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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，放电是否
2、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 Reg
3、ister 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, Manu
4、factureName, 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, BatteryS
5、tatus。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 Specfic
6、ation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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、.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
13、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
14、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 Ba
15、ttery 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。 下面先解释一下所谓的 G
16、as 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。将一个很小的精密电阻和电池串联在一起，只要电池工作，其上就有压降，要压降就知道压降是正还是负，也就知道是充电还是放电了。如果对这个信号不断积分，是不是就可以计算出电量了？不知道VFC是如何测量电量的，那就以后有时间在深究吧，不过可以想象一下，我们
