KR101318010B1 - 배터리 살균에 관한 데이터를 기록할 수 있는 배터리 및 배터리 살균을 모니터링하는 방법 - Google Patents

배터리 살균에 관한 데이터를 기록할 수 있는 배터리 및 배터리 살균을 모니터링하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부의 마이크로컨트롤러를 가진 재충전 가능한 배터리에 관한 것이다. 상기 마이크로컨트롤러는 배터리가 노출된 환경에 관한 데이터가 저장되는 메모리를 포함한다. 이들 데이터는 상기 배터리를 충전하는데 사용되는 충전기와 통합된 프로세서에 의해 판독된다. 만약 이들 데이터가, 배터리가 과도한 시간 기간 동안에 가혹한 환경을 겪었을 수 있음을 지시한다면, 충전기는 배터리의 완벽한 건강 상태 평가를 실행한다.

Description

배터리 살균에 관한 데이터를 기록할 수 있는 배터리 및 배터리 살균을 모니터링하는 방법{BATTERY CAPABLE OF RECORDING DATA REGARDING THE STERILIZATION OF THE BATTERY AND METHOD OF MONITORING THE STERILIZATION OF A BATTERY}
본 발명은 배터리를 재충전하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 배터리를 충전할 뿐만 아니라 배터리의 건강 상태를 평가하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 배터리가 연결된 전력 소비 장치로부터 데이터를 얻는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
배터리는, 외과수술 절차를 실행하기 위해 수술실에서 사용되는 전력이 공급되는 외과수술용 기구에 종종 에너지를 공급한다. 배터리 사용은 외부 전원에 연결된 전원 코드(power code)를 제공해야 한다는 필요성을 제거한다. 이러한 전원 코드의 제거는 코드로 연결된 외과수술용 기구에 비해 여러 가지 이점을 제공한다. 이러한 유형의 기구를 사용하는 외과수술 종사자는 환자 주변의 살균된 외과수술 부로 가져갈 수 있도록 코드를 살균하거나, 외과수술 도중에, 살균되지 않은 코드가 부주의하게 외과수술 부 내에 삽입되지 않음을 보장하는 것에 관심을 둘 필요가 없다. 게다가, 코드를 제거하면, 결국 코드를 제거하지 않을 경우에 코드가 외과수술 절차에 야기하는 물리적인 혼란(physical clutter)과 시야 방해(field-of-view blockage)도 제거한다.
수술실에서, 배터리는 외과수술 절차를 실행하는데 사용된 기구에 보다 더 많은 전력을 공급하는데 사용된다. 배터리는 또한, 외과수술 절차를 수행할 때 외과수술 종사자가 흔히 착용하는 개인 보호 시스템에 통합된 전력 소비 구성요소에 에너지를 공급하는데 사용된다. 이 시스템은 통상 후드가 달린 옷 형태를 포함한다. 이러한 옷 내부에는 공기를 옷 내부에서 순환시키는 환기 유닛(ventilation unit)이 있다. 이들 시스템 중 일부는 또한 외과수술 부를 비추는 라이트나, 외과수술 절차의 실행에 관계되는 다른 사람들과의 통상적으로 말하는 수준의 대화를 용이하게 하는 라디오를 갖는다. 이들 유닛, 즉 환기 유닛, 라이트 유닛 및 라디오 각각은 전원을 필요로 한다. 배터리로부터 이러한 전력을 제공함으로써, 그러한 유닛을 착용하고 있는 각 개인에게 코드를 부착해야 한다는 필요성이 제거된다. 이로 인해, 다시 사람들이 다른 경우 회피해야 하는 수술실에서의 코드의 수가 감소된다. 나아가, 이들 코드를 제거하면, 이들 코드가 시스템을 사용하는 개인에게 가했던 움직임의 제약도 제거된다.
배터리로 전력이 공급되는 장치의 필수 부분은, 당연히 배터리이다. 수술실에서 사용되는 대부분의 배터리로 전력이 공급되는 외과수술 장치는 재충전 가능한 배터리를 구비하여 사용되도록 설계된다. 이들 재충전 가능한 배터리는 통상 하나 이상의 NiCd 셀을 포함한다. 방전되면, 배터리는 보조 충전기에 연결된다. 충전기는 전류를 배터리의 셀에 인가하여 셀에 에너지를 저장한다.
다른 재충전 가능한 배터리와 달리, 외과수술용 기구와 함께 사용할 목적의 재충전 가능한 배터리는, 환자의 개방된 외과수술 부 근처에 놓일 수 있도록 살균 가능해야 한다. 종종, 이들 배터리는 고압처리기(autoclave)에 이들 배터리를 둠으로써 살균되며, 고압처리기에서, 공기는 수증기(스팀)로 포화되고, 온도는 대략 270℉(132℃)이며, 공기압은 대략 30psi(Gage)(1552mmHg)이다. 이러한 환경에 반복해서 노출시키면, 전하를 저장하는 배터리 셀의 성능은 저하된다. 종종, 이것을 배터리 "건강 상태"의 저하라고 지칭한다.
2000년 1월 25일에 허여되었고 본 명세서에서 참고문헌으로서 병합되어 있는 본 출원인의 미국 특허(제 6,018,227호), BATTERY CHARGER ESPECIALLY USEFUL WITH STERILIZABLE RECHARGEABLE BATTERY PACKS는 배터리의 부하 전압을 판정하는 수단을 개시하고 있다. 추론에 의해, 이것은 배터리의 내부 저항의 측정치이다. 불행히도, 이 정보 단독으로는 배터리의 건강 상태의 완벽한 측정치를 제공하지 못한다. 예컨대, 이 정보 단독으로는, 저장된 에너지가 외과수술 절차를 실행하는데 필요한 시간 동안 배터리가 부착된 장치에 전력을 공급하기에 충분한 지에 대한 정보를 제공하지 못한다. 이점은, 외과수술 절차를 실행하는 동안에, 만약 배터리의 저장된 에너지가 상당히 고갈된다면, 이러한 절차가 배터리를 교체하기 위해 중단된다는 점을 의미한다. 이것은 외과수술 절차를 실행하는데 걸린 전체 시간을 증가시킨다. 이러한 중단은, 환자의 내장이 노출되고 그리하여 감염되기 시작하는 시간과, 환자가 마취 중인 시간의 양을 줄이기 위해, 가능한 신속하게 외과수술 절차를 실행하고자 하는 현대 외과수술의 목표 중 하나에 상반되는 것이다.
게다가, 외과수술 장비가 그 자신의 동작 상태에 관한 데이터를 병원 내의 다른 장비에 제공하게 하는 것이 유리하다. 예컨대, 일부 동력이 공급된 외과수술 용 기구에는 내부 온도 센서가 제공된다. 이러한 형태의 기구 내부에 있는 베어링 조립체가 오작동하는 경우, 기구의 온도는 상승하기 시작할 것이다. 이러한 온도 상승은 보조 센서에 의해 검출된다. 그러면, 이러한 센서로부터의 출력 신호는 병원 내의 원격 장치에 의해 판독될 수 있다. 이것은 병원 종사자에게 이 기구가 심각한 오작동에 이를 수 있으니 수리되거나 교체되어야 한다는 통지를 제공한다.
코드가 연결된 외과수술 장치는 이러한 형태의 동작 상태 데이터를 제공한다. 이들 통신 시스템은, 전력이 이들 장치에 공급되게 하는 코드를 통해 신호가 보조 제어 콘솔에 전송되기 때문에, 제공하기에 기술적으로 상대적으로 간단하고 경제적이다. 또한, 이들 장치로부터의 데이터를 무선 통신 시스템을 통해 제공할 수 있다. 2005년 6월 28일에 출원되었고, 본 명세서에 참고문헌으로서 병합되어 있는 본 출원인의 미국 특허출원(제 60/694,592호), POWERED SURGICAL TOOL WITH SEALED CONTROL MODULE(이 출원은 미국 특허공보(제____호) 및 이제는 미국 특허(제____호)에 해당함)에는 하나의 시스템이 개시되어 있다. 전술한 시스템의 단점은, 이것이 무선 통신 시스템을 수술실 내에 추가해야 한다는 점이다. 그러한 시스템을 제공하는 비용으로 인해, 이들이 설치되는 장소가 제한된다.
1999년 11월 2일에 허여되었고 본 명세서에서 참고문헌으로서 병합된, 본 출원인의 양수인의 미국특허(제 5,977,746호), RECHARGEABLE BATTERY PACK AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME은 특히 고압처리기에 의한 살균의 가혹한 상황(rigors)을 견디도록 설계된 재충전 가능한 배터리를 개시하고 있다. 본 발명의 배터리는 상단 및 하단의 플라스틱 바인더에 의해 함께 묶여 있는 셀 클러스터를 포함한다. 바인더에 형성된 개구 사이에서 연장하는 전도성 스트랩(strap)이 셀을 연결한다. 스트랩 중 하나는 특정한 전류 이상이 흐르면 개방되는 퓨즈이다. 더욱 상세하게는, 퓨즈를 통과하는 전류는 퓨즈를 형성하는 물질을 가열하고, 그에 따라 퓨즈의 한 구역이 증발된다. 이러한 퓨즈의 한 구역의 증발은 퓨즈의 나머지 부분을 두 구역으로 나눈다.
상기 배터리 팩은 무선 외과수술용 기구에 에너지를 공급하는 데 필요한 전하를 저장하는 데 유용한 것으로 증명되었다. 그러나 배터리 팩 내부의 셀은 상당한 양의 열을 생성할 수 있다. 이로 인해, 셀의 온도가 상승하게 된다. 종종, 셀 사이의 온도 상승은 균일하지 않다. 셀의 이러한 균일하지 않은 열 부하로 인해, 결국 셀의 전기적 불균형이 초래될 수 있다. 만약 셀이 그렇게 불균형하게 된다면, 특정 시간에 에너지를 공급한다는 배터리의 즉각적인 유용성과 배터리의 유효 수명 양자가 감소할 수 있을 것이다.
본 발명은 새롭고 유용한 배터리 및 배터리 충전 시스템에 관한 것이다. 배터리는, 배터리가 고압처리기에 의해 살균되는 병원에서와 같은 가혹한 환경에서 사용되도록 설계된다. 본 발명의 배터리 및 배터리 충전 시스템은 또한, 배터리가 에너지를 공급하는데 사용되는 장치에 대한 데이터를 기록하고 송신하도록 설계된다.
본 발명의 배터리는 재충전 가능한 셀 세트를 포함한다. 또한, 배터리 내부에는 데이터 기록 장치와 온도 센서가 있다. 데이터 기록 장치 및 온도 센서 양자는, 배터리가 장치에 전력을 공급하는 데 사용되고 있는 중이든 충전되고 있는 중이든 간에 상관없이, 항상 켜져 있도록 배터리 셀에 의해 전력이 공급된다. 집합적으로, 데이터 기록 유닛과 온도 센서는 배터리의 온도에 관한 데이터를 기록하도록 구성된다.
본 발명의 배터리 충전기는 배터리를 충전하기 위한 전류 소스를 포함한다. 또한, 배터리 충전기의 내부에는 프로세서와 부하 저항이 있다. 프로세서는 전류 소스의 작동 및 배터리의 부하 저항으로의 연결을 조정한다.
프로세서는 또한 배터리의 데이터 기록 유닛에 저장된 데이터를 판독한다. 배터리의 이력을 지시하는 데이터에 따라, 프로세서는 배터리의 건강 상태에 대한 평가를 수행할 수 있다. 예컨대, 만약 데이터 기록 유닛의 데이터가 배터리가 소정의 시간 기간을 초과하는 기간 동안 임계 레벨을 초과하는 온도에 지속적으로 있었음을 지시한다면, 건강 상태 평가가 실행될 수 있다. 건강 상태 평가를 수행하기 위해, 프로세서는 배터리의 부하-전압과, 배터리로 입력된 에너지의 양을 측정한다. 종종, 이러한 마지막 평가는 먼저 배터리를 완전히 방전함으로써 이뤄진다. 건강 상태 평가의 결과가 디스플레이된다.
본 발명의 다른 특성은, 배터리가 장치에 전력을 공급하는 데 사용되고 있는 동안, 장치가 데이터를 데이터 기록 유닛에 기록한다는 것이다. 배터리가 충전기에 부착될 때, 데이터 기록 유닛은 저장된 장치 데이터를 충전기의 프로세서에 모두 기록한다. 충전기의 프로세서는, 다시 이들 데이터를 다른 장치에 전송한다. 그에 따라, 배터리 전동 장치의 동작 상태에 대한 정보는 장치를 유지보수하는 임무를 담당하는 사람에게 이용 가능하다. 이러한 정보는, 비록 장치에 대한 코드를 통한 링크나 RF/IR 초음파 무선 통신 링크가 없을지라도, 이용 가능하다.
본 발명의 배터리는 또한 팩 내부의 셀에 의해 생성된 열의 균일한 소산(dissipation)을 일으키도록 구성된다. 이로 인해, 셀의 온도 불균형은 최소화된다. 이러한 온도 불균형의 최소화는 셀 사이의 전기적 불균형을 감소시킨다. 이러한 전기적 불균형의 감소로 인해, 결국 셀이 전기적으로 불균형한 경우에 배터리 성능에 악영향을 미치는 정도도 감소한다. 본 발명의 배터리는 또한, 한정된 양의 전류가 퓨즈를 통해 흐를 때 정기적으로 개방될 퓨즈를 갖도록 만들어진다. 본 발명의 배터리는 또한 제조하기에 경제적이며, 상대적으로 작은 표면적을 차지한다.
본 발명은 청구범위에 기재된 상세한 내용을 통해 명백히 드러난다. 배터리의 상기한 특성 및 이점과, 다른 특성 및 이점과, 본 발명의 배터리를 충전하는 배터리 충전기 및 방법은 첨부된 도면과 연계하여 설명된 다음의 상세한 설명으로부터 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 배터리 및 배터리 충전기의 사시도이다.
도 2는 배터리의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 배터리의 분해도이다.
도 4는 배터리 하우징의 사시도이다.
도 5는 배터리 하우징의 단면도이다.
도 5A는 배터리 하우징의 상단부 립(lip)의 확대된 횡단면도이다.
도 6은 배터리 내부의 셀 클러스터의 분해도이다.
도 7은 셀 클러스터의 바인더 조립체, 여기서는 상단부 바인더 조립체의 분해도이다.
도 8은 상단부 바인더 조립체 내부의 온도 퓨즈의 평면도이다.
도 9는 배터리 뚜껑의 횡단면도이다.
도 10은 배터리 뚜껑 하부면의 평면도이다.
도 11은 배터리 뚜껑의 하단부 립(lip)의 확대된 횡단면도이다.
도 12는 배터리 내부의 전기 구성요소의 개략도이다.
도 13은 배터리 마이크로컨트롤러 내부의 부회로 중 일부의 블록도이다.
도 14는 배터리 마이크로컨트롤러와 통합되는 메모리에 저장된 데이터 형태 중 일부를 도시한다.
도 15A는 클러스터의 조립을 용이하게 하기 위해 셀 클러스터를 형성하는 구성요소가 놓인 정착물(fixtures) 중 하나를 예시한 평면도이다.
도 15B는 셀 클러스터를 형성하는 구성요소가 어떻게 한 쌍의 정착물에 정착되는지를 예시한 측면도이다.
도 16은 셀 클러스터의 조립을 완료하는데 사용되는 납땜 프로세스를 개략적으로 예시한다.
도 17은 이들 구성요소를 서로 용접하기 전에 배터리 하우징 및 배터리 뚜껑의 경계면의 단면도이다.
도 18은 배터리 하우징과 뚜껑이 어떻게 서로 용접되는지를 개략적으로 도시 한다.
도 19는 용접 프로세스 이후 배터리 하우징과 배터리 뚜껑의 경계면의 단면도이다.
도 20은 충전기 베이스와 충전기 하우징의 관계를 도시한 분해도이다.
도 20A는 방전기 저항과 보조 히트 싱크(heat sink)가 어떻게 충전기 베이스에 고정되는지를 도시한 사시도이다.
도 21은 충전기 내부의 구성요소 중 일부의 횡단면도이다.
도 22는 충전기 내부의 부회로와 충전기에 부착된 모듈의 블록도이다.
도 23A 및 도 23B는 배터리의 고압처리 과정을 모니터링하기 위해 배터리의 마이크로컨트롤러에 의해 실행된 프로세스의 단계들에 대한 흐름도를 집합적으로 형성한다.
도 24A, 도 24B 및 도 24C는 본 발명의 프로세스에 따라 배터리를 충전하기 위해 충전기에 의해 수행된 프로세스의 단계들에 대한 흐름도를 집합적으로 형성한다.
도 25는, 충전기 온도가 잠재적으로 불안전한 레벨까지 상승하지 않음을 보장하기 위해 충전기 내부의 프로세서에 의해 수행된 프로세스의 단계들에 대한 흐름도이다.
도 26은 본 발명의 기구의 통신 시스템을 예시하는 블록도이며, 여기서 배터리와 충전기는 외과수술용 기구와 다른 구성요소 사이의 데이터 교환을 용이하게 하는데 사용된다.
도 27은 본 발명의 시스템의 기구의 구성요소의 블록도이다.
도 28은 배터리의 마이크로컨트롤러 내부의 기구 이력 파일에 저장된 데이터의 블록도이다.
도 29는 본 발명의 기구 통신 시스템에 수행되는 프로세스의 단계들에 대한 흐름도이다.
I. 개요
도 1은 본 발명에 따라 구성된 배터리(40)와 배터리 충전기(42)를 예시한다. 배터리(40)는 재충전 가능한 셀 세트(44)(도 3), 마이크로컨트롤러(46) 및 온도 센서(48)(도 12)를 포함한다. 배터리 충전기(42)는 복수의 포켓(52)(도 20)을 구비한 하우징(50)을 포함한다. 각 포켓(52)은 특정한 형태의 배터리와 관련된 모듈(54)을 탈착 가능하게 수용한다. 모듈(54)은 관련된 배터리(40)의 헤드 단부(head end)를 수용하는 보조 소켓(56)을 한정하는 형상을 갖는다. 배터리의 충전기(42) 내부에는 배터리의 마이크로컨트롤러(46)에 저장된 데이터를 판독하고 배터리의 셀(44)을 충전하는 구성요소가 있다. 복수의 I/O 유닛(58)이 충전기(42)에 부착된다. 각 I/O 유닛(58)은, 명령이 입력되고 충전기(42)에 부착된 배터리(40) 중 개별적인 하나에 대한 충전 상태 정보를 제공하는 부-조립체 기능을 한다.
II. 배터리 및 배터리 조립 방법
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리(40)는 하우징(60)을 포함한다. 재충전 가능한 셀(44)은 하우징(60)에 자리한 클러스터(62)로 배치된다. 뚜껑(66)은 하우징(60)의 개방 상단부 위에 밀봉되어 배치된다. 뚜껑(66)은 헤드(68)와 함께 형성된다. 뚜껑(66)은 마이크로컨트롤러(46)와 온도 센서(48)가 탑재된 배터리 구조물이다. 본 발명의 예시된 변형예에서, 뚜껑의 헤드(68)는, 배터리(40)가 전력을 공급하고자 하는 전동 기구(power tool)(522)(도 22)에 형성된 보조 소켓에 맞는 크기이다. 뚜껑의 헤드(68)에는 두 개의 접촉부(70)와 하나의 접촉부(72)가 제공된다. 접촉부(70)는 전도성 부재이며, 이 부재를 거쳐서, 충전기(42)는 전류를 셀(44)에 인가하며, 이 부재로부터, 전동 기구(522)(도 23A 및 도 23B)는 전류를 끌어온다. 접촉부(72)는 데이터 및 명령이 기록되며, 마이크로컨트롤러(46)로부터 판독될 때 거치는 접촉부이다. 따라서, 데이터는 1-와이어(one-wire) 신호 교환 프로토콜을 사용하여 충전기(42)와 배터리의 마이크로컨트롤러(46) 사이에서 교환된다. 그러한 프로토콜 중 하나로 Dallas Semiconductor의 1-와이어 프로토콜이 있다.
배터리 하우징(60)은 980nm에서 방출된 광 에너지를 투과하는 일체형 플라스틱으로부터 형성된다. "투과하는"이라는 기재는, 플라스틱이 적어도 "부분적으로" 투과함을 의미한다. 본 발명의 대부분의 변형예에서, 플라스틱은 적어도 55% 투과한다. 더욱 바람직한 변형예에서, 플라스틱은 적어도 75% 투과한다. 본 발명의 일 변형예에서, 하우징(60)은 폴리페닐설폰(polyphenylsulfone) 플라스틱으로부터 형성된다. 하우징(60)을 형성하는 그러한 플라스틱은 Solvay Advanced Polymers(Alpharetta, Georgia, United States 소재)가 상품명(RADEL)으로 판매하고 있다. 이러한 플라스틱은 부분적으로 투명하다. 심미적인 이유로, 플라스틱으로 형성된 하우징(60)은 가시광선 파장에서 불투명하게 되도록 염색될 수 있다. 만약 하우징(60)이 그렇게 염색된다면, 염료는, 980nm 범위에서 광양자 에너지의 투과도와 상당히 간섭하지 않도록 선택되어야 한다. 후술될 바와 같이, 이것은 하나의 프로세스에서 뚜껑(66)이 하우징(60)에 레이저로 용접되는 파장이다.
도 4, 도 5 및 도 5A에 도시된 바와 같이, 하우징(60)은 일반적으로 직사각형 베이스(76)를 갖도록 형성된다. 네 개의 서로 연결된 벽(78)이 베이스(76)의 주변 에지에서 위쪽으로 연장한다. 심미적인 이유로, 베이스(76)의 코너와 벽(78)이 접해 있는 코너는 둥글게 된다. 하우징(60)은 또한, 벽(78)이 베이스(76)에서 바깥쪽으로 멀어질수록 가늘어지는(taper) 형상을 갖는다. 하우징(60)은 또한, 격벽(80)이 베이스(76)의 상단부의 벽(78)의 내부면에서 안쪽으로 연장하도록 형성된다. 각 벽(78)은 한 개, 두 개 또는 그 이상의 격벽(80)으로 형성될 수 있다. 격벽(80)은 벽에 구조적 강도를 제공하며, 하우징(60) 내부에서 셀 클러스터(62)의 움직임을 최소화한다.
각 하우징의 벽(78)은 내부 수직면(86)을 갖는다. (도 5의 횡단면도에서, 격벽(50)은 내부면(86)의 상단부 아래에 도시된다) 내부 수직면(86) 위에는, 수직면(86)에 대해 바깥쪽으로 경사져 있는, 가늘어지는 면(88)이 있다. 틀(reveal)(90)은 각 립(lip)(78)의 최상단부를 형성한다. 틀(90)은 일반적으로 정사각형 횡단면 프로파일을 갖는다. 틀(90)의 폭은, 립의 외부면(85)의 상단 에지와 가늘어지는 내부면(88)의 상단부 에지 사이에서 연장하는 수직면(91)의 폭보다 작다. 따라서, 하우징(60)은, 틀(90)이 립의 외부면의 상단부 에지와 가늘어지는 내 부면(88)의 상단부 에지 양자의 안쪽에 위치하도록 형성된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 셀 클러스터(62)는 복수의 재충전 가능한 셀(44)을 포함한다. 본 명세서에 참고문헌으로서 병합된 상기 미국특허(제 5,977,746호)로부터 알려진 바와 같이, 각 셀(44)의 외부 원통면은 셀의 접지 기능을 하며 폴리이미드 테이프(도시되지 않음)로 덮여 있다.
셀(44)은 세 개의 접해 있는 행(92, 94 및 96)으로 배치되어, 한 행의 셀은 인접한 행의 셀과 접하게 된다. 각 행(92 내지 94)에서, 인접한 셀(44)은 접해 있다. 셀(44)은, 외부 행인 행(92 및 96)에 세 개의 셀이 있고, 중앙의 행인 행(94)에 두 개의 셀이 있도록 배치된다. 이러한 배치는, 각 셀이 인접한 셀에 접해 있지도 않고 인접한 셀 행 뒤에 숨겨지지도 않는 적어도 10%, 더욱 바람직하게는 적어도 20%의 외부 주변부를 가짐을 보장한다. 그에 따라, 각 셀(44)의 적어도 10%, 더욱 바람직하게는 적어도 20%의 주변부는 셀 클러스터(62)를 형성하는 셀 어레이의 외부 주변부의 일부분을 형성한다.
셀(44)의 상단부 및 하단부 배향, 즉 양의 단자 및 음의 단자 각각의 배향은, 특정한 전압 레벨 및 전류에서 전하를 제공하기 위해 셀을 직렬 또는 병렬 배치로 서로 연결하는 기능을 하도록 배치된다.
셀(44)은, 상단부 및 하단부 바인더 조립체(102 및 104) 각각에 의해 클러스터(62)를 형성하도록 결합된다. 각 바인더 조립체(102 및 104)는 얇은 금속 띠 형태인 복수의 전도성 스트랩(strap)(106)을 포함한다. 상단부 바인더 조립체(102)를 도시한 도 7에 도시된 바와 같이, 각 바인더 조립체는 내부 및 외부 바인더(108 및 110) 각각을 포함한다. (참고로, "내부" 바인더는 셀(44)에 가장 근접한 바인더인 것으로 이해되는 반면, "외부" 바인더는 셀에서 떨어져 있다.) 각 바인더(108 및 110)는 DuPont 사가 상표(MYLAY)로 판매하고 있는 폴리에스테르와 같은 유연한 플라스틱 물질로부터 형성된다. 각 바인더(108 및 110)는 복수의 개구(112 및 114) 각각으로 형성된다. 상단 바인더 조립체(102)를 형성하는 바인더(108 및 110)는 또한, 그 외부 주변을 따라 정렬된 노치(116 및 117) 각각을 한정하기 위해 형성된다.
전도성 스트랩(106)은 바인더(108 및 110) 사이에 삽입된다. 각 전도성 스트랩(106)은 정렬된 한 쌍의 바인더 개구(112 및 114)에 의해 경계가 정해진 공간 내로 연장하는 한 단부를 갖도록 배치된다. 일부 전도성 스트랩(106)은, 스트랩의 제 2 단부가 정렬된 한 쌍의 바인더 개구(112 및 114) 중 하나 내로 연장하도록 배치된다. 이들 전도성 스트랩(106)은 인접한 셀(44)의 단자를 전기적으로 연결한다. 전도성 스트랩(106) 중 두 개는, 자신의 제 2 단부가 바인더(108 및 110)의 주변부를 넘어 돌출하도록 배치된다. 도 6에 도시된 이들 두 전도성 스트랩(106)은 셀 클러스터(62)와 접촉부(70) 사이에 전기적 연결을 제공하는 부재로서 기능을 한다.
퓨즈(118)가 또한 상단부 바인더 조립체(102)를 형성하는 바인더(108 및 110) 사이에 배치된다. 도 8에 가장 잘 도시된 퓨즈(118)는 전도성 금속으로 형성되며, 이 금속은, 전류가 금속을 통해 흐를 때, 금속이 증발하는 지점까지 물질을 가열하게 한다. 본 발명의 일변형예에서, 퓨즈(118)는 니켈이나 니켈 합금으로 형성된다. 퓨즈(118)는 일반적으로 평면 띠 형태이다. 퓨즈(118)는 또한, 퓨즈를 형 성하는 금속 띠의 종방향 측면 에지 중 하나로부터 안쪽으로 연장하는 노치(120)를 갖도록 형성된다. (도 7의 퓨즈의 노치(120)와 도 8의 퓨즈(118)의 외형은 약간 다르다.) 도 8에서, 퓨즈(118)의 구역(119)은 가장 좁은 폭을 갖는 구역이며 노치(120)의 가장 넓은 부분을 한정한다.
본 발명의 바인더 조립체(102 또는 104)는 먼저 지그(jig)에 바인더(108 및 110) 중 하나를 놓음으로써 조립된다. 더욱 상세하게는, 지그는 바인더(108 및 110)가 정확하게 자리 잡도록 설계된 홈이 형성된다. 지그의 베이스에서 홈 내로 연장하는 것은 떨어져 있는 핑거(fingers)이다. 핑거는 바인더 개구(112 및 114)에 의해 경계가 정해진 공간 내로 연장한다. 핑거는, 전도성 스트랩(106 및 118)이 그 사이에 자리 잡게 되는 공간을 한정하도록 떨어져 있다.
지그 홈에 자리 잡은 바인더(108 또는 110)의 노출된 면에는 접착제가 제공된다. 본 발명의 일부 변형예에서, 접착제는 바인더(108 또는 110)에 미리 도포된다. 제조시, 접착제를 덮는 보호 시트가 제거된다. 도 7에서, 접착제는 내부 바인더(108) 상에서 점들(124)로 표현된다.
제 1 바인더(108 또는 110)가 지그에 놓이면, 전도성 스트랩(106) 및 퓨즈(118)가 바인더 위에 놓인다. 더욱 상세하게는, 전도성 스트랩(106) 및 퓨즈(118)는 바인더 개구(112 또는 114)를 통과하여 연장하는 핑거 사이에 놓인다. 그러면, 제 2 바인더(110 또는 108)는 부분적으로 조립된 유닛 위에 배치된다. 본 발명이 일부 변형예에서, 접착 물질이 또한 제 1 바인더와 접해 있는 제 2 바인더의 표면 위에도 배치될 수 있다.
바인더(108 및 110)를 조립한 결과, 각 내부 바인더 개구(112)는 상부 바인더 개구(114) 중 관련된 하나와 정렬된다. 내부 및 외부 바인더 노치(116 및 117) 각각은 또한 정렬된다. 바인더 조립체(102)를 조립하는 동안, 퓨즈(118)는, 퓨즈 노치(120)가 바인더(108 및 110) 사이에 끼워지는 영역 내에 있도록 배치된다. 퓨즈 노치(120)를 한정하는 퓨즈(118) 부분은 바인더 노치(116 및 117)에 의해 경계가 정해진 공간 내에 있다. 본 발명의 더욱 바람직한 변형예에서, 퓨즈는, 퓨즈의 가장 얇은 구역, 즉 퓨즈 노치(120)의 가장 넓은 구역을 한정하는 부분이 바인더(108 및 110)로부터 떨어져 있도록 배치된다.
이제 도 2, 도 9 및 도 10을 참조하여, 배터리 뚜껑(66)이 기재된다. 본 발명의 일 변형예에서, 뚜껑(66)은 RADEL R 플라스틱과 같은 폴리페닐설폰 플라스틱으로부터 형성된 하나의 구성요소이다. 심미적인 이유로, 뚜껑을 형성하는 플라스틱은 가시광선 파장에서 불투명하게 되도록 염색될 수 있다. 만약 뚜껑(66)이 아래에 논의될 레이저 용접 프로세스에 의해 하우징(60)에 고정된다면, 뚜껑은 레이저에 의해 방출된 파장에서 광 에너지를 흡수하는 물질로 형성되어야 한다. 심미적인 염료(aesthetic dye)는 이러한 물질로서 기능을 할 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 기술한 변형예에서, 염료는 980nm 범위에서 방출된 에너지를 흡수한다. 뚜껑(66)은 하우징 벽(78)의 상단부 에지의 경계를 정하는 외형을 갖는 일반적으로 직사각형 베이스(126)를 갖는 형상을 띤다. 네 개의 패널(128, 130, 132 및 134)은 베이스(126)의 측면에서 안쪽 및 위쪽으로 연장한다. 패널(128 내지 134)은 편평한 수평면(136)과 만나며, 이 수평면으로부터 배터리 헤드(68)가 위쪽으로 돌출된다. 패 널(128 및 132)은 측면 패널이고, 서로에 대해 대칭이다. 패널(130)은 전방 패널인 반면, 패널(134)은 후방 패널이다. 수평면에 대해, 전방 패널(130)은 위쪽으로 가파른 경사면을 가지는 반면, 후방 패널(134)의 경사면은 더 완만하다.
배터리 헤드(68)는 슬롯(136)과 두 개의 슬롯(138)을 갖도록 형성된다. 슬롯(136 및 138) 각각은 헤드(68)의 전방면 쪽으로 개방된다. 슬롯(136)은 배터리(40)의 종방향 중앙선을 따라 중앙에 놓인다. 슬롯(138)은 슬롯(138)과 나란하며 슬롯(138)의 양 측면에 위치한다. 접촉부(72)는 마이크로컨트롤러(46)와 신호를 교환하는 접촉부이며 슬롯(136) 내로 연장한다. 접촉부(70)는 셀(44) 내로 전하를 저장하고, 셀(44)로부터 전하를 끌어오는 접촉부이며 슬롯(138)에 배치된다.
래치(140)는 배터리 헤드에 선회 가능하게 장착된다. 래치(140)는 배터리(40)를 전력 소비 장치에 부착하며, 이 전력 소비 장치에 배터리가 연결된다. 압력 경감 밸브(142)가 래치(140) 아래의 수평면에 장착된다. 래치(140) 및 밸브(142)가 장착된 개구와, 래치를 배터리 뚜껑(66)에 선회 가능하게 부착하는 조립체는 식별되지 않는다.
복수의 격벽(146 및 148)은 뚜껑 패널(128-134)의 내부면으로부터 안쪽으로 연장한다. 격벽(146)은 일반적으로 직사각형 형상이며, 수평면(135) 아래의 뚜껑 내부면으로 연장한다. 격벽(146)은 상대적으로 긴 반면, 격벽(148)은 짧다. 두 개의 격벽(146)은 패널(128, 132 및 134)로부터 안쪽으로 연장한다. 하나의 격벽(148)은 전방 패널(130)로부터 안쪽으로 연장한다. 추가적인 격벽(148)은 전방 패널 바로 인근의 측면 패널(128 및 132) 각각으로부터 안쪽으로 연장한다. 각 격 벽(148)은, 외부 단부가 격벽이 연장되는 패널 바로 인근의 격벽 부분에 대해 아래쪽으로 계단 형태를 띠도록 또한 형성된다. 격벽(146 및 148)은 셀 클러스터(62)의 수직 변위를, 완벽하게 차단하지는 않지만, 최소화한다.
배터리 뚜껑(66)은 또한 뚜껑 주변 주위에서 베이스(126)에서 아래쪽으로 연장하는 립(152)을 갖는다. 도 11에 가장 잘 도시된 바와 같이, 립(152)은 베이스(126)의 외부 수직면의 안쪽에 위치한다. 뚜껑(66)은, 립(152)이 베이스(126)의 인접한 내부면과 같은 높이인 내부 수직면(154)을 갖도록 형성된다. 립(152)은 베이스(126)의 외부 주변의 안쪽에 위치한 외부 수직면(156)을 갖는다. 립(152)은 또한 수직면(154) 아래로 연장하는, 점점 가늘어지는 면(158)을 갖도록 형성된다. 면(158)은 뚜껑(66)의 중앙을 향해 안쪽으로 점점 가늘어 진다. 직사각형 형상의 플랜지(160)는 립(152)의 최저부를 형성하며, 확장하여, 배터리 뚜껑(66)의 최저 구조적 형상부(feature)를 형성한다. 내부 수직면(154)의 최저부는 플랜지(160)의 내부면을 형성한다. 인접한 표면(158)에 대해 안쪽으로 계단 형태를 띠는 평행 수직면(164)이 플랜지(160)의 외부 벽을 형성한다.
배터리 뚜껑(66)은 또한 베이스(126)의 바닥면에서 위쪽으로 연장하는 직사각형 노치(166)를 한정하도록 형성된다. 베이스(126)는, 노치(166)가 립의 외부 수직면(156) 바로 전방에 위치하고, 이 수직면(156)에 의해 부분적으로 한정되도록 형성된다. 본 발명의 일부 변형예에서, 노치는 뚜껑(66)에서 없다.
도 3을 다시 살펴보면, 인쇄회로기판(170)이 배터리 뚜껑(66)에 장착됨을 알 수 있다. 인쇄회로기판(170)은 배터리의 마이크로컨트롤러(46)와 온도 센서(48)(예 시되지 않음)가 장착된 구성요소이다. 회로기판(170)은 격벽(148)의 안쪽으로 계단 형태인 에지에 대항하여 자리 잡도록 뚜껑(66)에 정착된다. 포스트(172)는 인쇄회로기판(170)으로부터 위쪽으로 연장한다. 뚜껑의 수평면(135)을 통과하여 포스트(172) 내로 연장하는 나사(174)는 회로기판(170)을 뚜껑에 고정한다.
회로기판(170)으로부터 연장되는 것으로 보이는 것은 두 개의 도체(176)다. 도체(176)는 회로기판(170) 상의 구성요소와 셀(44) 사이에서 전기적인 연결을 제공한다. 더욱 상세하게 후술될 바와 같이, 에너지 공급(energization) 신호가, 배터리가 충전중이든, 방전중이든, 고압처리중이든, 또는 단순히 저장중이든 관계없이 배터리(40)의 마이크로컨트롤러(46)와 온도 센서(48)에 연속해서 인가된다.
도 3에서는 또한 셀 클러스터로부터 접촉부(70)로 연장하는 와이어 조립체(177)를 볼 수 있다. 또한, 이 도면에서 볼 수 있지만 추가로 달리 기술되지 않는 것으로는 접촉부(70 및 72)를 제자리에 고정하는 버튼 헤드 패스너(button head fastener)(178)와 잠금 와셔(lock washer)(179)가 있다. 또한, 포스트(172) 주위에 배치된 O-링(180)을 볼 수 있다.
도 12는 배터리(40)와 통합된 전기 회로 구성요소의 개략도이다. 전압 조정기(182)는 셀 클러스터(62)의 양의 출력 단자에 연결된다. 본 발명의 일 변형예에서, 전압 조정기는 3.3VDC 신호를 생성하고, 이 신호는 지점(183)에 제공된다. 3.3VDC 신호가 제공되는 전압 변환기(182)의 핀과 접지 사이에 연결된 커패시터(184)는 3.3VDC 신호를 필터링한다.
3.3VDC 신호가 인가된 구성요소 중 하나는 마이크로컨트롤러(46)이다. 마이 크로컨트롤러(46)로서 사용될 수 있는 하나의 적절한 유닛은 네덜란드의 Philips Electronics N.V사가 제조한 P89LPC925 8비트 마이크로컨트롤러가 있다. 마이크로컨트롤러(46)는 복수의 서로 다른 부-회로를 가지며, 이들 부-회로의 수는 이제 도 13을 참조하여 기술된다. 중앙 처리 장치(CPU)(185)는 마이크로컨트롤러(46)와 이 마이크로컨트롤러에 연결된 구성요소들의 대부분의 동작을 제어한다. 비-휘발성 플래시 메모리(187)는 CPU(185)에 의해 수행된 명령을 저장한다. 후술될 바와 같이, 메모리(187)는 또한 배터리 충전을 조정하는데 사용되는 명령; 배터리의 사용 이력을 기재한 데이터; 및 배터리가 부착된 기구(522)의 사용 이력을 기재한 데이터를 저장한다.
랜덤 액세스 메모리(188)는 마이크로컨트롤러(46)에 의해 판독되고 생성된 데이터에 대한 임시 버퍼로서 기능을 한다. CPU 클록(189)은 CPU(185)의 동작을 조정하는데 사용된 클록 신호를 공급한다. 단순화를 위해 하나의 블록으로 도시되었지만, CPU 클록(189)은 온-칩 발진기와 이 발진기로부터의 출력 신호를 CPU 클록 신호로 변환하는 부-회로를 포함함을 이해해야 한다. 실시간 클록(190)은 후술될 바와 같이 정해진 간격으로 클록 신호를 생성한다.
온도 센서로부터의 출력 신호는 아날로그 비교기(191)와 아날로그-디지털 변환기(192) 양자에 인가된다. 도 13에서, 전술한 부-회로는 단일 버스(193)에 의해 상호연결되는 것으로 도시되어 있다. 이것은 단순화하기 위한 것임을 이해해야 한다. 실제, 전용 라인은 특정한 부-회로를 서로 연결할 수 있다. 마찬가지로, 마이크로컨트롤러(46)가 다른 부-회로를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 이들 부-회로 는 구체적으로 본 발명에 관련 없으며, 따라서 상세하게 기재되지 않는다.
도 14는 마이크로컨트롤러(46)에 의해 수행된 명령에 추가하여 플래시 메모리(187)에 저장된 데이터 형태를 예시한다. 이들 데이터는 필드나 파일(194)에서 배터리를 식별케 하는 데이터를 포함한다. 이들 데이터는, 일련번호, 로트 번호(lot number) 및 제조자 ID(manufacturer identification)에 추가하여, 인증 코드와 같은 데이터를 포함할 수 있다. 이 코드는, 각각 배터리가 기구에 전력을 공급할 수 있는지 또는 충전기에 의해 재충전될 수 있는지를 판정하기 위해 배터리가 연결된 충전기(42)나 기구(522)에 의해 판독된다. 배터리 식별 데이터는 배터리의 유효 수명을 지시하는 데이터를 포함할 수 있다. 유효 수명 데이터는 다음의 데이터 형태 중 하나 이상인 것으로 이해된다: 배터리 종료 데이터; 충전 횟수; 고압처리 횟수. 식별 파일(194)에서 다른 데이터는 배터리에 의해 생성된 신호의 공칭 개방 회로 전압, 배터리가 생성할 수 있는 전류 및 이용가능한 줄 에너지를 지시할 수 있다.
배터리에 대한 충전 명령은 파일(195)에 저장된다. 이들 데이터는 참고문헌으로 병합된 미국특허(제 6,018,227호 및 제 6,184,655호)에 개시된 배터리의 메모리에 기술된 데이터 형태일 수 있다. 플래시 메모리(187)는 또한 배터리의 충전 및 고압처리 이력을 기술한 데이터를 포함한다. 필드(196)에서, 배터리가 충전되었던 횟수를 지시하는 데이터가 저장된다. 측정된 충전-후 전압 파일(197)은 각 충전 후 배터리의 측정된 부하 전압을 지시하는 데이터를 포함한다. 본 발명의 일부 변형예에서, 파일(197)은 마지막 1 내지 10회 충전에 대한 이들 측정치만을 포함한다. 파 일(198)에서, 이전에 충전하는 동안에 측정된 가장 높은 배터리 온도를 지시하는 데이터가 저장된다. 다시, 파일(198)은 배터리의 마지막 1 내지 10회 충전 동안에 측정된 가장 높은 온도를 지시하는 데이터만을 포함할 수 있다.
필드(199)는 배터리가 고압처리된 총 횟수를 지시하는 데이터를 저장한다. 누적된 고압처리 시간 필드(200)는, 그 명칭이 암시하는 바와 같이, 배터리가 고압처리 온도로 여겨지는 임계치 이상의 온도에 있었던 총 시간을 지시하는 데이터를 저장하는데 사용된다.
필드(201)는 배터리가 잠재적으로 과도한 고압처리(potentially excessive autoclaving)에 노출된 횟수를 지시하는 데이터를 포함한다. 배터리가 잠재적으로 과도하게 고압처리되었을 수 있는 누적 시간을 지시하는 데이터는 필드(202)에 저장된다. 가장 높은 고압처리 온도 필드(203)는 노출된 가장 높은 고압처리 온도를 지시하는 데이터를 포함한다. 파일(204)은, 배터리가 고압처리 각각 동안 고압처리기에 있었던 시간의 레코드를 포함한다. 본 발명의 일부 변형예에서, 고압처리기 내 시간 파일(204)은, 배터리가 마지막 5 내지 100회의 고압처리 각각 동안 고압처리기에 있었던 시간을 지시하는 데이터를 단지 포함한다. 파일(205)은 마지막 5 내지 100회의 고압처리 동안 측정된 배터리의 가장 높은 온도를 지시하는 데이터를 포함한다. 본 발명의 대부분의 변형예에서, 메모리(187)는 정확히 동일한 수의 고압처리에 대한 고압처리 시간 및 온도 데이터를 저장한다. 필드(206)는 배터리가 고압처리되었던 가장 긴 단일 시간 기간을 지시하는 데이터를 포함한다.
메모리(187)는 기구 이력 파일(229)을 또한 포함한다. 후술될 바와 같이, 기 구 이력 파일(229)은 배터리(40)가 전력을 공급하는데 사용되는 기구(522)로부터 얻은 데이터를 저장한다.
도 12를 다시 살펴보면, 배터리(40) 내부의 다른 회로 구성요소가 이제 기술된다. 온도 센서(48)는, 배터리(40)가 고압 온도에 노출되는 지를 검출할 수 있는, 임의의 적절한 온도 감지 장치이다. 본 발명의 기술된 변형예에서, 온도 센서(48)는 서미스터(thermistor)이다. 3.3VDC는 온도 센서의 한 단부에 인가된다. 온도 센서(48)의 대향하는 단부는 저항(207)을 거쳐 접지에 연결된다. 커패시터(208)는 저항(207) 양단에 연결된다. 온도 센서(48)와 저항(207)의 연결점에 존재하는 전압은 검출된 온도를 나타내는 T_SENSE 신호로서 마이크로컨트롤러의 비교기(191)의 비반전 입력에 인가된다(이러한 연결은 구체적으로 도시되지 않음).
기준 전압(VTEMP _ REF)은 비교기(191)의 반전 입력에 인가된다(이러한 연결은 구체적으로 도시되지 않음). 기준 전압은 직렬로 연결된 저항(209 및 210)의 연결점에 존재하는 신호이다. 저항(209)의 대향하는 단부는 마이크로컨트롤러(46) 내부의 소스로부터 기준 전압을 수신한다. 저항(209)의 대향하는 단부는 마이크로컨트롤러(46) 내부의 스위치를 거쳐 접지에 선택적으로 연결된다(스위치는 예시되지 않음).
마이크로컨트롤러(48)는 도체(211)에 의해 배터리 접촉부(72)에 연결된다. 대향하는 방향으로 직렬-연결된 한 쌍의 다이오드(212)는 도체(211)와 접지 사이에서 확장한다.
배터리(40)를 조립하는 프로세스의 일부분으로서, 셀 클러스터(62)가 조립된다. 먼저, 바인더 조립체(102 및 104)가 전술된 바와 같이 제조된다. 그런 다음, 제 1 바인더 조립체(102 또는 104)가 정착물(213a 또는 213b)에 놓이며, 도 15A는 상단부 바인더 조립체(102)가 자리 잡은 정착물인 정착물(213a)을 예시한다. 각 정착물(213a 및 213b)은 복수의 개구(215)가 형성된 베이스 판(214)을 포함한다. 블록(216)은 정착물의 베이스 판으로부터 위쪽으로 연장한다. 블록(216)은, 바인더 조립체(102나 104) 및 셀(44)을 슬립 핏(slip fit) 방식으로 수용하는 크기를 갖는 홈(223)을 한정하는 형상을 갖는다. 블록(216)은 셀이 놓일 행(92, 94 및 96) 패턴을 한정하도록 형성된다. 예시된 정착물(213a)은 또한 홈(223)과 접해 있는 두 개의 대향하는 슬롯(224)을 한정하는 형상을 갖는다. 슬롯(224)은, 전기 연결부로서 기능을 하는 상단부 바인더 조립체의 전도성 스트랩(106)의 자유단을 수용한다. 그에 따라, 정착물(213a)은, 그 사이에서 슬롯(224)을 한정하기 위해 블록(216)에서 떨어져 있는 보조 블록(216a)을 갖는다.
정착물의 개구(215)는 바인더의 개구(112 및 114)와 동일한 중심을 갖도록 정착물의 베이스 판(214)에 형성된다. 셀이 정착물(213a 또는 213b)에 정착될 때, 셀이 바인더의 개구(112 및 114) 및 관련 정착물의 개구(215)의 중심에 있음을 이해해야 한다.
제 2 바인더 조립체(104 및 102)는 관련된 정착물(213b 또는 213a) 각각에 놓인다. 도 15B에 도시된 바와 같이, 바인더 조립체가 정착된 제 2 정착물은, 바인더 조립체(102 또는 104) 및 셀(44)이 이미 놓여 있는 정착물 조립체 위에 정착된 다.
도 16에 개략적으로 도시된 로봇 용접 유닛(218)은 전도성 스트랩(106) 및 퓨즈(118)를 셀(44)에 용접한다. 구체적으로, 로봇 용접 장치(218)는 암(232)이 부착된 베이스(237)를 갖는다. 암(232)은, 서로 결합될 때 그 사이에서 셀(44)과 정착물(213a 및 213b)을 조이는(clamp) 두 개의 대향하는 핑거(233)를 포함한다. (예시되지 않은) 구동 메커니즘은 (도 16의 왼쪽 및 오른쪽으로의) X-평면과 (도 16 평면의 내부 및 외부로의) Y-평면 양자에서 고정된 구성요소 및 암(232)을 움직인다.
로봇 용접 장치(218)는 또한 용접 헤드(230)를 포함한다. 헤드(230)는 (도 16의 수직 방향인) Z-평면에서 움직일 수 있도록 트랙(234)에 부착된다. 두 개의 대향하는 전극(235 및 236)은 헤드(230)에 부착되어 헤드(230)에서 아래쪽으로 연장한다.
용접 프로세스는 정착물 사이에 삽입된 셀(44)과 바인더(102 및 104)를 암(232)의 핑거(233) 사이에 놓음으로써 시작한다. 암(232)은, 정착물의 개구(215) 중 제 1 개구가 전극(235 및 236) 아래에 배치되도록 움직인다. 용접 헤드(230)는, 전극(235 및 236)이 정착물의 개구(215) 및 정렬된 바인더의 개구(114)를 통과하여 노출된 전도성 스트랩(106)(또는 퓨즈(118)) 표면에 이르도록 내려간다. 스트랩(106)(또는 퓨즈(118))을 아래에 있는 셀(44)의 표면에 용접하기 위해 전류가 전극(235 및 236) 사이에 흐른다. 이러한 용접 프로세스가 완료되면, 헤드(230)는 올라간다. 암(232)은, 헤드(230)가 다시 내려갈 때, 전극(235 및 260)이 동일한 스트 랩(106)(또는 퓨즈(118))과 셀(44) 사이에 제 2 용접 연결점을 만들도록 약간 재배치된다.
제 1 스트랩(또는 퓨즈)의 셀 경계면에 대한 두 개의 용접 연결점이 완성된 후, 헤드(230)는 다시 올라간다. 암(232)은 다시 배치되고, 그에 따라 각 스트랩-(또는 퓨즈-) 및 -셀 경계면은 유사하게 용접된다.
배터리(40)의 최종 조립체는 도 3에 도시된 충격 흡수재(217)를 하우징(60)의 베이스에 자리 잡게 하는 것으로 시작한다. 충격 흡수재(217)는 실리콘 고무와 같은 압축성 물질로부터 형성된다. 충격 흡수재(217)는 셀 클러스터(62)에 의해 경계가 정해진 영역과 경계가 정해진다. 본 발명의 일부 변형예에서, 충격 흡수재(217)는 이전 프로세스에서 하단부 바인더 조립체(104)의 노출된 면에 접착된다. 셀 클러스터(62)는 하우징에 놓인다. 셀 클러스터(62)와 도체(176)와 와이어 조립체(177) 사이에 연결이 이루어진다.
뚜껑(66)은 배터리(40)의 조립을 완성하기 위해 하우징(60)에 용접된다. 이 프로세스에서, 뚜껑(66)은, 뚜껑의 점점 가늘어진 면(158)이 하우징의 점점 가늘어진 면(88)과 접하도록 하우징에 자리 잡는다. 도 17에 도시된 바와 같이, 하우징(60)과 뚜껑(66)의 크기 조정 덕분에, 이때, 뚜껑은, 뚜껑의 베이스(126)의 하단부 수평면이 하우징(90) 위에 떨어져 있도록 배치된다.
용접 프로세스는, 뚜껑이 하우징(60)을 내리누르도록, 뚜껑(66)에 아래쪽 힘을 가함으로써 달성된다. 도 18에서, 이것은 개략적으로 화살표(225)로 표시되어 있다. 더욱 구체적으로, 하우징의 점점 가늘어지는 면(88)과 뚜껑의 점점 가늘어지 는 면(158)의 기울어진 프로파일 덕분에, 이들 면(88 및 158)은 접해 있다. 아래쪽 힘을 가함과 동시에, 980nm의 코히어런트 (레이저) 광이, 하우징의 점점 가늘어지는 면(88)과 뚜껑의 점점 가늘어지는 표면(158) 사이의 경계면과 경계가 정해진 하우징의 측면 영역에 동시에 인가된다. 복수의 화살표(219)로 표시된 바와 같이, 이러한 광 에너지는 외부 하우징의 주변 전체에 동시에 인가된다. 이러한 용접을 수행할 수 있는 적절한 시스템은 Branson Ultrasonics 사(Conneticut, Danbury)로부터 얻을 수 있다.
광 에너지의 이러한 파장에 대한 하우징(60) 형성 물질의 투과도 덕분에, 에너지는 도 17의 점선(220)에 의해 표시된 바와 같이 하우징의 립(84)을 실질적으로 통과한다. 이러한 에너지는 뚜껑의 립(152)을 형성하는 물질에 의해 흡수된다. 뚜껑의 립(152)을 형성하는 이러한 물질은 그에 따라 그 용융점까지 가열된다. 이것은 뚜껑의 점점 가늘어지는 면(158)을 형성하는 물질을 포함한다. 뚜껑에 가해진 아래쪽 힘 때문에, 뚜껑은 하우징(60)의 개방 공간 내로 아래쪽으로 정착한다. 뚜껑(66)의 정착은 뚜껑의 베이스(126)의 하단부 면을 하우징 틀(90)에 접하게 함으로써 정지한다.
게다가, 열 에너지는 뚜껑의 점점 가늘어지는 면(158)으로부터 인근의 접해 있는 하우징의 점점 가늘어지는 면(88)으로 전달된다. 도 19에 표시된 바와 같이, 이점으로 인해, 하우징의 점점 가늘어지는 면(88)을 형성하는 물질 또한 녹게 된다. 집합적으로, 대향하는 하우징의 점점 가늘어지는 면(88)과 뚜껑의 점점 가늘어지는 면(158)을 형성하는 물질은 배터리의 하우징(60)과 뚜껑(66)의 경계면 주위 및 이러한 경계면을 따라서 밀봉한 용접 연결점(221)을 형성한다.
상기 프로세스의 일부분으로서, 하우징의 점점 가늘어지는 면(88)과 뚜껑의 점점 가늘어지는 면(158)을 형성하는 작은 양의 물질이 이들 두 면으로부터 멀리 확산함을 이해해야 한다. 이러한 물질 중 일부인, 도 19의 섬광 물질(239)은 하우징의 틀(90) 및 인접한 뚜껑의 노치(166)의 바로 안쪽 공간으로 흐른다. 이러한 물질 중 다른 것인, 섬광 물질(222)은 하우징의 수직 표면(86)과 뚜껑 립의 외부 수직면(164) 사이의 공간으로 흐른다.
III. 충전기
배터리 충전기(42)의 기본 구조가 이제 도 20, 도 20A 및 도 21을 참조하여 설명된다. 포켓(52)이 충전기 하우징(50)의 전방 평평한 부분에 형성된다(이 평평한 부분은 식별되지 않음). 충전기의 하우징(50)은 또한, 포켓(52)이 형성된 구역에 비해 올라와 있는 후방 구역(242)을 갖도록 형성된다. 후방 벽(244)은 구역(242)의 후방 단부를 형성하며, 그에 따라 충전기 하우징(50)의 후방 단부를 형성한다. 하우징의 후방 벽(244)에는 하단 및 상단 격벽(246 및 248) 각각의 세트가 형성된다. 격벽(246 및 248) 각각은 수직 방향으로 연장한다. 웹(web)(250)은, 하우징의 후방 벽(244)의 일부분이며, 격벽(246 및 248)을 서로로부터 분리한다. 격벽(246)은 그 사이에 수직 배출구(vent)(252)를 한정하기 위해 서로로부터 떨어져 있다. 격벽(248)은 그 사이에 수직 배출구(254)를 한정하기 위해 서로로부터 떨어져 있다.
배터리 충전기(42)는 또한 금속성의 평면 형상의 베이스(256)를 갖는다. 본 발명의 일 변형예에서, 베이스(256)는 스프링 강(spring steel)으로부터 형성된다. 베이스(256)는 하우징(50)의 개방 단부에 배치된다. 베이스(256)는 베이스를 관통하는 복수의 개구(50)를 갖는 형상을 갖는다. 베이스(256)는 대복수의 다른 충전기 구성요소가 부착되는 충전기 내부의 구조적 구성요소이다. 하우징(50)과 베이스(256)를 서로 고정하는 구조적 구성요소 및 패스너가 도시되어 있지 않다.
베이스(256)에 부착된 하나의 구성요소로는 히트 싱크(264)가 있다. 본 발명의 일부 변형예에서, 히트 싱크(264)는 우수한 열 전도 특성을 갖는 알루미늄 등의 물질로부터 형성된다. 히트 싱크(264)는 평면 베이스(266)를 갖는 형상을 갖는다. 복수의 수직 안정판(fin)(68)이 베이스(266)로부터 바깥쪽으로 수직하게 연장한다. 수직 안정판(268)은 베이스(266)를 측면방향에서 가로질러 연장한다.
히트 싱크(264)는 브래킷(265)에 의해 베이스(256)에 장착된다. 더욱 구체적으로, 히트 싱크(264)는, 히트 싱크가 하우징의 후방 구역(242) 내부의 공간 내에 배치되도록 베이스(256)에 장착된다. 더욱 구체적으로, 히트 싱크(264)는, 수직 안정판(268)과 하우징의 배출구(252 및 254)의 외부 에지 사이에 자유 공간이 있도록 배치된다.
방전 저항(272) 세트가 수직 안정판(268)에 대향하는 히트 싱크의 베이스(266) 면에 장착된다. 후술될 바와 같이, 배터리(42)를 충전하거나 평가하기 위한 특정한 프로세스 동안에, 배터리에 저장된 에너지를 먼저 완전히 방전하는 것이 필요하다. 이러한 프로세스 단계는 배터리를 방전 저항(272)에 연결함으로써 수행된다. 본 발명의 예시적인 변형예에서, 각 방전 저항(272)은 충전기의 포켓(52) 중 분리된 하나와 관련된다. 배터리(40)를 방전하는 동안에, 각 배터리는 포켓과 관련된 특정한 방전 저항(272)에 연결되며, 이 포켓에는, 배터리와 결합된 모듈(54)이 자리 잡는다.
각 방전 저항(272)은 일반적으로 15Ω 이하의 저항을 갖는다. 본 발명의 또한 다른 변형예에서, 각 방전 저항(272)은 10Ω 이하의 저항을 갖는다. 각 방전 저항(272)은 종종 자신의 히트 싱크(예시되지 않음)에 내장된다. 이러한 저항 히트 싱크는 히트 싱크 베이스(266)에 물리적으로 접해 있는 저항 구성요소이다.
히트 싱크 베이스(266)에는 온도 센서(274)가 또한 부착된다. 하우징(50)을 관통하거나 히트 싱크(264)를 가로질러 공기를 이동시키기 위해 충전기(42) 내부에 있거나 그렇지 않으면 충전기(42)와 통합된 팬 또는 다른 장치가 없음이 관찰될 것이다.
도 1로부터, 각 I/O 유닛(58)이 LCD 디스플레이(278)와 두 개의 LED(280 282)를 포함함을 알 수 있다. 본 발명의 충전기(40)의 각 I/O 유닛(58)은 또한 두 개의 멤브레인 스위치(membrane switch)(284 및 286)를 포함한다.
도 22는 충전기(42) 내부에 있는 전자 회로 조립체의 블록도이다. 전원(288)은 라인 전류를 충전기(42) 내부의 다른 구성요소에 에너지를 공급하는데 사용될 수 있는 신호로 변환한다. 전원(288)은 또한, 셀(44)을 충전하기 위해 모듈(54)을 거쳐서 배터리(40)에 인가되는 신호를 생성한다.
충전 전류는 전류 소스(290)에 의해 배터리에 인가된다. 실제로, 충전기(42)는, 각 모듈(54)을 거쳐서 배터리로 전류를 인가하기 위한 것인 복수의 전류 소 스(290)를 갖는다. 이로 인해, 서로 다른 충전 신호가 분리되어 부착된 배터리에 동시에 인가되게 된다. 단순화하기 위해, 단 하나의 전류 소스(290)가 예시되어 있다. 각 전류 소스(290) 내부에는 저항(292)이 있다. 배터리(40)가 모듈(54)에 자리 잡을 때, 저항(292)은 배터리의 양의 단자와 접지 사이에 연결부를 구축한다. 각 방전 저항(272)은 전류 소스 중 분리된 하나와 관련된다. 그에 따라, 도 22에서, 전류 소스(290) 내부에는 방전 저항(272)이 도시되어 있다. 각 방전 저항(272)은 선택적으로 접지에 연결된 하나의 단부를 갖는다. 저항(272)의 대향하는 단부는 스위치, 통상 FET(이 스위치는 도시되지 않음)에 의해 배터리의 양의 단자에 선택적으로 연결된다.
모듈(54)은, 도 18에서 블록 요소로서 도시된 것으로서, 저항(294)을 또한 포함한다. 저항(294)은 배터리 접촉부(70)가 연결된 단자 양단에 선택적으로 연결된다. 스위치, 통상 FET(예시되지 않음)는 이러한 연결을 이루기 위해 사용된다. 그에 따라, 저항(294)은 배터리(40)의 부하 전압을 측정하는데 사용된다.
모듈(54)은 NOVRAM(296)을 또한 포함한다. NOVRAM(296)은, 모듈을 통해 충전된 배터리(40)의 충전을 조정하는데 사용된 충전 시퀀스 및 충전 파라미터 데이터를 포함한다. 또한, 충전기(42) 내부에 있는 메인 프로세서(298)는 배터리(40)의 충전을 제어한다. 메인 프로세서(298)는 또한, 배터리의 건강 상태 평가를 수행해야 하는지를 판정하고, 그러한 평가를 수행하며, 그러한 평가로 생성된 데이터를 기초로 해서, 배터리의 건강 상태의 지시(indication)를 생성한다. 메인 프로세서(298)는, 배터리 마이크로컨트롤러(46)와 모듈 NOVRAM(296)로부터 데이터를 얻 어, 그 내부의 메모리에 데이터를 로딩하기 위해 판독/기록 명령을 또한 생성한다. 본 발명의 다른 변형예에서, Atmel사(San Jose, California)로부터 얻을 수 있는 AT91SAM7X256/128이 메인 프로세서(298)로서 기능한다.
더욱 상세하게, 메인 프로세서(298)는, 집합적으로 버스(304)로 표시된 복수의 도체를 통해 전류 소스(290)에 연결된다. 메인 프로세서(298)는 가변적인 CURRENT_CONTROL 신호를 전류 소스(290)에 출력한다. CURRENT_CONTROL 신호에 응답하여, 전류 소스(290)는 선택 전류에서 충전 전류를 모듈(54)을 거쳐 배터리 셀(44)에 출력한다. 저항(292) 양단의 전압은 버스(304)를 통해 메인 프로세서(298)에 MEASURED_VOLTAGE 신호로서 출력된다. 이러한 MEASURED_VOLTAGE 신호는 배터리(40) 양단의 전압을 나타낸다. 또한, 버스(304)를 거쳐 메인 프로세서(298)로부터 출력되는 것은, 저항(272)을 배터리(40)에 선택적으로 연결하는 스위치로 전달되는 신호이다. 이러한 연결로 인해, 배터리(40)에 저장된 전하는 저항(272)에 의해 방전되게 된다.
메인 프로세서(298)는 단일-와이어 버스(260)로서 표시된 복수의 도체에 의해 모듈(54)에 연결된다. 메인 프로세서(298)는, 배터리(40)의 양의 단자와 음의 단자 양단에 저항(294)을 연결하는 제어 신호를 선택적으로 생성한다. 저항(294)이 그렇게 연결될 때, 저항(294)은 저항(292)에 연결된다. 그에 따라, 전류 소스(290)로부터의 MEASURED_VOLTAGE 신호는 배터리(40)의 부하 전압의 측정치가 된다.
버스(260)는 또한 링크로서 기능하며, 이 링크를 거쳐서, 모듈의 NOVRAM(296)의 내용이 메인 프로세서(298)에 기록된다. 또한, 데이터는 버스(260) 를 통해 배터리의 마이크로컨트롤러(46)로부터 판독되고, 이러한 컨트롤러(46)에 기록된다.
온도 센서(274)에 의해 생성된 출력 신호는 메인 프로세서(298)에 인가된다.
메인 프로세서(298)는 또한 데이터 트랜시버 헤드(301)에 연결된다. 트랜시버 헤드(301)는 버스(586)에 연결된 충전기 내부의 인터페이스이다(도 26).
모듈(54) 및 전류 소스(290) 내부의 구성요소와, 배터리를 충전시킬 수 있는 프로세스에 대한 더욱 상세한 설명은 참고문헌으로 병합되어 있는 미국특허(제 6,018,227호)에 개시되어 있다. 복수의 배터리와 대안적인 충전 조립체를 충전하는데 수반되는 프로세스에 대한 추가적인 설명은 2001년 2월 6일자로 허여된 본 출원인의 양수인의 미국특허(제 6,184,655호)에서 볼 수 있으며, 상기 특허의 전체 내용은 참고로서 본 명세서에 병합되어 있다.
배터리의 충전기(42)는 또한 I/O 프로세서(299)를 포함한다. I/O 프로세서(299)는, 메인 프로세서(298)로부터 출력된 신호를 기초로 해서, LCD 디스플레이(278)가 적절한 영상을 생성하게 하는 신호를 생성한다. I/O 프로세서(60)는 또한 LED(280 및 282)의 작동을 조정한다. 멤브레인 스위치(284 및 286)는 또한 I/O 프로세서(299)에 연결된다. 스위치(284 및 286)를 개방하고 폐쇄한 결과 생성된 신호를 기초로 해서, I/O 프로세서(299)는 메인 프로세서(298)로의 적절한 명령을 생성한다.
IV. 동작
A. 배터리
배터리의 마이크로컨트롤러(46)는 세 개의 다른 모드로 동작한다. 이것은 배터리(40) 내부의 구성요소가 셀(44)에 가하는 부하를 최소화할 것이다. 정상 모드에서, 마이크로컨트롤러(46) 내부의 모든 부회로에는 에너지가 공급된다. 본 발명의 일 변형예에서, 마이크로컨트롤러(46)는, 이 상태에 있을 때, 대략 6mA를 끌어온다. 마이크로컨트롤러(46)는 또한 전력 강하, 클록 온 상태(power down, clock on state)를 갖는다. 마이크로컨트롤러(46)가 이 상태에 있을 때, CPU(185), 아날로그 비교기(191) 및 아날로그-디지털 회로(192)가 비활성화된다. CPU 클록(189)과 실시간 클록(190) 양자는, 마이크로컨트롤러(46)가 전력 강하, 클록 온 상태에 있을 때, 온(on) 상태가 된다. 마이크로컨트롤러(46)가 전력 강하, 클록 온 상태에 있을 때, 마이크로컨트롤러는 대략 3mA를 끌어온다.
전력 강하, 클록 오프 상태는, 마이크로컨트롤러(46)가 동작하는 가장 낮은 전력 소비 상태이다. 이 상태에서, CPU(185), CPU 클록(189), 실시간 클록(190) 및 아날로그-디지털 회로(192)는 비활성화된다. 마이크로컨트롤러(46)가 이 상태에 있을 때, 아날로그 비교기(191)는 활성화된다. 마이크로컨트롤러(46)는, 전력 강하, 클록 오프 상태에 있을 때, 대략 120 내지 150㎂를 끌어온다.
아날로그 비교기(191)가 온 상태인 이러한 상태 동안에, 마이크로컨트롤러(46) 내부의 스위치는, 저항(209 및 210)을 통해 접지로 흐르는 전류가 있도록 설정됨을 또한 이해해야 한다. 이로 인해, 비교기의 반전 입력에는 VTEMP _ REF 신호가 나타난다. 아날로그 비교기(191)가 오프될 때, 배터리의 마이크로컨트롤러(46)가 전력 강하, 클록 온 상 상태에 있는 경우, 마이크로컨트롤러의 스위치는 저항(209 및 210) 양자가 높은 상태로 결합되도록 설정된다. 이로 인해, 이들 저항이 끌어오는 전류는 제거된다.
이제 도 23A 및 도 23B의 흐름도를 참고하여, 마이크로컨트롤러(46)의 동작이 설명된다. 대부분의 시간 동안에, 배터리의 마이크로컨트롤러(46)는 전력 강하, 클록 오프 상태에 있다. 도 21A에서, 이것은 단계(390)로 표시되며, 마이크로컨트롤러는 전력 강하, 클록 오프 상태로 들어간다. 마이크로컨트롤러(46)가 이 상태에 있을 때, 아날로그 비교기(191)는 단계(392)에서 지속적으로 VTEMP를 VTEMP _ REF에 비교한다. 이러한 비교가, 온도 센서(48)로부터의 신호가 배터리가 고압처리되고 있지 않음을 지시함을 지시하는 한, 마이크로컨트롤러(46)는 전력 강하, 클록 오프 상태를 유지한다.
기준 신호(VTEMP _ REF)가 고압처리기 내부의 실제 온도에 대응하는 신호가 아닐 수 있음을 이해해야 한다. 배터리 하우징(60) 및 뚜껑(66)의 열 격리를 보상하는 대신, VTEMP _ REF는 실제 고온 멸균기의 온도 레벨보다 더 낮은 온도에 대응하는 레벨에 있을 수 있다. 본 발명의 일부 변형예에서, VTEMP _ REF 신호는, 일반적으로 적어도 100℃인 주변 온도와 같은 고압처리기의 온도를 나타내는 레벨로 설정된다. 종종, 이것은 100℃와 150℃ 사이의 주변 온도이다. 본 발명의 대안적인 변형예에서, 배터리가 주변 온도가 적어도 70℃인 환경과 같은 가혹한 환경에 있는 것으로 간주되 도록 VTEMP _ REF 신호를 설정하는 것이 바람직할 수 있다. VTEMP _ REF 신호의 실제 레벨은 열 모델링 및/또는 선험적 분석에 의해 판정될 수 있다.
단계(392)에서, 이러한 비교가 VTEMP가 VTEMP _ REF를 초과함을 지시한다면, 마이크로컨트롤러(46)는 배터리가 고압처리되고 있음을 지시하는 것으로 VTEMP 신호를 해석한다. 이러한 경우에 응답하여, 마이크로컨트롤러(46)는, 단계(394)에서, 전력 강하, 클록 온 모드에 들어간다.
마이크로컨트롤러(46)가 전력 강하, 클록 온 모드에 들어간 결과, 실시간 클록(190)은 단계(396)에서 30초의 시간 기간을 센다. 이렇게 센 후, 마이크컨트롤러(46)는 단계(398)에서 정상 모드로 전환한다. 정상 모드에 있으면, 단계(402)에서, 비교기(191)를 사용하여 다시 VTEMP를 VTEMP _ REF에 비교한다.
만약 단계(402)의 비교가 배터리가 여전히 고압처리중임을 지시한다면, CPU(185)는 데이터 업데이트 단계(404)를 실행한다. 단계(404)에서, RAM(188)에 저장된 데이터가 업데이트된다. 이들 데이터는 배터리가 고압처리 온도에 있었던 총 시간을 지시하는 필드를 포함한다. 본 발명의 일부 변형예에서, 이 필드에 있는 데이터는 단지 단위 카운트(1 단위=30초)만큼 증분한다. 현재의 고압처리 사이클의 가장 높은 온도를 지시하는 RAM 필드의 데이터가 또한 업데이트될 수 있다. 단계(402)의 이 부분에서, 아날로그 디지털 변환기(192)로부터의 VTEMP를 나타내는 디지털 신호가 RAM(188)에 저장된 온도 레벨에 비교된다. 만약 변환기(192)로부터의 데이터가 저장된 측정치보다 더 높은 온도를 나타낸다면, 이들 데이터는 RAM 필드에 겹쳐 기록된다.
일단 단계(404)가 수행되면, 마이크로컨트롤러(46)는 전력 강하, 클록 온 모드에 다시 들어간다. 따라서, 단계(394, 396 및 402)가 다시 수행된다.
고압 프로세스를 완료하면, 배터리 온도는 고압처리 온도 미만으로 강하할 것이다. 이러한 이벤트는 단계(402)의 비교에서 다른 결과로 지시될 것이다. 그러면, 배터리의 마이크로컨트롤러(46)는 메모리(187)에 저장된 데이터를 업데이트한다. 이러한 프로세스는 단계(408)에서 메모리(187)에 저장된 기본 이력 데이터의 업데이트를 포함한다. 단계(408)의 일부분으로서, 배터리가 고압처리된 횟수를 카운트하고, 필드(199)의 데이터는 1만큼 증분한다. 배터리가 고압처리된 총 시간을 지시하는 RAM(188)에서의 데이터를 기초로 해서, 누적 고압처리 시간 필드(200)의 데이터가 유사하게 개정된다. 또한, 단계(408)에서, 필드(204)의 데이터는 배터리가 이 마지막 고압처리에서 고압처리된 시간을 지시하도록 업데이트된다.
단계(408)에서, 메모리(187)의 데이터는, 배터리가 이 고압처리에서 고압처리되었던 총 시간을 지시하는 RAM 데이터를 기초로 해서 업데이트된다. 구체적으로, 배터리가 이 사이클에서 고압처리되었던 총 시간을 지시하는 데이터는 필드(205)에 기록된다. 가장 긴 단일 고압처리 시간을 지시하는 필드(206)의 데이터는, 필요한 경우 유사하게 겹쳐 기록된다. 본 발명의 일부 변형예에서, 이들 데이터는 먼저 RAM에 기록된다.
단계(410)에서, 마이크로컨트롤러의 CPU(185)는 배터리가 잠재적으로 과도하 게 고압처리되었는지를 판정한다. 이러한 단계는, RAM(188)으로부터의 배터리가 고압처리되었던 시간을 한계 시간에 비교함으로써 실행된다. 이러한 한계 시간은 배터리가 고압처리될 수 있는 허용 시간의 한계치이며, 그 내부 구성요소에 어떠한 잠재적인 손상도 있지 않을 것이다. 본 발명의 일부 변형예에서, 이러한 한계 시간은 3분과 60분 사이에 있다. 본 발명의 다른 더욱 바람직한 변형예에서, 이러한 한계 시간은 5분과 30분 사이에 있다.
만약 배터리가 잠재적으로 과도하게 고압처리되지 않았다면, 마이크로컨트롤러는 전력 강하, 클록 오프 모드로 복귀한다. 단계(390)가 재수행된다.
그러나 만약 단계(410)의 비교가 배터리가 잠재적으로 과도하게 고압처리되었을 수 있음을 지시한다면, 단계(412)에서 데이터는 다시 개정된다. 단계(412)에서, 배터리가 겪게 되었던, 잠재적으로 과도한 고압처리의 횟수를 지시하는, 필드(201)의 데이터는 증분된다. 본 발명의 일부 변형예에서, 이들 데이터는 먼저 RAM(188)에 기록된다. 그런 다음, (예시되지 않은) 단일 플래시 기록(write-to-flash) 단계에서, 단계(408 및 412)에서 RAM(188)에 기록된 모든 데이터가 플래시 메모리(187)에 기록된다.
또한, 단계(412)에서, 배터리가 잠재적으로 과도한 고압처리에 노출되었던 누적 시간은 업데이트된다. 이러한 시간 카운트는, 배터리가 고압처리되었던 총 시간에서 한계 시간을 감산함으로써 먼저 조정된다. 그에 따라, 만약 배터리가 12분 동안 고압처리되었고, 한계 시간이 10분이었다면, 감산을 통해, CPU(185)는 이 고압 사이클 동안에 배터리가 2분 동안 잠재적으로 과도하게 고압처리되었다고 판정 한다. 이것은 필드(202)에 저장된, 누적된 데이터에 더해진 값이다. 그러면, 단계(390)가 수행되어, 배터리의 마이크로컨트롤러(46)를 전력 강하, 클록 오프 상태로 복귀시킨다.
B. 충전기
충전기(42)가 배터리(이제는 40)를 충전하는 프로세스가 도 24A, 도 24B 및 도 24C의 흐름도를 참조하여 이제 기술된다. 예시되지 않았지만, 기재된 프로세스는 모듈(54)이 충전기 포켓(52)에 자리 잡는다고 가정함을 이해해야 한다. 각 모듈(54)이 포켓(52)에 자리 잡으면, 모듈의 NOVRAM(296)의 데이터가 충전기의 메인 프로세서(298)로 판독된다(이 단계는 도시되지 않음). 단계(452)에서, 메인 프로세서(298)는, 배터리(42)가 모듈(54)에 자리 잡는지를 판정하기 위해 지속적으로 테스트한다. 이러한 테스트는 현재 소스의 MEASURED_VOLTAGE 신호 레벨을 모니터링하여 실행된다. 상세하게는, 만약 배터리가 모듈(54)에 자리 잡지 않는다면, MEASURED_VOLTAGE 신호는 전류 소스에 의해 출력된 충전 신호의 개방 회로 전압이다. 본 발명의 일부 실시예에서, 이 전압은 20VDC이다. MEASURED_VOLTAGE 신호가 이 개방 회로 전압 레벨을 유지하는 한, 메인 프로세서(298)는 지속적으로 단계(452)를 다시 수행한다.
배터리(40)를 모듈(54)에 자리 잡게 하면, MEASURED_VOLTAGE 신호는 강하하게 된다. (배터리를 모듈에 자리 잡게 함으로 인한) 이러한 신호 레벨의 강하에 응답하여, 단계(453)에서, 메인 프로세서(298)는 배터리의 마이크로컨트롤러(46)가 전력 강하, 클록 오프 모드에서 정상 모드로 전환하게 한다. 본 발명의 일 변형예 에서, 이러한 전환은 배터리 접촉부(70)를 소정의 시간 기간 동안에 접지에 연결함으로써 실현된다. 이것은 마이크로컨트롤러(46)에 연결된 1-와이어 통신선을 접지까지 끌어낸다. 배터리의 마이크로컨트롤러(46) 내부의 인터럽트 회로(이 회로는 예시되지 않음)는 이러한 통신선을 지속적으로 모니터링한다. 인터럽트 회로는, 통신선 상의 연장된 낮은 상태의 신호를, 자신이 마이크로컨트롤러(46)를 전력 강하, 클록 오프 상태에서 정상 상태로 전환시켜야 함을 지시하는 것으로 해석한다.
배터리의 마이크로컨트롤러(46)가 정상 모드에 있으면, 메인 프로세서(298)는 모듈(54)을 통해 명령을 생성하여, 배터리의 마이크로컨트롤러(46)가 관련 메모리(187)의 내용을 메인 프로세서(298)에 모두 기록하게 한다. 이들 데이터는 메인 프로세서(298)에 모두 기록된다. 충전기의 프로세서(298)에 기록된 데이터는 충전 시퀀스 명령과, 배터리의 사용 및 고압처리 이력을 기재한 데이터를 포함한다. 집합적으로, 이러한 판독 요청 및 모든 데이터 기록은 단계(456)로서 도시되어 있다.
그러면, 메인 프로세서(298)는, 메모리(187)로부터 검색한 데이터가 배터리가 최대 건강 상태(S_O_H) 평가를 받아야 함을 지시하는지를 판정한다. 배터리(40)가 그렇게 평가되어야 하는지를 판정하는 하나의 테스트로는, 단계(458)에서, 메모리 파일(204)로부터 검색한 데이터를 기초로 한 판정이 있다. 파일(204)의 마지막 목록은 배터리가 마지막 고압처리에서 고압처리되었던 총 시간을 지시한다. 메인 프로세서(298)는, 단계(458)에서, 이 값을 한계 시간에 비교한다. 만약 마지막 고압처리가 한계 시간을 초과한 시간 동안 이뤄졌다면, 메인 프로세서(298)는 배터리가 건강 상태 평가를 실행하기 적절한 상태에 있는 것으로 간주한다.
단계(460)로 표시한 바와 같이, 건강 상태 평가가 필요한지를 판정하기 위해 배터리의 메모리(287)로부터 판독된 다른 데이터가 또한 테스트된다. 예컨대, 단계(460)에서, 각 배터리가 P회를 초과하는 재충전이나 Q회를 초과하는 고압처리를 겪게 되는 지를 판정하기 위해, 필드(196 및 199)의 데이터가 판독된다. 또한, 단계(460)에서, 제조된 이래로, 배터리가 R의 총 시간 동안 잠재적으로 과도한 고압처리에 노출되었는지를 판정하기 위해, 필드(202)의 데이터를 판독한다. 단계(460)에서, 프로세서(298)는, 배터리가 P회의 재충전, Q회의 고압처리, 또는 R의 총 시간 동안 잠재적으로 과도한 고압처리로의 노출 중 복수 개를 겪었다면, 전체적인 건강 상태 평가를 실행하는 것이 필요하다고 판정한다.
또한, 충전기의 프로세서(298)가 배터리가 모듈 소켓(56)에 있음을 검출하면, 이 프로세서는, 건강 상태 평가를 원하는지를 묻는 메시지가 보조 디스플레이(278) 상에 제공되게 할 수 있다(이 단계는 도시되지 않음). 배터리(40)를 충전하는 책임이 있는 사람은, 단계(462)에서, 멤브레인 스위치(284 또는 286) 중 적절한 하나를 눌러서 평가가 필요한지를 지시한다.
만약 건강 상태 평가가 필요치 않다면, 충전기는 단계(464)에서 배터리에 대한 표준 충전 시퀀스를 수행한다. 단계(464)에서, 배터리의 마이크로컨트롤러 메모리(187)나 모듈의 NOVRAM(296)으로부터 수신한 시퀀스 명령을 기초로 해서, 충전기의 메인 프로세서(298)는 연결된 전류 소스(290)가 충전 전류의 적절한 시퀀스를 배터리 셀(64)에 인가하게 한다. 충전 전류는 또한 전류 소스(290)로부터 얻은 MEASURED_VOLTAGE 신호를 기초로 한 것임을 이해해야 한다.
충전 프로세스가 완료되면, 충전기(42)는 단계(466)에서 배터리 상의 부하 전압 테스트를 실행한다. 통상, 부하 전압 테스트는, 배터리(40) 양단의 부하 전압을 측정하여 실행된다. 충전기의 메인 프로세서(298)는, 적절한 게이트 신호를 저항(294)이 부착된 모듈과 통합된 FET에 어서팅(asserting)함으로써 이러한 평가를 실행한다(FET는 예시되어 있지 않음). 이로 인해, 결국 배터리의 양의 단자와 음의 단자 양단에 모듈의 저항(294)이 연결된다. 저항(294)이 그렇게 배터리에 연결된 결과, 전류 소스(290)로부터의 MEASURED_VOLTAGE 신호는 배터리의 부하 전압의 측정치가 된다. 배터리 상태에 대한 이러한 단일 테스트의 수행은, 배터리(42)의 부분적인 건강 상태 평가의 실행인 것으로 간주될 수 있다.
단계(468)에서, 메인 프로세서(298)는 I/O 프로세서(299)를 거쳐서, 배터리의 부하 전압을 지시하는 영상이 디스플레이(278) 상에 제공되게 한다. 이러한 데이터를 종종 배터리의 기본적인 건강 상태의 지시라고 지칭한다. 만약 배터리의 부하 전압(기본적인 건강 상태)이 허용 레벨 이상이라면, 메인 프로세서(298)는, 단계(468)의 또한 일부분에서, 다시 I/O 프로세서(299)를 거쳐서, LED(280 또는 282) 중 적절한 하나가 배터리가 사용할 수 있음을 지시하기 위해 빛을 발하게 한다.
단계(470)에서, 메인 프로세서(298)는 충전에 관한 데이터를 배터리의 메모리(187)에 기록한다. 구체적으로, 단계(470)에서, 메모리 필드(196)에 저장된 충전 횟수의 카운트가 증분된다. 또한, 데이터가 파일(197)에 추가되어, 충전 이후 배터리의 측정된 부하 전압을 지시한다.
마침내, 단계(471)에서, 배터리(40)가 충전기(42)로부터 제거된다. 이 단계 의 결과로, 배터리(40) 내부의 1-와이어 선을 통해서 어떠한 통신도 없다. 이러한 선 상의 신호는 지속적으로 높은 레벨 상태로 전환한다. 단계(453)에 관해 상술한 바와 같이, 이러한 통신선 상의 신호 레벨은 인터럽트 회로에 의해 모니터링된다. 인터럽트 회로는, 단계(471)가 수행되었음을 지시하는 것으로서 연장된 시간 기간 동안에 높은 상태에 있는 통신 선의 신호 레벨을 중단한다. 그러므로 단계(472)에서, 인터럽트 회로는 배터리의 마이크로컨트롤러를 정상 상태에서 다시 전력 꺼짐, 클록 오프 상태로 전환한다. 충전기(42)는 단계(452)로 복귀한다.
도시되지 않았지만, 충전 프로세스가 완료된 후, 메인 프로세서(298)는 또한 LED 중 하나가 배터리가 사용될 수 있음을 지시하도록 적절히 작동하게 한다.
단계(478)로 표시한 바와 같이, 배터리의 전체적인 건강 상태 평가는 배터리의 완전한 방전으로부터 시작한다. 단계(478)는, 메인 마이크로프로세서(298)가 적절한 게이트 신호를 어서팅(asserting)하여 배터리의 양의 단자를 저항(272)에 결합시킴으로써 수행된다. 주기적으로, 단계(480)에서, 배터리 양단의 전압이 측정된다. 이 단계는, 배터리가 완전히 방전되었다고 판정될 때까지 수행된다.
일단 배터리(40)가 완전히 방전되면, 단계(484)에서 충전기(42)는 배터리 충전을 진행한다. 단계(484)는 본질적으로 단계(464)와 동일하다. 이러한 평가의 일부분으로서, 메인 프로세서(298)는, 단계(484)에서, 배터리 내부의 셀(64)이 완전히 충전하는데 걸린 시간의 전체 길이를 또한 모니터링한다. 당업계에서 알려진 바와 같이, 메인 프로세서는 통상, 어떤 시간 기간에 걸친 전압 변화가 0 미만의 값으로 떨어질 때(음의 기울기)를 판정함으로써, 셀이 완전히 충전되었는지를 판정한 다. 그에 따라, 단계(486)에서, 배터리(40)의 주요한, 즉 메인 상태의 충전 동안에, 메인 프로세서(298)는 ΔVBATTERY/ΔTime과 메인 상태의 충전의 시작에서부터 이러한 기울기가 음이 되는데 걸린 시간 양자를 모니터링한다. 이러한 시간은 TFULL_CHARGE이다.
일단 배터리의 메인 상태 충전이 완료되면, 충전기(42)는 단계(488)에서 부하 전압 테스트를 실행한다. 단계(488)는 본질적으로 단계(466)의 부하 전압 테스트와 동일하다.
단계(486 및 488)에서 얻은 데이터를 기초로 해서, 메인 프로세서(298)는, 배터리의 건강이 전동 외과수술용 기구를 작동하기에 필요한 전력량을 공급할 수 있을 정도가 되는지를 판정한다. 단계(490)에서, 메인 프로세서(298)는, 배터리를 완전히 충전하는데 걸린 전체 시간(TFULL _ CHARGE)이 임계 시간(TTHRESHOLD) 이상인지를 판정함으로써 이러한 판정을 수행한다. 이러한 판정에 대한 기초는, TFULL_CHARGE 시간이 배터리에 저장된 충전량에 정비례한다는 것이다. 그러므로 만약 TFULL_CHARGE > TTHRESHOLD라면, 이것은, 배터리의 충전량이 그러한 전력을 필요로 하는 총 시간 동안 외과수술용 기구에 에너지를 공급하는데 필요한 충전량을 초과한다는 점을 지시한다. 그에 따라, 상기 판정이 참인 것으로 테스트될 때, 메인 프로세서(298)는, 배터리가 필요에 따라 외과수술 장비에 충분히 전력을 공급할 수 있는 상태에 있는 것으로 배터리를 인식한다.
만약 단계(490)의 판정이 거짓인 것으로 테스트될 때, 메인 프로세서(298)는 배터리가 정반대 상태에 있는 것으로 간주한다. 이 이벤트에서, 메인 프로세서(298)는 단계(492)에서 I/O 프로세서(299)가 디스플레이(278) 상에서 배터리(40)에 관한 적절한 거짓 상태 메시지를 생성하게 한다. 이것은 배터리가 적절히 기능을 하지 않을 수 있다는 통지를 제공한다.
건강 상태 평가의 일부분으로서, 메인 프로세서(298)는 단계(494)에서 부하 전압이 최소 전압 값을 초과하는지를 판정한다. 만약 배터리의 부하 전압이 이 최소값을 초과하지 않는다면, 배터리는 높은 내부 저항을 가져서, 배터리가 부착된 기구에 적절히 에너지를 공급할 수 없는 것으로 간주된다. 그러므로 만약 단계(494)에서, 판정이 거짓으로 테스트되면, 단계(492)가 수행된다.
건강 상태 평가의 일부분으로서, 메인 프로세서(298)는 TFULL _ CHARGE와 측정된 부하 전압 양자를 기초로 해서 배터리가 충분한 전하를 전달할 수 있는지를 또한 판정한다. 구체적으로, 단계(496)에서 TFULL _ CHARGE와 측정된 부하 전압 값 양자가 공칭화된다. 본 발명의 일부 변형예에서, 이들 값 각각은 이들 값을 예컨대 0.0과 1.0 사이의 범위로 정량화함으로써 공칭화된다.
그에 따라, 단계(498)에서, 공칭화된 TFULLCHARGE와 VATLOAD 값은 수학식의 입력 변수로서 사용된다. 이 수학식은 간단한 덧셈일 수 있다.
Figure 112008036018606-pct00001
여기서, S_H_R은 건강 상태의 결과이다. 대안적으로, 공칭 값에 계수가 곱해진다.
Figure 112008036018606-pct00002
여기서, A와 B는 상수이다. 본 발명의 일부 변형예에서, 변수는 함께 곱해진다:
Figure 112008036018606-pct00003
여기서, C 및 D는 상수이다.
S_H_R이 계산되면, 단계(502)에서, 이것은 차단 값(S_H_RCUTOFF)과 비교된다. 만약 S_H_R이 S_H_RCUTOFF 이상이라면, 충전기의 메인 프로세서(298)는 배터리가 적절한 전하를 외과수술용 기구에 전달할 상태에 있는 것으로 배터리를 인식한다. 그러므로, 단계(504)가, 배터리가 사용될 수 있음을 지시하기 위해, 적절한 영상이 디스플레이(282) 상에 제공되게 하고, LED가 작동되도록 수행된다. 또한, 단계(504)에서, 충전기는 디스플레이(278) 상에 상기 계산된 S_H_R 결과의 지시를 제공한다. 이들 데이터를 배터리의 교정된 건강 상태의 지시라고 지칭한다. 만약, 단계(502)에서, 계산된 S_H_R 값이 S_H_RCUTOFF 미만이라고 판정된다면, 단계(492)가 수행된다.
단계(492나 504)가 수행된 후, 단계(470)가 충전 공전을 완료하기 위해 수행 된다. (단계(470)로의 루프백은 도시되지 않는다.)
본 발명의 충전기(42)는 또한, 작동될 때, 온도 센서(274)가 히트 싱크(264)의 온도를 나타내는 신호를 메인 프로세서(298)에 제공하도록 구성된다. 도 25의 단계(508)로 표시된 바와 같이, 메인 프로세서(298)는 히트 싱크 온도(TH _S)를 모니터링한다. 단계(510)로 표시된 바와 같이, 메인 프로세서는 히트 싱크 온도를 한계 온도(TH _S_ LMT)에 비교한다.
본 발명의 충전기(42)가 충전 프로세스나 건강 상태 평가의 일부로서 배터리(40)를 방전하기 위해 필요할 때, 배터리 전하는 저항(272) 중 하나를 거쳐서 방전된다. 이 저항에 의해 생성된 열은 전도에 의해 히트 싱크(272)에 전달된다. 공기가 베이스의 개구(258)와 하우징 배출구(252)를 통해 충전기의 하우징 내로 흐르는 대부분의 시간은 히트 싱크(272)에 의해 복사된 열을 흡수하기에 충분한 열용량을 갖는다. 이러한 따뜻한 공기는 하우징의 배출구(254)를 통해 배출된다. 그러한 시간 기간 동안에, 히트 싱크 온도는 히트 싱크 한계 온도 미만에서 유지된다.
그러나 히트 싱크(264)를 지나간 공기 흐름이 히트 싱크(264)로부터 발생한 모든 열을 흡수할 수 없는 경우가 있을 수 있다. 이것은, 비정상적인 환경으로 인해, 충전기가 복수의 배터리로부터 많은 양의 전류를 동시에 방전하는 경우에 발생할 수 있다. 만약 이러한 이벤트가 발생한다면, 측정된 히트 싱크 온도가 상승한다. 만약 히트 싱크 온도가 한계 온도(TH _S_ LMT)를 초과하여 상승한다면, 추가 온도 상승으로 인해, 충전기의 하우징(52)이 충전기(42)를 만지기 싫게 하는, 즉 악화된 온도까지 가열되게 할 가능성이 있다. 한계 온도(TH _S_ LMT)는 종종 선험적인 분석에 의해 판정됨을 이해해야 한다.
그러므로 만약 단계(510)의 비교가 히트 싱크 온도가 한계 온도를 초과함을 지시한다면, 메인 프로세서(298)는 단계(510)로 표시한 배터리 방전의 인터럽트 시퀀스를 수행한다. 이러한 시퀀스에서, 충전기는 하나 이상의 부착된 배터리(40)의 방전을 인터럽트한다. 그에 따라, 단계(510)에서, 하나 이상의 배터리가 현재 겪고 있는 방전 단계(478)가 인터럽트될 수 있다. 유사하게, 만약 하나의 배터리가 이 배터리에 대한 정상적인 충전 시퀀스의 일부분으로서 방전중이라면, 그러한 방전 단계도 마찬가지로 인터럽트될 수 있다.
단계(510)는, 히트 싱크 온도의 후속 측정 결과(이 단계는 도시되지 않음), 단계(512)에서 히트 싱크 온도가 재시작 온도(TH _S_ RSTRT) 미만으로 강하한 것으로 판정될 때까지 수행된다. 히트 싱크 온도가 이 레벨까지 떨어진다면, 방전된 저항(272)에서 발생한 추가적인 열 에너지는, 그러한 열이 충전기를 원치 않는 상태에 둘 가능성 없이 출력될 수 있다. 그러므로 히트 싱크 온도가 그렇게 강하하면, 단계(510)가 종료된다.
본 발명의 배터리(40)는 그 셀이 손상되었는지에 대한 지시를 제공한다. 만약 배터리(40)가 이 상태에 있다면, 충전기(42)는 배터리에 대한 건강 상태 평가를 수행한다. 본 발명의 한 가지 즉각적인 장점은, 배터리 셀이 손상되었을 경우, 건강 상태 평가가 실행된다는 것이다. 이로 인해, 누군가가 외과 수술 기구에 에너지 를 공급하기 위해 손상된 배터리를 사용하고자 할 가능성이 상당히 감소한다.
배터리(40)의 충전 또는 방전 동안에, 셀(44)의 온도는 불가피하게 상승한다. 본 발명에서, 각 셀은 인접한 셀이 없게 떨어져 있는 일부 표면적을 갖는다. 이것은 셀의 균일하지 않은 열 소산과 그에 따른 균일하지 않은 온도 상승을 최소화한다. 이러한 온도 불균형의 감소로 인해, 개별 셀(44)이 전기적으로 불균형하게 될 정도가 그에 유사하게 감소된다. 셀의 전기적인 불균형의 감소는, 그렇게 불균형 상태인 셀이 배터리의 이용 또는 유효 수명에 악영향을 미칠 수 있는 정도를 감소시킨다.
본 발명의 배터리(40)는, 퓨즈(118)의 좁은 구역(119)이 인접한 바인더(108 및 110)에서 떨어져 있도록 또한 설계된다. 구역(119)은 선택된 양을 초과한 전류가 퓨즈를 통해 흐르게 되면 증발하는 퓨즈(118)의 구역이다. 퓨즈 구역(119)이 배터리의 다른 구역과 물리적으로 접촉하고 있지 않으므로, 바인더와 같은, 배터리의 어떠한 다른 구역도 전류 흐름에 의해 생성된 열에 대한 싱크로 사용되지 않는다. 그에 따라, 한정된 전류가 퓨즈(118)를 통해 흐를 때, 열 에너지는 퓨즈 구역(119) 인근에서 생성되어 이 구역에서 머문다. 그러므로 이러한 열 에너지는 퓨즈 구역(119)이 증발이 발생한 레벨까지 상승하게 한다. 그에 따라, 본 발명 배터리의 이러한 설계 특성은, 한정된 양을 초과한 전류가 퓨즈를 통해 흐를 때, 퓨즈가 개방할 가능성을 증가시킨다.
충전기(42)는 또한, 실행하는데 많은 시간이 걸릴 수 있는 건강 상태 평가를 항상 실행하지 않도록 구성된다. 대신, 본 발명의 충전기는, 배터리에 저장된 환경 이력이 이러한 평가를 실행하는 것이 바람직함을 지시할 때에만 이러한 평가를 실행한다. 충전기가 건강 상태 평가를 실행할 횟수를 최소화함으로써, 충전기가 배터리를 충전하는데 걸리는 시간도 마찬가지로 합리적인 시간 기간으로 고정된다.
충전기(42)의 다른 특성은, 충전기가 충전 시퀀스나 건강 상태 평가의 일부분으로서 배터리를 방전하지만, 이러한 방전의 결과로 가열된 공기를 배출하기 위한 팬이나 다른 전동 환기 유닛을 포함하지 않는다는 점이다. 이러한 충전기에서 팬이 없기에, 충전기가 동작할 때 생성되는 잡음이 감소된다. 열을 과도하게 생성하는 이벤트에서, 열이 소산될 때까지 추가적인 배터리 방전이 제한된다.
또한, 본 발명의 배터리(40)는 배터리가 노출된 환경에 관한 데이터를 저장한다. 이러한 정보는, 배터리가 재기능을 수행하지 못하는 이유에 대한 평가를 돕고, 또한 배터리가 겪게 될 충전 및 살균 프로세스에 대한 피드백을 제공하는데 사용될 수 있다.
또한, 배터리 뚜껑(60)을 아래에 있는 하우징(66)에 레이저로 용접하여 조립하면, 이러한 부착을 달성하기 위해 패스너를 사용해야 한다는 필요성을 제거한다. 이러한 프로세스에 의해 형성된 용접 연결점(221)은 이들 구성요소 사이에 밀폐되고 밀봉된 장벽을 형성하기 위해 별도의 밀봉부를 제공해야 한다는 필요성을 또한 제거한다.
C. 기구의 통신
도 26에 의해 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템(520)에서, 무선 전동 외과수술용 기구(522)에 에너지를 공급하기 위해 배터리(40)가 사용된다. 도시된 기 구(522)는 외과수술용 톱이다. 물론, 본 발명의 시스템이 이러한 유형의 기구나 모터를 구비한 기구로만 제한되지 않을 것임을 인식해야 한다. 도 27은 본 발명의 시스템(520)에 관련된 기구(522)의 구성요소의 블록도이다. 기구(522)는 전력 생성기(524)를 갖는다. 전력 생성기(524)는 외과수술 부착물(526)을 작동하는 기구(522) 내부의 구성요소이다. 도시된 발명에서, 전력 생성기(524)는 모터인 반면, 외과수술용 보조 장치(526)는 톱날이다. 결합 조립체(528)는 외과수술용 부착물을 기구(522)에 탈착 가능하게 고정한다. 이 부착물에는 RFID와 같은 식별 구성요소(530)가 통합되어 있다. 부착물 판독기(532)는 기구(522)의 일부이며, 식별 구성요소(530)에 의해 저장된 데이터를 판독한다.
전력 조정기(534)는 배터리(40)에 의해 출력된 에너지를 전력 생성기(524)에 선택적으로 인가한다. 전력 조정기(534)는 제어 프로세서(536)로부터 수신된 명령을 기초로 해서 전력을 전력 생성기(524)에 인가한다. 제어 프로세서(536)는 부분적으로 기구에 통합된 제어 부재의 누름에 기초하여 제어 조정기(534)로의 명령을 생성한다(이러한 제어 부재는 예시되어 있지 않음). 제어 프로세서(536)는 구성요소(530) 상의 부착물 식별로부터 판독된 데이터를 부착물 판독기(532)로부터 수신한다.
또한, 기구(522)의 내부에는 이 기구의 동작을 모니터링하는 하나 이상의 센서가 있다. 간단히 하기 위해, 단 하나의 센서, 즉 온도 센서(538)가 예시되어 있다. 기구(522)가 모터를 전력 생성 유닛으로서 포함할 때, 온도 센서(538)는 모터와 통합된 베어링 조립체 인근에 종종 배치된다. 온도 센서(538)에 의해 생성된 출 력 신호는 기구의 제어 프로세서(536)에 인가된다.
기구(522)는 또한 데이터 트랜시버 헤드(535)를 갖는다. 헤드(535)는 하드웨어나 소프트웨어로 구현될 수 있고, 배터리의 마이크로컨트롤러(46)와 통신하도록 설계된다. 본 발명의 일 변형예에서, 데이터 트랜시버 헤드(535)는, 배터리 접촉부(72)와의 전도성 연결을 구축하기 위해 설계된 기구(52)와 통합된 접촉부 및 배터리의 마이크로컨트롤러(46)와 신호를 교환하기 위해 기구 제어기(536)에 의해 수행되는 소프트웨어로 구성된다.
본 발명의 시스템(520)에 통합된 기구(522)의 구조는, 2005년 6월 28일자 출원된 본 출원인의 양수인의 미국특허출원(제 60/694,592호), POWERED SURGICAL TOOL WITH SEALED CONTROL MODULE(이 출원은 미국특허 공보(제____호) 및 이제는 미국특허(제____호)에 해당함)에 더욱 상세하게 기재되어 있으며, 이러한 출원의 내용은 본 명세서에 참고문헌으로써 병합되어 있다.
본 발명의 기구(522)와 배터리(40)를 사용하는 동안, 기구 사용에 관한 데이터가 배터리 메모리(187)에 저장된다. 더욱 구체적으로, 이들 데이터는 메모리의 기구 이력 파일(229)에 저장된다. 도 23은 기구 이력 파일(229)에 저장된 더욱 상세한 유형의 데이터를 도시한다. 파일(229) 내부의 제 1 파일은 기구 식별 파일(542)이다. 파일(542)은, 배터리(40)가 부착된 기구(522)를 식별케 하는 데이터를 포함한다.
기구가 동작한 총 시간에 관한 데이터는 전체 동작시간 기록계(odometer) 필드(544)에 포함된다. 전력 생성기(524)가 특정한 동작 상태(들)를 초과하거나 미만 에서 동작된 시간을 지시하는 데이터는 하나 이상의 동작 모드의 동작 시간 기록계 필드(546)에 저장된다. 예컨대, 만약 기구의 전력 생성기(524)가 모터라면, 제 1 필드(546)는 모터가 특정한 속도로 동작하는 전체 시간을 지시하는 데이터를 저장할 수 있다. 제 2 필드(546)는 모터가 부하 하에서 동작하는 전체 시간을 지시하는 데이터를 저장하는데 사용된다. 기구의 제어 프로세서(536)는 모터가 끌어온 전류를 기초로 해서 모터가 부하 하에서 동작하는 지에 대한 판정을 수행한다. 만약 기구의 전력 생성기(524)가 절개 기구의 일부라면, 동작 모드 동작 시간 전력 생성기 필드(546)는, 기구가 조직을 특정한 온도까지 가열하는데 사용된 총 시간을 지시하는 데이터를 저장한다.
기구의 이력 파일(229)은 또한 센서 출력 로그 파일(548)을 포함한다. 파일(548)은 기구와 관련된 센서에 의해 생성된 신호를 기초로 해서 데이터를 저장하는데 사용된다. 본 발명의 일부 변형예에서, 파일(548)에 저장된 데이터는 센서에 의해 감지된 실제 파라미터를 나타내는 신호이다. 예컨대, 만약 하나의 센서가 온도 센서라면, 파일(548)의 데이터는 센서에 의해 검출된 가장 높은 온도를 지시하는 데이터를 포함할 수 있다. 대안적으로, 파일(548)은 센서에 의해 감지된 기구나 환경 상태의 함수로서 설정된 플래그를 포함한다. 그에 따라, 본 발명의 시스템(520)은, 만약 센서(538)가 임계 레벨을 초과한 온도를 검출한다면, 기구가 그러한 온도에 도달했음을 지시하는 플래그가 설정되도록 설정된다.
또한, 기구의 이력 파일(229) 내부에는 부착물 로그 파일(550)이 있다. 부속장치 로그 파일(550)은 기구(520)에 부착된 특정한 부착물(들)(526)을 식별케 하는 데이터를 포함한다. 이들 데이터는 기구의 부착물 판독기(532)에 의해 수집된 데이터를 기초로 한다. 본 발명의 일부 변형예에서, 각 부착물 파일은, 부착물을 사용하는 동안 센서로부터의 출력을 기초로 해서 각 부착물에 대한 총 동작 시간 기록계 데이터, 동작 모드 동작 시간 데이터 및 데이터를 포함한다.
이제, 데이터를 배터리의 마이크로컨트롤러의 메모리(187)에 로딩하고, 이러한 메모리(187)로부터 검색하게 하는 프로세스가 도 29를 참조하여 기재된다. 단계(560)는 배터리를 기구에 결합하는 것이다. 이 단계의 결과, 전류가 기구에 즉시 흐르게 되며, 기구의 제어 프로세서(536)가 후속해서 작동하게 된다. 초기 작동 시퀀스의 일부분으로서, 기구의 제어 프로세서(536)는, 배터리의 마이크로컨트롤러(46)가 단계(564)에서 전력 강하, 클록 오프 상태에서 정상 상태로 전환하게 하기 위해 배터리 내부의 1-와이어 통신선이 낮은 상태가 되게 한다. 기구의 제어 프로세서(536)는, 단계(566)에서, 기구를 식별케 하는 데이터를 배터리의 마이크로컨트롤러의 메모리 파일(187)에 기록한다.
단계(568)는 기구의 작동을 표시한다. 이 시간에, 기구의 제어 프로세서(536)는 단계(570)에서 기구의 동작에 관한 데이터를 초기에 수집하는데 참여한다. 단계(570)는 부착물 판독기(532)로부터 기구에 결합된 특정한 부착물(526)의 ID(identity)를 판정하는 단계를 수반한다. 단계(570)에서 얻은 데이터는, 이 단계의 일부분으로서, 기구의 제어 프로세서(536)와 관련된 RAM에 저장된다(RAM은 도시되지 않음).
기구가 계속해서 작동되는 한, 기구의 제어 프로세서(536)는, 단계(572)에 서, 기구 작동에 관한 데이터를 얻어 저장한다. 이들 데이터는, 예컨대, 총 동작 시간 기록계 데이터와, 속도 레벨, 부하에서 동작, 또는 특정한 온도에서의 동작과 같은 하나 이상의 상태에서의 동작 시간을 지시하는 데이터를 포함한다. 이들 데이터는 마찬가지로 마이크로컨트롤러의 RAM에 저장된다.
단계(574)에서, 기구는 동작을 멈춘다. 바로 다음 단계(576)에서, 기구의 제어 프로세서(536)는, 데이터 트랜시버 헤드(535)를 거쳐서, 배터리의 마이크로컨트롤러의 메모리 기구 파일(229)의 기구 사용에 대한 데이터 로그를 업데이트한다. 그에 따라, 기구를 개별적으로 각각 작동한 후, 기록계 로그 필드(544 및 546)에 기록된 데이터가 업데이트된다. 데이터 모두가 업데이트될 수 있는 것이 아님을 이식해야 한다. 예컨대, 만약 가장 높은 온도가 기구의 제 1 작동 동안에 측정된다면, 후속한 임의의 작동시 도달한 온도는 기록되지 않는다.
기구(522)의 사용이 완료되면, 단계(578)에서, 배터리(40)는 연결이 끊어진다. 이로 인해, 배터리의 1-와이어 통신선은 높은 상태가 된다. 이러한 전환은 마이크로컨트롤러(46) 내부의 인터럽트 회로에 의해 검출된다. 연장된 시간 기간 동안에 높은 상태를 유지한 이러한 신호는, 배터리가 기구(522)로부터 연결이 끊겼음을 지시하는 것으로서 마이크로컨트롤러에 의해 해석된다. 그러므로 단계(580)에서, 마이크로컨트롤러는 배터리를 낮은 전력 소비의, 전력 강하, 클록 오프 상태로 복귀하게 한다.
도 24A에 관해 상술한 바와 같이, 배터리가 충전기에 부착되면, 단계(456)에서, 배터리의 마이크로컨트롤러의 메모리(187)의 데이터는 모두 충전기의 메인 프 로세서(298)에 기록된다. 이러한 프로세스의 일부분으로서, 기구의 이력 파일의 데이터가 모두 도 29의 단계(582)에서 판독된다.
도 26을 다시 살펴보면, 충전기(42)가 버스(586)에 의해 시스템(520)이 설치된 의료 설비에 있는 다른 구성요소에 연결됨을 볼 수 있다. 이러한 연결은 충전기의 트랜시버 헤드(301)를 거친다. 트랜시버 헤드(301)는, 충전기의 프로세서(298)가 데이터 및 명령을 버스(586)에 연결된 다른 구성요소와 교환하게 하는 충전기 내부의 부회로이다.
버스(586)에 연결된 추가적인 구성요소는 예컨대 개인용 컴퓨터(588)를 포함한다. 그에 따라, 단계(590)에서, 충전기의 메인 프로세서(298)는 배터리의 메모리 기구 이력 필드(229) 내의 데이터를 부착된 네트워크상의 다른 구성요소, 예컨대 개인용 컴퓨터(588)에 전송한다. 버스(586)는 심지어 원격통신 헤드(식별되지 않음)를 가질 수 있다. 원격통신은 버스를 통해 전달된 신호를 PSTN이나 외부 네트워크와 같은 외부 네트워크상의 신호와 교환한다.
이러한 배치는, 기구를 유지보수하는 임무를 담당하는 사람이 이용 가능한 시스템(520)의 무선 외과수술용 기구(522)의 사용의 로그를 제공한다. 예컨대, 기구의 이력 파일의 데이터는, 기구가 특정한 동작 온도에 도달했음을 지시할 수 있다. 이러한 이벤트의 발생은, 기구가 유지관리를 필요로 할 수 있음을 지시함으로써 인식된다. 이러한 이벤트에, 기구의 상태에 관한 메시지는 외부 네트워크에 의해 떨어져 있는 수리 시설에 전송될 수 있다. 이러한 통지를 수령하면, 수리 시설은, 기구가 동작하지 않게 되기 전에 기구의 수리 또는 교체 스케줄을 잡을 수 있 다. 기구의 이력 파일(229)로부터 검색된 데이터는 마찬가지로 보증 목적으로 정보를 제공하거나, 만약 기구가 유효 수명의 마지막에 도달하고 있다면, 관련 당사자가 이러한 사실을 통지받음을 보장하는데 사용될 수 있다.
V. 대안적인 실시예
앞선 기재는 본 발명의 시스템의 배터리 및 관련 구성요소의 하나의 특정한 변형예에 관한 것임을 인식해야 한다. 본 발명의 다른 변형예는 대안적인 특성, 구조 및 수행 방법을 가질 수 있다.
그에 따라, 상기 본 발명의 특성 각각이 본 발명의 모든 실시예에 있어야 한다는 어떠한 요구도 없다.
예컨대, 본 발명의 일부 변형예에서, 배터리는 주변 환경으로부터 밀봉될 수 없다. 본 발명의 이들 및 다른 변형예에서, 배터리 내부의 센서는, 셀(44)에 의한 전하 저장에 악영향을 미칠 수 있는, 온도 이외의 환경적 요인에 대한 노출을 판정하는데 사용되는 센서일 수 있다. 그에 따라, 배터리 내부의 센서는 습도를 검출할 수도 있다. 만약 센서가, 배터리 내부의 공기가 상대적으로 높은 습도를 가짐을 검출한다면, 이러한 이벤트를 로그한 데이터는 배터리 메모리에 저장된다. 다른 대안적인 센서는 가속도계이다. 그러한 장치는, 배터리가 떨어진 경우, 배터리의 급속한 감속을 기록할 것이다. 다시, 그러한 이벤트는 배터리의 메모리에 로그될 것이다. 그러면, 만약 충전기(42)가, 저장된 데이터를 판독하여, 배터리가 비정상적 환경 이벤트에 노출되었음을 인식한다면, 충전기는 배터리가 완벽한 건강 상태 평가를 겪게 할 것이다.
대안적으로, 가속도계나 다른 센서가, 배터리가 과도하게 진동하고 있는지를 감지하기 위해 사용된다. 과도한 진동에 관한 데이터는 마찬가지로 배터리의 메모리에 저장된다.
상기 기재에 관해서, 상기 환경적 이벤트 중 하나의 발생은 배터리가 전력 강하 모드에서 정상 모드로 전환하게 하는 계기가 될 수 있음도 이해해야 한다.
또한, 복수의 그러한 환경적 센서가 배터리에 정착될 수 있음을 이식해야 한다.
유사하게, 본 발명의 범주에 있는 대안적인 구조가 또한 가능하다. 그에 따라, 배터리에는 도 6에 예시된 발명의 변형예에 예시된 여덟(8) 개의 셀보다 많거나 적은 셀을 갖는 셀이 제공될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 열 소산 셀 배치를 갖는 열(10) 개의 셀을 배터리에 제공하기 위해, 행 당 많아야 두(2) 개의 셀을 각각 갖는 복수의 중간 행의 셀이 제공될 수 있다. 또한, 세(3) 개보다 적거나 많은 셀을 갖는 셀의 외부 행이, 어레이가 가져야 할 셀의 수에 따라 제공될 수 있다. 본 발명의 일부 변형예에서, 셀 어레이는 서로 간에 적층될 수 있다.
유사하게, 본 발명의 모든 변형예에서, 레이저 용접은 980nm에서 광 에너지를 방출하는 레이저를 사용하여 실행되어야 한다는 어떠한 요구도 없다. 예컨대, 본 발명의 일부 변형예에서, 레이저 용접은 808nm에서 코히어런트(coherent) 광 에너지를 방출하는 레이저로 실행될 수 있다. 또한, 이것은 단지 예시적인 것이며, 제한적이지 않다. 배터리뿐만 아니라 다른 의료 장비가 본 발명의 프로세스를 사용하여 레이저 용접될 수 있음도 마찬가지로 인식되어야 한다.
이러한 점에서, 본 발명의 모든 변형예에서, 하우징의 상단부는 베이스에 자리 잡고 광 에너지에 의해 가열되는 구성요소로서 항상 기능해야 한다는 어떠한 요구도 없음을 이해해야 한다. 본 발명의 다른 변형예에서, 이러한 관계는 역전될 수도 있다. 분명히, 레이저 용접은 하우징을 형성하는 다른 구성요소를 함께 조립하는데 사용될 수 있다. 그에 따라, 본 방법이 다수의 패널을 서로 고정하는데 사용될 수 있다.
마찬가지로, 배터리 하우징을 형성하는 구성요소들이 따라야 하는 외형이 여기 개시한 외형을 가져야 할 어떠한 요구도 없다. 본 발명의 일부 변형예에서, 용접 자국(weld seam)이 형성된 표면 중 어떤 표면도 점점 가늘어지는 프로파일을 가질 수 없거나, 단 하나의 표면만 점점 가늘어지는 프로파일을 가질 수 있다.
유사하게, 본 발명의 일부 변형예에서, 배터리는 비휘발성 메모리를 단지 포함할 수 있다. 배터리가 기구에 부착될 때, 기구는 데이터를 메모리에 기록한다. 그러면, 배터리가 충전기에 부착될 때, 충전기는 기구에 의해 메모리에 기록된 데이터 모두를 판독하며, 그리하여, 데이터가 적절한 목적지로 전달될 수 있다.
분명히, 본 발명의 모든 변형예가 전력이 공급되는 외과수술용 기구에 에너지를 공급하고 이러한 기구와 통신하도록 구성되어야 한다는 어떠한 요구도 없다. 그에 따라, 본 발명의 배터리는 외과수술용 기구 이외의 전력 소비 장치에 에너지를 공급하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 통신 시스템은 무선 외과수술용 기구 이외의 장치로부터 데이터를 얻는데 사용될 수 있다.
본 상세한 설명의 구성요소 및 프로세스 단계는 단지 예시적인 것이며 제한 하는 것이 아님을 마찬가지로 이해해야 한다. 예컨대, 본 발명의 일부 변형예에서, 배터리 내부의 다수의 구성요소는 데이터가 저장되는 메모리와, 데이터를 메모리에 기록하고 메모리로부터 데이터를 판독하는 장치로 기능을 할 수 있다. 마찬가지로, 본 발명의 일부 변형예에서, 기구의 제어 프로세서(536)는, 작동하는 동안에, 데이터를 배터리의 메모리에 동시에 로그할 수 있다.
회로 변형이 또한 가능하다. 따라서, 본 발명의 일부 변형예에서, VTEMP _ REF 연결점 반대편에 있는 저항(209)의 단부는 전압 변환기(182)의 출력 핀에 연결될 수 있다. 본 발명의 이들 변형예에서, VTEMP _ REF 연결점 반대편에 있는 저항(210)의 단부는 VSS나 BATT-단자에 연결된다. 본 발명의 이러한 변형예의 장점은, 이것이 마이크로컨트롤러(46)의 제조 차이에 따라 변하지 않는 VTEMP _ REF 신호를 얻게 한다는 점이다.
본 발명의 모든 충전기가 복수의 배터리를 동시에 충전할 수 있어야 한다는 어떠한 요구도 없다. 충전기가 다른 모듈을 수용해서 다른 형태의 배터리를 충전할 수 있어야 한다는 어떠한 요구도 없다.
또한, 전력 생성기(524)는 항상 모터일 필요가 없음을 인식해야 한다. 전력 생성기는 전기 에너지, RF 에너지, 초음파 에너지, 열 에너지 또는 광 에너지를 생성하는 장치일 수 있다.
도 12를 다시 살펴보면, 배터리에는 또한 무선 트랜시버(602)가 제공될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 트랜시버는 RF 또는 IR 유닛일 수 있다. 본 발명의 일 부 변형예에서, 트랜시버는 블루투쓰 트랜시버일 수 있다. 배터리가 기구에 연결될 때, 트랜시버(602)는 버스(586)에 부착된 보조 트랜시버(604)와 신호를 교환한다. 그에 따라, 본 발명의 이러한 변형예는 배터리(40)를 통해 무선 기구(522)와 다른 수술실 장비 사이에 실시간 통신을 할 수 있게 한다. 예컨대 이러한 배치를 사용하면, 음성으로 작동하는 제어 헤드(606)가 기구의 작동을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 그에 따라, 제어 헤드(606)를 통해 입력된 명령은 패킷화되고, 버스(586)를 통해 트랜시버(604)에 전송된다. 트랜시버(604)는 명령을 배터리 트랜시버(602)에 방송한다. 명령은 배터리 트랜시버로부터 배터리의 마이크로컨트롤러(406)에 전송된다. 마이크로컨트롤러(46)는 다시 명령을 기구의 트랜시버 헤드(535)를 거쳐 기구의 프로세서(530)에 전송한다. 기구 프로세서(530)는 다시 전력 조정기(534)에 대한 적절한 명령을 생성하여 전력 생성기(524)를 원하는 방식으로 작동하게 한다.
유사하게, 외과수술용 네비게이션 시스템(610)이 마찬가지로 트랜시버(602 및 604)를 통해 기구에 연결될 수 있다. 외과수술용 네비게이션 시스템은 부착물이 적용되는 수술부에 대한 기구(520)와 부착물(526)의 위치를 추적한다. 만약 네비게이션 시스템이, 이 부착물이 사용되지 않아야 하는 위치에 위치하고 있다고 판정하면, 부착물은 정지 명령을 생성할 것이다. 이러한 명령은 트랜시버(604)를 거쳐 트랜시버(602)에 송신되고, 트랜시버(602)로부터 기구의 제어 프로세서(536)에 송신된다. 기구의 제어 프로세서(536)는, 이 명령을 수신하면, 적어도 잠시나마, 기구(522)의 동작을 비활성화하거나, 늦춘다.
마찬가지로, 본 발명의 배터리 모두가 살균의 가혹한 상황을 견디도록 설계 되지는 않을 것임을 이해해야 한다. 대안적으로, 본 발명의 특성은 무균 배터리 팩에 병합될 수 있다. 이러한 형태의 배터리 팩은 탈착 가능한 셀 클러스터를 수용하는 빈 공간을 한정하는 살균가능한 하우징을 포함한다. 하우징과 관련된 밀봉 가능한 뚜껑은 셀 클러스터를 삽입하고 제거할 수 있게 한다. 이러한 배터리 팩을 통해, 살균 전에, 셀 클러스터는 하우징으로부터 제거된다. 그에 따라, 무균 배터리 팩의 셀은 고압처리기에 의한 살균이라는 가혹한 상황을 겪지 않게 된다. 2006년 1월 27일자 출원된, 본 출원인의 양수인의 미국특허출원(제 11/341,064호), ASCEPTIC BATTERY WITH REMOVABLE CELL CLUSTER(이 출원은 미국특허 공보(제____호) 및 이제는 특허번호(제____호)에 해당함)이 그러한 무균 배터리 팩을 개시하며, 그러한 미국출원의 내용은 참고문헌으로서 본 명세서에서 병합된다. 또한, 본 발명의 특성은 무균 배터리 팩의 하우징 및/또는 셀 클러스터 내에 제조될 수 있다.
따라서, 첨부된 청구범위의 목적은, 본 발명의 진정한 사상과 범주 내에 있는 모든 변경 및 수정을 포함하는 것이다.

Claims (26)

  1. 하우징(60 및 62);
    상기 하우징에 배치된 적어도 하나의 재충전 가능한 셀(44);
    상기 하우징에 부착되고 상기 적어도 하나의 재충전 가능한 셀에 연결되어 상기 셀에 전하를 저장하고 상기 셀로부터 전류를 인출하는 단자 조립체(70);
    상기 하우징에 배치되고, 배터리 온도를 나타내는 온도 신호를 생성하는 온도 센서(48);
    상기 하우징에 배치되고, 상기 온도 신호를 수신하고, 메모리(187)를 포함하며, 상기 온도 센서에 의해 측정된 배터리 온도를 나타내는 데이터를 상기 메모리에 저장하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 재충전 가능한 셀에 연결되어 상기 셀에 의해 에너지를 공급받는 마이크로컨트롤러(46)를 포함하는 배터리(40)로서, 배터리가 충전기로부터 분리된 경우,
    상기 마이크로컨트롤러(46)는, 상기 마이크로컨트롤러가 상기 적어도 하나의 재충전 가능한 셀(44)로부터 전류를 끌어오고, 상기 온도 신호가 기준 레벨을 초과하는지를 판정하기 위해 상기 온도 신호를 모니터링하는 제 1 모드에서 동작하며(390); 및
    상기 온도 신호가 온도가 기준 온도를 초과함을 지시하는 경우, 상기 마이크로컨트롤러(46)는 제 2 모드에서 동작하도록(394 및 398) 전환되어, 상기 배터리 온도가 상기 기준 온도를 초과했음을 지시하는 데이터를 상기 메모리(187)에 기록하며, 상기 마이크로컨트롤러가 상기 제 2 모드에 있는 경우, 상기 마이크로컨트롤러는, 상기 제 1 모드에 있는 경우보다 상기 적어도 하나의 재충전 가능한 셀(44)로부터 더 많은 전류를 끌어오는, 배터리.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 온도 센서(48)가, 상기 배터리(40)가 상기 기준 온도를 초과하는 온도에 있음을 지시하는 경우, 상기 마이크로컨트롤러(46)는,
    상기 배터리 온도가 상기 기준 온도를 초과하는 시간을 한계 시간에 비교하고(410); 및
    만약 상기 배터리 온도가 상기 기준 온도를 초과하는 시간이 상기 한계 시간보다 크면, 상기 배터리 온도가 상기 한계 시간보다 큰 시간 동안 상기 기준 온도를 초과했음을 지시하는 데이터를 상기 배터리 메모리(187)에 기록하도록(412) 또한 구성되는, 배터리.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러(46)는, 상기 배터리 온도가 상기 한계 시간보다 큰 시간 동안 상기 기준 온도를 초과한 것에 대한 데이터를 상기 배터리 메모리(187)에 기록하는 경우, 상기 배터리 온도가 상기 한계 시간을 초과하여 상기 기준 온도를 초과했던 시간을 지시하는 데이터(202)가 상기 배터리 메모리(187)에 기록되도록 또한 구성되는, 배터리.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러(46)는, 상기 배터리 온도가 상기 한계 시간 보다 큰 시간 동안 상기 기준 온도를 초과한 것에 대한 데이터를 상기 배터리 메모리(187)에 기록하는 경우, 상기 배터리 온도가 상기 한계시간보다 큰 시간 동안 상기 기준 온도를 초과했던 횟수를 지시하는 데이터(203)가 상기 배터리 메모리(187)에 기록되도록 또한 구성되는, 배터리.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러(46)는, 상기 온도 센서(48)가 감지한 온도를 지시하는 온도 신호를 계속해서 수신하는, 배터리.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제 2 모드인 경우, 상기 마이크로컨트롤러(46)는,
    상기 온도 센서가 상기 배터리 온도가 상기 기준 온도를 초과함을 지시한 시간의 양을 판정하기 위해 상기 마이크로컨트롤러가 클록을 작동하는(396) 클록 온 모드에 먼저 들어가고(394); 및
    그 후, 상기 마이크로컨트롤러(46)가, 상기 배터리 온도가 상기 기준 온도를 초과했던 시간을 지시하는 데이터를 상기 메모리(187)에 기록하는(408) 정상 모드에 들어가게(398) 구성되도록- 상기 마이크로컨트롤러(46)가 상기 정상 모드에 있는 경우, 상기 마이크로컨트롤러는, 상기 클록 온 모드에 있는 경우보다 상기 적어도 하나의 재충전 가능한 셀(44)로부터 더 많은 전류를 끌어옴 -또한 구성되는, 배터리.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러(46)는,
    상기 배터리(40)를 기구(522)에 부착하여 상기 배터리가 전류를 상기 기구에 공급할 수 있게 되면, 상기 마이크로컨트롤러(46)는 상기 제 1 모드에서 정상 모드로 전환하고(564), 상기 마이크로컨트롤러가 상기 정상 모드에 있는 경우, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 제 1 모드에 있는 경우보다 더 많은 전류를 끌어오고;
    외과수술용인 상기 기구(522)에 부착되는 동안, 상기 마이크로컨트롤러(46)는, 상기 기구(522)의 동작에 관한 데이터를 상기 배터리 메모리(187)에 기록하며(576); 및
    상기 배터리(40)를 상기 기구(522)로부터 분리하면, 상기 마이크로컨트롤러(46)는 상기 제 1 모드로 복귀하도록(580) 또한 구성되는, 배터리.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러(46)는, 상기 마이크로컨트롤러가 상기 메모리에 데이터를 기록하기 위하여 상기 제 2 모드로 전환하는 경우, 상기 정상 모드로 전환하는, 배터리.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 배터리를 충전기에 고정함에 따라, 상기 마이크로컨트롤러는 정상 모드로 전환하도록(453) 구성되고, 상기 마이크로컨트롤러가 상기 정상 모드에 있는 경우, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 제 1 모드에 있는 경우보다 더 많은 전류를 끌어오고;
    상기 충전기에 부착되는 동안, 상기 배터리 메모리에 저장된 데이터를 상기 배터리 메모리(187)로부터 상기 충전기에 기록하며(456); 및
    상기 충전기(42)로부터 상기 배터리(40)를 제거하면, 상기 마이크로컨트롤러(46)는 상기 제 1 모드로 복귀하는(472), 배터리.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러(46)는,
    상기 기준 온도를 초과하는 최고 배터리 온도를 판정하고(402); 및
    온도가 상기 기준 온도 미만으로 강하한 후, 상기 최고 온도를 상기 배터리 메모리(187)에 기록하도록(408) 또한 구성되는, 배터리.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 온도 센서(48)가 출력한 신호가 비교기(191)에 인가되고, 상기 비교기로부터 출력되는 신호가, 상기 제 1 모드에서의 동작과 상기 제 2 모드에서의 동작 사이에서 상기 마이크로컨트롤러를 전환하도록, 상기 마이크로컨트롤러(46)와 통합되는 CPU(185)에 인가되는, 배터리.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 하우징(60 및 62)에 모두 배치되는 비휘발성 메모리(187)와 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory)(188)를 포함하고; 및
    상기 마이크로컨트롤러(46)는, 상기 배터리가 상기 기준 온도를 초과하는 온도에 있는 경우, 상기 배터리가 상기 기준 온도를 초과하는 시간에 관한 데이터를 상기 랜덤 액세스 메모리(188)에 기록하고(404); 및 상기 온도 센서(48)가, 상기 배터리 온도가 상기 기준 온도 미만임을 지시하는 경우, 상기 배터리가 상기 기준 온도를 초과하는 시간에 관한 데이터를 비휘발성 메모리(187)에 기록하도록 또한 구성되는, 배터리.
  13. 적어도 하나의 재충전 가능한 셀(44); 상기 적어도 하나의 재충전 가능한 셀로부터 전력을 끌어오는 마이크로컨트롤러(46); 및 온도 센서(48)를 갖는 살균 가능한 배터리(40)를 살균하는 방법으로서,
    상기 마이크로컨트롤러(46)를, 상기 마이크로컨트롤러(46)가 상기 적어도 하나의 재충전 가능한 셀(44)로부터 제 1 전력량을 끌어오는 제 1 모드에 놓는 단계(390);
    상기 온도 센서(48)를 사용하여 상기 배터리(40)의 온도를 모니터링하는 단계;
    상기 배터리를 살균하기 위해 상기 배터리를 고압처리기(autoclave)에 놓는 단계;
    상기 온도 센서(48)가 상기 배터리(40)가 기준 온도를 초과한 온도에 있음을 지시하는 경우, 상기 마이크로컨트롤러(46)를, 상기 마이크로컨트롤러가 상기 배터리가 상기 기준 온도를 초과한 온도에 있는 시간의 양을 모니터링하고(396 및 402), 및 상기 배터리가 임계 온도를 초과하는 온도에 있음을 지시하는 데이터(204)를 상기 배터리(40) 내부의 메모리(187)에 기록하는(404 및 408) 제 2 모드에 놓는 단계(394 및 398)- 상기 마이크로컨트롤러(46)가 상기 제 2 모드에 있는 경우, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 제 1 모드에 있는 경우보다 더 많은 전류를 끌어옴-; 및
    상기 온도 센서(48)가 상기 배터리 온도가 상기 기준 온도 미만임을 지시하는 경우, 상기 마이크로컨트롤러(46)를 다시 상기 제 1 모드에 놓는 단계(390)를 포함하는, 배터리 살균 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 온도 센서(48)가 상기 배터리(40)가 상기 기준 온도를 초과한 온도에 있음을 지시하는 경우, 상기 마이크로컨트롤러(46)를 통해,
    상기 배터리 온도가 상기 기준 온도를 초과한 시간을 한계 시간에 비교하는 단계(410); 및
    만약 상기 온도가 상기 기준 온도를 초과한 시간이 상기 한계 시간보다 크다면, 상기 배터리 온도가 상기 한계 시간을 초과하여 상기 기준 온도를 초과했음을 지시하는 데이터를 상기 배터리 메모리(187)에 기록하는 단계(412)를 더 포함하는, 배터리 살균 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러(46)가, 상기 배터리 온도가 상기 한계 시간보다 큰 시간 동안 상기 기준 온도를 초과하는 것에 대한 데이터를 상기 배터리 메모리(187)에 기록하는 경우, 상기 배터리 온도가 한계 시간을 초과하여 상기 기준 온도를 초과했던 총 시간을 지시하는 데이터(202)가 상기 배터리 메모리(187)에 기록되는, 배터리 살균 방법.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러(46)가, 상기 배터리 온도가 상기 한계 시간보다 큰 시간 동안 상기 기준 온도를 초과하는 것에 대한 데이터를 상기 배터리 메모리(187)에 기록하는 경우, 상기 배터리 온도가 한계 시간을 초과하여 상기 기준 온도를 초과했던 횟수를 지시하는 데이터(203)가 상기 배터리 메모리(187)에 기록되는, 배터리 살균 방법.
  17. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러(46)가 상기 제 1 모드에 있는 경우, 상기 배터리 온도가 상기 기준 온도를 초과함을 상기 온도 센서(48)가 지시하는지의 여부(indication)가 계속해서 상기 마이크로컨트롤러(46)에 공급되는, 배터리 살균 방법.
  18. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러(46)가 상기 제 2 모드에 들어가는 경우, 상기 마이크로컨트롤러는,
    상기 온도 센서가 상기 배터리 온도가 상기 기준 온도를 초과함을 지시하는 시간의 양을 판정하기 위해 상기 마이크로컨트롤러가 클록을 작동하는(396) 클록 온 모드에 먼저 들어가고(394); 및
    그 후, 상기 마이크로컨트롤러(46)가, 상기 배터리 온도가 상기 기준 온도를 초과했던 시간을 지시하는 데이터를 상기 메모리(187)에 기록하는(408) 정상 모드에 들어가는(398)- 상기 마이크로컨트롤러(46)가 상기 정상 모드에 있는 경우, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 클록 온 모드에 있는 경우보다 더 많은 전류를 끌어옴-, 배터리 살균 방법.
  19. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 배터리(40)를 외과수술용 기구(522)에 부착하여 상기 배터리가 상기 기구에 전류를 공급할 수 있게 하는 단계;
    전류가 상기 외과수술용 기구(522)에 공급되면, 상기 외과수술용 기구가 상기 마이크로컨트롤러(46)를 상기 제 1 모드로부터 정상 모드로 전환하는 단계(564)- 상기 마이크로컨트롤러가 상기 정상 모드에 있는 경우, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 제 1 모드에 있는 경우보다 더 많은 전류를 끌어옴 -;
    상기 마이크로컨트롤러(46)를 사용하여 상기 기구(522)의 동작에 관한 데이터를 기록하는 단계(576);
    상기 배터리(40)를 상기 기구(522)로부터 분리하는 단계(578); 및
    상기 배터리(40)를 상기 기구(522)로부터 분리하면, 상기 마이크로컨트롤러(46)를 상기 제 1 모드로 복귀시키는 단계(580)를 더 포함하는, 배터리 살균 방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러가 상기 배터리 메모리에 데이터를 기록하는 단계를 수행하기 위하여, 상기 마이크로컨트롤러를 상기 제 2 모드에 놓는 단계에서, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 정상 모드로 전환하는, 배터리 살균 방법.
  21. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 배터리가 충전될 수 있도록 상기 배터리(40)를 충전기(42)에 고정하는 단계;
    상기 배터리가 상기 충전기에 고정되면, 상기 마이크로컨트롤러(46)를 정상 모드에 놓는 단계(453)- 상기 마이크로컨트롤러가 상기 정상 모드에 있는 경우, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 제 1 모드에 있는 경우보다 더 많은 전류를 끌어옴 -;
    상기 배터리 메모리에 저장된 데이터를 상기 배터리 메모리(187)로부터 상기 충전기에 기록하는 단계(456);
    상기 배터리를 충전하고(464 및 484) 상기 배터리를 상기 충전기로부터 제거하는 단계(471); 및
    상기 배터리(40)를 상기 충전기(42)로부터 제거하는 상기 단계가 이뤄지면, 상기 마이크로컨트롤러(46)를 상기 제 1 모드로 복귀시키는 단계(472)를 더 포함하는, 배터리 살균 방법.
  22. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서, 상기 온도 센서(48)가, 상기 배터리(40)가 상기 기준 온도를 초과한 온도에 있음을 지시하는 경우,
    상기 기준 온도를 초과하는 최고 온도를 판정하는 단계(402); 및
    상기 온도가 상기 기준 온도 미만으로 강하한 후, 상기 마이크로컨트롤러(46)를 통해 상기 최고 온도를 상기 배터리 메모리(187)에 기록하는 단계(408)를 더 포함하는, 배터리 살균 방법.
  23. 청구항 13에 있어서,
    상기 배터리가 상기 기준 온도를 초과한 온도에 있는 경우, 상기 마이크로컨트롤러(46)는, 상기 배터리가 상기 기준 온도를 초과한 시간에 관한 데이터를 랜덤 액세스 메모리(188)에 기록하고(404); 및
    상기 온도 센서(48)가 상기 배터리 온도가 상기 기준 온도 미만임을 지시하는 경우, 상기 마이크로컨트롤러는, 상기 배터리가 상기 기준 온도를 초과한 시간에 관한 데이터를 비휘발성 메모리(187)에 기록하는, 배터리 살균 방법.
  24. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 온도 센서(48)는 상기 배터리 온도를 나타내는 신호를 비교기(191)에 출력하고; 및
    상기 비교기(191)는, 상기 온도 센서가 출력한 신호를 기준 신호와 비교하고, 상기 비교에 기초하여, 상기 배터리 온도가 상기 기준 온도를 초과하는지를 지시하는 신호를 상기 마이크로컨트롤러에 출력하는, 배터리 살균 방법.
  25. 삭제
  26. 삭제
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