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1、1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，
2、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
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
4、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, FullC
5、hargeCapacity, 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 S
6、mart 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。24.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 DATASHE
7、ET，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 24C
8、01 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
9、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 + 4
10、494，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，BQ2
11、060 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，3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，
12、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BQ2
13、050 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
14、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 Battery
15、Mon）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 Specificati
16、on，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4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。 下面先解释一下所谓的 Gas Gauge Operation。您要是初看资料，还挺费神的呢。其实说白了，原理很简单。Gas Gauge Operation 最主要的目的是测量电量（电池最多能充多少电量 FCC 和现在还剩余多少电量 RM）。从简单开始，电池的电压测量简单吧。几节电芯串联在一起，不但可以简单地测量总电压，还可以简单地测量出每节电芯的电压。所以可以很简单地知道电池是过压了，还是欠压了。温度测量也很简单，因为热敏电阻的阻值随温度变化是有规律的，用个热敏电阻就知道是否温度高了，或者温度低了。电流测量您觉得复杂吗？话归正题，Gas Gauge Operation 主要是为电池的电量测量服务的。
