DE10213570A1

DE10213570A1 - Lebensverlängernder Batterieadapter für Multichemie-Batteriesysteme

Info

Publication number: DE10213570A1
Application number: DE10213570A
Authority: DE
Inventors: Heather N Bean; Christopher A Whitman; Matt Flach; Jerry Swinford
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-02-06
Also published as: JP2002330548A; US20020142212A1; US6645663B2

Abstract

Eine lebensdauerverlängernde Vorrichtung, wie z. B. ein Kondensator, wird optional positioniert, um mit einer Batterie elektrisch parallel verbunden zu sein. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die lebensdauerverlängernde Vorrichtung optional in einem Batteriehalter eingebracht, der als Ersatz für die ursprüngliche Batterie verwendet wird. Der Batteriehalter ist für zumindest eine AA-Batterie konzipiert, und die Batterie, die ausgetauscht wird, ist eine Lithium-Ionen- oder Lithium-Metall-Primärbatterie.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hilfsleistung und spezieller auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum optionalen Hinzufügen einer Batterielebensverlängerungs-Vorrichtung an eine Batterieleistungsquelle.

Bestimmte Vorrichtungen, wie z. B. Kameras und dergleichen, enthalten Batterien, die konstruiert sind, um spezifische Anforderungen zu erfüllen. Die Chemie von unterschiedlichen Batterietypen ist konzipiert, um den Leistungstyp, der für spezifische Operationen benötigt wird, bereitzustellen. Im Grunde reagieren alkalische Batterien und zu einem geringeren Grad auch Lithium-Eisen-Disulfid- und Nickel-Metall- Hydrid-Batterien, die typischerweise in der AA-Größe erhältlich sind, sehr sensibel auf Hochstromlasten und hohe Pulse. In anderen Worten kann die Batterie, wenn eine Last einen sehr hohen Strom oder einen hohen Laststrom aufweist, zwar die Last liefern, jedoch auf Kosten des Gesamtenergieausgabe über die Lebensdauer der Batterie. Daher geht es hier im allgemeinen darum, zu versuchen, hohe Lastströme so gut wie möglich zu minimieren, um aus den Batterien mehr Energie herauszuholen. Daher liefern für gepulste Hochstromlasten, wie z. B. das Aufladen des Strobekondensators einer Kamera, Batterien, die sowohl eine hohe Energiedichte aufweisen als auch in bezug auf die Kapazität durch hohe Lastströme geringfügig beeinträchtigt sind, die beste Batterieleistungsfähigkeit. Daher sind Lithium-Metall- Primärbatterien (Lithium-Mangan-Dioxid) eine typische Wahl für Kameras (z. B. CR2, CR123, etc.). Digitale Kameras verwenden aus ähnlichen Gründen häufig wiederaufladbare Lithium-Eisen-Batterien.

Folglich sind Filmkameras typischerweise mit Lithiumbatterien ausgestattet, um die Lebensdauer länger zu erhalten, während digitale Kameras aufgrund ihrer geringen Größe und ihrer Wiederaufladungsfähigkeit häufig Lithium-Ionen- Batterien bevorzugen. Dies stellt ein Problem für einen Anwender dar, wenn die Batterie plötzlich an einem Ort keine Leistung liefert, der für das Aufladen oder Austauschen der richtigen Batterie nicht zweckmäßig ist, die manchmal auch schwer auffindbar ist. In solchen Situationen wäre es für den Anwender wünschenswert, die Lithium-Metall- oder Lithium-Ionen-Batterie durch eine Standard-AA-Batterie mit einer herkömmlichen Chemie, die im speziellen nicht für unverzögert hohe Energieanforderungen geeignet ist, austauschen zu können.

Wenn solche AA-Batterien verwendet werden, wäre es für die Kamera oder eine andere Vorrichtung, die die Batterie verwendet, ferner wünschenswert, einen installierten Mechanismus aufzuweisen, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern. Solche Mechanismen existieren z. B. in Form eines Kondensators, der der elektrischen Schaltung hinzugefügt werden kann, um die Batterielebensdauer zu verlängern. Solche Mechanismen sind teuer und sperrig und werden daher typischerweise nicht in eine Kamera installiert, außer vielleicht bei einigen Topgeräten.

Daher ist es wünschenswert, ein elektrisches Versorgungssystem, das Batterien mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen akzeptiert, bei Systemen zu verwenden, die arbeiten können, um die Lebensdauer des Batterietyps, der momentan installiert ist, zu maximieren.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Batterieschema zu schaffen, das einen variablen Einsatz von unterschiedlichen Batterien in unterschiedlichen Geräten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch einen Batteriehalter gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 8 und eine alternative Leistungsquelle gemäß Anspruch 13 gelöst.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren für einen Batteriesystemadapter mit einer ausbaubaren Lebensverlängerungsvorrichtung, so daß das gesamte System nicht mit der Größe oder dem Gewicht der Vorrichtung oder gar den Kosten der Vorrichtung belastet wird, wenn das System mit der richtigen chemischen Zusammensetzung einer Hochenergie-Batterie, wie z. B. einer Lithium- Eisen-Batterie, arbeitet.

Beispiele für eine Batterielebensdauer-Verlängerungsvorrichtung sind ein Kondensator, ein Ultrakondensator oder ein Superkondensator, die mit der Batteriequelle parallel geschaltet sind. Eine solche Kapazität kann unerwünschte Kosten und Gewicht einer Kamera erhöhen und ist daher typischerweise nicht in der Kamera enthalten. Ein solcher Kondensator könnte jedoch die Batterielebensdauer erheblich verbessern, wenn ein Anwender Standard-AA-Batterien in der Kamera verwenden möchte.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht die optionale Verwendung eines Hochkapazitäts-Ultrakondensators vor, der über den AA-Batterien bzw. über denselben hinweg verbindbar ist. Dieses System verleiht dann dem Anwender die Flexibilität, sich überall Batterien kaufen zu können und diese noch Besseres leisten zu lassen als sie dies ansonsten in einem System tun würden, wo eine Lithium-Ionen-Batterie mit höherer Energie geeigneter wäre.

Bei einem Ausführungsbeispiel enthält das Batteriesystem einen Batterieträger (der für eine oder mehrere AA- Batterien dimensioniert ist), der in die Kamera (oder eine andere Vorrichtung, in der er verwendet wird) eingebracht wird und den Platz der Lithium-Ionen-Batterie einnimmt. Der Ultrakondensator ist optional im Batterieträger enthalten.

Die Option, den Kondensator (oder eine andere lebensverlängernde Vorrichtung) hinzuzufügen, wäre dem Anwender überlassen.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel könnte ein getrennter Schlitz konstruiert sein, um den Kondensator optional aufzunehmen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Gerät, wie z. B. eine Kamera, die angepaßt ist, um entweder ihre ursprüngliche Leistungsquelle oder einen anderen Batterieträger aufzunehmen, wobei der Batterieträger eine Vorkehrung aufweist, um einen Kondensator aufzunehmen;
Fig. 2 eine elektrische Schaltung für eine Batterielebensdauerverlängerung; und
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Batterieträgers mit einem Fach zum Aufnehmen einer Batterielebensdauer-Verlängerungsvorrichtung.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Kondensator 11 mit der Batterie 12 im Batterieträger 30 parallel verschaltet, um ein Leistungssystem 20 (Fig. 2) zu bilden. Der Batterieträger 30 kann dann in einen Schlitz 13 der Kamera 14 eingebracht werden. Der Schlitz 13 ist der Schlitz, in den die normale Batterie, z. B. Lithium-Ionen-Batterie 16 (ausgebaut gezeigt), eingebracht wird. Die Kamera 14 ist mit Linsen 17 und einem Blitz 18 gezeigt und kann natürlich, wie in der Technik hinreichend bekannt ist, mit zahlreichen anderen Merkmalen und Funktionen ausgestattet sein. Wie erläutert wurde, können die Konzepte der Erfindung bei jeder beliebigen Vorrichtung verwendet werden, die Batterieleistung benötigt.
Fig. 2 zeigt die tatsächliche elektrische Schaltung, bei der der Kondensator 11 dabei hilft, die gepulste Hochstromlast zu liefern, die die Batterie (Batterien) 12 sieht. Siehe. Zum Beispiel angenommen, daß der Kondensator 11 ein 10-Farad-Kondensator ist und daß bei Betrieb der Kamera eine 6-Watt-Last plötzlich über der Batterie 12 auftritt. Anstatt daß die Batterie 12 auf diese Last reagieren muß, indem alle Elektronen geliefert werden, kämen einige der Elektronen von der Ladung, die durch den 10-Farad- Kondensator gespeichert ist. Daher würde der Kondensator 11 (der manchmal als Ultrakondensator bezeichnet wird) als eine Art Reservoir fungieren, das bei langsamer Geschwindigkeit aufgeladen worden ist, um die Lebensdauer der Batterie 12 zu bewahren. Daher liefert der Ultrakondensator während Lasten von kurzer Dauer einen Teil des sofortigen Bedarfs, wodurch die Last, die die Batterien sehen, um ein paar Watt verringert wird. Dies hat dann den Effekt, daß die Nützungsdauer der Batterie 12 erheblich verlängert wird, wenn die chemische Zusammensetzung der Batterie so beschaffen ist, daß hohe Lasten die Gesamtkapazität verringern. Alle üblichen chemischen AA-Zusammensetzungen befinden sich zu einem gewissen Grad in dieser Kategorie, wobei alkalische Batterien am meisten beeinträchtigt sind.
Für alkalische Batterien wird durch Verwendung der Ultrakondensatorschaltung (oder einer Entsprechung derselben) unter gewissen Umständen die Lebensdauer eines alkalischen AA-Batterieapaars verdoppelt. Bei Nickel-Metall-Hydrid- und Lithium-Eisen-Disulfid kann sich die Verbesserung auf eine Größenordnung von 20 bis 30% belaufen.
Die Lithium-Ionen-Batterie 16 ist länger als AA-Batterien, so daß während des Betriebs der Kondensator 11 in den Zwischenraum eingepaßt werden kann, der übrig bleibt, wenn die AA-Batterie (Batterien) anstelle der Batterie 16 eingebracht wird (werden). Es ist beabsichtigt, das das Einbringen des Kondensators 11 bei der Verwendung von AA-Batterien optional ist. Daher sollte ein Halter 30 so konstruiert sein, daß ein Anwender, wenn er/sie es wünscht, den Kondensator 11 in einen Behälter im Halter 30 (in Fig. 3 gezeigt) einbringen kann. In dieser Weise ist es der Anwender, der entscheidet, ob er/sie wünscht, den Extrabetrag für eine Extrabatterielebensdauer auszugeben. Der Anwender würde dann den gewünschten Leistungspegel auswählen und müßte nicht für die Extraleistung beim Basismodell der Kamera bezahlen müssen, wenn eine solche Leistung nicht gewünscht ist. Wenn daher ein Anwender niemals beabsichtigt, AA- Batterien zu verwenden, oder wenn der Anwender sich keine Gedanken um die Batterielebensdauer für solche AA-Batterien macht, wäre der Kondensator 11 nicht erforderlich, könnte aber jederzeit hinzugefügt werden. Es könnten auch unterschiedliche Träger für ein Produkt hergestellt werden, so daß der Anwender eine vollständige Einheit mit oder ohne den Kondensator kaufen könnte.
Der beste je hergestellte, durchdachte Kondensator 11 ist ein einzelner chemischer Ultrakondensator, der bei hoher Kapazität in einem ziemlich kleinen Volumen erhältlich ist.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Batteriehalters 30, wo der Kondensator 11 optional ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 30 einen Kontakt 310 auf, der typischerweise mit dem Plusanschluß 31 der Batterie 12 druckverbunden ist. Der Minusanschluß 32 der Batterie 12 ist durch eine Feder mit der Sperre 33 verbunden, die vorteilhafterweise elektrisch leitend sein kann. Der Kondensator 11, falls er vorhanden ist, weist ein Ende 35 auf, daß durch die Feder 34 mit der Sperre 33 physisch und elektrisch verbunden ist, und dessen anderes Ende 36 mit der Sperre 38 und der Feder 37 physisch und elektrisch verbunden hat. Der Draht 302 verbindet den positiven Anschluß 31 mit dem Anschluß 36 des Kondensators 11 (falls vorhanden) über die elektrisch leitende Sperre 38, während der Draht 301 den negativen Anschluß 32 der Batterie 12 mit der Endsperre 39 verbindet, um Leistung zu der Vorrichtung (Kamera 14), in die der Halter 30 eingebracht wird, über den Vorsprung 311 zu liefern.
Man beachte, daß während der Batteriehalter 30 von oben geöffnet gezeigt ist, daß er natürlich als eine geschlossene Vorrichtung konzipiert werden könnte, bei der vielleicht die Batterie von einem Ende und der Kondensator (oder andere Batterielebensdauer-Verlängerungsvorrichtung) optional vom anderen Ende eingebracht wird. Die Ausrüstung, die die Leistung nutzt (z. B. eine Kamera), könnte ebenfalls mit einem ersten Behälter für die Batterie und einen zweiten Behälter für den Kondensator entworfen sein, wobei der wichtige Aspekt ist, daß der elektrische Verbinder korrekt gefertigt ist, so das das Hinzufügen der Batterielebensdauer-Verlängerungsvorrichtung optional ist. Beim Einbringen des Kondensators in den Zusatzbehälter, wird der Behälter (vorübergehend) durch den Anwender versiegelt, und der Kondensator wird mit der vorhandenen Batterie durch Drähte oder andere elektrische stromtragende Elemente, die sich von Zusatzbehälter zur Batterie erstrecken, elektrisch parallel verbunden.

Claims

1. Batteriehalter zum Ersetzen einer ersten Leistungsquelle durch eine zweite Leistungsquelle, wobei der Batteriehalter (30) folgende Merkmale aufweist:
ein erstes Fach zum Halten einer Batterie (12); und
ein zweites Fach zum Halten eines Elements (11) zum Verlängern der Nutzungsdauer einer Batterie (12) in dem ersten Fach, wobei das zweite Fach angepaßt ist, um zu ermöglichen, daß das Element (11) optional in dasselbe installiert wird, und wobei der Batteriehalter (30) von einer installierten Batterie (12) Leistung liefert, auch wenn das Element (11) nicht installiert worden ist.

2. Batteriehalter (30) gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Leistungsquelle eine Batterie (12) mit einer speziellen Chemie ist und bei dem die Batterie (12), die in das erste Fach installiert ist, eine Chemie aufweist, die sich von der ersten Chemie unterscheidet.

3. Batteriehalter (30) gemäß Anspruch 1 und 2, bei dem das Element (11) ein Kondensator ist.

4. Batteriehalter (30) gemäß Anspruch 1 bis 3, bei dem der Kondensator eine ausreichende Kapazität aufweist, um die Lebensdauer einer Batterie (12) in dem ersten Fach zu verlängern, wenn hohe sofortige Lasten an die Batterie (12) angelegt werden.

5. Batteriehalter (30) gemäß Anspruch 4, bei dem die Kapazität näherungsweise 5 bis 10 Farad beträgt.

6. Batteriehalter (30) gemäß Anspruch 1 bis 5, bei dem das zweite Fach entworfen ist, um ein installiertes Element (11) mit der Batterie (12) in dem ersten Fach parallel elektrisch zu koppeln.

7. Batteriehalter (30) gemäß Anspruch 1 bis 6, bei dem der Batteriehalter (30) eine physische Größe aufweist, die im wesentlichen der Größe der ersten Leistungsquelle ähnlich ist.

8. Verfahren zum Ersetzen einer sekundären Leistungsquelle durch eine primäre Leistungsquelle, bei dem die zwei Leistungsquellen unterschiedliche Betriebscharakteristika aufweisen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Entfernen der primären Batteriequelle von einer Batte - riestelle (13) mit einer speziellen Größe;
Einbringen eines Halters in die Batteriestelle (13), wobei in dem Halter die sekundäre Leistungsquelle enthalten ist, wobei der Halter im wesentlichen die spezielle Größe aufweist; und
optionales Positionieren eines Hochkapazitäts- Kondensators, der mit der sekundären Leistungsquelle elektrisch parallel geschaltet ist, in dem Halter.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem die sekundäre Leistungsquelle eine Batterie (12) ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem die Batterie (12) eine Allzweckbatterie ist.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem die primäre Leistungsquelle eine Batterie (12) mit einer sich von der sekundären Leistungsquellenbatterie unterscheidenden Chemie ist.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem die primäre Leistungsquelle eine Lithium-Metall-Primär- oder Lithium- Ionen-Batterie (12) ist.

13. Alternative Leistungsquelle zur Verwendung in einem Gerät, wobei die Quelle hin und wieder optional mit dem Gerät verbindbar ist, wobei die Leistungsquelle folgende Merkmale aufweist:
eine Einrichtung zum Tragen der alternativen Leistungsquelle, wenn die Quelle von dem Gerät entfernt ist;
wobei die Trageeinrichtung eine Einrichtung zum Aufnehmen der alternativen Leistungsquelle und ebenfalls zum Aufnehmen einer getrennten Vorrichtung umfaßt;
eine Einrichtung zum elektrischen, parallelen Verschalten einer aufgenommenen, getrennten Vorrichtung mit der alternativen Leistungsquelle; und
eine Einrichtung zum Verbinden der alternativen Leistungsquelle mit dem Gerät, wenn die Trageeinrichtung mit dem Gerät verwendet wird.

14. Alternative Leistungsquelle gemäß Anspruch 13, bei der das Gerät eine Aufnahme zum Aufnehmen der alternativen Leistungsquelle umfaßt, wobei die Aufnahme eine spezifische physische Struktur aufweist, und bei der die Trageeinrichtung eine physische Struktur zum richtigen Zusammenpassen mit der Aufnahme aufweist.

15. Alternative Leistungsquelle gemäß Anspruch 14, bei der die primäre Leistungsquelle des Geräts eine physische Struktur zum richtigen Zusammenpassen mit der Aufnahme aufweist, und bei der die primäre Leistungsquelle und die Trageeinrichtung im Hinblick auf die Aufnahme physisch austauschbar sind.

16. Alternative Leistungsquelle gemäß Anspruch 13 bis 15, bei der die primäre Leistungsquelle eine Lithium- Metall-Primär- oder Lithium-Ionen-Batterie (16) ist.

17. Alternative Leistungsquelle gemäß Anspruch 13 bis 16, bei der die alternative Leistungsquelle entweder eine Nickel-Metall-Hydrid-, eine Alkali- oder eine Lithium- Eisen-Disulfid-Batterie ist.

18. Alternative Leistungsquelle gemäß Anspruch 13 bis 17, bei der die getrennte Vorrichtung ein Kondensator ist.

19. Alternative Leistungsquelle gemäß Anspruch 18, bei der der Kondensator eine relativ hohe Kapazität aufweist.

20. Alternative Leistungsquelle gemäß Anspruch 18, 1, bei der der Kondensator ein chemischer Kleinvolumen- Kondensator ist.

21. Verfahren zum Hinzufügen einer Lebensdauer zu einem batteriebetriebenen Gerät, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Einbringen eines Hochenergie-Kondensators in eine Aufnahme des Geräts; und
vorübergehendes Verriegeln des eingebrachten Kondensators in das Gerät, so daß die Batterie (12) vorübergehend mit der Gerätebatterie elektrisch parallel geschaltet ist.

22. Verfahren gemäß Anspruch 21, bei dem der Kondensator ein chemischer Kondensator ist.

23. Verfahren gemäß Anspruch 21, bei dem die Geräteaufnahme nur vorübergehend neben dem Gerät positioniert ist.