具有并联电池拓扑的电源的制作方法

专利名称：具有并联电池拓扑的电源的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及电子设备，并且更具体地，涉及用于电子设备的电源。
背景技术：
许多电子设备使用诸如电池或电池组的便携电源。如此处使用的，术语“电池” 一 般指可以存储能量并且以电压提供存储的能量的任意电源，并且术语“电池组”一般指多个 电池。另外，电池和电池组本质上可以是静电的或电化学的。电子设备逐渐能够同时执行多个功能，从而增加了设备的功率需求，并且因此提 升了电池组的运行时间和寿命的重要性。例如，由于同时使用更多功能，诸如DVD-ROM、无线 网卡、处理器和屏幕，膝上计算机需要数目不断增加的功率。虽然当前存在诸如将屏幕亮度 调整到较低强度的增加电池组运行时间的方法，但是这些解决方案仅在当前电源限制的界 限内起作用。典型的现代电池组设计由串联和并联的电池组合构成。例如，一种锂聚合物电池 的常见配置是三串联两并联的配置。通常使用电池组内的多个电池来扩展电池组运行时 间，或简单地达到设备的功率要求。因此，设备可以同时从电池组内的各电池汲取功率，以 便满足功率汲取要求。电池组管理的主要目的是估计剩余电池组容量。每个电池的充电状态是电池的剩 余容量，其被以百分比表示。例如，充满电的电池具有100%的充电状态，并且完全放电的电 池具有0%的充电状态。对充电状态的估计可被称为电池管理单元功能。用于确定充电状态的一种技术是测量电池的开路电压。在温度校正之后，电池的 开路电压可以提供针对给定电池化学性质的充电状态的合理估计。然而，这种技术仅在电 池未被充电或放电时有用。因此，当允许电池较长时间静止(rest)时，可以改善开路电压 与充电状态相关性。用于策略充电状态的另一种技术是库仑计数技术。如果不能获得静止电池以便进 行测量，则可以使用库仑计数技术。库仑计数技术通过累积以与电池组串联的感测电阻器 测量的进入或离开电池组的电荷的数量来估计充电状态。该技术使用小误差随时间累积的 导航推算(dead-reckoning)算法。因此，在不允许电池组静止的环境中，充电状态估计中 的误差将是显著的。另外，可以使用充电状态来监视电池，以便帮助控制多电池电池组内的每个电池 的充电。管理具有串联电池的电池组的功率汲取的一个目标是使得各个电池的充电状态相 等。具有串联电池的电池组内各个电池的充电状态彼此不相等或不平衡可以导致降低的电 池组容量。例如，当充电时，具有最高充电状态的电池将在其它电池被充满之前终止充电。 类似地，当放电时，即使当其它电池仍然具有电荷时，具有最少电荷的电池将停止电池组工 作。出于这个原因，具有不平衡电池的电池组的容量少于各个电池的容量之和。存在通过 在充电阶段在各电池之间进行平衡或不断地进行重新平衡而旨在平衡电池的许多技术，但 是这些技术通常依赖对电池阻抗或充电状态的准确估计。通常具有与平衡状态相距甚远的电池的电池组被识别并且被禁用，导致较低的部件(pack)寿命。若干因素会导致电池不平 衡，诸如电池的老化特性差异，或系统内不均勻的温度分布。存在由电池平衡引起的若干缺点。所有电池必须具有相同或大体类似的容量，并 且电池组内的电池数目必须是串联电池的数目的倍数。必须限制电池组上的温度梯度，以 防止不同的电池老化速率。历史上，已通过使用电池选择构造电池组来管理电池不平衡。电 池选择包括匹配具有相同或大体类似容量的电池，以便在电池组内使用。因此，本领域中存在对改进的电池配置和电池管理系统的需要，该系统能够准确 地测量充电状态而不需要用户启动静止时期，从而避免了电池平衡要求并且具有改进的电 池组寿命。

发明内容
一般地，本发明的一个实施例可以是一种电源，该电源具有并联到公共节点或供 电点(诸如计算设备内的电源总线)的多个电池。本发明的示例实施例可以采取具有彼此 并联配置的独立电池以及针对独立电池中的每个电池的专用控制器的电源的形式。可以操 作地或直接地将每个专用控制器一对一地连接到每个相应电池。另外，每个控制器可以操 作地和/或直接地与一个电池串联，并且可以位于该电池和公共节点之间。因此，就没有电 池与另一个电池串联的意义而言，这些电池是并联的，虽然其它电子元件可被与任意电池 串联地互连。该实施例可以允许，例如，对每个电池的增强的单独控制。另外，电池可以是 能量源(诸如但不限于机电电池)的抽象。在本发明的另一个实施例中，电源内可以使用降压升压控制器。电源内的电池的 并联配置可以允许对电池的增强的单独控制，并且还可以消除对电池平衡的需要。通过消 除对电池平衡的需要，由于电源内的电池不需要具有类似的容量，因此可以放松制造允差。 另外，电源内的电池的充电状态不再需要平衡处理。另外，电源内的电池并联配置和降压升压控制器可以允许对电池充电和电池放电 的更强大的控制。例如，当电池放电并且电池电压低于所需输出电压时，降压升压控制器可 以进入升压模式，并且放大电压以便满足负载。另外，当电池放电并且电池单元高于所需输 出电压时，降压升压控制器可以进入降压模式，并且减小电压，以便适合地给负载供电。作 为另一个例子，当电池充电并且输出电压高于电池电压时，降压升压控制器可以进入逆向 降压模式，并且以充电电流给电池供电。除了电流从公共节点流向电池之外，逆向降压模式 类似于放电升压模式。对电池的单独控制可以允许对电池完全或充分地充电和放电，因此 最大化电源的容量和运行时间。通过仅将每个电池与所有其它电池并联配置(从而没有电池与任意其它电池串 联)，另一个实施例可用于将一个或多个电池与其它电池隔离开。隔离一个电池的能力提供 了若干优点。在测量电池的开路电压之前允许电池静止是一个这种优点的例子。隔离电池 可以允许使用开路电压技术校准电池的充电状态，而不需要静止整个电源。另外，周期地隔 离电池以便测量开路电压并且校准电池的充电状态限制了充电状态的不确定性，这种不确 定性在使用库伦计数技术时可能会增大。当为了充电状态测量而隔离电池时，可以允许电 池静止。与连续放电的电池相比，被允许静止的电池可以具有增加的容量。电池隔离还可以间接产生延长的电池组运行时间，可用电荷量的增加可以直接导致这一延长。例如，在其它电池继续给输出提供功率时，充分或完全放电的电池可被与其它 电池隔离开。与仅仅在第一个电池耗尽以前提供功率相对，这可以导致电源继续提供功率， 直到最后的电池耗尽为止。附加的优点是能够独立更换电源内的各个电池。另外，某些实施例可以允许电源设计和系统设计的更大自由度。电源内的组件的 并联配置可以减少对电源配置的约束，因此允许电源内的各种电池配置。例如，电源设计可 以包含具有不同电池容量的不同大小的电池，以便满足不同条件，诸如重量要求、容量或运 行时间要求。改变电源配置的能力的另一个结果可以是电源在系统自身内的定位或放置的 自由度。例如，电源可被配置为不同大小和/或可被用于填充系统自身内的可用空间。另 外，电源可被在系统内不相邻地放置。应当注意，本发明的任意实施例可以用于各种电源并且用于各种装置，诸如但不 限于，计算设备或电子设备。实际上，本发明可用于需要电力的任意装置，包括但不限于，手 持电子设备和计算设备。因此，可以在计算机装置和/或外设、电子设备、以电池组操作的 手持设备等内采用本发明的实施例。本发明的另一个实施例采取包括至少两个单独电池、至少两个控制器和一个公共 节点的电源的形式，所述至少两个单独电池中的每一个配置为仅与所有其它各独立电池并 联，其中所述至少两个控制器中的每一个被基于一对一地操作地连接到至少两个单独电池 中的每一个，并且其中所述至少两个单独控制器中的每一个和所述至少两个单独电池中的 每一个被操作地连接到该公共节点。该实施例还可以包括一个电源，其中所述至少两个控 制器是降压升压控制器，并且每个降压升压控制器操作地连接到电源总线，并且操作地连 接到所述至少两个单独电池中的每个相应电池。本发明的另一个实施例可以包括用于隔离电源内的电池的方法，包括并联配置至 少两个单独的电池，其中每个单独的电池被配置为仅与每个单独的电池并联；将至少两个 控制器中的每一个控制器专用于所述至少两个单独的电池中的每个电池，从而每个控制器 与每个单独的电池具有一一对应关系，并且操作地连接到每个单独的电池；以及将每个单 独的控制器和每个单独的电池连接到公共节点。在完整阅读本公开之后，本领域的普通技术人员将明了本发明的这些和其它优点 和特征。


图1示出了本发明的示例实施例的框图；图2示出了本发明的示例实施例的示意图；图3示出了控制器的示例实施例；图4示出了具有多个电源的系统的实施例。
具体实施例方式一般地，本发明的一个实施例采取电源的形式，该电源具有被并联到公共节点或 供电点(诸如，计算设备内的电源总线)的多个电池。本发明的示例实施例可以是具有彼 此并联配置的单独电池以及用于各单独电池中的每一个电池的专用控制器的电源。每个专 用控制器可以被操作地或直接地基于一对一地连接到每个相应电池。另外，每个控制器可
6被操作地和/或直接地与一个电池串联，并且可被定位在该电池和公共节点之间。因此，在 没有电池与另一个电池串联的意义而言，电池是并联的，虽然其它电元件可被与任意电池 串联地互连。该实施例可以允许例如对每个电池的增强的单独控制。电源内的电池的并联配置可以允许对电池的增强的单独控制，并且还可以消除对 电池平衡的需要。消除电池平衡的一个优点是由于电源内的电池不需要具有类似的容量， 因此可以放松制造允差。另外，电源内的电池的充电状态不再需要平衡处理。可以在电源内使用降压升压控制器。另外，电源内的电池的并联配置和降压升压 控制器可以允许对电池充电和电池放电的更强大的控制。例如，当电池放电并且电池电压 低于所需输出电压时，降压升压控制器可以进入升压模式，并且放大电压以便满足负载。另 外，当电池放电并且电池单元高于所需输出电压时，降压升压控制器可以进入降压模式，并 且减小电压，以便适合地给负载供电。另外，当电池充电并且输出电压高于电池电压时，降 压升压控制器可以进入逆向降压模式，并且以充电电流给电池供电。除了电流从公共节点 流向电池之外，逆向降压模式类似于放电升压模式。对电池的单独控制可以允许对电池完 全或充分地充电和放电，因此最大化电源的容量和运行时间。通过仅将每个电池与所有其它电池并联配置(从而没有电池与任意其它电池串 联)，该实施例可将一个或多个电池与其它电池隔离开。隔离一个电池的能力提供了若干 优点。在测量电池的开路电压之前允许电池静止是一个这种优点的例子。隔离电池可以允 许使用开路电压技术校准电池的充电状态，而不需要隔离整个电源。另外，周期地隔离电池 以便测量开路电压并且校准电池的充电状态限制了充电状态的不确定性，这种不确定性在 使用库伦计数技术时可能会增大。当为了充电状态测量而隔离电池时，可以允许电池静止。 与连续放电的电池相比，被允许静止的电池可以具有增加的容量。电池隔离的另一个特征是延长的电池组运行时间，可用电荷数量的增加可以导致 这一延长。例如，在其它电池继续给输出提供功率时，充分或完全放电的电池可被与其它电 池隔离开。与仅仅在第一个电池耗尽以前提供功率相对，这可以导致电源继续提供功率，直 到最后的电池耗尽为止。一个附加特征是能够单个地更换电源内的电池，这可以导致整个 电源寿命的增加。另外，某些实施例可以允许电源设计和系统设计的更大自由度。电源内的组件的 并联配置可以减少对电源配置的约束，因此允许电源内的各种电池配置。例如，电源设计可 以包含具有不同电池容量的不同大小的电池，以便满足不同条件，诸如重量要求、容量或运 行时间要求。改变电源配置的能力的另一个结果可以是电源在系统自身内的定位或放置的 自由度。在另一个例子中，电源可被配置为具有不同大小和/或可被用于填充系统内的可 用空间，而不是围绕电源的放置设计系统。另外，电源可被在系统内不相邻地放置。应当注意，本发明的任意实施例可以用于各种电源并且用于各种装置，诸如但不 限于，计算设备或电子设备。实际上，本发明可用于需要电力的任意装置，包括但不限于，手 持电子设备和计算设备。因此，可以在计算机装置和/或外设、电子设备、以电池组操作的 手持设备等内采用本发明的实施例。图1示出了本发明的示例实施例100的框图。多个电池102、104、106可被与所有 其它电池操作地或直接地并联。另外，如图1所示，电池102、104、106中没有一个电池与任 意其它电池操作地或直接地串联。例如，在图1中，电池102可被仅与诸如电池104和电池106的所有其它电池操作地并联。图1出于示例目的仅包含3个电池，并且不旨在限制可 用于电源内的电池的数目。电源可以包含满足负载的功率汲取所需的任意数目的电池。另 外，实施例100中的所有电池102、104、106可以操作地或直接地连接到公共节点120。实施 例100的电池102、104、106中的每一个还可以连接到可任选的单独的感测电阻器，诸如感 测电阻器132、134、136，这些感测电阻器可被用于测量相应电池102、104、106的电流。在某 些实施例中，每个感测电阻器，诸如感测电阻器132、134、136可被操作地或直接地连接在 包含地和电池的电源各相应分支中的每个分支内的相应地和电池之间。在实施例100中，每个电池102、104、106可被操作地或直接连接到单独的专用控 制器。下面参考图3更详细地讨论控制器的一个示例实施例。在本发明的某些实施例中， 每个控制器可以是降压升压控制器。例如，在图1中，电池102可以具有专用降压升压控制 器112，而电池104可以具有第二专用降压升压控制器114，并且电池106可以具有第三专 用降压升压控制器116。图1中的降压升压控制器的数目不旨在作为限制，而是仅是用于解 释目的的例子。降压升压控制器112、降压升压控制器114和降压升压控制器116可以操作 地或直接地彼此并联，并且每个降压升压控制器可以操作地或直接地连接到公共节点120。 如图1所示，降压升压控制器112、114、116还可以操作地或直接地连接到电池组总线180。 另外，降压升压控制器可以操作地或直接地连接到系统微控制器125。一般地，实施例100的降压升压控制器112、114、116可以是开关DC到DC转换器。 一般地，降压升压控制器可以是开关模式电源，其可以至少根据负载需求和电池电压，用作 升压转换器或降压转换器。标准的降压升压控制器可以使用当降压升压控制器处于导通状 态时或当适当开关被闭合时累积电力的电感器。当降压升压控制器开关被闭合时，输入电 压源可被连接到该电感器。因此，当标准降压升压控制器具有断开的开关或处于截止状态 时，电力可以从电感器传输到负载。在图1中，降压升压控制器112、114、116可以用于基于负载的功率需求放大或减 小电源电压。取决于电源电压高于还是低于负载的电压需求，可能需要以降压升压控制器 放大或减小电源电压。一般地，当降压升压控制器进入升压模式时，降压升压控制器可以放大相应电池 的电压，以便提供由系统微控制器125指定的功率。(下面给出对系统微控制器的更详细 的描述。)在实施例100中，当相应电池102、104、106中的一个的电压小于负载170的功 率需求时，一个或多个降压升压控制器112、114、116可以进入升压模式。可替换地，当降压 升压控制器进入其降压模式时，它可以减小相应电池的电压，以便提供由系统微控制器125 指定的电压。另外，在图1中，当相应电池102、104、106中的一个的电压分别大于负载170 的功率汲取时，一个或多个降压升压控制器112、114、116可以进入降压模式。当电池电压 小于输出电压时，降压升压控制器还可以进入逆向降压模式。下面参考图2给出对降压升 压控制器状态的更详细的描述。应当注意，构成图1中的负载170的设备的数目不旨在作为限制，而是仅仅是用于 解释目的的例子。一般地，可以存在构成负载并且需要功率的任意数目的设备。负载还可 以包括需要功率的任意数目的设备，以及给电源提供电力以便充电的任意数目的设备。另 外，实施例100可以具有由单个设备构成的负载。在图1中，每个降压升压控制器112、114、116可以分别控制流入或流出电池102、104,106的电流。另外，每个降压升压控制器112、114、116可以分别允许电池102,104,106 充电或放电，并且还可以允许电池102、104、106的隔离。下面参考图2更详细地讨论这些 功能中的每一个。系统微控制器125可以操作地或直接地连接到各个单独的降压升压控制器112、 114、116中的每一个。在实施例100中，系统微控制器125可以指示各个单独的降压升压控 制器112、114、116执行若干功能。例如，系统微控制器125可以指示降压升压控制器112、 114、116给负载提供恒定功率，或可替换地，可以指示降压升压控制器112、114、116隔离某 些电池。继续该例子，一个电池可能由于受损的电池容量而要被隔离。在该情况下，系统微 控制器125可以指示降压升压控制器112、114、116隔离相应的电池。通过隔离具有受损的 电池容量的电池，可以避免电源的过早低压关闭问题，因此允许电源的延长的运行时间。在 另一个例子中，如果电源内的电池正在充电，并且一个电池具有耗尽的容量，则对耗尽容量 电池的隔离也可以允许电源的延长的运行时间。当充电时，电池不必与电源内其它电池同 时达到其最大充电级别，从而允许其它电池达到其最大充电级别而不论容量或初始充电状 态如何。另外，系统微控制器125可以指示相应的降压升压控制器以循环方式系统地并且 每次一个地隔离电池102、104、106。但电池102、104、106被系统地隔离时，可以允许隔离的 电池静止，因此允许对静止电池的开路电压测量，该测量可用于与任意以前测量无关地估 计相应电池的充电状态。例如在图1中，通过首先指示降压升压控制器112隔离电池102， 其次指示降压升压控制器114隔离电池104，并且最后指示降压升压控制器116隔离电池 106，系统微控制器125可以管理电池的隔离。通过每次仅隔离一个电池，为了满足负载而 提供的电池电压可被分布在其它电池之间，同时被隔离的电池静止并且进行开路电压测 量，并且因此校准其充电状态。下面参考图2更详细地讨论电池隔离。在该实施例中，公共节点120可被连接到电源总线130。因此，电池102、104、106 和控制器112、114、116可以操作地或直接地连接到电源总线130。电源总线130可以操作 地或直接地连接到负载170。该负载可以包括可以给电源提供电力的任意各种设备，或可以 包括可以从电源要求电力的任意各种设备，或其任意组合。图1的实施例100的一般配置不旨在作为限制，而是仅是用于解释目的的例子。 虽然实施例100表示所有电池在电源总线130的一侧，并且包括连接到电源总线130的负 载的所有设备在与电池的相对的一侧，但是其它配置也是可能的。其它配置包括但不限于 电池位于系统的不同部分内，只要电池被连接到相应的专用局部控制器和电源总线130即 可。另外，负载也可位于系统的不同部分，只要包括负载的设备全部连接到电源总线130即 可。如在图1中例示的，电源可被连接到具有各种设备的示例负载170，所述设备包括 但不限于，中央处理单元(此后称为“CPU”)192、发光二极管(此后称为“LED”)背光194 和DC输入适配器196。取决于负载170的功率需求，可以需要相应地放大或减小来自电源 的功率。另外，负载170的功率需求可能是构成负载170的设备的功率需求的合计。例如 在图1中，电源总线可被连接到CPU 192和LED背光194。然而，如果负载170的功率需求 将被提供给CPU192，可能需要减小来自电源的功率。可替换地，如果负载170的功率需求将 被提供给LED背光194，可能需要放大来自电源的功率。另外，电源还可以从连接到电源总线130的设备汲取电力(即，电源可以充电)。例如在图1中，DC输入适配器196可被连接 到电源总线130。DC输入适配器196可以给电池102、104、106充电。当电池102、104、106 被充电时，降压升压控制器112、114、116可以分别进入逆向降压模式。下面将参考图2更 详细地给出其它例子。一般地，电池102、104、106的功率可被以许多方式组合，以便将需要的功率提供 给负载170。从电池102、104、106提供给负载170的功率可被以来自每个电池的大体相等 的量、以分配在电池之间的任意不成比例的数量提供、或可主要从单个电池提供该功率。例 如，可由电池102提供功率的近似5 %，可由电池104提供功率的近似5 %，并且可由电池 106提供功率的近似90%。系统微控制器125可以指示降压升压控制器112、114、116从每个相应的电池102、 104、106提供指定的功率。降压升压控制器112、114、116可以控制相应电池102、104、106 中的每一个提供给输出功率的功率。例如，如果电池102、104、106不平衡并且具有不同的 容量，那么来自每个电池的功率汲取可能不同。例如，在图1中，电池102可以具有50%剩 余容量，并且每个电池104和106可以具有25%剩余容量。可以根据电池的容量分配提供 给电源的功率。在这个例子中，降压升压控制器112可以要求来自电池102的50%的功率 汲取，降压升压控制器114可以要求来自电池104的25%的功率汲取，并且降压升压控制器 116可以要求来自电池106的25%的功率汲取。另外，还可能需要根据功率汲取要求和电 池容量的任意改变，放大或减小电池电压。图2示出了本发明的另一个示例实施例200的示意图。类似于图1，每个电池可以 操作地或直接地与所有其它电池并联，因此电池202可以仅与电池204和206操作地或直 接地并联。实施例200还示出了降压升压控制器，诸如降压升压控制器212、214、216。降 压升压控制器诸如降压升压控制器212可以具有各个单独的元件，包括但不限于场效应晶 体管(此后称为“FET”)242、244、246、248、电感器240、电容器295等。各个单独的降压升 压控制器212、214、216可以各自一对一地专用于电池202、204、206中的各个单独的电池。 降压升压控制器212、214、216以及电池202、204、206可以操作地或直接地连接到公共节点 220。在一个实施例中，公共节点220可以操作地或直接地连接到输出电压270。降压升压控制器212、214、216可以允许对电池202、204、206的放电和充电两者的 增强控制。例如，电池202可被放电，并且具有低于输出电压270的电压。在这种情况下， 降压升压控制器212可以进入其升压模式。在升压模式中，当放大电池202的电压时，FET 242导通(例如，FET 242开关闭合)并且FET 244截止(例如，FET 244开关断开)。另 外，FET 246和FET 248开关(如果必要)将来自电池202的电流驱动到输出电压270。另 外，FET 242、244、246、248的栅极可被连接到FET控制器(下面参考图3更详细地讨论)。 当FET 242导通时，电池202可被连接到电感器240。另外，当FET 242导通时，可以允许电 流在FET 242的漏极和FET 242的源极之间流动。结果，电池202被连接到电感器240，从 而增加电感器240的电流，并且导致电感器240内的电力累积。在这种状态中，电容器280 也可以给输出电压270供电。在另一个例子中，当电池202放电时，电池202可以具有比输出电压270高的电 压。在这种状态下，降压升压控制器212进入其降压模式，并且可以减小电池202的电压。 在降压模式中，FET 248导通(例如，FET248开关闭合)，FET 246截止(例如，FET 246开关断开)，并且如果需要，FET 242和FET 244开关，以便将来自电池202的电流驱动到输出 电压270。当FET 248导通时，可以允许电流在FET 248的漏极和FET 248的源极之间流 动。另外，电感器电流没有通过FET 246到地的路径。在这种状态下，电容器280给输出电 压270供电。在又一个例子中，电池202可以正在充电。在这种状态下，降压升压控制器212可 以进入其逆向降压模式。当电池202充电时，输出电压270可能比电池202的电压高。除 了电流从公共节点220流向电池202之外，逆向降压模式类似于放电升压模式。当降压升 压控制器212处于其逆向降压模式时，电流从输出电压270流到电池202。另外，在这种模 式中，FET 242导通，并且FET 244截止，而FET 246和FET248交替地开关，以便将电流从 输出电压270驱动到电池202。在逆向降压模式中，电容器295给电池202供电。某些实施例的另一方面可以是各个单独的电池与负载相隔离。各个单独的电池还 可被与操作地或直接地连接到电源总线的公共节点电隔离。在图2中，电池202可与输出 电压270隔离。当隔离电池202时，FET242和FET248两者可以截止。通过适当的相应FET 的截止，可以在实施例200中隔离任意电池。例如，通过FET252和FET258两者的截止，电 池204可与输出电压270隔离。在另一个实施例中，可以在其它电池继续给输出电压供电 的同时隔离一个电池。在这种状态下，可以测量被隔离的电池的开路电压。然后可以使用 开路电压测量校准被隔离电池的充电状态。另外，隔离电池可以延长电池组运行时间。当隔离可能被完全或近似完全放电的 电池时，其它电池可以继续给负载供电。结果，由于隔离了完全或近似完全放电的电池，可 以增加电池组运行时间。对大体或完全耗尽的电池的隔离可以允许供电直到最后的电池被 大体或完全耗尽为止。例如，参考图2，如果电池202成为是大体或完全耗尽的，它可被隔 离，同时电池204和206继续给输出电压270供电。当电池204成为大体或完全耗尽时，它 也可被隔离，同时电池206继续给输出电压270供电。可以供电直到电池206大体或完全 耗尽为止。图3示出了包括控制器310的另一个示例实施例300的示意图。实施例300可以 包括降压升压控制器310。如图3所示，降压升压控制器310可以包括但不限于多个元件， 诸如FET342、FET344、FET346、FET348、电感器340和电容器395。一般地，图1、图2和图3 中给出的FET是η沟道FET。替换实施例可以使用ρ沟道FET或适合的任意其它类型的晶 体管或开关。另外，这些图不旨在将本发明局限于特定类型的开关或晶体管。实施例300可以包括FET控制器360。如图3所示，FET342、FET344、FET346和 FET348的栅极可被连接到FET控制器360。实施例300还可以具有电池管理单元350。在 一个实施例中，电池管理单元350、FET控制器360、FET342、344、346、348、电感器340和电 容器390和395全部可被集成到实施例300中的单个集成电路内。降压升压控制器310可以便于电池302的充电或放电。例如，如参考图2讨论的， 降压升压控制器310可以通过控制FET342、344、346、348的开关给电池302充电或放电。另 外，参考图2讨论的，降压升压控制器310可以允许从电源总线320隔离电池302。如图3所示，降压升压控制器310可以具有可用于测量电池302的电流的可任选 的感测电阻器330。另外，如果电池302不是静止的，感测电阻器330还可通过积累进入或 离开电池302的电荷的量用于估计电池302的充电状态。电池管理单元350还可以测量电
11池302的电压、电流和温度，这可以允许电池管理单元350确定电池302的阻抗、容量和剩 余电荷。FET控制器360可以测量电池302的电压和电流。另外，FET控制器360可以通过 连接到电源中其它电池和FET控制器360的电池组总线370读取这些电池的功率。图4示出了系统400的另一个实施例。系统400示出了电池可被分布在电源和系 统两者内的许多方式中的一种。系统400可以具有不相邻地分布在系统400各处的电池。 使得能够实现电池的不相邻分布的一个因素是消除了电池平衡。另外，由于各种可能的电 池位置，可以消除热梯度要求，或至少降低其在设计约束中的重要性。系统400内的每个电池可以具有与系统400内的所有其它电池不同的电池容量。 一个电池可以具有与所有其它电池不同的电池容量，或几个电池可以具有与所有其它电池 不同的电池容量或其任意组合也是可行的。例如，系统可以具有5个电池。在这个例子中， 所有5个电池可以具有彼此不同的电池容量，5个电池中的1个电池可以具有与其它电池不 同的电池容量而其余4个电池具有彼此相同的电池容量，或2个电池可以具有相同的电池 容量而其它3个具有与这2个电池不同并且彼此不同的电池容量。前面的组合不旨在作为 限制，而是作为用作解释目的的例子。另外，给定电源内的各个单独的电池的电池容量可以 与相同电源内的其它电池不同。例如，在电源402中，电池420具有与电池410不同的电池 容量。另外，电池410和420可以具有与电池440和430不同的电池容量。电源402内的 所有电池可以具有相同的电池容量，这些电池中的一个可以具有与其它电池不同的电池容 量，或电源内存在电池容量的任意其它组合。电源402内电池的电池容量不受电池平衡的限制，并且因此不需要具有大体类似 的容量。因此，由于不需要电池平衡，某些实施例可以提供系统400或电子设备内的电源布 局的增强的设计可能。例如，系统400可被设计为在系统400中包含总数较少的电池，以便 减小系统400的重量。系统400还可以具有系统400内的数目增加的电池，以便便于增加 运行时间。另外，系统400可以具有位于与系统400内的电源402不相邻位置的第二个电 源406。继续这个例子，电源406可以仅具有并联配置的3个电池。进一步地，如果电源406 仅具有3个电池，这些电池中的任意一个都不必具有相同的容量。系统400的例子不意味 着以任意方式限制电源数目或电源内的电池的数目，而是仅提供用于解释目的。虽然已经参考特定装置、配置、组件和操作方法描述了本发明，本领域的普通技术 人员将会理解，在阅读本公开之后，如此处描述的，可以做出对这些实施例和/或它们的操 作的某些改变或修改，而不脱离本发明的精神或范围。因此，由所附的权利要求书定义本发 明的适当范围。一般地，此处公开的各种实施例、操作、组件和配置是例子而不是范围限制。
权利要求
一种电源，包括至少两个单独的电池，所述至少两个单独的电池中的每一个被配置为仅与所有其它单独的电池并联；至少两个控制器，其中所述至少两个单独的控制器中的每一个一对一地操作性连接到所述至少两个单独的电池中的每一个；和公共节点，其中所述至少两个单独的控制器中的每一个和所述至少两个单独的电池中的每一个操作地连接到该公共节点。
2.如权利要求1所述的电源，其中所述至少两个控制器中的每一个是降压升压控制器；和每个降压升压控制器操作地连接到电源总线，并且操作地连接到所述至少两个单独的 电池中的每个相应电池。
3.如权利要求1所述的电源，其中反馈回路将所述至少两个单独的电池中具有最高剩 余容量的电池直接连接到电源总线。
4.如权利要求1所述的电源，其中反馈回路将所述至少两个电池中的每个电池连接到电源总线，其中所述至少两个单独的电池中的每个电池不具有所述至少两个单独的电池的最高剩余容量；和放电功率相应于所述至少两个单独的电池中不具有所述至少两个单独的电池的最高 剩余容量的每个电池的总剩余容量的对应一部分。
5.如权利要求1所述的电源，其中所述至少两个单独的电池中的每一个被按顺序隔罔。
6.如权利要求5所述的电源，其中所述至少两个单独的电池中的每个电池按顺序隔离 自动进行电荷状态测量的校准。
7.如权利要求1所述的电源，其中具有最少电荷量的电池被隔离。
8.如权利要求1所述的电源，还包括更换具有受损容量的至少一个电池。
9.如权利要求1所述的电源，其中用于所述电源内的所述至少两个单独的电池中的至 少一个电池具有不同的电池容量。
10.如权利要求1所述的电源，其中 多个电池分布在系统内；和所述多个电池中的至少一个电池非相邻地位于所述系统内。
11.如权利要求1所述的电源，其中系统内使用的所述至少两个单独的电池中的至少 一个电池具有不同于其它电池的电池容量。
12.一种用于隔离电源内的电池的方法，包括并联配置至少两个单独的电池，其中每个单独的电池被配置为仅与每一个单独的电池 并联；将至少两个控制器中的每个控制器专用于所述至少两个单独的电池中的每个电池，从 而每个控制器与每个单独的电池具有一一对应关系，并且操作地连接到每个单独的电池； 和将每个单独的控制器和每个单独的电池连接到公共节点。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述至少两个控制器中的每个控制器是降压升压控制器；和所述至少两个控制器中的每个降压升压控制器被配置在电源总线和所述至少两个单 独的电池中的每个相应电池之间。
14.如权利要求12所述的方法，还包括使用反馈回路将所述多个电池中具有最高剩余 容量的电池直接连接到电源总线。
15.如权利要求12所述的方法，还包括使用反馈回路将所述至少两个电池中的每个电池连接到电源总线，其中 所述至少两个单独的电池中的每个电池不具有到电源总线的最高剩余容量；和 从而放电功率相应于所述至少两个单独的电池中的每个电池的总剩余容量的对应一 部分。
16.如权利要求12所述的方法，还包括顺序隔离所述至少两个单独的电池中的每个电池。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述至少两个单独的电池中的每个电池的顺序隔 离自动实现电荷状态测量的校准。
18.如权利要求12所述的方法，还包括隔离所述至少两个单独的电池中具有最少量电 荷的电池。
19.如权利要求16所述的方法，还包括更换所述至少两个单独的电池中的至少一个电 池，该电池具有受损容量。
20.如权利要求12所述的方法，其中用于系统内的所述至少两个单独的电池中的至少 一个电池具有与其它电池不同的电池容量。
21.如权利要求12所述的方法，还包括 将多个电池分布在系统内；和将所述多个电池中的至少一个电池非相邻地定位在所述系统内。
22.一种电池分布方法，包括将多个电池分布在系统内，该系统内的所述多个电池中的单独的电池各自具有专用的 降压升压控制器；和将所述多个电池中的单独的电池中的至少一个电池非相邻地定位在所述系统内。
全文摘要
一种具有并联连接到公共节点或供电点的多个电池的电源。电源内的各独立电池还可以具有针对各独立电池中的每一个电池的专用控制器，使得专用控制器一对一地与相应各独立电池中的每个电池连接。
文档编号H01M10/36GK101946222SQ200980105218
公开日2011年1月12日 申请日期2009年1月27日 优先权日2008年2月15日
发明者S·C·米查尔斯科, T·C·格林因格, W·阿萨斯 申请人:苹果公司