TW478190B - Battery having a built-in controller to extend battery service run time - Google Patents

Description

478190 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（，） 發明領域 本發明係有關於電池’且更特別有關於有内建控制哭之 單-單元電池’以及多單元電池，其中每個個別電化單元 有其自己的内建控制器。本發明並特別有關於具有延長電 池使用時間的内建控制器之電池。 發明背景 消費者使用-次以及充電（二次）電池於可攜式電子裝置 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。當一典型的次電池 的服務使用時間結束時，該電池通常被丟棄。一典型的次 電池的服務使用時間通常僅允許總電池儲存容量介於約百 :之40到70的使用。一旦在已經使用那部分之初始儲存能 里後，该電池通常不能夠供應足夠電壓以驅動電子裝置。 當經過這⑨電池的有效壽命之⑯，消費者通常甚至在電池 仍含有其儲存容量約百分之3〇和6〇間即丟棄該等電池。因 此，藉由允許安全之較深放電（deeper discharge)而延 長次電池的使用時間，將藉由在丟棄電池之前允許電子裝 置使用更多電池之儲存容量以減少浪費。 然而，充電電池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，充電電池可以被充電以及 再使用。就次電池而言，在已經使用電池儲存體容量的某 一百分比率之後，電池典型地不能夠供應充足的電壓來驅 動電子電路。因此，如果提供電池的一個深放電，可以延 長-充電電池的每個放電週期 '然而，一充電電池的放電 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

478190 A7 B7 五、發明説明（2 ) 位準具有充電電池未來充電次數和效率上之影響。舉例來 說，於鎳鎘（「N i C d」）電池中，深放電是較佳的，因為否 則如果電池沒有適當地耗盡而充電，電池會產生「記憶」 效應，造成未來可用電量容量之減少。然而，鋰電池之深 放電會損害該等電化單元。充電電電池的服務使用時間通 常可以藉由有效率地控制特別單元之充放電週期而延長， 使得可以最大化充電週期的總次數，以及也最佳化從電化 單元的每個放電週期所取回之能量大小。 目前電源控制器缺乏控制多個單一單元電池或於單元緊 接單元之基礎上之多單元電池之能力。舉例來說，需要多 個單一單元電池或一多單元電池，和數個多單元電池的一 些電子裝置具有内建控制器，其穩定所有電池一起之總輸 出電壓、監控所有單元之電量狀態、或控制所有充電單元 一起之總電量。因此，該等電源控制器控制多個電化單元 〇 經濟部中央標準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) 每個單一單元電池和多單元電池裡的每個單元與其他單 元不同，即使該等單元是相同類型之電化單元。這些不同 能引起需要多個單一單元電池或多單元電池的裝置的問題 ，其中一或多個單元與電池裡其他單元的電化特性不同。 除此之外，如果消費者只有替換裝置裡的一部份單一單元 電池，某些單元會大幅改變電量位準。一旦此等單元之一 個放電至1 0 0 %位準以下，全體電池會失效及/或產生不安 全的使用情形。 在充電電池中，改變在該等單元中之電荷位準能有很多 -5- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 478190 A7 B7 五、發明説明（3 ) 強烈的效應。如果消費者嘗 多個單一單元電池或 經濟部中央標準局負工消費合作、杜印製 多單元電池充電’該等電池因為其中一電化單元效㈣ 且至少一剩餘之單元是完全充電 - 穴 >又唸寺早兀的一廷 度无廷之條件能夠永久地損害—或多個單元 起爆炸。然而，為了要避免此辨 ^. 土曰 貝問4，汉叶者已經提供卞 細的控制方案’設法確保每個電化單元係充電到如同：: 電化單元之相同位準，且全部的安全性無法妥協。炊：；， :些：案仍缺乏直接控制電池的每個個別單元之能’力，^ 每個單元的天生之不同益法满检 、 去補仏，且全部的安全性無法名 t切0 :此之外，消費者一直地要求較小且較輕之可攜式電子 ^署使這些裝置較小且較輕之主要障礙之—係為供電該 寺裝置所需之電池大小和重量。事 各心 爭只上 田電子電路更快 且更複雜之時，典型地需要甚至 疋比攸則更多電流，因此 ，電池之需求甚至更大。然而， 、 ^果所增加的功能及速度 耑要消費者更常替換或斧雷 曰狭次无私该寺電池，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 效率地使用電池及/或電池本^需要提供所儲存能量之更大 利用。 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 且μ /直w轉換态），用來轉換 及/或穩定電池之輸出電壓’於此等裝置裡，多個單一單元 電池通常係串聯，且眇答兩、；、％ 且此寺I池 < 總電壓係由轉換器轉換

财關家辟（CNS Ψ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 II 1 I I - 478190 A7 經濟部中央樣隼局員工消費合作杜印製 五、發明説明（ 負載電路需要的電壓。轉換器能延 轉挟長，人％池的服務使用時 間，舉例來說，並佴驻 · 八、不 /、係精由步退（Stepping down)於初始部 刀“池放電中的電池電壓輸出，否則該電池將 嗲 負載電路所需之更多繼因此更有，；及/或藉 (stePping up)稍後部分之電池放電中的電池電壓輸出， 否則該電池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，这等轉換器要放人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。帛二，電池供應 者無法控制將會被特別的電池所用之轉換器類型。因此， 孩等轉換器並非設計來利用每個類型的電池單元的特定電 化特性。第三，不同類型之一次或充電電化單&，例如鹼 性和鋰電池，具有不同的電化特性和標稱電壓，且因此不 月b夠直接互換。此外，該等轉換器佔據電子裝置中可貴的 工間。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（「 RF」）發射器。然而，藉由於電池裡設置轉換器，ΕΜι來 源能放置於更遠離其他EMI敏感的電子零件，及/或能由電 池之導體容器屏蔽之。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂 目別笔壓轉換為的另一問題在於其典型地需要多個電化 單元’尤其有關鹼性、鋅碳、鎳鎘（N i C d )和銀氧化物之電

478190 A7 五、發明説明（ 池丄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㈣通常需要串聯的多個電化單元來提供充足電 壓以驅動轉換器其可接著將電壓步降至電子裝置所需位準 由於肩等轉換為的輸入電壓需求，該電子裝置必 須包含幾個電化單a，即使電子裝置本身可能只需單一單 h ί1) Η 元來運作。這造成2間和重量浪費，且阻礙電子裝置進一 步小型化。 /、他的類型單疋，例如金屬_空氣單元，需要電化反應之 在切又控的％境，以最大化該單元的服務使用時間。一 些金屬-2氣電池單元之設計使用機械閥來調節流進及出該 單元之空氣。 因此，提供具有内建控制器之單一單元電池或具有内建 控制於每個單元之多單元電池是有利的，其係為了提供 每個個別電化單元的不同特性或狀態之控制。 因此，存在需要最佳地使用充電電池所儲存的電荷，並 且在充電之前將放電深度最佳化，以最大化電池其服務使 用時間。藉由設計電池來提供其儲存能量的較大利用，電 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 子裝JL也能使用較小的或較少的電池，以進一步小型化可 攜式電子裝置。 發明概述 — 不同類型電化單元和相同類型之不同的個別電化單元具 有可以影響該特別單元之運作及/或安全性之不同電化特性 。控制器建入每個電化單元之内可以最佳化該單元之運作 及/或士全性之至少一方面。控制器較佳地配置在混合模態

A7 五、發明説明（6 ) ^片上丄其係客戶設計來與例如驗性、鎳録（「NiCd」） 、、長^化物或混合早兀之特別類型電化單元運作。該 ，二:tn固別地或結合—或多個類似電池運作。在每個 犬員土的黾化單元中，運作敎座 別…_ A 彡“车及/或安全性能藉由控制該特 早…或多個電化特性而最佳化。可由此控制器 1 1作例子包括使用直流/直流轉換器來延長電池的服 ::時間由直接監控該特別單元之電化特性而控制 的无電週期；假使過熱、倒轉極性、短路、超過 2力、過度充電、或過度的氫氣，則提供安全 制間以最佳化進入金屬-空氣電池之内的空氣流量或氧氣； ::監控該特別電化單元之充電狀態，以提供此資訊給使 用者、裝置、或為品質保證目的。 f I月供私池，其藉由在充電之前最佳地使用充電 电池所儲存的電荷來提供較長的服務使用時間。電池具有 轉換器的内建控制器，其能夠在典型的電子裝置的 電壓限之下運作。兮批制 W技制為更有效率地調節電化槽的電 且允許一受控制的放電或最佳的放電深度，以延長 電t的服務使用時間。控制器係較佳地配置在混合模態之 石夕印片上’其係客戶設計以供與特別類型的電化槽之運作 ，像是驗性、鎳錯（「NicdJ)、趣、鐘離子、密封之錄酸 銀乳化物或混合槽，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 池服務使用時間’其係藉由⑴打開及關閉直流/直流轉換 Θ ’⑺當輸入電壓係低於典型的電子裝置所能操作之電 本纸張尺度耕 V： 'h Η 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 478190 A7 五、發明説明（7 壓《下時’維持最小的必需輸出電壓（3 )降低電池之輸出 ‘V: ιί:: 阻抗，（4 )決定最佳的放電深度；以及（5 )提供最佳的充電 序。 < 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（舉例來說，標準的9伏電池）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⑺楚的優點。首先，其允許電池設計者利用一特別的類 土私化彳日之特別的電化特性。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）之電池改變及/或 穩足電池輸出電壓，而且不為包含另一類型電化槽（舉例來 說，NiCd、SLA)之電池，以及轉換器係與需要該轉換器 (也就是鋰電池）的電池整合，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 咨有關而來自影響該不需要轉換器的電池的損失。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在一特別地較佳的具體實施例中，控制器係安裝於單槽 電池的答器之中，例如A A A、A4、c、D或棱形電池，或 安裝於一多槽電池的每個槽中之容器之中，例如棱形或標 準的9伏電池。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槽上操作的電子裝置 <需求。這些優點，舉例來說，可見於超效率鋰電池，其

4/8190 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（8 ) 符合標準的丨·5伏特AA電池的包裝和電需求，其係藉由使 用-内建控制器來將標稱槽電壓從大約2·8到大約4〇伏的 範圍步降到大m.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使用時間。而且， 備置一_器於每個電池槽裡提供比目前可用❾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 =裡的放電條件，而且能確㈣個電池在電子裝置停工之 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，的放電週期，以確保電池放電到一位準，其將提供電 池最長的可能服務使用時間，以及將會改良槽的安全性以 侧如記憶效應、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，而增力曰口週 期壽命並改良電池的安全性。 孩等控制器也允許本發明電池的通用。本發明的電：也提 供超越已知電池之優點，而不管他們是否與具有截止電壓 之電的裝置或電子裝置一起用，例如上面列出者，或與電 裝置一起用。 包 3等控制器晶片也能更經濟地製造，因為電池之大量隹 賣允許晶片的更便宜之製造，其係相較於為每個類型 子裝置所製造之個別調整器或轉換器。 私 直流/直流轉換器的一個較佳的具體實施例係為一幾乎盔 電感、高頻、高效率、極低輸入電壓、以及中等功率之= 換器’其使用脈衝1度和相移調變控制方案。 … ------------ - 11 麵本纸張尺度關家縣（GNS ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 4 A7 五、發明説明（9 ) 本發明之控制器可以包括任何或更多上述所列之功能 而且或也可以包括除了在此提供之例子之外的其他功能。 本發明的其他特徵和優點係相對於發明的較佳具體實與 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 申請專利範圍結論之時，相信發明將會從下列連同伴隨圖 式結合之描述而較佳地了解： 圖1及圖1 A係典型的圓筒形電池結構的一透視圖。 圖2係另一典型圓筒形電池結構的一透視圖。 圖3係另一典型圓筒形電池結構的一切面圖。 圖4係本發明電池的一方塊圖。 圖4 A係在圖4中所顯示電池的一較佳具體實施例的一方 塊圖。 圖4 B係在圖4中所顯示電池另一較佳具體實施例的一 塊圖。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 圖4 C係在圖4中所顯示電池再一較佳具體實施 塊圖。 圖5A係本發明電池的一較佳具體實施例之一部份分解、 橫切圖。 圖5B係本發明之電池的另一較佳具體實施例之 解、橫切圖。 刀 圖5C係本發明之電池的另一較佳具體實施例之 解、橫切圖。 刀刀 本縣尺錢财關 12- 478190 A7 B7 五、發明説明（10) 圖6係本發明之一電池的一較佳具體實施例之一區部透視 圖。 圖7係本發明之電池的另一較佳具體實施例之一方塊圖。 圖8係本發明之電池的另一個較佳具體實施例之方塊圖。 圖9係本發明之電池的另一個較佳具體實施例之方塊圖。 圖9 A係圖9的電池之較佳具體實施例之一方面的一具體 實施例的一設計圖。 圖9 B係圖9的電池之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 〇係本發明之電池的另一個較佳具體實施例之方塊圖 〇 圖1 1係本發明之電池的另一個較佳具體實施例之方塊圖 〇 圖1 2係本發明之電池的另一個較佳具體實施例之方塊圖 〇 圖1 3係本發明之電池的另一個較佳具體實施例之方塊圖 及設計圖之結合。 經濟部中央標準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) 圖1 4係一典型電池及本發明之電池的二個不同較佳具體 實施例放電特性曲線圖。 圖1 5係本發明之電池的另一個較佳具體實施例之一方塊 圖與設計圖之結合。 圖1 6係如圖1 5所示之充電子控制器之一具體實施例之方 塊圖。 圖1 7係如圖1 5所示之充電子控制器之另一具體實施例之 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 A7 B7 '發明説明（ 方塊圖。 圖1 8係本發明之電 與設計圖之結合。 再—較佳具體實施例之—方塊圖 圖1 9係如圖1 8所示> 圖。 技制器之一具體實施例之方塊 圖2 0係如圖丨8所 塊圖。 <閥予控制器之另一具體實施例之方 本發明係有關於單一一 」係用於此應用中夕早兀私池。琢術語「-次 後即欲丟棄之一… 在可用電儲存容量已耗盡之 再使用）。於此應用中術語「可…一去再无-或 「一、° 了充 ^(rechargeable)」及 —〆人（sec〇ndary)伯 其可用電儲存容量已耗食、：且係參照於目的是在 化單元（也沈e ^〈後至少可充電一次之電池或電 中術-「，二、目的是至少可重複使用-次)。於此應用 電Γ;電=者」，係參照於目的是由消費者講買或使用之 兒丁及私裝置。孩術語「單一 裝之單一兩仆、 早兀」係參照於具有個別封 私化早兀之電池，例如护淮

類型電池，4 6 ^^^AA'AAA^C，tD 特……池搜的一單-單元(例如標準的9伏 動電話或膝上型電腦之電池')。用於此靖之 Π电池」係參照於具有多個终端和π 〜 器，或者具有多個終端且至少實質電化單元之容 單元之外殼(例如標準的9伏特電個或更多電化 )如果母個早兀有其自己的個別容器，該等電化 1★ φ政------ ,π-----Am (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ------ - Μ - 本紙張 478190 A7 B7 五、發明说明（12) 單元不需要完全地由外殼包覆。舉例來說，可攜式電話電 池，可以包含兩個或更多電化單a，每個有其自己的個別 容器且以收縮套塑膠材料-㈣裝，該收縮套塑膠材料將 該等個別容器保持-起’但可以不完全地圍繞該等單元的 個別容器。如此應用所用，該術言吾「混合電池」包括包本 兩個或更多電化單元的多單元電池，…少該等單元中 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。 於此應用中所用的術語「控制器」係參照於n Α 接受至少-輸人信號且提供至少—為輸人信號函數之輸出 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—切換類型，也就是斬波矜 制（Ch〇Pper-controlled)之直流/直流轉換器，將—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 係時常提供經調整之輸出的功率電子電路。轉換器可以提 供一步進的電壓位準、_丰 旱 步退电壓位準或大約相同位準之 調整電壓。許h同類型之直流/直流轉換器係於業界 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ¾-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂 人知。本發明係、考慮已知轉換器或線性調整器之使用，傲 為此應用中所描述的敍祛艟接 〇較佳轉換為 <可能替換（雖然較不有利. 夠在典型的電子裝置可以運作之—電壓位準下運作。 之不:t裝置《「截止電壓」係低於該電壓則連接至電，、也 _子裝置無法運作之電壓。因此，「截止電壓 ”裝置相關，也就是說，位準因裝置(功能性末端)的」曰;、 操作電壓或操作頻率f兴 、瑕小 " 牛例來說，能夠在一給定期間裡對電 15 / o i y\j A7 五、發明説明（13) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 容器充電）而定 到大約1.2伏特之截範圍從大約1伏特 特般低之截止電壓右二.I電子裝置有-約0.9伏,,有機械移動零件的電裝置，例如電時 4里’馬達和電機繼雷哭 私時 ,,% ΛΛ ^^ ，也有一必需提供足夠電流以製& 夠強的電磁場以移動機械焚 I迈 筒之電裝f、… 電壓。其他像是手電=裝置通常沒有裝置截止電壓，但當供電之 心，:輸出功率(舉例來說，燈泡強度)也將會減少。 果早私化早兀是正供電正供電一具有截止電 置，該電化單元係「受制於 装 茂甘士不 又制万、（subJect ίο)」裝置的截止電 …中_須提供大於或等於裝置的截止電壓 該裝置將停工。然而，如果二或更多串聯； 非（私化早7G正供電該裝置，也就是，電連接在正輸入端 和負輸入端之間，每個電化單元係「受制於」t置的截止 電壓之—部份。舉例來說，如果二個電化單元係、串聯連接 •^係正供電該裝置’每個單元係「受制於」裝置的截止電 反《半。然而’如果三個電化單元係串聯連接且用來提 =電力給裝置’每個電化單元係僅「受制於」裝置的截止 私乂之一刀之一。因此，如果「η」數目單元串聯連接且 =供電該裝置，每個單元係「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 噙果一或更多的電化單元係並聯連接以供電該襞置，每 個單兀仍「受制於」裝置的全部截止電壓。此外，在這個 應用中，如果二或更多的電化單元係串聯連接，且該事聯 連接係並聯連接於一或更多的電化單元，每個争聯連接單

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五、發明説明（14) 元係如同串聯連接之是 ， 而「A制认” 正供電該裝置之電化單元一班 又制於」涊截止電壓之相同部分。 本發明之一方而從α E A < 一主要，匕軍_ 長％池之「服務使用時間」。對於 王受％化早兀而言，「泰 使用時間βπ %池又服務使用時間」與「電池 .」疋可互換的’且其係定義 池輸出電壓下降至電池 ;門期 是該裝置的截止電壓)之下“裝取小操作電壓(也就 )又下的時間。對照於「電化m元之# 用時間」之術語「單亓佶閉咕 化早兀之使 元完全用舍JL不 寺間」係為在負載條件下該單 兀凡王用姐其％化能所需之 」係依賴電化單元本身厂 早-使用時間 早兀本身，也就是用盡單元 而「電池使用時間」仿佑紹甘< 々有％化，匕， 電池輸出電壓在丨伏特以 、 ]來說田 電子裝置將會停工，即使泰m ?勺截止包壓之 量鍺存體容量。奴個=早：也許仍有至少5。%的能 盡，因為它不再計… 電池使用時間」已經耗 才疋供无足能量來驅動該電子 池通常被丟棄。蚨而，「_ 置且私 單元仍有剩餘的電化能。™時間」尚未耗盡，因為 電池具！多個充電/放電週期。在-充電電池 -充電義4所能達到之充電/放電週期次數。 裝置的的輸出電壓降至該電池正供電的 ，私垄之下’否則停止放電以提供電池一 的週期壽命。然而， 乂大 无％ “的電池之服務使用時間 係參照於充電/放電週期的總數，其中每個放電週期有^ 478190 A7 五、發明説明（15) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 使用時間。充電電化單元的「 元之置一、彳兩 疋使用時間」係在那個單 到最佳週期期間，在負載情況之條件下，該單元達 : = 深度所需要的時間。如上所討論，充電電池的 罙产係為该无電電池放電深度之一函數。隨著放“度加’電池使用時間也増加，但是週期壽命 使科間則減少。相反地，隨著放電深度之減少， =吏用：間也減少，但是週期壽命和電池服務使用時間 然而，從裝置使用之觀點，比較短的電池使用時 +::万便的二因此，對於每個特別的電化單元以及充電 二的設計而言’在放電深度和週期壽命之間的比率能予 以^圭化以允許較大的電池服務使用時間。舉例來說，將 =池的服務使用時間最佳化的一個可能方法比 較：遞？的累積能量，其可定義為在特定放電深度所達到 二⑭命（也就是週期次數）與在每—週期所恢復 大小之乘積。 _在此應用中’該等術語「電化單元之有用壽命」或「單 用壽命(ceil usefu"ife)」也被使用，而不管是否 ^匕早元是用完即丟或可再充電之單元，且相應於電池使 ，、中早兀有用筹命」係為於特別的放電周期直 到單元不再有用之時間，並係 。 命茂 Τ 係^兒化早兀不再能提供充足 …驅動孩電池正在供電之裝置。如果單一單元電池裡 的「單元使用時間」延長或減少’那麼「單元有用壽命」 和電池使用時間」也必需分別延長或減少。此外，於如 果早—單元電池的「電池使料Κ「單元有用壽 --—__- 18- 紙張尺度朝 ( CNiT7^7210X297^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} > 一裝· 訂 曠 谓190 五、發明説明（16) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 延長f減!、’貝,]另一者也將會分別地延長或減少之情況， 使用時間」和「單元有用壽命 :疋 的。相對地，然而，因為即使在多單元電池的 2使用時間過去之後，特別的電化單元仍有剩餘的有用 令叩，所以術語多單元電池裡的一特定電化單元之「單元 有用壽命」與術語多單元電池之「電池使用時間」不必然 地可互換。類似地，如果多單元電池裡的特定電化單元之 「單元使用時間」延長或減少，％「電池使用時間」不必 延長或減少’其係因為「電池使用時間」τ能依電池裡的 一或更多單元之單元電壓而定。 當用於這個應用中，充電電化單元的「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 大化以及將該單元之每個放電週的使用時間最佳化的單元 電壓。如果將該單元放電至該單元之「最佳放電深度」之 下（舉例來說，大約s L Α單元之1 · 6伏特），充電電化單元 的服務使用時間可以劇烈地縮短。舉例來說，鋰離子單元 的深放電可以損害該單元以及減少該單元之未來放電週期 的次數與效率。然而，鎳鎘（「N i C d」）電化單元係較佳地 更深放電，以避免藉由減少於未來放電週期裡該單元的使 用時間使「記憶」效應縮短該單元的壽-命。 術語「電地連接」和「電的連接」係指供連續電流流動 之連接。術語「電子地連接」和「電子的連接」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 19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事 ΙΦ .項再填· 裝-- 寫本頁) 訂 .曠 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 Α7 --— ____Β7___ 五、發明ΐ^Γ17) 〜 —'〜 ，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」。 本發明之電池包括一或多個控制器，其最佳化電池之運 作或安全性之至少一方面。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：（i) 放電控制、（2)充電控制、（3)緊急分離控制、（4)閥控制 、（5)監控一或多個電化單元之電量之狀態、及/或（6)辨 識單元之電及電化特性。電化單元可以封裝於單一單元或 多單元電池中。多單元電池可以包括二或更多相同類型電 化單元’或者包括二或更多不同類型電化單元於一混合電 池裡。本發明的多單元電池可以包含多個電化單元，其係 串聯及/或並聯地電安排。單一單元電池的控制器可以與一 容咨内的電化單元串聯及/或並聯地電連接，以及封裝進^ 〆部彳;7包含该單元之容器的一外殼裡，或繫附到該容琴、 該外殼，或繫附到該容器或外殼的標籤或任何其他結構。 如有關單一單元電池所述，多單元電池的控制器可以與一 或更夕個別單元一起封裝；或者多單元電池的控制器可以 與多單元組合一起封裝，使得控制器係與電化單元組合串 聯或並聯地連接。 本發明的電池的控制器可以執行一或多個以上列出的功 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。舉例來說，控制器僅可以執行二或三個以上列出的 功能，例如控制一包含至少一金屬_空氣單元之可充電電、、也 之充電，以及控制一或多個微閥以控制該（等）金屬_空？ VI-------^抑衣------1T----- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁} -20- 478190 A7 ------—___ _B7五、發明説明（18) 經濟部中央標準局員工消費合作衽印裝 單元之反應速率。本發明之電池的控制器可以包含一個執 仃每個所从《功能的電路’或者可以包含許多個別的子 控制器，：執行-或更多所欲的功能。除此之外，子控制 器可以共享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。 圖至係、....員不為了时論之目的而簡化之典型圓筒形電池 結構10。每個圓筒形電池1〇之結構具有在不同配置中而安 排之相R基本結構元件’於每—種情形中，該結構包括— 有外皮或側壁14之容器、-包括正端20之上蓋16，以及 -包括負端22的底蓋18。容器12圍繞單_電化單元3〇。 圖1係顯示可能用來做圓筒形、單一辞碳電化單元3〇之· 池1〇的結構。於此結構裡’整個上蓋16係導電的且形成； 池10之正端20。絕緣墊圈或封膠以使導電之上蓋16與電 化單元3〇絕緣。電極或電流收集器26係電連接該電池1〇 的外部正端2 〇和電化單元3 〇的陰極3 2 (正電極）。底蓋u 也是完全地導電’且形成電池1〇的夕卜部負端22。底蓋:電 連接至電化單元3〇的陽極34(負電極）。隔離板28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，料電池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設計，其中一絕緣塾圈或封 膠24使底蓋丨8與電化單元3 〇絕緣。於此情況中，整個上 蓋16係導電的，且形成電池的正端2〇。上蓋16係電連接 至電化單元3 0的陰極3 2。亦為導電的底蓋丨8形成電池的 負端22。底蓋18係經由電流收集器26電連接到電池單 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁j > 一裝 、*!! 續 -21 - 478190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 五、發明説明（19) ' -—----- 3〇的陽極34。隔離板28係配置㈣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，主要盘可

无電之驗性(鋅/短二氧化物)電池係典型地封裝於. 型中。 H 圖3係顯示另-可能的電池設計，其中電化單元3〇係以 「螺旋纏繞膠狀S(spirally WGUndjeUy Μ")」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：-陰極層32、第一隔離板層28、一陽極層34、以及 -第二隔離板層28。或者是’非配置於陰極”和陽極34 之間的第二隔離板層28。此「薄板類型」結構係接著滾成 -之圓筒形螺旋纏繞膠狀卷結構’且放置於電池1〇的容器 12中。絕緣墊圈或封膠24係顯示使電化單元3〇與上蓋μ 絕緣。在此情況中，整個上蓋16是導電的，且形成電：1〇 的正端20。上蓋1 6係經由電流收集器26電連接到電化單 元30的陰極層32。也是導電的底蓋18形成電⑴㈣負端 2 2。底盍1 8係經由導電底板丨9電連接至電池單元3 〇的陽 極3 4。隔離板層2 8係配置於陰極層3 2和陽極層4之間， 且透過電解質提供用以離子導電之裝置；；連 接到上蓋16和底蓋18兩者。在這情科，側壁^ = 由像是聚合物之非導電材料形成。然而，如果側壁Μ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’像是主要的趣_Μη〇2電池以及可充電趣離子及錄 _„ _____-22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格公餐）-—-—_ ,|------、玎----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 五、發明説明（20) 鎘（「Ni-Cd」）電池夕士 & <王要及可充電鋰電池，係經常封裝 於此類型配置中。 母 早几也可以句；fe女 , 枯各種不同形式的安全排氣口，需要 芝氣交換的電化單亓 >、怎^ , — 又運作排氣口、容量指示器、標籤等 等’其係於業界廣為人4 , , K為人知。除此之外，該等單元可以以其 他業界已知結構來建造 。 例如紐扣早 70 ( b u 11 ο n c e 11 S )、 硬幣單元（C〇in CeUs)、稜形單元（prismatic celU)、 平板或有雙極板單元等。 經 濟 部 中 央 標 準 為 員 工 消 費 合 社 印 製 4 了本發明之目的，電池「容器」12包含單-電化單元 奋态1 2包括必需的所有的元件，其絕緣及保護該等二 私極32及34、分離备和電化單元3〇的電解質，遠離環境 :一多單元電池裡的任何其他電化單元，以及提供來自容 态外％化單兀3 0的電能。因此，圖裡的容器12包括 仞土 1 4頂盖1 6、底蓋1 8單元以及正極2 〇、負極2 2 ,其 才疋供單元3 〇的電連接。在多單元電池中，容器可以是個別 =結構’纟包含單一電化單元3◦，且此容器12可以是在多 單元電池裡的多個個別容器其中之一個。或者是，如果外 成將一電化單元的電極和電解質與環境完全地隔離，並將 包池裡的彼此單元芫全地隔離的話，容器1 2可以由一多單 元電池外殼之一部份所形成。容器12可以由例如金屬之導 電材料料或例如塑膠或聚合體之絕緣材料的組合所製成。 ”乂而皋器1 2係與多單元電池外殼區別，該多單元電池 外殼包含多個分開的個別隔離單元，每個包含其自己的電 w和笔~貝。舉例來說，標準的驗性九伏特電池外殼圍繞 — _ - 本紙張) A4 規格(2iOX297^y (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -23- 478190 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（21 六個個別的驗性單元，每個有其自己的容器612，如圖6所 示。然而，在一些九伏特鋰電池中，形成多單元電池的外 殼使其具有個別室，其隔離該等電化單元的電極和電解質 ，且因此外殼包含該等個別的容器丨2與整個電池的外殼兩 者。 圖5A、5B和5C顯示本發明單一單元圓筒形次電池之三 個具體實施例的部份分解圖。於圖5 A中，控制器2 4 〇係置 於電池2 1 0的上蓋2丨6和絕緣墊圈2 2 4之間。控制器2 4 〇的 正輸出242係電連接到電池21〇的正端22〇 ,其直接地毗連 於該控制器2 4 0 ;且控制器2 4 〇的負輸出2 4 4係電連接到電 池210的負端2 22。在這個例子中，控制器24〇的負輸出 2 4 4係經由導電側壁2 1 4連接到電池2丨〇之負端2 2 2，該側 壁2丨4係與電池210之導電底蓋218的負端2 2 2電接觸。在 此情況中，導電側壁必須與上蓋216電絕緣。控制器24〇 的正輸入2 4 6係經由電流收集器2 2 6電連接到電化單元23〇 之陰極2 3 2。控制器2 4 0的負輸入2 4 8係經由導電長條237 電連接到電化單元2 3 0之陽極2 1 4。或者是，控制器2 4 〇可 以置於底蓋2 1 8和絕緣體2 2 5之間，或者繫、附或接合至 電池的標籤或容器的外面。 在圖5B中，控制器3 4 0係置於電池ϊ1〇的底蓋318和絕 碌體3 2 5 <間。控制器3 4 〇的負輸出3 4 4係電連接到電池 3 1 〇的負端3 2 2，其直接地毗連於控制器3 4 〇，且控制器 3 4 0的正輸出3 42係電連接到電池3 1〇的正端32〇個。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 VI^IT (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

478190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 五、發明説明（22) 接到電池3 10的正端3 2 0，其係與電池31〇的導電上蓋316 之正端3 2 0電接觸。控制器3 4 〇的正輸入3 4 6係經由導電長 條3 3 6電連接到電化單元3 3 〇的陰極3 3 2。控制器3 4 〇的負 輸入3 4 8係經由電流收集器3 2 6電連接到電化單元33〇的陽 極3 3 4，邊電泥收集器3 2 6係自底板3 1 9延長到電化單元 3 3 0的陽極3 3 4。在此情況中，如果控制器3 4 〇使用虛擬接 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的負誌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 0可以置於上蓋3 1 6和絕緣體3 2 4之間，或者繫、 附或接合至電池的標蕺或容器3 1 2的外面。 在圖5C中，控制器44 0係使用厚模印刷技術、或撓性印 刷電路板（「P C B S」）形成於封套4 4 1之上，且放置在電池 4 1 0的側壁4 1 4和陰極4 3 2之間的容器之内。控制器44 〇的 正輸出442係經由電池4 10的上蓋4 16電連接到電池41〇的 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4 1 9和 底盍4 1 8電連接到電池4 1 0的負端4 2 2。控制器4 4 0的正輸 入4 4 6係電連接到電化單元4 3 0的陰極4 3 2，其在此例中係 直接地她連於包含控制器44 0的封套44 i。控制器44〇的負 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 單元4 3 0的陽極4 3 4，該電流收集器4 %從接觸板431延長 進入電化單元430的陽極434之内。絕緣墊圈427將接觸板 43 1與陰極4 3 2隔離。如圖5C所示，該絕緣墊圈也可以延 伸於陽極4 3 4和接觸板431之間’因為電流收集器426提供 從陽極4 3 4到接觸板4 3 1之連接。如果控制器4 4 〇使用虛擬 ___-25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） " ---~ -- |裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Α7 Α7 23 > 五、發明説明（ ，地，接觸板431也必須與底板419及負端⑴絕緣，例如 =由&緣#圈4 2 5。或者’封套4 4 i也可以是配置在在容 1 2外面’其纏繞於側壁4 1 4的外面。在此具體實施例 裡，標籤可以覆蓋該封套，或者標鐵可以如同控制器本身 一般而印刷於相同封套上。 圖係·’’>、不本發明的一多單元9伏特電池6 1 〇之區部透視 圖-中每個電化單元6 3 〇具有一控制器6 4 〇於單元的個 別谷^§· 6 1 2内。左g徊目a ^ 化個具姐貫施例，電池6 1 0包含六個個 ]I化單兀6 3 〇，每個有一 1 · 5伏特的標稱電壓。舉例來說 兒池6 1 G也㊉夠包含三個叙單元，每個具有約3伏特的標 稱電壓。其他的多單元構造係於此業界所知，並且可以用 :包裝本發明的控制器。舉例來說，乡單元電池包括稜形 也具有土少貫質地緊縮包裝在一起之個別容器之電池 匕"例如手楗椒影機和行動行動電話電池的多個單一單 元容器之塑膠外殼。 圖4、4A和4B係顯示本發明的電池丨1()的不同具體實施 自Μ方塊圖。圖4係顯示本發明的一電池的一具體實施例 的〜万塊目’其利用-嵌入的整合控制器電路1 4 0。此具 主例較佳地利用具有數位和類比元件兩者的混合模態 貝兒路。控制备電路亦能夠使用特妹應用積體電路（厂 ^ C」）w合晶片設計、個人電腦板或任何業界所知之 :路製造技術來製造。控制器電路丨4 〇可以放置進電池容 叩丨丨2中，而在電化單元13〇之正電極132和負電極Η#之 間，以及在電池的正端12〇和負端122之間。因此，控制 概張尺度朝 CNS〉 ’裝— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂 •噗 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 26- 478190 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（24) 為1 4 0能連結電化單元丨3 ο到或者將電化單元丨3 0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 該等電池終端的單元130的輸出電壓或輸出阻抗12〇和122 。圖4 Α係顯示於圖4中所示的本發明的電池丨丨〇的一較佳 具體貫施例。於圖4 A中，控制器丨4 〇係連接在電化單元 130的正電極（陰極）132和電池容器112的正端12〇之間。 電化單元130的負電極（陽極）134和電池容器112負端I]〕 與控制器140分享一共地（comm〇n gr〇und)。然而，圖 4B係顯示本發明的電池丨丨〇的一個其它可能的較佳具體實 施例，其中控制器140工作於一虛擬地並隔離電化單^ 130的負電極134與容器112的負端122，以及隔離電化單 元130的正電極132與容器112的正端12〇。 在圖4 A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4A的結構允許一比較簡單的電^ 汉汁，其中有電化單元1 3 0、控制器1 4 〇和電池容器丨丨2負 端1 2 2的共地。然而，圖4 A的結構有需要轉換器工作在真 實的電化單元電壓位準之下的缺點，且可能需要不連續 (discrete)電感元件之使用。在圖4]5的結構中，施加於^ 池容器112的負端122隔離電化單元13〇的負電極134與2 載兩者，且允許一幾乎無電感的直流/直流轉換器的使用Y 然而，此架構有需要虛擬地的增加電路複雜性之缺點，、 為了要當單元電壓是在電化單元的標稱電壓位準以下的時 候，允許控制器1 4 0的一電壓轉換器繼續更有效率地操作 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇χ 297公釐） 裝 訂 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A7 五、 發明説明（25) ® 4 C係、顯tf本發明之雷、★ 1 % 之兒池110的另一具體實施例，並且 有一整合控制器電路丨40,其 玫 , 、r k制态电路1 4 0包括四個 王要疋件：一放電子控制器電路一 . 狄… z 无電子控制器電 〇 4、一緊急分離子控制 踗〗… 、 n -路106、-閥子控制器電 各1:…-无電狀態監控電路108、以及—感測電路1〇5 匕基於連續地或間歇地感測之操作參數及/或實際條件， =數個電壓控制信號給—或多個子_器電路及 狀態監控電路1 〇 8。咸測存玖〗η《π 感“包路105可以測量電化單元130的 操作參數，例如單元電壓、從 +、云、 私见所及取 < 電流、在單元 私i人私4又間的相移等等。此外， ^ 田 4 W私路1 〇 5可以測 里正白控制器電路i 4 〇的操作參數 、 个双例如輸出電壓和電流 位+、无廷電壓和電流位準等等。 寸尺進步地，感測電路 也可以測1電化單元的實際條件， 哎4 ^ /皿度、壓力、氫及/ :辰度…感測電路105可以測量此等之任何組合， /、足以有效地在充電或放電週期期間監控該電化單元，A 如於此技藝所知或描述如下。 /、 放電子控制器電路102控制電池11〇 兩 化早兀130之放 二以提供電池之較長的服務使用時間’其係藉由提供安 王的冰放電以使用更多電池的儲存 乂 至或精由於无電之 則取佳地使用充電電池所儲存的能 】n zt ;人， 无电子控制器電路 1〇4女全地且有效率地控制電池丨 一 ^ ,, 〇〇 又私化早兀1 3 0的充電 控制器電路1 4 0，該電池丨丨〇整合 、n，二 j控制态電路。當咸 4笔路1 〇 5偵測到一不安全條件之時 〜 ,, 了像疋短路、極性反 轉、過度充電之情況'或一過度放電 〈N況，緊急分離子 -28- J -----—IT-----ΦΜ (請先閑讀背面之注意事項再填寫本頁) 輕 濟 部 中 央 榡 準 局 員 工 消 費 合 衽 印 製 I纸張尺CNS ) A4規格(2l〇x29ijy 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ^·----------B7 五、發明説明（26) ' 一 ---- 控制器106將該（等）電化單元與該等電池终端分離。 放電子控制器電路102控制電池11〇之電化槽13〇之放電 ，以提供電池之較長的服務使用時間，其係藉由安全的深 放=以使用-主要電池的更多儲存能量，或藉由於再充電 《雨最佳地使用充電電池所儲存的能量。充電子控制器電 〇 4安王地且有效率地控制電池"〇之電化槽1 3 〇的充電 子控制备電路1 4 〇，士女雷、、也1 Λ击令人 私分 d私池11 〇整合了控制器電路。當咸

測電路105偵測到—不安全條件之時，像是短路、極性I 轉、過度充電之情沉、或一過度放電之情況，緊急分離子 制器10 6將該（等）電化槽與該等電池終端分離。 〜然而，本發明之電池110的整合控制器電路14〇不需要執 行：上列出之每-個功能。舉例來說，控制器電路14〇可 以只有以上列出之該等元件之二或三個，例如放電子控制 =電路102和感測電路105、充電子控制器電路1〇4和感測 私路105、緊急分離子控制器電路1〇6和感測電路，或 2何此等之組合。或者是，控制器電路1 4G可以沒有感測 “各’如果包含在一個控制器電路14〇之特定的具體實施 例中之放電子控制器電路、充電子控制器電路1〇4、 、或^心刀離子控制器電路1 0 6包含執行其個別功能所需 之自己的内部感測電路。除此之外，—放電子控制器電路 ^或充見子控制器電路1 〇 4、或兩者皆有而也可以執行 2急分離子控制器106的功能。控制器電路14〇也可以有 j更多子控制器、以上所列之感測電路以及其他的子控 制器以執行除該等功能之外的功能。 ___ - 29 - 本纸張尺度適用7公^-—— --- ^IT {請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 、發明説明（27) 放黾子控制器電路1 〇 2控制泰 ,w “ 才工制"^10之電化槽13 0之放f 乂 k供電池之較長的服務使 # ^ , 万文电以使用一主要雷汕沾否夕 ' 之'、夕儲存能量，或藉由於再充電 足則取佳地使用充電電池所儲 云+ ^ 放， 、 什的把里。无電子控制器電 备1 〇 4安全地且有效率地栌 手地&制兒池11〇之電化槽130的充電 于技制器電路1 4 〇，續雷蝻Η η击令人 ^私池1 1 〇整合了控制器電路。當感 d %路1 〇 5偵測到一不安全條株 4 4女王知件之時，像是短路、極性反 轉、過度充電之情況、或一過度放電之情況，緊急分離子 担制器1〇6將該（等）電化槽與該等電池終端分離。 二、:而’在本發明的次電池的-較佳具體實施例中，控制 时1 4 〇較佳地包括放電子控制器電路丨〇 2、緊急分離子控 制器106、充電狀態監控電路1〇8、以及感測電路工〇5。感 測電路105較佳地連續監控電化單元13〇的操作參數和實 際的條件。放電子控制器電路丨〇2較佳地提供電池丨丨〇之 居（等）私化單元1 3 0之較安全、較深地放電，以在電池丟 棄之前提供較長的服務使用時間。當感測電路發現不安全 仏件時候，急分離子控制器電路丨〇 6較佳地將該（等）電 化單元與違等電池終端分離。充電狀態監控電路1 〇 8較佳 地監控電化單元1 3 0之實際電量，且可以經由接點丨〇 9提 供此資訊給一裝置。或者是，充電狀態監控電路丨〇 8可以 提供電化單元之電量位準之直接顯示給一使用者，或可以 該位準給一或多個子控制器，以允許該等子控制器將電化 單元1 3 0之效能最佳化。此外，如果電化單元丨3 〇是需要 空氣或氧氣之金屬-空氣單元，閥子控制器1 〇 7可以調節空 -30- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） I, ------IT----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 478190 A7 B7 五、發明説明（28) 氣或氧氣進入該單元之擴散。 在本發明的充電電池的一 平乂 Ί$施例中，放電子护 制器1 0 2藉由控制該單元之放兩、$ $ ， 、 Λ早兀又放兒，衣度來較佳地最佳化電池 〈服務使用時間，以最大化充電週期之次數及效率，以及 技制器電路14〇可以額外地包括充電子控制器電路1〇4。 :電子控制器電路104安全地及有效率地控制電池"〇之 4 (等）電化單元13〇之充電，其中兮兩、、咖 _ ^ 升τ邊兒池1 1 0整合有控制 器電路140。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）電化單元裡之實際條件。舉 例來說，感測電路105可以監控單元電壓、充電電流、該( 等）電化單元的内阻抗、氫或氧濃度、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。 在一特別地較佳具體實施例中，每個電化單元有自己的 整合控制器電路1 4 〇，其監控該特別單元裡的條件。藉由 直接監控每個特別單元之條件，充電子控制器1〇5能提供 幸又已知的充電控制器更安全和更好的效率，其監控具有多 個電化單元的電池。充電子控制器1 〇 5藉由利用該（等）單 元的即時充電值和最大之單元容量，以連續地將充電條件 最佳化而將損失減到最少。 在本發明之一較佳具體實施例中，控制器可以包括一或 更多下列之元件：（丨）放電子控制器、（2 )充電子控制器、 (3 )緊急分離子控制器、（4 )閥子控制器、及/或（5 )充電狀 態電路。為了便於討論，多個功能係以獨立子控制器或電 路來描述。然而，控制器的真實實現不需要該等功能之獨 31 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（21〇χ2ς>7公釐 ，裝— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁 訂 .嗡 經濟部中央標準局員工消費合作社印別各 478190 A7 B7 消 費 合 作 社 印 製 ______ _ 32 本紙張尺度朝家辟（CNS) 五、發明説明（2q) 互電路實施，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並 自己的内邵感測電路’ _測-或更多該控制器的操作 參數或孩(等)電化單元之實際條件，或者一獨立的感測電 1可二量該等參數及/或條件，且提供該等參數及/或條 件及/或提供有關該等參數及/或條件之控制信號給該(等) 子控制备之一或更多。更推一半u . ^更户更進步地，担制器可以㈣㈣ 或…控制’其執行除了-或更多在此列出之功能之外 的其他功能。 刀此 < 夕卜 放電子控制器 放電子控制器可以數個方法之—來延長本發明的電池之 :務使用時：。首先’在包含至少一主要、備用單元、或 電：元的多單元電池的情开”，其在該充電電化 早兀…前較佳地盡可能完全放電(舉例來說，鎳鎮電池 較佳地放電達約100%’但是不會更多），子控制器可以允 μ電池〈—或更多電化單元，較其他可能由電子裝置更 冰地放電。舉例來說’放電子控制器可以允許將單一單元 電池放電超過單元電壓降至裝置截止電壓之下的,占。在次 電池r況中，電池的服務使用時間可以藉由在丟棄電池 :心可能深地放電電化單元而增加'然而，#充電電池 ’電池服務使用時間係藉由將該等電化單元放電到最佳 =深度而增加。因此，如果充電電化單元的最佳放電深 度疋在该无電電池正供電的裝置的截止電壓之下，如果允 許充電單元放電超過該裝置的截止電&，則可以增加充電。 -32- --------------IT----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、 發明説明（30) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 電池的服務使用時間。 。。在這個應用巾，術語「深度放電」係指允許該(等)電化 早凡放電到該(等)電化單元額定容量的至少8〇%。除此之 外，在這個應用中，術語「實質放電」係指允許該咖 化單元放電到該（等）電化單元額定容量的至少了㈣ : 個應用中，「過度放電」係指當將電化單元放。電超= 100%，其會導致電壓反轉。舉例來說，纟今日市場上、 典型鹼性電池通常有能力在電化單元的電壓位準下：至： 足以驅動-給定之電子裝置之電壓之前，輸送大約其儲存 ，量…40到70%。因此’本發明的—子控制器較佳地 提供驗性單元，其能在電池截止之前有大於约7〇%之放電 。更較佳地’該子制器提供較大約8g%為大之放電位準。 甚至更較佳地，控制器提供較大約9〇%為大之放電位準， 而以較大約9 5 %為最喜愛的。 放電子控制器可以包括轉換單元電壓成主要或充電電池 的一所欲輸出電壓的轉換器。在_次電池中，此允許該（等） 電化單元的深放電以及藉此延長電池的服務使用時間。然 而在《電電池中，轉換器允許控制器將充電電池放電 到最佳放電深度，而無關於給定裝置之截止電壓。於本發 月勺二把〶她例中，在電池的使用時間期間，子控制器 可以，續地轉換單元電壓成所欲的輸出電壓。當單元電壓 下：土裝置的截止電壓位準的時候，纟中該截止電壓係為 :私’也放兒通常截止之處，轉換器則昇壓、或步進該單元 電壓至一足以連續驅動該裝置之電池輸出位準，直到電壓 33 ---- - 33 - μ 氏張尺度賴？} -裝— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11

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經 濟 部 中 央 標 準 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 以·2伏特之間的』甚土更較佳地，該預定電壓佳 絚位卞係在於大約2.6伏4 大、·，勺3 · 2伏特之間的範圍， < 3 而靶圍在大約2 . 8伏特和大| •伏特 < 間則甚至更佳。稍微女於$荽 ^ 仴政大I或會於電池欲操作2 μ頌裝置的最高截止電壓係最喜愛地。 §單7C電壓下降到或低於 柝制哭4 1疋私壓位準的時候，放電f &制备打開轉換器並將單 欲矜+不厂 于早7"兒壓开壓至足以驅動負載之所 要之韓心H "到驅動負载時，此消除不必 f ^ ，但接著甚至在單元電壓下降至兩要張 動負載之位準之下，士耸「降土而要驅 、，技 允4 ^化單元繼續放電。子垆制哭可 以使用任何或更多决白1时 于控制态可 多控亀1 ^ 的電壓比較器及電子開關的許 打開轉換哭“二 定電壓位準的時候， 锝換态。至於更複雜之 本發明㈠·“ m則像疋如下所述。 夠當其供電於裝置時 ：：“，係較佳地能 這個應”，「通用型用時間。當用於 學獨立的均勻輸出電m之電池因=供與單元之電化 一定裝t 的輸出電壓於-位準大於或等於 、，.口疋裝置之截止泰厭士 人寺於 降至子控制器二=’直至當該(等)電化單元的電壓下 元降至其最佳："作《位準之下‘或當-充電電化單 其服務使=:τ:時，内建的子控制器即停工而延長 一亨類或有相子裝置或 計成藉由將預定的電子裝置時，可以更特定地設 知預疋電壓位準更接近地匹配該（等）裳置之截止 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I 1 !--. •——1T-----— 囔 478190 經 濟 部 中 央 標 準 局 | i f 合 作 社 印 % A7 五、發明説明（33) 電壓來更有效率地操作。 其次，放電予控制器也可以 J木措由取佳地放雷續置斧 來延長充電電化單元的 也放…凡 今至η㉟ 将使用時間’以增加充電週期之 數。舉例來說’在密封之錯酸單元中，深放電會 來說，子控制：： 電週期之次數或效率。舉例 ° 。以控制特別類型充電電化單元之放電， 使得當單7L電壓到達 ^ 、 ”疋私壓位準的時候結束放電週，並 仏皁係為那個類型的或那個特別的電化單元 灸取佳放電深度。與 、 ，· 牛例來說，在鉛酸充電電化單元中，預 定的電壓位準係從大約 八 i & 大为〇 · 7伙特到大約1 · 6伏特之範圍，而 以0 · 7伏特為較直賫沾 血/ , +、 押— ^ 、。丰歹’J來說，在鋰_ Μ η〇2充電電化 t兀，4電壓位準係從大約2 · G伏特到大約3 · G伏特之 範圍而以1 2 3 · 4伏特為最喜愛的。或者是，當充電電化單 元的内阻抗到i素：, /、疋的阻抗位準的時候，放電子控制器也 可以結束放電週期甘山，， 、 ” v、中琢預足的阻抗位準係相應於那個 類型的或那個特別的兩 „ —、曰 、电化早兀<取大所欲之放電位準。因 此，在至少包含一個充電電化單元的本發明之電池中，並 中該充電電化單元較佳地不深放電超過最佳放電深度，； 以使用放見子控制器來增加電池的服務使用時間，其係藉 由田早兀電壓到達預定的電壓位準或當單元之内阻抗到達 預疋的内阻柷位準的時候，結束放電週期。 弟-’：放電子扣^在丨丨丨 二希彳咨也可以步退具有比所欲輸出電壓 之標稱電壓的該卩莫、+ 、.，— 7豕（寺）電化單元的單元電壓，及/或改變電池 之d (寺）電化早几的輸出阻抗。這不僅僅延長電池的服務 -私衣-- 〈請先閎讀背面之注意事^再填寫本頁』 訂 1 --·~-___ - 36 - 2 本紙張尺度適用中®- 3 / 4死格（210x297公釐） A7 --*----------B7 五、發明説明（34) 使用時間’但是也允許有不同標稱電壓之電化單元之間較 ^他可能更大的可互難、允許設計者制有更高標稱電 壓〈電化單元的更大儲存體潛能、而且允許設計者改變某 電化單元的輸出阻抗，以匹配一所欲位準之阻抗，以增加 攻兒化單元與其他類型電化單元的可互換性，及/或增加具 有特定類型負載之電化單元的效率。除此之外，無效率、 對％境危險的、昂貴的等等，且通常僅因需要特別的標稱 %壓而使用之電化單元，例如水銀鎘單元，可以由比較安 全、比較有效率或比較便宜的電化單元替換，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單元 可與一子控制器封裝，該子控制器步退較高之標稱電壓至 大約1 · 5伏特之標準的標稱位準，使得可與有大約丨· 5伏特 標稱電壓之電池交換地使用。在一個特定的例子中，一標 準的鐘單元，像是有大約3·〇伏特標稱電壓之鋰·Μγι〇2單 元，可以與一步退之子控制器封裝，使得具有該電池具有 大約1 . 5伏特之輸出電壓。此提供較具有大約1 · 5伏特標稱 電壓且相同體積的電化單元之電池有至少多二倍容量之心 池。除此之外，它也提供真地可與標準的鹼性或鋅碳單一 單元電池互換的鋰單元，無須化學地改變鋰單元之化學特 性’其減少單元的化學能量儲存。更進一步地，可古泰 離子單元有大約4.0伏特的標稱電壓。該單元可以封裳於 一個具有步降控制器之電池中，使得該單一單元電池有大 -37- 本紙^^同>國國家標準（（：奶）八4規格（210'；< 297公釐）- — ------、 (請先閏讀背面之注意事 J0 項再填六 裝— 巧本頁) 、1Τ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 478190 五 、發明説明（35) 、;勺1 · 4伏特的輪出電壓。本發明的鋰離子電池可以與一標 、、單單元N丨C d充電電池互換，但是將能提供大約三 倍於有相同體積之單_單元NiCd電池之容量。 一此外，有像是鋰離子、鎂、鎂-空氣及鋁-空氣之電化單 兀的電池也具有大約1 · 8伏特以上之標稱電S ,且能與有 大約1 . 5伏特標稱電壓之標準電池交換地使用。不僅僅不 同颁土弘化單元能可又換地使用，不同類型電化單元能一 (封裝於一混合電池。因此，具有帶各種不同的標稱電壓 或内阻之不同電化單元的不同類型電池可以可交換地使用 ，或者可以製造有不同類型電化單元的混合電池。 、或者疋，具有標稱電壓在典型的電子裝置將會操作之電 壓《下的電化單元，可以以具有内建的步進轉換器之放電 子控制器一起使用，以將標稱電壓昇壓。此允許有這個類 型電化單元之電池與-裝置_起使用，該裝置需要比該單 =於其他方面提供更高之電壓位準。除此之外，有此類型 單元的電池也可以與標準驗性或鋅碳電化單元交換地使用 。此可以提供具有電化單元之商業上能實行的可用電池， 其曾因該等標稱電壓太低而不實際，％不列入消費者使用 之考慮。 表1並非意指獨有的，而是列出可以用於本發明的電池之 示例性的主要、二次和備用電化單元。舉例來說，有不同 標稱電壓或内阻抗的不同類型之主要及/或充電電化單元可 以與轉換器一起使用以創造一通用型單一單元電池，其具 有如標準的1.5伏特鹼性次電池或充電電池或標準的14伏 38- ^------1Τ----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中ΐ國家標李（CNS ) Α4規格（210X29^57" 478190 Α7 Β7 五、發明説明（36) 經 濟 部 中 央 樣 準 特NiCd充電電池之相同輪出電 、 次及/或備用電池可以一起用 ^ ，王要、二 用於本發明之人一 。實際上，本發明允許較以 〇 早兀電池 "又大的可互換性，# ’ 種不同的類型電化單元，以另六+ 具係在各 、電容器等的其它可能的電源 九.、枓笔池 ^池時，藉由放置一控制器於每個兩 … 換< 疋^稱笔壓和不同類型電化i 正象 允許單元較大的多樣性用於之電特性，以 電池心# $ & # _ 仏準大小電池。 〜⑺％化早兀的牿別俱 與包含其他類型單元的電池 久，，允許發明可以用來藉由轉換電化單元的標稱電: 位準’來創造新的標準電壓位準。^壓成“的電壓 Al. 類型和標 主要輩元 〇 · 9伏特 1 . 3 5伏特 早元之類别__ τκ - 水銀氧化物 •批衣-- (請先哭讀背面之注意事項再填寫本頁』 ,11.—.— <— 消 費 合 η 社 印 製 汞氧化物與 氧化錳 鋅-空氣 故•辞 1 · 4伏特

2.8伏特 ------ •4伏特 固態鋰電解質 .5伏特 鋰-Μ η〇 2 · 8伏特 3 · 〇伏特 I— -- I i 478190 A7B7 五、發明説明（37) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 鋅-氯 1 . 5伏特 鋰（C F ) n 3 .0伏特 鹼性二氧化i孟 1 . 5伏特 - S 0 2 3 . 0伏特 銀之氧化物 1 . 5伏特 鋰-S0C12 3 . 6伏特 二次單元 單元之類型 標稱電壓 單元之類型 標稱電壓 銀-編 1 . 1伏特 鋅-溴 1 . 6伏特 愛迪生 1 . 2伏特 古、、田 肉/EL 1 . 7伏特 (鐵-鎳氧化物） Li( A 1 )- FeS2 錄-屋雨 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 南溫鋼-硫 2.0伏特 銀-辞 1 . 5伏特 鋰-聚合物鋰 3 . 0伏特 -v6o13 鋅-空氣 1 . 5伏特 4里-離子 4.0伏特 -LixCo〇2 鎳-鋅 1 . 6伏特 備用單元 單元之類型 標稱電壓 單元之-類型 標稱電壓 亞銅氯化物 1 . 3伏特 熱鋰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單元可以一起用於 為特別類型應用而設計之混合電池中。舉例來說，鋅-空氣 -40- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 478190 A7 B7 五、發明説明（38) 電化單元可以與混合電池裡的鋰單元並聯或事聯一起使用 。該鋅-空氣單元有大約1 . 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，鋰單 元有大約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（b u r s t)。每個電化單元的放電子控制器提供 相同的標稱輸出電壓’且允許並聯或串聯電結構之配置。 當該等單元是並聯結構時候，該等子控制器也避免該等單 元彼此充電。每個單元的子控制器能隨著負載之需要而用 來連接或者分離其中之一或全部的單元。因此，當負載是 在低電力模態的時候，能連接鋅-空氣單元以提供一穩定的 低電流，以及當負載是在高電力模態的時候，鋰單元或鋰 及鋅-空氣單元之組合提供使負載運作之所需電流。 經濟部中央標準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) 混合電池也可以包含許多不同組合之電化單元，像是主 要及二次單元、主要及備用單元、二次及備用單元、或主 要、二次及備用單元。更進一步地，混合電池也可以包含 一或更多電化單元以及一或更多不同選擇之電源供應之組 合，像是燃料單元、傳統電容器或甚至超級電容器。舉例 來說，混合電池可以包含多種組合，像是鹼性與金屬-空氣 單元、金屬-空氣與二次單元、金屬-空氣單元與超級電容 器。再者，混合電池也可以包含二或更多上述單元或電源 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 單元免於電流♦巔而延長電池的服務使用時間，該電流峰· 巔能損害電化單元之運作且降低單元電壓。舉例來說，該 -41 - 本紙張·尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 478190 A7 五、發明説明（ 經 濟 部 中 央 標 準 Μ 員 工 消 費 合 社 印 製 子控制器可以避免高電流需求 以及減少電池的使用時間。此，學生單元之記憶效應 、鎳鎮、一屬之混合？及Γ於像是驗性， 。 ϋ以及鋅_芝氣單元也是有害的 放電子控制器可以保護電化單元免於兩β 由在子控制器的輸出提供電荷儲、，其係藉 存可以用於立即的需求。因Γ 使得此暫時儲 流夸裔可、Α 匕，在到達電化單元之前，電 較，(等全地除去或者大大地減少。此允許電池提供 較β(令）電化單元所能直接提供更高的 瘦该（等）電化單元免於對那些單元元件口右.貝而且保 。該儲存元件較佳係電容器，電容電流毕顏 藝所知的類型，傻，值ft 咨可以是任何此技 電容哭，斑 疋狁私谷备、厚模印刷電容器「超級口口」。舉例來說，圖〗3係顯示電 容器，之輸出端⑴〇和1 3 22。 其連接跨於 時:單:之!電子控制器將會較佳地延長電池的服務使用 寺間 其係猎由保確泰/fk留-么、a A 壓成所於、私 免於電流學纽轉換單元電 且“ 出電壓兩者。舉例來說，子控制器的-較佳 器元電壓降到一預定電壓的時候能打開轉換 、屬轉換器有關的損失減到最少。相同的子控 可乂在轉換态上監控電池電壓和輸出务載電流，且 :位準到預定電壓或負載電流到達一預定電流位；= 換器。或者是，子控制器可以監控單元電;:： 流兩者’並且決定供應所需負載電流是否將會將 早疋电堡降至截止電壓位準之下。在稍後例子中，予控制 42 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ---β* ΐ衣----- . 訂-----— ----- ------ - 42 - 478190 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印$· 五、發明説明（4〇) 器係依合併於-法則中之二個輸入信號而運作，以決定轉 換器是否應該打開。然而，於稍前的例子中，如果單元電 壓降到一預定電流位準或輸出負載電流上升到一預定電流 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次電池和標準的消f者電池，例 4 AAA AA、C或D單元以及9伏特電池。發明注視特殊 化電池與能用於各種不同應用之混合電池的使用。預期這 些特殊化次電池與混合電池能夠用來替換可充電電池，而 用於細胞式電話、膝上型電腦等，其目前由次電池提供超 過-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電壓以及該等單元的輸出阻抗將會 允许電A設計者設計完全新類型的混合電池，纟組合地使 用不同類型的單元或其它可能的電源供應，例如燃料電、、也 、傳統的電容器或「超電容器」，在相同的混合電池中： Z互換類型之電化單元的增加可允許電池設計者提供標準 電池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依賴 。一使用者能夠僅購買標準電池以提供電力給細胞式電每 吏用者目前為手電筒或錄音機之講買，而不二 男為特別類型、商標及/或模型之電子裝置特地製造之兩、也 。除此之外，當所製造的標準電池數目增加的時候之 =兀成本將會快速地減少，而造成更多可提供的電池母复 最後能替換特殊設計之可充電電池。 〃 -43- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇χ29?公釐 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j ΙΦ 項再填{; 裝 訂 A7 A7 經濟部中央標举局員工消費合作社印裝 五、發明説明（41 ) 像疋用於照相軟片「 片（ph〇t0graphi(： ηι )等之 籤技術也能夠用來gg — +上山 守又电于貼禚 中該（等）單元之精確類型、該（ 寺）早兀足額定及/或剩餘 吟 力、電流充電位準、内阻菩所和取佳的電咖能 取電子標籤且將其耗雨异杜a ^ 衣1此Θ喂 具耗私取佳化以増強裝置的效能，延長電 池的服務使用時間等。集丄 、、 舉例而各，一個已經利用電子標籤 來決疋庠人片速度等 < 照相機，也能夠利用電子標鐵技術與 其私池來允口午閃光〈較慢的充電時間、停止閃光的使用等 ，以將特定的電池服務使用時間最佳化。-膝上型電腦也 能夠利用，子標籤技術來為特別的電池決定最有效率的操 作參數ϋ由，舉例來說，變更其運作速度以最佳地使用 電池裎的其餘電力而持續使用者所欲之期間，或利用電力 開/關技術來保存電池的能量。除此之外，手提攝影機、細 胞式電話等，也維夠利用電子標籤來將電池的使用最佳化 〇 更進一步地，次電池也能夠依照使用者之需要與不同類 型之次電池和或甚至充電電池可交換地彼此使用。舉例來 說，如果膝上型電腦的充電電池耗盡，使用者能夠購買次 電池’其可持續幾個小時之用，直到使用者能夠充電該等 充電電池。舉例來說，如果使用者不需要由該裝置以較貴 的電池提供某種高效能水準，使用者也能夠購買較不貴的 電池。 本發明也關於例如A A A、A A、A 4、C或D單元之標準 的消費者電池以及9伏特電池。除了可與不同類型之主要 .44· 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}

478190 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（42) 或甚至充電電池互換的次電池之外，標準的次電池或充電 電池可用於不同應用中，其中目前僅有客戶設計電池。舉 例來說，依其需要而定，消費者能夠購買一或更多的標準 次電池或充電電池，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數目增加，每單位 成本將會快速地減少，而造成更多的可負擔之電池，其最 後將取代特別設計之充電電池。 舉例來說，於-具體實施例中，放電子控制器可以設計 成以一具有約1 · 5伏特標稱電壓之電池運作，使得子控制 器於一矽化碳（「SiC」）之具體實施例中能以電壓位準低 約O.iK特運作、在一砷化鎵（「GaAs」）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〇 54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，減少電路印刷至〇18微米之技術將 使最小操作電壓會從大約〇.54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 子控制器能將單元電壓調節地更低，以提供一電化單元之 取深度放電。因此，本發明可理解到利用在電路製造的不 同進步來增加電池之使用率高達大約電化單元所儲存電力 之1 0 0 %。然而，現在以矽為基礎的具體實施例提供電池 儲存潛能的95%之使用，較之沒有控制器之平均4〇至7〇% 之使用是相當高的。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- -45- 478190 A7 B7 五、發明説明（43) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 舉例來說，在-個以矽為基礎的較佳具體實施例，放電 子控制器係設計運作在電壓低約i伏特，更較佳地大約 〇 · 8 5伏特，甚至更較佳地大約〇 · 8伏特，仍甚至更較佳地 大約0.75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，而〇 · $ * 伏特係為最喜愛的。在設計成有大約15伏特標稱電壓的 電化單兀之子控制器中，子控制器較佳地能夠運作在一至 少咼約1 · 6伏特 < 輸入電壓。更較佳地，放電子控制器能 夠運作在一至少兩約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圍 之外操作。 然而，在設計來與像是一主要鋰_Μη〇2單元之具有約 3 · 0伏特標稱電壓之電化單元使用的本發明之放電子控制 器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1 · 5伏特標稱電壓之電化單元合併使用之放電 子控制器所需來得高的電壓位準。於具有約3 〇伏特標稱 電壓之電化單元之情況中，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 特範圍操作。該子控制器更較佳地能夠以範圍從大約〇 . 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

(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂，·

• I - - 1— — II I 478190 五、發明説明（44) 3.6伏特之一輸入電壓運作，而以範圍從大約0.45伏特到 至：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 〇伏特標稱電壓的充電 麵離子單元之電化單元一起使用的本發明的放電子控制器 的-較佳具體實施例中，子控制器必須能夠在較具有大： 3·〇伏特或大約Κ5伏特標稱電壓的電化單起使用的放 電子控制器所需之甚至更高的電壓位準操作。在有大約 U伏特標稱電壓之電化單元的情況中，放電子控制器較 佳能夠操作於從大約2·〇伏特到大約4 〇伏特之範圍。子控 制器較佳能夠操作於從〇.8伏特到至少大約4〇伏特之電壓 範圍。更較佳地，子控制器能夠以從大約〇·6伏特到至少 大約4 · 0伏特之範圍的輸入電壓操作。甚至更較佳地，子 控制器能夠以從大約〇·54伏特到至少大約4〇伏特之範圍 的輸入電壓操作，而以範圍從大約〇 · 4 5伏特到至少大約 4.〇伏特為最喜愛的。然而，子控制器可以且較佳地也操 作在該範圍之外。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印裝 另一較佳的具體實施例係能與具有約1 · 5伏特或約3 . 〇伏 特標稱電壓之電化單元運作。於此具體實施例中，放電子 控制器能夠以約〇 · 8伏特之最小輸入電壓運作，較佳的約 〇 · 7伏特，更較佳的約〇 · 6伏特且最喜愛的約〇 · 5 *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 -47- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 τ f oiyyj 五、發明説明（ 、特或從大約0 · 5 4伏特到大約3 . 8伏特、或從大約〇 · 7伏 特到大約3 · 8伏特之範圍操作。 田與像疋手電筒等沒有截止電壓的電子裝置使用的時候 本發明的電池也提供較典型電池清楚的優點。就典型電 而。&著電池放電，電池的輸出電壓則減少。因為電 I裝置 < 輸出功率係直接地與電池所供應的電壓成比例， 甩子裝置之輸出與電池輸出電壓成比例減少。舉例來說， 手私筒之燈泡將隨著電池的輸出電壓減少而繼續變暗，直 到％池το全放電。然而，本發明的電池有一放電子控制器 ，其在電池整個放電周期調節單元電壓為相當恆定之受控 制％壓位準，直到單元電壓減少到該子控制器能夠操作的 位準 < 下。在那時，電池將停工，且電子裝置將會停止運 作然而，在放電周期期間，電子裝置將會繼續提供一相 當穩定的輸出（舉例來說：燈泡強度），直到電池停工。 本發明電池的一較佳具體實施例也包括警告使用者的低 剩餘私谷量。舉例來說，當電化單元電壓到達預定值時， 放％子控制器可以將該（等）電化單元與電池的輸出端間歇 地切斷或再連接持續一短期間。此以提供一可見、可聞、 或裝置可讀之電池快要停工的指示。此外，藉由在電池壽 命結束時減少電池的輸出電壓，子控制器也能夠人工地再 製造加速的電池放電情況的條件。舉例來說，當電池儲存 容量在約其5%的額定容量時。子控制器將開始驟降其輸出 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’或提供裝置之指示，其能夠因此警告使用 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) • IJ» n IJ · -裝-

4/8190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 M氏張尺度適^"^國家標準（CNS ) A4規格（21〇χ297公羞） A7 五、發明説明（46) 者。 圖7係顯示本發明的一個具體實施例的一方塊圖，其中放 兒子控制器7 0 2之直流/直流轉換器7 5 〇係為電地、或較佳 為電子地連接在電化單元730之正電極732和負電極734之 間以及容器7 12的正端72 0和負端722之間。直流/直流轉 換器7 5 0轉換跨於電化單元73〇之正電極73 2和負電極η# 之單元電壓為容器712的正端72〇與負端722之輸出電壓。 直流/直流轉換器7 5 0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72〇和722之電壓穩定 。在這個具體實施例中，直流/直流轉換器75〇以一連續模 d運作，其中電化單元7 3 〇的輸出電壓在電池的服務使用 時間之期間，將電化單元7 3 0的輸出電壓轉換為在容器之 该等端72 0和722之一穩定輸出電壓。此具體實施例穩定 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75 0將會繼續操作，直到電化單元73〇 之單元電壓降至於可充電電化單元之外殼中電化單元之最 佳放電深度或於一主要電化單元之外殼中轉換器75 〇之電 子兀件之最小順向偏壓（f0rward_bias v〇ltage)vfb。 到電化單元之最佳放電深度或直流/直流轉換器75〇之最小 切換電壓Vfb較電池7 10正供電之電子裝置的截止電壓更 低的範圍，控制器740也將藉由放電該電池71〇來延長電 49-

-裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·' w I— n n · 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（47) 池7 1 〇的服務使用時間超過電子裝置之截止電壓，其係藉 由、’隹持谷器712之该等終端720和722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 〇可以是一將電化單元 7 3 0的單元電壓降低到容器7丨2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7〇2的具體實施 例中，該轉換器將第一類型電化單元73〇的單元電壓降低 到容器7 1 2的輸出電壓，其約第二類型電化單元的標稱電 壓位準，使得包含第一類型電化單元7 3 〇的電池係可與包 含第二類型電化單元的電池互換。舉例來說，有較標準 1 _ 5伏特單元咼的標稱電壓之電化單元能夠與一連續運作 之步退轉換器結合使用以提供一與標準單元可互換之單元 ，而無須化學改變該電化單元。這個具體實施例允許在不 同類型電化單元之間較其他可能更大程度的可互換性，而 採須化學地改變該電化單元本身結構和減少該單元的化學 能量儲存。 舉例來說，一主要或可充電之鋰單元可以是用於標準的 A Α電池封裝，以提供較相同體積之鹼性電池至少多二倍 的谷1。例如一鋰_Mn〇2的鋰單元有大約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aa鹼性電 池可X換地使用。然而，電池設計者已經改變主要鋰電化 單元之化學特性，以創造有大約15伏特標稱電壓的鋰電 池其係為了要創造可以與標準A A鹼性電池，舉例來說 __ _—-50- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) M規格（21〇χ297公餐 ---—- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、v/ 48 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ____。I _ 本紙張尺度適用中_家標準（CNS ) （ 21GX297公廣 ^ / oiy\j 五、發明説明（ ::換地使用之鋰電池。雖然此15個伏特鋰電池仍然 有-力遞送高電流位準給照相的閃光負載電路，該"伏 特=化單元不提供較相同體積驗性單元於總化學能之儲 存〈實質上的增加。然而，本發明提供使用一有大約3 〇 伏特‘％電壓《標準鋰電化單元，以及一控制器來轉換標 稱電壓降至大約K5伏特之能力。因此，該電池提供一電 池大約兩倍之化學能儲存，其於—與15伏特電池完全可 換之％池中，包含化學改變的丨· 5伏特鋰單元或1 · $伏特 驗性單元。此外，#電池包含—15伏特化學改變之麵單 兀時’本發明# _電池將會提供一樣高之t流位準。 此外放電子控制器7 0 2也最佳化一像是使用電池7丨〇的 手弘同的電裝置之效能。雖然一電裝置將不會像一電子裝 置樣於一最小操作電壓停丄，該電裝置之效能，例如手 私筒燈泡的強度，將會隨著輸入電壓減少而減少。因此， 一穩疋電池7 1 0的輸出電壓在電池的服務使用時間期間允 許電裝置效能保持不變，而不會隨著電化單元73〇的電壓 減少而減退裝置效能。 直⑽/直流轉換器7 5 〇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（「pwM」） 、脈波振幅調變（「PAM」）、脈波頻率調變（「pFM」）、 以及脈波相位調變（ΓΡψΜ」）共振轉換器等等，以控制轉 換為7 5 0的操作參數。本發明的轉換器7 5 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組合，其係詳細地描述如丁 -51

£-- ί請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂/ 478190 A7 --—___ B7 五、發明説明（49) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在一較佳具體實施例使用於本發明之一電池裡的直流/直 流轉換器75 0中，轉換器係由一脈波寬度調變器所控制來 驅動直流/直流轉換器7 5 〇。脈波寬度調變器產生一固定頻 率讳J 1 口號其貝任週期（d u t y c y c 1 e )係改變的。舉例來 說，當直流/直流轉換器是關閉的時候，貴任週期可以是零 ,而當轉換器正在滿容量操作的時候，責任週期可以是 1 0 0 /〇,以及貝任週期可以依照負載的要求及/或電化單元 7 3 0的乘]餘谷量而在零和丨〇 〇 %之間改變。脈波寬度調變方 案具有至少一用來產生貴任週期之輸入信號。在一個具體 實她例中，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 轉換器的貴任週期。在這個例子中，來自容器7 12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75〇能利 二=如單^電壓的多個輸入信號以及產生責任週期的輸出 私/瓦，该早兀電壓也就是跨於該電化單元7 3 0之正電極 7 3 2與負電極734的電壓。在這個具體實施例中，單元電 壓和輸出電流係被監控，且直流/直流轉換器75〇產生一I 那二個參數的一函數之貴任週期。 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—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：⑴直流/直流轉換器；以及⑺轉 換器控制器’其電地、❹佳地電子地連接及分離在電化 、發明説明（ 50 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 :元的該等電極和容器的該等輸出端之間之直流/直流轉換 杏二使得直流/直流轉換器的内損只有當直流/直流轉換器 必需轉換單元電壓成驅動負載所必需之電壓的時候才發生 °舉例來說’直流/直流轉換器只有當單元電壓降至一預定 :準的時候才可以打開’在該預定位準之下負載不能再操 或者如果％子裝置需要在特定範圍裡的輸入電壓， 像是電池標稱電壓之±1G%，舉例來說，當單元電壓是在 所欲範圍外的時候’轉換器控制器可以「打開」該直流/直 成轉換器’而當單元電壓是在所欲範圍裡的時候，則可以 「關閉」該轉換器。 6舉例來說，在圖8中直流/直流轉換器8 5 0係電連接在該 見化單元830之正電極832和負電極834以及該容器之 正端8 2 0和負端8 2 2之間。轉換器控制器8 5 2也電連接在在 该電化單元8 3 0之正電極8 3 2和負電極8 3 4以及該容器812 j正端820和負端822之間。於這個例子裡，轉換器控制 益8 5 2做為一開關，其將電化單元8 3 〇直接地連接到容器 812之該等輸出端82〇和822，或將直流/直流轉換器85〇 連接在電化單元830以及容器812之該等輸出端82〇和822 之間。轉換器控制器8 5 2連續地取樣輸出電壓，並且將其 與一或更多内部產生之臨限電壓相比較。如果容器8丨2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 圍之外舉例來說，藉由電地、或較佳地電子地連接直流/ 直流轉換器8 5 0於電化單元8 3 〇以及容器8丨2之該等輸出端 8 2 0和8 22之間，轉換器控制器8 5 2「打開」直流/直流轉

(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂 五、發明説明（51) ^ ^ 5"限電壓較佳地是在從約電化單元8 3 0的標 稱電壓至約該類電子裝置的最高截止電壓之間之範圍中， 而“池係设叶成操作於此。或者，轉換器控制器8 5 2可 乂連續地取樣％化單元8 3 Q的單元電壓，並且將該電壓與 臨限電壓相It較，以控制直流/直流轉換器㈣的操作。 在充電電池的情況中，當單元電壓到達大約電化單元 8 3 0的t佳放電深度的時候，轉換器控制器8 5 2較佳地也 將電化單元8 3 0與容器812之該等輸出終端82〇和822分離 。此提供電池的最大放電循環壽命，其中每個放電循環具 有最佳化的私池使用時間。因此，可以增加電池的服務使 用時間。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 圖9的放電子控制器9 〇2可以包括在圖8所示之放電子控 制器8 0 2的元件，但進一步包括一接地偏壓電路9 8 〇，其 電連接在電化單元9 3 0之該等電極9 3 2和9 3 4、直流/直流 轉換器9 5 0、轉換器控制器9 52、以及該容器912之該等輸 出端920和922之間。該接地偏壓電路98〇提供一負偏壓之 電壓位準Vnb給直流/直流轉換器9 5 0以及容器912的負輸 出端9 2 2。此增加了施加在直流/直流轉換器9 5 〇的電壓， 其從單元電壓到單元電壓的一電壓位準加上負偏壓電壓位 準V n b的絕對值。此允許轉換器9 5 0於一有效率的電壓位 準操作，直到真正的單元電壓降至驅動接地偏壓電路98〇 所必需的最小順向偏壓之下之一電壓位準。因此，相較於 從前僅有單元電壓，轉換器950可以更有效率地自電化單 元9 3 0汲取較高的電流位準，來驅動轉換器9 5 〇之電化單 -54- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 478190 A7 ----------— _B7 五、發明説明（52) ^~ - 疋9 3 0。於具有約丄· 5伏特之標稱電壓之本發明電池9丨〇的 放電子控制器9 02之一較佳具體實施例中，負偏壓Vnb較 佳地是在範圍約〇伏特和約丨伏特之間。更較佳地，負偏壓 Vnb是大約〇·5伏特，而〇4伏特係最喜愛的。因此，對具 有大約1 . 5伏特標稱電壓之電化單元而言，當電化單元降 至大約1伏特的時候，接地偏壓電路98〇允許轉換器較深地 放電該電化單元9 3 0，且增加從電化單元93〇汲取電流時 轉換器9 5 0的效率。 圖9 Α所不係為一充電幫浦9 8 8之可仿效的具體實施例， 可以用做為一本發明電池91〇裡的接地偏壓電路98〇。於 此具體實施例中，當開關S 1和s 3關上且S 2和S 4是打開的 時候’電化單元930之單元電壓充電電容器ca。然後，當 開關S1和S3打開且S2和S4關上的時候，反相電容器Ca上 的電荷並轉移到電容器Cb，其提供來自電化單元93 0之單 元電壓之一反相的輸出電壓。或者，圖9八所示的充電幫浦 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。 在本發明的一較佳具體實施例中，接地偏壓電路9 8 〇包 括一充電f浦電路9 8 6。該充電幫浦電路9 8 6係顯示於圖 9B中，且包括一時脈產生器987以及一或更多幫浦988。 舉例來說’於圖9 B所示之充電幫浦電路9 8 6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。舉例來說，充電幫浦電路9 8 6的一較佳具 體實施例包括十二個小型幫浦9 8 9以及一主幫浦。此具體 -55- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 丁 、lf 478190 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（53) 貫施例之該等小型幫浦9 8 9及該主幫浦990係由四個不同 ^目位控制信號99u、99ib、Μ。、及“Η所驅動，該 等不同相位控制信號係由該時脈產生器9 8 7所產生，其具 有相同頻率但互相相移。舉例來說，控制信號” 1 &到 9 9 1 d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\1 a到99 Id之一反相輸出電壓。該主繁浦99〇將多個小 型幫浦9 8 9之輸出相加，並提供充電幫浦電路之一輸 出仏號，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 <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之虛擬接地。 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，其當單元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之預疋電壓係能在於從約電化單元9 3 〇的標稱電壓到 電池9 1 0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，充電幫 浦電路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9 5 〇正操作 時才運作。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 除此之外，於具有充電電化單元之電池中直流/直流轉換

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 --—______^__ 五、發明説明（54) ^ 一 器9 5 0和充電幫浦電路9 8 6較佳地當單元電壓降至約「放 電終點電壓」的時候關上。此允許充電電化單元最佳地放 % ’以允許該單元之未來充電週期之次數和效率最大。 進一步，當接地偏壓電路9 8 0關閉，施加於容器9丨2之該 輸出負端922之虛擬接地較佳地降至電化單元93〇之負電 極9 3 4之電壓位準。因此，當接地偏壓電路不運作，該電 池以由電化單元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95〇和接地 偏壓電路980能由一單一轉換器所結合或取代，像是大量 推進轉換器、推挽式轉換器或返馳轉換器，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1〇〇2的另一具 體實施例。在這個具體實施例裡，直流/直流轉換器1〇5〇 月匕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1〇5〇利用 像是脈波寬度碉變器的控制方案來控制轉換器1 〇 $ 〇的操作 參數。在這個具體實施例中，放電子控制器電路1〇〇2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丨〇 6 2 ,其測量在電極丨〇 3 2之單 元電壓與正從電化單元丨〇 3 〇所汲取而由橫跨電流感測電阻 Rc所量測之電流的交流元件之間之即時相移ψ。該直流/直 _______ _57· 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Α4規格（21〇χ297公餐) ' -----— 一裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- 478190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（55) 流轉換器1 0 5 0使用這個訊號與其他内部或外部產生之控制 4吕號來產生責任週期。 在圖1 1所示的具體實施例的放電子控制器i 1 〇 2可以包括 如圖10所示的放電子控制器1 0 02之相同元件，但是更進 一步包括一緊急分離電路n 82，其電連接到電流感測電阻 Rc以及電化單元1130之正電極1132和負電極1122，且 更進一步地連接到轉換器控制器1152。緊急分離電路 1182可傳訊一或更多需要將該（等）電化單元與容器丨^ 的輸出終端112〇及1122分離之有關安全之條件給轉換器 控制器1152 ,以保護消費者、電或電子裝置、或電化單^ 本身。舉例來說，假使短路或倒轉極性，緊急分離電路 1182傳訊轉換器控制器1152將電化單元1〇3〇的該等電極 1132和1134與容器1112的輸出終端112〇及1122分離； 除此足外，緊急分離電路丨丨8 2也能藉由偵測電化單元 1 130的電壓及/或内阻來提供電化單元丨13〇的放電週期結 束之一指示給轉換器控制器1152。舉例來說，當電化單元 1 1 3 0的剩餘容量降到預定位準的時候，放電子控制器 1102可以驟降電流；當電化單元的剩餘容量到達預定值的 時候，放電子控制器1 1 〇 2可以將電化單元丨丨3 〇的該等電 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、可聞或機器可讀的 電池將停工之指示。在放電週期結束，緊急分離電路也可 以送訊號給轉換器控制器丨丨52來將電化單元i〗3 〇與容器 的輸出終端1120及1122分離，及/或短路該等輸出 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 478190 A7 ___ B7 五、發明説明（56) 終端1 1 2 0和1 1 2 2 ,以避免放電的電化單元丨丨3 〇消耗與該 放電的電化單元1 1 3 0串聯之其他電池單元的電流。 於圖1 2所示的較佳放電子控制器丨2 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，該同步整流器丨2 7 4 可以將正電極1 2 3 2與容器12 12的正端1 220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 於在電化單元1230之正電極1232或負電極1234與容器之 輸出端1 2 2 0和1 2 2 2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 該等内損而增加直流/直流轉換器丨2 5 〇的效率。具體實施 例之轉換器控制器1 2 5 2也允許控制直流/直流轉換器125〇 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 0較早描述之相移測量之外，轉換器控制 器1 2 5 2經由感測器監控内在的電化單元環境，像是溫产、 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。笋表 的次序非意謂暗示在聯合多樣不同元件之電路中較遲^紹 的元件必須具有關於早先圖式所描述之所有特徵才掉 發明的範圍裡。舉例來說，緊急分離電路、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Η 的電路使用，而無需轉換器控制器或其他元件，其係顯示 ________I59· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（21〇χ 297公楚) ________ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 『裝· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 478190 A7 ____ B7 五、發明説明（57) 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丨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，且包括一直流/直流轉換 器1 3 5 0及轉換器控制器1 3 5 2。該轉換器1 3 5 0較佳地是一 幾乎供電感、鬲頻、高效率且中等功率之轉換器，其能在 大^數遠子裝置的臨限電壓以下操作。放電子控制器1 3 〇 2 較佳地包括一像是在圖9 B所示之充電幫浦來提供一虛擬接 地給直流/直流轉換器丨3 5 〇和容器丨3丨2的輸出端丨3 2 2， 茲虛擬接地具有一在電化單元i 3 3 〇之負電極丨3 3 4以下的 電位。虛擬接地提供可用來驅動直流/直流轉換器丨3 5 〇之 遞增電壓差異，且允許轉換器135〇較之以往僅有驅動轉換 器 < 單元電壓從電化單元丨3 3 〇更有效率地汲取一較高電流 位準。 在這個具體實施例中，轉換器控制器丨3 5 2係較佳地使用 脈波寬度和脈波相位調變控制方案。相移感測電路丨3 62測 量單元電壓以及於電化單元133〇之正電極1332和負電極 1 3 3 4測量從電化單元丨3 3 〇所汲取之電流，以及在電壓和 私⑽乏間即時的及/或連續的相移。此相移定義電化單元 1 3 3 0的内阻，其為電化單元丨3 3 〇電容量的一函數。舉例 來說，於一鹼性電池中，在大約電化單元丨3 3 〇放電5 〇 %之 後，其由單元之封閉電路之壓降決定，漸增之内阻指示剩 餘的電化單元1 3 3 0容量。相移感測電路1 3 6 2提供這些訊 號…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 才疋供由相移感測電路1 3 6 2所感測之電壓v s以及輸出電壓 --------- - 60 - 本紙張 (210X297公釐)' -- C—— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（58) 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 變控制方案之組合。脈波調變器1 3 7 6也收到跨於電阻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/ 直成轉換器1350。當電壓Vs高於一預定的臨限電壓位準 時’脈波調變器1 3 7 6維持金屬氧化物半導體場效電晶體（ 「Μ Ο 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，從電化電池丨3 3 〇到負載 的電流路徑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/直流轉換器丨3 5 〇與轉換器控制器丨丨5 2之 損失係減到最少，因為責任週期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M3的直 流扣失與電阻R s係極低。舉例來說，電阻R S較佳地是在從 大約0.0 1到大約〇 · 1個歐姆之範圍。 然而’當電壓V s低於預定的臨限電壓時，脈波調變器 1 3 7 6被打開並且基於電壓控制信號的組合調變直流/直流 轉換器1 3 5 0的責任週期。v s的振幅運作為控制貴任週期 的主要控制信號。跨於電流感測電阻r s的壓降運作為第二 控制信號，其中該跨於電流感測電阻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所產生的訊號 V (p s 1)運作為第三控制信號，其中該訊號v (p s丨）係線性 地正比於在單元電壓和正從電化單元丨3 3 〇所汲取之電流的 父流元件之間之相移。特別地是，在電池使用時間中，訊 _____ -61 - 本紙張尺度適用中國國家標準（cnsT^^T710>< 297公董）---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· -5¾ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 478190 ' A7 ----_____B7_________ 五、發明説明（59) 號V(p Si)係用來改變貴任週期，以回應於内阻改變，其影 響轉換器的效率和電池使用時間。如果V S的即時及/或連 績的振幅減少、或如果跨於電阻R s的壓降增加、及/或 v (P s 1)控制信號之連續振幅增加，則脈波調變器增加責任 週期。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1 3 7 6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 〇 %責任週期以及範圍在從大 約4 0千赫到大約丨Μ η z之頻率，更較佳地範圍在約* 〇千赫 到大約6 0 〇千赫，在約6 〇 〇千赫通常為最較佳的。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M3和Μ4的責任週期。最尋常地，控制法則以相同 的責任週期但相反的相位操作Μ 3和Μ 4。金屬氧化物半導 體場效電晶體M3和Μ4較佳地是互補式高功率電晶體，其 中M3較佳地係Ν通道MOSFET且Μ4較佳地係ρ通道 Μ Ο S F Ε Τ。本質上，完整之直流/直流轉換器丨3 5 〇的結構 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1 3 5 0藉由使用金屬氧化物半導體場效電晶 體Μ 3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M3和Μ4控制信號之間的相位及/或責 任週期，將改變跨於容器13 12之該等終端丨3 “和丨3 22的 輸出電壓。 脈波調變器1 3 7 6可以控制金屬氧化物半導體場效電晶體 Μ 3和Μ 4，其係基於一或更多電壓控制信號，像是電壓v $ -62- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝· 訂 五、 發明説明（60) A7 B7 、電阻Rs的壓降、或電化單元1 3 3 0的内阻。舉例來說， 如果負載電流消耗低，脈波調變器丨3 7 6產生接近零百分比 勺直㈣/直ML轉換器1 3 5 0之責任週期。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1 3 5 0的責任週期。當負載電流消耗在這二末端間改 變時，脈波調變器1 3 76改變直流/直流轉換器的責任週期 ’以供應負載所需之電流。 訂

P 經 濟 部 中 央 標 準 局 員 工 消 合 作 社 印 製 圖14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B1、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62、以及本發明之具有一放 電子控制器的電池B3，其中對於該電池所設計之—典型電 子裝置’轉換器在高於電池截止電壓時打開，纟中該電池 係為該給定的電子裝置所設計。如圖14所示，沒有本發明 的控制器的電i將在時間u於有截止電壓Vc的電子裝 置中失效。然而，電池B2的放電予控制器在整個電池服務 使用時間期間’連續地將電池的輸出電壓昇壓至電壓位準 V2 ;當電池B2的電化單元的單元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B2的子控制器將會 停工且在時間t2電池輸出電壓降到零，結束電池Μ的有效 使用時間。如圖“的圖形所示，具有予控制器之電池B2 的有效服務使用時間延長是t2_tl，其中轉換 態操作。 你适貝佚 ^ A B 3的控制&直到電化單元的單元電壓到達預 定的电壓位準Vp3才開始推進電池的輸出電壓，預定的電 本紙張;^適i中標準（CNS ) A4規格（21GX297^i7 63 478190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 —----------^_ 五、發明説明（61 ) 一 壓位準V p 3較佳地是在電化單元的標稱電壓位準和該電池 欲供電之該類電子裝置的最高截止電壓之間的範圍中。更 較佳地，預定的電壓位準Vp3大約比該電池欲供電之該類 電子裝置的最高的截止電壓^^大〇2伏特。甚至更較佳地 ，預疋的電壓位準Vp 3大約比該電池欲供電之該類電子裝 置的最鬲的截止電壓v c大〇 ·丨5伏特。更較佳地，預定的 包壓位準Vp 3大約比該電池欲供電之該類電子裝置的最高 的截止私壓乂〇大〇·ι伏特，且以較¥(：大〇〇5伏特為最喜 夏的。當單元電壓到達預定的電壓位準Vp3的時候，電池 B3的轉換器開始昇壓或穩定輸出電壓到+ 。電壓位 準AV係;^示於圖中且代表電池B3之昇壓與截止電壓 之間的％壓差。電壓位準△ v較佳地係在於從大約〇伏特到 大約0.4伏特之範圍，且以約〇.2伏特為最喜愛的。電池 B 3接著繼續提供一輸出，直到電化單元的單元電壓降至轉 換器的最小操作電壓位準Vd，電池B3的控制器將會停工 。在此時，電池輸出電壓在時間。降到零，結束電池63的 有放使用時間。如圖丨4的圖形所示，與沒有本發明的控制 器的電池B1相較，電池B3的服務使用時間延長是t3_u。 圖1 4也顯示當連接到相同的電子裝置時電池B 3較電池 B 2久持。因為電池B 2的轉換器連續地操作，轉換器的内 損消耗電池B2的電化單元的一些能量容量，以&，因此， 相較於僅運作於一部份放電週期之電池B 3，電池B 2的單 元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Μ _____-64- 本紙張尺度腳t ® _縣（叫Α4^^χ297ϋ }-------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝 訂 478190 A7 B7 五、發明説明（62) 的電壓V p 3的選擇，將會造成電化單元最有效率的使用， 且造成較大的電池使用時間之延長。因此，電池B 3的預定 電壓V p 3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0 · 2伏特。更較佳地，預定電壓Vp 3可以較佳 地是約比截止電壓大0.15伏特。甚至更較佳地，預定電壓 v P 3可以較佳地是約比截止電壓大〇 ·丨伏特，而約比截止 電壓大0.05伏特是最喜愛的。 然而，如果電池係设計為多種電子裝置用的通用電池， 預定電壓VP3較佳地選擇成相等或些微大於那群電子裝置 的最高截止電壓。舉例來說，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〇·2伏特。更較佳地， 預定電壓VP3可以較佳地約約略地比那群電子裝置的最高 截止電壓大0.1 5伏特。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伏特，而 以約比那群電子裝置的最高截止電壓大〇 · 〇 5伏特是最喜愛 的0 、圖14的圖形也顯示轉換器的最小操作電.vd愈低，則相 較於沒有本發明的控制器的電池B1，使用 員 大》除此之外，電子裝置截止電壓vc和轉換器最 壓Vd〈間的差異愈大，由於電化單元之單元電壓的昇壓， 本發明的控制器將提供電池愈大的服務使用時間延長。 更進一步，圖14顯示裝置之截止不再是主要電化單元或 充電電化單it之放電的限制因素。只要控制器能夠保持電 ______ -e>5 本紙張尺度·中國國家縣（CNS ) Αίϋ777^297公釐 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 65- 478190 五、發明説明（63)池之輸出電壓高於裝置之截 ^ L , _ 士 佩此％壓，電池之電化單元可以 繼續放電。於一次電池中，卜 w 此允许该等早元依照轉換器之 最小操作電壓儘可能地完整放# 几正玟私。然而，於一充電電池中，本發明允許最佳放電，其增加充電電池之服務使用時間 i而無關於裝置之截止電壓，只要轉換器能夠於—小於或 等於該充電電化單元之最佳访♦ 、 取住玟電冰度心早元電壓操作。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} C· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 直^率控制器斑洁有功乎产制哭夕A A认“… J--益之A A驗性電池放電例子 丄阻Ί土-，R = 1 2歐姆）

表2將具有内建放電子控制器之本發明之一 A a鹼性電池 與沒有本發明控制器的典型AA鹼性電池之放電資料相狄 較，其中該内建放電子控制器之轉換器操作在連續模態』 _______ -66- 本紙張尺度適财關家^τ^τ^(2Η)χ297公楚）

、-sF ^/«190 五、發明説明（… 推進單元電壓到大約U伏特的輸出電壓。在這個表中， =係顯示每個小時輸出電壓(所消耗電力)與剩餘容量(總 谷量=2400mAh)的百分比，其當該等電池連接到大約12 歐姆的中等電阻性電阻負載，其在電池的使用時間之期間 沒取平均約⑴毫安培。如表所示，具有轉換器之電池的 輸出電壓於電池的使用時間保持16伏特之常數，而沒有 控制器之電池的輸出電壓於其使用時間遞減電池㈣稱電 壓。 表2進-步的顯示有内建控制器之本發明的電池提供較沒 有控制器的AA電池的二個清楚的優點。首先，對於有大 約^伏特截止電壓之裝置而言，有内建放電子控制器之電 池具有約1〇小時的使用時間，而沒有控制器之電池將於最 多約8個小時之後裝置停止操作，其當輸出電壓降至工伏特 《下（時。因此’在這個例子中’放電子控制器較沒有控 制器的電池提供約25%之使用時間延長。其次，對於有内 建放電子控制器之本發明的電池而言，遞送到負載之電源 ^在裝置停工之前所使用之電池額定容量之百分比係多很 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 ^。在定電流汲取之條件下，沒有本發明控制器的電池在 私子裝置停工之前，將會有甚至更短的持續時間，因為當 這個電池的輸出電壓減少之時，單元之遞送電流能力成友田匕 例的減少。這將會造成具有内建放電子控制器之電池甚至 更大的優點。 二而如果裝置具有大約1 · 1伏特的截止電壓，表2顯示 具有一内建放電子控制器之本發明的A A電池較沒有控制 _ | 丨 _ · Ο / · 本紙張尺度適) M規格（2·^χ 297公楚） -67- 478190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 、發明説明（ f的AA電池甚至更有利地操作。具有該内建放電子控制 …池’將會仍有大約10小時之使用時間，而沒_

器的電池將在最多大約6個小時之評卜举罢、有UJ 〒<後如止裝置裡之運作， 其當輸出電壓降至U伏特之下時。因此，在這個例子中 放電子控制器較沒有控制器的電池提供約㈣服務使用 時間延長。此外，遞送到負載的電力與在裝置停工之前所 利用的電池額定容量的百分比之差異係甚至較早先例子更 再-次’在定電流沒取之條件下，沒有本發明控制器 的電池將會擁有在裝置停工之前甚至更短的持續時間，因 為，隨著此電池輸出電壓減少，單元之遞送電流能力成比 例地減少。這將會造成具有内建放電子控制器之電池甚至 更大的優點。 充電子控制器 充電：控制器也可以延長本.發明之充電電池的週期壽命 ，其係藉由個別地控制每個個別的電化單元之充電週期。 因此，充電子控制器可以基於該特定單元之實際回授而最 佳化每個單元之充電，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 個早7L的單元電壓及/或内阻抗而控制每個單元的充電。此 允許子控制器控制多個單一單元電池或者一或更多多單元 電池的每個個別的電化單元的充電週期。 充電子控制器也可以g長充電電池的使用日争間，該充電 電池較佳地不深放電，例如錯酸蓄電池，其係藉由在放電 週期的「排出時間(〇ff_time)」之期間對電化單元充電， ____________ 68 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) M規格（公着） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) C· 、-5·? 478190 五、發明説明（ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 也就是當電化單元不是在放電模式的時候 制器可以允許充雷+松备丨哭士 a A ^ ^ ^ 子^在放電該等單元之「排出時間 」之期間對一或更多個別單元充電。如果「排出時間」相 對於放電《「沒取時間（Gn_time)」係夠長久，也就是各 孩特別電化單元正在主動放電的時候，充電子控制器可以 能維持該單元於至少接近滿充電之情況。如果責任週：夠 :且，置運作超過_充份期間，充電子控制器不能夠維持 電化早兀《无電高於一預定的電壓位準或低於特定的阻抗 位準，其係相料該類型的特別電化單元之最大所欲之放 電深度’當充電電化單元料最大所欲之放電深度的時候 ’放電子控制器可以結束電池的放電週期。充電子控制器 也可以避免過度充電，其係藉由當單元電壓是在像是該單 7G的標稱電壓之某預定電壓位準之下的時候，僅充電該單 元’藉由用⑽定在這個貞用中所描料任何其他決定充 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單元的服務使用時間最佳化 ，其係藉由不使該單元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。該充電順序也 可以為特定類型電化單元、特定類別電化單元、或特定電 化單元所設計。 裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 、龟k期的另類黾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 化單元或者與充電電化單元一起封裝於一混合電池裡的另 電化單元。舉例來說，主要單元可以封裝於該裝置中或

A7 -----_B7 五、發明説明（67) ~ --~- 者與充電電化單^起封裝^一混合電池裡。金屬_空氣單 元’例如有高能量密度的鋅_空氣單元，但是只能夠提供相 當低〈電流位準，提供一特別有利的其它可能的電源供應 ，孩電源供應用來充電—充電電化單元。或者是，例如燃 料電池的其它可能電源可以包含在混合電池中，以提供充 電源給充電電化單元。 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。 本發明的電池的一較佳具體實施例也可以包括一滿量充 電指示給使用者。舉例來說，充電子控制器可以提供電池 已經完全充電的可見或可聽的指示給使用者。或者是，子 控制器可以提供可讀的指示給充電器系統或裝置，使得充 電器系統或裝置能夠因此警告使用者。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖15係顯示本發明的電池的一方框圖，其包括充電子控 制器電路1 5 04。充電子控制器電路15〇4較佳地整合於電 池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，以最佳化充電電化單元丨5 3 〇的充電週 期。控制充電子控制器電路15〇4基於從感測電路1〇5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 0 4能夠使用電壓控制信號v (p s丨），其定義電 化單兀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，且相對於圖丨3而描述。或者是，充電子控 制器可以由單元電壓或充電電流、或二或更多内阻抗的組 -70- 本紙張尺度適用f國國家標準（CNS ) A4規格（21〇 χ297公楚) A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（68) — ' 合、單元電壓和充電電流來控制電化單元153〇的充電。除 之外在電池1 5 1 0的容器1 5 1 2裡所量測之實際條件， 】戈氫;辰度、氧濃度、溫度及/或壓力，可以由充電子控制 器使用’以對電化單元丨5 3 〇最佳地充電。 田在忒等終端1520和1522的電壓比電化單元153〇的單 一私壓同的時候，放電子控制器丨5 〇 2的脈波調變器1 $ 7 6 關閉N通道金屬氧化物半導體場效電晶體％ 3並開啟p通道 二屬氧化物半導體場效電晶體Μ 4。金屬氧化物半導體場效 私曰日把Μ 3產生來自該等終端丨5 2 〇和丨5 2 〇的電流路徑以對 4包化單το 1 5 3 0充電，且金屬氧化物半導體場效電晶體 M4避免在該等終端152〇和1 5 22間之短路。該脈波調變器 1 5 7 6也可以藉由把電壓控制信號送給接地偏壓電路1 5 8 〇 的時脈產生器1 5 8 7而關閉接地偏壓電路丨5 8 〇。在圖9 A之 充包茗浦例子，舉例來說，時脈產生器9 8 7將會開啟開關 S1和開關S2，且關閉開關S3和開關S4，而將虛擬的接地 輸出變為電化單元930的負電極934的電位。或者是，如 果接地偏壓電路1 5 8 0包括一例如充電寶浦控制器1 5 92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丨5 2 〇和丨5 2 2的 電壓與電化單元1 5 3 0的單元電壓相比較，以及如果跨於該 等終端1 5 2 0和1 5 2 2的電壓係大於電化單元丨5 3 〇的單元電 壓，則藉由直接地控制時脈產生器1 5 8 7而關閉接地偏壓電 路1 5 8 0。此將虛擬的接地輸出變為該電化單元153〇的負 電極1 5 3 4的電位。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 -71 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 478190 A7 ____gz__ 五、發明説明（69) ~---- 在本發明的-較佳具體實施例中，充電子控制器電路 1504使用内阻抗資訊來決定最有效率的交流訊號輪廊，其 包括振幅、頻率、上升緣和下降緣等。子控制器因此將電 化單元的内部充電動態與靜態損失減到最少，且提供對於 特定電化學、記憶效應、電化單元之疲勞狀態最快速可能 充電率的控制。除此之外，例如氫和氧濃度、溫度、壓力 等實際條件的感應器可以提供進—步將充電條件最佳化之 能力。 當充電子控制器電路i 5 04決定電化單^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。此將電化單元153〇與該容器。。之該等終端 1 5 2 0 *〗5 22分離，以及藉此與外部充電源或電路分離。 基於真正的離子和電阻抗條件，利用内阻抗來控制電化 單元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丨5 〇 4提供多個單一單元電池或一多 單元電池之個別電化單元丨53 〇更多的控制，因為該等子控 制器個別地控制每個單元的充電。該等單元153〇可以於與 其他電化單元1 5 3 0串聯及/或並聯配置而充電。如果該等 單元係串聯充電，充電子控制器15〇4可以包括一在該等終 端之間的高阻抗路徑，使得當電化單元丨5 3 〇完全充電的時 候’子控制器1 5 〇 4可以將充電電流改變至與該單元1 5 3 0 事聯之其他單元。然而，如果該等單元係並聯，充電子控 制器1 5 0 4可以將電化單元1 5 0 4與充電電流隔離。於多單 元電池的每個電化單元裡放置一充電子控制器允許每個單 _______ 72 - 本紙張中國國家標^^7^見格（210/^_趁) ----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -丁， 、一 細 478190 A7

經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 元以相同的充電電流斧雷，甘 其係由每個早元裡的該等個別 控制器所控制，以對該單元最佳地充電，而不管該單元之 電化學特性。即使當該等單元有不同標稱電壓之時，此充 電子控制為也可以對一混合電池的多個單元充電。 圖16係顯示一充電子控制器電路15〇4配置之一具體實施 例其可用杰如圖1 5所顯示的本發明之電池。在這個具體 實施例中，充電子控制器電路16〇4包括一通用充電器電路 1 677、一叢發電路1 6 7 8、以及一充電控制狀態機器μ” 。該充電控制狀態機器1 679使用叢發電路1 67 8來製造一 試驗電流I s以及一於電化單元丨5 3 〇之該等電極丨5 3 2和 1 5 3 4之試驗電壓Vs。如參照圖13所描述，相位線性性控 制器1571偵測在試驗電流13以及試驗電壓Vs之間的相移 。叢發電路1678較佳地包括一叢發驅動器1668*n通道金 屬氧化物半導體場效電晶體Μ 1。叢發驅動器丨6 6 8產生一 南頻控制脈波訊號，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 Ml，以及相位線性控制器1571偵測在試驗電流1§與試驗 電壓V s之間的相移角度（ψ )。相位線性控制器1 $ 7 1輸出電 壓控制信號V(Vp si)，其線性地正比於單元電壓之交流元 件之間的相移以及由該電化單元1 5 3 0至該充電控制狀態機 器1 6 7 9所汲取之電流。充電控制狀態機器丨6 9 4使用來自 相位線性控制器157 1的此控制信號來控制交流充電訊號之 輪廓。當電化單元1530冗全充電的時候，脈波調變器 1 5 7 6隔離該金屬氧化物半導體場效電晶體μ 3，其依次將 -73- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2!0乂297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 478190 五、發明説明（71) 電化單元1 5 3 0與容罘】ς m、… ° 12《该寺終端1520和152 2隔離

圖1 7係顯示在圖1 5所虛ϊ - A 斤颂π的无笔子控制器電路的一個其 它可能的具體實施例’其允許電化單元1 5 3 0的隔離充電，' 而/又有在外部充包器電路和本發明的電池⑴。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1704 ι括泉圈忒線圈做為一變壓器的副線圈以對電化單元 1 5 3 0无電。外部充電源包括可以變壓器的主線圈，其可以 透過空氣無線連接到充電子控制器電路17()4的副線圈。舉 例來說纟發明的電池可以包含一印刷接線線圈於該電池 15 10的標籤上或可以包含在一非金屬容器、一具有非金屬 窗之答器、或電池裡，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2〇千赫到大^ 100千赫之範圍的頻率，更較佳地係從大約4〇千赫到㈧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子控制器 包路1 7 0 4的副線圈！ 7 9 8。充電控制狀態機器丨7 4控制該 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 通用充電器電路1798，以將充電電化單元153〇的充電週 期最佳化。如果外部充電器電路操作於大約5〇千赫之頻率 ，該變壓器將會有足夠範圍以允許來自本發明的電池之電 化單元的充電，從大約1英吋到大約3英吋，且將因此允許 電化單元在原處充電，而不必將電池從電的或電子裝置移 開。此可提供與必須從裝置移開電池相較之清楚優點。舉 例來說，可以對例如心律調整器之以手術方式植入的裝置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐 -74- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 478190 A7 B7 五、發明説明（72) 裡的電池充電，而不必將電池從病人以手術之方式移開。 緊急分離子控制器 若偵測到一或更多有關安全之條件，則控制器可以將電 化單元與電池之容器之該等端分離。控制器可以包括獨立 的緊急分離子控制器，其偵測不安全條件，例如短路、極 性反轉、電化單元之過度充電等，以及電子地將電化單元 與電池之該等端分離。或者是，緊急分離功能可以由放電 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，其傳訊號給該放電子控制器及/或 充電子控制器，以將電化單元與電池之該等終端分離。舉 例來說，一緊急分離之一具體實施例係相對於圖1 1而於上 面所討論。在這個具體實施例中，當偵測到一或更多安全 相關之條件的時候，緊急分離電路1 1 8 2發訊號給轉換器控 制器1 1 5 2。 閥子控制器 控制器也可以在金屬-空氣電化單元和外部環境之間監控 及處理氣體交換。金屬-空氣電池已經決定超過例如典型的 鹼性（鋅/錳二氧化物）或鋰電池的其他類型電化單元之優點 。金屬-空氣電池有較高之特定能量和能量密度。金屬-空 氣電池也是環境安全的以及和通常無漏'^的。 金屬-空氣電池包含一或更多的電化單元。每個單元典型 地包括金屬陽極和由電解物分開的空氣陰極。金屬陽極通 常包含一細紋理的金屬粉，例如，但是不限制於，鋅、铭 或鎂，其與例如像是氫氧化鉀之水性或非水性電解物以及 -75- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) C- 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 478190 五、發明説明（73) 膠凝劑-起混合而成為膏狀物。空氣陰極係為設計成幫助 氧還原，而且典型地包含活性碳、黏合劑和催化劑的觸媒 結構，其與金屬製之電流集極一起形成金屬片。 在孟屬-二氣包池中，氧藉由一連_的反應而與電池裡的 金屬反應產生電流。舉例來說，在鋅_空氣單元中，氧致能 在陰極（正極）之充電/放電反應： 1 / 2 Ο 2 + Η 2 〇 + 2 e 2 Ο Η · 同時，充電/放電反應在陽極（負電極）發生：

Zn + 20H- ZnO + H20 + 2e 因此，鋅·空氣單元有一全反應為：

Zn + 1/2 〇2~> ZnO 典型地，金屬-空氣電池利用大約包含2丨％氧之周圍空氣 做為該等單元之反應物。周圍空氣流經外殼中之換氣孔。 在那外殼中，周圍空氣裡的氧與該等單元反應。如果該等 孔超過一長時間未關閉的話，若周圍濕度低於約6 〇 %空氣 ，則空氣將會使單元乾化；或若周圍濕度大於7〇%，則使 單元潮化。 然而，控制器可以監控並且處理空氣進及出電池之該（等） 電化單元之交換，使得當電化單元需要氧來提供負載所需 要的電流的時候，空氣只可以流進單元内。當負載被分： 或只需量最小量❸電流的時候，控制器可W關閉或部份地 關閉閥，使得電化單元裡的反應停止或減慢，而且單元之 電解物被保護直到負載要求更多電流。在那時，控制器= 以開啟閥，使得電化單元將會產生負載所要求的電流。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（74) 在本發明的一較佳具體實施例中， 能、W ]係為非線性、雙稃 ®又微閥。微閥較佳地是以陣列架 艾t ^ ^ 木構女排之微電機械、靜 电、或磁性閥。微閥可以包括微 τ Μ “ 、, 小文私機械系統（MEMS)、 八紅序、丰LIGA程序或以形狀主之記憶 也就0 雙金屬薄板）。陣列架構較佳地是 疋 ^ . ^ L u J秤疋早一早元電池或 夕早疋電池所特別設計，以提供充足的氣流使得特定電池 可以提供而的電流率，以及停止氣流使得特定電池將不會 在負載已經移除之後繼續暴露於周圍空氣。間可以是正常 開開啟式的，但較佳地是正常閉合的。使用雙穩態微間而 非單穩態闕允許控制器節省能量，其當藉由送出單一脈波 開或關該等閥，而非藉由維持連續的電壓位準來「保持」 該等微閥。 閥子控制器可以利用許多控制方案之―，不論描述在這 個應用中或已知於此技藝中，來控制本發明之電池裡的多 ㈣電子㈣器而參考圖8至13所描述的方案也 可以用來控制微閥。於一具體實施例中，當電池之終端是 開路（也就是沒有負載）的時候，或者是在緊急分離短路條 件的情況下，閥子控制器可以關閉微閥。除此之外，圖18 顯示可以用來控制閥之另一控制方案。在這個例子中，當 單7C電壓是在臨限電壓的範圍裡時，閥子控制器開啟該等 閥。 圖1 8是包括閥子控制器i 8 〇 7的本發明的控制器的組合區 塊和概略圖。閥子控制器i 8 〇 7包括來自電化單元1 8 3 〇的 正極1 8 3 2的輸入連接。脈波調變器丨8 7 6也提供一控制信 -77- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐 裝-- f請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、一¾ •参 A7 ' ---——_________B7______ 五、發明説明（75) '一 ' "— 號，其由閥子控制器所使用來控制微閥陣列。如圖19和20 所示每個微閥經由電化單元1 8 3 0的負電極1 8 3 4而接地 。基於以上相對於圖8至丨3所描述的任何用以控制放電子 k制器之控制方法’脈波調變器可以產生閥子控制器的控 制仏號。舉例來說，圖丨8顯示相似於圖丨3所描述的控制方 案，其中控制信號係基於單元電壓及/或相移控制信號 V(phi) ’其代表電化單元丨83〇的内阻抗。 圖1 9顯示本發明的閥子控制器丨8 〇 7的一具體實施例，其 中微閥1 9 9 5形成數位閥陣列丨9 9 6 (也就是兩種狀態）。在 這個例子中，來自脈波調變器1 8 7 6的控制信號係饋入比較 器1 9 9 7。比較器1 9 9 7決定微閥1 9 9 5的陣列1 9 9 6是否需 要切換狀態（舉例來說，開啟或閉合）。如果比較器1 9 9 7決 足陣列1 9 9 6要改變狀態，比較器丨9 9 7較佳地送出控制脈 波訊號’其改變陣列1 9 9 6的每個微閥1 9 9 5的狀態。然而 ’比較器1 9 9 7也可以獨立地控制陣列1 9 9 6裡的每個微閥 1 9 9 5 ’或者可以獨立地控制多個陣列丨9 9 6，使得閥子控 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 制器可以依照汲取電流之量來調節流進容器1 9丨2或外殼之 芝氣量。 圖2 0顯示本發明的另一具體實施例，於該具體實施例中 微閥陣列2 0 9 6包括比例驅動或類比驅動的微閥2 〇 9 5。在 這個具體實施例中，來自脈波調變器丨8 7 6的控制信號直接 控制微閥2 0 9 5的陣列2 0 9 6。因此，脈波調變器1 8 7 6產生 具有一貴任週期之控制信號，其類似於驅動放電子控制器 裡的直流/直流轉換器的控制信號。該貴任週期成比例地控 ____ -78- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 478190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（7e 制陣列2 0 9 6 ’使得微閥2 〇 9 5可以完全開著、完全關閉， 或者是於依照負載需要之開啟和關閉狀態之間 控制。 4 又 在本發明的電池的另一具體實施例中，閥予控㈣可以 個別地控制個別閥或群組閥，使得閥子控制器可以依照電 ?單f要求的負載電流位準，改變可以流進電化單元之空 孔或乳I。在14個具體實施例中，閥子控制器將氣流最佳 化:以最有效率地提供所要求的電流，而且將曝露於周圍 2軋的電解質減到最少。在這個具體實施例的—另一觀點 ^有本發明的閥子控制器之金屬空氣電化單元也可以與 充電電化單元用於混合電;也。在這個具體實施例中，金屬 空乳電化單元可以用來充電該充電電化單元。閥子控制器 可以藉由控制氣流進入金屬_空氣電化單元内來控制由金 屬-空氣電化單元所供應之充電電流。 充t狀態監控電路 控制器也可以監控一或多個特別的電化單元的充電狀態 ’且提供這個訊息給使用者、電子裝置、或為品質確保目 的。舉例來說，控制器可以藉由如上有關放電子控制器所 描述 < 低剩餘容量指示或藉由視覺或聲音指示來通知使用 者。此外，控制器可以提供指示給一裝置，舉例來說，藉 由如上所討論之例如電子標籤技術，或像是為了「智慧^ 池」> 所設計之SMBUS之通訊匯流排。再者，控制器也^ 以監控電化單元或電池之電壓或剩餘電量位準，以決定電 池或單元是否有問題，以及若電池或單元品質確保試驗I ______ -79- 表纸張尺度適用中關家標準（CNS ) A4規格（210X297公餐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ’裝·

、1T . 1 ! - - 二·. -ϋ· m 敗則设定數位暫.、 你、目I 4 予為裡的旗標。舉例來說，外部的品質確 保測試電路可以 工廠運送出去之C暫存器，以在電池或單元從 餘的ΐ:::中以::器可以於-時段中取樣電壓及/或剩 降至無法接受的位^是否電壓或剩餘的電量位準已經下 - 年，且如果如此的話，設疋暫存器裡的 制:、：成早70是有問題的。然而，在充電單元中，控 如監控試驗充電或放電週期，或在充電單元已經以 - 之相同方式充電之後，控制器可以監控充電單 地維持電量。如果疋否❹疋能夠充分 制 茨早70於這些試驗的其中一個失敗，控 II Γ定暫存11捏的旗標以顯示該單元是有問題的。 。括控制器於電池裡，控制器可以於試驗期間監控 以π ’而且品質確保設備只需要檢查電池 ^決定ί否電池是可接受以運-去，而不需要執2 別早兀又實際監控。 丁1u -80- 210X297公釐） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（

Claims (1)

1. 478190

   申請專利範圍 ι· 一種單一單元電池，包含： (a) —具有一正端與一負端之容器； (b) —配置於該容器内之單一電化單元，該單元具有一 正電極、一負電極、及一跨於該單元的正電極與負電 極所量測之單元電壓；以及 —控制器，電連接在該單元之該等電極和該容器的 該等端之間，以產生一跨於容器的正端與負端所量測 之輸出電壓。 2. 如申請專利範圍第1項之單一單元電池，其中該單元是 一充電單元，該控制器係適於接收一充電電流以及適於 控制該充電電流以對該單元充電。 3. 如申請專利範圍第2項之單一單元電池，其中該控制器 係適於接收來自該容器的談等端的充電電流。 4·如申請專利範圍第丨項之單一單元電池，其中該控制器 進一步包含一線圈元件，該控制器係適於接收來自該線 圈元件之充電電流。 5. 如申請專利範圍第2項之單一單元電池，其中該控制器 係適於依照特別針對該單元之一順序來控制該充電電流 〇 6. 如申請專利範圍第i項之單一單元電池，其中該控制器 係適於偵測該單元之一剩餘電量，且適於當剩餘電量到 達一預定電量位準的時候提供一訊號。 7. 如申請專利範圍第6項之單一單元電池，其中該控制器 - 81 - 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 、1T- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 適於提供該信號給一外部裝置 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 478190 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第6項之單一單元電池，其中該控制器 係適於偵測該單元電壓和該單元的一内阻抗，以決定該 單元的剩餘電量。 9. 如申請專利範圍第1項之單一單元電池，其中該控制器 包括該單元之一電子識別，其包括選自該單元之一類型 、該單元之一標稱電壓、該單元之一内阻抗、該單元之 一額定容量、該單元之一剩餘容量、該單元之一尖峰電 流遞送能力、及該單元之一最佳電流遞送能力之群組之 至少其中之一。 10. —種具有内建控制器的電池，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化單元，該單元具有一正電 極、一負電極、及一跨於該單元的正電極與負電極所量 測之單元電壓；以及 (c ) 一控制器，電連接在該單元之該等電極和該容器的 該等端之間，以產生一跨於容器的正端與負端所量測之 輸出電壓，當該控制器偵測到一預定條件時，該控制器 將該單元與該容器的該等端電子地分離。 11. 如申請專利範圍第1 0項之電池，其中該預定條件係從 一倒轉極性、短路、該單元之一過度充電、該單元之一 過度放電、或該單元之一滿量充電之群組所選擇的一或 多個條件。 12. 如申請專利範圍第1 0項之電池，該控制器監控該單元 之溫度，且如果該單元之溫度超過一預定溫度，將該單 ___- 82 ~_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： 478190 A8 B8 C8 D8 、申請專利乾圍 元與該容器的該等端分離。 13. 如申請專利範圍第1 0項之電池，該控制器監控該單元 之一氣體壓力，且如果該該單元之氣體壓力超過一預定 壓力，則將該單元與該容器的該等端分離。 14. 如申請專利範圍第1 〇項之電池，該控制器監控該單元 之一氫氣濃度，且如果該該單元之氫氣濃度超過一預定 氫氣濃度，則將該單元與該容器的該等端分離。 1 5 . —種具有内建控制器的電池，包含： (a) —包括一正端、一負端和一周圍之容器； (b) 至少一個微閥，配置在該容器的一部份周圍上； (c) 一配置於該容器之電化單元，該單元具有一正電極 、一負電極和一跨於該單元之正電極與負電極所量測之 單元電壓；以及 (d) —控制器，電連接在該單元之該等電極和該容器的 該等端之間，以產生一跨於容器的正端與負端所量測之 輸出電壓，該控制器控制該微閥來控制流進該容器之空 氣。 經濟部中央標準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) 16. 如申請專利範圍第1 5項之電池，其中當電池需要空氣 以提供一所需之電流汲取的時候，該控制器適於開啟該 微閥以允許空氣擴散進入該容器之内。 17. 如申請專利範圍第1 5項之電池，其中當該容器裡的空 氣濃度對電池係足以提供一所需的電流汲取的時候，該 控制器適於關閉該微閥以使空氣不能擴散進入該容器之 内0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 478190 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 8 ·如申請專利範圍第1 5項之電池，進一步包含一配置在 該容器的一部份周圍之第二微閥，該控制器適於獨立地 控制該微閥及該第二微閥。 19·如申請專利範圍第1 8項之電池，其中該微閥有一第〜 流率，且該第二微閥有一不同於第一流率之第二流率。 20·如申請專利範圍第1 5項之電池，其中該控制器適於開 啟該微閥以允許氧氣擴散進入該容器之内。 21.如申請專利範圍第1 5項之電池，其中該微閥係一微闕 陣列之部份。 22·如申請專利範圍第2 1項之電池，其中該陣列之每—微 閥係數位控制。 23·如申請專利範圍第2 1項之電池，其中該陣列之每一微 閥係類比控制。 24·如申請專利範圍第2 1項之電池，進一步包含一配置在 外殼之部份周圍之第二微閥陣列，該控制器係適於獨立 地控制該微閥陣列以及該第二微閥陣列。 25· —種具有内建控制器的電池，包含： (a) —包括一正端及一負端之容器； (b) —配置於該容器内之電化單元，該單元具有一正電 極、一負電極和一跨於該單元之正電極與負電極所量測 之單元電壓；以及； (c) 一控制器’電連接在該單元之該等電極和該容器的 該等端之間，以產生一跨於容器的正端與負端所量測之 輸出電壓，該控制器適於偵測該單元之—剩餘電量。 -_____- 84 -__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4· ( 21GX297公釐) ^s ----- ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁，> -訂· ^/8190 ~、申請專利範圍 A如申請專利範園第25項之電池，其中該控制器 2號給從一外部裝置、一外部的品質確保測試電路:、及 一該控制器的暫存器所選擇之群組中之一或多個 27.:申範圍第25項之電池，其中當剩餘電量到達 預疋私1位準的時候，該控制器提供一指示 28·ί申請=範圍第25項之電池，其中該控制器包括該 早兀I剩餘電量之一電子識別。 種充包包池’其係有用於具有一截止電壓與一外 充電器之-裝置，該外部充電器提供一充電電口 電電池包含： Μ (a) —具有一正端與一負端之容器，· ⑻-配置於該容器内之充電電化槽，該槽具有一正 極、-負電極、-橫過該槽的正電極與負電核所量 之槽電壓、及一標稱電壓；以及 一控制器，電連接在該槽之該等電極和該容器的 等端之間，以產生-橫過容器的正端與負端所 輸出電壓，該控制器係適於藉由將該槽之該等電極盘 該容器的該等端電地分離而結束該槽之—放電：期:、 =及在一充電週期期間控制外部電路之充電電流對該 3〇·如申請專利範圍第2 9項的充電電池 係由一單槽電池、一通用單槽電池、 一多槽混合電池所組成之群組所選出 3 1 ·如申請專利範圍第2 9項的充電電池 其中該充電電 多槽電池、以 其中該充電電 充 電 測 訂 該 之 及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公嫠）

   係適於電連接做為與裝置串聯之整數數目電池之其中一 個，孩輸出電壓係大於或等於裝置之截止電壓除以該電 池之整數數目。 2·如申請專利範圍第29項的充電電池，其中該充電電池 係為一多槽電池，該充電電池進一步包含一正輸出端和 —負輸出端；該容器、該槽及該控制器形成一第一槽單 兀；該第一槽單元係為一整數數目槽單元之一，該等槽 單元係串聯地電連接在該正輸出端和該負輸出端之間， 孩輸出電壓係大於或等於裝置之截止電壓除以該槽單元 之整數數目。 33.如申請專利範圍第29項的充電電池，其中該控制器係 適於當在放電週期期間槽電壓降至一預定電壓位準時， 將該槽之該等電極與該容器的該等端電子地分離。 3斗·如申請專利範圍第29項的充電電池，其中該槽進一步 包含一内阻抗，該控制器係適於當在放電週期期間該槽 放電至如該阻抗所顯示之一預定放電深度時，將該槽之 該等電極與該容器的該等端電子地分離。 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ. 35·如申請專利範圍第29項的充電電池，其中該控制器係 適於從該容器的該等端接收外部充電器之充電電流。 36·如申請專利範圍第29項的充電電池，其中該控制器包 括一線圈元件，其適於在充電週期期間電磁耦合至該外 部充電器，該控制器係適於從該線圈元件接收外部充電 器之充電電流。 37. —種充電電池’其係有用於具有一截止電壓與一外部 - 8 6 ~ ^氏張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' —-- 478190 A8 B8 C8 D8 ΤΓ、申請專利乾圍 充電器之一裝置，該外部充電器提供一充電電流，該充 電電池包含： (a) —具有一正端與一負端之容器； (b) —配置於該容器内之充電電化槽，該槽具有一正電 極、一負電極、一橫過該槽的正電極與負電極所量測之 槽電壓、及一標稱電壓；以及 (c ) 一控制器，電連接在該槽之該等電極和該容器的該 等端之間，以產生一橫過容器的正端與負端所量測之輸 出電壓，該控制器包括一轉換器，其在電池的一放電週 期期間將該槽電壓轉換成該輸出電壓，該控制器係適於 藉由結束放電週期來延長電池的服務使用時間，其係藉 由將該槽之該等電極與該容器的該等端電子地分離，以 及控制外部充電器的充電電流對該充電槽充電，該控制 器也適合在一充電週期期間將外部充電器的充電電流轉 換成一槽充電電流。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 8.如申請專利範圍第37項的充電電池，其中該控制器包 括一雙向轉換器，該雙向轉換器係適於由該控制器所控 制，以在充電週期期間將外部充電器的充電電流轉換成 該槽充電電流。 39. 如申請專利範圍第3 7項的充電電池，其中當該控制器 決定該槽充電到該槽的1 0 0 %容量之時，該控制器將該 槽的該等電極與外部充電器的充電電流電子地分離。 40. 如申請專利範圍第3 7項的充電電池，該控制器使用從 該槽電壓、該槽之一内阻抗、該槽中的一氫氣濃度、該 _-87- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格（210X297公釐） 478190 ABCD 穴、申請專利乾圍 槽的溫度、以及該槽裡的一氣體壓力所選擇之群組之一 或更多條件，來決定一槽充電位準。 4 1. 一種遠端的電池充電系統，包含： (a) —供應一充電電流之外部充電器，該外部充電器包 含一主線圈；以及 (b) —充電電池，包含： (i) 一具有一正端與一負端之容器； (i i) 一配置於該容器内之充電電化槽，該槽具有一電 連接至該容器之正端的正電極、一電連接至該容器之負 端的負電極、一橫過該槽的正電極與負電極所量測之槽 電壓、及一標稱電壓；以及 (i i i ) 一控制器，電連接至該槽之正電極與負電極，該 控制器包括一副線圈，其適於在一充電週期期間與該外 部充電器的主線圈電磁地耦合，該副線圈接受該外部充 電器的充電電流，以及在該充電週期期間該控制器控制 該外部充電器的充電電流為一槽充電電流。 經濟部中央標準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) 42. 如申請專利範圍第4 1項之遠端的電池充電系統，其中 該控制器係適於電連接在該槽的該等電極與該容器的該 等終端之間，以產生一橫過該容器的正端與負端所量測 之輸出電壓r。 43. 如申請專利範圍第42項之遠端的電池充電系統，其中 該控制器係適於在一放電週期期間，藉由將該槽的該等 電極與該容器的該等終端電子地分離，而延長該電池的 服務使用時間。 ___- 88 ~___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X297公釐） " 478190 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 44.如申請專利範圍第4 2項之遠端的電池充電系統，其中 該控制器進一步包含一雙向轉換器，其在該充電週期期 間轉換該外部充電器成該槽充電電流，以及在該放電週 期期間轉換該槽電壓成該輸出電壓。 45 . —種延長一充電電池之一服務使用時間的方法，該方法 包含步驟有： (a) 備置一充電電池，其包括： (i)一個具有一正端與一負端之容器； (i i) 一配置於該容器内之充電電化槽，該槽具有一正 電極、一負電極、一橫過該槽之正電極和負電極所量測 之槽電壓，以及一標稱電壓；以及 (i i i) 一控制器，其電連接在該槽之該等電極與該容器 的該等終端之間，以產生一橫過該容器之正端與負端所 量測的輸出電壓； (b) 電連接該電池至一具有一截止電壓之裝置；以及 (c) 當該電池之一放電深度到達一預定之放電位準的時 候，藉由將將該槽的該等電極與該容器的該等終端電分 離，而結束該電池之一放電週期。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 46. 如申請專利範圍第45項之方法，進一步包含步驟有： (d )接收一充電電流， (e )控制該充電電流以對該槽充電。 47. 如申請專利範圍第45項之方法，其中該預定之放電位 準係為一最佳的放電深度。 48. 如申請專利範圍第47項之方法，其中該最佳的放電深 度係小於該裝置的截止電壓。 ______- 8 9 一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）