Jak funguje měření výdrže na baterii
Baterie je velmi důležitou součástí přenosných počítačů. Dnes je sice velké množství notebooků odkázáno k celoživotnímu setrvání na stole, ale v minulosti byla cena notebooku tak vysoká, že jen málokdo byl ochoten za něj utrácet čistě z rozmaru. Hlavním důvodem koupě byla mobilita a možnost pracovat na cestách.
První notebooky uměly maximálně upozornit blikáním nějaké kontrolky, že baterie dochází. Velmi záhy se přidala možnost zjistit přibližný stav kapacity pomocí stavového displeje s obrázkem baterie, na kterém postupně ubývaly jednotlivé dílky. Uživatelé chtěli více, a tak ještě v době, kdy výrobci nabízeli jako předinstalovaný systém pouze MS-DOS, přicházely na trh první notebooky schopné zobrazit odhadovaný čas výdrže.
Protože jsou kolem baterie stále vědomosti mnoha uživatelů notebooků spíše mlhavé (aspoň dle sledování diskusních fór), rozhodl jsem se v tomto článku věnovat nastínění principu, jak měření stavu baterie funguje.
Procentuální stav a jeho nepřesnost
Bylo by naivní, myslet si, že bateriový článek sám o sobě řekne, kolik se v něm ještě ukrývá energie. Takhle snadno to ve světě nefunguje, a proto se využívá měření napětí. Baterie, pokud je nabitá, dává notebooku napětí o něco vyšší, než když mele z posledního. Při používání tedy s ubývající kapacitou mírně klesá i napětí.
Zde přichází na řadu elektronika, která je dnes umístěna vedle bateriových článků. Nebudu v tomto zápisku zabíhat do detailů, jak se zjišťuje maximální a minimální stav (chcete vědět víc?). Když víme, jaká jsou napětí v minimu a maximu, můžeme si na intervalu mezi nimi jednotlivá napětí označit procenty od nuly (minimum) do sta (maximum) (u notebooků je to jinak).
V závislosti na přesnosti měřiče se pak určí, zda se kapacita bude ukazovat po procentech, jejich pětinách/desetinách (většina dnešní notebooků), nebo desetinásobcích (tak tomu bylo například u prvních ASUS Eee PC).
V dnešní době si už žádný z výrobců nedovolí vydat notebook, který by neuměl hlásit aspoň procentuální stav baterie. Zmlsaní uživatelé však chtějí vědět, jak dlouho ještě jejich notebook vydrží v chodu a k tomu je potřeba dalšího mechanismu.
Výpočet zbývajícího času pomocí spotřeby
Zbývající čas můžeme zjistit vícero způsoby. Můžeme sledovat, jak rychle ubývají procenta kapacity. Když známe celkovou kapacitu baterie (Wh) a časový úsek, za jaký se změní, můžeme zjistit i zbývající čas a průměrnou spotřebu v tomto časovém úseku. Tento způsob používá například velmi užitečný program BatteryBar (díky tomu funguje na všech noteboocích). Operační systémy jej však nepoužívají.
Druhý způsob pak počítá s jednoduchou implementací wattmetru. Při podělení kapacity baterie spotřebou vyjde čas, který zbývá, pokud se spotřeba notebooku nebude měnit. Na tomto principu funguje měření, které lze najít i pod ikonou baterie v operačních systémech Windows.
Každý slušnější notebook má nějaké takové měření již implementované (opravdu nejde o nic, co by tu nebylo už 10-15 let). Jsou však i levné kousky – například HP Pavilion, první ASUS Eee PC nebo notebooky Clevo (ty se prodávají pod mnoha značkami jako UMAX, Goldmax atd) – u kterých výrobce šetřil, jak mohl, takže víc než procenta z baterie nezjistíte (pak je dobré použít program zmíněný v minulém odstavci).
Jiní výrobci také šetřili, ale částečně tento nedostatek zakamuflovali. Mám na mysli třeba Benq (S32B), jehož baterie při dotazu na spotřebu hlásí stále stejnou hodnotu (někde kolem 13 W). Windows tak ukazují stejný čas bez ohledu na reálnou spotřebu, jen při větší zátěži ubíhají minuty rychle jako na hodinkách z tržnice.
Závěrem
Občas se mě lidé ptají, jak moc tomu ukazateli ve Windows mohou věřit. Taková otázka je špatně položená. Nezáleží na Windows, záleží čistě na konkrétním notebooku. Některé výdrž radši neukazují, některé švindlují. U libovolného kvalitnějšího notebooku jde však o relativně přesný ukazatel. Jen je třeba počítat s tím, že vychází z aktuální spotřeby a předpokládá stejnou spotřebu až do vybití baterie. Pokud vám notebook při práci ve Wordu ukazuje 3 hodiny, a pak začnete hrát nějakou 3D hru, nečekejte, že ty 3 hodiny opravdu vydrží.
Jen mě překvapuje, že operační systémy stále ještě neumí operovat s údajem, při kolika procentech se má notebook uspat. Předpokládaná výdrž vždy počítá, že se baterie vybíjí do 0%, takže se notebook vypíná, ačkoli měřič ukazuje ještě třeba 10 minut provozu. Vsadil bych se, že to Microsoft neopravil ani ve Windows 7.
NoteBookBlog.cz
Retrocomputing
1. Dominik Dědiček 27.8.2009 14:46:56
Pěkný článek :-) Tak jsem se dozvěděl zase něco nového.
2. Scotty 27.8.2009 15:25:47
Nevím, jestli jsem tě pochopil v posledním odstavci správně, ale toto umožňují Win7 i Win Vista v pokročilém nastavení napájení. Pro jistotu jsem ti udělal obrázek – http://twio.cz/ab23 – myslel jsi toto?
3. TheJoker 27.8.2009 17:23:35
Swarm>Scotty> Toto nastavení umožňuje Windows 7 již od ranné beta verze. U Windows Vista si nejsem jistý.
4. Bananik 27.8.2009 18:25:22
[2] On to myslel tak, že ak ti ukazateľ signalizuje zostávajúcu výdrž 100 min. a máš nastavené že sa notebook uspí pri 3% celkovej ostávajúcej kapacity batérie, tak že ti tých 100 min. nevydrží ale napríklad 90 min. (10 min sú tie 3%).
5. shadius 27.8.2009 19:30:20
hezky clanek :) a co se tyce toho uspavani pri nejakem/jibovolnem procentu vybiti, tak nevim jak windows, ale linux to umi uz par let (alespon KDE utilitky)
6. balaam 27.8.2009 20:05:05
Pěkné počtení. Já osobně používám Notebook Hardware Control – skvělý program. Na jakém principu je stavěn on? Hádám, že na stejném, jako Windows, když mi ukazuje stejný čas, jako windowsácká „baterka“
7. Warcz 27.8.2009 20:24:36
Souhlasim až na poslední odstavec. Vem že by jsi měl 10 minut, NB by stal na stole s vypnutym LCD. Najednou by jsi přišel, zamaval myší, zjistil by 5 minut. Ha rychle ! pustil by disk 2 minuty… rychle přesypat 4 Gb RAM. Pic konec mrtvo… Takhle 5% je 5%…
Jinak souhlas…
8. Warcz 27.8.2009 20:28:20
Jo ještě bych do članku doplnil softik NBstat pro nelinearní baterie:
http://www.edownload.cz/sw/nbstat/
velmi užitečný pro starší baterie…
9. trubus 27.8.2009 20:28:33
2shadius: jasný, linux vše uměl už dávno :D
Také jsem swarma na první tři přečtení nepochopil, uspat notebook při nastaveném zbývajícím procentu umí windows snad „odjakživa“, problém je, že píšou že zbývá 20min provozu, ale ve skutečnosti se po deseti minutách uspí (zbylých deset minut by se dalo spotřebovat jen pokud by bylo automatické uspání vypnuté), takže si to člověk musí v hlavě odečíst :)
10. Pavel 2.9.2009 19:18:39
Ahoj,
nikdy jsem princip mereni zbyvajici kapacity u NTB nezkoumal, ale z praxe vim, ze pro presne mereni zbyvajici energie v Li-xxx (a obecne vsech chemickych clancich) je sledovani napeti nesmysl.
Doufam, ze kazdy aspon tusi, ze vybijeci charakteristika akumulatoru je naprosto nelinearni, to by nebyl az takovy problem, ale tvar charakteristiky se meni s teplotou i starim clanku. Takze prostym merenim napeti nezjistis vubec nic (odhaduji, ze chyba bude aspon 20pct).
Predpokladam, ze dnesni notebooky meri odevzdany naboj, tedy integruji hodnotu zmereneho proudu. Pokud zname kapacitu clanku, neni problem.
Problem je, ze se system musi pro spravnou funkci cas od casu zkalibrovat, tzn. vybit clanky az na „koleno“ a znovu nabit, tim zjistime skutecnou kapacitu clanku (coz se muze dit zcela automaticky pri kazdem hlubsim vybiti, elektronika vcas pozna nadchazejici konec podle tvaru charakteristiky).
Samozrejme bude baterie jako celek obsahovat ochranne mechanismy merici aktualni napeti (kazdeho clanku), ale to je jen posledni zachrana, zadny presny udaj.
11. swarm 2.9.2009 20:21:39
[10] Ano, je to tak. Po odeslání článku jsem odjel na několik dní pryč a přemýšlel jsem, že způsob s napětím pro použití s notebookem nebude vhodný (ale svůj notebook jsem neměl s sebou, tak jsem se na úpravy vykašlal).
U jednodušších zařízení by to tak nějak mělo být řešené (resp. dříve bývalo) a je tam právě ten efekt, kdy třeba telefon ukazuje půlku baterie v idle a po zahájení hovoru ukazatel rázem ukazuje, že baterie je skoro vybitá (nevim, jak je to u mobilů dnes, ale určitě už to taky nějak vychytali). Nebo mám handheld HP Jornada, u kterého ten ukazatel výrazně mění hodnoty i při přechodu mezi teplým a studeným prostředím. Pro notebook by to ale bylo dost nevhodné. Tam je napětí důležité spíš při kontrole nabíjení a pak snad pro ukazatel spotřeby ve W.
V článku jsem to vyškrtl a hodil odkaz na tvůj komentář.
12. Warcz 3.9.2009 8:11:10
Musím se k tomu taky vyjádřit. Dělám v servise mobilu a s Liion a Lipol baterkama často pracuju. Některé věci jsou teorie, jiné fakta.
1) pokud baterie ukazuje že má 50% a zahájíte hovor a spadne na nulu tak se jedná z 90% o velký vnitřní odpor. Nová baterie ma většinou kolem 100 MILI ohmu. Pokud jsme najednou daleko od BTS a mobil potřebuje 100% vykonu tak baterie nedá dostatek energie.
PS1: moje HP514 má aktuální kapacitu baterie 24% a 250mohmu ( vydrží sotva den )
2) Všechny Liion a Lipol baterie jsou vybaveny ochraným obvodem. Pokud při připojeni kontaktu přehodíte + a – tak se baterie „uzavře“ a bude ukazovat 0V. Pomoci ji lze pouze připojením správného napětí, tím se znovu „otevře“. To samé platí u zkratu kontaktů… Nevím jak to ti lidi v mobilu dokážou ale občas se s tím setkávám…
3) Liion a Lipol bateriím také zásádně vadí vybíjení pod jmenovité napětí. Mam zkušenosti že NiCd baterie se skoro 0V na článek se dá v pohodě rozhýbat. u Liion baterii po 5 hodinách hraní testeru se zvedne kapacita o 1% ( někdy i klesne ) takže rady na vylepšení kapacity jsou k ničemu. kapacita Liion pouze klesá, to co provádíte u NB je pouze kalibrace…
Osobně pracuju s testerem Cadex
Viz foto: http://www.ifotovideo.cz/photos/aktuality/graf_z_Cedex7200_04.jpg
Je to už starší kousek ale na všechny baterie stále stačí. Je zajímavé že výrobci nepřišli za posledních 10 let s žádným novým článkem. Osobně jsem zastáncem Li-Pol baterii – jsou bezpečnější a neobsahují takové svinstva jako Li-Ion
13. Pavel 3.9.2009 20:45:20
Warcz:
Novych technologii chemickych clanku je pomerne dost, nektere jsou vice pouzitelne, nektere mene.
Uz delsi dobu se prosazuji (ne v mobilech ani v NTB) Li-Fe clanky od A123, ktere kombinuji blbuvzdornost a zivotnost Ni-Cd a pomer W/kg (temer) Li-Pol, navic maji ekologickou samolepku:).
Je treba rozlisit „hloupe“ baterie v telefonech, ktere maji par primitivnich ochran, kde vsechna potrebna elektronika je v telefonu a „inteligentni“ baterie o vice clancich, ktere maji nabijec v podstate intergrovany (vcetne balanceru), tam pokud si neporadi vnitrni elektronika, zadne rozcviceni neni mozne.
Obecne zadny chemicky akumulator by se nemel vybijet na 0V, pro nektere je to konec, nektere to preziji, ale zadne technologii to nesvedci. Ni-Cd samozrejme take pouze starnou, pokud jim nespravnym pouzitim docasne zhorsime parametry, daji se „rozcvicit“, ale jiz nikdy na parametry noveho (ne uplne noveho, ale jiz zformatovaneho) clanku.
Mate pravdu, ze Li-Pol jsou teoreticky bezpecnejsi, ale na druhou stranu si nikdo nedovoli zavrit Li-Ion do takovych hruznych pouzder jako Li-Pol (kovove pytliky). Jinak oba typy jsou environmental friendly.
14. Pavel 3.9.2009 20:51:52
Jeste dodam, ze hluboke vybiti Li-xxx clanku neznamena 0% na ukazateli baterie ve Win apod.. Pokud jsou Li-xxx clanky pouzivany spravne (o coz se stara elektronika), jejich nejvetsim nepritelem je cas, nikoliv pocet cyklu.
Jeste jsem se nesetkal s hluboce vybitym Li-xxx clankem v mainstream elektronice. I Li-Ion clanky v 10 let nepouzivanem NTB mely pri nedavnem mereni 2,8V/cl, coz je sice dost malo, ale rozhodne ne hluboke vybiti.