專利名稱：供電系統(tǒng)和電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多個(gè)供電裝置的供電系統(tǒng)以及包括這樣的供電系統(tǒng)的電子裝置。
背景技術(shù)：
諸如包括干電池的原電池、諸如鋰離子電池的二次電池、以及諸如燃料電池和太陽(yáng)能電池的發(fā)電裝置的供電裝置被用作其中多個(gè)電池元(cell)彼此串聯(lián)連接或并聯(lián)連接以滿足電子裝置的電力需求的電池組(assembled battery) 0然而，在其中每一供電裝置的特性和劣化程度變化的情況下，特定供電裝置遭受過(guò)載。因此，降低作為電池組的特性。在一些情況下，由此引起危險(xiǎn)的故障。例如，在通過(guò)串聯(lián)連接多個(gè)電池元來(lái)配置電池組的情況下，相應(yīng)電池元的變化成為大問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，在每一電池元的每一內(nèi)部阻抗變化的情況下，熱值在具有高內(nèi)部阻抗的電池元中增加，并且該電池元中的劣化特別快速地進(jìn)行下去。如果劣化進(jìn)行下去，則內(nèi)部阻抗增加更多。最后，由于內(nèi)部阻抗導(dǎo)致的壓降超出電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)致其中端子間電壓反相 (reverse)的“極性反轉(zhuǎn)狀態(tài)”。進(jìn)一步地，在這樣的極性反轉(zhuǎn)狀態(tài)中，顯著降低作為電池組的輸出(例如，參考專利文獻(xiàn)1和2)。其間，在通過(guò)并聯(lián)連接多個(gè)電池元來(lái)配置電池組的情況下，相應(yīng)電池元的變化也成為大問(wèn)題。在并聯(lián)連接其每一個(gè)具有不同電動(dòng)勢(shì)的多個(gè)電池元的情況下，電流從具有高電動(dòng)勢(shì)的電池元流到具有低電動(dòng)勢(shì)的電池元。原則上，當(dāng)電池元的內(nèi)部阻抗降低時(shí)，這樣的逆流(backflow)現(xiàn)象更容易發(fā)生。由此，當(dāng)電池元性能改進(jìn)越多并且內(nèi)部阻抗減小越多時(shí)，逆流電流增加越多，這是所謂折衷(trade-off)。這里，在通過(guò)串聯(lián)連接不可用于充電(電流逆流)的諸如干電池、燃料電池、和太陽(yáng)能電池的供電裝置來(lái)配置電池組的情況下，相應(yīng)電池元的變化成為更大的問(wèn)題。例如，在干電池的情況下，如果并聯(lián)連接新干電池和舊干電池，則電流從具有高電動(dòng)勢(shì)的新電池流到舊電池，并由此在舊電池中生成氣泡等，這可能導(dǎo)致破裂。此外，在燃料電池元和太陽(yáng)能電池元的情況下，電流強(qiáng)有力地(forcefully)從具有高電動(dòng)勢(shì)的電池元流到具有低電動(dòng)勢(shì)的電池元，并由此可促進(jìn)電極材料的劣化(例如，參考專利文獻(xiàn)3)。此外，在通過(guò)并聯(lián)連接其中通過(guò)泵等來(lái)供應(yīng)燃料的主動(dòng)燃料電池元來(lái)配置電池組的情況下，其狀態(tài)更嚴(yán)重。在主動(dòng)燃料電池元中，燃料供應(yīng)量容易變得脈動(dòng)(pulsative)。 即，電動(dòng)勢(shì)的時(shí)間改變非常大。所以，為了獲得多個(gè)燃料電池元的穩(wěn)定發(fā)電，期望獨(dú)立控制燃料噴出(spouting)。然而，由于這樣的獨(dú)立控制，所以每一電動(dòng)勢(shì)在多個(gè)燃料電池元之間變化。此外，在通過(guò)并聯(lián)連接太陽(yáng)能電池元來(lái)配置電池組的情況下，其狀態(tài)類似地更嚴(yán)重。這是因?yàn)樵谔?yáng)能電池元中，如果遮蔽其一部分，則其電動(dòng)勢(shì)改變。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本未審專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2008-245481
專利文獻(xiàn)2 日本未審專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2008-182809專利文獻(xiàn)3 日本未審專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)59-23043
發(fā)明內(nèi)容
所以，為了解決前述問(wèn)題，使用整流器(二極管)的方法可以是候選方法。具體來(lái)說(shuō)，在該方法中，通過(guò)將二極管與彼此并聯(lián)連接的每一電池串聯(lián)連接，防止來(lái)自其他電池的電流流動(dòng)，同時(shí)獲得高穩(wěn)定性。然而，在該方法中，由于二極管的壓降，所以生成不必要的電力損耗。由此，如果使用具有小正向電壓的肖特基勢(shì)壘二極管，則這樣的電力損耗能夠在某種程度上降低。然而， 在諸如燃料電池元和太陽(yáng)能電池元的具有低電動(dòng)勢(shì)的發(fā)電裝置中，即使使用肖特基勢(shì)壘二極管，相對(duì)電力損耗也變大，這導(dǎo)致問(wèn)題。在如上面那樣通過(guò)使用多個(gè)供電裝置來(lái)執(zhí)行電力供應(yīng)的過(guò)程中，期望禁止每一供電裝置的電力損耗和劣化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性?？紤]到前述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種在通過(guò)使用多個(gè)供電裝置執(zhí)行電力供應(yīng)的情況下能夠抑制每一供電裝置的電力損耗和劣化同時(shí)實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性的供電系統(tǒng)、以及包括這樣的供電系統(tǒng)的電子裝置。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種供電系統(tǒng)包括多個(gè)供電裝置；切換元件，分別與相應(yīng)供電裝置串聯(lián)連接；和控制電路部件，用于基于相應(yīng)供電裝置的端子間電壓來(lái)控制相應(yīng)切換元件的通/斷狀態(tài)，使得與所述多個(gè)供電裝置之中的具有最高端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件選擇性地成為處于接通狀態(tài)，而與其他供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件成為處于關(guān)斷狀態(tài)。這里，“供電裝置”意味著例如原電池、二次電池、或發(fā)電裝置(燃料電池元、太陽(yáng)能電池元等)。以別的方式，可以使用不同類型供電裝置的組合。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子裝置包括前述供電系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明的供電系統(tǒng)和電子裝置中，控制相應(yīng)切換元件的通/斷狀態(tài)，使得與所述多個(gè)供電裝置之中的具有最高端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件選擇性地成為處于接通狀態(tài)，而與其他供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件成為處于關(guān)斷狀態(tài)。由此，防止由于相應(yīng)供電裝置之間的特性變化和劣化程度變化而引起的特定供電裝置上的過(guò)載。此外，由于與具有最高端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件選擇性地成為處于接通狀態(tài)，所以在不生成不必要的電力損耗的情況下，防止不同供電裝置之間的電流流動(dòng)，這與使用二極管的現(xiàn)有情況不同。此外，由于選擇性地輸出具有最高端子間電壓的供電裝置的電力，所以與通過(guò)將多個(gè)供電裝置彼此串聯(lián)連接而進(jìn)行輸出的情況相比，相應(yīng)供電裝置之間的變化在某種程度上成為可允許的。根據(jù)根據(jù)本發(fā)明的供電系統(tǒng)和電子裝置，控制相應(yīng)切換元件的通/斷狀態(tài)，使得與所述多個(gè)供電裝置之中的具有最高端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件選擇性地成為處于接通狀態(tài)，而與其他供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件成為處于關(guān)斷狀態(tài)。由此，防止特定供電裝置上的過(guò)載，并且在不生成不必要的電力損耗的情況下，能夠防止不同供電裝置之間的電流流動(dòng)。此外，由于選擇性地輸出具有最高端子間電壓的供電裝置的電力，所以相應(yīng)供電裝置之間的變化在某種程度上成為可允許的。由此，在通過(guò)使用多個(gè)供電裝置執(zhí)行電力供應(yīng)的情況下，能夠禁止每一供電裝置的電力損耗和劣化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性。


[圖1]圖1是圖示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的供電系統(tǒng)的整體配置的圖。[圖2]圖2是圖示了根據(jù)比較示例的電力供應(yīng)部件的配置和操作的電路圖。[圖3]圖3是用于解釋圖1中圖示的電力供應(yīng)部件中的供電裝置的連接切換操作的示例的示意圖。[圖4]圖4是用于解釋圖1中圖示的電力供應(yīng)部件中的供電裝置的連接切換操作的示例的定時(shí)波形圖。[圖5]圖5是圖示了圖1中圖示的電力供應(yīng)部件中的供電裝置的連接狀態(tài)的示例的示意圖。[圖6]圖6是圖示了多個(gè)供電裝置中的電壓和電流的老化特性的示例的特性圖。[圖7]圖7是圖示了根據(jù)第一實(shí)施例的變型的電力供應(yīng)部件的配置的電路圖。[圖8]圖8是圖示了根據(jù)第二實(shí)施例的電力供應(yīng)部件的結(jié)構(gòu)的電路圖。[圖9]圖9是用于解釋在圖8中圖示的電力供應(yīng)部件中的供電裝置的連接切換操作的示例的示意圖。[圖10]圖10是圖示了根據(jù)第二實(shí)施例的變型的電力供應(yīng)部件的結(jié)構(gòu)的電路圖。[圖11]圖11是圖示了根據(jù)第三實(shí)施例的電力供應(yīng)部件的結(jié)構(gòu)的電路圖。[圖12]圖12是用于解釋在圖11中圖示的電力供應(yīng)部件中的放電時(shí)的供電裝置的連接切換操作的示例的示意圖。[圖13]圖13是用于解釋在圖11中圖示的電力供應(yīng)部件中的放電時(shí)的供電裝置的連接切換操作的另一示例的示意圖。[圖14]圖14是用于解釋在圖11中圖示的電力供應(yīng)部件中的充電時(shí)的供電裝置的連接切換操作的示例的示意圖。[圖15]圖15是用于解釋在圖11中圖示的電力供應(yīng)部件中的充電時(shí)的供電裝置的連接切換操作的另一示例的示意圖。[圖16]圖16是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的變型的供電裝置的連接切換操作的示例的示意圖。[圖17]圖17是圖示了本發(fā)明的供電系統(tǒng)所應(yīng)用到的燃料電池元系統(tǒng)的整體配置示例的框圖。
具體實(shí)施例方式其后將參考圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。將按照以下順序給出描述1.第一實(shí)施例(電力供應(yīng)部件中用于連接切換的基本結(jié)構(gòu)示例)2.第二實(shí)施例(電力供應(yīng)部件中用于連接切換的多級(jí)結(jié)構(gòu)示例)3.第三實(shí)施例(在使用二次電池的情況下用于充電和放電雙重用途的結(jié)構(gòu)示例)4.變型和應(yīng)用示例(應(yīng)用到燃料電池元系統(tǒng)等的示例)<1.第一實(shí)施例>[供電系統(tǒng)的整體配置示例]
圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的供電系統(tǒng)(供電系統(tǒng)4)的整體配置。供電系統(tǒng) 4通過(guò)輸出端T2供應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)負(fù)荷6的電力。供電系統(tǒng)4包括電力供應(yīng)部件2、DC/DC變換器33、和二次電池；34。電力供應(yīng)部件2生成用于供應(yīng)電力的端子間電壓(電動(dòng)勢(shì))VI。電力供應(yīng)部件2 具有兩個(gè)供電裝置IA和1B、兩個(gè)(一對(duì))切換元件SWlA和SW1B、比較器Compl、邏輯非電路(反相器)NOTl、和電阻器Rl。供電裝置IA生成端子間電壓V1A，并且供電裝置IB生成端子間電壓V1B。供電裝置IA的一端連接到連接點(diǎn)P1A，而其另一端接地。供電裝置IB的一端連接到連接點(diǎn)P1B， 而其另一端接地。作為這樣的供電裝置IA和1B，能夠使用原電池、二次電池、發(fā)電裝置、或其組合。具體來(lái)說(shuō)，原電池的示例包括諸如錳電池和堿性電池的干電池、汞電池、氧化銀電池、和鋰電池。二次電池的示例包括鋰離子電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、和鉛電池。發(fā)電裝置的示例包括燃料電池、太陽(yáng)能電池、和DC發(fā)電機(jī)。切換元件SWlA和SWlB分別與相應(yīng)供電裝置IA和IB的一個(gè)端側(cè)(連接點(diǎn)PlA和 PlB側(cè))串聯(lián)連接。切換元件SWlA和SWlB由例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、雙極晶體管、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)、繼電器等組成。在切換元件SWlA和SWlB由FET組成的情況下，使能高速切換操作。其間，在切換元件SWlA和SWlB由繼電器組成的情況下，處于接通狀態(tài)的阻抗 (接通阻抗)能夠保持低。切換元件SWlA和SWlB分別由ρ溝道MOS-FET組成。切換元件 SfflA的柵極與邏輯非電路NOTl的輸出端連接，其漏極與連接線LlH連接，而其源極與連接點(diǎn)PlA連接。切換元件SWlB的柵極與連接點(diǎn)PlO連接，其漏極與連接線LlH連接，而其源極與連接點(diǎn)PlB連接。比較器Compl根據(jù)連接點(diǎn)PlA和PlB之間的電勢(shì)差(端子間電壓VlA和VlB之間的電勢(shì)差)來(lái)輸出輸出電壓“高(Vcc) ”或“低(地)”。比較器Compl的反相輸入端與連接點(diǎn)PlA相連，其非反相輸入端與連接點(diǎn)PlB相連，并且其輸出端與連接點(diǎn)PlO相連。邏輯非電路NOTl輸出電壓，以成為來(lái)自比較器Compl的輸出電壓的邏輯非信號(hào)。 其輸入端與連接點(diǎn)PlO相連，而輸出端與切換元件SWlA的柵極相連。電阻器Rl是用于向比較器Compl給予滯后現(xiàn)象(hysteresis)的電阻器。其一端與連接點(diǎn)PlB相連，而其另一端與連接點(diǎn)PlO相連。利用前述結(jié)構(gòu)，用于控制相應(yīng)切換元件SWlA和SWlB的通/斷狀態(tài)的控制電路部件(放電電路部件)由切換元件SWlA和SW1B、比較器Compl、邏輯非電路N0T1、和電阻器 Rl組成。特別是，控制電路部件基于相應(yīng)供電裝置IA和IB的端子間電壓VlA和VlB進(jìn)行控制，使得與供電裝置IA和IB中具有最高端子間電壓(更高電動(dòng)勢(shì))的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件選擇性地成為處于接通狀態(tài)。此外，與(具有較低端子間電壓的)其他供電裝置對(duì)應(yīng)的所有切換元件成為處于關(guān)斷狀態(tài)。即，這樣的控制電路部件(放電電路部件)操作作為互鎖開(kāi)關(guān)。DC/DC變換器33被安排在連接線LlH和輸出線LO上的連接點(diǎn)P3之間。DC/DC變換器33對(duì)于電力供應(yīng)部件2的端子間電壓Vl (DC電壓)執(zhí)行電壓變換(例如，執(zhí)行升壓)， 并由此生成DC電壓V2。二次電池34被安排在輸出線LO上的連接點(diǎn)P3和地之間。二次電池34基于DC/ DC變換器33所生成的DC電壓V2來(lái)執(zhí)行電存儲(chǔ)。二次電池34由例如鋰離子電池等組成。
[供電系統(tǒng)的操作和效果]接下來(lái)，將對(duì)于該實(shí)施例的供電系統(tǒng)4的操作和效果詳細(xì)地給出描述。(供電系統(tǒng)的基本操作示例)在供電系統(tǒng)4中，基于供電系統(tǒng)IA和IB中的端子間電壓VlA和VlB而從電力供應(yīng)部件2中提取電流(發(fā)電電流)II?；陔娏鱅l的端子間電壓(DC電壓)Vl由DC/DC變換器33提供電壓變換以成為DC電壓V2。將DC電壓V2供應(yīng)到二次電池34或負(fù)荷(例如， 電子裝置主體)。在將DC電壓V2供應(yīng)到二次電池34的情況下，基于該電壓來(lái)對(duì)二次電池 34充電。其間，在將DC電壓V2通過(guò)輸出端T2供應(yīng)到負(fù)荷6的情況下，驅(qū)動(dòng)負(fù)荷6，并進(jìn)行預(yù)定操作。這時(shí)，在電力供應(yīng)部件2中，執(zhí)行多個(gè)供電裝置IA和IB之間的連接切換操作，并由此提取電流Il和端子間電壓Vl作為整個(gè)電力供應(yīng)部件2。(比較示例中的連接切換操作)這里，在描述該實(shí)施例的連接切換操作之前，首先，將參考圖2對(duì)于根據(jù)比較示例的電力供應(yīng)部件2中的連接切換操作給出描述。圖2圖示了根據(jù)比較示例的電力供應(yīng)部件的結(jié)構(gòu)。分別地，圖2(A)圖示了根據(jù)比較示例1的電力供應(yīng)部件102，而圖2(B)圖示了根據(jù)比較示例2的電力供應(yīng)部件202。在圖2(A)中圖示的比較示例1中，兩個(gè)供電裝置IA和IB彼此并聯(lián)連接，而二極管DlA和DlB與供電裝置IA和IB串聯(lián)連接。由此，即使在相應(yīng)供電裝置IA和IB之間存在變化，在輸出輸出電壓VlOl的情況下，也防止電流流動(dòng)(參考圖中的電流路徑IlOlA和 I101B)。然而，在比較示例1中，由于二極管的壓降，所以生成不必要的電力損耗。由此，如果使用具有小正向電壓的肖特基勢(shì)壘二極管，則這樣的電力損耗能夠在某種程度上降低。 然而，在將諸如燃料電池元和太陽(yáng)能電池元的具有低電動(dòng)勢(shì)的發(fā)電裝置用作供電裝置IA 和IB的情況下，即使使用肖特基勢(shì)壘二極管，相對(duì)電力損耗也變大，這導(dǎo)致麻煩。其間，在圖2(B)中圖示的比較示例2中，兩個(gè)供電裝置IA和IB彼此串聯(lián)連接。由此，不需要前述二極管DlA和DlB (逆流防止裝置)，并由此不生成不必要的電力損耗。然而，在比較示例2中，相應(yīng)供電裝置IA和IB之間的變化成為大間題。特別是， 在供電裝置IA和IB的每一內(nèi)部阻抗(未圖示)變化的情況下，熱值在具有較高內(nèi)部阻抗的供電裝置中增加，并且這樣的供電裝置中的劣化特別快速地進(jìn)行下去。如果劣化進(jìn)行下去，則內(nèi)部阻抗增加更多。最后，內(nèi)部阻抗引起的壓降超出電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)致其中端子間電壓反相的“極性反轉(zhuǎn)狀態(tài)”。此外，在這樣的極性反轉(zhuǎn)狀態(tài)下，作為整個(gè)電力供應(yīng)部件202的輸出 (輸出電壓V201)極大地降低。其間，在該實(shí)施例的電力供應(yīng)部件2中，如圖3到圖5中圖示的，切換元件SWlA和 SWlB與相應(yīng)供電裝置IA和IB串聯(lián)連接。此外，在注意到電流抽出(draw)越多電壓減少越多的供電裝置的特性的情況下，與具有較高端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件選擇性地成為處于接通狀態(tài)。具體來(lái)說(shuō)，在前述控制電路部件中，根據(jù)兩個(gè)供電裝置IA和IB的端子間電壓之間的差(VlA-VlB)，來(lái)執(zhí)行相應(yīng)切換元件SWlA和SWlB的通/斷狀態(tài)的連接切換。此外，在該實(shí)施例中，如圖3和圖4中圖示的，在增加端子間電壓之間的差(VlA-VlB)時(shí)和減少端子間電壓之間的差(VlA-VlB)時(shí)、在這樣的連接切換中、端子間電壓之間的差(VlA-VlB)的閾值電壓是具有彼此不同的值的Vthp和Vthm。具體來(lái)說(shuō)，在增加端子間電壓之間的差(VlA-VlB)的情況下，在閾值電壓VthpOVthm，例如0. 2V)處切換連接狀態(tài)。其間，在減少端子間電壓之間的差(VlA-VlB)的情況下，在閾值電壓Vthm( < Vthp， 例如-0. 2V)處切換連接狀態(tài)。由此，首先，在圖4中指示的操作時(shí)間段ΔΤΑ中，例如，如圖5(A)中圖示的，與具有較高端子間電壓的供電裝置IA對(duì)應(yīng)的切換元件SWlA選擇性地成為處于接通狀態(tài)，而另一切換元件SWlB成為處于關(guān)斷狀態(tài)。由此，能夠通過(guò)圖中的放電電流IlA來(lái)從外部向供電裝置IA抽出電流，并且根據(jù)負(fù)荷6來(lái)降低端子間電壓VIA。然后，在端子間電壓VlA低于閾值電壓Vthm的情況下，例如，如圖5 (B)中圖示的， 切換元件SWlA成為處于關(guān)斷狀態(tài)，而切換元件SWlB與其關(guān)聯(lián)地成為處于接通狀態(tài)(圖4中的操作時(shí)間段ΔΤΒ)。由此，在操作時(shí)間段ΔΤΒ中，在該情況下，通過(guò)圖中的放電電流IlB 來(lái)從外部向供電裝置IB抽出電流。然后，在此之后，供電裝置IB的端子間電壓VlB減少，而供電裝置IA的端子間電壓VlA恢復(fù)。由此，供電裝置IB側(cè)的切換元件SWlB成為處于關(guān)斷狀態(tài)，而供電裝置IA側(cè)的切換元件SWlA成為處于接通狀態(tài)(圖4中的操作時(shí)間段ΔΤΑ)。因此，操作時(shí)間段Δ TA 和Δ TB重復(fù)。因此，兩個(gè)供電裝置IA和IB中的與具有較高端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件選擇性地成為處于接通狀態(tài)，而與具有較低端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件成為處于關(guān)斷狀態(tài)。由此，防止由于相應(yīng)供電裝置IA和IB之間的特性變化和劣化變化而引起的特定供電裝置上的過(guò)載。此外，與具有較高端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件選擇性地成為處于接通狀態(tài)。由此，與使用現(xiàn)有二極管的情況不同，不生成不必要的電力損耗，并且防止不同供電裝置IA和IB之間的電流流動(dòng)。S卩，在該實(shí)施例中，在快速切換供電裝置IA和IB的同時(shí)， 從其兩者平均抽出電流。如果供電裝置IA劣化多于供電裝置1Β，并且供電裝置IA具有更高內(nèi)部阻抗，則供電裝置IA的端子間電壓降低速度高于供電裝置IB的端子間電壓降低速度。在該實(shí)施例中，快速電壓降低的供電裝置IA與負(fù)荷鏈接的時(shí)間變短，并且使能在保護(hù)劣化的供電裝置IA時(shí)的用途。此外，由于能夠選擇切換元件SWlA和SWlB的大約幾十πιΩ 的接通阻抗，所以將電力損耗保持最小。此外，選擇性地輸出具有較高端子間電壓的供電裝置的電力(發(fā)電電力)。由此， 與通過(guò)將兩個(gè)供電裝置IA和IB彼此串聯(lián)連接而進(jìn)行輸出的情況相比，相應(yīng)供電裝置IA和 IB之間的變化在某種程度上成為可允許的。這里，圖6圖示了通過(guò)使用四個(gè)鎳氫電池(電池元1到電池元4)的該實(shí)施例的電力供應(yīng)部件2的電路配置中的放電測(cè)試的結(jié)果。這里，電池元2和電池元4對(duì)應(yīng)于處于接近全充電狀態(tài)的狀態(tài)的電池元，而電池元1和電池元3對(duì)應(yīng)于處于放電狀態(tài)的電池元。另外，圖中的附圖標(biāo)記G4表示電池元1到電池元4中的電壓值(V)。此外，分別地，圖中的附圖標(biāo)記Gl表示電池元2和電池元4中的電流值㈧，附圖標(biāo)記G2表示電池元1和電池元3 中的電流值(Α)，而附圖標(biāo)記G3表示電池元1到4中的電流值(Α)。如附圖標(biāo)記Gl到G4 表示的，在放電早期，最好從電池元2和電池元4抽出電流，而在兩小時(shí)后，幾乎均勻地從所有電池元抽出電流。由此發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用該實(shí)施例的電路，即使并發(fā)使用具有彼此不同的每一電荷狀態(tài)的電池，也能夠安全并有效地執(zhí)行放電。如上所述，在該實(shí)施例中，控制相應(yīng)切換元件SWlA和SWlB的通/斷狀態(tài)，使得與兩個(gè)供電裝置IA和IB中的具有較高端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件選擇性地成為處于接通狀態(tài)，而與具有較低端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件成為處于關(guān)斷狀態(tài)。 由此，防止特定供電裝置上的過(guò)載，并能夠在不生成不必要的電力損耗的情況下，防止不同供電裝置IA和IB之間的電流流動(dòng)。此外，由于選擇性地輸出具有較高端子間電壓的供電裝置的電力，所以相應(yīng)供電裝置IA和IB之間的變化在某種程度上成為可允許的。所以，在通過(guò)使用多個(gè)供電裝置來(lái)執(zhí)行電力供應(yīng)的情況下，能夠禁止每一供電裝置的電力損耗和劣化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性。此外，在增加端子間電壓之間的差(VlA-VlB)時(shí)和減少端子間電壓之間的差 (VlA-VlB)時(shí)、在連接切換中、端子間電壓之間的差(VlA-VlB)的閾值電壓是具有彼此不同的值的Vthp和Vthm(示出滯后現(xiàn)象)。由此，在端子間電壓之間的差的值在閾值電壓(觸發(fā)器)附近波動(dòng)的情況下，避免連接狀態(tài)頻繁切換，并抑制比較器Compl等中的電功率消耗。另外，在該實(shí)施例中，例如，作為圖7中圖示的電力供應(yīng)部件2k,優(yōu)選的是，將電容器ClA和ClB (容性元件)與相應(yīng)供電裝置IA和IB并聯(lián)連接。在采用這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，即使對(duì)應(yīng)切換元件處于關(guān)斷狀態(tài)，也能夠在電容器ClA和ClB中存儲(chǔ)端子間電壓。由此， 相應(yīng)供電裝置IA和IB能夠被穩(wěn)定并持續(xù)地放電。<2、第二實(shí)施例>接下來(lái)，將描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。將通過(guò)對(duì)于與第一實(shí)施例的元件相同的元件使用相同附圖標(biāo)記，來(lái)給出描述，并且適當(dāng)時(shí)將省略其描述。[電力供應(yīng)部件的結(jié)構(gòu)示例]圖8圖示了該實(shí)施例的電力供應(yīng)部件(電力供應(yīng)部件2B)的電路配置。通過(guò)提供被配置為包括第一實(shí)施例的電力供應(yīng)部件2中的切換元件和前述控制電路部件的多個(gè)選擇性電路部件，來(lái)獲得電力供應(yīng)部件2B。另外，選擇性電路部件具有多級(jí)結(jié)構(gòu)，使得在所述多個(gè)選擇性電路部件所分別選擇性輸出的端子間電壓中，選擇性地輸出最高端子間電壓。即，電力供應(yīng)部件2B具有四個(gè)供電裝置IA到ID以及六個(gè)(三對(duì))切換元件SW1A、 SfflB, SW2A、SW2B、SW3A和SW3B。此夕卜，電力供應(yīng)部件2B具有三個(gè)比較器Compl到Comp3、 三個(gè)邏輯非電路NOTl到N0T3、和三個(gè)電阻器Rl到R3。供電裝置IA和IB的第一級(jí)結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的電力供應(yīng)部件2的結(jié)構(gòu)類似，除了切換元件SWlA和SWlB的源極連接到連接點(diǎn)P2A而不是連接線LlH之外，并由此將省略其描述。供電裝置IC和ID的第一級(jí)結(jié)構(gòu)基本上與供電裝置IA和IB的第一級(jí)結(jié)構(gòu)類似。 即，供應(yīng)端子間電壓VlC的供電裝置IC的一端連接到連接點(diǎn)P1C，而其另一端接地。供應(yīng)端子間電壓VlD的供電裝置ID的一端連接到連接點(diǎn)P1D，而其另一端接地。切換元件SW2A和 SW2B分別由例如MOS-FET、雙極晶體管、IGBT、繼電器等組成。在該情況下，切換元件SW2A 和SW2B分別由例如ρ溝道MOS-FET組成。切換元件SW2A的柵極連接到邏輯非電路N0T2 的輸出端，其漏極連接到連接點(diǎn)P2B，而其源極連接到連接點(diǎn)P1C。切換元件SW2B的柵極連接到連接點(diǎn)P20，其漏極連接到連接點(diǎn)P2B，而其源極連接到連接點(diǎn)P1D。比較器Comp2的反相輸入端連接到連接點(diǎn)P1C，其非反相輸入端連接到連接點(diǎn)P1D，而其輸出端連接到連接點(diǎn) P20。邏輯非電路N0T2的輸入端連接到連接點(diǎn)P20，而其輸出端連接到切換元件SW2A的柵極。電阻器R2的一端連接到連接點(diǎn)P1D，而其另一端連接到連接點(diǎn)P20。此外，第二級(jí)結(jié)構(gòu)基本上與第一級(jí)結(jié)構(gòu)類似。即，切換元件SW3A和SW;3B由例如 MOS-FET、雙極晶體管、IGBT、繼電器等組成。在該情況下，切換元件SW3A和SW!3B分別由例如ρ溝道MOS-FET組成。切換元件SW3A的柵極連接到邏輯非電路N0T3的輸出端，其漏極連接到連接線L1H，而其源極連接到連接點(diǎn)P2A。切換元件SW;3B的柵極連接到連接點(diǎn)P20， 其漏極連接到連接線L1H，而其源極連接到連接點(diǎn)P2B。比較器Comp3的反相輸入端連接到連接點(diǎn)P2A，其非反相輸入端連接到連接點(diǎn)P2B，而其輸出端連接到連接點(diǎn)P30。邏輯非電路 N0T3的輸入端連接到連接點(diǎn)P30，而其輸出端連接到切換元件SW3A的柵極。電阻器R3的一端連接到連接點(diǎn)P2B，而其另一端連接到連接點(diǎn)P30。[電力供應(yīng)部件的操作和效果]利用這樣的結(jié)構(gòu)，在該實(shí)施例的電力供應(yīng)部件2B中，在配置為包括切換元件和前述控制電路部件的相應(yīng)選擇性電路部件中，通過(guò)與第一實(shí)施例的操作類似的操作來(lái)獲得與第一實(shí)施例的效果類似的效果。由此，在電力供應(yīng)部件2B中，例如，如圖9中所示，在端子間電壓VlA到VlD之中的端子間電壓VlB最高的情況下，圖中的放電電流IlB流動(dòng)。S卩，如比賽(tournament)圖中那樣，具有最高端子間電壓的“唯一一個(gè)”供電裝置(在該情況下，供電裝置1B)連接到外部。如上所述，在該實(shí)施例中，選擇性電路部件具有多級(jí)結(jié)構(gòu)，使得在所述多個(gè)選擇性電路部件所分別選擇性輸出的端子間電壓中，選擇性地輸出最高端子間電壓。由此，即使包括三個(gè)或更多供電裝置，也能夠?qū)⒕哂凶罡叨俗娱g電壓的供電裝置連接到外部。另外，在該實(shí)施例中，再次例如，作為圖10中圖示的電力供應(yīng)部件2C，電容器ClA 到ClD最好與相應(yīng)供電裝置IA到ID并聯(lián)連接。此外，在該實(shí)施例中，盡管已對(duì)于兩級(jí)結(jié)構(gòu)給出了描述，但是可采用三級(jí)或更多級(jí)結(jié)構(gòu)。<3、第三實(shí)施例>接下來(lái)，將描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。將通過(guò)對(duì)于與第一實(shí)施例或第二實(shí)施例的元件相同的元件使用相同附圖標(biāo)記，來(lái)給出描述，并且適當(dāng)時(shí)將省略其描述。[電力供應(yīng)部件的結(jié)構(gòu)示例]圖11圖示了該實(shí)施例的電力供應(yīng)部件(電力供應(yīng)部件2D)的電路配置。在電力供應(yīng)部件2D中，供電裝置由諸如鋰離子電池的二次電池(二次電池7A和7B)組成。此外， 除了第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中描述的放電電路部件之外，前述控制電路部件還具有充電電路部件。放電電路部件是基于相應(yīng)二次電池7A和7B中的端子間電壓V7A和V7B使得僅與兩個(gè)二次電池7A和7B之中的具有較高端子間電壓的二次電池對(duì)應(yīng)的切換元件處于接通狀態(tài)、并選擇性地輸出該二次電池的端子間電壓、并進(jìn)行放電的電路。其間，充電電路部件是基于端子間電壓V7A和V7B使得僅與兩個(gè)二次電池7A和7B之中的具有較低端子間電壓的二次電池對(duì)應(yīng)的切換元件處于接通狀態(tài)、并選擇性地從外部向該二次電池輸入充電電壓以進(jìn)行充電的電路。
具體來(lái)說(shuō)，電力供應(yīng)部件2D具有兩個(gè)二次電池7A和7B、充電排他端子Tin、放電排他端子Tout、和充電/放電雙目的端子Tinout。二次電池7A和7B分別供應(yīng)端子間電壓V7A和V7B。二次電池7A的一端連接到連接點(diǎn)P1A，而其另一端接地。二次電池7B的一端連接到連接點(diǎn)P1B，而其另一端接地。二次電池7A和7B的示例包括鋰離子電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、和鉛電池。另外，作為在第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中描述的電容器IA和IB等，電容器C7A和C7B分別與二次電池7A和7B 并聯(lián)連接。由此，即使對(duì)應(yīng)切換元件處于關(guān)斷狀態(tài)，也能夠在電容器C7A和C7B中存儲(chǔ)端子間電壓。由此，使能穩(wěn)定的充電和放電。此外，能夠減少充電時(shí)的阻抗。然而，并非必須提供這樣的電容器C7A和C7B。電力供應(yīng)部件2D進(jìn)一步具有兩個(gè)(一對(duì))切換元件SWlA和SW1B、比較器Compl、 邏輯非電路N0T1、以及電阻器R1，用于配置在放電時(shí)執(zhí)行連接切換操作的電路。其電路配置與第一實(shí)施例的電力供應(yīng)部件2的電路配置類似，除了切換元件SWlA和SWlB的漏極連接到放電排他端子Tout而不是連接線LlH之外。由此，將省略其描述。電力供應(yīng)部件2D進(jìn)一步具有兩個(gè)(一對(duì))切換元件SW4A和SW4B，用于配置在充電時(shí)執(zhí)行連接切換操作的電路。前述比較器Compl、邏輯非電路N0T1、以及電阻器Rl進(jìn)一步配置用于在除了放電時(shí)之外在充電時(shí)執(zhí)行連接切換操作的電路。切換元件SW4A和SW4B分別由例如M0S-FET、雙極晶體管、IGBT、繼電器等組成。在該情況下，切換元件SW4A和SW4B分別由例如ρ溝道MOS-FET組成。切換元件SW4A的柵極連接到連接點(diǎn)P10，其源極連接到充電排他端子Tin，而其漏極連接到連接點(diǎn)P1A。切換元件 SW4B的柵極連接到邏輯非電路NOTl的輸出端，其源極連接到充電排他端子Tin，而其漏極連接到連接點(diǎn)P1B。電力供應(yīng)部件2D進(jìn)一步具有兩個(gè)(一對(duì))切換元件SW5A和SW5B、比較器Comp5、 邏輯非電路N0T5、以及電阻器R5和R6，用于配置在充電/放電雙目的端子Tinout中在充電時(shí)和放電時(shí)執(zhí)行端子切換的電路。切換元件SW5A和SW5B分別由例如M0S-FET、雙極晶體管、IGBT、繼電器等組成。在該情況下，切換元件SW5A和SW5B分別由ρ溝道MOS-FET組成。切換元件SW5A的柵極連接到連接點(diǎn)P40，其源極連接到連接點(diǎn)P50，而其漏極連接到連接點(diǎn)P4A。切換元件SW5B的柵極連接到邏輯非電路N0T5的輸出端，其漏極連接到連接點(diǎn)P50，而其源極連接到連接點(diǎn)P4B。 比較器Comp5的反相輸入端連接到連接點(diǎn)P50和電阻器R6的一端，其非反相輸入端連接到電阻器R6的另一端和充電/放電雙目的端子Tinout，而其輸出端連接到連接點(diǎn)P40。邏輯非電路N0T5的輸入端連接到連接點(diǎn)P40，而其輸出端連接到切換元件SW5B的柵極。電阻器 R5的一端連接到充電/放電雙目的端子Tinout，而其另一端連接到連接點(diǎn)P40。[電力供應(yīng)部件的操作和效果]根據(jù)前述結(jié)構(gòu)，在該實(shí)施例的電力供應(yīng)部件2D中，在放電時(shí)僅鏈接具有較高端子間電壓的二次電池7A，而在充電時(shí)僅鏈接具有較低端子間電壓的二次電池7B。(放電時(shí)的連接切換操作)具體來(lái)說(shuō)，在放電中，放電電流17A1例如如圖12中圖示的在時(shí)間段V7A > V7B期間流動(dòng)，而放電電流17B1例如如圖13中圖示的在時(shí)間段V7A < V7B期間流動(dòng)。(充電時(shí)的連接切換操作)
此外，在充電中，充電電流17B2例如如圖14中圖示的在時(shí)間段V7A>V7B期間流動(dòng)，而充電電流17A2例如如圖15中圖示的在時(shí)間段V7A < V7B期間流動(dòng)。如上所述，在該實(shí)施例中，供電裝置由二次電池7A和7B組成，并且除了放電電路部件之外，控制電路部件還具有充電電路部件。由此，在放電時(shí)僅鏈接具有較高端子間電壓的二次電池7A，而在充電時(shí)僅鏈接具有較低端子間電壓的二次電池7B。另外，在該實(shí)施例中，已對(duì)于包括充電排他端子Tin、放電排他端子Tout、和充電/ 放電雙目的端子Tinout的情況給出了描述。然而，可僅提供充電/放電雙目的端子Tinout， 或可僅提供充電排他端子Tin和放電排他端子Tout。此外，如第二實(shí)施例中那樣，可采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)或三級(jí)或更多級(jí)結(jié)構(gòu)。4、變型和應(yīng)用示例如上，已參考第一實(shí)施例到第三實(shí)施例而描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，并且可進(jìn)行各種變型。例如，在前述實(shí)施例中，已對(duì)于以下情況給出了描述，S卩，如圖3中圖示的，在增加端子間電壓之間的差(VlA-VlB)時(shí)和減少端子間電壓之間的差(VlA-VlB)時(shí)、在連接切換中、端子間電壓之間的差(VlA-VlB)的閾值電壓是具有彼此不同的值的Vthp和Vthm。然而，本發(fā)明不限于此。即，在一些情況下，沒(méi)有示出這樣的滯后現(xiàn)象，并例如，如圖16中圖示的，在增加端子間電壓之間的差(VlA-VlB)時(shí)的閾值電壓Vth可對(duì)應(yīng)于在減少端子間電壓之間的差(VlA-VlB)時(shí)的閾值電壓Vth。此外，本發(fā)明的供電系統(tǒng)可應(yīng)用于例如圖17中圖示的燃料電池元系統(tǒng)(燃料供應(yīng)系統(tǒng)幻。燃料供應(yīng)系統(tǒng)5具有燃料電池元1、電流檢測(cè)部件31、電壓檢測(cè)部件32、升壓電路 33、二次電池34、和控制部件35。燃料電池元1具有作為電力供應(yīng)部件的發(fā)電部件2 (或發(fā)電部件2A到2C)、燃料罐40、和燃料泵42。另外，在燃料供應(yīng)系統(tǒng)5中，可使用具有脈動(dòng)燃料供應(yīng)量的燃料電池元作為充當(dāng)發(fā)電裝置的該燃料電池元1。這是因?yàn)?，在燃料供?yīng)量脈動(dòng)的情況下，燃料電池元中的電動(dòng)勢(shì)顯著增加或減少。在將本發(fā)明應(yīng)用到脈動(dòng)燃料電池元的情況下，可從燃料充足的地方主動(dòng)提取電流，并由此容易地提取電流。此外，本發(fā)明的供電系統(tǒng)也可應(yīng)用到包括太陽(yáng)能電池元作為發(fā)電裝置的太陽(yáng)能電池元系統(tǒng)。這是因?yàn)?，在太?yáng)能電池元的情況下，如果遮蔽特定電池元，則不能從該電池元提取能量。在將本發(fā)明應(yīng)用到這樣的太陽(yáng)能電池元系統(tǒng)的情況下，可以在太陽(yáng)能電池元處于陽(yáng)光之下的情況下、從使能發(fā)電的地方選擇性地提取電力。本發(fā)明的供電系統(tǒng)(例如，前述燃料電池元系統(tǒng)5)能夠合適地用于諸如移動(dòng)電話、電子相機(jī)、電子數(shù)據(jù)手冊(cè)、和PDA (個(gè)人數(shù)字助理)的移動(dòng)電子裝置。
權(quán)利要求
1.一種供電系統(tǒng)，包括多個(gè)供電裝置；切換元件，分別與相應(yīng)供電裝置串聯(lián)連接；和控制電路部件，用于基于相應(yīng)供電裝置的端子間電壓來(lái)控制相應(yīng)切換元件的通/斷狀態(tài)，使得與所述多個(gè)供電裝置之中的具有最高端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件選擇性地成為處于接通狀態(tài)，而與其他供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件成為處于關(guān)斷狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的供電系統(tǒng)，其中提供包括該切換元件和該控制電路部件的多個(gè)選擇性電路部件，和該選擇性電路部件具有多級(jí)結(jié)構(gòu)，使得在所述多個(gè)選擇性電路部件分別選擇性輸出的端子間電壓之中，選擇性地輸出最高端子間電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的供電系統(tǒng)，其中該供電裝置是二次電池，并且該控制電路部件具有放電電路部件，基于相應(yīng)供電裝置的端子間電壓使得僅與多個(gè)二次電池之中的具有最高端子間電壓的二次電池對(duì)應(yīng)的切換元件成為處于接通狀態(tài)，從而選擇性地輸出該二次電池的端子間電壓，并進(jìn)行放電，以及充電電路部件，基于相應(yīng)供電裝置的端子間電壓使得僅與多個(gè)二次電池之中的具有最低端子間電壓的二次電池對(duì)應(yīng)的切換元件成為處于接通狀態(tài)，從而選擇性地從外部向該二次電池輸入充電電壓，并進(jìn)行充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的供電系統(tǒng)，其中該二次電池是鋰離子電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的供電系統(tǒng)，其中該控制電路部件控制相應(yīng)切換元件的通/斷狀態(tài)，使得與兩個(gè)供電裝置之中具有較高端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件選擇性地成為處于接通狀態(tài)，并且與具有較低端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件成為處于關(guān)斷狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的供電系統(tǒng)，其中該控制電路部件根據(jù)所述兩個(gè)供電裝置的端子間電壓之間的差來(lái)執(zhí)行相應(yīng)切換元件的通/斷狀態(tài)的連接切換，并且在增加端子間電壓之間的差時(shí)和減少端子間電壓之間的差時(shí)、在連接切換中、端子間電壓之間的差的閾值電壓是彼此不同的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的供電系統(tǒng)，其中容性元件與相應(yīng)供電裝置并聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的供電系統(tǒng)，其中該切換元件由場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)或繼電器組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的供電系統(tǒng)，其中所述相應(yīng)供電裝置是原電池、二次電池、或發(fā)電裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的供電系統(tǒng)，其中所述相應(yīng)供電裝置是作為該發(fā)電裝置的燃料電池元，并且該供電系統(tǒng)被配置為燃料電池元系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的供電系統(tǒng)，其中作為該發(fā)電裝置的燃料電池元是其中燃料供應(yīng)量脈動(dòng)的燃料電池元。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的供電系統(tǒng)，其中所述相應(yīng)供電裝置是作為該發(fā)電裝置的太陽(yáng)能電池元，并且該供電系統(tǒng)被配置為太陽(yáng)能電池元系統(tǒng)。
13.一種電子裝置，包括供電系統(tǒng)，其中該供電系統(tǒng)具有多個(gè)供電裝置，切換元件，分別與相應(yīng)供電裝置串聯(lián)連接，和控制電路部件，用于基于相應(yīng)供電裝置的端子間電壓來(lái)控制相應(yīng)切換元件的通/斷狀態(tài)，使得與所述多個(gè)供電裝置之中的具有最高端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件選擇性地成為處于接通狀態(tài)，而與其他供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件成為處于關(guān)斷狀態(tài)。
全文摘要
提供了一種供電系統(tǒng)，其中在使用多個(gè)供電裝置供電的情況下，能抑制每一供電裝置的電力損耗和劣化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高可靠性。與兩個(gè)供電裝置(1A，1B)之一(即，具有較高端子間電壓的裝置)對(duì)應(yīng)的切換元件選擇性地進(jìn)入接通狀態(tài)。此外，與具有較低端子間電壓的供電裝置對(duì)應(yīng)的切換元件進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。由此，防止向特定供電裝置施加過(guò)載，不生成不必要的電力損耗，并防止電流在不同供電裝置(1A，1B)之間流動(dòng)。此外，由于選擇性地輸出具有較高端子間電壓的供電裝置的電力，所以在某種程度上允許供電裝置(1A，1B)之間的波動(dòng)。
文檔編號(hào)H01M8/00GK102282738SQ201080004613
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者井上芳明, 志村重輔 申請(qǐng)人:索尼公司