Cleer Arc5耳机充电仓电池老化检测机制

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Cleer Arc5耳机充电仓电池老化检测机制

你有没有遇到过这种情况：某天早上急着出门，打开Cleer Arc5的充电仓，发现明明昨晚还显示“满电”，结果耳机却充不进电？或者App突然弹出一条提示：“充电仓电池健康度已降至76%”——等等，这玩意儿还能体检？

没错，现在的TWS耳机早已不是简单的音频播放器了。像Cleer Arc5这样的高端产品，其充电仓已经悄悄变身成一个微型“电池医生”，能实时监测锂电池的“身体状况”。🔋 而这一切的核心，就是那套藏在固件深处、低调却不容小觑的 电池老化检测机制 。

我们都知道，锂电池用久了会“变弱”：容量缩水、充电变慢、甚至鼓包风险上升。但在寸土寸金的TWS充电仓里，既没有空间塞进复杂的诊断设备，也不能为了检测多耗几毫安电流——毕竟用户可不会容忍“因为自检导致待机缩短”的荒唐事。

那Cleer是怎么做到的呢？🤔

答案是： 软硬协同 + 多维度感知 + 智能算法融合 。它不像手机那样靠系统大数据推算，而是用一套轻量但精准的方法，在资源极其有限的嵌入式环境下，实现了对电池状态的持续追踪。

从“电压表思维”到“内阻听诊器”

很多人以为，只要看一眼电池电压就能知道健康程度。其实不然。一块严重老化的电池，在空载时照样可以显示4.2V，看起来“精神抖擞”，但一加上负载立马电压暴跌，根本带不动充电任务。

所以，Cleer Arc5的第一招，就是把充电仓变成一台便携式“内阻测量仪”。

原理很简单——欧姆定律：

$ V_{\text{load}} = EMF - I \times R_{int} $

其中：
- $ EMF $ 是电池电动势（≈静置电压）
- $ I $ 是放电电流
- $ R_{int} $ 就是我们关心的等效内阻

具体操作也很巧妙：MCU每隔一段时间（比如每小时），就短暂唤醒一次，点亮LED或主动拉取一个小电流负载（<10ms），然后快速记录加载前后的电压差 $ \Delta V $。结合已知负载电流，就能反推出当前内阻：

$$
R_{int} = \frac{V_{no-load} - V_{load}}{I}
$$

这个过程完全不需要额外硬件传感器，复用了现有电路，堪称“零成本体检”。😎

更聪明的是，系统还加入了NTC热敏电阻进行温度补偿。低温下锂离子活性下降，内阻自然升高——如果不加区分，很容易误判为老化。而有了温感数据，系统就能判断：“哦，这不是电池不行了，是你太冷了。”

库仑计数：给电池做“年度体检报告”

如果说内阻像是日常血压监测，那么库仑计数就是一年一度的全面体检。

Cleer Arc5充电仓内部集成了高精度电量计IC（可能是TI BQ27441或国产CW2015兼容方案），通过ADC持续采样充放电电流，并对时间积分，精确统计每次完整循环中实际充入和放出的电量（单位：mAh）。

举个例子：
- 出厂标称容量：400mAh
- 使用半年后，某次充满电只存进了348mAh
- 那么当前容量保持率就是：
$$
\frac{348}{400} \times 100\% = 87\%
$$

系统不会只看一次数据，而是积累多个周期的结果，绘制出一条容量衰减曲线。久而久之，不仅能告诉你“现在几成新”，还能预测未来几个月的趋势走向。

参数	典型值	说明
电流采样精度	±1% FS	决定容量估算准确性
积分分辨率	0.1mAh	支持微安级小电流长时间积分
工作温度范围	-20°C ~ +60°C	覆盖日常使用环境

这些参数看着不起眼，但正是它们决定了“你说我剩85%，到底是真准还是瞎猜”。

而且这套系统还会自动校准。比如每次充满电时，都会重新锚定“满容量”基准，避免长期积分带来的漂移误差。这就像是每年校准一次体重秤，确保读数始终可靠。

MCU里的“健康管家”：不只是计算，更是决策

所有原始数据采集完之后，最终都要交给主控MCU来做综合判断。Cleer Arc5很可能采用的是Nordic nRF52系列或杰理AC695N这类低功耗ARM Cortex-M芯片，虽然资源有限，但足以运行一套精巧的老化评估逻辑。

下面这段代码，就是一个典型的健康度更新流程示例：

// battery_health.c —— Cleer Arc5 充电仓电池健康度评估示例代码

#include "battery_monitor.h"
#include "fuel_gauge.h"
#include "nv_storage.h"

#define FULL_CHARGE_CAPACITY    400     // mAh, 出厂标称容量
#define AGING_THRESHOLD_LOW     85      // 容量低于85%视为老化
#define AGING_THRESHOLD_CRITICAL 70    // 低于70%建议更换
#define MIN_CYCLE_COUNT_FOR_EVAL 10    // 至少10次循环才启动评估

static uint16_t g_charge_cycles = 0;
static float g_design_capacity_mAh = 0.0f;
static uint8_t g_battery_health_percent = 100;

void battery_update_health_status(void) {
    float last_full_charge = fuel_gauge_get_last_full_charge();
    uint16_t cycle_count = nv_storage_read_cycle_count();

    if (cycle_count < MIN_CYCLE_COUNT_FOR_EVAL) {
        g_battery_health_percent = 100;
        return;
    }

    if (last_full_charge > 0 && FULL_CHARGE_CAPACITY > 0) {
        uint8_t capacity_ratio = (uint8_t)((last_full_charge / FULL_CHARGE_CAPACITY) * 100);

        static uint8_t history[5] = {100};
        memmove(&history[0], &history[1], sizeof(history)-1);
        history[4] = capacity_ratio;

        uint16_t sum = 0;
        for (int i = 0; i < 5; i++) sum += history[i];
        uint8_t avg_ratio = sum / 5;

        g_battery_health_percent = avg_ratio > 100 ? 100 : avg_ratio;
    }

    nv_storage_write_health_level(g_battery_health_percent);
}

uint8_t battery_get_aging_level(void) {
    if (g_battery_health_percent >= 90) return 0;
    else if (g_battery_health_percent >= 80) return 1;
    else if (g_battery_health_percent >= 70) return 2;
    else return 3;
}

这段代码干了几件很关键的事：
- 延迟评估 ：新电池前10次循环不参与评分，避免早期波动误导；
- 滑动平均滤波 ：用最近5次测量取均值，防止偶然误差造成“健康度跳水”；
- 非易失存储 ：即使断电重启，历史数据也不会丢失；
- 分级输出 ：返回0~3级状态码，方便App做不同级别的提醒。

是不是有点像你在体检报告上看到的“正常 / 偏高 / 异常 / 建议复查”？

用户看得见的“透明体验”

技术再牛，如果用户感受不到，也是白搭。Cleer的厉害之处在于，它把冷冰冰的数据转化成了真正有用的信息。

通过蓝牙HID协议和自定义GATT服务，充电仓的电池健康信息会被打包上传到主耳机，再经由BLE广播传送到手机端的Cleer+ App。整个链路如下：

[充电仓电池]
     │
     ├─── ADC采样 ──→ [MCU主控] ←── I²C ─── [电量计IC]
     │                   │
     │             UART/SPI ←── [NTC温度传感器]
     │                   │
     │             BLE Radio ──→ [主耳机] ──Bluetooth──→ [手机App]
     │
     └─── 充电管理IC提供充电状态信号

一旦健康度下降超过阈值（比如连续两次低于85%），App就会弹出通知：“您的充电仓电池已使用18个月，健康度为76%，建议两年内更换。” 💡

这种设计解决了几个经典痛点：
- ❌ 不再是“满电但充不了电”的尴尬局面；
- ✅ 提前预警，让用户有足够时间安排替换；
- 🛠️ 售后也能依据真实数据判断是否属于合理损耗，减少扯皮。