CN115552752A - 用于多单元电力存储设备的电力管理电路 - Google Patents

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Abstract

一般而言，描述了涉及一种设备的技术，该设备具有串联连接的第一电力存储设备和第二电力存储设备。第一电力转换器可以使用来源于第一电力存储设备和第二电力存储设备的电能来生成第一电力信号以给第一组组件供电。第二电力转换器可以使用来源于第一电力存储设备而不是第二电力存储设备的电能来生成第二电力信号以给第二组组件供电。

Description

用于多单元电力存储设备的电力管理电路
背景技术
便携式电子设备(例如，移动电话、可折叠电话、膝上型计算机等)中的显示器正在变得更大。随着显示器尺寸增加，与其他组件(例如，相机、处理器等)相比，显示器可能在便携式电子设备中消耗大量电力。由更大的显示器产生的增加功耗可以降低便携式电子设备的可用性，尤其是当再充电电源不在附近或不方便时。尽管一些便携式电子设备可能以更大的电池(例如，具有更多的单元或更高的安培数)为特征，但是此类电池可能增加重量，从而降低便携式电子设备的便携性。此外，多单元(multi-cell)电池可能需要附加电力管理电路系统来平衡多单元电池之间的能量存储，这可能降低多单元电池在安培小时(其相当于电池单元可以工作的持续时间)方面的效率。
发明内容
根据所公开的主题的示例，一种电力管理电路可以在具有多单元电力存储设备的设备中提供系统电力、电力管理和电力存储设备充电能力。多单元电力存储设备可以包括相同储能容量或不同储能容量的串联连接的两个或更多个电力存储设备(其可以是指多单元电力存储设备的每个单元的一个方式)。该电力管理电路可以包括主动平衡电路来以高效方式(例如，与被动平衡电路相比)在多单元电力存储设备的每个单元之间转移能量，从而改善电力存储单元可以工作的持续时间。提高效率可以导致更长的工作持续时间，从而可能使多单元电力存储设备变得适合于更小形状因数的设备(与膝上型计算机等相比)，诸如可折叠移动设备或平板。
除了主动平衡电路之外，诸如显示器和相机的高耗电的电子组件(相对于低耗电的电子组件)可以连接到串联耦合的两个或更多个电力存储设备(或换句话说，单元)的组合输出。诸如处理器和天线的低耗电的电子组件(相对于高耗电的电子组件)可以电连接到电力存储单元中的潜在地具有比另一个电力存储单元低的功率输出的仅一个(或少于全部的某个子集)的输出。当低耗电的电子组件从较低功率的电力存储设备汲取电力时，可以实现期望的单元容量比。高耗电的电子组件可以从较低功率的电力存储设备和相对更高功率的电力存储设备两者汲取电力，这可以在不潜在地影响低耗电的电子组件的工作效率的情况下提高高耗电的电子组件的工作效率(例如，在功耗方面)。
在一个示例中，技术的各个方面涉及一种设备，该设备具有串联连接的第一电力存储设备和第二电力存储设备。第一电力转换器可以使用来源于第一电力存储设备和第二电力存储设备的电能来生成第一电力信号以给第一组组件供电。第二电力转换器可以使用来源于第一电力存储设备而不是第二电力存储设备的电能来生成第二电力信号以给第二组组件供电。
在另一示例中，技术的各个方面涉及一种方法，该方法用于由第一电力转换器并且使用来源于第一电力存储设备和第二电力存储设备的电能来生成第一电力信号以给第一组组件供电。由第二电力转换器并且使用来源于第一电力存储设备而不是第二电力存储设备的电能来生成第二电力信号以给第二组组件供电。以及，由与第一电力存储设备和第二电力存储设备并联连接的主动平衡电路在第一电力存储设备与第二电力存储设备之间转移能量。
在另一示例中，技术的各个方面涉及一种电力管理电路，该电力管理电路具有并联到第一电力存储设备的第一电力转换器和并联连接到第二电力存储设备的第二电力转换器。第一电力转换器和第二电力转换器被配置成在第一电力存储设备与第二电力存储设备之间转移能量。第一电力存储设备串联连接到第二电力存储设备。
根据对以下详细描述、附图和权利要求的考虑，所公开的主题的附加特征、优点和实施例可以被阐述或显而易见。此外，应当理解，上述概要和以下详细描述都是说明性的，并且意图在不限制权利要求的范围的情况下提供进一步说明。
附图说明
图1是图示依照本公开的示例的可折叠移动设备的表示的框图。
图2是图示依照本公开的示例的用于显示器电力并且对电力存储设备充电的电力架构电路的示意表示的图。
图3是图示依照本公开的示例的具有主动平衡电路的电力架构电路的示意表示的图。
图4是图示依照本公开的示例的在两个或更多个电力存储设备之间主动平衡电荷的示例工作的流程图。
图5是图示依照本公开的示例的具有耦合到充电器的主动平衡电路的电力架构电路的示意表示的图。
具体实施方式
图1是图示依照本公开中描述的技术的各个方面的可折叠移动设备100的表示的框图。可折叠移动设备100可以表示能够沿着轴线104(包括沿着中心轴线或偏心轴线)折叠的任何类型的设备。虽然在本文中针对可折叠移动设备100进行描述，但是可以根据本公开中描述的技术来配置能够由两个或更多个电力存储设备供电的任何类型的设备。此类设备的示例可以包括移动电话(包括所谓的“智能电话”)、智能眼镜、智能手表、便携式扬声器(包括便携式智能扬声器)、膝上型计算机、便携式游戏系统、无线游戏系统控制器等。
可折叠移动设备100可以包括外壳102，该外壳102具有使得能够沿着轴线104折叠的铰链或其他元件，从而具有第一半部106A和第二半部106B。外壳102可以由诸如以下各项的大多数任何材料形成：金属(包括铝)、塑料(包括大多数任何聚合物)、玻璃、碳纤维等以及这些材料的组合，其中第一半部106A可以具有与第二半部106B不同或相同的材料。虽然针对“半部”进行描述，但是可折叠移动设备100可以包括不相等或者以其他方式具有近似(在制造容差内)相同尺寸的第一部分和第二部分。因此，在一些示例中，第一半部106A与第二半部106B相比可以是不同尺寸，其中第一半部106A在沿着轴线104折叠时可以仅覆盖第二半部106B的一部分(而不覆盖第二半部106B的几乎全体)。
可折叠移动设备100可以包括处理电路系统108和显示器110以及其他组件和/或电路系统(为了图示目的的容易在图1的示例中未示出)，诸如全球定位系统(GPS)电子设备、加速度计、陀螺仪、音频处理电路系统(例如，耳机插孔和伴随电路系统)、一个或多个扬声器、发光二极管(LED)、一个或多个相机等。
处理电路系统108可以表示被配置成支持可折叠移动设备100的工作的电路系统并且可以运行软件(或换句话说，指令集)，该软件可以使得能够运行分层软件层以呈现各种功能性以供由用户使用。处理电路系统108可以例如运行形成基础层的内核，通过该内核操作系统可以与诸如相机、麦克风、传感器等的各种其他处理单元接合。处理电路系统108还可以运行操作系统，该操作系统呈现应用空间，在应用空间中一个或多个应用(例如，第一方应用和/或第三方应用)可以运行以呈现用来与用户交互的图形用户界面。
处理电路系统108可以包括以下各项中的一者或多者：微处理器、控制器、数字信号处理器(DSP)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或等效的分立或集成逻辑电路系统。在本公开中归属于处理电路系统108的功能可以被体现为软件(如以上所指出的)、固件、硬件及其组合。尽管图1的示例可折叠移动设备100被图示为包括一个处理电路系统108，但是根据本公开的其他示例可折叠移动设备可以包括多个处理器(或多个所谓的“核”，其是在被封装在一起时指处理器的另一方式)，该多个处理器被配置成单独地或以不同合作组合运行归属于可折叠移动设备100的处理电路系统108的一个或多个功能。
显示器110可以表示被配置成经由像素阵列发射光并且从而输出图像或图像序列(例如，视频)的设备。显示器110可以包括以下各项中的一者或多者：液晶显示器(LCD)、点阵显示器、发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、触摸屏、电子墨水、或能够向可折叠移动设备100的用户提供可见信息的类似单色或彩色显示器。显示器110可以提供与由可折叠移动设备100提供的功能性相关的用户界面。显示器110可以包括可以使得能够与由显示器110呈现的图形用户界面交互的存在敏感的显示器和/或触摸敏感的显示器。
尽管被示出为单个显示器110，但是显示器110可以表示一个或多个显示器。在一些示例中，显示器110可以表示能够沿着轴线104折叠的单个显示器。在其他示例中，显示器110可以表示两个显示器，其中一个显示器被收容在半部106A内而另一显示器被收容在半部106B内。当在设备100中包括两个或更多个显示器时，每一个显示器可以工作来呈现连续的用户界面或单独的用户界面。因此，技术的各个方面可以使得可折叠移动设备100能够以单个显示器或多个显示器工作。
另外，可折叠移动设备100可以包括显示器电力管理电路111，该显示器电力管理电路111可以表示被配置成管理显示器110的功耗的电路。也就是说，显示器110与处理电路系统108比可能平均消耗更多的电力，尤其是当显示器110以最大亮度工作时。因此，显示器电力管理电路111可以试图通过适配显示器110的亮度、分辨率、对比度或其他参数来降低显示器110的功耗以适应当前的观看环境。例如，在明亮的观看环境中(例如，当在外面处于直接阳光中时)，显示器电力管理电路111可以与处于较暗的观看环境中(例如，在低光房间中或在夜间，不在直接阳光中等)时相比将显示器110配置在更高的亮度下。显示器电力管理电路111可以以类似方式适配其他参数。
可折叠移动设备100还可以包括电力存储设备112A和电力存储设备112B。电力存储设备112A可以表示能够经由电源(包括经由电插座可访问的固定电源和便携式电源，诸如作为一个示例包括高瓦数电池的电源存储体)充电并且在未与任何电源连接时存储能量的任何类型的电气设备。电力存储设备112A的一个示例是电池，诸如锂离子电池、镍镉电池或任何其他类型的可再充电电池(诸如镍金属氢化物、铅酸或锂离子聚合物)。
电力存储设备112B可以类似于电力存储设备112A，但是可以具有不同的瓦特数、存储容量(如以毫安小时或mAh所定义的)、尺寸、配置等，这种变化在本文中被称为不对称的。电力存储设备112A和电力存储设备112B可以在下面被称为电池112A和112B、电池单元112A和112B或单元112A和112B。尽管被称为电池112A和112B，但是可以针对能够给可折叠移动设备100或贯穿本公开讨论的任何其他设备供电的任何类型的电力存储设备来实现技术的各个方面。
在诸如膝上型计算机(其还可以被称为“膝上型电脑”)的具有多单元电池的设备中，膝上型电脑或其他多单元设备可以从两个端子驱动所有电负载，其中多单元电池的每个单元串联布置并且第一端子耦合到第一单元而第二端子耦合到第二单元。由于单元串联布置，因此第一单元耦合到第二单元，从而允许电力流过第一单元和第二单元以驱动电负载(其还可以被称为电组件)。
另外，多单元设备可以包括被动平衡电路，该被动平衡电路管理电力到电池的每个单元的分配以确保不超过某些单元容差。也就是说，多单元电池的每个单元具有电池单元能够被充电和放电的规定充电速率。例如，1C充电速率表明额定为一安培小时(1Ah)的完全充电的电池将提供一安培(1A)持续一小时。相同的1Ah电池在0.5C充电速率下将提供500毫安培(mA)持续两小时，而在2C充电速率下，将提供两安培持续30分钟。当对电池单元充电或以其他方式对电池单元重供能时超过规定充电速率可能损坏电池，从而产生潜在火灾风险(对化学电池而言)、皮肤灼伤(再次对化学电池而言)等。被动平衡电路可以通过平衡电池的每个单元之间的电力来确保不超过每个相应电池单元的充电速率。
尽管当电池单元具有相同的充电速率和电压时不一定需要，但是膝上型电脑或其他多单元设备可以仍然包括被配置成平衡不同电池单元之间的电压的被动平衡电路，因为作为制造容差的结果可能存在一些差异。被动平衡电路可以包括用于每一个电池单元的开关(当串联耦合时)，其中被动平衡电路可以使与两个电池单元中的具有更高电压的电池单元相关联的开关闭合以通过电阻器(或其他负载)对更高电压放电。
随着智能电话或其他更小的移动设备(相对于膝上型计算机)一直在尺寸上增加，显示器110也一直在尺寸上增加，这产生附加功耗。显示器110可以表示作为与可折叠移动设备100内的处理电路系统108或任何其他组件相比的相对百分比的最大功耗源之一(如果不是最大的)。另外，考虑到可折叠移动设备100可以展开至接近小型至中型平板的尺寸的尺寸，显示器110可以消耗电池单元112A和112B的可用电力容量的显著部分(例如，当在最大亮度下时为50％)。
为了增加可折叠移动设备100的可使用持续时间，可折叠移动设备100可以利用两个电池单元112A和112B。此外，由于可折叠移动设备100的可折叠形状因数，在可折叠移动设备100内有充足空间来将电池单元112A和112B中的一者收容在半部106A和106B的每一者中。尽管由电池单元112A和112B提供的增加的电池持续时间可以为可折叠移动设备100产生更长的可使用持续时间，但是可折叠移动设备100可能需要类似于上述膝上型计算机的电力管理的某个方面，从而增加与生产可折叠移动设备100相关联的费用。
此外，由于电池单元112A和112B的尺寸和储能容量比包括在诸如膝上型计算机的更大的便携式设备中的电池单元小，因此被动平衡电路可能是效率低的，因为被动平衡电路可能不必要地通过使用电阻器来消耗电力以消耗电池单元112A和112B之间的电压差异。换句话说，被动平衡电路可以在不驱动任何功能组件的情况下使用电阻器(或其他非功能负载)来平衡能量，这可以被称为“无功功耗”。有功功耗的这种损失(其可以指通过功能负载或组件的功耗)在相对更大的设备(诸如与可折叠移动设备100相比相对更大的膝上型电脑)中可以是可容忍的，因为这种无功功耗可以仅消耗电池单元的整体持续时间的相对小的部分。然而，可折叠移动设备100中的无功功耗可能不必要地消耗电池单元112A和112B的整体持续时间的更大部分，从而可能防止使用被动平衡电路。
依照本公开中描述的技术的各个方面，可折叠移动设备100可以避免使用电池112A和112B两者来驱动所有电组件，而是替代地使用由电池112A和112B两者输出的电力来给第一组组件供电，并且使用由电池112A和112B中的仅一者(或重述，电池112A和112B中的单个电池)输出的电力来给第二组组件供电。如图1的示例所示，可折叠移动设备100可以从电池112A(而不是电池112B)向处理电路系统108输出电力，该处理电路系统108如以上所指出的那样，与显示器110比可能平均消耗更少的电力。可折叠移动设备100可以从电池112A和112B两者向显示器电力管理电路111(其给显示器110供电)输出电力，该显示器电力管理电路111与处理电路系统108比可能平均消耗更多的电力。
以这种方式，高耗电的电子组件(例如，电力管理集成电路111和/或显示器110)可以从电池112A和112B两者汲取电力，然而低耗电的电子组件(例如，处理电路系统108)可以从电池112A汲取电力。在一些示例中，当低耗电的电子组件从较低功率的电池112A汲取电力而高耗电的电子组件从较低功率的电池112A和相对更高功率的电池112B两者汲取电力时，可以实现单元112A和112B中的每一者之间的单元容量比。在一些实例中，可以设计单元容量比以在不潜在地影响低耗电的电子组件的工作效率的情况下提高高耗电的电子组件的工作效率(例如，在功耗方面)。
在工作中，可折叠移动设备100可以包括第一电力转换器114A，该第一电力转换器114A被配置成使用来源于单元112A的电能来生成第一电力信号以给处理电路系统108(其是第一组组件的示例)供电。电力转换器114A可以表示直流电(DC)到DC电力转换器，该DC到DC电力转换器将以第一电压来自电池112A(而不是电池112B)的DC信号转换为不同的第二电压的DC信号。电力转换器114A的示例可以包括降低电压(降压)电力转换器、真降压-升压电力转换器、升高电压(升压)电力转换器、单端初级电感转换器(SEPIC)、反相(降压-升压)电力转换器、分相(升压-降压)电力转换器、正向电力转换器、推挽(半桥)电力转换器、全桥电力转换器、反激电力转换器等。
在图1的示例中，电力转换器114A可以在处理电路系统108内部。尽管被示出为处理电路系统108的部分，但是在一些实例中，电力转换器114A可以位于处理电路系统108外部或部分地与处理电路系统108集成在一起。
可折叠移动设备100还可以包括第二电力转换器114B，该第二电力转换器114B可以在潜在功能性方面与电力转换器114B类似，若非基本上类似。然而，电力转换器114B可以包括可以将DC信号从不同的第三电压转换到不同的第四电压的不同类型的电力转换器。在一些示例中，电力转换器114B可以将DC信号从相同的第一电压转换到与电力转换器114A将DC信号转换到的电压相同的第二电压。电力转换器114B可以被配置成使用来源于电池112A和112B两者的电能来生成第二电力信号以给显示器110(其可以表示第二组组件)供电。
如图1的示例所示，显示器电力管理集成电路111可以包括电力转换器114B。尽管被图示为包括在电力管理集成电路111内，但是电力转换器114B可以与电力管理集成电路111分开或者部分地集成在电力管理集成电路111内。
换句话说，第一电力信号可以使用来源于第一电力存储设备112A和第二电力存储设备112B的电能来给诸如显示器110的第一组组件供电。第一电力存储设备112A可以与第二电力存储设备112B串联连接。第二电力信号可以使用来源于第二电力存储设备112B而不是第一电力存储设备112A的电能来给诸如处理电路系统108的第二组组件供电。
如在下面更详细地讨论的，通过在第一电力存储设备112A与第二电力存储设备112B之间分割第一电力信号和第二电力信号，显示器电力管理集成电路111能够针对活动模式将功率效率增加多达5％，而针对空闲模式将功率效率增加大约7％。此提出的结构还能够潜在地在没有附加空间或成本的情况下将电力存储设备112A和112B的寿命增加3％以上。
另外，可折叠移动设备100包括被配置成在电池112A和112B之间转移能量的主动平衡电路115。不是使用不活动或不能工作的负载(例如，电阻器)来消耗任何能量不平衡，而是主动平衡电路115可以在电池112A和112B之间转移能量。
为了完成电路，在图1的示例中示出了地116(其还可以被称为“大地”)，其表示电气电路中用来测量电压的参考点、用于电流的公共返回路径、或到大地的直接物理连接。电气电路(例如，处理电路系统108和显示器电力管理集成电路111)可以出于若干原因(例如，限制静电的积累)连接到地114。
此外，图1的示例所示的电气电路包括端子118A和118B，这些端子可以表示组件、设备或网络来自于的导体可以电耦合所在的点。换句话说，端子118A和118B可以指端点处的电连接器，从而作为到导体的可重用接口并且创建能够连接外部电路的点。端子118A和/或118B可以简单地是电线的末端或者它可以被装配有连接器或紧固件。
图2是图示依照本公开的示例的用于显示器电力并且对电力存储设备202和208充电的电力架构电路200的示意表示的图。电力架构电路200可以表示可折叠移动设备100的电路设计的一个示例。电力架构电路200可以包括电连接到地204并且电连接到端子206的第一电力存储设备202。第二电力存储设备208可以电串联连接到端子206从而创建双单元电力存储设备230。显示器电力管理集成电路210可以电连接到第二电力存储设备208和地204。显示器电力管理集成电路210可以由第一电力存储设备202和第二电力存储设备208两者供电。处理电路系统212可以电连接到端子206和地204。处理电路系统212可以由第一电力存储设备202供电。
双单元电力存储设备230可以具有三个端子：地204、VCell(端子206)和VCell*2(端子218)。对于受益于更高电源电压的负载(例如，显示器110、相机等)，负载可以电连接到地204和端子218。受益于较低电源电压的负载(例如，处理电路系统212)可以电连接到地204和端子206。电力架构电路200的电路布局可以在没有附加空间或成本的情况下增加电力存储设备寿命。
显示器电力管理集成电路210可以具有在端子218处电耦合到第二电力存储设备208的输出端的高电压耦合器(例如，轨)214和216。显示器电力管理集成电路210的另一耦合器232可以电耦合到端子206。电力架构电路200可以通过将高电压电子设备直接地耦合到端子218并且将低压电子设备直接地耦合到端子206来在没有外壳102内的附加空间或可折叠移动设备100的任何附加成本的情况下将电力存储设备寿命增加了等于或大于百分之三。
如以上所讨论的，更大的显示器可以显著地增加显示器功耗。此问题可能因与对显示器电力管理集成电路和在显示器电力管理集成电路内的电力分配相关的低效率而进一步加剧。本公开的技术可以提高显示器电力管理集成电路210的效率，从而延长电力存储设备202和208的持续时间。随着显示器越来越大，它们消耗的电力量也越来越大。在便携式电子设备中，甚至更小的显示器也消耗许多电力存储设备容量，例如，在70％亮度下消耗电力存储设备寿命的35％，而在最大亮度下显示器可能消耗电力存储设备寿命的50％以上。此问题因当前的显示器电力管理集成电路的低效率而进一步恶化。对于单单元电力存储设备电压输入，平均当前的电力管理集成电路具有85％的效率。对于多单元电力存储设备，本公开的技术可以将此效率提高到95％。
在耦合到单个电力存储设备的一些显示器电力管理集成电路中，显示器电力管理集成电路可以包括电压的多次放大和电压的某种下转换以便提供显示器所需要的所有变化电压。在一些实例中，显示器电力集成电路内的升压电路可以将电池电压从大约3.7V放大到大约8V。这种转换的效率可以是大约80％。此电压然后通过低压差调节器以大约95％效率将电压调节在7.6V。显示器电力管理集成电路中的另一升压电路以大约90％效率将电力存储设备的3.7V转换为4.6V。反相降压升压电路以90％效率将3.7V电力存储设备电压转换为大约-2.4V。通过以上讨论的所有电力转换，作为一个示例，传统显示器电力管理集成电路对单个电力存储设备的整体效率而言是大约85％。
电力架构电路200可以针对活动模式将显示器电力管理集成电路效率增加大约5％，而在空闲模式下增加大约7％。活动模式是当可折叠移动设备100可以被积极地使用时，而空闲模式是当可折叠移动设备100可能未被积极地使用时。高电压耦合器214可以耦合到升压转换器220，该升压转换器220接收从端子218输入的电压并且将它转换为由显示器电力管理集成电路210使用的7.6V的高电压并且以95％效率转换它。升压转换器220(例如，升高电压转换器)可以是将电压从输入端218(电源)向其输出端(显示器110)逐步增加(同时逐步降低电流)的直流电到直流电电力转换器。升压转换器220可以是相结合地包含至少两个半导体(例如，二极管和晶体管)和至少一个储能元件(电容器、电感器或两者)的一类开关模式电源。升压转换器220可以减小电压纹波并且“清理”电压信号。
降压升压转换器222可以从端子218接收电压并且同样以95％效率将电压下转换到4.6V。降压升压转换器222可以是输出电压幅度小于输入电压幅度的直流电到直流电转换器。反相升压转换器224可以以95％效率将来自端子206的电压反转并下转换到-2.4V。输出电压的极性可以与输入电压的极性相反。反相升压降压转换器224可以是具有升压转换器220和降压转换器222的类似电路拓扑的开关模式电源。输出电压可基于开关晶体管的占空比调整。
依照预设描述的技术的各个方面，电力架构电路200可以使用规定更高电压的电子设备从电力存储设备202和208的组合汲取能量然而低电压的电子设备从仅仅单个电力存储设备202(或在其他示例中多个低电力存储设备)汲取能量的电力存储设备容量结构。在讨论电力存储设备容量结构时，出于基于使用量确定电力存储设备容量比的目的，低电压设备(例如，处理电路系统212、RF发射器(未示出)等)可以被分组在系统#1中，而高电压设备(例如，显示器电力管理集成电路210、相机(未示出)等)可以被分组在系统#2中。由于电力存储设备容差和不同用户习惯(例如，并非所有人们都以相同方式使用他们的电子设备；一些用户随便地使用他们的电子设备，然而其他人是他们的电子设备的重度使用者)，可以使用电力架构电路200的电力存储设备平衡电路设计。电力存储设备202可以提供系统#1的电力。然而，用于系统#2的电力的一半可以由电力存储设备208提供并且一半可以从电力存储设备202提供。容量比被设置为：
Figure BDA0003926475620000141
对于串联电连接的电力存储设备202和208，通常存在仅两个端子(206和218)。一个端子在正极(例如，VCell*2 218)并且一个端子在负极(例如，地204)。串联电连接的两个电力存储设备单元202和208可以是相同的或不对称的(将在下面对此进行更详细的讨论)。虽然使电力存储设备变得相同是困难的并且存在容差，但是这些容差常常由所谓的被动平衡电路处理。
如以上所讨论的，电力存储设备202和208之间的差异将意味着它们将以不同速率放电。另外如以上所讨论的，被动平衡电路虽然有效，但是在电力存储设备202和208之间的电荷平衡方面效率低，因为平衡产生耗散热和损失能量。本公开的示例在下面讨论此能量耗散如何能够被减少，并且替代地是通过主动平衡电路从一个电力存储设备移动到另一个电力存储设备。主动平衡电路可以双向地工作以平衡串联耦合的两个不对称的电力存储设备单元202和208之间的电压以满足单元容差。主动平衡电路通过将能量从一个电力存储设备单元转移到另一电力存储设备单元来平衡电压，这对不对称的电力存储设备单元特别有利。
图3是图示依照本公开的示例的具有主动平衡电路302的电力架构电路300的示意表示的图。电力架构电路300可以具有电连接到地306和第一端子308的第一电力存储设备304。第二电力存储设备310可以电连接到第一端子308和第二端子312。具有第一电力转换器324A的高功率电气电路316可以耦合到第二端子312。具有第二电力转换器324B的低功率电气电路314可以耦合到第一端子308。主动平衡电路302可以电连接到地306、第一端子308和第二端子312。
被动平衡电路可能对电力结构电路200和/或300没有用。被动平衡电路本质上是具有与每一个电力存储设备并联的开关的电路。如果一个电力存储设备与另一个电力存储设备比具有更高的比例电压，则与更高比例电压的电力存储设备相关联的开关将闭合并且通过电阻器对电池放电以使过量电压耗散。对于被动平衡电路，当在两个或更多个电力存储设备之间存在电力存储设备电压不平衡时，该电压通过电阻器耗散并损失。
主动平衡电路302可以与第一电力存储设备304和第二电力存储设备310并联连接并且被配置成在第一电力存储设备304与第二电力存储设备310之间转移能量。主动平衡电路302可以具有被配置成在第一电力存储设备304与第二电力存储设备310之间转移能量的第三电力转换器340和第四电力转换器342。第三电力转换器340和第四电力转换器342可以是直流电到直流电电力转换器。第三电力转换器340可以作为降压转换器工作以将能量从第二电力存储设备310转移到第一电力存储设备304。第四电力转换器342可以作为升压转换器工作以将能量从第一电力存储设备转移到第二电力存储设备。
对于主动平衡电路302，这种不平衡的能量能够被以高效率从一个电力存储设备304或310转移到另一个电力存储设备310或304(例如，与在被动平衡电路中损失的所有能量相比100mAh中的98％或约2mAh被耗散)。此外，电力存储设备304和310不需要是相同的并且可以是不对称的。
主动平衡电路302可以平衡电力存储设备304和310之间的电压。绝缘栅双极晶体管可以被用于切换设备318和320。和二极管桥式整流器对比，脉冲宽度调制整流器实现双向电力流(即，电力可以如由箭头330所指示的那样在两个方向上流动)。第三电力转换器340和第四电力转换器342可以是相结合地包含至少两个半导体、开关320和318以及至少一个储能元件(电感322)的一类开关模式电源。
主动平衡电路302可以具有三个端口：耦合到端子308的端口1、耦合到端子312的端口2和地306。如果存在电力存储设备电压不平衡并且期望将能量从电力存储设备310转移到电力存储设备304，则主动平衡电路302会将第三电力转换器340作为降压转换器工作并且端口2将作为来自电力存储设备310的输入而端口1作为到电力存储设备304的输出端。电荷将沿着箭头330从电力存储设备310流向电力存储设备304。
如果期望将能量从电力存储设备304转移到电力存储设备310，则主动平衡电路302会将第四电力转换器342作为升压转换器工作并且端口1将作为来自电力存储设备304的输入端并且端口2将作为到电力存储设备310的输出端。电荷将沿着箭头330从电力存储设备304流向电力存储设备310。
主动平衡电路302在校正电力存储设备304和310之间的任何不平衡时可能是有用的，其可能随着电力存储设备304和310中的每一者放电而发生。如以上所讨论的，并非所有用户都以相同方式使用他们的移动设备，诸如可折叠移动设备100。一些人是非常活跃的用户并且重度地使用显示器110。显示器110从电力存储设备304和310两者重度地汲取。然而，如果可折叠移动设备100还在执行需要许多处理能力的一些任务，则低功率的电气电路314将使用来自电池304的电力。这种使用可以创建不平衡，主动平衡电路302可以随着该不平衡被检测到而解决它，从而以高效率转移速率保证电力存储设备电荷的持续平衡。还能够在充电期间实现此转移过程和效率速率。
图4是图示依照本公开的示例的在两个或更多个电力存储设备304和310之间主动平衡电荷的示例工作的流程图。第一电力转换器324A可以使用来源于第一电力存储设备304和第二电力存储设备310的电能来生成第一电力信号以给第一组组件供电(402)。第二电力转换器324B可以生成并使用来源于第一电力存储设备304而不是第二电力存储设备310的电能以创建第二电力信号来给第二组组件供电(404)。
与第一电力存储设备304和第二电力存储设备310并联连接的主动平衡电路302可以在第一电力存储设备304与第二电力存储设备310之间转移能量(406)。主动平衡电路302可以具有第三电力转换器340和第四电力转换器342。第三电力转换器340可以是第一直流电到直流电电力转换器。第四电力转换器342可以是第二直流电到直流电电力转换器。转移能量可以涉及将第三电力转换器340作为降压转换器工作以将能量从第二电力存储设备310转移到第一电力存储设备304。转移能量可以涉及将第四电力转换器342作为升压转换器工作以将能量从第一电力存储设备304转移到第二电力存储设备310。
充电器可以连接到端子312以为第一电力存储设备304和第二电力存储设备310提供充电电压。充电器可以经由主动平衡电路302将能量从充电器转移到第二电力存储设备310和第一电力存储设备304(408)。能够如在下面更详细地讨论的那样直接地执行将能量从充电器转移到第二电力存储设备310。为了对第一电力存储设备304充电，第三电力转换器340作为降压转换器以将能量从充电器转移到第一电力存储设备304。还将在下面更详细地讨论此工作。
图5是图示依照本公开的示例的具有耦合到充电器504的主动平衡电路502的电力架构电路500的示意表示的图。电力架构电路500可以类似于电力架构电路300并且可以具有电连接到地508和第一端子510的第一电力存储设备506。第二电力存储设备512可以电连接到第一端子510和第二端子514。具有第一电力转换器524A的高功率的电气电路518可以耦合到第二端子514。具有第二电力转换器524B的低功率的电气电路516可以耦合到第一端子510。具有带电感器522和开关518的第三电力转换器540以及带电感器522和开关520的第四电力转换器542的主动平衡电路502可以电连接到地508、第一端子510和第二端子514。充电器504可以被配置成电连接到第二端子514。
电力存储设备506和510以及充电器504可以被设计成处理特定充电(例如，1C充电)。在单个电力存储设备系统中，这是相对容易的过程。如果电力存储设备是2000mAh电力存储设备单元，则充电器可以被设计成给单元提供多达2000mA充电电流。然而，电力架构电路500是具有第一电力存储设备506和第二电力存储设备512的双单元电力存储设备。此外，电力存储设备506和电力存储设备512可能是不对称的，从而进一步使充电器504和主动平衡电路502的设计复杂化。
如果电力存储设备506具有XmAh的容量并且电力存储设备512具有YmAh的容量，则为了满足1C充电规格，充电器504可以被设计成具有
Figure BDA0003926475620000181
输出电流能力。此外，主动平衡电路可以被设计为具有
Figure BDA0003926475620000182
电流平衡能力以确保电力存储设备506接收适当的输出电流能力。
例如，如果电力存储设备512具有3000mAh电流能力而电力存储设备506具有1000mAh电流能力，则充电器504可以被设计为
Figure BDA0003926475620000183
充电电流能力。因此，最大充电电流能力可以低于电力存储设备512的电流能力并且降低电力存储设备512过充电或损坏的风险。
主动平衡电路可以被设计为
Figure BDA0003926475620000184
电流平衡能力。因此，主动平衡电路502在充电期间通过将充电电流限制为1000mA(即电力存储设备506的电流能力)来保护电力存储设备506。因此，充电器504和主动平衡电路502一起工作以确保电力存储设备506和512具有适当的充电速率并且确保两个电力存储设备以相对相等的速率充电。
充电器设计和主动平衡电路设计允许电力架构电路200、300和500不需要具有对称的电力存储设备。利用本公开的示例和技术的电力架构电路设计，大多数任何尺寸和在尺寸方面有差异(在可折叠移动设备100的尺寸约束内)的电力存储设备可能被使用并且仍然正常运作。此外，主动平衡电路502确保电力存储设备506和512保持被成比例地充电，以分别向低功率的电气电路516和高功率的电气电路518提供适当的电源。
出于说明的目的，已经参考特定实现方式描述了前面的描述。然而，以上说明性讨论不旨在为详尽的或者将所公开的主题的实现方式限于所公开的精确形式。许多修改和变化鉴于以上教导是可能的。实现方式被选取和描述以便说明所公开的主题的实现方式的原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够利用那些实现方式以及具有如可能适于所设想的特定用途的各种修改的各种实现方式。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
第一电力存储设备；
第二电力存储设备，所述第二电力存储设备与所述第一电力存储设备串联连接；
第一电力转换器，所述第一电力转换器被配置成使用来源于所述第一电力存储设备和所述第二电力存储设备的电能来生成第一电力信号以给第一组组件供电；以及
第二电力转换器，所述第二电力转换器被配置成使用来源于所述第一电力存储设备而不是所述第二电力存储设备的电能来生成第二电力信号以给第二组组件供电。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括主动平衡电路，所述主动平衡电路与所述第一电力存储设备和所述第二电力存储设备连接并且被配置成在所述第一电力存储设备与所述第二电力存储设备之间转移能量。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述主动平衡电路包括至少第三电力转换器，所述第三电力转换器被配置成在所述第一电力存储设备与所述第二电力存储设备之间转移所述能量。
4.根据权利要求3所述的设备，进一步包括第四电力转换器，所述第四电力转换器被配置成在所述第一电力存储设备与所述第二电力存储设备之间转移所述能量，其中，所述第三电力转换器和所述第四电力转换器中的每一者包括直流电到直流电电力转换器。
5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述第三电力转换器被配置成作为降压转换器工作以将所述能量从所述第二电力存储设备转移到所述第一电力存储设备。
6.根据权利要求3所述的设备，进一步包括第四电力转换器，所述第四电力转换器被配置成在所述第一电力存储设备与所述第二电力存储设备之间转移所述能量，其中，所述第四电力转换器被配置成作为升压转换器工作以将所述能量从所述第一电力存储设备转移到所述第二电力存储设备。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一电力存储设备具有与所述第二电力存储设备不同的电力存储容量。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一组组件与所述第二组组件比平均消耗更多的电力。
9.根据权利要求1所述的设备，
其中，所述第一组组件包括显示器，并且
其中，所述第二组组件包括处理器。
10.一种方法，所述方法包括：
由第一电力转换器并且使用来源于第一电力存储设备和第二电力存储设备的电能来生成第一电力信号以给第一组组件供电；以及
由第二电力转换器并且使用来源于所述第一电力存储设备而不是所述第二电力存储设备的电能来生成第二电力信号以给所述第二组组件供电。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括由与所述第一电力存储设备和所述第二电力存储设备连接的主动平衡电路在所述第一电力存储设备与所述第二电力存储设备之间转移能量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述主动平衡电路包括至少第三电力转换器，所述转移包括所述第三电力转换器改变从所述第一电力存储设备供应给所述第二电力存储设备的电压。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述主动平衡电路包括至少第四电力转换器，所述转移包括所述第四电力转换器改变从所述第二电力存储设备供应给所述第一电力存储设备的电压。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，转移所述能量包括将所述第三电力转换器作为降压转换器工作以将所述能量从所述第二电力存储设备转移到所述第一电力存储设备。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，转移所述能量包括将所述第四电力转换器作为升压转换器工作以将所述能量从所述第一电力存储设备转移到所述第二电力存储设备。
16.根据权利要求11所述的方法，进一步包括由与所述第二电力存储设备和所述主动平衡电路连接的充电器将能量转移到所述第一电力存储设备和所述第二电力存储设备。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述主动平衡电路包括至少第三电力转换器，所述转移包括所述第三电力转换器改变从所述充电器到所述第一电力存储设备的电压。
18.一种电力管理电路，所述电力管理电路包括：
第一电力转换器，所述第一电力转换器并联连接到第一电力存储设备；以及
第二电力转换器，所述第二电力转换器并联连接到第二电力存储设备，
其中，所述第一电力转换器和所述第二电力转换器被配置成在所述第一电力存储设备与所述第二电力存储设备之间转移能量，并且
其中，所述第一电力存储设备串联连接到所述第二电力存储设备。
19.根据权利要求18所述的电力管理电路，
其中，所述第一电力存储设备和所述第二电力存储设备是不对称的电力存储设备。
20.根据权利要求19所述的电力管理电路，
其中，所述第一电力转换器被配置成作为降压转换器工作以将所述能量从所述第二电力存储设备转移到所述第一电力存储设备，并且
其中，所述第二电力转换器被配置成作为升压转换器工作以将所述能量从所述第一电力存储设备转移到所述第二电力存储设备。
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