CZ20003602A3 - Primární baterie se zabudovaným regulátorem (DC/DC konvertor) prodlužujícím dobu běhu baterie - Google Patents

Abstract

Regulátor (240) prodlužuje životnost primární baterie (10), například na základě provádění napětí ělánku na výstupní napětí, které je vyšší než závěrné napětí elektronického přístroje, na základě převádění napětí ělánku na výstupní napětí, které je nižší než jmenovité napětí elektrochemického ělánku (30) baterie (10) nebo na základě ochrany elektrochemického ělánku (30) před úěinky proudových špiček. Regulátor (240) také může obsahovat předpěťový obvod s nulovým elektrickým potenciálem, který vytváří virtuální nulový potenciál, takže konvertor může pracovat při nízkých napětích článku. Primární baterií (10) může být jednoělánková baterie, univerzální jednočlánková baterie, vícečlánková baterie nebo vícečlánkové hybridní baterie.

Description

Oblast techniky

Přihlašovaný vynález se týká primárních baterií a obzvláště se zaměřuje na primární baterií se zabudovaným regulátorem pro prodlužování provozní doby baterie.

Dosavadní stav techniky

Spotřebitelé používají primární baterie a opakovatelně nabíjené 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 primární 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 nahromaděné energie nemůže baterie celkově dodávat potřebné napětí pro napájení elektronického přístroje. 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 primární baterie na základě umožnění bezpečného, hlubšího vybíjení bude omezovat množství odpadu tím, že elektronické přístroje budou mít možnost využívání větší míry původně nahromaděné energie před tím, než dojde k jejímu odložení do odpadu.

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 více 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 baterií daleko častěji. Proto v zájmu sestavování • · • « • · •·· ·«·«

-2iychlejších a složitějších elektronických zařízení bez zkracování jejich použitelné životnosti tato elektronická zařízení vykazují potřebu účinnějšího využívání baterií a/nebo vlastní baterie vykazují potřebu většího využívání nahromaděné energie.

Některé nákladnější elektronické přístroje obsahují 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 konvertor převádí napětí baterií na napětí, které vyžaduje obvod daného zatížení. Konvertor může prodlužovat provozní dobu baterie na základě snižování výstupního napětí baterie v počáteční Části vybíjení baterie, kdy 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 části vybíjení baterie, kdy by jinak baterie byla vyčerpána, protože napětí je nižší, než zatížený obvod vyžaduje.

Avšak 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 uspořádání obvodů, které se vyrábějí v poměrně omezeném množství a takto vyžadují vyšší individuální náklady. Druhým nedostatkem je skutečnost, že dodavatelé baterií 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 rozdílné typy bateriových článků, jako jsou alkalické a lithiové články, mají rozdílné elektrochemické vlastností a jmenovitá napětí, a proto jejich vzájemné zaměňování není snadnou záležitostí. Navíc konvertory zabírají využitelný prostor v elektronických přístrojích a zvyšují celkovou hmotnost elektronických přístrojů. 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 přistrojí nežádoucím způsobem ovlivňovat navazující soustavu obvodů, jako je radiofrekvenční („rf⁴) vysílač. Avšak v důsledku umístění konvertoru do baterie se může zdroj EMI nacházet dále od dalších elektronických prostředků, které jsou citlivé na účinky EMI, a/nebo se tento zdroj může odstiňovat vodivým krytem baterie.

* · • · * · ·· ··· ··· ·· • * · · ·« ·

-3Další problém, který souvisí s obvykle používanými konvertory, spočívá v tom, že tyto konvertory typicky vyžadují větší počet sériově zapojených elektrochemických článků, v zájmu vytváření postačujícího napětí pro řízení konvertoru. Na základě toho může konvertor snižovat napětí na takovou úroveň, kterou elektronický přístroj vyžaduje. Takto kvůli požadavkům na vstupní napětí konvertoru musí elektronický přístroj obsahovat několik elektrochemických článků, a to dokonce i tehdy, když vlastní 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 většího využívání nahromaděné kapacity spotřebitelské primární baterie před tím, než se baterie odloží do odpadu, a potřeba využívání menších prostorových požadavků a požadavků na hmotnost v zájmu dalšího miniaturizování elektronických přístrojů.

Navíc existuje potřeba snižování nákladů souvisejících s DC/DC konvertory pro elektronické přístroje a toto snižování nákladů je možné dosahovat na základě konstruování univerzálnějších uspořádání obvodů.

Dále existuje potřeba vytvořit takové konstrukční řešení konvertoru, které bude využívat výhody specifických elektrochemických vlastností konkrétního typu elektrochemického článku.

Rovněž existuje potřeba vyvinutí vzájemně zaměnitelných baterií, které obsahují elektrochemické články s rozdílnými jmenovitými napětími nebo vnitřní impedancí, aniž by se měnila chemická podstata vlastních elektrochemických článků.

Ještě navíc existuje potřeba vyvinutí hybridních baterií, které umožni používání rozdílných typů elektrochemických článků v sestavě jedné a téže baterie.

Konečně existuje potřeba ochrany citlivých sestav obvodů v elektrickém zařízení ěi elektronickém přístroji před účinky elektromagnetické interference (JEMI“) způsobované v důsledku spínání konvertoru.

Podstata vynálezu

Přihlašovaný vynález poskytuje primární baterii, která vykazuje delší dobu běhu na základě dokonalejšího využívám její nahromaděné energie. Baterie má zabudovaný regulátor, který obsahuje DC/DC konvertor vykazující schopnost činnosti pod prahovou hodnotou napětí typických elektronických přístrojů. Regulátor účinněji reguluje napětí elektrochemického článku φφφ « φφφφ» • · ·· · ΦΦΦΦΦ· • · φ φφ φφφφ · φφφ «φφ φφφφ ·· ··

-4a bezpečné, hluboké vybíjení baterie v zájmu využívání větší múy nahromaděné energie. Regulátor se výhodně umisťuje na silikonovém čipu smíšeného typu, jehož konstrukční uspořádání se účelově přizpůsobuje pro činnost s konkrétním typem elektrochemického článku, jako je alkalický článek, kadmioniklový („NiCd“) článek, lithiový článek, článek obsahující oxid stříbra nebo hybridní článek, popřípadě s konkrétním elektronickým přístrojem.

Regulátor výhodně monitoruje a řídí dodávání elektrického proudu do zatíženého obvodu tak, aby se optimálně prodlužovala doba běhu baterie, a tato monitorovací řídící činnost regulátoru se prování na základě (1) zapínání a vypínání DC/DC konvertoru; (2) udržování minimálně vyžadovaného výstupního napětí tehdy, když je vstupní napětí nižší než závěrné napětí elektronických přístrojů, pro jejichž napájení je daná baterie určena; a (3) snižování výstupní impedance baterie.

V upřednostňovaném provedení se regulátor zabudovává uvnitř (například uvnitř pouzdra) jednočlánkové primární baterie, jako je standardní AAA, AA, C nebo D baterie, nebo uvnitř každého článku víceělánkové primární baterie, jako je standardní 9 voltová baterie. Toto poskytuje několik význačných výhod. Za prvé, tato skutečnost poskytuje tvůrci konstrukčního uspořádání baterie možnost využití specifických elektrotechnických charakteristik konkrétního typu elektrochemického článku. Za druhé, tato skutečnost umožňuje, aby baterie mající rozdílné typy elektrochemických článků byly používány vyměnitelně na základě buď měnění nebo stabilizování výstupního napětí a/nebo vnitřní impedance pro účely splňování požadavků elektronických přístrojů, které jsou konstruovány pro napájení ze standardních baterií. Tvůrce konstrukčního uspořádání baterie může například sestavit vysoce výkonnou ttthiovou baterii, která obsahuje lithiový elektrochemický článek, jako je článek typu lithium MnOj, a který splňuje elektrické požadavky a požadavky hermetického uzavření standardní AA baterie, na základě snižování jmenovitého napětí článku z rozsahu mezi přibližně 2,8 a přibližně 4,0 voltu na výstupní napětí přibližně 1,5 voltu bez snižování nahromaděné chemické energie lithiového článku. Na základě využití vyššího napětí lithiového článku může konstruktér podstatně prodloužit provozní dobu baterie. Za třetí, umístění obvodu konvertoru v jednočlánkové nebo víceělánkové baterie umožňuje sestavování elektronických přístrojů, jejichž konstrukční uspořádání neobsahuje vnitřní regulátory nebo konvertory. Toto umožňuje zmenšování rozměrů elektronického vybavení a výrobu levnějších a menších přenosných elektronických přístrojů s menší hmotností. Navíc vodivé pouzdro obsahující elektrochemický Článek rovněž • t

-5vytváří krycí vrstvu kolem obvodu regulátoru, která chrání poblíž se nacházející elektronické obvody, jako jsou radiofrekvenční („rf“) vysílače a přijímače před elektromagnetickou interferencí („EMI“) způsobovanou činností DC/DC konvertoru regulátoru. Umisťování konvertoru do každého elektrochemického článku rovněž vytváří podmínky pro bezpečnější a účinnější kontrolu nad každým elektrochemickým článkem a před vypnutím elektronického přístroje zajišťuje maximálně možné vyčerpání elektrochemického článku.

Regulátory také umožňují používání baterií podle přihlašovaného vynálezu v široké škále zařízení a přístrojů. Baterie podle přihlašovaného vynálezu poskytují řadu výhod ve srovnání se známými bateriemi bez ohledu na to, zda se používají s elektrickými nebo elektronickými přístroji, které mají závěrné napětí jako již zmiňované přístroje, nebo s elektrickými zařízeními, jež závěrné napětí nemají a k nímž například patří zábleskové svědo.

Čipy regulátoru se mohou rovněž zhotovovat úsporněji, protože velký objem prodejů baterií umožňuje levnější výrobu čipů, než je tomu v případě ojedinělých konstrukčních řešení regulátorů nebo konvertorů, které lze vyrábět pro každý typ elektronického přístroje zvlášť.

Jedním výhodným provedením DC/DC konvertoru je téměř bezindukční, vysokofrekvenční, vysoce účinný, středně výkonný konvertor s velmi nízkým vstupním napětím, který využívá řídící schéma modulace šířkou impulsů a modulace fázovým posunem.

Další znaky a výhody přihlašovaného vynálezu jsou popisovány s ohledem na vysvětlování upřednostňovaného provedení tohoto vynálezu.

Přehled obrázků na výkrese

I když tato specifikace končí patentovými nároky, které konkrétně zdůrazňuji 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 vyobrazeni.

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.

• ·

-6Obr. 4A je blokové schéma jednoho výhodného provedení baterie, která je předvedena na obr. 4.

Obr. 4B je blokové schéma dalšího výhodného provedení baterie, která je předvedena na obr. 4.

Obr. 5A předvádí částečně rozložený, příčný řez výhodného provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.

Obr. 5B předvádí částečně rozložený, příčný řez dalšího výhodného provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.

Obr. 5C 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 blokové schéma provedení, které obsahuje znak baterie podle výhodného provedení baterie, jež je nakresleno na obr. 9.

Obr. 10 je blokové schéma ještě dalšího provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.

Obr. 11 je blokové schéma dalšího provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu. Obr. 12 je blokové schéma ještě dalšího provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.

Obr. 13 je kombinace blokového schématu a základního schématu dalšího provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.

Ohr. 14 je graf charakteristických křivek vybíjení typické baterie a dvou rozdílných, výhodných provedení baterie podle přihlašovaného vynálezu.

-7Příklady provedení vynálezu

Přihlašovaný vynález se týká primárních jednočlánkových a víceělánkových baterií. Výraz „primární“ se v této přihlášce používá pro označování baterie nebo elektrochemického článku, který je určen do odložení do odpadu po vyčerpání použitelné, nahromaděné elektrické kapacity (tzn., že není určen pro opětné nabíjení nebo jiné použití). Výraz „spotřební“ v této přihlášce označuje baterii, která je určena pro použití v elektronickém nebo elektrickém zařízení, které spotřebitel kupuje nebo používá. Výraz „jednočlánková“ souvisí s baterií, která má jediný elektrochemický článek v jediném pouzdru, 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 uzavřené pouzdro mající vývody a jediný elektrochemický článek nebo kryt, jenž 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 pouzdru, jestliže každý Článek má vlastní, samostatný, uzavřený kryt. Baterie přenosného telefonu může například obsahovat dva nebo více než dva elektrochemické články, z nichž každý má svůj vlastní, samostatné, uzavřené pouzdro, a tyto články jsou společně umístěny ve smrštitelném, obalovém, plastovém materiálu, který udržuje samostatné články pohromadě, avšak nemusí úplně zakrývat samostatné, uzavřené obaly článků. V 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 rozdíkiý elektrolyt

V této přihlášce používaný výraz „regulátor“ se týká obvodu, jenž přijímá přinejmenším jeden vstupní signál a vytváří přinejmenším jeden výstupní signál, který je funkcí vstupního signálu. Výrazy „DC/DC konvertor“ nebo „konvertor“ se v této přihlášce používají zaměnitelně a týkají se měniče stejnosměrného napětí impulsního typu, jako je vibrátorem ovládaný DC/DC konvertor, který 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 • * ··♦ ··· ♦··· «« ··

-8DC/DC konvertorů. Přestože jde o méně výhodné opatření, přihlašovaný vynález připouští možnost používání známých konvertorů nebo lineárních regulátorů jako náhrady za upřednostňované konvertorů, jejichž popisy tato přihláška uvádí a které mají schopnost činnosti 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 voltu, přičemž některé elektronické přístroje mají závěrné napětí natolik nízké, jako je přibližně 0,9 voltu. Elektrická zařízeni, která mají mechanické pohyblivé součásti, 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).

Jedním znakem přihlašovaného vynálezu je prodloužení „provozní doby“ primární baterie. Výrazy „provozní doba baterie“ a „doba běhu baterie“ 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, kterou 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.

4·· • 4« 4444 • 4 ·4

-9V této přihlášce používané výrazy „užitečná doba životnosti elektrochemického Článku“ nebo „užitečná doba životnosti článku“ se rovněž používají bez ohledu na to, zda jde o primánu 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 výrazy „ doba běhu baterie“ jednočlánkové baterie a „užitečná doba životnosti článku“ jsou zaměnitelné vtom smyshi, že prodhižuje-li se nebo zkracuje-h 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 s 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, prodtužuje-li 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 baterii.

Výrazy „elektricky spojen“ a „elektrické spojení“ a „elektricky zapojen“ se týkají pojení 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“.

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

4- t

-10zápomý vývod 22. Pouzdro 12 hermeticky uzavírá jediný elektrochemický článek 30. Ohr. 1 předvádí takové provedení, které se může používat v případě válcovitého, jednočlánkového zinkouhlíkového 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 dolní 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 34 a katodou 32 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 dobu 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 alkalická (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 není 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 baterielO. 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 proudu. Dolní víko 18, které je • · φ φ φ «φφφ ·* φφφ φφφ ΦΦΦΦ φφ φφ

-11také 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 baterie obsahující lithium/oxid manganičitý (MnOj).

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 nebo tlusté/tenké články na bázi filmu 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 prostřední a 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 eiekirické 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 vlivu prostředí a každého z ostatních článků v baterii. Pouzdro 12 se může zhotovovat kombinováním vodivého materiálu, jako je kov, a izolačního materiálu, jako je plast nebo polymer.

• · · ·· ·©♦ • * · · · « ··»··©· ·· ··

-12Avšak pouzdro 12 se má odlišovat od krytu vícečlánkové baterie, která obsahuje oddělené, samostatné izolované, alkalické články, z nichž každý má své vlastní elektrody a elektrolyt Jako příklad lze uvést, že 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 Uthiových 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 baterii.

Obr. 5A, 5B a 5C předvádějí pohledy na tři částečně rozložená provedení jednočlánkových, válečkovitých, primárních baterií podle přihlašovaného vynálezu. Na obr. 5A je vidět, že regulátor 240 je umístěn mezi honům 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 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.

\τ. .i... !. -jjťi x._______: J-ΐ—í— — oio * (-τηΙπ+πΓηηι na uui· jd je viuei, Z£ icguiaiui j*tv je uiiubivu mezi uuuiiiu viauu jio α wwawiviu 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 příkladu 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 vodivého horního víka 316 baterie 310. Kladný vstup 346 regulátoru 340 je elektricky připojen ke katodě 332 elektrochemického článku 330 prostřednictvím vodivého pásku 336. Záporný

-13vstup 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, & 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. SC 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, kteiý je částečně proveden v příčném řezu, na provedení vícečlánkové 9 voltové baterie 610 podle tohoto vynálezu, v níž každý elektrochemický článek 630 má ve svém samostatném pouzdru 612 zabudován regulátor 640. V tomto provedení baterie 610 obsahuje šest samostatných elektrochemických článků 630, ·· *

·· ···«·*·

-14přičemž každý z těchto elektrochemických článků má jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu. Baterie 610 by také mohla obsahovat například tři lithiové články, přičemž každý z těchto článků by měl jmenovité napětí přibližně 3 volty.

Obr. 4, 4A a 4B předvádějí bloková schémata rozdílných provedení baterie 110 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 nebo odpojovat elektrochemický článek 130 k nebo 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 ohr. 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 bateriového pouzdra 112 mají společný nulový elektrický potenciál s regulátorem 140. Obr. 4B však předvádí alternativní výhodné provedou baterie 110 podle přihlašovaného vynálezu, v němž regulátor 140 využívá virtuální nulový 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 výhodý a nevýhody. Sestavení předvedené na obr. 4 například umožňuje uplatnění 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 • · 4

4 4 • 44

44 • 4

444 4444 • * ♦ ·Φ

-15napětí článku, a může vyžadovat používám diskrétní induktorové součásti. V případě sestavení, které je předvedeno na obr. 4B, platí, že virtuální nulový elektrický potenciál aplikovaný na záporný 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 vtom, že vyžaduje větší složitost obvodu související s virtuálním nulovým elektrickým potenciálem v zájmu vytvoření takových podmínek, na jejíchž základě by napěťový měnič regulátoru 140 mohl pokračovat v činnosti s větší účinností tehdy, když je napětí článku nízké nižší než úroveň jmenovitého napětí elektrochemického článku.

Primární baterie podle přihlašovaného vynálezu obsahuje regulátor pro prodlužování provozní dobu baterie. Elektrochemický článek (elektrochemické články) se může (mohou) sestavovat buď v jednoělánkových nebo víceělánkových bateriích. Vícečlánkové baterie mohou obsahovat dva nebo více než dva elektrochemické články stejného typu nebo mohou obsahovat dva 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. Regulátor (regulátory) jednočlánkové baterie se může (mohou) elektricky zapojovat sériově a/nebo paralelně s elektrochemickým článkem uvnitř pouzdra článku a včleňovat dovnitř krytu, který přinejmenším částečně obsahuje pouzdro článku, nebo připojovat k pouzdru, krytu nebo k etiketě, popřípadě k nějaké jiné struktuře, která se připevňuje k pouzdru nebo ke krytu. Regulátor(y) vícečlánkové 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 může prodlužovat provozní dobu primární baterie podle přihlašovaného vynálezu jedním z několika způsobů. Za prvé, tento regulátor umožňuje hlubší vybíjení jednoho nebo více elektrochemických článků baterie, než by bylo jinak možné, na základě činnosti elektronického přístroje. V této přihlášce používaný výraz „hluboké vybíjení“ označuje možnost vybíjení elektrochemického článku (elektrochemických článků) na přinejmenším 80% jmenovité kapacity elektrochemického článku (elektrochemických článků). Navíc výraz „podstatné vybíjení“ v této patentové přihlášce označuje možnost vybíjení elektrochemického • 9 9 9 * · · · · ·9«··· • 99 9 9 9 9 9 9 ·· «99 999 9999 99 99

-16ělánku (elektrochemických článků) na nejméně 70% předepsané kapacity elektrochemického článku (elektrochemických článků). „Nadměrné vybíjení“ v této přihlášce označuje možnost vybíjení elektrochemického článku (elektrochemických Článků) přes 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 alkalický Článek, ktetý má schopnost zajišťovat více než 70% vybíjení před tím, než se baterie odpojí. Výhodněji pomocný regulátor zajišťuje takovou úroveň vybíjeni, která je vyšší než přibližně $0%. Dokonce ještě výhodněji pomocný regulátor zajišťuje takovou úroveň vybíjení, která je vyšší než přibližně 90% a nejvýhodněji vyšší než přibližně 95%.

Regulátor může obsahovat konvertor, který převádí napětí článku na požadované výstupní baterie v zájmu hlubšího vybíjení elektrochemického Článku (elektrochemických článků) a tím i prodlužování provozní dobu baterie. V jednom provedení přihlašovaného vynálezu může 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 buzení pomocného regulátoru. Takto bude baterie, která má ve svém konstrukčním uspořádání včleněn pomocný regulátor mající schopnost pracovat při nižším napětí než pomocný regulátor jiné baterie, vykazovat schopnost hlubšího vybíjení baterie nezávisle na úrovni napětí článku.

V upřednostňovaných provedeních přihlašovaného vynálezu konvertor pracuje pouze tehdy, když napětí článku klesne na nebo pod předem stanovenou úroveň napětí. V takových provedeních se vnitřní ztráty konvertoru minimalizují, protože konvertor pracuje pouze tehdy, když je to nutné. Předem stanovená úroveň napětí je výhodně v rozsahu od jmenovitého napětí elektrochemického článku do nejvysšího 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. Předem stanovené napětí může být například v rozsahu od přibližně nejvyššího závěrného napětí třídy přístrojů, pro které je baterie určena, • * • · 4 Φ Φ φ Φ • · · * * · * · φ

Φ Φ Φ φ · φφφφ

ΦΦ »♦· ΦΦΦ ΦΦΦΦ ΦΦ ΦΦ „17až do přibližně 0,2 voltu plus řečené závěrné napětí, výhodně v rozsahu od přibližně nejvyššího závěrného napětí třídy přístrojů, pro které je baterie určena, až do přibližně 0,15 voltu plus řečené závěrné napětí, výhodněji v rozsahu od přibližně nejvyššího závěrného napětí třídy přístrojů, pro které je baterie určena, až do přibližně 0,1 voltu plus řečené závěrné napětí a dokonce ještě výhodněji v rozsahu od přibližně nejvyššího závěrného napětí třídy přístrojů, pro které je baterie určena, až do přibližně 0,05 voltu plus řečené závěrné napětí. Například elektrochemický článek mající obecně jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu 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 voltu do přibližně 1,6 voltu. Výhodněji je předem stanovené napětí v rozsahu od přibližně 0,9 voltu do přibližně 1,5 voltu. Ještě výhodněji je předem stanovené napětí v rozsahu od přibližně 0,9 voltu do přibližně 1,2 voltu, přičemž dokonce ještě výhodněji je předem stanovené napětí v rozsahu od přibližně 1,0 voltu do přibližně 1,2 voltu. Nejvýhodnější je taková úroveň napětí, která je o něco vyšší nebo stejná jako nejvyšší závěrné napětí třídy přístrojů, pro které je baterie určena. Avšak regulátor, který je konstruován pro činnost v elektrochemickém článku vykazujícím nominální napětí přibližně

3,0 voltu, může mít obecně předem stanovenou úroveň napětí v rozsahu od přibližně 2,0 voltu do přibližně 3,4 voltu. 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 A) přibližně 3,2 voltu. 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 voltu 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, regulátor zapne konvertor a zesílí napětí článku na požadované výstupní napětí, které postačuje 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. Regulátor může používat jeden řídicí mechanismus nebo větší počet řídicích mechanismů od jednoduché kombinace porovnávačc napětí a elektronického spínače, která zapíná konvertor tehdy, když napětí článku klesne na

-18předem 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 nebo fyzikálním mechanismu galvanických 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 regulátor vypne 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, tento 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 provozní dobu baterií, ale také dává možnost širší výměnné použitelnosti elektrochemických článků majících rozdílná jmenovitá napětí, než je jinak možné, umožňuje konstruktérům využívat výhodu většího nahromaděného potencionálu 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 účinnosti 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 specificky požadovanému jmenovitému napětí, jako je φ φ 4 φ » · φφφ • φ ·♦» • φ φ « φ φφφφ φφφ φφφφ φφ *·

-19kadmiortuťový článek, mohou být nahrazovány bezpečnějšími, účinnějšími nebo levnějšími elektrochemickými články, jejichž jmenovité napětí se může zvyšovat nebo snižovat nebo jejichž 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 přibližně 1,8 voltu nebo vyšší se může sestavovat s takovým regulátorem, který snižuje toto vyšší jmenovité napětí na standardní úroveň jmenovitého napětí přibližně 1,5 voltu, takže baterie se může zaměňovat s baterií mající jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu. V jednom konkrétním příkladě se standardní lithiový článek, jako je primární článek s obsahem lithia a MnO; mající jmenovité napětí přibližně 3 volty, může včleňovat do baterie s 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 zinkouhlíkovou jednoělánkovou baterií bez potřeby změny chemické podstaty vysokého potencionálu lihtia, která by jinak snížila nahromaděnou chemickou energii článku. Konečně baterie, které mají elektrochemické články, jako jsou títhiové iontové baterie, magnesiové baterie, magnesiové vzduchové a hliníkové vzduchové baterie, rovněž vykazují nominální napětí přibližně 1,8 voltu a mohou se použitelně zaměňovat se standardní baterií mající jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu Nejenže existuje možnost použitelného zaměňování rozdílných typů elektrochemických článků, ale navíc je možné sestavovat rozdílné typy elektrochemických článků pohromadě v hybridní baterii. Takto se rozdílné typy baterií, které obsahují rozdílné elektrochemické Články s různým jmenovitým napětím nebo vnitřní impedancí, mohou používat vyměnitelným způsobem nebo se mohou zhotovovat hybridní baterie, jež obsahují rozdílné typy elektrochemických článků.

Elektrochemické články, které mají jmenovité napětí, pod jehož úrovní budou pracovat typické elektronické přístroje, mohou alternativně používat regulátor se zabudovaným zesilovacím konvertorem pro zesilování nebo zvyšování jmenovitého napětí. Toto poskytuje baterii, která má tento typ elektrochemického článku, možnost používáni 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 použitelně zaměňovat se standardními • * φ · φ « •

* · »#· *··· • ·

-20alkahckými nebo zinkouhlíkovými elektrochemickými články. Takto lze poskytovat komerčně žádané, široce použitelné baterie, které by jinak nebyly z praktického hlediska spotřebitele považovány za zajímavé kvůli příliš nízkému jmenovitému napětí.

Několik galvanických článků, které mají jmenovité napětí nižší, než je napětí, při němž bude typický elektronický přístroj pracovat, může navíc používat vybíjecí pomocný regulátor se zabudovaným zesilovacím konvertorem pro zesilování jmenovitého napětí. Toto poskytuje hybridní baterii, která má tento typ galvanického 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 mající hybridní články, které by jinak nebyly z praktického hlediska spotřebitele považovány za zajímavé kvůli příliš nízkému jmenovitému napětí.

Mezi příklady typů baterií, které se mohou používat v přihlašovaném vynálezu, patří zmiňované zinkouhlíkové, alkalické a lithiové baterie. Další primární baterie, které se rovněž mohou používat v přihlašovaném vynálezu, jsou bez jakéhokoli výhradního omezení uvedeny v „Tabulce 1“. V hybridní baterii se v kombinaci s primárními články mohou také používat sekundární články. 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 se standardními velikostmi. Konstrukční řešení baterií mohou využívat konkrétní výhody elektrochemického článku při současném zachovávání použitelné 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.

• ·

-21TABULKA1

Typy elektrochemickcvch článků a jmenovitá napětí

Primární články
Typ článku	Jmenovité napětí	Typ článku	Jmenovité napětí
Rtuť - kadmium	0,9 voltu	Lithium FeS2	1,6 voltu
Oxid rtuťnatý	1,35 voltu	Magnesium - organický’ elektrolyt	1,6 voltu
Oxid rtuťnatý s MnO2	1,4 voltu	Magnesium MnCh	2,8 voltu
Zinek - vzduch	1,4 voltu	Lithium - tuhý elektrolyt	2,8 voltu
Uhlík-zinek	1,5 voltu	Lithium MnO2	3,0 voltu
Zinek - chlorid	1,5 vottu	Lithium (CFL	3,0 voltu
Alkalický MnO2	1,5 voltu	Lithium SO2	3,0 voltu
Stříbro - oxid	1,5 voltu	Lithium SOC12	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(A1) - 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 - organická látka Li - MnO2	3,0 voltu
Zinek - vzduch	1,5 voltu	Lithium - polymer Li - V60i3	3,0 voltu
Nikl - zinek	1,6 voltu	lithium - ion C - LixCo02	4,0 voltu

Jinak nekompatibilní elektrochemické Články se mohou navíc používat pohromadě v hybridních bateriích, které se speciálně konstruují pro konkrétní účely použití. Například elektrochemický článek typu zinek - vzduch se může v hybridní baterii používat společně s lithiovým článkem buď v paralelním nebo sériovém zapojení. Elektrochemický článek typu zinek - vzduch má jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu 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 elektrického proudu. Regulátor každého elektrochemického článku vytváří stejní jmenovité výstupní napětí a umožňuje jak paralelní, tak i sériové zapojování. Když jsou články v paralelním zapojení, mohou regulátory rovněž znemožňovat vzájemné vyvíjení článků mezi sebou. Regulátor každého článku se může také používat pro připojování nebo odpojování • φ φφφφ · * · φ φ φ « φφφ φφ «φφφ • Φ φφφ «φφ φφφφ φφ Φ·

-22jednoho 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-H zatížení v režimu vysokého proudu, pak Uthiový článek nebo kombinace řečených Hthiových článků a článků typu zinek - vzduch mohou poskytovat elektrický proud, který je nezbytný pro napájení daného zatížení.

Hybridní baterie mohou rovněž obsahovat řadu různých variant elektrochemických článků, jako jsou kombinace alkalických článků a článků typu kov - vzduch, článků typu kov vzduch a sekundárních článků, jakož i kombinaci článku kov - vzduch a superkondenzátoru. Jedna hybridní baterie může navíc obsahovat kombinace primárních a sekundárních článků, primárních a rezervních článků, sekundárních a rezervních článků nebo primárních, sekundárních a rezervních článků. 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 mohou navíc také obsahovat možné kombinace dvou nebo více než dvou uvedených článků nebo zdrojů elektřiny.

Regulátor může rovněž prodlužovat provozní dobu baterie na základě ochrany elektrochemického článku (elektrochemických článků) před proudovými špičkami, které by 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 články, Hthiové Články a články typu zinek - vzduch.

Regulátor, který chrání elektrochemický článek před účinky proudových špiček, může vytvářet dočasného hromaděni elektrického náboje u výstupu regulátoru a takový dočasně nahromaděný náboj se může využívat při okamžitém požadavku. Proto požadavek proudové špíčky může být kompletně eliminován nebo podstatně omezen před 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 φ φ φ φ » · φ φφφφφφ φφφ Φφ φφφφ φφ φφφ φφφ ΦΦΦΦ φφ φφ

-23jakéhokoli typu nebo kondenzátor, který je v této oblasti techniky znám jako konvenční kondenzátor, kondenzátor, jenž má podobu potištěného tenkého fiknu, nebo dokonce „superkondenzátor“ Například na obr. 13 je znázorněn kondenzátor Cf, který je zapojen příčně od vývodu 1320 k vývodu 1322 pouzdra 1312.

Jediný 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 výhodné 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. 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 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, něho tehdy, když se výstupní proud pro zatížení zvýši na předem stanovenou úroveň. Tato schémata budou společné s dalšími schématy vysvětlena podrobněji v dalším textu.

Přihlašovaný vynález se týká primárních baterií pro zvláštní účely, jakož i běžně používaných primárních baterií, jako jsou AAA, AA, C nebo D články a 9 voltové baterie. Tento vynález bere v úvahu používání primárních baterií pro zvláštní účely a hybridních baterií, které by mohly být používány pro různé účely. Předpokládá se, že tyto primární 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 omezováno 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

• 4	9	• 9	4 · ·
• ·	• ·	• 9	• 9 4 4
9 ·	•	4 4	4 4 4
··	9··	··· 9444	♦ 4

-24fotonapěťové, termální, palivové nebo mechanické články, běžné kondenzátory nebo dokonce superkondenzátory v téže hybridní baterii. Zvyšování počtu vzájemně zaměnitelných 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 trhu 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 nahrazovat speciálně konstruované, opakovatelně nabíjené baterie.

Elektronická etiketovací technologie, jako je technologie používaní na fotografickém filmu atd., by se mohla rovněž používat pro označováni přesného typu článku/ů) v baterií, 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 průběh nabíjení zábleskového švéda, ukončoval používání zábleskového světla atd. v zájmu optimalizování doby běhu konkrétní baterie. Přenosný laptop počítač by mohl také využívat elektronickou etiketovací technologii pro určování nejúčinnějších pracovních parametrů konkrétních baterií například na základě měnění pracovní rychlosti v zájmu nejlepšího využívání zbývající energie v baterii 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.

Navíc primární baterie by byty také použitelné pro vzájemnou výměnu při nahrazování různých typů primárních nebo dokonce i opakovatelně nabíjených baterii v závislosti na přání spotřebitele. Jako příklad lze uvést to, že v případě vyčerpání opakovatelně nabíjených baterií

* * • ·	•	• ·	» · · *
« ·	•	* «	• ·	• ·
	««·		• »	v·

-25přenosného laptop počítače by uživatel mohl koupit primánů 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.

Přihlašovaný vynález se rovněž týká standardních, spotřebních, primárních baterií jako jsou AAA, AA, C nebo D články a 9 voltové baterie. Například ve výhodném provedení může být regulátor konstruován tak, aby spolupracoval s baterií mající jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu, takže takový regulátor může pracovat při nízkých úrovních napětí, jako je přibližně 0,1 voltu v provedení obsahujícím karbid křemíku („SiC“), přibližně 0,34 voltu v provedení obsahujícím areenid galHa („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 zmenšení tisku obvodu na 0,18 mikronovou technologii by se minimální pracovní napětí snížilo z přibližně 0,54 voltu na přibližně 0,4 voltu. V předcházejícím textu již bylo uvedeno to, že, čím nižší je mmimálm vyžadované pracovní napětí regulátoru, tím hlouběji může regulátor regulovat napětí článku v zájmu provádění možného nejhlubšího vybíjení primárního elektrochemického článku nebo optimálního vybíjení opakovatelně nabíjeného elektrochemického článku. Takto je smyslem tohoto vynálezu využívám 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 potencionálu baterie, což je značně vysoká hodnota vybíjení v porovnání s průměrnou 40% až 70% využitelnosti primárních elektrochemických článků bez regulátoru.

V jednom upřednostňovaném provedení na bázi křemíku je regulátor konstruován například tak, aby pracoval při napětích, která jsou nízká až přibližně 1 volt, výhodně přibližně 0,85 voltu, výhodněji přibližně 0,8 voltu, ještě výhodněji přibližně 0,7 voltu, dokonce ještě výhodněji přibližně 0,65 voltu, dokonce ještě o něco výhodněji přibližně 0,6 voltu, přičemž přibližně 0,54 voltu je nejvýhodnější. V případě takového regulátoru, který je konstruován pro elektrochemický článek se jmenovitým napětím přibližně 1,5 voltu, má regulátor schopnost pracovat při tak vysokém vstupním napětí, které dosahuje až přibližně 1,6 voltu. Výhodněji má regulátor schopnost pracovat při tak vysokém vstupním napětí, které dosahuje až přibližné 1,8 voltu. Takto má výhodný pomocný regulátor schopnost pracovat v rozsahu napětí od * « ’· '·'» ί · · i • · * · · · · · » «· ,«» ·*· ··· ·· ·*

-26minimálně přibližně 1,8 voltu do přibližně 1,6 voltu. Avšak pomocný regulátor také může, a výhodně to tak dělá, pracovat rovněž mimo tento rozsah.

Avšak v výhodném provedení regulátoru, který je konstruován podle tohoto vynálezu pro použití v elektrochemickém článku majícím jmenovité napětí přibližně 3,0 voltu, musí mít regulátor schopnost pracovat při vyšší úrovni napětí, než je vyžadované napětí pro činnost regulátoru, který se používá v kombinaci s elektrochemickým Článkem majícím jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu. V případě elektrochemického článku majícího jmenovité napětí přibližně 3,0 voltu má regulátor schopnost pracovat v rozsahu od přibližně 2,4 voltu do přibližně 3,2 voltu. Výhodněji má regulátor schopnost pracovat v rozsahu od přibližně 0,8 voltu do přibližně 3,2 voltu. Ještě výhodněji má regulátor schopnost pracovat v rozsahu od přibližně 0,6 voltu do přibližně 3,4 voltu. Dokonce ještě výhodněji má regulátor schopnost pracovat v rozsahu od přibližně 0,54 voltu do přibližně 3,6 voltu, přičemž rozsah od přibližně 0,45 voltu do přibližně 3,8 voltu je nejvýhodnější. Avšak regulátor také může, a výhodně to tak dělá, pracovat rovněž mimo tento rozsah.

Alternativní výhodné provedení regulátoru má schopnost pracovat v kombinaci s elektrochemickým Článkem, který má jmenovité napětí buď přibližně 1,5 voltu nebo přibližně 3,0 voltu. V tomto provedení má regulátor schopnost pracovat s minimálním vstupním napětím výhodně přibližně 0,8 voltu, výhodněji přibližně 0,7 voltu, ještě výhodněji přibližně 0,6 voltu a nejvýhodněji přibližně 0,54 voltu a s maximálním vstupním napětím přibližně 3,2 voltu, výhodněji přibližně 3,4 voltu, ještě výhodněji 3,6 voltu a nejvýhodněji přibližně 3,8 voltu. Regulátor může mít schopnost pracovat například v rozsahu od přibližně 0,54 voltu do přibližně

3,4 voltu, od přibližně 0,54 voltu do přibližně 3,8 voltu nebo od přibližně 0,7 voltu do přibližně

3,8 voltu atd.

Baterie podle přihlašovaného vynálezu také poskytují význačné výhody se srovnání s běžnými bateriemi tehdy, jsou-U používány v elektrických přístrojích nebo zařízeních, jako jsou záblesková světla atd., které nemají závěrné napětí. Vzhledem ktomu, 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 v souvislosti s klesáním výstupního napětí baterie až do jejího úplného vybití. Avšak baterie podle přihlašovaného vynálezu má regulátor, který reguluje napětí Článku na stálou, řízenou úroveň napětí v průběhu celého vybíjecího cyklu, na jehož φ

φ * · · * φ «φ* φφφφ φ φ φφφ

-27konci napětí elektrochemického článku 30 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 uživatele v souvislosti s nízkou kapacitou zbývajícího náboje. 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 úseku tehdy, když napětí elektrochemického článku dosáhne předem stanovenou hodnotu. Toto se může projevit v podobě viditelného, slyšitelného, vibračního nebo čitelného oznámení o vyčerpání kapacity baterie. 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 hy snížení hlasitosti přehrávače magnetofonových kazet nebo kompaktních disků, popřípadě signalizování indikátoru na přístroji vyslalo uživateli varovné oznámení o stavu baterií.

Obr. 7 předvádí blokové schéma jednoho provedení podle přihlašovaného vynálezu, v němž je DC/DC konvertor 750 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 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 provedení 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 • * 9 · · ··· • V ··· 9999 ί · 9 ♦ • ·9 * • ·· 9

99

-28s 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 pod minimální polarizované propustné napětí („Vfb“) konvertoru 750. Takto za situace, kdy je 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 v důsledku vybíjení baterie 170 pod závěrným napětím elektronického přístroje tak dlouho, jak dlouho se bude výstupní napětí u vývodů 720 a 722 pouzdra 712 udržovat nad úrovní závěrného napětí elektronického přístroje.

V jednom výhodném provedeni 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 regulátoru 740. 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 730je vzájemně zaměnitelná s baterii obsahující druhý typ elektrochemického článku. Například elektrochemický článek, který má vyšší jmenovité napětí než standardní 1,5 voltový článek, by se mohl používat v kombinaci se snižovacim, plynule pracujícím konvertorem, a mohl by vytvořit článek, jenž je vzájemně zaměnitelný se standardním článkem bez potřeby prováděni změny chemické podstaty elektrochemického článku. Toto provedení poskytuje možnost vyššího stupně vzájemné zaměnitelnosti rozdílných typů elektrochemických článků, která je přitom možná bez provádění změn chemické podstaty vlastního elektrochemického Článku a zmenšování nahromaděné chemické energie článku.

Jako příklad lze uvést, že lithiový článek se může 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 MhC>2 článek, má jmenovité napětí přibližně 3,0 voltu a nemůže se normálně vzájemně zaměňovat se standardní AA alkalickou baterií, která má jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu. Konstruktéři baterií však změnili chemickou podstatu lithiového elektrochemického článku, aby vyvinuli lithiové baterie, které mají jmenovité napětí přibližně 1,5 voltu, v zájmu poskytnutí lithiové baterie, jež se může • · 44

444 i ΐ 4 i 4 ί

4 4 * 4 *

4 4 4 4 4

444 4444 4* ·»

-29vzájemně zaměňovat například se standardní AA alkalickou baterií. Ačkoli tato 1,5 voltová hthiová baterie má nadále schopnost dodávání vysokých proudových úrovní pro využití v zatížených obvodech fotografických zábleskových světel, tento 1,5 voltový hthiový elektrochemický článek neposkytuje významné zvýšení celkově nahromaděné chemické energie ve srovnání s alkalickým článkem majícím stejný objem. Přihlašovaný vynález však poskytuje možnost používání standardního hthiového elektrochemického článku, který má jmenovité napětí přibližně 3 volty a obsahuje regulátor pro převádění toho jmenovitého napětí dolů na přibližně 1,5 voltu. Takto baterie poskytuje zhruba dvojnásobek nahromaděné chemické energie

1,5 voltového alkalického článku v takové baterii, která je naprosto vzájemně zaměnitelná s každou 1,5 voltovou baterií. Navíc hthiová baterie podle přihlašovaného vynálezu by poskytovala stejné vysokonapěťové úrovně jako 1,5 voltový článek se změněnou chemickou podstatou.

Navíc regulátor 740 rovněž optimalizuje výkon elektrického zařízení jako je zábleskové světlo, které používá baterii 710. Ačkoli 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. Takto stálé výstupní napětí baterie 710 umožňuje udržování stálého výkonu elektrického zařízení po celou dobu běhu baterie bez poklesu výkonu takového elektrického zařízení, kteiý vyplývá z poklesu napětí elektrochemického článku 730.

DC/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(„PipM“), rezonanční konvertory atd. pro řízení pracovních parametrů konvertoru 750. Výhodné provedení konvertoru 750 podle tohoto vynálezu používá modulaci šířkou impulsu. 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 • · φ φ • * φφφφ • φφφφφφ

ΦΦΦ · · φφφφ «φ ΦΦΦ Φ·φ φφφφ φ· ··

-30konvertoru, 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 generování 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 integrovaných obvodů regulátoru podle přihlašovaného vynálezu. V každém z těchto provedení obsahuje integrovaný obvod regulátoru přinejmenším dva hlavní 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 převádět 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-li 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 mezi kladnou elektrodou 832 a zápornou elektrodou 834 elektrochemického článku 830 a kladným vývodem 820 a záporným vývodem 822 pouzdra 812. Ovladač 852 konvertoru je 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 t

• · · o ··* • · · · 4 ♦ • ·»«*·» • · · ♦ · 4

444 4·44 ·* ··

-31konvertoru 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 neboje 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, pro jejichž 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.

Regulátor 940 znázorněný na obr. 9 může obsahovat součásti regulátoru 840 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 při 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 940, který je určen pro baterii 910 podle přihlašovaného vynálezu a má elektrochemický článek se jmenovitým napětím přibližně 1,5 voltu, je napětí se záporným předpětím („Vnb“) výhodně v rozsahu od přibližně 0 voltů do přibližně 1 voltu.

•	©	©	© ·	©	©	•
©	©	•	© ·	•	•	©
©·	···	©·· ····	··

-32Výhodněji 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 při 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-ϋ spínače Sl a S3 uzavřeny a spínače S2 a S4 otevřeny, pak v tomto provedení napětí elektrochemického článku 930 nabiji kondenzátor Ca. Jsou-ϋ 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 alternativně nahrazena jakýmkoli použitelným obvodem nabíjecí pumpy, který je v této oblastí techniky známý.

V upřednostňovaném provedení podle přihlašovaného vynálezu předpěťový 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 miniaturních pump 989. Jedno výhodné provedení obvodu 986 nábojové pumpy například obsahuje dvanáct miniaturních pump 989 a jednu hlavní pumpu. Činnost miniatumích 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 řídicích signálů 991a až 991d mohou být nastaveny po devadesáti stupních od sebe. V tomto provedení každá z miniaturních pump 989 vytváří invertované výstupní napětí ovládacích signálů 991a až 991d, které generuje hodinový generátor. Hlavní pumpa 990 sčítá výstupy daného počtu miniatumích pump 989 a vytváří výstupní signál pro obvod 986 nábojové pumpy, který má stejnou úroveň napětí jako jednotlivá výstupní napětí miniatumích pump, avšak účinkuje při vyšší úrovni proudu, než je souhrnný φ · φ · φ « · * φ · · ·· ··· ·· ·· «·· ····

-33proud, 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 nejvyšsího závěrného napětí skupiny elektronických přístrojů, pro jejichž napájení je baterie 910 konstruována. Předem stanovená úroveň napětí je příznivě poněkud vyšší než nejvyšší závěrné napětí třídy elektronických přístrojů, pro jejichž činnost je baterie 910 konstruována. Například výhodné předem stanovené napětí je o přibližně 0,2 voltu vyšší než závěrné napětí třídy elektronických přístrojů, pro jejichž činnost je baterie 910 konstruována. Výhodnější předem stanovené napětí je o přibližně 0,15 voltu vyšší než závěrné napětí třídy elektronických přístrojů, pro jejichž Činnost je baterie 910 konstruována. Ještě výhodnější předem stanovené napětí je o přibližně 0,1 voltu vyšší než závěrné napětí, nejvýhodnější předem stanovené napětí je o přibližnč 0,05 voltu vyšší než řečené závěrné napětí. Obvod 986 nábojové pumpy by mohl být alternativně řízen stejným řídicím signálem, který zapíná DC/DC konvertor 950 tak, aby obvod 986 nábojové pumpy účinkuje pouze tehdy, když pracuje konvertor 950.

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, jako je JBuck-Boost“ 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 • tf tf·· tf·· tftftftf •tf tf*

-34„Buck-Boosť* konvertor, dvojčinný konvertor nebo konvertor se zpětným během, kletý bude provádět jak zvyšování kladného výstupního napětí, tak i snižování záporného předpětí.

Obr. 10 předvádí ještě další provedení obvodu regulátoru 1040 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 1040 vybíjecího pomocného regulátoru obsahuje stejné součásti jako obvod 940 vybíjecího pomocného regulátoru předvedený na obr. 9, avšak navíc obsahuje detekční obvod 1062 fázového posunu, který měří okamžitý fázový posun ψ mezi složkami střídavého proudu napčtí článku u elektrody 1032 a proudem čerpaným z elektrochemického článku 1030, jenž se měří napříč proudovým detekčním odporem Rc. DC/DC konvertor 1050 používá tento signál v kombinaci s dalšími, uvnitř nebo vně vyvíjenými řídicími signály pro generování pracovního cyklu.

Regulátor 1140 podle provedení předvedeného na obr. 11 může obsahovat stejné součástí jako vybíjecí pomocný regulátor 1040 znázorněný na obr. 10, avšak navíc obsahuje nouzový obvod 1182, kletý je elektricky připojen k oběma stranám proudového detekčního odporu Re a k zápornému vývodu 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 nebo samotného elektrochemického článku. Jako příklad lze uvést to, že v případě zkratu nebo obrácené polarity tento nouzový obvod 1182 vysílá signály to ovladače 1152 signály pro odpojení elektrod 1132 a 1134 elektrochemického článku 1030 od vývodů 1120 a 1122 pouzdra 1112. Nouzový obvod 1182 může navíc poskytovat informací o závěru vybíjecího cyklu elektrochemického článku 1130 do ovladače 1152 konvertoru na základě detekování napětí a/nebo vnitřní impedance elektrochemického článku 1130. Regulátor 1140 může například snížit 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 φ

φ φ · φ φ φ φ φ φ φ φφ φ · ♦ · * • · · φφ φ·· φ φ « · • · • ΦΦ φφφφ

-35ν 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.

Výhodný regulátor 1240, který je předveden na obr. 12, obsahuje DC/DC konvertor 1250 mající synchronní usměrňovač 1274, jenž může elektronicky připojovat kladnou elektrodu 1232 ke kladnému vývodu 1220 a odpojovat kladnou elektrodu 1232 od kladného vývodu 1220 pouzdra 1212. Spínač synchronního usměrňovače 1274 odstraňuje potřebu dalšího spínače, jako je ovladač 852 konvertoru, v přímé elektrické cestě mezi 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 například prostřednictvím čidel (nejsou předvedena) monitoruje vnitřní prostředí elektrochemického článku, jako je teplota, tlak a koncentrace vodíku a kyslíku, navíc k měření fázového posunu, jež je 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 integrovaného obvodu regulátoru navíc k DC/DC součásti, 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 předpéťový obvod s nulovým elektrickým potenciálem mohou být používány v kombinaci s obvody předvedenými na obr. 6 až 12 bez • 99 • 99 • 9 9*9

9

9·9 9··*

9 · 9

9 9 fl ··

-36ovladače 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. Je výhodné, že konvertorem 1350 je téměř bezkontaktní, vysokofrekvenční, vysoce účinný, středně výkonný konvertor, který může pracovat pod prahovou hodnotou napětí většiny elektronických přístrojů. Regulátor 1340 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 který poskytuje konvertoru 1350 možnost účinnějšího čerpání vyšší úrovně proudu z elektrochemického článku 1330, než by se jinak dosahovalo s pouhým využitím napětí článku pro řízení konvertoru.

V tomto provedení ovladač 1352 konvertoru výhodně využívá řídicí schéma modulace šířkou impulsu a impulsové fázové modulace. Detekční obvod 1362 pro detekování fázového posunu měří 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 Vfpsi), který je lineárně úměrný ve vztahu k fázovému posunu, do modulátoru 1376 impulsů, který 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.

• · • · φ φ

Φ a · φφ φφφ φ φ «φφφ φ φ φ · φ φ φ φ · φ φ φ φφφ φφφφ φφ φφ

-37Modulátor 1376 impulsů používá kombinaci napěťových řídicích signálů pro řízeni 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 zatížení 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, kteiý řídi pracovní cyklus. Pokles napětí napříč proudovým detekčním odporem Rs, který je funkcí výstupního proudu, účinkuje jako druhý řídicí signál. Konečně signál Vfpsi) generovaný 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 provozní dobu baterie. Modulátor impulsů prodlužuje pracovní cyklus tehdy, když se snižuje okamžitá a/nebo navazující amplituda napětí Vs, nebo tehdy, když se pokles napětí napřič odporem Rs zvětšuje, a/nebo tehdy, když se zvyšuje okamžitá a/nebo navazující amplituda napětí Vfpsi) 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, • ♦ • · • · ·* «

• · ··· • · « · · · • ···*·· • · · ♦ · · »«· ···· *· ··

-38přičemž M3 je výhodně MOFSET s kanálem typu N a M4 je výhodně MOFSET s kanálem typu P. Kompletní DC/DC konvertor 1350 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 nesynchronní 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 řídících signálů, jako je napětí Vs, pokles napětí napříč odporem Rs nebo vnitřní impedance elektrochemického článku 1330. Je-Η spotřeba proudu zatížení nízká, pak modulátor 1376 generuje například takový pracovní cyklus DC/DC konvertoru 1350, který se blíží nule procent. Je-li spotřeba proudu zatížení nízká, pak modulátor 1376 generuje takový pracovní cyklus DC/DC konvertoru 1350, který se blíží nule procent. Je-li však spotřeba proudu zatížení vysoká, pak modulátor 1376 generuje takový pracovní cyklus DC/DC konvertoru 1350, který se blíží 100%. V případě, že se spotřeba proudu zatížení různě mění mezi těmito koncovými hodnotami, mění se i pracovní cyklus DC/DC konvertoru v zájmu dodávání takového proudu, který 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 regulátor, v němž konvertor pracuje v plynulém režimu, a příklad křivky vybíjení baterie B3 podle přihlašovaného vynálezu mající regulátor, ve kterém se konvertor zapíná v přesahu přes úroveň 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 regulátor baterie B2 nadále zvyšuje výstupní napětí baterie na úroveň napětí Vj v průběhu doby běhu baterie. Ve chvíli, kdy napětí elektrochemického článku klesne na úroveň napětí V_A což je minimální pracovní napětí regulátoru, tento regulátor baterie B2 vypne a výstupní napětí baterie klesne na nulu v čase h a účinná doba běhu baterie B2 končí. Z grafu, který je nakreslen na obr. 14, lze vypozorovat, že provozní doba baterie B2 mající regulátor, jehož konvertor pracuje v plynulém režimu, je h mínus hφ φ

· · • · φ • φ φ

Φ· ΦΦΦ ♦ ΦΦΦ φ φ φ φ • ΦΦ φφφφ φφ

-39Avšak regulátor baterie Β3 nezačíná zvyšovat výstupní napětí baterie do té doby, dokud napětí elektrochemického článku nedosáhne předem stanovenou úroveň napětí Υ,*. Předem stanovená úroveň napětí V_p, je výhodně v rozsahu mezi jmenovitým napětím daného elektrochemického článku a nejvyššim závěrným napětím třídy elektronických přístrojů, pro jejichž napájení je baterie určena. Výhodněji je předem stanovená úroveň napětí V_pa vyšší o přibližně 0,2 voltu než nejvyšší závěrné napětí V_c třídy elektronických přístrojů, pro jejichž napájení je baterie určena. Ještě výhodněji je předem stanovená úroveň napětí V^ vyšší o přibližně 0,15 voltu než nejvyšší závěrné napětí Vc Indy elektronických přístrojů, pro jejichž napájení je baterie určena. Dokonce ještě výhodněji je předem stanovená úroveň napětí Vp3 vyšší o přibližně 0,1 voltu než nejvyšší závěrné napětí V_c třídy elektronických přístrojů, pro jejichž napájení je baterie určena, přičemž nejvýhodnější je taková předem stanovená úroveň napětí Vp3, která je vyšší o přibližně 0,05 voltu než nejvyšší závěrně napětí V_c. Jakmile napětí článku dosáhne předem stanovenou úroveň napětí V_r-<. začne konvertor baterie B3 zvyšovat nebo stabilizovat výstupní napětí na úroveň V_c + AV. Úroveň napětíAV je na obr. 14 znázorněna a představuje rozdíl napětí mezi zvýšeným výstupním napětím baterie B3 a závěrným napětím Úroveň napětí AV je výhodně v rozsahu od přibližně 0 voltů do približnČ 0,4 voltu, přičemž výhodnější je 0,2 voltu. Poté baterie B3 pokračuje v poskytování výstupu až do chvíle, kdy napětí elektrochemického článku klesne pod úroveň napětí V_d, 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 grafu, který je nakreslen na obr. 14, je vidět prodloužení účinné provozní doby baterie B3 ve vztahu k baterii Bl. která nemá konvertor podle přihlašovaného vynálezu, a toto prodlouženi lze matematicky vyjádřit rozdílem t - L

Obr. 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 baterie B2 dosáhne úroveň minimálního pracovního napětí konvertoru V_d 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_p baterie B3 co možná nejblíže úrovni závěrného napětí napájeného elektronického přístroje bude nejúčinnější

- v v* v « « w V V «** 4 4 · 4 4 4 • I · · ♦ 44**44 • · · * 4 4 4 « *

444 444 4444 44 49

-40využívání elektrochemického článku a rozsáhlejší prodloužení provozní doby baterie. V tomto smyslu je předem stanovené napětí V_r? výhodné stejné nebo poněkud vyšší než závěrné napětí elektronického přístroje nebo elektrického zařízení, pro jehož napájení je baterie určena. Například výhodné předem stanovené napětí V_ra může být o přibližně 0,2 voltu vyšší než závěrné napětí elektronického přístroje nebo elektrického zařízení, pro jehož napájení je baterie určena. Výhodněji může být předem stanovené napčtí V_pa o přibližně 0,15 voltu vyšší než závěrné napětí. Ještě výhodněji může být předem stanovené napětí V_P-< o přibližně 0,1 voltu vyšší než závěrné napětí, přičemž nejvýhodnější je takové předem stanovené napětí V_pa. které je o přibližně 0,05 voltu vyšší než závěrné napětí daného elektronického přístroje nebo elektrického zařízení.

Avšak, konstruuje-li se baterie jako standardní baterie pro různé elektronické přístroje, pak se předem stanovené napětí 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 V^ o přibližně 0,15 voltu vyšší než závěrné napětí dané skupiny elektronických přístrojů. Ještě výhodněji může být předem stanovené napětí Vpa o přibližně 0,1 voltu vyšší než závěrné napětí dané skupiny elektronických přístrojů, přičemž nejvýhodnější je takové předem stanovené napětí Vpa, 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 V_d, tím je větší prodloužení provozní doby baterie ve srovnání s baterií Bl, která nemá regulátor podle přihlašovaného vynálezu. Navíc platí, že, čím větší je rozdíl mezi závěrným napětím elektronického přístroje V_c a minimálním pracovním napětím konvertoru Vd, tím větší prodloužení provozní doby baterie bude regulátor podle přihlašovaného vynálezu vytvářet v důsledku zvýšení či zesílení napětí elektrochemického článku.

« · 9 9 · 9 · 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9

999 9999 99 99 • 9 9 • ϊ • · « ·· 999

-41 TABULKA2

Přiklad vybíjení alkalických AA baterii s výkonovým regulátorem a bez výkonového regulátoru (středili 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
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
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 ělánku na výstupní napětí přibližně 1,6 voltu, s údaji o vybíjení typické alkalické 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 zatíženi přibližně 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.

• · ♦ » • · · * » » » b * · * * ·· »· í

···

-42„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 regulátorem dobu běhu přibližně 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 regulátor poskytuje 25% prodloužení provozní 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 regulátor. V podmínkách stejnoměrného odčerpávání 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 regulátor.

Je-li závěrné napětí přístroje přibližně 1,1 voltu, pak „Tabulka 2“ dokazuje, že baterie podle přihlašovaného vynálezu mající zabudovaný regulátor účinkuje výhodněji než AA baterie, která regulátor nemá. Baterie mající zabudovaný 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 regulátor poskytuje přibližně 67% prodloužení doby běhu baterie ve vztahu k baterii, který 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 odčerpávám 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 ještě větší výhodu baterie mající zabudovaný regulátor.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Primární baterie se zabudovaným regulátorem (DC/DC konvertor) prodlužujícím dobu běhu baterie, vyznačující se t í m , že obsahuje:

   (a) pouzdro mající kladný vývod a záporný vývod;

   (b) primární 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 zapojen mezi řečenými elektrodami řečeného článku a řečenými vývody řečeného pouzdra pro vytváření výstupního napětí měřeného příčně od řečeného kladného vývodu k řečenému zápornému vývodu řečeného pouzdra, kdy tento regulátor vykonává jednu nebo více než jednu z následujících funkcí na základě včlenění:

   (i) konvertoru, který je přizpůsoben pro činnost při takovém napětí článku, jež je nižší než závěrné napětí přístroje, takže řečený regulátor prodlužuje dobu běhu baterie na základě takového převádění řečeného napětí článku na řečené výstupní napětí, aby řečené výstupní napětí bylo vyšší než závěrné napětí přístroje, (ii) konvertoru, který převádí řečené napětí článku na řečené výstupní napětí tak, aby řečené výstupní napětí bylo nižší než jmenovité napětí řečeného článku, (iii) konvertoru, který převádí řečené napětí článku na řečené výstupní, kondenzátor, jenž hromadí elektrický náboj pro účely ochrany řečeného článku před proudovými špičkami, přičemž tato primární baterie se vybírá ze skupiny, do které patří jednočlánková baterie, univerzální jednočlánková baterie, vícečlánková baterie a vícečlánková hybridní baterie.
2. 2. Primární baterie podle nároku 1, vyznačující se tím ,žeje 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 primární baterií je vícečlánková baterie, řečená primární baterie dále obsahuje kladný výstupní vývod a záporný výstupní vývod; řečené pouzdro, řečený článek a řečený regulátor vytvářejí první článkovou jednotku; řečená první článková jednotka je jednou jednotkou z celočíselného počtu ♦

   • ΦΦΦ· • · o * φ φ · φ φ φ φ » φ φ φ φ φφ φφ

   -44článkových 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. 3. Primáni baterie podle nároku 1 nebo 2, vy zn a č uj í c í se tím , že řečený regulátor může regulovat řečené napětí Článku směrem dolů o přinejmenším 0,6 voltu.
4. 4. Primární baterie podle kteréhokoli z předcházejících nároků laž3, vyznačující se tím , že řečený regulátor je přizpůsoben pro elektrické zapojování řečeného konvertoru mezi řečenými elektrodami řečeného článku a řečenými vývody řečeného pouzdra tehdy, když řečené napětí článku klesne pod předem stanovenou úroveň napětí, řečená předem stanovená úroveň napětí se výhodně volí ze skupiny předem stanovených rozsahů úrovní napětí, ve které je zahrnut rozsah od 0,8 voltu do 1,2 voltu pro Článek mající jmenovité napětí 1,5 voltu, rozsah od závěrného napětí přístroje k závěrného napětí přístroje plus 0,2 voltu, rozsah od závěrného napětí přístroje až k řečenému jmenovitému napětí řečeného článku, v zájmu umožňování hlubokého vybíjení řečeného článku tehdy, je-li závěrné napětí přístroje 1 volt a jedná-li se o článek mající jmenovité napětí 1,5 voltu a/nebo v zájmu umožňování přinejmenším 90% vybíjení řečeného článku tehdy, je-li řečeným článkem lithiový článek a vykazuje-li přístroj závěrné napětí 2,4 voltu.
5. 5. Primární baterie podle kteréhokoli z předcházejících nároků laž4, vyznačující se tím , že řečený regulátor dále obsahuje :

   (i) řídicí obvod, který je elektricity připojen k řečené kladné elektrodě a řečené záporné elektrodě řečeného článku, řečený řídicí obvod výhodně obsahuje modulátor impulsů, k tomuto modulátoru impulsů patří výhodněji modulátor šířky impulsů mající přinejmenším jeden vstupní řídicí signál, řečený modulátor impulsů je ještě výhodněji přizpůsoben pro elektronické odpojování řečeného konvertoru od řečeného článku, řečený modulátor impulsů je dokonce ještě výhodněji přizpůsoben pro elektronické připojování řečeného konvertoru k řečenému Článku na základě přinejmenším částí jednoho nebo více než jednoho signálu φ

   φ φ

   • φ φ

   -45ΦΦΦ » · «φ ΦΦΦ φφ* φφφφ voleného ze skupiny signálů souvisejících s vnitřní impedancí řečeného článku, spotřebovávaným proudem a řečeným výstupním napětím, řečený modulátor impulsů je dokonce ještě více výhodně přizpůsoben pro elektronické připojení řečeného konvertoru mezi řečenými elektrodami řečeného článku a řečenými vývody řečeného pouzdra tehdy, když řečené napětí článku klesne na předem stanovenou úroveň napětí, řečená předem stanovená úroveň napětí je výhodně v rozsahu od závěrného napětí přístroje až do blízkosti řečeného jmenovitého napětí řečeného článku, (ii) DC/AC budič, kteiý je elektricky připojen k řečené řídicímu obvodu; a (iii) synchronní usměrňovač, kteiý je elektricky připojen k řečenému DC/AC budiči a k řečenému kladnému vývodu a řečenému zápornému vývodu řečeného pouzdra.
6. 6. Primární baterie podle kteréhokoli z předcházejících nároků laž5, vyznačující se tím , že řečený konvertor dále obsahuje :

   (iv) předpěťový obvod s nulovým elektrickým potenciálem, který je připojen k řečené kladné elektrodě a řečené záporné elektrodě řečeného článku, řečený předpěťový obvod s nulovým elektrickým potenciálem vytváří virtuální elektrický potenciál pro řečený konvertor a řečený záporný výstup řečeného pouzdra, řečený předpěťový obvod s nulovým elektrickým potenciálem výhodně obsahuje obvod nábojové pumpy a řečeným virtuálním nulovým elektrickým potenciálem je výhodně úroveň napětí pod úrovní napětí řečené záporné elektrody řečeného článku.
7. 7. Primární baterie podle kteréhokoli z předcházejících nároků laž6, vyznačující se t í m , že řečené jmenovité napětí je vyšší než 1,5 voltu.
8. 8. Primánů baterie podle kteréhokoli z předcházejících nároků laž7, vyznačující se tím , že řečeným článkem je Hthiový článek, řečení jmenovité napětí řečeného článkuje v rozsahu od 2,8 voltu do 4,0 voltu a řečený regulátor snižuje řečené napětí článku tak, aby řečené výstupní napětí bylo v rozsahu od 1,0 voltu do 1,6 voltu.

   » v w ” «V V

   4 · · 4 · 4 * · · « · · » »4 * · 4 4 ·4· 4·4· ·· ··

   -469. Primární baterie podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 8, vyznačující se tím ,žekní dále přísluší přístroj, které má:

   (a) kladný vstupní vývod;

   (b) záporný vstupní vývod, který je elektricky připojen k řečenému kladnému vstupnímu vývodu; a (c) závěrné napětí.
9. 10. Způsob prodlužování doby běhu primární baterie, vyznačující se tím , že zahrnuje kroky:

   (a) sestavování primární baterie, která obsahuje:

   (i) pouzdro mající kladný vývod a záporný vývod;

   (ii) elektrochemický článek umístěný v řečeném pouzdru; řečený 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 příčně od řečeného kladného vývodu k řečenému zápornému vývodu řečeného pouzdra, řečený regulátor obsahuje konvertor, (b) elektrické připojování řečené primární baterie k přístroji, který má závěrné napětí;

   (c) převáděni řečeného napětí článku k řečenému výstupnímu napětí tak, aby řečené výstupní napětí bylo vyšší než závěrné napětí přístroje.