(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体消費バッテリに供給する流体を制御する方法であって、
バッテリの流体消費電極への流体の侵入率を調整するための弁と、前記弁を動作させるためのアクチュエータとを備えた流体調節システムを提供するステップと、
前記流体調節システムの動作状態であって、温度、湿度、及び、弁が１つの位置から別の位置に移動するのに必要な時間又はエネルギーを表す摩耗パラメータから選択される動作状態を感知するステップと、
前記弁を開位置に保持する最低限必要な時間を前記感知した動作状態に基づいて決定するステップと、
を含み、
前記最低限必要な時間は、
前記弁を閉じるのに必要な第１のバッテリ容量の損失を計算するステップと、
前記弁を開くのに必要な第２のバッテリ容量の損失を計算するステップと、
前記弁を前記開位置にあるままにしておくことによるバッテリ容量の損失率を計算するステップと、
前記最低限必要な時間を、さらに、前記第１のバッテリ容量の損失及び前記第２のバッテリ容量の損失の比較及び前記計算したバッテリ容量の損失率に基づいて計算するステップと、
に基づいて算出され、
方法は、さらに、
感知したバッテリ電気出力が第１の低閾値より小さくなった場合に前記弁を開くように前記弁の作動を制御するステップと、
前記弁を前記最低限必要な時間にわたって前記開位置に保持するステップと、
感知したバッテリ電気出力が第２の高閾値より大きくなった場合に前記弁を閉じるように前記弁の作動を制御するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記最低限必要な時間を、前記感知した動作状態に基づいて定期的に調整するステップをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記最低限必要な時間を決定する前記ステップが、前記最低限必要な時間をルックアップテーブルから選択するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記動作状態が感知温度を含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記動作状態が前記摩耗パラメータを含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記動作状態が感知湿度を含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記流体消費電極が空気電極を含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
バッテリ電圧の変化率をモニタするステップと、前記モニタしたバッテリ電圧の変化率に基づいて前記弁を開くように前記弁を制御するステップとをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記弁の位置を感知するステップをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記弁が可動プレートを含み、前記可動プレートを動かすことにより前記弁が開閉される、
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
流体消費バッテリへの流体を調節するための流体調節システムであって、
バッテリの流体消費電極への流体の侵入率を調整するための弁と、
前記弁を少なくとも開位置と閉位置の間で動作させるためのアクチュエータと、
前記流体調節システムの前記動作状態を感知するためのセンサと、
前記アクチュエータの動作を前記弁を開閉するように制御するためのコントローラと、を備え、前記コントローラが、必要なバッテリ電気出力がより大きな場合に前記弁を開くように、及び必要なバッテリ電気出力がより小さな場合に前記弁を閉じるように前記アクチュエータを制御し、前記コントローラが、前記弁を前記最低限必要な時間にわたって前記開位置に保持し、前記流体調節システムが、前記流体消費バッテリに供給する流体を請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法に基づいて調節する
ことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
前記弁が、前記アクチュエータが前記弁を開閉するように作動できる可動プレートを含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラが、必要なバッテリ電圧がより大きな場合に前記弁を開き、必要バッテリ電圧がより小さな場合に前記弁を閉じるように前記アクチュエータを制御する、
ことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に流体消費電極を備えた電気化学バッテリ及びセルを出入りするガスなどの流体の侵入率を制御するための流体調節システムに関し、またこのような流体調節システムを使用するバッテリ及びセル、特に空気限極セル及びバッテリ、空気補助燃料セル及びバッテリ、及び燃料セル及びバッテリに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な携帯用電子機器に給電するために、空気限極電池、空気補助電池、及び燃料セル電池などの、セル外部からの酸素及びその他のガスなどの流体を電気エネルギーを生成するための活物質として使用する電気化学電池を使用することができる。例えば、空気限極セル又は空気補助セルに空気が侵入すると、この空気を正極活物質として使用することができ、又はこの空気が正極活物質を再充電することができる。酸素還元電極は、酸素のセル電解液との反応、最終的には負極活物質の酸素による酸化の反応を促進する。酸素還元電極内の、酸素の電解液との反応を促進する物質は、多くの場合触媒と呼ばれる。しかしながら、酸素還元電極で使用する一部の物質のなかには、特に放電率が比較的高い周期中に少なくとも部分的に還元され得るという理由で真の触媒ではないものもある。
【０００３】
空気限極セルの１つの種類に、亜鉛／空気セルがある。この種のセルは、負極活物質として亜鉛を使用し、（ＫＯＨなどの）水性アルカリ性電解液を有する。亜鉛／空気セルの空気電極内で使用できるマンガン酸化物は、特に空気電極内への酸素の拡散率が不十分なときに、負極活物質の酸化に合わせて電気化学還元を行うことができる。その後、低率の放電又は休止期間中に、これらのマンガン酸化物を酸素により再酸化することができる。
【０００４】
空気補助セルは、消費可能な正及び負極活物質並びに酸素還元電極を含むハイブリッドセルである。正電極は、かなりの期間にわたって高い放電率を持続することができるが、低放電又は無放電期間中に、酸素還元電極を介して酸素が正電極を部分的に再充電することができるので、総セル放電容量の大部分に酸素を使用することができる。このことは、セルに注入される正極活物質の量を低減させるとともに、負極活物質の量を増加させて総セル容量を増加させることができることを意味する。空気補助セルの例は、同一出願人による米国特許第６，３８３，６７４号及び米国特許第５，０７９，１０６号に開示されている。
【０００５】
空気限極セル、空気補助セル及び燃料セルの利点は、電極の少なくとも一方の活物質の少なくとも一部がセル外部からの（ガスなどの）流体に由来することにより、又はこの流体によって再生されることによりエネルギー密度が高いという点である。
【０００６】
これらのセルの短所は、酸素還元電極に酸素が侵入できる割合により、これらのセルが可能とする最大放電率が制限される可能性があるという点である。これまでに、酸素還元電極内への酸素の侵入率を増加させるための、及び／又は無駄の多い反応の原因となり得る二酸化炭素などの好ましくないガスの侵入率、並びに放電反応生成物の体積の増加に対応するための、又はセルを乾燥させるためのセル内の空間を満たすことができる（セル内外の相対的水蒸気分圧に左右される）水の侵入率又は損失率を制御するための努力がそれぞれ行われてきた。これらの方法の例を、米国特許第６，５５８，８２８号、米国特許第６，４９２，０４６号、米国特許第５，７９５，６６７号、米国特許第５，７３３，６７６号、米国特許出願公開第２００２／０１５０８１４号、及び国際特許公開第２／３５６４１号に見いだすことができる。しかしながら、これらのガスの１つの拡散率を変更すると、一般に他のガスも影響を受ける。酸素の拡散率を高くしてＣＯ2と水の拡散率を低くするというニーズのバランスをとるための努力を行ったときも、限られた成功しか得られなかった。
【０００７】
放電率が高くなるほど、酸素還元電極内に十分な酸素を取り込むことがより重要となるが、放電率が低い期間中及びセルが使用されていない期間中は、ＣＯ2と水の拡散を最小限に抑える重要性が増加する。放電率が高い期間中にのみセル内への気流を増加させるために、ファンを使用してセル内に空気を強制的に送り込んできた（米国特許第６，５００，５７５号など）が、ファン及びこれらのコントローラにはコスト及び製造の複雑さを伴う可能性があり、ファンは、たとえマイクロファンであっても個々のセル、複数の電池パック及び機器内の貴重な容積を占領する可能性がある。
【０００８】
提案されてきた別の方法に、弁を使用してセルに侵入する空気の量を制御する方法がある（米国特許第６，６４１，９４７号及び米国特許出願公開第２００３／０１８６０９９号など）が、弁を動作させるためにファン及び／又は比較的複雑な電子部品などの外部手段が必要となる可能性がある。
【０００９】
さらに別の方法は、例えばバッテリの放電中に酸素が消費されることに起因して生じる空気圧の差異によって開閉できるフラップを有する非透水性膜を酸素還元電極と外部環境の間に使用することであった（米国特許出願公開第２００３／００４９５０８号など）。しかしながら、この圧力差が小さい場合があり、バッテリ外部の大気条件の影響を受ける可能性もある。
【００１０】
同一出願による米国特許出願公開第２００５／０１３６３２１号には、アクチュエータによって動作する弁を開示しており、このアクチュエータは、アクチュエータ全体に印加される電位の変化に応答して弁を開閉させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，３８３，６７４号
【特許文献２】米国特許第５，０７９，１０６号
【特許文献３】米国特許第６，５５８，８２８号
【特許文献４】米国特許第６，４９２，０４６号
【特許文献５】米国特許第５，７９５，６６７号
【特許文献６】米国特許第５，７３３，６７６号
【特許文献７】米国特許出願公開第２００２／０１５０８１４号
【特許文献８】国際特許公開第２／３５６４１号
【特許文献９】米国特許第６，５００，５７５号
【特許文献１０】米国特許第６，６４１，９４７号
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００３／０１８６０９９号
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００３／００４９５０８号
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００５／０１３６３２１号
【特許文献１４】米国特許出願第１１／８６０，１１７号
【特許文献１５】米国特許出願第１１／８５２，５１６号
【特許文献１６】米国特許出願公開第２００４／００９８０８１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１つの態様によれば、流体消費バッテリに供給される流体を制御する方法が提供される。この方法は、流体がバッテリの流体消費電極内に侵入する割合を調整する弁と、弁を動作させるためのアクチュエータとを備えた流体調節システムを提供するステップを含む。この方法はまた、流体調節システムの動作状態を感知するステップと、弁を開位置に保持するために最低限必要な時間を感知した動作状態に基づいて決定するステップとを含む。この方法は、必要なバッテリの電気出力がより大きな場合に弁を開くように弁の作動を制御するステップと、弁を最低限必要な時間にわたって開位置に保持するステップと、必要なバッテリの電気出力がより小さい場合に弁を閉じるように弁の作動を制御するステップとをさらに含む。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、流体消費バッテリへの流体を調節するための流体調節システムが提供される。このシステムは、流体がバッテリの流体消費電極内に侵入する割合を調節する弁と、弁を少なくとも開位置と閉位置との間で動作させるためのアクチュエータとを備える。このシステムはまた、流体調節システムの動作状態を感知するためのセンサも備える。このシステムは、弁を開閉するようにアクチュエータの動作を制御するためのコントローラをさらに備える。このコントローラは、必要なバッテリの電気出力がより大きな場合に弁を開き、必要なバッテリの電気出力がより小さな場合に弁を閉じるようにアクチュエータを制御する。コントローラは、最低限必要な時間にわたって弁を開位置に保持する。この最低限必要な時間は、感知した動作状態に基づいて決定される。
【００１４】
当業者であれば、以下の明細書、特許請求の範囲及び添付図面を参照することにより、本発明の上記の及びその他の特長、利点、及び目的をさらに理解し認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態により構成されたバッテリの頂部を示す斜視図である。
【図２】図１に示すバッテリの底部を示す斜視図である。
【図３】バッテリの底部を、バッテリとともに使用する流体調節システムを形成する構成部品とともに示す分解斜視図である。
【図４】図１及び図１６に示すバッテリ内で有用な流体調節システムの第１の構造の斜視図である。
【図５Ａ】開位置にある流体調節システムの弁を示す部分断面図である。
【図５Ｂ】閉位置内にある流体調節システムの弁を示す部分断面図である。
【図６】本発明で有用な別のアクチュエータ構造及びオーバーモールド成形したシャーシを使用する流体調節システムの平面図である。
【図７】別の実施形態による、単ピンを含むアクチュエータを使用する流体調節システムの平面図である。
【図８】代替のピンアクチュエータアセンブリを使用する流体調節システムの平面図である。
【図９Ａ】本発明の１つの実施形態で使用する弁を含むバッテリの一部の断面図である。
【図９Ｂ】本発明の１つの実施形態で使用する弁を含むバッテリの一部の断面図である。
【図１０】本発明の様々な実施形態で使用できる流体調節システムの代替構造である。
【図１１】本発明の第１の実施形態のバッテリの変形例の分解斜視図である。
【図１２】図１１に示す代替のバッテリ構造の１つの考えられる実施構成の部分断面図である。
【図１３】図１１に示す代替のバッテリ構造の別の考えられる構成である。
【図１４】第１の実施形態の異なるバッテリ構造を示す部分断面図である。
【図１５】第１の実施形態によるバッテリのさらに別の考えられる実施構成の部分断面図である。
【図１６】本発明により構成されたバッテリの第２の実施形態の分解斜視図である。
【図１７】図１６に示すバッテリの部分断面図である。
【図１８】本発明の第１又は第２の実施形態とともに使用できる電気接点タブの詳細を示す断面図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態によるバッテリの代替構造を示す部分断面図である。
【図２０】図１９に示す構造で使用できる修正した缶の部分斜視図である。
【図２１】図１９に示す構造で使用できるガスケットの部分斜視図である。
【図２２】図２１に示すガスケットの一部の断面図である。
【図２３】本発明の第３の実施形態によるバッテリの、流体調節システムアクチュエータ及び制御回路を図示していない分解斜視図である。
【図２４】図２３に示すバッテリの流体調節システムを右側から見た断面図である。
【図２５】本発明の第４の実施形態による流体調節システムの断面図である。
【図２６】本発明の実施形態による流体調節システムの一部の分解部分斜視図である。
【図２７Ａ】閉位置にある弁の、制御回路の一部の概略図を含む実施形態の平面図である。
【図２７Ｂ】図２７Ａに示す弁の実施形態の弁が開位置にある場合の平面図である。
【図２７Ｃ】図２７Ｂに示す弁の実施形態のアクチュエータが伸びた状態の平面図である。
【図２７Ｄ】図２７Ａに示す弁の実施形態の両アクチュエータが縮んだ状態の平面図である。
【図２８】コネクタに固定されたＳＭＡワイヤの斜視図である。
【図２９】１つの実施形態による、受動閉鎖アクチュエータを使用する流体調節システムの平面図である。
【図３０】別の実施形態による、均圧流路をシャーシ内に設けた流体調節システムを有するバッテリの斜視図である。
【図３１】図３０に示す流路を備えた流体調節システムを有するバッテリの分解斜視図である。
【図３２】図３０の線ＸＸＸＩＩ−ＸＸＸＩＩに沿って切り取ったバッテリ及び流体調節システムの一部の断面図である。
【図３３】図３１の線ＸＸＸＩＩＩ−ＸＸＸＩＩＩに沿って切り取ったシャーシの、蛇行した流路を形成するバッフルをさらに示す断面図である。
【図３４】別の実施形態による、均圧流路を備えた流体調節システムを有するバッテリの分解斜視図である。
【図３５】１つの実施形態による、シャーシ及びシャーシ内に封入された導電性フレームを使用する流体調節システムを有するバッテリの分解斜視図である。
【図３６】図３５の流体調節システムで使用する導電性フレームの斜視図である。
【図３７】上部に位置センサを取り付けた電気部品を有する導電性フレームの斜視図である。
【図３８】実質的にシャーシ内に封入された導電性フレームの斜視図である。
【図３９】余分なフレーム素子を除去した後のシャーシ及びフレームの斜視図である。
【図４０】１つの実施形態による、アクチュエータを取り付けた後の流体調節システムの斜視図である。
【図４１】図４０のＸＬＩ部分の、クリンプ開口部内のアクチュエータクリンプの圧入アセンブリ及び位置センサをさらに示す拡大図である。
【図４２】図４１の線ＸＬＩＩ〜ＸＬＩＩに沿って切り取った、圧入アセンブリをさらに示す断面図である。
【図４３】別の実施形態による取り付け前のクリンプ接続部の断面図である。
【図４４】図４３に示す取り付けたクリンプ接続部の断面図である。
【図４５】さらなる実施形態による取り付け前のクリンプ接続部の断面図である。
【図４６】図４５に示す取り付けたクリンプ接続部の断面図である。
【図４７】流体消費セルをシャーシに取り付けた後のバッテリの斜視図である。
【図４８】フレームからバッテリ端子へのバッテリ接点の接続部を示すバッテリの斜視図である。
【図４９】完全に組み立てたバッテリの斜視図である。
【図５０】本発明の１つの実施形態による、シャーシに埋め込んだ２つの位置センサを示す流体調節システムの平面図である。
【図５１】本発明の１つの実施形態による、流体調節システムの弁を制御するための制御回路を示すブロック図である。
【図５２】本発明の１つの実施形態による、制御回路により弁を制御するように実行される状態論理を示す状態図である。
【図５３】１つの実施形態による、感知温度に基づいて弁を開位置に保持するために最低限必要な時間を示すルックアップテーブルである。
【図５４】本発明の１つの実施形態によるブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態は、セル外部からの（酸素又は別のガスなどの）流体を電極の一方の活物質として利用する電気化学セルを含むバッテリのための流体調節システムを含む。セルは、酸素還元電極などの流体消費電極を有する。セルは、空気限極セル、空気補助セル、又は燃料セルであってもよい。バッテリは、流体が（空気限極セル及び空気補助セル内の空気電極などの）流体消費電極に通過する割合を、高率又は高出力時のセルの放電に十分な量の流体をセル外部から供給するように調整する一方で、低率放電又は無放電の期間中には流体の流体消費電極内への侵入及びセルとの間における水の獲得又は損失を最小限に抑えるための流体調節システムを使用する。
【００１７】
流体調節システムは、セル電位の変化に素早く応答し、耐用年数のサイクルが長く、動作電圧が放電時のセル電圧の範囲に十分に適合するように低く、高効率であることが好ましい。また、この調節システムは、閉位置で管理されている流体に対する浸透率が低く、セル内の活性流体の必要性に比例して開閉し、非常に少量の総セル放電容量しか必要とせず、容積が小さく、製造が容易で製造費が安く、セル、バッテリ又は装置に組み込まれることが好ましい。
【００１８】
本明細書では、特に指示しない限り「流体」という用語は、セルによる電気エネルギーの生成において流体消費セルの流体消費電極が消費できる流体を意味する。以下、酸素還元電極を含む空気限極セルによって本発明を例示するが、燃料セルなどの他の種類の流体消費電極を有する流体消費セルにおいて本発明をより一般的に使用することもできる。燃料セルは、セルハウジング外部からの様々なガスをセル電極の一方又は両方の活物質として使用することができる。
【００１９】
図１〜図３に関して以下でさらに説明するように、図示のバッテリ１０は、流体消費セル２０及び流体調節システム５０を含む。流体調節システム５０は、流体消費セル２０の（単複の）流体消費電極への流体の流れを調節する。空気限極セルでは、流体調節システムが、流体消費セル２０のセルハウジング３０の内部又は外部に、及び酸素還元電極の空気側（すなわち、セルハウジング外部からの空気が到達できる酸素還元電極側）に配置される。
【００２０】
バッテリ１０の第１の実施形態を図１〜図３に示す。図示のように、流体消費セル２０（この場合は空気限極セル）は、セルハウジング３０を含み、セルハウジング３０は、第１のハウジング構成部品及び第２のハウジング構成部品を含み、これらは缶３４及びカバー３６をそれぞれ含むことができ、或いは缶又はカバーと考えられるであろうはずのものとは異なる形状又はサイズを有することができる。例示を目的として、以下第１のハウジング構成部品を缶３４と呼び、第２のハウジング構成部品をカバー３６と呼ぶ。缶３４及びカバー３６は、両方とも導電性材料で作られるが、ガスケット３８により互いに電気的に絶縁される（図１２）。一般に、缶３４は流体消費セル２０の外部正接点端子として機能し、カバー３６は外部負接点端子として機能する。以下でさらに説明するように、セル２０は、流体消費電極又は空気電極とすることができる第１の電極４０、負電極（すなわちアノード）とすることができる第２の電極４２、及び第１の電極と第２の電極の間に配置された分離器４４をさらに含む（図１２を参照）。第１の電極４０は、缶３４に電気的に結合されることが好ましく、第２の電極４２は、カバー３６に電気的に結合されることが好ましい。
【００２１】
缶３４は、流体がセルハウジング３０の内部に入り込んで流体消費電極４０に到達できるように複数の流体入口３２を設けた底面３５を含む（図１２を参照）。
【００２２】
図１〜図３に示す実施形態では、流体調節システム５０が、缶３４の底面３５の外部に固定されている。流体調節システム５０をセル２０の外部に装着できる特定の態様についてはさらに先で説明する。また、流体調節システム５０を流体消費セル２０の内部に組み込んださらなる実施形態についても以下で説明する。
【００２３】
この特定の実施形態による流体調節システム５０は、（流体入口３２に対応することができる）複数のアパーチャ６４を有する（缶３４の底面３５に対応することができる）第１のプレート６２と、第１のプレート６２内に形成されたアパーチャ６４にサイズ、形状、数及び位置が一致する複数のアパーチャ６８を含む移動可能な第２のプレート６６とを含む弁６０を含むことができる。アパーチャ６４及び６８のサイズ、形状、数及び位置は、流体消費電極に印加される流体の所望の体積及び配分を実現するように最適化されることが好ましい。アパーチャ６４のサイズ、形状、数及び相対位置は、アパーチャ６８のサイズ、形状、数及び相対位置と同じである必要はない。例えば、アパーチャ６４がアパーチャ６８とサイズがわずかに異なる場合、プレート６２及び６６を貫く総開放区域を最大にするためにアパーチャ６４及び６８を正確に位置合わせすることは必須ではない。
【００２４】
流体調節システム５０は、内部に第２のプレート６６を配置する開口部７４を備えた環状本体部分７２を有するシャーシ７０をさらに含むことができる。開口部７４は、プレート６６の細長い側端部に接触しながら、プレート６６の短い方の側に余分な空間を与えて、プレート６６をその最長寸法と平行に軸に沿って線形に摺動できるようにするような形状及びサイズにされることが好ましい。従って、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第２のプレート６６のアパーチャ６８を第１のプレート６２のアパーチャ６４と位置が合うように、及び位置がずれるように動かすことにより弁６０を開閉することができる。以下でさらに説明するように、シャーシは、第２のプレート６６を第１のプレート６２に隣接して導くとともに、場合によってはそこに保持するように構成されることが好ましい。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、プレート６２と６６の間に油又はＴＥＦＬＯＮ（（登録商標）で作られた潤滑層６９を配置して、第２のプレート６６がプレート６２の表面に沿ってより容易に摺動できるようにすることができる。このようにして、潤滑層６９により、アクチュエータがより少ない力で弁を開閉できるようになる。また、プレート６２及び６６の表面を良好な密封を行うのに十分に滑らかにすることは困難であると考えられるので、これらの表面を別様にさらに滑らかにする複雑かつ高価なプレートの機構を必要とせずに、潤滑流体６９を利用して弁の密封特性を高めることができる。第２のプレート６６は、冷蔵庫に設けられるガスケットで一般に使用されているような磁性材料で作成することができる。磁気プレート６６を利用することにより、プレート６６をプレート６２に対してしっかりと別様に保持する機構を含むようにシャーシ７０を構成する必要はない。磁気プレート６６は、隣接プレート６２の形状に適合できる可撓性磁石であることが好ましい。磁気プレート６６は、（バリウム／ストロンチウムフェライトなどの）強磁性材料とエラストマ材料を混ぜ合わせたような適当な磁性材料で作成することができる。磁気プレート６６は、十分な磁力を保持するためにセル２０からエネルギーを消費しない永久磁石であってもよい。図３及び図１１に示す実施形態では、（以下でさらに説明するような）缶３４の蓋１００及び底面３５により、移動可能な第２のプレート６６を頂部及び底部上で制約することができる。代替の実施形態では、バッテリ１０’が、図２３及び図２４に示す流体調節システム５０’を有する。図３及び図１１では、シャーシ７０’の方がシャーシ７０よりも背が高い。これにより、蓋１００と可動プレート６６との間の流体の動きを容易にすることができ、この結果、プレート６６の表面全体にわたって流体の分布が均一になり、プレート６６及び６２が開位置で位置合わせされたときにアパーチャ６８及び６４を通る流体の流れがより均一になる。
【００２５】
シャーシ７０’は、中でプレート６６を摺動できるようにするレース又は溝７３を作り出す、内向きに延びるレッジ７１を含むことができる。レッジ７１の垂直位置を、プレート６６を表面３５に対して十分にしっかりと保持するのに望ましい寸法のレース７３を作り出すように選択して、プレート６６及び６２が閉位置で、ただしプレート６６の所望の摺動運動を妨げるほどきつくないように位置合わせされたときに良好な密封を実現するようにすることができる。レッジ７１は、シャーシ７０’の一体部品であってもよく、又は別個の構成部品であってもよい。例えば、レッジ７１は、シャーシ本体７２’内に成形された平坦なワッシャ又は挿入ストリップの形状であってもよく、又はシャーシ本体７２’に取り付けられた別個の構成部品であってもよい。レッジ７１は、シャーシ本体７２’と同じ材料又は異なる材質で作成することができる。シャーシ本体７２’及びレッジ７１の材料は、レース７３内のプレート６６に所望の強度及び滑らかなすべりの両方を提供するように選択することができる。シャーシ本体７２’又はレッジ７１を導電性材料で作成した場合、アクチュエータ８０及び制御回路９０の電気部品から絶縁させることが必要となり得る。連続的なレッジの代替として、一連の突起を使用することができる。
【００２６】
プレート６６の中央部分を平坦に保つために、プレート６６の上方にある開口部７４’を横切って延びるリブなどの１又はそれ以上のさらなる構造体を組み込むようにレッジ７１及び／又はシャーシ本体７２’を変更することもできる。或いは、蓋１００からの下方への突起を使用して、プレート６６の中央部分を平坦に保つことができる。
【００２７】
図２５に示すように、シャーシ７０’は、蓋１００を内部に保持する第２のレース７７を含むことができる。この第２のレースは、１又はそれ以上のさらなるレッジ７９ａ及び７９ｂにより形成することができる。この構成により、製造工程内の別の段階で流体消費セルに追加すべき流体調節システムの蓋及び構成部品の予備組立を容易にすることができる。固定プレート６２が缶３４の表面３５ではない別の実施形態では、シャーシ７０’が、固定プレート６２及び可動プレート６６を保持するより大きなレースを形成する、レッジ７１よりも下方の別のレッジ（図示せず）を含むことができる。
【００２８】
シャーシ７０’のレッジ７１は、開口部７４’の周辺部全体の周りに延びる連続的なレッジであってもよく、又は図２３に示すように、周辺部の一部のみに沿って延びる不連続なレッジであってもよい。この不連続なレッジが適当に位置して移動プレート６６が十分に可撓性である場合、セル内の圧力が過剰になると、移動プレート６６の端部が不連続なレッジ７１の端部間で外向きにしなってプレート６６とプレート６２及びシャーシフレーム７２’との間に通路を提供し、弁が部分的に開いているか又は閉じているときにガスが外部環境へ逃げることができるようになる。このような実施形態では、プレート６６が、セルの内圧が十分に下がったときに缶３４の表面３５の形に再び適合するようにバネ様の特性を有することが好ましい。
【００２９】
蓋が固定弁板として機能し、この蓋に隣接して可動プレートを配置した代替の実施形態では、シャーシが、可動プレートを蓋に対して保持しながら可動プレートと缶底部の表面との間の空間を維持するレッジを含んで、缶内のアパーチャに空気が均一に分布することを容易にする。上述したように、この実施形態はまた、内部に蓋を保持するシャーシ内に第２のレースを含むこともできる。
【００３０】
以下で説明するように、流体調節システムは、流体限極セルの電圧に応答して起動することができ、又はユーザが起動させることができ、或いは方法の組み合わせを使用することができる。例えば、セル装置によって給電を受ける装置のユーザが装置のスイッチをオン位置に切り替えた場合、弁が機械的作用により最初に開くことができ、ユーザが装置のスイッチをオフ位置に切り替えた場合、弁が機械的作用により最初に閉じることができる。装置のスイッチがオン位置にとどまっている間は、制御回路が弁の動作を制御することができる。別の例では、装置がオンにされたときに、セルからの電力を流体調節システムに印加して最初に弁を開くことができ、装置がオフにされたときに、弁が閉じるように作動させることができる。
【００３１】
アクチュエータは、弁６０を作動させるための流体調節システム５０の一部として設けられることが好ましい。アクチュエータは、流体消費セル２０の電圧を感知して、検出したセル電圧に応答して制御信号を生成する制御回路９０を含むことができる。回路９０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってもよく、シャーシ７０の表面上に装着されることが好ましい。以下でさらに説明するように、シャーシ７０の本体７２は、シャーシの表面にトレーシング９６及び９８をプリントできるように非導電性材料で作成されることが好ましい。従って、シャーシ７０はプリント回路基板であってもよい。シャーシを成型又は成形し、電気的接続の大半又は全てを圧力接点として、アセンブリの複雑さを最小限に抑えることができる。しかしながら、シャーシは何らかの機械加工を必要とする場合があり、電気的接続によっては何らかの半田付け又は溶接を必要とし得るものもある。シャーシ材料の選択は、弁を収容するためのフレームとしての、電子部品用プリント回路基板としての、及びセル、バッテリケース又は装置に、又はこれらに接して固定される能力／適合性のための多機能用途との適合性に基づくことができる。シャーシの層状構造内及び／又は構造上に、制御回路９０を取り付けるための戦略的な窪みを設けることができる。これにより、装着部品をシャーシの表面と同一平面上に保持してセルとの組み立てを容易にできるようになる。トレーシング９６及び９８などのプリント回路トレーシングを非導電性材料で被覆して、金属製蓋１００又は缶３４に押し付けられた場合に短絡を防ぐことが望ましくなり得ることも考えられる。或いは、制御回路及びアクチュエータの１又はそれ以上の構成部品の全部又は一部に対応するように、シャーシ内に成型又は機械加工になどによる１又はそれ以上の凹部を設けることができる。以下で説明するように、これらの凹部は、シャーシフレームを越えて延びる構成部品のシャーシ及び固定部上の異なる場所に構成部品を位置決めできるようにするために有用なものとなり得る。
【００３２】
電子部品用のプラットフォームとして、シャーシ７０の基材を既存のＰＣＢ材料とすることが望ましいと思われる。最も一般的な基材には、エポキシ樹脂及びガラス繊維強化材が含まれる。シャーシ７０を層状構造にして、電子部品の回路部品を一体化して保護するとともに、缶３４の底面３５と平行な平らな面を保持することが望ましいと思われる。上述したように、シャーシの内径に金属レースを利用して、摺動弁板６６を収納するための耐久性を得るようにすることができる。レースは、プレート６６を適所に（抜けないように）「ロック」し、使用中に弁が離れるのを防ぐのに十分な軸方向の力を与えることができるが、プレート６６の摺動を防ぐ力としては不十分である。従って、材料選択に応じてシャーシを形成、成型、又は機械加工して、金属であるかどうかに関わらず弁レース形状を実現し、チップを同一面上に取り付けてビア（貫通孔）を生成することができる。導電回路をセルの外部に取り付ける場合、シャーシの片側及び端部のビア内に、或いはセルの内部に取り付ける場合、シャーシ７０の両側に取り付けることができる。
【００３３】
シャーシ７０の両側及びビア内に回路９０用の導電経路を設けることができる。めっき工程又は導体ペーストをスクリーン印刷することにより、特にビアを満たすためにこれを行うことができる。基板の形成時に基板に導体箔を塗布することができ、また不要な部分をエッチングにより除去することができる。銅が、最も一般的に使用される材料である。利用する基材によっては、基板への付着を確実にするために複数の層及び複数の材料が必要となる場合がある。
【００３４】
制御回路９０として機能するＡＳＩＣを取り付ける１つの方法は、容積上の制約に起因してパッケージチップとは対照的に直接法を使用することである。直接的チップ取り付けの一般的な方法として、ワイヤボンディング、フリップチップ及びその他の既知の技法が挙げられる。１つの実施形態によれば、ワイヤボンディングに、４〜６個のチップパッド及び回路基板に接合される直径約０．０２mm（０．０００８インチ）のワイヤを使用することができる。フリップチップの実施形態によれば、物理的及び電気的接続部を形成する半田バンプを使用してパッケージフリップチップを取り付けることができる。保護のために、チップ及びワイヤボンドを非導電性エポキシ内に封入することができる。フリップチップ取り付けでは、パッドをＰｂ／Ｓｎ半田で予め仕上げ、これをさらに基板に半田付けすることができる。取り付けたら、チップを保護するために、チップを非導電性エポキシ内に封入することができる。
【００３５】
図３及び図４に示す実施形態では、アクチュエータが、特に第１のＳＭＡワイヤ８２ａ及び第２のＳＭＡワイヤ８２ｂを含む複数の形状記憶合金（ＳＭＡ）構成部品をさらに含む。ＳＭＡワイヤは、シャーシ７０の両端に固定されるとともに、制御回路９０からシャーシ７０の反対側へ延びるトレーシング９６及び９８に電気的に結合される。電流をＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂに通す制御信号を供給することにより、制御回路９０がＳＭＡワイヤを加熱させ、これによりＳＭＡワイヤが特定の長さに伸び縮みすることができる。さらにこの結果、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂが第２のプレート６６を一方向又は逆方向に引き、ひいてはプレート６６が開位置又は閉位置に出入りして、（空気などの）流体がセルハウジング３０の内部に選択的に移動できるようになる。
【００３６】
図４に示すように、シャーシ７０上には、セル２０の正及び負の端子と接続するための２つの接点端子９２及び９４が設けられる。接点端子９２及び９４はシャーシ７０のいずれの表面上に設けてもよく、また以下で説明するように、接点端子の一方、特に端子９４をシャーシ７０の外側端部面上に設けて、その後セル２０のカバー３６に接続するようにバッテリアセンブリの外側に露出できるようにすることが好ましい。一方、接点端子９２は、押されて蓋１００の導電部と電気的に接触するようになる内面上に、又は缶３４の底面３５と電気的に接続する反対面上に設けることができると最も良い。接点端子９２及び９４をセル２０の缶３４及びカバー３６に電気的に接続する方法についてはさらに先で説明する。
【００３７】
図３に示すように、流体調節システム５０は、流体調節システム５０を保護して遮蔽するためにシャーシ７０を覆って、及び任意にシャーシ７０の周りに延びる蓋又はカバー１００をさらに含むことができる。蓋１００は、流体が外部から弁６０へ移動してセル２０内へ選択的に侵入できるようにするための１又はそれ以上の孔１０２を含むことが好ましい。上述したように、蓋１００は第１のプレート６２として機能することができる。
【００３８】
１つの実施形態では、弁６０は、電流が印加されてセル２０が使用中であることが示されたときには開放状態にあり、電流が印加されずにセルが使用中でないことが示されたときには閉じられる。図３、図４、図６、図１１、図２６及び図２７Ａ〜図２７Ｄに関して説明した実施形態では、ＳＭＡワイヤ８２ａ〜８２ｅが第２の弁板６６を引くが、押すことはない。従って、図３及び図４では、第１のＳＭＡワイヤ８２ａが弁を引いて開けるのに対し、第２のＳＭＡワイヤ８２ｂは弁を引いて閉じる。ＳＭＡワイヤ８２は平行に配置し、これらを弁板６６の中心点を中心に左右対称に設け、均一な力を与えてプレート６６がシャーシ７０内に拘束されないようにすることができる。一般に、ＳＭＡワイヤに印加される電流がセルから供給される場合、セル容量の不必要な使用を防ぐために、電流がアクチュエータの動作を開始するためにのみ印加され、アクチュエータが静止状態にある間は電流が印加されないことが有利となり得る。図示のように、ＳＭＡワイヤを互いに実質的に平行に延びるように取り付けることができる。ＳＭＡワイヤを、プレート６６が移動する方向（図３などを参照）と平行に延びるように、又はプレート６６が移動する方向（図６、図７及び図８などを参照）と垂直に延びるように取り付けることもできる。
【００３９】
ＳＭＡワイヤは、いずれかの従来の形の金属合金で作成することができる。形状記憶合金とは、１つの温度で変形することができるが、加熱又は冷却されたときに以前の形に戻る合金のことである。この特性は、マルテンサイト位相とオーステナイト位相の間の固相変換に起因する。好ましい形状記憶合金は双方向形状記憶を有しており、すなわち加熱時及び冷却時で変換が可逆である。形状記憶合金の例として、ニッケルチタン、ニッケル−チタン−銅、銅製−亜鉛−アルミニウム及び銅製−アルミニウム−ニッケル合金が挙げられる。（約５〜１０重量パーセントなどの銅を含む）ニッケル−チタン−銅の使用は、この耐疲労性により何回も動作できるアクチュエータにとって有利と成り得る。ニッケル−チタン及びその他の形状記憶合金のメーカーとして、Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｍｅｔａｌｓ社、Ｓｈａｐｅｄ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｌｌｏｙ事業部（米国ニューヨーク州ニューハートフォード）、Ｍｅｍｏｒｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社（米国コネチカット州ベセル）及びＤｙｎａｌｌｏｙ社（米国カリフォルニア州メーサ）が挙げられる。
【００４０】
図６は、プレート６６を動かすためにＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂに取り付けるための別の方法を示している。この変形例によれば、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、プレート６６の最長寸法に沿って延びるように設けられておらず、その代わりにプレート６６の移動方向と実質的に垂直になる。第１のワイヤ８２ａを加熱してこれを収縮させることができるのに対し、第２のワイヤ８２ｂは曲がるように加熱されることはない。従って、プレート６６を第１の方向に（実線で示すように図６では右に）動かすことができる。プレートを反対方向に（すなわち左に）動かすためには、ワイヤ８２ａから電流を除去し、ワイヤ８２ａが冷却されて曲がるようにする一方で、電流をワイヤ８２ｂに印加し、ワイヤ８２ｂが加熱されて収縮するようにすることができる。この結果、プレート及びワイヤは図６の破線で示す位置に移動するようになる。
【００４１】
図示のシャーシ７０は、シャーシ本体７２の頂面上に形成された制御回路９０及び回路トレースを有する。また、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、回路トレースと電気的に接触するシャーシ７０の頂面に取り付けられる。図６に示すシャーシ７０は、シャーシ７０上に設けられた構成部品を封入して保護するために制御回路９０及び回路トレースを覆って形成されたオーバーモールド体３００をさらに有する。従って、オーバーモールド体３００はシャーシ７０の一部として機能する。オーバーモールド体３００は、非導電性エポキシ又はその他のオーバーモールド材料を含むことができる。また、図示のオーバーモールド体３００は、移動プレート６６の上方で開口部７４を横切って延びる一体形成リブ３０２を含む。図示のリブ３０２は略Ｖ形に形成されており、移動プレート６６の中央部分を下にある固定プレート６２の上方に平らに保つ役目をする。１つの実施形態では、固定プレート６２がシャーシ７０又はそのオーバーモールド体３００の底部側に接続され、電池セルがシャーシ７０のオーバーモールド体３００の頂部側に接続される。
【００４２】
図６に示す実施形態では、第１及び第２のＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂが、別個のアクチュエータピン３０４ａ及び３０４ｂにそれぞれ係合し、これらが移動プレート６６に接続される。図７に示す実施形態では、流体調節システム５０内で単一のアクチュエータピン３０４を利用することができる。単一のアクチュエータピン３０４を使用して、第１のＳＭＡワイヤ８２ａがピン３０４の片側に係合する一方で、第２のＳＭＡワイヤ８２ｂがピン３０４の反対側に係合することにより、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂがピン３０４を反対方向に作動させ、プレート６６を左右に移動させて弁を開閉するようになる。この実施形態では、アクチュエータピン３０４が、対応するＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂに異なる高さで係合するための戻り止め又はスロットなどの異なる高さのワイヤ受け入れ部を含むことにより、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂが互いに接触したり、或いは別様に妨げ合わないようにすることができる。
【００４３】
図８を参照すると、別の実施形態による流体調節システム５０において使用される代替のアクチュエータピン３０４を示している。第１及び第２の部分３０６ａ及び３０６ｂを含むピン３０４を示しており、これらの部分は、ＳＭＡワイヤ８２ａが部分３０６ａに係合し、ＳＭＡワイヤ８２ｂが部分３０６ｂと係合するように、大まかに矩形のピン３０４の残り部分よりも上方に高くなっている。部分３０６ａ及び３０６ｂは、図示のように直立部材を含むことができる。或いは、部分３０６ａ及び３０６ｂは、ピン又はその他の構造体３０４内に形成されたスロットを含むことができる。従って、単一の又は複数のアクチュエータ係合構造を使用して、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂが、弁を開閉するためのいずれかの方向に移動プレート６６を作動できるようにすることができる。
【００４４】
図９Ａ及び図９Ｂは、缶３４の外面に隣接させて使用する弁６０の２つの側面図を示している。図９Ａは静止時のセルを示しており、この場合、弁６０は、アパーチャ６４及び６８の位置が合わないように閉じられている。図９Ｂは、セルの使用時に発生する、開位置に移動したときの弁の第２のプレート６６の位置を示している。これにより、アパーチャ６４及び６８の位置が合い、この結果流体がセル内部に侵入することができる。図示のように、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂを１対のばね接点７６によりシャーシ７０に取り付けて、これにＳＭＡワイヤを圧着、固締、半田付け、又は溶接することができる。
【００４５】
図１０は、本発明の様々な実施形態において利用できる弁６０の別の実施形態を示している。弁６０は、複数のアパーチャ６４を含む第１のプレート６２を含む。プレート６２は、シャーシ７０に対して固定状態に保たれた別個のプレートであってもよく、或いはセルハウジング３０の缶又はカバーの一部であってもよい。プレート６２は、磁性であっても又は非磁性であってもよい金属で作成することができる。弁６０は、アパーチャ６４及び第１のプレート６２と数、サイズ、形状、及び位置が一致する複数のアパーチャ６８を含む第２のプレート６６をさらに含む。プレート６６は、磁性金属であっても又は非磁性金属であってもよい。上述の実施形態と同様に、好ましくは非導電性材料で作られたシャーシ７０は、プレート６６を収容する中央開口部７４を備えた環状本体７２を含む。開口部７４が、プレート６６をプレート６２に対して線形に摺動できるようにプレート６６よりも一方向にわずかに大きく構成されることにより、アパーチャ６４及び６８が位置が合うように及び位置がずれるように動いて弁６０を開閉できるようになる。図１０に示す実施構成は、レバーアーム８４をアクチュエータ８０の一部として利用するという点で、上述の実施構成とは異なる。レバーアーム８４は、レバーアーム８４をシャーシ７０に枢動可能に固定できるようにシャーシ７０内に形成されたアパーチャ又はスロット又は凹部７８内に受け入れられる枢動ピン８６を含む。例えば、枢動ピン８６を凹部７８内に捕捉するものの、レバーアーム８４が相変わらず凹部７８内で枢動できるような方法で凹部７８を枢動ピン８６の周りに嵌合するとともに枢動ピン８６とレバーアーム８４の本体との間のネック領域内に部分的に延びるように拡大及び再形成することによりこれを行うことができる。凹部７８の底部においてレッジ内の孔に受け入れられる枢動ピン８６から下向きに突出する突起部などの、枢動ピン８６をシャーシに固定する他の手段を使用することもできる。アクチュエータピン８８は、第２のプレート６６内に形成された孔６７がこれを受け入れることができるようにレバーアーム８４の本体から下向きに延びることが好ましい。これにより、レバーアーム８４がプレート６６に係合し、従って第２のプレート６６を第１のプレート６２に対して摺動させることができるようになる。この特定の構成では、１対のＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂが、装着点８９を介してレバーアーム８４の頂面に取り付けられる。ワイヤ８２ａ及び８２ｂの他端は、シャーシ７０に取り付けることができる。例えば凹部７８と同様に、ワイヤ８２ａ及び８２ｂをシャーシ内の凹部に固定することができる。これらのワイヤは、接着材、ピン、又は制限された開口部を有する凹部に拡大した頭部を嵌合させることなどのいずれかの適当な方法で固定することができる。ＳＭＡワイヤは、感知したセル電圧に応答してＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂに電流を選択的に印加する制御回路（図１０では図示せず）に電気的に結合される。このようにして、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、レバーアームを２つの逆方向のいずれにも引くことができ、この結果レバーアーム８４が第２のプレート６６を第１のプレート６２に対して摺動させるようになる。この場合、シャーシ７０は、レバーアーム８４及びＳＭＡワイヤ８２端部の枢動点の取り付け場所として機能する一方で、プレート６６をプレート６２に対して導くためのガイドを提供することができる。
【００４６】
流体調節システム内の弁を動作させるために、ＳＭＡワイヤ及びレバーの他の構成を使用することもできる。例えば、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂを、単一の装着点８９ではなく２つの別個の装着点を介してレバーアーム８４に取り付けることができる。
【００４７】
ＳＭＡワイヤは、いずれかの適当な方法で流体調節システムの構成部品に接続することができる。１つの実施形態では、図２８に示すように、適当なサイズにされたコネクタ８７内にＳＭＡワイヤ８２の一端又は両端が捕捉される。ＳＭＡワイヤ８２は、コネクタ８７に圧着されることが好ましい。任意に、圧着前又は後に、ワイヤをコネクタに接着、溶接、又は半田付けすることができる。その後、コネクタを、（シャーシ７０又はレバーアーム８４などの）構成部品内の対応するアパーチャに挿入して、ＳＭＡワイヤ８２をこの構成部品に接続することができる。コネクタ８５は導電性であるとともに、これをＳＭＡワイヤ８２と、アパーチャを定める構成部品の表面上に配置された制御回路の一部との間に電気的に接触できることが好ましい。例えば、締り嵌め、導電性接着剤、半田又は溶接により、コネクタ８７をアパーチャ内の適所に保持することができる。
【００４８】
制御回路を使用して（単複の）ＳＭＡワイヤを通る電流の流量を、弁を開位置又は閉位置に動かすのに必要な時間のみに制限する実施形態では、電流の流れが止まった後にＳＭＡワイヤが（細長形などの）元の長さに戻ることができる。これを行う場合、ＳＭＡワイヤは、プレートを所望の位置に保持することができず、プレートが、例えば部分的に開いた位置又は部分的に閉じた位置に摺動できるようになる。このことは、摺動プレートを別の位置に移動させる対向するＳＭＡワイヤが存在する場合に特にあてはまり、作動したＳＭＡが電流の停止後に伸びるにつれて、作動していない対向するＳＭＡからの伸縮張力により摺動弁が引かれる可能性がある。このような状況では、摺動プレートがその位置から意図的に移動されるまでプレートを所望の位置に保持することができる。摺動プレートを所望の位置に保持する手段の例にラッチ機構がある。いずれかの適当な機構を使用することができる。１つの実施形態では、バネ付勢式戻り止めを、摺動プレートからの突起部又は摺動プレートの表面の凹部と協働させることができる。バネ力は、プレートが意図せず摺動しないようにするには十分であるが、対向するＳＭＡワイヤの作用によりプレートが別の所望の位置に摺動するように簡単に克服されるほどの弱さとなるように選択することができる。
【００４９】
別の実施形態では、摺動プレートが、摺動プレートと別のセル又は流体調節システムの構成部品との間の摩擦により意図せず摺動しないようにされる。プレートと他の構成部品との間の摩擦は、意図しない摺動を防ぐには十分であるが、対向するＳＭＡの動作による別の位置への効率的な動きを妨げるほどは大きくない。摺動プレート及びその他の構成部品の材料、一方又は両方の部品に施した被覆、又は隣接面の一方又は両方のテクスチャリングの選択を通じて摩擦を制御することができる。
【００５０】
以下で説明する様々な技法を使用して、流体調節システム５０をセル２０の外部に固定することができる。図１１に示すように、複数の絶縁体１０４を有するように蓋１００を構成することができ、これらの絶縁体は蓋１００の内面から下向きに延び、その後シャーシ７０上の対応する場所にある孔７５を通過して、絶縁体１０４を缶３４の底部３５に装着できるようにする。図１２及び１３は、図１１に示す構成の異なる２つの構造を示している。
【００５１】
図１２では、蓋１００をプラスチックで形成した構成を示している。この場合、絶縁体１０４を缶３４の底面に超音波溶接することができる。この場合、蓋１００と缶３４の間には電気的接続は存在しない。
【００５２】
図１３では、絶縁体１０４が、スタンピングなどによって形成できる金属蓋１００の窪み／突起１０６として実現されている。この場合、金属蓋１００を缶３４の底面３５に抵抗溶接又はレーザ溶接することができる。
【００５３】
図１４は、セル２０の外部にシャーシ７０及び蓋１００を接続する代替の方法を示している。この場合、蓋１００を缶３４に結合する役目を果たすシャーシ７０の孔７５を通じてビア１０５が設けられる。この結合により、蓋１００とセル２０の間の電気接続も行われる。
【００５４】
図１５は、シャーシ７０の孔７５内に提供される導電性エポキシ１０７を使用して金属蓋１００を缶３４に固定するさらに別の技法を示している。さらに別の代替案として、接着剤、接着剤とラベル（図示せず）の組み合わせを使用して、缶３４の底面内に作られた１又はそれ以上の溝内にシャーシを圧入することにより、接着剤の利用に加えてこのようなシャーシの圧入により、第２の缶内に缶３４を圧着して第２の最外部の缶を蓋１００に取って代わらせることにより、層状シャーシを半田付け又は溶接することにより、又は流体調節システム５０をエポキシ内に封入することにより、流体調節システム５０を缶３４の底面に固定することができる。
【００５５】
流体調節システムでは、様々な他の代替のアクチュエータ及び弁を使用することができる。流体調節システムで使用される様々なアクチュエータ及び弁の例が、２００７年９月２４日に出願された米国特許出願第１１／８６０，１１７号に開示されており、該特許はその開示全体が引用により本明細書に組み入れられる。ＳＭＡワイヤの使用をアクチュエータ８０の好ましい構成部品として説明したが、人工筋肉に関連する線形電極活性高分子（ＥＡＰ）及び屈曲電子活性高分子（ＥＡＰ）などのその他の構成部品又は材料を利用することもできる。このような材料は、設計がより単純であること、又は電子部品が存在せず又は簡略化されていること、及び電圧への比例的な応答を含む潜在的な利点を与える。電子活性高分子（ＥＡＰ）の例が、２００７年９月１０日に出願された米国特許出願第１１／８５２，５１６号に開示されており、該特許はその開示全体が引用により本明細書に組み入れられる。
【００５６】
別の検討事項は、バッテリの初期活性化に関するものである。バッテリは、開位置にある弁と、従来のボタン空気セルと同様のタブによって保護された孔１０２とで作成することができる。タブを除去した後に空気を供給するとセルが起動し、弁の電子制御が開始され、バッテリの有効寿命が最大化される。或いは、バッテリを機能流体調節システムで作成することもできる。これであれば、消費者が直ぐにバッテリを使用できるが、湿った環境での水分の侵入及び乾燥した環境での水分の脱出を防ぐために適当なパッケージング及び倉庫、保管棚などでの保存状態も必要となり得る。
【００５７】
上述した構造では、缶３４が弁６０の固定プレート６２として機能することを提案した。しかしながら、缶３４を利用するよりはむしろ別個の固定プレート６２を設けて、缶底部が孔のパターンを保持するものの、弁アセンブリの一体化部分ではなく散気装置のように作用できるようにする方が望ましいと思われる。また、固定プレート６２を缶底部から離して、缶３４が膨らんだり、曲がったり、或いは場合によっては皺になったりした場合でも弁６０の作動を妨げないようにすることができる。なお、缶３４は、強化した材料で、より大きな厚みで、又は（底部の隆起部のような）異なる形で作成することができる。別個の固定プレート６２を利用するさらなる利点は、弁６０を全体的に予め組み立てることにより、潤滑流体層６９をさらに安定させることができるという点である。しかしながら、これにはバッテリの肉厚化という犠牲が伴う恐れがある。
【００５８】
図に示していないが、セルハウジング３０の外面にラベルを貼付けることができる。このようなラベルは、セルの周辺部の周囲で延びて、（以下で説明する）導体タブ１１０、及び流体調節システム５０とセル２０との間の接触面をさらに覆うとともに、缶３４とカバー３６の間の接触面を覆うことができる。バー３６及び缶３４及び／又は導電蓋１００の十分な部分を露出したままにして、バッテリの外部上の電気接点端子を提供することができる。
【００５９】
図１〜図３に示す特定のセル構造は、角柱形のセル設計である。この構造は、このセルの相対的サイズ及び矩形の性質が従来のボタンタイプの空気セルとは異なる。従って、従来の空気セルにおいて現在使用されている類似の空気電極、アノード、分離器及び缶／カバー材料をセル２０でも利用することができる。しかしながら、当業者には、セル２０が図面に示すような特定の形状、サイズ又は相対寸法を有する必要はないことを理解されたい。
【００６０】
図１６は、流体調節システム５０をセルハウジング３０の内部に配置した本発明の代替の実施形態を示している。図１７は、この実施形態の一部の断面図を示している。これらの図に示すように、セルハウジングは、セルをわずかに肉厚化して空気電極４０と缶３４の内面との間に流体調節システム５０を収容できるようにした点を除き、上述したものと同様に構成される。この実施形態では、シャーシ７０をセルの外部に適用した場合、このシャーシを、上述したような弁、アクチュエータ及び制御回路９０とともに利用することもできる。同様に、缶３４の底部は、弁６０の第１のプレート６２として機能できるとともに、アパーチャ６４として機能する複数の流体入口３２を含むことができる。この実施形態は、第２のプレート６６が缶３４の外面ではなく内面に沿って摺動するという点で異なる。この実施形態及び以下で説明する他の実施形態では、シャーシ７０、従って弁６０をガスケット３８により適所に保持することができる。
【００６１】
内部流体調節システム５０を利用する場合のセル２０の構造のその他の１つの相違点は、セルの負及び正の接点端子をアクチュエータの制御回路９０に電気接続できるようにセルを再構成すべき点である。この電気接続を行う１つの態様を図１６〜図１８に示す。図１６に示すように、缶３４の底面３５内には接点開口部３９が形成される。図１７に示すように、シャーシ７０の底部にはシャーシ内のビアを介して負の接点端子９４が設けられ、開口部３９を介して露出される。このようにして、導体１１０をセルハウジング３０のカバー３６に電気的に接続することができ、また導体１１０は、接点端子９４と電気的に接触する一方で、セル２０の外側周囲を開口部３９まで延びる。これにより、セルの負端子との接続が行われる。図１７にも示すように、シャーシ７０上に設けられた正の接点端子９２を缶３４の内面に接触するように位置決めして、セルの正端子と接続するようにすることができる。上述したように、接点端子９２及び９４を制御回路９０に電気的に接続して、検出したセル電圧又は電流の引き込みに応答して弁を開閉するようにアクチュエータを制御するようにすることができる。
【００６２】
図１８に示すように、導体１１０は、缶３４とカバー３６の間のセルの短絡を防ぐ２つの絶縁層間に配置されたホイルストリップ１１２を含むタブであってもよい。セルハウジング３０と導体箔１１２の間には第１の絶縁層１１４を配置することができる。この絶縁層１１４は、両面テープで作成することができる。箔を覆って第２の外側の絶縁層１１６を配置することができ、この絶縁層１１６は、片面テープのストリップを含むことができる。内部流体調節システム５０に関して、この特定の外部電気的接続を示しているが、同じ導体１１０を適用して、図１〜図３に示す外部流体調節システムのカバー３６と、同様の接点端子９４との間に電路を提供することができる。この場合、蓋１００内に接触開口部３９と類似するアパーチャを形成することができ、或いは導体１１０が、シャーシ７０と缶３４の間の接触面、又はシャーシ７０と蓋１００の間の接触面の間に延びることができる。
【００６３】
図１９〜図２２は、シャーシ７０上のカバー３６と端子９４の間に電気接続を作り出すことができるさらに別の態様を示している。この実施形態では、図２０に最も分かりやすく示すように、缶３４の内面の一部が３層の材料で被覆される。第１の層は電気絶縁体層１５１であり、第２の層は、缶３４と導電層１５３の間に電気接続が存在しないように絶縁体層１５１を覆って施された導電層１５３であり、第３の層は、空気電極４０の端部を導電層１５３から絶縁するために導電層１５３の一部を覆って施された電気絶縁層１５４である。図２０に示すように、層１５１及び１５３は、缶３４の内側底部の（単複の）角の周囲で延びるとともに缶３４の底部を辛うじて覆って延びて、シャーシ７０の対向面上に形成された端子９４に物理的に接触する。上述したように、シャーシ７０をガスケット３８により缶３４の内部底面に圧接して、導電層１５３と接点９４の間の接触をこのような圧力によるものとすることができる。層１５１及び１５３は、缶３４とガスケット３８の接触面の間で缶３４の側壁を上に延びる。図１９、図２１及び図２２に最も分かりやすく示すように、ガスケット３８はアパーチャ１５５を含むことができ、これを通じてリベット又はピン１５７が延びることができる。リベット又はピン１５７が、カバー３６と導電層１５３の間にガスケット３８を介して電気的接続を形成することにより、カバー３６とシャーシ７０上の接点９４との間の導電路が完結する。リベット／ピン１５７は、ガスケット３８内の適所に成型することができる。さらに、このようなリベット／ピン１５７を２つ以上使用することができる。リベット／ピン１５７は、ガスケットの圧縮を可能にするだけの十分な長さを有することができる。層１５１、１５３及び１５４は、空気電極４０の端部が缶３４の内面と電気的に接触できるようにするために、図２０に示すようにストリップの形をとる。他の実施形態によれば、その他の電気的接続を使用することができる。
【００６４】
上述したように、流体調節システムは、セル（又はバッテリ）電圧に部分的に基づいて、電子制御を使用して弁を動作させることができる。しかしながら、スイッチを使用して、弁を開位置又は閉位置に動かす長さを変えるアクチュエータを介して電気回路を閉じることができ、その後弁が完全な開位置又は閉位置に到達すると、回路が遮断されてアクチュエータを通る電流の流れが止まる。これにより、制御回路の複雑さを排除できる一方で、弁を開閉するのに必要な場合にのみ依然としてセルからエネルギーを引き出すことができる。スイッチは、バッテリ自体の上又はこの中に存在することができ、或いはバッテリを使用する装置の一部とすることができる。１つの実施形態では、装置のオン／オフスイッチも対向するアクチュエータを介して交互に回路を閉じて弁を開閉させる。このような流体調節システムの動作を図２７Ａ〜図２７Ｄに示す。
【００６５】
図２７Ａは、図３に示す弁６０と同様の弁２６０の平面図を含む。弁２６０は、シャーシ２７０内に摺動可能に配置された可動プレート２６６を含む。図２７Ａでは、可動プレート２６６を閉位置（すなわち、アパーチャ２６８の位置が固定プレートのアパーチャの位置とずれた状態）で示している。ＳＭＡアクチュエータ２８２ａ及び２８２ｂが可動プレート２６６及びシャーシ２７０の両端に固定され、これらをそれぞれ使用してプレート２６６を引っ張り開け及び引っ張り閉じる。アクチュエータ２８２ａ及び２８２ｂは、それぞれ平坦な電気接点２７７ａ及び２７７ｂを介してプレート２６６に固定され、それぞれ電気接点２９２ａ及び２９２ｂを介してシャーシ２７０に固定される。平坦な接点２７７ａ及び２７７ｂは、プレート２６６が開位置及び閉位置にそれぞれある場合、ばね接点２７６ａ及び２７６ｂとそれぞれ電気的に接触するようにプレート２６６の頂面の両端近くに位置する。ばね接点２７６ａ及び２７６ｂは、制御回路２９０の残りに接続する接点端子としても機能し、このことを概略的に示している。制御回路は、オン／オフスイッチ２９５と、装置に電気エネルギーを供給するための流体限極バッテリ２１０とを含む。バッテリ２１０からの電気エネルギーが不要な場合、図２７Ａに示すように、スイッチ２９５はオフ位置にあり、弁２６０は閉位置にある。アクチュエータ２８２ａ及び２８２ｂを含む回路がいずれも閉じられないので、これらに電流が流れず、従ってアクチュエータ２８２ａ及び２８２ｂは周囲温度にあり、引き伸ばされた状態にある。
【００６６】
スイッチ２９５をオン位置に動かすと、アクチュエータ２８２ｂを通って電流が流れ、アクチュエータが加熱されて縮み、プレート２６６を開位置へ向けて左に引っ張る。図２７Ｂに示すように、プレート２６６が開位置に到達すると、接点２７６ｂと２７７ｂの間の電気接続が遮断される。回路が遮断されると、電流がアクチュエータ２８２ｂを通って流れなくなる。これにより２つのことが行われる。第１に、装置がオンになったままの間にはバッテリ２１０からさらなるエネルギーが引き出されることはなく、第２に、図２７Ｃに示すように装置がオフになると、アクチュエータ２８２ｂが冷えて引き伸ばされた状態に戻るので、プレート２６６を左へ戻すことができるようになる。スイッチ２９５をオフ位置に動かすと、アクチュエータ２８２ａを含む回路が閉じ、ここを通る電流の流れによりこのアクチュエータが縮んで、プレート２６６を閉位置へ向けて右に引っ張る。図２７Ｄに示すように、プレート２６６が閉位置に到達すると、接点２７６ａと２７６ｂの間の電気接続が遮断され、電流がアクチュエータ２８２ａを通って流れなくなり、図２７Ａに示すようにこのアクチュエータが冷えて細長くなることができる。
【００６７】
接点２７６ａ、２７６ｂ、２７７ａ及び２７７ｂとの電気的接続は、あらゆる適当な態様で行うことができる。例えば、シャーシ２７０を介して、又はシャーシ２７０の頂面と、シャーシ２７０及び弁２６０を覆う蓋などの隣接する構成部品の対応する面との間の接触面を介して、流体調節システムの端部に接続を行うことができる。別の例では、弁２６０を覆う蓋を貫いて延びる適当に配置された接点を介して電気接続を行うことができる。蓋の外面上などのセル及び／又は流体調節システムの適当な面に、セルの一部であるスイッチを取り付けることができる。或いは、複数のセルバッテリの外面上に、又はバッテリを組み込んだ装置内にスイッチを配置し、対応する接点間を溶接、半田付け又は圧接することなどによる適当な態様で流体調節システムとの電気的接続を行うことができる。他の実施形態では、３以上のアクチュエータを使用することができる。
【００６８】
流体調節システムに制御回路電子部品を組み込む代わりに、これらを外部に配置することができる。この構成は、例えば内部的に都合よく取り付けることができないような状況において望ましいものとなり得る。１つの実施形態では、図２６に示すように、流体調節システム及び／又はセルの側壁上に取り付けられたキャップ内などの流体調節システムの外部に電子部品を取り付けることができる。図２６には、シャーシ７０、可動プレート６６、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂ、接点端子９２’及び９４を示しており、これらは図４のものと同様である。しかしながら、図４とは異なり、図２６のＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは接点端子９２’及び９４に直接接続されており、中間制御回路９０は存在しない。図２６の制御回路は、シャーシ７０の側面に回路基板９１を保護するキャップ９３で固定された回路基板９１に収容される。シャーシ７０上の接点端子９２’及び９４は、回路基板９１の表面上の対応する端子と電気的に接触する。電気的接触は、圧接などのいずれかの適当な態様で行うことができる。回路基板９１は単一の基板層を有することができ、或いは２又はそれ以上の層を含む積層基板としてもよい。電子部品及び電気的接続は、プリント部品又は非プリント部品、又はこれらの組み合わせを含むことができる。回路基板９１表面の凹部内により大きな部品を配置して、シャーシ７０及びキャップ９３との面一固定を実現することができる。回路基板９１とセルの間の電気的接続については図示していないが、これらの接続もシャーシ７０を介して行うことができる。
【００６９】
図２９を参照すると、さらなる実施形態による、弁の開閉を制御することによりバッテリへの（空気などの）流体を調節するとともに、受動温度クロージャをさらに含む流体調節システム５０を示している。（図２９に示すように）ＳＭＡワイヤ８２ａに電気を印加して加熱及び収縮させることにより、アクチュエータピン３０４ａを介して移動プレート６６を開弁位置に移動させることができる。ＳＭＡワイヤ８２ｂに電気を印加して加熱及び収縮させることにより、アクチュエータピン３０４ｂを介して移動プレート６６を閉弁位置に移動させることができる。従って、ＳＭＡワイヤ８２ａ又は８２ｂに印加する電流に応答して、弁を能動的に開閉させることができる。また、本実施形態の１つの実施形態によれば、異なる作動温度のＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂを選択して、弁の受動温度クロージャを実現することができる。ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、弁の所望の受動クロージャを実現するために不均衡な作動温度を有する。従って、移動プレート６６は、所定の温度限界に至ると閉弁位置に移動する。
【００７０】
図２９に示して説明する実施形態では、ＳＭＡワイヤ８２ａが約９０℃の第１の作動温度で構成され、ＳＭＡワイヤ８２ｂは約６０℃のより低い第２の温度で構成される。ＳＭＡワイヤ８２ａは電気を印加されると加熱し、高い方の第１の温度になると収縮して、移動プレート６６を開位置に動かす力を印加する。同様に、ＳＭＡワイヤ８２ｂも電気を印加されて加熱し、低い方の第２の温度になると収縮して、移動プレート６６を閉位置に動かすことができる。第１の温度の方が第２の温度よりも高いことにより、ＳＭＡワイヤ８２ｂの温度が低い方の第２の温度に到達するとＳＭＡワイヤ８２ｂが弁を閉じるようになる。従って、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂに印加される電流に基づいて弁を能動的に開閉することに加え、ＳＭＡワイヤ８２ｂは、周囲温度が最初に低い方の第２の温度に到達すると移動プレート６６を閉弁位置に押しやる。環境の温度が上昇し続けて高い方の第２の温度になっても、ＳＭＡワイヤ８２ａは、弁の位置をその閉位置から変えるだけの十分な力は印加しない。
【００７１】
ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、市販されているＳＭＡ構成部品を含むことができる。６０℃作動ＳＭＡワイヤの一例に、Ｆｌｅｘｉｎｏｌ社から市販されている直径０．１０２ｍｍ（０．００４インチ）の６０℃ワイヤがある。９０℃作動ＳＭＡワイヤの一例に、Ｆｌｅｘｉｎｏｌ社から市販されている直径０．０７６ｍｍ（０．００３インチ）の９０℃ワイヤがある。上述の例では、６０℃ＳＭＡワイヤは、温度が再び約４０℃に下がるまで収縮したままとなり、この結果温度ヒステリシスが生じる。
【００７２】
不均衡な温度のＳＭＡワイヤを使用する流体調節システム５０は、所定の温度を上回ると弁を閉じてバッテリセルへの流体の侵入を防ぐための受動的方法を提供するという利点を有する。６０℃などの所定の温度で流体調節システム５０を閉じることにより、バッテリの劣化を最低限に抑え、或いは防ぐことができる。また、６０℃などの温度限界に到達すると弁を動かして閉じることにより、高温での弁の開放が防がれる。弁を閉じるための所定の温度は４５℃よりも高くすることができ、より詳細には、約６０℃に設定することができる。
【００７３】
１つの実施形態によれば、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂを、異なる作動力を生み出すために異なるサイズを有するようにして、ＳＭＡワイヤ８２ｂの方がＳＭＡワイヤ８２ａにより生成される作動力よりも大きな力を生み出すように構成することができる。例示的な実施形態では、ＳＭＡワイヤ８２ｂの方が、ＳＭＡワイヤ８２ａよりも大きな直径などのように大きな断面積を有する。断面積がより大きいことにより、周囲温度が高い方の第１の温度に到達した場合、ＳＭＡワイヤ８２ｂは、弁の移動プレートにより大きな閉鎖力を印加する。ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂの断面は円形とすることができ、第２のＳＭＡワイヤの方がより大きな直径を有する。他の実施形態によれば、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、卵形、正方形、又は矩形などのその他の断面形状を有することができ、第２のＳＭＡワイヤ８２ｂの方が大きな寸法を有することにより断面積が大きくなり、この結果第１のＳＭＡワイヤ８２ａよりも大きな作動力を生み出す。別の実施形態では、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂが異なる断面積及び異なる相転移温度の両方を有して、周囲温度が増加するにつれて一般にＳＭＡワイヤ８２ｂの方が最初に作動するようにすることができ、この結果、周囲温度がＳＭＡワイヤ８２ａの高い方の相転移温度を超えても弁が閉じられたままとなる。
【００７４】
図３０〜図３４を参照すると、２つの実施形態による、バッテリセル２０と、セル２０と外部環境との間の均圧を実現するシャーシ本体３００を通る流路を有する流体調節システム５０とを有する流体消費バッテリ１０を示している。図示の実施形態では、中央開口部３３２と内向きに延びるレッジ３５４とを有するオーバーモールド体３００によりシャーシを大まかに示している。シャーシ３００の頂面上には、空気限極セルなどの流体消費電池２０が接続される。シャーシ３００の底面には流体入口６４を含む固定プレート６２が接続され、内向きに延びるレッジ３５４の下壁と固定プレート６２との間にはポート６８含む移動プレート６６が配置されて、プレート６６をプレート６２に対して移動できるようになっている。
【００７５】
図３０〜図３３に示す実施形態では、セル２０と移動プレート６６の間に大まかに位置し、開口部３３２及びセル２０と流体連通している第１のポート（入口３５０とも呼ぶ）を有するオーバーモールドシャーシ本体３００を大まかに示している。シャーシ本体３００はまた、オーバーモールド材料の外側に設けられた外部環境に通じる第２のポート（出口３５２とも呼ぶ）も有する。オーバーモールドシャーシ３００は、無孔性外層３６０及び流路３５６を実現する多孔性内部容積を有するように製造される。１つの例によれば、無孔性外層３６０は、一般に流体（特に空気）を通さず、エポキシを含むことができる。多孔性内部容積は、入口３５０から出口３５２へ延びる均圧流体流路３５６を実現する。多孔性内部容積は、微孔性ポリテトラフルオロエチレン材料、又は通路３５６を通る気流を低拡散率に制限できるようにする不織布多孔材などの通気性材料を含むことができる。これとは別に、或いはこれに加えて、流路３５６は、低拡散率の気流を可能にする十分に制限された通路を実現する空の空隙容量を含むことができる。流路３５６は、空気が入口３５０から出口３５２までゆっくりと通過できるようにするが、この流路３５６は、流体が入口３５０と出口３５２の間でいずれの方向にも通過できるようにして、セル２０と外部周囲環境との間に均圧を提供することができるという利点を有する。
【００７６】
流路３５６の入口３５０は、バッテリセル２０と弁板６６及び６２との間の開放容積と流体連通する。バッテリセル２０と外部環境内のガスとの間に存在する圧力差により、ガスが流路を通って移動できるようになる。バッテリセル２０がガスを生成すると、このガスが制限された流路３５６を通って外部環境に移動して、弁板６６及び６２間の密閉を損なうことを防ぐことができる。これに反して、ガスは、出口３５２から入口３５０に流れることもできるが、一般に弁が閉じられている場合、バッテリセル２０に空気が自由に供給されて、セル２０が高い率で放電しないように制限される。
【００７７】
１つの実施形態によれば、流路３５６が、水分の損益に起因して室温で１年当たりセル容量のわずか１０パーセント（１０％）しか失われない大気拡散率を有する。流路３５６の多孔性容積は、蛇行又は制限された気流路を実現するために一般にガスに対して多孔性の膜を含むことができるが、流体がセル２０内に自由に制限無く流れ込まないようにする。１つの実施形態によれば、図３３に示すように、多孔性容積３５６が、バッフル３５８によって実現されるように蛇行流路３５６を含むことができる。基本的に、バッフル３５８は、オーバーモールドシャーシ３００を通る気流路３５６の有効長を増加させ、従って正味有効流体流路長が増加する。他の実施形態によれば、この蛇行流体流路に、過剰ガスがセル２０から外部環境へ逃げ出せるようにする一方で、セル２０に入り込む空気量を最小限に抑える、一般に多孔性のハニカムパターンを使用することができる。
【００７８】
図３４に示す実施形態では、オーバーモールドシャーシ本体３００の頂面に、内側開口部３３２から開口部３３２の周りを約３６０°矩形の形で延びてシャーシ３００の外面に至る、一般に蛇行する形状のスロット３３４がシャーシ３００内に形成される。スロット３３４内には、全体がスロット３３４内に収まるサイズにされ、これに嵌め込まれるようになっている構成の中空管３３６が配置される。管３３６は、シャーシ３００の内側開口部３３２及びセル２０と流体連通する一方の端部に第１のポート（入口３３８とも呼ぶ）を有し、外部環境と流体連通する他方の端部に第２のポート（出口３４０とも呼ぶ）を有する。シャーシ３００の底面上に接続された固定プレート６２も示している。レッジ３５４の下方には移動プレート６６が配置され、これが固定プレート６２に隣接するとともに固定プレート６２で密封された関係にあることにより、プレート６６がプレート６２に対して弁を開閉するように動くことができるようになる。
【００７９】
シャーシ３００内に設けられる管３３６は、入口３３８と出口３４０の間に延びる流路を実現して、バッテリセル２０から放出された流体が管３３６の流路を通じて外部環境へ通過できるようになる。１つの実施形態によれば、流体入口３３８は、バッテリセル２０と固定プレート６２及び移動プレート６６との間の開口部３３２の容積内の適所に位置する。従って、管３３６の延ばされた長さ及び小さな半径により、低拡散率に起因して流体が十分に低い拡散率でセル２０から逃げ出せるようにする一方で、セル２０への空気の侵入を十分に制限する蛇行流路が実現される。１つの実施形態では、管３３６が、０．５ｍｍ未満の十分に制限された内径及び少なくとも２００ｍｍの有効長を有する。別の実施形態によれば、スロット３３４を覆い、管３３６を使用する代わりにこれを流路として利用することができる。
【００８０】
図３０〜図３４の開示する実施形態では、バッテリセル２０内のガスと、セル２０がさらされる周囲外部環境との間に存在する圧力差により、後で流体バリアの障害を招く可能性のある破壊が生じる恐れがある。従って、弁板６２及び６６間の所期の１次シールバリアが損なわれる可能性があり、これにより、水、酸素、水素及び二酸化炭素などの流体が自由に出入りできるようになる可能性があり、ひいてはバッテリ保存寿命が失われるという受け入れ難い状態になる可能性がある。シャーシ３００内に設けられた均圧流路３３６又は３５６は、ガスなどの流体が流路を通って出入りできるようにする。適当な長さで適当な大きさの孔を設けることにより、この流路が、金属空気限極セル内で生成された水素などガスを流出できるようにする一方で、酸素及び二酸化炭素のセル２０への過剰な侵入を妨げる。
【００８１】
図３５〜図４９を参照すると、本発明の１つの実施形態による、一体形成した導電性フレーム５００及び構成部品を内部に備えたシャーシ５５０を含む流体消費バッテリセル２０及び流体調節システム５０を有する流体消費バッテリ１０を大まかに示している。流体消費セル２０及び流体調節システム５０を有する組み立て済みのバッテリ１０を図３５に部分的に分解して大まかに示すとともに、この組み立て段階を図３６〜図４９に大まかに示す。この実施形態によれば、流体調節システム５０が導電性フレーム５００を含み、この上に複数の電気部品５４０、５４２、５４４及び５４６が取り付けられる。導電性フレーム５００及びこの上に取り付けられた電気部品５４０〜５４６は、非導電性シャーシ５５０内に実質的に封入される。本明細書で説明したように、シャーシ５５０は、基本的に導電性フレーム５００及び電気部品を覆う非導電性材料で作成することができる。
【００８２】
シャーシ５５０は、所望の構成で形成できるエポキシ又はその他の非導電性材料を含んで、導電性フレーム５００及びこの上に取り付けられた電気部品５４０〜５４６を実質的に封入することができる。シャーシ５５０は、弁の構成部品の少なくとも一部を支持するとともにバッテリセル２０に接続する形状に形成される。（挿入成形などの）成型又は（吹き付け、浸漬などの）被覆のようないずれかの適当な方法を使用して、フレーム５００及び電気部品５４０〜５４６がシャーシ５５０に実質的に封入されるようにすることができる。本明細書で使用する「実質的に封入」とは、フレーム５００及び電気部品５４０〜５４６を組み合わせた表面積の大部分がシャーシ５５０によって覆われることを意味するが、電気接点及び接点パッドなどの、フレーム５００及び／又は電気部品５４０〜５４６の一部は露出していてもよく、或いはシャーシ５５０から延びていてもよい。フレーム５００及びシャーシ５５０に使用する材料については、フレーム５００の熱膨張率（ＣＴＥ）がシャーシのＣＴＥと実質的に同様になるように選択することができる。ＣＴＥを一致させることにより、結果として得られるフレーム及びシャーシ構造は、温度変化時の膨張率の変動による漏れ経路の形成の影響を受けにくくなる。
【００８３】
図３５で分かるように、複数のアパーチャ６８を有する移動プレート６６と、複数のアパーチャ６４を有する固定プレート６２とを含む弁を示している。シャーシ５５０は、中央開口部５５５を大まかに定めるとともに、内向きに延びるレッジ５５２を含む。移動プレート６６の周辺部は、内向きに延びるレッジ５５２の底面上に位置してこれに当接する。また、シャーシ５５０は、移動プレート６６の上方にある開口部５５５を横切って延びるリブ５５４を有する。開口部５５５を斜めに貫いて延びるＶ字形状に形成されたリブ５５４を示しており、このリブ５５４は、移動プレート６６の中央部分を下層固定プレート６２よりも上方で平坦に保つ働きをする。図示の実施形態では、固定プレート６２がシャーシ５５０の底部側に接続され、流体消費バッテリセル２０がシャーシ５５０の頂部側に接続される。この構成では、弁が開いた場合、外部環境からの（酸素及びその他のガスなどの）流体が弁を介してセル２０の流体入口に入ることができる。
【００８４】
図示のシャーシ５５０は、所望の場所に形成されるとともに、ＳＭＡワイヤアクチュエータ８２ａ及び８２ｂのクリンプ５６２を受け入れるようになっているクリンプコネクタ開口部５６０をさらに有する。クリンプコネクタ開口部５６０は、シャーシ５５０の形成中に一体形成することができ、或いはその後、（機械加工又はエッチングなどにより）材料を除去して所望の開口部形状及びサイズを形成することにより形成することができる。クリンプコネクタ開口部５６０の各々からは、接点パッド５２０として機能する、フレーム５００のそれぞれの回路素子が延びる。接点パッド５２０は、フレーム５００の導電性回路素子の一部として形成されて、ＳＭＡワイヤアクチュエータ８２ａ及び８２ｂと電気的に接触してこれらに電流を印加するようになっている。フレーム５００は、シャーシ５５０から延びるバッテリ接点５３０、５３２、５３４ａ、５３４ｂ、５３６ａ及び５３６ｂとして機能する複数の回路素子をさらに含み、これらの回路素子の各々は、湾曲して流体消費セル２０の端子と接触するようになっている。図示のように、接点５３０、５３２、５３４ａ、５３４ｂ、５３６ａ及び５３６ｂは、シャーシ５５０の角から又はその他の部分から延びることができる。
【００８５】
１つの実施形態によれば、図３５〜図４１にさらに示すシャーシ５５０は、シャーシ５５０上に位置する１対の位置センサ６００を有する。位置センサ６００は、弁の移動プレート６６の位置を感知するようにシャーシ５５０の両端上に位置する。図示の実施形態では、位置センサ６００の一方が、移動プレート６６の、開弁位置を定めるシャーシ５５０の一端に対する位置を感知し、他方の位置センサ６００が、移動プレート６６の、閉弁位置を定めるシャーシ５５０の反対端に対する位置を感知する。従って、位置センサ６００を使用して、可動弁板６６がいつ開位置及び閉位置にあるか感知することができる。移動プレート６６が開位置にある場合、図示の位置センサ６００の一方は、移動プレート６６がこの位置センサ６００と接触すると予想される位置に存在する。移動プレート６６が閉位置にある場合、図示の他方の位置センサ６００は、移動プレート６６がこの位置センサ６００と接触すると予想される位置に存在する。弁が開位置又は閉位置にあることを感知することにより、制御回路が、流体調節システムの弁の制御を、流体消費電極に供給される最適な流体を実現するようにさらに高めることができる。
【００８６】
１又はそれ以上の位置センサ６００を使用して、弁が開位置及び閉位置の少なくとも一方にあるかどうかを感知することができる。また、１又はそれ以上の位置センサ６００は、開位置と閉位置の間における弁の移動プレート６６の中間位置を感知することができる。１つの実施形態によれば、位置センサ６００が線形変換器を含むことができる。別の実施形態によれば、位置センサ６００が近接センサを含むことができる。位置センサ６００の他の実施形態として、レーザセンサ、光センサ、マイクロスイッチ位置センサ、及び弁板が開位置にあるか又は閉位置にあるかを示すことができるその他の感知装置を含むことができる。或いは、別の実施形態によれば、間接的な感知方法として、バッテリセルの電圧をモニタし、このバッテリセルの電圧に基づいて弁の位置を判定する方法を挙げることができる。
【００８７】
位置センサ６００を使用して、弁が正しく作動していることを検証することができる。別の実施形態によれば、弁位置センサの代わりに冗長なトリガ点の組を設定することができる。弁が正しく開かない場合、例えば、バッテリセルの電圧が、第１の上位開電圧設定値未満にまで落ち続ける恐れがある。第２の下位開電圧設定値に到達すると、弁は、弁が第１の時間に開かなかったと想定して、アクチュエータを介して第２の作動パルスを送ることができる。位置センサが、弁が正しい場所にないことを示す場合、第２の作動信号を与えて弁を開き又は閉じることができる。弁が第２の作動信号でも動かない場合、弁により深刻な問題があると仮定することができる。一連の開信号及び閉信号を送って弁を動かそうと試みるなどの、他のより思い切った手段を使用することができる。弁が動けないと想定した場合、開信号及び閉信号により弁を前後に揺動させて障害物から解放することができる。或いは、通信能力が存在する場合、この情報を装置及びユーザに逆伝達することができる。
【００８８】
流体調節システム５０は、この例示的な実施形態に示す、第１のＳＭＡワイヤ８２ａ及び第２のＳＭＡワイヤ８２ｂからなる弁アクチュエータを含む。図示の実施形態によれば、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、弓形スロット５６４によりレバー８４に接続される。具体的には、第１のＳＭＡワイヤ８２ａは、端部クリンプ５６２と一方のスロット５６４との間に延びて、レバー８４を一方の方向に引いて弁を開くように起動させることができ、第２のＳＭＡワイヤ８２ｂは、端部クリンプ５６２と他方のスロット５６４との間に接続され、レバー８４を反対方向に引いて弁を閉じる。本明細書で説明したるように、レバー８４は、移動プレート６６と係合してプレート６６を開弁位置と閉弁位置の間で移動させるアクチュエータピン８８を含む。本明細書で図示し説明する弁アクチュエータは、それぞれの弓形スロット５６４を介してレバー８４に接続された２つのＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂを使用するが、他の種類及び構成の弁アクチュエータを使用して移動プレート６６固定プレート６２に対して作動させ、弁を開閉することができる。さらに、本明細書では移動プレート６６の略線形の作動を図示し説明しているが、他の構成の弁を使用して流体消費セル２０への流体の流れを制御することもできる。
【００８９】
流体調節システム５０及びバッテリ１０の組み立てを図３６〜図４９に示す。図３６を参照すると、１つの実施形態による導電性フレーム５００を大まかに示している。導電性フレーム５００は、一般に導電性及び取り扱いのための構造的完全性をもたらす導電性材料で作られる。１つの実施形態によれば、フレーム５００をリードフレームとして実現することができる。フレーム５００は、様々な電気部品の間に電流を導くように構成された導電性回路素子を含む。
【００９０】
１つの実施形態によれば、フレーム５００が、鉄ニッケル合金を含むことができる。鉄ニッケル系合金の例として、ＩＮＶＡＲ（登録商標）、スーパーＩＮＶＡＲ（登録商標）、ＫＯＶＡＲ（登録商標）及びＩＮＶＡＲ（登録商標）合金３６、４２、４６、４８及び５２が挙げられる。「本物の」ＩＮＶＡＲ（登録商標）の化学式は、Ｆｅ65Ｎｉ35である。ＩＮＶＡＲ（登録商標）合金では、合金番号が、ニッケルの重量パーセントにほぼ一致する。より具体的なの例によれば、導電性フレーム５００は、ＫＯＶＡＲ（登録商標）という商品名で販売されているニッケルコバルト合金鉄を含むことができ、この商品は、一般に約２９重量パーセントのニッケル、１７重量パーセントのコバルト、０．２重量パーセントのシリコン、０．３重量パーセントのマンガン及び５３．５重量パーセントの鉄で構成される。
【００９１】
別の実施形態によれば、フレーム５００を少なくとも部分的に銅で構成することができ、より具体的には、銅−ＩＮＶ  ＡＲ（登録商標）−銅とすることができる。銅−ＩＮＶＡＲ（登録商標）−銅は、銅の層間にＩＮＶＡＲ（登録商標）の層を挟持する層状物質であり、プリント回路基板技術で使用されてきた。フレーム５００内にその他の導電材を使用して、導電性であるとともに取り扱いに対して十分に剛性であるフレーム構造を実現することができ、またこれらの導電材を再成形して所望の接点接続部を形成することができる。
【００９２】
図示のフレーム５００は、電気部品及び弁アクチュエータのＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂに電流を供給するための様々な回路素子５２２、５２４、５２６及び接点パッド５２０を有する。また、フレーム５００は、バッテリセル２０の正又は負の端子との電気接触を可能にするバッテリ接点５３０、５３２、５３４ａ、５３４ｂ、５３６ａ及び５３６ｂとして機能する回路素子を含む。フレーム５００はまた、一般に電気部品を受け入れて及び／又はこれらの電気部品との電気的接続を形成するように構成された接点パッド５０２、５０４、５０６、５０８、５１０、５１２、５１４及び５１６も含む。フレーム５００は、以下で説明するように、最終的にリードフレームの一部を形成するが、最終的なフレーム構成には必要なく、組立工程中に除去されるフレーム要素５３８をさらに含む。フレーム５００は、位置センサ６００の取り付け用パッドを実現する、シャーシ５００の両端に位置する１対のセンサ接点パッド６０２をさらに含む。この取り付け用パッド６０２は、制御回路に制御信号を供給する回路部品に接続される。
【００９３】
導電性フレーム５００は、実質的に均一な厚みを有するように形成することができる。１つの例によれば、フレームは約１００ミクロンの最小厚さを有する。フレーム５００の諸要素の厚み及び幅により、フレーム５００の構造的完全性を決定することができるので、本明細書で説明するように、これらの要素を接点接続部の再成形を可能にするように選択すべきである。１つの実施形態によれば、フォトエッチング法を使用することによりフレーム５００を形成することができる。或いは、スタンピング、成型、プリンティングのうちの１又はそれ以上を使用する、或いは導電性フレーム５００を別様に作製するその他のフレーム作製技術を介してフレーム５００を形成することができる。組立工程中は、フレーム５００を容易に取り扱うことができる。導電性フレーム５００形成後、フレーム５００に１又はそれ以上の電気部品を取り付ける。図３７で分かるように、図示の電気部品５４０、５４２、５４４及び５４６を特定の接点上に取り付け、フレーム５００に電気的に接続して所望の回路構成を形成する。図示の実施形態では、電気部品５４０は、（３２キロヘルツなどの）タイミング信号を供給するように構成された発振結晶などのタイミング回路を含むことができる。図示のタイミング回路５４０は、接点パッド５０２、５０４及び５０６上に位置する。構成部品５４２は、接点パッド５０８及び５１０上に位置する誘導子を含むことができる。構成部品５４４は、接点パッド５１２及び５１４にわたって接続されたコンデンサを含むことができる。コンデンサ、誘導子及び任意の（単複の）抵抗を、電圧ブースト回路を実現するように構成することができる。構成部品５４６は、パッドにつながる回路素子への電気的接続を提供する、パッド５１６上に配置された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップを含むことができる。ＡＳＩＣ５４６は、アクチュエータの起動を弁を作動させるように制御するための制御回路として機能することができる。タイミング回路５４０、誘導子５４２、コンデンサ５４４及びＡＳＩＣチップ５４６を、適当なＳＭＡワイヤアクチュエータ８２ａ又は８２ｂに電流を供給することによって弁アクチュエータの起動を制御して弁を開閉することにより、流体消費セル２０への流体の侵入を制御するように構成することができる。センサ接点パッド６０２上には位置センサ６００が取り付けられて、移動プレート６６の位置を感知する。図示の特定の電気部品の例はフレーム５００上に設けられているが、本発明の教示内容から逸脱することなく他の回路部品及び回路装置を使用することもできる。
【００９４】
フレーム５００上に電気部品５４０〜５４６を取り付けた後、フレーム５００は、図３８に示すようにシャーシ５５０に入れられる。シャーシ５５０は、フレーム５００の回路素子及びフレームに取り付けられた電気部品５４０〜５４６を実質的に封入する非導電性材料を含む。シャーシ５５０は、プリント回路基板内で使用するのに適した基板材料を含むことができる。１つの実施形態によれば、シャーシ５５０は、ＥＰＩＣＬＡＭ（登録商標）Ｌ９０３５（Ｅｐｉｃ  Ｒｅｓｉｎｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社、米国ウィスコンシン州パルマイラ）など、又は、ＡＤＴＥＣＨ（登録商標）ＥＬ−３２３−ＴＣ−１エポキシ（Ｃａｓｓ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社、米国オクラホマ州オクラホマシティ）などのエポキシを含むことができる。１つの例によれば、シャーシ５５０を形成するエポキシは、５．８パーツパーミリオンパー℃（ｐｐｍ／℃）の熱膨張率を有し、フレーム５００を形成するＫＯＶＡＲ（登録商標）は、５ｐｐｍ／℃の熱膨張率を有する。従って、フレーム５００の熱膨張率とシャーシ５５０の熱膨張率は実質的に一致する。シャーシ５５０は、低い（空気などの）流体浸透率を有し、実質的に一致するＣＴＥに起因してフレーム５００とともに膨張及び収縮する。従来の金型を使用することにより、シャーシ５５０の非導電性材料をフレーム５００を覆って成型して所望の構成を実現することができる。シャーシ５５０の流体透過性が十分に低くない実施形態では、シャーシ５５０をより透過性の低い別の材料で被覆することができる。
【００９５】
図３８に示す実施形態では、シャーシ５５０が、フレーム５００の主回路素子の周りに形成された略矩形の本体を有するとともにこれらの主回路素子を封入するように形成される。また、シャーシ５５０は、フレーム５００の接点パッド５２０よりも下方に延びる内向きに突出するレッジ５５２を含む。レッジ５５２は、弁の移動プレート６６の周辺部の頂面に当接する上面を提供する。レッジ５５２からは、対角リブ５５４及びフレーム５００上に取り付けられた追加の回路部品を封入する高さを低くした本体５５６が延びる。シャーシ５５０は、フレーム５００の回路素子及びフレームに取り付けられた電気部品５４０〜５４６を実質的に封入するように構成された形状及びサイズを有する。シャーシ５５０は、図３１〜図３４に示すとともに本明細書で説明するような空気均一化経路の包含に対応するように成型することができる。
【００９６】
シャーシ５５０は複数のクリンプコネクタ開口部５６０を有し、これらはシャーシ５５０の成型中に形成することができ、或いは成形工程の後に機械加工又は切断により形成し、材料を除去してクリンプコネクタ開口部５６０を形成することができる。クリンプコネクタ開口部５６０は、ＳＭＡワイヤクリンプ５６２を受け入れて、クリンプ５６２をクリンプ開口部５６０内に圧入してＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂが接点パッド５２０と電気的に接触するようにされる。本明細書では、わずかな実施形態による、接点パッド５２０及びクリンプ５６２及び／又はＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂにより形成された電気的接続について説明する。
【００９７】
図３９を参照すると、導電性フレーム５００の残りの不要な要素が除去されている。これにはフレーム要素５３８の除去が含まれる。このように、要素５３８は構造的剛性を提供し、組立前及び組立中におけるリードフレーム５００の取り扱いを可能にする。その後、流体調節システム５０及びこれのバッテリセル２０への取り付けが完了する前に要素５３８は除去される。
【００９８】
図４０を参照すると、図示の弁及びアクチュエータは、シャーシ５５０に取り付けられている。弁の移動プレート６６は、内向きに延びるレッジ５５２よりも下方に挿入され、下にある固定プレート６２は、シャーシ５５０の底面に取り付けられる。固定プレート６２は、シャーシ５５０に接着、締結、又は別様に接続することができる。移動プレート６６にはレバー８４を接続し、シャーシ５５０の開口部５８６内にはピボット部分８６を配置して、レバー８４が枢動及び回転し、移動プレート６６を左右に移動させて弁を開閉するようにする。
【００９９】
シャーシ５５０内のクリンプコネクタ開口部５６０内には、ＳＭＡワイヤクリンプ５６２が圧入される。図示の第１の実施形態では、クリンプ５６２をそれぞれの開口部５６０の底部に圧入して完全に挿入し、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂが接点パッド５２０と電気的に接触するようにする。図４１及び図４２でさらに詳細に分かるように、クリンプ５６２は、開口部５６０の底部に完全に嵌め込まれ、ＳＭＡワイヤ８２ａと接点パッド５２０の間に十分な電気接点が存在するようになる。この実施形態では、図４２で分かるように、クリンプ５６２が、接点パッド５２２を形成する回路経路上に押し付けられてるとともに、開口部５６０とクリンプ５６２の壁部との間の締り嵌めにより適所に保持される。クリンプ５６２は、開口部５６０のサイズ及び形状に実質的に一致するサイズ及び（円筒形などの）形状を有する。図示のＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、それぞれの接点パッド５２０と電気的に接触して、接点パッド５２０を介して供給された電流がＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂのうちの１つを通過できるようにする。クリンプ５６２を開口部５６０に対して適所に保持するために導電接着剤などの接着剤を塗布し、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂとそれぞれの接点パッド５２０との間の電気接触を保持することができる。クリンプ５６２上に非導電性プラグ（図示せず）をさらに挿入して、上にあるバッテリセル２０からクリンプ５２６を隔離することができる。
【０１００】
図４３及び図４４を参照すると、クリンプ５６２と接点パッド５２０の間の代替の電気的接続を示している。この実施形態では、図４３で分かるように、接点パッド５２０が、クリンプコネクタ開口部５６０内で内向きに折り曲げられて略Ｗ字形になる。一般に、接点パッド５２０の屈曲したＷ字形には弾力性があり、バネ様の特性を提供するようになる。開口部５６０の壁部内にはクリンプ５６２が圧入されて下向きに強制され、弾性接点パッド５２０に係合し、これを圧迫する。接点パッド５２０を折り曲げることにより、接点パッドがバネ様の付勢を提供する弾性を有して、接点パッド５２０とクリンプ５６２及び／又はこれに接続されたＳＭＡワイヤとの間に適当な電気接触を保持する。図４４で分かるように、クリンプ５６２は、クリンプ開口部５８０に完全に挿入され、接点パッド５２０に付勢接触したままとなる。
【０１０１】
図４５及び図４６を参照すると、さらなる実施形態による別の構成では、図示の接点パッド５２０が、クリンプコネクタ開口部５６０内で内向きに折り曲げられる。この構成では、接点パッド５２０が、弾力性があってクリンプコネクタ開口部５６０の底部から上向きに延びる１又はそれ以上の導電性要素を提供する。図４６で分かるように、クリンプコネクタ開口部５６０にはクリンプ５６２が圧入されて、接点パッド５２０を圧迫する。その他のサイズ及び形状の接点を使用してクリンプ５６２及び／又はＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂに接触することもできる。
【０１０２】
アクチュエータ及び弁をシャーシ５５０及びフレーム５００に取り付けた後、図４７で分かるように、シャーシ５５０の頂面に流体消費セル２０を取り付ける。流体消費セル２０は、シャーシ５２０に接着、締結、又は別様に接続することができる。
【０１０３】
流体消費セル２０をシャーシ５５０に取り付けると、バッテリ接点が上向きに屈曲して、流体消費セル２０の適当な端子と接触するようになる。図４８に示す実施形態では、バッテリ接点５３０、５３４ａ及び５３４ｂが上向きに屈曲して、正端子を形成する缶３４の側壁と接触するようになる。さらに、バッテリ接点５３２（見えず）も、正端子を形成する缶３４の側壁と同様に接触する。残りのバッテリ接点５３６ａ及び５３６ｂは上向きに屈曲して、流体消費セル２０の負端子を形成するカバー３６と接触するようになる。バッテリ接点の屈曲は、バッテリ１０ダイの中に入れて導体素子を再形成することにより実現することができる。缶３４の側壁上のバッテリ接点５３６ａ及び５３６ｂの下には下側電気絶縁テープ５８０を貼り付けて、接点５３６ａ及び５３６ｂを正のバッテリ端子から電気的に絶縁する。バッテリ接点５３６ａ及び５３６ｂは、絶縁テープ５８０をさらに越えて、負のバッテリ端子を形成するカバー３６上に延び、このカバー３６と接触する。その後、図４９で分かるように、バッテリ接点５３６ａ及び５３６ｂを覆って、上側電気絶縁テープ５８２を貼り付ける。
【０１０４】
従って、流体調節システム５０及び結果としてのバッテリ１０は、一体形成された導電性フレーム５００を内部に形成するとともに電気部品を実質的に封入したシャーシ５５０を有利に使用する。結果としてシャーシ５５０内に導電性フレーム５００を取り付けるアセンブリは組み立てが簡単であり、シャーシ５５０を通じた流体の漏れの影響を受けにくい、回路素子及び構成部品を保護する構造となる。
【０１０５】
１つの実施形態によれば、位置センサ６００が、又はこれが少なくとも部分的にシャーシに組み込まれているとみなされるように、位置センサ６００及び接続回路の少なくとも一部を覆ってシャーシ５５０を成型することができる。位置センサ６００及び接続回路の一部を組み込むことができる一方で、個々の位置センサの一部は、シャーシ５５０から弁の移動プレート６６の位置を感知できる場所まで延びて、少なくとも弁が開位置にあるか又は閉位置にあるかを判断することができる。
【０１０６】
図５０を参照すると、位置センサ６００を移動プレート６６に関してさらに示している。開弁位置では、移動プレート６６が、位置センサ６００の一方に接触することができる。閉弁位置では、移動プレート６６が、他方の最も遠い位置で他方の位置センサ６００に接触することができる。導電性移動プレート６６と位置センサ６００の一方との接触を実現することにより、接点接続が閉じることによって移動プレート６６の開位置又は閉位置を示すことができる。或いは、非接触式センサ６００を使用して、移動プレート６６が開位置及び閉位置のいずれかにあるときを感知することもできる。例えば、容量センサ又はレーザセンサを使用して、センサ６００から移動プレート６６までの距離を感知することができる。さらに、１つ又は２つの位置センサ６００を使用して、開位置と閉位置の間の中間位置にある移動プレート６６の位置を感知することができる。本明細書で開示する流体調節システムの様々な実施形態を含む様々な弁構成で１又はそれ以上の位置センサ６００を使用して弁の開位置及び閉位置を感知し、流体消費バッテリへの流体を調節することができる。
【０１０７】
図５１を参照すると、１つの実施形態による弁制御回路６１０を示している。この実施形態によれば、弁制御回路６１０はコントローラ６２０を使用する。１つの実施形態によれば、コントローラ６２０は、状態論理ルーチン７００を実行するソフトウェアなどのロジックで構成された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含むことができる。ＡＳＩＣは、図３７に示す構成部品５４６などのチップ上に構成することができる。別の実施形態によれば、コントローラ６２０は、マイクロプロセッサを有するマイクロコントローラを含むとともに、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）などのメモリを含むことができる。マイクロコントローラ６２０は、感知した入力を処理し、制御出力信号を供給して弁作動を制御するための、本明細書で説明するような状態論理７００を実行する。制御回路６１０に図３７の構成部品５４６又は図４、図６〜図８及び図１１に示す制御回路９０を含め、或いはこれらの代わりに制御回路６１０を使用することができる。
【０１０８】
図示の弁制御回路６１０は、様々な入力を受け取って、アナログ入力を、コントローラ６２０に入力するデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）回路６５４も含む。タイミング回路６３８は、コントローラ６２０にタイミング信号を供給する。また、弁を開閉する期間を定めるための入力をコントローラ６２０に供給するために、ブロック６２６のパルスタイマ１及びブロック６２８のパルスタイマ２をそれぞれ設ける。
【０１０９】
弁制御回路６１０は、入力端子６１２及び６１４においてバッテリの正及び負の端子にかかる感知バッテリ電圧を示す感知電圧＋ＶＥ及び−ＶＥを含む様々な入力を受け取る。入力６１２及び６１４からの感知電圧は、バッテリとの逆極性接続に対する保護を行う逆極性保護回路６１６に入力される。感知電圧＋ＶＥ及び−ＶＥは、電圧センサ及び時間帯比較回路６１８にも入力される。電圧センサ及び時間帯比較回路６１８は、差動電圧を感知して、動作の時間帯を定める電圧閾値とバッテリ電圧を比較する。１つの実施形態によれば、１．１０ボルトの第１の低電圧を低閾値電圧として使用して、感知電圧が１．１０ボルトの第１の低閾値未満に下がったときに、弁を開いてバッテリに流体を供給すべきかどうかを判断する。この実施形態によれば、１．２７５ボルトの第２の高電圧を高閾値電圧として使用して、感知電圧が１．２７５ボルトの第２の高閾値を超えたときに、弁を閉じるべきかどうかを判断する。電圧センサ及び時間帯比較回路６１８の出力は、コントローラ６２０に入力として供給される。また、回路の動作に使用できる逓増電圧を供給するために、０．９ボルト〜３．０ボルトのチャージポンプ６３６が設けられる。
【０１１０】
弁制御回路６１０は、アナログ／デジタル変換器６５４によってアナログ信号からデジタル信号に変換された様々なセンサ入力も受信する。これには、弁の移動プレートの位置を感知するための１又はそれ以上の位置センサ６００からの信号入力が含まれる。また、湿度センサ６３２は、弁の湿度を感知して制御回路６１０に入力を供給する。さらに、温度センサ６３４は弁の温度を感知して、この感知温度信号を制御回路６１０に供給する。湿度センサ６３２及び温度センサ６３４は、基本的に流体調節システムの動作状態を感知する。流体調節システムの動作状態を感知することにより、この感知した動作状態に基づいて、弁を開位置に保持するために使用される最低限必要な時間ＴMINを判断することができる。時間ＴMINをルックアップテーブルから選択することにより、この最低限必要な時間ＴMINを、感知した動作状態に基づいて定期的に動的に調整することができる。さらに、位置センサは、弁の摩耗パラメータを示すことができる位置信号を供給して、感知した流体調節システムの動作状態も提供することができる。本明細書で使用する摩耗パラメータとは、弁の予想寿命内のある時点を推定する際に、又は弁の故障が迫っていることの表示などに有用であるような、弁の耐用年数中に変化し得る弁構成部品の物理的特性又は電気的特性などの特性を意味する。例えば、１対の位置センサが示めすように、弁が１つの位置から別の位置に移動するのに必要な時間又はエネルギーは、時間とともに徐々に増加する可能性があり、及び／又は弁がもはや満足に動作しなくなる直前に過大になる。このような変化は、摩擦を原因とする物理的摩耗、反復動作による疲労、誤動作、又は汚れ又は破断による故障などの要因に起因する可能性がある。
【０１１１】
弁制御回路６１０は、ドライバ回路６４２に出力信号を供給する。１つの実施形態によれば、ドライバ回路６４２は、アクチュエータを駆動させて弁を開閉するための駆動信号を出力６４４及び６４６において生成する駆動トランジスタを含むことができる。
【０１１２】
図５２を参照すると、１つの実施形態による、コントローラにより実行される状態論理ルーチン７００を示している。論理ルーチン７００は、給電すべき装置に電圧が加えられる、ブロック７０２における電源オン状態を含む。電源オン状態７０２では、亜鉛空気セルなどの流体消費セルが弁スイッチング制御回路に接続され、電源オンリセットが起動される。ブロック７０４に示すように、電源がオンになる前は、弁は閉弁状態にある。閉弁状態７０４では、ＳＭＡドライバは無効であり、電圧センサが有効である。バッテリセル電圧が１．１０ボルトの低い方の第１の閾値未満に落ちるまで、或いはイベント７０６で示すように、電圧（ｄｖ／ｄｔ）の変化率などのバッテリ電気出力の変化率が４００ミリボルト／秒などの変化率閾値を超えた場合、弁は閉弁状態７０４にとどまる。イベント７０６が発生すると、弁は開弁状態に移行し始め、この間、適当なＳＭＡアクチュエータに電力を印加することにより弁が開き始める。開弁状態７０８では、電圧センサが無効になり、弁を開位置に作動させるＳＭＡドライバが有効になってアクチュエータが起動する。弁は、一度作動すると、パルスタイマ１が判断した時間後に開弁状態７１２に移行する。１つの例によれば、パルスタイマ期間は約０．５秒である。これは、ＳＭＡドライバが弁を完全な開位置に駆動するのに十分な時間である。開弁状態７１２では、弁を開くためのＳＭＡドライバが無効になり、（単複の）位置センサの状態がチェックされる。開弁状態１２に入ると、ルーチン７００は、ステップ７１４において、誤ったトリガの発生を防ぐために期間ｔ＿ｖａｌｖｅ−ｏｐｅｎの  ｄｅｂｏｕｎｃｅの間待機する。期間ｔ＿ｖａｌｖｅ−ｏｐｅｎ  ｄｅｂｏｕｎｃｅは、１つの例では５０ｍｓなどの安定した電圧出力を実現するのに十分な所定の時間であることができる。その後、ルーチン７００は開弁状態７１６に進む。開弁状態７１６において、電圧センサが有効になり、弁を開いたままにしておくために必要な最低時間ＴMINが計算される。
【０１１３】
開弁状態７１６にある間、ルーチン７００は、最低限必要な時間ＴMINが経過したかどうかをステップ７１８においてチェックし、経過していなければ、弁を開弁状態７１６に保持する。この最低時間ＴMINにより、弁は、繰り返し開閉されないように開位置に保持される。また、弁アクチュエータによるエネルギーの使用及び対応するバッテリ容量の損失を最小限に抑えるような方法で弁を開位置に保持し、弁を最低時間ＴMINにわたって開位置に保持することを要求することによって弁を別様に早く開くために、最低限必要な時間ＴMINが使用される。これにより、弁がより大きな周波数で動作することを制限して、バッテリ容量を無駄にしないようにする。最低時間ＴMINは、弁を開閉するために必要なバッテリ容量及び弁が開いている間に失われるバッテリ容量に基づいて計算することができる。弁を閉じるために必要な第１のバッテリ容量の損失を最初に計算し、弁を開くために必要な第２のバッテリ容量の損失を計算し、弁を開位置のままにしておくことによるバッテリ容量の損失率を計算し、計算した第１及び第２のバッテリ容量の損失と、計算したバッテリ容量の損失率との比較に基づいて最低限必要な時間を計算することにより、最低時間ＴMINを算出することができる。その後、温度などの１又はそれ以上の動作状態に基づいて最低限必要な時間ＴMIN内の変化をメモリに記憶し、これを使用して起動時に弁を開位置に保持することができる。
【０１１４】
１つの実施形態によれば、最低限必要な時間ＴMINが、感知した動作状態に基づいて決定される。より詳細には、最低限必要な時間ＴMINが、感知した動作状態に基づいて動的に調整される。１つの実施形態によれば、感知した動作状態が、感知温度を含むことができる。別の実施形態によれば、感知した動作状態が、湿度センサを使用して感知した湿度を含むことができる。さらなる実施形態によれば、感知した動作状態が、摩耗パラメータを含むことができる。弁の既知の状態、及び位置センサが、弁が開位置及び閉位置にあると感知したことに基づいて、感知した摩耗パラメータを決定することができる。
【０１１５】
弁は、ステップ７２０における、セル電圧が１．２７５ボルトの高い方の第２の電圧制限を超えること、及び最低時間ＴMINが経過したことという両方のイベントまで開弁状態７１６にとどまる。セル電圧が、１．２７５ボルトの高い方の第２の電圧閾値を上回り、かつ最低時間ＴMINが経過した場合、弁が閉弁状態７２２に移行し、この間に弁は閉位置へ向けて作動される。閉弁状態７２２では、電圧センサが無効になり、弁を閉鎖するためのＳＭＡドライバが有効になる。その後ステップ７２４において、弁は、１つの例では０．５秒なのど、パルスタイマ２が設定した時間待機した後に閉弁状態７２６に移行する。閉弁状態７２６では、電圧センサが有効になり、位置センサの状態がチェックされる。その後、ルーチン７００は、ステップ７２８における誤ったトリガの発生を防ぐための期間ｔ＿ｖａｌｖｅ−ｃｌｏｓｅｄ  ｄｅｂｏｕｎｃｅ後に閉弁状態７０４にさらに移行する。期間ｔ＿ｖａｌｖｅ−ｃｌｏｓｅｄは、定常状態出力電圧を実現するのに十分な、５０ｍｓなどの所定の時間であることができる。閉弁状態７０４では、ＳＭＡドライバが無効になり、電圧センサが有効になる。その後、様々な状態間でルーチン７００を繰り返すことができる。
【０１１６】
流体調節システムは、バッテリの電圧をモニタして、モニタした電圧がセル当たり１．１０ボルトの第１の低い方の閾値電圧未満に落ちたときに弁を開き、電圧がセル当たり１．２７５ボルトの第２の高い方の電圧を超えたときに弁を閉じることによって流体消費バッテリへの流体の供給を制御することにより、流体消費バッテリに供給される流体を有利に制御する。また、本発明の流体調節システム及び方法は、時間に対するバッテリ電圧の変化率をさらにモニタする。具体的には、バッテリの電圧ｄｖ／ｄｔの変化率をモニタし、４００ミリボルト／秒／セルなどの電圧変化率閾値と比較して、モニタした電圧の変化率が変化率閾値を超えたときに弁を開く。本明細書では、バッテリの電気出力の変化率を電圧の変化率として図示し説明しているが、他の実施形態によれば、開回路電圧、閉回路電圧、電流、電力及びこれらの組み合わせなどの、様々なエネルギー測定値を使用することができる。別の実施形態によれば、モニタしたバッテリの電気出力が、電流検出器によって検出したバッテリ電流を含むことができ、バッテリ電流の変化率が電流変化率閾値と比較される。１つの実施形態によれば、弁が閉位置にあるときの電圧の変化率がモニタされ、電圧の変化率は電圧の減少率である。本発明の流体調節システム及び方法は、モニタした電圧の変化率が電圧変化率閾値を超えたときに弁を開くことにより迅速に弁を開いて、バッテリにより給電されている装置のサービスが中断しないようにするという利点を有する。さらに、感知した動作状態に基づいて変化率閾値を調整することができる。１つの実施形態によれば、変化率閾値を調整するための感知する動作状態が、温度、湿度及び摩耗パラメータから成る群の少なくとも一部である。別の実施形態によれば、感知した動作状態は、温度、湿度及び摩耗パラメータのいずれか１つ又はいずれかの組み合わせを含むことができる。
【０１１７】
弁を開位置に保持するために最低限必要な時間ＴMINは、感知した動作状態に基づいて動的に調節される。１つの実施形態によれば、感知する動作状態が、温度センサが感知した感知済みの温度である。図２３を参照すると、１つの例によれば、最低限必要な時間を調整するために選択できる複数の温度及び対応する最低時間ＴMINがルックアップテーブルにより与えられる。感知温度が変化するにつれて、最低限必要な時間ＴMINが、感知温度の関数として動的に調整される。温度データを補間又は推定することによって最低限必要な時間ＴMINを判断することができ、また方程式に基づいて判断することができる。湿度及び摩耗パラメータなどのその他の感知した動作状態に基づいて同様のルックアップテーブルを使用することができ、複数の感知した動作状態を組み合わせたものを使用して最低限必要な時間ＴMINを調整することができる。
【０１１８】
以上、単一のセルを有する単一のバッテリに流体を供給する流体調節システムに関して本発明を説明したが、本発明の様々な態様を、複数のセルを有するバッテリ及び複数のバッテリを有するバッテリパックに適用することもできる。例えば、流体調節システムをバッテリパックのハウジング内に完全に又は部分的に配置して、空気又は別の流体がバッテリパックのハウジングに入り込めるようにする弁を選択的に開閉することができる。この場合、個々のバッテリごとに別個の流体調節システムは必要でない。さらに、流体調節システムには、バッテリのいずれか１つ又は群、又はバッテリパック内の全てのバッテリから、或いはバッテリパック外部の別のバッテリから給電を行うことができる。
【０１１９】
バッテリ、バッテリ群又はバッテリパックにより給電される、或いはバッテリ、バッテリ群又はバッテリパックと分離して設けられた装置内に、流体調節システムを完全に又は部分的に配置することもできる。例えば、弁は、様々なマルチセルパックのサイズに対応する予め同梱したモジュールであってもよい。従って、弁、弁の電源及び制御装置を流体消費セルと別に梱包することには様々な利点があると考えられる。
【０１２０】
流体消費バッテリと流体調節システムの組み合わせとして、１又はそれ以上の交換可能な流体消費バッテリを挿入した流体調節システムの全て又は一部を収容したモジュールを挙げることができる。これによって、流体調節システムの少なくとも一部を再使用できるようになり、この結果、ユーザにとってバッテリ当たりのコストが削減される。モジュールは、１又はそれ以上の流体入口を含むことができ、また流体がバッテリに到達するための通路を提供する内部チャネル、プレナム、又はその他の内部空間を含むこともできる。バッテリの一部である対応する電気接点と協働するモジュールの一部である電気接点を使用してモジュール及びバッテリの意図しない分離を防ぐことを含むあらゆる適当な態様で、モジュール及びバッテリをまとめることができる。例えば、モジュールの電気接点を突出ブレードの形にして、これをバッテリ電気接点を含むバッテリケース内のスロットにはめ込むことができる。このブレードを、締り嵌め、１又はそれ以上のバネ、機械式係止機構及びこれらの様々な組み合わせなどのあらゆる適当な手段によってスロット内に保持することができる。正しい電気接続を確実にしてバッテリの逆転を防ぐために、モジュールとバッテリを正しい方向でしか接合できないようにモジュール及びバッテリの寸法、形状及び電気接点を構成することができる。モジュール、バッテリ、又はこれらの両方は、組み合わせたバッテリ及びモジュールを取り付けた装置と正しい電気接触を行う外部接点端子を有することができる。いくつかの実施形態では、装置からモジュールを取り除かずにバッテリを交換することができる。
【符号の説明】
【０１２１】
７００：状態論理ルーチン
７０２：電源オン
−Ｚｎ−空気セルを弁切り替え制御回路に接続
−電源オンリセット
７０４：閉弁
−ＳＭＡ分割器を無効化
−電圧センサを有効化
７０６：ＣＥＬＬ  Ｖ＞セルＶ＜１．１００Ｖ又は−ｄｖ／ｄｆ＞４００Ｍｖ／ｓ
７０８：開弁
−電圧センサを無効化
−ＳＭＡドライバを有効化（開）
７１０：期間後：パルスタイマ（０．５秒）
７１２：開弁
−ＳＭＡドライバを無効化（開）
−位置センサの状態をチェック
７１４：期間後：ｔ＿ＶＡＬＶＥ−ＯＰＥＮ  ＤＥＢＯＵＮＣＥ
７１６：開弁
−電圧センサを有効化
−ＴＭＩＮを計算
７１８：ＴＭＩＮ経過せず
７２０：セルＶ＞１．２７５Ｖ及びＴＭＩＮ経過
７２２：閉弁
−電圧センサを無効化
−ＳＭＡ分割器を有効化
７２４：期間後：パルスタイマ（０．５秒）
７２６：閉弁
−電圧センサを無効化
−位置センサの状態をチェック
７２８：期間後：ｔ＿ＶＡＬＶＥ−ＯＰＥＮ  ＤＥＢＯＵＮＣＥ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２７Ｄ】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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