CZ20003596A3 - Baterie se zabudovaným regulátorem pro prodlužováni provozní doby baterie - Google Patents
Baterie se zabudovaným regulátorem pro prodlužováni provozní doby baterie Download PDFInfo
- Publication number
- CZ20003596A3 CZ20003596A3 CZ20003596A CZ20003596A CZ20003596A3 CZ 20003596 A3 CZ20003596 A3 CZ 20003596A3 CZ 20003596 A CZ20003596 A CZ 20003596A CZ 20003596 A CZ20003596 A CZ 20003596A CZ 20003596 A3 CZ20003596 A3 CZ 20003596A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- cell
- battery
- voltage
- controller
- charging
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Regulátor (240) prodlužuje životnost opakovatelně nabíjené
; baterie (210), například na základě ukončování nabíjecího
cyklu při dosahování optimální hloubky vybíjeni v zájmu
a maximalizování počtu a účinnosti nabíjecích cyklů. Regulátor
(240) také řidl nabíjecí cyklus každého elektrochemického
článku v opakovatelně nabíjené baterii (210). Opakovatelně
nabíjenou baterií může být jednočlánková baterie, univerzální
jednočlánková baterie, vícečlánková baterie nebo
víceělánková hybridní baterie. Každýjednotlivý článek má s
výhodou zabudovaný vlastní regulátor (240), který řídí
nabíjecí a vybíjecí cykly takového článku. Navíc
opakovatelně nabíjená baterie (210) může rovněž být
připojena na dálkový nabíjecí systém. Pro tento účel je
regulátor (240) vybaven obousměrným konvertorem proudu a
napětí.
Description
Oblast tcchmkv
H
Přihlašovaný vynález se týká baterií a obzvláště se zaměřuje na baterie se zabudovaným i regulátorem pro prodlužování provozní doby baterie.
Dosavadní stav techniky
Spotřebitelé používají primární baterie a opakovatelně nabíjené baterie (sekundární baterie) v přenosných elektronických přístrojích, jako jsou rozhlasové přijímače, přehrávače kompaktních disků, fotoaparáty, videokamery, mobilní telefony, elektronické hry, hračky, kapesní přijímače textových zpráv a počítačová zařízení. Po uplynutí provozní doby se primánů baterie obvykle odkládá do odpadu. Provozní doba typické primární baterie obecně umožňuje využívání přibližně 40% až 70% celkové akumulované kapacity baterie. Po využití části původně akumulované energie nemůže baterie celkově dodávat potřebné napětí pro napájení elektronického obvodu. Po uplynutí použitelné životnosti těchto baterií spotřebitelé obvykle odkládají baterie do odpadu, ačkoli taková použitá baterie ještě obsahuje přibližně 30% až 60% své původně akumulované kapacity. Proto prodlužování provozní doby primánu baterie na základě umožnění bezpečného, hlubšího vybíjení bude omezovat množství odpadu tím, že elektronické přístroje budou mít možnost využívání větší míry původně akumulované kapacity před lim, než dojde k jejímu odložení do odpadu.
Avšak celková životnost opakovatelně nabíjené baterie především závisí na počtu a účinnosti nabíjecích cyklů. Opakovatelně nabíjené baterie se mohou nabíjet a znovu používat • po každém vybíjecím cyklu. Stejně tak jako v případě primární baterie nemůže ani tento typ baterie dodávat dostatečné napětí pro napájení elektronického obvodu po využití určité \ procentuální míry původní akumulované kapacity baterie. Na základě toho se může každý \ vybíjecí cyklus opakovatelně nabíjené baterie prodlužovat tehdy, když bude dosahováno hlubší \ vybíjení baterie. Avšak úroveň vybíjení opakovatelně nabíjené baterie má νΐν na počet a l \ účinnost budoucích nabíjení opakovatelně nabíjené baterie. Obecně lze konstatovat, že se
I \ zesilováním hloubky nabíjení opakovatelně nabíjených elektrochemických Článků se může • a a a a a a ·«··* a a a aa aaa· a» aaa aaa aaaa aa aa
-2smžovat počet nabíjecích cyklů, které takový opakovatelné nabíjený, elektrochemický článek může podstupovat Avšak optimální charakteristiky vybíjení konkrétních typů opakovatelné nabíjených elektrochemických článků jsou značné rozdílné. Například v kadmioniklové („NÍCd“) baterii se upřednostňuje hluboké vybíjení, protože jinak by taková baterie vyvíjela „paměťový“ efekt, pokud by byla nabíjena bez příslušného vybití, a výsledkem tohoto „paměťového“ efektu by byla snížená kapacita pro budoucí nabíjení. Hluboké vybíjení lithiové baterie by však mohlo poškozovat elektrochemické články. Provozní doba opakovatelné nabíjeného elektrochemického článku se může celkově prodlužovat lépe na základě řízených cyklů vybíjení a nabíjení konkrétního článku, takže celkový počet nabíjecích cyklů se může maximalizovat a míra energie získávané v průběhu každého vybíjecího cyklu se rovněž optimalizuje.
Spotřebitelé navíc soustavně vyžadují menší a lehčí přenosné elektronické přístroje. Jednou z prvotních překážek výroby těchto menších a lehčích přístrojů je velikost a hmotnost baterií, které jsou potřebné pro napájení takových přístrojů. Ve skutečnosti platí, že, čím je elektronický obvod rychlejší a složitější, tím usilovněji tyto přístroje vyžadují více elektrického proudu než předtím, a proto jsou požadavky na baterie dokonce větší. Spotřebitelé však nebudou akceptovat výkonnější a miniaturizované přístroje, pokud zdokonalená funkčnost a rychlost bude vyžadovat nahrazování nebo dobíjení baterií daleko častěji. Proto v zájmu sestavování rychlejších a složitějších elektronických zařízení bez zkracování jejich použitelné doby životnosti tato elektronická zařízení vykazují potřebu účinnějšího využívání baterií a/nebo vlastní baterie vykazují potřebu většího využívání nahromaděné energie.
Některé nákladnější elektronické přístroje obsahuji obvod napěťového regulátoru, jako je měnič stejnosměrného napětí (například DC/DC konvertor) v zařízeních pro měnění a/nebo stabilizování výstupního napětí baterie. V těchto zařízeních se několik samostatných článků zapojuje obecně za sebou a celkové napětí těchto baterií se pomocí konvertoru přeměňuje na napětí, které se vyžaduje pro zatíženi obvodu. Konvertor může prodlužovat provozní dobu baterie na základě snižování výstupního napětí baterie v počáteční částí vybíjení baterie, kde by jinak baterie poskytovala vyšší napětí a tím i více energie, než zatěžovaný obvod vyžaduje, a/nebo na základě zvyšování výstupního napětí baterie v poslední Částí vybíjení baterie, kde by jinak baterie byla vyčerpána, protože napětí je nižší, než zatížený obvod vyžaduje.
Φφφ φφφ • Φ φ φφ » φ φφφ ΦΦΦΦ
-3Avšak technický přístup uplatňování konvertoru v elektronickém přístroji má několik nedostatků. Prvním nedostatkem je to, že umisťování konvertorů do elektronických přístrojů je poměrně drahé, protože každý výrobce zařízení má specifická uspořádáni obvodů, které se vyrábějí v poměrně omezeném množství a takto vyžadují vyšší individuální náklady. Druhým nedostatkem je skutečnost, že dodavatelé baterii nemají možnost kontrolovat typ konvertoru, který se bude používat v kombinaci s konkrétní baterií. Konvertory nejsou tudíž optimálně připraveny pro specifické elektrochemické Mastnosti jednotlivých typů elektrochemických článků. Třetím problémem je to, že rozdOné typy článků, jako jsou alkalické a hthiové články, mají rozdílné elektrochemické vlastnosti a jmenovitá napětí, a proto nemohou být snadno zaměňovány. Navíc konvertory zabírají využitelný prostor v elektronických přístrojích. Namísto výkonnějších měničů stejnosměrného proudu, jako jsou DC/DC konvertory, mohou některé elektronické přístroje používat také lineární regulátory. Navíc elektronické přístroje obsahující měniče stejnosměrného proudu mohou vytvářet elektromagnetickou interferenci (EMI), která může v elektronickém přístroji nežádoucím způsobem ovlivňovat navazující soustavu obvodů, jako je radiofrekvenční (RF) vysílač. Avšak v důsledku umístění konvertoru do baterie se může zdroj EMI nacházet dále od dalších elektronických prostředků, které jsou citiivé na účinky EMI, a/nebo se tento zdroj může odstiňovat vodivým krytem baterie.
Další problém, který souvisí s obvykle používanými konvertory, spočívá v tom, že tyto konvertory typicky vyžadují větší počet elektrochemických článků, a to obzvláště s ohledem na alkalické, zmkouhtíkové, kadmioniklové (NiCd) baterie a baterie obsahující oxid stříbra, v zájmu vytvoření postačujícího napětí pro řízení konvertoru. V zájmu odvrácení tohoto problému bylo přijato technické opatření, které se projevuje v tom, že v současnosti používané konvertory obvykle vyžadují několik sériově zapojených elektrochemických článků pro vytvoření takového napětí, které postačuje pro napájení elektronického přístroje. Takto kvůli požadavkům na vstupní napětí konvertoru musí elektronický přístroj obsahovat několik elektrochemických článků, a to dokonce i tehdy, když Mastní elektronický přístroj může pro svou činnost vyžadovat pouze jeden článek. Výsledkem toho je nežádoucí nárůst rozměrů a hmotnosti, což znemožňuje další miniaturizování elektronických přístrojů.
Proto existuje potřeba optimálního využívání nahromaděného náboje opakovatelně nabíjené baterie a optimalizování hloubky vybíjení před dalším nabíjením baterie v zájmu maximálního prodloužení její provozní doby. Na základě konstrukčního řešení baterií, které • * 4 4 • 4 4 · ·
4 4 φ
444 «44
-4poskytují větší využitelnost jejich nahromaděné energie, mohou elektronické přístroje používat menší baterie nebo menší počet baterií, což vytváří podmínky pro další zmenšování rozměrů
Podstata vynálezu
Přihlašovaný vynález poskytuje baterii, která vykazuje delší provozní dobu na základě optimálního využívání nahromaděného náboje opakovatelně nabíjené baterie před nabíjením. Baterie má zabudovaný regulátor, který obsahuje konvertor, jenž může mít schopnost pracovat pod prahovou hodnotou napětí typických elektronických přístrojů. Regulátor účinněji reguluje napětí elektrochemického článku a umožňuje řízené vybíjení nebo optimální hloubku vybíjení v zájmu prodlužování provozní doby baterie. Regulátor se výhodně umisťuje na silikonovém čipu smíšeného typu, jehož konstrukční uspořádání se obvykle přizpůsobuje pro činnost s konkrétním typem elektrochemického článku, jako je alkalický článek, kadmioniklový („NiCd“) článek, Uthiový článek, třtinový iontový článek, utěsněný článek obsahující olovo a kyselinu (zkratka „SLA“ podle anglického výrazu „sealed lead-acid“), článek obsahující oxid stříbra nebo hybridní článek, popřípadě s konkrétním elektronickým přístrojem.
Regulátor monitoruje a řídí dodávání elektrického proudu do zatíženého obvodu tak, aby se optimálně prodlužovala provozní doba baterie, a tato monitorovací řídící činnost regulátoru se prování na základě (1) zapínání a vypínání DCZDC konvertoru; (2) udržování minimálně vyžadovaného výstupního napětí tehdy, když je vstupní napětí nižší než napětí, které umožňuje činnost typických elektronických přístrojů; (3) snižování výstupní impedance baterie;
(4) určování optimální hloubky vybíjení; a (5) vytváření optimální posloupnosti vybíjení.
V upřednostňovaném provedení se jediný regulátor zabudovává do vnitřku krytu primární nebo opakovatelně nabíjené baterie (například standardní 9 voltové baterie) s několika články. Tento znak přihlašovaného vynálezu poskytuje několik význačných výhod ve srovnám s umisťováním regulátoru do elektronického přístroje. Za prvé poskytuje tvůrci konstrukce baterie možnost využití konkrétních elektrotechnických charakteristik konkrétního typu elektrochemického článku. Za druhé, vyžaduje-lí přístroj uplatnění konvertoru pouze pro baterii obsahující konkrétní typ elektrochemického článku (například hthiového) pro měnění a/nebo • · «· « * · »·»·*« *·* ·« »··· • · ··« ··· «··« «» ··
-5stabiHzování výstupního napětí baterie a nikoli pro baterii obsahující jiný typ elektrochemického článku (například NíCd, SLA) a tvoří-ΰ regulátor jeden celek s baterií, jež vyžaduje konvertor (například s Ktfuovou baterií), pak elektronický pfístroj může být konstruován bez DG/DC konvertoru. Toto umožní zhotovování menších konstrukčních provedení obvodů a zahrání ztrátám, které souvisejí s konvertorem majícím záporný vtiv na baterii, jež žádný konvertor nepotřebuje.
V obzvláště upřednostňovaném provedení se regulátor zabudovává uvnitř krytu jednočlánkové baterie, jako je baterie s označením AAA, AA, C, D nebo hranolové baterie, nebo uvnitř pouzdra každého článku vícečlánkové baterie, jako je hranolová baterie nebo standardní 9 voltová baterie. Tento znak přihlašovaného vynálezu poskytuje již zmíněné výhody související s umístěním jediného regulátore v baterii s několika články a navíc poskytuje další zřejmé výhody. Za prvé umožňuje kompatibilitu regulátoru s konkrétním typem elektrochemického článku při využití výhody zvláštních elektrochemických reakcí takového článku. Za druhé umožňuje, aby baterie mající rozdílné typy elektrochemických článků byly používány vyměnitelně na základě buď měnění nebo stabilizování výstupního napětí či vnitřní impedance pro účely splňování požadavků elektronických přístrojů, které jsou konstruovány pro napájení ze standardních baterií. Obě tyto výhody vykazuje například vysoce výkonný lithiový článek, který splňuje elektrické požadavky a požadavky hermetického uzavření standardní AA baterie na základě použití zabudovaného regulátore pro snižování jmenovitého nanftri ffl&nlni nd rnTeahii mezi přibližně 2,8 a přibližně 4,0 ysrfto na výstupní napětí přibližně
1,5 vdtu. Na základě využití vyššího napětí lifhtového Článku může konstruktér podstatně prodloužit provozní dobu baterie. Uplatnění regulátore v každém článku baterie rovněž poskytuje účinnější kontrolu nad celým článkem, než tomu bylo doposud. Regulátor může monitorovat a řídit podmínky vybíjení v každém primárním elektrochemickém článku a může zjišťovat úplné vyčerpání každého Článku před tím, než se elektronický přístroj vypne. Regulátor může rovněž monitorovat nebo řídit vybíjecí cyklus v každém opakovatelně nabíjeném elektrochemickém článku pro účely zjišťování toho, zda vybíjení článku dosahuje takovou úroveň, která bude zajišťovat nejdelší možnou provozní dobu baterie a bude zlepšovat bezpečnost článku při znemožňování nežádoucích jevů, jako jsou paměťové efekty, zkraty nebo poškozující hluboká vybíjení. Regulátor může také přímo monitorovat a řídit nabíjecí cyklus každého opakovatelně nabíjeného elektrochemického článku, který je v baterii, pro účely * * • v • · · · · ······ • · · « · ···· • tf ··· ··· ···· ·· ··
-6znemožněm vzniku nežádoucích podmínek, jako je nadměrné nabíjení nebo zkratování, a pro účely prodlužování životnosti cykhi a zdokonalení bezpečnosti baterie.
Regulátory rovněž umožňují univerzální používání baterií podle přihlašovaného vynálezu. Baterie podle přihlašovaného vynálezu poskytují ve srovnání se známými bateriemi výhody bez ohledu na to, zda se používají s elektrickými nebo elektromckými přístroji, které mají závěrné napětí jako již zmíněné přístroje, nebo s elektrickým zařízením.
Čipy regulátoru sc mohou rovněž zhotovovat daleko úsporněji, protože velký objem prodejů baterií umožňuje podstatně levnější výrobu čipů, než je tomu v případě ojedinělých konstrukčních řešení regulátorů nebo konvertorů, které se mohou připravovat pro každý typ elektronického přístroje zvlášť.
Upřednostňované provedení DC/DC konvertoru má podobu téměř bezindukčního, vysokofrekvenčního vysoce účinného a středně výkonného konvertoru s velmi nízkým vstupním napětím, který využívá řídící schéma modulace šířkou impulsů a modulacie fázovým posunem.
Další znaky a výhody přihlašovaného vynálezu jsou popisovány s ohledem na vysvětlováni upřednostňovaného provedeni tohoto vynálezu.
Přehled obrázků na výkrese
I když tato specifikace končí patentovými nároky, které konkrétně zdůrazňují a vyznačujícím způsobem nárokují předmět, jenž je posuzován jako přihlašovaný vynález, existuje přesvědčeni, že tento vynález bude srozumitelnější z následujícího popisu vypracovaného v návaznosti na připojená vyobrazení.
Obr. 1 je perspektivní pohled na konstrukční uspořádání typické válcovité baterie.
Obr. 2 je perspektivní pohled na konstrukční uspořádání další typické válcovité baterie.
Obr. 3 je perspektivní pohled na konstrukční uspořádání ještě další typické válcovité baterie.
Obr. 4 je blokové schéma baterie podle přihlašovaného vynálezu.
Obr. 4A je blokové schéma jednoho výhodného provedení baterie, která je předvedena na obr. 4.
4
-Ί Obr. 4Β je blokové schéma dalšího výhodného provedení baterie, která je předvedena na obr. 4.
Obr. 4C je blokové schéma ještě dalšího výhodného provedení baterie, která je předvedena na obr. 4.
Obr. 5A předvádí částečně rozložený, příčný řez výhodného provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.
Obr. SB předvádí částečně rozložený, příčný řez dalšího výhodného provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.
Obr. SC předvádí částečně rozložený, příčný řez ještě dalšího výhodného provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.
Obr. 6 je perspektivní pohled, který je částečně proveden v příčném řezu, výhodného provedení vícečlánkové baterie podle přihlašovaného vynálezu.
Obr. 7 je blokové schéma dalšího výhodného provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.
Obr. 8 je blokové schéma ještě dalšího výhodného provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.
Obr. 9 je blokové schéma dalšího výhodného provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.
Obr. 9A je základní schéma provedení, které obsahuje znak baterie podle výhodného provedení baterie, jež je nakresleno na ohr. 9.
Obr. 9B je základní schéma provedení, které obsahuje znak baterie podle výhodného provedení baterie, jež je nakresleno na obr. 9.
Obr. 10 je základní schéma ještě dalšího provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.
Obr. 11 je základní schéma dalšího provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu. Obr. 12 je základní schéma ještě dalšího provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.
Obr. 13 je kombinace Nokového schématu a základního schématu dalšího provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.
Obr. 14 je graf charakteristických křivek vybíjení typické baterie a dvou rozdílných, výhodných provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.
• · · · • · ·*
-8Obr. 15 je kombinace blokového schématu a základního schématu ještě dalšího provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.
Obr. 16 je blokové schéma jednoho provedení pomocného regulátoru nabíjení, který je nakreslen na obr. 15.
Obr. 17 je blokové schéma dalšího provedení pomocného regulátoru nabíjení, který je nakreslen na obr. 15.
Příklady provedení vynálezu
Přihlašovaný vynález se týká jednočlánkových a vícečlánkcvých baterií. Výraz „primární“ se v této přihlášce používá pro označování baterie nebo elektrochemického článku, který je určen pro odložení do odpadu po vyčerpání použitelné, nahromaděné elektrické kapacity (tzn., že není určen pro opětné nabíjení nebo jiné další použití). Výrazy „opakovatelně nabíjený“ a „sekundární“ se v této přihlášce používají zaměnitelně pro označování baterie nebo elektrochemického článku, který je určen pro přinejmenším jedno opětné nabíjení po vyčerpání použitelné, nahromaděné elektrické kapacity (tzn., že je určen přinejmenším pro jedno opětné nabíjení). Výraz „spotřební“ v této přihlášce označuje baterii, která je určena pro použití v elektronickém přístroji nebo elektrickém zařízení, které spotřebitel kupuje nebo používá. Výraz Jednoělánková“ souvisí s baterií, která má jediný elektrochemický článek v jediném obalu, jako jsou AA, AAA, C nebo D typy baterií nebo jediný článek ve vícečlánkové baterii (jako je například standardní 9 voltová baterie nebo baterie pro mobilní telefon nebo přenosný laptop počítač). Výraz baterie, který se v této přihlášce používá, označuje uzavřený kryt mající vývody a jediný elektrochemický článek nebo pouzdro, jež má vývody a přinejmenším celkově obsahuje dva nebo větší počet elektrochemických článků (například standardní 9 voltová baterie nebo baterie pro mobilní telefon nebo přenosný laptop počítač). Elektrochemické články nemusí být úplně uzavřeny v krytu, jestliže každý Článek má vlastní, samostatný, uzavřený obal. Baterie přenosného telefonu může například obsahovat dva nebo více než dva elektrochemické články, z nichž každý má své vlastní, samostatné, uzavřené pouzdro, a tyto články jsou společně umístěny ve smrštitelném, obalovém, plastovém materiálu, který udržuje samostatné Články pohromadě, avšak nemusí úplně zakrývat samostatná, uzavřená pouzdra článků.
• 9 • Φ · · 9 999*99
999 99 999«
999 999 9999 99 99
-9V této přihlášce používaný výraz „hybridní baterie“ označuje vícečlánkovou baterii, která obsahuje dva nebo více než dva elektrochemické články, z nichž přinejmenším dva tyto články mají rozdílné elektrochemické součásti, jako je rozdílná elektroda, rozdílná dvojice elektrod nebo rozdílný elektrolyt
V toto přihlášce používaný výraz „regulátor“ se týká obvodu, jenž přijímá přinejmenším jeden vstupní signál a vytváří přinejmenším jeden výstupní signál, který je funkci vstupního signálu. Výrazy JDC/DC konvertor“ nebo „konvertor“ se v této přihlášce používají zaměnitelně a týkají se měniče stejnosměrného napětí pulzmho typu, jako je vibrátorem ovládaný DC/DC konvertor, jenž převádí vstupní stejnosměrné napětí na výstupní stejnosměrné napětí. DC/DC konvertory jsou výkonové elektronické obvody, které často vytvářejí regulovaný výstup. Konvertor může vytvářet zvýšenou úroveň napětí, sníženou úroveň napětí nebo regulované napětí na přibližně stejné úrovni. V toto oblasti techniky existuje celá řada různých typů DC/DC konvertorů. Přestože jde o méně výhodné opatření, přihlašovaný vynález připouští možnost používání známých konvertorů nebo lineárních regulátorů jako náhrady za upřednostňované konvertory, jejichž popisy tato přihláška uvádí a které mají schopnost pracovat na nízkých úrovních napětí pod úrovněmi umožňujícími činnost elektronických přístrojů.
„Závěrné „napětí“ elektronického přístroje je taková úroveň napětí, pod kterou elektrické nebo elektronické zařízení nemůže pracovat V tomto smyslu „závěrné napětí“ závisí na zařízení, což znamená to, že tato úroveň závisí na minimálním pracovním napětí zařízení (na funkčním koncovém bodu) nebo frekvenci činnosti (například musí mít schopnost nabíjet kondenzátor v rozsahu daného časového úseku). Většina elektronických přístrojů má závěrné napětí v rozsahu od přibližně 1 voltu do přibližně 1,2 vohu, přičemž některé elektronické přístroje mají závěrné napětí natolik nízké, jako je přibližně 0,9 voltu. Elektrická zařízení, která mají mechanické pohyblivé součástí, jako jsou elektrické hodiny, motory a elektromechanická relé, také vykazují závěrné napětí, které je nezbytné pro generování elektrického proudu, jenž postačuje pro vytvoření potřebně silného magnetického pole pro uvádění mechanických součástí do pohybu. Jiné elektrické přístroje jako záblesková světla všeobecně nemívají zařízení pro závěrné napětí, avšak s poklesem napětí zdrojové baterie rovněž klesá výstupní elektrická energie (což se projevuje například poklesem světelného výkonu žárovky).
· · • · · • · 9 9
99 • · · · · · • · ♦ · * • · ♦ ·· ··· ····
-10Jesdiže elektrochemický článek napájí přístroj mající závěrné napětí, pak je elektrochemický článek „vystaven“ závěrnému napětí toho přístroje, v němž baterie musí vytvářet výstupní napětí, které je vyšší nebo stejné jako závěrné napětí zařízení, nebo se přístroj vypne. Avšak v případě, kdy dva nebo více než dva sériově zapojené elektrochemické články napájejí určitý přístroj, kdy jsou elektricky zapojeny mezi kladným vstupním vývodem a záporným vstupním vývodem, je každý elektrochemický článek „vystaven“ části závěrného napětí přístroje. Jako příklad lze uvést, že, jsou-li dva elektrochemické články zapojeny sériově a napájejí přístroj, je každý článek „vystaven“ jedné polovině závěrného napětí přístroje. Jsou-li tři elektrochemické články zapojeny sériově a napájejí přístroj, je ovšem každý elektrochemický článek „vystaven“ jedné třetině závěrného napětí přístroje. Tudíž, jsou-Η články ,gi“ zapojeny sériově a napájejí přístroj, je každý článek „vystaven“ části závěrného napětí přístroje, kterou lze definovat jako závěrné napětí děleno μι“, kde μι“ je celé číslo. Jestliže dva nebo více než dva paralelně zapojené elektrochemické články napájejí elektronický přístroj, pak je ovšem každý článek „vystaven“ plnému závěrnému napětí přístroje. Navíc v této přihlášce se uvádí, že, jsou-li dva nebo více než dva elektrochemické články zapojeny sériově a toto sériové zapojení je dále zapojeno paralelně sjednán nebo více než jedním elektrochemickým článkem, pak je každý sériově zapojený článek „vystaven“ stojné částí závěrného napětí, neboť jen sériově zapojené elektrochemické články by byly těmi elektrochemickými články, které napájejí přístroj.
Jedním znakem přihlašovaného vynálezu je prodloužení „provozní doby“ baterie. V případě primární baterie jsou výrazy „provozní doba baterie“ a „doba běhu baterie“ vzájemně zaměnitelné a definují se jako časový úsek vybíjecího cyklu, jenž končí poklesem výstupního napětí pod minimum pracovního napětí přístroje, který baterie napájí, což představuje závěrné napětí takového přístroje. Zatímco „doba běhu článku“ závisí na vlastním elektrochemickém článku, což znamená, že jde o čerpání veškeré elektrochemické energie článku, „doba běhu baterie“ závisí na přístroji nebo zařízení, v němž se používá. Elektronický přístroj mající závěrné napětí například přibližně 1 volt se bude vypínat tehdy, když výstupní napětí baterie klesne pod úroveň 1 volt, přestože v elektrochemickém článku může zbývat přinejmenším 50% kapacity nahromaděné energie. V tomto případě „doba běhu baterie“ vypršela, protože taková baterie nemůže nadále poskytovat natolik vysokou úroveň napětí, které provoz elektronického přístroje vyžaduje, a baterie se jako celek odkládá do odpadu. „Doba běhu článku“ však nevypršela, protože v takovém článku se nachází zbytek elektrochemické energie.
• · · · · • · · · • fefe · · fefe fefefe fefefe fe··· fe fefe · • fe fefe
-11Avšak opakovatelně nabíjená baterie má vícenásobné naMjed/vybíjed cykly. V případě opakovatelně nabíjených baterií se „cyklická Životnost“ definuje jako počet nabíjecích/vybíjedch cyklů, který lze dosáhnout. „Doba běhu baterie“ opakovatelně nabíjené baterie označuje Časový úsek jednoho vybíjecího cyklu, jenž končí poklesem výstupního napětí opakovatelně nabíjené baterie pod úroveň závěrného napětí přístroje nebo zařízení, které baterie napájí, popřípadě vybíjení se zastavuje kvůli zajišťování delší cyklické životnosti baterie. Avšak „provozní doba baterie“ opakovatelně nabíjené baterie označuje celkový počet nabíjecích/vybíjecích cyklů, v jejichž průběhu má každý vybíjecí cyklus optimální dobu běhu. „Doba běhu článku“ opakovatelně nabíjeného elektrochemického článku představuje časový úsek, který se vyžaduje pro to, aby článek dosahoval optimální hloubku vybíjení v podmínkách zatížení v průběhu jednoho vybíjecího cyklu takového článku. Jak již bylo v předcházejícím textu uvedeno, „cyklická životnost“ opakovatelně nabíjené baterie je funkce hloubky vybíjení, které opakovatelně nabíjený článek podstupuje. S prodlužováním hloubky vybíjení se rovněž prodlužuje doba běhu baterie, avšak cyklická životnost a provozní doba baterie se zkracuje. Naopak se zkracováním hloubky vybíjení se také zkracuje doba běhu baterie, avšak cyklická životnost a provozní doba baterie se prodlužuje. Avšak z hlediska použitelnosti přístroje nebo zařízení není kratší provozní doba baterie žádoucí. Proto v případě každého konkrétního elektrochemického a konstrukčního řešení opakovatelně nabíjené baterie lze poměr mezi hloubkou vybíjení a cyklickou životností optimalizovat tak, aby se umožňovalo prodlužování provozní doby baterie. Jednou z cest optimalizováni provozní doby baterie může například být porovnávání dodávané nahromaděné energie, kterou lze definovat jako produkt cyklické doby životnosti (tzn. počtu cyklů) dosahované při konkrétní hloubce vybíjení, s mírou energie, jež se získává v průběhu každého z těchto cyklů.
V této přihlášce používané výrazy „užitečná doba životnosti elektrochemického Článku“ nebo „užitečná doba životností článku“ se rovněž používají bez ohledu na to, zda jde o primární Článek nebo opakovatelně nabíjený článek, a odpovídají době běhu baterie, ve které „užitečná doba životnosti Článku“ představuje časový úsek, po jehož uplynutí není článek nadále použitelný v konkrétním vybíjecím cyklu, protože takový elektrochemický článek nemůže nadále poskytovat postačující napětí pro napájení daného přístroje. Jestliže se „doba běhu baterie“ jednočlánkové baterie prodlužuje nebo zkracuje, pak se nutně „užitečná doba životnosti článku“ a „doba běhu baterie“ rovněž příslušně prodlužuje nebo zkracuje. K tomu lze dodat, že • · · · · · · · • · · · · ····*· • · · » « ··«· ·· ··· ···*»·· *· «·
-12výrazy „ doba běhu baterie“ jednočlánkové baterie a „užitečná doba životnosti článku“ jsou zaměnitelné vtom smyslu, že prodhjžuje-H se nebo zkracuje-li se „doba běhu baterie“, prodlužuje se nebo se zkracuje také „užitečná doba životnosti článku“. Avšak na rozdíl od toho výraz „užitečná doba životnosti článku“ konkrétního elektrochemického článku ve vícečlánkové baterie není nutně zaměnitelný g výrazem „doba běhu baterie“ souvisejícím s vícečlánkovou baterií, protože konkrétní elektrochemické články mohou ještě mít zbytek užitečné doby životnosti dokonce i po vypršení doby běhu vícečlánkové baterie. Podobně lze uvést, že, prodhižuje-& se nebo zkracuje-li se „doba běhu článku“ konkrétního elektrochemického Článku ve vícečlánkové baterii, nemusí se nutně prodlužovat zkracovat „doba běhu baterie“, protože „doba běhu baterie“ může záviset na napětí jednoho článku nebo několika dalších článků v baterií
V této patentové přihlášce se používají výrazy „optimální hloubka vybíjení“ nebo „optimální vybíjecí hloubka“, které se týkají napětí článku, jež maximalizuje počet nabíjecích/vybíjecích cyklu a optimalizuje dobu běhu každého vybíjecího cyklu daného Článku. Provozní doba opakovatelně nabíjeného elektrochemického článku se může drasticky zkracovat tehdy, když se článek vybíjí pod „optimální hloubku vybíjení“ článku (například pod úroveň napětí přibližně 1,6 vohu v případě SLA Článku). Například hluboké vybíjení hthiového iontového článku může poškozovat článek a snižovat počet a účinnost budoucích cyklů nabíjení takového článku. Je však výhodné, že kadmioniklový („NiCd“) elektrochemický článek se může vybíjet hlouběji v zájmu znemožňování vzniku „ paměťových“ efektů zkracujících životnost Článku a projevujících se zkracováním doby běhu takového článku v budoucích vybíjecích cyklech.
Výrazy „elektricky spojen“ a „elektrické spojení“ a „elektricky zapojen“ se týkají spojem nebo zapojení, která umožňují souvislé vedení elektrického proudu. Výrazy „elektricky spojen“ a „elektrické spojení“ označují spojovací vazby, jejichž prostřednictvím se elektronické zařízení, jako tranzistor nebo dioda, včleňuje do dráhy vedení elektrického proudu. „Elektronická spojení“ se v této přihlášce považují za dílčí pojmenování související s „elektrickými spojeními“ a proto platí, že, zatímco každé „elektronické spojení“ je považováno za elektrické spojení, ne každé „elektrické spojení“ je považováno za „elektronické spojení“.
Baterie podle přihlašovaného vynálezu obsahuje jeden nebo více regulátorů, které prodlužují provozní dobu baterie na základě optimalizování uvolňování energie ve vybíjecím • φ • · φ φ · · · φφφφφφ • φ · · φ φφφφ φφ φφφ φφφ φφφφ φφ φφ
-13cyklu primární nebo opakovatelně nabíjené baterie a v případě opakovatelně nabíjené baterie na základě maximalizování počta vybíjecích cyklů. V jednom provedení podle přihlašovaného vynálezu může regulátor například provádět jednu nebo více následujících funkcí : (1) řízení vybíjení, (2) řízení nabíjení, (3) nouzové řízení pro účely odpojování. Elektrochemický článek (elektrochemické články) se může (mohou) balit buď v jednočlánkových nebo vícečlánkových bateriích. VíceČlánkové baterie mohou obsahovat dva nebo více než dva elektrochemické články stejného typu nebo mohou obsahovat nebo více než dva rozdílné typy elektrochemických článků v hybridní baterii. VíceČlánkové baterie podle přihlašovaného vynálezu mohou obsahovat elektrochemické články, které se zapojují v sériovém nebo paralelním uspořádání. Regulátory) jednočlánkové baterie se může (mohou) elektricky zapojovat sériově a/nebo paralelně s elektrochemickým článkem uvnitř pouzdra článku a včleňovat do vnitřku krytu, který přinejmenším částečně obsahuje pouzdro článku, nebo se může (mohou) připojovat k pouzdro, krytu nebo k etiketě, popřípadě k nějaké jiné struktuře, která se připevňuje k pouzdro nebo ke krytu. Regulátory) víceělánkové baterie se mohou včleňovat společně s jedním nebo více než jedním samostatným článkem tak, jak to bylo popsáno v souvislosti s jednočlánkovou baterií, a/nebo se mohou včleňovat spolu s kombinací několika elektrochemických článků, přičemž regulátor se zapojuje sériově nebo paralelně s kombinací elektrochemických článků.
Regulátor baterie podle přihlašovaného vynálezu může vykonávat jednu nebo několik výše uvedených funkcí a navíc k výše uvedeným funkcím může také vykonávat další funkce. Regulátor baterie podle přihlašovaného vynálezu může obsahovat jeden obvod, který provádí každou z požadovaných funkcí, nebo může obsahovat samostatné pomocné regulátory, jež podle svého účelu vykonávají jednu nebo více požadovaných funkcí. Navíc tyto pomocné regulátory se mohou podílet na Činnosti takových obvodů, jako jsou detekční obvody, jež mohou vydávat řídicí signály pro jednotlivé pomocné regulátory.
Obr. 1 až 3 předvádějí konstrukční struktury typické válcovité baterie 10, které jsou zjednodušeny pro účely srozumitelnějšího popisu. Každé konstrukční uspořádání válcovité baterie 10 má stejné základní konstrukční součásti, které jsou uspořádány v rozdílných sestavách. V každém případě toto konstrukční uspořádání obsahuje pouzdro 12 mající plášť nebo boční stěnu 14, horní víko 16 obsahující kladný vývod 10 a dolní víko 18 obsahující záporný vývod 22. Řečené pouzdro 12 hermeticky uzavírá jediný elektrochemický Článek 30.
• 4 • · « • · · * · φφφφφφ • · φ φ φ t · « t ·· ··· φφφ ·φ«« ·Φ φφ
-14Obr. 1 předvádí takové provedení, které se může používat v případě válcovitého, jednočlánkového zinkouhEkového elektrochemického článku 30 baterie 10. V tomto provedení je celé horní víko 16 vodivé a vytváří kladný vývod 20 baterie 10. Izolační vložka nebo těsnění 24 izoluje vodivé víko 16 od elektrochemického článku 30. Elektroda nebo sběrač elektrického proudu 26 elektricky propojuje vnější kladný vývod 20 baterie 10 a katodu (kladnou elektrodu) 32 elektrochemického článku 30. Celé doků víko 18 je také vodivé a vytváří vnější záporný vývod 22 řečené baterie 10. Dolní víko je elektricky připojeno k anodě (záporné elektrodě) 34 elektrochemického článku 30. Mezi anodou a katodou je umístěn oddělovač 28, který vytváří prostředky pro vodivost iontů uvnitř elektrolytu. Zinkouhlíková baterie je konkrétním příkladem konstrukčního uspořádání baterie tohoto typu.
Obr. 2 předvádí alternativní konstrukční uspořádání baterie, ve které izolační vložka nebo těsnění 25 izoluje dolní víko 18 od elektrochemického článku 30. V tomto případě je celé horní víko 16 vodivé a vytváří kladný bateriový vývod 20. Horní víko 16 je elektricky připojeno ke katodě 32 elektrochemického článku 30. Dolní víko 18. které je také vodivé, vytváří záporný vývod 22 baterie. Dolní víko 18 je elektricky připojeno k anodě 34 bateriového článku 30 prostřednictvím sběrače 26 elektrického proudu. Mezi anodou a katodou je umístěn oddělovač 28, který vytváří prostředky pro vodivost iontů uvnitř elektrolytu. Mezi příklady konstrukčního uspořádání baterií tohoto typu patří primární a opakovatelně nabíjené, alkalické (zinek/oxid manganičitý) baterie.
Obr. 3 předvádí další alternativní provedení konstrukčního uspořádání baterie, v níž je elektrochemický článek vytvořen v podobě „spirálově vinutého, rosolového svitku“. V případě tohoto konstrukčního uspořádání se čtyři vrstvy umisťují vedle sebe v podobě struktury „vrstveného typu“. Tato struktura „vrstveného typu“ může například obsahovat následující pořadí vrstev: katodovou vrstvu 32, první oddělovací vrstvu 28, anodovou vrstvu 34 a druhou oddělovací vrstvu 28. V alternativním případě lze druhou oddělovací vrstvu 28, která nem umístěna mezi katodovou vrstvou 32 a anodovou vrstvou 34, nahradit izolační vrstvou. Tato struktura „vrstveného typu“ se pak svinuje do podoby spirálově vinutého, rosolového svitku a umisťuje se do pouzdra 12 baterie 10. Na vyobrazení je vidět, že izolační vložka nebo těsnění 24 izoluje horní víko 16 od elektrochemického Článku 30. V tomto případě je celé horní víko 16 vodivé a vytváří kladný vývod 20 baterie 10. Horní víko 16 je elektricky připojeno ke katodě 32 elektrochemického článku 30 prostřednictvím sběrače 26 elektrického proudu. Dolní víko • · 9 * · 4 4 4 4 4 «
4*4 44 4444 «44 444 4444 44 44
-15 18, které je také vodivé, vytváří záporný vývod 22 baterie. Dolní víko 18 je elektricky připojeno k anodě 34 bateriového článku 30 prostřednictvím vodivé spodní destičky 19. Mezi katodovou vrstvou 32 a anodovou vrstvou 34 jsou umístěny oddělovací vrstvy 28, které vytvářejí prostředky pro vodivost iontů uvnitř elektrolytu. Na vyobrazení je vidět, že boční stěna 14 je připojena jak k hornímu víku 16. tak i k dolnímu víku 18. V tomto případě se boční stěna 14 výhodně zhotovuje z nevodivého materiálu, jako je polymer. Avšak boční stěna by mohla být zhotovována z vodivého materiálu, jako je kov, za předpokladu, že by taková boční stěna 14 byla izolována přinejmenším od kladného vývodu 20 a/nebo záporného vývodu 22 tak, aby se nevytvářel zkratový obvod mezi oběma vývody. Mezi příklady konstrukčního uspořádání baterií tohoto typu patří primární a opakovatelně nabíjené baterie obsahující Htíňum/oxid manganičitý (MnQz) a opakovatelně nabíjené hthiové iontové baterie, a kadmioniklové (NiCd) baterie.
Každý z těchto článků může také obsahovat různé podoby bezpečnostních větracích otvorů, řídicích větracích otvorů pro elektrochemické Články, které pro svou činnost vyžadují výměnu vzduchu, indikátorů kapacity', etiket atd., jež jsou v této oblasti techniky dobře známé. Navíc tyto články se mohou zabudovávat do dalších tvarových provedení, která jsou v této oblasti techniky známá a ke kterým patří miniaturní Články, Články podobající se mincím, hranolové články, destičkové články, dvoupólové destičkové články atd.
Pro účely tohoto vynálezu bateriové „pouzdro“ 12 obsahuje jediný elektrochemický článek 30. Pouzdro 12 má všechny součásti, které jsou potřebné pro ochranu a izolování obou elektrod 32, 34 oddělovače a elektrolytu elektrochemického článku od vlivů okolního prostředí a vhvů dalších elektrochemických článků ve vícečlánkové baterii a které jsou potřebné pro poskytování elektrické energie z elektrochemického Článku 30. který se nachází uvnitř pouzdra. V tomto smyslu pouzdro 12 na obr. 1 a 2 obsahuje boční stěnu 14, horní víko 16. dolní víko 18 a kladný 20 a záporný vývod 22 vytvářející elektrické spojení článku 30. Ve vícečlánkové baterii může existovat pouzdro mající vlastní, samostatné konstrukční uspořádání, které obsahuje jediný elektrochemický Článek 30, a toto pouzdro může být jedním z několika samostatných pouzder ve vícečlánkové baterii. Pouzdro 12 může být alternativně tvořeno Částí krytu vícečlánkové baterie za podmínky, že tento kryt bude úplně izolovat elektrody a elektrolyt jednoho elektrochemického článku 30 od vhvů prostředí a každého z ostatních článků v baterii.
9 9 9 • 4 9
4 4 · · ·· ··» ··»····
4 9
-16Pouzdro 12 se může zhotovovat kombinováním vodivého materiálu, jako je kov, a izolačního materiálu, jako je plast nebo polymer.
Avšak pouzdro 12 se má odlišovat od krytu vícečlánkové baterie, která obsahuje oddělené, samostatně izolované, alkalické články, z nichž každý má své vlastní elektrody a elektrolyt Jako příklad lze uvést & uvnitř krytu standardní alkalické 9 voltové baterie je umístěno šest samostatných alkalických článků, z nichž každý má své vlastní pouzdro 612, jak je to předvedeno na obr. 6. Avšak v některých hthiových 9 voltových bateriích se kryt baterie zhotovuje tak, aby měl samostatné komory, jež izolují elektrody a elektrolyt elektrochemických článků, a v důsledku toho kryt obsahuje jak samostatná pouzdra 12 pro každý článek, tak i kryt pro celou víceČlánkovou baterii.
Obr. SA, SB a SC předvádějí pohledy na tři částečně rozložená provedení jednočlánkových primárních baterií podle přihlašovaného vynálezu. Na ohr. SA je vidět, že regulátor 240 je umístěn mezi horním víkem 216 a izolační vložkou 224 baterie 210. Kladný výstup 242 regulátoru 240 je elektricky připojen ke kladnému vývodu 220 baterie 210, který se nachází v přímé návaznosti na regulátor 240. a záporný výstup 224 regulátoru 240 je elektricky připojen k zápornému vývodu 222 baterie 210. V tomto příkladu je záporný výstup 244 regulátoru 240 připojen k zápornému vývodu 222 baterie 210 prostřednictvím vodivého pásku 245 a vodivé boční stěny 214, která je v elektrickém spojení se záporným vývodem 222 vodivého dolního víka 218 baterie 210. V tomto případě musí být vodivá boční stěna elektricky izolována od horního víka 216. Kladný vstup 246 regulátoru 240 je elektricky připojen ke katodě 232 elektrochemického článku 230 prostřednictvím sběrače 226 elektrického proudu. Záporný vstup 248 regulátoru 240 je vodivě připojen k anodě 234 elektrochemického článku 230 prostřednictvím vodivého pásku 237. Regulátor 240 se může alternativně umístit mezi dolní víko 218 a izolátor 225 nebo se může připevnit, upevnit nebo připojit k vnějšku pouzdra nebo etiketě baterie.
Na obr. SB je vidět, že regulátor 340 je umístěn mezi dolním víkem 318 a izolátorem 325 baterie 310. Záporný výstup 344 regulátoru 340 je elektricky připojen k zápornému vývodu 322 baterie 310, který se nachází v přímé návaznosti na regulátor 340, a kladný výstup 342 regulátoru 340 je elektricky připojen ke kladnému vývodu 320 baterie 310. V tomto příkladě je kladný výstup 342 regulátoru 340 připojen ke kladnému vývodu 320 baterie 310 prostřednictvím vodivé boční stěny 314, která je v elektrickém spojení s kladným vývodem 320
• · · * · · *··»··· · · ··
-17vodivého horního víka 316 baterie 310. Kladný vstup 346 regulátoru 340 je elektricky připojen ke katodě 332 elektrochemického článku 330 prostřednictvím vodivého pásku 336. Záporný vstup 348 regulátoru 340 je elektricky připojen k anodě 334 elektrochemického článku 330 prostřednictvím sběrače 326 elektrického proudu, který vede od spodní destičky 319 do anody 334 elektrochemického článku 330. V takových případech se musí sběrač 326 elektrického proudu a záporný vstup 348 regulátoru 340 izolovat od záporného vývodu 322 pouzdra 312 a od záporného výstupu 348 regulátoru 340 v situaci, kdy regulátor 340 používá virtuální nulový elektrický potenciál. Regulátor 340 se může alternativně umístit mezi horní víko 316 a izolátor 324 nebo se může připevnit, upevnit nebo připojit k vnějšku pouzdra 312 nebo etiketě baterie.
Na obr. 5C je vidět, že regulátor 440 je vytvořen na obalové vrstvě 441 s použitím technologie potišťování tenkého filmu nebo pružných, tištěných obvodových destiček (zkratka „PCBs“ podle anglického výrazu „printed Circuit boards“) a je umístěn uvnitř pouzdra mezi boční stěnou 414 a katodou 432 baterie 410. Kladný vývod 442 regulátoru 440 je elektricky připojen ke kladnému vývodu 420 baterie 410 prostřednictvím horního víka 416 baterie 410 a záporný vývod 444 regulátoru 440 je elektricky připojen k zápornému vývodu 422 baterie 410 prostřednictvím spodní destičky 419 a dolního víka 418. Kladný vstup 446 regulátoru 440 je elektricky připojen ke katodě 432 elektrochemického článku 430, která je v tomto případě bezprostředně vedle obalové vrstvy 441 obsahující regulátor 440. Záporný vstup 448 regulátoru 440 ie elektricky připojen k anodě 434 elektrochemického článku 430 prostřednictvím dotykové destičky 431 a sběrače 426 elektrického proudu, který vyčnívá z dotykové destičky 431 do anody 434 elektrochemického článku 430. Izolační vložka 427 izoluje dotykovou destičku 431 od katody 432. Jak je na obr. 5C vidět, izolační vložka 427 může být rovněž rozšířena mezi anodou 434 a styčnou destičkou 431, protože sběrač 426 elektrického proudu vytváří spojení od anody 434 ke styčné destičce 431. Pokud regulátor 440 využívá virtuální nulový elektrický potenciál, pak tato styčná destička 431 musí být rovněž izolována od spodní destičky 419 a záporného vývodu 442 pomocí izolační vložky 425. Obalová vrstva 441 může být alternativně umístěna na vnějšku pouzdra 412, kdy ovinuje vnějšek boční stěny 414. V takových provedeních je možné, aby etiketa pokrývala obalovou vrstvu, popřípadě je možné, aby etiketa byl natištěna na téže obalové vrstvě, na níž se nachází vlastní regulátor.
Obr. 6 předvádí perspektivní pohled, který je částečně proveden v příčném řezu, na provedení vícečlánkové 9 voltové baterie podle tohoto vynálezu, v níž každý elektrochemický • φ • φ «φ • ΦΦ β······
-18článek 630 má ve svém samostatném pouzdru 612 zabudován regulátor 640. V tomto provedení baterie 610 obsahuje šest samostatných elektrochemických článku 630, přičemž každý z těchto elektrochemických článků má jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu. Baterie 610 by také mohla obsahovat například tri litinové články, přičemž každý z těchto článků by měl jmenovité napětí přibližně 3 volty. V této oblasti techniky jsou známá další konstrukční uspořádání víceČlánkových baterií, které se mohou využívat pro umisťování regulátoru 640 podle přihlašovaného vynálezu. K příkladům víceČlánkových baterií patří hranolové baterie, baterie mající samostatná pouzdra, která se přinejmenším částečně obalují pohromadě účinkem smršťování krycího obalu, plastové kryty, jež obsahují několik jednočlánkových pouzder, jako jsou baterie pro videokamery a mobilní telefony.
Obr. 4, 4A a 4B předvádějí bloková schémata rozdílných provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu. Obr. 4 předvádí blokové schéma jednoho provedení podle přihlašovaného vynálezu využívající vestavěný, integrovaný obvod regulátoru 140. Toto provedení výhodně využívá integrovaný obvod smíšeného typu, který má jak digitální, tak i analogové komponenty. V alternativním případě by se obvod regulátoru mohl zhotovovat s použitím aplikačního specifického integrovaného integrovaného obvodu (zkratka „ASIC“ podle anglického výrazu Application specific integrated circuit“), hybridního čipového konstrukčního uspořádání, fotoodporové (PC) destičky nebo s použitím dalších způsobů zhotovování obvodů, které jsou v této oblasti techniky známé. Obvod regulátoru 140 se může umisťovat uvnitř bateriového pouzdra 112 mezi kladnou elektrodou 132 a zápornou elektrodou 134 elektrochemického článku 130 a mezi kladným vývodem 120 a záporným vývodem 122 baterie. Takto může regulátor 140 připojovat elektrochemický Článek 130 k vývodům 120 a 122 pouzdra 112 nebo odpojovat elektrochemický článek 130 od vývodů 120 a 122 pouzdra 112. měnit nebo stabilizovat výstupní napětí nebo výstupní impedanci článku 130, která účinkuje na bateriové vývody 120 a 122. Obr. 4A předvádí jedno výhodné provedení baterie 110 podle přihlašovaného vynálezu, které je ukázáno na obr. 4. Na obr. 4A je vidět, že regulátor 140 je zapojen mezi klanou elektrodou (katodou) 132 elektrochemického článku 130 a kladným vývodem 120 bateriového pouzdra 112. Záporná elektroda (anoda) 134 elektrochemického článku 130 a záporný vývod 122 betelového pouzdra 112 mají společný nulový elektrický potenciál s regulátorem 140. Obr. 4B však předvádí alternativní výhodné provedení baterie 110 podle přihlašovaného vynálezu, v němž regulátor 140 využívá virtuální tf tftf · tftftftf·* • tftf tf · · · ·«· ·«· tftftftf tftf tftf
-19nulový elektrický potenciál a takto izoluje zápornou elektrodu 134 elektrochemického článku 130 od záporného vývodu 122 pouzdra 112 navíc k izolování kladné elektrody 132 elektrochemického článku 130 od kladného vývodu 120 pouzdra 112.
Každé z provedení předvedených na obr. 4A a 4B má své vlastní výhody a nevýhody. Sestavení předvedené na obr. 4 například umožňuje uplatněni jednoduššího konstrukčního uspořádání obvodu, který má společný nulový elektrický potenciál pro galvanický článek 130. regulátor 140 a záporný vývod 122 bateriového pouzdra 112. Avšak sestavení předvedené na obr. 4A má nevýhodu v tom, že vyžaduje, aby regulátor pracoval pod skutečnými úrovněmi napětí elektrochemického článku, a může vyžadovat používání diskrétní induktorové součásti. V případě sestavení, které je předvedeno na obr. 4B, platí, že virtuální nulový elektrický potenciál aplikovaný na záporná vývod 122 bateriového pouzdra 112 jednak izoluje zápornou elektrodu 134 elektrochemického článku 130 od zatížení a jednak umožňuje použití téměř bezindukčního DC/DC konvertoru. Toto sestavení má však nevýhodu v tom, že vyžaduje větší složitost obvodu související s virtuálním nulovým elektrickým potenciálem v zájmu vytvoření takových podmínek, na jejichž základě by napěťový měnič regulátoru 140 mohl pokračovat v činnosti s větší účinností tehdy, když je napětí článku nižší než jmenovitě napětí elektrochemického Článku.
Obr. 4C předvádí ještě další provedení baterie 110 podle přihlašovaného vynálezu, která má integrovaný obvod regulátoru 140, kdy tento obvod regulátoru 140 obsahuje čtyři hlavní komponenty: vybíjecí pomocný obvod 102 regulátoru, nabíjecí pomocný obvod 104 regulátoru, nouzový pomocný obvod 106 regulátoru a detekční obvod 105, který vysílá řídicí napěťové signály do vybíjecího pomocného obvodu 102 regulátoru a/nebo nabíjecího pomocného obvodu 104 regulátoru na základě soustavně nebo nahodile detekovaných pracovních parametrů a/nebo fyzikálních podmínek. Detekční obvod 105 může měřit takové pracovní parametry elektrochemického článku, jako je napětí článku, elektrický proud odváděný z článku, fázový posun mezi napětím článku a elektrickým proudem atd. Detekční obvod 105 může navíc měřit takové pracovní parametry integrovaného obvodu regulátoru 140, jako jsou úrovně výstupního napětí a elektrického proudu, úrovně nabíjecího napětí a elektrického proudu atd. Detekční obvod může rovněž měřit takové veličiny fyzikálních podmínek elektrochemického článku, jako je teplota, tlak, pH, koncentrace vodíku a/nebo kyslíku atd. Detekční obvod 105 může měřit každou kombinaci těchto parametrů, které φφφ ·· ··· ·· · ·« «·
-20postačují pro účinné monitorování elektrochemického článku v průběhu nabíjecího a vybíjecího cyklu, takovými způsoby, který jsou v této oblastí techniky známé nebo budou popsány v dalším textu.
Integrovaný obvod regulátoru 140 baterie 110 podle přihlašovaného vynálezu nemusí provádět všechny funkce, které byly vyjmenovány v předchozím textu. Obvod regulátoru 140 může mít pouze dva nebo tři z výše uvedených komponentů jako například vybíjecí pomocný obvod 102 regulátoru a detekční obvod 105. nabíjecí pomocný obvod 104 regulátoru a detekční obvod 105, nouzový pomocný obvod 106 regulátoru a detekční obvod 105 nebo další kombinace těchto komponentů. V alternativním případě tento obvod regulátoru 140 nemusí mít detekční obvod 105 jestliže pomocné obvody jako vybíjecí pomocný obvod 102 regulátoru, nabíjecí pomocný obvod 104 regulátoru a nouzový pomocný obvod 106 regulátoru, které jsou včleněny do specifického provedení obvodu regulátoru 140, obsahují jejich vlastní, vnitřní detekční obvodý, jež jsou nezbytné pro provádění jejich příslušné funkce (příslušných funkcí). Navíc buď vybíjecí pomocný obvod 102 regulátoru nebo nabíjecí pomocný obvod 104 regulátoru, popřípadě oba tyto obvody 102 nebo 104 mohou rovněž vykonávat funkci nouzového pomocného obvodu 106 regulátoru. Obvod regulátoru 140 může také mít jeden nebo více než jeden výše zmiňovaný pomocný obvod regulátoru nebo detekční obvod spolu s dalšími pomocnými komponenty, které vykonávají další dodatečné funkce k těm funkcím, které byly vyjmenovány v předcházejícím textu.
Vybíjecí pomocný obvod 102 regulátoru řídí vybíjení elektrochemického článku (elektrochemických článků) 130 baterie 110 v zájmu prodlužování provozní doby baterie na základě zajišťování bezpečně hlubokého vybíjení, které umožňuje využívání větší míry nahromaděné energie primární baterie, nebo na základě optimálního využívání nahromaděné energie opakovatelně nabíjené baterie před opětovným nabíjením. Nabíjecí pomocný obvod 104 regulátoru bezpečně a účinně řídí nabíjení elektrochemického článku (elektrochemických článků) 130 baterie 110, do níž je obvod regulátoru 140 včleněn. Nouzový pomocný obvod 106 regulátoru odpojuje elektrochemický článek (elektrochemické Články) od vývodů baterie tehdy, když detekční obvod 105 detekuje porušování podmínek bezpečnosti, jako je zkrat, obrácená polarita, stav nadměrného nabíjení nebo stav nadměrného vybíjení.
V upřednostňovaném provedení primární baterie podle přihlašovaného vynálezu by však regulátor 140 výhodně obsahoval vybíjecí pomocný obvod 102 regulátoru, nouzový • fe • fe fe* fefe « ······ fefefe fefe ···· • fe ··· fefefe fefe·· fefe ··
-21pomocný obvod 106 regulátoru a detekční obvod 105. Detekční obvod 105 výhodně provádí soustavné monitorování pracovních parametru a fyzikálních podmínek elektrochemického článku 130. Vybíjecí pomocný obvod 102 regulátoru výhodně řídí vybíjení elektrochemického článku (elektrochemických článků) 130 baterie 110 v zájmu prodlužování provozní doby baterie na základě zajišťování bezpečně hlubokého vybíjení před tím, než se baterie odkládá do odpadu. Nouzový pomocný obvod 106 regulátoru výhodně odpojuje elektrochemický článek (elektrochemické články) od vývodů baterie 120. 122 na základě detekování poruch podmínek bezpečnosti.
V upřednostňovaném provedení opakovatelně nabíjené baterie podle přihlašovaného vynálezu může regulátor 140 navíc obsahovat nabíjecí pomocný obvod 104 regulátoru. Nabíjecí pomocný obvod 104 regulátoru bezpečně a účinně řídí nabíjení elektrochemického článku (elektrochemických článků) 130 baterie 110, do níž je obvod regulátoru 140 včleněn. Detekční obvod 105 výhodně provádí soustavné a přímé monitorování pracovních parametrů obvodu regulátoru 140 a fyzikálních podmínek elektrochemického článku (elektrochemických Článků) 130. Detekční obvod 105 může měřit takové pracovní parametry elektrochemického článku, jako je napětí článku, elektrický proud odváděný z článku, fázový posun mezi napětím článku a elektrickým proudem atd. Detekční obvod 105 může monitorovat například napětí článku, nabíjecí proud, vnitřní impedanci elektrochemického článku (elektrochemických článků), koncentrace vodíku a/nebo kyslíku, teplotu, tlak nebo některé další pracovní parametry nebo fyzikální podmínky, které souvisejí s touto oblastí techniky.
V obzvláště upřednostňovaném provedení má každý elektrochemický článek svůj vlastní obvod regulátoru 104, který monitoruje podmínky v konkrétním článku. Na základě přímého monitorování podmínek v každém konkrétním článku může nabíjecí pomocný regulátor 104 zajišťovat lepší bezpečnost a účinnost, než je tomu v případě známého nabíjecího regulátoru, který monitoruje ztráty na základě využívání okamžité nabíjecí hodnoty článku(ů) a maximální kapacitu článku za účelem soustavného optimalizování nabíjecích podmínek.
Každý regulátor může obsahovat jeden nebo více následujících pomocných regulátorů :
(1) vybíjecí pomocný regulátor 102, (2) nabíjecí pomocný regulátor 104 a/nebo (3) nouzový pomocný regulátor 106. Kvůli zjednodušení popisu budou funkce regulátoru vysvětlovány v pojmech pomocných regulátorů. Skutečné provedení ovladače 140 podle přihlašovaného vynálezu však nevyžaduje nezávislé sestavy obvodů pro každou funkci zvlášť, protože φ
• ΦΦΦ • « · φ φ · φφ φφ «φφφ
-22několikanásobné funkce, které provádí regulátor, mohou být, a výhodně jsou, zkombinovány do jediného obvodu. Jako příklad lze uvést to, žc každý pomocný regulátor má své vlastní, vnitřní detekční obvody pro měření jednoho nebo více pracovních parametru regulátoru a/nebo fyzikálních podmínek elektrochemického článku (elektrochemických článků), popřípadě nezávislý detekční obvod může měřit parametry a/nebo podmínky, které předává dále k využití, a/nebo může vysílat řídicí signály, jež se týkají parametrů a/nebo podmínek jednoho nebo více než jednoho pomocného regulátoru. Regulátor může mít navíc přídavné nebo alternativní pomocné regulátory, které vykonávají další funkce, které přistupují k jedné nebo více funkcím, které jsou zde vyjmenovány.
Vybíjecí pomocný regulátor
Vybíjecí pomocný regulátor může prodlužovat provozní dobu primární nebo opakovatelně nabíjené baterie podle přihlašovaného vynálezu jedním z několika způsobů. Za prvé, v případě vícečlánkové baterie obsahující přinejmenším jeden primánů elektrochemický článek nebo přinejmenším jeden opakovatelně nabíjený článek, jenž se výhodně úplně vybíjí před dalším nabíjením (například NiCd článek se výhodně vybíjí až na přibližně 100%, avšak nikoli více), může pomocný regulátor umožňovat hlubší vybíjení jednoho nebo více elektrochemických článků baterie v důsledku činnosti elektronického přístroje, než by bylo jinak možné. Jako příklad lze uvést to, že vybíjecí pomocný regulátor je schopen umožňovat vybíjení jednočlánkové baterie pod takovou mezní hranici, při níž napětí článku klesá pod závěrní napětí přístroje. V případě primární baterie se může provozní doba baterie prodlužovat v důsledku maximálně možného, hlubokého vybíjení elektrochemického článku (elektrochemických článků) před tím, než se baterie odloží do odpadu. Avšak v případě opakovatelně nabíjené baterie se provozní doba baterie prodlužuje vybíjením elektrochemických článků na optimální hloublo) vybíjení. V této souvislosti platí, že, je-li optimální hloubka vybíjení opakovatelně nabíjeného elektrochemického článku pod úrovní závěrného napětí daného přístroje, který opakovatelně nabíjená baterie napájí, pak se provozní doba opakovatelně nabíjené baterie může prodlužovat, umožňuje-li se vybíjení opakovatelně nabíjeného článku na takovou hodnotu, jež je nad úrovní závěrného napětí takového přístroje.
V této přihlášce používaný výraz „hluboké vybíjení“ označuje možnost vybíjení elektrochemického článku (elektrochemických článků) na přinejmenším 80% jmenovité ·« a·· ··» * * * · • a · a • a a · a a a a aa aa
-23kapacity elektrochemického článku (elektrochemických článků). Navíc výraz „podstatné vybíjení“ v této patentové přihlášce označuje možnost vybíjení elektrochemického článku (elektrochemických článků) na přinejmenším 70% jmenovité kapacity elektrochemického článku (elektrochemických článků). „Nadměrné vybíjení“ v této přihlášce označuje možnost vybíjení elektrochemického článku (elektrochemických článků) nad 100%, což může vést k obrácení napětí. Například typická alkalická baterie, která je v současnosti na tíhu, má celkově schopnost dodávání přibližně 40% až 70% kapacity nahromaděné energie před tím, než úroveň napětí elektrochemického článku klesne na takovou úroveň napětí, jež nepostačuje pro napájení elektronického přístroje. V souvislosti s tím pomocný regulátor podle přihlašovaného vynálezu výhodně poskytuje alkalicky článek, který má schopnost zajišťovat více než 70% vybíjení před tím, než se baterie odpojí. Výhodněji pomocný regulátor zajišťuje takovou úroveň vybíjení, která je vyšší než přibližně 80%. Dokonce ještě výhodněji pomocný regulátor zajišťuje takovou úroveň vybíjení, která je vyšší než přibližně 90% a nejvýhodněji vyšší než přibližně 95%.
Vybíjecí pomocný regulátor může obsahovat konvertor, který převádí napětí článku na požadované výstupní napětí primární nebo opakovatelně nabíjené baterie. V případě primární baterie takový konvertor umožňuje hlubší vybíjení elektrochemického článku (elektrochemických článků) a tím prodlužuje provozní dobu baterie. Avšak v případě opakovatelně nabíjené baterie takový konvertor umožňuje vybíjení opakovatelně nabíjené baterie v rozsahu optimální hloubky nezávisle na úrovni závěrného napětí daného přístroje. V jednom provedení podle přihlašovaného vynálezu může pomocný regulátor plynule převádět napětí článku na požadované výstupní napětí po celou dobu běhu baterie. V případě poklesu napětí článku na úroveň závěrného napětí přístroje, kdy by se za normálních okolností vybíjení baterie zastavilo, tento konvertor zesiluje nebo stupňuje napětí článku u výstupu baterie na takovou úroveň, která postačuje pro pokračující napájení přístroje do té doby, než úroveň napětí klesne pod hranici minimálně požadovaného napětí pro napájení pomocného regulátoru nebo pod hranici optimální hloubky vybíjení opakovatelně nabíjeného elektrochemického článku. Takto bude baterie, která má ve svém konstrukčním uspořádání zabudován pomocný regulátor mající schopnost pracovat při nižším napětí než pomocný regulátor jiné baterie, vykazovat schopnost hlubšího vybíjení nezávisle na úrovni napětí Článku.
V upřednostňovaných provedeních podle přihlašovaného vynálezu konvertor pracuje pouze tehdy, když napětí Článku klesne na nebo pod předem stanovenou úroveň napětí.
• 9
9999 * * * • · · 9
9 * · • 9 9 · • 9 9»
-24V takových provedeních se vnitřní ztráty konvertora minimalizují, protože konvertor pracuje pouze tehdy, když je to nutné. Předem stanovená úroveň napětí je výhodně v rozsahu od jmenovitého napětí elektrochemického článku do nejvyšáího závěrného napětí třídy přístrojů, pro které je baterie určena. Předem stanovená úroveň napětí je výhodněji o něco vyšší než nejvyšší závěrné napětí třídy přístrojů, pro které je baterie určena. Předaň stanovené napětí může být například v rozsahu od přibližně nejvyšáího závěrného napětí třídy přístrojů, pro které je baterie určena, až do přibližně 0,2 voltu plus řečené závěrné napětí, výhodně v rozsahu od přibližně nejvyšáího závěrného napětí třídy přístrojů, pro které je baterie určena, až do přibližně 0,15 vohu plus řečené závěrné napětí, výhodněji v rozsahu od přibližně nejvysšího závěrného napětí třídy přístrojů, pro které je baterie určena, až do přibližně 0,1 vohu plus řečené závěrné napětí a dokonce ještě výhodněji v rozsahu od přibližně nejvysšího závěrného napětí třídy přístrojů, pro které je baterie určena, až do přibližně 0,05 vohu plus řečené závěrné napětí. Například elektrochemický článek mající obecně jmenovité napětí přibližně 1,5 vohu vykazuje předem stanovené napětí v rozsahu od přibližně 0,8 voltu do přibližně 1,8 voltu. Výhodně je předem stanovené napětí v rozsahu od přibližně 0,9 vohu do přibližně 1,6 voltu. Výhodněji je předem stanovené napětí v rozsahu od přibližně 0,9 vohu do přibližně 1,5 voltu. Ještě výhodněji je předem stanovené napětí v rozsahu od přibližně 0,9 vohu do přibližně 1,2 vohu, přičemž dokonce ještě výhodněji je předem stanovené napětí v rozsahu od přibližně 1,0 vohu do přibližně 1,2 vohu. Nejvýhodnější je taková úroveň napětí, která je o něco vyšší nebo stejná jako nejvyšší závěrné napětí třídy přístrojů, pro které je baterie určena. Avšak pomocný regulátor, který je konstruován pro činnost v elektrochemickém článku vykazujícím nominální napětí přibližně 3,0 vohu, může mít obecně předem stanovenou úroveň napětí v rozsahu od přibližně 2,0 voltu do přibližné 3,4 vohu. Výhodně je předem stanovené napětí v rozsahu od přibližně 2,2 voltu do přibližně 3,2 voltu. Výhodněji je předem stanovené napětí v rozsahu od přibližně 2,4 voltu do přibližně 3,2 vohu. Ještě výhodněji je předem stanovené napětí v rozsahu od přibližně 2,6 voltu do přibližně 3,2 voltu, přičemž dokonce ještě výhodněji je předem stanovené napětí v rozsahu od přibližně 2,8 vohu do přibližně 3,0 voltu. Nejvýhodnější je taková úroveň napětí, která je o něco vyšší nebo stejná jako nejvyšší závěrné napětí třídy přístrojů, pro které je baterie určena.
Když napětí článku klesne na nebo pod předem stanovenou úroveň napětí, vybíjecí pomocný regulátor zapne konvertor a zesílí napětí článku na požadované výstupní napětí, které « « «« «ν«« · ♦ « ♦ t · « · · · « » • · * 9 · ♦ · · · ·· ··· ··· ···· «·
-25postačuje pro napájení zatížení. Toto je úsporné opatření proti ztrátám konvertoru, které nejsou nutné při dostatečně vysokém napětí článku pro napájení zátěže, ale poté tento konvertor dává elektrochemickému článku možnost pokračovat ve vybíjení dokonce i tehdy, když napětí článku klesne pod úroveň, jež se vyžaduje pro napájení zatížení, a vybíjení pokračuje tak dlouho, až napětí článku dosáhne minimální pracovní napětí konvertoru v případě primárního článku nebo až napětí článku dosáhne optimální hloubku vybíjení v případě opakovatelně nabíjeného článku. Pomocný regulátor může používat jeden řídicí mechanismus nebo větší počet řídicích mechanismů od jednoduché kombinace porovnávače napětí a elektronického spínače, která zapíná konvertor tehdy, když napětí článku klesne na předem stanovenou úroveň, až po složitější řídicí schémata, z nichž některá budou popsána v dalším textu.
Univerzální baterie podle přihlašovaného vynálezu, která je konstruována pro dané výstupní napětí, má výhodně schopnost prodlužovat provozní dobu baterie tehdy, když se používá pro napájení přístroje nebo zařízení. V této přihlášce používaný výraz „univerzální“ baterie označuje baterii, která může poskytovat stejnoměrné výstupní napětí nezávisle na elektrochemické podstatě článků. Takto je baterie podle přihlašovaného vynálezu konstruována pro účely prodlužování své provozní doby na základě udržování výstupního napětí baterie na úrovni, která je vyšší nebo stejná jako závěrné napětí daného přístroje, tak dlouho, až zabudovaný pomocný regulátor provede vypnutí v důsledku poklesu napětí primárního elektrochemického článku (elektrochemických článků) na takovou úroveň, pod níž pomocný regulátor nemůže nadále pracovat, nebo v důsledku poklesu napětí opakovatelně nabíjeného elektrochemického článku na jeho optimální hloubku vybíjení. Baterie podle přihlašovaného vynálezu, která je konstruována pro napájení specifického elektronického přístroje nebo úzké třídy elektronických přístrojů, které mají podobná závěrná napětí, může být specificky konstrukčně uspořádána pro účinnější provoz na základě těsnějšího přibližování předem stanovené úrovně napětí ve vztahu k závěrnému napětí (závěrných napětí) tohoto přístroje (těchto přístrojů).
Za druhé, vybíjecí pomocný regulátor se může používat pro prodlužování provozní doby opakovatelně nabíjeného elektrochemického článku na základě optimálního vybíjení článku v zájmu zvýšení počtu nebo účinnosti nabíjecích cyklů. Například v utěsněném Článku, který obsahuje olovo a kyselinu, může hluboké vybíjení poškozovat článek a/nebo snižovat počet nebo účinnost budoucích nabíjecích cyklů. Pomocný regulátor může například řídit » · ·· ·««· · t « ♦ ··· * ♦ · ♦ · · ·« * · · ·♦·♦»· ··· »· · · · v ·· ··· ··· ··· «·
-26vybíjení zvláštního typu opakovatelně nabíjeného elektrochemického článku tak, aby vybíjecí cyklus končil tehdy, když napětí Článku dosáhne předem stanovenou úroveň napětí, která představuje optimální hloubku vybíjení daného typu elektrochemického článku nebo zvláštního typu elektrochemického článku. Například v utěsněném článku, který obsahuje olovo a kyselinu, je taková předem stanovená úroveň napětí v rozsahu od přibližně 0,7 vohu do přibližně 1,6 vohu, přičemž výhodnější přibližně 0,7 vohu. V opakovatelně nabíjeném článku obsahujícím lithium a MnOj je předem stanovená úroveň napětí v rozsahu od přibližně 2,0 vohu do přibližně 3,0 vohu, přičemž nejvýhodnější je přibližně 2,4 vohu. Alternativně může také vybíjecí pomocný regulátor ukončit vybíjecí cyklus tehdy, když vnitřní impedance opakovatelně nabíjené baterie dosáhne maximální požadovanou úroveň vybíjení pro daný typ elektrochemického článku nebo pro konkrétní elektrochemický článek. Takto se v baterii podle přihlašovaného vynálezu, která obsahuje nejméně jeden opakovatelně nabíjený elektrochemický článek, jehož hloubka vybíjení neklesá pod úroveň optimální hloubky vybíjení, může vybíjecí pomocný regulátor používat pro prodlužování provozní doby baterie na základě ukončování nabíjecího cyklu tehdy, když napětí článku dosahuje předem stanovenou úroveň napětí nebo když vnitřní impedance dosahuje předem stanovenou úroveň vnitřní impedance.
Za třetí, vybíjecí pomocný regulátor může také snižovat napětí elektrochemického článku (elektrochemických článků) majícího (majících) jmenovité napětí vyšší než požadované výstupní napětí a/nebo měnit výstupní impedanci napětí elektrochemického článku (elektrochemických článků) baterie. Toto nejen prodlužuje dobu běhu baterií, ale také dává možnost Širší výměnné použitelnosti elektrochemických článků majících rozdílná jmenovitá napětí, než je jinak možné, umožňuje konstruktérům využívat výhodu většího nahromaděného potenciotiálu elektrochemických článků majících vyšší jmenovité napětí a umožňuje řečeným konstruktérům vytvářet podmínky pro měnění výstupní impedance určitých elektrochemických článků v zájmu přizpůsobování impedance požadovaným úrovním buď pro účely rozšiřování výměnné použitelnosti různých typů elektrochemických článků a/nebo pro účely zvyšování účinností elektrochemického článku napájejícího konkrétní typ zatížení. Navíc elektrochemické články, které jsou neúčinné, představují nebezpečí pro životní prostředí, jsou nákladné a celkově se používají pouze kvůli zvlášť požadovanému jmenovitému napětí, jako je kadmíortuťový článek, mohou být nahrazovány bezpečnějšími, účinnějšími nebo levnějšími elektrochemickými články, jejichž jmenovité napětí se může zvyšovat nebo snižovat nebo
ΦΦΦΦ φφ · · φφφ» • φφ φ · · φ φ φ φφ φφ φ φφφφφφ φφφ φ φ φφφφ φφ φφφ φφφ Φφφφ φφ φφ
-27jejichž výstupní impedance se může měnit v zájmu dosahování požadovaného jmenovitého napětí nebo výstupní impedance podle požadavků konkrétního účelu používání.
Například elektrochemický článek mající jmenovité napětí přibližnč 1,8 voltu nebo vyšší se může sestavovat s pomocným regulátorem, kteiý snižuje toto vyšší jmenovité napětí na standardní úroveň jmenovitého napětí přibližně 1,5 voltu, takže baterie se může zaměňovat s baterií mající jmenovité napětí přibližnč 1,5 voltu. V jednom konkrétním příkladě se standardní lithiový článek, jako je primární článek s obsahem lithia a MnOz mající jmenovité napětí přibližně 3 volty, může včleňovat do baterie s pomocným regulátorem pro snižování napětí, takže taková baterie má výstupní napětí přibližně 1,5 voltu. Tím se získává baterie, která má přinejmenším dvojnásobný výkon než baterie mající elektrochemický článek se jmenovitým napětím přibližně 1,5 voltu a stejným objemem. Navíc se takto získává lithiový článek, který lze zaměňovat se standardní alkalickou nebo zinkouhKkovou jednočlánkovou baterií bez potřeby změny chemické podstaty hhtiového článku, čímž by se snížilo nahromadění chemické energie článku. Navíc opakovatelně nabíjený lithiový iontový článek má jmenovité napětí přibližně 4 volty. Tento článek se může sestavovat do podoby baterie se snižovacím regulátorem, takže taková jednočlánková baterie má výstupní napětí přibližně 1,4 voltu. Lithiová iontová baterie podle přihlašovaného vynálezu se může zaměňovat se standardní jednočlánkovou „NiCd“ nebo „NiMH“ opakovatelně nabíjenou baterií, avšak bude mít dvojnásobně aŽ trojnásobně větší kapacitu než jednočlánková „NiCd“ nebo „NiMH“ baterie mající stejný objem.
Navíc baterie, které mají elektrochemické články, jako jsou hthiové iontové baterie, magnesiové baterie, magnesiové vzduchové a hliníkové vzduchové baterie, rovněž vykazují nominální napětí přibližně 1,8 voltu a mohou se zaměňovat se standardní baterií mající jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu. Nejenže existuje možnost zaměňovat rozdílné typy elektrochemických článků, ale navíc je možné sestavovat rozdílné typy elektrochemických článků pohromadě v hybridní baterii. Takto se mohou rozdílně typy baterií, které obsahují rozdílné elektrochemické články s různým jmenovitým napětím nebo vnitřní impedancí, používat vyměnitelným způsobem nebo se mohou zhotovovat hybridní baterie, jež obsahují rozdílné typy elektrochemických článků a galvanických článků.
Elektrochemické články, které mají jmenovité napětí, pod jehož úrovní budou pracovat typické elektronické přístroje, mohou alternativně používat vybíjecí pomocný regulátor se zabudovaným zesilovacím konvertorem pro zesilování nebo zvyšování jmenovitého napětí.
* * ··
-28Toto poskytuje baterii, která má tento typ elektrochemického článku, možnost používání v kombinaci s takovým přístrojem, jenž vyžaduje vyšší úroveň napětí, než by článek jinak mohl poskytovat. Navíc baterie mající tento typ článku se rovněž může zaměňovat se standardními alkalickými nebo zinkouhlíkovými elektrochemickými články. Takto lze poskytovat komerčně žádané, široce použitelné baterie, které hy jinak nebyly z praktického hlediska spotřebitele považovány za zajímavé kvůli příliš nízkému jmenovitému napětí.
Smyslem „Tabulky Γ není její výlučnost, ale spíše se zaměřuje na přehled příkladů primárních, sekundárních a rezervních elektrochemických článků, které se mohou používat v baterií podle přihlašovaného vynálezu. Například rozdílné typy primárních a/nebo opakovatelně nabíjených elektrochemických článků, které mají rozdílné jmenovité napětí nebo vnitřní impedanci, mohou používat konvertor pro účely sestavování univerzální jednočlánkové baterie, jež má stejné výstupní napětí jako standardní 1,5 voltová alkalická primánu nebo opakovatelně nabíjená baterie, případně standardní 1,4 voltová kadmioniklová opakovatelně nabíjená baterie. Navíc primární, sekundární a/nebo rezervní články se mohou používat společně v hybridní vícečlánkové baterii podle přihlašovaného vynálezu. Je zřejmé, že přihlašovaný vynález umožňuje širší zaměnitelnost či nahraditelnost mezi různými typy elektrochemických článků a mezi elektrochemickými články a alternativními zdroji elektrického proudu, jako jsou palivové články, kondenzátory atd., než tomu bylo doposud. Na základě umisťování regulátoru do každého elektrochemického článku se elektrické charakteristiky, jako je jmenovité napětí a výstupní impedance rozdílných typů elektrochemických článků, mohou seřizovat v zájmu vytváření konstrukčních podmínek pro zhotovování většího výběru článků, které se používají při sestavování vyměnitelných baterií. Konstrukční řešení baterií mohou využívat konkrétní výhody elektrochemického článku pří současném zachovávání vzájemné zaměnitelnosti s bateriemi, které obsahují jiné typy článků. Přihlašovaný vynález se navíc může využívat při vytváření nových standardních úrovní napětí na základě převádění jmenovitých napětí elektrochemických článků na standardní úrovně napětí.
• · • fe ··· fefe * · fe fe • fe fefefe fefefe ···· fefe fefe
-29TABULKA 1
Typy elektrochemickcvch článlrň a jmenovitá napětí
| Primární články | |||
| Typ článku | Jmenovité napětí | Typ článku | Jmenovité napětí |
| Rtuť-kadmium | 0,9 voltu | Lithium FeS2 | 1,6 voltu |
| Oxidrtuťnatý | 1,35 voltu | Magnesium - organický elektrolyt | 1,6 voltu |
| Oxid rtuťnatý s MnOz | 1,4 voltu | Magnesium MnO2 | 2,8 voltu |
| Zinek - vzduch | 1,4 voltu | Lithium - tuhý elektrolyt | 2,8 voltu |
| Uhlík- zrnek | 1,5 voltu | Lithium MnQi | 3,0 voltu |
| Zinek - chlorid | 1,5 voltu | Lithium (CF)* | 3,0 voltu |
| Alkalický MnO2 | 1,5 voltu | Lithium SO2 | 3,0 voltu |
| Stříbro-oxid | 1,5 voltu | Lithium SOCL | 3,6 voltu |
| Sekundární články | |||
| Typ článku | Jmenovité napětí | Typ Článku | Jmenovité napětí |
| Stříbro - kadmium | 1,1 voltu | Zinek-brom | 1,6 voltu |
| Edison (oxid Fe-Ni) | 1,2 voltu | Vysokoteplotní U(Al) - FeS2 | 1,7 voltu |
| Nikl-kadmium | 1,2 voltu | Hliník - vzduch | 1,9 voltu |
| Hydrid nikl kov | 1,2 voltu | Olovo - kyselina | 2,0 voltu |
| Nikl-vodík | 1,2 voltu | Vysokoteplotní Na - S | 2,0 voltu |
| Stříbro - zinek | 1,5 voltu | Lithium - polymer Li - V6O13 | 3,0 voltu |
| Zinek - vzduch | 1,5 voltu | Lithium - ion C - IaCoOí | 4,0 voltu |
| Nikl-zinek | 1,6 voltu | ||
| Rezervní Články | |||
| Týp článku | Jmenovité napětí | Typ Článku | Jmenovité napětí |
| Chlorid měďný | 1,3 voltu | Termální Li - FeS2 | 2,0 voltu |
| Oxid zinku/stribra | 1,5 voltu |
Jinak nekompatibilní elektrochemické články se mohou navíc používat pohromadě v hybridních bateriích, které se speciálně konstruují pro konkrétní účely použiti. Například elektrochemický článek typu zinek - vzduch se muže v hybridní baterie používat společně s lithiovým článkem buď v paralelním nebo sériovém zapojení. Elektrochemický článek typu zinek - vzduch má jmenovité napětí přibližně 1,5 vottu a velmi vysokou hustotu energie, ale může poskytovat nízké, stálé úrovně elektrického proudu. Avšak lithiový Článek má úroveň jmenovitého napětí přibližně 3,0 voltu a může poskytovat krátké výboje vysokých úrovní
4 · «4 4
444 44 · 4 4 · ·«· ··· 444« 4« «4
-30elektrického proudu. Vybíjecí pomocný regulátor každého elektrochemického článku vytváří stejní jmenovité výstupní napětí a umožňuje jak paralelní, tak i sériové zapojování. Když jsou články v paralelním zapojení, mohou pomocné regulátory rovněž znemožňovat vzájemné vyvíjení článků mezi sebou. Pomocný regulátor každého článku se může také používat pro připojování nebo odpojování jednoho nebo obou článků podle toho, jak to vyžadují podmínky zatížení. Proto platí, že, je-li zatížení v režimu nízkého proudu, pak se článek typu zinek vzduch může připojit pro účely poskytování stálého, nízkého proudu, a, je-li zatížení v režimu vysokého proudu, pak hthiový článek nebo kombinace řečených hthiových článků a článků typu zinek - vzduch mohou poskytovat elektrický proud, který je nezbytná pro napájení zatížení.
Hybridní baterie mohou rovněž obsahovat řadu různých kombinací elektrochemických článků, jako jsou primární a sekundární články, primární a rezervní články, sekundární a rezervní články nebo primární, sekundární a rezervní články. Navíc hybridní baterie mohou také obsahovat kombinace jednoho nebo více elektrochemických článků a jednoho nebo více než jednoho alternativního zdroje elektrického proudu, jako je palivový článek, běžný kondenzátor nebo dokonce super/ultrakondenzátor. Hybridní baterie může například obsahovat kombinace alkalických článků a článků typu kov - vzduch článků typu kov - vzduch a sekundárních článků, jakož i kombinaci článku typu kov - vzduch a superkondenzátoru. Hybridní baterie mohou navíc také obsahovat možné kombinace dvou nebo více než dvou uvedených článků nebo zdrojů elektřiny.
Navíc vybíjecí pomocný regulátor může rovněž prodlužovat provozní dobu baterie na základě ochrany elektrochemického článku (elektrochemických článků) před proudovými špičkami, které hy mohly poškozovat činnost komponentů elektrochemického článku a snižovat elektrické napětí článku. Pomocný regulátor může například zabraňovat vytváření paměťového efektu, který vzniká na základě vysokých požadavků na elektrický proud a zkracuje dobu běhu elektrochemického článku (elektrochemických článků). Proudové špičky rovněž poškozují elektrochemické články, jako jsou alkalické, lithiové, NtCd, SLA články, články na bázi hydridu kovu a článků typu zinek - vzduch.
Vybíjecí pomocný regulátor může chránit elektrochemický článek před účinky proudových špiček na základě dočasného hromadění elektrického náboje u výstupu pomocného regulátoru a takový dočasně nahromaděný náboj se může využívat při okamžitém požadavku. Proto požadavek proudové špičky může být kompletně eliminován nebo podstatně omezen
| i · | 4 « | * » » • · · « | ||
| • · | 4 * | « · | • · | |
| ·· | ··· | ··♦ ···· | ·· | ·· |
-31před tím, než se dostane do elektrochemického článku. Toto umožňuje, aby baterie jednak poskytovala proudové špičky, které jsou vyšší, než elektrochemický článek (elektrochemické články)může (mohou) poskytovat přímo, a jednak chránila elektrochemický článek (elektrochemické články) před špičkovými proudy, jež mohou poškozovat komponenty článku. Výhodnou součástí pro dočasné hromadění náboje je kondenzátor. Takovým kondenzátorem může být kondenzátor jakéhokoli typu nebo kondenzátor, ktetý je v této oblasti techniky znám jako konvenční kondenzátor, kondenzátor mající podobu potištěného tenkého filmu nebo dokonce „super/ultrakondenzátoT1. Například na obr. 13 je znázorněn kondenzátor Cf. který je zapojen příčně od vývodu 1320 k vývodu 1322 pouzdra 1312.
Jediný vybíjecí pomocný regulátor bude výhodně prodlužovat provozní dobu baterie jak na základě ochrany článku proti proudovým špičkám, tak i na základě převádění napětí článku na požadované výstupní napětí. Například upřednostňované provedení pomocného regulátoru může zapínat konvertor tehdy, když napětí článku klesne na předem stanovenou úroveň napětí v zájmu minimalizování ztrát souvisejících s konvertorem, Tentýž pomocný regulátor může monitorovat jak napětí článku, tak i výstupní proud pro zatížení a zapínat konvertor buď tehdy, když napětí článku dosáhne předem stanovenou úroveň napětí, nebo tehdy, když proud pro zatížení dosáhne předem stanovenou úroveň. Pomocný regulátor může alternativně monitorovat jak napětí článku, tak i výstupní proud pro zatížení a určovat, zda dodávání požadovaného proudu pro zatížení bude snižovat napětí článku pod úroveň závěrného napětí. V posledně uvedeném příkladu tento pomocný regulátor pracuje na základě dvou vstupních signálů, které jsou kombinovány v algoritmu pro určování toho, zda by měl být zapnut konvertor. Avšak v předcházejícím příkladu pomocný regulátor zapne konvertor buď tehdy, když napětí článku klesne na předem stanovenou úroveň napětí, nebo tehdy, když se výstupní proud pro zatížení zvýší na předem stanovenou úroveň. Tato schémata budou společně s dalšími schématy vysvětlena podrobněji v dalším textu.
Přihlašovaný vynález se týká baterií pro zvláštní účely, jakož i běžně používaných baterií, jako jsou AAA, AA, C nebo D články a 9 voltové baterie. Tento vynález bere v úvahu používání baterií pro zvláštní účely a hybridních baterií, které by mohly být používány pro různé účely. Předpokládá se, že tyto baterie pro zvláštní účely a hybridní baterie by byly využitelné pro nahrazování opakovatelně nabíjených baterií, které jsou určeny pro používání v mobilních telefonech, přenosných laptop počítačích atd., jejichž používání je v současné době * · «* « · » · « · φ · · · • « · · · ······ « · « · * · · · · ·« «»» ·»*«*·· ·· ··
-32omezováno schopností primárních baterií dodávat požadovaný poměr elektrického proudu v průběhu postačujícího časového úseku. Navíc schopnost samostatného řízení výstupního napětí a výstupní impedance Článků poskytuje konstruktérům baterií možnost navrhovat zcela nové typy hybridních baterií, které používají kombinace rozdílných typů článků nebo alternativní zdroje elektrického proudu, jako jsou palivové články, běžné kondenzátory nebo dokonce „superkondenzátory“ v téže hybridní baterii.
Zvyšování poctu vyměnitelných typů elektrochemických článků by mohlo také dát konstruktérům baterií možnost vyvíjení standardních primárních nebo opakovatelně nabíjených baterií za účelem omezování závislosti na bateriích, které jsou konstruovány na zakázku pro konkrétní přístroje, jako jsou mobilní telefony, přenosné laptop počítače, videokamery, fotoaparáty atd. Spotřebitel by si jednoduše mohl koupit standardní baterie pro napájení mobilního telefonu stejně tak, jak si spotřebitel v současnosti kupuje baterie pro zábleskové světlo nebo magnetofon, a nemusel by na tíhu vyhledávat baterii, která se vyrábí zvlášť pro konkrétní typ, značku a/nebo model elektronického přístroje. Navíc se zvyšováním počtu vyráběných standardních baterií se prudce snižuje cena za jednotku, výsledkem čehož je podstatně snazší dostupnost baterií, které by mohly úplně nahrazoval speciálně konstruované, opakovatelně nabíjené baterie. Navíc by se primární a opakovatelně nabíjené baterie mohly rovněž používat pro účely vzájemného vyměňování. Jako příklad lze uvést to, že v případě vyčerpám opakovatelně nabíjených baterií přenosného laptop počítače by uživatel mohl koupit primární baterie, které by vydržely několik hodin provozu do té doby, než by uživatel zajistil nabití opakovatelně nabíjených baterií. Uživatel by si rovněž mohl koupit levnější baterie za předpokladu, že nepotřebuje vysoké výkonové úrovně, které by mohl poskytovat přístroj s cenově nákladnějšími bateriemi.
Elektronická etiketovací technologie, jako je technologie používaní na fotografickém filmu atd., by se mohla rovněž používat pro označování přesného typu článku(ů) v baterii, nominální a/nebo zbývající kapacitu článku(ů), špičkové a optimální schopnosti dodávání proudu, úrovně nabíjecího proudu, vnitřní impedance atd., takže „inteligentní“ zařízení by mohlo Číst elektronické údaje z etikety a optimalizovat jejich spotřebovávání za účelem posilování výkonu příslušného přístroje, prodlužování provozní doby baterie atd. Fotoaparát, který již využívá elektronické etiketování například pro určování rychlosti filmu, by mohl také využívat elektronickou etiketovací technologii pro své baterie tak, aby umožňoval pomalejší • i * φφφ φφ φ·φ • ΦΦ φφφφ • » φ φ • * Φ Β • Φ Φ
Φ · Φ Φ • Φ ΦΦ
-33průběh nabíjení zábleskového světla, ukončoval používání zábleskového světla atd. v zájmu optimalizování doby běhu konkrétní baterie. Přenosný laptop počítač by mohl také využívat elektronickou etiketovací technologií pro určování nejúčinnějsích pracovních parametrů konkrétních baterií například na základě měnění pracovní rychlosti v zájmu co nejlepšího využívání zbývající energie baterie v průběhu časového úseku, který uživatel pro svou činnost potřebuje, nebo na základě využívání zapínací/vypínací technologie podporující šetrné nakládání s energií baterie. Navíc videokamery, mobilní telefony atd. by mohly rovněž využívat elektronické etiketování pro účely optimálního používání baterií.
Přihlašovaný vynález se rovněž týká standardních spotřebních baterií jako jsou AAA, AA, C nebo D články a 9 voltové baterie. Navíc k primárním bateriím, které lze zaměňovat za různé typy primárních nebo dokonce opakovatelně nabíjených baterií, mohou být standardní primární nebo opakovatelně nabíjené baterie používány pro takové účely, jimž v současnosti vyhovují pouze zvláštní baterie konstruované na zakázku. V závislosti na konkrétní potřebě by spotřebitelé mohli kupovat například jeden typ nebo několik typů standardních primárních nebo opakovatelně nabíjených baterií, které by se mohly vkládat přímo do jejich přenosných laptop počítačů, videokamer, mobilních telefonů a dalších přenosných elektronických přístrojů. Jak jíž bylo uvedeno v předcházejícím textu, se zvyšováním počtu vyráběných standardních baterií se prudce snižuje cena za jednotku, výsledkem čehož je podstatně snazší dostupnost baterií, které by mohly úplně nahrazovat speciálně konstruované, opakovatelně nabíjené baterie.
V zájmu prodlužováni provozní doby primárních baterií nebo opakovatelně nabíjených baterií, které mají poměrní nízkou optimální hloubku vybíjení, může být vybíjecí pomocný regulátor konstruován v souladu s nejnovější technologií výroby obvodů tak, aby pracoval při ještě nižších napětích. Vybíjecí pomocný regulátor může být například konstruován tak, aby pracoval pří nízkých úrovních napětí, jako je přibližně 0,1 voltu v provedení obsahujícím karbid křemíku („SiC“), přibližně 0,34 voltu v provedení obsahujícím arsenid gallia („GaAs“) a přibližně 0,54 voltu v konvenčním provedení na bázi křemíku. Navíc se zmenšující se velikostí tisku se rovněž budou snižovat i tato minimální napětí. Jako příklad lze uvést, že v případě křemíku by se v důsledku zmenšení tisku obvodu na 0,18 mikronovou technologii by se minimální pracovní napětí snížilo zpribližně 0,54 voltu na přibližně 0,4 voltu. V předcházejícím textu již bylo uvedeno to, že, čím nižší je minimální vyžadované pracovní napětí vybíjecího pomocného regulátoru, tím hlouběji může vybíjecí pomocný regulátor
Φ « * · · · φ • · · φ φ φ φ • · · φ φ φ • Φφ ΦΦΦΦ ·» Φ·
-34regulovat napětí článku v zájmu provádění nejhlubšího vybíjení primárního elektrochemického článku nebo optimálního vybíjení opakovatelně nabíjeného elektrochemického článku na optimálně nízkou hloubku vybíjení. Takto je smyslem tohoto vynálezu využívání různých výhod sestavovaných obvodů za účelem zvyšování využitelnosti baterie až na přibližně 100% nahromaděného náboje elektrochemického článku. Avšak provedení na bázi křemíku, které je předloženo k posouzení, poskytuje až 95% využití nahromaděného potencionáhi baterie, což je značně vysoká hodnota vybíjení v porovnání s průměrnou 40% až 70% využitelností primárních elektrochemických článků bez regulátoru.
V jednom výhodném provedení na bázi křemíku je vybíjecí pomocný regulátor konstruován například tak, aby pracoval při napětích, která jsou nízká až přibližně 1 vott, výhodněji přibližně 0,85 vohu, ještě výhodněji přibližně 0,75 voltu, dokonce ještě výhodněji přibližně 0,65 voltu, dokonce ještě o něco výhodněji přibližně 0,6 vohu, přičemž přibližně 0,54 voltu je nejvýhodnější. V případě pomocného regulátoru, který je konstruován pro elektrochemický článek mající jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu, má pomocný regulátor schopnost pracovat při tak vysokém vstupním napětí, které dosahuje až přibližně 1,6 voltu. Výhodněji má pomocný regulátor schopnost pracovat při tak vysokém vstupním napětí, které dosahuje až přibližně 1,8 voltu. Takto má výhodný pomocný regulátor schopnost pracovat v rozsahu napětí od minimálně přibližně 1,8 voltu do přibližně 1,6 voltu. Avšak pomocný regulátor také může pracovat mimo tento rozsah a výhodně to tak dělá.
Avšak v upřednostňovaném provedení vybíjecího pomocného regulátoru, který je konstruován v souladu s tímto vynálezem pro použití v elektrochemickém článku, jako je opakovatelně nabíjený lithium iontový - MnCh článek mající jmenovité napětí přibližně 3,0 voltu, musí pomocný regulátor mít schopnost pracovat při vyšší úrovni napětí, než je vyžadované napětí pro pomocný regulátor, který se používá v souvislosti s elektrochemickým článkem majícím jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu. V případě elektrochemického článku majícího jmenovité napětí přibližně 3,0 voltu má vybíjecí pomocný regulátor schopnost pracovat v rozsahu od přibližně 2,4 vohu do přibližně 3,2 voltu. Výhodněji má pomocný regulátor schopnost pracovat v rozsahu od přibližně 0,8 vohu do přibližně 3,2 vohu. Ještě výhodněji má pomocný regulátor schopnost pracovat v rozsahu od přibližné 0,6 vohu do přibližně 3,4 vohu. Dokonce ještě výhodněji má pomocný regulátor schopnost pracovat v rozsahu od přibližně 0,54 vohu do přibližně 3,6 voltu, přičemž rozsah od přibližně 0,45 voltu • · · · · • * A · · · <»»·«·« · · · ·
-35do přibližně 3,8 voltu je nejvýhodnější. Avšak pomocný regulátor také může, a výhodně to tak dělá, pracovat mimo tento rozsah.
Avšak v upřednostňovaném provedení vybíjecího pomocného regulátoru, který je konstruován v souladu s tímto vynálezem pro použití v elektrochemickém článku, jako je opakovatelně nabíjený Ethiový iontový článek mající jmenovité napětí přibližně 4,0 voltu, musí pomocný regulátor mít schopnost pracovat při vyšší úrovni napětí, než je vyžadované napětí pro pomocný regulátor, který se používá v souvislosti s elektrochemickým článkem majícím jmenovité napětí přibližně 3,0 voltu nebo přibližně 1,5 voltu. V případě elektrochemického článku majícího jmenovité napětí přibližně 4,0 voltu má vybíjecí pomocný regulátor schopnost pracovat v rozsahu od přibEžně 2,0 vohy do přibEžně 4,0 voltu. Výhodněji má pomocný regulátor schopnost pracovat v rozsahu od přibEžně 0,8 voltu do přibližně 4,0 voltu. Ještě výhodněji má pomocný regulátor schopnost pracovat v rozsahu od přibEžně 0,6 voltu do přibližně 4,0 voltu. Dokonce ještě výhodněji má pomocný regulátor schopnost pracovat v rozsahu od přibEžně 0,54 voltu do přibližně 4,0 voltu, přičemž rozsah od přibližně 0,45 voltu do přibEžně 4,0 voltu je nejvýhodnější. Avšak pomocný regulátor může také pracovat mimo tento rozsah, může a výhodně to tak dělá.
Alternativní výhodné provedení vybíjecího pomocného regulátoru má schopnost pracovat v kombinaci s elektrochemickým článkem, který má jmenovité napětí buď přibEžně
1,5 voltu nebo přibEžně 3,0 voltu. V tomto provedení má vybíjecí pomocný regulátor schopnost pracovat s minimálním vstupním napětím přibEžně 0,7 voltu, výhodněji přibližně 0,6 voltu a nejvýhodněji přibEžně 0,54 voltu a s maximálním vstupním napětím přibližně 3,2 voltu, výhodněji přibEžně 3,4 voltu, ještě výhodněji 3,6 voltu a nejvýhodněji přibEžně 3,8 voltu. Vybíjecí pomocný regulátor může mít schopnost pracovat například v rozsahu od přibližně 0,54 voltu do přibližně 3,4 voltu, od přibEžně 0,54 voltu do přibEžně 3,8 voltu nebo od přibEžně 0,7 voltu do přibEžně 3,8 voltu atd.
Baterie podle přihlašovaného vynálezu také poskytují význačné výhody se srovnání s běžnými bateriemi tehdy, jsou-E používány v elektrických přístrojích nebo zařízeních, jako jsou záblesková světla atd., které nemají závěrné napětí. S postupem vybíjení běžné baterie klesá její výstupní napětí. Vzhledem k tomu, že výkon elektrického zařízení je přímo úměrný napájecímu napětí baterie, existuje úměrný vztah mezi poklesem výkonu elektrického zařízení a výstupním napětím baterie. Například intenzita světla žárovky zábleskového světla bude klesat • * · · ·«··# * * · »· · · · : ·· ··· ·«· ·«·· ·· «·
-36v souvislosti s klesáním výstupního napětí baterie až do jejího úplného vybití. Avšak baterie podle přihlašovaného vynálezu má vybíjecí pomocný regulátor, který reguluje napětí článku na stálou, řízenou úroveň napětí v průběhu celého vybíjecího cyklu, na jehož konci napětí článku klesá na takovou úroveň, pod níž pomocný regulátor už nemůže pracovat. V tomto momentu baterie vypne a elektrické zařízení ukončí svou činnost Avšak v průběhu vybíjecího cyklu bude elektrické zařízení pokračovat v poskytování poměrně stálého výkonu (například intenzity žárovky) a úplné funkčnosti až do vypnutí baterie.
Upřednostňované provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu rovněž obsahuje prostředky pro varování, které uživatele upozorňují na nízký zbytkový náboj. Vybíjecí pomocný regulátor může například odpojit elektrochemický článek (elektrochemické články) od výstupních vývodů a znovu tento článek (články) připojit k výstupním vývodům baterie přerušovaně v průběhu krátkého časového useku tehdy, když napětí elektrochemického Článku dosáhne předem stanovenou hodnotu. Toto se může projevit v podobě viditelného, slyšitelného, vibračního nebo čitelného oznámení o tom, že baterie se dostává do blízkosti stavu vypojení. Navíc pomocný regulátor by také mohl uměle vytvářet podmínky stavu zrychleného vybíjení baterie snižováním výstupního napětí na konci doby životnosti baterie. Pomocný regulátor by například mohl začít snižovat výstupní napětí tehdy, když se akumulační kapacita baterie blíží 5% její předepsané kapacity. Takto by snížení hlasitosti přehrávače magnetofonových kazet nebo kompaktních disků, popřípadě signalizování indikátoru na přístroji vyslalo uživateli varovné oznámení o zesláblém stavu baterii.
Obr. 7 předvádí blokové schéma jednoho provedení podle přihlašovaného vynálezu, v němž je DC/DC konvertor 750 vybíjecího pomocného regulátoru 702 elektricky nebo výhodně elektronicky zapojen mezi kladnou elektrodou 732 a zápornou elektrodou 734 elektrochemického článku 730 a kladným vývodem 720 a záporným vývodem 722 pouzdra 712. DC/DC konvertor 750 převádí napětí měřené napříč od kladné elektrody 732 k záporné elektrodě 734 elektrochemického článku 730 na výstupní napětí u kladného výstupu 720 a záporného výstupu 722 pouzdra 712. DC/DC konvertor 750 může provádět zvyšující převádění napětí, snižující předvádění napětí, jak zvyšující, tak i snižující převádění napětí nebo stabilizování napětí u výstupních vývodů 720 a 722. V tomto provedení DC/DC konvertor pracuje v plynulém režimu, v němž se výstupní napětí elektrochemického Článku 730 převádí na stálé výstupní napětí u vývodu 720 a 722 v po celou dobu běhu baterie. Toto φ φ * φ »
Φ · · « ν · φ · φ φ ·· ·φ
-37provedem stabilizuje výstupní napětí pouzdra 712 u výstupních vývodů 720 a 722. Poskytování stálého výstupního napětí poskytuje konstruktérům elektronických přístrojů možnost omezovat složitost výkonových řídicích obvodů elektronických přístrojů a v souvislosti s tím zmenšovat velikost, snižovat hmotnost, jakož i snižovat náklady na výrobu takových zařízení.
DC/DC konvertor 750 bude pokračovat ve své činnosti do té doby, až napětí elektrochemického článku 730 klesne buď pod optimální hloubku vybíjení elektrochemického článku v případě opakovatelně nabíjeného Článku nebo na minimální polarizované přímé napětí elektronických komponentů a polarizované přímé napětí Vfb konvertoru 750 v případě primárního elektrochemického článku. Takto za situace, kdy je optimální hloubka vybíjení elektrochemického článku nebo minimální prahová hodnota napětí či minimální polarizované přímé napětí Vfb DC/DC konvertoru 750 nižší než závěrné napětí elektronického přístroje, který baterie 710 napájí, bude regulátor 740 také prodlužovat provozní dobu baterie 710 účinkem vybíjení baterie 170 pod závěrným napětím elektronického přístroje na základě udržování výstupního napětí u vývodů 720 a 722 pouzdra 712 nad úrovní závěrného napětí elektronického přístroje.
V jednom výhodném provedení přihlašovaného vynálezu předvedeného na obr. 7, může DC/DC konvertorem, který pracuje v plynulém režimu, být snižovací konvertor, jenž snižuje napětí elektrochemického článku 730 na výstupní napětí pouzdra 712. V jednom provedení vybíjecího pomocného regulátoru 702, který obsahuje snižovací konvertor, tento konvertor snižuje napětí prvního typu elektrochemického Článku 730 na výstupní napětí pouzdra 712, kdy toto výstupní napětí se blíží úrovni jmenovitého napětí druhého typu elektrochemického článku, takže baterie obsahující první typ elektrochemického Článku 730 je vzájemně zaměnitelná s baterií obsahující druhý typ elektrochemického článku. Například elektrochemický článek, kteiý má vyšší jmenovité napětí než standardní 1,5 voltový článek, by se mohl používat v kombinaci se snižovacím, plynule pracujícím konvertorem, a mohl by vytvořit článek, jež je vzájemně zaměnitelný se standardním článkem bez potřeby provádění změn chemické podstaty elektrochemického článku. Toto provedení umožňuje vyšší stupeň vzájemné zaměnitelnosti rozdílných typů elektrochemických článků, která je přitom možná bez provádění chemických změn struktury vlastního elektrochemického článku a zmenšování nahromaděné chemické energie článku.
’»»· φφ · φ φ · φ · ϊ·· · · · · φ φ
J · · » » **·♦>· • ·Φ φ« «Φφφ ·· ΦΦφ φφφ Φφφφ φφ φφ
-38Primární nebo opakovatelně nabíjený lithiový článek se může například používat ve standardní AA bateriové sestavě, aby poskytoval přinejmenším dvakrát větší kapacitu než alkalická baterie mající stejný objem. Lithiový článek, jako je primární nebo opakovatelně nabíjený lithium MnOz článek, má jmenovité napětí přibližně 3,0 voltu a nemůže se normálně zaměňovat za standardní AA alkalickou baterii, která má jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu. Lithiový iontový článek mající jmenovité napětí přibližně 4,0 voltu se také norpmálně nemůže používat vyměnitelně se standardní kadmioniklovou (NiCd) baterií, která má jmenovitě napětí přibližně 1,4 voltu. Konstruktéři baterií však změnili chemickou podstatu Kthiového elektrochemického článku a na základě toho vyvinuli Kthiové baterie, které mají jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu, v zájmu poskytnutí takového typu lithiové baterie, jenž se může vzájemně zaměňovat například se standardní AA alkalickou baterií. Ačkoli tato 1,5 voltová Kthiová baterie má nadále schopnost dodávání vysokých proudových úrovní pro využití v zátěžových obvodech fotografických zábleskových světel, takový 1,5 voltový Kthiový elektrochemický článek nevytváří podstatné zvýšení nahromaděné chemické energie ve srování s alkalickým článkem, který má stejný objem. Přihlašovaný vynález však vytváří schopnost používání standardního primárního nebo opakovaně nabíjeného Kthiového elektrochemického článku, který má jmenovité napětí přibližně 3,0 voltu nebo přibližně 4,0 voltu a obsahuje regulátor pro převádění toho jmenovitého napětí dolů na přibližně 1,5 voltu nebo případně přibližně 1,4 voltu. Takto baterie poskytuje zhruba dvojnásobek nahromaděné chemické energie
1,5 voltového alkalického článku nebo 1,4 voltové kadmioniklové (NiCd) baterie v takové baterii, která je úplně zaměnitelná s těmito 1,5 voltovými a 1,4 voltovými bateriemi. Navíc Kthiová baterie podle přihlašovaného vynálezu by poskytovala stejně vysoké úrovně elektrického proudu jako baterie obsahující 1,5 voltový Kthiový článek se změněnými chemickými vlastnostmi.
Navíc vybíjecí pomocný regulátor 702 rovněž optimalizuje výkon elektrického zařízení jako je zábleskové světlo, které používá baterii 710. AčkoK se elektrické zařízení nebude vypínat jako elektronický přístroj při minimálním pracovním napětí, výkon elektrického zařízení projevující se intenzitou žárovky zábleskového světla bude klesat s poklesem vstupního napětí. Avšak stálé výstupní napětí baterie 710 umožňuje udržování stálého výkonu elektrického zařízení po celou dobu běhu baterie bez klesání výkonu takového zařízení vyplývajícího z poklesu napětí elektrochemického článku 730.
• · • · ·«» · ·· ··
-39DC/DC konvertor 750 může využívat jedno nebo více známých regulačních schémat, mezi které patří ipulsová modulace, která může dále obsahovat modulaci šířkou impulsů („PWM“), modulaci amplitudou impulsů („PAM“), modulaci opakovacím kmitočtem impulsů („PFM“) a impulsovou fázovou modulaci(„PxpM“), rezonanční konvertory atd. pro řízení pracovních parametrů konvertoru 750. Ještě výhodnější provedení využívá kombinaci modulace šířkou impulsů a impulsové fázové modulace, což bude podrobněji popsáno v dalším textu.
V upřednostňovaném provedení DC/DC konvertoru 750 určeného pro použití v baterii podle přihlašovaného vynálezu je DC/DC konvertor 750 řízen modulátorem šířky impulsů. Modulátor šířky impulsů generuje řídicí signál se stálou frekvencí, v němž se oznamují změny pracovního cyklu. Jako příklad lze uvést, že pracovní cyklus může být nula při vypnutí konvertoru, 100% při činnosti konvertoru na plný výkon a hodnoty mezi nulou a 100% v závislosti na požadavcích zatížení a/nebo zbývající kapacity elektrochemického článku 730. Schéma modulace šířkou impulsu má přinejmenším jeden výstupní signál, který se využívá pro generováni pracovního cyklu. V jednom provedení se hodnoty výstupního napětí u výstupů 720 a 722 pouzdra 712 průběžně monitorují a porovnávají se s referenčním napětím. V tomto případě vytváří záporná zpětnovazební smyčka z výstupního napětí u výstupů 720 a 722 pouzdra 712 možnost, aby DC/DC konvertor poskytoval stabilizované výstupní napětí. Alternativně může DC/DC konvertor 750 využívat vícenásobné vstupní signály, jako jsou signály týkající napětí článku, což je napětí příčně od kladné elektrody 732 k záporné elektrodě 734 elektrochemického článku 730, a signály týkající se výstupního proudu pro generování pracovního cyklu. V tomto provedení se hodnoty napětí článku a výstupního proudu monitorují, a DC/DC konvertor 750 generuje pracovní cyklus, který je funkcí těchto dvou parametrů.
Obr. 8 až 11 předvádějí bloková schémata dalších provedení obvodů vybíjecího pomocného regulátoru podle přihlašovaného vynálezu. V těchto provedeních obsahuje obvod pomocného regulátoru přinejmenším dva základné komponenty : (1) DC/DC konvertor a (2) ovladač konvertoru, který elektricky nebo výhodně elektronicky připojuje a odpojuje DC/DC konvertor mezi elektrodami elektrochemického článku a výstupními vývody pouzdra, takže ke vnitřním ztrátám DC/DC konvertoru dochází pouze tehdy, když DC/DC konvertor musí » 9 · *
99 t · • 9 «9
-40převádět napětí článku na takové napětí, jež je nezbytně nutné pro napájení zatížení. DC/DC konvertor se může například zapínat jen tehdy, když napětí článku klesá na předem stanovenou úroveň, pod níž nemůže dané zařízení nadále pracovat V jiném případě platí, že, vyžaduje-h elektronický přístroj vstupní napětí ve zvláštním rozsahu, jako je například 10% jmenovitého napětí baterie, pak ovladač konvertoru může „zapínat“ DC/DC konvertor tehdy, když je napětí článku mimo požadovaný rozsah, avšak může konvertor „vypínat“, když je napětí článku v požadovaném rozsahu.
Například na obr. 8 je DC/DC konvertor 850 elektricky zapojen mezí kladnou elektrodou 832 a zápornou elektrodou 834 elektrochemického článku 830 a kladným vývodem 820 a záporným vývodem 822 pouzdra 812. Ovladač 852 konvertoruje také elektricky zapojen mezi kladnou elektrodou 832 a zápornou elektrodou 834 elektrochemického článku 830 a kladným vývodem 820 a záporným vývodem 822 pouzdra 812. V tomto příkladě ovladač 852 konvertoru účinkuje jako spínač, který buď připojuje elektrochemický článek 830 přímo k výstupním vývodům 820 a 822 pouzdra 812 nebo zapojuje DC/DC konvertor 850 mezi elektrochemickým Článkem 830 a výstupními vývody 820 a 822 pouzdra 812. Ovladač 852 konvertoru souvisle monitoruje hodnoty výstupního napětí a porovnává je s jednou nebo více úrovněmi vnitřně generovaných prahových hodnot napětí. Jestliže výstupní napětí pouzdra 812 klesne pod úroveň prahové hodnoty napětí nebo je mimo požadovaný rozsah úrovní prahového napětí, pak ovladač 852 konvertoru elektricky nebo výhodně elektronicky „zapíná“ DC/DC konvertor 850, čímž zapojuje tento DC/DC konvertor 850 mezi elektrochemickým článkem 830 a výstupními vývody 820 a 822 pouzdra 812. Prahová hodnota napětí je výhodně v rozsahu od přibližně jmenovitého napětí elektrochemického článku 830 do přibližně nejvyšší úrovně závěrného napětí třídy elektronických přístrojů, jejíchž činnost je baterie konstruována. V alternativním případě může ovladač 852 konvertoru soustavně monitorovat napětí elektrochemického článku a porovnávat toto napětí s prahovou hodnotou napětí v zájmu řízení činnosti DC/DC konvertoru 850.
V případě opakovatelně nabíjené baterie ovladač 852 konvertoru také výhodně odpojí elektrochemický článek 830 od výstupních vývodů 820 a 822 tehdy, když napětí článku dostane do blízkosti optimální hloubky vybíjení elektrochemického článku 830. Toto podporuje maximální cyklickou dobu životnosti baterie, v níž má každý vybíjecí cyklus optimální čas běhu baterie. Takto se může prodlužovat provozní doba baterie.
• · * · « ©
-41Vybíjecí pomocný regulátor 902 znázorněný' na obr. 9 může obsahovat součásti vybíjecího pomocného regulátoru 802 znázorněného na obr. 8, ale navíc obsahuje předpěťový obvod 980 s nulovým elektrickým potenciálem, který je elektricky zapojen mezi elektrodami 932 a 934 elektrochemického článku 930, DC/DC konvertorem 950, ovladačem 952 konvertoru a výstupními vývody 920 a 922 pouzdra 912. Předpěťový obvod 980 s nulovým elektrickým potenciálem zajišťuje dodávání úrovně napětí se záporným předpětím Vnb do DC/DC konvertoru a do záporného výstupního vývodu 922 pouzdra 911. Toto zvyšuje napětí, které se přivádí do DC/DC konvertoru 950 z napětí článku, na úroveň napětí článku plus absolutní hodnota úrovně napětí se záporným předpětím Vnb. Toto umožní činnost konvertoru 950 pri účinné úrovni napětí do té doby, než skutečné napětí článku klesne na takovou úroveň napětí, která je nižší než minimální polarizované propustné napětí, jež je nezbytné pro řízení předpěťového obvodu 980 s nulovým elektrickým potenciálem. Takto může konvertor 950 účinněji odčerpávat vyšší úrovně napětí z elektrochemického článku 930, než by to bylo možné jen s využitím napětí elektrochemického článku 930 řídícím činnost konvertoru 950. Ve výhodném provedení vybíjecího pomocného regulátoru 902, který je určen pro baterii 910 podle přihlašovaného vynálezu a má elektrochemický článek se jmenovitým napětím přibližně 1,5 vohu, je napětí se záporným předpětím Vnb výhodně v rozsahu od přibližně 0 vohů do přibližně 1 voltu. Výhodněji je napětí se záporným předpětím Vnb přibližně 0,5 voltu, přičemž nevýhodnější je přibližně 0,4 voltu. V konečném důsledku předpěťový obvod 980 s nulovým elektrickým potenciálem poskytuje konvertoru 950 možnost hlubšího vybíjení elektrochemického článku 930 a zvyšuje účinnost konvertoru 950 pri čerpání proudu z elektrochemického článku 930 i tehdy, když napětí článku klesne pod přibližně 1 volt v případě elektrochemického článku majícího jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu.
Jeden příklad provedení nábojové pumpy 988, která se může používat jako předpěťový obvod 980 s nulovým elektrickým potenciálem v baterii 910 podle přihlašovaného vynálezu je předveden na obr. 9A. Jsou-li spínače Sl a S3 uzavřeny a spínače S2 a S4 otevřeny, pak v tomto provedení napětí elektrochemického článku 930 nabíjí kondenzátor Ca. Jsou-li poté spínače Sl a S3 otevřeny a spínače S2 a S4 uzavřeny, pak se nabíjení kondenzátorů Ca invertuje a přenáší se na kondenzátor Cb, který poskytuje invertované výstupní napětí z napětí elektrochemického článku 930. Nábojová pumpa 988 předvedená na obr. 9A může být
ΦΦΦ
ΦΦΦ φφ Φ··
- - » · · » * · φ · φ • · · · · * • Φφφφ φφφφ φφ φφ
-42altemativně nahrazena jakýmkoli použitelným obvodem nabíjecí pumpy, který je v této oblasti techniky známý.
V upřednostňovaném provedení podle přihlašovaného vynálezu předpéťový obvod 980 s nulovým elektrickým potenciálem obsahuje obvod 988 nábojové pumpy. Obvod 986 nábojové pumpy je předveden na obr. 9B a obsahuje hodinový generátor 987 a jednu nebo více pump 988. Ve výhodném provedení obvodu 986 nábojové pumpy předvedené na obr. 9B tato nábojová pumpa například obsahuje dvoupatrovou soustavu mající čtyři miniaturní pumpy
989 a jednu hlavní pumpu 990. Lze však použít i nějaký jiný počet mimaturmch pump 989. Jedno výhodné provedení obvodu 986 nábojové pumpy například obsahuje dvanáct miniaturních pump 989 a jednu hlavní pumpu. Činnost miniaturních pump 989 a hlavní pumpy
990 tohoto provedení se řídí Čtyřmi rozdílnými fázovými řídicími signály 991a. 991b. 991c a
991d, které generuje hodinový generátor 987 a které mají stejný kmitočet, ale jsou od sebe fázově posunuty. Například odstupy fázového posunu řídících signálů 991a až 991d mohou být nastaveny po devadesáti stupních od sebe. V tomto provedení každá z mimaturmch pump 989 vytváří invertované výstupní napětí ovládacích signálů 991a až 991d. které generuje hodinový generátor. Hlavní pumpa 990 sčítá výstupy daného počtu miniaturních pump 989 a vytváří výstupní signál pro obvod 986 nábojové pumpy, který má stejnou úroveň napětí jako jednotlivá výstupní napětí miniaturních pump, avšak účinkuje při vyšší úrovni proudu, než je souhrnný proud, který vytvářejí všechny miniaturní pumpy 989. Tento výstupní signál vytváří virtuální nulový elektrický potenciál pro DC/DC konvertor 950 a záporný výstupní vývod 922 bateriového pouzdra 912.
Podle dalšího znaku tohoto vynálezu obvod nábojové pumpy dále obsahuje ovladač 992 nábojové pumpy, který v zájmu minimalizování ztrát souvisejících s obvodem 986 nábojové pumpy zapíná tento obvod 986 nábojové pumpy pouze tehdy, když napětí článku klesá pod předem stanovenou úroveň napětí. Předem stanovené napětí ovladače 992 nábojové pumpy může být například v rozsahu od přibližně jmenovitého napětí elektrochemického článku 930 do přibližně nejvyššflto závěrného napětí skupiny elektronických přístrojů, pro jejíchž napájení je baterie 910 konstruována. Výhodné předem stanovené napětí je o přibližně 0,1 voltu vyšší než závěrné napěli daného elektronického přístroje a nejvýhodnější předem stanovené napětí je o přibližně 0,05 voltu vyšší než závěrné napětí daného elektronického přístroje. Obvod 986 • · ···
-43nábojové pumpy by mohl být alternativně řízen stejným řídicím signálem, který zapíná DC/DC konvertor 950 tak, aby obvod 986 nábojové pumpy účinkoval pouze tehdy, když pracuje konvertor 950.
Navíc jak DC/DC konvertor 950, tak i obvod 986 nábojové pumpy v baterii mající opakovatelně nabíjený elektrochemický článek se výhodně vypínají tehdy, když napětí článku klesá do blízkosti optimální hloubky vybíjení. Toto umožňuje optimální vybíjení opakovatelně nabíjeného elektrochemického článku v zájmu dosahování maximálního počtu a účinnosti nabíjecích cyklů každého článku.
Dále lze uvést, v důsledku vypnutí předpěťového obvodu 980 s nulovým elektrickým potenciálem se virtuální nulový elektrický potencionál, který účinkuje na záporný výstupní vývod 922 pouzdra 912 výhodně hroutí na úroveň napětí záporné elektrody 943 elektrochemického článku 930. Takto za stavu, kdy je předpěťový obvod 980 s nulovým elektrickým potenciálem nečinný, pracuje baterie ve standardním uspořádání nulového elektrického potenciálu, který vytváří záporná elektroda 934 elektrochemického článku 930.
Předpěťový obvod 980 s nulovým elektrickým potenciálem by alternativně mohl obsahovat druhý DC/DC konvertor, konvertor typu Cuk nebo lineární regulátor. Navíc DC/DC konvertor 950 a předpěťový obvod 980 s nulovým elektrickým potenciálem by se mohly zkombinovat a nahradit jediným konvertorem, jako je JBuck-Boost“ konvertor pro snižování a zvyšování napětí, dvojčinný konvertor nebo konvertor se zpětným během, který bude provádět jak zvyšování kladného výstupního napětí, tak i snižování záporného předpětí.
Obr. 10 předvádí ještě další provedení obvodu vybíjecího pomocného regulátoru 1002 podle přihlašovaného vynálezu. V tomto provedení má DC/DC konvertor 1050 schopnost přijímání opravného řídicího signálu z vnějšího zdroje, jako je detekční obvod 1062 fázového posunu. Jak již bylo zmíněno v souvislosti s obr. 7, DC/DC konvertor 1050 využívá řídicí schéma modulátoru pro modulaci šířkou impulsu pro účely řízení pracovních parametrů konvertoru 1050. V tomto provedení obvod 1002 vybíjecího pomocného regulátoru obsahuje stejné součásti jako obvod 902 vybíjecího pomocného regulátoru předvedený na ohr. 9, avšak navíc obsahuje detekční obvod 1062 fázového posunu, který měří okamžitý fázový posun mezi složkami střídavého proudu napětí článku u elektrody 1032 a proudem čerpaným z elektrochemického Článku 1030, jenž se měří napříč proudovým detekčním odporem Rc.
• φ φφφ φφφ φ Φ·· φφ
-44DC/DC konvertor 1050 používá tento signál v kombinaci s dalšími, uvnitř nebo vně vyvíjenými řídicími signály pro generování pracovního cyklu.
Vybíjecí pomocný regulátor 1102 podle provedení předvedeného na obr. 11 může obsahovat stejné součásti jako vybíjecí pomocný regulátor 1002 znázorněný na obr. 10, avšak navíc obsahuje nouzový odpojovači obvod 1182, který je elektricky připojen k proudovému detekčnímu odporu Rc a ke kladné 1132 a záporné elektrodě 1122 elektrochemického článku 1130 a který je dále připojen k ovladači 1152 konvertoru. Nouzový obvod 1182 může vysílat signál do ovladače 1152 konvertoru v reakci na změnu bezpečnostního stavu nebo bezpečnostních stavů, která vyžaduje odpojení elektrochemického článku (elektrochemických článků) od výstupních vývodů 1120 a 1122 pouzdra 1112 z důvodu ochrany spotřebitele, elektrického zařízení nebo elektronického přístroje, popřípadě vlastního elektrochemického článku. Jako příklad lze uvést to, že v případě zkratu nebo obrácené polarity nouzový obvod 1182 vysílá signály to ovladače 1152 konvertoru signály pro odpojení elektrod 1132 a 1134 elektrochemického článku 1030 od vývodů 1120 a 1122 pouzdra 1112. Nouzový obvod 1182 může navíc poskytovat informaci o závěru vybíjecího cyklu elektrochemického článku 1130 do ovladače 1152 konvertoru na základě detekování napětí a/nebo vnitřní impedance elektrochemického článku 1130. Vybíjecí pomocný ovladač 1102 může například snižovat proud, když zbývající kapacita elektrochemického článku 1130 klesne na předem stanovenou úroveň, přerušovaně odpojovat a znovu připojovat elektrody 1132 a 1134 elektrochemického článku 1130 od a k výstupním vývodům 1120 a 1122 v průběhu krátkého časového úseku, dosahuje-li zbývající kapacita elektrochemického článku předem stanovenou hodnotu, nebo poskytovat některá další viditelná, slyšitelná nebo automaticky čitelná upozornění o blížícím se vypnutí baterie. Na konci vybíjecího cyklu může nouzový obvod rovněž vyslat signál do ovladače 1152 konvertoru za účelem odpojení elektrochemického článku 1130 od vývodů 1120 a 1122 pouzdra 1112 a/nebo zkratování výstupních vývodů 1120 a 1122 z důvodu znemožnění stavu, v němž by vybíjený elektrochemický článek 1130 spotřebovával proud z dalších článků, které jsou v sériovém zapojení s řečeným vybíjeným elektrochemickým článkem 1130.
Výhodné provedení vybíjecího pomocného regulátoru 1202, který je předveden na obr. 12, obsahuje DC/DC konvertor 1250 mající synchronní usměrňovač 1274, jenž může elektronicky připojovat a odpojovat kladnou elektrodu 1232 od kladného vývodu 1220 pouzdra 1212. Spínač synchronního usměmovače 1274 odstraňuje potřebu dalšího spínače, jako je ·· «·· ··· ·♦··
-45ovladač 852 konvertoru, v přímé elektrické cestě měň kladnou elektrodou 1232 a zápornou elektrodou 1234 elektrochemického článku 1230 a výstupními vývody 1220 a 1222 pouzdra. Navíc synchronní usměrňovač 1274 zvyšuje účinnost DC/DC konvertoru 1250 na základě omezování vnitřních ztrát. Ovladač 1252 konvertoru tohoto provedení rovněž umožňuje generování dalších vstupních signálů pro ovládání DC/D konvertoru 1250. V provedení ukázaném na obr. 12 ovladač 1252 konvertoru prostřednictvím Čidel monitoruje vnitřní například prostředí elektrochemického článku, jako je teplota, tlak a koncentrace vodíku a kyslíku, navíc k měření fázového posunu, jež bylo popsáno v předchozím textu v souvislosti s obr. 10.
Obr. 7 až 12 postupně předvádějí složitější a složitější konstrukční uspořádání obvodů podle přihlašovaného vynálezu. Jejich pořadí poskytuje přehled různých součástí, které se mohou včleňovat do obvodu vybíjecího pomocného regulátoru navíc k DC/DC součástí, která je ústřední součástí regulátoru podle přihlašovaného vynálezu. Předvedené pořadí nemusí vést nutně k závěru, že součásti nebo kombinace několika součástí, jež jsou včleňovány do obvodů později, musí mít všechny znaky, které byly v zájmu vymezování rozsahu tohoto vynálezu vyjmenovány v souvislosti s předcházejícími vyobrazeními. Například nouzový obvod, nabíjecí indikační obvod, fázový detekční obvod a/nebo předpěťoyý obvod s nulovým elektrickým potenciálem mohou být používány v kombinaci s obvody předvedenými na obr. 6 až 11 bez ovladače konvertoru nebo dalších součástí, které jsou předvedeny na vyobrazeních obsahujících vyjmenované součásti.
Výhodné provedení integrovaného řídicího obvodu 1340 regulátoru pro použití v baterii 1310 podle přihlašovaného vynálezu obsahuje DC/DC konvertor 1350 a ovladač 1352 konvertoru a toto provedení je ukázáno na obr. 13. Konvertor 1350 je výhodně téměř bezindukční, vysokofrekvenční, středně výkonný konvertor s velkou účinností, který může pracovat pod prahovou hodnotou napětí většiny elektronických přístrojů. Vybíjecí pomocný regulátor 1302 výhodně obsahuje nábojovou pumpu, jako je pumpa předvedená na obr. 9B, pro vytváření virtuálního nulového elektrického potenciálu, který má nižší elektrický potenciál, než je potenciál záporné elektrody 1334 elektrochemického článku 1330 ve vztahu k DC/DC konvertoru 1350 a výstupnímu vývodu 1322 pouzdra 1312. Virtuální nulový elektrický potenciál vytváří zvýšený napěťový diferenciál, který je k dispozici pro řízení DC/DC konvertoru a kteiý poskytuje konvertoru 1350 možnost účinnějšího čerpání vyšší úrovně φ φ · * «φ » φ · φ · · φ φ φ φ φφφ φ φ φ · · · ·· ΦΦΦ «Φ» φφφφ ·«
-46proudu z elektrochemického článku 1330, než by se jinak dosahovalo s pouhým využitím napětí článku pro řízení konvertoru.
V tomto provedení ovladač 1352 konvertoru výhodnč využívá řídící schéma modulace šířkou impulsu a impulsové fázové modulace. Detekční obvod 1362 pro detekování fázového posunu měn napětí článku a proud čerpaný z elektrochemického článku u kladné elektrody 1332 a záporné elektrody 1334 elektrochemického článku 1330 a okamžitý a/nebo následující fázový posun mezi napětím a proudem. Tento fázový posun definuje vnitřní impedanci elektrochemického článku 1330, která je funkcí nábojové kapacity elektrochemického článku 1330. Jako příklad související s alkalickou baterií lze uvést to, že po přibližně 50% vybití elektrochemického článku 1330. které se určuje na základě poklesu napětí uzavřeného obvodu článku, zvýšení vnitřní impedance indikuje zbývající kapacitu elektrochemického článku 1330. Detekční obvod 1362 pro detekování fázového posunu vysílá tyto signály do fázového lineárního ovladače 1371. Fázový lineární ovladač 1371 poté vytváří napětí Vs detekované obvodem 1362 pro detekování fázového posunu a vysílá výstupní napěťový řídicí signál V(psi), který je lineárně úměrný ve vztahu k fázovému posunu, do modulátoru 1376 impulsů, jenž využívá řídicí schéma modulace šířkou impulsu a impulsové fázové modulace. Modulátor 1376 impulsů rovněž přijímá pokles napětí napříč odporem Rs v podobě napěťového řídicího signálu.
Modulátor 1376 impulsů používá kombinaci napěťových řídicích signálů pro řízení DC/DC konvertoru 1350. Když je napětí Vs nad předem stanovenou prahovou hodnotou úrovně napětí, modulátor 1376 impulsů udržuje polem řízený tranzistor s hradlem izolovaným oxidem („MOSFET“) M3 v uzavřeném stavu a MOSFET M4 v otevřeném stavu. Takto se cesta proudu z elektrochemického článku 1330 do zatíženi udržuje přes MOFSET M3. Navíc se ztráty související s DC/DC konvertorem 1350 a ovladačem 1352 konvertoru minimalizují, protože pracovní cyklus se účinně udržuje na nulovém procentu. V tomto případě jsou ztráty stejnosměrných složek uzavřeného polem řízeného tranzistoru s hradlem izolovaným oxidem MOSFET M3 a odporu Rs extrémně nízké. Například odpor Rs je výhodně v rozsahu od přibližně 0,01 do přibližně 0,1 ohmu.
Avšak v případě, kdy je napětí Vs pod předem stanovenou prahovou hodnotou úrovně napětí, je modulátor 1376 zapnut a moduluje pracovní cyklus DC/DC konvertoru 1350 na základě kombinace napěťových řídicích signálů. Amplituda Vs účinkuje jako první řídicí signál, ·· • 44 ··· »··· ··
-47který řídí pracovní cyklus. Pokles napětí napříč proudovým detekčním odporem Rs, který je funkcí výstupního proudu, účinkuje jako druhý řídicí signáL Konečně signál V(psi). který generuje fázový lineární ovladač 1371 a který je lineárně úměrný fázovému posunu mezi střídavými složkami napětí článku a proudem čerpaným z elektrochemického článku 1330, je třetím řídicím signálem. Obzvláště signál Vfpsi) se používá pro měnění pracovního cyklu v reakci na změny vnitřní impedance v průběhu doby běhu baterie, což ovlivňuje účinnost konvertoru a dobu běhu baterie. Modulátor impulsů prodlužuje pracovní cyklus tehdy, když se snižuje okamžitá a/nebo navazující amplituda napětí Vs, nebo tehdy, kdýž se pokles napětí napříč odporem Rs zvětšuje, a/nebo tehdy, když se zvyšuje okamžitá a/nebo navazující amplituda napětí V(psi) řídicího signálu. Důležitost přispívání každé proměnné se posuzuje podle příslušného řídicího algoritmu.
Když je modulátor 1376 impulsů v režimu zapnutí, jeho oscilátor generuje čtvercové nebo lichoběžníkové vlnové řídicí impulsy, které výhodně mají 50% pracovní cyklus a kmitočet v rozsahu od přibližně 40 kHz do přibližně 1 MHz, výhodněji v rozsahu od přibližně 40 kHz do přibližně 500 kHz, přičemž nejvýhodnější kmitočet je přibližně 600 kHz je nejvýhodnější. Modulátor 1376 impulsů mění pracovní cyklus výstupního řídicího signálu pro MOFSET M3 a MOFSET M4 s využitím příslušného řídicího algoritmu. V nejobecnějším smyslu řídicí algoritmus řídí M3 a M4 se stejným pracovním cyklem, avšak s opačnou fází. Je výhodné, že MOFSET M3 a MOFSET M4 jsou vzájemně se doplňující vysokonapěťové tranzistory, přičemž M3 je výhodně MOFSET s kanálem typu N a M4 je výhodně MOFSET s kanálem typu P. Kompletní DC/DC konvertor 1350 má je v podstatě zesilovacím DC/DC konvertorem se synchronizovaným usměrňovačem u výstupu. Navíc konvertor 1350 minimalizuje ztráty střídavých a stejnosměrných složek na základě použití tranzistoru MOFSET M3 namísto nesynchrarmí Schottkyho diody. Oddělené řídicí signály řídí M3 a výkonový MOFSET M4. Měnění fázového a/nebo pracovního cyklu mezi řídicími signály tranzistorů M3 a M4 mění výstupní napětí příčně od kladného vývodu 1320 k zápornému vývodu 1322 pouzdra 1312.
Modulátor 1376 impulsů může řídit MOFSET M3 a MOFSET M4 na základě jednoho nebo více napěťových řídicích signálů, jako je napětí Vs, pokles napětí napříč odporem Rs nebo vnitřní impedance elektrochemického článku 1330. Je-li spotřeba proudu zatížem nízká, pak modulátor 1376 generuje například takový pracovní cyklus DC/DC konvertoru 1350. který se blíží nule procent. Je-li však spotřeba proudu zatížení vysoká, pak modulátor 1376 generuje • · • Φ •
• 9
ΦΦ ΦΦ φφ ·*φ
Φ 9 ΦΦΦ ΦΦΦ«
-48takový pracovní cyklus DC/DC konvertoru 1350, který se Míží 100%. V případě, že se spotřeba proudu zatížení různě mění mezí těmito koncovými hodnotami, mění se i pracovní cyklus DC/DC konvertoru v zájmu dodávání takového proudu, ktetý dané zatížení vyžaduje.
Obr. 14 porovnává příklad křivky vybíjení baterie Bl, která nemá regulátor podle přihlašovaného vynálezu, příklad křivky vybíjení baterie B2 podle přihlašovaného vynálezu mající vybíjecí pomocný regulátor, v němž konvertor pracuje v plynulém režimu, a příklad křivky vybíjení baterie B3 podle přihlašovaného vynálezu mající vybíjecí pomocný regulátor, ve kterém se konvertor účinkuje nad úrovní závěrného napětí baterie používané v typickém elektronickém zařízení, pro něž je baterie konstruována. Na obr. 14 je vidět, že baterie Bl, která nemá regulátor podle přihlašovaného vynálezu, zeslábne v elektronickém zařízení majícím závěrné napětí Vc v čase h. Avšak vybíjecí pomocný regulátor baterie B2 nadáte zvyšuje výstupní napětí baterie na úroveň napětí V2 v průběhu doby běhu baterie. Ve chvíli, krty napětí elektrochemického článku klesne na úroveň napětí Va, což je minimální pracovní napětí vybíjecího pomocného regulátoru, tento vybíjecí pomocný regulátor baterie B2 vypne a výstupní napětí baterie klesne na nulu v čase h a účinná doba běhu baterie B2 končí. Na grafů, který je nakreslen na obr. 14, je předvedeno účinné prodloužení doby běhu baterie B2 mající vybíjecí pomocný regulátor, jehož konvertor pracuje v plynulém režimu.
Avšak regulátor baterie B3 nezačíná zvyšovat výstupní napětí baterie do té doby, dokud napětí elektrochemického článku nedosáhne předem stanovenou úroveň napětí V#. Předem stanovená úroveň napětí je výhodně v rozsahu mezi jmenovitým napětím daného elektrochemického článku a nejvyšším závěrným napětím třídy elektronických přístrojů, pro jejichž napájení je baterie určena. Výhodněji je předem stanovená úroveň napětí Vp? vyšší o přibližně 0,2 voltu než nejvyšší závěrné napětí Vc třídy elektronických přístrojů, pro jejichž napájení je baterie určena. Ještě výhodněji je předem stanovená úroveň napětí Vp3 vyšší o přibližně 0,15 voltu než nejvyšší závěrné napětí Vc třídy elektronických přístrojů, pro jejichž napájení je baterie určena. Dokonce ještě výhodněji je předem stanovená úroveň napětí V,’ vyšší o přibližně 0,15 voltu než nejvyšší závěrné napětí Vc třídy elektronických přístrojů, pro jejichž napájení je baterie určena, přičemž nejvýhodnější je taková předem stanovená úroveň napětí Vjj3, která je vyšší o přibližně 0,05 voltu než nejvyšší závěrné napětí Vc. Jakmile napětí článku dosáhne předem stanovenou úroveň napětí Vr> začne konvertor baterie B3 zvyšovat nebo stabilizovat výstupní napětí na úroveň Vc + AV. Úroveň napětí AV je na obr. 14 • tftf tf tftf tftf ··· • tftftftftf· • · • tf
-49znázoměna a představuje rozdíl napětí mezi zvýšeným výstupním napětím baterie B3 a závěrným napětím Vc. Úroveň napětí ÁVje výhodně v rozsahu od přibližně 0 voltů do přibližně 0,4 voltu, přičemž výhodněji je 0,2 voltu. Poté baterie B3 pokračuje v poskytování výstupu až do chvíle, kdy napětí elektrochemického článku klesne pod úroveň napětí Vri, což je minimální pracovní napětí konvertoru, a kdy regulátor baterie B3 vypne. Za této situace výstupní napětí baterie klesne na nulu v čase tj a účinná doba běhu baterie B3 končí. Na grálu, který je nakreslen na obr. 14, je vidět prodloužení účinné doby běhu baterie B3 ve vztahu k baterii Bl, která nemá konvertor podle přihlašovaného vynálezu, a toto prodloužení lze matematicky vyjádřit rozdílem tj - hObr. 14 rovněž předvádí to, že baterie B3 vydrží déle než baterie B2 za podmínky, že obě tyto baterie jsou připojeny ke stejnému elektronickému přístroji. Vzhledem k tomu, že konvertor baterie B2 pracuje v nepřetržitě, vnitřní ztráty konvertoru spotřebovávají Část energetické kapacity elektrochemického článku baterie B2, a proto napětí článku(ů) baterie B2 dosáhne úroveň mmimálního pracovního napětí konvertoru Vd po uplynutí kratšího časového úseku ve srovnání s baterií B3, ve které regulátor účinkuje pouze v části průběhu vybíjecího cyklu. Takto výsledkem optimalizování volby předem stanoveného napětí V* baterie B3 co možná nejblíže úrovni závěrného napětí napájeného elektronického přístroje bude nejúčinnčjší využívání elektrochemického článku a rozsáhlejší prodloužení doby běhu baterie. Například výhodné předem stanovené napětí Vp3 může být o přibližně 0,2 voltu vyšší než závěrné napětí.
Výhodněji může být předem stanovené napětí Vp3 o přibližně 0,15 voltu vyšší než závěrné napětí. Ještě výhodněji může být předem stanovené napětí Vp o přibližně 0,1 voltu vyšší než závěrné napětí, přičemž nejvýhodnější je takové předem stanovené napětí Vpa, které je o přibližně 0,05 voltu vyšší než závěrné napětí elektronického přístroje.
Avšak, konstruuje-li se baterie jako univerzální baterie pro různé elektronické přístroje, pak se předem stanovené napětí Vpa výhodně volí tak, aby bylo stejné nebo poněkud vyšší než nejvyšší závěrné napětí dané skupiny elektronických přístrojů. Například výhodné předem stanovené napětí Vp může být o přibližně 0,2 voltu vyšší než závěrné napětí dané skupiny elektronických přístrojů. Výhodněji může být předem stanovené napětí Vp3 o přibližně 0,15 voltu vyšší než závěrné napětí dané skupiny elektronických přístrojů. Ještě výhodněji může být předem stanovené napětí o přibližně 0,1 voltu vyšší než závěrné napětí dané skupiny • · · ί · * ϊ ϊ · • · ·· fe fe fe · · fe fe fefefe fefe «fefefe •fe fefefe fefefe ···« fefe tfe
-50elektronických přístrojů, přičemž nejvýhodnější je takové předem stanovené napětí Vr·^ které je o přibližně 0,05 voltu vyšší než závěrné napětí dané skupiny elektronických přístrojů.
Graf nakreslený na obr. 14 rovněž ukazuje, že čím je nižší minimální pracovní napětí konvertoru Vd, tím je větší prodloužení doby běhu baterie ve srovnání s baterií Bl, která nemá regulátor podle přihlašovaného vynálezu. Navíc platí, že, čím větší je rozdíl mezí závěrným napětím elektronického přístroje Vc a minimálním pracovním napětím konvertoru Va, tím větší prodloužení doby běhu baterie bude regulátor podle přihlašovaného vynálezu vytvářet v důsledku zvýšení napětí elektrochemického článku.
Obr. 14 navíc dokazuje, že závěrné napětí přístroje není nadále omezujícím činitelem vybíjení primárního nebo opakovatelně nabíjeného elektrochemického Článku. Čím déle může regulátor udržovat výstupní napětí přístroje, tím déle může (mohou) elektrochemický článek (elektrochemické články) pokračovat ve vybíjení. V případě primárních baterií toto umožňuje natolik úplné vybíjení elektrochemického článku (elektrochemických článků), jak je to jen možné, v závislosti na minimálním pracovním napětí konvertoru. Avšak v případe opakovatelně nabíjených baterií přihlašovaný vynález umožňuje optimální vybíjení, které prodlužuje provozní dobu opakovatelně nabíjené baterie nezávisle na závěrném napětí přístroje potud, pokud je konvertor schopen pracovat při takovém napětí článku, které je nižší nebo stejné jako optimální hloubka vybíjení opakovatelně nabíjeného elektrochemického článku.
TABULKA2
Přiklad vybíleni alkalických AA baterii s výkonovým regulátorem a bez výkonového regulátoru (střední odporové zatížení, R = 12 ohmů)
| Baterie s regulátorem | Baterie | |||||
| Čas | Napětí (V) | Spotřebovaná | % přede- | Napětí (V) | Spotřebovaná | % přede- |
| (vhodí- | uzavřeného | elektřina | psané | uzavřeného | elektřina | psané |
| nách) | obvodu | (mAh) | kapacity | obvodu | (mAh) | kapacity |
| 0 | 1,6 | 0 | 100 | 1,5 | 0 | 100 |
| 1 | 1,6 | 107 | 96 | 1,4 | 76 | 97 |
| 2 | 1,6 | 321 | 87 | 1,3 | 209 | 91 |
| 3 | 1,6 | 642 | 73 | 1,2 | 386 | 84 |
| 4 | 1,6 | 856 | 64 | 1,2 | 499 | 79 |
| 5 | 1,6 | 1070 | 55 | 1,1 | 609 | 75 |
• · * · ·· »· • ···» • > · ·♦ ··
-51TABULKA 2 - pokračováni
Příklad wbíiení alkalických AA baterii s výkonovým regulátorem a bez výkonového regulátoru (střední odporové zatíženi, R = 12 ohmů)
| Baterie s regulátorem | Baterie | |||||
| Čas | Napětí (V) | Spotřebovaná | % přede- | Napětí (V) | Spotřebovaná | % přede- |
| (vhodí- | uzavřeného | elektřina | psané | uzavřeného | elektřina | psané |
| nách) | obvodu | (mAh) | kapacity | obvodu | (mAh) | kapacity |
| 6 | 1,6 | 1285 | 46 | 1,1 | 707 | 71 |
| 7 | 1,6 | 1499 | 38 | 1,0 | 797 | 67 |
| 8 | 1,6 | 1713 | 29 | 1,0 | 877 | 63 |
| 9 | 1,6 | 1931 | 20 | 0,9 | 945 | 61 |
| 10 | 1,6 | 2145 | 11 | 0,9 | 1009 | 58 |
| 11 | 0,0 | 2145 | 11 | 0,7 | 1047 | 56 |
„Tabulka 2“ porovnává údaje o vybíjení alkalické AA baterie podle přihlašovaného vynálezu mající zabudovaný regulátor, v němž konvertor pracuje v plynulém režimu a zesiluje napětí článku na výstupní napětí přibEžně 1,6 voltu, s údaji o vybíjení typické alkaEcké AA baterie, která regulátor podle přihlašovaného vynálezu nemá. V této tabulce jsou uvedeny údaje o výstupním napětí, spotřebované elektřině a procentech zbývající kapacity (celková kapacita = 2400 mAh) po uplynutí každé hodiny v průběhu časového úseku, v němž jsou porovnávané baterie připojeny ke střednímu odporovému zatížení přibEžně 12 ohmů, které v průměru odebírá přibližně 125 mA po dobu trvání provozní doby baterie. Jak lze z této tabulky vyčíst, výstupní napětí baterie mající konvertor zůstává po celou provozní dobu baterie na úrovni 1,6 voltu, zatímco výstupní napětí baterie, která regulátor nemá, v průběhu provozní doby baterie postupně klesá od jmenovitého napětí baterie na nižší hodnoty napětí.
„Tabulka 2“ dále ukazuje, že baterie podle přihlašovaného vynálezu mající zabudovaný regulátor, poskytuje dvě význačné výhody vůči AA baterii, která regulátor nemá. Za prvé, v případě přístroje majícího závěrné napětí přibližně 1 voh, vykazuje baterie se zabudovaným vybíjecím pomocným regulátorem dobu běhu přibEžně 10 hodin, zatímco baterie bez regulátoru zastaví činnost přístroje po uplynutí maximálně 8 hodin, kdy výstupní napětí klesá pod 1 volt. Tento příklad dokazuje, že vybíjecí pomocný regulátor poskytuje 25% prodloužení • · · ♦ ϊ ϊ * ♦ ····· ♦ · · · · · ··* ···· ·· ··
-52provozní doby, kterou vykazuje baterie, která regulátor nemá. Za druhé, jednotkové množství elektřiny dodávané do zatížení a procento předepsané kapacity baterie, které se zužitkuje před vypojením přístroje, je podstatně větší v případě baterie podle přihlašovaného vynálezu mající zabudovaný vybíjecí pomocný regulátor. V podmínkách stejnoměrného odčeipávám proudu účinnost baterie bez regulátoru vydrží dokonce kratší dobu před tím, než se elektronický přístroj vypne, protože s klesáním výstupního napětí takové baterie klesá i schopnost článku dodávat úměrné jednotkové množství elektrického proudu. Toto výsledně zdůrazňuje dokonce větší výhodu baterie mající zabudovaný vybíjecí pomocný regulátor.
Je-li závěrné napětí přístroje přibližně 1,1 voltu, pak „Tabulka 2“ dokazuje, že baterie podle přihlašovaného vynálezu mající zabudovaný vybíjecí pomocný regulátor účinkuje výhodněji než AA baterie, který regulátor nemá. Baterie mající zabudovaný vybíjecí pomocný regulátor bude mít stále dobu běhu 10 hodin, zatímco baterie bez regulátoru přestane v přístroji účinkovat po uplynutí maximálního časového úseku 6 hodin, kdy výstupní napětí klesá pod 1,1 voltu. Takto v tomto případě vybíjecí pomocný regulátor poskytuje přibližně 67% prodloužení doby běhu baterie ve vztahu k baterii, která regulátor nemá. Navíc rozdíly elektrického proudu dodávaného do zatížení a procenta předepsané kapacity baterie, která se zužitkují před odpojením přístroje, jsou dokonce větší, než tomu bylo v předchozím příkladě. Znovu platí, že v podmínkách stejnoměrného odčerpávání proudu účinnost baterie bez regulátoru podle přihlašovaného vynálezu vydrží dokonce kratší dobu před tím, než se elektronický přístroj vypne, protože s klesáním výstupního napětí takové baterie klesá i schopnost článku dodávat úměrné jednotkové množství elektrického proudu. Toto výsledně zdůrazňuje dokonce ještě větší výhodu baterie mající zabudovaný vybíjecí pomocný regulátor.
Nabíjecí pomocný regulátor
Nabíjecí pomocný regulátor může rovněž prodlužovat cyklickou dobu životnosti opakovatelně nabíjené baterie podle přihlašovaného vynálezu. Tento pomocný regulátor může prodlužovat cyklickou dobu životnosti baterie na základě řízení posloupnosti nabíjení každého jednotlivého elektrochemického článku. Takto může nabíjecí pomocný regulátor optimalizovat nabíjení každého článku na základě zpětné vazby z takového konkrétního článku v zájmu maximalizování počtu a účinnosti každého nabíjecího a vybíjecího cyklu. Nabíjecí pomocný regulátor může například řídit nabíjení každého článku na základě přímého monitorování napětí » ·» t • * · *
4 4 4
4 ·· « · ·« *·· ·**· článku a/nebo vnitřní impedance každého článku. Toto poskytuje pomocnému regulátoru možnost řízení nabíjecího cyklu každého jednotlivého elektrochemického článku několika jednočlánkových baterií nebo jedné nebo několika vícečlánkových baterií.
Nabíjecí pomocný regulátor může také prodlužovat dobu běhu opakovatelně nabíjené baterie, jako je baterie obsahující olovo a kyselinu, jejíž hloubka vybíjení není velká, na základě nabíjení elektrochemického článku (elektrochemických článků) v průběhu doby „přerušení“ vybíjecího cyklu, tedy v době, kdy elektrochemický článek není v režimu nabíjení. Regulátor může například umožňovat, aby nabíjecí pomocný regulátor nabíjel jeden článek nebo několik samostatných článků v průběhu doby „přerušení“ vybíjení takového článku (takových článků). Pokud je doba „přerušení“ dostatečně dlouhá s ohledem na dobu „průběhu“ vybíjení, což je doba aktivního vybíjení konkrétního elektrochemického článku, pak nabíjecí pomocný regulátor může udržovat Článek přinejmenším poblíž stavu úplného nabití. Jestliže je pracovní cyklus značně dlouhý a přístroj pracuje déle, než je přijatelný Časový úsek, takže nabíjecí pomocný regulátor není schopen udržovat náboj elektrochemického článku nad předem stanovenou úrovní napětí nebo pod danou úrovní impedance, jež odpovídá maximálně požadované hloubce vybíjení konkrétního typu elektrochemického článku, pak vybíjecí pomocná regulátor může ukončit vybíjecí cyklus baterie tehdy, když opakovatelně nabíjený elektrochemický článek (elektrochemické články) dosáhne (dosáhnou) maximálně možnou hloubku vybíjení. Nabíjecí pomocný regulátor může také zabraňovat přebíjení na základě nabíjení jen takového Článku, jehož napětí kleslo pod určitou, předem stanovenou úroveň napětí, jako je jmenovité napětí článku, nebo na základě jiného způsobu určování konce nabíjecího cyldu, které je popisováno v této přihlášce, nebo na základě využití jiných prostředků, které jsou v této oblasti techniky známé. Takto může regulátor účinně optimalizovat provozní dobu opakovaně nabíjených elektrochemických článků na základě toho, že v průběhu vybíjecího cyklu nedovoluje hlubší vybíjení článku, než stanovuje optimální hloubka vybíjení, a optimalizuje posloupnost nabíjení v průběhu nabíjecího cyklu.
Alternativní napájecí zdroje pro nabíjecí cyklus mohou obsahovat externí napáječ, jako je elektrická šňůra zařízení nebo vnitřního zdroje, kterým je další elektrochemický článek, jenž je umístěn v zařízení nebo v sestavě opakovatelně nabíjených elektrochemických článků hybridní baterie. Primární článek může být například umístěn do sestavy zařízení nebo do sestavy hybridní baterie společně s opakovatelně nabíjeným elektrochemickým článkem. Články • · 4 4 4 4 4 4 4
44 4 *444«*
4 * 4« 444* •4 444 4·· 444* «4 44
-54typu kov - vzduch, jako je zinkovzduchový článek, který má velkou hustotu energie, ale má schopnost dodávat poměrně nízké úrovně napětí, představuje obzvláště výhodný alternativní napájecí zdroj, jenž se může používat pro účely nabíjení elektrochemického článku. V jiném případe se může alternativní zdroj, jako je palivový článek, včlenit do hybridní baterie, v níž vytváří nabíjecí zdroj pro opakovatelně nabíjený elektrochemických článek.
Nabíjecí pomocný regulátor navíc také umožňuje používání buď kontaktního nabíjecího systému nebo bezkontaktního, samostatného nabíjecího systému pro účely nabíjení baterie podle přihlašovaného vynálezu.
Upřednostňované provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu může pro účely informování uživatele rovněž obsahovat indikátor úplného nabití. Nabíjecí pomocný regulátor může například vysílat viditelné nebo slyšitelné informační signály pro uživatele o tom, že baterie je úplně nabitá. Alternativně může nabíjecí pomocný regulátor poskytovat textové oznámení o stavu nabíjecího systému nebo zařízení, takže takový nabíjecí systém nebo zařízení by mohlo poskytovat příslušná upozornění v souladu se stavem nabíjení.
Obr. 15 předvádí blokové schéma baterie podle přihlašovaného vynálezu, která obsahuje obvod 1504 nabíjecího pomocného regulátoru. Obvod 1504 nabíjecího pomocného regulátoru 1504 se výhodně včleňuje do baterie 1510 a přebírá zodpovědnost za bezpečné a účinné řízení vstupního elektrického signálu z vnějšího nabíjecího zdroje nebo obvodu v zájmu optimalizování nabíjecího cyklu opakovatelně nabíjeného elektrochemického článku 1530. Obvod 1504 nabíjecího pomocného regulátoru řídí vstupní elektrický signál z vnějšího nabíjecího zdroje na základě řídicích signálu vstupního napětí přicházející z detekčního obvodu 105 a/nebo na základě zpětné vazby z jeho vlastního vnitřního detekčního obvodu. Nabíjecí pomocný regulátor 1504 by například mohl používat napěťová řídící signál Vfpsi), který definuje vnitřní impedanci elektrochemického článku 1530. Generování tohoto řídicího signálu zajišťuje fázový lineární ovladač 1571. jehož popis byl proveden v souvislosti sobr. 13. Nabíjecí pomocný regulátor může alternativně řídit nabíjení elektrochemického článku 1530 na základě napětí Článku nebo nabíjecího proudu nebo na základě jak napětí článku, tak i nabíjecího proudu a navíc vnitřní impedance. Ktomu přistupuje skutečnost, že fyzikální podmínky měřené uvnitř pouzdra 1512 baterie 1510, jako je koncentrace vodíku, koncentrace kyslíku, teplota a/nebo tlak, může nabíjecí pomocný regulátor využívat pří optimálním nabíjení elektrochemického článku 1530.
••Φ ·· ··
-55Když je napětí u vývodů 1520 a 1522 vyšší než napětí elektrochemického článku 1530. modulátor 1576 impulsů vybíjecího pomocného regulátoru 1502 spíná MOSFET M3 s kanálem typu N a rozpojuje MOSFET M4 s kanálem typu P. MOSFET M3 vytváří elektrickou cestu od vývodů 1520 a 1522 pro nabíjení elektrochemického článku 1530 a MOFSET M4 znemožňuje zkrat mezi vývody 1520 a 1522. Modulátor 1576 impulsů může také vypojit předpěťový obvod 1580 s nulovým elektrickým potenciálem na základě vyslání napěťového řídicího signálu do hodinového generátoru 1587 předpěťového obvodu 1580 s nulovým elektrickým potenciálem. V souvislostí s příkladem nábojové pumpy nakresleným na obr. 9A bude hodinový generátor 987 například otvírat spínače Sl a S2 a zavírat spínače S3 a S4, v důsledku čehož se výstup virtuálního nulového potenciálu zhroutí na potenciál záporné elektrody 934 elektrochemického článku 930. Pokud předpčťový obvod 1580 s nulovým elektrickým potenciálem obsahuje vnitřní ovladač, jako je ovladač 1592 nábojové pumpy, kteiý pracuje podle již vysvětleného schématu s ohledem na ovladač 992 nábojové pumpy nakreslené na obr. 9B, pak vnitřní ovladač může přímo porovnávat napětí vývodů 1520 a 1522 s napětím elektrochemického článku 1530 a vypínat předpěťový obvod 1580 s nulovým elektrickým potenciálem tehdy, když je napětí napříč od vývodu 1520 k vývodu 1522 větší než napětí elektrochemického článku 1530. na základě přímého řízení hodinového generátoru 1587. Toto vyvolá zhroucení výstupu virtuálního nulového potenciálu na potenciál záporné elektrody 1534 elektrochemického článku 1530.
V upřednostňovaném provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu obvod 1504 nabíjecího pomocného regulátoru využívá informace o vnitřní impedanci pro určování nejúčinnějších střídavých složek tvaru signálu, knimž patří amplituda, kmitočet, klesající a stoupající hrany atd. Pomocný ovladač takto minimalizuje vnitřní dynamiku nabíjení a statické ztráty elektrochemického článku a provádí řízení nejiyctilejšího možného nabíjecího poměru konkrétního elektrochemického článku. Navíc čidla pro detekování fyzikálních podmínek, jako je koncentrace vodíku a kyslíku, teplota, tlak atd., mohou vytvářet možnost dalšího optimalizování stavu nabíjení.
Když nabíjecí pomocný regulátor 1504 zjistí, že bylo provedeno úplné nabití daného elektrochemického článku, pak tento nabíjecí pomocný regulátor rozpojuje MOSFET M3 s kanálem typu N. Tím se elektrochemický článek 1530 odpojuje od vývodů 1520 a 1522 pouzdra 1512 a následně od vnějšího nabíjecího zdroje nebo obvodu.
♦ 9
9·· ·»· · · · 9 · 9 9 9 9 • · 9 9 9 · 9
9 9 9 9 «
999 9999 99 99
-56Využívání vnitřní impedance pro řízení nabíjení elektrochemického článku 1530 umožňuje optimálnější nabíjeni elektrochemického článku 1530. Umístěni nabíjecího pomocného ovladače 1504 v každém pouzdru 1512 umožňuje dokonalejší řízení nabíjení jednotlivých elektrochemických článků 1530 několika jednoělánkových baterií nebo vícečlánkové baterie, protože pomocný regulátory individuálně řídí nabíjení každého článku. Elektrochemické články 1530 se mohou nabíjet v sériovém a/nebo paralelním zapojení s dalšími elektrochemickými články 1530. Jestliže se články nabíjejí v sériovém zapojení, pak nabíjecí pomocný ovladač 1504 může vytvářet dráhu s velkou impedancí mezi vývody, takže po dosaženi úplného nabití elektrochemického článku 1530 může pomocný regulátor 1504 rozvádět nabíjecí proud do dalších článků, které jsou v sériovém zapojení s takovým článkem 1530. Avšak, jsou-li Články v paralelním zápojem, pak nabíjecí pomocný regulátor 1504 může odpojovat každý elektrochemický článek 1530 od nabíjecího proudu. Umístění regulátoru v každém elektrochemickém článku vícečlánkové baterie umožňuje nabíjení každého článku stejným nabíjecím proudem, jehož tok řídí jednotlivé regulátory v každém článku, takže průběh nabíjení je optimální bez ohledu na elektrochemickou podstatu článku. Tento nabíjecí pomocný regulátor může také řídit nabíjení několika článků v hybridní baterii i přes skutečnost, že články mají rozdílná jmenovitá napětí.
Obr. 16 předvádí provedení obvodu 1504 nabíjecího pomocného regulátoru, který se může používat v baterii podle přihlašovaného vynálezu předvedené na obr. 15. V tomto provedení obvod 1604 nabíjecího pomocného regulátoru obsahuje univerzální nabíjecí obvod 1677, impulsový obvod 1678 a řídicí stroj 1679 stavu nabíjení. Řídicí ústrojí 1679 stavu nabíjení využívá impulsový obvod 1678 pro účely vytváření zkušebního proudu h a zkušebního napětí Vs u elektrod 1532 a 1534 elektrochemického článku 1530. Jak již bylo uvedeno v souvislosti s obr. 13, fázový lineární ovladač 1571 detekuje fázový posun mezi zkušebním proudem L a zkušebním napětím Vg. Impulsový obvod 1678 výhodně obsahuje budič 1668 impulsů a MOSFET Ml s typem kanálu N. Budič 1668 generuje vysokofrekvenční, řídicí impulsový signál, který ovládá hradlo tranzistoru MOSFET Ml. Zkušební proud L prochází přes MOSFET Ml a fázový lineami ovladač 1571 detekuje úhel fázového posunu mezi zkušebním proudem zkušebním proudem h a zkušebním napětím V,. Fázový lineární ovladač 1571 vysílá napěťový řídicí signál V(psi), který je lineárně úměrný k fázovému posunu mezi střídavými složkami napětí článku a proudem čerpaným z elektrochemického článku 1530, do • « » · · a ·· ·· * ♦ ··· ·»··
-57řídicího stroje 1679 stavu nabíjení. Řídicí ústrojí 1679 stavu nabíjení využívá tento řídicí signál z fázového lineárního ovladače 1571 pro účely ovládání střídavých složek tvaru signálu. Následně po úplného nabití elektrochemického článku 1530 provede modulátor 1576 impulsů rozpojení tranzistoru MOSFET M3, v důsledku Čehož se elektrochemický článek 1530 odpojí od vývodů 1520 a 1522 pouzdra 1512.
Obr. 17 předvádí alternativní provedení obvodu nabíjecího pomocného regulátoru předvedeného na obr. 15, který umožňuje oddělené nabíjení elektrochemického článku 1530 bez jakýchkoli mechanických dotyků mezi vnějším nabíjecím obvodem a baterií 1510 podle přihlašovaného vynálezu. V tomto provedení obsahuje obvod 1704 nabíjecího pomocného regulátoru vinutí, které účinkuje jako sekundární cívka transformátoru pro nabíjení elektrochemického Článku 1530. Vnější nabíjecí zdroj obsahuje primární vinutí transformátoru, která může na základě bezdrázového spojem přes vzduch spolupracovat se sekundárním vinutím obvodu 1704 nabíjecího pomocného regulátoru. Baterie podle přihlašovaného vynálezu může mít například vinutí, které se zhotovuje tištěním vodiče na etiketu baterie 1510 nebo se umisťuje dovnitř pouzdra, popřípadě je možné využít další baterii, která obsahuje sekundární vinutí nabíjecího transformátoru. Nabíjecí obvod tohoto provedení výhodně pracuje při kmitočtu v rozsahu od přibližně 20 kHz do přibližně 100 kHz, výhodněji v rozsahu od přibližně 40 kHz do přibližně 60 kHz, přičemž nejvýhodnější je kmitočet přibližně 50 kHz. Signál z vnějšího nabíjecího zdroje budí sekundární vinutí 1798 obvodu 1704 nabíjecího pomocného regulátoru prostřednictvím primárního vinutí vnějšího nabíjecího zdroje. Řídicí stroj 1794 stavu nabíjení řídí univerzální nabíjecí obvod 1777 v zájmu optimalizování nabíjecího cyklu opakovatelně nabíjeného elektrochemického článku 1530. Pracuje-li vnější nabíjecí obvod při kmitočtu přibližně 50 kHz, pak by transformátor měl mít postačující rozsah, který umožňuje nabíjení elektrochemického článku ve vzdálenosti 1 až 3 palců (tj. 2,54 až 7,62 cm) od baterie podle přihlašovaného vynálezu, a měl by umožňovat nabíjení elektrického článku v podmínkách jeho umístění bez vyjmutí baterie z elektrického nebo elektronického zařízeni či přístroje. Toto poskytuje význačnou výhodu ve srovnání s jinými bateriemi, které se musí vyjímat ze zařízení nebo přístroje. Například baterie v chirurgicky implantovaném přístroji, jako je přístroj na řízení srdeční činnosti (tzv. „pacemaker“), se může nabíjet bez chirurgického vyjmutí baterie z těla pacienta.
« · *«· *«·* ··
-58Nouzový pomocný regulátor
Regulátor může také vykonávat nouzovou či záchrannou odpojovači funkci, jež zajišťuje odpojení elektrochemického článku od vývodů pouzdra v takovém případě, kdy je porušena jedna nebo více než jedna podmínka bezpečnosti článku. Regulátor může obsahovat nezávislý nouzový odpojovači pomocný regulátor, který detekuje takové stavy porušení bezpečnosti, knimž patří zkrat, obrácená polarita, nadměme nabíjení, nadměrné vybíjení vysoká teplota, tlak a koncentrace vodíku, a který elektronicky odpojuje elektrochemický článek od vývodů baterie. Nouzové funkce může alternativně provádět obvod vybíjecího pomocného regulátoru a/nebo obvod nabíjecího pomocného regulátoru, popřípadě řečený regulátor může obsahovat zvláštní detekční obvod, který vysílá signály do vybíjecího pomocného regulátoru a/nebo nabíjecího pomocného regulátoru, na jejichž základě se elektrochemický článek odpojuje od vývodů baterie.
Claims (8)
- PATENTOVE NÁROKY1. Baterie se zabudovaným regulátorem pro prodlužování provozní doby baterie, tato baterie je použitelná s přístrojem, který má závěrné napětí a vnější zdroj pro dodávání nabíjecího proudu, vyznačující se tím , že obsahuje:(a) pouzdro mající kladný vývod a záporný vývod;(b) opakovatelně nabíjený elektrochemický článek, který je umístěn v řečeném pouzdru, kdy řečený článek má kladnou elektrodu, zápornou elektrodu, napětí článku měřené příčně od řečené kladné elektrody k řečené záporné elektrodě řečeného článku a jmenovité napětí;(c) regulátor, jenž je elektricky připojen mezi řečenými elektrodami řečeného článku a řečenými vývody řečeného pouzdra pro účely vytváření výstupního napětí měřeného příčně od řečeného kladného vývodu k řečenému zápornému vývodu řečeného pouzdra, tento regulátor je přizpůsoben pro ukončování vybíjecího cyklu řečeného článku na základě elektronického odpojování řečených elektrod řečeného článku od řečených vývodů řečeného pouzdra, což se výhodné provádí odpojováním řečených elektrod od řečených vývodů tehdy, když v průběhu vybíjecího cyklu řečené napětí článku klesá na předem stanovenou úroveň napětí, a pro řízení nabíjecího proudu vnějšího nabíjecího obvodu pří nabíjení řečeného článku v průběhu nabíjecího cyklu, což se výhodně provádí elektronickým odpojováním řečených elektrod řečeného článku od nabíjecího proudu vnějšího nabíjecího obvodu tehdy, tento regulátor určuje, že nabíjení řečeného článku dosahuje 100% kapacity řečeného článku, řečený regulátor výhodně obsahuje konvertor, který je přizpůsoben pro převáděni řečeného napětí článku na řečené výstupní napětí v průběhu vybíjecího cyklu baterie a pro převádění nabíjecího proudu vnějšího nabíjecího zdroje na nabíjecí proud článku v průběhu nabíjecího cyklu, a tento regulátor ještě výhodněji obsahuje obousměrný konvertor, kdy tento obousměrný konvertor je přizpůsoben tak, aby byl řízen řečeným regulátorem při převádění řečeného napětí článku na řečené výstupní napětí v průběhu řečeného vybíjecího cyklu a při převádění nabíjecího proudu vnějšího nabíjecího zdroje na řečené nabíjecí napětí článku v průběhu řečeného nabíjecího cyklu;přičemž opakovatelně nabíjená baterie se volí ze skupiny baterií, do níž patří jednočlánková baterie, univerzální jednočlánková baterie, vícečlánková baterie a vícečlánková hybridní baterie.t b · •fefe • v fe · • · fefefe fefefe· • fefe fe • fefe fe « fefe fe • fe fefe-602. Opakovatelně nabíjená baterie podle nároku 1, vyznačující se tím , že je upravena pro elektrické připojení jako jedna z určitého celočíselného počtu baterií, které jsou sériově připojeny k přístroji, řečené výstupní napětí je větší než nebo stejné jako závěrné napětí přístroje děleno řečeným celočíselným počtem baterií; a/nebo že opakovatelně nabíjenou baterií je vícečlánková baterie, tato baterie dále obsahuje kladný výstupní vývod a záporný výstupní vývod; řečené pouzdro, řečený článek a řečený regulátor vytvářejí první článkovou jednotku; tato první článková jednotka je jednou jednotkou z celočíselného počtu článkových jednotek, jež jsou elektricky zapojeny sériově mezi řečeným kladným výstupním vývodem a řečeným záporným výstupním vývodem, řečené výstupní napětí je větší než nebo stejné jako závěrné napětí přístroje děleno řečeným celočíselným počtem článkových jednotek.
- 3. Opakovatelně nabíjená baterie podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím , že řečený regulátor je přizpůsoben pro elektronické odpojování řečených elektrod řečeného článku od řečených vývodů řečeného pouzdra tehdy, když vybíjeni řečeného článku dosahuje předem stanovenou hloubku vybíjení, což se zjišťuje na základě indikování vnitřní impedance v průběhu vybíjecího cyklu.fe
- 4. Opakovatelně nabíjená baterie podle kteréhokoli z předcházejících nároků laž3, vyznačující se tím ,že řečený regulátor je přizpůsoben pro přijímání nabíjecího proudu z vnějšího nabíjecího zdroje, kteiý se připojuje k řečeným vývodům řečeného pouzdra, nebo řečený regulátor obsahuje cívkovou součást, jež je přizpůsobena pro elektromagnetické připojování k vnějšímu nabíjecímu zdroji v průběhu řečeného nabíjecího cyklu, přičemž řečený regulátor je přizpůsoben pro přijímání nabíjecího proudu z vnějšího nabíjecího zdroje prostřednictvím řečené cívkové součásti.
- 5. Primární baterie podle kteréhokoli z předcházejících nároků laž4, vyznačující se tím , že řečený regulátor určuje úroveň nabíjení článku s využitím detekování jedné nebo více podmínek, které se vybírají ze skupiny zahrnující řečené napětí článku, vnitřní impedanci řečeného článku, koncentraci plynného vodíku v řečeném článku, teplotu v řečeném článku a tlak plynu v řečeném článku.* λϊ • · * φ φ φ φ φ φ φ · φ φ φ φ φ φ φφ «φ-61
- 6. Dálkový systém pro nabíjení baterie, vyznačující se tím , že obsahuje:(a) vnější nabíjecí zdroj, který dodává nabíjecí proud, tento vnější nabíjecí zdroj obsahuje primární cívku; a (b) opakovatelně nabíjenou baterii, jež obsahuje:(i) pouzdro mající kladný vývod a záporný vývod;* (ii) opakovatelně nabíjený elektrochemický článek, který je umístěn v řečeném pouzdru, kdy řečený článek má kladnou elektrodu, jež je elektricky připojena k řečenému kladnému vývodu řečeného pouzdra, zápornou elektrodu, jež je připojena k zápornému vývodu řečeného pouzdra, napětí článku měřené příčně od řečené kladné elektrody k řečené záporné elektrodě řečeného článku a jmenovité napětí;(iii) regulátor, který je elektricky připojen k řečené kladné elektrodě a řečené záporné elektrodě řečeného článku, kdy regulátor obsahuje sekundární cívku, jež je přizpůsobena pro elektromagnetické spojování s řečenou primární cívkou řečeného vnějšího nabíjecího zdroje v průběhu nabíjecího cyklu, přičemž řečená sekundární cívka přijímá řečený nabíjecí proud z řečeného vnějšího nabíjecího zdroje a řečený regulátor seřizuje řečený nabíjecí proud z řečeného vnějšího nabíjecího zdroje na nabíjecí proud článku v průběhu nabíjecího cyklu.«.t
- 7. Dálkový systém pro nabíjení baterie podle nároku 6, vyznačující se tím , že řečený regulátor je přizpůsoben pro elektrické připojení mezi řečenými elektrodami řečeného článku a řečenými vývody řečeného pouzdra pro účely vytváření výstupního napětí, které se měří příčně od řečeného kladného vývodu k řečenému zápornému vývodu řečeného pouzdra.
- 8. Dálkový systém pro nabíjení baterie podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím , že řečený regulátor je přizpůsoben pro prodlužování provozní doby řečené baterie na základě elektronického odpojování řečených elektrod řečeného článku od řečených vývodů řečeného pouzdra v průběhu vybíjecího cyklu.• · « φφ-629. Dálkový systém pro nabíjení baterie podle kteréhokoli z předcházejících nároků 6 až 8, vyznačující se tím , že řečený regulátor dále obsahuje obousměrný konvertor, který v průběhu nabíjecího cyklu převádí řečený nabíjecí proud řečeného vnějšího nabíjecího zdroje na nabíjecí proud článku a který převádí řečené napětí článku na řečené výstupní napětí v průběhu vybíjecího cyklu.
- 10. Způsob prodlužování doby běhu opakovatelně nabíjené baterie, vyznačující se tím , že zahrnuje kroky:(a) sestavování opakovatelně nabíjené baterie, která obsahuje:(i) pouzdro mající kladný vývod a záporný vývod;(ii) elektrochemický článek umístěný v řečeném pouzdru, tento článek má kladnou elektrodu, zápornou elektrodu, napětí článku měřené příčně od řečené kladné elektrody k řečené záporné elektrodě řečeného článku a jmenovité napětí;(iii) regulátor, jenž je elektricky zapojen mezi řečenými elektrodami řečeného článku a řečenými vývody řečeného pouzdra pro vytváření výstupního napětí měřeného příčné od řečeného kladného vývodu k řečenému zápornému vývodu řečeného pouzdra;(b) elektrické připojování řečené baterie k přístroji, který má závěrné napětí;(c) ukončování vybíjecího cyklu řečeného Článku na základě elektrického odpojování řečených elektrod řečeného článku od řečených vývodů řečeného pouzdra tehdy, když hloubka vybíjení řečené baterie dosahuje předem stanovenou úroveň vybíjení, výhodně tehdy, když řečená předem stanovená úroveň vybíjení je optimální hloubkou vybíjení, a výhodněji tehdy, když předem stanovená úroveň vybíjení je nižší než řečené závěrné napětí řečeného přístroje, přičemž tento způsob dále obsahuje kroky:(d) přijímání nabíjecího proudu;(e) regulování řečeného nabíjecího proudu při nabíjení řečeného článku.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20003596A CZ20003596A3 (cs) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | Baterie se zabudovaným regulátorem pro prodlužováni provozní doby baterie |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20003596A CZ20003596A3 (cs) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | Baterie se zabudovaným regulátorem pro prodlužováni provozní doby baterie |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20003596A3 true CZ20003596A3 (cs) | 2001-06-13 |
Family
ID=5472094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20003596A CZ20003596A3 (cs) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | Baterie se zabudovaným regulátorem pro prodlužováni provozní doby baterie |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ20003596A3 (cs) |
-
1999
- 1999-04-01 CZ CZ20003596A patent/CZ20003596A3/cs unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU749855B2 (en) | Battery having a built-in controller to extend battery service run time | |
| CA2326702C (en) | Battery having a built-in controller | |
| US6163131A (en) | Battery having a built-in controller | |
| US6074775A (en) | Battery having a built-in controller | |
| US9397370B2 (en) | Single and multiple cell battery with built-in controller | |
| EP1068650B1 (en) | Primary battery having a built-in controller (dc/dc converter) to extend battery run time | |
| AU754342B2 (en) | Battery having a built-in controller | |
| CZ20003596A3 (cs) | Baterie se zabudovaným regulátorem pro prodlužováni provozní doby baterie | |
| CZ20003605A3 (cs) | Baterie mající zabudovaný regulátor | |
| CZ20003602A3 (cs) | Primární baterie se zabudovaným regulátorem (DC/DC konvertor) prodlužujícím dobu běhu baterie | |
| MXPA00009689A (en) | Battery having a built-in controller to extend battery service run time |