JP2008507097A - ワンタイム動作状態検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

コンタクト間の電気的特性の変化を検出するための方法および装置が提供される。ワンタイム動作検出装置は１対のコンタクトと検出器とを結合する部材を含み、その部材の除去されたとき１対のコンタクト間の結合における変化を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般的に状態における変化を検出するためのワンタイム動作方法および装置に関する。

この出願は、２００４年７月１５日に出願されたプロビジョナル特許出願６０／５８８２８９号の優先権を主張する出願であり、このプロビジョナル特許出願の明細書の全てはここで参考文献とされる。

本発明は、状態における変化を検出するためのワンタイム動作装置、システムおよび方法を提供する。本発明は、コンタクト間の電気的特性のの変化に応答して第１の動作状態から第２の動作状態に変化することにより任意の回路を付勢または消勢するために使用されることができる。例えば、本発明は、バッテリ管理機能を付勢または消勢させることができる。このようなバッテリ管理機能は例えば廃棄する前にバッテリパックを完全に放電させることができる。別の応用には、例えば、装置がサービス状態に置かれたことがあったか否かを示すために、機能または装置の動作可能性についてのセキュリティシールの実行、潜在的な長い保存期間の後にバッテリで動作される装置の動作可能性、或いは装置を物理的に開放する自動付勢、或いは破壊、衝撃、衝突を検出するために部材に質量が取付けられている加速度／減速度センサ等が含まれている。もちろん、本発明は当業者によく知られているその他の多数の応用がある。ここに記載されている装置および方法はハードウエア、ソフトウエアおよび、またはファームウエアの任意の組合わせによって構成されることができることを理解すべきである。

本発明は、ワンタイム動作状態検出装置において、１対のコンタクトと、それら１対のコンタクトと電気的に結合される部材と、検出装置とを具備し、前記部材は前記コンタクトから一度だけ除去可能に構成され、検出装置は、部材が除去でされたとき１対のコンタクト間の結合の変化を検出するように構成されていることを特徴とする。

バッテリパック放電機能を実行する種々の実施形態について以下詳細に説明する。この明細書で使用されている用語「バッテリパック」とは負荷に電力を供給するために使用される任意の電源を表している。例えば、バッテリパックは、プロセッサ、マイクロプロセッサ、或いはラップトップ、パームＰＣ，デスクトップまたはワークステーションのようなパーソナルコンピュータ、例えば電話または電子トランシーバボックスのような電子有線装置または無線装置、セルラ電話機、パーソナルデジタルアシスタント、電子ページャおよびデジタル時計のような装置に電力を与えるために使用されることができる。種々の実施形態においてバッテリパックは、リチウム、リチウムイオン、ＬｉＳＯ₂ 、ニッケル金属ハイブリッド（ＮｉＭＨ）および／またはニッケルカドミウム（ＮｉＣａｄ）バッテリパックであってもよいが、それらに限定されない。

種々の実施形態のさらに完全な認識は、添付図面を考慮した以下の詳細な説明を参照することによって容易に得られるであろう。
本発明の実施形態にはワンタイム動作装置、システムおよび状態変化の検出方法が含まれる。

図１は、種々の実施形態によるコンタクト間の電気的特性を変化させるためのワンタイム動作部材を示している。検出装置100 は１対の電気コンタクト104 を有する印刷回路板102 を有している。種々の実施形態において、印刷回路板102 はバッテリケース中に一体化されてもよく、或いはバッテリケースから分離されていてもよい。電気コンタクト104 は種々の取付けられた部品と共に印刷回路板102 の前面に配置されている。その代わりに、電気コンタクト104 は取付けられた部品がない印刷回路板102 の後面に位置されることもでき、それにより検出装置の構成のために付加的な印刷回路板の表面領域の必要をなくすこともできる。

導電層108 を含むワンタイム除去可能な部材106 は最初にコンタクト104 に結合され、導電性結合を形成する。種々の応用に対して、部材106 はワンタイム除去可能であり、それにより廃棄の前のバッテリパックの完全な放電のような所望の機能の付勢（または消勢の阻止）を確実にする。

１実施形態では、ワンタイム除去可能な部材106 はフレキシブルなテープまたはリボンで構成されてもよい。例えば、部材106 は、マイラー、カプトン等のような適当な完全性を有する任意の材料から形成されることができ、それにより部材106 は所望のときにはコンタクト104 から完全に分離されることができる。導電層108 は例えば金、銅、プラチナ等のような任意の適当な導電性の材料で構成されることができ、示されているように部材106 の表面区域の一部分を覆っていてもよい。その代わりに、導電層108 は部材106 の全表面を覆っていてもよい。

ワンタイム除去可能な部材106 は印刷回路板に結合されて、それにより導電層108 が種々の任意の方法によってコンタクト104 間を導電的に結合してもよい。例えば部材106 の導電層108 はハンダの再流動、導電性接着剤の使用、或いはその他の印刷回路板の表面の取付けおよび組立て技術に適合する適当な技術を使用してコンタクト104 に結合されることができる。コンタクト104 と接触しないワンタイム除去可能な部材106 の残りの部分および、または印刷回路板102 は導電層108 を含む部材106 の部分上に折返されるように構成されている。示されている方向に部材106 の折返された部分を除去することによって、導電層108 を含む部材106 の部分は印刷回路板102 から分離されて導電層108 とコンタクト104 との間の導電性結合が終了する。

１実施形態では、印刷回路板102 は、部材106 とコンタクト104 との間の導電性結合を検出するために例えば電子回路のような検出装置を付加的に備えている。その検出装置がコンタクト104 間の結合の変化を検出したとき、その検出装置は例えばバッテリ管理機能を選択的に動作させることができる。種々の実施形態では、バッテリ管理機能は例えばバッテリ放電動作または充電状態指示を含んでいてもよい。その代わりにバッテリ管理機能は複数のそのような機能を含んでいてもよい。

図２の（ａ）は種々の実施形態による検出装置を示している。１実施形態では、検出装置はディスクリートなトランジスタラッチ回路200 をで構成され、それは上方および下方バイポーラトランジスタ202, 204と、抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 (206, 208)と、スイッチとして表されている図１の除去可能な部材106 と、バッテリパックに接続されている負荷抵抗210 とを含んでいる。トランジスタラッチ回路200 は、部材106 と電気コンタクト104 との間の導電的結合を破るためにワンタイム除去可能な部材106 を除去することによってバッテリパックを放電するように構成されることもできる。

動作において、トランジスタ202, 204はフィードバックループを形成するように配置されている。ワンタイム除去可能な部材106 は下方のトランジスタ 204のベースとエミッタとを導電的に結合してラッチを第１の「リセット」状態に確実に維持する。このようにして下方のトランジスタ 204のベース・エミッタ電圧すなわちＶ_BEは第１のモードではほぼ０であり、トランジスタ 204は非導通状態に維持される。抵抗Ｒ1 206 とＲ2 208 の値はトランジスタ202 を非導通状態に維持するように選択される。部材106 が電気コンタクト104 との導電的な結合が解除されるとき、ラッチ回路200 は、トランジスタ 204のベースへの比較的小さい電流の供給によって第１のリセット状態から第２のラッチ状態、すなわち付勢状態へ変化するようにトリガーされるように構成されている。例えばトリガー電流は抵抗Ｒ2 208 を介して与えることができる。これはトランジスタ 204を導通させ、その結果トランジスタ 202を導通させる。第２のラッチ状態、すなわち付勢状態では、負荷抵抗210 を通る主電流はトランジスタ202, 204を通って流れて放電動作を開始する。

図２の（ｂ）は、ディスクリートなトランジスタラッチ回路200 を含む別の検出装置を示している。この実施形態では、ラッチ回路200 は、一度部材106 が取除かれるとトランジスタ204 が導電状態になるように、抵抗Ｒ2 208 の代わりにキャパシチブ結合されたパルストリガー212 を使用する。部材106 がコンタクト104 との導電結合から取除かれるときラッチ回路200 は、パルストリガー212 からの電気パルスによって、第１のリセット状態から第２のラッチ状態、すなわち付勢状態へトリガーされるように構成されている。下方のトランジスタ204 をトリガーするために低いデューティサイクルのパルスが使用される。この実施形態では、抵抗Ｒ2 208 が除去されていることによりリセット状態で細流電流は存在せず、したがってリセット状態におけるバッテリの電流流出を減少させることができる。トリガーパルスは米国特許出願１１／１５１２２２号明細書（２００５年７月１４日出願）に記載されているバッテリ充電状態指示回路からの低いデューティサイクルのパルスにより与えられることができる。この米国特許出願明細書はこの明細書において参考文献とされる。このようなパルスはベースとエミッタの結合が解除された後に下方のトランジスタ204 が付勢されることを確実にする。一度トリガーされると、ラッチされた、すなわち付勢された回路200 の第２の状態は例えばバッテリパックの完全な放電のために使用されることができる。

図３はそのような充電状態指示装置を示している。さらに詳細に後述するように、パルスは周期的にラインＳ₁ によりＣＭＯＳ論理ゲート300 に供給され、その後に別のパルスがラインＳ₂ に供給される。これらのパルスのいずれが図２の（ｂ）のトリガーパルス212 として使用されてもよい。

図２の（ｃ）は、検出装置の別の実施形態を示している。この実施形態では、回路220 は負荷222 を通ってバッテリを放電するために使用されることができる。図２の（ａ）および（ｂ）の回路の第１のリセット状態に類似して、部材106 がコンタクト104 と導電結合されているとき、トランジスタ226 は導通していない。部材106 がコンタクト104 から離されるとき、抵抗Ｒ2 228 がトランジスタ226 を導通させて、それにより図２の（ａ）および（ｂ）の回路の第２の付勢状態のようにバッテリが負荷222 を通って放電する。ダイオード224 は例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよく、トランジスタ226 が導通してバッテリが放電しているときそれを示すように付勢状態となる。抵抗Ｒ1 230はＬＥＤ224 を通る入力電流を制限する。

コンタクト104 間の導電状態の検出はまた図３の回路でも行われることができる。ラインＳ₁ におけるパルスまたはステップ電圧は、タイミング回路302 によって制御されて３状態ＣＭＯＳ論理ゲート300 に供給され、そのパルスは抵抗309 、キャパシタ308 およびキャパシタ307 を含むＲＣネットワークに供給される（部材106 がコンタクト104 に導電接続されるとき）。ラインＳ₁ におけるパルスはパルスの終端において、コンタクト104 が開いているときＲＣネットワークを横切る電圧はコンタクト104 が部材106 によって接続されているときの電圧と区別できるような幅を有している。ラインＳ₁ 上のパルスが終了した後、パルスがラインＳ₂ に供給され、論理ゲート300 の出力を開放させる。ＲＣネットワークを横切る電圧はＲＣネットワークの時定数に依存しており、その結果、コンタクト104 が接続または短絡されているが否かに依存しており、デジタルゲート306 を通って読取られる。論理ゲート300 の出力が開放されるとき、キャパシタ308 の両端の電圧がゲート306 の入力に現れる。その理由は、抵抗309 を通る電流はなく、デジタルゲート306 を通って読取られるからである。ゲート306 は、その入力がしきい値より低いとき１つの論理レベルを生成し、その入力がしきい値を越えるとき第２の論理レベルを生成してコンタクト104 間の接続状態を指示する。

種々の実施形態において、ワンタイム動作状態検出はまた、電気コンタクト間の容量結合の変化に基づいてバッテリ管理機能を選択的に動作するように行われることができる。例えば、検出装置は電気コンタクトに容量的に結合されているワンタイム除去可能な部材を含むことができる。検出装置はコンタクトからの部材の取外しに応答してコンタクト間のキャパシタンスの変化を検出する。コンタクト間に接続されている回路に関連するＲＣ時定数の変化により示されることのできるキャパシタンスの変化の検出に応答して、検出装置はバッテリ管理機能を選択的に動作することができる。上記のようにバッテリ管理機能は、例えばバッテリ放電動作または充電状態指示であってもよい。その代わりに、バッテリ管理機能は複数のそのような機能であってもよい。

再度図１を参照すると、電気コンタクト間の容量性ブリッジを形成するためのワンタイム動作部材は、電気コンタクト104 を含む印刷回路板102 を有する検出装置100 中に含まれることができる。印刷回路板102 はバッテリケース内に集積されていてもよい。その代わりに、印刷回路板102 はバッテリケースとは別に集積されていてもよい。導電的結合の実施形態のように、電気コンタクト104 は取付けられた部品を有する印刷回路板102 の前面に配置されてもよく、或いは、付加的な印刷回路板の区域が必要とされないように、取付けられた部品のない印刷回路板102 の背面に位置されてもよい。

１実施形態においては、部材106 は容量性の層108 を有する除去可能なテープで構成されることもでき、その容量性の層108 は部材106 の表面領域の一部を形成している。除去可能な部材106 はフレキシブルなテープまたはリボンで構成されてもよく、それはマイラー、カプトン等のような適当な材料から形成されることができる。また、部材106 は容量性の層108 が電気コンタクト104 間の容量性ブリッジを形成するように印刷回路板102 に結合されることができる。その代わりに、容量性の層108 は部材106 の全表面領域を含んでいてもよい。例えば、部材106 の容量性の層108 は電気コンタクト104 との導電接触から絶縁された金属ストリップで構成されてもよい。除去可能な部材106 と容量性の層108 は、絶縁性接着剤のような誘電体或いはその他の電気コンタクト104 間の容量性ブリッジを形成するのに適した表面取付け組立て技術を使用して電気コンタクト104 と結合されることができる。

除去可能な部材106 の残りの部分は、図１に示されているように容量性の層108 を含んでいる部材106 の部分を覆って折返されるように構成されている。示された方向における部材106 の折返された部分の除去は、容量性の層108 を含んでいる部材106 の部分を印刷回路板102 から分離させ、電気コンタクト104 間の容量性ブリッジを除去することができる。

１実施形態においては、印刷回路板102 は検出装置を含み、それは例えば電気コンタクト104 間の容量性結合を検出し、検出された容量性結合の変化に基づいてバッテリ管理機能を第１の動作状態から第２の動作状態に選択的に動作するための電子回路であってもよい。そのような１例は米国特許出願１１／１５１２２２号明細書の図３に示されているインピーダンス検出装置である。

再び図３に示されている回路を参照すると、部材106 がコンタクト104 と容量的に結合するとき、ＲＣネットワークの時定数は、部材106 がコンタクト104 から除去されているときの時定数と異なっている。例えば、短く、速いＲＣ時定数は部材106 がコンタクト104 から除去されていることを示している可能性が高い。ラインＳ₁ 上のパルスの幅は、ゲート306 の入力がしきい値よりも下であるときにはゲート306 が１つの論理レベルを生成し、入力がしきい値を越えているときには第２の論理レベルを生成するように選択されることができ、ゲート306 からのそれら２つの各論理レベルは状態検出装置の動作状態の１つを示す（すなわち、正常または放電）。１実施形態においては、検出装置はゲート306 の論理レベルに基づいて前記米国特許出願１１／１５１２２２号明細書に記載されている完全放電装置または充電状態指示装置のようなバッテリ管理機能回路を選択的に動作するように構成されることができる。ディスクリートな、または集積された論理回路は、ゲート306 の論理レベルに少なくとも部分的に基づいた動作モード間におけるバッテリの充電状態またはスイッチングの監視のような付加的なバッテリ管理機能を直接的または間接的に動作するために選択的に使用されることができる。例えば、検出は図２の（ａ）または（ｂ）のトランジスタ204 、または図２の（ｃ）のトランジスタ226 の導通を、これらのトランジスタの直接の接続なしに制御するために使用されることができる。

それ故、ここに記載された実施形態はコンタクト間の電気的特性の変化を検出するために記載された。特に、実施形態は、電気的に結合しているコンタクトに対するワンタイム除去可能な部材とその部材が取外されたときコンタクト間の結合の変化を検出するための検出器とを備えた検出装置を提供している。

本発明は種々の実施形態に関して説明されたが、それらに限定されるものではない。むしろ特許請求の範囲は本発明の技術的範囲を逸脱することなく当業者によって行われることのできる種々の変形、変更および実施形態や、均等な範囲を含んだ広い構成として解釈されるべきものである。

本発明の実施形態によるコンタクト間の電気特性を変化させる部材を示す概略図。 本発明の実施形態による状態検出装置の回路図。 本発明の実施形態による状態検出装置の回路図。

Claims (33)

1. ワンタイム動作状態検出装置において、
   １対のコンタクトと、
   前記１対のコンタクトと電気的に結合される部材と、
   検出装置とを具備し、
   前記部材は前記コンタクトからただ一度だけ除去可能に構成され、
   前記検出装置は、前記部材が除去されたときに前記１対のコンタクト間の結合の変化を検出するように構成されている検出装置。
2. 前記部材は前記１対のコンタクトを導電的に結合している請求項１記載の検出装置。
3. 前記部材は前記コンタクトに除去可能に接続されている導電性部材を含んでいる請求項２記載の検出装置。
4. 前記部材は前記１対のコンタクトに容量結合されている請求項１記載の検出装置。
5. 前記部材は誘電体によって前記コンタクトの少なくとも一方から除去可能に間隔を隔てられた導電性部材を含んでいる請求項４記載の検出装置。
6. 前記検出装置はバッテリ管理機能を選択的に動作させる請求項１記載の検出装置。
7. 前記バッテリ管理機能はバッテリ放電動作を含んでいる請求項６記載の検出装置。
8. 前記バッテリ管理機能は充電状態の指示を含んでいる請求項６記載の検出装置。
9. 前記検出装置はラッチ回路を含み、そのラッチ回路は前記部材の除去の前は第１の状態に維持され、前記結合の変化により前記ラッチ回路を第２の状態に変化させるように構成されている請求項１記載の検出装置。
10. 前記第２の状態への変化は電流によりトリガーされる請求項９記載の検出装置。
11. 前記第２の状態への変化は電流パルスによりトリガーされる請求項９記載の検出装置。
12. 前記第２の状態への変化はバッテリ管理回路によりトリガーされる請求項９記載の検出装置。
13. 前記バッテリ管理回路はバッテリの充電状態指示装置である請求項１２記載の検出装置。
14. 前記検出装置は前記結合に関連するＲＣ時定数の変化を測定するように構成されている請求項１記載の検出装置。
15. 前記測定は電流パルスの使用を含んでいる請求項１４記載の検出装置。
16. 前記測定はバッテリ管理回路によりトリガーされる請求項１４記載の検出装置。
17. 前記バッテリ管理回路はバッテリの充電状態指示装置を含んでいる請求項１６記載の検出装置。
18. 前記部材は除去可能なテープを含んでいる請求項１記載の検出装置。
19. 動作状態の変化を検出する方法において、
    １対のコンタクトからただ一度だけ除去可能に構成されている部材を使用して前記１対のコンタクトを電気的に結合し、
    前記部材が除去されたとき前記１対のコンタクト間の結合の変化を検出する方法。
20. 前記結合は、前記部材を使用する前記１対のコンタクトの導電的結合を含んでいる請求項１９記載の方法。
21. 前記結合は、前記部材を使用する前記１対のコンタクトの容量結合を含んでいる請求項１９記載の方法。
22. さらに、前記結合における変化の検出に応答してバッテリ管理機能を選択的に動作するステップを含んでいる請求項１９記載の方法。
23. 前記バッテリ管理機能はバッテリの放電動作を含んでいる請求項２２記載の方法。
24. 前記バッテリ管理機能はバッテリ充電状態の指示を含んでいる請求項２２記載の方法。
25. 前記結合における変化の検出は、
    前記部材の除去の前は第１の状態を維持し、
    前記結合における変化に応答して第１の状態から第２の状態への変化が可能にされる請求項１９記載の方法。
26. さらに、前記第２の状態への変化を電流によりトリガーする請求項２５記載の方法。
27. さらに、前記第２の状態への変化を電流パルスによりトリガーする請求項２５記載の方法。
28. さらに、前記第２の状態への変化をバッテリ管理回路によりトリガーする請求項２５記載の方法。
29. 前記バッテリ管理回路はバッテリの充電状態指示装置を含んでいる請求項２５記載の方法。
30. 前記結合における変化の検出は、前記結合に関連するＲＣ時定数の変化を測定するステップを含んでいる請求項１９記載の方法。
31. 前記測定は電流パルスの使用を含んでいる請求項３０記載の方法。
32. 前記測定をバッテリ管理回路によりトリガーするステップを含んでいる請求項３０記載の方法。
33. 前記バッテリ管理回路はバッテリの充電状態指示装置を含んでいる請求項３２記載の方法。

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