[發明專利]具有并聯電池拓撲的電源

有效

• 申請號: 200980105218.0
• 申請日: 2009-01-27
• 公開（公告）號: CN101946222A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: T·C·格林因格;W·阿薩斯;S·C·米查爾斯科
• 申請（專利權）人: 蘋果公司
• 主分類號: G06F1/18
• 分類號: G06F1/18;G06F1/26;H01M10/00;H02J7/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 張陽

技術領域

本發明一般地涉及電子設備，并且更具體地，涉及用于電子設備的電源。

背景技術

許多電子設備使用諸如電池或電池組的便攜電源。如此處使用的，術語“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，并且術語“電池組”一般指多個電池。另外，電池和電池組本質上可以是靜電的或電化學的。

電子設備逐漸能夠同時執行多個功能，從而增加了設備的功率需求，并且因此提升了電池組的運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、無線網卡、處理器和屏幕，膝上計算機需要數目不斷增加的功率。雖然當前存在諸如將屏幕亮度調整到較低強度的增加電池組運行時間的方法，但是這些解決方案僅在當前電源限制的界限內起作用。

典型的現代電池組設計由串聯和并聯的電池組合構成。例如，一種鋰聚合物電池的常見配置是三串聯兩并聯的配置。通常使用電池組內的多個電池來擴展電池組運行時間，或簡單地達到設備的功率要求。因此，設備可以同時從電池組內的各電池汲取功率，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，并且完全放電的電池具有0％的充電狀態。對充電狀態的估計可被稱為電池管理單元功能。

用于確定充電狀態的一種技術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性質的充電狀態的合理估計。然而，這種技術僅在電池未被充電或放電時有用。因此，當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相關性。

用于策略充電狀態的另一種技術是庫侖計數技術。如果不能獲得靜止電池以便進行測量，則可以使用庫侖計數技術。庫侖計數技術通過累積以與電池組串聯的感測電阻器測量的進入或離開電池組的電荷的數量來估計充電狀態。該技術使用小誤差隨時間累積的導航推算(dead-reckoning)算法。因此，在不允許電池組靜止的環境中，充電狀態估計中的誤差將是顯著的。

另外，可以使用充電狀態來監視電池，以便幫助控制多電池電池組內的每個電池的充電。管理具有串聯電池的電池組的功率汲取的一個目標是使得各個電池的充電狀態相等。具有串聯電池的電池組內各個電池的充電狀態彼此不相等或不平衡可以導致降低的電池組容量。例如，當充電時，具有最高充電狀態的電池將在其它電池被充滿之前終止充電。類似地，當放電時，即使當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行平衡或不斷地進行重新平衡而旨在平衡電池的許多技術，但是這些技術通常依賴對電池阻抗或充電狀態的準確估計。通常具有與平衡狀態相距甚遠的電池的電池組被識別并且被禁用，導致較低的部件(pack)壽命。若干因素會導致電池不平衡，諸如電池的老化特性差異，或系統內不均勻的溫度分布。

存在由電池平衡引起的若干缺點。所有電池必須具有相同或大體類似的容量，并且電池組內的電池數目必須是串聯電池的數目的倍數。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，以便在電池組內使用。

因此，本領域中存在對改進的電池配置和電池管理系統的需要，該系統能夠準確地測量充電狀態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的電池組壽命。

發明內容

一般地，本發明的一個實施例可以是一種電源，該電源具有并聯到公共節點或供電點(諸如計算設備內的電源總線)的多個電池。本發明的示例實施例可以采取具有彼此并聯配置的獨立電池以及針對獨立電池中的每個電池的專用控制器的電源的形式。可以操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，并且可以位于該電池和公共節點之間。因此，就沒有電池與另一個電池串聯的意義而言，這些電池是并聯的，雖然其它電子元件可被與任意電池串聯地互連。該實施例可以允許，例如，對每個電池的增強的單獨控制。另外，電池可以是能量源(諸如但不限于機電電池)的抽象。

在本發明的另一個實施例中，電源內可以使用降壓升壓控制器。電源內的電池的并聯配置可以允許對電池的增強的單獨控制，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，電源內的電池的充電狀態不再需要平衡處理。