[Python知识库]笔记本电池修复校正

前言

拿着笔记本去教室上课的时候突然发现电池很快就没电了。
原来电池坚持 4 个小时都没啥问题，现在刚过 5 年为什么不到 1 小时 30 分就没电了？

查一下电池损耗，难道我的电池 G 了？

查看电池报告（需要管理员权限）：

powercfg /batteryreport

(当时忘了截图，反正就剩26000+了)
经过一顿研 (zhe) 究 (teng)，终于把电池容量搞上去了。

观前提醒：本文方法仅适用于 系统显示容量 小于 电池实际可用容量 导致的可用时间缩短，本质是对系统放电曲线的校正过程。
对于电池已经产生物理损坏（给他一锤子）的情况不适用。

网上的几大方法

1、冰箱冷冻法
简单来说就是把电池包起来扔冰箱里冻上 3 天 3 夜。
（学校并没有冰箱，感觉应该是对付那种长时间电池真的要 G 了的才有用）

2、BatteryMon 软件校正法
我还真的下载测试了，不过似乎只有监控作用 (Mon = Monitor)
官网介绍如下，基本上就是说它主要是用来 诊断，比较，记录 之类的，并没有修复校正功能。

3、放电校正法：电脑自放电直到自动关机。
没有办法的办法，明知道这种断电对硬件不好也不得不试一试。
试了一下之后发现系统显示的容量竟然真的更新了，但是估计用这方法我电池还没修好电脑先 G 了。

思路 & 解决方案

为了防止放电到 0%之前自动关机，需要在高级电源选项的关键级别电池操作和低电量操作中选择 “不采取任何操作”。

然后考虑能否通过 计量电池放电量 判断电池是否快要放空了，这样就可以在电脑自动关机前手动关机。
通过观察 Battery Monitor 可以看到一个有意思的参数 Discharge Rate。

利用简单的公式 $W=Pt$ 和积分思想，只需要每 $\Delta t$ 秒进行一次采样，就可以得到 ：
第 $t_0$ 秒时已消耗的电能为： ${\int }_0^{t_0}P(t)dt$

然后就是想办法获取 Discharge Rate
起初找了一堆 API GetSystemPowerStatus BatteryChargeStatus 发现并没有需要的参数。
后来发现可以用 wmi 查询到有用的信息 DischargeRate RemainingCapacity ，甚至还能顺便把电压拿上。

实际进行测试时发现 wmi 获取到的数据每秒只会更新一次，所以减小 $\Delta t$ 的值并不会提高精度，只能近似计算。
然后写个程序用来记录近似数据，${\sum }_{i=1}^{n}P\Delta t_i$

使用前需要安装 wmi 的库：

pip install wmi

代码说明：

• 以下代码适用单电池情况，多个电池需要进行相应修改（一般不会有电脑能插 2 个电池吧）
• 不要放电到电脑自动关机，应在自动关机前手动关机或插上电源。
• 可以根据需要修改代码实现到达放电到指定容量自动关机等功能。
• 使用时在电脑接入电源时打开脚本，然后拔掉电源，自动开始计量。
• 等到你认为应该没电了的时候关机或插上电源。

注意事项：

• 当电量为 0% 时，插电源 / 睡眠 / 关机 时电池容量会立即更新且后续放电不再更新。
• 电池放电全过程 不要运行耗电量大的程序，例如 DX，Opengl 渲染的安卓模拟器等。（看视频，看课件，听音乐，idea 打代码不影响）。

from time import sleep
import wmi
import sys

c = wmi.WMI()
t = wmi.WMI(moniker = "//./root/wmi")

total=0
samples=0
isBegin=False

def getBatInfo():
    full=0
    percent=0

    batts = t.ExecQuery('Select * from BatteryFullChargedCapacity')
    for i, b in enumerate(batts):
        full = b.FullChargedCapacity
    
    batts = c.ExecQuery('Select * from Win32_Battery')
    for i, b in enumerate(batts):
        percent = b.EstimatedChargeRemaining

    batts = t.ExecQuery('Select * from BatteryStatus where Voltage > 0')
    for i, b in enumerate(batts):
        return (b.DischargeRate,b.Voltage,b.RemainingCapacity,full,percent)

beginCapability=0
oriFullCapability=0
while True:
    sleep(1)
    res=getBatInfo()
    if isBegin:
        if res[0]<0:
            break
        samples=samples+1
        total=total+res[0]/3600
        sys.stdout.write("\r Sample: #%d  (%d%%)  \033[36mEC:\033[0m %.2f mWh  \033[32mDR:\033[0m %d mWh/s  \033[33mV:\033[0m %.3f v  \033[34mSC:\033[0m %d/%d mWh \033[35mCC:\033[0m %.2f/%d mWh     " % (samples,res[4],total,res[0],res[1]/1000,res[2],res[3],beginCapability-total,res[3]))
        sys.stdout.flush()
    elif res[0]>0:
        isBegin=True
        beginCapability=res[2]
        oriFullCapability=res[3]
print()
print("A/C Adapter detected, Wait 5s for capacity update...")
sleep(5)
res=getBatInfo()
print("Full Charge Capacity: %d -> %d mWh" % (oriFullCapability,res[3]))

运行界面：
EC：Energy Consumed
DR：Discharge Rate
V：Voltage
SC：System Capacity
CC：Calculated Capacity

Q&As

1、为什么放电期间不能运行大型程序？
大型程序瞬时功率较大，可能导致电池瞬时功率不足产生意外的提前关机现象，反而会使系统估算的容量更小。

2、我不知道电池实际容量是多少，也不知道什么时候应该结束放电。
首次可以让电脑自动关机观察最大容量，每次放电不要超过最大容量。
如果不希望电脑自动关机可以每次比系统识别的最大容量多放一点，直到你认为该容量够用或者差不多接近电池的当前容量。

3、为什么不把实时容量写入文件，这样可以在自动关机时获得相对精确的实际容量？
断电时执行 I/O 操作可能会对机械硬盘的可靠性造成严重影响，程序尽量避免在意外断电时执行 I/O 操作。

4、我在 关键级别电池操作-使用电池 中找不到 “不采取任何操作” 选项。如下图所示：

可以通过 powercfg 命令行进行设置：

Step 1.显示电源方案的内容：

powercfg /Q

依次复制下列 GUID：
（1）电源方案 GUID

（2）电源子组 GUID
（3）电源设置 (关键级别电池操作) GUID:

将他们连在一起，执行 /Q 查询时应得到以下结果：

powercfg /Q 381b4222-f694-41f0-9685-ff5bb260df2e e73a048d-bf27-4f12-9731-8b2076e8891f 637ea02f-bbcb-4015-8e2c-a1c7b9c0b546

然后通过 setdcvalueindex 将其设为 000 即可完成电源设置。

powercfg /setdcvalueindex 381b4222-f694-41f0-9685-ff5bb260df2e e73a048d-bf27-4f12-9731-8b2076e8891f 637ea02f-bbcb-4015-8e2c-a1c7b9c0b546 000

命令行参考：https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows-hardware/design/device-experiences/powercfg-command-line-options#option_setdcvalueindex

End

最后附上电池探 (zhe) 索 (teng) 记录
Update 20220322：补一张效果图 + bug fix
(Capacity 打成 Capability 了，程序已修正，应该没人看到吧 )