CN113939967B - 切换式多单元电池系统 - Google Patents

切换式多单元电池系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113939967B
CN113939967B CN201980097260.6A CN201980097260A CN113939967B CN 113939967 B CN113939967 B CN 113939967B CN 201980097260 A CN201980097260 A CN 201980097260A CN 113939967 B CN113939967 B CN 113939967B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power control
control switch
rechargeable battery
cell
coupled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201980097260.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113939967A (zh
Inventor
贾靓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Google LLC
Original Assignee
Google LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Google LLC filed Critical Google LLC
Publication of CN113939967A publication Critical patent/CN113939967A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113939967B publication Critical patent/CN113939967B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0024—Parallel/serial switching of connection of batteries to charge or load circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0019—Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0025—Sequential battery discharge in systems with a plurality of batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本公开描述了用于电子设备(102)的切换式多单元电池系统(110)的装置和技术。在一些方面，切换式多单元电池系统(110)可以通过对串联的电池单元(111)充电并且通过对并联的或作为单个电池单元的电池单元(111)放电，经由多个电源控制开关(510、512、514、516、520、522、524、526)将来自电源适配器(130)的电力传送给电子设备(102)的组件(104)。结果，切换式多单元电池系统(110)可以减少或消除电压降压转换级以提高电子设备(102)的电源传送效率。如此，充电时间可以减少或操作时间可以增加，从而改进用户使用其电子设备(102)的体验。

Description

切换式多单元电池系统
背景技术
移动电子设备常常在设备未插入电源中时由至少一个可充电电池供电。当电子设备插入电源中时，能够对电池充电。为此，电力从电源流经电源适配器，该电源适配器将电源供应到电子设备的充电电路。通过电力转换过程，电源适配器将电能从一种形式转换为另一种形式，例如在交流电流(AC)与直流电流(DC)之间转换、改变电压、改变频率或这些的组合。充电电路将能量供应到电池，其随时间推移对电池充电。然而，对电子设备的电池再充电所需的时间量可能不合期望地过长。可替换地，如果电池快速充电(例如小电池)但不保持足够的电源，那么电子设备对单个电池充电的操作时间可能较短。因此，由于用户通常需要短充电时间和长操作时间，因此常规的电池系统通常不能满足这些目标。
在一些情况下，由于通常表现为热能(热)的电力转换(例如电压转换)期间的能量损失，常规的电池系统不能够快速充电或维持足够电源以支持长操作时间。例如，电压转换在电源转换的各个阶段出现，且诸如在电源适配器处使用可充电电池，并且电源对电子设备的组件供电。因此，诸如从电源适配器到可充电电池或从可充电电池到电子设备的组件的电源转换的每个阶段处，此无效或能量损失可能会增加电池充电时间或减少设备操作时间，从而导致用户失望或削弱用户体验。
发明内容
本公开描述了用于电子设备的切换式多单元电池系统的装置和技术。在一些方面中，切换式多单元电池系统可以通过对串联电池单元充电并通过对并联或作为单个电池单元的电池单元放电，来经由多个电源控制开关将来自电源适配器的电力传送给电子设备的组件。因此，切换式多单元电池系统可以减少或消除电压降压转换级以提高电子设备的电源传送效率。如此，充电时间可以减少和/或对一个电池充电的操作时间可以增加。
在一些方面，一种用于电子设备的切换式多单元电池系统包括：输入电压节点、输出电压节点、接地节点、以及多个可充电电池单元，该多个可充电电池单元包括具有正极端子和负极端子的至少第一可充电电池单元，以及具有正极端子和负极端子的第二可充电电池单元。切换式多单元电池系统还包括多个电源控制开关，该多个电源控制开关包括：第一电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到输入电压节点的第一通道端子、以及被耦接到第一可充电电池单元的正极端子的第二通道端子；以及第二电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第一电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及被耦接到输出电压节点的第二通道端子。多个电源控制开关还包括：第三电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第二电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及第二通道端子；以及第四电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第三电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及被耦接到接地节点的第二通道端子。多个电源控制开关中的第五电源控制开关具有栅极端子、被耦接到输入电压节点的第一通道端子、以及被耦接到第二可充电电池单元的正极端子的第二通道端子。多个电源控制开关中的第六电源控制开关具有栅极端子、被耦接第五电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及被耦接到输出电压节点的第二通道端子。多个电源控制开关还包括：第七电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第六电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及第二通道端子；以及第八电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第七电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及被耦接到接地节点的第二通道端子。
在其他方面，一种用于电子设备的切换式多单元电池系统包括：输入电压节点、输出电压节点、接地节点、以及多个可充电电池单元，该多个可充电电池单元包括具有正极端子和负极端子的至少第一可充电电池单元，以及具有正极端子和负极端子的第二可充电电池单元。切换式多单元电池系统还包括多个电源控制开关，该多个电源控制开关包括：第一电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到输入电压节点的第一通道端子、以及被耦接到第一可充电电池单元的正极端子的第二通道端子；以及第二电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第一电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及被耦接到输出电压节点的第二通道端子。多个电源控制开关还包括第三电源控制开关和第四电源控制开关，该第三电源控制开关和第四电源控制开关被耦接在第二电源控制开关的第二通道端子与接地节点之间。多个电源控制开关中的第五电源控制开关具有栅极端子、被耦接到输入电压节点的第一通道端子、以及被耦接到第二可充电电池单元的正极端子的第二通道端子。多个电源控制开关中的第六电源控制开关具有栅极端子、被耦接第五电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及被耦接到输出电压节点的第二通道端子。多个电源控制开关还包括第七电源控制开关和第八电源控制开关，该第七电源控制开关和第八电源控制开关被耦接在第六电源控制开关的第二通道端子与接地节点之间。切换式多单元电池系统还包括电源管理集成控制器，该电源管理集成控制器被配置为：在占空比的第一相位期间，控制多个电源控制开关有效地(i)在输入电压节点与接地节点之间串联耦接第一可充电电池单元和第二可充电电池单元，以及(ii)在输出电压节点与接地节点之间耦接第二可充电电池单元。电源管理集成控制器还被配置为：在占空比的第二相位期间，控制多个电源控制开关有效地(i)在输入电压节点与接地节点之间串联耦接第一可充电电池单元和第二可充电电池单元，以及(ii)在输出电压节点与接地节点之间耦接第一可充电电池单元。
在又一其他方面，一种用于对切换式多单元电池系统充电和放电的方法包括：作为建立第一操作状态的一部分，基于占空比的第一相位来闭合第一多个电源控制开关中的每个电源控制开关以允许电流流动。方法还包括：作为建立第一操作状态的一部分，基于占空比的第一相位来断开第二多个电源控制开关中的每个电源控制开关以禁止电流流动，其中，来自外部电源适配器的电力对第一可充电电池单元和第二可充电电池单元充电，该第一可充电电池单元和第二可充电电池单元通过第一多个电源控制开关中的至少一个电源控制开关在输入电压节点与接地节点之间串联耦接，并且被存储在第二可充电电池单元中的电荷通过第一多个电源控制开关中的至少一个电源控制开关流向电子设备的组件。作为建立第二操作状态的一部分，基于占空比的第二相位，该方法闭合第二多个电源控制开关中的每个电源控制开关以允许电流流动。方法还包括：作为建立第二操作状态的一部分，基于占空比的第二相位来断开第一多个电源控制开关中的每个电源控制开关以禁止电流流动，其中，来自外部电源适配器的电力对第二可充电电池单元和第一可充电电池单元充电，该第二可充电电池单元和第一可充电电池单元通过第二多个电源控制开关中的至少一个电源控制开关在输入电压节点与接地节点之间串联耦接，并且被存储在第一可充电电池单元中的电荷通过第二多个电源控制开关中的至少一个电源控制开关流向电子设备的组件。
在附图和以下描述中阐述切换式多单元电池系统的一个或多个实施方式的细节。其他特征和优势将从描述和图并且从权利要求书变得显而易见。提供本发明内容以引入在详细描述和图中进一步描述的主题。因此，本发明内容不应被视为描述基本特征，也不用于限制所要求主题的范围。
附图说明
参考以下图来描述用于电子设备的切换式多单元电池系统的装置、方法和技术。相同数字贯穿图式用于参考相似特征和组件：
图1说明了包括具有切换式多单元电池系统的电子设备的示例操作环境；
图2说明了示例环境的框图，该框图说明耦接到电子设备的切换式多单元电池系统的电源适配器；
图3A说明了说明示例切换式多单元电池系统的框图，该示例切换式多单元电池系统在第一操作状态和第二操作状态下操作；
图3B说明了说明图3A的切换式多单元电池系统的第一操作状态的框图；
图3C说明了说明图3A的切换式多单元电池系统的第二操作状态的框图；
图4A说明了说明第二示例切换式多单元电池系统的框图，该第二示例切换式多单元电池系统在第一操作状态和第二操作状态下操作；
图4B说明了说明图4A的切换式多单元电池系统的第一操作状态的框图；
图4C说明了说明图4A的切换式多单元电池系统的第二操作状态的框图；
图5A说明了说明平衡切换式多单元电池系统的框图，该平衡切换式多单元电池系统在第一操作状态和第二操作状态下操作；
图5B说明了说明图5A的平衡切换式多单元电池系统的第一操作状态的框图；
图5C说明了说明图5A的平衡切换式多单元电池系统的第二操作状态的框图；
图6A说明了说明耦接到图5A的平衡切换式多单元电池系统的稳压电源适配器的框图；
图6B说明了说明耦接到图5A的平衡切换式多单元电池系统的传统电源适配器的框图；
图7说明了说明包括电池管理系统的平衡切换式多单元电池系统的第三示例的框图；
图8说明了用于管理切换式多单元电池系统的示例方法；以及
图9说明了用于利用平衡切换式多单元电池系统的电池管理系统的示例方法。
具体实施方式
概述
本文档描述了用于电子设备的切换式多单元电池系统的装置、方法和技术。一般来说，切换式多单元电池系统能够用于在电子设备未电气性地连接到(例如插入到)电源(例如外部或交流(AC)电源)时对电子设备供电。在各个方面中，切换式多单元电池系统包括输入电压节点、输出电压节点、接地节点、多个电源控制开关和多个可充电电池单元。可充电电池单元可以包括第一可充电电池单元和第二可充电电池单元。电源管理集成控制器(PMIC)能够被配置为控制电源控制开关以选择性地允许或禁止在占空比的第一相位和第二相位期间电流的流动。例如，在占空比的第一相位期间，PMIC允许和/或禁止电源控制开关中的每个电源控制开关，使得第一可充电电池单元和第二可充电电池单元在输入电压节点与接地节点之间串联连接，并且第二可充电电池单元在输出电压节点与接地节点之间连接。在占空比的第二相位期间，PMIC允许和/或禁止电源控制开关中的每个电源控制开关，使得第一可充电电池单元和第二可充电电池单元在输入电压节点与接地节点之间串联连接，并且第一可充电电池单元在输出电压节点与接地节点之间连接。如上文阐述，切换式多单元电池系统可以减少或消除电压降压转换级以提高电子设备的电源传送效率。如此，充电时间可以减少和/或对电池充电的操作时间可以增加，从而使得移动电子/电气设备更有用。此外，通过第一相位和第二相位的相对持续时间的适当选择，有可能控制第一电池单元将电力传送给电子设备的组件的占空比的比例以及第二电池单元将电力传送给电子设备的组件的占空比的比例。
尽管用于电子设备的切换式多单元电池系统的所述技术、方法和装置的特征和概念能够在任何数量的不同环境、系统、设备和/或各种配置中实施，但用于电子设备的切换式多单元电池系统的技术、方法和装置的方面在以下示例设备、系统、方法和配置的情境中描述。
示例环境
图1说明了示例环境100，该示例环境100包括电子设备102，该电子设备102包括切换式多单元电池系统110(电池系统110)。在所说明的示例环境100中，电力可以从电源120流经电源适配器130(例如外部电源适配器)并且流到电子设备102的电池系统110。一般来说，取决于国家、州和/或地区，电源120可以是单相120伏(V)-60赫(Hz)插座120-1(例如在北美)、单相230V-50Hz插座120-2(例如在欧洲)、直流电源和/或具有超过一个相(例如两相电压)的电源插座、具有不同频率的不同电压和不同电源插座类型(图1说明了电源插座的许多类型中的两种)。
电源适配器130(例如交流(AC)适配器、交流到直流(AC/DC)适配器、AC/DC转换器)从电源导出电子设备102所需的电压和功率。电源适配器130的示例包括含有AC/DC转换器的有线电源适配器，以及无线电源传送系统(例如Qi充电器)。在电源120为直流电源的方面中，可以不利用电源适配器130。电源适配器130能够在连接器116处连接到电子设备102，其示例在图2中说明。
电子设备102可以是任何合适的计算设备或电子设备，包括但不限于智能手机102-1、平板电脑102-2、膝上型计算机102-3、游戏系统102-4、智能扬声器102-5、监控摄像头102-6、智能调温器102-7和台式计算机102-8。还可使用其他设备，诸如居家服务设备、婴儿监视器、路由器、计算手表、计算眼镜、无人机、物联网设备、健康监视设备、上网本、电子阅读器、家庭自动化和控制系统，以及包括可充电电池单元的其他计算设备。电子设备102可以是可穿戴的、非可穿戴的但移动的或相对固定的(例如台式计算机102-8)。
电子设备102包括用于将功率供应给电子设备102的组件104的电池系统110。电池系统110包括多个可充电电池单元111(例如第一电池单元112、第二电池单元114)。如本文中所使用，“可充电电池单元111”可以被定义为能够将电源供应给电子设备102的任何电池，前提是包括电池的可充电电池单元111内的电荷能够通过跨电池端子施加电压电位来恢复。此类单元包括但不限于镍镉(NiCad)、镍金属氢化物(NiMH)、锂离子(Li离子)和基于锂聚合物的技术。
在各个方面中，电池系统110包括电池管理系统118。电池管理系统118在电池单元111(例如第一电池单元112和第二电池单元114)中的每个电池单元处连接，并且管理电池单元111的充电和放电。电池管理系统118可以采样跨电池单元111中的一个或多个电池单元的电压电位，并且将测量值提供给电子设备102以用于燃料量测定的目的。
电子设备102的组件104包括一个或多个处理器105、计算机可读存储介质106(CRM106)、显示器(未说明)和(多个)收发器(未说明)。处理器105可以包括任何类型的处理器，诸如中央处理器单元或多核心处理器，该处理器被配置为执行由CRM 106存储的处理器可执行指令(例如代码)。CRM 106可以包括任何合适的存储器或存储设备，诸如易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))、非易失性存储器(例如闪速存储器)、光介质、磁介质(例如磁盘或磁带)等等。
CRM 106可以存储用于电源管理集成控制器108(PMIC 108)的可执行指令。附加地或可替换地，PMIC 108或电子设备102的其他电源管理实体可以整体或部分实施为具有电子设备102的组件104或与其分离的硬件逻辑或集成电路。一般来说，PMIC 108控制电源控制开关(图1中未说明)的开关频率，该电源控制开关选择性地允许和/或禁止电池系统110的部分中的电流流动，如贯穿本公开所述的。
在充电期间，电力可以从电源120流经电源适配器130到电池系统110，并且电池系统110将能量供应给(充电)电子设备102的可充电电池单元111。在放电期间，电力可以从电池系统110流动(放电)到电子设备102的组件104。
图2说明了示例环境200的框图，该示例环境200包括耦接到连接器116的电源适配器130，该连接器116与电子设备102的电池系统110电气连接。电源适配器130的输出功率(P适配器，未说明)等于电源适配器130的输出电压(V适配器202)乘以电源适配器(I适配器204)的输出电流，如公式1所定义。
P适配器＝V适配器·I适配器 (1)
如公式1中所示，为了增加从电源适配器130到电池系统110的电源流动，需要增加V适配器202和/或增加I适配器204，其中V适配器202和I适配器204是向电池系统110的输入。在电源适配器130供应V适配器202的实施方式中，电池系统110执行V适配器202的电压降压并且输出较低电压(V电池206)。增加V适配器202相当于在电池系统110中出现的从V适配器202到V电池206的较高电压转换比。
然而，在常规电池充电器中，电池系统的能量和/或电源传送效率与电压转换比负相关。理想地，电池系统的输入功率(P适配器)需要等于电池系统的输出功率(P电池，未说明)。电池系统中的低电源传送效率通常导致更高能量损失，该能量损失除了浪费的能量外，相当于电池系统中的热量。就电源传送效率而言，P适配器变为大于P电池。
如公式1中所示，替代的或除了增加V适配器202外，增加P适配器可以通过增加I适配器204来实现。然而，电源适配器130可以经由电源连接器(诸如通用串行总线类型C(USB-C)连接器)将电源供应到电池系统110。因此，通过增加I适配器204来减少充电时间的许多限制中的一种限制为USB-C连接器的最大电流总线评级(例如三(3)安培(A)、五(5)A)。
用户还可以使用无线电源传送(WPT)系统(例如Qi充电器)代替有线电源适配器将电源从电源适配器130传送给电池系统110。然而，相比于有线电源适配器，典型的WPT系统不输出更高的电源，并且可充电电池单元111充电可能花费更长时间。因此，无论用户可用于对电池系统110内的可充电电池单元111充电的电源适配器130的类型如何，增加I适配器204通常是不可行的。
为了使用可充电电池单元111的相同存储容量来增加电子设备102的操作时间，电池系统110需要通过不增加V电池206来将电源传送给电子设备102的组件104。注意，系统电压(V系统，未说明)低于V电池206。来自电池系统110的电压转换比与从电池系统110到电子设备102的组件104的电压转换比存在能量损失的正相关。电子设备102的组件104执行直流到直流电源转换，该直流到直流电源转换将V电池206向下转换为低电压系统电压V系统(图2中未说明)。V系统对电子设备102的组件104(例如处理器105、存储器、收发器、显示器)供电。
理想地，为了具有从电源适配器130到电子设备102的组件104的零能量损失，电源流动需要满足公式2中的方程组。
回顾一下存在的多级电源转换，诸如从电源120(图1中说明)到电源适配器130，从电源适配器130到电池系统110，以及从电池系统110到电子设备102的组件104。当使用常规电池充电器时，在一级中减小电压转换比相当于在另一级中增加电压转换比。因此，通过在第一级中减小电压转换比而减小在第一级中的能量损失导致了通过在第二级中增加电压转换比而增加在第二级中的能量损失。因此，当使用常规电池充电器时，在任何级中增加转换电压比会在充电和/或放电期间能量损失(通常是以热的形式)。为此目的，在一些方面中，所公开的用于切换式多单元电池系统的装置、方法和技术减小电池系统中的能量损失，而不需要从电源适配器130到电池系统110的较高电压转换比，也不需要从电池系统110到电子设备102的组件104的较高电压转换比。此外，取决于在电池系统110中使用的电池单元111的数量，所述的电池系统110能够增加从电源适配器130的输出到电池系统110的输出的电压转换比，并且仍实现高电源传送效率，如下文更详细所述。
切换式多单元电池系统的操作原理
图3A说明了包括第一电池单元352和第二电池单元354的切换式多单元电池系统300(电池系统300)的示例。I适配器304和V适配器302是输入到电池系统300的电流和电压，而I电池308和V电池306是电池系统300的电流和电压输出。V适配器302是跨输入电压节点340(节点340)和接地节点390的电压电位，而V电池306是跨输出电压节点346(节点346)和接地节点390的电压电位。
图3A的电池系统300包括第一多个电源控制开关和第二多个电源控制开关，该第一多个电源控制开关和第二多个电源控制开关用于生成电压和/或电流数字脉冲的相位一和相位二/>其能够具有(或接近)百分之五十(50％)的占空比。如本文所述，占空比为脉冲采取/>的一个时段的分数。在各方面，第一多个电源控制开关和第二多个电源控制开关为场效应晶体管(FET)。更具体地，为了产生/>和/>图3A的电池系统300使用第一多个电源控制开关中的FET 310和FET 312，以及第二多个电源控制开关中的FET 320和FET 322。
电源管理集成控制器(PMIC)(诸如图1的PMIC 108)利用信号310-1来控制FET 310的切换，利用信号312-1来控制FET 312的切换，利用信号320-1来控制FET 320的切换，以及利用信号322-1来控制FET 322的切换。一般来说，当信号310-1和312-1高时，信号320-1和322-1低。可替选地，当信号310-1和312-1低时，信号320-1和322-1高。在一些方面，信号310-1、312-1、320-1和322-1使图3A的电池系统300产生50％占空比的和/>和/或确定图3A的电池系统300是否在第一操作状态380或第二操作状态382中操作。
为了生成和/>图3A的电池系统300能够利用各种类型的有源电路元件，诸如FET(310、312、320、322)。有源电路元件的示例可以包括n型金属氧化物半导体(-硅)场效应晶体管(n-MOSFET)、p型MOSFET(p-MOSFET)、n-MOSFET和p-MOSFET的组合或其他类型的电源控制开关。在此情况下，PMIC 108改变信号310-1、320-1、312-1和322-1(例如极性变换)以适应用于生成/>和/>的有源电路元件的类型。可以对本文中描述的任何电气设计进行类似修改。
电池系统300中第一操作状态380与第二操作状态382之间的切换的频率可以低至数百赫(Hz)，并且独立于电源适配器130(图1中说明的)的操作频率和电子设备102的组件104(图1中说明的)的操作频率。与通常使用电容器来临时存储电荷的常规电池充电器相比，电池系统300中的切换频率相当低。图3A的电池系统300中的更低切换频率允许从电源适配器130到电子设备102的组件104的更有效的电源传送。
第一操作状态380与第二操作状态382之间的切换时段能够在电池系统300各方面中发生变化。例如，切换频率能够降低到频率级，其中电子设备102的组件104开始感测电池系统300中的切换频率。接着，切换频率可以被增加少数Hz以避免该频率点。通过这样做，电源适配器130或电子设备102的组件104均不感测到第一操作状态380与第二操作状态382之间的电池系统300切换。
图3B说明了图3A的电池系统300的第一操作状态380的示例框图，其中电池单元(例如352、354)串联连接。当电子设备102耦接到电源适配器130时，电池系统300可以在期间在第一操作状态380中操作，/>发生在第一多个电源控制开关(FET 310、FET 312)允许电流流动时。第二多个电源控制开关(FET 320、FET 322)禁止电流流动，从而导致图3A中的框图的某些部分处的电路开路，如通过将图3A与图3B进行比较来说明。
如图所示，V适配器302是跨输入电压节点340和接地节点390的电压电位，并且大约等于跨FET 310的电压电位加上跨第一电池单元352的电压电位加上跨FET 312的电压电位加上跨第二电池单元354的电压电位(忽略路由电压降)。V电池306是跨输出电压节点346和接地节点390的电压电位，并且大约等于跨第二电池单元354的电压电位(忽略路由电压降)。由于大约50％的时间电池单元为并联的，因此一个电池单元中的超量电荷和/或能量流向其他(多个)电池单元。一般来说，第一电池单元352和第二电池单元354测量接近跨其正极端子和负极端子的相同电压电位，这是因为在第一操作状态380和第二操作状态382期间，电池单元大约保持相同的电荷。假定跨每个电池单元的电压电位远大于跨图3A的电池系统300的其他部分中的其他电路元件的电压电位，那么在一些方面，V适配器302略大于含有两个电池单元的电池系统300中的V电池306的两倍。
图3B中说明的示例环境帮助展现了第一操作状态380期间的示例电池系统300，其中电池系统300能够同时将电源传送给电池单元(充电)并且传送给电子设备102的组件104(放电)，从而允许用户在对电子设备102充电时操作电子设备102。然而，向组件104的输入电压等于V电池306而不是V适配器302。因此，图3A和图3B中说明的示例电池系统300具有大约为二(2)的电压转换比，其类似于常规电池充电器，但所述的电池系统300能够更有效地传送电源。
图3C说明了图3A的电池系统300的第二操作状态382的示例框图，其中电池单元并联连接。不管当前电子设备102是否耦接到电源适配器130，电池系统300在期间在第二操作状态382中操作，/>发生在当第二多个电源控制开关(FET 320、FET 322)允许电流流动而第一多个电源控制开关(FET 310、FET 312)禁止电流流动时，从而在图3A的电池系统300的某些部分中产生电路开路，其在将图3A与图3C进行比较时可能是明显的。
如图3C中所说明的，在图3A的电池系统300的期间，V适配器302的值是不相关的，这是因为在第二操作状态382期间，电源适配器130不将电力传送给电池系统300。与在第一操作状态380(图3B中说明的)中不同，在第二操作状态382(图3C中说明的)期间，第一电池单元352与第二电池单元354并联连接。在第二操作状态382期间，电池单元是并联连接的，并且第一电池单元352中的超量电荷流向第二电池单元354。一般来说，电池单元中的存储能量和/或电荷用于将电力传送给电子设备102的组件104。除了更有效地传送电源外，使用多个电池单元使得电池系统300比含有一个电池单元的常规电池充电器存储更多能量和/或电荷。因此，与常规电池充电器相比，由于在电源传送期间的更少能量损失以及由于图3A、图3B和图3C的电池系统300中增加的能量存储，放电时间增加。
在第一操作状态380(图3B中说明的)和第二操作状态382(图3C中说明的)期间，V电池306可以等于跨输出电压节点346和接地节点390的电压电位，大约等于V适配器302(图3A和图3B中说明的)的一半。V适配器302的精确值和V电池306的精确值(图3A、图3B和图3C中说明的)可以取决于第一电池单元352和第二电池单元354的荷电状态(SoC)而不同。例如，当电池单元完全充电时，V电池306可以是4.45V，但当电池单元基本耗尽时，V电池306可以是接近3.5V，这是因为V电池306的值取决于跨每个电池单元的电压电位。然而，电压转换比(V适配器302除以V电池306)保持大约相同，无论由多少能量存储在电池单元中。此处，注意，电压电位示例值解释输入和输出电压波动的概念，并且不意图限制电池系统300的精确操作电压。
图3A的电池系统300所说明的示例含有两个电池单元。然而，在其他配置中，电池系统300能够具有超过两个电池单元，该超过两个电池单元在第一操作状态380期间串联连接并且在第二操作状态382期间并联连接。因此，不管在电池系统300中有多少电池单元，V电池306大约等于跨一个电池单元的端子的电压电位(忽略路由电压降)。电子设备102的组件104感测到电池系统300，该电池系统300输出大约等于跨一个电池单元的端子的电压电位的V电池306。可替代地，电源适配器130感测到电池系统300，该电池系统300需要大约等于电池单元的数量乘以跨一个电池单元的电压电位的输入V适配器302(忽略路由电压降)。
在一些方面，图3A的电池系统300包括两个电池单元(第一电池单元352和第二电池单元354)，并且通过满足公式3中的方程组来传送电源。
在另一配置中，电池系统300可以包括三个电池单元(未说明)和第三多个电源控制开关，诸如通过满足公式4中的方程组来传送电源的两个附加的FET(未说明)。
因此，如果电池系统300含有N个电池单元(未说明)、以及第四、第五和第N多个电源控制开关(未说明)，那么电池系统300通过满足公式5中的方程组来传送电源。注意，含有N个电池单元的电池系统300可以含有2N个电源控制开关。
放电电源控制开关的使用
图4A说明了示例切换式多单元电池系统400(电池系统400)，该切换式多单元电池系统400能够在第一操作状态480和第二操作状态482中操作。贯穿本公开，操作状态可以针对第一操作状态以-80的后缀为参考或标记，并且针对第二操作状态以-82的后缀为参考或标记。一般来说，图4A的电池系统400利用放电电源控制开关来保护电池单元。
类似于图3A中的示例，图4A中的电池系统400包括第一电池单元452和第二电池单元454，该第一电池单元452和第二电池单元454使用放电电源控制开关(放电FET 430、432和434)来保护。放电FET 430耦接在节点442与节点448之间，放电FET 432耦接在输出电压节点446(节点446)与节点449之间，并且放电FET 434也耦接在节点446与节点449之间。放电FET 434可以有助于阻抗匹配，其将在后续描述中变得更清楚。信号430-1、432-1和434-1可以分别接通或激活所说明的放电FET 430、432和434。与控制FET 410、412、420和422的切换的信号不同，信号430-1、432-1和434-1可以不在操作级的与/>之间过渡或切换。
类似于图3A的电池系统300，图4A的电池系统400使用四个FET(例如，FET 410、FET412、FET 420和FET 422)来生成和/>其使得电池系统400在第一操作状态480与第二操作状态482之间切换。
图4B说明了图4A的电池系统400的第一操作状态480的示例框图，其中电池单元串联连接，并且电池系统400在短路的情况下利用放电电源控制开关(放电FET 430、放电FET432、放电FET 434)来保护电池单元。当电子设备102(参见图1)当前耦接到电源适配器130(参见图1)时，电池系统400可以在期间在第一操作状态480中操作，/>发生在当第一多个电源控制开关(FET 410、FET 412)允许电流流动，而第二多个电源控制开关(FET 420、FET 422)禁止电流流动时，从而导致在图4A中的框图的某些部分处产生开路，其在将图4A与图4B进行比较时可能是明显的。
在一些情况下，放电FET 430、432和434在输入电压节点440(节点440)与接地节点490(节点490)之间短路的情况下保护电池单元。因此，放电FET 434在输出电压节点446(节点446)与接地节点490之间短路的情况下提供双重保护。可替换地或附加地，放电FET 430、432和434可以如在短路的情况下禁止高电流条件下的电流流动。
图4C说明了图4A的电池系统400的第二操作状态482的示例框图，其中第一电池单元452和第二电池单元454并联连接。如在图4A和图4B中，图4C的电池系统400在短路的情况下利用放电电源控制开关(放电FET 430、放电FET 432和放电FET 434)来保护电池单元。图4C中的第二操作状态482类似于图3C中描述的第二操作状态382起作用。由于第一电池单元452并联连接到第二电池单元454，因此V电池406可以等于跨输出电压节点446(节点446)和接地节点490的电压。一般来说，跨输出电压节点446(节点446)到接地节点390的电压等于跨FET 420的电压加上跨放电FET 430的电压加上跨第一电池单元452的电压加上跨FET 422的电压(忽略路由电压降)。另外，V电池406通常等于跨输出电压节点446(节点446)到接地节点490的电压，该电压等于跨放电FET 432的电压加上跨第二电池单元454的电压加上跨阻抗匹配放电FET 434的电压。阻抗匹配放电FET 434可以提供双重目的，其在短路的情况下提供对第二电池单元114的双重保护，并且其能够在第二操作状态382期间提供阻抗匹配。可替换地或附加地，除了在第二操作状态482期间单独利用放电FET 434来实现阻抗匹配之外，电池系统400能够通过增加电阻式无源电路元件(未说明)来修改以实现阻抗匹配。
如图所示，图3A和图3B中描述的电池系统300以及图4A和图4B中描述的电池系统400的示例，电池单元在第一操作状态(图3A和图3B中的380，图4A和图4B中的480)期间串联连接。在此状态中，第一电池单元(图3A和图3B中的352，图4A和图4B中的452)在顶部(最接近输入电压节点)，并且第二电池单元(图3A和图3B中的354，图4A和图4B中的454)在底部(最接近接地节点)。由于相应正极端子中的不同电压，图3中描述的电池系统300和图4中描述的电池系统400的示例在使用期限内可能会不均匀地使用每个电池单元。此外，在第一操作状态(图3A和图3B中的380，图4A和图4B中的480)期间，来自电源适配器130的电流I适配器304和/或I适配器404从第一电池单元(图3A和图3B中的352，图4A和图4B中的452)流过第二电池单元(图3A和图3B中的354，图4A和图4B中的454)。
平衡切换式多单元电池系统
图5A说明了包括第一电池单元552和第二电池单元554的平衡切换式多单元电池系统500(电池系统500)的示例的框图。图5A的电池系统500在第一操作状态580和第二操作状态582中操作。图5A的电池系统500还可以利用放电电源控制开关(放电FET 530和放电FET 532)来保护电池单元。在此示例中，图5的电池系统500使用第一多个电源控制开关中的四个FET和第二多个电源控制开关中的四个FET来生成和/>
电池系统500具有输入电压节点540、输出电压节点546和接地节点590，以及具有正极端子和负极端子的第一可充电电池单元552和具有正极端子和负极端子的第二可充电电池单元554。系统500还包括电流控制开关，该电流控制开关至少包括：第一电流控制开关510，其具有栅极端子、耦接到输入电压节点540的第一通道端子、以及耦接到第一可充电电池单元552的正极端子的第二通道端子(在此示例中经由放电FET 530)；第二电流控制开关522，其具有栅极端子、耦接到第一电流控制开关510的第二通道端子的第一通道端子、以及耦接到输出电压节点546的第二通道终端；以及耦接在第二电流控制开关的第二通道端子与接地节点590之间的第三电流控制开关514和第四电流控制开关526。在此示例中，第三电流控制开关和第四电流控制开关彼此串联耦接，其中第三电流控制开关514具有栅极端子、耦接到第二电流控制开关522的第二通道端子的第一通道端子、以及第二通道端子，并且第四电流控制开关526具有栅极端子、耦接到第三电流控制开关514的第二通道端子的第一通道端子、以及耦接到接地节点579的第二通道端子。系统还包括：第五电流控制开关520，其具有栅极端子、耦接到输入电压节点540的第一通道端子以及耦接到第二可充电电池单元554的正极端子的第二通道端子(在此示例中经由放电FET 532)；第六电流控制开关512，其具有栅极端子、耦接到第五电流控制开关520的第二通道端子的第一通道端子、以及耦接到输出电压节点546的第二通道终端；以及耦接在第六电流控制开关的第二通道端子与接地节点590之间的第七电流控制开关524和第八电流控制开关516。在此示例中，第七电流控制开关和第八电流控制开关彼此串联耦接，其中第七电流控制开关524具有栅极端子、耦接到第六电流控制开关512的第二通道端子的第一通道端子、以及第二通道端子，并且第八电流控制开关516具有栅极端子、耦接到第七电流控制开关524的第二通道端子的第一通道端子、以及耦接到接地节点590的第二通道端子。(在修改版本中，放电FET 530、532中的一个或两个可以省略或由如上文所述的无源电路元件替换。)
在第一多个电源控制开关中，图5的电池系统500使用FET(例如n-MOSFET)510、512、514和516。在第二多个电源控制开关中，图5的电池系统500使用FET(例如n-MOSFET)520、522、524和526。为了生成和/>PMIC 108(图1)使用信号510-1、512-1、514-1和516-1来接通和切断图5A的第一多个电源控制开关，并且PMIC 108使用信号520-1、522-1、524-1和526-1来接通和切断图5A的第二多个电源控制开关。例如，当信号510-1、512-1、514-1和516-1高时，信号520-1、522-1、524-1和526-1低，并且反之亦然。可替换地，当信号510-1、512-1、514-1和516-1低时，信号520-1、522-1、524-1和526-1高。信号530-1和532-1可以分别接通或激活所说明的放电FET 530、532。与控制FET 510、512、514、516、520、522、524和526的切换的信号不同，信号530-1和532-1可以不在操作级的/>与/>之间过渡或切换，使得放电FET 530、532可以在第一操作状态580(图5B)和第二操作状态582(图5C)中被闭合。
在期间，当电源适配器130(图1)耦接到电子设备102(图1)时，图5A的电池系统500通过对第一电池单元552和第二电池单元554充电并且通过对第二电池单元554放电在第一操作状态580中操作。可替换地，在/>期间，图5A的电池系统500通过对第一电池单元552和第二电池单元554充电并且通过对第一电池单元552放电在第二操作状态582中操作。因此，取决于图5A的电池系统500是在第一操作状态580中还是在第二操作状态582中操作，图5的电池系统500交替哪个电池单元将电力传送(放电)给组件电子设备102的组件104。因此，通过/>和/>的适当选择，可能控制第一电池单元552将电力传送给电子设备102的组件104的时间比例以及第二电池单元554将电力传送给电子设备102的组件104的时间比例。作为一个非限制示例，如果选择/>和/>以提供50％的占空比，那么第一电池单元552和第二电池单元554中的每个电池单元在50％的时间将电力传送给电子设备102的组件104。
在一些方面，在生成和/>的第一多个电源控制开关和第二多个电源控制开关同时故障的情况下，放电FET 530和放电FET 532提供短路保护。例如，放电FET 530和/或放电FET 532在高电流条件期间断开电路，从而保护图5A的电池系统500、第一电池单元552、第二电池单元554和电子设备102。
图5B说明了图5A的电池系统500的第一操作状态580的示例框图。在第一操作状态580期间，信号510-1、512-1、514-1和516-1接通第一多个电源控制开关(FET 510、512、514和516)。可替换地，在第一操作状态580期间，信号520-1、522-1、524-1和526-1切断第二多个电源控制开关(FET 520、522、524和526)，从而在电池系统500的某些部分中产生电路开路，其通过将图5A与图5B进行比较可能是明显的。
一般来说，当在第一操作状态580期间电源适配器130耦接到电子设备102时，电源适配器130将电力同时传送给第一电池单元552、第二电池单元554和电子设备102的组件104。I适配器504通过第一电池单元552进入输出电压节点546(节点546)，并且从满足基尔霍夫电流定律(KCL)的输出电压节点546(节点546)流出，如公式6中所说明的：
I适配器＝I电池+I554 (6)
其中，I554(未说明)代表流出输出电压节点546(节点546)和进入第二电池单元554的电流。
在此示例中，V适配器502为跨输入电压节点(节点540)和接地节点590的电压电位，并且大约等于跨FET 510的电压电位、加上跨放电FET 530的电压电位、加上跨第一电池单元552的电压电位、加上跨FET 514的电压电位、加上跨FET 512的电压电位、加上跨放电FET532的电压电位、加上跨第二电池单元554的电压电位、加上跨FET 516的电压电位(忽略路由电压降)。
当电源适配器130未耦接到电子设备102时，不存在从电源适配器130到图5的电池系统500的电流流动(I适配器404为零)。因此，当电源适配器130未耦接到电子设备102时，在第一操作状态580期间，图5的电池系统500将存储在第二电池单元554中的能量传送到耦接到输出电压节点的电子设备102的组件104中。可替换地，电源管理集成控制器(PMIC 108)能够被配置为通过接通FET 522、526、512和516(未说明)对并联的第一电池单元(552)和第二电池单元(554)放电。
无论电源适配器130是否耦接到电子设备102，在第一操作状态580期间，V电池506是跨输出电压节点546(节点546)和接地节点590的电压电位，并且大约等于跨FET 512的电压电位、加上跨放电FET 532的电压电位、加上跨第二电池单元554的电压电位、加上跨FET516的电压电位(忽略路由电压降)。因此，无论电源适配器130是否耦接到电子设备102，V电池506仅通过跨第二电池单元554的电压电位的变化而变化。回顾一下跨电池单元的电压电位的变化的一个原因可能是由于存储在电池单元中的电荷的量(例如完全充电、完全耗尽、部分充电)。
图5C说明了图5A的电池系统500的第二操作状态582的示例框图。在第二操作状态582期间，信号520-1、522-1、524-1和526-1打开接通第二多个电源控制开关(FET 520、522、524和526)。交替可替换地，仍在第二操作状态582期间，信号510-1、512-1、514-1和516-1关闭切断第一多个电源控制开关(FET 510、512、514和516)，从而在电池系统500的某些部分中产生电路开口路，如通过将图5A和图5C进行比较来说明。
当在第二操作状态582期间电源适配器130耦接到电子设备102时，电源适配器130将电力同时传送给第一电池单元552、第二电池单元554和电子设备102的组件104。I适配器504通过第二电池单元554进入输出电压节点546(节点546)，并且从满足KCL的输出电压节点546(节点546)流出，如公式7中说明：
I适配器＝I电池+I552 (7)
其中，I552(未说明)代表流出输出电压节点546(节点546)和进入第一电池单元552的电流。
当电源适配器130耦接到电子设备102时，回顾一下在第一操作状态580期间(图5B)，I适配器504进入第一电池单元552中。相反地，在第二操作状态582期间(图5C)，I适配器504进入第二电池单元554中。
一般来说，V适配器502是跨输入电压节点540(节点540)和接地节点590的电压电位，并且大约等于跨FET 520的电压电位、加上跨放电FET 532的电压电位、加上跨第二电池单元554的电压电位、加上跨放电FET 524的电压电位、加上跨FET 522的电压电位、加上跨放电FET 530的电压电位、加上跨第一电池单元552的电压电位、加上跨FET 526的电压电位(忽略路由电压降)。
V电池506是跨输出电压节点546(节点546)和接地节点590的电压电位，并且大约等于跨FET 522的电压电位、加上跨放电FET 530的电压电位、加上跨第一电池单元552的电压电位、加上跨FET 526的电压电位(忽略路由电压降)。
因此，图5A、图5B和图5C的电池系统500随时间推移使每个电池单元暴露于相同电压和相同电流。另外，图5A、图5B和图5C的电池系统500自动地使第一电池单元552与第二电池单元554之间的电荷平衡。此外，随时间推移，在多个电池充电和耗尽循环之后，图5A、图5B和图5C中的电池系统500均匀地使电池单元降级。
尽管未说明，但图5A、图5B和图5C的电池系统500可以包括超过两个电池单元。例如，电池系统500可以包括第三电池单元(未说明)和第三多个电源控制开关(未说明，例如使用关于单元1或单元2所示相同的拓扑来实施)。第三多个电源控制开关允许电池系统500在第三操作状态(未说明)中操作，并且随时间推移自动地使第一电池单元552和第二电池单元554与第三电池单元(未说明)之间的电荷平衡。注意，含有三个电池单元的电池系统500可以含有十二个电源控制开关。类似地，含有N个电池单元的电池系统500可以含有4N个电源控制开关。
图6A说明了耦接到平衡切换式多单元电池系统600(电池系统600)的示例稳压电源适配器660的框图。平衡电池系统600类似于图5A的平衡电池系统500，并且将不在此重复平衡电池系统的详细描述。输入电压节点540的电压电位为V适配器602。输出电压节点546的电压电位为V电池606。电子设备102的组件104内部的电压电位为V系统607。在电池FET 674(BattFET 674)与电感676(L)之间出现了从V电池608到组件104的V系统607的电源转换。此外，在组件104与稳压电源适配器660之间耦接了前沿FET 670(FPF 670)、电源控制开关672(FET 672)和电源控制开关678(FET 678)，如图6A中所说明的。
在一些方面，稳压电源适配器660可以供应足够高的电压以在电池单元串联连接时对其充电。当用户利用稳压电源适配器660对电子设备102充电时，图6A中的电池系统600如预期工作(类似于图5A)。因此，电池系统600如预期使用许多电源适配器工作，该电源适配器能够供应适当的电压级。尽管未说明，但图6A中的电池系统600如预期在第一操作状态580(参见图5B)和第二操作状态582(参见图5C)中起作用。
图6B说明了耦接到电池系统600的示例传统电源适配器680的框图，该电池系统600类似于图5A的电池系统500。输入电压节点540的电压电位为V适配器602。输出电压节点546的电压电位为V电池606。电子设备102的组件104内部的电压电位为V系统607。在电池FET 674(BattFET 674)与电感676(L)之间出现了从V电池608到组件104的V系统607的电源转换。此外，在组件104与稳压电源适配器660之间耦接前沿FET 670(FPF 670)、电源控制开关672(FET672)和电源控制开关678(FET 678)，如图6A中所说明。
然而，传统电源适配器680可能仅供应5V，并且跨每个电池单元(第一电池单元552和第二电池单元554)的端子的电压电位可能是4.5V。在此情况下，传统电源适配器680不能够供应足够高的电压以在电池单元串联连接时对其充电。然而，用户仍能够使用传统电源适配器680来对电子设备102的电池系统600充电。PMIC 108(图1)在和/>期间通过并联耦接电池单元来配置电池系统600。FET 526和FET 516允许在/>和/>期间的电流流动。
图7说明了包括电池管理系统770(BMS 770)的平衡切换式多单元电池系统700(电池系统700)的示例的框图。图7的电池系统700类似于在第一操作状态780和第二操作状态782中操作的图5A、图5B和图5C中说明的电池系统500进行操作。除了图5A、图5B和图5C中的描述外，通过使用BMS 770，图7的电池系统700能够监视存储在每个电池单元中的能量和/或电荷，并且能够减轻浮动接地节点790(接地节点790)的效应。
一般来说，在电路中，接地在各种组件或电源轨之间可以是相对的或不同的。在一些方面，隔离电组件中的电压可以参考局部接地。例如，图2中的主装置(诸如电源适配器130、电池系统110和电子设备102的组件104)具有其自身的局部接地。在图7的电池系统700中，当电池系统700在与/>之间或在第一操作状态780与第二操作状态782之间切换时，接地节点790可以被视为浮动接地。因此，除了监视和报告存储在每个电池单元中的能量和/或电荷外，BMS 770还能够减轻浮动接地节点790的效应。
在各个方面，BMS 770利用运算放大器(op-amp)(包括第一op-amp 774和第二op-amp 776)来生成参考相同接地节点790的两个电压电位Va和Vb，如图7中所说明的。运算放大器是具有差分输入的电压放大器，其产生输出电位。Va和Vb是向复用器772(mux 772)的输入，该复用器772取决于到mux 772的选择(SEL)信号的值将两个电压电位供应给第三op-amp 778，该第三op-amp 778输出电压电位Vc。
到mux 772的SEL信号在期间或在第一操作状态780期间为零(0)，其满足公式8中的条件和/或方程组：
其中，V752代表跨第一电池单元752的电压电位，V754代表跨第二电池单元754的电压电位，并且Vc代表BMS 770的输出。
到mux 772的SEL信号在期间或在第二操作状态782期间为一(1)，满足公式9中的条件和/或方程组：
一般来说，BMS 770可以采样跨第一电池单元752和跨第二电池单元754的电压，并且将V752和V754值发送给电子设备102的组件104以用于燃料量测定的目的。V752和V754的这些值还有助于告知用户电池系统110的充电状态(例如30％电池电量、低电量等等)。当一个电池单元相比于(多个)其他电池单元具有更多电荷时，具有更多电荷的电池单元在放电期间被更长地使用，直到其测量到与(多个)其他电池单元相同的电压电位为止。当电池单元具有大约相同的存储电荷量时，图7的电池系统700交替电池单元的充电和/或放电。
示例方法
根据管理切换式多单元电池系统的一个或多个方面参考图8来描述示例方法800。一般来说，本文中描述的组件、模块、方法和操作中的任何一个能够使用软件、固件、硬件(例如固定逻辑电路系统)、人工处理或其任何组合来实施。示例方法的一些操作可以在存储在计算机可读存储存储器上的可执行指令的一般情境中描述，该存储器在计算机处理系统本地和/或远程，并且实施方式能够包括软件应用、程序、功能等。可替换地或另外地，能够通过一个或多个硬件逻辑组件至少部分地执行本文中描述的功能性中的任何一个功能性，该硬件逻辑组件诸如但不限于现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SoCs)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)等。
图8描绘了用于管理切换式多单元电池系统(例如500、700)的示例方法800。方法800说明但不必限于本文中示出操作的顺序或组合执行的操作(或动作)集。此外，可以重复、组合、重新组织、跳过或链接操作中的一个或多个操作的任何一个以提供附加的和/或交替方法的宽阵列。本说明书中描述的技术不限于由一个设备上操作的一个实体或多个实体的性能。
在802处，在期间，闭合第一多个电源控制开关(例如510、710、512、712、514、714、516、716)中的每个电源控制开关以允许电流流动，并且断开第二多个电源控制开关(例如520、720、522、722、524、724、526、726)中的每个电源控制开关以禁止电流流动。
在804处，在期间，建立第一操作状态(例如580、780、880)，并且来自电源适配器130的电力对第一电池单元(例如552、752)和第二电池单元(例如554、754)充电，并且存储在第二电池单元(例如554、754)中的电荷流向电子设备102的组件104。
在806处，在期间，闭合第二多个电源控制开关(例如520、720、522、722、524、724、526、726)中的每个电源控制开关以允许电流流动，并且断开第一多个电源控制开关(例如510、710、512、712、514、714、516、716)中的每个电源控制开关以禁止电流流动。
在808处，在期间，建立第二操作状态(例如582、782、882)，并且来自电源适配器130的电力对第二电池单元(例如554、754)和第一电池单元(例如552、752)充电，并且存储在第一电池单元(例如552、752)中的电荷流向电子设备102的组件104。
图9描绘了用于利用平衡切换式多单元电池系统700(电池系统700)的电池管理系统770(BMS 770)的示例方法900。方法900说明但不必限于本文中示出操作的顺序或组合执行的操作(或动作)集。此外，可以重复、组合、重新组织、跳过或链接操作中的一个或多个操作的任何一个以提供附加的和/或交替方法的宽阵列。本说明书中描述的技术不限于由一个设备上操作的一个实体或多个实体的性能。
在902处，BMS 770将存储在第一可充电电池单元(例如752)中的电荷量与存储在第二可充电电池单元(例如754)中的电荷量进行比较。
在904处，取决于哪个电池单元具有更高的存储电荷量，电源管理集成控制器108(图1)选择第一操作状态(例如780)或第二操作状态(例如782)。
在906处，将来自具有更高的存储电荷量的可充电电池单元的电流向电子设备102的组件104放电。
在908处，通过在操作状态(第一或第二)中操作来使存储在第一可充电电池单元和第二可充电电池单元(例如752、754)中的电荷的相应量平衡，其允许具有更高的存储电荷量的电池单元的放电。例如，如果第二电池单元(例如754)相比于第一电池单元(例如752)具有更高的存储电荷量，那么电池系统700在第一操作状态(例如780)中操作，直到在第一电池单元(例如752)和第二电池单元(例如754)中存储大约相等量的电荷。可替换地，如果第一电池单元(例如752)相比于第二电池单元(例如754)具有更高的存储电荷量，那么电池系统(例如700)在第二操作状态(例如782)中操作，直到在第一电池单元和第二电池单元(例如752、754)中存储大约相等量的电荷。
尽管用于电子设备的切换式多单元电池系统的各方面已经通过特定于特征和/或方法的语言来描述，但所附权利要求书的主题不必限于所描述的具体特征或方法。实际上，具体特征和方法被公开为用于电子设备的切换式多单元电池系统的示例实施方式，并且其他等效特征和方法意图在所附权利要求书的范围内。此外，描述了各种不同方法，并且将了解，每个所述方面能够独立地或结合一个或多个其他所述方面来实施。
除非上下文另有规定，否则本文中使用词语“或”可以被视为使用“兼容性或”，或允许包括或应用与词语“或”连接的一个或多个项目的术语(例如，短语“A或B”可以解释为仅允许“A”，解释为仅允许“B”或解释为允许“A”和“B”这两者)。此外，附图中表示的项目和本文中讨论的术语可以指示一个或多个项目或术语，并且因此可以互换地参考此书面描述中的项目和术语的单个或多个形式。此外，尽管主题已通过特定于结构特征或方法操作的语言来描述，但将理解，所附权利要求书中限定的主题不必限于上文描述的具体特征或操作，包括不必限于布置特征的组织或执行操作的顺序。
以下为所描述的用于电子设备的切换式多单元电池系统的装置、方法和技术的附加示例。
示例1.一种用于电子设备的切换式多单元电池系统，该切换式多单元电池系统包括：输入电压节点；输出电压节点；接地节点；多个可充电电池单元，至少包括具有正极端子和负极端子的第一可充电电池单元，以及具有正极端子和负极端子的第二可充电电池单元；以及多个电源控制开关，至少包括：第一电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到输入电压节点的第一通道端子、以及被耦接到第一可充电电池单元的正极端子的第二通道端子；第二电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第一电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及被耦接到输出电压节点的第二通道端子；第三电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第二电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及第二通道端子；第四电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第三电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及被耦接到接地节点的第二通道端子；第五电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到输入电压节点的第一通道端子、以及被耦接到第二可充电电池单元的正极端子的第二通道端子；第六电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第五电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及被耦接到输出电压节点的第二通道端子；第七电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第六电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及第二通道端子；以及第八电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第七电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及被耦接到接地节点的第二通道端子。
示例2.根据示例1所述的切换式多单元电池系统，其中：第三电源控制开关的第一通道端子被耦接到输出电压节点；并且第三电源控制开关的第二通道端子被耦接到第一可充电电池单元的负极端子。
示例3.根据示例1所述的切换式多单元电池系统，其中：第七电源控制开关的第一通道端子被耦接到输出电压节点；并且第七电源控制开关的第二通道端子被耦接到第二可充电电池单元的负极端子。
示例4.根据示例1所述的切换式多单元电池系统，还包括第九电源控制开关，该第九电源控制开关具有栅极端子、被耦接到第一可充电电池单元的正极端子的第一通道端子、以及第二通道端子，该第二通道端子被耦接到第一电源控制开关的第二通道端子和第二电源控制开关的第一通道端子。
示例5.根据示例4所述的切换式多单元电池系统，还包括第十电源控制开关，该第十电源控制开关具有栅极端子、被耦接到第二可充电电池单元的正极端子的第一通道端子、以及第二通道端子，该第二通道端子被耦接到第五电源控制开关的第二通道端子和第六电源控制开关的第一通道端子。
示例6.根据示例4或示例5所述的切换式多单元电池系统，其中，第九电源控制开关或第十电源控制开关被实施为放电电源控制开关，以允许或禁止相应电流从第一可充电电池单元或第二可充电电池单元放电。
示例7.根据示例1所述的切换式多单元电池系统，其中，切换式多单元电池系统的输入电压节点和输出电压节点电气地参考接地节点。
示例8.根据示例1所述的切换式多单元电池系统，其中，第一电源控制开关到第八电源控制开关中的任何一个电源控制开关被实施为晶体管、场效应晶体管(FET)、N通道FET(N-FET)或P通道FET(P-FET)、n型金属氧化物半导体(-硅)场效应晶体管(n-MOSFET)、p型MOSFET(p-MOSFET)、双极接面晶体管(BJT)、异质接面双极晶体管(HBT)或接面场效应晶体管(JFET)。
示例9.根据示例1所述的切换式多单元电池系统，还包括电池管理系统，该电池管理系统包括：第一运算放大器，其具有被耦接到第二可充电电池单元的正极端子的非反相输入、被耦接到接地节点的反相输入以及被耦接到复用器的第一输入的输出；第二运算放大器，其具有被耦接到第一可充电电池单元的正极端子的非反相输入、被耦接到接地节点的反相输入以及被耦接到复用器的第二输入的输出；以及第三运算放大器，其具有被耦接到复用器的第一输出的非反相输入、被耦接到复用器的第二输出的反相输入，以及被耦接到电子设备的电源管理实体的输出。
示例9a.根据示例1至9中的任何一项所述的切换式多单元电池系统还可以包括电源管理控制器，该电源管理控制器被配置为：在占空比的第一相位期间，控制多个电流控制开关有效地(i)在输入电压节点与接地节点之间串联耦接第一可充电电池单元和第二可充电电池单元，以及(ii)在输出电压节点与接地节点之间耦接第二可充电电池单元；以及在占空比的第二相位期间，控制多个电流控制开关有效地(i)在输入电压节点与接地节点之间串联耦接第一可充电电池单元和第二可充电电池单元，以及(ii)在输出电压节点与接地节点之间耦接第一可充电电池单元。
示例10.一种用于电子设备的切换式多单元电池系统，该切换式多单元电池系统包括：输入电压节点；输出电压节点；接地节点；多个可充电电池单元，至少包括具有正极端子和负极端子的第一可充电电池单元，以及具有正极端子和负极端子的第二可充电电池单元；多个电源控制开关，至少包括：第一电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到输入电压节点的第一通道端子、以及被耦接到第一可充电电池单元的正极端子的第二通道端子；第二电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第一电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及被耦接到输出电压节点的第二通道端子；第三电源控制开关和第四电源控制开关，其被耦接在第二电源控制开关的第二通道端子与接地节点之间；第五电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到输入电压节点的第一通道端子、以及被耦接到第二可充电电池单元的正极端子的第二通道端子；第六电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第五电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及被耦接到输出电压节点的第二通道端子；第七电源控制开关和第八电源控制开关，其被耦接在第六电源控制开关的第二通道端子与接地节点之间。此示例的切换式多单元电池系统还可以优选地包括电源管理集成控制器，该电源管理集成控制器被配置为：在占空比的第一相位期间，控制多个电源控制开关有效地(i)在输入电压节点与接地节点之间串联耦接第一可充电电池单元和第二可充电电池单元，以及(ii)在输出电压节点与接地节点之间耦接第二可充电电池单元；以及在占空比的第二相位期间，控制多个电源控制开关有效地(i)在输入电压节点与接地节点之间串联耦接第一可充电电池单元和第二可充电电池单元，以及(ii)在输出电压节点与接地节点之间耦接第一可充电电池单元。
示例11.根据示例10所述的切换式多单元电池系统，其中：第三电源控制开关包括栅极端子、被耦接到第二电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及第二通道端子；第四电源控制开关包括栅极端子、被耦接到第三电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及被耦接到接地节点的第二通道端子；第七电源控制开关包括栅极端子、被耦接到第六电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及第二通道端子；以及第八电源控制开关包括栅极端子、被耦接到第七电源控制开关的第二通道端子的第一通道端子、以及被耦接到接地节点的第二通道端子。
示例12.根据示例10所述的切换式多单元电池系统，其中，切换式多单元电池系统的输入电压节点和输出电压节点电气地参考接地节点。
示例13.根据示例10所述的切换式多单元电池系统，其中，占空比的第一相位建立第一操作状态，其中：当切换式多单元电池系统被耦接到外部电源适配器时，外部电源适配器对第一可充电电池单元和第二可充电电池单元充电，并且第二可充电电池单元向电子设备的组件放电，该组件被耦接到输出电压节点；并且当切换式多单元电池系统未被耦接到外部电源适配器时，第二可充电电池单元向电子设备的组件放电。
示例14.根据示例10所述的切换式多单元电池系统，其中，占空比的第二相位建立第二操作状态，其中：当切换式多单元电池系统被耦接到外部电源适配器时，外部电源适配器对第一可充电电池单元和第二可充电电池单元充电，并且第一可充电电池单元向电子设备的组件放电，该组件被耦接到输出电压节点；并且当切换式多单元电池系统未被耦接到外部电源适配器时，第一可充电电池单元向电子设备的组件放电。
示例15.根据示例10所述的切换式多单元电池系统，还包括：第九电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第一可充电电池单元的正极端子的第一通道端子、以及第二通道端子，该第二通道端子被耦接到第一电源控制开关的第二通道端子和第二电源控制开关的第一通道端子；以及第十电源控制开关，其具有栅极端子、被耦接到第二可充电电池单元的正极端子的第一通道端子、以及第二通道端子，该第二通道端子被耦接到第五电源控制开关的第二通道端子和第六电源控制开关的第一通道端子。
示例16.根据示例10所述的切换式多单元电池系统，还包括电池管理系统，该电池管理系统包括：第一运算放大器，其被配置为参考第二可充电电池单元的正极端子到接地节点，以产生第一电压电位Va；第二运算放大器，其被配置为参考第一可充电电池单元的正极端子到接地节点，以产生第二电压电位Vb；复用器，其被配置为在由第一运算放大器产生的第一电压电位Va与由第二运算放大器产生的第二电压电位Vb之间选择，以产生第一复用器输出和第二复用器输出；以及第三运算放大器，其被配置为参考第一复用器输出到第二复用器输出，以产生第三电压电位Vc。
示例17.根据示例10所述的切换式多单元电池系统，其中：多个可充电电池单元还包括第三可充电电池单元；多个电源控制开关包括至少四个附加的电源控制开关，第三可充电电池单元通过该至少四个附加的电源控制开关被耦接到输入电压节点、输出电压节点以及接地节点；并且电源管理集成控制器还被配置为：在占空比的第一相位期间，控制多个电源控制开关有效地(i)在输入电压节点与接地节点之间串联耦接多个可充电电池单元，以及(ii)在输出电压节点与接地节点之间耦接第三可充电电池单元；以及在占空比的第二相位期间，控制多个电源控制开关有效地(i)在输入电压节点与接地节点之间串联耦接多个可充电电池单元，以及(ii)在输出电压节点与接地节点之间耦接第一可充电电池单元或第二可充电电池单元。
示例18.一种用于对切换式多单元电池系统充电和放电的方法，该方法包括：作为建立第一操作状态的一部分，基于占空比的第一相位来闭合第一多个电源控制开关中的每个电源控制开关以允许电流流动；作为建立第一操作状态的一部分，基于占空比的第一相位来断开第二多个电源控制开关中的每个电源控制开关以禁止电流流动，其中：来自外部电源适配器的电力对第一可充电电池单元和第二可充电电池单元充电，该第一可充电电池单元和第二可充电电池单元通过第一多个电源控制开关中的至少一个电源控制开关在输入电压节点与接地节点之间串联耦接，并且被存储在第二电池可充电单元中的电荷经过第一多个电源控制开关中的至少一个电源控制开关流向电子设备的组件；作为建立第二操作状态的一部分，基于占空比的第二相位来闭合第二多个电源控制开关中的每个电源控制开关以允许电流流动；作为建立第二操作状态的一部分，基于占空比的第二相位来断开第一多个电源控制开关中的每个电源控制开关以禁止电流流动，其中：来自外部电源适配器的电力对第二可充电电池单元和第一可充电电池单元充电，该第二可充电电池单元和第一可充电电池单元通过第二多个电源控制开关中的至少一个电源控制开关在输入电压节点与接地节点之间串联耦接，并且被存储在第一可充电电池单元中的电荷经过第二多个电源控制开关中的至少一个电源控制开关流向电子设备的组件。
示例19.根据示例18所述的方法，还包括：使用电池管理系统将被存储在第一可充电电池单元中的电荷量与被存储在第二可充电电池单元中的电荷量进行比较；使用电源管理集成控制器选择第一操作状态或第二操作状态；将具有更高的存储电荷量的可充电电池单元向电子设备的组件放电；以及使被存储在第一可充电电池单元和第二可充电电池单元中的电荷的相应量平衡。
示例20.根据示例18所述的方法，其中，建立第一操作状态和第二操作状态有效地将由切换式多单元电池系统接收的输入电压向下转换为切换式多单元电池系统外的输出电压，并且产生输入输出电压转换比，使得：输入输出电压转换比大约等于多个可充电电池单元中的可充电电池单元的数量；并且多个可充电电池单元可以包括两个或更多个可充电电池单元。

Claims (20)

1.一种用于电子设备的切换式多单元电池系统，所述切换式多单元电池系统包括：
输入电压节点；
输出电压节点；
接地节点；
多个可充电电池单元，所述多个可充电电池单元至少包括具有正极端子和负极端子的第一可充电电池单元、以及具有正极端子和负极端子的第二可充电电池单元；以及
多个电源控制开关，所述多个电源控制开关至少包括：
第一电源控制开关，所述第一电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述输入电压节点的第一通道端子、以及耦接到所述第一可充电电池单元的所述正极端子的第二通道端子；
第二电源控制开关，所述第二电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述第一电源控制开关的所述第二通道端子的第一通道端子、以及耦接到所述输出电压节点的第二通道端子；
第三电源控制开关，所述第三电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述第二电源控制开关的所述第二通道端子的第一通道端子、以及第二通道端子；
第四电源控制开关，所述第四电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述第三电源控制开关的所述第二通道端子的第一通道端子、以及耦接到所述接地节点的第二通道端子；
第五电源控制开关，所述第五电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述输入电压节点的第一通道端子、以及耦接到所述第二可充电电池单元的所述正极端子的第二通道端子；
第六电源控制开关，所述第六电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述第五电源控制开关的所述第二通道端子的第一通道端子、以及耦接到所述输出电压节点的第二通道端子；
第七电源控制开关，所述第七电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述第六电源控制开关的所述第二通道端子的第一通道端子、以及第二通道端子；以及
第八电源控制开关，所述第八电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述第七电源控制开关的所述第二通道端子的第一通道端子、以及耦接到所述接地节点的第二通道端子。
2.根据权利要求1所述的切换式多单元电池系统，其中：
所述第三电源控制开关的所述第一通道端子耦接到所述输出电压节点；以及
所述第三电源控制开关的所述第二通道端子耦接到所述第一可充电电池单元的所述负极端子。
3.根据权利要求1所述的切换式多单元电池系统，其中：
所述第七电源控制开关的所述第一通道端子耦接到所述输出电压节点；以及
所述第七电源控制开关的所述第二通道端子耦接到所述第二可充电电池单元的所述负极端子。
4.根据权利要求1所述的切换式多单元电池系统，还包括第九电源控制开关，所述第九电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述第一可充电电池单元的所述正极端子的第一通道端子、以及第二通道端子，所述第二通道端子耦接到所述第一电源控制开关的所述第二通道端子和所述第二电源控制开关的所述第一通道端子。
5.根据权利要求4所述的切换式多单元电池系统，还包括第十电源控制开关，所述第十电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述第二可充电电池单元的所述正极端子的第一通道端子、以及第二通道端子，所述第二通道端子耦接到所述第五电源控制开关的所述第二通道端子和所述第六电源控制开关的所述第一通道端子。
6.根据权利要求5所述的切换式多单元电池系统，其中，所述第九电源控制开关或所述第十电源控制开关被实施为放电电源控制开关，以允许或禁止相应电流从所述第一可充电电池单元或所述第二可充电电池单元放电。
7.根据权利要求1所述的切换式多单元电池系统，其中，所述切换式多单元电池系统的所述输入电压节点和所述输出电压节点电气地参考所述接地节点。
8.根据权利要求1所述的切换式多单元电池系统，其中，所述第一电源控制开关到所述第八电源控制开关中的任何一个电源控制开关被实施为晶体管、场效应晶体管(FET)、N通道FET(N-FET)或P通道FET(P-FET)、n型金属氧化物半导体场效应晶体管(n-MOSFET)、p型MOSFET(p-MOSFET)、双极接面晶体管(BJT)、异质接面双极晶体管(HBT)或接面场效应晶体管(JFET)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的切换式多单元电池系统，还包括电池管理系统，所述电池管理系统包括：
第一运算放大器，所述第一运算放大器具有耦接到所述第二可充电电池单元的所述正极端子的非反相输入、耦接到所述接地节点的反相输入、以及耦接到复用器的第一输入的输出；
第二运算放大器，所述第二运算放大器具有耦接到所述第一可充电电池单元的所述正极端子的非反相输入、耦接到所述接地节点的反相输入、以及耦接到所述复用器的第二输入的输出；以及
第三运算放大器，所述第三运算放大器具有耦接到所述复用器的第一输出的非反相输入、耦接到所述复用器的第二输出的反相输入、以及耦接到所述电子设备的电源管理实体的输出。
10.一种用于电子设备的切换式多单元电池系统，所述切换式多单元电池系统包括：
输入电压节点；
输出电压节点；
接地节点；
多个可充电电池单元，所述多个可充电电池单元至少包括具有正极端子和负极端子的第一可充电电池单元以及具有正极端子和负极端子的第二可充电电池单元；
多个电源控制开关，所述多个电源控制开关至少包括：
第一电源控制开关，所述第一电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述输入电压节点的第一通道端子、以及耦接到所述第一可充电电池单元的所述正极端子的第二通道端子；
第二电源控制开关，所述第二电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述第一电源控制开关的所述第二通道端子的第一通道端子、以及耦接到所述输出电压节点的第二通道端子；
第三电源控制开关和第四电源控制开关，所述第三电源控制开关和所述第四电源控制开关耦接在所述第二电源控制开关的所述第二通道端子与所述接地节点之间；
第五电源控制开关，所述第五电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述输入电压节点的第一通道端子、以及耦接到所述第二可充电电池单元的所述正极端子的第二通道端子；
第六电源控制开关，所述第六电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述第五电源控制开关的所述第二通道端子的第一通道端子、以及耦接到所述输出电压节点的第二通道端子；
第七电源控制开关和第八电源控制开关，所述第七电源控制开关和所述第八电源控制开关耦接在所述第六电源控制开关的所述第二通道端子与所述接地节点之间；以及
电源管理集成控制器，所述电源管理集成控制器被配置为：
在占空比的第一相位期间，控制所述多个电源控制开关有效地(i)在所述输入电压节点与所述接地节点之间串联耦接所述第一可充电电池单元和所述第二可充电电池单元，以及(ii)在所述输出电压节点与所述接地节点之间耦接所述第二可充电电池单元；以及
在所述占空比的第二相位期间，控制所述多个电源控制开关有效地(i)在所述输入电压节点与所述接地节点之间串联耦接所述第一可充电电池单元和所述第二可充电电池单元，以及(ii)在所述输出电压节点与所述接地节点之间耦接所述第一可充电电池单元。
11.根据权利要求10所述的切换式多单元电池系统，其中：
所述第三电源控制开关包括栅极端子、耦接到所述第二电源控制开关的所述第二通道端子的第一通道端子、以及第二通道端子；
所述第四电源控制开关包括栅极端子、耦接到所述第三电源控制开关的所述第二通道端子的第一通道端子、以及耦接到所述接地节点的第二通道端子；
所述第七电源控制开关包括栅极端子、耦接到所述第六电源控制开关的所述第二通道端子的第一通道端子、以及第二通道端子；以及
所述第八电源控制开关包括栅极端子、耦接到所述第七电源控制开关的所述第二通道端子的第一通道端子、以及耦接到所述接地节点的第二通道端子。
12.根据权利要求10所述的切换式多单元电池系统，其中，所述切换式多单元电池系统的所述输入电压节点和所述输出电压节点电气地参考所述接地节点。
13.根据权利要求10所述的切换式多单元电池系统，其中，所述占空比的所述第一相位建立第一操作状态，其中：
当所述切换式多单元电池系统耦接到外部电源适配器时，所述外部电源适配器对所述第一可充电电池单元和所述第二可充电电池单元充电，并且所述第二可充电电池单元向所述电子设备的耦接到所述输出电压节点的组件放电；以及
当所述切换式多单元电池系统未耦接到所述外部电源适配器时，所述第二可充电电池单元向所述电子设备的所述组件放电。
14.根据权利要求13所述的切换式多单元电池系统，其中，所述占空比的所述第二相位建立第二操作状态，其中：
当所述切换式多单元电池系统耦接到所述外部电源适配器时，所述外部电源适配器对所述第一可充电电池单元和所述第二可充电电池单元充电，并且所述第一可充电电池单元向所述电子设备的耦接到所述输出电压节点的所述组件放电；以及
当所述切换式多单元电池系统未耦接到所述外部电源适配器时，所述第一可充电电池单元向所述电子设备的所述组件放电。
15.根据权利要求10所述的切换式多单元电池系统，还包括：
第九电源控制开关，所述第九电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述第一可充电电池单元的所述正极端子的第一通道端子、以及第二通道端子，所述第二通道端子耦接到所述第一电源控制开关的所述第二通道端子和所述第二电源控制开关的所述第一通道端子；以及
第十电源控制开关，所述第十电源控制开关具有栅极端子、耦接到所述第二可充电电池单元的所述正极端子的第一通道端子、以及第二通道端子，所述第二通道端子耦接到所述第五电源控制开关的所述第二通道端子和所述第六电源控制开关的所述第一通道端子。
16.根据权利要求10所述的切换式多单元电池系统，还包括电池管理系统，所述电池管理系统包括：
第一运算放大器，所述第一运算放大器被配置为参考所述第二可充电电池单元的所述正极端子到所述接地节点，以产生第一电压电位Va；
第二运算放大器，所述第二运算放大器被配置为参考所述第一可充电电池单元的所述正极端子到所述接地节点，以产生第二电压电位Vb；
复用器，所述复用器被配置为在由所述第一运算放大器产生的所述第一电压电位Va与由所述第二运算放大器产生的所述第二电压电位Vb之间选择，以产生第一复用器输出和第二复用器输出；以及
第三运算放大器，所述第三运算放大器被配置为参考所述第一复用器输出到所述第二复用器输出，以产生第三电压电位Vc。
17.根据权利要求10至16中的任何一项所述的切换式多单元电池系统，其中：
所述多个可充电电池单元还包括第三可充电电池单元；
所述多个电源控制开关包括至少四个附加的电源控制开关，所述第三可充电电池单元通过所述至少四个附加的电源控制开关被耦接到所述输入电压节点、所述输出电压节点和所述接地节点；以及
所述电源管理集成控制器还被配置为：
在所述占空比的所述第一相位期间，控制所述多个电源控制开关有效地(i)在所述输入电压节点与所述接地节点之间串联耦接所述多个可充电电池单元，以及(ii)在所述输出电压节点与所述接地节点之间耦接所述第三可充电电池单元；以及
在所述占空比的所述第二相位期间，控制所述多个电源控制开关有效地(i)在所述输入电压节点与所述接地节点之间串联耦接所述多个可充电电池单元，以及(ii)在所述输出电压节点与所述接地节点之间耦接所述第一可充电电池单元或所述第二可充电电池单元。
18.一种用于对切换式多单元电池系统充电和放电的方法，所述方法包括：
基于占空比的第一相位来闭合第一多个电源控制开关中的每个电源控制开关以允许电流流动，作为建立第一操作状态的一部分；
基于所述占空比的所述第一相位来断开第二多个电源控制开关中的每个电源控制开关以禁止电流流动，作为建立第一操作状态的一部分，其中：
来自外部电源适配器的电力对第一可充电电池单元和第二可充电电池单元充电，所述第一可充电电池单元和所述第二可充电电池单元通过所述第一多个电源控制开关中的至少一个电源控制开关在输入电压节点与接地节点之间串联连接，以及
存储在所述第二可充电电池单元中的电荷经过所述第一多个电源控制开关中的至少一个电源控制开关流向电子设备的组件；
基于所述占空比的第二相位来闭合所述第二多个电源控制开关中的每个电源控制开关以允许电流流动，作为建立第二操作状态的一部分；
基于所述占空比的第二相位来断开所述第一多个电源控制开关中的每个电源控制开关以禁止电流流动，作为建立第二操作状态的一部分，其中：
来自所述外部电源适配器的电力对所述第二可充电电池单元和所述第一可充电电池单元充电，所述第二可充电电池单元和所述第一可充电电池单元通过所述第二多个电源控制开关中的至少一个电源控制开关在所述输入电压节点与所述接地节点之间串联连接，以及
存储在所述第一可充电电池单元中的电荷经过所述第二多个电源控制开关中的至少一个电源控制开关流向所述电子设备的所述组件。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
使用电池管理系统将存储在所述第一可充电电池单元中的电荷量与存储在所述第二可充电电池单元中的电荷量进行比较；
使用电源管理集成控制器选择所述第一操作状态或所述第二操作状态；
将具有更高的存储电荷量的可充电电池单元向所述电子设备的所述组件放电；以及
使存储在所述第一可充电电池单元和所述第二可充电电池单元中的电荷的相应量平衡。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，建立所述第一操作状态和所述第二操作状态有效地将由所述切换式多单元电池系统接收的输入电压向下转换为所述切换式多单元电池系统外的输出电压，并且产生输入输出电压转换比，使得：
所述输入输出电压转换比等于在多个可充电电池单元中的可充电电池单元的数量；以及
所述多个可充电电池单元包括两个或更多个可充电电池单元。
CN201980097260.6A 2019-09-25 2019-12-13 切换式多单元电池系统 Active CN113939967B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962905650P 2019-09-25 2019-09-25
US62/905,650 2019-09-25
PCT/US2019/066330 WO2021061175A1 (en) 2019-09-25 2019-12-13 Switched multi-cell battery system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113939967A CN113939967A (zh) 2022-01-14
CN113939967B true CN113939967B (zh) 2024-04-02

Family

ID=69160425

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980097260.6A Active CN113939967B (zh) 2019-09-25 2019-12-13 切换式多单元电池系统

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11923706B2 (zh)
EP (2) EP4280421A3 (zh)
CN (1) CN113939967B (zh)
WO (1) WO2021061175A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113415196B (zh) * 2021-06-04 2022-11-29 奇瑞新能源汽车股份有限公司 车辆充电方法、装置及车辆
CN114865755B (zh) * 2022-07-06 2022-11-18 荣耀终端有限公司 多电池电源及充放电方法和电子设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5764032A (en) * 1997-03-06 1998-06-09 Maxim Integrated Products, Inc. Multiple battery switchover circuits
CN101232193A (zh) * 2007-01-26 2008-07-30 通用电气公司 电池单元平衡的电池组及平衡电池组电池单元的方法
CN102570536A (zh) * 2010-10-07 2012-07-11 英特赛尔美国股份有限公司 多单元电池系统中使用的单元平衡电路

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3286152A (en) 1963-10-10 1966-11-15 John B Noe Multiple battery charging and discharging circuit means
EP1673828B1 (en) 2003-10-14 2013-05-08 Black & Decker Inc. Protection methods, protection circuits and protective devices for secondary batteries, a power tool, charger and battery pack adapted to provide protection against fault conditions in the battery pack
US20060092583A1 (en) * 2004-10-01 2006-05-04 Alahmad Mahmoud A Switch array and power management system for batteries and other energy storage elements
US7705560B2 (en) * 2006-08-15 2010-04-27 N. P. Johnson Family Limited Partnership Voltage controller
US8415926B2 (en) 2009-10-19 2013-04-09 Apple Inc. In-situ battery health detector and end-of-life indicator
CN103222147B (zh) 2010-11-25 2017-04-19 诺基亚技术有限公司 情境感知电池充电
US9077198B2 (en) 2011-12-30 2015-07-07 Thomas Szepesi Battery charging method and circuit
US9318910B2 (en) * 2012-09-06 2016-04-19 Samsung Sdi Co., Ltd. Cell balancing circuit and cell balancing method using the same
DE102015104293A1 (de) * 2015-03-23 2016-09-29 Hella Kgaa Hueck & Co. Energiespeichervorrichtung
TWI528678B (zh) 2015-06-15 2016-04-01 澧達科技股份有限公司 電源系統
DE102016223470A1 (de) 2015-12-18 2017-06-22 Robert Bosch Gmbh Ladeschaltung und Ladeverfahren für ein elektrisches Energiespeichersystem
US10069313B2 (en) * 2016-07-10 2018-09-04 Gbatteries Energy Canada Inc. Modulated pulse charging and discharging of a reconfigurable battery pack
CN113258652A (zh) * 2018-08-01 2021-08-13 Oppo广东移动通信有限公司 电池控制系统和方法、电子设备
JP2021158013A (ja) * 2020-03-27 2021-10-07 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5764032A (en) * 1997-03-06 1998-06-09 Maxim Integrated Products, Inc. Multiple battery switchover circuits
CN101232193A (zh) * 2007-01-26 2008-07-30 通用电气公司 电池单元平衡的电池组及平衡电池组电池单元的方法
CN102570536A (zh) * 2010-10-07 2012-07-11 英特赛尔美国股份有限公司 多单元电池系统中使用的单元平衡电路

Also Published As

Publication number Publication date
US20220123564A1 (en) 2022-04-21
US11923706B2 (en) 2024-03-05
CN113939967A (zh) 2022-01-14
US20240162726A1 (en) 2024-05-16
EP3956964A1 (en) 2022-02-23
WO2021061175A1 (en) 2021-04-01
EP4280421A3 (en) 2024-03-06
EP4280421A2 (en) 2023-11-22
EP3956964B1 (en) 2023-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107005048B (zh) 多源电力输送系统
US9018892B2 (en) Photo-voltaic array fed switched capacitor DC-DC converter based battery charging for Li-Ion batteries
US20240162726A1 (en) Switched Multi-Cell Battery System
US9698611B2 (en) Systems and methods for compensating current in a battery module
US20210242771A1 (en) Multi-mode dc-to-dc power converter
US20220140621A1 (en) Charging integrated circuit for charging battery device and electronic device including the same
US20240258819A1 (en) Adaptive multi-mode charging
US10312724B2 (en) Implementation of high-voltage direct-charging 2:1 switched-capacitor converter for battery charging of electronic devices
WO2023147751A1 (zh) 调节电路、装置、与方法、电子设备及可读存储介质
US20220294236A1 (en) Battery system and operating method of electronic device including the same
JP6446181B2 (ja) 充電回路およびそれを利用した電子機器
Kulkarni et al. A Tutorial on Battery Simulation-Matching Power Source to Electronic System
KR20220127722A (ko) 배터리 시스템 및 이를 포함하는 전자 장치의 동작 방법
CN117856378A (zh) 充电系统和方法
US20240291284A1 (en) Power supply circuit for independent control and monitoring of multi-battery charging
US20240356437A1 (en) Power supply circuit for independent control and monitoring of multi-battery charging and/or generating multiple voltage domains
JPWO2019176098A1 (ja) 電池充放電回路、電子機器、楽器、及び電池充放電方法
KR20190086093A (ko) 전원 연결 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant