带内置控制器以延长电池寿命的一次性电池制造技术

一种运用于具有截止电压的装置的一次性电池，一次性电池的特征在于包括： （ａ）具有正端子和负端子的容器； （ｂ）置于所述容器内的一次性电化学单元，所述单元具有正电极、负电极、在所述单元的所述正负电极间测得的单元电压以及标称电压；并且 （ｃ）电气连接在所述单元所述电极与所述容器所述端子之间的控制器，以便形成在所述容器的所述正负端子间测得的输出电压，所述控制器提供一个或更多下列特征： （ｉ）包括适于在小于装置截止电压的单元电压下工作的转换器，从而使所述控制器通过将所述单元电压转换为所述输出电压延长电池寿命，使得输出电压大于装置的截止电压， （ｉｉ）包括将所述单元电压转换为所述输出电压从而使所述输出电压小于所述单元的所述标称电压的转换器， （ｉｉｉ）包括将所述单元电压转换为所述输出电压的转换器和提供电荷存储以保护所述单元免遭峰值电流冲击的电容器； 其中一次性电池选自单一单元电池、通用单一单元电池、多单元电池和多单元混合电池中的一种。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一次性电池，特别涉及带内置控制器以延长使用寿命的一次性电池。
技术介绍
在收音机、密致盘播放机、照相机、蜂窝网电话、电子游戏机、玩具、寻呼机和计算机装置等便携式电子装置中，消费者通常使用一次性电池。当一次性电池的使用寿命超过了，通常就丢弃电池。此时，往往只使用了电池总蓄电量的40～70％左右。一旦耗用了初始贮能部分，电池一般无法提供足够的电压来驱动电子装置。这样，尽管电池还留有其蓄电量的约30～60％，消费者还是一丢了事。因此，通过更深程度的安全放电来延长一次性电池的使用寿命，在电池丢弃前让电子装置使用电池更多的蓄电量，就可减少浪费。此外，消费者经常要求更小更轻的便携式电子装置。将这类装置做得更小更轻的主要障碍之一，就是要向装置供电的电池的尺寸与重量。事实上，由于电子线路的工作速度更快，结构更复杂，甚至要求比以前更大的电流，因而对电池的需求更大了。然而，如果功能增多、速度增高要求更频繁地调换电池，消费者将不会接受功能更强的超小型化装置。因此，为了制造更快速更复杂的电子装置而不降低电池寿命，电子装置就要求使用更有效的电池，或者电池本身能更好地利用贮存能量。某些更昂贵的电子装置包括装置中的稳压器电路，诸如开关转换器(如DC/DC转换器)，用于转换和/或稳定电池的输出电压。在这类装置中，通常串接了多个单一单元电池，转换器将这些电池的总电压转换成负载电路要求的电压。转换器能延长电池的工作时间，其做法是在电池放电初始部分降低电池输出电压(否则会提供更高电压，从而提供比负载电路的要求更多的功率)，而在电池放电后期部分提高电池输出电压(否则电池会耗尽，因为输出电压低于负载电路要求的电压)。然而，在电子装置中配备转换器的方法有若干缺点。首先，在电子装置中安装转换器较为昂贵，因为每一家制造商对少量生产的产品都有特殊的电路设计，因此成本较高。其次，电池供应商并不控制与特定电池配用的转换器类型，因而转换器对每类电化学单元的特定电化学特性并未实现优化。再次，不同类型的电化学单元(如碱电池、锂电池等)具有不同的电化学特性与标称电压，不易互换。另外，转换器在电子装置中占据着宝贵的空间并增大了重量。而且，某些电子装置可以用线性调压器取代DC/DC转换器等更有效的开关转换器。此外，含开关转换器的电子装置会产生电磁干扰(EMI)，对射频(RF)发射机等电子装置中相邻的电路有不利影响。然而，通过将转换器装入电池，EMI源可远离其它对EMI敏感的电路，并可被电池导电的容器屏蔽。现有电压转换器的另一个问题是，为了提供足够的电压驱动转换器，通常要用多个串接的电化学单元。然后转换器会将电压降到电子装置所需的电平。这样，根据转换器的输入电压要求，即使电子装置本身只需一个单一单元工作，但它必须装上若干电化学单元，因而浪费了空间，增加了重量，不利于电子装置进一步超小型化。因此，要求在丢弃电池前更多地利用一次性电池贮存的电荷，并且电池占用的空间与重量更少，使便携式电子装置进一步超小型化。此外，需要通过设计更为通用的电路设计降低电子设备的DC/DC转换器的成本。还需要设计一种可以利用特定类型电化学单元的特殊电化学性质的转换器。此外，还要求研制一种可互换电池，它包含带不同标称电压或内部阻抗的电化学单元而不改变电化学单元本身的单元化学特性。而且还需要研制一种混合电池，它可以使用封装在同一电池内的不同类型的电化学单元。而且还需要保护电子或电气设备的敏感电路免遭开关转换器的EMI干扰。
技术实现思路
本专利技术的一次性电池通过使用更多的贮存能量提供了更长的使用寿命。电池有一包括DC/DC转换器的内置控制器，该转换器能够在低于一般电子装置阈压下工作。控制器更有效地调节电化学单元的电压并且使电池可以安全地深度放电，从而使用更多电池存储的能量。控制器较佳地设置在混合模硅芯片上，该芯片系定制设计，用特定类型的电化学单元如碱性、锌-碳、镍镉(NiCd)、锂、氧化银、或混合单元操作，或用特定的电子装置操作。控制器比较好的是以下列方式监视和控制提供给负载的功率以优化延长电池寿命(1)接通和关闭DC/DC转换器；(2)当输入电压低于电池供电的一般电子装置的截止电压时，保持要求的最小输出电压；(3)减小电池输出阻抗。在一特定的较佳实施例中，控制器装在AAA、AA、C或D电池等单元一次性电池内(例如容器内)或者多单元一次性电池的每个单元(例如标准9伏电池)内。这提供了几个明显的优点。首先，它可以使电池设计者利用每种电化学单元的特定电化学特性。其次，它可以通过改变或稳定输出电压和/或输出阻抗以满足设计成以标准电化学单元工作的电子装置的要求，可以互换使用不同类型的电化学单元。例如，电池设计者可以设计包含诸如锂MnO2单元等锂电化学单元的超高效锂电池，它通过使标称单元电压从约2.8～4.0伏减至约1.5伏输出电压而无需减少锂单元化学能量存储，满足了标准1.5伏AA电池的封装与电气要求。通过应用锂单元更高的单元电压，设计者能大大增加电池工作时间。第三，在单一单元或多单元电池中装入转换器电路能使设计的电子设备无需内部调压器或转换器。这有助于减少电子线路的大小和提供更为便宜、更小和更轻的便携式电子装置。此外，包含电化学单元的导电容器还在控制器电路周围提供屏蔽层以保护邻近的电子线路(例如射频(rf)发射机和接收机)不受控制器的DC/DC转换器的电磁干扰(EMI)。而且在每个电化学单元内提供控制器提供了对当前有售的电化学单元更为安全和有效的控制。控制器可以监视每个电化学单元内的条件并且确保每个电化学单元在电子装置关闭之前尽可能地完全耗尽。控制器还能在多种设备内使用本专利技术的电池。本专利技术的电池无论是配用于如上述具有截止电压的电气装置或电子装置还是配用于诸如闪光灯之类不具有截止电压的电气装置，均比已知的电池更具优点。由于大量销售的电池比为每类电子装置设计的单个调节器或转换器更便于廉价地生产芯片，所以还能更经济地制造控制器芯片。一种较佳实施例的DC/DC转换器是一种几乎无电感器的高频、高效、低输入电压和中等功率的转换器，它应用了脉宽与相移调制控制方法。本专利技术的其它特点与优点将参照本专利技术的较佳实施例予以描述。附图简述虽然本说明书最后的权项具体指出和明确申明了有关本专利技术的要点，但是通过下面结合附图所作的描述，相信能更好地理解本专利技术。附图说明图1是典型柱形电池结构的透视图。图2是另一柱形电池结构的透视图。图3是再一柱形电池结构的剖视图。图4是本专利技术电池的方框图。图4A是图4电池一较佳实施例的方框图。图4B是图4电池另一较佳实施例的方框图。图5A是本专利技术电池一较佳实施例的局部拓展的剖视图。图5B是本专利技术电池另一较佳实施例的局部拓展的剖视图。图5C是本专利技术电池再一较佳实施例的局部拓展的透视图。图6是本专利技术多单元电池一较佳实施例的部分剖面透视图。图7是本专利技术电池另一较佳实施例方框图。图8是本专利技术电池再一较佳实施例方框图。图9是本专利技术电池另一较佳实施例方框图。图9A是图9电池较佳实施例某一方面的一实施例示意图。图9B是图9电池较佳实施例某一方面的另一较佳实施例方框图。图10是本专利技术电池再一较佳实施例方框图。图11是本专利技术电池另一较佳实施例方框图。图12是本专利技术电池再一较佳实施例方框图。图13是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1．一种运用于具有截止电压的装置的一次性电池，一次性电池的特征在于包括(a)具有正端子和负端子的容器；(b)置于所述容器内的一次性电化学单元，所述单元具有正电极、负电极、在所述单元的所述正负电极间测得的单元电压以及标称电压；并且(c)电气连接在所述单元所述电极与所述容器所述端子之间的控制器，以便形成在所述容器的所述正负端子间测得的输出电压，所述控制器提供一个或更多下列特征(ⅰ)包括适于在小于装置截止电压的单元电压下工作的转换器，从而使所述控制器通过将所述单元电压转换为所述输出电压延长电池寿命，使得输出电压大于装置的截止电压，(ⅱ)包括将所述单元电压转换为所述输出电压从而使所述输出电压小于所述单元的所述标称电压的转换器，(ⅲ)包括将所述单元电压转换为所述输出电压的转换器和提供电荷存储以保护所述单元免遭峰值电流冲击的电容器；其中一次性电池选自单一单元电池、通用单一单元电池、多单元电池和多单元混合电池中的一种。2．如权利要求1所述的一次性电池，其特征在于所述一次性电池适于作为整数个电池之一与装置电气串联，所述输出电压大于或等于装置的截止电压除以电池的所述整数，并且/或者，其中所述一次性电池是一种多单元电池，所述一次性电池还包括正输出端子和负输出端子；所述的容器、单元和控制器形成第一单元装置；所述第一单元装置是电气串联在所述正负输出端子之间整数个单元装置之一，所述输出电压大于或等于装置的截止电压除以单元装置的所述整数。3．如权利要求1或2所述的一次性电池，其特征在于所述控制器可以将所述单元电压调节至至少0.6伏。4．如权利要求1-3中任一项所述的一次性电池，其特征在于所述控制器适于在所述单元电压跌至预定电压电平时在所述单元的所述电极与所述容器的所述端子之间电气连接所述转换器，所述预定电压电平比较好的是选自具有1.5伏特标称电压的单元的0.8-1.2伏特范围、从装置截止电压到装置截止电压加上0.2伏特的范围、从装置截止电压到所述单元所述标称电压的范围内，以使所述单元在装置的截止电压对于包含1.5伏特标称电压的单元为1伏特时作深度放电，并且/或在所述单元为锂单元并且装置的截止电压为2.4伏特时使所述单元至少放电90％。5．如权利要求1-4中任一项所述的一次性电池，其特征在于所述转换器进一步包括(ⅰ)电气连接至所述单元的所述正负电极的控制电路，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·加尔斯坦，D·D·内布里希克，
申请(专利权)人：伊利诺斯州立大学托管会，
类型：发明
国别省市：