En este artículo vamos a exponer el interior de la batería de las laptops, no dudamos que será de utilidad y conocimiento.

¿Qué se puede aprender al analizar una batería de computadora portátil desechada?

¡Al principio me pareció un poco tonto! Pero descubrí que sí, hay algo dentro del estuche. Espero que este vistazo de cerca a una batería de computadora portátil difunta elegida al azar le resulte útil. Puede ser desconcertante para los principiantes, pero no debería llevarle mucho tiempo aprender algunos trucos ingeniosos. Bueno, comencemos …

Descripción general de la batería del portátil
Antes que nada, debemos reconocer que la batería de la computadora portátil actual no es un paquete de batería común con un montón de celdas recargables en su interior. De hecho, es una batería inteligente.

Este es el diagrama típico del sistema de batería de una computadora portátil. La electrónica del controlador inteligente que reside dentro del paquete de baterías lo hace inteligente y es el corazón del sistema de batería inteligente. La electrónica inteligente juega múltiples roles en el juego, como almacenar los parámetros de la batería, monitorear los procesos de carga y descarga en tiempo real para proporcionar retroalimentación a la electrónica del cargador, mantener un cálculo estadístico del nivel de salud de la batería, etc. Además, una batería de computadora portátil empaquetado con celdas de batería de iones de litio generalmente contiene tres mecanismos de seguridad térmica diferentes. El monitor de temperatura principal, que trabaja junto con un chip inteligente, se comunica con los circuitos del cargador a través del bus de administración del sistema (SMB). Si por alguna razón el chip inteligente falla o los circuitos del cargador no pueden manejar los datos del chip inteligente, el monitor secundario asume su función. Si ambos fallan, entonces un circuito de corte térmico ubicado dentro de la batería toma el control para desconectar las celdas de la batería.

Ahora vale la pena señalar que, por lo general, la electrónica de protección dentro del paquete de baterías de la computadora portátil se usa para evitar que las celdas de la batería estén expuestas a malas prácticas, y también para monitorear la capacidad de la batería para el indicador de combustible de la batería. No se utiliza para cargar realmente la batería; habrá un circuito de cargador dedicado dentro de la placa base del portátil para hacerlo.

¡Es cierto que acabo de rayar la superficie de las baterías de los portátiles! Mire, la electrónica de la batería de la computadora portátil ha experimentado una curva de progreso muy pronunciada en solo un par de años. Hoy en día, incluso una batería de computadora portátil barata tiene muchos chips complejos con el único propósito de manipular las delicadas celdas de la batería. Los gigantes del mercado Texas Instruments y Maxim producen chips compatibles con Smart Battery, muchos de los cuales encuentran su lugar en la mayoría de los paquetes de baterías de portátiles (y en los portátiles).

SMBus (https://en.wikipedia.org/wiki/System_Management_Bus) Guía de inicio rápido: https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN4471.pdf

Sistema de batería inteligente (https://en.wikipedia.org/wiki/Smart_Battery_System) Especificaciones: http://smartbattery.org/specs/sbdat110.pdf

Cirugía del ingeniero
La batería original de mi computadora portátil de repuesto (Toshiba) se volvió vieja en los últimos 6 años, y rápidamente decidí comprar una nueva para reemplazarla. Hizo un agujero profundo en mi bolsillo, pero no estoy demasiado molesto porque me emocionó la idea de que simplemente obtuve un juguete nuevo para desarmar (¡espero que mi esposa nunca encuentre esta publicación)!

Esa misma noche comencé el desmontaje y, después de desarmar rápidamente la carcasa, me presentaron media docena de celdas de iones de litio y una gran cinta de componentes electrónicos. ¡Mi manipulación descuidada dejó una estela de la carcasa de la batería totalmente dañada!

Como se mencionó anteriormente, esta también es una batería inteligente (SB) y tiene un protocolo de comunicación similar a I 2 C: el Bus de administración del sistema (SMB), se ajusta a las Especificaciones de la batería inteligente. A continuación puede ver algunos de los chips en el PCB de la batería de mi computadora portátil.

hora describiré brevemente cómo estas piezas hacen que la batería de la computadora portátil sea inteligente (por supuesto, hay algunos chips más pequeños dispersos, con marcas vagas).

bq8030DBT (*)
bq29330 (https://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq29330.pdf)
TPC8028 (http://pdf.tixer.ru/525793.pdf)
CEFJ91 (*)

El bq29330 es un módulo de baterías de iones de litio de celda de 2 series, 3 series y 4 series IC de protección completa de interfaz frontal analógica (AFE). Y el TPC8028 es un transistor de efecto de campo Toshiba (tipo MOS de canal N de silicio). Un total de 4 de ellos se utilizan aquí en el circuito de control de carga / descarga.

Intenté obtener las hojas de datos de BQ8030DBT y CEFJ91, sin embargo, no puedo encontrar ambos en la web. Finalmente, un miembro del foro de TI me informó que la familia de chips bq80xx no se vende al mercado masivo, por lo que no hay información pública disponible. Y no hay una manera fácil de encontrar CEFJ91. Bueno, eso no es bueno. Espero que alguien me pueda ayudar.

De todos modos, estoy seguro de que bq8030DBT es el cerebro real aquí, y es un indicador de gas IC compatible con SBS. Por lo tanto, este chip puede interactuar directamente con el host a través de datos de especificación de batería inteligente (SBS) a través del bus de administración del sistema (SMB). Presumiblemente, tiene datos flash reprogramables, así como partes del firmware en sí se pueden modificar. En otras palabras, este chip es en realidad un microprocesador que ejecuta firmware integrado en el chip. Se comunica con la electrónica de la computadora portátil a través del SMB (el chip del indicador de batería tiene un montón de registros de memoria que se pueden leer y configurar a través del bus de administración del sistema).

Ahora a los componentes «fusibles». Puedo ver dos fusibles (y un par de termistores para monitorear la temperatura de la batería) en mi placa de circuito. El primer fusible es un chip grande de 2 pines con la marca 5M0F.

¡Este es el segundo fusible (créanme)!

La mayoría de las hojas de datos llaman a este extraño fusible de 3 patas (a veces de 4 patas) como «protector de resistencia de fusible» o «fusible lógico de batería en miniatura». Supongo que la intención es proporcionar una forma para que el microcontrolador rompa físicamente el circuito si detecta una situación potencialmente peligrosa como el sobrecalentamiento de los circuitos del mosfet (condiciones anormales de carga / descarga). Para verificar este fusible, puede hacer una prueba de continuidad en los lados más largos, y para la resistencia del calentador (10-22 Ω típico) mida la resistencia entre cualquiera de los contactos del fusible y la clavija del calentador (vea a continuación). Esta es una hoja de datos elegida al azar

Al llegar a la configuración de pines del conector de la batería de mi computadora portátil, las celdas de iones de litio están dispuestas en una configuración ‘3 serie 2 paralela’ (3S2P), y las cuchillas en ambos extremos del conector de batería de 9 cuchillas / pines son terminales de ‘alimentación’ ( Pin 9 y 8: Negativo / Pines 2 y 1: Positivo). El SMB está en los pines 6 y 7. El pin 4 es el pin de “presencia / detección del sistema” y el pin 5 es el pin de “termistor”. Pin 3 aún no identificado; Puede ser un pin STAT / INT / ID / NC (reservado). ¿Quién sabe?

En este punto, es bueno tomar nota del hecho de que una batería inteligente típica tiene seis o más terminales de conexión de batería que constan de terminales de batería positivos y negativos, termistor, reloj y datos. Aunque las conexiones a menudo no están marcadas, el positivo y el negativo se encuentran comúnmente en los bordes externos del conector de la batería y los contactos internos acomodan el reloj y los datos. Por razones de seguridad, se lleva directamente un cable de termistor separado al exterior. Además, algunas baterías están equipadas con un interruptor de estado sólido que normalmente está en la posición de apagado y no hay voltaje disponible en los terminales de la batería. La conexión del terminal del interruptor a tierra probablemente enciende la batería. A veces, este pin de activación de la batería se indica como pin de “detección / presencia del sistema”.

Actualización de bq8030DBT!

Después de rascarme la cabeza durante algunas semanas, por fin descubrí que bq8030DBT es la versión en blanco de bq20z90, y podemos comprarla en AliExpress (todavía no hay una hoja de datos pública). Dado que la versión en blanco generalmente viene con la ROM de arranque de TI, se espera que haya una manera de cargar el firmware y la memoria flash de datos (E 2 PROM), tal vez a través de la herramienta flash incluida en la herramienta SMBusb. Más sobre esto más adelante.

Referencia técnica bq20z90 https://www.ti.com/lit/er/sluu264a/sluu264a.pdf
SMBusb https://github.com/karosium/smbusb

Hackear y el desafío de bolsillo
En este punto, sabemos lo que está alojado en una batería de computadora portátil inteligente típica. Sin embargo, no sabemos cómo comunicarnos con él. Se puede hacer, pero es obligatorio tener cierta experiencia con la electrónica y la ingeniería inversa de «bajo nivel».

Si va a intentar algunos trucos de la batería de la computadora portátil, debe tener en cuenta que debe reunir un par de ‘herramientas’ para continuar. También esté preparado para enfrentar la realidad de que a menudo las cosas pueden salir terriblemente mal si no sabe lo que está haciendo. Además, no existe una forma garantizada de recuperar la inversión en herramientas y accesorios costosos a menos que sea propietario de una empresa de reparación de computadoras portátiles de gran fama. Esto no es para desanimarlo; Mire a continuación para tener una idea aproximada de cómo configurar su banco de trabajo de pirateo de batería con buenas y nuevas herramientas (Google es su mejor amigo).

Adaptador SMBusb
Adaptador CP2112
Adaptador CH341T
Tarjeta de interfaz EV2300 EVM
Tarjeta de interfaz EV2400 EVM
Arduino, Rpi, UBIA (Adaptador USB / BLE a I2C / ADC – https://github.com/pvvx/UBIA )

Después de reconocer las líneas SMBus, por supuesto, puede ‘escuchar’ la comunicación entre la batería de una computadora portátil inteligente y los componentes electrónicos de la placa base. Aquí solo se necesitan tres cables: Datos (SDA), Reloj (SCK) y Tierra (GND). No se necesitan resistencias pullup externas porque la mayoría de los adaptadores I 2 C / SMBus las tienen integradas. Incluso puede probar el analizador lógico Saleae para ver la comunicación, ya que tiene un procesador de datos I 2 C. Otra elección rápida (mucho mejor, de hecho) es el analizador de protocolo Beagle I 2 C. Créame, ¡Arduino (o Rpi) también se puede emplear aquí!

Sin embargo, el objetivo final de un truco de batería inteligente para computadora portátil sería reescribir la capacidad y los valores de ciclo para engañar al chip cerebral de la batería y pensar que está en una batería nueva. Esto a menudo exige experiencia de alto nivel y gran habilidad en la ingeniería inversa de archivos de datos binarios, etc.

Aun así, decidí tomar varios paquetes de baterías inteligentes para portátiles solo para ver si puedo piratearlos o no. Ya había comprado algunas herramientas baratas en tiendas web y están en camino ciertas plantillas costosas. Algún tiempo después tendré que profundizar más en el hackeo del firmware de la batería del portátil. Solo tendremos que ver

Agradecimiento

https://www.stevekamerman.com
https://batteryuniversity.com
https://www.eevblog.com
https://www.engineering.com
http://be2works.com
https://jestineyong.com
https://www.karosium.com/

Fuente original (en inglés): Laptop Battery Secrets – Part 1
Crédito de las imágenes: electroschematics.com

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