FI97921C

FI97921C - Integroitu akku-kondensaattori sekä sen käyttö

Info

Publication number: FI97921C
Application number: FI924629A
Authority: FI
Inventors: Erkka Sointula
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Priority date: 1992-10-13
Filing date: 1992-10-13
Publication date: 1997-03-10
Also published as: GB9320714D0; FI924629A0; GB2271666B; FI97921B; GB2271666A; FI924629A

Description

97921

Integroitu akku-kondensaattori sekä sen käyttö -Integrerad batteri-kondensator ooh användning därav . 5 Tämä keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen l johdannon mu kaiseen akkuun, erityisesti pienen kannettavan laitteen, kuten radiopuhelimen, virtalähteenä käytettävään akkuun.

Akkujen ominaisuuksiin kuuluu luontaisena tekijänä sisäinen 10 impedanssi, joka akkua kuormitettaessa ilmenee napajännitteen vaihteluna. Esimerkiksi TDMA-matkapuhelimissa (TDMA, Time-Division Multiple-Access) lähetys on aikajakoista, mikä aiheuttaa pulssitetun virranoton akusta. Kulloisestakin järjestelmästä ja akkutyypistä riippuen akun navoissa näkyvä 15 jännitevaihtelu on erilaista. Tällainen haitallinen jännite-vaihtelu on perinteisesti kompensoitu kytkemällä kondensaattori sähköisesti akun rinnalle, matkapuhelimissa yleensä "puhelimen" elektroniikan yhteyteen, koska akku tavallisesti sijaitsee omassa erillisessä lokerossaan.

20

Akun jännitevaihtelut kompensoiva kondensaattori valitaan käytetyn akkutyypin mukaan, jolloin sen kapasitanssi voi vaihdella laajastikin, esim. alueella 1 - 50 mF, tavallisemmin kuitenkin alueella 5 - 15 mF. Optimaalista olisi valita 25 jokaista tapausta varten mahdollisimman pieni kapasitanssi, koska tämän suuruusluokan kondensaattori on yleensä pyöreä ja vaatii paljon tilaa, ja lisäksi koko kasvaa kapasitanssin kasvaessa. Tämän kondensaattorin sijoittaminen tuottaa yleensä vaikeuksia puhelimen suunnittelussa.

30 . Koska esim. matkapuhelimeen on tarjolla erilaisia akkuja, joilla on erilaiset varauskyvyt, ja eri teknologioilla to-, teutettuina myös erilaiset sisäiset impedanssit, kompensoi van kondensaattorin kapasitanssi ja muut ominaisuudet on 35 mitoitettava suurimpien vaatimusten mukaan. Tämän johdosta valinta ei yleensä ole optimaalinen.

2 97921

Keksinnön tarkoituksena on osoittaa sellainen ratkaisu, jossa kulloinkin voidaan järjestää akkutyypin mukainen optimaalinen kondensaattoritoiminto ja sen rakenne.

5

Keksinnöllinen ajatus perustuu siihen, että kompensoiva kapasitanssi yhdistetään akkuun tai akkupakettiin integroiduksi akku-kondensaattoriksi. Tällöin esim. matkapuhelimen "pu-helinosassa" ei tarvitse varata tilaa kondensaattorille, ja 10 kuitenkin aikaansaadaan jokaista akkutyyppiä varten optimaalinen kompensointi ja sen edullinen suoritustapa.

Keksinnölle on tunnusomaista se, että kapasitanssi on akun tai akkukennon vaipparakenteeseen muodostettu kondensaatto-15 ri.

Keksinnön mukaisesti akkua käytetään pienen kannettavan laitteen, edullisesti radiopuhelimen, virtalähteenä. Keksintöä voidaan käyttää akkutyypistä riippumatta.

20

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin suoritusesimerk-kien avulla oheiseen piirustukseen viitaten, jossa: kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen integroidun akku-konden-25 saattorin periaatekytkennän, kun akkupaketti käsittää kolme kennoa. Kuvion la suoritusesimerkissä jokaisen kennon rinnalla on oma kapasitanssi. Kuvion Ib tapauksessa akkupaketin rinnalle on kytketty yhteinen kapasitanssi; 30 Kuvio 2 esittää yksinkertaistaen keksinnön mukaisen integroidun akku-kondensaattorin rakenteellisia suoritusesimerk-kejä, jolloin kuviossa 2a on akkukennon vaippaan yhdistetty kondensaattori, ja kuviossa 2b on akkupaketin vaippaan yhdistetty kondensaattori.

35 3 97921

Matkapuhelimissa ja muissa pienissä ja kevyissä laitteissa käytetyt akkukennot ovat tyyppiä nikkeli-kadmium (NiCd), metallihybridi, litium, jne. Yleensä akku muodostuu sarjaan kytketyistä kennoista, joita on sarjassa esim. 3 - 8, jol-5 loin akkupaketin liitäntänapoihinsa tuottama jännite on vastaavasti esim. 3,6 - 9,6 V. Akkukennot ovat poikkileikkaukseltaan yleensä prismaattisia tai pyöreitä sauvoja. Keksintöä voidaan luonnollisesti soveltaa eri kokoisiin ja muotoisiin akkuihin samoin kuin esim. akkupakettiin, jossa akku 10 muodostaa osan kytkintyyppisestä virtalähteestä.

Kuviossa la on esitetty kolme sarjaan kytkettyä akkukennoa B1 - B3, jolloin niiden muodostaman akkupaketin navat on merkitty Vl ja V2. Jokaisen kennon rinnalle on järjestetty 15 integroitu kapasitanssi Cl, C2, C3. Kuviossa Ib on akkupaketin B1 - B3 rinnalle napojen VI - V2 välille kytketty yhteinen kapasitanssi Cl. Alan ammattilainen ymmärtää, että kuvioiden la ja Ib periaatteita voidaan soveltaa muillakin yhdistelmillä. Näin ollen akun kennojen lukumäärä voi olla 1 -20 8 ja myös sitä suurempi. Toisaalta esim. kuvion Ib mukaisten akkupakettiyksiköiden avulla voidaan muodostaa useamman yksikön akkuja, jolloin vaihtoehtoisesti jokaisessa yksikössä voisi olla jokin muu määrä kennoja B. Kondensaattoreiden kytkeminen erillisten akkukennojen rinnalle tai akkupaketin 25 rinnalle tai jossakin muussa edellä viitatussa yhdistelmässä riippuu akkutyypistä, toivotusta kokonaiskapasitanssista sekä luonnollisesti kulloisenkin sovellutuksen rakenteellisista näkökohdista. Alan ammattilaiselle kapasitanssien erilaisten rinnan-/sarjakytkentöjen mitoitukset ovat sinänsä 30 tunnettuja.

Kuviossa 2a on hahmoteltu keksinnön soveltamista käytäntöön. Akkukenno B voi olla jokin sinänsä tunnettu akkukenno, esim. poikkileikkaukseltaan pyöreä, sauvamainen NiCd-akku, josta 35 tarpeen mukaan on riisuttu tarpeettomat paperi-, muovi- tai muut pakkauskerrokset. Kennon B ympärille järjestetään sopiva eristevaippa D. Eristeen D päälle kierretään tässä kaaviollisessa esityksessä kondensaattori C, joka käytännössä 97921 4 voisi sisältää tarvittavan määrän eristekalvon eristämiä elektrodikalvokerroksia (ei esitetty), esim. kierteisesti käärittynä. Kondensaattori on suojattu vaipalla S, jollain sinänsä tunnetulla tavalla.

5

Kuviossa 2a ei ole esitetty kondensaattorin C liitäntää ak-kukennon napoihin V (kuvio 1), mutta alan ammattilainen ymmärtää, että kondensaattorin C kalvojen ja akun napojen väliin voidaan sopivin sinänsä tunnetuin välinein, esim. joh-10 timin, muodostaa yhteydet akkukennon toisessa tai molemmissa päissä. Voitaisiin myös ajatella, että kondensaattorikal-voista muodostetaan samakappaleiset jatkoliuskat, jotka ulottuvat suojaavan eristeen D ulkopuolelle ja jotka kiinnitetään akkukennon napoihin.

15

Kuviossa 2b on esitetty akkupaketin vaippaan muodostettu kondensaattori C. Akkupaketissa on tässä tapauksessa kuvion Ib esittämät sarjaan kytketyt kennot B1 - B3. Rakenne on muutoin samanlainen kuin kuviossa 2a. Tässä tapauksessa kon-20 densaattori C (Cl kuviossa Ib) kytketään suoraan akkupaketin napoihin VI, V2 jollain edellä hahmotellulla tavalla.

Akkukennon tai -paketin vaippaan kääritty kondensaattori on edullinen toteutus, koska kondensaattorin kapasitanssi on 25 suoraan verrannollinen elektrodien pinta-alaan. Elektrodit voidaan tehdä jostain sopivasta kalvosta ja eristää sopivalla eristekalvolla, jolloin päällekkäin liitetyt kalvot nauhana kääritään akun vaipaksi. Tällöin ei muodostu tavallisen käärityn kondensaattorin yhteydessä esiintyvää ongelmaa, kun 30 alkukierrokset on käärittävä pienellä säteellä.

Kierretyn kondensaattorikalvonauhan sijasta voidaan luonnollisesti ajatella kerrostettujen kalvopakettien käyttämistä, jolloin kalvopaketit voitaisiin sijoittaa akkukennon johon-35 kin määrättyyn kohtaan tai useampia rinnankytkettyjä kalvo-paketteja useampiin kohtiin. Tällaisen vaihtoehdon mukaan kondensaattori voisi olla akkusauvan pohjan tai yläosan jatkeena oleva paketti, jonka ympärille on kääritty akun piden- 5 97921 netty suojavaippa, jolla on oleellisesti sama halkaisija kuin akkukennon suojavaipalla.

Edellä kuvatut integroidun akku-kondensaattorin rakenteet 5 voidaan periaatteessa yksinkertaisesti toteuttaa esim. siten, että otetaan kaupan olevia akkukennoja, jotka toivotulla tavalla liitetään akkupaketiksi. Näiden akkukennojen tai valmiin akkupaketin ympärille voidaan kääriä sopivasti valmistettua kondensaattorin elektrodit ja eristeet käsittävää 10 nauhaa, minkä jälkeen elektrodit liitetään akun napoihin ja ympäröidään suojavaipalla.

Luonnollisesti keksinnön mukainen integroitu akku-kondensaattori on myös mahdollista tehdä akun valmistuksen yh-15 teydessä yhtenäisenä toimenpidesarjana. Tällöin olisi mahdollista yhdistää kondensaattorinauha esim. litium-akkuken-non muodostavan kalvonauhan päälle ja kääriä nämä nauhat yhdessä spiraalikääreeksi, joka varustetaan sopivalla vaipalla ja sopivin navoin, joihin kondensaattorin navat on 20 liitetty. Integroidussa valmistuksessa voidaan vaipparaken-teet tehdä yksinkertaisemmin.

Akkuun integroidun kondensaattorin suunnittelussa on luonnollisesti huomioitava, että kondensaattorilta vaaditaan 25 pieni sisäinen resistanssi. Lisäksi kondensaattorin materiaalit on valittava niin, että ne sopivasti kestävät akun varauksessa/purkauksessa syntyvän lämpötilan. Näihin käytännön suunnittelutekijöihin tässä ei kuitenkaan paneuduta tarkemmin, koska niiden ratkaisut ovat alan ammattilaiselle 30 sinänsä tunnettuja.

•

Claims

97921

1. Akku, johon on rakenteellisesti yhdistetty sähköisesti akun (B) rinnalle kytketty kapasitanssi (C), jonka mitoitus on sellainen, että se oleellisesti kompensoi akun sisäimpe-5 danssin aiheuttamat napajännitteen (V1-V2) vaihtelut pulssi-kuormalla, tunnettu siitä, että kapasitanssi on akun (B1 -B3) tai akkukennon (B) vaipparakenteeseen muodostettu kondensaattori (C) .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen akku, tunnettu siitä, että kondensaattori (C) muodostetaan käärimällä elektrodi-kalvojen ja niitä eristävien eristekalvojen nauhojen muodostamaa liitosnauhaa akun (B) kehän suuntaiseksi vaipaksi.

3. Patenttivaatimuksen l mukainen akku, tunnettu siitä, että kondensaattori muodostetaan sijoittamalla elektrodikal-vojen ja niitä eristävien eristekalvojen liuskojen muodostamia pinoja akun ulkovaipan yhteen tai useampaan kohtaan.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen akku, tunnettu siitä, että sekä kondensaattori että akkukenno on muodostettu nauhamaisista elementeistä, jotka päällekkäin asetettuina on kääritty spiraalimaisesti yhteen ja ympäröity yhteisellä vaipalla integroidun akku-kondensaattorikennon muodostami- 25 seksi.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen akku, tunnettu siitä, että se muodostuu yhdestä tai useammasta NiCd-, metallihybridi-, litium- tai vastaavasta kennosta. 30

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen akku, tunnettu siitä, että akkukennoon yhdistetty kapasitanssi (C) on suuruusluokkaa 1-50 mF, edullisesti 5 - 15 mF. 1

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen akun käyttö pienen kannettavan laitteen, edullisesti radiopuhelimen, virtalähteenä. 97921