專利名稱：具有并聯(lián)電池拓?fù)涞碾娫吹闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及電子設(shè)備，并且更具體地，涉及用于電子設(shè)備的電源。
背景技術(shù)：
許多電子設(shè)備使用諸如電池或電池組的便攜電源。如此處使用的，術(shù)語“電池” 一 般指可以存儲能量并且以電壓提供存儲的能量的任意電源，并且術(shù)語“電池組”一般指多個 電池。另外，電池和電池組本質(zhì)上可以是靜電的或電化學(xué)的。電子設(shè)備逐漸能夠同時執(zhí)行多個功能，從而增加了設(shè)備的功率需求，并且因此提 升了電池組的運(yùn)行時間和壽命的重要性。例如，由于同時使用更多功能，諸如DVD-ROM、無線 網(wǎng)卡、處理器和屏幕，膝上計算機(jī)需要數(shù)目不斷增加的功率。雖然當(dāng)前存在諸如將屏幕亮度 調(diào)整到較低強(qiáng)度的增加電池組運(yùn)行時間的方法，但是這些解決方案僅在當(dāng)前電源限制的界 限內(nèi)起作用。典型的現(xiàn)代電池組設(shè)計由串聯(lián)和并聯(lián)的電池組合構(gòu)成。例如，一種鋰聚合物電池 的常見配置是三串聯(lián)兩并聯(lián)的配置。通常使用電池組內(nèi)的多個電池來擴(kuò)展電池組運(yùn)行時 間，或簡單地達(dá)到設(shè)備的功率要求。因此，設(shè)備可以同時從電池組內(nèi)的各電池汲取功率，以 便滿足功率汲取要求。電池組管理的主要目的是估計剩余電池組容量。每個電池的充電狀態(tài)是電池的剩 余容量，其被以百分比表示。例如，充滿電的電池具有100%的充電狀態(tài)，并且完全放電的電 池具有0%的充電狀態(tài)。對充電狀態(tài)的估計可被稱為電池管理單元功能。用于確定充電狀態(tài)的一種技術(shù)是測量電池的開路電壓。在溫度校正之后，電池的 開路電壓可以提供針對給定電池化學(xué)性質(zhì)的充電狀態(tài)的合理估計。然而，這種技術(shù)僅在電 池未被充電或放電時有用。因此，當(dāng)允許電池較長時間靜止(rest)時，可以改善開路電壓 與充電狀態(tài)相關(guān)性。用于策略充電狀態(tài)的另一種技術(shù)是庫侖計數(shù)技術(shù)。如果不能獲得靜止電池以便進(jìn) 行測量，則可以使用庫侖計數(shù)技術(shù)。庫侖計數(shù)技術(shù)通過累積以與電池組串聯(lián)的感測電阻器 測量的進(jìn)入或離開電池組的電荷的數(shù)量來估計充電狀態(tài)。該技術(shù)使用小誤差隨時間累積的 導(dǎo)航推算(dead-reckoning)算法。因此，在不允許電池組靜止的環(huán)境中，充電狀態(tài)估計中 的誤差將是顯著的。另外，可以使用充電狀態(tài)來監(jiān)視電池，以便幫助控制多電池電池組內(nèi)的每個電池 的充電。管理具有串聯(lián)電池的電池組的功率汲取的一個目標(biāo)是使得各個電池的充電狀態(tài)相 等。具有串聯(lián)電池的電池組內(nèi)各個電池的充電狀態(tài)彼此不相等或不平衡可以導(dǎo)致降低的電 池組容量。例如，當(dāng)充電時，具有最高充電狀態(tài)的電池將在其它電池被充滿之前終止充電。 類似地，當(dāng)放電時，即使當(dāng)其它電池仍然具有電荷時，具有最少電荷的電池將停止電池組工 作。出于這個原因，具有不平衡電池的電池組的容量少于各個電池的容量之和。存在通過 在充電階段在各電池之間進(jìn)行平衡或不斷地進(jìn)行重新平衡而旨在平衡電池的許多技術(shù)，但 是這些技術(shù)通常依賴對電池阻抗或充電狀態(tài)的準(zhǔn)確估計。通常具有與平衡狀態(tài)相距甚遠(yuǎn)的電池的電池組被識別并且被禁用，導(dǎo)致較低的部件(pack)壽命。若干因素會導(dǎo)致電池不平 衡，諸如電池的老化特性差異，或系統(tǒng)內(nèi)不均勻的溫度分布。存在由電池平衡引起的若干缺點(diǎn)。所有電池必須具有相同或大體類似的容量，并 且電池組內(nèi)的電池數(shù)目必須是串聯(lián)電池的數(shù)目的倍數(shù)。必須限制電池組上的溫度梯度，以 防止不同的電池老化速率。歷史上，已通過使用電池選擇構(gòu)造電池組來管理電池不平衡。電 池選擇包括匹配具有相同或大體類似容量的電池，以便在電池組內(nèi)使用。因此，本領(lǐng)域中存在對改進(jìn)的電池配置和電池管理系統(tǒng)的需要，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確 地測量充電狀態(tài)而不需要用戶啟動靜止時期，從而避免了電池平衡要求并且具有改進(jìn)的電 池組壽命。

發(fā)明內(nèi)容
一般地，本發(fā)明的一個實施例可以是一種電源，該電源具有并聯(lián)到公共節(jié)點(diǎn)或供 電點(diǎn)(諸如計算設(shè)備內(nèi)的電源總線)的多個電池。本發(fā)明的示例實施例可以采取具有彼此 并聯(lián)配置的獨(dú)立電池以及針對獨(dú)立電池中的每個電池的專用控制器的電源的形式?？梢圆?作地或直接地將每個專用控制器一對一地連接到每個相應(yīng)電池。另外，每個控制器可以操 作地和/或直接地與一個電池串聯(lián)，并且可以位于該電池和公共節(jié)點(diǎn)之間。因此，就沒有電 池與另一個電池串聯(lián)的意義而言，這些電池是并聯(lián)的，雖然其它電子元件可被與任意電池 串聯(lián)地互連。該實施例可以允許，例如，對每個電池的增強(qiáng)的單獨(dú)控制。另外，電池可以是 能量源(諸如但不限于機(jī)電電池)的抽象。在本發(fā)明的另一個實施例中，電源內(nèi)可以使用降壓升壓控制器。電源內(nèi)的電池的 并聯(lián)配置可以允許對電池的增強(qiáng)的單獨(dú)控制，并且還可以消除對電池平衡的需要。通過消 除對電池平衡的需要，由于電源內(nèi)的電池不需要具有類似的容量，因此可以放松制造允差。 另外，電源內(nèi)的電池的充電狀態(tài)不再需要平衡處理。另外，電源內(nèi)的電池并聯(lián)配置和降壓升壓控制器可以允許對電池充電和電池放電 的更強(qiáng)大的控制。例如，當(dāng)電池放電并且電池電壓低于所需輸出電壓時，降壓升壓控制器可 以進(jìn)入升壓模式，并且放大電壓以便滿足負(fù)載。另外，當(dāng)電池放電并且電池單元高于所需輸 出電壓時，降壓升壓控制器可以進(jìn)入降壓模式，并且減小電壓，以便適合地給負(fù)載供電。作 為另一個例子，當(dāng)電池充電并且輸出電壓高于電池電壓時，降壓升壓控制器可以進(jìn)入逆向 降壓模式，并且以充電電流給電池供電。除了電流從公共節(jié)點(diǎn)流向電池之外，逆向降壓模式 類似于放電升壓模式。對電池的單獨(dú)控制可以允許對電池完全或充分地充電和放電，因此 最大化電源的容量和運(yùn)行時間。通過僅將每個電池與所有其它電池并聯(lián)配置(從而沒有電池與任意其它電池串 聯(lián))，另一個實施例可用于將一個或多個電池與其它電池隔離開。隔離一個電池的能力提供 了若干優(yōu)點(diǎn)。在測量電池的開路電壓之前允許電池靜止是一個這種優(yōu)點(diǎn)的例子。隔離電池 可以允許使用開路電壓技術(shù)校準(zhǔn)電池的充電狀態(tài)，而不需要靜止整個電源。另外，周期地隔 離電池以便測量開路電壓并且校準(zhǔn)電池的充電狀態(tài)限制了充電狀態(tài)的不確定性，這種不確 定性在使用庫倫計數(shù)技術(shù)時可能會增大。當(dāng)為了充電狀態(tài)測量而隔離電池時，可以允許電 池靜止。與連續(xù)放電的電池相比，被允許靜止的電池可以具有增加的容量。電池隔離還可以間接產(chǎn)生延長的電池組運(yùn)行時間，可用電荷量的增加可以直接導(dǎo)致這一延長。例如，在其它電池繼續(xù)給輸出提供功率時，充分或完全放電的電池可被與其它 電池隔離開。與僅僅在第一個電池耗盡以前提供功率相對，這可以導(dǎo)致電源繼續(xù)提供功率， 直到最后的電池耗盡為止。附加的優(yōu)點(diǎn)是能夠獨(dú)立更換電源內(nèi)的各個電池。另外，某些實施例可以允許電源設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計的更大自由度。電源內(nèi)的組件的 并聯(lián)配置可以減少對電源配置的約束，因此允許電源內(nèi)的各種電池配置。例如，電源設(shè)計可 以包含具有不同電池容量的不同大小的電池，以便滿足不同條件，諸如重量要求、容量或運(yùn) 行時間要求。改變電源配置的能力的另一個結(jié)果可以是電源在系統(tǒng)自身內(nèi)的定位或放置的 自由度。例如，電源可被配置為不同大小和/或可被用于填充系統(tǒng)自身內(nèi)的可用空間。另 外，電源可被在系統(tǒng)內(nèi)不相鄰地放置。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的任意實施例可以用于各種電源并且用于各種裝置，諸如但不 限于，計算設(shè)備或電子設(shè)備。實際上，本發(fā)明可用于需要電力的任意裝置，包括但不限于，手 持電子設(shè)備和計算設(shè)備。因此，可以在計算機(jī)裝置和/或外設(shè)、電子設(shè)備、以電池組操作的 手持設(shè)備等內(nèi)采用本發(fā)明的實施例。本發(fā)明的另一個實施例采取包括至少兩個單獨(dú)電池、至少兩個控制器和一個公共 節(jié)點(diǎn)的電源的形式，所述至少兩個單獨(dú)電池中的每一個配置為僅與所有其它各獨(dú)立電池并 聯(lián)，其中所述至少兩個控制器中的每一個被基于一對一地操作地連接到至少兩個單獨(dú)電池 中的每一個，并且其中所述至少兩個單獨(dú)控制器中的每一個和所述至少兩個單獨(dú)電池中的 每一個被操作地連接到該公共節(jié)點(diǎn)。該實施例還可以包括一個電源，其中所述至少兩個控 制器是降壓升壓控制器，并且每個降壓升壓控制器操作地連接到電源總線，并且操作地連 接到所述至少兩個單獨(dú)電池中的每個相應(yīng)電池。本發(fā)明的另一個實施例可以包括用于隔離電源內(nèi)的電池的方法，包括并聯(lián)配置至 少兩個單獨(dú)的電池，其中每個單獨(dú)的電池被配置為僅與每個單獨(dú)的電池并聯(lián)；將至少兩個 控制器中的每一個控制器專用于所述至少兩個單獨(dú)的電池中的每個電池，從而每個控制器 與每個單獨(dú)的電池具有一一對應(yīng)關(guān)系，并且操作地連接到每個單獨(dú)的電池；以及將每個單 獨(dú)的控制器和每個單獨(dú)的電池連接到公共節(jié)點(diǎn)。在完整閱讀本公開之后，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將明了本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn) 和特征。


圖1示出了本發(fā)明的示例實施例的框圖；圖2示出了本發(fā)明的示例實施例的示意圖；圖3示出了控制器的示例實施例；圖4示出了具有多個電源的系統(tǒng)的實施例。
具體實施例方式一般地，本發(fā)明的一個實施例采取電源的形式，該電源具有被并聯(lián)到公共節(jié)點(diǎn)或 供電點(diǎn)(諸如，計算設(shè)備內(nèi)的電源總線)的多個電池。本發(fā)明的示例實施例可以是具有彼 此并聯(lián)配置的單獨(dú)電池以及用于各單獨(dú)電池中的每一個電池的專用控制器的電源。每個專 用控制器可以被操作地或直接地基于一對一地連接到每個相應(yīng)電池。另外，每個控制器可
6被操作地和/或直接地與一個電池串聯(lián)，并且可被定位在該電池和公共節(jié)點(diǎn)之間。因此，在 沒有電池與另一個電池串聯(lián)的意義而言，電池是并聯(lián)的，雖然其它電元件可被與任意電池 串聯(lián)地互連。該實施例可以允許例如對每個電池的增強(qiáng)的單獨(dú)控制。電源內(nèi)的電池的并聯(lián)配置可以允許對電池的增強(qiáng)的單獨(dú)控制，并且還可以消除對 電池平衡的需要。消除電池平衡的一個優(yōu)點(diǎn)是由于電源內(nèi)的電池不需要具有類似的容量， 因此可以放松制造允差。另外，電源內(nèi)的電池的充電狀態(tài)不再需要平衡處理。可以在電源內(nèi)使用降壓升壓控制器。另外，電源內(nèi)的電池的并聯(lián)配置和降壓升壓 控制器可以允許對電池充電和電池放電的更強(qiáng)大的控制。例如，當(dāng)電池放電并且電池電壓 低于所需輸出電壓時，降壓升壓控制器可以進(jìn)入升壓模式，并且放大電壓以便滿足負(fù)載。另 外，當(dāng)電池放電并且電池單元高于所需輸出電壓時，降壓升壓控制器可以進(jìn)入降壓模式，并 且減小電壓，以便適合地給負(fù)載供電。另外，當(dāng)電池充電并且輸出電壓高于電池電壓時，降 壓升壓控制器可以進(jìn)入逆向降壓模式，并且以充電電流給電池供電。除了電流從公共節(jié)點(diǎn) 流向電池之外，逆向降壓模式類似于放電升壓模式。對電池的單獨(dú)控制可以允許對電池完 全或充分地充電和放電，因此最大化電源的容量和運(yùn)行時間。通過僅將每個電池與所有其它電池并聯(lián)配置(從而沒有電池與任意其它電池串 聯(lián))，該實施例可將一個或多個電池與其它電池隔離開。隔離一個電池的能力提供了若干 優(yōu)點(diǎn)。在測量電池的開路電壓之前允許電池靜止是一個這種優(yōu)點(diǎn)的例子。隔離電池可以允 許使用開路電壓技術(shù)校準(zhǔn)電池的充電狀態(tài)，而不需要隔離整個電源。另外，周期地隔離電池 以便測量開路電壓并且校準(zhǔn)電池的充電狀態(tài)限制了充電狀態(tài)的不確定性，這種不確定性在 使用庫倫計數(shù)技術(shù)時可能會增大。當(dāng)為了充電狀態(tài)測量而隔離電池時，可以允許電池靜止。 與連續(xù)放電的電池相比，被允許靜止的電池可以具有增加的容量。電池隔離的另一個特征是延長的電池組運(yùn)行時間，可用電荷數(shù)量的增加可以導(dǎo)致 這一延長。例如，在其它電池繼續(xù)給輸出提供功率時，充分或完全放電的電池可被與其它電 池隔離開。與僅僅在第一個電池耗盡以前提供功率相對，這可以導(dǎo)致電源繼續(xù)提供功率，直 到最后的電池耗盡為止。一個附加特征是能夠單個地更換電源內(nèi)的電池，這可以導(dǎo)致整個 電源壽命的增加。另外，某些實施例可以允許電源設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計的更大自由度。電源內(nèi)的組件的 并聯(lián)配置可以減少對電源配置的約束，因此允許電源內(nèi)的各種電池配置。例如，電源設(shè)計可 以包含具有不同電池容量的不同大小的電池，以便滿足不同條件，諸如重量要求、容量或運(yùn) 行時間要求。改變電源配置的能力的另一個結(jié)果可以是電源在系統(tǒng)自身內(nèi)的定位或放置的 自由度。在另一個例子中，電源可被配置為具有不同大小和/或可被用于填充系統(tǒng)內(nèi)的可 用空間，而不是圍繞電源的放置設(shè)計系統(tǒng)。另外，電源可被在系統(tǒng)內(nèi)不相鄰地放置。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的任意實施例可以用于各種電源并且用于各種裝置，諸如但不 限于，計算設(shè)備或電子設(shè)備。實際上，本發(fā)明可用于需要電力的任意裝置，包括但不限于，手 持電子設(shè)備和計算設(shè)備。因此，可以在計算機(jī)裝置和/或外設(shè)、電子設(shè)備、以電池組操作的 手持設(shè)備等內(nèi)采用本發(fā)明的實施例。圖1示出了本發(fā)明的示例實施例100的框圖。多個電池102、104、106可被與所有 其它電池操作地或直接地并聯(lián)。另外，如圖1所示，電池102、104、106中沒有一個電池與任 意其它電池操作地或直接地串聯(lián)。例如，在圖1中，電池102可被僅與諸如電池104和電池106的所有其它電池操作地并聯(lián)。圖1出于示例目的僅包含3個電池，并且不旨在限制可 用于電源內(nèi)的電池的數(shù)目。電源可以包含滿足負(fù)載的功率汲取所需的任意數(shù)目的電池。另 外，實施例100中的所有電池102、104、106可以操作地或直接地連接到公共節(jié)點(diǎn)120。實施 例100的電池102、104、106中的每一個還可以連接到可任選的單獨(dú)的感測電阻器，諸如感 測電阻器132、134、136，這些感測電阻器可被用于測量相應(yīng)電池102、104、106的電流。在某 些實施例中，每個感測電阻器，諸如感測電阻器132、134、136可被操作地或直接地連接在 包含地和電池的電源各相應(yīng)分支中的每個分支內(nèi)的相應(yīng)地和電池之間。在實施例100中，每個電池102、104、106可被操作地或直接連接到單獨(dú)的專用控 制器。下面參考圖3更詳細(xì)地討論控制器的一個示例實施例。在本發(fā)明的某些實施例中， 每個控制器可以是降壓升壓控制器。例如，在圖1中，電池102可以具有專用降壓升壓控制 器112，而電池104可以具有第二專用降壓升壓控制器114，并且電池106可以具有第三專 用降壓升壓控制器116。圖1中的降壓升壓控制器的數(shù)目不旨在作為限制，而是僅是用于解 釋目的的例子。降壓升壓控制器112、降壓升壓控制器114和降壓升壓控制器116可以操作 地或直接地彼此并聯(lián)，并且每個降壓升壓控制器可以操作地或直接地連接到公共節(jié)點(diǎn)120。 如圖1所示，降壓升壓控制器112、114、116還可以操作地或直接地連接到電池組總線180。 另外，降壓升壓控制器可以操作地或直接地連接到系統(tǒng)微控制器125。一般地，實施例100的降壓升壓控制器112、114、116可以是開關(guān)DC到DC轉(zhuǎn)換器。 一般地，降壓升壓控制器可以是開關(guān)模式電源，其可以至少根據(jù)負(fù)載需求和電池電壓，用作 升壓轉(zhuǎn)換器或降壓轉(zhuǎn)換器。標(biāo)準(zhǔn)的降壓升壓控制器可以使用當(dāng)降壓升壓控制器處于導(dǎo)通狀 態(tài)時或當(dāng)適當(dāng)開關(guān)被閉合時累積電力的電感器。當(dāng)降壓升壓控制器開關(guān)被閉合時，輸入電 壓源可被連接到該電感器。因此，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)降壓升壓控制器具有斷開的開關(guān)或處于截止?fàn)顟B(tài) 時，電力可以從電感器傳輸?shù)截?fù)載。在圖1中，降壓升壓控制器112、114、116可以用于基于負(fù)載的功率需求放大或減 小電源電壓。取決于電源電壓高于還是低于負(fù)載的電壓需求，可能需要以降壓升壓控制器 放大或減小電源電壓。一般地，當(dāng)降壓升壓控制器進(jìn)入升壓模式時，降壓升壓控制器可以放大相應(yīng)電池 的電壓，以便提供由系統(tǒng)微控制器125指定的功率。(下面給出對系統(tǒng)微控制器的更詳細(xì) 的描述。)在實施例100中，當(dāng)相應(yīng)電池102、104、106中的一個的電壓小于負(fù)載170的功 率需求時，一個或多個降壓升壓控制器112、114、116可以進(jìn)入升壓模式?？商鎿Q地，當(dāng)降壓 升壓控制器進(jìn)入其降壓模式時，它可以減小相應(yīng)電池的電壓，以便提供由系統(tǒng)微控制器125 指定的電壓。另外，在圖1中，當(dāng)相應(yīng)電池102、104、106中的一個的電壓分別大于負(fù)載170 的功率汲取時，一個或多個降壓升壓控制器112、114、116可以進(jìn)入降壓模式。當(dāng)電池電壓 小于輸出電壓時，降壓升壓控制器還可以進(jìn)入逆向降壓模式。下面參考圖2給出對降壓升 壓控制器狀態(tài)的更詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)注意，構(gòu)成圖1中的負(fù)載170的設(shè)備的數(shù)目不旨在作為限制，而是僅僅是用于 解釋目的的例子。一般地，可以存在構(gòu)成負(fù)載并且需要功率的任意數(shù)目的設(shè)備。負(fù)載還可 以包括需要功率的任意數(shù)目的設(shè)備，以及給電源提供電力以便充電的任意數(shù)目的設(shè)備。另 外，實施例100可以具有由單個設(shè)備構(gòu)成的負(fù)載。在圖1中，每個降壓升壓控制器112、114、116可以分別控制流入或流出電池102、104,106的電流。另外，每個降壓升壓控制器112、114、116可以分別允許電池102,104,106 充電或放電，并且還可以允許電池102、104、106的隔離。下面參考圖2更詳細(xì)地討論這些 功能中的每一個。系統(tǒng)微控制器125可以操作地或直接地連接到各個單獨(dú)的降壓升壓控制器112、 114、116中的每一個。在實施例100中，系統(tǒng)微控制器125可以指示各個單獨(dú)的降壓升壓控 制器112、114、116執(zhí)行若干功能。例如，系統(tǒng)微控制器125可以指示降壓升壓控制器112、 114、116給負(fù)載提供恒定功率，或可替換地，可以指示降壓升壓控制器112、114、116隔離某 些電池。繼續(xù)該例子，一個電池可能由于受損的電池容量而要被隔離。在該情況下，系統(tǒng)微 控制器125可以指示降壓升壓控制器112、114、116隔離相應(yīng)的電池。通過隔離具有受損的 電池容量的電池，可以避免電源的過早低壓關(guān)閉問題，因此允許電源的延長的運(yùn)行時間。在 另一個例子中，如果電源內(nèi)的電池正在充電，并且一個電池具有耗盡的容量，則對耗盡容量 電池的隔離也可以允許電源的延長的運(yùn)行時間。當(dāng)充電時，電池不必與電源內(nèi)其它電池同 時達(dá)到其最大充電級別，從而允許其它電池達(dá)到其最大充電級別而不論容量或初始充電狀 態(tài)如何。另外，系統(tǒng)微控制器125可以指示相應(yīng)的降壓升壓控制器以循環(huán)方式系統(tǒng)地并且 每次一個地隔離電池102、104、106。但電池102、104、106被系統(tǒng)地隔離時，可以允許隔離的 電池靜止，因此允許對靜止電池的開路電壓測量，該測量可用于與任意以前測量無關(guān)地估 計相應(yīng)電池的充電狀態(tài)。例如在圖1中，通過首先指示降壓升壓控制器112隔離電池102， 其次指示降壓升壓控制器114隔離電池104，并且最后指示降壓升壓控制器116隔離電池 106，系統(tǒng)微控制器125可以管理電池的隔離。通過每次僅隔離一個電池，為了滿足負(fù)載而 提供的電池電壓可被分布在其它電池之間，同時被隔離的電池靜止并且進(jìn)行開路電壓測 量，并且因此校準(zhǔn)其充電狀態(tài)。下面參考圖2更詳細(xì)地討論電池隔離。在該實施例中，公共節(jié)點(diǎn)120可被連接到電源總線130。因此，電池102、104、106 和控制器112、114、116可以操作地或直接地連接到電源總線130。電源總線130可以操作 地或直接地連接到負(fù)載170。該負(fù)載可以包括可以給電源提供電力的任意各種設(shè)備，或可以 包括可以從電源要求電力的任意各種設(shè)備，或其任意組合。圖1的實施例100的一般配置不旨在作為限制，而是僅是用于解釋目的的例子。 雖然實施例100表示所有電池在電源總線130的一側(cè)，并且包括連接到電源總線130的負(fù) 載的所有設(shè)備在與電池的相對的一側(cè)，但是其它配置也是可能的。其它配置包括但不限于 電池位于系統(tǒng)的不同部分內(nèi)，只要電池被連接到相應(yīng)的專用局部控制器和電源總線130即 可。另外，負(fù)載也可位于系統(tǒng)的不同部分，只要包括負(fù)載的設(shè)備全部連接到電源總線130即 可。如在圖1中例示的，電源可被連接到具有各種設(shè)備的示例負(fù)載170，所述設(shè)備包括 但不限于，中央處理單元(此后稱為“CPU”)192、發(fā)光二極管(此后稱為“LED”)背光194 和DC輸入適配器196。取決于負(fù)載170的功率需求，可以需要相應(yīng)地放大或減小來自電源 的功率。另外，負(fù)載170的功率需求可能是構(gòu)成負(fù)載170的設(shè)備的功率需求的合計。例如 在圖1中，電源總線可被連接到CPU 192和LED背光194。然而，如果負(fù)載170的功率需求 將被提供給CPU192，可能需要減小來自電源的功率?？商鎿Q地，如果負(fù)載170的功率需求將 被提供給LED背光194，可能需要放大來自電源的功率。另外，電源還可以從連接到電源總線130的設(shè)備汲取電力(即，電源可以充電)。例如在圖1中，DC輸入適配器196可被連接 到電源總線130。DC輸入適配器196可以給電池102、104、106充電。當(dāng)電池102、104、106 被充電時，降壓升壓控制器112、114、116可以分別進(jìn)入逆向降壓模式。下面將參考圖2更 詳細(xì)地給出其它例子。一般地，電池102、104、106的功率可被以許多方式組合，以便將需要的功率提供 給負(fù)載170。從電池102、104、106提供給負(fù)載170的功率可被以來自每個電池的大體相等 的量、以分配在電池之間的任意不成比例的數(shù)量提供、或可主要從單個電池提供該功率。例 如，可由電池102提供功率的近似5 %，可由電池104提供功率的近似5 %，并且可由電池 106提供功率的近似90%。系統(tǒng)微控制器125可以指示降壓升壓控制器112、114、116從每個相應(yīng)的電池102、 104、106提供指定的功率。降壓升壓控制器112、114、116可以控制相應(yīng)電池102、104、106 中的每一個提供給輸出功率的功率。例如，如果電池102、104、106不平衡并且具有不同的 容量，那么來自每個電池的功率汲取可能不同。例如，在圖1中，電池102可以具有50%剩 余容量，并且每個電池104和106可以具有25%剩余容量?？梢愿鶕?jù)電池的容量分配提供 給電源的功率。在這個例子中，降壓升壓控制器112可以要求來自電池102的50%的功率 汲取，降壓升壓控制器114可以要求來自電池104的25%的功率汲取，并且降壓升壓控制器 116可以要求來自電池106的25%的功率汲取。另外，還可能需要根據(jù)功率汲取要求和電 池容量的任意改變，放大或減小電池電壓。圖2示出了本發(fā)明的另一個示例實施例200的示意圖。類似于圖1，每個電池可以 操作地或直接地與所有其它電池并聯(lián)，因此電池202可以僅與電池204和206操作地或直 接地并聯(lián)。實施例200還示出了降壓升壓控制器，諸如降壓升壓控制器212、214、216。降 壓升壓控制器諸如降壓升壓控制器212可以具有各個單獨(dú)的元件，包括但不限于場效應(yīng)晶 體管(此后稱為“FET”)242、244、246、248、電感器240、電容器295等。各個單獨(dú)的降壓升 壓控制器212、214、216可以各自一對一地專用于電池202、204、206中的各個單獨(dú)的電池。 降壓升壓控制器212、214、216以及電池202、204、206可以操作地或直接地連接到公共節(jié)點(diǎn) 220。在一個實施例中，公共節(jié)點(diǎn)220可以操作地或直接地連接到輸出電壓270。降壓升壓控制器212、214、216可以允許對電池202、204、206的放電和充電兩者的 增強(qiáng)控制。例如，電池202可被放電，并且具有低于輸出電壓270的電壓。在這種情況下， 降壓升壓控制器212可以進(jìn)入其升壓模式。在升壓模式中，當(dāng)放大電池202的電壓時，F(xiàn)ET 242導(dǎo)通(例如，F(xiàn)ET 242開關(guān)閉合)并且FET 244截止(例如，F(xiàn)ET 244開關(guān)斷開)。另 外，F(xiàn)ET 246和FET 248開關(guān)(如果必要)將來自電池202的電流驅(qū)動到輸出電壓270。另 外，F(xiàn)ET 242、244、246、248的柵極可被連接到FET控制器(下面參考圖3更詳細(xì)地討論)。 當(dāng)FET 242導(dǎo)通時，電池202可被連接到電感器240。另外，當(dāng)FET 242導(dǎo)通時，可以允許電 流在FET 242的漏極和FET 242的源極之間流動。結(jié)果，電池202被連接到電感器240，從 而增加電感器240的電流，并且導(dǎo)致電感器240內(nèi)的電力累積。在這種狀態(tài)中，電容器280 也可以給輸出電壓270供電。在另一個例子中，當(dāng)電池202放電時，電池202可以具有比輸出電壓270高的電 壓。在這種狀態(tài)下，降壓升壓控制器212進(jìn)入其降壓模式，并且可以減小電池202的電壓。 在降壓模式中，F(xiàn)ET 248導(dǎo)通(例如，F(xiàn)ET248開關(guān)閉合)，F(xiàn)ET 246截止(例如，F(xiàn)ET 246開關(guān)斷開)，并且如果需要，F(xiàn)ET 242和FET 244開關(guān)，以便將來自電池202的電流驅(qū)動到輸出 電壓270。當(dāng)FET 248導(dǎo)通時，可以允許電流在FET 248的漏極和FET 248的源極之間流 動。另外，電感器電流沒有通過FET 246到地的路徑。在這種狀態(tài)下，電容器280給輸出電 壓270供電。在又一個例子中，電池202可以正在充電。在這種狀態(tài)下，降壓升壓控制器212可 以進(jìn)入其逆向降壓模式。當(dāng)電池202充電時，輸出電壓270可能比電池202的電壓高。除 了電流從公共節(jié)點(diǎn)220流向電池202之外，逆向降壓模式類似于放電升壓模式。當(dāng)降壓升 壓控制器212處于其逆向降壓模式時，電流從輸出電壓270流到電池202。另外，在這種模 式中，F(xiàn)ET 242導(dǎo)通，并且FET 244截止，而FET 246和FET248交替地開關(guān)，以便將電流從 輸出電壓270驅(qū)動到電池202。在逆向降壓模式中，電容器295給電池202供電。某些實施例的另一方面可以是各個單獨(dú)的電池與負(fù)載相隔離。各個單獨(dú)的電池還 可被與操作地或直接地連接到電源總線的公共節(jié)點(diǎn)電隔離。在圖2中，電池202可與輸出 電壓270隔離。當(dāng)隔離電池202時，F(xiàn)ET242和FET248兩者可以截止。通過適當(dāng)?shù)南鄳?yīng)FET 的截止，可以在實施例200中隔離任意電池。例如，通過FET252和FET258兩者的截止，電 池204可與輸出電壓270隔離。在另一個實施例中，可以在其它電池繼續(xù)給輸出電壓供電 的同時隔離一個電池。在這種狀態(tài)下，可以測量被隔離的電池的開路電壓。然后可以使用 開路電壓測量校準(zhǔn)被隔離電池的充電狀態(tài)。另外，隔離電池可以延長電池組運(yùn)行時間。當(dāng)隔離可能被完全或近似完全放電的 電池時，其它電池可以繼續(xù)給負(fù)載供電。結(jié)果，由于隔離了完全或近似完全放電的電池，可 以增加電池組運(yùn)行時間。對大體或完全耗盡的電池的隔離可以允許供電直到最后的電池被 大體或完全耗盡為止。例如，參考圖2，如果電池202成為是大體或完全耗盡的，它可被隔 離，同時電池204和206繼續(xù)給輸出電壓270供電。當(dāng)電池204成為大體或完全耗盡時，它 也可被隔離，同時電池206繼續(xù)給輸出電壓270供電?？梢怨╇娭钡诫姵?06大體或完全 耗盡為止。圖3示出了包括控制器310的另一個示例實施例300的示意圖。實施例300可以 包括降壓升壓控制器310。如圖3所示，降壓升壓控制器310可以包括但不限于多個元件， 諸如FET342、FET344、FET346、FET348、電感器340和電容器395。一般地，圖1、圖2和圖3 中給出的FET是η溝道FET。替換實施例可以使用ρ溝道FET或適合的任意其它類型的晶 體管或開關(guān)。另外，這些圖不旨在將本發(fā)明局限于特定類型的開關(guān)或晶體管。實施例300可以包括FET控制器360。如圖3所示，F(xiàn)ET342、FET344、FET346和 FET348的柵極可被連接到FET控制器360。實施例300還可以具有電池管理單元350。在 一個實施例中，電池管理單元350、FET控制器360、FET342、344、346、348、電感器340和電 容器390和395全部可被集成到實施例300中的單個集成電路內(nèi)。降壓升壓控制器310可以便于電池302的充電或放電。例如，如參考圖2討論的， 降壓升壓控制器310可以通過控制FET342、344、346、348的開關(guān)給電池302充電或放電。另 外，參考圖2討論的，降壓升壓控制器310可以允許從電源總線320隔離電池302。如圖3所示，降壓升壓控制器310可以具有可用于測量電池302的電流的可任選 的感測電阻器330。另外，如果電池302不是靜止的，感測電阻器330還可通過積累進(jìn)入或 離開電池302的電荷的量用于估計電池302的充電狀態(tài)。電池管理單元350還可以測量電
11池302的電壓、電流和溫度，這可以允許電池管理單元350確定電池302的阻抗、容量和剩 余電荷。FET控制器360可以測量電池302的電壓和電流。另外，F(xiàn)ET控制器360可以通過 連接到電源中其它電池和FET控制器360的電池組總線370讀取這些電池的功率。圖4示出了系統(tǒng)400的另一個實施例。系統(tǒng)400示出了電池可被分布在電源和系 統(tǒng)兩者內(nèi)的許多方式中的一種。系統(tǒng)400可以具有不相鄰地分布在系統(tǒng)400各處的電池。 使得能夠?qū)崿F(xiàn)電池的不相鄰分布的一個因素是消除了電池平衡。另外，由于各種可能的電 池位置，可以消除熱梯度要求，或至少降低其在設(shè)計約束中的重要性。系統(tǒng)400內(nèi)的每個電池可以具有與系統(tǒng)400內(nèi)的所有其它電池不同的電池容量。 一個電池可以具有與所有其它電池不同的電池容量，或幾個電池可以具有與所有其它電池 不同的電池容量或其任意組合也是可行的。例如，系統(tǒng)可以具有5個電池。在這個例子中， 所有5個電池可以具有彼此不同的電池容量，5個電池中的1個電池可以具有與其它電池不 同的電池容量而其余4個電池具有彼此相同的電池容量，或2個電池可以具有相同的電池 容量而其它3個具有與這2個電池不同并且彼此不同的電池容量。前面的組合不旨在作為 限制，而是作為用作解釋目的的例子。另外，給定電源內(nèi)的各個單獨(dú)的電池的電池容量可以 與相同電源內(nèi)的其它電池不同。例如，在電源402中，電池420具有與電池410不同的電池 容量。另外，電池410和420可以具有與電池440和430不同的電池容量。電源402內(nèi)的 所有電池可以具有相同的電池容量，這些電池中的一個可以具有與其它電池不同的電池容 量，或電源內(nèi)存在電池容量的任意其它組合。電源402內(nèi)電池的電池容量不受電池平衡的限制，并且因此不需要具有大體類似 的容量。因此，由于不需要電池平衡，某些實施例可以提供系統(tǒng)400或電子設(shè)備內(nèi)的電源布 局的增強(qiáng)的設(shè)計可能。例如，系統(tǒng)400可被設(shè)計為在系統(tǒng)400中包含總數(shù)較少的電池，以便 減小系統(tǒng)400的重量。系統(tǒng)400還可以具有系統(tǒng)400內(nèi)的數(shù)目增加的電池，以便便于增加 運(yùn)行時間。另外，系統(tǒng)400可以具有位于與系統(tǒng)400內(nèi)的電源402不相鄰位置的第二個電 源406。繼續(xù)這個例子，電源406可以僅具有并聯(lián)配置的3個電池。進(jìn)一步地，如果電源406 僅具有3個電池，這些電池中的任意一個都不必具有相同的容量。系統(tǒng)400的例子不意味 著以任意方式限制電源數(shù)目或電源內(nèi)的電池的數(shù)目，而是僅提供用于解釋目的。雖然已經(jīng)參考特定裝置、配置、組件和操作方法描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員將會理解，在閱讀本公開之后，如此處描述的，可以做出對這些實施例和/或它們的操 作的某些改變或修改，而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。因此，由所附的權(quán)利要求書定義本發(fā) 明的適當(dāng)范圍。一般地，此處公開的各種實施例、操作、組件和配置是例子而不是范圍限制。
權(quán)利要求
一種電源，包括至少兩個單獨(dú)的電池，所述至少兩個單獨(dú)的電池中的每一個被配置為僅與所有其它單獨(dú)的電池并聯(lián)；至少兩個控制器，其中所述至少兩個單獨(dú)的控制器中的每一個一對一地操作性連接到所述至少兩個單獨(dú)的電池中的每一個；和公共節(jié)點(diǎn)，其中所述至少兩個單獨(dú)的控制器中的每一個和所述至少兩個單獨(dú)的電池中的每一個操作地連接到該公共節(jié)點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的電源，其中所述至少兩個控制器中的每一個是降壓升壓控制器；和每個降壓升壓控制器操作地連接到電源總線，并且操作地連接到所述至少兩個單獨(dú)的 電池中的每個相應(yīng)電池。
3.如權(quán)利要求1所述的電源，其中反饋回路將所述至少兩個單獨(dú)的電池中具有最高剩 余容量的電池直接連接到電源總線。
4.如權(quán)利要求1所述的電源，其中反饋回路將所述至少兩個電池中的每個電池連接到電源總線，其中所述至少兩個單獨(dú)的電池中的每個電池不具有所述至少兩個單獨(dú)的電池的最高剩余容量；和放電功率相應(yīng)于所述至少兩個單獨(dú)的電池中不具有所述至少兩個單獨(dú)的電池的最高 剩余容量的每個電池的總剩余容量的對應(yīng)一部分。
5.如權(quán)利要求1所述的電源，其中所述至少兩個單獨(dú)的電池中的每一個被按順序隔罔。
6.如權(quán)利要求5所述的電源，其中所述至少兩個單獨(dú)的電池中的每個電池按順序隔離 自動進(jìn)行電荷狀態(tài)測量的校準(zhǔn)。
7.如權(quán)利要求1所述的電源，其中具有最少電荷量的電池被隔離。
8.如權(quán)利要求1所述的電源，還包括更換具有受損容量的至少一個電池。
9.如權(quán)利要求1所述的電源，其中用于所述電源內(nèi)的所述至少兩個單獨(dú)的電池中的至 少一個電池具有不同的電池容量。
10.如權(quán)利要求1所述的電源，其中 多個電池分布在系統(tǒng)內(nèi)；和所述多個電池中的至少一個電池非相鄰地位于所述系統(tǒng)內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1所述的電源，其中系統(tǒng)內(nèi)使用的所述至少兩個單獨(dú)的電池中的至少 一個電池具有不同于其它電池的電池容量。
12.一種用于隔離電源內(nèi)的電池的方法，包括并聯(lián)配置至少兩個單獨(dú)的電池，其中每個單獨(dú)的電池被配置為僅與每一個單獨(dú)的電池 并聯(lián)；將至少兩個控制器中的每個控制器專用于所述至少兩個單獨(dú)的電池中的每個電池，從 而每個控制器與每個單獨(dú)的電池具有一一對應(yīng)關(guān)系，并且操作地連接到每個單獨(dú)的電池； 和將每個單獨(dú)的控制器和每個單獨(dú)的電池連接到公共節(jié)點(diǎn)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述至少兩個控制器中的每個控制器是降壓升壓控制器；和所述至少兩個控制器中的每個降壓升壓控制器被配置在電源總線和所述至少兩個單 獨(dú)的電池中的每個相應(yīng)電池之間。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括使用反饋回路將所述多個電池中具有最高剩余 容量的電池直接連接到電源總線。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括使用反饋回路將所述至少兩個電池中的每個電池連接到電源總線，其中 所述至少兩個單獨(dú)的電池中的每個電池不具有到電源總線的最高剩余容量；和 從而放電功率相應(yīng)于所述至少兩個單獨(dú)的電池中的每個電池的總剩余容量的對應(yīng)一 部分。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括順序隔離所述至少兩個單獨(dú)的電池中的每個電池。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述至少兩個單獨(dú)的電池中的每個電池的順序隔 離自動實現(xiàn)電荷狀態(tài)測量的校準(zhǔn)。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括隔離所述至少兩個單獨(dú)的電池中具有最少量電 荷的電池。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括更換所述至少兩個單獨(dú)的電池中的至少一個電 池，該電池具有受損容量。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其中用于系統(tǒng)內(nèi)的所述至少兩個單獨(dú)的電池中的至少 一個電池具有與其它電池不同的電池容量。
21.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括 將多個電池分布在系統(tǒng)內(nèi)；和將所述多個電池中的至少一個電池非相鄰地定位在所述系統(tǒng)內(nèi)。
22.一種電池分布方法，包括將多個電池分布在系統(tǒng)內(nèi)，該系統(tǒng)內(nèi)的所述多個電池中的單獨(dú)的電池各自具有專用的 降壓升壓控制器；和將所述多個電池中的單獨(dú)的電池中的至少一個電池非相鄰地定位在所述系統(tǒng)內(nèi)。
全文摘要
一種具有并聯(lián)連接到公共節(jié)點(diǎn)或供電點(diǎn)的多個電池的電源。電源內(nèi)的各獨(dú)立電池還可以具有針對各獨(dú)立電池中的每一個電池的專用控制器，使得專用控制器一對一地與相應(yīng)各獨(dú)立電池中的每個電池連接。
文檔編號H01M10/36GK101946222SQ200980105218
公開日2011年1月12日 申請日期2009年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月15日
發(fā)明者S·C·米查爾斯科, T·C·格林因格, W·阿薩斯 申請人:蘋果公司