此，Thinkpad电池的电能计算软件只能计算外电路消耗的电能，在内电路（电池处）消耗的电能，就被忽略掉了。在大电流放电时，这种忽略就会引起不小的误差。所以说是精确而不准确。

综合分析，让Thinkpad电池电能计算最准确的放电过程，应当是持续稳流小电流放电。电流越稳，越小，计算也就越准。这在以前也有文章提及，这里只是把具体的两个原因拿出来证明而已。

三、Thinkpad电池电能计算结果对显示的影响

当处理芯片计算出本次放电的电能后，就会对储存在芯片中的“总电能”(Full Capacity)数值进行更新。经过我反复观察，这个更新，通常发生在电池电量放至 5% 的时候，而非电池被再次充电时。也就是说，最后的5%完全是芯片根据目前的放电曲线拟合估计的，并不是实测。在 5% 的时候，这次放电计算出的总电能便被更新至芯片中，成为新的 Full Capacity。

值得注意的两点是，

1. 5% 时的电量显示更新并非电量的唯一“更新点”；
2. 充电过程对计算电能不产生任何影响。因为，充电的电压电流，对电能计算没有价值也无法利用。

四、关于“放电法恢复实际电能显示”的讨论和建议

看了上面的讨论，应当明白几个基本事实，这也已经被许多网友反复提及：

1.电池容量显示并非电池的真实容量，是计算的。
2.电池容量显示的多少反应了平常使用电池的规律，往往快于电池实际的老化程度。
3.电池容量显示是可以通过一些“技巧”恢复的，电池真实容量是不可恢复的。
4.纠正电池容量显示的方法，与保养电池的方法，没有直接关系。一个是数学游戏，一个是化学过程。也就是说，从逻辑上存在这样一种方法，使得能纠正电池容量显示，同时对电池真实容量不利——二者在逻辑上不矛盾。
5.然而，电池控制电路中，电能百分比计算是按照电池的放电电能和电池的 Full Capacity 值比对得到，所以，体现在Thinkpad上，就是电池指示灯的那几种状态。因此，这可能会导致用家的不愉快体验，如计算的不准确就会导致黄灯闪半天。因此，改善电池电量的正确显示，也许在用户友善度程度上是重要的。
6.不过，电池的过冲/过放保护机制是基于电压和电流的判断，而非基于容量。否则，就不会出现显示容量很小，而在0% ～ 5%过程中能放很多电的情形了。所以，如果你真的狠心不去理会那个狂闪的黄灯，也没有太大关系，因为这很可能只是由于错误的容量计算，而电池此时还有很多剩余电能可放。

因此我们也可以有了如下推论：

1.锂电池是基本没有记忆效应的，和厂家描述的一样，能充放电300～500次，使用寿命在3年左右；
2.所谓的“记忆效应”实际上来源于电池上的处理芯片，不代表电池状态。

最后，给几个建议：

1.锂电池大胆用，随便用，随时可以充电。但不要放电放到机器“灭”的状态（不是指windows关机）。
2.实际使用时间在1年内应当不会有太大变化，因此，不必计较电量和指示灯是如何显示的。关心你的实际使用时间即可（可用放电至10.80V的时间当作衡量尺度）。
3.如果你觉得显示电量太少，不爽，那就用尽可能小的电流放电，纠正电量的计算和显示。1～2次即可纠正，没必要做很多。


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