TW417327B - Battery having a built-in controller - Google Patents

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4173 A7 B7 經 濟 部 智 慧- 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（i ) 營明領域 本發明係有關於電池组’且更特別有關於具有延長電池 使用時間的内建控制器之電池組。 曼明背景 消費者使用主要以及充電（二次）電池组於可攜式電子裝 置裡，像是無線電、光碟播放機、照相機' 細胞式電話、 電子遊戲、玩具、呼叫器和電腦裝置等。當一典型的主要 電池組的服務使用時間結束時，該電池組通常被丟棄。一 典型的主要電池組的服務使用時間通常僅允許總電池組儲 存容量介於約百分之4 0到7 0的使用。一旦在已經使用那 部分之初始儲存能量後，該電池組通常不能夠供應足夠電 壓以驅動電子裝置。當經過這些電池組的有效壽命之候， 消費者通常甚至在電池組仍含有其儲存容量約百分之3 〇和 60間即丟棄該等電池组。因此，藉由允許安全之較深放電 (deeper discharge)而延長主要電池組的使用時間， 將藉由在丢棄電池組之前允許電子裝置使用更多電池組之 错存容量以減少浪費。 然而，充電電池組的全部壽命係主要依賴於充電週期次 數和效率。在每個放電循環之後’充電電池組可以被充電 以及再使用。就主要電池組而言，在已經使用電池組儲存 體容量的某-百分比率之電池組典型地 ，壓來驅動電子電路。因此，如果提供電池:的應： 木放電，可以延長一充電電池組的每個放電週期。然而， 一充電電池组的放電位準具有在充電電池组將來充電次數 本紙張尺度適用中國—國家標準—)A4規格⑽X ------------- — — — — — — — — — — — — — * I I I 1 I I 1 ------- - I (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 4 17 3 2 7 B7 五、發明說明（2 ) — — — — — — — — —------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本貝) 和效率上之影響。大體上，隨著—充電電化槽的放電深度 增加’充電電化槽可以承受之充電週期次數減少^然而’ 特別類型之充電電化槽的最佳放電特性廣泛地改變。舉例 來說’在鎳鎘（「N i C d」）電池组中，深放電是較佳的， 因為如果對電池组充電而沒有適當地耗盡，其造成未來可 充電容量之減少’否則，電池组會產生r記憶」效應。然 而’一經電池組的深放電會損害該等電化槽。充電電化槽 的服務使用時間通常可以藉由有效率地控制特別槽之充放 電週期而更佳地延長，使得可以最大化充電週期的總數， 以及也最佳化從電化槽的每個放電週期所取回之能量大小 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 除此之外，消費者一直地要求較小且較輕之可揭式電子 裝置。使這些裝置較小且較輕之主要障礙之一係為供電該 等裝置所需之電池組大小和重量。事實上，當電子電路更 快且更複雜之時，典型地需要甚至是比從前更多電流，因 此，B池组之需求甚至更大。然而，如果所増加的功能及 速度需要消費者更常替換或充電該等電池組，消費者將不 會接受更強且小型化之裝置。因此，為了要製造更快且更 複雜的電子裝置，而不減少其有用生命’該等電子裝置需 要更有效率地使用電池組及/或電池組本身需要提供所儲 存能量之更大利用。 Τ 某些比較貴的電子裝置於其中包括電壓調整器電路，例 如切換式轉換器（舉例來說，直流/直流轉換器），用來轉 換及/或穩定電池组之輸出電壓，於此等裝置.， ^ 炫’多個單 -5 ~ 本紙張尺用中關家標準（CNS)A4規格⑽x 297公发〉 --------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 27 五、發明說明（3 ) 槽電池組通常係串聯，且此等電池組之總電壓係由轉換器 轉換成負㈣路需要的轉。轉換器能延長電池組的服務 使用時間，其係藉由步退(stePPing down)於初始部分 之電池組放電中的電池組電壓輸出，其中否則該電池組將 供應較該負裁電路所需之更多電壓且因此更有力；及/或 藉由步進（stepping up)梢後部分之電池組放電中的電 池組電壓輸出’其中否則該電池组將因輸出電壓較該負載 電路所需少而耗盡。 然而，於電子裝置裡具有轉換器的方法有幾個缺點。首 先，該等轉換器要放入電子裝置裡係相當貴的，因為每個 裝置製造者有特定電路設計，該特定電路設計係製造相當 限制的量，而且因此有較高的個別成本。第二，電池組供 應者無法控制將會被特別的電池組所用之轉換器類型。因 此’該等轉換器不為每個類型的電池槽的特定電化特性而 被最佳化。第三，不同類型電化槽，例如鹼性和鋰電池組 ’具有不同的電化特性和標稱電壓，且因此不能狗直接互 換。此外，該等轉換器佔據電子裝置中可貴的空間。而且 ’某些電子裝置可以使用線性調整器來取代更有效率的切 換式轉換器’例如直流/直流轉換器。除此之外，包含切 換式轉換器的電子裝置會產生電磁干擾（EMI)，其可能不 利地影響電子裝置裡的毗連電路，像是射頻（「R F」）發 射器。然而’藉由於電池組_設置轉換器，來源能放 置於更遠離其他EMI敏感的電子零件，及/或'能由電池組 之導體容器屏蔽之。 —6 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

--------------裝 (锖先閱讀背面 <注意事項再填寫本頁) 訂· •線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4^7327 A7 ________B7__ 五、發明說明（4 ) 目前電壓轉換器的另一問題在於其典型地需要多個電化 槽，尤其有闕鹼性、鋅碳、鎳鎘（NiCd)、鎳金屬水合物 (NiMH)和銀氧化物之電池組’以提供充足的電壓來驅動 轉換器。為了避免此問題，目前的轉換器通常需要串聯的 多個電化槽來提供充足電壓以驅動轉換器其可接著將電恩 步降至電子裝置所需位準。因此，由於該等轉換器的輸入 電壓需求，該電子裝置必須包含幾個電化槽，即使電子裝 置本身可能只需單一槽來運作。這造成空間和重量浪費， 且阻礙電子裝置進一步小型化。 因此’存在需要最佳地使用充電電池組所儲存的電荷， 並且在充電之前將放電深度最佳化，以最大化電池组其服 務使用時間。藉由設計電池组來提供其儲存能量的較大利 用’電子裝置也能使用較小的或較少的電池组，以進一步 小型化可攜式電子裝置·> 發明概沭 本發明提供—電池組，其藉由在充電之前最佳地使用一 王要的或一可充電的電池組所儲存的電荷來提供較長的服 務使用時間。電池組具有包括一轉換器的内建控制器，其 能夠在典型的電子裝置的電壓臨限之下運作。該控制器更 有效率地調節電化槽的電壓，並且允許一受控制的放電或 最佳的放電深度，以延長電池組的服務使用時間。控制器 係較佳地配置在混合模態之矽晶片上，其係客戶設計以供 與特別類型的電化槽之運作，像是鹼性、鎳鎘（「NiCd」〕 、錄金屬水合物（「1^^」）、鋰、鋰離子、密封之鉛酸 ___ _ 7 - 本紙張尺 1適財國固家標準（CNS)A4 g (2lQx 297公爱） -- — 111.— — — — I I ---一--I I ! ] I 訂-- ---I I i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 4]?327 1 Α7 ------Β7 五、發明說明（5 ) 、銀氧化物或混合槽，或者與特別的電子裝置之運作。 控制器監控和控制到負載的電源遞送，以最佳地延長電 池組服務使用時間，其係藉由（1)打開及關閉直流/直流 轉換器’（2)當輸入電壓係低於典型的電子裝置所能操作 之私壓之下時’維持最小的必需輸出電壓；（3 )降低電池 組I輸出阻抗；（4 )決定最佳的放電深度；（5 )提供最佳 的充電序；（6)逐漸増加放電電流，其為給定之電化槽沒 有控制器所能提供之放電電流；（7 )在槽之安全限度裡提 供南放電電流’即使此電流超過轉換器使用旁通模式之最 大輸出電流’（8)測量剩餘的槽容量；以及（g )提供操作 控制信號予槽容量之指示器/「燃料」標尺。 在一較佳的具體實施例中，單一控制器安裝於多槽之主 要或充電電池组（舉例來說，標準的9伏電池組）的外殼中 。本發明的這一方面相較於放置於電子裝置裡的控制器提 供幾個清楚的優點e首先，其允許電池组設計者利用一特 別的類型電化槽之特別的電化特性。其次，如果裝置需要 轉換器只為包含特別類型電化槽（舉例來說，鋰）之電池組 改變及/或穩定電池组輸出電壓，而且不為包含另一類型 電化槽（舉例來說，NiCd、SLA)之電池組，以及轉換器 係與需要該轉換器（也就是鋰電池組）的電池組整合，可以 設計電子裝置而無需直流/直流轉換器。這將允許較小的 電路設計而且避免與轉換器有關而來自影響該不需要轉換 器的電池組的損失。 在一特別地較佳的具體實施例中，控制器係安裝於單槽 浪又度過用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ----訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 電池組的容器之中，例如A A A、A 4、C、D或稜形電池組， 或安裝於一多槽電池組的每個槽中之容器之中，例如稜形 或標準的9伏電池组》本發明的此一方面提供的優點上面 列出以放置單一控制器於多槽電池組裡，並且提供甚至更 多的優點。首先，其允許控制器以為客戶匹配特別類型的 電化槽’以利用其特別的電化學反應。其次，其允許具有 不同類型電化槽之電池組可交換地使用，其係藉由改變或 穩定輸出電壓或内阻抗以符合被設計在標準電池组上操作 的電子裝置之需求。這些優點，舉例來說，可見於超效率 凝電池组’其符合標準的〗· 5伏特A a電池組的包裝和電需 求’其係藉由使用一内建控制器來將標稱槽電蜃從大約 2. 8到大約4. 0伏的範圍步降到大約1. 5伏的輸出電壓。 藉由利用鋰槽的較高電池槽電壓，設計者能實質地增加電 池組使用時間。而且’備置一控制器於每個電池槽裡提供 比目前可用的每一種槽更有效率的控制。控制器可以監控 並且控制每個主要電化槽裡的放電條件，而且能確保每個 電池組在電子裝置停工之前被完全地用盡。控、制器也可以 監控或控制每個充電電化槽裡的放電週期，以確保電池組 放電到一位準，其將提供電池組最長的可能服務使用時間 ’以及將會改良槽的安全性以避免例如記憶效應、短路或 有害的深度放電的情形。控制器也可以直接地監控並且控 制於電池组中每個充電電化槽之充電週期，以避免例如過 度充電、短路的情形，而增加週期壽命並改善電池組的安 全性。單槽之充電狀態也可以直接發訊給消費者（視訊、 —9 ^ 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -裂--------訂---------線* (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 41J327 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7 ) 聲寸、震動等指示器）或經丨「智慧（sraart)」裝置介面 〇 4等控制器也允許本發明電池组的通用。本發明的電池 组提供超越已知電池组之優點，而不管他們是否與具有截 止电壓之電的、電機械或電子裝置一起用’例如上面列出 者，或與電裝置一起用。在電的、電機械及電子裝置或家 電設備情形下，本發明之電池组將維持其顛峰效能，直到 電池服務使用時間之最後β使用控制器與電池組一起，實 際電壓相對於時間之放電曲線之末了可以此方式略述之， 使其可與典型之放電概略圖匹敵（非服務之末了）。 孩等控制器晶片也能更經濟地製造，因為電池组之大量 售賣允許晶片的更便宜之製造，其係相較於為每個類型的 電予裝置所製造之個別調整器或轉換器， 直流/直流轉換器的一個較佳的具體實施例係為一高效 率、極低輸入電壓、以及中等功率之轉換器，其使用具有 開始結束震盪器之控制方案之脈衝寬度、相移調變、與脈 波略過低忙閒度之控制方案。 本發明的其他特徵和優點係相對於發明的較佳具體實施 例的描述而描述。 _圖式簡單說明 當說明書以特別地指出及明白主張視為本發明之標的之 申請ff範圍結論之時，相信發明將會從下列連同伴隨圖 式結藥嶋描述而較佳地了解： 圖^型的圓筒形電池組結構的一透視圖。 10 - 本紙張尺度適用中關家標準(CNS)A4視格（210 X 297公沒） -------1------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁>

1'濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖2係另-典型圓筒形電池組結構的一透視圖。 圖3係另典型圓筒形電池組結構的—切面圖。圖4係本發明電池组的—方塊圖。 圖4 A係在圖4中所顯示電池組的__較佳具體實施例的一 方塊圖。圖4B係在圖4中, , i.间4*甲所顯不電池组另一較佳具體實施例的一方塊圖。圖4 C係在圖4中所顯示電池组再一較佳具體實施例的一 方塊圖。 圖5 A係本發明電池組的一較佳具體實施例之一部份分解 、橫切圖。圖5 B係本發明疋電池組的另一較佳具體實施例之一部份 分解、橫切圖。圖5 C係本發明之電池組的另一較佳具體實施例之一部份 分解、橫切圖。 圖6係本發明之—多槽電池組的一較佳具體實施例之一區部透视圖口 圖7係本發明之電池組的另一較佳具體實施例之—方塊圖。 圖8係本發明之電池組的另一個較佳具體實施例之方塊 圖。 圖9係本發明之電池組的另一個較佳具體實施例之方塊 圖。 圖9 A係圖9的電池组之較佳具體實施例之一方面的—具 -11 - ϋ張尺度適財關家標準（CNS)A4 &格⑵G x挪 ）--- i I I I I---III — — I . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本J-严 訂.. -線· ^ ft H [τ 417327 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 -12 -7 A7 五、發明說明（9 ) 體實施例的一設計圖。

圖9 B係囷9的電油鈕+衫：7土 H 池，ϋ較佳具體實施例之一方面的另一 具體實施例的一設計圖。 圖1 0係本發明之雷，冰* & %池組的另—個較佳具體實施例之方塊 圖。 圖1 1係本發明之雷说知ΑΑ <包也組的另一個較佳具體實施例之方塊 圖。 圖1 2係本發明之兩&々ΑΑ ρ %池，，且的另一個較佳具體實施例之方塊 圖。 圖1 3係本發明之雪说知认s - 弘池组的另一個較佳具體實施例之方塊 圖及設計圖之結合。 圖14係一典型電池組及本發明之電池組的二個不同較佳 具體實施例放電特性曲線圖。 圖1 5係本發明之電池组的另—個較佳具體實施例之一方 塊圖與設計圖之結合。 圖U係如圖15所示之充電子控制器之一具體實施例之方 塊圖。 圖17係如圖15所示之充雪松也丨獎士 g ％于控制器足另一具體實施例之 方塊圖。 . 發明的詳細說明 本發明係有關於主要單槽和多槽電池組。本發明之電池 組可為主要的或可充電的。該術語「主要」係用於此應用 中，且參照於在可用電儲存容量已耗盡之後即欲丢.棄之電 池組或電化槽（也就是說，其無法再充電或再使用）。於此 - 丄 ^紙張尺度適用中ΐ國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公餐 ----- ----------- —--— I 訂--------I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 41了327

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 應用中術語「可充電（rechargeable)」及「二次 Secondary)」係可互換地，丑係參照於目的是在其可 用電儲存容量已耗盡之後至少可充電一次之電池組或電化 槽（也就是其目的是至少可重複使用一次）。於此應用中術 語「消費者」係參照於目的是由消費者購買或使用之電子 或電裝置。兹術語「單槽」係參照於具有個別封裝之單— 電化槽又電池组，例如標準的A A、A A A、c或D類型電池組 ’或多槽電池組裡的一單槽（例如標準的9伏特電池組或蜂 巢式電話或膝上型電腦之電池組）。用於此應用中之術語 「電池組」係參照於具有多個終端和單一電化槽之容器， 或者具有多個終端且至少實質上包含兩個或更多電化槽之 外殼（例如標準的9伏特電池組或蜂巢式電話或膝上型電腦 之電池组）。如果每個槽有其自己的個別容器，該等電化 槽不需要完全地由外殼包覆。舉例來說，可攜式電話電池 組’可以包含兩個或更多電化槽，每個有其自己的個別容 器且以收縮套塑膠材料一起封裝，該收縮套塑膠材料將該 等個別容器保持一起，但可以不完全地圍繞該等槽的個別 容器°如此應用所用，該術語「混合電池組」包括包含兩 個或更多電化槽的多槽電池組’其中至少該等槽中的二個 有不同電化元件，像是不同電極、不同電極對或不同電解 質。 當用於此應用中，術語「混合電池組」包括一多槽電池 组’其包含一或更多的伏打槽（v〇lta!cceIl5)，其中 該等槽中至少二個具有不同伏打機制，例如光電、燃料' "13 - 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公爱） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 ί 7 3 2 7 Α7 -----------Β7 五、發明說明（ll) 熱、電化、電機械等，或者不同電極 '不同對之電極、或 不同電解質。當用於這個應用中，術語「電池槽」係用來 通常參照於用於一電池組中之伏打槽，包括電化槽。而且 ，伏打或電伏打槽係可交換地使用，並且描述包括各式包 含化學之生電的物理機制。除此之外，混合槽可以包含改 善槽電壓和電流放電特性之額外的能量儲存元件，例如超 級或極高電容器、高效率電感 '或低容量之二次槽。可以

將混合槽元件製造成替換不活動之槽構造元件，例如標籤 、封裝、中空終端等D 於此應用中所用的術語「控制器」係參照於一電路其 接丈至少一輸入信號且提供至少一為輸入信號函數之輸出 信號。該等術語「直流/直流轉換器」和「轉換器」在此 應用中可交換地使用，且參照於一切換類型，也就是斬波 控制（chopPer-controlled)之直流/直流轉換器，亦 知為一直流/交流反轉器，將一輸入直流電壓轉換成一所 需的直流輸出電壓。直流/直流轉換器係時常提供經調整 i輸出的功率電子電路。轉換器可以提供一步進的電壓位 準、一步退電壓位準或大約相同位準之調整電壓□許多不 同類型之直流/直流轉換器係於業界廣為人知。本發明係 考慮已知轉換器或線性調整器之使用，做為此應用中所描 述的較佳轉換器之可能替換（雖然較不有利〉，其能夠在典 型的電子裝置可以運作之電壓位準下運作。 包子裝置之「截止電壓」係低於該電壓則連接至電池 組<電或電子裝置無法運作之電壓，因此，「截止電壓」 本纸張尺度iSffl中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） -----II 私 I — I— -II — I - I - --------- (請先閲讀背面之注ί項再填寫本頁) 4n32( A7 五、發明說明（12) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 係與裝置相關，也就是說，位準因裝置（功能性末端）的最 小操作電壓或操作頻率（舉例來說，能夠在一給定期間裡 對電容器充電大冑分電子裝置具有—範圍從太約夏 伏特到大約1 · 2优特之截止電壓，而某些電子裝置有一约 〇. 9伏特般低之截止電壓。有機械移動零件的電裝置，例 如電時鐘，馬達和電機繼電器，也有一必需提供足夠電流 以製造夠強的電磁場以移動機械零件之截止電壓。其他像 是手電筒•之電裝置通常沒有裝置截止電壓，但當供電之電 池组電壓減少時，輸出功率（舉例來說，燈泡強度）也將會 減少。 如果早 4化槽疋正供電正供電一具有截止電壓之裝置 ’該電化槽係「受制於（subject t〇)」裝置的截止電壓 ，其中電池組必須提供大於或等於裝置的截止電壓之—輸 出電壓，否則該裝置將停工β然而，如果二或更多串聯安 排之電化槽正供電該裝置，也就是，電連接在正輸入端和 負輸入端之間，每個電化槽係「受制於」裝置的截止電壓 之一部份。舉例來說，如果二個電化槽係串聯連接且係正 供電該裝置，每個槽係「受制於」裝置的截止電壓之—半 。然而，如果三個電化槽係_聯連接且用來提供電力給裝 置，每個電化槽係僅「受制於」裝置的截止電壓之三分之 一。因此，如果「η」數目槽串聯連接且正供電該裝置， 每個槽係「受制於」裝置的截止電壓之一部份，其可定義 為截止電壓除以η ’其中η是整數。然而，如果二或更多的 電化槽係並聯連接以供電該裝置，每個槽仍「受制於」裝 請 先 閱、 讀 背 面 之 注

項 再 ， 填 ， 寫裝 本衣 頁I I 訂 線 15 4:7 3 27 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（13) 置的全部截止電壓。此外，在這個應用中，如果二或更多 的電化槽係#聯連接，且該串聯連接係並聯連接於一或更 多的電化槽’每個串聯連接槽係如同串聯連接之是唯一正 供電該裝置之電化槽一班而「受制於」該截止電壓之相同 部分。 本發明之一方面係延長電池组之「服務使用時間」。對 於一主要電池組而言，「電池组之服務使用時間」與「電 池組使用時間」是可互換的，且定義為放電周期直到，其 係至該電池組輸出電壓下降至電池組正供電之裝置的最小 操作電壓（也就是該裝置的截止電壓）之下的時間。「槽使 用時門j係依賴電化槽本身，也就是用盡槽的所有電化能 ，而「電池組使用時間」係依賴其所用之裝置。舉例來說 ’當電池组輸出電壓在！伏特以下時，有大約】伏特的截止 電壓（電子裝置將會停工，即使電化槽也許仍有至少 的能量儲存體容量。在這個例子中，「電池组使用時間」 已經耗盡，因為它不再能提供充足能量來驅動該電子裝置 ’且電池、组通常被丢棄H「槽使用時間」尚未耗盡 ’因為槽仍有剩餘的電化能 然而，充電電池组具有多個充電/放電週期。在一充電 電池組’「週期壽命J係'定義為所能達到之充電/放電週 期次數。-充電電池㈣「電池組使用時間」係參昭於單 一放電週期的時間，其係直到充電電池組的輸出電壓降至 该電池组正供電的裝置的截止電壓之下，否則停止放電以 提供電池組一個較大的週期壽命 切竒邱然而，充電電池組的「 ___—__ -16- 本紙張尺度朝_家標準（兩)A_ g.297紹- -------------^--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 17 3 2 7 A7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 B7 五、發明說明（14) 電池組之服務使用時間」係參照於充電/放電週期的總數 ’其中每個放電週期有最佳使用時間。充電電化槽的「槽 使用時間」係在那個槽之單—放電週期期間，在負載情況 之條件下’該槽達到最佳放電深度所需要的時間。如上所 6子論’充電電池組的「週期壽命」係為該充電電池組放電 /木度之一函數。隨著放電深度之増加，電池组使用時間也 増加，但是週期壽命和電池组服務使用時間則減少。相反 地’隨著放電深度之減少，電池组使用時間也減少，但是 週期壽命和電池組服務使用時間則增加β然而，從裝置使 用之觀點而言，比較短的電池组使用時間是不方便的。因 此，對於每個特別的電化槽以及充電電池組的設計而言， 在放電深度和週期壽命之間的比率能予以最佳化，以允許 較大的電池組服務使用時間。舉例來說，將充電電池組的 服務使用時間最佳化的一個可能方法，係將比較所遞送的 累積能量，其可定義為在特定放電深度所達到之遇期壽命 (也就是週期次數）與在每一週期所恢復之能量大小之乘積 0 在此應用中，該等術語「電化槽之有用壽命」或「槽有 用壽命（cell usefuI life)」也被使用，而不管是否 電化槽是用完即丟或可再充電之槽，且相應於電池組使用 時間’其中「槽有用壽命」係為於特別的放電周期直到槽 不再有用之時間，其係因電化槽不再能提供充足電壓轉 動該電池組正在供電之裝置。如果單槽電池组植的「槽使 用時間」延長或減少，那麼「槽有用壽命」和「電池组使 本紙張尺㈣ffl t @ @家鮮(CNS)A4規格⑵Ο -裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) η ?327 Α7 Β7 五、發明說明（15) 用時間」€必需分別延長或減少。此外，於如果單槽電池 組的「電纽使用時間」或「槽有用壽命」延長或減少， 則另者也將會分別地延長或減少之情況，術語單槽電池 组的「電池組使用時間」和「槽有用壽命」是可互換的。 #對地然*目&即使在多槽電池组的電池组使用時間 過去之後’特料f化槽仍有剩餘的有㈤壽命，所以術語 多槽電池組裡的一特定電化槽之「槽有用壽命」與術語多 槽電池組之「電池组使用時間」不必然地可互換。類似地 如果多槽β池组裡的特定電化槽之「槽使用時間」延長 或減少，而「電池組使用時間」不必延長或減少其係因 為「電池組使用時間」可能依電池組裡的一或更多槽之槽 電壓而定。 當用於這個應用中，充電電化槽的「放電最佳深度」或 「最佳的放電深度」係參照於將充電/放電週期之次數最 大化以及將該槽之每個放電週的使用時間最佳化的槽剩餘 容量。如果將該槽放電至該槽之「最佳放電深度」之下（ 舉例來說，對於SLA槽而言，電壓約丨.6伏），充電電化槽 的服務使用時間可以劇烈地縮短，舉例來說，鋰離子槽的 深放電可以損害該槽以及減少該槽之未來放電週期的次數 與效率。然而，鎳鎘（「N i c d」）電化槽係較佳地更深放 電’以避免藉由減少於未來放電週期裡該槽的使用時間使 「記憶」效應縮短該槽的壽命。 術語「電地連接」和「電的連接」以及「電耦合」係指 供連續電流流動之連接或耦合。術語「電子地連接」和「 -18 - 表紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 x 297公;g ) (請先W讀背面之i事項再填寫本頁) 裝 ----訂---------線 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ' η &、發明說明（is) 電予的連接」係指例如電晶體或二極體的電子的裝置被包 含在電流路徑中之連接。「電子的連接」在此應用中係當 作「電連接」之一子集，使得每個「電子的連接」係考慮 成「電的連接」，而非每個「電連接」被考慮成「電子的 連接」。 當用於這個應用中，充電電化槽的「放電最佳深度」或 「最佳的放電深度」係參照於將充電/放電週期之次數最 大化以及將該槽之每個放電週的使用時間最佳化的槽電恩 。如果將該槽放電至該槽之「最佳放電深度」之下（舉例 來說’大約S L A槽之1. 6伏），充電電化槽的服務使用時間 可以劇烈地縮短。舉例來說，鋰離子槽的深放電可以損害 該槽以及減少該槽之未來放電週期的次數與效率。然而， 鎳鎘（「N i C d」）電化槽係較佳地更深放電，以避免藉由 減少於未來放電週期裡該槽的使用時間使「記憶」效應縮 短該槽的壽命。 本發明之電池組包括一或更多延長電池组服務使用時間 之控制器’其係藉由將主要或充電電池組的放電週裡的能 "2：陡奴最佳化’以及在充電電池組的情況裡將放電次數最 大化。舉例來說，在本發明的一個具體實施例中，控制器 可以執行一或更多下列的功能：（丨）放電控制；（2)充電 控制，（3)緊急控制，萬一短路、相反極性、充電（主要 槽），則將槽分離，或者如果負載需要超過控制器可遞送 心電流率之電池安全電流，則旁通控制器；（4 )發訊槽之 剩餘容量和剩餘能量的重要位準.電化槽可以封裝於單槽 -19 一 本紙張尺度適用中固國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _! . 裝：-------訂1 --------線 (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 4 17 3 2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（17) i 或多槽電池組中。多槽電池組可以包括二或更多相同類型 電化槽，或者包栝二或更多不同類型電化槽於一混合電池 組裡。本發明的多槽電池组可以包含多個電化槽，其係串 聯及/或並聯地電安排單槽電池組的控制器可以與一容 器内的電化槽串聯及/或並聯地電連接，以及封裝進至少 部份包含該槽之容器的一外殼裡，或繫附到該容器、該外 殼，或繫附到該容器或外殼的標籤或任何其他結構。如有 關單槽電池組所述’多槽電池组的控制器可以與一或更多 個別槽一起封裝；或者多槽電池組的控制器可以與多槽組 合一起封裝，使得控制器係與電化槽组合串聯或並聯地連 接- 本發明的電池組的控制器可以執行一或更多以上列出的 功能，而且也可以執行除以上列出的該等功能之外的其他 的功能。本發明的電池组的控制器可以包含一個執行每一 個所欲之功能的電路，或者可以包含許多個別的子控制器 ，其執行一或更多所欲的功能。除此之外，子控制器可以 共丰例如感測電路之電路’其可提供控制信號給該等個別 的子控制器。 透過該等圖式，數字之末兩位指明一元件，其重複於其 他圖中相較元件’而由相應於該圖之一或兩位前面數字區 別之。舉例來說’圖1至3中容器1 2係相較於圖5 Α裡的容 器 2 1 2。 囷1至3係顯示為了討論之目的而簡化之典型圓筒形電池 組結構1 〇。每個圓筒形電池组1 0之結構具有在不同配置 ~ 20 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格<210 X 297公釐） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 -----訂---------線 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 4173c A7 _________B7_ _ 五、發明說明（18) 中而士排之相同基本結構元件’於每一種情形中’該結構 包括一有外皮或側壁1 4之容器1 2、一包括正端2 〇之上蓋 16，以及一包括負端22的底蓋18。容器12圍繞單一電化 槽3 0。圖1係顯示可能用來做圓筒形、單一鋅碳電化槽3 〇 疋電池组1 0的結構。於此結構裡，整個上蓋丨6係導電的 且形成電池組10之正端20。絕緣墊圈或封勝24使導電之 上蓋1 6與電化槽3 0絕緣。電極或電流收集器2 6係電連接 該電池组1 0的外部正端2 〇和電化槽3 〇的陰極3 2 (正電極） 。底蓋18也是完全地導電，且形成電池組的外部負端 2 2。底蓋係電連接至電化槽3 〇的陽極3 4 (負電極）。隔離 板2 8係配置於陽極和陰極之間，且透過電解質提供用以離 子導電之裝置。舉例來說，辞碳電池組係典型地封裝於此 配置類型。 圖2係顯示一其它可能的電池组設計，其中一絕緣墊圈 或封膠2 4使底蓋1 8與電化槽3 〇絕緣。於此情況中’整個 上蓋1 6係導電的，且形成電池組的正端2 〇。上蓋丨6係電 連接至電化槽3〇的陰極32。亦為導電的底蓋18形成電池 組的負端2 2。底蓋1 8係經由電流收集器2 6電連接到電池 槽3 0的陽極3 4。隔離板2 8係配置於陽極和陰極之間，且 透過電解質提供用以離子導電之裝置，舉例來說，主要與 可充電之鹼性（鋅/錳二氧化物）電池组係典型地封裝於此 配置類型中。 圖3係顯示另一可能的電池組設計，其中電化槽3 〇係以 「螺旋纏繞膠狀卷（spirally tf〇und jeUy r〇11) i紙張以舶+ _家鮮（CNSfA4祕咖--- —-------------t--------訂---------線 i (請先閱$面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 A7 一 B7 五、發明說明（19) 」結構形成。於此設計中，四層係以「薄板類型」結構彼 此相鄰配置。舉例來說，「薄板類型」結構可以包含以.下 順序之層：一陰極層32、第一隔離板層28、一陽極層34 、以及一第二隔離板層28。或者是，非配置於陰極32和 陽極3 4之間的第二隔離板層2 8。此「薄板類型」結構係 接著滾成一之圓筒形螺旋纏繞膠狀卷結構，且放置於電池 組1 0的容器1 2中。絕緣墊圈或封膠2 4係顯示使電化槽3 0 與上蓋16絕緣。在此情況中，整個上蓋丨6是導電的，且 形成電池組10的正端20。上蓋16係經由電流收集器26及 導體33電連接到電化槽30的陰極層32 »也是導電的底蓋 18形成電池组1〇的負端22。底蓋18係經由導電底板19電 連接至電池槽30的陽極34。隔離板層28係配置於陰極層 32和陽極層34之間，且透過電解質提供用以離子導電之 裝置。侧壁1 4係顯示連接到上蓋1 6和底蓋1 8兩者。在這 情況中’侧壁1 4較佳地由像是聚合物之非導電材料形成。 然而，如果侧壁1 4係與至少正端及/或負端2 2絕緣，使其 不在二個端點之間產生發生短路，側壁1 4亦可以由像是金 屬之導電材料形成。舉例來說，像是主要的鋰-Mn(h電池 組以及可充電經離子、鎳鎮（Ni-Cd)及鎳金屬水合物 (N i Μ Η)電池組之主要及可充電鋰電池组，係經常封裝於 此類型配置中。 每一槽也可以包括各種不同形武的安全排氣口，需要空 氣交換的電化槽之運作排氣口、容量指示器、標籤等等， 其係於業界廣為人知。除此之外，該等槽可以以其他業界 __ - 22 - 本紙張尺度適用中國圉家標準<CNS；)A4規格（21〇 X 297公釐） 1!1111111(1]1 ---I--1 訂----------* (請先閱讀背面之注意事項再填琢本頁) A7 ____ 五、發明說明（20) 已知結構來建造’例如知扣槽（b u 11 ο n c e 1 1 s )、硬幣 槽（coin cells)、棱形槽（prismatic cells)、平 板或有雙極板槽等。 為了本發明之目的’電池组「容器」12包含單一電化槽 3〇。容器12包括必需的所有的元件，其絕緣及保護該等 二電極32及34、分離器和電化槽3〇的電解質，遠離環境 與一多槽電池組裡的任何其他電化槽，以及提供來自容器 外電化槽30的電能。因此，圖1和2裡的容器12包括侧壁 14、頂蓋16、底蓋18槽以及正極20、負極22，其提供槽 3 0的電連接。在多槽電池組中，容器可以是個別的結構， 其包含單一電化槽30 ’且此容器12可以是在多槽電池组 裡的多個個別容器其中之一個°或者是，如果外殼將一電 化槽的電極和電解質與環境完全地隔離，並將電池组裡的 彼此槽完全地隔離的話’容器1 2可以由一多槽電池組外殼 之—部份所形成。容器1 2可以由例如金屬之導電材料與例 如塑膠或聚合體之絕緣材料的组合所製成。 然而’容器1 2係與多槽電池组外殼區別，該多槽電池組 外殼包含多個分開的個別隔離鹼性槽6 3 〇，每個包含其自 己的電極和電解質。舉例來說，標準的鹼性九伏特電池组 外殼圍繞六個個別6¾鹼性槽，每個有其自己的容器6 1 2， 如圖6所示。每個鹼性槽6 3 〇具有—連接到一外部正端6 2 } 之内部正端620，以及具有一連接到一外部負端623之内 部負電極6 2 2。有利的是，每個鹼性槽6 3 0包含一以此間 方式運作之控制器640。然而，於某些叙九伏特電池组中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格x 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再$本頁} 裝-------訂---------線* 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*J·^

五、發明說明（21) 池组《外毅611使其具有將電化槽之該等電極與 電解質隔離之個別室，且因此該外殼包含每個槽之個別容 器12與整個多槽電池組610之外殼611。 圖6係顯不本發明的一多槽9伏特電池組之區部透視 圖其中每個電化槽63〇具# —控制器β"於槽的個別容 器6 1 2 @在&個具體實施例，電池組6工〇包含六個個別 電化槽630，每個有—κ 5伏特的標稱電整。舉例來說， %池组610也能夠包含三個鋰槽，每個具有約3伏特的標 稱電壓纟他的少肖電池组構造係於此業界所知，並且可 以用來包裝本發明的控制器。舉例來說，多槽電池组包括 棱形電池组、具有至少實質地緊縮包裝在—起之㈣容器 之包池組、包含例如手提攝影機和蜂巢式行動電話電池组 的多個單槽容器之塑膠外殼β 圖5 A、5 Β和5 C顯示本發明單槽圓筒形主要電池組2丨〇、 310、410之二個具體實施例的部份分解圖。於圖中， 控制器2 4 0係置於電池组2 1 〇的上蓋2 1 6和絕緣墊圈2 2 4之 間。控制器2 4 0的正輸出2 4 2係電連接到電池組2 1 〇的正 端2 2 0 ’其直接地毗連於該控制器2 4 〇 ;且控制器2 4 0的 負輸出2 4 4係電連接到電池组2 1 〇的負端2 2 2。在這個例 子中’控制器2 4 0的負輸出2 4 4係經由導電條2 4 5以及導 電側壁2 Μ連接到電池組2 1 0之負端2 2 2，該侧壁2 1 4係與 電池組210之導電底蓋218的負端222電接觸。在此情況 中，導電侧壁必須與上蓋2 1 6電絕緣。控制器2 4 0的正輸 入2 4 6係經由電流收集器2 2 6電連接到電化槽2 3 0之陰極 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格<210 X 297公釐） - ------------- I -------—訂----------線' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 417327 ____B7____ 五、發明說明（22) <請先閱讀背面之注音孝項再填寫^ I- <i_ I - 232。控制器240的負輸入248係經由導電長條237電連接 到電化槽230之陽極214。或者是’控制器240可以置於 底蓋218和絕緣體225之間’或者繫、附或接合至電池組 的標藏或容器的外面。隔離器228係配置在透過電化槽 230之電解質之陽極傳導之間。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在圖5 B中，控制器3 4 0係置於電池組〇的底蓋3 1 8和 絕緣體3 2 5之間。控制器3 4 D的負輸出3 4 4係電連接到電 池组3 1 0的負端3 2 2，其直接地峨連於控制器3 4 0，且控 制器3 4 0的正輸出3 4 2係電連接到電池组3 1 〇的正端3 2 0個 。在這個例子中’控制器3 4 0的正輸出3 4 2係經由導電侧 壁314連接到電池組310的正端320 ’其係與電池組31〇的 導電上蓋316之正端320電接觸。控制器340的正輸入346 係Μ由導電長條3 3 6電連接到電化槽3 3 0的陰極3 3 2。控 制器3 4 0的負輸入3 4 8係經由電流收集器3 2 6電連接到電 化槽3 3 0的陽極3 3 4，該電流收集器3 2 6係自底板3 1 9延長 至1J電化槽3 3 0的陽極3 3 4。在此情況中，如果控制器3 4.0 使用虚擬接地’電流收集器3 2 6和控制器3 4 0的負輸入 3 4 8必須與容器3 1 2的負端3 2 2以及控制器3 4 0的負輸出 3 4 4絕緣。或者’控制器3 4 〇可以置於上蓋3丨6和絕緣體 3 2 4之間’或者繫、附或接合至電池組的標籤或容器3 j 2 的外面。隔離器3 2 8係配置在透過電化槽3 3 0之電解質之 陽極傳導之間。 在圖5 C中，控制器4 4 0係使用厚模印刷技術、或撓性印 刷電路板（「PCBs」）形成於封套441之上，且放置在電 私紙張尺度適財國國家標準（CNS)A4規格（21CI x挪公爱） 41 了327 A7 B7 23^ 五、發明說明（ 池組4 1 0的侧壁4 1 4和陰極4 3 2之間的容器之内。控制器 440的正輸出442係經由電池組410的上蓋416電連接到電 池组4 1 0的正端4 2 0，而且控制器4 4 0的負輸出4 4 4係經由 底板419和底蓋418電連接到電池組410的負端422。控制 器4 4 0的正輸入4 4 6係電連接到電化槽4 3 0的陰極4 3 2，其 在此例中係直接地毗連於包含控制器4 4 0的封套4 4 1。控 制器4 4 0的負輸入4 4 8係經由接觸板4 3 1和電流收集器4 2 6 電連接到電化槽4 3 0的陽極4 3 4，該電流收集器4 2 6從接 觸枝431延長進入電化槽430的陽極434之内。絕緣蟄圏 4 2 7將接觸板4 3 1與陰極4 3 2隔離。如圖5 C所示，該絕緣 塾圈也可以延伸於陽極434和接觸板431之間，因為電流 收集器426¼供從陽極434到接觸板431之連接《如果控 制器4 4 0使用虚擬接地’接觸板4 3 1也必須與底板4丨9及 負端4 2 2絕緣’例如藉由絕緣墊圈4 2 5 ^或者，封套4 4 1 也可以是配置在在容器41 2外面，其纏繞於側壁414的外 面。在此具體實施例裡，標籤可以覆蓋該封套，或者標籤 可以如同控制器本身一般而印刷於相同封套上。 圖4、4A和4B係顯示本發明的電池組丨1〇的不同具體實 施例的方塊圖。圖4係顯示本發明的一電池組u 〇的一具 體實施例的一方魂圖，其利用一嵌入的整合控制器電路 140。此纟體實施例較佳地利$ |有數位和帛比元件兩者 的混合模態積體電路β控制器f路亦能夠使用特殊應用積 體電路（4川」）、混合晶片設計、個人電腦板或任何 業界所知之電路製造技術來製造。控制器電路14()可以放 一 26 ~ 巧張尺度綱中關家標準（CNS)A4祕（210 X 297公爱「 (靖先Ifl讀背面之;±意事項再填寫本頁) -裝--------訂---------線 經濟部智慧財彦扃員工诮費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（24) 置進電池組容器112中’而在電化槽130之正電極132和 負.電極134之間，以及在電池組的正端120和負端122之 間《因此，控制器1 4 0能連結電化槽1 3 0到或者將電化槽 130從容器112的該等終端120及122分離出來，改變或穩 定被施用於該等電池组終端的槽130的輸出電壓或輸出阻 抗1 2 0和1 2 2。圖4 A係顯示於圖4中所示的本發明的電池 组1 1 0的一較佳具體實施例.於圖4 A中，控制器1 4 0係連 接在電化槽130的正電極（陰極）132和電池组容器112的 正端1 2 0之間=電化槽1 3 0的負電極（陽極）1 3 4和電池組 容器1 12負端122與控制器140分享一共地（common ground)。然而，圖係顯示本發明的電池组11()的一個 其它可能的較佳具體實施例’其中控制器14〇工作於一虚 擬地並隔離電化槽130的負電極134與容器112的負端122 ’以及隔離電化槽130的正電極132與容器112的正端120

D 在圖4A和4B所顯示的每一個具體實施例有它自己的優點 和缺點。舉例來說’圖4 A的結構允許一比較簡單的電路設 計’其中有電化槽1 3 0、控制器1 4 0和電池組容器1 1 2負 端122的共地。然而，圖4A的結構有需要轉換器工作在真 實的槽電壓位準之下的缺點，且可能需要電感元件之使用 。在圖4B的結構中，施加於電池組容器112的負端122隔 離電化槽130的負電極134與負載兩者，且允許一幾乎無 電感的直流/直流轉換器的使用。然而，此架構有需要虛 擬地的增加電路複雜性之缺點，以為了要當槽電壓是低（ -27 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） -------------裝--I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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五、發明說明（25) 經濟部智慧財產扃員工消費合作社印製 _____ 厶t 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 x 297公;g 小於1幻的時候’允許控制器140的—電壓轉換器繼 有效率地操作。 圖4C係顯示本發明之電池组110的另—具體實施例，其 具有一整合控制器電路丨40，其中控制器電路14〇包括四 個主要元件：-放電子控制器電路1〇2、—充電子控制器 電路104、一緊急子控制器電路…、以及一感測電路 105，其連續地或間歇地基於所感測之操作參數及/戈實 際的條件，提供數個電壓控制信號給放電子控制器電= 102及/或該充電子控制器電路1〇4。感測電路ι〇5可以測 量電化槽13G的操作參數’例如槽電壓、從電池组所级取 义電流、在槽電壓與電流之間的相移等$。此外感測電 路105可以測量整合控制器電路14〇的操作參數，=如輸 出電壓和電流位準、充電電壓和電流位準等等。更進 地，感測電路也可以測量電化槽的實際條件，例如溫度、 壓力、氫及/或氧濃度等等。感測電路】〇 5可以測量此等 之任何組合’其足以有效地在充電或放電週期期間監控該 電化槽’其如於此技藝所知或描述如下。 然而，本發明之電池組11〇的整合控制器電路14〇不需 要執行以上列出之每—個功能。舉例來說，控制器電路 140可以只有以上对出之該等元件之二或三個，例如放電 子控制器電路1 〇 2和感測電路〗〇 5、充電子控制器電路 104和感測電路105、緊急子控制器電路1〇6和感測電路 1 0 5，或任何此等之組合，或者是，控制器電路丨4 〇可以 沒有感測電路，如果包含在一個控制器電路丨4 〇之特定的 -28 ~ ί ^--------t---------- f請先閲讀背面之注专？事項再填寫 41^327 A7 B7 五、發明說明（26) 具體實施例中之放電子控制器電路102 '充電子控制器電 路104、及/或緊急子控制器電路106包含執行其個別功能 所需之自已的內部感測電路。除此之外，放電子控制器電 路102或充電子控制器電路1〇4、或兩者皆有而也可以執 行緊急分離子按制器1 〇 6的功能。控制器電路丨4 〇也可以 有-或更多子㈣器、以域狀感測料以及其他的子 控制器以執行除該等功能之外的功能。 放電子控制器電路1 〇 2控制電池组1丨〇之電化槽i 3 〇之放 電，以提供電池組之較長的服務使用時間，其係藉由安全 的深放電以使用一主要電池組的更多儲存能量，或藉由於 再充電之前最佳地使用充電電池組所儲存的能量。充電子 控制器電路1 0 4安全地且有效率地控制電池组1 1 〇之電化 槽1 3 0的充電子控制器電路丨4 〇，該電池组n 〇整合了控 制器電路。當感測電路1 〇 5彳貞測到一不安全條件之時，像 是短路、極性反轉、過度充電之情況、或一過度放電之情 況，緊急子控制器1 0 6將該（等）電化槽與該等電池組終端 分離。然而，如果負載需要超過控制器可遞送電流率之高 安全電流，緊急子控制器1 〇 6也提供電連接以旁通放電控 制器。 然而’在本發明的主要電池組的一較佳具體實施例令， 控制器1 4 0較佳地包括放電子控制器電路1 〇 2、緊急子^ 制器1 0 6和感測電路I 〇 5。感測電.路〗〇 5較佳地連續監控 電化槽1 3 0的操作參數和實際的條件。放電子控制器電路 102較佳地提供電池組11〇之該（等）電化槽13〇之較安全 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 4Γ - -----film— ^ -------訂---------^ _ (請先wt面之注意事項再填寫本頁> 經濟部智慧財產局員工湞費合作社印製 4 i 73 27

五、發明說明（27) 、較深地放電，以在電池組丢棄之前提供較長的服務使用 時間。當感測電路發現不安全條件時候，緊急予控制器電 路106較佳地將該（等）電化槽與該等電池組終端12〇、 122分離，或者如果負載需要超過控制器能力而在安全槽 放電流率範圍内之電流，則提供旁通連接。 在本發明的充電電池組110的一較佳具體實施例中，控 制器電路〗4 0可以額外地包括充電予控制器電路】〇 4。充 電子控制器電路104安全地及有效率地控制電池組"ο之 該C等）電化槽1 3 0之充電，其中該電池組1丨〇整合有控制 器電路1 4 0。感測電路1 〇 5較佳地連續及直接監控控制器 電路140的操作參數和該（等）電化槽裡之實際條件。舉例 來說，感測電路1 0 5可以監控槽電壓、充電電流、該（等） 電化槽的内阻抗、氫或氧濃度、酸鹼度、溫度、壓力、或 任何其他在此業界已知的操作參數或實際條件β 在一特別地較佳具體實施例中，每個電化槽有自己的整 合控制器電路1 4 0，其監控該特別槽裡的條件。藉由直接 監控每個特別槽之條件，充電子控制器1 〇 5能提供較已知 的充電控制器更安全和更好的效率，其監控具有多個電化 槽的電池纽》充電子控制器1 〇 5藉由利用該（等）槽的即時 充電值和最大之槽容量，以連績地將充電條件最佳化而將 損失減到最少。 每個控制器可以包括一或更多下列之子控制器：（1)放 電子控制器丨0 2 '(2 )充電子控制器1 〇 4、及/或（3 )緊急 子控制器1 0 6。為了便於討論，控制器功能係以予控，制器 -30 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）

--------------裝—— (猜先背面之注意事項再填寫本頁X 訂· -_線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

五、發明說明（28) 來描述。然而，本發明的控制器14()的真實實現，不需要 為每個功能之獨立電路實施，因為由控制器執行之多個功 能可以是且較佳地是結合成單—電路。舉例來說，每個子 控制器可以有其自己的内部感測電路，用以一或更多該控 制器的操作參數及/或該（等）電化槽之實際條件，或者一 獨JL的感測電路可以測量該等參數及/或條件，且將其及/ 或有關該等參數及/或條件之控制信號給一或更多子控制 器多。更進一步地’控制器可以有額外的或其它可能的子 控制’其執行除了一或更多在此列出之功能之外的其他功 能。 放電子控制器 放電子控制器102可以數個方法之一來延長本發明的主 要电池组或充電電池組之服務使用時間。首先，在包含至 少一主要電化槽或至少一充電電化槽的多槽電池組的情形 中’在該充電電化槽充電之前較佳地完全放電（舉例來說 ’ N i C d電池組較佳地放電達約i 〇 〇 %，但是不會更多）， 子控制器可以允許該電池组之一或更多電化槽，較其他可 能由電子裝置更深地放電。舉例來說，放電子控制器可以 允許將單槽電池组放電超過槽電壓降至裝置截止電壓之下 的點。在主要電池組的情況中，電池組的服務使用時間可 以藉由在丟棄電池組之前儘可能深地放電電化槽而増加。 然而’於充電電池組中’電池組服務使用時間係藉由將該 等電化槽放電到最佳放電深度而增加。因此，如果充電電 化槽的最佳放電深度是在該充電電池组正供電的裝置的截 31 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公沒） --------------裝--- (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 7327 A7 '--------- B7_____ 五、發明說明（29) 止電壓之下，如果允許充電槽放電超過該裝置的截止電壓 ，則可以增加充電電池組的服務使用時間。 (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 在這個應用中，術語「深度放電」係指允許該（等）電化 槽放電到該⑷電化槽額定容量的以H除此之外， 在這個應用中，術語「實質放電」係指允許該(等）f化槽 放電到該（等）電化槽額定容量的至少7〇%。在這個應用中 過度放電」係指當將電化槽放電超過100% ,其會導 致電壓反轉。舉例來說，在今日市場上之典型驗性電池组 通常有能力在電化槽的電壓位準下降至不足以驅動—給定 疋屯子裝置心電壓之前，輸送大約其儲存能量容量之40到 70% »因此，本發明的一子控制器較佳地提供鹼性槽，其 能在電池组截止之前有大於約70%之放電。更較佳地’該 子制器提供較大約80%為大之放電位準。甚至更較佳地， 控制器提供較大約90¾為大之放電位準，而以較大約95% 為最喜愛的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 放電子控制器1〇2可以包括轉換槽電壓成主要或充電電 池組的一所欲輸出電壓的轉換器。在—主要電池組中’此 允許該（等）電化槽的深放電以及藉此延長電池組的服務使 用時間。然而，在-充電電池組中，轉換器允許控制器將 充電電池组故電到最佳放電深虞，而無關於給定裝置之截 止電壓β於本發明的一具體實施例中’在電池組的使用時 間期間，子控制器可以連續地轉換槽電壓成所欲的輸出電 壓。當槽電壓下降至裝置的截止電壓位準的時候，其中該 截止電壓係為該電池組放電通常截止之處，轉換器則昇壓 _ 32 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 4 1 , 7 A7 ---------B7 _ 五、發明說明（3〇) ί锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、步進琢槽電壓至-電池組輸出位準，其足以驅動該電子 裝置，直到電壓位準下降至驅動該子控制器之最小必需電 壓又下，或到一可充電電化槽之最佳放電深度。因此，具 有子控制器設計的電池組，其能夠在較另—電池组之子控 J器為低之電壓位準操作，將提供一更能較深度放電的電 池組，而無關於槽之電壓位準。 於混合槽之情形中，放電子控制器可以包括一低電壓轉 換器，其將伏打槽之電壓轉換為—主要的或可充電的電池 组疋一所欲輸出電壓。放電子控制器102可以在主要的或 可充电的電池組之使用時間裡連績地轉換伏打槽之電壓成 一所欲輸出電壓β因此，有子控制器設計之混合電池組將 提供能與像是光、燃料、熱及機械槽之許多伏打槽所產生 之典型低電壓相容的電池組；其中該子控制器能夠在較另 一電池组之子控制器低之電壓位準運作。如果混合電池組 包含一主要槽，伏打槽放電子控制器1Q2可以提供额外之 能量。放電子控制器也可以使用伏打槽來對二次槽充電或 提供額外能量。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在本發明的較佳具體實施例中，轉換器僅操作於槽電壓 下降至或在預定電壓位準之下時。在此具體實施例申，轉 換器的内損減到最少’因為轉換器僅操作在必要之時。預 定的電壓位準較佳地是在範圍從電化槽的標稱電壓到電池 组欲操作之該類裝置的最高截止電壓，更較佳地，預定的 電壓位準比電池組欲操作之該類裝置的最高·截止電壓稍微 大些。舉例來說’預定的電壓位準可以是在從電池組欲操 _ - 33 - 本紙張尺度適財國國家標準（CNS)A4規公爱） ' -- Α7 五、發明說明（31) 作之該類裝置的最高截止電壓到大約〇· 2伏特加上截止電 壓之範圍，較佳地在從電池組欲操作之該類裝置的最高截 止電壓到大約0. 15伏特加上截止電壓之範圍，更較佳地 在從電池組欲操作之該類裝置的最高截止電壓到大約〇】 伏特加上截止電壓之範圍，以及甚至更較佳地在從電池组 欲操作之該類裝置的最高截止電壓到大約〇. 〇5伏特加上 截止電壓I範圍。舉例來說，一個有大約丨· 5伏特標稱電 壓之電化槽，通常具有範圍在大約〇 · 8伏特和大約丨.8伏 特疋間的預定電壓。較佳地，該預定電壓係在於大约〇. 9 伏特和大約1. 6伏特之間的範圍。更較佳地，該預定電壓 係在於大約〇· 9伏特和大约丨· 5伏特之間的範圍。甚至更 較佳地，孩預定電壓係在於大約〇 · 9伏特和大約2伏特 <間的範圍，而範圍在太約丨 〇伏特和大約丨.2伏特之間 則甚至更佳<稍微大於或等於電池組欲操作之該類裝置的 最高截止電壓係最喜愛地。然而，設計來與具有大約3. 〇 伏特標稱電壓之電化槽操作的子控制器通常可以有範園在 2. 0伏特到大約3 · 4伏特之預定電壓位準。較佳地，該預 定電I位準係在於大約2. 2伏特和大約3‘ 2伏特之間的範 圍•更較佳地，該預定電壓位準係在於大約2. 4伏特和大 約3. 2伏特之間的範圍。甚至更較佳地，該預定電壓位準 係在於大約2_ 6伏特和大约3· 2伏特之間的範圍，而範圍 在大約2‘ 8伏特和大约3. 0伏特之間則甚至更佳。稍微大 於或等於電池組欲操作之該類裝置的最高截止電壓係最喜 愛地》 -34 - 本纸張尺度L用_國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注音孝項再填寫本頁) -裝--------訂---------線ί 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（32) 當槽電壓下降到或低於預定電壓位準的時候，敢電子控 制器打開轉換器並將肖電壓昇壓至足以驅動㈣之所欲輸 出電壓=當槽電壓夠高到驅動負載時，此消除不必要之轉 換器之損失，但接著甚至在槽電壓下降至需要驅動負載之 位準之下，允許電化槽繼績放電，直到槽電壓到達於—主 要槽之外殼中、-可充電槽之外殼中之該轉換器之最小運 作電壓，直到該槽之槽電壓到達最佳之放電深度為止。子 控制器可以使用任何或更多來自簡單的電壓比較器及電子 開關的許多控制機制，其當槽電壓下降至預定電壓位準的 時候，打開轉換器。至於更複雜之控制方案則像是如下所 述。 本發明又設計來作給定輸出之通用型電池組係較佳地 能夠當其供電於裝置時，延長電池组的服務使用時間。當 用於這個應用中，「通用型」電池組係為一能提供與槽之 電化學或伏打槽之物理機制獨立的均句或標準輸出電壓之 電池组。因此，本發明的電池组係較佳地設計成藉由維持 電池组的輸出電壓於一位準大於或等於—给定裝置之截止 電壓’直至當該（等）電化槽的電I下降至子控制器不能再 操作之位準之下，或當—充電電化槽降至其最佳放電深度 時，内建的子控制器即停工而延長其服務使用時間。本發 明之設計來供電一特定電子裝置或—窄類或有相似截止電 壓的電子裝置時，可以更特定地設計成藉由將預定電壓位 準更接近地匹配該（等）裝置之截止電壓來更有效率地操作 —35 - 私紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 x 297公爱 I 裝--------訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4,厂327 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（33) 其次，放電予控制器1〇2也可以用來藉由最佳地放電該 槽來延長充電電化槽的服務使用時間，以增加充電週期之 效率或次數。舉例來說，在密封之鉛酸槽中，深放電會損 害遠槽及/或減少未來再充電週期之次數或效率。舉例來 說’子控制器可以控制特別類型充電電化槽之放電’使得 當槽電壓到達預定電壓位準的時候結束放電週，其中該預 定電壓位準係為那個類型的或那個特別的電化槽之最佳放 電深度。舉例來說，在鉛酸充電電化槽中，預定的電壓位 準係從大約0. 7伏到大約1. 6伏之範園，而以〇. 7伏為較 喜愛的。舉例來說，在鋰_Mn〇2充電電化槽中，預定電壓 位準係從大約2 . 0伏到大約3 0伏之範圍，而以2 _ 4伏為 最喜愛的。或者是，當充電電化槽的内阻抗到達預定的阻 抗位準的時候，放電子控制器也可以結束放電週期，其中 該預定的阻抗位準係相應於那個類型的或該型或該特別電 化槽之最大所欲之放電深度。因此，在至少包含一個充電 電化槽的本發明之電池組中，其中該充電電化槽較佳地不 深放電超過最佳放電深度，可以使用放電子控制器來增加 電池組的服務使用時間，其係藉由當槽電壓到達預定的電 壓位準的時候、或當槽之内阻抗到達預定的内阻抗位準的 時候、或由任何適當之内建式化學感測器所顯示，而結束 放電週期。 第三，放電子控制器也可以步退具有比所欲輸出電壓大 之標稱電壓的該（等）電化槽的槽電壓，及/或改變電池组 之該（等）電化槽的輸出阻抗。這不僅僅延長電池組的服務 -3 6 一 本紙張尺度剌中國國綠k --------------- -------訂----------J (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 4ί 7 3 27 五、發明說明（34) 使用時間’但是也允許有不同標稱電壓之電化槽之間較其 他可能更大的可互換性、允許設計者利用有更高標稱電壓 之電化槽的更大儲存體潛能、而且允許設計者改變某電化 槽的輸出阻抗，以匹配—所欲位準之阻抗，以增加該電化 槽與其他類型電化槽的可互換性，及/或增加具有特定類 型負載之電化槽的效率。除此之外，無效率、對環境危險 的、昂貴的等等’且通常僅因需要特別的標稱電壓而使用 之電化槽，例如水銀鎘槽，可以由比較安全、比較有效率 或比較便宜的電化槽替換’其具有步進或步退之標稱電壓 或改變的輸出阻抗’為了符合所需的標稱電壓或該應用所 需之輸出阻抗。 舉例來說’有大約1. 8伏特或更高的標稱電壓之電化槽 可與一子控制器封裝，該子控制器步退較高之標稱電壓至 大约1 · 5伏特之標準的標稱位準，使得可與有大約1, 5伏 特標稱電壓之電池組交換地使用、在一個特定的例子中， —標準的鋰槽，像是有大約3· 〇伏特標稱電壓之鋰_Μη〇ζ 槽，可以與一步退之子控制器封裝，使得具有該電池組具 有大約1 5伏特之輸出電壓。此提供較具有大約丨· $伏特 標稱電壓且相同體積的電化槽之電池組有至少多二倍容量 之電池組。除此之外，它也提供真地可與標準的鹼性或鋅 碳單槽電池組互換的高電壓鋰槽，無須化學地減低鋰之高 電壓。更進-步地，可充電麵離子槽有大約4· 〇伏的標稱 電壓。該槽可以封裝於一個具有步降控制器之電池组中， 使得該單槽電池组有大約1. 4伏的輸出電壓。本發明的鐘 本紙張尺度過用中國國家標準（CNS)A4規格（210 ------- ------------ -— ^一--------訂---------^彳 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4ί7327 Α7 Β7 五、發明說明（35) 離予電池组可以與一標準的單槽鎳鎘或NiMH充電電池组 互換’但是將能提供大約二或三倍於有相同體積之單槽錄 鎮或NiMH電池組之容量β 此外，有像是叙離子、鎂、緩-空氣及鋁-空氣之電化槽 的電池組也具有大約1.8伏特以上之標稱電壓，且能與有 大約1.5伏特標稱電壓之標準電池組交換地使用。不僅僅 不同類型電化槽能可交換地使用，不同類型電化槽能—起 封裝於一混合電池組。因此’具有帶各種不同的標稱電壓 或内阻之不同電化槽的不同類型電池組可以可交換地使用 ，或者可以製造具有不同類型電化槽及例如光、熱、機械 等之伏打槽的混合電池组。 或者是’具有標稱電壓在典型的電子裝置將會操作之電 壓之下的電化槽，可以與具有内建的步進轉換器之放電予 控制器102 —起使用，以將標稱電壓昇壓》此允許有這個 類型電化槽之電池组與一裝置一起使用，該裝置需要比該 槽於其他方面提供更高之電壓位準。除此之外，有此類型 槽的電池組也可以與標準鹼性或鋅碳電化槽交換地使用。 此可以提供具有電化槽之商業上能實行的可用電池组，其 曾因該等標稱電壓太低而不實際，而不列入消費者使用之 考慮。 除此之外，具有低於典型電子裝置運作之擇稱電壓之數 個伏打槽，可以與具有内建步進轉換器以昇^該標稱電壓 之放電子控制器一起使用。此允許具有此類伏打槽之混合 電池組與一需要該槽於其他可能所能提供者較為.高的電壓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------------訂---------1^. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（36) 位準之裝置一起使用。除此之外，具有此類伏打槽之電池 組也可以與標準的鹼性或鋅-碳電化槽交換。這可以提供 商業可實施、具有混合槽之有用電池组，其因為標稱電壓 太低而不能實施，而於其他可能係未被视為供消費者使用 0 表1並非意指獨有的，而是列出可以用於本發明的電池 组之示例性的主要、二次和備用電化槽。舉例來說，有不 同標稱電壓或内阻抗的不同類型之主要及/或充電電化槽 可以與轉換器一起使用以創造一通用型單槽電池組，其具 有如標準的1. 5伏鹼性主要電池組或充電電池組或標準的 1. 4伏NiCd充電電池組之相同輸出電壓。除此之外，主要 、一次及/或備用電池組可以一起用於本發明之混合的多 槽電池組。實際上’本發明允許較以前更大的可互換性， 其係在各種不同的類型電化槽’以及在電化槽和例如燃料 電池組、電容器等的其它可能的電源供應之間。於製造可 互換之電池组時，藉由放置一控制器於每個電化槽裡，能 調整像是標稱電壓和不同類型電化槽的輸出阻抗之電特性 ’以允許槽較大的多樣性用於製造可互換的標準大小電池 组。電池组可以特別設計以利用電化槽的特別優點，而仍 允許與包含其他類型槽的電池组之可互換性。更進—步地 ’本發明可以用來藉由轉換電化槽的標稱電壓成標準的電 壓位準，來創造新的標準電壓位準。 除了化學使用以產生電能之外，此等對於實際機制而言 是真實的°典型的單一光、熱、燃料、及機械（例如PST) —39 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） -------I---I -裝--------訂.--------線 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 73 27 B7 五、發明說明（37) 槽有其輸出電壓遠低於標準裝置或其他電化槽電壓。本發 明允許結合低電壓伏打及標準電化系統於單一混合槽或獨 立槽，以提供電力給需要等於或不同於混合槽或獨立槽之 電壓之裝置》 表1 電化槽類型和標稱電壓 主要槽 槽之類型 標稱電壓 槽之類型 標稱電壓 0. 9伏特 鋰 FeSa 1 . 6伏特 水銀氧化物 1 . 3 5伏特 鎂-有機電解 1. 6伏特 質 汞氧化物與二 1. 4伏特 鎮-Μ η 0 2 2. 8伏特 氧化錳 鋅-空氣 1. 4伏特 固態鋰電解質 2. 8伏特 疲-鋅 1 . 5伏特 11 - Μ η 0 2 3. 0伏特 鋅-氣 1. 5伏特 链（CF〇 η 3. 0伏特 驗性二氧化摄 1. 5伏特 鋰-S(h 3. 0伏特 銀之氧化物 1. 5伏特 鋰-S0C12 3. 6伏特 —" 次槽 槽之類型 標稱電壓 槽之類型 標稱電壓 銀-為 1. 1伏特 鋅-溴 1. 6伏特 愛迪生 1. 2伏特 古 v'W 同/皿 1. 7伏特 (鐵-錄氧化物 Li (A1)- -40 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） I --------------------^ --------I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 38> A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

FeS 1. 2伏特 鋁-空氣 1. 9伏特 鎳金屬之 1. 2伏特 鉛-酸 2. 0伏特 氫化物 鎳氫 1· 2伏特 高溫納-硫 2. 0伏特 銀-辞 1. 5伏特 姐-聚合物趣 3. 0伏特 -V 6 0 丨 3 鋅-空氣 1 * 5伏特 鋰-碳離子 4· 0伏特 -LixCo〇2 鎳-鋅 1. 6伏特 槽 槽之類型 標稱電壓 槽之類型 龜_稱電爆 亞銅氯化物 1· 3伏特 熱兹F e S 2 2. 0伏特 鋅/銀氧化物 1. 5伏特 除此之外，在其他方面不相容的電化槽可以—起用於為 特別類型應用而設計之混合電池组中。舉例來說鋅-空 氣電化槽可以與混合電池组裡的鋰槽並聯或•聯—起使用 。該鋅-空氣槽有大约丨.5伏特的標稱電壓和非常高的能 量密度，但是只能提供低而穩定的電流位準。然而，裡槽 有大約3. 0伏特的標稱電壓位準且能提供高的電流位準之 短暫叢發(burst)。每個電化槽的放電子控制器提供相同 的標稱輸出電壓’且允許並聯或"電結構之配置a當該 等槽疋並聯結構時候，該等子控制器也避免該等槽彼此充 電。每個槽的子控制器能隨著負載之需要而用來連接或者 t紙張尺度綱t目®家標準（CNS)A4規格（21D X 297公龙 --------------裝--------訂---------線 f請先閱讀背面之'注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4丨ί 3乙.ί Α7 __________Β7 五、發明說明（39) 分離其中之一或全部的槽。因此，當負載是在低電力模態 的時候’能連接鋅-空氣槽以提供一穩定的低電流，以及 當負載是在鬲電力模態的時候，鋰槽或鋰及鋅-空氣槽之 組合提供使負載運作之所需電流。 混合電池紐也可以包含許多不同组合之電化槽，像是主 要及二次槽、主要及備用槽、二次及備用槽、或主要、二 次及備用槽》更進一步地，混合電池組也可以包含一或更 多電化槽以及一或更多不同選擇之電源供應之组合，像是 光、熱、燃料、或機械槽、傳統電容器或甚至超級/高電 令器。舉例來說’混合電池組可以包含多種組合，像是驗 性與金屬-s氣槽、金屬-空氣與二次槽'金屬_空氣槽與 超級電容器。再者’混合電池組也可以包含二或更多上述 槽或電源供應之組合。 更進一步地’放電子控制器也可以藉由保護該（等）電化 槽免於電流♦巔而延長電池組的服務使用時間，該電流學 巔能損害電化槽之運作且降低槽電壓。舉例來說，該子控 制器可以避免來自產生槽裡的記憶效應以及減少該（等）電 化槽的使用時間之高電流需求。此電流辛巔對於像是驗性 、鋰、鎳鎘、SLA、金屬之混合以及鋅-空氣槽也是有害 的。 放電子控制器可以保護電化槽免於電流峰顧，其係藉由 在子控制器的輸出提供電荷之暫時儲存，使得此暫時儲存 可以用於立即的需求。因此，在到達電化槽之前，電流峰 巔可以完全地除去或者太大地減少。此允許電池组提供較 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） — lllllllt — — — — ' I I ----I ^ >— — — — ——1— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 4】732y 五、發明說明（40) 該j等）電化槽所能直接提供更高的電流峰巔，而且保護該 (等）電化槽免於對那些槽元件是有害的電流峰巔。該暫時 的儲存元件較佳係電容器。這個電容器可以是任何此技藝 所知的類型，像是傳統電容器、厚模印刷電容器「超級/ 谷器」。舉例來說，圖13係顯示電容器Cf，其連接橫 過容器1312之輸出端1320和1322。 單之放4子控制器將會較佳地延長電池组的服務使 用時間，其係藉由保護電池组免於電流峰巔及轉換槽電壓 成所欲之輸出電壓兩者。舉例來說，子控制器的一較佳具 體實施例當槽電壓降到一預定電壓的時候能打開轉換器； 以將與轉換器有關的損失減到最少^相同的子控制器可以 在轉換器上監控電池組電壓和輸出負載電流，且當槽電壓 位準到預定電壓或負載電流到達一預定電流位準的時候打 開轉換器。或者是.，子控制器可以監控槽電壓和輸出負載 電流兩者，並且決定供應所需負載電流是否將會將槽電壓 降至截止電壓位準之下。在稍後例子中’子控制器係依合 併於一法則中之二個輸入信號而運作，以決定轉換器是否 應该打開。然而，於稍前的例子中’如果槽電壓降到—預 足電流位準或輸出負載電流上升到—預定電流位準，則子 控制器打開轉換器。這些連同其他的可能控制方案一起於 以下更詳細地討論。 本發明係關於特殊化之主要電池組和標準的消費者電池 组，例如AAAA、AAA、AA、C或D槽以及9伏特電池组。發 明注視特殊化主要電池組與能用於各種不同應用之混合電 -43 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公g ) I I-----------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 經濟郤智慧財產局員工消費合作社印製 4 17 3 2 7 A7 __________B7 _ 五、發明說明（41) 池组的使用。預期這些特殊化主要電池組與混合電池組能 夠用來替換可充電電池組，而用於細胞式電話、膝上型電 腦等，其目前由主要電池組提供超過一充分時間區間之所 需電流率之能力所限制。除此之外，能夠個別地控制輸出 π壓以及该等槽的輪出阻抗將會允許電池组設計者設計完 全新類型的混合電池组，其組合地使用不同類型的槽或其 i可能的電源供應，例如光、熱、燃料、或機械槽、傳統 的電容器或「超/高電容器」，在相同的混合電池组中。 可互換類型之電化槽的增加亦允許電池组設計者提供標 準I王要或可充電電池組，以減少在設計來作例如細胞式 電話、膝上型電腦、手提攝影機 '照相機等的特別裝置之 使用者設計電池组之依賴。一使用者能夠僅購買標準電池 組以提供電力給細胞式電話，多像一使用者目前為手電筒 或錄晋機之購買，而不需購買為特別類型、商標及/或模 型《電子裝置特地製造之電池組。除此之外，當所製造的 標準電池絲目增&的較’每一單元成本將會快速地減 少，而造成更多可提供的電池組’其最後能替換特殊設計 I可充電電池組。更進一步地，主要電池組和充電電池组 也能夠可交換地彼此使用。舉例來說，如果膝上型電腦的 充電電池組耗盡，使用者能夠購買主要電池組，其可持續 幾個小時之用，直到使用者能夠充電該等充電m ^ 果使用者不需要由該裝置以較貴的電池組提供某種高效能 水準，使用者也能夠購買較不貴的電池組。 像是用於照相軟片（photographic film)等之電子 -44 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） f I ^--------- ^---------^ <請先閱讀背面之注意事項'再填寫本頁) 41 〇 A7 B7 五、發明說明（42) 貼標籤技術也能夠用來顯示電池组中該（等）槽之精確類型 、該（等）槽之额定及/或剩餘容量、尖峰和最佳的電流遞 送能力、電流充電位準、内阻等，所以「聰明的」裝置能 夠讀取電予標籤且將其耗電最佳化以增強裝置的效能延 長電池組的服務使用時間等。舉例而言，一個已經利用電 子標籤來決定軟片速度等之照相機，也能夠利用電子標籤 技術與其電池組來允許閃光之較慢的充電時間、停止閃光 的使用等，以將特定的電池組服務使用時間最佳化。—膝 上型電腦也能夠利用電子標籤技術來為特別的電池組決定 最有效率的操作參數，藉由，舉例來說，變更其運作速度 以最佳地使用電池組裡的其餘電力而持續使用者所欲之期 間，或利用電力開/關技術來保存電池組的能量。除此之 外，手提攝影機、細胞式電話等，也能夠利用電子標籤來 將電池組的使用最佳化。 本發明也關於例如A A A、A A、C或D槽之標準的消費者電 池組以及9伏電池组。除了可與不同類型之主要或甚至充 電電池組互換的主要電池組之外，標準的主要電池组或充 電電池组可用於不同應用中，其中目前僅有客戶設計電池 組。舉例來說’依其需要而定，消費者能夠購買一或更多 的標準主要電池組或充電電池組，其可直接放入他們的膝 上型電腦、手提攝影機、細胞式電話、和其他可攜帶的電 子設備之内。如上所提及者’隨著所製造的標準電池組數 目増加，每單位成本將會快速地減.少，而造成更多的可負 擔之電池組，其最後將取代特別設計之充電電池組。 -45 - (請先W讀背*之注意事項再填寫本.頁) I --I -----訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 ί 〇Zl Α7 Β7 五、發明說明（43) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 為了要增加主要電池組或有相當低之最佳放電深度之充 電電池组之服務使用時間，放電子控制器係隨著電路製造 技術之進步而設計成操作在甚至更低的電壓。舉例來說， 放電子控制器能設計成於一矽化碳（「SiC」）之具體實施 例中能以電壓位準低約〇 1伏特運作、在一砷化鎵（「 G a As」）之具體實施例中能以電壓位準低約〇. 34伏特運 作、以及在一傳統以矽為基礎之具體實施例中能以電壓位 準低約0 5 4伏特運作。除此之外，隨著印刷大小減少， 這些最小的操作電壓也會減少。舉例來說，於矽中，減少 電路印刷至0. 1 8微米之技術將使最小操作電壓會從大約 0 . 5 4伏特減少到大約〇. 4伏特。如上所述，最小所需之放 電子控制器操作電壓愈低，放電子控制器能將槽電壓調節 地更低，以提供一主要電化槽之最深度放電，或對一可充 電電化槽放電至一低之最佳放電深度。因此，本發明可理 解到利用在電路製造的不同進步來增加電池組之使用率高 達大約電化槽所儲存電力100% „然而’現在以矽為基礎 的具體實施例提供電池組儲存潛能的9 5 %之使用，較之沒 有控制器的主要電化槽之平均4〇至7〇%之使用是相當高的 〇 舉例來說，在一個以矽為基礎的較佳具體實施例，放電 子控制器1 0 2係設計運作在電壓低約！伏特，更較佳地大 約0 85伏特，甚至更較佳地大約〇. 8伏特，仍甚至更較佳 地大約0 . 7 5伏特，甚至更較佳地大約〇 · 7伏特，仍甚至更 較佳地大約0. 6 5伏特，甚至更較佳地大約〇. 6伏特，而 ~ 46 * 張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 29?公釐）_ f鲭先®讀背面之注意事項再填寫本頁) ί裝 kf 訂---------線

五、發明說明（44) 〇· 54伏特係為最喜愛的。在設計成有大約丨.5伏特標稱電 壓的電化槽之子控制器中’子控制器較佳地能夠運作在一 至少高約1. 6伏特之輸入電壓。更較佳地，放電子控制器 能夠運作在一至少高約1.8伏特之輸入電壓。因此’一較 佳的子控制器應該能夠操作在電壓範圍最小值大約〇. 8伏 特到至少1. 6伏特。然而’子控制器可以且較佳地也在範 園之外操作。 然而’在設計來與像是一主要鋰-Mn〇2槽之具有約3.〇 伏特標稱電愿·之電化槽30使用的本發明之放電子控制器 1 0 2之一較佳的具體實施例中，該子控制器必須能操作在 較一與具有約丨.5伏特標稱電壓之電化槽合併使用之放電 子控制器所需來得高的電壓位準。於具有約3 . 〇伏特標稱 電壓之電化槽之情況中，該放電子控制器較佳地能夠從大 約2. 4伏特到大約3 · 2伏特範圍操作。該子控制器更較佳 地能夠從大約0. 8伏特到至少大約3. 2伏特範圍操作《更 較佳地’該子控制器較佳地能夠從大約2. 4伏特到大約 3. 2伏特範園操作。該子控制器更較佳地能夠以範圍從大 約0. 6伏特到至少大約3 . 4伏特之一輸入電壓運作。甚至 更較佳地’該子控制器能夠以範圍從大約〇. 5 4伏特到至 少大約3. 6伏特之一輸入電壓運作，而以範圍從太約〇. 4 5 伏特到至少大約3 · 8伏特係為最喜愛的。然而，子控制器 可以且較佳地也在範圍之外操作。 然而，在設計來與例如具有大約4 . 〇伏標稱電壓的充電 鋰離子槽之電化槽30 —起使用的本發明的放電子控制器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4了7327 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（45) 1 0 2的一較佳具體實施例中，子控制器必須能夠在較具有 大約3. 0伏或大約1. 5伏標稱電壓的電化槽一起使用的故 電子控制器所需之甚至更高的電壓位準操作。在有大约 4. 0伏標稱電壓之電化槽的情況中，放電子控制器較佳能 夠操作於從大约2. 0伏到大約4. 〇伏之範圍。子控制器較 佳能夠操作於從0_ 8伏到至少大約4. 〇伏之電壓範圍。更 較佳地’子控制器能夠以從大約〇 . 6伏到至少大約4 0伏 之範圍的輸入電壓操作。甚至更較佳地，子控制器能狗以 從大約0‘ 54伏到至少大約4. 0伏之範圍的輸入電壓操作， 而以範園從大約0 ‘ 4 5伏到至少大約4 . 0伏為最喜愛的。然 而，子控制器可以且較佳地也操作在該範園之外。 另一較佳的具體實施例係能與具有約..丨.5伏特或約3. 〇 伏特標稱電壓之電化槽運作於此具體實施例中，放電子 控制器能夠以約0 ‘ 8伏特之最小輸入電壓運作，較佳的約 7伏特，更較佳的約〇. 6伏特且最喜愛的約〇. 54伏特， 以及以至少大約3 2伏特之一最大輸入電壓運作，較佳的 約3 · 4伏特，更較佳的約3. 6伏特且最喜愛的約3. 8伏特 。舉例來說，放電子控制器可以能從大約〇 · 5 4伏特到大 約3 4伏特、或從大約〇. 5 4伏特到大约3. 8伏特、或從大 約0. 7伏特到大約3. 8伏特之範圍操作。 當與像是手電筒等沒有截止電壓的電子裝置使用的時候 ’本發明的電池组也提供較典型電池組清楚的優點。就典 型電池组而言，隨著電池組放電，電池组的輸出電壓則減 少。因為電子裝置之輸出功率係直接地與電池組所供應的 _ - 48 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑽x 2g7公餐） -- -----—----- — *-------t------1 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4ί7327 Α7 ----------Β7 _ 五、發明說明（46) 電壓成比例’電子裳置之輸出與電池组輸出電壓成比例減 夕舉例來說’手電筒之燈泡將隨著電池組的輸出電壓減 ：/而繼績變暗’直到電池組完全放電a然而，本發明的電 池组有纟電子控制器，其在電池組整個放電周期調節槽 電壓為相當恒定之受控制電壓位準，直到電化槽3〇電壓減 至孩子控制器能夠操作的位準之下。在那時，電池组將 停工，且％子裝置將會停止運作__然而，在放電周期期間 ’電子裝置將會繼續提供-相當穩定的輸出（舉例來說： 燈泡強度）以及完全之功能，直到電池组停工。 本發明電池組的一較佳具體實施例也包括警告使用者的 低剩餘電容量以及剩餘容量指示器。舉例來說’當電化槽 電壓到達預定值時，放電子控制器可以將該（等）電化槽與 黾池組的輸出端間歇地切斷或再連接持績一短期間。此可 提供電池客量快要用完之一可見、可聞、震動的、或裝置 可讀之指示。此外，藉由在電池組壽命結束時減少電池組 的輸出電壓’子控制器也能夠人工地再製造加速的電池組 放電情況的條件。舉例來說，當電池組儲存容量在約其5 % 的額定容量時。子控制器將開始騾降其輸出電壓^此能夠 提供指示給使用者’像是錄音帶或光碟播放器之減少音量 ，或提供裝蓃之指示，其能夠因此警告使用者β 圖7係顯示本發明的一個具體實施例的一方塊圖，其中 放電子控制器7 0 2之直流/直流轉換器7 5 0係為電地、或較 佳為電子地連接在電化槽730之正電極732和負電極734 之間以及容器7 1 2的正端7 2 0和負端7 2 2之間。直流/直流 ~ 49 - 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 11 — — — — — — I----i 1111 — I 訂—— — — — —I! (請先W讀背*之注意事項再填寫本頁) A7 ____—— B7 五、發明說明（47) 轉換器750轉換橫過電化槽730之正電極732和負電極734 之槽電壓為容器712的正端720與負端722之輸出電壓。 直流/直流轉換器750可以提供步進轉換、步退轉換、步 進及步退轉換兩者、或在該等輸出端720和7 22之電壓穩 定。在這個具體實施例中，直流/直流轉換器7 5 〇以一連 績模態運作，其中電化槽730的輸出電壓在電池組的服務 使用時間之期間’將電化槽730的輸出電壓轉換為在容器 之該等端720和722之一穩定輸出電壓。此具體實施例穩 疋了在輸出端720和722之容器712的輸出電壓。提供穩 定的輸出電壓允許電子裝置設計者減少電子裝置之電力管 理電路的複雜性，以及相應地也減少裝置的大小、重量和 成本。 直流/直流轉換器7 5 0將會繼續操作，直到電化槽7 3 〇之 槽電壓降至於可充電電化槽之外殼中電化槽之最佳放電深 度或於一主要電化槽之外殼中轉換器75〇之電子元件之最 小則進偏壓（forward-bias voUage)Vfb。到電化槽 之最佳放電深度或直流/直流轉換器7 5 〇之最小切換電壓 V f b較電池組7 1 〇正供電之電子裝置的截止電壓更低的範 圍，控制器7 4 0也將藉由放電該電池組7丨〇來延長電池組 710的服務使用時間超過電子裝置之截止電壓，其係藉由 維持容器7 1 2之該等終端7 2 〇和7 2 2的輸出電壓高於電子 裝置之截止電壓。 在如圖7所顯示的本發明的一個較佳具體實施例，工作 於連續的模態裡之直流/直流轉換器7 5 〇可以是_將電化 本紙張尺度適用1f1國國家標準（CNS)A4相执八衫 ------------裝-------訂---I-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 41732 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（48> 槽730的槽電壓降低到容器712的輸出電壓之步退轉換器 。在一個包括步退轉換器之放電子控制器7 0 2的具體實施 例中’該轉換器將第一類型電化槽73〇的槽電壓降低到容 器Ή2的輸出電壓，其約第二類型電化槽的標稱電壓位準 ’使得包含第一類型電化槽730的電池組係可與包含第二 類型電化槽的電池組互換。舉例來說，有較標準丨· 5伏特 槽高的標稱電壓之電化槽能夠與一連續運作之步退轉換器 結合使用以提供一與標準槽可互換之槽，而無須化學改變 该電化槽》這個具體實施例允許在不同類型電化槽之間較 其他可能更大程度的可互換性，而無須化學地改變該電化 槽本身結構和減少該槽的化學能量儲存。 舉例來說，一主要或可充電之鋰槽可以是用於標準的八八 電池組封裝’以提供較相同體積之鹼性電池組至少多二倍 的容量。例如一主要或可充電鋰_Mn〇z的鋰槽有大約3. 〇 伏特的標稱電壓’且不能夠正常地與有15伏特標稱電壓 之A A鹼性電池組可交換地使用。一具有大約4 · 〇伏特標稱 電壓之趣離子槽亦不能正常地與一具有大約丨· 4伏特標稱 電壓之標準錄鎘電池组可交換地使用。然而，電池組設計 者已經創造例如L i F e S2之具有大約1. 6伏特標稱電壓的新 型链電池组，其係為了要創造可以與標準A a鹼性電池組， 舉例來說’可交換地使用之鋰電池组。雖然此1. 6伏特鋰 電池組仍然有能力遞送高電流位準而用於像是照相的閃光 負載’該1 5伏特鋰電化槽之使用導致每單位鋰重量於化 學能儲存之實質化學減少。然而，本發明提供一有大約 -51 - 不紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（21〇χ297公爱） ---------I----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ί 言 Τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（49) 3· 〇伏特或約4. 0伏特標稱電壓之高電壓的主要或可充電 趣電化冑Μ及提供—控制器來轉換標稱電恩降至大約 1· 5伏特或約1·4伏特。因此’該電池組提供電池組中一 1 · 5伏特驗性槽、或—i · 4伏特鎳鎮電池於—電池組中大 約兩倍之化學能儲存，該電池組係與任一 15伏特或— 1‘ 4伏特電池组完全地可互換。此外，本發明的經電池組 將會提供如1. 6伏特Li FeS2槽一樣高之電流位準。 此外，放％子控制器7 〇 2也最佳化一像是使用電池组 710的手電筒的電裝置之效能。雖然一電裝置將不會像一 電子裝置-樣於-最小揉作電壓停工，該電裝置之效能， 例如手電筒燈泡的強度，將會隨著輸入電壓減少而減少。 因此，一穩定電池組7 1 〇的輸出電壓在電池組的服務使用 時間期間允許電裝置效能保持不變，而不會隨著電化槽 730的電壓減少而減退裝置效能。 直流/直流轉換器7 5 0可以利用一或更多像是脈波調變的 已知控制方案，其可進一步包括脈波寬度調變（「ρ Μ」） 、脈波振幅調變（「PAMj )、脈波頻率調變（「pFMj )、 以及脈波相位調變（「PM」）、脈波跳躍（pulse 之低忙閒度控.制方案之共振轉換器等等，以控制轉換器 750的操作參數。本發明的轉換器75〇的一較佳具體實施 例利用脈波寬度調變。一更較佳的具體實施例利用脈波寬 度調變和脈波相位調變之组合，其係詳細地描述如下。 在一較佳具體實施例使用於本發明之一電池组裡的直流 /直流轉換器7 5 0中’轉換器係由一脈波寬度調變器所控 -52 * 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公愛 I 裝---------訂--------:線肩 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 I T 3 2 7 A7 ________B7____ 五、發明說明（50) 制來驅動直流/直流轉換器750。脈波寬度調變器產生一 固定頻率控制信號’其忙閒度（duty cycIe)係改變的。 舉例來說，當直流/直流轉換器是關閉的時候，忙閒度可 以是零；‘而當轉換器正在滿容量操作的時候，忙閒度可以 是1 0 0 % ;以及忙間度可以依照負載的要求及/或電化槽 730的剩餘容量而在零和ι〇〇%之間改變。脈波寬度調變方 案具有至少一用來產生忙閒度之輸入信號。在—個具體實 施例中，容器7 1 2之該（等）端7 2 0及7 2 2係連續地取樣且 與一參考電壓相比較。使用錯誤更正信號來改變直流/直 流轉換器的忙閉度。在這個例子中，來自容器n 2之該（ 等）端720及722之輸出電壓之負回授迴路允許直流/直流 轉換器提供穩定的輸出電壓或者，直流/直流轉換器 7 5 0能利用例如槽電壓的多個輸入信號以及產生忙閒度的 輸出電流，該槽電壓也就是橫過該電化槽730之正電極 732與負電極734的電壓。在這個具體實施例中，槽電壓 和輸出電流係被監控，且直流/直流轉換器7 5 〇產生一為 那二個參數的一函數之忙閒度。 圖8至1 1係顯示本發明的放電子控制器電路的額外具體 實施例》在每一個這些具體實施例中，子控制器電路至少 包括二個主要的元件：（1 )直流/直流轉換器；以及（2 )轉 換器控制器’其電地、或較佳地電子地連接及分離在電化 槽的該等電極和容器的該等輸出端之間之直流/直流轉換 器’使得直流/直流轉換器的内損只有當直流/直流轉換器 必需轉換槽電壓成驅動負载所必需之電壓的時候才發生。 ------ — 53 — 本紙1¾遇用中國國家標準（CNiA4規格⑵0 x 297 )-:- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 震·1! —訂-----I--線 41 41 A7 B7 五、發明說明（51) 舉例來說’直流/直流轉換器只有當槽電壓降至一預定位 準的時候才可以打開，在該預定位準之下負載不能再操作 °或者’舉例來說，如果電子裝置需要在例如1096之特定 範圍裡的輸入電壓，當槽電壓是在所欲範圍外的時候，轉 換器控制器可以「打開」該直流/直流轉換器，而當槽電 壓是在所欲範圍裡的時候，則可以Γ關閉」該轉換器。 舉例來說’在圖8中直流/直流轉換器8 5 0係電連接在該 電化槽830之正電極832和負電極834以及該容器812之正 端820和負端822之間。轉換器控制器852也電連接在在 忒電化槽830之正電極832和負電極834以及該容器812之 正端820和負端822之間。於這個例子裡’轉換器控制器 8 5 2做為一開關，其將電化槽8 3 〇直接地連接到容器8 ι 2 4該等輸出端820和822，或將直流/直流轉換器85〇連接 在電化槽830以及容器812之該等輸出端820和822之間。 轉換器控制器85 2連續地取樣輸出電壓，並五將其與一或 .更多内部產生之臨限電壓相比較。如果容器812的輸出電 壓降至臨限電壓位準之下或是在臨限電壓之所欲範圓之外 ，舉例來說，藉由電地、或較佳地電子地連接直流/直流 轉換器8 5 0於電化槽8 3 0以及容器812之該等輸出端82〇和 8 2 2之問，轉換器控制器8 5 2「打開」直流/直流轉換器 川。該臨限電壓較佳地是在從約電化槽83〇的標稱電屋 至约該類電子裝置的最高截止電壓之間之範園中，而該電 池組係設計成操作於此。或者，轉換器控制器⑴可以連 績地取樣電化槽8 3 0的槽電壓，並且將該電壓與臨限電壓 私紙張ϋ刺+關家辟（CNS)A4祕（210 X 297^ϊ -------------裝 -------訂-----II---線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 54 4 1 7 3 27 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（52) 相比較’以控制直流/直流轉換器8 5 〇的操作。 在充電電池组的情況中’當槽電壓到達大約電化槽8 3 〇 的最佳放電深度的時候，轉換器控制器852較佳地也將電 化槽830與容器812之該等輸出終端820和822分離。此提 供電池组的最大故電循環壽命，其中每個放電循環具有最 佳化的電池組使用時間。因此，可以增加電池.组的服務使 用時間。 圖9的放電子控制器902可以包括在圖8所示之放電子控 制器802的元件，但進一步包括—接地偏壓電路98〇，其 電連接在電化槽930之該等電極932和934、直流/直流轉 換器950、轉換器控制器952、以及該容器912之該等輸 出端920和922之間。該接地偏壓電路980提供一負偏壓 之電壓位準Vnb給直流/直流轉換器950以及容器912的負 輸出端922。此增加了施加在直流/直流轉換器950的電壓 ，其從槽電壓到槽電壓的一電壓位準加上負偏壓電壓位準 Vnb的絕對值*此允許轉換器95σ於一有效率的電壓位準 操作，直到真正的槽電壓降至驅動接地偏壓電路980所必 需的最小前進偏壓之下之一電壓位準。因此，相較於從前 僅有槽電壓，轉換器950可以更有效率地自電化槽930汲 取較高的電流位準，來驅動轉換器950之電化槽930。於 具有約1. 5伏特之標稱電壓之本發明電池組9 1 0的放電子 控制器9 0 2之一較佳具體實施例中，負偏壓V n b較佳地是 在範園約0伏特和約1伏特之間。更較佳地，負偏壓Vnb是 大約0.5伏特，而0.4伏特係最喜愛的。因此，對具有大 -55 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公S ) ----------- -裝---I----訂 ---------線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明說明（53) 約1. 5伏特標稱電壓之電化槽而言，當電化槽降至大约j 伏特的時候’接地偏壓電路980允許轉換器較深地放電接 電化槽930 ’且增加從電化槽930汲取電流時轉換器950 的效率。 圖9A所，示係為一充電幫浦988之可仿效的具體實施例， 可以用做為一本發明電池組910裡的接地偏壓電路980。 於此具體實施例中，當開關S1和S3關上且開關S2和S4是 打開的時候’電化槽930之槽電壓充電電容器。然後， 當開關S1和S3打開且S2和S4關上的時候，反相該電容器

Ca上的電荷並轉移到電容器Cb，其提供來自該電化槽93〇 之槽電整之一反相的輸出電壓。或者，圖9A所示的充電幫 浦9 8 8可以由此技藝所知的任何適當充電幫浦電路所取代 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) kr 在本發明的一較佳具體實施例中，接地偏壓電路98()包 括一充電幫浦電路986。該充電幫浦電路986係顯示於圖 9B中，且包括一時脈產生器987以及一或更多背浦988。 舉例來說’於圖9Β所示之充電幫浦電路gw的一較佳具體 實施例中’該充電幫浦包括一雙層架構，其包括四個小型 幫浦9 8 9以及一主幫浦9 9 0。然而’可以使用任何數目之. 小型幫浦9 8 9。舉例來説’充電幫浦電路9 § 6的一較佳具 體實施例包括十二個小型幫浦9 8 9以及一主繁浦。此具體 實施例之該等小型幫浦9 8 9及該主幫浦9 9 0係由四個不同 相位控制信號991a、991b ' 991c、及991d所驅動，該 等不同相位控制信號係由該時脈產生器987所產生，其具 -56 - 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4173 乙 A7 I-____B7_______ 五、發明說明（54) 有相同頻率但互相相移。舉例來說，控制信號9 9丨a到 991d可以互相相移九十度。於此具體實施例中，每一個 小型幫浦9 8 9提供由該時脈產生器9 8 7所產生之控制信號 9 9 1 a到9 9 1 d之一反相輸出電壓β該主踅浦9 9 〇將多個小 型幫浦989之輸出相加，並提供充電幫浦電路之一輸 出信號，其係為如該等小型幫浦9 8 9之個別輸出電壓之相 同位準，但係為一由全部十二個小型幫浦9 8 9所提供電流 之總合之較高電流位準。此輸出信號提供直流/直流轉換 器950以及容器912之輸出負端922之虚擬接地" 在發明的另一方面，充電幫浦電路進一步地包括充電幫 浦控制器992 ’其當槽電壓降至一預定電壓位準的時候打 開充電幫浦電路9 8 6 ’其係為了要將與充電幫浦電路9 8 6 有關的損失減到最少。舉例來說，充電幫浦控制器9 9 2之 預定電壓係能在於從約電化槽9 3 〇的標稱電壓到電池組 910所設計來供電之該類電子裝置的最高截止電壓之範圍 中。預定的電壓更較佳地係約比截止電壓大〇.丨伏特，而 比截止電壓大〇. 〇 5伏特係最喜愛的。或者是，充電繁浦 %路9 8 6能由打開直流/直流轉換器9 5 〇之相同控制信號所 控制，使得充電幫浦電路9 8 6只有當轉換器95Q正操作時 才運作。 除此之外，於具有充電電化槽之電池組中直流/直流轉 換器950和充電幫浦電路986較佳地當槽電壓降至約最佳 放電深度的時候關上。此允許充電電化槽最佳地放電，以 允許該槽之充電週期之次數和效率最大。 本紙張尺錢財畔家標準（CNS)A4規格⑵^ χ视公爱） I II! — — — — — — ^ -------I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 1 7327 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（55) 進—步’當接地偏壓電路980關閉，施加於容器912之 該輸出負端922之虚擬接地較佳地降至電化槽no之負電 極934之電壓位準。因此，當接地偏壓電路不運作，該電 池组以由電化槽9 3 0之負電極9 3 4所提供之標準接地配置 運作。 或者是’接地偏壓電路9 8 0能夠包含一第二直流/直流轉 換器’像是推進（Bulk-Boost)轉換器、culk轉換器、 或者一線性調節器。除此之外’直流/直流轉換器9 5 〇和 接地偏壓電路9 8 0能由一單一轉換器所結合或取代，像是 大量推進轉換器、推挽式轉換器或返驰轉換器，其將皆正 輸出電壓往上移且將負偏壓往下移。 圖10係顯示本發明之一放電子控制器電路1002的另— 具體實施例。在這個具體實施例裡，直流/直流轉換器 1 0 5 0能夠接受來自像是相移感測電路1 〇 6 2的外部源之校 正控制信號。如上面參照圖7所描述，直流/直流轉換器 1 0 5 0利用像是脈波寬度調變器的控制方案來控制轉換器 1 0 5 0的搡作參數。在這個具體實施例中，故電子控制器 電路100 2包括如在圖9所示之放電子控制器電路9〇2的相 同元件’但更進一步的包括相移感測電路1 〇 6 2，其測量 在電極1032之槽電壓與正從電化槽1〇3〇所汲取而由橫跨 電流感測電阻R c所量測之電流的交流元件之間之即時相移 «該直流/直流轉換器1 〇 5 0使用這個訊號與其他内部或外 部產生之控制信號來產生忙閒度。 在圖1 1所示的具體實施例的放電子控制器n 〇 2可以包 —58 一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ----------III It------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i "i 3 X 7

經濟部智慧財產局員i消費合作社印製 五、發明說明（56) 括如圖ίο所示的放電子控制器1〇〇2之相同元件，但是更 進一步包括一緊急電路1182，其電連接到電流感測電阻 Rc之兩侧以及電化槽1 1 3 0之正電極1 1 3 2和負電極丨丨2 2 ’且連接到電化槽1130之負端1122，且更進一步地連接 到轉換器控制器1 1 5 2。緊急電路U 8 2可傳訊給轉換器控 制器1152，以回應於一或多個需要將該（等）電化槽與容 器1112的輸出終端丨12〇及1122分離之有關安全之條件， 以保護使用電池组1丨丨〇之消費者、電或電子裝置、或電 化槽本身。舉例來說，假使短路或倒轉極性，緊急分離電 路1 1 8 2傳訊轉換器控制器丨丨5 2將電化槽丨〇 3 〇的該等電極 1132和1134與容器1112的輸出終端11其〇及1122分離； 除此之外’緊急分離電路1 1 8 2也能藉由偵測電化槽1 1 3 〇 的電愿及/或内阻來提供電化槽M3〇的放電週期結束之一 指示給轉換器控制器1 1 5 2。舉例來說，當電化槽1 1 3 0的 剩餘谷量降到預定位準的時候，放電子控制器1 1 Q 2可以 驟降電流；當電化槽的剩餘容量到達預定值的時候，放電 子控制器1102可以將電化槽1130的該等電極1132和 1134與該等輸出終端112〇及1122短暫地間歇分離及再連 接’或提供一些其他可見、可聞或;{滅器可讀的電池組將停 工之指示。分別地’如果電流感測電路丨丨8 3顯示穩態電 流率高於控制器1 1 5 0所能承受的話，緊急電路1 1 8 2也可 以用來提供控制器旁通模態。如果此電流係於槽1 1 3 0之 安全邊緣内’緊急電路1 1 8 2可以送出訊號給轉換器控制 器1152，以直接連接電化槽ι13〇之該等電極1132和 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------I--I I --------訂·--------線- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4 丨 7 3 27 A7 ---B7 五、發明說明（57) 1134至旁通該轉換器1150之輸出端ι12〇和1122。在放 電週期結束，緊急電路也可以送訊號給轉換器控制器 1152來將電化槽1130與容器1112的輪出終端112〇及 1122分離’及/或短路該等輸出終端112〇和丨122，以避 免放電的電化槽1130消耗與該放電的電化槽113〇串聯之 其他槽之電流。 於圖12所示的較佳放電子控制器12〇2包括一具有同步 整流器1 2 7 4之直流/直流轉換器】2 5 〇，該同步整流器 1274可以將正電極1232與容器1212的正端1220電子地 連接及分離。如參考圖8以上所述，同步整流器丨2 7 4的開 關除去於在電化槽1230之正電極丨232或負電極1234與容 器之輸出端1220和1222之間直接電路徑中像是轉換器控 制器8 5 2之額外開關之需要。此外，同步整流器丨2 7 4藉由 減少該等内損而増加直流/直流轉換器i 2 5 〇的效率。具體 實施例之轉換器控制器丨2 5 2也允許控制直流/直流轉換器 1 2 5 0的額外輸入信號•舉例來說，在圖i 2所示的具體實 施例中，除了相對於圖1 〇較早描述之相移測量之外，轉換 器控制器1 2 5 2經由感測器（未顯示）監控内在的電化槽環 境’像是溫度、壓力、以及氫和氧濃度。 圖7至1 2往前表示本發明的較複雜電路設計。他們以這 順序安排，以提供不同元件之有秩序描述，該等不同元件 可包含在除了直流/直流轉換器之外的放電子控制器電路 中’該直流/直流轉換器係為本發明控制器的中心元件。 發表的次序非意謂暗示在聯合多樣不同元件之電路中較遲 -60 - 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） IIJIIIII1 — — — — *1111 — I— « — — — — — — II (請先閱讀背面之注意事項再填寫本瓦) 417 3 27 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（58) 介紹的元件必彡貞具有關於早錢績描述之所切徵才掉 入本發明的範園裡。舉例來說，緊急電路、充電指示器電 路、相移感測電路、及/或接地偏壓電路可以結合圖6至 11的電路使用，而無需轉換器控制器或其他元件，其係顯 示於顯示這些元件的圖式中。 圖1 3係顯示使用於本發明之電池组i 3丨〇裡的整合控制 器電路1 3 4 0的一個較佳具體實施例，且包括—直流/直流 轉換器1 3 5 0及轉換器控制器1 3 5 2。該轉換器135〇較佳地 是一鬲效率及中等功率之轉換器，其能在大多數電子裝置 的臨限電壓以下操作。放電子控制器13〇2較佳地包括一 像是在圖9B所示之充電幫浦來提供—虛擬接地給直流/直 流轉換器1350和容器1312的輸出端1322，該虛擬接地具 有一在電化槽1330之負電極1334以下的電位。虛擬接地 提供可用來驅動直流/直流轉換器135〇之遞增電壓差異， 且允許轉換器1350較之以往僅有驅動轉換器之槽電壓從 電化槽1 3 3 0更有效率地汲取—較高電流位準。 在這個具體實施例中’轉換器控制器1 3 5 2係較佳地使用 脈波寬度和脈波相位調變控制方案。相移感測電路1 3 6 2 測量槽電壓以及於電化槽丨3 3 〇之正電極丨3 3 2和負電極 1 3 3 4測量從電化槽1 3 3 0所汲取之電流，以及在電壓和電 流之間即時的及/或連續的相移。此相移定義電化槽1 3 3 0 的内阻’其為電化槽1330.電容量的一函數。舉例來說， 於一驗性電池組中，在大約電化槽I 3 3 0放電5 0 %之後，其 由槽之封閉電路之壓降決定，漸增之内阻指示剩餘的電化 -61 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐〉 -----------1 I --I-----^--------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 1 7 ：；'; A7 __B7____ 五、發明說明（59) 槽1 3 3 0容量。相移感測電路1 3 6 2提供這些訊號給相位線 性控制器1 3 7 1。該相位線性控制器1 3 7 1接著提供由相移 感測電路1 3 6 2所感測之電壓V s以及輸出電壓控制信號 V ( p s i)，其線性地正比於對脈波調變器丨3 7 6之相移，該 脈波調變器1 3 7 6利用脈波寬度調變和脈波相位調變控制 方案之纟且合°脈波調變器1376也收到橫過電阻Rs的壓降 做為一電壓控制信號。 脈波調變器1 3 7 6使用電壓:控制信號之組合來驅動直流/ 直流轉換器1350 °當電歷：Vs高於一預定的臨限電壓位準 時，脈波調變器1376維持金屬氧化物半導體場效電晶體（ 「Μ 0 S F E T」）Μ 3於關閉狀態以及金屬氧化物半導體場效 電晶體Μ 4於開著的狀態。因此，從電化電池組1 3 3 〇到負 載的電流路控係經由金屬氧化物半導體場效電晶體Μ 3維護 。此外’有關直流/直流轉換器1 3 5 0與轉換器控制器 1 1 5 2之損失係減到取少’因為忙間度有效地維持在零百 分比。在這情況裡，關閉之金屬氧化物半導體場效電晶體 Μ 3的直流損失與電阻R s係極低。舉例來說，電阻R s較佳 地是在從大約Q . 〇 1到大約〇 . 1個歐姆之範圍。 然而’當電壓低於預定的臨限電壓時，脈波調變器i 3 7 6 被打開並且基於電壓控制信號的组合調變直流/直流轉換 器1 3 5 0的忙閒度。V s的振幅運作為控制忙閒度的主要控 制信號。橫過電流感測電阻R s、或電流感測器的壓降運作 為第二控制信號，其中該橫過電流感測電阻r s的壓降為輸 出電流的一函數=最後，由相位線性控制器1 3 7 1所產生 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） I----- I I------ --------訂--------- (請先閱I面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4Π3 2 ： Α7 ----------- Β7__ 五、發明說明（6〇) 的訊號V(psi)運作為第三控制信號，其中該訊號v(psi) 係線性地正比於在槽電壓和正從電化槽丨3 3 〇所汲取之電 流的叉流元件之間之相移。特別地是，在電池组使用時間 中，訊號V ( p s i )係用來改變忙閒度，以回應於内阻改變 ’其影響轉換器的效率和電池組使用時間。如果V s的即時 及/或連績的振幅減少、或如果橫過電阻的壓降增加、 及/或V (p s i )控制信號之連績振幅增加，'則脈波調變器増 加忙閒度。每個變數的貢獻係依照適當的控制法則加權。 當脈波調變器1376被打開的時候，其振盪器產生梯形或 方波控制脈波’其較佳地有5 0 %忙閒度以及範圍在從大约 4 0千赫到大約1 Μ Η z之頻率，更較佳地範圍在約4 〇千赫到 大約600千赫’在約600千赫通常為最較隹的。脈波調變 器1 3 7 6利用適當的控制法則改變金屬氧化物半導體場效 電晶體Μ 3和Μ 4的忙閒度。最尋常地，控制法則以相同的 忙閒度但相反的相位操作Μ 3和Μ 4。金屬氧化物半導體場 效電晶體Μ 3和Μ 4較佳地是互補式高功率電晶體，其中Μ 3 較佳地係Ν通道MOSFET且Μ4較佳地係Ρ通道M0SFET。本 質上’完整之直流/直流轉換器1 3 5 0的結構係為一在輸出 具有同步整流器之昇壓.直流/直流轉換器。除此之外，轉 換器1350藉由使用金屬氧化物半導體場效電晶體JJ3代替 非同步蕭特基二極體來將交流和直流損失減到最少。分離 之控制信號驅動Μ 3和功率金屬氧化物半導體場效電晶體 Μ4。改變在金屬氧化物半導體場效電晶體M3和金屬氧化 物半導體場效電晶體Μ 4控制信號之間的相位及/或忙間度 -63 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） J I-----I丨丨丨裂.--- --I 1訂---1 -----線 (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 417 3 2 7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（61)

’將改變橫過容器1312之該等終端1320和1322的輸出電 壓D 脈波調變器1376可以控制金屬氧化物半導體場效電晶體 M3和M4，其係基於一或更多電壓控制信號，像是電壓Vs 、電阻Rs的壓降、或電化槽1330的内阻。舉例來說，如 果負載電流消耗低’脈波調變器1 3 7 6產生接近零百分比 的直流/直流轉換器1 3 5 0之忙閒度"然而，如果負載電流 消耗高，脈波調變器1 3 7 6產生接近1 〇 〇 %的直流/直流轉 換器ί 3 5 0的忙間度。當負載電流消耗在這二末端間改變 時’脈波調變器1 3 7 6改變直流/直流轉換器的忙閒度，以 供應負載所需之電流。 圖1 4比較數個示例性之放電曲線，該等示例有不具有本 發明的控制器之電池组Β 1、具有一在連續模態操作的轉換 器之放電子控制器的本發明電池組Β 2 '以及本發明之具有 一放電子控制器的電池組β 3，其中對於該電池組所設計之 —典型電子裝置’轉換器在高於電池组截止電壓時打開， 其中該電池組係為該給定的電子裝置所設計。如圖1 4所示 ’沒有本發明的控制器的電池組Β 1將在時間11於有截止 電壓Vc的電子裝置中失效。然而，電池MB2的放電予控 制器在整個電池組服務使用時間期間連續地將電池组的輸 出電壓昇壓至電壓位準V2;當電池组B2的電化槽的槽電 壓降至放電子控制器的最小操作電壓位準Vd的時候，電池 組B 2的子控制器將會停工且在時間t 2電池组輸出電壓降 到零，結束電池組B 2的有效使用時間》如圖i 4的圖形所 _ - 64 - 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（21G厂挪公爱）- — --- -----1 丨 II 丨 —1- 1 丨 I I I I 丨 — 丨 —1 丨- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4丨7 ο A7 五、發明說明（62) ·' v、有子L制器之電池組β 2的有效服務使用時間延長是 t 2 -11，其中轉換器係在連續模態操作。 訂 然而，電池組B3的控制器直到電化槽的槽電壓到達預定 的電壓位準Vp3才開始推進電池組的輸出電壓，預定的電 壓位準VP3較佳地是在電化槽的標稱電壓位準和該電池组 欲供電之該類電子裝置的最高截止電壓之間的範園中。更 較佳地，預定的電壓位準Vp3大約比該電池組欲供電之該 類電子裝置的最高的截止電壓Vc大〇 2伏β甚至更較佳地 ，預定的電壓位準VP3大约比該電池纽欲供電之該類電子 裝置的最高的截止電壓。大〇. 15伏。更較佳地，預定的 電壓位準Vp3大約比該電池组欲供電之該類電子裝置的最 高的截止電壓VC大〇 ，且以較“大〇 〇5伏為最喜愛 的▲槽電壓到達預定的電壓位準Vp3的時候，電池组Β3 的轉換器開始昇壓或穩定輸出電壓+ 。電壓位準 △ V係標示於圖14中且代表電池组“之昇壓與截止電壓Vc 之間的電壓差。電壓位準Δν較佳地係在於從大約〇伏到大 約〇. 4伏之範圍，且以约〇. 2伏為最喜愛的。電池組”接 著繼續提供一輸出，直到電化槽的槽電壓降至轉換器的最 小操作電壓位準V d，電池組Β 3的控制器將會停工。在此 時’電池組輸出電壓在時間t 3降到零，結束電池组β 3的 有效使用時間。如圖1 4的圖形所示，與沒有本發明的控制 器的电池组Β 1相較，電池组B 3的服務使用時間延長是t 3 -t 1 ° 圖1 4也顯示當連接到相同的電子裝置時電池組β 3較電池 本紙張尺度適用中國囵家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 4 J \Z άί 4 J \Z άί 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ----------B7 五、發明說明（63) 組B 2久持。因為電池组B 2的轉換器連續地操作，轉換器 的内損消耗電池組B 2的電化槽的一些能量容量，以及，因 此’相較於僅運作於一部份放電週期之電池组B3，電池組 B2的槽電壓將在更短時間内到達轉換器的最小操作電壓 Vd。因此，當靠近正供電之電子裝置的截止電壓時最佳化 電池组B3的電壓vp3的選擇，將會造成電化槽最有效率的 使用，且造成較大的電池组使用時間之延長。因此，電池 组B3的預定電壓Vp3較佳地係相等或些微大於欲供電之電 子或電裝置的截止電壓。舉例來說，預定電壓Vp3可以較 佳地是約比截止電壓大〇 _ 2伏。更較佳地，預定電壓v p 3 可以較佳地是約比截止電壓大0. 1 5伏。甚至更較佳地， 預定電壓VP3可以較佳地是約比截止電壓大〇1伏，而约 比截止电壓大伏是最喜愛的。 然而’如果電池組係設計為多種電子裝置用的標準電池 組’預疋電壓Vp3較佳地選擇成相等或些微大於那群電子 裝置的最尚截土電壓。舉例來說，預定電壓Vpg可以較佳 地約比那群電子裝置的最高截止電壓大〇. 2伏。更較佳地 ’預定電壓Vp3可以較佳地約比那群電子裝置的最高截止 電壓大0. 15伏。甚至更較佳地，預定電壓Vp3可以較佳地 約比那群電子裝置的最高截止電壓大〇. 1伏，而以約比那 群電子裝置的最高截止電壓太0.05伏是最喜愛的^ 圖1 4的圖形也顯示轉換器的最小操作電壓y ^愈低，則相 較於沒有本發明的控制器的電池组B 1，使用時間延長就將 愈大。除此之外，電子裝置之截止電壓Vc和轉換器之最小 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公楚） -I --------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 417327 五、發明說明（64) 操作電壓Vd之間的差異愈大，由於電化槽之槽電蜃的昇壓 ’本發明的控制器將提供電池組愈大的服務使用時間延長 〇 更進一步地’圖14係顯示裝置之截止不再是主要電化槽 或充電電化槽之放電的限制因素。只要控制器能夠保持電 池組之輸出電壓高於裝置之截止電壓，電池組之電化槽可 以繼績放電。於一主要電池組中，此允許該等槽依煦轉換 器之最小操作電壓儘可能地完整放電。然而，於—充電電 池组中，本發明允許最佳放電，其増加充電電池組之服務 使用時間，而無關於裝置之截止電壓，只要該轉換器能夠 於一小於或等於該充電電化槽之最佳放電深度之槽電壓操 作。 充電子控制器 充電子控制器1 04也可以延長本發明之充電電池組的週 期壽命。子控制器可以藉由以個別地控制每個個別的電化 槽之充電順序而延長電池组的週期壽命。因此，充電子控 制器可以基於該特定槽之實際回授而最佳化每個槽之充電 ，以最大化次數與每個充電與放電週期之效率。舉例來說 ，充電子控制器可以藉由直接監控每個槽的槽電壓及/或 内阻抗而控制每個槽的充電。此允許子控制器控制多個單 槽電池組或者一或更多多槽電池組的每個個別的電化槽的 充電週期。 充電子控制器104也可以延長充電電池組的使用時間， 該充電電池組較佳地不深放電，例如鉛酸蓄電池組，其係 ' 67 ~ 本紙張尺度適財國國家標準（CNS) Α4規格⑵Q χ 297公愛） -----------ί -裝--------訂---------線 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 ί 7 3 ^ 7 Α7 ----------- 五、發明說明（65) 藉由在放電週期的「排出時間（〇ff_time)」之期㈣電 化槽充電’也就是當電化槽不是在放電模式的時候e舉例 來說’控制器可以允許充電子控制器在放電該等槽之「排 出時間」之期間對-或更多個別槽充電。如果「排出時間 」相對於放電之「沒取時間（.“Μ)」係夠長久也 就是當該特別電化槽正在主動放免的時候，充電子控制器 可以能維持該槽於至少接近滿充電之情況。如果长閉度夠 高且裝置運作超過一充份期間，充電子控制器不能狗維持 電化槽之充電高於一預定的電壓位準或低於特定的阻抗位 準，其係相應於該類型的特別電化槽之最大所欲之放電深 度，當充電電化槽到達最大所欲之放電深度的時候，放電 子控制器可以結束電池組的放電週期。充電子控制器也可 以避免過度充電，其係藉由當槽電壓是在像是該槽的標稱 電壓之某預定電壓位準之下的時候，僅充電該槽，藉由用 以決定在這個應用中所描述的任何其他決定充電週期結束 的方法，或藉由任何其他此技藝所知之手段。因此，控制 器可以將充電電化槽的服務使用時間最佳化，其係藉由不 使该槽週期期間放電超過最佳的放電深度，以及在充電週 期期間將充電順序最佳化。 充電週期的另一類的電源供應可以包括一例如裝置的電 源線之外部供應，或者包括一内部供應，例如裝置之另一 電化槽或者與充電電化槽一起封裝於一混合電池組裡的另 一電化槽。舉例來說，主要槽可以封裝於該裝置中或者與 充電電化槽一起封裝於一混合電池组裡。金屬-空氣槽， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐〉 --------------裝--- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -I6J' .線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 4173^7 五、發明說明（66) 例如有高能量密度的鋅-空氣槽，但是只能狗提供相當低 疋電流位準，提供一特別有利的其它可能的電源供應，其 用來充電-充電電化槽。或者是’例如燃料電池组的其它 可能電源可以包含在混合電池组中，以提供充電源給充電 電化槽。 除此之外，充電子控制器也允許使用接觸型充電系統或 非接觸型隔離充電系統來充電本發明的電池组。 本發明㈣池組的一較佳具體實施例&可以包括一滿量 充電指示給使用者。舉例來說，充電予控制器可以提供電 池组已經冗全充電的可見或可聽的指示給使用者。或者是 ，予控制器可以提供可讀的指示給充電器系統或裝置使 仵充電器系統或裝置能夠因此警告使用者。 圖1 5係顯示本發明的電池组的一方塊圖，該方塊圖包括. 充電子控制器電路1 5 0 4。充電子控制器電路丨5 〇 4較佳地 整合於電池組1 5 1 0之内，且因而安全地和有效率地控制 從外部充電源或電路進入的電源，以最佳化充電電化槽 1530的充電週期。控制充電子控制器電路15〇4基於從感 測電路1 0 5所收到及/或其自己的内部電路感測所回授的 輸入電壓控制信號，控制從外部充電源所進入的電源信號 。舉例來說，充電子控制器1 5 〇 4能夠使用電壓控制信號 v ( P s 1) ’其定義電化槽1 5 3 0的内阻抗。此控制信號係由 相位線性控制器1 5 7 1所產生’且相對於圖1 3而描述。或 者是’充電子控制器可以由槽電壓或充電電流、或二或更 多内阻抗的组合、槽電壓和充電電流來控制電化槽1 5 3 0 -69 私Α張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱 -----I I — — — — — — --- -----訂---------d (請先閱讀背面之it意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 41了3 27 A7 _____ B7 —,^ 五、發明說明（67) 的充電。除此之外，在電池組1 5 1 0的容器1 5 1 2裡所量測 之實際條件，例如氫濃度、氧濃度、溫度及/或壓力，可 以由充電子控制器使用’以對該電化槽1 5 3 0最佳地充電 〇 當在該等終端1520和1522的電壓比電化槽1530的槽電 壓高的時候’放電子控制器1502的脈波調變器1576關閉 N通道金屬氧化物半導體場效電晶體m3並開啟p通道金屬 氧化物半導體場效電晶體M4。金屬氧化物半導體場效電晶 體M3產生來自該等終端1520和1520的電流路徑以對該電 化槽1530充電’且金屬氧化物半導體場效電晶體避免 在該等終端1520和1522間之短路》脈波調變器1576也可 以藉由把電壓控制信號送給接地偏壓電路158〇的時脈產 生器1587而關閉接地偏壓電路1580。在圖9A之充電繁浦 例子，舉例來說，時脈產生器9 8 7將會開啟開關S 1和s 2， 且時脈產生器9 8 7將會關閉開關S 3和S 4，而將虛擬的接地 輸出變為電化槽930的負電極934的電位》或者是，如果 接地偏壓電路1580包括一例如充電幫浦控制器1592的内 部控制器，其運作如有關圖9 B之充電幫浦控制器9 9 2所描 述’内部控制器可以直接地將該等終端1520和1522的電 壓與電化槽1 5 3 0的槽電壓相比較，以及如果橫過該等終 端1520和1522的電壓係大於電化槽1530的槽電壓，則藉 由直接地控制時脈產生器1587而關閉接地偏壓電路丨58〇 。此將虛擬的接地輸出變為電化槽1530的負電極1534的 電位。 -70 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗〇 X 297公爱） --------------袭------I — 訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

‘HU 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（68) 在本發明的一鳄佳具體實施例，充電子控制器電路丨5 〇 4 使用内阻抗資訊来決定最有效率的交流訊號輪廓，其包括 振幅、頻率 '上升緣和下降緣等。子控制器因此將内部的 充電動態與電化槽的靜態損失減到最少，且提供對於特別 電化槽之最快速可能充電率的控制。除此之外，例如氩和 氧濃度、溫度、壓力等實際條件的感應器可以提供進一步 將充電條件最佳化之能力。 當充電子控制器電路1504決定電化槽已經完全充電的時 候’充電子控制器打開N通道金屬氧化物半導體場效電晶 體M3。此將電化槽1530與該容器1512之該等終端152〇 和1522分離，以及藉此與外部充電源或電路分離β 基於真正的離子和電阻抗條件，利用内阻抗來控制電化 槽1530的充電允許充電最佳化。藉由於每個容器1512裡 放置一充電子控制器1 5 〇 4提供多個單槽電池組或一多槽 電池組之個別電化槽丨5 3 0更多的控制，因為該等子控制 器個別地控制每個槽的充電。該等槽1 5 3 0可以於與其他 電化槽1 5 3 0串聯及/或並聯配置而充電β如果該等槽係串 聯充電，充電子揸制器1 5 0 4可以包括一在該等終端之g 的高阻抗路徑’使得當電化槽1 5 3 0完全充電的時候，子 控制器1 5 0 4可以將充電電流改變至與該槽i 5 3 〇 _聯之其 他槽。然而，如果該等槽係並聯，充電子控制器〗5 〇 4可 以將電化槽1 5 0 4與充電電流隔離。於多槽電池組的每個 電化槽裡放置一控制器允許每個槽以相同的充電電流充電 ’其係由每個槽裡的該等個別控制器所控制，以對該槽最 -71 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I II ί ^ — --------------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6s) 佳地充電’而不管該槽之電化學特性。即使當該等槽有不 同標稱電壓之時，此充電子控制器也可以對一混合電池組 的多個槽充電。 圖16係顯示一充電子控制器電路1504配置之一具體實 施例’其可用於如圖1 5所顯示的本發明之電池組。在這個 具體實施例中’充電子控制器電路1604包括一通用充電 器電路1677 ' —叢發電路1678、以及一充電控制狀態機 器1679。該充電控制狀態機器1679使用叢發電路1678來 製造一試驗電流Is以及一於電化槽15 30之該等電極1532 和1 5 3 4之試驗電壓v s。如參照圖I 3所描述，相位線性性 控制器1 5 7 1偵測秦試驗電流I s以及試驗電壓v s之間的相 移。叢發電路1678較佳地包括一叢發驅動器1668和η通 道金屬氧化物半導體場效電晶體Ml。叢發驅動器1668產 生一高頻控制脈波訊號，其驅動金屬氧化物半導體場效電 晶體Μ 1的閘極。試驗電流I s流經金屬氧化物半導體場效 電晶體Μ 1，以及相位線性控制器1 5 7 1偵測在試驗電流I s 與試驗電壓V s之間的相移角度（ψ)。相位線性控制器 1 5 7 1輸出電壓控制信號v (v p s i )，其線性地正比於槽電 壓之交流元件之間的相移以及由該電化槽1 5 3 〇至該充電 控制狀態機器1 6 7 9所汲取之電流。充電控制狀態機器 1 6 9 4使用來自相位線性控制器1 5 7 1的此控制信號來控制 交流充電訊號之輪廓.當電化槽1 5 3 0完全充電的時候， 脈波調變器1576隔離該金屬氧化物半導體場效電晶體切3 ’其依次將電化槽1530與容器1512之該等終端1520和 72 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） --I--------— - --------訂.-------I ί (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4173^7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（70) 1 5 2 2隔離。 、圖17係顯示在圖15所顯示的充電子控制器電路的—個其 它可能的具體實施例，其允許電化槽153〇的隔離充電， 而沒有在外部充電器電路和本發明的電池組151〇之間的 任何機械接觸。在這個具體實施例中，充電子控制器電路 1 7 0 4包括一線圈，其做為一變壓器的副線圏以對電化槽 1530充電。外部充電源包括可以變壓器的主線圈，其可 以透過空氣共線連接到充電子控制器電路丨？ 〇 4的副線圈 。舉例來說，本發明的電池組可以包含一印刷接線線圈於 該電池組1 5 1 0的標籤上或可以包含在容器或電池組裡， 以形成充電變壓器的副線圈。此具體實施例的充電電路較 佳地操作於從大約2 0千赫到大約丨〇 〇千赫之範圍的頻率， 更較佳地係從大約40千赫到60千赫之範圍，而以大約5〇 千赫是最令人喜愛的。來自外部充電源的訊號經由外部充 電源的主線圈供能予充電予控制器電路〗7 〇 4的副線圈 17 98。充電控制狀態機器1 7 9 4控制該通用充電器電路 1777 ’以將充電電化槽153〇的充電週期最佳化。如果外 部充電器電路操作於大約50千赫之頻率，該變壓器將會有 足夠la圍以允έ午來自本發明的電池组之電化槽的充電，從 大約1到大約3英吋’且將因此允許電化槽在原處充電，而 不必將電池組從電的或電子裝置移開。此可提供與必須從 裝置移開電池組相較之清楚優點。舉例來說，可以對例如 心率調整器之以手術方式植入的裝置裡的電池组充電，而 不必將電池組從病人以手術方式移開。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規楮（210 χ 297公釐） ： --------I -------- ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

五、發明說明（7l) 緊急子控制器 控制器也可以執行—緊急分離功能，其若偵測到一或更 多有關安全之條件，則將電化槽與電池組之容器之該等終 端分離，及/或如果超過轉換器能.力之負載所需電流仍於 特定電化槽之操作電流範圍内，直接連接電化槽至旁通該 轉換器之輸出端。控制器可以包括獨立的緊急子控制器， 其偵測不安全條件，例如短路、極性反轉、超載、過度放 電、高溫、壓力或氫濃度’以及電子地將電化槽與電池組 工該等終端分離。或者是，緊急功能可以由放電子控制器 的電路及/或充電子控制器所執行，或者控制器可以包括 分離之感測電路，該感測電路傳訊號給該放電子控制器及 /或充電子控制器’以將電化槽與電池組之該等終端分離 ---·---；-------裝--------訂. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種電池组，包含： (a) —具有一·正端與一負端之容器； (b) —配置於該容器内之電池槽，該槽有一正電板、 負電極' >乂及一橫過該槽之正及負電極所量測之错電 壓； ^ (c) —控制器，電連接在該槽之該等電極和該容茨的 該等端之間，以由該槽電壓產生一橫過容器的正端與 負端之輪出電壓；以及 U) ~回應於該電池組之一預定條件的電路，該電路係 可操作以在偵測到該預定條件時解耦合該控制器的輪 出電壓’其係來自容器的該等端。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2·如申。青專利範圍第1項之電池組’其中該電路係控制器 的—部份，且係可操作以在偵測到該預定條件時解耦合 该控制器的輸出電壓，其係來自容器的正與負端口 3.如申叫專利範圍第1項之電池組，其中該電路包括—電 "心’4器其與该槽耗接以測量一槽電流.，該電路係回 應 預足條件，該預定條件包括一基於該電流感測器 之倒轉極性條件，以及在偵測到該預定條件時，從容器 之該等端解耦合控制器的輪出電壓。 4 ’申叫專利範圍第1項之電池组，其中該電路包括一電 Ά器，其與该槽耦接以測量—槽電流，該電路係回 應\預及'條件，孩預定條件包栝一基於該電流感測器 '路k件以及在偵測到該預定條件時，從容器之該 等端解耦合控制器的輸出電壓。 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 C8 D8 六、申請專利範圍 5. 如申請專利範圍第1項之電池組，其中該電路係可操作 以監控該槽電壓，該電路係回應於一預定條件，該預定 條件包括該槽電壓下降至一預定電壓位準之下，該電路 在偵測到該預定條件時，從容器之該等端解耦合控制器 的輸出電壓，以通常避免該槽之一過度放電= 6. 如申請專利範圍第1項之電池组，其中該電路係可操作 以監控該槽内阻抗，該電路係回應於一包括該槽内阻抗 超過一預定阻抗之預定條件，該電路在偵測到該預定條 件時，從容器之該等端解耦合控制器的輸出電壓，以通 I 常避免該槽之一過度放電" 7. 如申請專利範圍第1項之電池组，其中該電路係可操作 以監控該槽電壓，該電路係回應於一包括該槽電壓超過 一預定電壓位準之預定條件，該電路在偵測到該預定條 件時，從容器之該等端解耦合控制器的輸出電壓，以通 常避免該槽之一過度充電= 8. 如申請專利範圍第1項之電池組，其中該電路係可操作 以監控該容器内之壓力，該電路係回應於一包括該容器 壓力超過一壓力界限之預定條件，該電路在偵測到該預 定條件時，從容器之該等端解耦合控制器的輸出電壓。 9. 如申請專利範圍第I項之電池組，其中該電路係可操作 以監控該客器内之氫濃度，該電路係回應於一包括該容 器之氫濃度超過一氫界限之預定條件，該電路在偵測到 該預定條件時，從容器之該等端解耦合控制器的輸出電 壓。 -76 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------i ------裝 -------訂--------線 (請先閱讀背面之注意事項fk寫本頁) 4 17 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 *申請專利範圍 1 0.如申請專利範圍第1項之電池組，其中該電路係可操作 以監控該容器内之溫度，該電路係回應於一包括該容器 之溫度超過一溫度界限之預定條件，該電路在偵測到該 預定條件時，從容器之該等端解耦合控制器的輸出電壓 1 1.如申請專利範圍第1項之電池組，其中該預定條件包括 繫附至電池组之一負載的電流需求超過控制器容量之條 件，該電路係進一步可操作以在從容器之該等端解耦合 控制器的輸出電壓時，將該槽直接地耦合至容器之該等 端，以在容器之該等端形成槽電壓。 1 2 · —種多槽電池組，包含： 一具有正端與負端之第一容器； 一配置於該第一容器内之第一電池槽，該第一電池槽有 一正電極、一負電極、以及一橫過該第一電池槽的正電 極與負電極所測量之電池槽電壓； 一電耦合於該第一電池槽的該等電極與該第一容器的該 等端之間之第一担制器，以產生一橫過該第一容器的正 及負端所測量之槽電壓； 一電耦合於該第一容器之第二容器，該第二容器具有一 正端與一負端； 一配置於該第二容器内之第二電池槽，該第二電池槽有 一正電極、一負電極、以及一橫過該第二電池槽的正電 極與負電極所測量之電池槽電壓； 一電耦合於該第二電池槽的該等電極與該第二容器的該 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — ill---' — It--I ------—訂----I---I (請先閱讀背面之注意事項/攻寫本頁) Λ8 Β8 C8 DS 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項厂"寫本頁) 等端之間之第二控制器，以產生一該第二容器的正及負 端所測量之槽電壓；以及 一回應於該多槽電池组的一預定條件之電路，該電路係 電耦合於該第一及第二控制器之一，以在偵測到該預定 條件時，從個別之第一及第二容器之該等端解耦合個別 之第一及第二容器輸出電壓 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之多槽電池组，進一步包含一 外殼，其具有一電耦合至該第一容器正端之輸出正端， 以及一電耦合至該第二容器負端之輸出負端，該第一容 器負端係.電連接至該第二容器正端，該外殼實質地包含 該第一及第二容器。 1 4 ·如申請專利範圍第1 2項之多槽電池组，其中該電路包 括一電流感測器，其與至少一槽耦合以測量該槽之電流 ，該電路係回應於一預定條件，該預定條件包括一基於 該電流感測器之倒轉極性條件，且該電路在偵測到該預 定條件時，從與該槽相結合之該等容器端解耦合控制器 的輸出電壓。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 5.如t請專利範圍第1 2項之多槽電池组，其中該電路包 括一電流感測器，其與至少一槽耦合以測量該槽之電流 ，該電路係回應於一預定條件，該預定條件包括一基於 該電流感測器之短路條件，且該電路在偵測到該預定條 件時，從與該槽相結合之該等容器端解耦合控制器的輸 出電壓。 1 6.如申請專利範圍第1 2項之多槽電池組，其中該電路係 -78 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 1 7 3 2 7 as BS C3 DS 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項/填寫本頁) 可操作以監控至少一槽之槽電壓，該電路係回應於一預 定條件，該預定條件包括該槽電壓下降至一預定電壓位 準之下，該電路在偵測到該預定條件時，從與該槽相結 合之該等容器端解耦合控制器的輸出電壓，以通常避免 該槽之一過度放電。 1 7.如申請專利範園第1 2項之多槽電池組，其中該電路係 可操作以監控至少一槽之槽内阻抗，該電路係回應於一 包括該槽内阻抗超過一預定阻抗之預定條件，該電路在 偵測到該預定條件時，從與該槽相結合之該等容器端解 耦合控制器的輸出電壓，以通常避免該槽之一過度放電 〇 1 8.如申請專利範圍第1 2項之多槽電池组，其中該電路係 可操作以監控至少一槽之槽電壓，該電路係回應於一包 括該槽電壓超過一預定電壓位準之預定條件，該電路在 偵測到該預定條件時，從與該槽相結合之該等容器端解 耦合控制器的輸出電壓，以通常避免該槽之一過度充電 α 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 9.如申請專利範圍第1 2項之多槽電池组，其申該電路係 可操作以監控在至少一容器内之壓力，該電路係回應於 一包括該容器壓力超過一壓力界限之預定條件，該電路 在偵測到該預定條件時，從與該容器相結合之該等容器 端解搞合控制器的輸出電壓。 2 0.如申請專利範圍第1 2項之多槽電池组，其中該電路係 可操.作以監控在至少一容器内之氫濃度，該電路係回應 -79 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 17 3 27 AS B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 於一包括該容器之氫濃度超過一氫界限之預定條件，該 電路在偵測到該預定條件時，從與該容器相結合之該等 容器端解耦合控制器的輸出電壓。 2 1.如申請專利範圍第1 2項之多槽電池组，其中該電路係 可操作以監控在至少一容器内之溫度，該電路係回應於 一包括一容器溫度超過一溫度界限之預定條件，該電路 在偵測到該預定條件時，從與該容器相結合之該等容器 .端解耦合控制器的輸出電壓。 2 2.如申請專利範圍第1 2的多槽電池组，其中該預定條件 包括繫附至該多槽電池组之一負載的電流需求超過至少 一控制器容量之條件，該電路係進一步可操作以在從容 器之該等端解耦合控制器的輸出電壓時，將至少一槽直 接地耦合至該等個別容器之端，以在該等個別容器之端 形成槽電壓。 2 3.如申請專利範圍第1 2項之多槽電池组，其中該第一及 第二電池槽至少其中之一包含一電化槽及一伏打電池组 之一。. 2 4 · —種延長一電池組有效壽命的方法，包含以下步驟： (a )備置一電池组，包括： (ί) 一具有一正端及一負端之容器；以及 (i i ) 一配置於該容器内之電池槽，該槽有 一負電極、以及一橫過該槽之正及負電極所 壓； 該方法之特徵在於： 80 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 電極 電 .^1 t— -- p _^i n n I n n I n n I <請先閱讀背面之注意事項f寫本頁) 7 9 A8 B8 C8 D3 申請專利範圍 ⑻電搞合一控制器在該槽之該等電極與該容器的該等 端之間’以從槽電壓形成-橫過容器的正及負端的輸出 電壓； (C )回應於偵測到該電池组的—預定條件，從容器之該 .等端解轉合控制器的輸出電壓^ 2 5.如申請專利範圍第24項之方法，其中感測一預定條件 包括感測一槽電流超過一預定電流位準。 21如申請專利範圍第25項之方法，進一步包含在從容器 之該等端解耦合控制器的輸出電壓時，將正電極電耦合 至正端’以及將負電極電耦合至負端。 2 7.如t請專利範圍第2 4項之方法，其中感測一預定條件 包括感測一槽電壓，其係低於—過度放電電壓與高於— 過度充電電壓之一者。 I---- ί __________ ___LT , (請先閱讀背面之注意事項罗4.寫本頁) -線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本纸張尺度適闬中_國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）