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笔记本电池保护电路知识

笔记本电池保护电路知识现在的笔记本电池都是所谓智能(smart battery)的了,她能告诉电脑:我现在还剩余多少容量,现在的电压是多少,电流是多少,按现在的放电速率我还能用多长时间,我是否该充电了,充电应该用多大的电流、电压,充电是否充过头了,放电是否放过头了,温度是否过高,等等。

电池要提供这些所谓的智能信息,就要在电池中增加一个电路。

这个电路通常都使用现成的专用芯片,如最流行的BQ系列芯片:BQ2060A,BQ2083,BQ2085,BQ2040等,这些芯片检测流入和流出电芯的电流,算出上面所谓的智能信息。

这个电路还要增加一个功能:保护功能。

上面说了电路能检测出充电是否充过头了,放电是否放过头了。

既然知道充过头了,就要使充电电源充不到电芯上去;放电放过头了,就要切断电芯对外放电。

温度过高了,就要是电池停下来。

这就是所谓的保护功能。

最后一个功能就是通讯,电池准备了这些信息,总要发送出去吧。

所以通讯少不了。

按上所说,通常的电池其实主要是检测部分,能检测出来信息,保护功能实现自然简单,无非是开关而已。

当然有的电池将充电部分做到电池里面去了,如COMPAQ 笔记本电脑的不少电池都是如此。

先不必看BQ2060是如何检测那些智能信息的,先看BQ2060都检测出了哪些信息?这些检测出来的信息存放在什么地方了?在BQ2060的DATASHEET 中,有个Table 3. bq2060 Register functions,这里存放了BQ2060检测出来智能信息的。

这些信息就是所谓的Smart Battery Data(智能电池数据),它们都被定义成标准了(见Smart Battery Data Specfication)。

BQ2050中检测出来的信息没有这么丰富,它不符合这个标准。

BQ2040,BQ2083,BQ2085都符合这个标准,检测出来的信息也是这些。

下面解释一下BQ2060检测出来信息的意思。

1. 静态信息:静态信息不是检测出来的,而是生产厂家自己写进去的,它一般写在24C01中,BQ2060从24C01中读到它自己里面去。

ManufactureDate, ManufactureName, DeviceName, Devicechemistry, SpecificationInfo, DesignVoltage, DesignCapacity,RemainingCapacityAlarm, RemainingTimeAlarm, BatteryMode。

这些信息不言自明。

2.动态信息:动态信息中有些是检测出来的,有些是纯粹计算出来的,目的就是免去用户自己计算了。

检测的:Voltage, Current, Temperature, AverageCurrent, RemainingCapacity, FullChargeCapacity, BatteryStatus。

计算的:RelativeStateOfCharge, AbsoluteStateOfCharge, RunTimeToEmpty, AverageTimeToEmpty, AverageTimeToFull, CycleCount.。

信息ChargingVoltage, ChargingCurrent 告诉充电器应该用多大的充电电流给它充电,在多大的电压处应该变成恒压充电。

AtRate, AtRateTimeToFull, AtRateTimeToEmpty, AtRateOK 纯粹是帮用户计算信息用的。

3.每个厂家的特定信息:标准Smart Battery Data Specfication之外的一些信息。

这些信息只有5项,不同厂家不一样,对于BQ2060就是VCELL1-4和PackConfigureation。

对于BQ2085,PackConfigureation的意义就和BQ2060不大一样。

4.ManufactureAccess,标准Smart Battery Data Specfication之外,厂家特定的操作,如BQ2060的Seal, 读写EEPROM,Calibration等,都是通过它来完成的。

具体每一项信息的意义论坛中有人翻译了BQ2060的DATASHEET,在此不在重复。

BQ2060是如何检测那些智能信息的呢?简单地说,将是将一个电阻串接到电芯上,检测流过这个电阻上的电流的大小就可以知道充了多少电,放了多少电。

充电充的是电荷、放电放的也是电荷,所以检测电流就知道充了多少电,放了多少电。

至于电压、温度的检测更简单了,用的A/D转换就可以,BQ2060中就是这样做的。

BQ2060检测到信息后就要作出一些判断,如温度是否高了,我是否该充电了,充电应该用多大的电流、电压,充电是否充过头了,放电是否放过头了。

电池无论如何也不知道多高温度属于高了,多大电流是过流了,所以,人为地先设定个标准,这样电池就可以判断了。

这些标准生产厂家就放在24C01中,BQ2083,BQ2085放在它们自身的DATA FLASH中了。

而BQ2050则是死设定,厂家智能用外围的电阻,电容等硬件设定,它不用EEPROM或DATA FLASH,比较死板。

(其实BQ2050的功能简单多了,好多判断都没有。

)检测到异常情况,BQ2060就可简单地向外发个出发电平,以关断充电或放电开关,这样保护功能就简单地实现了。

实际上,大都用BQ2060的电池没有使用BQ2060提供的保护功能,而是另外加了芯片做保护,如M1414。

另加的芯片和BQ2060自然有些功能是重复的,但没办法,谁让另加芯片了呢。

下面就是通讯方式问题,SMBUS其实就是I2C的子集,主要是时序上比I2C 要求严格些。

若你不写程序,简单地将SMBUS混同I2C就可以了。

当你看懂了BQ2060,不要以为所有的电量检测芯片都是如此,BQ2060是与标准Smart Battery Data Specfication兼容的芯片,即所谓的SBS V1.1-Campliant,其实BQ2050就不兼容这个标准。

BQ2050提供的信息少了不少,通讯方式也不同(DQ)。

COMPAQ Evo 系列电脑的电池就是采用BQ2050H的,所以要增加PIC来增加一些功能。

(当然里面还有充电功能。

)还有比较流行的芯片是M37516 + 4494,这个方案比较原始,M37516就是个通用的MCU,其实用PIC、AVR等好多MCU都可以代替,它的特点就是有A/D,PWM,I2C接口。

在M37516中写程序,实现BQ2060的功能,自然就可以不用BQ2060了。

当然用M37516写程序来实现肯定没有使用专用芯片简单。

使用M37516的电池可以是SBS V1.1-Campliant,也可以不是的。

很多电池既使用了PIC,又使用了BQ2060,或BQ2083/5等,这多数是厂家故弄玄虚。

如果它也是使用SMBUS接口,很可以省掉PIC的。

还有个电池解密问题,即unseal问题,BQ2060因为外接EEPROM,所以unseal总是能实现的,虽然比较麻烦,但总是可以的,而BQ2083/4/5则几乎不可能,除非你知道厂家设置的unseal密码,否则,写程序用枚举方法解密一块电池要小一年时间。

很多OEM电池厂家都想将就电池改写改写数据就以就充新地买。

还有电池检测(老化)问题。

检测设备有检测电芯级的,有检测电池板级的。

经过前者检测出来的电池即使是合格的,但实际上电池也可能是不合格的,因为电板可能有问题而没有被检测出来。

而经过后者检测出合格的电池,才是真正合格的电池。

大多数电池不用时你也可以直接在电池接口处测量到电压,而有的电池不接到电脑上你是测量不到电压,即所谓的电池没有打开,如COMPAQ Evo系列。

在此解释一下Capacity Relearn。

其实电池的relearn-cycle或Conditioning-cycle都是充放电过程,Calibration 就是充放电过程。

这个过程如下:1.先将电池充满。

2.放电放完(这个过程中不能有充电)3.再充满电。

Capacity Relearn 就是重新确定FCC。

因为在过程1的结束,BQ2060将DCR`复位为0,在过程2中DCR从0开始不断增加,当放电结束时,用DCR更新FCC。

在BQ2060的DATASHEEET中将这个过程说得比较难懂,而BQ2050中说得比较清楚。

在《笔记本电池知识系列1》中说过:大部分电池中只有电量检测和保护两部分,如HP f4486、HP f4496、IBM T20、HP f2019、FUJITSU-SIEMENS BP-8050等等;有些电池将充电器也做进电池里面了,如COMPAQ N系列的电池多是如此。

没有充电器的那些电池,自然要在笔记本中加上充电器部分;而有充电器的电池,笔记本中电源管理部分就简单多了,少了充电这个大头。

从上面可以看出笔记本电源系统包括电量检测部分、保护部分、充电部分,除此之外,还有系统管理部分。

所谓的电池系统管理部分主要是多电池管理。

一个笔记本可以带几个电池,这些电池却公用一个地址,当然要是一个电池一个电池,也就没什么要管理的了,可惜,事实上,笔记本中所有的电池都公用一个地址,这就出问题了:笔记本说,我不管你到底哪个电池给我供电,你只要有电,就请给我供电。

多个电池一起工作肯定要管理,可是笔记本电脑却不想管,于是就出来个电池系统管理部分。

其实不光是笔记本电脑中如此,在数码摄象机等便携产品中都有这种情况。

想知道详细情况,可参看标准《Battery System Manager Specification》。

上面四个部分的工作不依赖笔记本电脑,我们使用笔记本电脑都知道,即使不开机,电池也照常充电,这时连BIOS都没有运行呢。

通常我们的笔记本电脑中有个软件(如BatteryMon)可以测试笔记本电池的好坏,其实,笔记本电脑本身只是查询电池,它并没有测试的行动。

这往往使刚入门者混淆,因为从根本上讲,对用户来说,最好是我打开一个软件,就能从上面看到笔记本电池好坏的测试结果。

关于笔记本电池方面的标准有四个基本的:《System Management Bus Specification》、《Smart Battery Data Specification》、《Smart Battery Charger Specification》、《Battery System Manager Specification》。

至于《Smart Battery Selector Specification》,它和《Battery System Manager Specification》差不多。

这四个标准其实都体现在具体的产品中,建议入门者将它们和具体的产品结合起来看,如BQ2060A的Datasheet基本上就是前三个标准的集中体现,其实BQ系列的充电管理芯片的Datasheet就是后两个标准的集中体现。

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