початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2242065

Батарея, ЩО МАЄ РЕГУЛЯТОР

Ім'я винахідника: ГАРШТЕЙН Володимир (US); НЕБРІГІЧ Драган Данило (US)
Ім'я патентовласника: Дзе Боард оф Трастіз оф дзе Юніверсіті оф Іллінойс (US)
Патентний повірений: Кузнецов Юрій Дмитрович
Адреса для листування: 129010, Москва, вул. Б. Спаська, 25, стор.3, ТОВ "Юридична фірма Городиський і Партнери", пат.пов. Ю.Д.Кузнецову, рег.№ 595
Дата початку дії патенту: 1999.04.01

Винахід відноситься до батарей, які мають вбудований регулятор. Згідно винаходу розкрита батарея, що має вбудований регулятор, який збільшує тривалість роботи батареї. Регулятор може збільшувати тривалість роботи батареї, наприклад, шляхом перетворення напруги елемента в вихідна напруга, яке перевищує напруга відключення електронного пристрою шляхом перетворення напруги елемента в вихідна напруга, яке менше, ніж номінальна напруга гальванічного елемента батареї, або шляхом захисту гальванічного елемента від пікових значень струму . Регулятор і може включати в себе заземлювальну ланцюг зсуву, яка забезпечує віртуальне заземлення так, щоб перетворювач міг функціонувати на більш низькій напрузі елемента.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід стосується батарей і, більш конкретно, батарей, що мають вбудований регулятор для продовження терміну служби батарей.

Споживачі використовують первинні і акумуляторні (вторинні) батареї в портативних електронних пристроях типу радіоприймачів, систем відтворення компакт-дисків, камер, стільникових телефонів, електронних ігор, іграшок, пейджер і комп'ютерних пристроїв. Коли термін служби первинної батареї закінчується, батарею зазвичай викидають. Термін служби звичайної первинної батареї дозволяє використовувати в загальному тільки приблизно 40-70% від загальної ємності акумуляторної батареї. Після використання цієї частини початкової збереженої енергії батарея зазвичай не може забезпечувати достатній напруга для приведення в дію звичайної електронної схеми. Як тільки закінчиться період нормальної експлуатації, споживачі зазвичай викидають батареї, навіть якщо батарея все ще містить приблизно 30-60% своєї ємності. Таким чином, завдяки продовженню терміну служби первинної батареї, шляхом забезпечення можливості надійної більш глибокої розрядки, знижуються відходи, дозволяючи електронним пристроям використовувати велику ємність батареї, перш ніж її викинути.

Однак повний термін служби батареї, що перезаряджається насамперед залежить від кількості і ефективності циклів зарядки. Акумуляторні батареї можна заряджати і повторно використовувати після кожного циклу розрядки. Як і у випадку первинної батареї, після використання деякого відсотка ємності батареї, що перезаряджається батарея зазвичай не може забезпечувати достатній напруга для збудження електронної схеми. Таким чином, кожен цикл розрядки батареї, що перезаряджається може бути продовжений, якщо забезпечити більш глибоку розрядку батареї. Однак рівень розрядки батареї, що перезаряджається впливає на кількість і ефективність майбутніх разрядок перезаряджається батареї. Загалом, коли глибина розрядки перезаряджаються гальванічних елементів збільшується, зменшується кількість циклів зарядки, якому може піддаватися перезаряджається гальванічний елемент. Однак оптимальні характеристики розрядки конкретних типів перезаряджаються гальванічних елементів змінюються в широких межах. У разі нікель-кадмиевой (NiCd) батареї, що перезаряджається, наприклад, перевага глибока розрядка, тому що інакше в перезаряджається батареї може розвинутися ефект "пам'яті", якщо батарея заряджається без відповідного виснаження, що призводить до зниження ємності, доступною для майбутніх зарядок. Однак глибока розрядка літієвої батареї може пошкодити гальванічні елементи. Термін служби акумуляторної гальванічного елемента в загальному можна ще більше збільшити, ефективно керуючи циклами розрядки і зарядки конкретного елемента, так що загальна кількість циклів зарядки можна довести до максимуму, а й оптимізувати кількість енергії, що витягується від кожного циклу розрядки гальванічного елемента.

Крім того, споживачі постійно вимагають все більш мініатюрні і легкі портативні електронні пристрої. Одним з основних перешкод до створення таких пристроїв з меншими розмірами і більш легкими є розмір і вага батарей, необхідних для постачання енергією пристроїв. Фактично, коли електронні схеми створюють більш швидкодіючими і складними, вони зазвичай вимагають ще більший струм, ніж раніше, і, отже, вимоги до батарей стають ще більш високими. Однак споживачі не приймуть більш потужні і мініатюрні пристрої, якщо підвищені функціональні можливості і швидкість зажадають від них значно більше частої заміни або підзарядки батарей. Таким чином, щоб робити більш швидкодіючі і складні електронні пристрої без зниження їх періоду нормальної експлуатації, в електронних пристроях необхідно більш ефективно використовувати батареї і / або самі батареї повинні забезпечувати більш повне використання запасеної енергії.

Деякі більш дорогі електронні пристрої включають в себе схему регулятора напруги типу переключающего перетворювача (наприклад, перетворювача постійної напруги) в пристроях для перетворення і / або стабілізації вихідної напруги батареї. У цих пристроях зазвичай послідовно з'єднують безліч одноелементні батарей, і загальну напругу цих перезаряджаються батарей перетворюється перетворювачем в напругу, необхідну ланцюгом навантаження. Перетворювач може продовжити термін служби батареї за допомогою зниження вихідної напруги батареї в початковому періоді розрядки батареї, коли батарея в іншому випадку може забезпечувати більшу напругу, а отже, більшу потужність, ніж вимагає ланцюг навантаження, та / або за допомогою підвищення вихідної напруги батареї на останній ділянці розрядки батареї, коли в іншому випадку батарея була б виснажена, тому що вихідна напруга стає менше, ніж потрібно ланцюгом навантаження.

Однак метод використання перетворювача в електронному пристрої має кілька недоліків. По-перше, щодо дорого розміщувати перетворювачі в електронних пристроях, оскільки кожен виробник пристроїв має певні конструкції схем, які виготовлені у відносно обмеженій кількості і, таким чином, мають більш високу індивідуальну вартість. По-друге, постачальники акумуляторних батарей не контролюють весь тип перетворювачів, який можна використовувати з конкретною батареєю. Отже, перетворювачі не оптимізовані відносно певних електрохімічних властивостей кожного типу гальванічного елемента. По-третє, різні типи гальванічних елементів, наприклад лужні та літієві елементи, мають різні електрохімічні властивості і номінальну напругу і, отже, не можуть легко взаимозаменяться. На додаток до цього, перетворювачі займають цінне простір в електронних пристроях. Крім того, в деяких електронних пристроях можна використовувати лінійні регулятори замість більш ефективних переключающих перетворювачів, типу перетворювача постійної напруги. До того ж, електронні пристрої, що містять переключають перетворювачі, можуть створювати електромагнітні перешкоди (ЕМП), які можуть несприятливо впливати на сусідню схемну частина в електронному пристрої типу високочастотного (ВЧ) передавального пристрою. Однак завдяки розміщенню перетворювача в акумуляторної батареї, джерело ЕМП можна розташовувати далі від іншої чутливої ​​до ЕМП електроніки і / або можна екранувати проводять контейнером батареї.

Інша проблема, пов'язана з існуючими перетворювачами напруги, полягає в тому, що для них, як правило, потрібно безліч гальванічних елементів, особливо це стосується лужних, вугільно-цинкових, нікель-кадмієвих (NiCd), нікель-метал-гідратних (NiMH) і срібно-оксидних акумуляторних батарей, щоб забезпечити достатню напругу для приведення в дію перетворювача. Щоб уникнути цієї проблеми, для існуючих перетворювачів зазвичай потрібно безліч гальванічних елементів, з'єднаних послідовно, щоб забезпечити достатню напругу для збудження перетворювача, який потім може знизити напругу до рівня, необхідного електронним пристроєм. Таким чином, через вимоги вхідної напруги перетворювача електронний пристрій має містити кілька гальванічних елементів, навіть якщо для самого електронного пристрою може знадобитися тільки один елемент. Це призводить до непродуктивної використанню місця і ваги і перешкоджає подальшій мініатюризації електронних пристроїв.

Таким чином, існує необхідність в оптимальному використанні запасеного заряду батареї, що перезаряджається і оптімізірованності глибини розрядки перед зарядкою батареї, з метою доведення до максимуму тривалості терміну служби. Завдяки конструювання батарей таким чином, щоб забезпечити більше використання їх збереженої енергії, в електронних пристроях можна і використовувати батареї меншого розміру або менше їх кількість, щоб додатково миниатюризировать портативні електронні пристрої.

Даний винахід розкриває батарею, в якій забезпечений більш тривалий термін служби шляхом оптимального використання запасеного заряду первинної або перезаряджається батареї перед зарядкою. Батарея має вбудований регулятор, який включає в себе перетворювач, здатний працювати на напрузі нижче порогового значення напруги звичайних електронних пристроїв. Регулятор більш ефективно регулює напругу гальванічного елемента і забезпечує можливість керованої розрядки або оптимальної глибини розрядки для продовження терміну служби батареї. Регулятор переважно розташовують на кремнієвому кристалі змішаного типу, який виготовляють на замовлення для роботи з конкретним типом гальванічного елемента, такого як лужний, нікель-кадмієвий (NiCd), нікель-метал-гідратний (NiMH), літієвий, іонолітіевий, герметичний свинцево-кислотний ( SLA), срібно-оксидний або гібридний елемент, або з конкретним електронним пристроєм.

Регулятор контролює і управляє подачею енергії в навантаження для оптимального продовження терміну служби батареї шляхом (1) включення і виключення перетворювача постійної напруги; (2) підтримання мінімального необхідного вихідного напруги, коли вхідна напруга нижче рівня, при якому можуть працювати звичайні електронні пристрої; (3) зниження вихідного опору батареї; (4) визначення оптимальної глибини розрядки; (5) забезпечення оптимальної послідовності зарядки; (6) збільшення струму розрядки, який даний гальванічний елемент може забезпечувати без регулятора; (7) забезпечення високого струму розрядки в межах кордонів надійності елемента, навіть якщо цей струм перевищує максимальний вихідний струм перетворювача, використовуючи режим пропускання; (8) вимірювання залишається ємності елемента і (9) забезпечення сигналів оперативного управління на індикатори ємності елемента / вимірювачі "палива".

У кращому варіанті здійснення один регулятор монтують всередині корпусу багатоелементної первинної або перезаряджається батареї (наприклад, стандартної 9 В батареї). Цей аспект винаходу забезпечує кілька виразних переваг в порівнянні з розміщенням регулятора в електронному пристрої. По-перше, це дозволяє розробнику батарей використовувати перевагу конкретних електрохімічних характеристик конкретного типу гальванічного елемента. По-друге, якщо пристрій може потребувати перетворювач тільки для батареї, що містить конкретний тип гальванічного елемента (наприклад, літієвий), щоб змінювати і / або стабілізувати вихідну напругу батареї, а не для батареї, що містить інший тип гальванічного елемента (наприклад, NiCd, SLA) , і перетворювач об'єднують з батареєю, якої потрібно перетворювач (тобто, з іонним), електронний пристрій можна конструювати без перетворювача постійної напруги. Це дозволяє використовувати менші конструкції схем і запобігає вплив втрат, пов'язаних з перетворювачем, на батарею, яка не потребує перетворювачі.

В особливо кращому варіанті здійснення регулятор монтують всередині контейнера одноелементної батареї типу ААА, АА, С, D або призматичної батареї або всередині контейнера кожного елемента багатоелементної батареї, типу призматической або стандартної 9 В батареї. Цей аспект винаходу забезпечує переваги, перераховані вище для розміщення одного регулятора в багатоелементної батареї, і забезпечує ще більше переваг. По-перше, він дозволяє погоджувати регулятор з конкретним типом гальванічного елемента, щоб використовувати перевагу його конкретних електрохімічних реакцій. По-друге, він дозволяє застосовувати батареї, які мають різні типи гальванічних елементів, що підлягають використанню взаємозамінним чином, за допомогою яких зміни, або стабілізації вихідної напруги або внутрішнього повного опору, щоб відповідати вимогам електронних пристроїв, розроблених для роботи від стандартної батареї. Обидва ці переваги зустрічаються, наприклад, в надефективні літієвому елементі, який відповідає пакувальним і електричним вимогам стандартної 1,5 В батареї АА, за допомогою використання вбудованого регулятора для зниження номінальної напруги елемента від діапазону від приблизно 2,8 до приблизно 4,0 В до вихідного напруги, рівного приблизно 1,5 В. При використанні більш високої напруги літієвого елемента розробник може по суті збільшувати тривалість роботи батареї.

Крім того, шляхом забезпечення регулятора в кожному елементі батареї забезпечують набагато більш ефективне управління кожним елементом, ніж існує в даний час. Регулятор може контролювати і управляти станами розрядки в кожному первинному гальванічному елементі і може гарантувати, що кожен елемент повністю вичерпає себе, перш ніж вимкнеться електронний пристрій. Регулятор і може контролювати або управляти циклом розрядки в кожному перезаряджати гальванічному елементі, щоб гарантувати, що елемент розряджається до рівня, який забезпечує найтриваліший можливий термін служби батареї і підвищує надійність елемента, запобігаючи стану типу ефектів пам'яті, коротких замикань або шкідливих глибоких розрядів. Регулятор і може безпосередньо контролювати і управляти циклом зарядки кожного перезаряджається гальванічного елемента, який знаходиться в батареї, з метою запобігання станів типу надмірної зарядки або короткого замикання, збільшуючи тривалість циклу і підвищуючи надійність батареї. Про стан зарядки окремих елементів і можна повідомляти споживачам безпосередньо (за допомогою візуального, звукового, вібраційного і т.д. індикаторів) або через "інтелектуальний" інтерфейс пристрою.

Регулятори і допускають універсальне використання батарей даного винаходу. Відповідні цим винаходом батареї забезпечують переваги в порівнянні з відомими батареями незалежно від того, чи використовуються вони з електричними, електромеханічними або електронними пристроями, які мають напругу відключення типу перерахованих вище, або з електричним пристроєм. У разі електричних, електромеханічних і електронних пристроїв або електроприладів батареї даного винаходу зберігають свою максимальну продуктивність до тих пір, поки не настане справжнє закінчення терміну служби батарей. При використанні регулятора з батареєю кінцеву частину кривої розрядки залежності фактичного напруги від часу розрядки можна профілювати таким чином, щоб вона могла імітувати звичайний профіль розрядки (без миттєвого закінчення служби).

Кристали регуляторів і можна робити значно економічніше, оскільки великий обсяг продажу батарей забезпечить можливість значно менш дорогого виробництва кристалів, ніж можна робити для кожного типу електронного пристрою індивідуальні конструкції регуляторів або перетворювачів.

Кращий варіант здійснення перетворювача постійної напруги являє собою високоефективний перетворювач з наднизьким вхідною напругою і середньою потужністю, в якому використовуються схема управління широтно-імпульсною модуляцією або модуляцією фазоімпульсной зсуву і схема управління режимом низького пропуску імпульсів зі схемою управління старт-стопного генератором.

Інші особливості та переваги даного винаходу наведені щодо опису кращого варіанту здійснення винаходу.

Хоча опис закінчується формулою винаходи, конкретно вказує і чітко заявляє об'єкт, який представляє даний винахід, вважають, що винахід буде краще зрозуміле з подальшого опису, яке наведене спільно з доданими кресленнями.

- КРЕСЛЕННЯ -

Винахід стосується одноелементні і багатоелементних батарей. Батареї даного винаходу можуть бути або первинними, або перезаряджаємими. Термін "первинні" використовується в цьому застосуванні і стосується батареї або гальванічного елемента, який призначений для викидання після виснаження його доступною електричної ємності (тобто, вони не призначені для перезарядки чи іншого повторного використання). Терміни "акумуляторні" і "вторинні" в цьому застосуванні використовуються взаємозамінним чином і відносяться до батареї або гальванічного елемента, які призначені для перезарядки щонайменше один раз після виснаження їх доступною електричної ємності (тобто, призначені для повторного використання щонайменше один раз ). Термін "споживча" в цьому застосуванні відноситься до батареї, яка призначена для використання в електронному або електричному пристрої, придбаному або використовуваному споживачем. Вираз "одноелементний" відноситься до батареї, яка має один гальванічний елемент, упакований окремо, типу стандартної батареї АА, ААА, С або D, або до одного елементу в багатоелементної батареї (наприклад, типу стандартної 9 В батареї або батареї, призначеної для телефонного апарату стільникового зв'язку або портативної ЕОМ). Термін "батарея", який використовується в цьому застосуванні, відноситься до контейнера, має висновки і один гальванічний елемент, або корпусу, який має висновки і щонайменше містить по суті два або більше гальванічні елементи (наприклад, стандартна 9 В батарея або батарея для телефонного апарату стільникового зв'язку або портативної ЕОМ). Гальванічні елементи не повинні бути повністю закриті корпусом, якщо кожен елемент має свій власний окремий контейнер. Наприклад, батарея для портативного телефонного апарата може містити два або більше гальванічні елементи, кожен з яких має свій власний окремий контейнер і упакованих разом в стягують обгорткового пластмасовому матеріалі, який утримує окремі контейнери разом, але не може повністю закрити окремі контейнери елементів.

Використовуваний в цьому застосуванні термін "гібридна батарея" включає в себе багатоелементними батарею, яка містить два або більше гальванічні елементи, і з цих елементів щонайменше два мають різні механізми роботи хімічного джерела струму, типу фотогальванічного, паливного, термічного, електрохімічного, електромеханічного та т.д., або відрізняється електрод, що відрізняється пару електродів або відрізняється електроліт. Що використовується в цьому застосуванні вираз "елемент батареї" відноситься в загальному до елементів хімічного джерела струму, що використовуються в батареї, включаючи гальванічні елементи. Точно і, елементи хімічного джерела струму або електрохімічного джерела струму використовуються взаємозамінним чином і описують різні фізичні механізми вироблення електрики, включаючи хімічний. Крім того, гібридний елемент може містити додаткові компоненти акумулювання енергії, що покращують характеристики напруги і струму розрядки елементу, типу супер- або ультраконденсатори, котушки індуктивності високої ефективності або вторинного елемента з низькою ємністю. Компоненти гібридних елементів можна виготовляти для заміни неактивних конструкційних компонентів елемента, типу етикетки, ущільнення, порожнистих клем і т.д.

Використовуваний в цьому застосуванні термін "регулятор" відноситься до схеми, яка приймає щонайменше один вхідний сигнал і забезпечує щонайменше один вихідний сигнал, який є функцією вхідного сигналу. Терміни "перетворювач постійної напруги" і "перетворювач" в цьому застосуванні використовуються взаємозамінним чином і відносяться до перетворювача перемикається типу, тобто керованого переривачем перетворювача постійної напруги, і відомому як інвертор для перетворення постійного струму в змінний, який перетворює вхідну напругу постійного струму в потрібне вихідну напругу постійного струму. Перетворювачі постійної напруги представляють силові електронні схеми, які часто забезпечують регульовану вихідну напругу. Перетворювач може забезпечувати підвищений рівень напруги, знижений рівень напруги або регульоване напруга щодо одного і того ж рівня. У техніці відомо багато різних типів перетворювачів постійної напруги. Даний винахід по можливості розглядає використання відомих перетворювачів або лінійних регуляторів, хоча менш вигідно замінюють кращі перетворювачі, описані в цій заявці, які здатні працювати на низьких рівнях напруги, більш низьких, ніж можуть функціонувати звичайні електронні пристрої.

"Напруга відключення" електронного пристрою являє напруга, нижче якого електричне або електронний пристрій, підключений до батареї, не може функціонувати. Таким чином, "напруга відключення" залежить від пристрою, тобто рівень залежить від мінімального робочого напруги пристрою (функціональної кінцевої точки) або частоти роботи (наприклад, повинна бути забезпечена можливість зарядки конденсатора в межах даного інтервалу часу). Більшість електронних пристроїв мають напругу відключення в діапазоні від приблизно 1 В до приблизно 1,2 В, причому деякі з електронних пристроїв мають напругу відключення, що становить приблизно до 0,9 В. Електричні пристрої, які мають механічні рухомі частини, типу електричного годинника, двигунів і електромеханічних реле, і мають напругу відключення, яке є необхідним для забезпечення струму достатньої величини, щоб створити електромагнітне поле, досить сильне для переміщення механічних деталей. Інші електричні пристрої, типу кишенькового ліхтарика, зазвичай не мають напруги відключення пристрою, але коли напруга батареї, що постачає їх енергією, знижується, вихідна потужність (наприклад, інтенсивність світіння лампи розжарювання) і зменшується.

Якщо один гальванічний елемент постачає енергією пристрій, що має напругу відключення, гальванічний елемент "піддається" напрузі відключення пристрою, при якому батарея повинна забезпечувати вихідну напругу, яке більше або дорівнює напрузі відключення пристрою, інакше пристрій вимкнеться. Однак якщо два або більше розташованих послідовно гальванічних елементів забезпечують енергією пристрій, тобто електрично приєднані між позитивною вхідною клемою і негативною вхідний клемою, кожен гальванічний елемент піддається частини напруги відключення пристрою. Наприклад, якщо два гальванічні елементи з'єднані послідовно і забезпечують енергією пристрій, то кожен елемент піддається половині напруги відключення пристрою. Якщо три гальванічні елементи з'єднані послідовно і використовуються для постачання енергією пристрої, тоді кожен гальванічний елемент піддається тільки однієї третьої частини напруги відключення пристрою. Таким чином, якщо послідовно з'єднані n елементів і забезпечують енергією пристрій, то кожен елемент піддається частини напруги відключення пристрою, яка може бути визначена як напруга відключення, розділене на n, де n - ціле число. Якщо два або більше гальванічних елементів з'єднані паралельно для постачання енергією електронного пристрою, то кожен елемент все ще піддається повному напрузі відключення пристрою. Крім того, в цьому застосуванні, якщо два або більше гальванічні елементи з'єднані послідовно і це послідовне з'єднання з'єднане паралельно з одним або більше іншими гальванічними елементами, то кожен із сполучених послідовно елементів піддається такій же частині напруги відключення, як якщо б послідовно з'єднані гальванічні елементи були єдиними гальванічними елементами, постачальними пристрій енергією.

Один аспект цього винаходу полягає в тому, щоб збільшувати термін служби батареї. У разі первинної батареї термін служби батареї і тривалість роботи батареї є взаємозамінними і визначаються як час циклу розрядки до того моменту, коли вихідна напруга батареї впаде нижче мінімального робочого напруги пристрою, який батарея забезпечує енергією, тобто напруги відключення цього пристрою. Хоча тривалість роботи елемента залежить від самого гальванічного елемента, тобто виснаження всієї електрохімічної енергії елемента, тривалість роботи батареї залежить від пристрою, в якому вона використовується. Наприклад, електронний пристрій, що має напругу відключення, рівну приблизно 1 В, вимкнеться, коли вихідна напруга батареї падає нижче 1 В, навіть якщо гальванічний елемент може все ще мати щонайменше 50% її залишилася ємності акумульованої енергії. У цьому прикладі тривалість роботи батареї минула, тому що вона більше не може забезпечувати досить високу напругу для збудження електронного пристрою, і батарею зазвичай викидають. Однак тривалість роботи елемента не закінчилася, тому що елемент має залишилася електрохімічний енергію.

Однак ця батарея має безліч циклів зарядки / розрядки. У перезаряджається батареї "циклічна довговічність" визначається у вигляді кількості циклів зарядки / розрядки, які можуть бути досягнуті. Вираз "тривалість роботи батареї" для батареї, що перезаряджається відноситься до часу одного циклу розрядки до тих пір, поки вихідна напруга перезаряджається батареї не впаде нижче напруги відключення пристрою, який батарея забезпечує енергією, або розрядка припиниться, щоб забезпечити більшу циклічну довговічність батареї. Однак "термін служби батареї" перезаряджається батареї відноситься до загальної кількості циклів зарядки / розрядки, в яких кожен цикл розрядки має оптимальну тривалість роботи. Вираз "тривалість роботи елемента" перезаряджається гальванічного елемента означає час, необхідний для досягнення оптимальної глибини розрядки елементу в режимі під навантаженням протягом одного циклу розрядки цього елемента. Як описано вище, циклічна довговічність батареї, що перезаряджається є функцією глибини розрядки, якій піддається перезаряджається елемент. Коли глибина розрядки збільшується, тривалість роботи батареї і збільшується, але циклічна довговічність і термін служби батареї знижуються. І навпаки, коли глибина розрядки зменшується, тривалість роботи батареї і зменшується, але циклічна довговічність і термін служби батареї збільшуються. Однак, з точки зору використання пристрою, коротша тривалість роботи батареї незручна. Таким чином, для кожної конкретної електрохімії і конструкції, що перезаряджається батареї відношення між глибиною розрядки і циклічної довговічністю можна оптимізувати, з метою забезпечення більшого терміну служби батареї. Один можливий спосіб оптимизирования терміну служби батареї, що перезаряджається складається, наприклад, в тому, щоб порівняти накопичену віддається енергію, яку можна визначити як добуток циклічної довговічності (тобто, кількості циклів), досягнутої при конкретної глибині розрядки, і кількості енергії, відновлюваної в кожному з цих циклів.

У цій заявці вирази "період нормальної експлуатації гальванічного елемента" або "період нормальної експлуатації елемента" і використовуються незалежно від того, чи є гальванічний елемент первинним або перезаряджається елементом, і відповідають тривалості роботи батареї в тому сенсі, що "період нормальної експлуатації елемента" є періодом часу до тих пір, поки елемент більше не буде корисним в конкретному циклі розрядки через те, що гальванічний елемент не може більше забезпечувати достатню напругу для збудження пристрою, який він забезпечує електроенергією. Якщо тривалість роботи елемента в одноелементної батареї збільшується або скорочується, то період нормальної експлуатації елемента і тривалість роботи батареї і обов'язково збільшується або скорочується, відповідно. Крім того, вирази "тривалість роботи батареї" одноелементної батареї і "період нормальної експлуатації елемента" є взаємозамінними в тому сенсі, що якщо або "тривалість роботи батареї" одноелементної батареї, або "період нормальної експлуатації елемента" збільшується або скорочується, то інше з них і буде, відповідно, збільшуватися або скорочуватися. Однак на противагу цьому вираз "період нормальної експлуатації елемента" для конкретного гальванічного елемента в багатоелементної батареї не обов'язково є взаємозамінним з виразом "тривалість роботи батареї" цієї багатоелементної батареї, тому що конкретний гальванічний елемент може все ще мати залишається період нормальної експлуатації навіть після того, як завершиться тривалість роботи багатоелементної батареї. Аналогічно цьому, якщо тривалість роботи елемента конкретного гальванічного елемента в багатоелементної батареї збільшується або скорочується, тривалість роботи батареї не обов'язково збільшується або скорочується, тому що тривалість роботи батареї може залежати від напруги одного або більше інших елементів в батареї.

Використовувані в цьому застосуванні вираження "оптимальна глибина розрядки" або "глибина оптимальної розрядки", що перезаряджається гальванічного елемента відносяться до залишкової ємності елемента, яка максимізує кількість циклів зарядки / розрядки і оптимізує тривалість роботи для кожного циклу розрядки цього елемента. Термін служби акумуляторної гальванічного елемента може бути значно скорочений, якщо елемент розряджається нижче "глибини оптимальної розрядки" для цього елемента (наприклад, до напруги приблизно 1,6 В для елемента типу SLA). Глибока розрядка, наприклад, іоннолітіевого елемента може пошкодити елемент і зменшити кількість і ефективність майбутніх циклів зарядки цього елемента. Проте нікель-кадмієвий (NiCd) гальванічний елемент переважно розряджається більш глибоко, щоб запобігти ефекту "пам'яті" від укорочення періоду нормальної експлуатації елемента шляхом зменшення тривалості роботи цього елемента в майбутніх циклах розрядки.

Вирази "електрично приєднаний", "електричне з'єднання" і "електрично пов'язаний" відносяться до зв'язків або сполук, які забезпечують можливість для безперервного протікання струму. Вирази "електронним чином приєднаний" і "електронне з'єднання" відносяться до з'єднань, в яких в шлях протікання струму включено електронний пристрій типу транзистора або діода.

У цьому застосуванні вважається, що "електронні з'єднання" є підмножиною "електричних з'єднань", так що, хоча кожне "електронне з'єднання" вважається "електричним з'єднанням", не кожне "електричне з'єднання" вважається "електронним з'єднанням".

Батарея даного винаходу включає в себе один або більше регуляторів, які продовжують термін служби батареї шляхом оптимизирования добування енергії в циклі розрядки первинної або перезаряджається батареї і, в разі перезаряджається батареї, доведення до максимуму кількості циклів розрядки. В одному варіанті здійснення даного винаходу, наприклад, регулятор може виконувати одну або більше з наступних функцій: (1) управління розрядкою, (2) управління зарядкою, (3) аварійне управління шляхом від'єднання елемента в разі короткого замикання, зворотної полярності, зарядкою (первинного елемента) або за допомогою пропускання регулятора, якщо навантаження вимагає ток захисту батареї, який перевищує поставляється регулятором номінальне значення струму, (4) сигналізацію про що залишається ємності і критичних рівнях залишається енергії елемента. Гальванічний елемент (елементи) можна компонувати або в одноелементні, або в багатоелементні батареї. Багатоелементні батареї можуть включати в себе два або більше гальванічних елементів одного і того ж типу або включати два або більше гальванічних елементів різних типів в гібридної батареї. Багатоелементна батарея даного винаходу може містити гальванічні елементи, електрично розташовані послідовно і / або паралельно. Регулятор (регулятори) одноелементної батареї можна електрично приєднувати послідовно і / або паралельно з гальванічним елементом (елементами) всередині контейнера елемента і упаковувати всередині корпусу, який щонайменше частково містить контейнер елемента, або прикріплювати до контейнера, корпусу або до маркування або будь-який інший конструкції , що прикріплюється до контейнера або корпусу. Регулятор (регулятори) багатоелементної батареї можна упаковувати разом з одним або більше окремими елементами, як описано щодо одноелементної батареї, і / або можна упаковувати разом з комбінацією безлічі елементів, так що регулятор під'єднують послідовно або паралельно з комбінацією гальванічних елементів.

Регулятор батареї даного винаходу може виконувати одну або більше функцій з перерахованих вище і може і виконувати інші функції на додаток до перерахованих вище функцій. Регулятор батареї даного винаходу може містити одну схему, яка виконує кожну з необхідних функцій, або може містити окремі подрегулятори, кожен з яких виконує одну або більше необхідних функцій. Крім того, подрегулятори можуть спільно використовувати схеми типу зчитують схем, які можуть забезпечувати керуючі сигнали окремим подрегуляторам.

За всіма кресленнями останні дві цифри номера, що визначає компонент, повторюються на інших кресленнях для порівнюваних компонентів, розрізняються однією або двома стоять попереду цифрами, відповідними кресленням. Наприклад, показаний на фіг.1-3 контейнер 12 порівнюється з контейнером 212 на фіг.5.

На фіг.1-3 показані конструкції звичайної циліндричної батареї 10, які спрощені з метою обговорення. Кожна конструкція циліндричної батареї 10 має одні й ті ж основні конструктивні деталі, розташовані в різних конфігураціях. У кожному разі конструкція включає в себе контейнер 12, що має оболонку або бічну стінку 14, верхній ковпачок 16, що включає в себе позитивну клему 20, і нижній ковпачок 18, що включає негативну клему 22. Контейнер 12 укладає один гальванічний елемент 30. Фиг.1 зображує конфігурацію, яку можна використовувати для циліндричного одного вугільно-цинкового гальванічного елемента 30 батареї 10. У цій конфігурації весь верхній ковпачок 16 є провідним і утворює позитивну клему 20 батареї 10. Ізолююча шайба або ущільнення 24 ізолює проводить верхній ковпачок 16 від гальванічного елемента 30. Електрод або струмознімач 26 електрично з'єднує зовнішню позитивну клему 20 батареї 10 і катод (позитивний електрод) 32 гальванічного елемента 30. Нижній ковпачок 18 і є повністю проводять і утворює зовнішню негативну клему 22 батареї 10. Нижній ковпачок електрично з'єднаний з анодом (негативним електродом) 34 гальванічного елемента 30. Між анодом 34 і катодом 32 розташований роздільник 28 і забезпечує засіб іонної електропровідності через електроліт. У пристрої такого типу зазвичай упаковують, наприклад, вугільно-цинкову батарею.

Фиг.2 зображує альтернативну конструкцію батареї, в якій ізолює шайба або ущільнення 25 показано ізолюючим нижній ковпачок 18 від гальванічного елемента 30. В цьому випадку весь верхній ковпачок 16 є провідним і утворює позитивну клему 20 батареї. Верхній ковпачок 16 електрично приєднаний до катода 32 гальванічного елемента 30. Нижній ковпачок 18, який і є провідним, утворює негативну клему 22 батареї. Нижній ковпачок 18 електрично з'єднаний з анодом 34 елемента 30 батареї через струмознімач 26. Між анодом і катодом розташований роздільник 28 і забезпечує засіб іонної електропровідності через електроліт. Первинні і акумуляторні лужні (цинково-марганцево-діоксидний) батареї, наприклад, зазвичай упаковують в пристрої такого типу.

Фіг.3 зображує іншу альтернативну конструкцію батареї, в якій гальванічний елемент 30 утворений у вигляді конструкції "спірально намотаного рулону желе". У цій конструкції чотири шари розташовані поруч один з одним в конструкції "шаруватого типу". Ця конструкція "шаруватого типу" може, наприклад, містити наступний порядок шарів: шар 32 катода, перший шар роздільник 28, шар анода 34 і другий шар роздільник 28. Як альтернатива, другий шар роздільник 28, який розташований не між шарами катода 32 і анода 34, може бути замінений ізолюючим шаром. Потім цю конструкцію "шаруватого типу" згортають в циліндричну конфігурацію спірально намотаного рулону желе і поміщають в контейнер 12 батареї 10. Ізолююча шайба або ущільнення 24 показано ізолює верхній ковпачок 16 від гальванічного елемента 30. В цьому випадку весь верхній ковпачок 16 є провідним і утворює позитивну клему 20 батареї 10. Верхній ковпачок 16 електрично з'єднаний з шаром катода 32 гальванічного елемента 30 через струмознімач 26 і провідники 33. Нижній ковпачок 18, який є і проводять, утворює негативну клему 22 батареї. Нижній ковпачок 18 електрично з'єднаний з анодом 34 елемента 30 батареї через провідну пластину 19 заснування. Шари роздільник 28 розташовані між катодним шаром 32 і анодним шаром 34 і забезпечують засіб іонної електропровідності через електроліт. Бокова стінка 14 показана з'єднаної і з верхнім ковпачком 16, і з нижнім ковпачком 18. У цьому випадку бокова стінка 14 переважно утворена з непровідного матеріалу типу полімеру. Однак бокова стінка і може бути зроблена з провідного матеріалу типу металу, якщо бокова стінка 14 ізольована щонайменше від позитивної клеми 20 і / або негативної клеми 22 так, щоб вона не утворювала коротке замикання між двома клемами. У пристрої такого типу часто упаковують первинні і акумуляторні літієві батареї, наприклад типу первинної літій-марганцево-діоксидний (MnOz) батареї і перезаряджається літій-іонної, нікель-кадмиевой (NiCd) і нікель-метал-гідратної (NiMH) батареї.

Кожен з цих елементів може і включати в себе різні форми вентиляційних отворів безпеки, робочих вентиляційних отворів для гальванічних елементів, які потребують воздухообмене для роботи, індикаторів ємності, етикеток і т.д., які добре відомі в техніці. Крім того, елементи можна створювати у вигляді інших відомих в техніці конструкцій, типу кнопкових елементів, елементів у формі монети, призматичних елементів, плоскої пластини, біполярної пластини або елементів на підставі товстих / тонких плівок і т.д.

Даний винахід контейнер 12 батареї вміщує один гальванічний елемент 30. Контейнер 12 включає в себе всі елементи, необхідні для ізоляції та захисту двох електродів 32 і 34, роздільник і електроліту гальванічного елемента 30 від навколишнього середовища і від будь-яких інших гальванічних елементів в багатоелементної батареї і подачі електричної енергії з гальванічного елемента 30 за межі контейнера. Таким чином, контейнер 12 на фіг.1 і 2 включає в себе бічну стінку 14, верхній 16 і нижній 18 ковпачки та позитивну 20 і негативну 22 клеми, які забезпечують електричне з'єднання елемента 30. У багатоелементної батареї контейнер може бути окремою конструкцією, яка містить один гальванічний елемент 30, і цей контейнер 12 може бути одним з безлічі окремих контейнерів в багатоелементної батареї. В якості альтернативи, контейнер 12 можна утворити частиною корпусу багатоелементної батареї, якщо корпус повністю ізолює електроди і електроліт одного гальванічного елемента 30 від навколишнього середовища і кожного іншого елемента батареї. Контейнер 12 можна виготовляти із з'єднання провідного матеріалу, типу металу, і ізоляційного матеріалу, типу пластмаси або полімеру.

Однак контейнер 12 повинен відрізнятися від корпусу багатоелементної батареї, який містить відокремлюються індивідуально ізольовані лужні елементи 630, кожен з яких містить свої власні електроди і електроліти. Наприклад, корпус стандартної 9 В лужної батареї вміщує шість окремих лужних елементів 630, кожен з яких має свій власний контейнер 612, як показано на фіг.6. Кожен лужний елемент 630 має внутрішню позитивну клему 620, з'єднану із зовнішньою позитивною клемою 621, і внутрішній негативний електрод 622, приєднаний до зовнішньої негативної клеми 623. Сприятливо, що кожен лужний елемент 630 може включати в себе регулятор 640, чинний описаним тут чином. Однак в деяких літієвих 9 В батареях корпус 611 батареї утворений так, що він має окремі камери, які ізолюють електроди і електроліт гальванічних елементів 30, і таким чином, корпус містить як окремі контейнери 12 для кожного елемента, так і корпус 611 для всієї багатоелементної батареї 610.

На фіг.6 показано зображення в перспективі, частково в розрізі, багатоелементної 9 В батареї 610 даного винаходу, в якій кожен гальванічний елемент 630 має регулятор 640 всередині окремого контейнера 612 елемента. У цьому варіанті здійснення батарея 610 містить шість окремих гальванічних елементів 630, кожен з яких має номінальну напругу, рівну приблизно 1,5 В. Батарея 610, наприклад, може і містити три літієвих елемента, кожен з яких має номінальну напругу, рівну приблизно 3 В . В техніці відомі інші конструкції багатоелементної батареї, і їх можна використовувати для розміщення регулятора 640 даного винаходу. Наприклад, багатоелементні батареї включають в себе призматичні батареї, батареї, які мають окремі контейнери, які щонайменше по суті обмотуються стягивающими разом пластмасовими корпусами, які містять безліч одноелементні контейнерів, типу батарей для телефонного апарату стільникового зв'язку і відеокамери.

На фіг.5, 5В і 5С показані зображення частково в розібраному вигляді трьох варіантів здійснення даного винаходу для одноелементні циліндричних первинних батарей 210, 310 і 410. На фіг.5 регулятор 240 розміщений між верхнім ковпачком 216 і ізолюючої шайбою 224 батареї 210. Позитивний висновок 242 регулятора 240 електрично з'єднаний з позитивною клемою 220 батареї 210, яка безпосередньо примикає до регулятору 240, а негативний висновок 244 регулятора 240 електрично з'єднаний з негативною клемою 222 батареї 210. У цьому прикладі негативний висновок 244 регулятора 240 з'єднаний з негативною клемою 222 батареї 210 через провідну смужку 245 і проводить бічною стінкою 214, яка знаходиться в електричному контакті з негативною клемою 222 проводить нижнього ковпачка 218 батареї 210.

В цьому випадку проводить бокова стінка повинна бути електрично ізольована від верхнього ковпачка 216. Позитивний введення 246 регулятора 240 електрично з'єднаний з катодом 232 гальванічного елемента 230 через струмознімач 226. Негативний введення 248 регулятора 240 електрично з'єднаний з анодом 234 гальванічного елемента 230 через провідну смужку 237. В якості альтернативи, регулятор 240 можна розміщувати між нижнім ковпачком 218 і ізолятором 225 або монтувати, приєднувати або прикріплювати до зовнішньої сторони контейнера або етикетці батареї. Роздільник 228 розташований між анодною електропровідністю через електроліт гальванічного елемента 230.

На фіг.5В регулятор 340 розміщений між нижнім ковпачком 318 і ізолятором 325 батареї 310. Негативний висновок 344 регулятора 340 електрично з'єднаний з негативною клемою 322 батареї 310, яка безпосередньо стикається з регулятором 340, а позитивний висновок 342 регулятора 340 електрично з'єднаний з позитивною клемою 320 батареї 310. у цьому прикладі позитивний висновок 342 регулятора 340 з'єднаний з позитивною клемою 320 батареї 310 через провідну бічну стінку 314, яка знаходиться в електричному контакті з позитивною клемою 320 проводить верхнього ковпачка 316 батареї 310. позитивний введення 346 регулятора 340 електрично з'єднаний з катодом 332 гальванічного елемента 330 через провідну смужку 336. негативний введення 348 регулятора 340 електрично з'єднаний з анодом 334 гальванічного елемента 330 через струмознімач 326, який проходить від пластини 319 підстави в анод 334 гальванічного елемента 330. у таких випадках струмознімач 326 і негативний введення 348 регулятора 340 повинні бути ізольовані від негативної клеми 322 контейнера 312 і негативного висновку 344 регулятора 340, якщо в регуляторі 340 використовується віртуальне заземлення. В якості альтернативи, регулятор 340 можна розміщувати між верхнім ковпачком 316 і ізолятором 324 або монтувати, приєднувати або прикріплювати до зовнішньої сторони контейнера 312 або маркування батареї. Роздільник 328 розташований між анодним провідником через весь електроліт гальванічного елемента 330.

На фіг.5С регулятор 440 утворений на обгортці 441 з використанням толстопленочной технології друкування або гнучких друкованих плат (ПП) і розміщений всередині контейнера між бічною стінкою 414 та катодом 432 батареї 410. Позитивний висновок 442 регулятора 440 електрично з'єднаний з позитивною клемою 420 батареї 410 через верхній ковпачок 416 батареї 410, а негативний висновок 444 регулятора 440 електрично з'єднаний з негативною клемою 422 батареї 410 через пластину 419 підстави і нижній ковпачок 418. Позитивний введення 446 регулятора 440 електрично з'єднаний з катодом 432 гальванічного елемента 430, який в цьому прикладі безпосередньо примикає до обгортці 441, що містить регулятор 440. Негативний введення 448 регулятора 440 електрично з'єднаний з анодом 434 гальванічного елемента 430 через контактну пластину 431 і струмознімач 426, який проходить від контактної пластини 431 в анод 434 гальванічного елемента 430. Ізолювальна шайба 427 ізолює контактну пластину 431 від катода 432. Як показано на фіг.5С, що ізолює шайба і може сягати між анодом 434 та контактної пластиною 431, тому що струмознімач 426 забезпечує з'єднання від анода 434 до контактної пластині 431. Якщо регулятор 440 використовує віртуальне заземлення, контактна пластина 431 і повинна бути ізольована від пластини 419 підстави і негативної клеми 422, наприклад, ізолюючою шайбою 425. В якості альтернативи, обгортку 441 і можна розташовувати на зовнішній стороні контейнера 412, оберненої навколо зовнішньої сторони бічної стінки 414. У таких варіантах здійснення етикетка може покривати обгортку, або етикетка може бути надрукована на тій же самій обгортці, як і сам регулятор.

На фіг.4, 4А і 4В показані блок-схеми різних варіантів здійснення батареї 110 даного винаходу. Фіг.4 зображує блок-схему одного варіанта здійснення батареї 110 даного винаходу, що використовує вбудовану інтегральну схему 140 регулятора. У цьому варіанті здійснення переважно використовується інтегральна схема змішаного типу, яка має як цифрові, так і аналогові компоненти. В якості альтернативи схему регулятора можна виготовляти, використовуючи інтегральну схему прикладної орієнтації (ВИК), конструкцію гібридної інтегральної схеми, друковану плату або будь-яку іншу форму відомої технології виготовлення схем. Схему регулятора 140 можна розміщувати всередині контейнера батареї 112 між позитивним 132 і негативним 134 електродами гальванічного елемента 130 і позитивної 120 і негативною 122 клеми батареї. Таким чином, регулятор 140 може приєднувати гальванічний елемент 130 до клем 120 і 122 контейнера 112 або від'єднувати гальванічний елемент 130 від них, змінювати або стабілізувати вихідну напругу або вихідний опір елемента 130, які підведені до клем 120 і 122 батареї. На фіг.4 зображений один кращий варіант здійснення батареї 110 даного винаходу, показаної на фіг.4. На фіг.4 регулятор 140 приєднаний між позитивним електродом (катодом) 132 гальванічного елемента 130 і позитивною клемою 120 контейнера 112 батареї. Негативний електрод (анод) 134 гальванічного елемента 130 і негативна клема 122 контейнера 112 батареї спільно використовують загальне заземлення з регулятором 140. Однак на фіг.4В показаний альтернативний кращий варіант здійснення батареї 110 даного винаходу, в якому регулятор 140 працює на віртуальному заземлении і ізолює анод 134 гальванічного елемента 130 від негативної клеми 122 контейнера 112 на додаток до ізолювання позитивного електрода 132 гальванічного елемента 130 від позитивної клеми 120 контейнера 112.

Кожен з показаних на фіг.4 і 4В варіантів здійснення має свої власні переваги і недоліки. Конфігурація фіг.4, наприклад, забезпечує можливість використання більш простої конструкції схеми, що має загальне заземлення для гальванічного елемента 130, регулятора 140 і негативної клеми 122 контейнера 112 батареї. Конфігурація фіг.4, однак, має недолік, що полягає у вимозі перетворювача для роботи при істинних рівнях напруг елемента, і може вимагати використання елемента котушки індуктивності. У показаної на фіг.4В конфігурації віртуальне заземлення, підведене до негативної клеми 122 контейнера 112 батареї, як ізолює анод 134 гальванічного елемента 130 від навантаження, так і забезпечує можливість використання перетворювача постійної напруги або нагнітання заряду. Ця конфігурація, однак, має недолік, що полягає у вимозі збільшеною складності схеми віртуального заземлення, щоб забезпечити можливість для перетворювача напруги регулятора 140 продовжувати більш ефективно функціонувати, коли напруга на висновках елемента низьке (<1 В).

На фіг.4С зображений ще один варіант здійснення батареї 110 даного винаходу, що має інтегральну схему 140 регулятора, в якому схема 140 регулятора включає в себе чотири основні компоненти: схему 102 подрегулятора розрядки, схему 104 подрегулятора зарядки, схему 106 подрегулятора аварійного відключення і схему 105 датчиків, яка забезпечує сигнали управління напругою для схеми 102 подрегулятора розрядки і / або схеми 104 подрегулятора зарядки на підставі безперервно або періодично вимірюваних робочих параметрів і / або фізичних станів. Схема 105 датчиків може вимірювати робочі параметри гальванічного елемента 130, такі як напруга елемента, струм, що протікає від елемента, фазовий зсув між напругою і струмом елемента і т.д. Додатково схема 105 датчиків може вимірювати робочі параметри інтегральної схеми 140 регулятора, типу рівнів вихідної напруги і струму, рівнів зарядного напруги і струму і т.д. Далі, схема датчиків може і вимірювати фізичні стану гальванічного елемента, типу температури, тиску, рН (водневого показника), концентрації водню і / або кисню і т.д. Схема 105 датчиків може вимірювати будь-яку їх комбінацію, достатню для ефективного контролю гальванічного елемента під час циклу зарядки або розрядки, як відомо в техніці або описано нижче.

Однак інтегральна схема 140 регулятора батареї 110 даного винаходу не повинна виконувати кожну з перерахованих вище функцій. Схема регулятора 140 може мати, наприклад, тільки два або три з перерахованих вище компонентів, типу схеми 102 подрегулятора розрядки і схеми 105 датчиків, схеми 104 подрегулятора зарядки і схеми 105 датчиків, аварійної схеми 106 подрегулятора і схеми 105 датчиків або будь-якого їх поєднання. В якості альтернативи, схема 140 регулятора не може мати схему 105 датчиків, якщо схема 102 подрегулятора розрядки, схема 104 подрегулятора зарядки і / або схема 106 подрегулятора аварійного відключення, які включені в певний варіант здійснення схеми 140 регулятора, містять свої власні внутрішні схеми зчитування, необхідні для виконання їх відповідної функції (функцій). Крім того, або схема 102 подрегулятора розрядки, схема 104 подрегулятора зарядки, або вони обидві можуть і виконувати функцію подрегулятора 106 аварійного відключення. Схема регулятора 140 і може мати один або більше подрегуляторов або ланцюг датчика, перераховані вище, поряд з іншими подрегуляторамі, які виконують функції, додаткові до перерахованих вище функцій.

Схема 102 подрегулятора розрядки управляє розрядкою гальванічного елемента (елементів) 130 батареї 110 для забезпечення більшого терміну служби батареї, за допомогою забезпечення безпечної глибокої розрядки, щоб використовувати більше запасеної енергії первинної батареї, або за допомогою оптимального використання запасеної енергії, що перезаряджається батареї до перезарядки. Схема 104 подрегулятора зарядки надійно і ефективно управляє зарядкою гальванічного елемента (елементів) 130 батареї 110, в яку включена схема 140 регулятора. Подрегулятор 106 аварійного відключення від'єднує гальванічний елемент (елементи) від клем батареї, коли схема 105 датчиків виявляє небезпечний стан типу короткого замикання, зворотної полярності, стану надмірної зарядки або стану перерозрядження. Подрегулятор 106 аварійного відключення і забезпечує електричне обхідний з'єднання регулятора розрядки, якщо навантаження вимагає великого безпечного струму, який, однак, перевищує номінальний поставляється регулятором струм.

Однак в кращому варіанті здійснення первинної батареї даного винаходу регулятор 140 переважно може включати в себе схему 102 подрегулятора розрядки, подрегулятор 106 аварійного відключення і схему 105 датчиків. Схема 105 датчиків переважно безперервно контролює робочі параметри і фізичні стану гальванічного елемента 130. Схема 102 подрегулятора розрядки переважно забезпечує більш надійну, більш глибоку розрядку первинного гальванічного елемента (елементів) 130 батареї 110 для забезпечення більшого терміну служби, перш ніж батарею викинуть. Схема 106 подрегулятора аварійного відключення переважно від'єднує гальванічний елемент (елементи) від клем 120, 122 батареї, коли ланцюг датчика виявляє небезпечний стан, або забезпечує обхідний з'єднання, якщо необхідний навантаженням номінальний струм перевищує можливість регулятора, але знаходиться в межах безпечного діапазону струму розрядки елементу.

У кращому варіанті здійснення перезаряджається батареї 110 даного винаходу схема 140 регулятора може додатково включати в себе схему 104 подрегулятора зарядки. Схема 104 подрегулятора зарядки надійно і ефективно управляє зарядкою гальванічного елемента (елементів) 130 батареї 110, в яку включена схема 140 регулятора. Схема 105 датчиків переважно безперервно і безпосередньо контролює робочі параметри схеми 140 регулятора і фізичні стану в гальванічному елементі (елементах) 130. Наприклад, схема 105 датчиків може контролювати напругу елемента, зарядний струм, внутрішнє повне опір гальванічного елемента (елементів), концентрацію водню або кисню , рН, температуру, тиск або будь-які інші відомі в техніці робочі параметри або фізичний стан.

У конкретному кращому варіанті здійснення кожний гальванічний елемент має свою власну інтегральну схему 140 регулятора, яка контролює стану в цьому конкретному елементі. Безпосередньо контролюючи стану кожного конкретного елемента, подрегулятор 104 зарядки може забезпечувати кращу надійність і ефективність, ніж відомий регулятор зарядки, який контролює батарею, що має безліч гальванічних елементів. Подрегулятор 104 зарядки мінімізує втрати, використовуючи миттєву величину зарядки елемента (елементів) і максимальної місткості елемента з метою безперервного оптимизирования станів зарядки.

Кожен регулятор може включати в себе один або більше з наступних подрегуляторов: (1) подрегулятор 102 розрядки, (2) подрегулятор 104 зарядки і / або (3) подрегулятор 106 аварійного відключення. Для простоти обговорення функції регулятора описані на підставі подрегуляторов. Однак фактична реалізація регулятора 140 даного винаходу не вимагає незалежних виконань схем для кожної функції, оскільки безліч функцій, які виконуються регулятором, можуть бути і переважно об'єднані в одну схему. Наприклад, кожен подрегулятор може мати свої власні внутрішні ланцюга датчика для вимірювання одного або більше робочих параметрів регулятора і / або фізичних станів гальванічного елемента (елементів), або незалежна ланцюг датчика може вимірювати параметри і / або стану і подавати їх і / або керуючі сигнали щодо параметрів і / або станів в один або більше подрегуляторов. Далі, регулятор може мати додаткові або альтернативні подрегулятори, які виконують інші функції на додаток до однієї або більше перерахованих тут функцій.

ПОДРЕГУЛЯТОР розрядки

Подрегулятор 102 розрядки в відповідно до даного винаходу може продовжити термін служби первинної або перезаряджається батареї одним з декількох способів. По-перше, в разі багатоелементної батареї, яка містить щонайменше один первинний гальванічний елемент або щонайменше один перезаряджається елемент, який переважно повністю розряджається перед зарядкою (наприклад, елемент NiCd переважно розряджається приблизно на 100%, але не більше), подрегулятор може допускати, щоб один або більше гальванічний елемент (елементи) батареї розряджався електронним пристроєм більш глибоко, ніж було б можливо в іншому випадку. Наприклад, подрегулятор розрядки може забезпечувати можливість розрядки одноелементної батареї нижче точки, в якій напруга елемента падає нижче напруги відключення пристрою. У разі первинної батареї термін служби батареї може бути збільшений завдяки якомога глибшої розрядці гальванічного елемента (елементів) перед її викиданням. Однак в разі перезаряджається батареї термін служби батареї збільшується завдяки розрядці гальванічного елемента до оптимальної глибини розрядки. Таким чином, якщо оптимальна глибина розрядки акумуляторної гальванічного елемента нижче напруги відключення пристрою, яке ця батарея забезпечує енергією, термін служби батареї, що перезаряджається може бути збільшений, якщо забезпечити можливість для акумуляторної елемента розряджатися нижче напруги відключення цього пристрою.

У цій заявці вираз "глибока розрядка" відноситься до забезпечення можливості розрядки гальванічного елемента (елементів) щонайменше на 80% від номінальної ємності гальванічного елемента (елементів). Крім того, вираз "істотна розрядка" в цій заявці ставиться до забезпечення можливості розрядки гальванічного елемента (елементів) щонайменше до 70% від номінальної ємності гальванічного елемента (елементів). "Перерозрядження" в цій заявці відноситься до розрядки гальванічного елемента за межами 100%, що може привести до реверсивному напрузі. Наприклад, наявна в даний час у продажу звичайна лужна батарея в загальному здатна віддавати приблизно від 40 до 70% своєї ємності збереженої енергії до досягнення такого рівня напруги гальванічного елемента, який становить рівень напруги, недостатнього для порушення даної електронного пристрою. Таким чином, подрегулятор даного винаходу переважно забезпечує лужний елемент, який здатний перед відключенням батареї розряджатися більше, ніж приблизно на 70%. Більш переважно, подрегулятор забезпечує рівень розрядки більше, ніж приблизно на 80%. Ще більш переважно, подрегулятор забезпечує рівень разрядок більше, ніж приблизно на 90%, і найбільш переважно більш ніж приблизно на 95%.

Подрегулятор 102 розрядки може включати в себе перетворювач, який перетворює напругу елемента в потрібний вихідній напруга первинної або перезаряджається батареї. У первинній батареї він забезпечує більш глибоку розрядку гальванічного елемента (елементів) і внаслідок цього продовжує термін служби батареї. У перезаряджається батареї, проте, перетворювач допускає, щоб регулятор розряджав акумуляторну батарею до оптимальної глибини розрядки, незалежно від напруги відключення даного пристрою. В одному варіанті здійснення даного винаходу подрегулятор може безперервно перетворювати напруга елемента в потрібний вихідній напруга протягом всієї тривалості роботи батареї. Коли напруга елемента падає до рівня напруги відключення пристрою, де розрядка батареї зазвичай відключається, перетворювач підвищує або збільшує напругу елемента до рівня на виході батареї, який є достатнім, щоб продовжити приводити в дію пристрій, поки рівень напруги не впаде нижче мінімального необхідного напруги, необхідного для приведення в дію подрегулятора, або до оптимальної глибини розрядки для акумуляторної гальванічного елемента. Таким чином, батарея, що має конструкцію подрегулятора, який здатний працювати на більш низькому рівні напруги, ніж подрегулятор інший батареї, забезпечує батарею, здатну розряджатися більш глибоко, незалежно від рівня напруги елемента.

У разі гібридного елемента подрегулятор розрядки може включати в себе перетворювач низької напруги, який перетворює напругу гальванічних елементів в потрібний вихідній напруга первинної або перезаряджається батареї. Подрегулятор 102 розрядки може безперервно перетворювати напруга гальванічного елемента в потрібний вихідній напругу протягом тривалості роботи первинної або перезаряджається батареї. Таким чином, гібридна батарея, що має конструкцію подрегулятора, який здатний працювати на більш низькому рівні напруги, ніж подрегулятор інший батареї, забезпечує батарею, яка може бути сумісна зі звичайною низькою напругою, що виробляються багатьма гальванічними елементами, типу фотоелементів, паливних, теплових і механічних елементів . Подрегулятор 102 розрядки гальванічних елементів може забезпечувати додаткову енергію, якщо гібридна батарея містить первинний елемент. Подрегулятор розрядки і може використовувати гальванічні елементи для зарядки вторинних елементів або забезпечення додаткової енергії.

У кращих варіантах здійснення даного винаходу перетворювач функціонує тільки тоді, коли напруга елемента падає до заздалегідь визначеного рівня напруги або нижче. У таких варіантах здійснення внутрішні втрати перетворювача мінімізовані, тому що перетворювач функціонує, тільки коли необхідно. Заздалегідь певний рівень напруги переважно знаходиться в діапазоні від номінальної напруги гальванічного елемента до найвищого напруження відключення класу пристроїв, для якого призначена батарея. Більш переважно, заздалегідь визначений рівень напруги трохи перевищує найвище напруження відключення того класу пристроїв, для якого призначена батарея. Наприклад, заздалегідь визначений рівень напруги може перебувати в діапазоні від рівня, приблизно рівного найвищому напрузі відключення того класу пристроїв, для якого призначена батарея, до рівня, приблизно рівного напрузі відключення, плюс 0,2 В, переважно в діапазоні від приблизно найвищого напруги відключення того класу пристроїв, для якого призначена батарея, до рівня, приблизно рівного напрузі відключення, плюс 0,15 в, більш переважно в діапазоні від приблизно найвищого напруги відключення того класу пристроїв, для якого призначена батарея, до рівня, приблизно рівного напрузі відключення , плюс 0,1 в і ще більш переважно в діапазоні від приблизно найвищого напруги відключення того класу пристроїв, для якого призначена батарея, до рівня, приблизно рівного напрузі відключення, плюс 0,05 В. Наприклад, гальванічний елемент, який має номінальну напругу, рівне приблизно 1,5 в, зазвичай має заздалегідь певне напруження, яке перебуває в діапазоні між приблизно 0,8 в і приблизно 1,8 В. Переважно заздалегідь певне напруження знаходиться в діапазоні між приблизно 0,9 в і приблизно 1,6 В. Більш переважно заздалегідь певне напруження знаходиться в діапазоні між приблизно 0,9 в і приблизно 1,5 В. ще більш переважно заздалегідь певне напруження знаходиться в діапазоні між приблизно 0,9 в і приблизно 1,2 в при ще більш кращому діапазоні, що знаходиться між приблизно 1,0 В і приблизно 1,2 В. Найбільш доцільним є рівень напруги, трохи вище або рівний самому високому напрузі відключення того класу пристроїв, для яких призначена батарея. Однак подрегулятор, розроблений для роботи з гальванічним елементом, що мають номінальну напругу, рівну приблизно 3,0 В, в загальному може мати заздалегідь певний рівень напруги, що знаходиться в діапазоні від приблизно 2,0 В до приблизно 3,4 В. Переважно заздалегідь певне напруження знаходиться в діапазоні від приблизно 2,2 в до приблизно 3,2 В. більш переважно заздалегідь певне напруження знаходиться в діапазоні від приблизно 2,4 в до приблизно 3,2 В. Ще більш переважно заздалегідь певне напруження знаходиться в діапазоні від приблизно 2, 6 В до приблизно 3,2 В при ще більш кращому діапазоні від приблизно 2,8 В до приблизно 3,0 В. Найбільш доцільним є рівень напруги, трохи перевищує або дорівнює найвищому напрузі відключення того класу пристроїв, для яких призначена батарея.

Коли напруга елемента падає до заздалегідь визначеного рівня напруги або нижче, подрегулятор розрядки включає перетворювач і підвищує напругу елемента до необхідного вихідного напруги, достатнього для приведення в дію навантаження. Це усуває втрати перетворювача, який не потрібно, коли напруга на висновках елемента досить висока для збудження навантаження, але потім забезпечує можливість для гальванічного елемента продовжувати розряджатися навіть після того, як напруга елемента падає нижче рівня, необхідного для приведення в дію навантаження, до тих пір , поки напруга елемента не досягає мінімального робочого напруги перетворювача в разі первинного елемента, або в разі перезаряджається елемента, поки напруга на висновках елемента не досягає оптимальної глибини розрядки. Подрегулятор може використовувати будь-якої один або більше з ряду механізмів управління, від простої комбінації компаратора напруг і електронного вимикача, який включає перетворювач, коли напруга елемента падає до заздалегідь визначеного рівня напруги, до більш складних схем управління, типу описаних нижче.

Універсальна батарея даного винаходу, яка розроблена для даного вихідного напруги, переважно здатна продовжувати термін служби батареї, коли вона використовується для подачі електроенергії в пристрій. Використовуваний в цій заявці термін "універсальна" батарея означає батарею, яка може забезпечувати рівномірне або стандартна напруга, незалежно від електрохімії елемента або фізичного механізму гальванічного елемента. Таким чином, батарея даного винаходу переважно розроблена для продовження її терміну служби шляхом підтримки вихідної напруги батареї на рівні, що перевищує або дорівнює напрузі відключення даного пристрою, поки вбудований подрегулятор не припинить роботу, коли напруга первинного гальванічного елемента (елементів) падає до рівня, нижче якого подрегулятор більше не може функціонувати, або коли перезаряджається гальванічний елемент розряджається до його оптимальної глибини розрядки. Батарею даного винаходу, яка розроблена для постачання енергією певного електронного пристрою вузького класу або електронних пристроїв, які мають аналогічні напруги відключення, можна спеціально розробити так, щоб вона працювала більш ефективно завдяки більш близькій відповідності заздалегідь визначеного рівня напруги напрузі (напруженням) відключення цього приладу (приладів).

По-друге, подрегулятор 102 розрядки і можна використовувати для продовження терміну служби акумуляторної гальванічного елемента за допомогою оптимальної розрядки елементу, з метою збільшення кількості або ефективності циклів зарядки. Наприклад, в герметичному свинцево-кислотному елементі глибока розрядка може пошкоджувати елемент і / або знижувати кількість або ефективність майбутніх циклів заряджання. Подрегулятор може, наприклад, управляти ними розрядкою конкретного типу перезаряджається гальванічного елемента так, щоб цикл розрядки закінчувався, коли напруга елемента досягне заздалегідь певного рівня напруги, який є оптимальною глибиною розрядки для цього типу або конкретного гальванічного елемента. У свинцево-кислотному перезаряджати гальванічному елементі, наприклад, заздалегідь визначений рівень напруги знаходиться в діапазоні від приблизно 0,7 В до приблизно 1,6 В при більш кращому рівні, рівному приблизно 0,7 В. В літій-МnО ₂ перезаряджати гальванічному елементі, наприклад, заздалегідь визначений рівень напруги знаходиться в діапазоні від приблизно 2,0 в до приблизно 3,0 в при найбільш зручною рівні, рівному приблизно 2,4 В. в якості альтернативи, подрегулятор розрядки може і закінчувати цикл розрядки, коли внутрішнє повне опір акумуляторної гальванічного елемента досягає заздалегідь визначеного рівня повного опору, який відповідає максимуму необхідної глибини розрядки для цього типу або конкретного гальванічного елемента. Таким чином, в батареї даного винаходу, що містить щонайменше один перезаряджається гальванічний елемент, який переважно розряджається не глибоко за межі оптимальної глибини розрядки, можна використовувати подрегулятор розрядки для продовження тривалості терміну служби батареї шляхом закінчення циклу розрядки, коли напруга елемента досягає заздалегідь визначеного рівня напруги або коли внутрішнє повне опір елемента досягає заздалегідь визначеного рівня внутрішнього повного опору, або як вказується будь-яким підходящим вбудованим хімічним датчиком.

По-третє, подрегулятор розрядки може і знижувати напругу гальванічного елемента (елементів), що має номінальну напругу більше необхідного вихідного напруги, і / або змінювати вихідний опір гальванічного елемента (елементів) батареї. Это не только продлевает продолжительность работы батарей, но и обеспечивает большую взаимозаменяемость между гальваническими элементами, имеющими различные номинальные напряжения, чем возможно в ином случае, обеспечивает возможность разработчикам пользоваться преимуществом большего потенциала аккумулирования гальванических элементов, имеющих более высокое номинальное напряжение, и обеспечивает возможность разработчикам изменять выходное сопротивление определенного гальванического элемента для согласования полного сопротивления с требуемым уровнем или для увеличения взаимозаменяемости гальванического элемента с другими типами гальванических элементов, и/или для увеличения эффективности гальванического элемента с конкретным типом нагрузки. Кроме того, гальванические элементы, которые являются неэффективными, опасными для окружающей среды, дорогостоящими и т.д. и используются обычно только потому, что требуется конкретное номинальное напряжение, типа ртутно-кадмиевого элемента можно заменить более безопасными, более эффективными или более дешевыми гальваническими элементами, имеющими повышенное или пониженное их номинальное напряжение или изменяемое их выходное сопротивление, чтобы отвечать требуемому номинальному напряжению или выходному сопротивлению, требуемому данным применением.

Например, гальванический элемент, имеющий номинальное напряжение, равное приблизительно 1,8 В или выше, можно монтировать с подрегулятором, который понижает это более высокое номинальное напряжение до стандартного номинального уровня, равного приблизительно 1,5 В, чтобы батарею можно было использовать взаимозаменяемым образом с батареей, имеющей номинальное напряжение, равное приблизительно 1,5 В. В одном определенном примере стандартный литиевый элемент типа первичного литий-МnО ₂ элемента, имеющий номинальное напряжение, равное приблизительно 3,0 В, можно монтировать в батарее с понижающим подрегулятором, чтобы батарея имела выходное напряжение, равное приблизительно 1,5 В. Это обеспечивает батарею, имеющую емкость, по меньшей мере в два раза превышающую емкость батареи, имеющей гальванический элемент с номинальным напряжением порядка 1,5 В и такой же объем. Кроме того, это и обеспечивает литиевый элемент высокого напряжения, который является действительно взаимозаменяемым со стандартной щелочной или угольно-цинковой одноэлементной батареей, без необходимости в химическом понижении высокого потенциала лития. Далее, перезаряжаемый литий-ионный элемент имеет номинальное напряжение порядка 4,0 В. Элемент можно упаковывать в батарее с понижающим регулятором так, чтобы одноэлементная батарея имела выходное напряжение, равное приблизительно 1,4 В. Литий-ионная батарея по настоящему изобретению может быть взаимозаменяемой со стандартной одноэлементной NiCd или NiMH перезаряжаемой батареей, но может обеспечить приблизительно дву-трехкратную емкость одноэлементной NiCd или NiMH батареи, имеющей такой же объем.

Дополнительно, батареи, имеющие гальванические элементы типа литий-ионных, магниевых, воздухо-магниевых и воздухо-алюминиевых, и имеют номинальные напряжения выше приблизительно 1,8 В и могут использоваться взаимозаменяемым образом со стандартной батареей, имеющей номинальное напряжение порядка 1,5 В. Различные типы гальванических элементов не только можно использовать взаимозаменяемым образом, но различные типы гальванических элементов можно собирать вместе в гибридной батарее. Таким образом, различные типы батарей, имеющих различные гальванические элементы с различными номинальными напряжениями или внутренним полным сопротивлением, можно использовать взаимозаменяемым образом, или можно производить гибридные батареи, имея различные типы гальванических элементов и таких элементов, как фотоэлементы, топливные, тепловые и механические элементы и т.д.

В якості альтернативи, гальванічні елементи, які мають номінальну напругу нижче того рівня, на якому працює звичайне електронний пристрій, можуть використовуватися з подрегулятором 102 розрядки, що має вбудований підвищує перетворювач, для підвищення номінальної напруги. Це забезпечує можливість використовувати батарею, що має цей тип гальванічного елемента, що підлягає використанню з пристроєм, для якого потрібно більш високий рівень напруги, ніж в іншому випадку забезпечив би елемент. Крім того, батарею, що має цей тип елемента, можна і використовувати взаємозамінним чином зі стандартним лужним або вугільно-цинковим гальванічним елементом. Це може забезпечувати промислово здійсненні, застосовні батареї, що мають гальванічні елементи, які в іншому випадку не розглядалися для використання споживачами, оскільки їх номінальну напругу були занадто низькими для практичного застосування.

Крім того, деякі гальванічні елементи, які мають номінальну напругу нижче того рівня, на якому може функціонувати звичайне електронний пристрій, можна використовувати з подрегулятором розрядки, що має вбудований підвищує перетворювач, щоб підвищити номінальну напругу. Це дозволяє створювати гібридну батарею, що має цей тип гальванічного елемента, що підлягає використанню з пристроєм, який вимагає більш високого рівня напруги, ніж в іншому випадку забезпечив би елемент. Крім того, батарею, що має цей тип елемента, можна і використовувати взаємозамінним чином зі стандартним лужним або вугільно-цинковим гальванічним елементом. Це може забезпечувати промислово здійсненні, застосовні батареї, які мають гібридні елементи, які інакше не розглядалися б для використання споживачами, тому що номінальні напруги були занадто низькими для практичного застосування.

Таблиця передбачається не як виняткова, а скоріше перераховує приблизні первинні, акумуляторні і резервні гальванічні елементи, які можна використовувати в батареї даного винаходу. Наприклад, різні типи первинних і / або перезаряджаються гальванічних елементів, які мають різні номінальні напруги або внутрішнє повне опір, можна використовувати з перетворювачем для створення універсальної одноелементної батареї, яка має таке ж вихідна напруга, як стандартна 1,5-вольта лужна первинна або перезаряджається батарея або стандартна 1,4-вольта NiCd батарея. Крім того, первинні, вторинні і / або резервні елементи можна використовувати разом в гібридної багатоелементної батареї даного винаходу. Дійсно, даний винахід забезпечує більшу взаємозамінність між різними типами клітин батареї і між гальванічними елементами і альтернативними джерелами живлення, типу паливних елементів, конденсаторів і т.д., ніж будь-коли раніше. Помістивши регулятор в кожен гальванічний елемент, можна регулювати електричні характеристики типу номінальної напруги і вихідного опору різних типів гальванічних елементів, з метою забезпечення можливості використання більшого різноманіття елементів при створенні взаємозамінних перезаряджаються батарей. Батареї можна спеціально розробляти, щоб користуватися вигодою конкретних переваг гальванічного елемента, все ще забезпечуючи можливість взаємозамінності з батареями, які містять інші типи елементів. Далі, даний винахід можна використовувати для створення нових стандартних рівнів напруги, перетворюючи номінальну напругу гальванічних елементів в рівні напруг стандартів.

Те ж саме справедливо для фізичних механізмів, що відрізняються від хімічного, використовуваного для формування електричної енергії. Звичайний один фотоелемент, паливний, теплової та механічний (наприклад, PST) елемент має своє вихідна напруга значно нижче стандартного напруги пристрою або іншого гальванічного елемента. Даний винахід дозволяє об'єднувати низьковольтний хімічне джерело струму і стандартну електрохімічну систему в один гібридний елемент або незалежні елементи для забезпечення енергії пристроїв, що вимагають напруги, рівного або відрізняється від напруги гібридного елемента або незалежних елементів.

Крім того, в гібридних батареях можна використовувати разом несумісні в іншому випадку гальванічні елементи, спеціально розроблені для конкретних типів застосувань. Наприклад, в гібридної батареї можна використовувати повітро-цинковий гальванічний елемент разом з літієвим елементом, приєднаним або паралельно, або послідовно. Повітряно-цинковий елемент має номінальну напругу, рівну приблизно 1,5 В, і дуже високу кількість збереженої енергії на одиницю ваги, але може забезпечувати лише низькі рівні усталеного струму. Однак літієвий елемент має номінальний рівень напруги, що дорівнює приблизно 3,0 В, і може забезпечувати короткі сплески високих рівнів струму. Подрегулятори розрядки кожного гальванічного елемента забезпечують однакову номінальна вихідна напруга і дають можливість розташовувати їх або в паралельній, або в послідовній електричної конфігурації. Коли елементи перебувають у паралельному конфігурації, подрегулятори і запобігають зарядку елементів один від одного. Подрегулятор для кожного елемента можна використовувати для під'єднання або від'єднання будь-якого або обох елементів, як потрібно навантаженням. Таким чином, коли навантаження знаходиться в режимі низької потужності, може бути приєднаний повітро-цинковий елемент, щоб забезпечити стійкий, низький струм, а коли навантаження знаходиться в режимі високої потужності, літієвий елемент або літієвий і повітро-цинковий елементи в комбінації можуть забезпечувати струм, необхідний для подачі електроенергії в навантаження.

Гібридні батареї і можуть містити багато різних комбінацій гальванічних елементів, типу первинного і вторинного елементів, первинного та резервного елементів, вторинного і резервного елементів або первинного, вторинного і резервного елементів. Далі, гібридна батарея може і містити комбінацію одного або більше гальванічних елементів і одного або більше додаткових джерел живлення, типу фотоелементів, паливних, теплових і механічних елементів, звичайного конденсатора або навіть супер / ультраконденсатори. Наприклад, гібридна батарея може містити такі комбінації, як лужний і повітро-металевий елементи, повітро-металевий і вторинний елементи, повітро-металевий елемент і суперконденсатор. Більш того, гібридні батареї можуть і містити будь-яку комбінацію двох або більше з вищезазначених елементів або джерел живлення.

Далі, подрегулятор розрядки може і продовжувати термін служби батареї за допомогою захисту гальванічного елемента (елементів) від піків струму, які можуть погіршувати роботу компонентів гальванічного елемента і знижувати напругу елемента. Наприклад, подрегулятор може запобігати високі споживання струму від освіти ефекту пам'яті в елементі і зниження тривалості роботи гальванічного елемента (елементів). Піки струму і шкідливі для гальванічних елементів типу лужного, літієвий, NiCd, SLA, метал-гідридного і повітро-цинкового елементів.

Подрегулятор розрядки може захищати гальванічний елемент від піків струму за допомогою забезпечення тимчасового накопичення електричного заряду на виході подрегулятора так, щоб тимчасове накопичення могло використовуватися при невідкладному вимозі. Отже, потреба піків струму можна повністю усунути або значно зменшити, перш ніж воно досягне гальванічного елемента. Це і дозволяє батареї забезпечувати піки струму вище, ніж може безпосередньо забезпечувати гальванічний елемент (елементи), і захищає гальванічний елемент (елементи) від піків струму, які можуть бути шкідливі для компонентів елемента. Елементом тимчасового накопичення переважно є конденсатор. Цей конденсатор може бути конденсатором будь-якого типу, який відомий в техніці, наприклад звичайним конденсатором, Товстоплівкові друкованим конденсатором або навіть супер / ультраконденсатори. На Фіг.13, наприклад, зображений конденсатор _C f, приєднаний між вихідними клемами 1320 і одна тисяча триста двадцять два контейнера 1312.

Один подрегулятор розрядки переважно продовжує термін служби батареї шляхом захисту елемента від піків струму і перетворення напруги елемента в потрібний вихідній напруга. Наприклад, кращий варіант здійснення подрегулятора може включати перетворювач, коли напруга елемента падає до заздалегідь певного напруження, щоб мінімізувати втрати, пов'язані з перетворювачем. Той же самий подрегулятор може контролювати як напруга елемента, так і вихідний струм навантаження, і включати перетворювач, якщо або напруга елемента досягає заздалегідь визначеного рівня напруги, або струм навантаження досягає заздалегідь визначеного рівня. В якості альтернативи, подрегулятор може контролювати напругу елемента і вихідний струм навантаження і визначати, знижує чи подача необхідного струму навантаження напруга елемента нижче рівня напруги відключення. В останньому прикладі подрегулятор працює від двох вхідних сигналів, об'єднаних в алгоритмі, з метою визначення, чи повинен включатися перетворювач. Однак в колишньому прикладі подрегулятор включає перетворювач, якщо або напруга елемента падає до заздалегідь визначеного рівня напруги, або вихідний струм навантаження підвищується до заздалегідь визначеного рівня. Поряд з іншими можливими схемами управління, це обговорюється більш детально нижче.

Винахід стосується спеціалізованих батарей, а й стандартних споживчих батарей, типу елементів АААА, ААА, АА, С або D і батарей на 9 В. Винахід розглядає використання спеціалізованих первинних батарей і гібридних батарей, які можна використовувати в різних цілях. Очікується, що ці спеціалізовані батареї і гібридні батареї можуть використовуватися з метою заміни батарей, що перезаряджаються для таких використань, як для телефонних апаратів стільникового зв'язку, портативних ЕОМ і т.д., які в даний час обмежені здатністю первинних батарей забезпечувати необхідний номінальний струм протягом достатнього періоду часу. Крім того, маючи можливість окремо управляти вихідною напругою і вихідним опором елементів, забезпечується можливість розробникам батарей конструювати повністю нові типи гібридних батарей, в яких використовуються різні типи елементів в поєднанні або альтернативні джерела живлення, типу фотоелементів, теплових, паливних і механічних елементів, звичайних конденсаторів або навіть супер / ультраконденсаторів, в одній і тій же гібридної батареї.

Збільшення взаємозамінних типів гальванічних елементів може і дозволити розробникам батарей забезпечити стандартні первинні або акумуляторні батареї, з метою зменшення розрахунку на батареї на замовлення, що розробляються для конкретних пристроїв типу телефонних апаратів стільникового зв'язку, портативних ЕОМ, відеокамер, фотоапаратів і т.д. Споживач може просто купити стандартні батареї для забезпечення енергією телефонного апарату стільникового зв'язку, і як споживач може в даний час купити їх для кишенькового ліхтарика або магнітофона, замість необхідності купувати батарею, спеціально виготовлену для конкретного типу, марки і / або моделі електронного пристрою. Крім того, оскільки збільшується кількість вироблених стандартних батарей, вартість за одиницю швидко знижується, приводячи до значно більш доступним батареям, які можуть зрештою замінити спеціально розробляються акумуляторні батареї. Крім того, первинні і акумуляторні батареї і можна використовувати взаємозамінним чином один з одним. Наприклад, якби акумуляторні батареї портативної ЕОМ були повністю виснажені, користувач міг би купити первинні батареї, які витримали б кілька годин використання, поки користувач зможе зарядити акумуляторні батареї. Користувач і може купити менш дорогі батареї, якщо він не потребує деяких вищих рівнях характеристик, які можна забезпечувати за допомогою пристрою з більш дорогими батареями.

Електронну технологію маркування типу використовуваної на фотографічній плівці і т.д. і можна використовувати для позначення точного типу елемента (елементів) в батареї, номінальною і / або залишається ємності елемента (елементів), пікової і оптимальної можливостей подачі струму, поточного рівня зарядки, внутрішнього повного опору і т.д., щоб "інтелектуальне" пристрій могло зчитувати електронну маркування та оптимізувати своє споживання, для поліпшення характеристик пристрою, для збільшення терміну служби батареї і т.д. Камера, в якій вже використовується електронна маркування для визначення швидкості руху плівки (світлочутливості плівки), може, наприклад, і використовувати електронну технологію маркування зі своїми батареями, щоб врахувати більш повільну зарядку спалаху, припинення використання спалаху і т.д., з метою оптимизирования терміну служби конкретної батареї. У портативної ЕОМ і можна використовувати електронну технологію маркування з метою визначення найбільш ефективних робочих параметрів для конкретних батарей за допомогою, наприклад, зміни їх швидкодії, щоб найкращим чином використовувати залишається заряд в батареї протягом часу, необхідного користувачеві, або використовуючи технологію включення / вимикання енергії для економії енергії батареї. Крім цього, відеокамери, телефонні апарати стільникового зв'язку і т.д. можуть і використовувати електронне маркування для оптимизирования використання батарей.

Винахід і стосується стандартних споживчих батарей типу елементів ААА, АА, С або D і батарей на 9 В. На додаток до первинних батарей, що є взаємозамінними з різними типами первинних або навіть перезаряджаються батарей, стандартні первинні або акумуляторні батареї можуть бути доступними для застосувань там , де в даний час придатні тільки виготовлені на замовлення батареї. Залежно від їх потреб, наприклад, споживачі можуть купити одну або більше стандартних первинну або акумуляторну батарей, які вони можуть встановити безпосередньо в свої портативні ЕОМ, відеокамери, телефонні апарати стільникового зв'язку і інше портативний електронний обладнання. Як згадувалося вище, зі збільшенням кількості вироблених стандартних батарей вартість за одиницю швидко знижується, роблячи батареї значно доступнішими, так що в кінцевому рахунку вони можуть замінити спеціально розроблені акумуляторні батареї.

Для збільшення терміну служби первинних батарей або перезаряджаються батарей, які мають відносно низьку оптимальну глибину розрядки, можна розробити подрегулятор розрядки для роботи навіть при більш низькій напрузі, ніж досягнуто в технології виготовлення схем. Наприклад, подрегулятор розрядки можна розробити для роботи на рівнях напруги аж до приблизно 0,1 В в варіанті здійснення на карбіті кремнію (SiC), приблизно до 0,34 В у варіанті здійснення на арсеніді галію (GaAs) і приблизно до 0,54 В в звичайному варіанті здійснення, заснованому на кремнії. Крім того, зі зменшенням розміру друку (фотолитографии) ці мінімальні робочі напруги і зменшуються. Наприклад, в кремнії, зменшуючи схемну друк до 0,18 мікрона, технологія знижує мінімальну робочу напругу від приблизно 0,54 В до приблизно 0,4 В. Як описано вище, чим нижче мінімальне необхідну робочу напругу подрегулятора розрядки, тим нижче цей подрегулятор розрядки може регулювати напругу елемента, щоб забезпечити найглибшу розрядку первинного гальванічного елемента, або оптимально розряджати акумуляторну гальванічний елемент аж до низькою оптимальної глибини розрядки. Таким чином, винахід охоплює використання різних досягнень у виготовленні схем, з метою збільшення використання батареї аж до приблизно 100% запасеного заряду гальванічного елемента. Однак представлений заснований на кремнії варіант здійснення забезпечує використання аж до 95% запасеного потенціалу батареї, що є дуже високим порівняно з середньою величиною використання 40-70% первинних гальванічних елементів без регулятора.

В одному заснованому на кремнії кращому варіанті здійснення, наприклад, розроблений подрегулятор 102 розрядки для функціонування на напружених, складових приблизно до 1 В, більш переважно приблизно 0,85 В, ще більш переважно приблизно 0,8 В, ще більш переважно приблизно 0,75 В, ще більш переважно приблизно 0,7 В, ще більш переважно приблизно 0,65 В, ще більш переважно приблизно 0,6 В при найбільш зручною рівні, рівному приблизно 0,54 В. В подрегуляторе, розробленому для гальванічного елемента, що має номінальне напруга, рівне приблизно 1,5 В, подрегулятор переважно здатний працювати на вхідній напрузі, рівному щонайменше приблизно 1,6 В. Більш переважно подрегулятор розрядки здатний працювати на вхідній напрузі, що становить щонайменше приблизно 1,8 В. Таким чином, кращий подрегулятор повинен мати можливість працювати в діапазоні напруг від мінімуму, що становить приблизно 0,8 в, щонайменше до 1,6 В. Однак подрегулятор може і переважно функціонує і і ​​за межами цього діапазону.

У кращому варіанті здійснення подрегулятора 102 розрядки даного винаходу, розробленого для використання з гальванічним елементом 30 типу первинного літій-МnО ₂ елементи, які мають номінальну напругу порядку 3,0 В, проте подрегулятор повинен мати можливість функціонувати на більш високому рівні напруги, ніж потрібно для подрегулятора розрядки, використовуваного разом з гальванічним елементом, що мають номінальну напругу порядку 1,5 В. у випадку гальванічного елемента, що має номінальну напругу, рівну приблизно 3,0 в, подрегулятор розрядки переважно здатний функціонувати в діапазоні від приблизно 2,4 в до приблизно 3,2 В. Більш переважно подрегулятор здатний працювати в діапазоні напруг від приблизно 0,8 в щонайменше приблизно до 3,2 В. Більш переважно подрегулятор здатний працювати з вхідною напругою в діапазоні від приблизно 0,6 в щонайменше приблизно до 3,4 В. Ще більш переважно подрегулятор здатний працювати з вхідною напругою в діапазоні від приблизно 0,54 в щонайменше приблизно до 3,6 в при найбільш зручною діапазоні від приблизно 0,45 в до щонайменше приблизно 3,8 В. Однак подрегулятор може і переважно функціонує і і ​​за межами цього діапазону.

Однак в кращому варіанті здійснення подрегулятора 102 розрядки даного винаходу, розробленого для використання з гальванічним елементом 30 типу перезаряджається літій-іонного елемента, що має номінальну напругу, рівну приблизно 4,0 В, подрегулятор повинен бути здатний функціонувати навіть з більш високим рівнем напруги, ніж потрібно для подрегулятора розрядки, використовуваного разом з гальванічним елементом, що мають номінальну напругу, рівну приблизно 3,0 або приблизно 1,5 В. у випадку гальванічного елемента, що має номінальну напругу порядку 4,0 в, подрегулятор розрядки переважно здатний функціонувати в діапазоні від приблизно 2,0 в до приблизно 4,0 В. Більш переважно подрегулятор здатний працювати в діапазоні напруг від приблизно 0,8 в щонайменше приблизно до 4,0 В. Більш переважно подрегулятор здатний до роботи з вхідною напругою в діапазоні від приблизно 0, 6 у щонайменше приблизно до 4,0 В. Ще більш переважно подрегулятор здатний до роботи з вхідною напругою в діапазоні від приблизно 0,54 в щонайменше приблизно до 4,0 в при найбільш зручною діапазоні від приблизно 0,45 в за щонайменше приблизно до 4,0 В. Однак подрегулятор може і переважно функціонує і і ​​за межами цього діапазону.

В альтернативному кращому варіанті здійснення він здатний працювати з гальванічним елементом, що мають номінальну напругу, рівне або приблизно 1,5 В, або приблизно 3,0 В. У цьому варіанті здійснення подрегулятор розрядки здатний працювати з мінімальним вхідним напругою, рівним приблизно 0,8 В , переважно приблизно 0,7 В, більш переважно приблизно 0,6 В і найбільш переважно приблизно 0,54 В, а максимальна вхідна напруга становить щонайменше приблизно 3,2 В, переважно приблизно 3,4 В, більш переважно приблизно 3, 6 у і найбільш переважно приблизно 3,8 В. Наприклад, подрегулятор розрядки може бути здатний функціонувати в діапазоні від приблизно 0,54 в до приблизно 3,4 в або від приблизно 0,54 в до приблизно 3,8 в або від приблизно 0 , 7 В до приблизно 3,8 В і т.д.

Батареї даного винаходу і забезпечують чіткі переваги в порівнянні зі звичайними батареями при використанні з електричними пристроями типу кишенькових ліхтариків і т.д., які не мають напруги виключення. У разі звичайної батареї, коли батарея розряджається, вихідна напруга батареї знижується. Оскільки вихідна потужність електричного пристрою прямо пропорційна напрузі, що поставляється батареєю, вихід електричного пристрою зменшується пропорційно з вихідним напругою батареї. Наприклад, яскравість світіння лампи розжарювання кишенькового ліхтарика продовжує зменшуватися, коли вихідна напруга батареї знижується, поки батарея не розрядиться повністю. Однак батарея даного винаходу має подрегулятор розрядки, який регулює напругу елемента до відносно постійного, керованого рівня напруги протягом усього циклу розрядки батареї до тих пір, поки напруга гальванічного елемента 30 не знизиться до рівня напруги, нижче якого подрегулятор не здатний працювати. У цей час батарея вимкнеться, і електричний пристрій припинить роботу. Однак під час циклу розрядки електричний пристрій продовжить забезпечувати відносно стійкий вихід (наприклад, яскравість світіння лампи розжарювання) і повні функціональні можливості, поки батарея не буде вимкнено.

Кращий варіант здійснення батареї даного винаходу і включає в себе попередження користувача про низький що залишається заряді, а й індикатор залишається ємності. Наприклад, подрегулятор розрядки може періодично від'єднувати гальванічний елемент (елементи) від вихідних клем батареї на коротку тривалість часу і знову приєднувати його, коли напруга гальванічного елемента досягає заздалегідь визначеної величини. Це може забезпечувати візуальну, яку було чути, вібраційну або зчитується пристроєм індикацію про те, що ємність батареї знижується. Крім того, подрегулятор і може штучно відтворювати умови стану прискореної розрядки батареї за допомогою зниження вихідної напруги батареї в кінці періоду нормальної експлуатації батареї. Наприклад, подрегулятор може починати лінійно знижувати вихідну напругу, коли збережена ємність батареї становить приблизно 5% від її номінальної ємності. Це може забезпечувати індикацію користувачеві, наприклад, зниженням гучності в системі відтворення магнітних записів або компакт-дисків або забезпечувати індикацію для пристрою, який може відповідно попереджати користувача.

На фіг.7 зображена блок-схема одного варіанта здійснення даного винаходу, в якому перетворювач 750 постійної напруги подрегулятора 702 розрядки електрично або переважно електронним способом приєднаний між позитивним 732 і негативним 734 електродами гальванічного елемента 730 і позитивної 720 і негативною 722 клемами контейнера 712. Перетворювач 750 постійної напруги перетворює напругу елемента між позитивним 732 і негативним 734 електродами гальванічного елемента 730 в вихідна напруга на позитивній 720 і негативною 722 клемах контейнера 712. Перетворювач 750 постійної напруги може забезпечувати перетворення з підвищенням напруги, перетворення з пониженням напруги, перетворення з підвищенням і зниженням напруги або стабілізацію напруги на вихідних клемах 720 і 722. у цьому варіанті здійснення перетворювач 750 постійної напруги функціонує в безперервному режимі, при якому вихідна напруга гальванічного елемента 730 перетворюється в стійке вихідна напруга на клемах 720 і 722 контейнера протягом тривалості роботи батареї. Цей варіант здійснення стабілізує вихідну напругу контейнера 712 на вихідних клемах 720 і 722. Забезпечення сталого вихідної напруги дозволяє розробникам електронних пристроїв знижувати складність ланцюгів управління живленням електронних пристроїв і, відповідно, і зменшувати розмір, вага і вартість пристроїв.

Перетворювач 750 постійної напруги продовжує працювати до тих пір, поки напруга гальванічного елемента 730 не впаде нижче або оптимальної глибини розрядки гальванічного елемента в разі перезаряджається гальванічного елемента, або мінімальної напруги _V fb прямого зміщення електронних компонентів перетворювача 750 в разі первинного гальванічного елемента. До такої міри, до якої оптимальна глибина розрядки гальванічного елемента або мінімальне перемикаюче напруга _V fb перетворювача 750 постійної напруги виявляється нижче, ніж напруга відключення електронного пристрою, який батарея 710 постачає енергією, регулятор 740 буде і збільшувати термін служби батареї 710 за допомогою розрядки батареї 710 за межі напруги відключення електронного пристрою, шляхом підтримки вихідної напруги на клемах 720 і 722 контейнера 712 вище напруги відключення електронного пристрою.

В одному переважному варіанті здійснення даного винаходу, як показано на фіг.7, перетворювач 750 постійної напруги, який працює в безперервному режимі, може бути перетворювачем зі зниженням напруги, який знижує напругу гальванічного елемента 730 до вихідної напруги контейнера 712. В одному варіанті здійснення подрегулятора 702 розрядки, який включає в себе перетворювач зі зниженням напруги, перетворювач знижує напруга першого типу гальванічного елемента 730 до вихідної напруги контейнера 712, що дорівнює приблизно номінальному рівню напруги другого типу гальванічного елемента, так що батарея, яка містить перший тип гальванічного елемента 730, виявляється взаимозаменяемой з батареєю, що містить другий тип гальванічного елемента. Например, гальванический элемент, имеющий более высокое номинальное напряжение, чем стандартный элемент на 1,5 В, можно использовать в комбинации с понижающим преобразователем, который работает непрерывно, чтобы обеспечить элемент, являющийся взаимозаменяемым со стандартным элементом, без необходимости химического изменения гальванического элемента. Этот вариант осуществления обеспечивает возможность взаимозаменяемости между различными типами гальванических элементов в большей степени, чем иначе было бы возможно без химического изменения конструкции самого гальванического элемента и уменьшения аккумулирования химической энергии элемента.

Первичный или перезаряжаемый литиевый элемент, например, можно использовать в стандартном блоке батареи АА, чтобы обеспечить по меньшей мере в два раза большую емкость, чем у щелочной батарея такого же объема. Литиевый элемент типа первичного или перезаряжаемого литий-МnO ₂ элемента имеет номинальное напряжение порядка 3,0 В и обычно не может использоваться взаимозаменяемым образом со стандартной АА щелочной батареей, которая имеет номинальное напряжение порядка 1,5 В. Литий-ионный элемент, имеющий номинальное напряжение приблизительно 4,0 В, и обычно нельзя использовать взаимозаменяемым образом со стандартной NiCd батареей, которая имеет номинальное напряжение приблизительно 1,4 В. Однако разработчики батарей создали новые типы литиевых батарей, например LiFeSa, которые имеют номинальное напряжение приблизительно 1,6 В, чтобы создать литиевую батарею, которую можно использовать взаимозаменяемым образом, например, со стандартной АА щелочной батареей. Хотя эта литиевая батарея на 1,6 В все еще имеет способность выдавать высокие уровни тока для использования в нагрузках типа фотовспышек, использование 1,6 В литиевого гальванического элемента приводит к существенному химическому сокращению аккумулированной химической энергии на вес лития. Однако настоящее изобретение обеспечивает способность использовать высоковольтный первичный или перезаряжаемый литиевый гальванический элемент, который имеет номинальное напряжение приблизительно 3,0 В или приблизительно 4,0 В, и регулятор для преобразования этого номинального напряжения с понижением приблизительно до 1,5 В или приблизительно до 1,4 В. Таким образом, батарея обеспечивает приблизительно двойное аккумулирование химической энергии щелочной 1,5 В батареи или батареи NiCd на 1,4 В в батарее, которая является полностью взаимозаменяемой с любой из этих батарей на 1,5 В или на 1,4 В. Дополнительно, литиевая батарея по настоящему изобретению может обеспечить такие же высокие уровни тока, как LiFeS ₂ элемент на 1,6 В.

Кроме того, подрегулятор 702 разрядки и оптимизирует характеристики электрического устройства типа карманного фонарика, в котором используется батарея 710. Хотя электрическое устройство не выключается, как электронное устройство при минимальном рабочем напряжении, характеристики электрического устройства, типа яркости свечения лампы накаливания карманного фонарика, снижаются при снижении входного напряжения. Таким образом, стабильное выходное напряжение батареи 710 обеспечивает возможность, чтобы характеристики электрического устройства оставались постоянными в течение продолжительности работы батареи без снижения характеристик устройства при понижении напряжения гальванического элемента 730.

В преобразователе 750 постоянного напряжения можно использовать одну или больше из множества известных схем управления, типа импульсной модуляции, которая может дополнительно включать в себя широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), частотно-импульсную модуляцию (ЧИМ) и фазоимпульсную модуляцию (ФИМ), схему управления пропусков импульсов низкой нагрузки, резонансные преобразователи и т.д. для управления рабочими параметрами преобразователя 750. В предпочтительном варианте осуществления преобразователя 750 по настоящему изобретению используется широтно-импульсная модуляция. В еще более предпочтительном варианте осуществления используется комбинация широтно-импульсной модуляции и фазоимпульсной модуляции, которая описана подробно ниже.

В предпочтительном варианте осуществления преобразователя 750 постоянного напряжения для использования в батарее по настоящему изобретению преобразователем управляет широтно-импульсный модулятор для возбуждения преобразователя 750 постоянного напряжения. Широтно-импульсный модулятор генерирует управляющий сигнал фиксированной частоты, в котором изменяется рабочий цикл. Например, рабочий цикл может быть нулевым, когда преобразователь постоянного напряжения выключен, 100%, когда преобразователь работает на полной емкости, и изменяться между нулем и 100%, в зависимости от требования нагрузки и/или остающейся емкости гальванического элемента 730. Схема широтно-импульсной модуляции имеет по меньшей мере один входной сигнал, который используется для формирования рабочего цикла. В одном варианте осуществления выходное напряжение на клеммах 720 и 722 контейнера 712 непрерывно замеряется и сравнивается с опорным напряжением. Для изменения рабочего цикла преобразователя постоянного напряжения используется сигнал коррекции ошибки. В этом примере цепь отрицательной обратной связи от выходного напряжения на клеммах 720 и 722 контейнера 712 позволяет преобразователю 750 постоянного напряжения обеспечить устойчивое выходное напряжение. В качестве альтернативы, чтобы формировать рабочий цикл, преобразователь 750 постоянного напряжения может использовать множество входных сигналов типа напряжения элемента, то есть напряжения между положительным 732 и отрицательным 734 электродами гальванического элемента 730, и тока на выходе. В этом варианте осуществления контролируются напряжение элемента и выходной ток, и преобразователь 750 постоянного напряжения формирует рабочий цикл, который является функцией этих двух параметров.

На фиг.8-11 изображены блок-схемы дополнительных вариантов осуществления схем подрегулятора разрядки по настоящему изобретению. В каждом из этих вариантов осуществления схема подрегулятора включает в себя по меньшей мере два основных компонента: (1) преобразователь постоянного напряжения и (2) регулятор преобразователя, который электрически или предпочтительно электронным способом подсоединяет преобразователь постоянного напряжения между электродами гальванического элемента и выходными клеммами контейнера и отсоединяет его, так что внутренние потери преобразователя постоянного напряжения образуются, только когда преобразователю постоянного напряжения необходимо преобразовывать напряжение элемента в напряжение, требуемое для приведения в действие нагрузки. Например, преобразователь постоянного напряжения может включаться, только когда напряжение элемента падает до заранее определенного уровня, ниже которого нагрузка больше не может функционировать. В качестве альтернативы, если электронному устройству требуется входное напряжение в пределах определенного диапазона, например 10% от номинального напряжения батареи, регулятор преобразователя может "включать" преобразователь постоянного напряжения, когда напряжение элемента находится за пределами требуемого диапазона, и "выключать" преобразователь, когда напряжение элемента находится в пределах требуемого диапазона.

На фіг.8, наприклад, перетворювач 850 постійної напруги електрично приєднаний між позитивним 832 і негативним 834 електродами гальванічного елемента 830 і позитивної 820 і негативною 822 клемами контейнера 812. Регулятор 852 перетворювача і електрично приєднаний між позитивним 832 і негативним 834 електродами гальванічного елемента 830 і позитивної 820 і негативною 822 клемами контейнера 812. В цьому прикладі регулятор 852 перетворювача діє як вимикач, який або безпосередньо під'єднує гальванічний елемент 830 до вихідних клем 820 і 822 контейнера 812, або під'єднує перетворювач 850 постійної напруги між гальванічним елементом 830 та вихідними клемами 820 і 822 контейнера 812. Регулятор 852 перетворювача безперервно зчитує вихідну напругу і порівнює його з одним або більше виробляють людські всередині граничними напруженнями. Якщо вихідна напруга контейнера 812 падає нижче рівня граничної напруги або, наприклад, знаходиться поза необхідного діапазону порогових напруг, регулятор 852 перетворювача "включає" перетворювач 850 постійної напруги за допомогою електричного або переважно електронного способу, під'єднує перетворювач 850 постійної напруги між гальванічним елементом 830 та вихідними клемами 820 і 822 контейнера 812. Гранична напруга переважно знаходиться в діапазоні від приблизно номінальної напруги гальванічного елемента 830 до приблизно найвищого напруги відключення того класу електронних пристроїв, для яких розроблена батарея. В якості альтернативи, регулятор 852 перетворювача може безперервно зчитувати напруга гальванічного елемента 830 і порівнювати цю напругу з пороговим напругою, щоб керувати процесом перетворювача 850 постійної напруги.

У разі перезаряджається батареї регулятор 852 перетворювача переважно і від'єднує гальванічний елемент 830 від вихідних клем 820 і 822 контейнера 812, коли напруга елемента досягає приблизно оптимальної глибини розрядки гальванічного елемента 830. Це забезпечує максимальний термін служби батареї по числу зарядних циклів, в якому кожен цикл розрядки має оптимізовану тривалість роботи батареї. Таким чином, термін служби батареї може бути збільшений.

Подрегулятор 902 розрядки на фіг.9 включає в себе елементи показаного на фіг.8 подрегулятора 802 розрядки, але додатково включає в себе заземлювальну ланцюг 980 зсуву, електрично з'єднані між електродами 932 і 934 гальванічного елемента 930 і перетворювачем 950 постійної напруги, регулятором 952 перетворювача і вихідними клемами 920 і 922 контейнера 912. Заземлювальна ланцюг 980 зсуву забезпечує рівень напруги _V nb з негативним зміщенням для перетворювача 950 постійної напруги і негативною вихідний клеми 922 контейнера 912. Це збільшує напругу, що підводиться до перетворювача 950 постійної напруги від напруги елемента, до рівня напруги елемента плюс абсолютна величина рівня напруги _V nb з негативним зміщенням. Це забезпечує можливість перетворювача 950 функціонувати на ефективному рівні напруги, поки фактичне напруга елемента не впаде до рівня напруги нижче мінімального напруги прямого зміщення, необхідного для приведення в дію заземляющей ланцюга 980 зсуву. Таким чином, перетворювач 950 може більш ефективно виводити більш високий рівень струму з гальванічного елемента 930, ніж можна було б здійснювати тільки при напрузі гальванічного елемента 930, що приводить в дію перетворювач 950. У кращому варіанті здійснення подрегулятора 902 розрядки для батареї 910 даного винаходу, має гальванічний елемент з номінальною напругою, рівним приблизно 1,5 в, напруга _V nb з негативним зміщенням переважно змінюється в діапазоні між приблизно 0 в і приблизно 1 В. Більш переважно напруга _V nb з негативним зміщенням приблизно дорівнює 0,5 в при найбільш зручною значенні, рівному 0,4 В. Отже, заземлювальна ланцюг 980 зміщення допускає, щоб перетворювач більш глибоко розряджав гальванічний елемент 930 і збільшував ефективність перетворювача 950 щодо вилучення струму з гальванічного елемента 930, коли напруга елемента падає нижче приблизно 1 в в разі гальванічного елемента , що має номінальну напругу приблизно 1,5 В.

На фіг.9 показаний один зразковий варіант здійснення нагнітача 988 заряду, який може використовуватися в якості заземлюючого кола 980 зсуву в батареї 910 даного винаходу. У цьому варіанті здійснення, коли вимикачі S ₁ і S ₃ замкнуті, а S ₂ і S ₄ розімкнуті, напруга гальванічного елемента 930 заряджає конденсатор С _а. Потім, коли вимикачі S ₁ і S ₃ розмикаються, a S ₂ і S ₄ замикаються, заряд на конденсаторі С _а інвертується і передається на конденсатор С _b, який забезпечує інвертовану вихідна напруга щодо напруги гальванічного елемента 930. Як альтернатива, показаний на фіг .9А нагнітач 988 заряду може бути замінений будь-якої відомої в техніці придатною схемою нагнітання заряду.

У кращому варіанті здійснення даного винаходу заземлювальна ланцюг 980 зміщення включає в себе схему 986 нагнітача заряду. Схема 986 нагнітача заряду показана на фіг.9В і включає в себе тактовий генератор 987 і один або більше нагнітачів 988. У показаному на фіг.9В кращому варіанті здійснення схеми 986 нагнітача заряду, наприклад, нагнітач заряду включає в себе дворівневу конфігурацію, яка містить чотири міні -нагнетателя 989 і один головний нагнітач 990. Однак можна використовувати будь-яку кількість міні-нагнітачів 989. один кращий варіант здійснення схеми 986 нагнітача заряду, наприклад, включає в себе дванадцять міні-нагнітачів 989 і один головний нагнітач. Міні-нагнітачі 989 і головний нагнітач 990 даного варіанту здійснення збуджуються чотирма різними керуючими сигналами 991а, 991b, 991с і 991d з різними фазами, що генеруються тактовим генератором 987, кожен з яких має однакову частоту, але зрушені по фазі відносно один одного. Керуючі сигнали 991а-991d, наприклад, можуть бути зміщені по фазі на дев'яносто градусів відносно один одного. У цьому варіанті здійснення кожний з міні-нагнітачів 989 забезпечує інвертовану вихідна напруга керуючих сигналів 991а-991d, які генерує тактовий генератор. Головний нагнітач 990 підсумовує вихідні сигнали безлічі міні-нагнітачів 989 і забезпечує вихідний сигнал для схеми 986 нагнітача заряду, який має такий же рівень напруги, як окремі вихідні напруги міні-нагнітачів 989, але має більш високий рівень струму, який являє собою загальну величину струму , що поставляється усіма дванадцятьма міні-нагнітачами 989. Цей вихідний сигнал забезпечує віртуальне заземлення для перетворювача 950 постійної напруги і вихідний негативної клеми 922 контейнера 912.

У додатковому аспекті винаходу схема нагнітача заряду додатково включає в себе регулятор 992 нагнітача заряду, який включає схему 986 нагнітача заряду, тільки коли напруга елемента падає до заздалегідь визначеного рівня напруги, щоб мінімізувати втрати, пов'язані зі схемою 986 нагнітача заряду. Заздалегідь певна напруга для регулятора 992 нагнітача заряду, наприклад, може перебувати в діапазоні від приблизно номінальної напруги гальванічного елемента 930 до приблизно найвищого напруги відключення групи електронних пристроїв, для постачання енергією яких розроблена батарея 910. Заздалегідь певна напруга більш переважно приблизно більш ніж на 0 , 1 В вище напруги відключення електронного пристрою при найбільш зручною рівні, приблизно на 0,05 В більшому напруги відключення. В якості альтернативи, схема 986 нагнітача заряду може керуватися тим же самим керуючим сигналом, який включає перетворювач 950 постійної напруги, щоб схема 986 нагнітача заряду функціонувала, тільки коли працює перетворювач 950.

Крім цього, і перетворювач 950 постійної напруги, і схема 986 нагнітача заряду в батареї, має перезаряджається гальванічний елемент, переважно вимикаються, коли напруга елемента падає приблизно до оптимальної глибини розрядки. Це забезпечує можливість оптимальної розрядки акумуляторної гальванічного елемента, щоб забезпечити максимальну кількість і ефективність циклів зарядки для цього елемента.

Далі, коли заземлювальна ланцюг 980 зміщення вимикається, віртуальне заземлення, яке приєднане до вихідний негативної клеми 922 контейнера 912, переважно скорочується до рівня напруги негативного електрода 934 гальванічного елемента 930. Таким чином, коли заземлювальна ланцюг 980 зміщення не працює, батарея функціонує в стандартній конфігурації заземлення, забезпечується негативним електродом 934 гальванічного елемента 930.

В якості альтернативи, заземлювальна ланцюг 980 зміщення може містити другий перетворювач постійної напруги типу перетворювача обмеження-підвищення напруги, Cuk перетворювача або лінійного регулятора. Крім того, перетворювач 950 постійної напруги і заземлювальна ланцюг 980 зміщення можуть бути об'єднані і замінені одним перетворювачем типу перетворювача обмеження-підвищення напруги, двухтактного перетворювача або перетворювача зворотного ходу, який зрушує позитивне вихідна напруга вгору, а негативне зміщення вниз.

Фіг.10 зображує ще один варіант здійснення схеми 1002 подрегулятора розрядки даного винаходу. У цьому варіанті здійснення перетворювач 1050 постійної напруги здатний приймати коригувальний керуючий сигнал із зовнішнього джерела типу ланцюга 1062 зчитування фазового зсуву. Як описано вище щодо фіг.7, в перетворювачі 1050 постійної напруги використовується схема управління типу широтно-імпульсного модулятора для управління робочими параметрами перетворювача 1050. У цьому варіанті здійснення схема 1002 подрегулятора розрядки включає в себе такі ж елементи, як показана на фіг.9 схема 902 подрегулятора розрядки, але додатково містить ланцюг тисяча шістьдесят два зчитування фазового зсуву, яка вимірює миттєвий зрушення фаз між складовими змінного струму напруги елемента на електроді тисячі тридцять дві і струму, що надходить з гальванічного елемента 1030, вимірюваного на резисторі R _з зчитування струму. Перетворювач 1050 постійної напруги використовує цей сигнал в поєднанні з іншими генеруються всередині або з зовнішнього боку керуючими сигналами для формування робочого циклу.

Подрегулятор тисячі сто дві розрядки показаного на фіг.11 варіанту здійснення може включати в себе такі ж елементи, як подрегулятор 1 002 розрядки, показаний на фіг.10, але додатково містить схему один тисячу сто вісімдесят дві аварійного відключення, електрично поєднану з обома сторонами резистора R _з зчитування струму і з негативною клеммой 1122 гальванічного елемента 1130 і далі з'єднану з регулятором тисяча сто п'ятьдесят два перетворювача. Схема 1182 аварійного відключення може подавати сигнал в регулятор +1152 перетворювача у відповідь на одне або більше пов'язаних з надійністю станів, що вимагають від'єднання гальванічного елемента (елементів) 1130 від вихідних клем 1120 і 1122 контейнера 1112 з метою захисту споживача, електричного або електронного пристрою, що використовує батарею 1110, або самого гальванічного елемента 1130. Наприклад, в разі короткого замикання або зворотної полярності схема 1 182 аварійного відключення подає сигнал в регулятор тисячі сто п'ятьдесят-два перетворювача для від'єднання електродів тисяча сто тридцять два і 1134 гальванічного елемента 1 030 від вихідних клем 1120 і 1122 контейнера 1112. Крім того, схема 1 182 аварійного відключення і може забезпечувати індикацію кінця циклу розрядки гальванічного елемента 1130 для регулятора 1152 перетворювача за допомогою зчитування напруги і / або внутрішнього повного опору гальванічного елемента 1130. Наприклад, подрегулятор 1102 розрядки може лінійно знижувати струм, коли залишається ємність гальванічного елемента 1130 падає до заздалегідь визначеного рівня , періодично від'єднувати електроди 1132 і +1134 гальванічного елемента 1130 від вихідних клем 1120 і тисячу сто двадцять два на невеликий проміжок часу і знову приєднувати, коли залишається ємність гальванічного елемента 1130 досягає заздалегідь визначеної величини, або забезпечувати деяку іншу візуальну, яку було чути або машинозчитувана індикацію про те, що батарея знаходиться на межі відключення. Окремо схема 1 182 аварійного відключення і може використовуватися для забезпечення режиму обходу регулятора, якщо ланцюг одна тисяча сто вісімдесят-три зчитування струму вказує, що номінал усталеного струму вище, ніж може підтримувати регулятор 1152. Якщо цей струм знаходиться в межах запасу надійності елемента 1130, схема 1 182 аварійного відключення може посилати сигнал в регулятор 1 152 перетворювача для під'єднання електродів +1132 і 1 134 гальванічного елемента 1130 безпосередньо до вихідних клем 1120 і 1 122 в обхід перетворювача 1150. в кінці циклу розрядки схема аварійного відключення може і посилати сигнал в регулятор 1154 перетворювача для від'єднання гальванічного елемента 1130 від вихідних клем 1120 і 1122 контейнера 1112 та / або для короткого замикання вихідних клем 1120 і 1122, з метою запобігання споживання струму вирядженим гальванічним елементом 1130 від інших елементів, з'єднаних послідовно з розрядженим гальванічним елементом 1130.

Переважний подрегулятор тисячі двісті дві розрядки, який показаний на фіг.12, включає в себе перетворювач 1250 постійної напруги, що має синхронний випрямляч 1274, який може електронним чином приєднувати позитивний електрод 1232 до позитивної клеми 1220 контейнера 1212 і від'єднувати його. Вимикач синхронного випрямляча 1274 усуває необхідність в додатковому вимикачі типу регулятора 852 перетворювача на прямому електричному шляху між позитивним тисяча двісті тридцять два або негативним +1234 електродами гальванічного елемента 1230 і вихідними клемами 1220 і тисяча двісті двадцять дві контейнера. Додатково, синхронний випрямляч тисячі двісті сімдесят чотири збільшує ефективність перетворювача 1250 постійної напруги шляхом зниження внутрішніх втрат. Регулятор 1252 перетворювача даного варіанту здійснення і забезпечує додаткові вхідні сигнали для управління перетворювачем 1250 постійної напруги. Наприклад, в показаному на фіг.12 варіанті здійснення регулятор 1252 перетворювача контролює внутрішній стан гальванічного елемента за допомогою датчиків (яких немає), типу датчиків температури, тиску і концентрації водню і кисню, на додаток до описаних раніше щодо фіг.10 вимірам фазового зсуву.

Фіг.7-12 зображують поступово все більше ускладнюються конструкції схем даного винаходу. Вони наведені в цьому порядку для того, щоб забезпечити послідовне опис різних елементів, які можуть бути включені в схему подрегулятора розрядки на додаток до перетворювача постійної напруги, який є центральним елементом відповідного до даного винаходу регулятора. Передбачається, що порядок подання не призначений для того, щоб елементи, що вводяться після в схемах, які об'єднують безліч різних елементів, мали всі особливості, описані щодо попередніх креслень, щоб не виходити за рамки обсягу домагання винаходу. Схему аварійного відключення, схему індикатора зарядки, ланцюг зчитування фази і / або заземлювальну ланцюг зсуву, наприклад, можна використовувати в поєднанні з ланцюгами, показаними на фіг.6-11, без регулятора перетворювача або інших елементів, показаних на кресленнях, які зображують ці елементи .

Кращий варіант здійснення інтегральної схеми 1340 регулятора для використання в батареї 1310 згідно з даним винаходом включає в себе перетворювач 1350 постійної напруги і регулятор тисячу триста п'ятьдесят два перетворювача і зображений на Фіг.13. Перетворювач 1350 переважно є високоефективним і перетворювачем середньої потужності, який може функціонувати нижче порогового напруги більшості електронних пристроїв. Подрегулятор +1302 розрядки переважно включає в себе нагнітач заряду типу показаного на фіг.9В, щоб забезпечити віртуальне заземлення, яке має потенціал нижче потенціалу негативного електрода +1334 гальванічного елемента 1330, для перетворювача 1350 постійної напруги і вихідний клеми 1322 контейнера 1312. Віртуальне заземлення забезпечує збільшений перепад напруги, доступний для збудження перетворювача 1350 постійної напруги, і дозволяє перетворювача 1350 більш ефективно виводити більш високий рівень струму з гальванічного елемента 1330, ніж було б можна в разі приведення в дію перетворювача тільки напругою елемента.

У цьому варіанті здійснення в регуляторі 1352 перетворювача переважно використовується схема управління широтно-імпульсної і фазоімпульсной модуляції. Ланцюг 1362 зчитування фазового зсуву вимірює напругу елемента і струм, що надходить з гальванічного елемента 1330 на позитивному 1332 і негативному одна тисяча триста тридцять чотири електродах гальванічного елемента 1330, і миттєвий і / або безперервний фазовий зсув між напругою і струмом. Цей фазовий зсув визначає внутрішнє повне опір гальванічного елемента 1330, яке є функцією зарядної ємності гальванічного елемента 1330. У лужної батареї, наприклад, після розрядки гальванічного елемента 1330 приблизно на 50%, яка визначається падінням напруги в режимі короткого замикання елемента, що збільшується внутрішнє повне опір вказує на що залишається ємність гальванічного елемента 1330. Ланцюг тисяча триста шістьдесят два зчитування фазового зсуву забезпечує ці сигнали для регулятора 1371 с лінійної фазової характеристикою. Потім регулятор 1371 с лінійної фазової характеристикою забезпечує напругу _V s, прочитуване ланцюгом 1 362 зчитування фазового зсуву, і керуючий сигнал V (psi) вихідної напруги, який є лінійно пропорційним фазового зсуву для імпульсного модулятора 1376, який використовує комбінацію схем управління широтно-імпульсної модуляції і фазоімпульсной модуляції. Імпульсний модулятор 1376 і приймає падіння напруги на резисторі _R s в якості сигналу регулювання напруги.

Імпульсний модулятор 1376 використовує сигнали регулювання напруги в поєднанні для збудження перетворювача 1350 постійної напруги. Коли напруга _V s вище заздалегідь визначеного рівня граничної напруги, імпульсний модулятор +1376 зберігає польовий транзистор зі структурою метал-оксид-напівпровідник (МОП-транзистор) М ₃ в закритому стані, а МОП-транзистор М ₄ у відкритому стані. Таким чином, шлях струму від гальванічного елемента 1330 до навантаження підтримується через МОП-транзистор М _3. Крім цього, втрати, пов'язані з перетворювачем 1350 постійної напруги і регулятором тисяча триста п'ятьдесят два перетворювача, мінімізовані, оскільки робочий цикл ефективно зберігається на нульовому відсотку. У цьому випадку втрати постійного струму замкненого МОП-транзистора М ₃ і резистора _R s надзвичайно низькі. Резистор _R s, наприклад, має номінальне значення переважно в діапазоні від приблизно 0,01 до приблизно 0,1 Ом.

Однак, коли напруга _V s нижче заздалегідь визначеного рівня граничної напруги, імпульсний модулятор 1376 включається і модулює робочий цикл перетворювача 1350 постійної напруги на підставі поєднання сигналів регулювання напруги. Амплітуда _V s діє як первинний сигнал, що управляє, який управляє робочим циклом. Падіння напруги на резисторі _R s зчитування струму або датчику струму, яке є функцією вихідного струму, діє як другий керуючий сигнал. Нарешті, сигнал V (psi), створюваний регулятором 1371 с лінійної фазової характеристикою, який є лінійно пропорційним зсуву фаз між складовими змінного струму напруги елемента і струму, що надходить з гальванічного елемента 1330, є третім керуючим сигналом. Зокрема, сигнал V (psi) використовується для зміни робочого циклу в відповідь на зміну внутрішнього повного опору протягом тривалості роботи батареї, яке впливає на ефективність перетворювача і тривалість роботи батареї. Імпульсний модулятор збільшує робочий цикл, якщо миттєва і / або безперервна амплітуда _V s зменшується або якщо падіння напруги на резисторі _R s збільшується, і / або миттєва і / або безперервна амплітуда сигналу V (psi) збільшується. Участь кожної змінної зважується згідно з відповідним алгоритмом управління.

Когда импульсный модулятор 1376 включается, его генератор вырабатывает управляющие импульсы волны в виде меандра или последовательности трапецеидальных импульсов, которые предпочтительно имеют рабочий цикл 50% и частоту в диапазоне от приблизительно 40 кГц до приблизительно 1 МГц, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 40 кГц до приблизительно 600 кГц при наиболее предпочтительной частоте порядка 600 кГц. Импульсный модулятор 1376 изменяет рабочий цикл выходного управляющего сигнала для МОП-транзисторов М ₃ и М ₄ , используя соответствующий алгоритм управления. В более общем случае алгоритм управления приводит в действие транзисторы М ₃ и М ₄ с одним и тем же рабочим циклом, но в противофазе. МОП-транзисторы М ₃ и М ₄ предпочтительно являются комплементарными мощными транзисторами, в которых М ₃ является предпочтительно МОП-транзистором с каналом N-типа, а М ₄ - предпочтительно МОП-транзистором с каналом Р-типа. В сущности, конфигурация всего преобразователя 1350 постоянного напряжения представляет собой повышающий преобразователь постоянного напряжения с синхронизированным выпрямителем на выходе. Кроме того, преобразователь 1350 минимизирует потери переменного и постоянного тока, используя МОП-транзистор М ₃ вместо несинхронного диода Шотки. М ₃ и мощный МОП-транзистор М ₄ приводят в действие отдельные управляющие сигналы. Изменение фазы и/или рабочего цикла между управляющими сигналами М ₃ и М ₄ изменяет выходное напряжение на клеммах 1320 и 1322 контейнера 1312.

Импульсный модулятор 1376 может управлять МОП-транзисторами М ₃ и М ₄ на основании одного или больше сигналов регулирования напряжения типа напряжения V _s , падения напряжения на резисторе R _s или внутреннего полного сопротивления гальванического элемента 1330. Если потребление тока нагрузки низкое, например, импульсный модулятор 1376 формирует рабочий цикл преобразователя 1350 постоянного напряжения близко к нулевому проценту. Однако, если потребление тока нагрузки высокое, импульсный модулятор 1376 формирует рабочий цикл преобразователя постоянного напряжения 1350 близко к 100%. Поскольку потребление тока нагрузки изменяется между этими двумя конечными точками, импульсный модулятор 1376 изменяет рабочий цикл преобразователя постоянного напряжения так, чтобы обеспечить ток, требуемый нагрузкой.

На Фиг.14 приводится сравнение примерных кривых разрядки для батареи В ₁ , которая не имеет соответствующего настоящему изобретению регулятора, батареи В ₂ по настоящему изобретению, имеющей подрегулятор разрядки, в котором преобразователь работает в непрерывном режиме, и для батареи В ₃ по настоящему изобретению, имеющей подрегулятор разрядки, в котором преобразователь включается выше напряжения отключения батареи для обычного электронного устройства, для которого разработана эта батарея. Как показано на фиг.14, батарея В ₁ , которая не имеет регулятор по настоящему изобретению, будет отказывать в электронном устройстве, имеющем напряжение отключения V _c , в момент времени t ₁ . Однако подрегулятор разрядки батареи В ₂ непрерывно повышает выходное напряжение батареи до уровня напряжения V ₂ на протяжении всей продолжительности работы батареи. Когда напряжение гальванического элемента батареи В ₂ падает до уровня напряжения V _d минимального рабочего напряжения подрегулятора разрядки, подрегулятор батареи В ₂ выключается, и выходное напряжение батареи падает до нуля в момент времени t ₂ , заканчивая эффективную продолжительность работы батареи В ₂ . Как показано на графике фиг.14, продление эффективной продолжительности работы батареи В ₂ , имеющей подрегулятор, в котором преобразователь работает в непрерывном режиме, составляет время t ₂ – t ₁ .

Однако регулятор батареи В ₃ не начинает повышать выходное напряжение батареи, пока напряжение гальванического элемента не достигает заранее определенного уровня напряжения V _p3 . Заранее определенный уровень напряжения V _p3 предпочтительно находится в диапазоне между номинальным уровнем напряжения гальванического элемента и самым высоким напряжением отключения того класса электронных устройств, для которого предназначена батарея. Более предпочтительно, заранее определенный уровень напряжения V _p3 составляет приблизительно на 0,2 В больше, чем самое высокое напряжение отключения V _c того класса электронных устройств, для которого предназначена батарея. Еще более предпочтительно, заранее определенный уровень напряжения V _p3 составляет приблизительно на 0,15 В больше, чем самое высокое напряжение отключения V _c того класса электронных устройств, для которого предназначена батарея. Однако, еще более предпочтительно, заранее определенный уровень напряжения V _p3 составляет приблизительно на 0,1 В больше, чем самое высокое напряжение отключения V _c того класса электронных устройств, для которого предназначена батарея, при наиболее предпочтительном уровне приблизительно на 0,05 В больше, чем V _c . Когда напряжение на выводах элемента достигает заранее определенного уровня напряжения V _p3 , преобразователь батареи В ₃ начинает повышать или стабилизировать выходное напряжение до уровня V _c + V. Уровень напряжения V показан на фиг.14 и представляет разность напряжений между повышенным выходным напряжением батареи В ₃ и напряжением отключения V _c . Уровень напряжения V предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 0 В до приблизительно 0,4 В при наиболее предпочтительном уровне приблизительно 0,2 В. Затем батарея В ₃ продолжает обеспечивать выходной сигнал, пока напряжение гальванического элемента не упадет до уровня напряжения V _d , минимального рабочего напряжения преобразователя, когда регулятор батареи В ₃ выключается. В это время выходное напряжение батареи падает до нуля в момент времени t ₃ , оканчивая эффективную продолжительность работы батареи В ₃ . Как показано на графике фиг.14, продление эффективной продолжительности работы батареи В ₃ по сравнению с батареей В ₁ , которая не имеет преобразователя по настоящему изобретению, составляет t ₃ -t ₁ .

На Фіг.14 і показано, що батарея В ₃ продовжує працювати довше батареї У _2, коли вони під'єднані до одного і того ж електронного пристрою. Поскольку преобразователь батареи В ₂ работает непрерывно, внутренние потери преобразователя потребляют некоторую часть емкости энергии гальванического элемента батареи В ₂ , и, следовательно, напряжение элемента батареи В ₂ достигнет минимального рабочего напряжения преобразователя V _d за более короткое время по сравнению с батареей В ₃ , в которой регулятор функционирует только в период цикла разрядки. Таким образом, оптимизация выбора заранее определенного напряжения V _p3 батареи В ₃ как можно ближе к напряжению отключения электронного устройства, которое она снабжает энергией, приведет к наиболее эффективному использованию гальванического элемента и приведет к большему продлению продолжительности работы батареи. Таким образом, заранее определенное напряжение V _p3 батареи В ₃ предпочтительно равно или немного большее напряжения отключения электронного или электрического устройства, для снабжения электроэнергией которого она предназначена. Например, заранее определенное напряжение V _p3 предпочтительно может быть приблизительно на 0,2 В больше, чем напряжение отключения. Более предпочтительно, заранее определенное напряжение V _p3 может быть предпочтительно приблизительно на 0,15 В больше, чем напряжение отключения. Еще более предпочтительно, заранее определенное напряжение V _p3 может быть предпочтительно приблизительно на 0,1 В больше, чем напряжение отключения, при наиболее предпочтительном уровне приблизительно на 0,05 В больше, чем напряжение отключения.

Однако, если батарея разработана как универсальная батарея для разнообразных электронных устройств, то заранее определенное напряжение V _p3 предпочтительно выбирают равным или немного большим, чем самое высокое напряжение отключения этой группы электронных устройств. Например, заранее определенное напряжение V _p3 может быть предпочтительно приблизительно на 0,2 В больше, чем самое высокое напряжение отключения этой группы электронных устройств. Более предпочтительно, заранее определенное напряжение V _p3 может быть предпочтительно приблизительно на 0,15 В больше, чем самое высокое напряжение отключения этой группы электронных устройств. Еще более предпочтительно, заранее определенное напряжение V _p3 может быть предпочтительно приблизительно на 0,1 В больше, чем самое высокое напряжение отключения этой группы электронных устройств при наиболее предпочтительном уровне приблизительно на 0,05 В больше, чем самое высокое напряжение отключения этой группы электронных устройств.

Графики фиг.14 и изображают более низкое минимальное рабочее напряжение преобразователя V _d , большее продление продолжительности работы по сравнению с батареей В ₁ , которая не имеет регулятора по настоящему изобретению. Кроме того, чем больше разность между напряжением V _c отключения электронного устройства и минимальным рабочим напряжением V _d преобразователя, тем большее регулятор по настоящему изобретению обеспечит продление продолжительности работы батареи благодаря повышению напряжения гальванического элемента.

Далее, на фиг.14 изображено, что отключение устройства больше не является фактором ограничения разрядки первичного или перезаряжаемого гальванического элемента. Пока регулятор может поддерживать выходное напряжение батареи выше напряжения отключения устройства, гальванический элемент (элементы) батареи может продолжать разряжаться. В первичной батарее это обеспечивает возможность разряжаться элементу (элементам) по возможности полнее, в зависимости от минимального рабочего напряжения преобразователя. Однако в перезаряжаемой батарее настоящее изобретение обеспечивает возможность оптимальной разрядки, которая увеличивает срок службы перезаряжаемой батареи, независимо от напряжения отключения устройства, пока преобразователь способен функционировать от напряжения на выводах элемента, меньшего или равного оптимальной глубине разрядки перезаряжаемого гальванического элемента.

ПОДРЕГУЛЯТОР ЗАРЯДКИ

Подрегулятор 104 зарядки и может продлевать циклическую долговечность перезаряжаемой батареи по настоящему изобретению. Подрегулятор может продлевать циклическую долговечность перезаряжаемой батареи путем отдельного управления последовательностью зарядки для каждого отдельного гальванического элемента. Таким образом, подрегулятор зарядки может оптимизировать зарядку каждого элемента на основании фактической обратной связи от этого конкретного элемента, чтобы довести до максимума количество и эффективность каждого цикла зарядки и разрядки. Подрегулятор зарядки, например, может управлять зарядкой каждого элемента путем непосредственного контроля напряжения элемента и/или внутреннего полного сопротивления каждого элемента. Это обеспечивает возможность подрегулятору управлять циклом зарядки каждого отдельного гальванического элемента в множестве одноэлементных батарей или одной или больше многоэлементных батарей.

Подрегулятор 104 зарядки и может увеличивать продолжительность работы перезаряжаемой батареи, которая предпочтительно разряжается не глубоко, типа свинцово-кислотной батареи посредством зарядки гальванического элемента (элементов) в течение "времени выключения" цикла разрядки, то есть когда гальванический элемент находится не в режиме разрядки. Например, регулятор может позволять подрегулятору зарядки заряжать любой один или больше из отдельного элемента (элементов) в течение "времени выключения" разрядки для этого элемента (элементов). Если "время выключения" достаточно длительное относительно "времени включения" разрядки, то есть когда конкретный гальванический элемент активно разряжается, подрегулятор зарядки может быть способным поддерживать элемент в состоянии, по меньшей мере близком к состоянию полной заряженности. Если рабочий цикл достаточно высок и устройство работает в течение достаточной продолжительности времени, так что подрегулятор зарядки не способен поддерживать заряд гальванического элемента выше заранее определенного уровня напряжения или ниже конкретного уровня полного сопротивления, который соответствует максимуму требуемой глубины разрядки этого типа или этого конкретного гальванического элемента, то подрегулятор разрядки может заканчивать цикл разрядки батареи, когда перезаряжаемый гальванический элемент (элементы) достигает максимума требуемой глубины разрядки. Подрегулятор зарядки может и предотвращать чрезмерную зарядку только путем зарядки элемента, когда напряжение элемента ниже некоторого заранее определенного уровня напряжения, типа номинального напряжения элемента, с помощью любого другого способа определения окончания цикла зарядки, описанного в этой заявке, или любого другого способа, известного в технике. Таким образом, регулятор может оптимизировать срок службы перезаряжаемых гальванических элементов, не позволяя элементу разрядиться за пределы оптимальной глубины разрядки во время цикла разрядки и оптимизируя последовательность зарядки во время цикла зарядки.

Альтернативные источники питания для зарядного цикла могут включать в себя внешний источник питания типа сетевого шнура устройства или внутренний источник питания типа другого гальванического элемента в устройстве или скомпонованного с перезаряжаемым гальваническим элементом в гибридной батарее. Первичный элемент, например, можно упаковывать в устройстве или, наряду с перезаряжаемым гальваническим элементом, в гибридной батарее. Воздухо-металлический элемент, типа воздухо-цинкового элемента, который имеет высокую плотность энергии, но способен обеспечить только относительно низкие уровни тока, обеспечивает особенно выгодный альтернативный источник питания, который можно использовать для зарядки перезаряжаемого гальванического элемента. В качестве альтернативы, чтобы обеспечить источник зарядки для перезаряжаемого гальванического элемента, в гибридную батарею можно включить альтернативный источник питания типа топливного элемента.

Кроме того, для зарядки батареи по настоящему изобретению подрегулятор зарядки и допускает использование либо контактной системы зарядки, либо бесконтактной изолированной системы зарядки.

Кращий варіант здійснення батареї даного винаходу і може включати в себе індикацію повної зарядки для користувача. Наприклад, подрегулятор зарядки може забезпечувати видиму або яку було чути індикацію для користувача, що батарея повністю заряджена. В якості альтернативи, подрегулятор може забезпечувати індикацію, що зчитується системою зарядного пристрою або пристроєм, щоб система зарядного пристрою або пристрій могли, відповідно, отримувати повідомлення.

На Фіг.15 зображена блок-схема батареї даного винаходу, яка включає в себе схему 1504 подрегулятора зарядки. Схема 1504 подрегулятора зарядки переважно об'єднана в батарею 1510 і відповідає за надійне і ефективне управління надходять сигналом постачання енергією від зовнішнього джерела або схеми зарядки, з метою оптимизирования циклу зарядки акумуляторної гальванічного елемента 1530. Схема 1504 подрегулятора зарядки управляє надходять сигналом постачання енергією від зовнішнього джерела зарядки , на підставі сигналів вхідного напруги, одержуваних зі схеми 105 датчиків, і / або зворотного зв'язку від його власних внутрішніх схем зчитування. Наприклад, схема 1504 подрегулятора зарядки може використовувати сигнал V (psi) регулювання напруги, який визначає внутрішнє повне опір гальванічного елемента 1530. Цей керуючий сигнал виробляється регулятором 1571 з лінійною фазовою характеристикою і описаний з посиланням на Фіг.13. В якості альтернативи, подрегулятор зарядки може управляти зарядкою гальванічного елемента 1530 за допомогою напруги елемента або зарядного струму, або за допомогою комбінації двох або більше внутрішніх повних опорів, напруги елемента і зарядного струму. Крім того, для оптимальної зарядки гальванічного елемента 1530 подрегулятором зарядки можуть використовуватися фізичні стану, вимірювані всередині контейнера 1 512 батареї 1510, такі як концентрація водню, концентрація кисню, температура і / або тиск.

Коли напруга на вихідних клемах 1520 і 1 522 вище, ніж напруга гальванічного елемента 1530, імпульсний модулятор тисячі п'ятсот сімдесят шість подрегулятора 1502 розрядки замикає МОП-транзистор М ₃ з каналом N-типу і відкриває МОП-транзистор М ₄ з каналом Р-типу. МОП-транзистор М ₃ створює шлях струму від вихідних клем 1520 і 1522 для зарядки гальванічного елемента 1530, а МОП-транзистор М ₄ запобігає коротке замикання між вихідними клемами 1520 і 1522. Імпульсний модулятор 1576 і може вимикати заземлювальну ланцюг 1580 зсуву, посилаючи сигнал регулювання напруги на тактовий генератор 1587 заземляющей ланцюга 1580 зсуву. У показаному на фіг.9 прикладі нагнітача заряду, наприклад, тактовий генератор 987 розмикає вимикачі S ₁ і S ₂ і замикає вимикачі S ₃ і S _4, зменшуючи вихідний сигнал віртуального заземлення до потенціалу негативного електрода 934 гальванічного елемента 930.

В якості альтернативи, якщо заземлювальна ланцюг 1580 зсуву включає в себе внутрішній регулятор типу регулятора тисячі п'ятсот дев'яносто дві нагнітача заряду, який працює як описано щодо регулятора 992 нагнітача заряду на фіг.9В, внутрішній регулятор може безпосередньо порівнювати напруга вихідних клем 1520 і тисячі п'ятсот двадцять дві з напругою гальванічного елемента 1530 і вимикати заземлювальну ланцюг 1580 зсуву, якщо напруга на клемах 1520 і 1 522 більше, ніж напруга гальванічного елемента 1530, безпосередньо керуючи тактовим генератором 1587. Це зменшує вихідна напруга віртуального заземлення до потенціалу негативного електрода 1 534 гальванічного елемента 1530.

У кращому варіанті здійснення даного винаходу схема 1504 подрегулятора зарядки використовує інформацію про внутрішньому повному опорі для визначення найбільш ефективного профілю сигналу змінного струму, включаючи амплітуду, частоту, зріз і фронт і т.д. Таким чином, подрегулятор мінімізує внутрішні динамічні і статичні втрати зарядки гальванічного елемента і забезпечує управління для найшвидшої можливої ​​швидкості зарядки для конкретного гальванічного елемента. Крім того, датчики фізичного стану типу концентрації водню і кисню, температури, тиску і т.д. можуть забезпечити можливість додатково оптимізувати умови зарядки.

Коли схема подрегулятора 1504 зарядки вирішує, що гальванічний елемент повністю заряджений, подрегулятор зарядки відкриває МОП-транзистор М ₃ з каналом N-типу. Це від'єднує гальванічний елемент 1530 від клем 1520 і 1 522 контейнера 1512 і, внаслідок цього, від зовнішнього джерела або схеми зарядки.

Використання внутрішнього повного опору для управління зарядкою гальванічного елемента 1530 забезпечує оптимізацію зарядки на підставі дійсних станів іонного і електричного повного опору гальванічного елемента 1530. Завдяки розміщенню подрегулятора 1504 зарядки в кожному контейнері 1512 забезпечують більшу управління окремих гальванічних елементів 1530 безлічі одноелементні батарей або багатоелементної батареї, оскільки подрегулятори окремо управляють зарядкою кожного елемента. Елементи 1530 можна заряджати в послідовній і / або паралельної конфігурації з іншими гальванічними елементами 1530. Якщо елементи заряджаються послідовно, подрегулятор 1504 зарядки може включати в себе шлях високого повного опору між клемами так, щоб, коли гальванічний елемент 1530 повністю зарядиться, подрегулятор 1504 міг шунтировать зарядний струм на інші елементи, з'єднані послідовно з цим елементом 1530. Однак якщо елементи з'єднані паралельно, подрегулятор 1504 зарядки може від'єднувати гальванічний елемент від зарядного струму. Розміщення регулятора в кожному гальванічному елементі багатоелементної батареї забезпечує можливість заряджатися кожному елементу одним і тим же зарядним струмом, який управляється окремими регуляторами в кожному елементі з метою оптимальної зарядки цього елемента, незалежно від електрохімії цього елемента. Цей подрегулятор зарядки і може заряджати безліч елементів гібридної батареї, навіть коли елементи мають різні номінальні напруги.

Фіг.16 зображує один варіант здійснення конфігурації схеми 1504 подрегулятора зарядки, яку можна використовувати в батареї даного винаходу, як показано на Фіг.15. У цьому варіанті здійснення схема 1604 подрегулятора зарядки включає в себе універсальну схему 1677 зарядного пристрою, схему 1678 сплесків і механізм 1679 управління станом зарядки. Механізм 1 679 управління станом зарядки використовує схему 1678 сплесків для створення випробувального струму _I s і випробувальної напруги _V s на електродах +1532 і тисячі п'ятсот тридцять чотири гальванічного елемента 1530. Як описано щодо Фіг.13, регулятор 1571 з лінійною фазовою характеристикою виявляє фазовий зсув між випробувальним струмом _I s і випробувальним напругою _V s. Схема 1678 всплесков предпочтительно включает в себя возбудитель 1668 всплесков и МОП-транзистор M ₁ с каналом N-типа. Возбудитель 1668 всплесков создает импульсный сигнал управления высокой частоты, который возбуждает затвор МОП-транзистора M ₁ . Испытательный ток I _s протекает через МОП-транзистор M _l , и регулятор 1571 с линейной фазовой характеристикой обнаруживает угол фазового сдвига между испытательным током I _s и испытательным напряжением V _s . Регулятор 1571 с линейной фазовой характеристикой выдает сигнал V(psi) регулирования напряжения, который линейно пропорционален сдвигу фаз между составляющими переменного тока напряжения элемента и тока, выводимого из гальванического элемента 1530, в механизм 1679 управления состоянием зарядки. Механизм 1679 управления состоянием зарядки использует этот управляющий сигнал из регулятора 1571 с линейной фазовой характеристикой для управления профилем сигнала зарядки переменного тока. Когда гальванический элемент 1530 полностью зарядится, импульсный модулятор 1576 отсоединяет МОП-транзистор М ₃ , который, в свою очередь, отсоединяет гальванический элемент 1530 от клемм 1520 и 1522 контейнера 1512.

На фиг.17 изображен альтернативный вариант осуществления схемы подрегулятора зарядки, показанной на фиг.15, который обеспечивает возможность изолированной зарядки гальванического элемента 1530 без каких-либо механических контактов между внешней схемой зарядного устройства и батареей 1510 по настоящему изобретению. В этом варианте осуществления схема 1704 подрегулятора зарядки включает в себя катушку индуктивности, которая действует как вторичная обмотка трансформатора для зарядки гальванического элемента 1530. Внешний источник зарядки включает в себя первичную обмотку трансформатора, которая может быть подсоединена беспроволочным соединением через воздух ко вторичной обмотке схемы 1704 подрегулятора зарядки. Батарея по настоящему изобретению, например, может содержать печатную катушку индуктивности на маркировке батареи 1510 или может содержаться внутри контейнера или батареи для образования вторичной обмотки зарядного трансформатора. Зарядная цепь этого варианта осуществления предпочтительно работает на частоте в диапазоне от приблизительно 20 кГц до приблизительно 100 кГц, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 40 кГц до 60 кГц при наиболее предпочтительной частоте приблизительно 50 кГц. Сигнал от внешнего источника зарядки возбуждает вторичную обмотку 1798 схемы 1704 подрегулятора зарядки через первичную обмотку внешнего источника зарядки. Механизм 1794 управления состоянием зарядки управляет универсальной схемой 1777 зарядного устройства, чтобы оптимизировать цикл зарядки перезаряжаемого гальванического элемента 1530. Если внешняя схема зарядного устройства работает на частоте порядка 50 кГц, трансформатор имеет достаточный диапазон, чтобы обеспечить зарядку гальванического элемента от приблизительно 1 (25,4 мм) до приблизительно 3 дюймов (76,2 мм) от батареи по настоящему изобретению, и может, таким образом, обеспечивать зарядку гальванического элемента на месте работ без удаления батареи из электрического или электронного устройства. Это может обеспечивать явное преимущество над батареями, которые следует удалять из устройства. Батарею в имплантированном хирургическим путем устройстве, например, типа электростимулятора можно заряжать без удаления батареи хирургическим путем из пациента.

ПОДРЕГУЛЯТОР АВАРИЙНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ

Регулятор и может выполнять функцию аварийного отключения, которая отсоединяет гальванический элемент от клемм контейнера батареи, когда обнаруживаются одно или более связанных с безопасностью состояний, и/или подсоединять гальванический элемент непосредственно к выходным клеммам, обходя преобразователь, если требуемый нагрузкой ток превышает возможности преобразователя, но все еще находится в пределах диапазона рабочего тока для конкретного гальванического элемента. Регулятор может включать в себя независимый подрегулятор аварийного отключения, который обнаруживает опасные состояния, типа короткого замыкания, обратной полярности, чрезмерной зарядки, переразрядки, высокой температуры, давления или концентрации водорода, и электронным образом отсоединять гальванический элемент от клемм батареи. В качестве альтернативы, функции аварийного отключения могут выполнять схемы подрегулятора разрядки и/или подрегулятора зарядки, или регулятор может включать в себя отдельные схемы считывания, которые подают сигналы в подрегулятор разрядки и/или подрегулятор зарядки для отсоединения гальванического элемента от клемм батареи.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Батарея, содержащая регулятор, элемент батареи, расположенный в контейнере, имеющий полное внутреннее сопротивление, положительный электрод, отрицательный электрод, при этом напряжение в элементе батареи измеряется между положительным и отрицательным электродами, регулятор, электрически соединенный с упомянутыми электродами и клеммами контейнера для образования из напряжения элемента выходного напряжения между положительной и отрицательной клеммами контейнера, и схему, чувствительную к заранее определенному состоянию батареи, выполненную с возможностью отключения выходного напряжения регулятора от клемм контейнера при обнаружении заранее определенного состояния батареи, которое, по существу, определено полным внутренним сопротивлением элемента батареи.

2. Батарея по п.1, в которой схема является частью регулятора и обеспечивает отсоединение выходного напряжения регулятора от положительной и отрицательной клемм контейнера при обнаружении заранее определенного состояния батареи.

3. Батарея по любому из пп.1 и 2, в которой схема содержит датчик тока, соединенный с элементом батареи для измерения тока элемента, причем схема является чувствительной к заранее определенному состоянию, которое является одним из состояний: короткое замыкание и обратная полярность, которое определяется датчиком тока, и отсоединяет выходное напряжение регулятора при обнаружении этого заранее определенного состояния.

4. Батарея по любому из пп.1-3, в которой схема обеспечивает контроль в элементе батареи за напряжением и/или за полным внутренним сопротивлением, при этом схема является чувствительной к заранее определенному состоянию, которое является одним из состояний: понижение напряжения в элементе батареи ниже заранее определенного уровня напряжения и превышение полного внутреннего сопротивления, и отсоединяет выходное напряжение регулятора при обнаружении этого заранее определенного состояния для предотвращения переразрядки элемента батареи.

5. Батарея по любому из пп.1-4, в которой схема обеспечивает контроль в элементе батареи за напряжением и является чувствительной к заранее определенному состоянию, определяющему превышение напряжением заранее определенного уровня, и отсоединяет выходное напряжение регулятора при обнаружении этого заранее определенного состояния для предотвращения чрезмерной зарядки элемента батареи.

6. Батарея по любому из пп.1-5, в которой схема обеспечивает контроль в элементе за давлением внутри контейнера, при этом схема является чувствительной к заранее определенному состоянию, определяющему давление в контейнере, превышающее предельное давление, и отсоединяет выходное напряжение регулятора при обнаружении этого заранее определенного состояния.

7. Батарея по любому из пп.1-6, в которой схема обеспечивает контроль за концентрацией водорода внутри контейнера, причем схема является чувствительной к заранее определенному состоянию, определяющему концентрацию водорода в контейнере, превышающую предельный уровень водорода, и отсоединяет выходное напряжение регулятора при обнаружении этого заранее определенного состояния.

8. Батарея по любому из пп.1-7, в которой схема обеспечивает контроль за температурой внутри контейнера, причем схема является чувствительной к заранее определенному состоянию, определяющему температуру в контейнере, превышающую предельную температуру, и отсоединяет выходное напряжение регулятора при обнаружении этого заранее определенного состояния.

9. Батарея за допомогою одного з пп.1-8, в якій заздалегідь певний стан являє собою стан, при якому необхідна навантаження по струму, що подається на батарею, перевищує можливості регулятора, причому схема і спрацьовує при від'єднанні вихідної напруги регулятора від клем контейнера і забезпечує з'єднання елемента батареї безпосередньо з клемами контейнера для освіти на клемах контейнера напруги, відповідної напрузі елемента батареї.

10. Спосіб продовження періоду нормальної експлуатації батареї, за яким забезпечують батарею, що має регулятор, відповідний для використання в батареях, що мають первинну батарею і вторинну батарею, і містить контейнер, що має позитивну клему і негативну клему, і елемент батареї, розташований в контейнері, який має повне внутрішнє опір, позитивний електрод і анод, при цьому напруга в елементі батареї вимірюється між позитивним і негативним електродами, причому регулятор електрично з'єднують зі згаданими електродами елемента батареї і клемами контейнера для освіти з напруги елемента батареї вихідної напруги між позитивною і негативною клемами контейнера, і при виявленні заздалегідь визначеного стану батареї, яке, по суті, визначено повним внутрішнім опором елемента батареї, відключають вихідна напруга регулятора від клем контейнера.

Версія для друку
Дата публікації 24.03.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів