Le pack secondaire

Si vous possédez un Toshiba Portégé 3410CT, 3440CT ou 3490CT, vous vous êtes probablement demandé pourquoi le pack de batterie avait une forme un peu étrange, comparée à la forme du pack du 3110CT qui épouse plus l'unité centrale.

Ou alors à quoi sert cette trappe bizarre au dos de l'unité centrale, absente sur le 3110CT :

La réponse : cela sert pour connecter un pack de batterie additionnel de "haute capacité", poétiquement appelé PA3D39U-1BRL.

On remarquera quand même que cette capacité additionnelle est celle d'un ordinateur portable plus "normal", c'est à dire plus encombrant, plus gourmand et plus lourd. Mais les Portégés sont des petits ordinateurs (un peu) moins gourmands que leurs contemporains habituels. Un 3110CT sans extension SDRAM, à vitesse de CPU faible, écran et disque dur éteints, consomme environ 6W (mesures perso). Bien sûr cela ne correspond pas à une utilisation "normale" mais un bloc d'alimentation de (45W max) avec DVDROM externe, c'est bien peu comparé aux 70W (en moyenne) d'un laptop "classique". Compter donc 10 à 15W pour une utilisation "normale".

La capacité totale avec un pack normal (derrière l'écran) et un pack additionnel (sous l'UC) atteint 3+5,6=8,6Ah, soit 8,6×10,8V=92,88Wh, de quoi laisser l'ordinateur allumé pendant environ 8h (selon la pub, mais 5 à 6 heures en utilisation normale est plus réaliste, et sans lecteur CD externe ou carte PCMCIA).

Un détail qui échappe souvent aussi au premier abord est le temps de recharge : il peut devenir interminable par rapport à un pack classique rechargé en 1h ou 2. Simplement parce que la recharge à 1C d'une telle quantité de batteries est impossible avec seulement 30W (il faut bien faire fonctionner le reste du système en même temps).

L'UC va d'abord recharger le pack "normal" puis ensuite le pack additionnel s'il est présent. Avec une puissance de charge d'environ 10W maximum (cela varie, bien sûr), le bilan des énergies indique qu'il faut au total environ 9h pour recharger un ensemble complet à fond.

J'ai eu la chance d'avoir accès à ce pack assez rare (merci à la propriétaire pour m'avoir laisser poser mes tournevis dessus ;-P) et d'examiner le système en détail. Les informations recueillies ont valu les efforts :-)

Commençons par l'aspect extérieur : cela ressemble à une station de docking, mais sans E/S ou gros connecteur, uniquement une petite rangée de picots qui dépassent.

Note importante :
Les ingénieurs de Toshiba ont tout fait pour protéger les contacts du pack et de l'ordinateur mais ils n'ont pas fait suffisamment attention aux mauvaises manipulations que cela pouvait entrainer : soit oublier d'ouvrir la trappe de l'UC, soit oublier de décapoter les contacts du pack.

La machine s'insère dans le pack presque normalement dans ce cas, mais rien ne se produit ensuite comme prévu, et extraire la machine est pénible. Il ne faut pas paniquer, et débloquer l'UC avec un tournevis plat pour aider les crochets mobiles du haut à de décoincer (le bouton d'extraction ne servant à rien puisque l'UC n'est pas enfoncée à fond).

Le pack est en fait composé de deux parties : un adaptateur mécanique/électrique, et un pack de batterie dans le sens classique du terme. Ce dernier peut se détacher aisément, ce qui livre d'autres informations au dos, mais étrangement pas de numéro de produit.

La tension nominale est de 10,8V, ce qui correspond à des éléments de 3,6V, donc des éléments de "première génération". D'après l'épaisseur, on se doute que ce ne sont pas des éléments ronds classiques, et en soulevant un adhésif on aperçoit effectivement un grand nombre d'éléments éléments prismatiques, similaires à ceux qu'on trouvait à une époque dans les téléphones portables.

Ce qui va m'intéresser le plus est l'adaptation électromécanique entre l'ordinateur et le pack. Mon idée étant de me fabriquer mon propre pack, il faut savoir comment notre cher PA3D39U-1BRL est connecté, et à quoi sert chaque fil.

En premier lieu, la mécanique externe :

Ensuite, pour correctement démonter un tel appareil, il faut s'organiser. Un peu de ruban adhésif double face fait des merveilles, il suffit ensuite de placer les vis enlevées dans l'ordre où on les a extraites, en suivant la même disposition. Ici, il n'y a pas beaucoup de vis et elles sont toutes du même type, mais cette astuce est vitale quand il faut démonter quelque chose de plus complexe.

On découvre à l'intérieur un système sophistiqué destiné à éviter de connecter la batterie si l'UC n'est pas correctement enclenchée dans le socle. La raison de ces précautions est découverte plus tard dans la page : les poles de la batterie ne sont pas commutés par des MOSFETs, comme c'est la coutume sur ce genre de pack. Une erreur de manipulation ou pire, connectant le +12V aux autres signaux, et ce serait la catastrophe (je n'imagine pas). Il y a bien des fusibles dans le pack mais une fois claqués, il faut normalement changer tout le pack.

Maintenant que j'y pense, ce système est complétement stupide si on le regarde dans son ensemble. L'idée était d'économiser au maximum sur le coût de fabrication des packs, mais l'économie du MOSFET a obligé la création d'un système mécanique sophistiqué et cher. Voici donc un exemple flagrant d'une "mauvaise économie".

Il faut donc isoler la sortie positive à tout prix si l'ordinateur n'est pas fermement attaché. La partie mécanique est assez complexe (on remarquera même que le levier marqué R ne sert à rien) et active mécaniquement un interrupteur standard par le jeu de leviers verrouillés etc...

On peut tout de suite remarquer que le connecteur doré allant sur la batterie est le même que sur les pack standards. Intéressant. On peut donc espérer que le système est identique, ce qui économise du temps d'investigation.

Electriquement, les fils passent tous d'un connecteur à l'autre, sauf le + et un autre petit signal (fil marron sur la nappe), coupé par S1 en cas d'absence.

Le système électromécanique est assez amusant à décortiquer (bien que ce ne soit pas très utile dans mon cas), voici donc des images en position débloquée et bloquée.

En définitive les connexions sont simples. Deux contacts (orange et bleu) doivent probablement servir d'alimentation aux circuits de contrôle car les pistes sont plus épaisses et passent en dessous du circuit pour gagner de la place.

En définitive, peu d'informations complexes sont à analyser, ce qui est une bonne nouvelle. Le pack amovible de 5600mAh a tout l'air de fonctionner exactement comme un pack de 3000mAh !

Le pack primaire

Puisque mon idée est de me faire un pack additionnel "maison" et qu'il utilise la même "technologie" que les packs traditionnels, on va donc piocher dans mes réserves pour tirer les pièces nécessaires et en profiter pour examiner leur fonctionnement.

Ca tombe bien car parmi ma collection, il y en a un qui ne tient pas dix minutes d'autonomie.

C'est un pack de type 10,8V / 3000mAh (32,8Wh soit théoriquement 3h d'autonomie) acheté en même temps qu'un 3440CT d'occasion et je n'avais pas fait attention lors de la vente.

C'est donc parti pour le grand démontage : avec une précaution infinie, un culot insensé et du matérie adapté, l'ouverture se fait sans anicroche, à part la coque en plastique qui ne resservira évidemment pas beaucoup dans le futur.

La technologie est assez traditionnelle, avec 6 éléments LiIon 1500mAh SONY au format standard. SONY a même fabriqué (et conçu ?) le circuit de gestion, comme l'indique leur logo :

Zoom sur le connecteur : c'est identique au pack "haute capacité", s'il fallait le confirmer.

Branché sur un 3110CT avec le ventre à l'air, je commence la recharge, et c'est la surprise !

Il n'y a pas d'erreur possible, le chargeur applique une tension allant jusqu'à 4,19V par élément. J'ai re-vérifié la calibration de mon Wavetek et il n'y a pas dix millivolt d'écart. Les fiches techniques des éléments traditionnels indiquent que la tension de charge ne doit pas dépasser la limite nominale (ici, 4,1V) de plus de 30mV, et cette marge a été triplée ici.

Si les batteries de Toshiba sont traitées ainsi, cela expliquerait leur usure rapide. Il y a toujours l'éventualité de la décalibration du laptop (qui arrive sur ses 5 ans) mais je n'y crois pas trop. Et le fait que le processeur de charge (un MAX745) soit introuvable dans les documentations de MAXIM (probablement un développement à la demande de Toshiba, proche du MAX785) laisse imaginer des choses (tuning pour accélérer la charge ou pour booster la capacité ?).

Une fois la charge terminée, la batterie est laissée "flottante" et sa tension se stabilise vers les 4,1V attendus.

Ensuite, test de charge sur le 3110CT reconfiguré pour pomper du courant : horloge CPU au maximum (dans le BIOS) et un vieux programme de calcul intensif "codé maison". A l'invite du DOS, la tension descend mais au lancement du programme, elle s'effondre rapidement.

Après quelques minutes, les différentes paires d'éléments ont une tension "de moins en moins égale". L'ordinateur passe en veille, j'émets l'hypothèse qu'il détecte une différence d'environ 100mV entre la batterie la plus faible et la plus forte.

En fait, ce n'est pas vraiment un problème de différence de capacité mais plutôt de résistance interne : une fois l'ordinateur arrêté, la tension de chaque paire remonte en quelques dizaines de secondes vers 4V. Les éléments sont juste ... fatigués ... Ils ont du mal à faire circuler les ions entre les électrodes.

Sous faible charge, cela ne se voit quasiment pas. C'est pour cela que le test sans charge (juste au voltmètre) ne m'a pas permis auparavant de diagnostiquer des packs "usés" mais pas morts.

J'ai noté les tensions minimales sur chaque élément, pour repérer plus tard lesquels sont en meilleure santé.

Le pack secondaire

Mis en confiance par l'expérience et les mesures précédentes, je retourne chez mon dealer attitré pour récupérer encore d'autres pièces à maltraiter post-mortem. Ils me sortent des cartons une paire de batteries standard 3000mAh, dont une que je m'empresse de démonter à son tour. Connaissant la structure interne, je savais comment m'y prendre pour ne pas toucher des contacts avec les tournevis.

J'en profite pour refaire le test de charge précédent, ne serait-ce que pour vérifier que la batterie est bien morte (on n'est jamais à l'abris d'une bonne surprise ;-D). Comme la veille, je lance le programme et j'ai la présence d'esprit de noter mes mesures.

¤ Au départ, après la recharge conventionnelle, les 3 paires d'élements sont équilibrées à 4,11V.

¤ à l'invite du DOS, la tension chute à 3,88-3,90-3,89V

¤ Avec une forte "charge CPU", la tension dégringole à 3,65-3,68-3,67V.

¤ En une minute, elle est descendue progressivement à 3,45-3,55-3,50V.

¤ L'ordinateur s'arrête à 3,40V, ce qui est au-dessus des 3V syndicaux. La différence entre la paire la plus faible et la plus forte atteint 100mV, ce qui est peut-être une condition détectée par l'ordinateur.

¤ Au repos, la tension remonte lentement jusqu'à 4,02-4,03-4,02V.

Je suis étonné que le déséquilibre se produise de la même manière (dans le même ordre) que pour l'autre pack essayé la veille. Si cela se reproduit, il y a des chances pour que cela soit dû à la conception de l'appareil (une puce qui tirerait son énergie d'un élément uniquement ?)

Cela confirme aussi les observations de la veille et me renforce dans l'idée qu'un pack fabriqué à partir d'élément neufs serait très puissant, d'une part parce que la résistance interne est très faible, d'autre part car la tension de recharge est plus adaptée (4,2V au lieu de 4,1). Alors je continue mon exploration :-)

Cette fois-ci j'arrive à démonter l'ensemble du pack et découvre ce qui se trouvait caché dans la partie inférieure.

Première surprise : vraiment aucune trace de MOSFET de protection. La borne + est reliée directement au connecteur. Enfin, pas tout à fait directement, mais c'est tout comme.

Deuxième surprise : je trouve deux fusibles identiques en série. Un seul n'est pas suffisant :? Allez donc savoir pourquoi.

Troisième énigme : ce ptit .... truc ... soudé entre les deux fusibles. Je n'ai aucune idée de ce que c'est. Il est marqué :

IP405B 70C (température de 70°C ?)
ISUZU 00F20C (le constructeur ?)

En attendant de savoir ce que c'est, je mets les anciens éléments de côté et je branche à leur place le pack de Bernard, pour voir.

Et là, BINGO ! ça marche !

Malgré la déconnexion (longue) des éléments, le contrôleur est "reparti" comme si de rien n'était. Cela veut dire qu'il n'y a pas de mémoire volatile ou de test particulier, ce qui simplifiera considérablement les manipulations suivante !

Je trouve quand même la recharge lente ... Alors je mesure. Je substitue l'alimentation et cela me donne un ordre de grandeur du temps nécessaire. Le pack étant 11,1V/5,6Ah, le courant nécessaire au petit pack du Portégé n'est pas suffisant. A peu de choses, le Portégé recharge le pack à 0,1C...

La terminaison de charge est aussi un problème car les éléments sont de type 4,2V au lieu de 4,1V.

That's all for this time...

A voir :

¤ essayer avec un 3440CT, pour accélérer un peu la charge ?

¤ Ce n'est plus trop nécessaire, mais examiner les signaux du bus de contrôle. J'ai repéré une 24C02, une mémoire non volatile. Il serait intéressant d'examiner son contenu et de sniffer le trafic à ses bornes.