Warum kann das letzte 1 % des Akkus eines Mobiltelefons so lange halten? Wir wurden alle dadurch getäuscht.

Wenn jemand in Ihrer Nähe mit seinem Telefon spielt und plötzlich schreiend aufsteht und wie verrückt zum Ladegerät rennt, handelt es sich wahrscheinlich um einen Huawei-Benutzer und auf dem Bildschirm seines Telefons wird ein Countdown von „30 Sekunden bis zum leeren Akku“ angezeigt.

„30-Sekunden-Countdown“ ist eine Funktion, die bei Huawei-Telefonen angezeigt wird, wenn der Akkustand 2 % erreicht. Wenn das Ladegerät nicht innerhalb von 30 Sekunden eingesteckt wird, schaltet sich das Telefon automatisch ab.

Bildquelle: Mobiler Screenshot

Wenn Sie jedoch ein Apple-Telefon verwenden, ist die Situation ganz anders. Wenn der Akku bei 1 % ist, können Sie in Ruhe ein paar Nachrichten beantworten, langsam das Ladekabel herausnehmen und es in Ruhe an Ihr Telefon anschließen.

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Warum hält das letzte 1 % des Akkus eines Apple-Telefons so lange, während die letzten 2 % des Akkus eines Huawei-Telefons nur 30 Sekunden halten?

Tatsächlich handelt es sich hierbei um ein Missverständnis. Die auf dem Mobiltelefon angezeigte verbleibende Leistung entspricht nicht der tatsächlichen verbleibenden Akkuleistung . Um dies zu klären, müssen wir zunächst über den Handy-Akku sprechen.

Woher weiß ein Mobiltelefon, wie viel Akkuleistung noch übrig ist?

Wir alle wissen, dass Handyakkus Strom liefern, weil in ihnen chemische Reaktionen stattfinden. Theoretisch können wir genau wissen, wie viel Elektrizität noch übrig ist, indem wir messen, wie viel Reaktant noch übrig ist .
Dieser Vorgang klingt so einfach wie das Prüfen, wie viel Wasser noch in einem Tank ist, ist aber tatsächlich sehr schwierig. Es gibt keine Möglichkeit, die Menge der Reaktanten im Akku aktueller Mobiltelefone direkt zu messen. Der Akkustand des Telefons kann nur durch die Erkennung einiger Parameter im Schaltkreis geschätzt werden.

Daher handelt es sich bei der auf dem Telefon angezeigten verbleibenden Akkuleistung tatsächlich um einen Schätzwert.

Es gibt viele Batterieparameter, die für Mobiltelefone getestet werden müssen. Hier stellen wir hauptsächlich zwei Parameter vor, die mit der Schätzung der verbleibenden Leistung des Mobiltelefons zusammenhängen.

Stromspannung

Wenn Sie online nach Handy-Akkus suchen, sehen Sie möglicherweise auf vielen Akkus einen angegebenen Parameter: die Standardspannung (auch als „Nennspannung“ bezeichnet). Diese Spannung liegt im Allgemeinen bei etwa 3,7 V, aber tatsächlich geben die Lithiumbatterien in Mobiltelefonen diese Spannung im Betrieb nicht durchgehend konstant aus .

Die auf Lithiumbatterien angegebene Standardspannung (Bildquelle: Screenshot aus einem Online-Shop)

Dieses Bild zeigt beispielsweise die Spannungsänderungen eines bestimmten Lithiumbatteriemodells während des Entladevorgangs. Zu Beginn der Entladung liegt die Spannung bei etwa 4,2 V, und wenn die Batterie fast vollständig entladen ist, fällt die Spannung schnell ab.

Änderung der Entladespannung eines bestimmten Typs von Lithiumbatterien, Bildquelle: Referenz 1

Daher kann das Mobiltelefon die Lademenge auch durch Erkennen von Änderungen der internen Batteriespannung bestimmen . Beispielsweise können Sie eine Batteriespannung von 4,2 V als vollständig geladen oder 100 % und 3,3 V als erschöpft oder 0 % definieren. An diesem Punkt schaltet sich das Telefon automatisch ab (normalerweise sinkt die Akkuspannung bei Telefonen selten auf 3 V).

Anhand einer solchen Kurve kann uns das Telefon die verbleibende Leistung anzeigen. Diese Methode klingt einfach und unkompliziert, bringt jedoch einige Probleme mit sich.

Das offensichtlichste Problem besteht darin, dass der Spannungsabfall während des Gebrauchs kein linearer Prozess ist . Aus der Kurve in der Abbildung ist ersichtlich, dass bei fast erschöpfter Leistung die Batteriespannung schneller abfällt. Wenn sich die Anzeige strikt an dieser Kurve orientiert, kann es passieren, dass der Akkustand plötzlich von 15% auf 0% sinkt, was zu erheblichen Problemen führen kann.

Dieses Problem lässt sich jedoch relativ einfach lösen, solange einige Korrekturen an den angezeigten Daten vorgenommen werden. Darüber hinaus ist die Beurteilung des Leistungsniveaus ausschließlich auf Grundlage der Spannung mit dem Problem verbunden, dass es von vielen Faktoren beeinflusst wird .

Beispielsweise ist unter unterschiedlichen Arbeitsstrombedingungen auch die Spannungsabfallkurve unterschiedlich . Unter unterschiedlichen Arbeitsstrombedingungen ist die Batterieentladekurve unterschiedlich, was wir als Ratenleistung bezeichnen. Das Bild unten zeigt den Abfall der Batteriespannung unter verschiedenen Ratenbedingungen.

Die Batteriespannung ändert sich unter verschiedenen Ratenbedingungen. Bildquelle: DATENBLATT für Lithium-Ionen-Batterien, Batteriemodell: LIR18650 2600 mAh (EEMB Co., Ltd.)

Wenn Sie mit Ihrem Mobiltelefon chatten, ist der Betriebsstrom des Akkus relativ gering und die Schätzung der verbleibenden Leistung kann aufgrund der aktuellen Situation zu hoch sein. Wenn Sie ein Handyspiel öffnen, erhöht sich der Betriebsstrom des Telefons. Nach der Neuschätzung stellt das Telefon fest, dass die verbleibende Leistung nicht so hoch ist und sich die angezeigte Leistung ändern kann.

Daher muss das Mobiltelefon neben der Erkennung der Batteriespannung möglicherweise auch andere Parameter erkennen .

Aufladung

In den eingebauten Chips vieler Mobiltelefone befindet sich ein sogenannter Coulomb-Zähler, der dem Telefon dabei helfen kann, die verbleibende Leistung genauer einzuschätzen.

Obwohl viele Menschen ihr Elektrowissen aus der Highschool bereits an ihren Physiklehrer zurückgegeben haben, glaube ich, dass jeder mit der Einheit „Milliamperestunde“ vertraut ist. Schließlich wird die Akkukapazität von Mobiltelefonen in Milliamperestunden (mAh) gemessen. Generell gilt: Je höher die mAh-Zahl, desto mehr Ladung kann gespeichert werden.

Das „Coulomb“ im Namen „Coulombmeter“ ist gleichzeitig die Einheit der elektrischen Ladung. Mit dem Coulombmeter lässt sich ermitteln, wie viel Ladung die Batterie während des Gebrauchs freisetzt. Indem Sie die verbrauchte Ladungsmenge von der Ladungsmenge abziehen, die die Batterie speichern kann, können Sie feststellen, wie viel Leistung noch übrig ist .

Mithilfe eines Coulomb-Zählers kann das Telefon auch genauere Leistungsvorhersagen treffen, aber auch dann treten weiterhin Fehler auf. Daher ist die angezeigte verbleibende Leistung nur eine Schätzung und kein genauer Wert.

Produktüberlegungen

Da es bei der Vorhersage der Akkulaufzeit von Mobiltelefonen zu Fehlern kommen kann, werden die verschiedenen Mobiltelefonhersteller ihre eigenen Überlegungen anstellen.

Einige Hersteller sind beispielsweise der Ansicht, dass die Schätzung der Akkuleistung nicht so genau ist und lassen das Telefon daher einfach so früh wie möglich 1 % anzeigen . Auf diese Weise können Benutzer ihre Telefone so früh wie möglich aufladen, um unnötigen Ärger zu vermeiden.

Darüber hinaus wechseln viele Mobiltelefone bei schwacher Batterie automatisch in den Energiesparmodus, verringern die Bildschirmhelligkeit und beenden die Ausführung unwichtiger Hintergrundprogramme. All dies trägt dazu bei, die Lebensdauer des letzten 1 % zu verlängern.

Bildquelle: Mobiler Screenshot

Einige Hersteller haben die Strategie übernommen, Sie 30 Sekunden zum Ladegerät sprinten zu lassen, wenn der Akku 2 % erreicht.

Daher hält der 1-%-Akku von Apple sehr lange, während der 2-%-Akku von Huawei nur 30 Sekunden hält. Sie sind nicht vergleichbar und man kann nicht behaupten, dass einer eine längere Akkulaufzeit hat.

Notfallmodus unter 1 % Batterie

Obwohl Huaweis „30 Sekunden Tod“ beängstigend aussehen, hat Huawei bei der Veröffentlichung des Mate 50 im September 2022 auch eine „Energiepumpen“-Technologie hinzugefügt, die es dem Telefon ermöglicht, nach dem 30-Sekunden-Countdown in den Notfallmodus zu wechseln, anstatt sich direkt auszuschalten. Im Notfallmodus können Sie noch über zehn Minuten telefonieren und einige Code-Scanvorgänge durchführen, um das dringende Problem zu lösen.

Als diese Technologie erstmals auftauchte, dachten manche Leute, es handele sich dabei gar nicht um eine neue Technologie, sondern das Telefon würde absichtlich einen Teil seiner Leistung verbergen und nicht anzeigen. Doch dann erschienen immer mehr Testberichte und es stellte sich heraus, dass die Telefone ihre Akkulaufzeit nicht verheimlichten .

Die Auswertung ergab, dass bei einer Spannung von etwa 3,3 V bei einem Android-Telefon der normale Betrieb des Telefons im Allgemeinen nicht aufrechterhalten werden kann und es sich nur automatisch abschalten kann. Die „Energiepumpen“-Technologie kann das Mobiltelefon auch dann noch mit niedriger Spannung mit Strom versorgen, wenn die Batteriespannung unter 3,3 V fällt, und so für den Notfall auch noch den letzten Rest an Energie aus der Batterie holen.

Dies mildert auch die Spannung, die der Countdown „30 Sekunden Tod“ mit sich bringt, und gibt Huawei außerdem einen Punkt für die „Haltbarkeit“ der letzten 2 % der Leistung.

Andererseits ist es aus Gründen der Akkuschonung nicht empfehlenswert, das Telefon zu verwenden, bis der Akku leer ist, bevor es aufgeladen wird. Sie können Ihr Telefon aufladen, wenn der Akku zu etwa 50 % genutzt wird.

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Verweise

[1]https://www.richtek.com/Design%20Support/Technical%20Document/AN024

[2]Datenblatt für Lithium-Ionen-Akkus, Akkumodell: LIR18650 2600 mAh (EEMB Co., Ltd.)

[3] Review-Video: https://www.bilibili.com/video/BV1b84y117yr/?vd_source=4de26bbe48ce5be01ed7193227fe526f

Planung und Produktion

Dieser Artikel ist ein Werk des Science Popularization China-Starry Sky Project

Produziert von der Abteilung für Wissenschaftspopularisierung China

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.

Autor: Science Scraps Popular Science Team

Rezension | Zhou Xiaoliang, leitender Ingenieur, Physiklabor, Jiaotong-Universität Peking

Planung von Fu Sijia

Herausgeber: Fu Sijia