Máy tính, điện thoại của bạn tính toán % pin như thế nào? Tại sao % đầu tiên và % cuối cùng lại lâu hết đến vậy?

Ngày đăng: 24/03/2022-Cập nhật: 24/03/2022

Làm cách nào để điện thoại, laptop của chúng ta biết được viên pin còn lại bao nhiêu phần trăm, tại sao thời gian từ 100% xuống 99% và từ 1% đến khi tắt nguồn lại lâu hơn những % còn lại?

Dung lượng pin trong một cục pin nó không giống với việc lương xăng trong bình. Trong mỗi viên pin là một loạt các thành phần khác nhau, khi viết pin hoạt động một loạt các phản ứng hóa học phức tạp xảy ra, chính vì vậy, việc xác định dung lượng pin còn lại khá phức tạp.

Có thể bạn đã nghe ở đâu đó rằng, phần trăm pin còn lại được xác định bằng cách đo hiệu điện áp của pin. Đối với pin Lithium, khi sạc đầy điện áp sẽ khoảng 4.2V và nó sẽ giảm dần, khi điện áp còn khoảng 3.2V - 3.3V thì thiết bị sẽ báo pin còn 0%, tuy nhiên thực tế thì bên trong pin vẫn còn điện. Việc báo pin hết chủ yếu là để ngăn việc xả quá mức gây hại cho pin. Nếu không tin, bạn có thể kiếm một cục pin điện thoại có thể tháo rời, xài cho bằng hết rồi tháo ra. Lúc này bạn nối viên pin này với một bóng đèn nó vẫn có thể sáng.

Tuy nhiên cách này không phải lúc nào cũng đúng. Ví dụ nhé, những công nghệ sạc nhanh hiện nay có thể đẩy điện áp lên 10V hoặc thậm chí là hơn, vậy khi đang cắm sạc, làm sao dựa vào điện áp của pin để xác định phần trăm được? Ngoài ra, mức pin ở khoảng 40% - 60%, điện áp trên thực tế có mức chênh lệch cực kỳ thấp, ngoài ra còn nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến điện áp nữa.

Vậy còn những cách nào để xác định phần trăm pin còn lại trên những thiết bị điện tử nói chung?

'State of Charge' là gì?

Đầu tiên chúng ta cần tìm hiểu một chút về khái niệm 'State of Charge'. State of Charge cho bạn biết trạng thái của pin và cụ thể hơn là lượng điện còn lại trong pin tại một thời điểm nhất định. Thường được viết tắt là SOC. Một thuật ngữ khác có liên quan chặt chẽ đến SOC là Depth of Discharge (Độ sâu xả - DOD). Nó thực sự chỉ là nghịch đảo của SOC, tức là, nó là một phương pháp thay thế để cho biết lượng pin đã được sử dụng hết.

Xác định trạng thái pin bằng cách đo điện áp

Dù như đã nói ở trên, cách này có một số nhược điểm nhưng nhìn chung vẫn là cách đơn giản và phổ biến. Giải thích lại cách đo này một chút, pin giống như một bể nước có van ở đáy. Bạn không có cách nào để nhìn vào bể, vì vậy bạn không thể biết nó chứa bao nhiêu nước tại một thời điểm nhất định. Bạn sẽ xác định lượng nước còn lại trong bể như thế nào?Một cách để ước tính lượng nước còn lại là xem áp suất nước chảy ra khỏi vòi. Nếu nước chảy ra nhanh, có nghĩa là nó đang chịu nhiều áp lực, báo hiệu rằng bể gần như đã đầy. Ngược lại, nếu nước chảy ra khỏi vòi rất chậm, bạn biết rằng bể gần hết.Điều này cũng đúng trong trường hợp của pin. Một mạch điện tích hợp trên pin sẽ đó điện áp và báo cho hệ thống biết, từ đó hiển thị phần trăm pin lên màn hình.

Mặc dù quá trình này đơn giản nhưng không thể dựa vào nó để cung cấp kết quả chính xác 100%, vì một số yếu tố như nhiệt độ môi trường, tốc độ xả điện, vật liệu tế bào và tuổi pin ảnh hưởng đến điện áp. Đường cong điện áp trong hầu hết các pin tuân theo một đường cong không tuyến tính so với trạng thái tích điện.Ngoài ra, độ trễ cách đo này là khá cao. Nếu bạn để ý, có thể đôi lần bạn đã gặp tình trạng tự nhiên để máy một chỗ một lúc thì lượng pin lại tăng lên so với trước đó. Các thiết bị mới ngày nay hiếm khi gặp nhưng công nghệ pin cũ chục năm trước thì hiện tượng này không hiếm.

Xác định dòng điện vào và ra (Coulomb Counter)

Ôn lại vật lý một chút, Coulomb hay Culông ký hiệu C, là đơn vị đo điện tích Q trong hệ SI, lấy tên theo nhà vật lý người Pháp Charles-Augustin de Coulomb. 1 Coulomb chính là năng lượng của điện tích khi chạy qua dây dẫn có cường độ bằng 1A (Ampe) trong thời gian 1 giây.

Phương pháp xác định dòng điện vào và ra này thực chất là một bộ đếm Culông (Coulomb Counter). Nhờ xác định được lượng điện tích ra (lúc xả) hoặc và (lúc sạc), sau đó so sánh với lượng điện tích thiết kế từ nhà sản xuất, phần trăm pin sẽ được tính toán chính xác hơn.Cách này cung cấp độ chính xác cao hơn hầu hết các phương pháp ước tính SOC khác. Đặc biệt hữu ích trong trường hợp lúc đang sạc pin. Tuy nhiên nhược điểm chết người của nó là tính chính xác sẽ giảm dần khi pin “chai” dần. Và vì nó đo lượng điện vào hoặc ra, nên phải đo từ lúc sạc đầy đến lúc cạn hoặc ngược lại, không thể đo bất chợt tại một thời điểm.

Đo trọng lượng riêng (Specific Gravity - SG)

Đây là một phương pháp rất phổ biến được sử dụng để ước tính SOC của pin axit chì.Nó liên quan đến việc sử dụng một cảm biến đo lường những thay đổi về trọng lượng của các hóa chất hoạt động có trong pin khi nó phóng điện. Khi điện tích dự trữ trong pin được sử dụng hết, nồng độ của axit sulfuric (một chất điện phân hoạt động trong pin) giảm, làm giảm tỷ lệ trọng lượng riêng của dung dịch.

Mặc dù tỷ trọng kế thường được sử dụng để thực hiện các phép đo trọng lượng riêng (SG), pin axit chì hiện đại bao gồm các cảm biến điện tử cung cấp các phép đo SG theo thời gian thực và mang lại các giá trị SOC khá chính xác. Tuy nhiên, phương pháp này khá độc quyền đối với pin axit chì và không thể sử dụng với các chất hóa học khác.

Ước tính SOC bằng cách đo trở kháng bên trong

Các hóa chất hoạt động bên trong tế bào pin thay đổi thành phần của chúng khi chúng chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác trong quá trình sạc/xả pin. Do đó, bằng cách đo trở kháng bên trong của tế bào, SOC của nó có thể được xác định.Tuy nhiên, kỹ thuật này không phải là một lựa chọn phổ biến: thứ nhất, trở kháng của tế bào phụ thuộc vào nhiệt độ; và thứ hai, rất khó để đo trở kháng của một tế bào khi nó vẫn đang hoạt động.

Có một số phương pháp khác có thể được sử dụng để xác định trạng thái sạc của pin, nhưng không có phương pháp nào là hoàn hảo và mỗi phương pháp đưa ra một loạt vấn đề riêng.Vì vậy, cần luôn lưu ý rằng các phương pháp xác định SOC chỉ có thể cung cấp ước tính về trạng thái sạc của pin chứ không phải giá trị chính xác 100%.

Tạm kết

Ngày nay, trên những chiếc smartphone, tablet…, các nhà sản xuất còn ứng dụng những thuật toán phân tích chuyên sâu, ứng dụng AI để ước tính thời gian sử dụng cũng, dung lượng pin còn lại và dung lượng pin đỉnh (sức khỏe của pin) một cách chính xác hơn. Tất nhiên, để có được những phân tích này, vẫn cần áp dụng một hoặc kết hợp một vài phương pháp ở trên để xác định tương đối dung lượng pin còn lại.Qua những lý giải ở trên, phần nào cũng giải thích được hiện tượng chúng ta hay thấy phần trăm đầu tiên (từ 100% xuống 99%) và phần trăm cuối cùng (từ 1% đến khi tắt nguồn) thường cho cảm giác lâu hơn một chút. Một phần vì ở những đoạn này, điện áp có thể tụt chậm hơn, cũng có thể vì độ trễ phép đo, sai số phép đo và quan trọng hơn nó là hai vị trí pin mà chúng ta thường để ý nhất nên cảm giác được nó chậm. Trên thực tế, % pin vẫn có đoạn nhanh, chậm khác nhau do những sai số trong phép đo, nhưng thường thì ở các phần trăm ngoài phần trăm đầu tiên và cuối cùng chúng ta ít để ý nên ít thấy khác biệt hơn.Hi vọng qua bài viết này, các bạn phần nào hình dung ra được cách mà những chiếc điện thoại, máy tính bảng, laptop… của chúng ta có thể xác định được phần trăm pin còn lại trong máy.

Thẻ: phần trăm pin Pin