专利名称：电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源系统，尤其涉及改善向DC-DC变换器提供电源的电源单元。
背景技术：
DC-DC变换器用于便携式信息终端的电源系统，典型的便携式信息終端包括蜂窝电话。关于构成DC-DC变换器电源的电池、对电池的控制功能、以及用于变换电池提供的功率以获得期望电压的电压变换功能这些方面，如下所述，对DC-DC变换器有很多要求。第一个要求是提高电池的保持时间长度。具体而言，要求尽可能地増加在同一个一次电池的情况下每一个电池向便携式信息終端供电的时间长度，或者在同一个二次电池的情况下每一次电池充电向便携式信息終端供电的时间长度。为此，必须将电池中储存的能量尽可能地输出，不留下剰余能量。例如，如果电池的剰余容量減少，虽然电池的端电压下降，但是如果有电压变换功能的话，则电压变换功能能够满足上述要求，即使输入电压更低，所述电压变换功能也允许输出期望的电压。但是在这种情况下，必须将与电压变换功能相关联的损耗降低到最小值。也就是说，需要高效的电压变换功能。此外，使用二次电池要求毎次电池充电储存更多能量，因此需要用于实现这种储存的充电功能。对电池的第二个要求是具有更小的尺寸，以改善其便携性。如果缩小电池尺寸，则电池容量为了折衷性而不可避免地減少。因此，为了缩小电池尺寸，仍然希望有上述功能，以增加电池的保持时间长度。第三个要求是输出多个不同电压并控制电压输出的停止。便携信息終端需要多个电源，除了典型的信息处理之外，还用于对网络的接ロ连接、模拟信号处理(例如视频和音频信号处理)、以及在有些情况下用于驱动単元(例如硬盘驱动)，所述驱动単元通常在不同电压下运行。此外优选地，当不需要相应功能时能够断开这些电源以省电。第四个要求是在有些情况下具有输出电压的可变功能。一般而言，数字电路中的功耗与工作时钟频率以及电源电压的平方成正比。因此，当不需要更高的信息处理性能吋，通常采用降低工作时钟频率的方式以省电。此外，因为在较低的工作时钟频率下通常是即使电压较低也能运行电路，所以降低电源电压以进一歩省电。近年来，半导体装置的制造エ艺已经发展出更精细的图案化规则，这种规则即使在更低的电压下也能维持现有的高运行速度。在模拟电路中，例如，射频接ロ的功放(PA)中末级晶体管的电源电压是用来确定最大输出电功率的主要因素。相反，如果不需要更高的输出电功率，则降低末级晶体管的电源电压以省电。与数字电路不同，随着传输信息量的増加，在模拟电路中需要更高的输出功率。传输信息量的増加要求模拟信号处理的失真比以往更小。上述事实要求电源电压比以
往更高。
第五个要求是处理电池电压中更宽的变化范围和电池更低的输出电压。在使用过程中电池电压并非恒定不变。因此，电源电路必须保持期望的固定输出电压，这个电压不依赖于电池电压，同时要求电源电路在比以往更低的电池电压下工作，从而有效地用尽电池容量。目前，使用图4所 示的降压DC-DC变换器作为电源系统，这种系统功率变换效率更高。图4(a)是使用ニ极管的开关式降压DC-DC变换器的基本电路图。图中，电池208的输出端通过开关101连接扼流圈102和ニ极管602。开关101基于DC/DC变换器控制器601的输出进行电池208输出端的通断操作。当导通开关101吋，电流流入扼流圈102并送往负载侧，同时产生反电动势，从而将能量储存在扼流圈102中。ニ极管602为截止状态。然后断开开关101，从而在扼流圈102中产生反电动势，这个反电动势与开关101导通状态下的反电动势方向相反。因此，电流经由ニ极管602和扼流圈102从接地端流向负载侧用于其输出。在这个阶段，ニ极管602为导通状态。对开关101的导通/断开时间比的控制控制了变换器的输出电压。这个输出电压还被提供给DC/DC变换器控制器601，在那里与基准电压(未示出)作比较以获得误差电压，误差电压用于控制输出电压。因为这种技术利用了开关101的导通或断开状态，所以其中基本上没有功耗，从而获得更高的变换效率。图4(b)中用开关301代替图4(a)中的ニ极管602，由DC/DC变换器控制器603来控制开关301。当开关101导通时将开关301控制为断开，当开关101断开时将开关301控制为导通，因此开关301类似于图4(a)中的ニ极管602工作。在图4(a)的电路中，当ニ极管602导通时，ニ极管602中消耗的电功率用ニ极管的前向偏置电压与流过ニ极管的电流的乘积表示，而在图4(b)的电路中，使用MOSFET等等作为开关301进ー步降低了导通状态下的功耗。因此，能够提高DC-DC变换器的变换效率，同时抑制发热。在这种技术中，如果需要更低的输出电压，则通过导通开关301，顺利地将负载电容器(例如电容器103)中储存的电荷释放到接地平面(ground plane),就能够以更高的速度来控制输出电压的降低。如上所述，如果电池中要产生的电压低于电池电压，则开关式降压DC-DC变换器能够进行有效的电压变换。但是目前，如上所述，越来越多的电路要求电源电压高于电池电压，而降压DC-DC变换器不能提供高于电池电压的输出电压，所以不能应对这种情況。因此可以考虑这样ー种技术，其中串联连接至少两个电池以提供更高的输出电压，利用降压DC-DC变换器对电压进行有效的变换。但是在这种情况下，串联连接的电池之间容量变化的范围导致放电期间串联连接的电池的总体放电能力(电池所能释放的电量)由放电能力最低的电池的容量确定，因此不能有效地用尽所有电池的放电能力。在ニ次电池的情况下，充电期间串联连接的电池的总体充电能力(能够充入二次电池的电量)由充电能力最低的二次电池确定，因此不能用尽各个二次电池的充电能力。如果将具有多种放电能力或充电能力的电池组合在一起，则对于放电能力最低的电池和充电能力最低的电池，分别可能出现过放电和过充电现象，从而导致电池退化。如果对电池进行选择分类以缩小变化范围，就会増加成本。此外，因为各种特性随着电池的老化等现象而改变，所以在选择分类后也会出现变化范围。考虑到以上问题，提出图5所示的升压DC-DC变换器作为能够由单ー电池提供高于电池电压的输出电压的装置。图5 (a)示出使用ニ极管的升压DC-DC变换器的基本电路。
图5(a)中，电池208的输出端通过扼流圈702连接开关701和ニ极管704。由于DC/DC变换器控制器705的控制，开关701断续地将扼流圈702的输出侧端子连接到接地端。当开关701导通吋，电流流入扼流圈702，同时产生反电动势，同时将能量储存在扼流圈702中。在这个阶段，ニ极管704为截止状态。然后当开关701断开时，在扼流圈702中产生与开关701导通状态下产生的反电动势相反的电动势，从而通过ニ极管704输出电压，这个电压是电池208的电压与扼流圈702的电动势的和。在这个阶段，ニ极管704为导通状态。通过控制开关701的导通/断开时间比，能够调节输出电压。输出电压还被提供给DC/DC变换器控制器705，从而利用误差电压调节输出电压，误差电压通过将输出电压与基准电压(未示出)作比较而获得。图5(b)中用开关706代替图5(a)中的ニ极管704，由DC/DC变换器控制器707来控制开关706。当开关701导通时将开关706控制为断开，当开关701断开时将开关706控制为导通，因此开关706类似于图5 (a)中的ニ极管704工作。在图5(a)的电路中，当ニ极管704导通时，ニ极管704中消耗的电功率用ニ极管的前向偏置电压与流过ニ极管的电流的乘积表示，而在图5 (b)的电路中，使用MOSFET等等作为开关706进ー步降低了导通状态下的功耗。因此，能够进ー步提高DC-DC变换器的变换效率，同时抑制发热。因为与ニ极管704的前向偏置电压降相比，开关706中的电压降可以更低，所以能够获得更高的输出电压。但是在图5的升压DC-DC变换器中，不能提供低于电池电压的输出电压。图6示出升压/降压DC-DC变换器作为解决上述问题的技术方案，升压/降压DC-DC变换器中将开关式升压DC-DC变换器与开关式降压DC-DC变换器组合在一起，其中有些电路部分共享。图6中，如果期望的输出电压低于电池电压，则开关101、301以及扼流圈102操作为开关式降压DC-DC变换器，类似于图4(b)的变换器。在这个阶段，开关701断开，而开关706导通。另ー方面，如果期望的输出电压高于电池电压，则扼流圈102以及开关701、706操作为升压DC-DC变换器，类似于图5(b)的变换器。在这个阶段，开关101导通，而开关301断开。如上所述，当使用图6所示的升压/降压DC-DC变换器时，输出电压范围不受电池电压限制，因此可设定为更宽的范围。但是，还存在下述问题。首先，电池的电流输出值高于输出电流。这是因为能量储存在扼流圈102中，因此，为了在保持周期内提供电流，在开关701的导通状态下不输出电流。因此，电池的负担加重。在升压/降压变换器的启动阶段以及升高输出电压的阶段，这种情况显著。此外，当输出电压接近电池电压时，在升压模式和降压模式之间发生切換，这个事实增加了将电荷释放到接地端的操作次数，从而降低了功率变换效率。如上所述，如果要获得高于电池电压的电压，在传统的电源系统中就有很多问题，如下所述。第一个问题是，如果为了获得更高的电压，将至少两个电池串联连接，则不可能有效地用尽所有电池的放电能力。这是因为，由于串联连接的电池中放电能力的变化范围，电池的总体放电能力由放电能力最小的电池确定。第二个问题是，如果为了获得更高的电压，将至少两个二次电池串联连接，则不可能有效地用尽所有电池的充电能力。这是因为，由于串联连接的二次电池中充电能力的变化范围，电池的总体充电能力由充电能力最小的电池确定。第三个问题是，如果为了获得更高的电压，将至少两个二次电池串联连接，则电池很可能受损。这是因为将放电能力或充电能力具有变化范围的电池组合在一起，因此在放电能力最低的电池中可能出现过放电现象，在充电能力最低的电池中可能出现过充电现象。第四个问题是，难以选择电池进行分类，以抑制串联连接的电池的放电能力或充电能力的变化范围，从而获得更高的电压。这是因为选择电池进行分类增加了成本。此外，各种特性随着电池的老化而改变，所以在选择分类后也会出现变化范围。 JP-2002-345161A描述了ー种技术方案，对多个电池(電池(cell))构成的电池模块中的每个电池测量电池电压,如果电池电压高于平均电压,则导通电池的放电开关，由此通过放电电阻释放电池电流，使电池电压相等。但是在这种技术方案中，浪费了电池的电功率。第五个问题是，如果采用升压DC-DC变换器而不是将多个二次电池串联连接以获得较高电压，就不可能输出低于电池电压的电压，而如果采用降压DC-DC变换器，那么在接近电池电压的电压处，功率变换效率下降。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的ー个目的是提供ー种电源系统，配置有串联连接的多个二次电池，以获得更高电压，所述电源系统能够消除由于串联连接的电池的放电容量、充电容量等等的变化范围造成的影响，从而对电池进行高效的充电或放电。本发明提供ー种电源系统，其包括第一电池和第二电池；以及电源単元，用于输出通过将所述第一电池与所述第二电池串联连接获得的第一电源电压，以及输出串联连接的所述第一电池和所述第二电池的其中一个电池的端电压作为第二电源电压，其中，所述电源单元包括开关组，用于在第一模式与第二模式之间进行切換，所述第一模式选择所述第一电池作为所述其中ー个电池，所述第二模式选择所述第二电池作为所述其中ー个电池。根据本发明的电源系统，当所述开关组串联连接所述第一电池与所述第二电池以输出第一源电压和第二源电压时，所述第一电池和所述第二电池中剰余容量较大的ー个被选作所述其中ー个电池，因此所述其中ー个电池提供较大的电流，从而平衡电池之间的剩余容量，并允许高效的放电。
图I是根据本发明第一示例性实施例的电源系统的电路图。图2是示出图I和图3的电源系统中所示的电池部分的细节的电路图。图3是根据本发明第二示例性实施例的电源系统的电路图。图4的(a)和图4的(b)是传统降压DC-DC变换器的电路图。图5的(a)和图5的(b)是传统升压DC-DC变换器的电路图。图6是传统升压/降压DC-DC变换器的电路图。
具体实施例方式下面參照附图描述本发明的示例性实施例。图I示出根据本发明第一示例性实施例的电源系统。该图中，本实施例的电源系统包括开关101、201、207和301，扼流圈102、202，DC/DC变换器控制器302，电容器103、203，以及电池部分(电源单元)303。开关101、扼流圈102以及开关301构成第一 DC-DC变换器105，而开关201、扼流圈202以及开关207构成第二 DC-DC变换器106。电池部分303包括两个类型相同的电池，并且包括高电势输出端子VOH和低电势输出端子V0L，当两个电池串联连接时，高电势输出端子VOH从连接在高电势侧的电池的其中一个电池的高电势端子提供第一电源电压，低电势输出端子VOL从连*接在低电势侧的另ー个电池的高电势端子提供第二电源电压。电池部分303的高电势输出端子VOH经由第一变换器的开关101连接扼流圈102和开关301。开关101接收电池部分303的高电势输出VOHJA DC/DC变换器控制器302接收第一开关信号、井向扼流圈102和开关301提供输出电功率。扼流圈102的输出被提供作为电源系统的第一输出(输出I)，同时被提供给DC/DC变换器控制器302和电容器103。开关301接收DC/DC变换器控制器302的第二开关信号，并设置在开关101的输出端与接地端(接地平面)之间。电池部分303的低电势输出端子VOL连接第二变换器的开关201。开关201接收电池部分303的端子VOL的输出、从DC/DC变换器控制器302接收第三开关信号、并向扼流圈202和开关207提供输出电功率。扼流圈202的输出被提供作为电源系统的第二输出(输出2)，同时被提供给DC/DC变换器控制器302和电容器203。开关207接收DC/DC变换器控制器302的第四开关信号，并连接开关201的输出端和接地平面。 DC/DC变换器控制器302提供的电池部分控制信号被提供给电池部分303的CR端子。图2示出图I所示电池部分303的细节。电池部分303包括两个电池405、406，双掷开关402至404、407和408，单掷开关409，以及电池控制器401，所述双掷开关控制电池的连接。图2中，电池405设置在两个开关403、407的C端子(公共端子)之间，而电池406设置在在两个开关404、408的C端子之间。开关403的L端子和开关404的R端子连接开关402的C端子。开关407的L端子和开关408的R端子接地。开关403的R端子、开关404的L端子、开关407的R端子以及开关408的L端子连接在一起，并连接到开关409的端子之一和电池控制器401。开关409的另ー个端子连接低电势输出端子V0L。开关402的L端子连接电池控制器401，R端子连接高电势输出端子V0H。每个开关的S端子(控制端子)以及开关409的控制端子连接电池控制器401。电池控制器401连接电池部分控制信号端子(CR)并接收电池部分控制信号，电池部分控制信号由来自DC/DC变换器控制器302的串行信号构成。下面參照图I描述第一示例性实施例的操作。通过第一降压DC-DC变换器降低电池部分303的高电势输出端子VOH输出的电カ的电压，并通过输出I端子提供所述电力作为第一输出，第一降压DC-DC变换器由DC/DC变换器控制器302、开关101和301、扼流圈102以及电容器103构成。因此，对于输出I端子能够设定的最大电压是高电势输出端子VOH的电压。通过第二降压DC-DC变换器降低电池部分303的低电势输出端子VOL输出的电カ的电压，并通过输出2端子提供所述电力作为第二输出，第二降压DC-DC变换器由DC/DC变换器控制器302、开关201和207、扼流圈202以及电容器203构成。因此，对于输出2端子能够设定的最大电压是低电势输出端子VOL的电压。此外，DC/DC变换器控制器302产生电池部分控制信号，将其提供给电池部分303的电池部分控制信号端子(CR)。电池部分控制信号包括开关101或开关201采取导通状态的时刻信息；以及表明这些开关导通/断开间隔长度的信息。当开关101或开关201导通时，从电池部分303提供电力，而当开关101或开关201断开时，电池部分303不需要输出电力，因此，在这个周期内可以改变电池部分303的结构，或者可以监控充电量。
下面參照图2描述电池部分303的操作细节。在放电操作期间，电池405、406经由开关403、404、407和408串联连接。开关403、404、407和408分别受电池控制器401的控制信号控制，因此确定串联连接的电池405、406中的哪ー个处于高电势侧。经由开关402从高电势输出端子VOH提供通过电池405、406的串联连接获得的电压。基于来自电池控制器401的控制信号，开关402进行开关动作，在放电操作期间连接C-R端子，在非放电操作和充电操作期间连接C-L端子。经由开关409从输出端子VOL提供将电池405、406连接在一起的节点的电压。基于来自电池控制器401的控制信号，开关409进行导通/断开操作。电池控制器401控制这些开关，使得当电池部分控制信号请求放电时从高电势输出端子VOH以及低电势输出端子VOL提供电力。当电池部分控制信号未请求输出电カ吋，测量电池405、406的每个电池的端子间电压，确定电池中哪ー个剰余容量更多，并确定下一次输出时的连接，使得电池中剩余容量更多的电池连接在低电势侧。高电势侧的电池仅负担高电势输出端子VOH的输出电流，而低电势侧的电池同时负担高电势输出端子VOH和输出端子VOL的输出电流。因此，与高电势侧的电池相比，低电势侧的电池消耗更快。电池控制器401监控电池405、406的剩余容量，以优先顺序将剩余容量更多的其中一个电池放电，因此，尽管由于变化范围导致电池405、406的容量有差异，但是它们能够释放所有的电荷。另ー方面，电池控制器401中包括电池充电电路，电池充电电路能够利用开关403、404、407和408对各个电池彼此独立地进行充电，并且在电池充电时经由开关402的L端子保证每个电池的充电量。因此，尽管电池405、406的容量有差异，但是电池控制器401能够将电池充电到预定容量。在上述示例性实施例的电源系统中，基于DC/DC变换器控制器302的控制，第一DC-DC变换器从电池部分303的高电势输出端子(VOH)接收电カ供应，变换其电压，并产生第一电压输出。此外，基于DC/DC变换器控制器302的控制，第二 DC-DC变换器从电池部分303的低电势输出端子(VOL)接收电カ供应，变换其电压，并产生第二电压输出。这允许电压的输出等于或超过单ー电池的电压，以及允许输出多个电压。DC/DC变换器控制器302接收第一电压，井向第一 DC-DC变换器的开关101、301输出用于将第一电压变换为期望电压的控制信号。DC/DC变换器控制器302还接收第二电压，井向第二 DC-DC变换器的开关201、207输出用于将第二电压变换为期望电压的控制信号。DC/DC变换器控制器302向电池控制器401通知两个DC-DC变换器的至少其中ー个开关101和201导通的时刻作为电池输出请求信号。如果DC/DC变换器控制器302检测或预计到两个DC-DC变换器的开关101和201的导通/断开间隔取值为第一指定值或更大，就输出电池开关控制信号。如果DC/DC变换器控制器302检测或预计到两个DC-DC变换器的开关的导通/断开间隔取值为第二指定值或更大，就输出充电开关控制信号，所述第二指定值大于所述第一指定值。这里，“导通/断开间隔”表示假定ー个序列操作包括从断开状态改变为导通状态，然后从导通状态改变为另一次断开状态时两个序列操作之间的时间间隔，也就是断开状态的时间长度。“预计到导通/断开间隔”表示一种状态，其中DC/DC变换器控制器302例如从控制电源系统的外部控制系统(未示出)预先接收指令(例如停止输出)，并因此识别了它。如果没有产生电池输出请求信号，则电池控制器401測量每个电池的剰余容量。通过测量每个电池的端电压来测量剩余容量。如果产生了电池开关信号，则只要剩余电池容量的測量结果要求切换电池的连接，就切换电池的连接。当产生充电开关信号时，在没有产生电池输出请求信号的时刻将电池的连接从放电模式切換到充电模式。另外在这种充电模式下，对电池剰余容量进行测量，并将电池各自独立地充电到各自的充电容量。
在上述示例性实施例的电源系统中，因为其中设置了电池控制器401以及开关403、404、407和408，所以可以改变电池405和406的串联顺序，并且从串联连接节点可以输出中间电压的电力，因此可以相互独立地控制各个电池的放电，同时保证各个电池的剩余容量。因此，尽管电池的剰余容量之间有差异，但是能够将所有的容量都释放。本实施例中，由于电池控制器401以及开关402、403、404、407、408和409的配置，可以相互独立地将各个电池充电，同时保证各个电池的充电量。因此，尽管电池的剰余容量之间有差异，但是可以将各个电池充电到电池的上限(充电容量)。要注意的是，虽然參照两个电池的情况描述了以上示例性实施例，但是可以按照需要选择任意数量的电池(例如三个或更多)，并且因此还可以选择DC-DC变换器的数量。下面描述本发明的另ー个示例性实施例。图3示出根据本发明第二示例性实施例的电源系统。图中，本实施例的电源系统包括开关501、502,线性稳压器503、504,输出控制器505，以及电池部分(电源単元)303。线性稳压器503构成第一 DC-DC变换器，而线性稳压器504构成第二 DC-DC变换器。因为电池部分303与第一示例性实施例的相似，所以省略其描述。电池部分303的高电势输出端子VOH经由开关501连接线性稳压器503。开关501接收电池部分303的高电势输出V0H、从输出控制器505接收第一开关信号、并向线性稳压器503提供输出电力。线性稳压器503的输出提供作为电源系统的第一输出(输出I)。电池部分303的低电势输出端子VOL连接开关502。开关502接收电池部分303的端子VOL的输出、从输出控制器505接收第二开关信号、并向线性稳压器504提供输出电力。线性稳压器504的输出提供作为电源系统的第二输出(输出2)。输出控制器505提供的电池部分控制信号被提供给电池部分303的CR端子。因为电池部分303与第一不例性实施例的相似,所以省略其详细描述。下面參照图3描述第二示例性实施例的电源系统的操作。通过构成第一降压DC-DC变换器的线性稳压器503降低通过开关501从电池部分303的高电势输出端子VOH输出的电カ的电压，并从输出I端子提供作为第一输出。因此，对于输出I端子能够设定的最大电压是高电势输出端子VOH的电压。
开关501从输出控制器505接收第一开关信号，并且根据该信号进行电池部分303的高电势输出端子VOH与线性稳压器503之间的连接或断开连接。通过构成第二降压DC-DC变换器的线性稳压器504降低通过开关502从电池部分303的低电势输出端子VOL输出的电カ的电压，并从输出2端子提供作为第二输出。因此，对于输出2端子能够设定的最大电压是低电势输出端子VOL的电压。开关502从输出控制器505接收第二开关信号，并且根据该信号进行电池部分303的低电势输出端子VOL与线性稳压器504之间的连接或断开连接。输出控制器505产生电池部分控制信号，将其提供给电池部分303的电池部分控制信号端子(CR)。电池部分控制信号包括开关501或开关502采取导通状态的时刻的信息；以及表明这些开关导通/断开间隔的时间长度的信息。当开关501或开关502导通吋， 从电池部分303提供电力，而当开关501或开关502断开时，电池部分303不需要输出电カ，因此，在这个周期内可以改变电池部分303的结构，或者可以监控充电量。在上述第二示例性实施例的电源系统中，基于输出控制器505的控制，构成第一降压DC-DC变换器的线性稳压器503接收电池部分303的高电势输出端子，将其电压进行变换以产生第一电压输出。根据输出控制器505的控制,构成第二降压DC-DC变换器的线性稳压器504接收电池部分303的低电势输出端子(VOL)的电源，将其电压进行变换以产生第二电压输出。这允许电压的输出等于或超过电池电压，以及允许输出多个电压。输出控制器505向电池控制器401通知至少其中一个开关501和502导通的时刻作为电池输出请求信号。如果输出控制器505检测或预计到开关501和开关502的导通/断开间隔取值为第一指定值或更大，就输出电池开关控制信号。如果输出控制器505检测或预计到两个开关501和502的导通/断开间隔都取值为第二指定值或更大，就输出充电开关控制信号，所述第二指定值大于所述第一指定值。这里，“导通/断开间隔”表示假定ー个序列操作包括从断开状态改变为导通状态，然后从导通状态改变为另一次断开状态时两个序列操作之间的时间间隔，也就是断开状态的时间长度。“预计到导通/断开间隔”表示一种状态，其中DC/DC变换器控制器302例如从控制电源系统的外部控制系统(未示出)预先接收指令(例如停止输出)，并因此识别了它。在上述第二示例性实施例的电源系统中，因为将线性稳压器用作进行电压变换的DC-DC变换器，所以不会产生开关式DC-DC变换器中通常存在的开关噪声，因此在输出中不会混杂开关噪声。上述示例性实施例的电源系统的第一优点是，电池的负担不显著，即使电池提供的电压超过单ー电池的电压。这是因为将电池串联连接提供的电压大于单ー电池的电压，所以不必使用升压/降压DC-DC变换器。上述示例性实施例的电源系统的第二优点是，在输出电压接近单ー电池的电压的情况下，功率变换效率不下降。这是因为将电池串联连接提供的电压等于或大于单ー电池的电压，所以可以利用降压DC-DC变换器来获得输出电压。上述示例性实施例的电源系统的第三优点是，当多个电池串联连接以获得更高电压时，可以有效地用尽所有电池的放电能力。这是因为，通过在串联连接节点输出具有中间电压的电功率，同时改变电池的串联顺序并保证电池的剩余容量，以相互独立地控制各个电池的放电量,就可以相互独立地控制各个电池的放电，从而可以在两个电池之间调节放电量。
上述示例性实施例的电源系统的第四优点是，当多个电池串联连接以获得更高电压时，可以有效地使用所有电池的充电能力。这是因为，通过相互独立地将各个电池充电，同时保证各个电池的剰余容量，就可以调节充电量。上述示例性实施例的电源系统的第五优点是，当多个电池串联连接以获得更高电压时，电池不易损坏。这是因为，几乎不会出现由于调节各个电池的充电和放电而导致过充电或者过放电现象。上述示例性实施例的电源系统的第六优点是，不必选择电池进行分类，以抑制为了获得更高电压而串联连接的电池的充电量或放电量的变化范围。这是因为，通过调节各个电池的充电和放电同时保证各个电池的剩余容量,能够消减电池之间的变化范围。上述示例性实施例的电源系统的第七优点是，开关噪声很难混入到输出中。这是因为使用了线性稳压器进行电压变换。如示例性实施例所述，根据本发明优选示例性实施例的电源系统除了本发明的结构之外还可以包括第一变换器，将第一电源电压变换为第一输出电压；以及第二变换器，将第二电源电压变换为第二输出电压。通过向变换器提供不同的电源电压，能够简化用于输出不同输出电压的电源系统的结构。变换器并不限于DC-DC变换器，也可以采用DC-AC变换器。本发明的另ー种优选结构是，电源単元包括剰余容量測量部分，測量放电操作时第一电池和第二电池的剰余容量，并且开关组基于剩余容量測量部分的測量结果，选择第一电池和第二电池中剩余容量较大的一个作为第一电池。这允许电源系统中两个电池之间剩余容量的自持平衡。本发明的另ー种优选结构还包括监控单元，该监控単元监控第一变换器和第二变换器中包括的或者连接到第一变换器和第二变换器的开关的导通/断开间隔，其中，在监控单元检测或预计到具有特定值或更大的导通/断开间隔以后，剰余容量測量部分測量第一电池和第二电池的剰余容量。如果导通/断开间隔的时间长的话，在测量电池的剩余容量以后就容易获得通过开关组切换电池的连接的时刻。当第一变换器和第二变换器中包括的或者连接到第一变换器和第二变换器的任ー个开关处于断开状态的时刻，开关组在第一模式与第二模式之间进行切換。根据两个变换器的操作进行的切换减轻了电源系统在负载侧产生的影响。此外优选地，在监控单元检测或预计到具有特定值或更大的导通/断开间隔以后，开关组在第三模式下连接第一电池和第二电池，第三模式中，第一电池和第二电池相互独立地充电。类似地，可以减轻电源系统在负载侧产生的影响。此外优选地，开关组在第三模式下连接第一电池和第二电池以后，剰余容量測量部分再測量第一电池和第二电池的剰余容量。在这种情况下，能够将电池充电到各自的充电容量，从而实现高效充电。本发明的另ー种优选结构是，第一变换器和第二变换器都是降压DC-DC变换器。在电源系统的这种结构中，可以输出任意大小的电压，只要它等于或小于将电池串联连接后获得的电压。注意第一变换器和第二变换器的其中一个可以是升压变换器或者升压/降压变换器。这是因为，可以抑制串联连接的电池的充电能力或放电能力的变化范围，以实现高效充电或放电。此外，降压变换器并不限于开关式降压变换器，也可以是线性稳压器(降压式)。此外，可以与第一电池、第二电池再串联连接至少ー个第三电池，并设置第三变换器，或者，第一电池、第二电池可以由相互串联或并联连接的同样数量的电池构成。
虽然參照优选示例性实施例描述了本发明，但是本发明的电源系统并不限于上述示例性实施例的结构，对上述示例性实施例的各种变化和修改都落入本发明的范围。
权利要求
1.一种电源系统,包括 具有第一电池和第二电池的电池部分，用于输出通过将所述第一电池与所述第二电池串联连接获得的第一电源电压，以及输出从串联连接的所述第一电池和所述第二电池的其中一个电池获得的第二电源电压， 其中，所述电池部分包括 开关组，用于在第一模式与第二模式之间进行切換，所述第一模式选择所述第一电池作为所述其中ー个电池，所述第二模式选择所述第二电池作为所述其中ー个电池，以及 剰余容量測量部分，该剩余容量測量部分測量所述第一电池和所述第二电池的剩余容量，其中，所述开关组基于所述剩余容量測量部分的測量结果，选择所述第一电池和所述第ニ电池中剩余容量较大的ー个电池输出所述第二电源电压。
2.如权利要求I所述的电源系统，还包括控制单元，该控制単元检测或者预计所述第ー电源电压和所述第二电源电压被断开时的断开时刻，以控制所述电池部分。
3.如权利要求2所述的电源系统，其中，所述剩余容量測量部分在所述断开时刻测量所述第一电池和所述第二电池的剰余容量。
4.如权利要求I所述的电源系统，其中，所述开关组在第三模式下连接所述第一电池和所述第二电池，在所述第三模式中所述第一电池和所述第二电池被彼此独立地进行充电。
5.如权利要求4所述的电源系统，其中，所述剩余容量测量单元还测量在所述第三摸式中所述第一电池和所述第二电池的所述其中一个电池的剰余容量。
6.被包括在如权利要求I所述的电源系统中的电池部分。
7.包括如权利要求I所述的电源系统的便携式信息終端。
8.被包括在如权利要求I所述的电源系统中的剰余容量測量部分。
9.被包括在如权利要求2所述的电源系统中的控制单元。
10.一种电源系统,包括 具有第一电池和第二电池的电池部分，用于输出通过将所述第一电池与所述第二电池串联连接获得的第一电源电压，以及输出从串联连接的所述第一电池和所述第二电池的其中一个电池获得的第二电源电压；以及 控制单元，该控制単元检测或者预计所述第一电源电压和所述第二电源电压被断开时的断开时刻， 其中，所述电池部分包括 开关组，用于在第一模式与第二模式之间进行切換，所述第一模式选择所述第一电池作为所述其中ー个电池，所述第二模式选择所述第二电池作为所述其中ー个电池。
11.如权利要求10所述的电源系统，其中，所述开关组在所述断开时刻执行所述第一模式与所述第二模式之间的切換。
12.如权利要求10所述的电源系统，其中，所述开关组在第三模式下连接所述第一电池和所述第二电池，在所述第三模式中所述第一电池和所述第二电池被彼此独立地进行充电。
13.如权利要求10所述的电源系统，还包括断开开关，该断开开关在所述控制単元的控制下断开所述第一电源电压或所述第二电源电压。
14.如权利要求13所述的电源系统，还包括变换器，该变换器将所述第一电源电压变换为第一输出电压，或者将所述第二电源电压变换为第二输出电压，其中，所述断开开关是所述变换器的一部分。
15.被包括在如权利要求10所述的电源系统中的电池部分。
16.包括如权利要求10所述的电源系统的便携式信息終端。
17.被包括在如权利要求10所述的电源系统中的控制单元。
全文摘要
本发明提供了一种电源系统，其中多个电池(405，406)通过开关组(402至404，407至409)串联连接，通过VOH端子和VOL端子分别输出较高的电压和较低的电压，通过两个降压DC-DC变换器(105，106)分别对电压进行变换。在对串联连接的放电操作期间，在除了从电池(405，406)放电的周期之外的周期中测量电池的剩余容量，并基于剩余容量控制串联连接的连接模式，从而将各个电池的放电控制到放电容量。
文档编号H02J7/00GK102655341SQ20121012700
公开日2012年9月5日 申请日期2007年3月1日 优先权日2006年3月3日
发明者大贺敬之 申请人:日本电气株式会社