專利名稱：電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源系統(tǒng)，尤其涉及改善向DC-DC變換器提供電源的電源單元。
背景技術(shù)：
DC-DC變換器用于便攜式信息終端的電源系統(tǒng)，典型的便攜式信息終端包括蜂窩電話。關(guān)于構(gòu)成DC-DC變換器電源的電池、對(duì)電池的控制功能、以及用于變換電池提供的功率以獲得期望電壓的電壓變換功能這些方面，如下所述，對(duì)DC-DC變換器有很多要求。第一個(gè)要求是提高電池的保持時(shí)間長(zhǎng)度。具體而言，要求盡可能地増加在同一個(gè)一次電池的情況下每一個(gè)電池向便攜式信息終端供電的時(shí)間長(zhǎng)度，或者在同一個(gè)二次電池的情況下每一次電池充電向便攜式信息終端供電的時(shí)間長(zhǎng)度。為此，必須將電池中儲(chǔ)存的能量盡可能地輸出，不留下剰余能量。例如，如果電池的剰余容量減少，雖然電池的端電壓下降，但是如果有電壓變換功能的話，則電壓變換功能能夠滿足上述要求，即使輸入電壓更低，所述電壓變換功能也允許輸出期望的電壓。但是在這種情況下，必須將與電壓變換功能相關(guān)聯(lián)的損耗降低到最小值。也就是說，需要高效的電壓變換功能。此外，使用二次電池要求毎次電池充電儲(chǔ)存更多能量，因此需要用于實(shí)現(xiàn)這種儲(chǔ)存的充電功能。對(duì)電池的第二個(gè)要求是具有更小的尺寸，以改善其便攜性。如果縮小電池尺寸，則電池容量為了折衷性而不可避免地減少。因此，為了縮小電池尺寸，仍然希望有上述功能，以增加電池的保持時(shí)間長(zhǎng)度。第三個(gè)要求是輸出多個(gè)不同電壓并控制電壓輸出的停止。便攜信息終端需要多個(gè)電源，除了典型的信息處理之外，還用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)的接ロ連接、模擬信號(hào)處理(例如視頻和音頻信號(hào)處理)、以及在有些情況下用于驅(qū)動(dòng)単元(例如硬盤驅(qū)動(dòng))，所述驅(qū)動(dòng)単元通常在不同電壓下運(yùn)行。此外優(yōu)選地，當(dāng)不需要相應(yīng)功能時(shí)能夠斷開這些電源以省電。第四個(gè)要求是在有些情況下具有輸出電壓的可變功能。一般而言，數(shù)字電路中的功耗與工作時(shí)鐘頻率以及電源電壓的平方成正比。因此，當(dāng)不需要更高的信息處理性能吋，通常采用降低工作時(shí)鐘頻率的方式以省電。此外，因?yàn)樵谳^低的工作時(shí)鐘頻率下通常是即使電壓較低也能運(yùn)行電路，所以降低電源電壓以進(jìn)一歩省電。近年來，半導(dǎo)體裝置的制造エ藝已經(jīng)發(fā)展出更精細(xì)的圖案化規(guī)則，這種規(guī)則即使在更低的電壓下也能維持現(xiàn)有的高運(yùn)行速度。在模擬電路中，例如，射頻接ロ的功放(PA)中末級(jí)晶體管的電源電壓是用來確定最大輸出電功率的主要因素。相反，如果不需要更高的輸出電功率，則降低末級(jí)晶體管的電源電壓以省電。與數(shù)字電路不同，隨著傳輸信息量的増加，在模擬電路中需要更高的輸出功率。傳輸信息量的増加要求模擬信號(hào)處理的失真比以往更小。上述事實(shí)要求電源電壓比以
往更高。
第五個(gè)要求是處理電池電壓中更寬的變化范圍和電池更低的輸出電壓。在使用過程中電池電壓并非恒定不變。因此，電源電路必須保持期望的固定輸出電壓，這個(gè)電壓不依賴于電池電壓，同時(shí)要求電源電路在比以往更低的電池電壓下工作，從而有效地用盡電池容量。目前，使用圖4所示的降壓DC-DC變換器作為電源系統(tǒng)，這種系統(tǒng)功率變換效率更高。圖4(a)是使用ニ極管的開關(guān)式降壓DC-DC變換器的基本電路圖。圖中，電池208的輸出端通過開關(guān)101連接扼流圈102和ニ極管602。開關(guān)101基于DC/DC變換器控制器601的輸出進(jìn)行電池208輸出端的通斷操作。當(dāng)導(dǎo)通開關(guān)101吋，電流流入扼流圈102并送往負(fù)載側(cè)，同時(shí)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，從而將能量?jī)?chǔ)存在扼流圈102中。ニ極管602為截止?fàn)顟B(tài)。然后斷開開關(guān)101，從而在扼流圈102中產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)反電動(dòng)勢(shì)與開關(guān)101導(dǎo)通狀態(tài)下的反電動(dòng)勢(shì)方向相反。因此，電流經(jīng)由ニ極管602和扼流圈102從接地端流向 負(fù)載側(cè)用于其輸出。在這個(gè)階段，ニ極管602為導(dǎo)通狀態(tài)。對(duì)開關(guān)101的導(dǎo)通/斷開時(shí)間比的控制控制了變換器的輸出電壓。這個(gè)輸出電壓還被提供給DC/DC變換器控制器601，在那里與基準(zhǔn)電壓(未示出)作比較以獲得誤差電壓，誤差電壓用于控制輸出電壓。因?yàn)檫@種技術(shù)利用了開關(guān)101的導(dǎo)通或斷開狀態(tài)，所以其中基本上沒有功耗，從而獲得更高的變換效率。圖4(b)中用開關(guān)301代替圖4(a)中的ニ極管602，由DC/DC變換器控制器603來控制開關(guān)301。當(dāng)開關(guān)101導(dǎo)通時(shí)將開關(guān)301控制為斷開，當(dāng)開關(guān)101斷開時(shí)將開關(guān)301控制為導(dǎo)通，因此開關(guān)301類似于圖4(a)中的ニ極管602工作。在圖4(a)的電路中，當(dāng)ニ極管602導(dǎo)通時(shí)，ニ極管602中消耗的電功率用ニ極管的前向偏置電壓與流過ニ極管的電流的乘積表示，而在圖4(b)的電路中，使用MOSFET等等作為開關(guān)301進(jìn)ー步降低了導(dǎo)通狀態(tài)下的功耗。因此，能夠提高DC-DC變換器的變換效率，同時(shí)抑制發(fā)熱。在這種技術(shù)中，如果需要更低的輸出電壓，則通過導(dǎo)通開關(guān)301，順利地將負(fù)載電容器(例如電容器103)中儲(chǔ)存的電荷釋放到接地平面(ground plane),就能夠以更高的速度來控制輸出電壓的降低。如上所述，如果電池中要產(chǎn)生的電壓低于電池電壓，則開關(guān)式降壓DC-DC變換器能夠進(jìn)行有效的電壓變換。但是目前，如上所述，越來越多的電路要求電源電壓高于電池電壓，而降壓DC-DC變換器不能提供高于電池電壓的輸出電壓，所以不能應(yīng)對(duì)這種情況。因此可以考慮這樣ー種技術(shù)，其中串聯(lián)連接至少兩個(gè)電池以提供更高的輸出電壓，利用降壓DC-DC變換器對(duì)電壓進(jìn)行有效的變換。但是在這種情況下，串聯(lián)連接的電池之間容量變化的范圍導(dǎo)致放電期間串聯(lián)連接的電池的總體放電能力(電池所能釋放的電量)由放電能力最低的電池的容量確定，因此不能有效地用盡所有電池的放電能力。在ニ次電池的情況下，充電期間串聯(lián)連接的電池的總體充電能力(能夠充入二次電池的電量)由充電能力最低的二次電池確定，因此不能用盡各個(gè)二次電池的充電能力。如果將具有多種放電能力或充電能力的電池組合在一起，則對(duì)于放電能力最低的電池和充電能力最低的電池，分別可能出現(xiàn)過放電和過充電現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電池退化。如果對(duì)電池進(jìn)行選擇分類以縮小變化范圍，就會(huì)増加成本。此外，因?yàn)楦鞣N特性隨著電池的老化等現(xiàn)象而改變，所以在選擇分類后也會(huì)出現(xiàn)變化范圍?？紤]到以上問題，提出圖5所示的升壓DC-DC變換器作為能夠由單ー電池提供高于電池電壓的輸出電壓的裝置。圖5 (a)示出使用ニ極管的升壓DC-DC變換器的基本電路。
圖5(a)中，電池208的輸出端通過扼流圈702連接開關(guān)701和ニ極管704。由于DC/DC變換器控制器705的控制，開關(guān)701斷續(xù)地將扼流圈702的輸出側(cè)端子連接到接地端。當(dāng)開關(guān)701導(dǎo)通吋，電流流入扼流圈702，同時(shí)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)將能量?jī)?chǔ)存在扼流圈702中。在這個(gè)階段，ニ極管704為截止?fàn)顟B(tài)。然后當(dāng)開關(guān)701斷開時(shí)，在扼流圈702中產(chǎn)生與開關(guān)701導(dǎo)通狀態(tài)下產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)相反的電動(dòng)勢(shì)，從而通過ニ極管704輸出電壓，這個(gè)電壓是電池208的電壓與扼流圈702的電動(dòng)勢(shì)的和。在這個(gè)階段，ニ極管704為導(dǎo)通狀態(tài)。通過控制開關(guān)701的導(dǎo)通/斷開時(shí)間比，能夠調(diào)節(jié)輸出電壓。輸出電壓還被提供給DC/DC變換器控制器705，從而利用誤差電壓調(diào)節(jié)輸出電壓，誤差電壓通過將輸出電壓與基準(zhǔn)電壓(未示出)作比較而獲得。圖5(b)中用開關(guān)706代替圖5(a)中的ニ極管704，由DC/DC變換器控制器707來控制開關(guān)706。當(dāng)開關(guān)701導(dǎo)通時(shí)將開關(guān)706控制為斷開，當(dāng)開關(guān)701斷開時(shí)將開關(guān)706控制為導(dǎo)通，因此開關(guān)706類似于圖5 (a)中的ニ極管704工作。在圖5(a)的電路中，當(dāng)ニ極管704導(dǎo)通時(shí)，ニ極管704中消耗的電功率用ニ極管的前向偏置電壓與流過ニ極管的電 流的乘積表示，而在圖5 (b)的電路中，使用MOSFET等等作為開關(guān)706進(jìn)ー步降低了導(dǎo)通狀態(tài)下的功耗。因此，能夠進(jìn)ー步提高DC-DC變換器的變換效率，同時(shí)抑制發(fā)熱。因?yàn)榕cニ極管704的前向偏置電壓降相比，開關(guān)706中的電壓降可以更低，所以能夠獲得更高的輸出電壓。但是在圖5的升壓DC-DC變換器中，不能提供低于電池電壓的輸出電壓。圖6示出升壓/降壓DC-DC變換器作為解決上述問題的技術(shù)方案，升壓/降壓DC-DC變換器中將開關(guān)式升壓DC-DC變換器與開關(guān)式降壓DC-DC變換器組合在一起，其中有些電路部分共享。圖6中，如果期望的輸出電壓低于電池電壓，則開關(guān)101、301以及扼流圈102操作為開關(guān)式降壓DC-DC變換器，類似于圖4(b)的變換器。在這個(gè)階段，開關(guān)701斷開，而開關(guān)706導(dǎo)通。另ー方面，如果期望的輸出電壓高于電池電壓，則扼流圈102以及開關(guān)701、706操作為升壓DC-DC變換器，類似于圖5(b)的變換器。在這個(gè)階段，開關(guān)101導(dǎo)通，而開關(guān)301斷開。如上所述，當(dāng)使用圖6所示的升壓/降壓DC-DC變換器時(shí)，輸出電壓范圍不受電池電壓限制，因此可設(shè)定為更寬的范圍。但是，還存在下述問題。首先，電池的電流輸出值高于輸出電流。這是因?yàn)槟芰績(jī)?chǔ)存在扼流圈102中，因此，為了在保持周期內(nèi)提供電流，在開關(guān)701的導(dǎo)通狀態(tài)下不輸出電流。因此，電池的負(fù)擔(dān)加重。在升壓/降壓變換器的啟動(dòng)階段以及升高輸出電壓的階段，這種情況顯著。此外，當(dāng)輸出電壓接近電池電壓時(shí)，在升壓模式和降壓模式之間發(fā)生切換，這個(gè)事實(shí)增加了將電荷釋放到接地端的操作次數(shù)，從而降低了功率變換效率。如上所述，如果要獲得高于電池電壓的電壓，在傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)中就有很多問題，如下所述。第一個(gè)問題是，如果為了獲得更高的電壓，將至少兩個(gè)電池串聯(lián)連接，則不可能有效地用盡所有電池的放電能力。這是因?yàn)?，由于串?lián)連接的電池中放電能力的變化范圍，電池的總體放電能力由放電能力最小的電池確定。第二個(gè)問題是，如果為了獲得更高的電壓，將至少兩個(gè)二次電池串聯(lián)連接，則不可能有效地用盡所有電池的充電能力。這是因?yàn)?，由于串?lián)連接的二次電池中充電能力的變化范圍，電池的總體充電能力由充電能力最小的電池確定。第三個(gè)問題是，如果為了獲得更高的電壓，將至少兩個(gè)二次電池串聯(lián)連接，則電池很可能受損。這是因?yàn)閷⒎烹娔芰虺潆娔芰哂凶兓秶碾姵亟M合在一起，因此在放電能力最低的電池中可能出現(xiàn)過放電現(xiàn)象，在充電能力最低的電池中可能出現(xiàn)過充電現(xiàn)象。第四個(gè)問題是，難以選擇電池進(jìn)行分類，以抑制串聯(lián)連接的電池的放電能力或充電能力的變化范圍，從而獲得更高的電壓。這是因?yàn)檫x擇電池進(jìn)行分類增加了成本。此外，各種特性隨著電池的老化而改變，所以在選擇分類后也會(huì)出現(xiàn)變化范圍。
JP-2002-345161A描述了一種技術(shù)方案，對(duì)多個(gè)電池(電池(cell))構(gòu)成的電池模塊中的每個(gè)電池測(cè)量電池電壓,如果電池電壓高于平均電壓,則導(dǎo)通電池的放電開關(guān)，由此通過放電電阻釋放電池電流，使電池電壓相等。但是在這種技術(shù)方案中，浪費(fèi)了電池的電功率。第五個(gè)問題是，如果采用升壓DC-DC變換器而不是將多個(gè)二次電池串聯(lián)連接以獲得較高電壓，就不可能輸出低于電池電壓的電壓，而如果采用降壓DC-DC變換器，那么在接近電池電壓的電壓處，功率變換效率下降。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，本發(fā)明的ー個(gè)目的是提供ー種電源系統(tǒng)，配置有串聯(lián)連接的多個(gè)二次電池，以獲得更高電壓，所述電源系統(tǒng)能夠消除由于串聯(lián)連接的電池的放電容量、充電容量等等的變化范圍造成的影響，從而對(duì)電池進(jìn)行高效的充電或放電。本發(fā)明提供ー種電源系統(tǒng)，其包括第一電池和第二電池；以及電源単元，用于輸出通過將所述第一電池與所述第二電池串聯(lián)連接獲得的第一電源電壓，以及輸出串聯(lián)連接的所述第一電池和所述第二電池的其中一個(gè)電池的端電壓作為第二電源電壓，其中，所述電源單元包括開關(guān)組，用于在第一模式與第二模式之間進(jìn)行切換，所述第一模式選擇所述第一電池作為所述其中ー個(gè)電池，所述第二模式選擇所述第二電池作為所述其中ー個(gè)電池。根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)，當(dāng)所述開關(guān)組串聯(lián)連接所述第一電池與所述第二電池以輸出第一源電壓和第二源電壓時(shí)，所述第一電池和所述第二電池中剰余容量較大的ー個(gè)被選作所述其中ー個(gè)電池，因此所述其中ー個(gè)電池提供較大的電流，從而平衡電池之間的剩余容量，并允許高效的放電。


圖I是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)的電路圖。圖2是示出圖I和圖3的電源系統(tǒng)中所示的電池部分的細(xì)節(jié)的電路圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)的電路圖。圖4的(a)和圖4的(b)是傳統(tǒng)降壓DC-DC變換器的電路圖。圖5的(a)和圖5的(b)是傳統(tǒng)升壓DC-DC變換器的電路圖。圖6是傳統(tǒng)升壓/降壓DC-DC變換器的電路圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。圖I示出根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)。該圖中，本實(shí)施例的電源系統(tǒng)包括開關(guān)101、201、207和301，扼流圈102、202，DC/DC變換器控制器302，電容器103、203，以及電池部分(電源單元)303。開關(guān)101、扼流圈102以及開關(guān)301構(gòu)成第一 DC-DC變換器105，而開關(guān)201、扼流圈202以及開關(guān)207構(gòu)成第二 DC-DC變換器106。電池部分303包括兩個(gè)類型相同的電池，并且包括高電勢(shì)輸出端子VOH和低電勢(shì)輸出端子V0L，當(dāng)兩個(gè)電池串聯(lián)連接時(shí)，高電勢(shì)輸出端子VOH從連接在高電勢(shì)側(cè)的電池的其中一個(gè)電池的高電勢(shì)端子提供第一電源電壓，低電勢(shì)輸出端子VOL從連接在低電勢(shì)側(cè)的另ー個(gè)電池的高電勢(shì)端子提供第二電源電壓。電池部分303的高電勢(shì)輸出端子VOH經(jīng)由第一變換器的開關(guān)101連接扼流圈102和開關(guān)301。開關(guān)101接收電池部分303的高電勢(shì)輸出VOHJA DC/DC變換器控制器302接 收第一開關(guān)信號(hào)、井向扼流圈102和開關(guān)301提供輸出電功率。扼流圈102的輸出被提供作為電源系統(tǒng)的第一輸出(輸出I)，同時(shí)被提供給DC/DC變換器控制器302和電容器103。開關(guān)301接收DC/DC變換器控制器302的第二開關(guān)信號(hào)，并設(shè)置在開關(guān)101的輸出端與接地端(接地平面)之間。電池部分303的低電勢(shì)輸出端子VOL連接第二變換器的開關(guān)201。開關(guān)201接收電池部分303的端子VOL的輸出、從DC/DC變換器控制器302接收第三開關(guān)信號(hào)、并向扼流圈202和開關(guān)207提供輸出電功率。扼流圈202的輸出被提供作為電源系統(tǒng)的第二輸出(輸出2)，同時(shí)被提供給DC/DC變換器控制器302和電容器203。開關(guān)207接收DC/DC變換器控制器302的第四開關(guān)信號(hào)，并連接開關(guān)201的輸出端和接地平面。 DC/DC變換器控制器302提供的電池部分控制信號(hào)被提供給電池部分303的CR端子。圖2示出圖I所示電池部分303的細(xì)節(jié)。電池部分303包括兩個(gè)電池405、406，雙擲開關(guān)402至404、407和408，單擲開關(guān)409，以及電池控制器401，所述雙擲開關(guān)控制電池的連接。圖2中，電池405設(shè)置在兩個(gè)開關(guān)403、407的C端子(公共端子)之間，而電池406設(shè)置在在兩個(gè)開關(guān)404、408的C端子之間。開關(guān)403的L端子和開關(guān)404的R端子連接開關(guān)402的C端子。開關(guān)407的L端子和開關(guān)408的R端子接地。開關(guān)403的R端子、開關(guān)404的L端子、開關(guān)407的R端子以及開關(guān)408的L端子連接在一起，并連接到開關(guān)409的端子之一和電池控制器401。開關(guān)409的另ー個(gè)端子連接低電勢(shì)輸出端子V0L。開關(guān)402的L端子連接電池控制器401，R端子連接高電勢(shì)輸出端子V0H。每個(gè)開關(guān)的S端子(控制端子)以及開關(guān)409的控制端子連接電池控制器401。電池控制器401連接電池部分控制信號(hào)端子(CR)并接收電池部分控制信號(hào)，電池部分控制信號(hào)由來自DC/DC變換器控制器302的串行信號(hào)構(gòu)成。下面參照?qǐng)DI描述第一示例性實(shí)施例的操作。通過第一降壓DC-DC變換器降低電池部分303的高電勢(shì)輸出端子VOH輸出的電カ的電壓，并通過輸出I端子提供所述電力作為第一輸出，第一降壓DC-DC變換器由DC/DC變換器控制器302、開關(guān)101和301、扼流圈102以及電容器103構(gòu)成。因此，對(duì)于輸出I端子能夠設(shè)定的最大電壓是高電勢(shì)輸出端子VOH的電壓。通過第二降壓DC-DC變換器降低電池部分303的低電勢(shì)輸出端子VOL輸出的電カ的電壓，并通過輸出2端子提供所述電力作為第二輸出，第二降壓DC-DC變換器由DC/DC變換器控制器302、開關(guān)201和207、扼流圈202以及電容器203構(gòu)成。因此，對(duì)于輸出2端子能夠設(shè)定的最大電壓是低電勢(shì)輸出端子VOL的電壓。此外，DC/DC變換器控制器302產(chǎn)生電池部分控制信號(hào)，將其提供給電池部分303的電池部分控制信號(hào)端子(CR)。電池部分控制信號(hào)包括開關(guān)101或開關(guān)201采取導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)刻信息；以及表明這些開關(guān)導(dǎo)通/斷開間隔長(zhǎng)度的信息。當(dāng)開關(guān)101或開關(guān)201導(dǎo)通時(shí)，從電池部分303提供電力，而當(dāng)開關(guān)101或開關(guān)201斷開時(shí)，電池部分303不需要輸出電力，因此，在這個(gè)周期內(nèi)可以改變電池部分303的結(jié)構(gòu)，或者可以監(jiān)控充電量。
下面參照?qǐng)D2描述電池部分303的操作細(xì)節(jié)。在放電操作期間，電池405、406經(jīng)由開關(guān)403、404、407和408串聯(lián)連接。開關(guān)403、404、407和408分別受電池控制器401的控制信號(hào)控制，因此確定串聯(lián)連接的電池405、406中的哪ー個(gè)處于高電勢(shì)側(cè)。經(jīng)由開關(guān)402從高電勢(shì)輸出端子VOH提供通過電池405、406的串聯(lián)連接獲得的電壓?；趤碜噪姵乜刂破?01的控制信號(hào)，開關(guān)402進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，在放電操作期間連接C-R端子，在非放電操作和充電操作期間連接C-L端子。經(jīng)由開關(guān)409從輸出端子VOL提供將電池405、406連接在一起的節(jié)點(diǎn)的電壓?；趤碜噪姵乜刂破?01的控制信號(hào)，開關(guān)409進(jìn)行導(dǎo)通/斷開操作。電池控制器401控制這些開關(guān)，使得當(dāng)電池部分控制信號(hào)請(qǐng)求放電時(shí)從高電勢(shì)輸出端子VOH以及低電勢(shì)輸出端子VOL提供電力。當(dāng)電池部分控制信號(hào)未請(qǐng)求輸出電カ吋，測(cè)量電池405、406的每個(gè)電池的端子間電壓，確定電池中哪ー個(gè)剰余容量更多，并確定下一次輸出時(shí)的連接，使得電池中剩余容量更多的電池連接在低電勢(shì)側(cè)。高電勢(shì)側(cè)的電池僅負(fù)擔(dān)高電勢(shì)輸出端子VOH的輸出電流，而低電勢(shì)側(cè)的電池同時(shí)負(fù)擔(dān)高電勢(shì)輸出端子VOH和輸出端子VOL的輸出電流。因此，與高電勢(shì)側(cè)的電池相比，低電勢(shì)側(cè)的電池消耗更快。電池控制器401監(jiān)控電池405、406的剩余容量，以優(yōu)先順序?qū)⑹Ｓ嗳萘扛嗟钠渲幸粋€(gè)電池放電，因此，盡管由于變化范圍導(dǎo)致電池405、406的容量有差異，但是它們能夠釋放所有的電荷。另ー方面，電池控制器401中包括電池充電電路，電池充電電路能夠利用開關(guān)403、404、407和408對(duì)各個(gè)電池彼此獨(dú)立地進(jìn)行充電，并且在電池充電時(shí)經(jīng)由開關(guān)402的L端子保證每個(gè)電池的充電量。因此，盡管電池405、406的容量有差異，但是電池控制器401能夠?qū)㈦姵爻潆姷筋A(yù)定容量。在上述示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)中，基于DC/DC變換器控制器302的控制，第一DC-DC變換器從電池部分303的高電勢(shì)輸出端子(VOH)接收電カ供應(yīng)，變換其電壓，并產(chǎn)生第一電壓輸出。此外，基于DC/DC變換器控制器302的控制，第二 DC-DC變換器從電池部分303的低電勢(shì)輸出端子(VOL)接收電カ供應(yīng)，變換其電壓，并產(chǎn)生第二電壓輸出。這允許電壓的輸出等于或超過單ー電池的電壓，以及允許輸出多個(gè)電壓。DC/DC變換器控制器302接收第一電壓，井向第一 DC-DC變換器的開關(guān)101、301輸出用于將第一電壓變換為期望電壓的控制信號(hào)。DC/DC變換器控制器302還接收第二電壓，井向第二 DC-DC變換器的開關(guān)201、207輸出用于將第二電壓變換為期望電壓的控制信號(hào)。DC/DC變換器控制器302向電池控制器401通知兩個(gè)DC-DC變換器的至少其中ー個(gè)開關(guān)101和201導(dǎo)通的時(shí)刻作為電池輸出請(qǐng)求信號(hào)。如果DC/DC變換器控制器302檢測(cè)或預(yù)計(jì)到兩個(gè)DC-DC變換器的開關(guān)101和201的導(dǎo)通/斷開間隔取值為第一指定值或更大，就輸出電池開關(guān)控制信號(hào)。如果DC/DC變換器控制器302檢測(cè)或預(yù)計(jì)到兩個(gè)DC-DC變換器的開關(guān)的導(dǎo)通/斷開間隔取值為第二指定值或更大，就輸出充電開關(guān)控制信號(hào)，所述第二指定值大于所述第一指定值。這里，“導(dǎo)通/斷開間隔”表示假定ー個(gè)序列操作包括從斷開狀態(tài)改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，然后從導(dǎo)通狀態(tài)改變?yōu)榱硪淮螖嚅_狀態(tài)時(shí)兩個(gè)序列操作之間的時(shí)間間隔，也就是斷開狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度?！邦A(yù)計(jì)到導(dǎo)通/斷開間隔”表示一種狀態(tài)，其中DC/DC變換器控制器302例如從控制電源系統(tǒng)的外部控制系統(tǒng)(未示出)預(yù)先接收指令(例如停止輸出)，并因此識(shí)別了它。如果沒有產(chǎn)生電池輸出請(qǐng)求信號(hào)，則電池控制器401測(cè)量每個(gè)電池的剰余容量。
通過測(cè)量每個(gè)電池的端電壓來測(cè)量剩余容量。如果產(chǎn)生了電池開關(guān)信號(hào)，則只要剩余電池容量的測(cè)量結(jié)果要求切換電池的連接，就切換電池的連接。當(dāng)產(chǎn)生充電開關(guān)信號(hào)時(shí)，在沒有產(chǎn)生電池輸出請(qǐng)求信號(hào)的時(shí)刻將電池的連接從放電模式切換到充電模式。另外在這種充電模式下，對(duì)電池剰余容量進(jìn)行測(cè)量，并將電池各自獨(dú)立地充電到各自的充電容量。在上述示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)中，因?yàn)槠渲性O(shè)置了電池控制器401以及開關(guān)403、404、407和408，所以可以改變電池405和406的串聯(lián)順序，并且從串聯(lián)連接節(jié)點(diǎn)可以輸出中間電壓的電力，因此可以相互獨(dú)立地控制各個(gè)電池的放電，同時(shí)保證各個(gè)電池的剩余容量。因此，盡管電池的剰余容量之間有差異，但是能夠?qū)⑺械娜萘慷坚尫?。本?shí)施例中，由于電池控制器401以及開關(guān)402、403、404、407、408和409的配置，可以相互獨(dú)立地將各個(gè)電池充電，同時(shí)保證各個(gè)電池的充電量。因此，盡管電池的剰余容量之間有差異，但是可以將各個(gè)電池充電到電池的上限(充電容量)。要注意的是，雖然參照兩個(gè)電池的情況描述了以上示例性實(shí)施例，但是可以按照需要選擇任意數(shù)量的電池(例如三個(gè)或更多)，并且因此還可以選擇DC-DC變換器的數(shù)量。下面描述本發(fā)明的另ー個(gè)示例性實(shí)施例。圖3示出根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)。圖中，本實(shí)施例的電源系統(tǒng)包括開關(guān)501、502,線性穩(wěn)壓器503、504,輸出控制器505，以及電池部分(電源単元)303。線性穩(wěn)壓器503構(gòu)成第一 DC-DC變換器，而線性穩(wěn)壓器504構(gòu)成第二 DC-DC變換器。因?yàn)殡姵夭糠?03與第一示例性實(shí)施例的相似，所以省略其描述。電池部分303的高電勢(shì)輸出端子VOH經(jīng)由開關(guān)501連接線性穩(wěn)壓器503。開關(guān)501接收電池部分303的高電勢(shì)輸出V0H、從輸出控制器505接收第一開關(guān)信號(hào)、并向線性穩(wěn)壓器503提供輸出電力。線性穩(wěn)壓器503的輸出提供作為電源系統(tǒng)的第一輸出(輸出I)。電池部分303的低電勢(shì)輸出端子VOL連接開關(guān)502。開關(guān)502接收電池部分303的端子VOL的輸出、從輸出控制器505接收第二開關(guān)信號(hào)、并向線性穩(wěn)壓器504提供輸出電力。線性穩(wěn)壓器504的輸出提供作為電源系統(tǒng)的第二輸出(輸出2)。輸出控制器505提供的電池部分控制信號(hào)被提供給電池部分303的CR端子。因?yàn)殡姵夭糠?03與第一不例性實(shí)施例的相似,所以省略其詳細(xì)描述。下面參照?qǐng)D3描述第二示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)的操作。通過構(gòu)成第一降壓DC-DC變換器的線性穩(wěn)壓器503降低通過開關(guān)501從電池部分303的高電勢(shì)輸出端子VOH輸出的電カ的電壓，并從輸出I端子提供作為第一輸出。因此，對(duì)于輸出I端子能夠設(shè)定的最大電壓是高電勢(shì)輸出端子VOH的電壓。
開關(guān)501從輸出控制器505接收第一開關(guān)信號(hào)，并且根據(jù)該信號(hào)進(jìn)行電池部分303的高電勢(shì)輸出端子VOH與線性穩(wěn)壓器503之間的連接或斷開連接。通過構(gòu)成第 二降壓DC-DC變換器的線性穩(wěn)壓器504降低通過開關(guān)502從電池部分303的低電勢(shì)輸出端子VOL輸出的電カ的電壓，并從輸出2端子提供作為第二輸出。因此，對(duì)于輸出2端子能夠設(shè)定的最大電壓是低電勢(shì)輸出端子VOL的電壓。開關(guān)502從輸出控制器505接收第二開關(guān)信號(hào)，并且根據(jù)該信號(hào)進(jìn)行電池部分303的低電勢(shì)輸出端子VOL與線性穩(wěn)壓器504之間的連接或斷開連接。輸出控制器505產(chǎn)生電池部分控制信號(hào)，將其提供給電池部分303的電池部分控制信號(hào)端子(CR)。電池部分控制信號(hào)包括開關(guān)501或開關(guān)502采取導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)刻的信息；以及表明這些開關(guān)導(dǎo)通/斷開間隔的時(shí)間長(zhǎng)度的信息。當(dāng)開關(guān)501或開關(guān)502導(dǎo)通吋，從電池部分303提供電力，而當(dāng)開關(guān)501或開關(guān)502斷開時(shí)，電池部分303不需要輸出電カ，因此，在這個(gè)周期內(nèi)可以改變電池部分303的結(jié)構(gòu)，或者可以監(jiān)控充電量。在上述第二示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)中，基于輸出控制器505的控制，構(gòu)成第一降壓DC-DC變換器的線性穩(wěn)壓器503接收電池部分303的高電勢(shì)輸出端子，將其電壓進(jìn)行變換以產(chǎn)生第一電壓輸出。根據(jù)輸出控制器505的控制,構(gòu)成第二降壓DC-DC變換器的線性穩(wěn)壓器504接收電池部分303的低電勢(shì)輸出端子(VOL)的電源，將其電壓進(jìn)行變換以產(chǎn)生第二電壓輸出。這允許電壓的輸出等于或超過電池電壓，以及允許輸出多個(gè)電壓。輸出控制器505向電池控制器401通知至少其中一個(gè)開關(guān)501和502導(dǎo)通的時(shí)刻作為電池輸出請(qǐng)求信號(hào)。如果輸出控制器505檢測(cè)或預(yù)計(jì)到開關(guān)501和開關(guān)502的導(dǎo)通/斷開間隔取值為第一指定值或更大，就輸出電池開關(guān)控制信號(hào)。如果輸出控制器505檢測(cè)或預(yù)計(jì)到兩個(gè)開關(guān)501和502的導(dǎo)通/斷開間隔都取值為第二指定值或更大，就輸出充電開關(guān)控制信號(hào)，所述第二指定值大于所述第一指定值。這里，“導(dǎo)通/斷開間隔”表示假定ー個(gè)序列操作包括從斷開狀態(tài)改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，然后從導(dǎo)通狀態(tài)改變?yōu)榱硪淮螖嚅_狀態(tài)時(shí)兩個(gè)序列操作之間的時(shí)間間隔，也就是斷開狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度。“預(yù)計(jì)到導(dǎo)通/斷開間隔”表示一種狀態(tài)，其中DC/DC變換器控制器302例如從控制電源系統(tǒng)的外部控制系統(tǒng)(未示出)預(yù)先接收指令(例如停止輸出)，并因此識(shí)別了它。在上述第二示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)中，因?yàn)閷⒕€性穩(wěn)壓器用作進(jìn)行電壓變換的DC-DC變換器，所以不會(huì)產(chǎn)生開關(guān)式DC-DC變換器中通常存在的開關(guān)噪聲，因此在輸出中不會(huì)混雜開關(guān)噪聲。上述示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)的第一優(yōu)點(diǎn)是，電池的負(fù)擔(dān)不顯著，即使電池提供的電壓超過單ー電池的電壓。這是因?yàn)閷㈦姵卮?lián)連接提供的電壓大于單ー電池的電壓，所以不必使用升壓/降壓DC-DC變換器。上述示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)的第二優(yōu)點(diǎn)是，在輸出電壓接近單ー電池的電壓的情況下，功率變換效率不下降。這是因?yàn)閷㈦姵卮?lián)連接提供的電壓等于或大于單ー電池的電壓，所以可以利用降壓DC-DC變換器來獲得輸出電壓。上述示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)的第三優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)多個(gè)電池串聯(lián)連接以獲得更高電壓時(shí)，可以有效地用盡所有電池的放電能力。這是因?yàn)?，通過在串聯(lián)連接節(jié)點(diǎn)輸出具有中間電壓的電功率，同時(shí)改變電池的串聯(lián)順序并保證電池的剩余容量，以相互獨(dú)立地控制各個(gè)電池的放電量,就可以相互獨(dú)立地控制各個(gè)電池的放電，從而可以在兩個(gè)電池之間調(diào)節(jié)放電量。上述示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)的第四優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)多個(gè)電池串聯(lián)連接以獲得更高電壓時(shí)，可以有效地使用所有電池的充電能力。這是因?yàn)?，通過相互獨(dú)立地將各個(gè)電池充電，同時(shí)保證各個(gè)電池的剰余容量，就可以調(diào)節(jié)充電量。上述示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)的第五優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)多個(gè)電池串聯(lián)連接以獲得更高電壓時(shí)，電池不易損壞。這是因?yàn)?，幾乎不?huì)出現(xiàn)由于調(diào)節(jié)各個(gè)電池的充電和放電而導(dǎo)致過充電或者過放電現(xiàn)象。上述示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)的第六優(yōu)點(diǎn)是，不必選擇電池進(jìn)行分類，以抑制為了獲得更高電壓而串聯(lián)連接的電池的充電量或放電量的變化范圍。這是因?yàn)椋ㄟ^調(diào)節(jié)各個(gè)電池的充電和放電同時(shí)保證各個(gè)電池的剩余容量,能夠消減電池之間的變化范圍。
上述示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)的第七優(yōu)點(diǎn)是，開關(guān)噪聲很難混入到輸出中。這是因?yàn)槭褂昧司€性穩(wěn)壓器進(jìn)行電壓變換。如示例性實(shí)施例所述，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選示例性實(shí)施例的電源系統(tǒng)除了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)之外還可以包括第一變換器，將第一電源電壓變換為第一輸出電壓；以及第二變換器，將第二電源電壓變換為第二輸出電壓。通過向變換器提供不同的電源電壓，能夠簡(jiǎn)化用于輸出不同輸出電壓的電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。變換器并不限于DC-DC變換器，也可以采用DC-AC變換器。本發(fā)明的另ー種優(yōu)選結(jié)構(gòu)是，電源単元包括剰余容量測(cè)量部分，測(cè)量放電操作時(shí)第一電池和第二電池的剰余容量，并且開關(guān)組基于剩余容量測(cè)量部分的測(cè)量結(jié)果，選擇第一電池和第二電池中剩余容量較大的一個(gè)作為第一電池。這允許電源系統(tǒng)中兩個(gè)電池之間剩余容量的自持平衡。本發(fā)明的另ー種優(yōu)選結(jié)構(gòu)還包括監(jiān)控單元，該監(jiān)控単元監(jiān)控第一變換器和第二變換器中包括的或者連接到第一變換器和第二變換器的開關(guān)的導(dǎo)通/斷開間隔，其中，在監(jiān)控單元檢測(cè)或預(yù)計(jì)到具有特定值或更大的導(dǎo)通/斷開間隔以后，剰余容量測(cè)量部分測(cè)量第一電池和第二電池的剰余容量。如果導(dǎo)通/斷開間隔的時(shí)間長(zhǎng)的話，在測(cè)量電池的剩余容量以后就容易獲得通過開關(guān)組切換電池的連接的時(shí)刻。當(dāng)?shù)谝蛔儞Q器和第二變換器中包括的或者連接到第一變換器和第二變換器的任ー個(gè)開關(guān)處于斷開狀態(tài)的時(shí)刻，開關(guān)組在第一模式與第二模式之間進(jìn)行切換。根據(jù)兩個(gè)變換器的操作進(jìn)行的切換減輕了電源系統(tǒng)在負(fù)載側(cè)產(chǎn)生的影響。此外優(yōu)選地，在監(jiān)控單元檢測(cè)或預(yù)計(jì)到具有特定值或更大的導(dǎo)通/斷開間隔以后，開關(guān)組在第三模式下連接第一電池和第二電池，第三模式中，第一電池和第二電池相互獨(dú)立地充電。類似地，可以減輕電源系統(tǒng)在負(fù)載側(cè)產(chǎn)生的影響。此外優(yōu)選地，開關(guān)組在第三模式下連接第一電池和第二電池以后，剰余容量測(cè)量部分再測(cè)量第一電池和第二電池的剰余容量。在這種情況下，能夠?qū)㈦姵爻潆姷礁髯缘某潆娙萘浚瑥亩鴮?shí)現(xiàn)高效充電。本發(fā)明的另ー種優(yōu)選結(jié)構(gòu)是，第一變換器和第二變換器都是降壓DC-DC變換器。在電源系統(tǒng)的這種結(jié)構(gòu)中，可以輸出任意大小的電壓，只要它等于或小于將電池串聯(lián)連接后獲得的電壓。注意第一變換器和第二變換器的其中一個(gè)可以是升壓變換器或者升壓/降壓變換器。這是因?yàn)椋梢砸种拼?lián)連接的電池的充電能力或放電能力的變化范圍，以實(shí)現(xiàn)高效充電或放電。此外，降壓變換器并不限于開關(guān)式降壓變換器，也可以是線性穩(wěn)壓器(降壓式)。此外，可以與第一電池、第二電池再串聯(lián)連接至少ー個(gè)第三電池，并設(shè)置第三變換器，或者，第一電池、第二電池可以由相互串聯(lián)或并聯(lián)連接的同樣數(shù)量的電池構(gòu)成。雖然參照優(yōu)選示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明的電源系統(tǒng)并不限于上述示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，對(duì)上述示例性實(shí)施例 的各種變化和修改都落入本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.ー種電源控制方法,包括 測(cè)量多個(gè)電池中的每個(gè)電池的剰余容量；以及 在接收到從所述多個(gè)電池中的一個(gè)或多個(gè)電池輸出的請(qǐng)求時(shí)，基于所述測(cè)量的剩余容量?jī)?yōu)先從所述多個(gè)電池中比其他電池具有較大剩余容量的電池輸出。
2.如權(quán)利要求I所述的電源控制方法，還包括 監(jiān)控?cái)嚅_狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度； 當(dāng)檢測(cè)或者預(yù)計(jì)所述斷開狀態(tài)的所述時(shí)間長(zhǎng)度為第一預(yù)定值或者更長(zhǎng)時(shí)，生成電池切換控制信號(hào)；以及 當(dāng)所述電池切換控制信號(hào)被生成并且所述多個(gè)電池的切換被請(qǐng)求時(shí)，基于所述測(cè)量的 剰余容量切換所述多個(gè)電池的連接。
3.如權(quán)利要求I所述的電源控制方法，還包括 監(jiān)控?cái)嚅_狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度； 當(dāng)檢測(cè)或者預(yù)計(jì)所述斷開狀態(tài)的所述時(shí)間長(zhǎng)度為第二預(yù)定值或者更長(zhǎng)時(shí)，生成充電切換控制信號(hào)；以及 當(dāng)所述充電切換控制信號(hào)被生成吋，將所述多個(gè)電池的連接切換到充電模式。
4.如權(quán)利要求3所述的電源控制方法，還包括 在被切換到所述切換模式時(shí)基于所述測(cè)量的剰余容量和充電容量獨(dú)立地對(duì)所述多個(gè)電池中的每個(gè)電池進(jìn)行充電。
5.如權(quán)利要求2或3所述的電源控制方法，還包括 在電池輸出請(qǐng)求信號(hào)沒有被生成的同時(shí)，切換所述多個(gè)電池的連接。
6.—種電源控制方法,包括 測(cè)量多個(gè)電池中的每個(gè)電池的剰余容量；以及 基于所述測(cè)量的剰余容量和充電容量獨(dú)立地對(duì)所述多個(gè)電池中的每個(gè)電池進(jìn)行充電。
7.如權(quán)利要求6所述的電源控制方法，還包括 監(jiān)控?cái)嚅_狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度； 當(dāng)檢測(cè)或者預(yù)計(jì)所述斷開狀態(tài)的所述時(shí)間長(zhǎng)度為第三預(yù)定值或者更長(zhǎng)時(shí)，生成電池切換控制信號(hào)；以及 當(dāng)所述電池切換控制信號(hào)被生成并且所述多個(gè)電池的切換被請(qǐng)求時(shí)，基于所述測(cè)量的剰余容量切換所述多個(gè)電池的連接。
8.如權(quán)利要求6所述的電源控制方法，還包括 監(jiān)控?cái)嚅_狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度； 當(dāng)檢測(cè)或者預(yù)計(jì)所述斷開狀態(tài)的所述時(shí)間長(zhǎng)度為第四預(yù)定值或者更長(zhǎng)時(shí)，生成充電切換控制信號(hào)；以及 當(dāng)所述充電切換控制信號(hào)被生成吋，將所述多個(gè)電池的連接切換到充電模式。
9.如權(quán)利要求7或8所述的電源控制方法，還包括 當(dāng)電池輸出請(qǐng)求信號(hào)沒有被生成時(shí)，切換所述多個(gè)電池的連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電源系統(tǒng)，其中多個(gè)電池(405，406)通過開關(guān)組(402至404，407至409)串聯(lián)連接，通過VOH端子和VOL端子分別輸出較高的電壓和較低的電壓，通過兩個(gè)降壓DC-DC變換器(105，106)分別對(duì)電壓進(jìn)行變換。在對(duì)串聯(lián)連接的放電操作期間，在除了從電池(405，406)放電的周期之外的周期中測(cè)量電池的剩余容量，并基于剩余容量控制串聯(lián)連接的連接模式，從而將各個(gè)電池的放電控制到放電容量。
文檔編號(hào)H02M3/155GK102655342SQ201210127008
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2007年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者大賀敬之 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社