Android　Battery 开发（二）

一、概述

       Android4.4的电池管理功能用于管理电池的充、放电功能。整个电池管理的部分包括Linux电池驱动、Android电池服务、电池属性和参数、电池曲线优化四个部分。

       Linux电池驱动用于和PMIC交互、负责监听电池产生的相关事件，例如低电报警、电量发生变化、高温报警、USB插拔等等。

       Android电池服务，用来监听内核上报的电池事件，并将最新的电池数据上报给系统，系统收到新数据后会去更新电池显示状态、剩余电量等信息。如果收到过温报警和低电报警，系统会自动触发关机流程，保护电池和机器不受到危害。

       研究电池属性和参数对提高电池子系统的性能也是很重要的，电池的性能越好，上报的数据越准确，因此研发人员也需对此有深入的了解。电池曲线优化是很重要的，电池曲线优化得越好，显示的电量比越准确，放电曲线的线性度也越好，因此对放电曲线的优化是重中之重。

 

二、Android电池服务

     1. Android电池服务的启动和运行流程

 

          2. Android电池服务的源码结构

　　　
         Framework\base\services\java\com\android\server
        ├── SystemServer.java
                 创建BatteryServices、PowerManagerService、ActivityManagerService
        ├── BatterySevices.java
                 监听底层上报的battery事件，广播电池发生改变的消息

         Framework\base\services\java\com\android\server\am
        ├── ActivityManagerService.java
                 创建BatteryStatsService
        ├── BatteryStatsService.java
                 统计和记录电池参数的信息

         Framework\base\services\java\com\android\server\power
        ├── PowerManagerService.java
                 监听电池发生变化的广播消息，并调节系统的电源状态，例如亮屏

         Framework\base\core\java\com\internal\os\
        ├── BatteryStatsImpl.java
                 统计和记录电池参数的信息，并通知其他模块

         System\core\healthd
        ├── healthd.cpp
                 创建uevent socket，监听内核上报的内核事件
        ├── BatteryMonitor.cpp
                 初始化本地电池数据结构，将power_supply路径下属性节点路径填充进去，
        ├── BatteryMonitor.h
        ├── BatteryPropertiesRegistrar.cpp
                 创建电池属性监听器，并将其注册到Android的系统服务中
        ├── BatteryPropertiesRegistrar.h

 

     3. 电池系统从底层向Framework层上报数据的流程

 

三、电池属性和参数

       1. 锂电池的六个主要参数

        A. 电池容量

           电池的容量由电池内活性物质的数量决定，通常用mAh或Ah表示。例如1000mAh就是能以1A的电流放电1h，换

      算为所含电荷量大约为3600C。

        B. 标称电压

           电池正负极之间的电势差称为标称电压。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定。锂电池放

           电图是呈抛物线的，4.3V降到3.7V和3.7V降到3.0V都是变化很快的。唯有3.7V左右的放电时间最长，几乎占到

           了3/4的时间，因此锂电池的标称电压是指维持放电时间最长的那段电压。锂电池的标称电压有3.7V和3.8V，如

      果为3.7V，则充电终止电压为4.2V，如果为3.8V，则充电终止电压为4.35V。

        C. 充电终止电压

           可充电电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，电池的电压也不会上升，此时的电压

           称为充电终止电压。锂离子电池的充电终止电压为4.2V或者4.35V。

        D. 放电终止电压

           放电电压是指电池放电时允许的最低电压。放电终止电压和放电率有关，锂离子电池的放电终止电压为2.7V。

        E. 电池内阻

           电池的内阻由极板的电阻和离子流的阻抗决定。在充放电过程中，极板的电阻是不变的，但是离子流的阻抗将

           随电解液的浓度和带电离子的增减而变化。当锂电池的OCV电压降低时，阻抗会增大，因此在低电充电时，要

           先进行预充电，防止大电流引起电池发热量过大。

        F. 自放电率

           是指在一段时间内，电池在没有使用的情况下，自动损失的电量占总容量的百分比。常温下，锂电池自放电率

           在5%~8%。

 

      2. 锂电池的工作原理

           锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成，负极则是特殊分子结构的碳。常见的正极材料主要成分

      为 LiCoO2 ，充电时，加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳

      中。放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新和正极的化合物结合。锂离子的移动产生了电流。

 

      3. 锂电池的充电方式

          锂电池的充电主要分三步完成：预充电、横流充电、恒压充电。

          第一步：当电压小于3V时，要先进行预充电，预充电的电流一般为充电电流的10%，预充电结束条件为Vbat电

              压达到3V；
          第二步：当电压大于3V并小于4.2V时，进行恒流充电，恒流充电的电流一般为0.2C~1C；

          第三步：当Vbat电压达到4.2V时，进行恒压充电，此时充电电流会逐渐减小，当恒压充电电流减小为横流充电

                        电流的15%或20%时，充电结束，如果使用了库仑计，充电结束的条件要加上库伦计的电量是否达到

                        100%；

 

      4. 锂电池的放电方式

          锂电池的方式需要注意以下几点：

          A. 放电电流不能过大，过大的电流导致电池内部发热，有可能会造成永久性的损坏；

          B. 绝不能过放电，锂电池最怕过放电，一旦OCV电压低于2.7V，将可能导致电池报废；

          C. 电池放电电流越大，放电容量越小，电压下降更快，因此电池在大负荷工作后，减小负荷会出现电压回升现

               象，就是所谓的“回电”现象；

 

四、电池曲线

      电池曲线包括充电曲线和放电曲线，用户一般更关注放电曲线的线性度。

      1. PMU计算剩余电量的方式

          PMU计算电池剩余电量的方式有两种：一种是通过OCV电压计算得到，另一种是通过电量计计算得到。当使用

         电量计计算剩余电量时，需要和OCV一起校正剩余容量。开始从100%放电时，PMU寄存器计算得到的剩余电

     量以电量计的计算结果为准，当电量降低到95%时，PMU会参考OCV，然后校正电量计算出来的剩余电量。当

         剩余电量降低到95%以下时，剩余电量又以电量计为准。当电量降低到7%时，PMU又会去参考OCV，校正电量

         计的剩余电量。当电量降低到7%以下时，剩余电量以电量计为准。

 

      2. 影响电池曲线精准度的因素

         影响因素主要包括电池的内阻（RDC）、电池容量、新电池的激活状态以及测量电池曲线的方法。

         A. 电池内阻

             理论上电池内阻越小，测出来的曲线越精准。当电池在使用时，电池内阻也是随之变化的，因此电池内阻的

             变化幅度会影响电池曲线的精准度； 

         B. 电池容量

             电池在出厂时，厂家会给出电池的标称容量，有些时候电池的标称容量和实际容量不一致，甚至相差很大，

             这样一来电池放电曲线的线性度也会受到影响。因此，最好使用测量工具测到的电池实际容量。

         C. 新电池的激活状态

             电池在刚出厂时，没有被完全激活，此时电池表现出来的OCV和实际电量的对应关系会不稳定、不准确，因

             此新电池在测电池曲线之前，需要进行多次的完全充放电。

         D. 测量电池曲线的方法

             如果测量电池曲线的方法不正确，也会导致测得的电池曲线线性度不好。例如，测试板和电池之间的连接线

             太长、太细，这样会使电池的RDC偏大，测出来的曲线就不准确。因此，在测量的时候，要尽可能的避免增

             加电池的RDC。

         此外，测量次数也要尽可能的多一些，因为有时候一些环境因素也会影响测量结果。