(57)【要約】  再充電不能バッテリは、開口部を有するハウジングと、ハウジングの開口部を閉鎖するカバーとを含む。ハウジング及びカバーは、バッテリ内に容積領域を定める。バッテリはまた、どちらも容積領域内に配置された、少なくとも１つの電気化学電池及び管理要素を含む。管理要素は、能動的に監視されるバッテリの状態に基づいて、電池からバッテリの外に出力される電流出力を選択的に遮断するプログラム可能電気回路を含む。バッテリの化学的性質は、Ｌｉ−ＦｅＳ2又は他の再充電不能な化学的性質である。【選択図】図３
2011521400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再充電不能バッテリであって、
開口部を有するハウジングと、
前記ハウジングの前記開口部を閉鎖するカバーと、
を含み、前記ハウジング及び前記カバーは、前記バッテリ内の容積領域を定め、
前記容積領域内に配置された少なくとも１つの電気化学電池と、
前記容積領域内に配置された管理要素と、
が設けられ、前記管理要素は、能動的に監視されたバッテリの状態に基づいて、前記電池から該バッテリの外に出力される電流を選択的に遮断するプログラム可能電気回路を含むことを特徴とするバッテリ。
【請求項２】
前記バッテリの化学的性質はＬｉ−ＦｅＳ2であることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
【請求項３】
前記管理要素は集積チップであることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
【請求項４】
前記管理要素は能動電気要素を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
【請求項５】
前記管理要素は前記カバー内に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
【請求項６】
前記管理要素は、前記少なくとも１つの電池と前記カバーとの間に配置され、該少なくとも１つの電池は、該管理要素を通して該カバーの端子と電気的に連通していることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
【請求項７】
前記管理要素は、前記少なくとも１つの電池と前記ハウジングとの間に配置され、該少なくとも１つの電池は、該管理要素を通して該ハウジングと電気的に連通していることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
【請求項８】
前記管理要素は、電流を選択的に制御して、前記バッテリを通って流れるようにするマイクロプロセッサをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
【請求項９】
前記管理要素は、前記少なくとも１つの電池の電流を検出する電流センサをさらに含み、前記マイクロプロセッサは、前記検出された電流に基づいて、スイッチを選択的に開閉することを特徴とする、請求項８に記載のバッテリ。
【請求項１０】
前記管理要素は、前記少なくとも１つの電池における前記電流の方向を検出する電流方向センサをさらに含み、前記マイクロプロセッサは、前記検出された電流の方向に基づいて、スイッチを選択的に開閉することを特徴とする、請求項８に記載のバッテリ。
【請求項１１】
前記管理要素は、前記バッテリの温度を検出する温度センサをさらに含み、前記マイクロプロセッサは、前記検出された温度に基づいて、スイッチを選択的に開閉することを特徴とする、請求項８に記載のバッテリ。
【請求項１２】
前記管理要素は、前記少なくとも１つの電池の充電状態を判断する充電状態判断装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
【請求項１３】
前記充電状態判断装置は、前記バッテリのデータ出力端子を通して前記判断された充電状態を提供することを特徴とする、請求項１２に記載のバッテリ。
【請求項１４】
一次バッテリの電流出力を制御する方法であって、
前記一次バッテリの電気的動作特性を判断し、
前記電気的動作特性に基づいて、前記一次バッテリの前記電流出力を遮断させる、バッテリ内に収容される実行可能命令を実行する、
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記電気的動作特性は、前記電流の大きさであることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記電気的動作特性は、前記電流の方向であることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記バッテリの温度を判断し、
前記温度が構成可能な温度閾値を上回るとき、前記バッテリの前記電流出力を遮断する、
ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記バッテリの充電状態を判断し、
前記バッテリの端子を通して前記充電状態を出力する、
ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記バッテリはＬｉ−ＦｅＳ2バッテリであることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
ハウジング内に収容された電気化学電池と、
前記ハウジング上又は該ハウジング内に形成された出力端子と、
前記電池と前記出力端子との間に配置され、該電池により電力が与えられる能動電気要素を含むスイッチと、
前記スイッチを制御して、所定の条件の下で前記電池から該スイッチを通って前記出力端子への電流の流れを遮断するマイクロプロセッサと、
を含み、前記マイクロプロセッサも同じく前記ハウジング内に収容されることを特徴とする一次バッテリ。
【請求項２１】
前記電池からの前記電流の流れのレベルを判断する電流レベル・センサをさらに含み、前記マイクロプロセッサは、前記スイッチを制御して、前記レベルが所定のプログラム可能電流レベル閾値を上回ったとき、該スイッチを通る電流の流れを遮断することを特徴とする、請求項２０に記載の一次バッテリ。
【請求項２２】
前記電池の前記電流の流れの方向を判断する電流方向センサをさらに含み、前記マイクロプロセッサは、前記スイッチを制御して、前記方向が所定のプログラム可能電流方向に適合しないとき、該スイッチを通る電流の流れを遮断することを特徴とする、請求項２１に記載の一次バッテリ。
【請求項２３】
前記バッテリの温度を判断する温度センサをさらに含み、前記マイクロプロセッサは、前記スイッチを制御して、前記温度が所定のプログラム可能温度閾値を上回ったとき、該記スイッチを通る電流の流れを遮断することを特徴とする、請求項２２に記載の一次バッテリ。
【請求項２４】
前記バッテリの充電状態を判断する充電状態判断装置をさらに含み、前記マイクロプロセッサは、前記端子を通して前記充電状態を出力することを特徴とする、請求項２３に記載の一次バッテリ。
【請求項２５】
前記スイッチは、１つ又はそれ以上の電界効果トランジスタを含むことを特徴とする、請求項２４に記載の一次バッテリ。
【請求項２６】
前記電池の前記電圧を、前記スイッチに電力を供給するのに適した電圧まで増大させる昇圧回路をさらに含むことを特徴とする、請求項２５に記載の一次バッテリ。
【請求項２７】
前記スイッチは、少なくとも１つの電界効果トランジスタを含むことを特徴とする、請求項２０に記載の一次バッテリ。
【請求項２８】
直列で設けられた少なくとも２つのトランジスタがあることを特徴とする、請求項２７に記載の一次バッテリ。
【請求項２９】
前記電池の前記電圧を、前記スイッチに電力を供給するのに適した電圧まで増大させる昇圧回路をさらに含むことを特徴とする、請求項２７に記載の一次バッテリ。
【請求項３０】
２つのスイッチがあり、各々のスイッチは前記電池と前記出力端子との間に配置されることを特徴とする、請求項２０に記載の一次バッテリ。
【請求項３１】
前記電池と前記出力端子との間に配置された正の温度係数装置をさらに含むことを特徴とする、請求項２０に記載の一次バッテリ。
【請求項３２】
前記電池はＬｉ−ＦｅＳ2であることを特徴とする、請求項２０に記載の一次バッテリ。
【請求項３３】
前記スイッチ及び前記マイクロプロセッサは単一の特定用途向け集積回路の一部であることを特徴とする、請求項２０に記載の一次バッテリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下は、一般に、バッテリのハウジングに／ハウジングの中に配置されたバッテリ管理回路に関し、再充電不能（一次）リチウム−二硫化鉄（Ｌｉ−ＦｅＳ2）バッテリへの特定の用途を見出す。
【背景技術】
【０００２】
「バッテリ」という用語は、負荷に対して電流を供給する１つ又はそれ以上の電気化学電池を有する装置を指す。通常、バッテリには、一次及び二次の２つの種類がある。一次バッテリは、不可逆反応を通してエネルギーを供給し、再充電することができない／再充電すべきではない。一方、二次バッテリは、可逆反応を通してエネルギーを供給し、例えば、放電電流の反対方向に、充電電流をバッテリに供給することにより再充電することができる。一次及び二次バッテリは共に、種々のサイズ、化学的性質、電圧及びフォーム・ファクタで製造され、種々の電池式装置に動力を与えるために用いられる。
【０００３】
一次バッテリによって電池式装置に供給される電流を、自動的かつ選択的に抑制することが望ましい。例えば、懐中電灯又は他の電気装置においては、バッテリ及び／又は装置の温度が所定の温度閾値を越えたときに、一次バッテリから装置への電流の流れを抑制することが望ましい場合がある。こうした温度は、バッテリ及び／又は装置内の電気的短絡、負荷による過度な電流の引き込み、周囲温度条件、及び／又は、別の温度ベースの故障状態を示すことがある。これを容易にするために、正の温度係数（ＰＴＣ）装置が、バッテリ内の電流経路に含められる。通常、ＰＴＣ装置の抵抗は、その温度の関数であり、温度がトリップ閾値を越えると急に上昇し、それにより電流の流れが低減される。
【０００４】
より具体的には、ＰＴＣ装置は、金属箔の間に挟まれたポリマー／グラファイトのマトリックスを含む。ＰＴＣ装置の温度が、摂氏約８５度（℃）のトリップ温度を越えると、ポリマー／グラファイトが膨張し、それにより抵抗が増大し、電流が減少する。一例において、ＰＴＣ装置は、２０℃で約３５ミリオーム（ｍΩ）の抵抗を有し、トリップ温度閾値まで約０．４ｍΩ／℃だけ増大し、トリップ温度閾値において、抵抗は、約１００Ωまで急速に増大する。ＰＴＣ装置がトリップ温度より低くなるまで冷めると、その抵抗は再びトリップ前の抵抗状態にリセットされる傾向がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
残念ながら、ＰＴＣ装置には幾つかの欠点がある。例えば、ＰＴＣ装置は、その温度のみに基づいてトリップするが、電流の流れの抑制を望ましくトリガする他の特性もあり得る。さらに、ＰＴＣ装置は、トリップしたとき、電流を制限する又は低減させる（１００Ωの抵抗により）にすぎず、ＰＴＣを通る電流の流れを停止させるわけではない。従って、温度ベースの故障状態の際も、電流はバッテリにより供給され続け、電流がＰＴＣ装置を加熱し続ける。さらに、ＰＴＣ装置は、トリップ閾値に対して加熱／冷却するのにかかる時間が原因で、故障状態の後、トリップ／リセット遅延を被る。さらに、ＰＴＣ装置は受動装置であり、ＰＴＣ装置の温度が閾値温度の周りで変動する場合には、低抵抗状態と高抵抗状態との間で変動することになりかねない。リセット後、リセットがそもそも可能である場合、ＰＴＣ装置の抵抗は、典型的には、最初のトリップ前抵抗より高く（例えば、約２倍）、これにより高速性能が低下する。さらに、ＰＴＣ装置は圧縮力に対して敏感であり、そのことによりＰＴＣの起動が遅延又は防止されることがある。この圧力に対する感度はまた、特に、大量生産の設定に用いられる閉鎖及び封止方法に関する電池設計の選択肢を制限する場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本出願の態様は、上記及び他の問題に対処するものである。
一態様において、再充電不能バッテリは、開口部を有するハウジングと、ハウジングの開口部を閉鎖するカバーとを含む。ハウジング及びカバーは、バッテリ内の容積領域を定める。バッテリはまた、どちらも容積領域内に配置された、少なくとも１つの電気化学電池と、管理要素とを含む。管理要素は、能動的に監視されたバッテリの状態に基づいて、セルからバッテリの外に出力される電流を選択的に遮断するプログラム可能電気回路を含む。バッテリの化学的性質はＬｉ−ＦｅＳ2、又は他の再充電不能な化学的性質である。
【０００７】
別の態様において、一次バッテリの電流出力を制御する方法が、一次バッテリの電気的動作特性を判断し、その電気的動作特性に基づいて、一次バッテリの電流出力を遮断させる実行可能命令を実行することを含む。
【０００８】
別の態様において、一次バッテリは、エネルギーを蓄える電池と、出力端子と、電池と出力端子との間及び一次バッテリ内に配置され、電池により電力が与えられる能動電気要素を含むスイッチと、スイッチを制御して、所定の条件の下で電池からスイッチを通って出力端子への電流の流れを遮断するマイクロプロセッサとを含み、マイクロプロセッサは、一次バッテリ内に配置される。
【０００９】
別の態様において、一次バッテリは、電池からの電流の流れのレベルを判断する電流レベル・センサをさらに含み、マイクロプロセッサは、スイッチを制御して、該レベルが所定のプログラム可能電流レベル閾値を越えたときに、スイッチを通る電流の流れを遮断する。
【００１０】
別の態様において、一次バッテリは、電池の電流の流れの方向を判断する電流方向センサをさらに含み、マイクロプロセッサは、スイッチを制御して、該方向が所定のプログラム可能電流方向に適合しないとき、スイッチを通る電流の流れを遮断する。
【００１１】
別の態様において、一次バッテリは、バッテリの温度を判断する温度センサをさらに含み、マイクロプロセッサは、スイッチを制御して、該温度が所定のプログラム可能温度閾値を越えたときに、スイッチを通る電流の流れを遮断する。
【００１２】
別の態様において、一次バッテリは、バッテリの充電状態を判断する充電状態判断装置をさらに含み、マイクロプロセッサは、端子を通して充電状態を出力する。
【００１３】
別の態様において、一次バッテリは、スイッチ及びマイクロプロセッサの少なくとも能動要素に電力を供給する電源をさらに含み、該電源は、電池からの電力を用いて、スイッチ及びマイクロプロセッサの少なくとも能動要素に電力を供給する。
【００１４】
当業者であれば、添付の説明を読み、理解することにより、本出願のさらに他の態様を認識するであろう。
【００１５】
本出願は、同様の参照番号が同様の要素を示す添付図面の図において、限定としてではなく一例として示される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示的なバッテリを示す。
【図２】電池式装置と接続した例示的なバッテリを示す。
【図３】例示的なバッテリ管理回路を示す。
【図４】バッテリ管理回路の第１の例示的なスイッチを示す。
【図５】バッテリ管理回路の第２の例示的なスイッチを示す。
【図６】バッテリ管理回路の第３の例示的なスイッチを示す。
【図７】フロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下は、一次バッテリにより出力される電力を管理する一次バッテリのバッテリ管理回路に関する。本明細書においては、バッテリ管理回路は、リチウム−二硫化鉄（Ｌｉ−ＦｅＳ2）使い捨てバッテリと関連して説明される。しかしながら、バッテリ作動管理回路は、異なる再充電不能バッテリの化学的性質で用いることもできる。バッテリ管理回路を含む一次バッテリは、これらに限定されるものではないが、照明器具（例えば、懐中電灯、卓上スタンド等）及び非照明用電気器具（例えば、一次バッテリを用いて、別個の装置、デジタルカメラ、コンピュータ等上の１つ又はそれ以上の二次バッテリを再充電するゲーム、携帯電話、バッテリ寿命延長装置）のような種々の電池式器具に接続して用いることができる。
【００１８】
最初に図１を参照すると、例示的なバッテリ１００が示される。上述のように、本例において、バッテリ１００はＬｉ−ＦｅＳ2一次バッテリである。図示のように、バッテリ１００は、第１の部分すなわち缶１０４及び第２の部分すなわちキャップ１０６を含むハウジング１０２と、少なくとも１つの電池１０８と、バッテリ管理回路（ｍｇｍｔ）１１０とを含む。バッテリ１００は、例えば、缶１０４が閉鎖した底部と、閉鎖した円筒形側壁と、キャップ１０６により閉鎖される開放上部とを含むＦＲ６型円筒形バッテリとすることができる。他のフォーム・ファクタも可能であり得る。本明細書に定義されるように、バッテリ１００は、缶１０４及びキャップ１０６を含み、これらに囲まれる。
【００１９】
Ｌｉ−ＦｅＳ2電池によって必要とされる有機電解質には、多数の材料（及び特にプラスチック）を溶解する又は劣化させるという傾向があるため、バッテリ管理回路１１０は、電池１０８の化学的領域（すなわち、電池の電気化学的活性部分である陽極、陰極及び電解質）の外に、すなわち、缶１０４の中に又は閉鎖キャップ１０６の一体部分として配置する必要がある。示される例においては、バッテリ管理回路１１０は、缶１０４の中の電池１０８とキャップ１０６との間にある。別の例では、バッテリ管理回路１１０は、少なくとも部分的に缶１０４の中にあり又は缶１０４の外側に配置することができる。さらに別の例では、バッテリ管理回路１１０は、キャップ１０６内に位置させることができる。さらに、別の例では、バッテリ管理回路１１０又は付加的なバッテリ管理回路１１０が、電池１０８と缶１０４との間にあってもよい。しかしながら、多数の民生用バッテリは標準化されたサイズを有するという点で、バッテリ管理回路は、これが容器内に支持されるか又はそこに取り付けられるかに関係なく、依然としてできるだけ小さい容積を占めることが重要である。
【００２０】
バッテリ管理回路１１０は、１つ又はそれ以上の能動要素及び／又は受動要素を含むことができることを理解すべきである。さらに、回路１１０は、集積チップ（ＩＣ）、特定用途向け集積チップ（ＡＳＩＣ）又は別の方法で実装することができる。各々の例において、回路１１０は、受動的な起動方法を必要とせず（すなわち、設定温度にされる）を必要とせず、代わりに、状態を能動的に監視し、次いで、それに対して事前にプログラムされた応答を実施する。これを行なうことにより、回路は、どのような化学的相変化も受けず（ＰＴＣにおけるように）、如何なる可動要素も必要としない（幾つかの形状記憶ばねにおけるように）。
【００２１】
正の温度係数（ＰＴＣ）装置のようなバッテリ１００の１つ又はそれ以上の他の装置に加えて又はこれの代わりに、バッテリ管理装置１１０を含ませることができる。一例では、バッテリ管理回路１１０の設置面積は、バッテリのためのＰＴＣ装置の設置面積とほぼ同じであるか又はこれより小さい。この場合、バッテリ管理回路１１０は、ＰＴＣ装置に割り当てられた領域又は別の領域内に存在することができる。別の例では、缶１０４及び／又は電池１０８のサイズは、電池１０８及びバッテリ管理回路１１０の両方が缶１０４内に嵌まるように構成される。
【００２２】
示される例においては、電池１０８の陽極は、缶１０４と電気的に連通し、電池１０８の陰極は、バッテリ管理回路１１０を通して、キャップ１０６と電気的に連通している。別の実施形態では、電池１０８の陽極が、バッテリ作動管理回路１１０を通してキャップ１０６と電気的に連通し、電池１０８の陰極が缶１０４と電気的に連通するように、端子を切り換えることができる。バッテリ１００の端子は、バッテリ１００の異なる側に配置されるように示されるが、別の実施形態においては、バッテリ１００の同じ側に端子を配置してもよいことを理解すべきである。
【００２３】
バッテリ１００はまた、通気孔ボール（図示せず）等により選択的に封止される開口部（図示せず）を含む圧力逃がし通気孔（図示せず）を含むこともできる。電池１０８の内圧が所定レベルを超えると、通気孔ボールが、開口部の外に押し出されて、電池１０８から加圧流体を解放する。制限なく、箔通気孔又は他の類似した破裂可能な部材を含む、他の通気装置も可能である。いずれの場合にも、バッテリ管理回路１１０は、ガスの流出及び／又はボール／積層部材の変位を可能にするのに十分な間隙を有するという点で、通気装置を収容するように構成しなければならない。
【００２４】
上述のように、バッテリ管理回路１１０は、Ｌｉ−ＦｅＳ2バッテリ以外のバッテリと共に用いることができる。適切な一次バッテリの限定されない例には、アルカリ（例えば、Ｚｎ／ＭｎＯ2）又は炭化亜鉛（ＣＺｎ）等が含まれる。バッテリパックも考えられる。重要なことに、これらの一次システムの全ては、低価格で、かつ、使い捨てできるように設計されているので、高価又は複雑な電流遮断装置の使用は、以前は、こうした一次システムにおいて実現可能なもの又は望ましものとみなされていなかった。
【００２５】
図２を参照すると、一次バッテリ１００が電池式装置２００と接続された状態で示される。こうした装置２００は、バッテリ１００の１つ又はそれ以上を収容するように構成されたバッテリ収容領域を含むことができる。本例においては、バッテリ１００は、負荷２０２に電力を供給する。
【００２６】
バッテリ管理回路１１０は、プログラム可能な実行可能命令を実行する及び／又は種々のバッテリ管理機能を提供するマイクロプロセッサ等を含むことができる。例えば、バッテリ管理回路１１０は、バッテリにより出力された電流を選択的に遮断する。本明細書に用いられる「遮断する（ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ）」とは、現在使用可能なＰＴＣ装置及び／又は所定の温度で物理的に変形する形状記憶ばねと比較して、電流の流れを完全に又は実質的に停止することを指す。それにも関らず、トランジスタ等を通る電流の僅かな漏れが、依然として存在することがある。
【００２７】
バッテリ管理回路１１０は、種々の情報及び／又はバッテリ１００の状態に基づいて、バッテリにより出力された電流を選択的に遮断する。例えば、バッテリ管理回路１１０は、電流の大きさ及び／又は電流の方向に基づいて、電流の流れを遮断することができる。別の例では、バッテリ管理回路１１０は、付加的に又は代替的に、バッテリ１００の温度に基づいて電流の流れを遮断する。別の例では、バッテリ管理回路１１０は、種々の情報を提供する。こうした情報は、これに限定されるものではないが、バッテリ１００の充電状態を含む。他の管理機能も考えられる。
【００２８】
こうした管理により、バッテリ１００は、故障状態、及び／又は強制放電、強制充電等を含むが、これらに限定されない誤用状態の下で、本質的に安全であることが可能になる。さらに、バッテリ管理回路１１０は、以下の、通常の動作中の低い抵抗、望ましくない状態において電流の流れを遮断するための高い抵抗、逆電流（充電）の防止、電流の検出、燃料の計測、及び／又は他の能力を可能にする。
【００２９】
図３は、電池１０８及び負荷２０２と接続された状態の例示的なバッテリ管理回路１１０を示す。電池１０８からの電流は、スイッチ３０４を介して負荷２０２に供給される。制御要素（ＣＴＲＬ）３０６が、電流、電流が流れる方向、及びバッテリ１００の温度等の種々の入力に基づいて、スイッチ３０４を選択的に制御する。スイッチ３０４は、この例では、限流スイッチとすることができる。
【００３０】
電力要素３０２は、バッテリ管理回路１１０の能動要素に電力を供給する。示される例においては、電力要素３０２は、電池１０８から電力を受け取り、適切な電力を能動要素に供給する。一例では、電力要素３０２は、受け取った電力を増大させるための昇圧回路（図示せず）を含む。例えば、一実施形態においては、電池１０８は、約０．５ボルトの直流（ＶＤＣ）から約１．７ＶＤＣまでを電力要素３０２に供給する。電力要素３０２の昇圧回路は、受け取った電圧を増大させ、約５ＶＤＣ又は９ＶＤＣといった、１．７ＶＤＣより大きい出力電圧を生成する。別の実施形態においては、昇圧回路は、別の動作電圧範囲のために構成される。
【００３１】
電流方向センサ３０８が、電池１０８からスイッチ３０４を通って負荷２０２に流れる電流の方向を検出し、それを示す信号を生成する。この信号は、制御要素３０６に提供され、制御要素３０６が、信号に基づいてスイッチ３０４を起動する。一例において、スイッチ３０４により、電流が負荷２０２に流れることが可能になると、信号は、電流が適当な方向に流れていることを示す。別の例では、電流が反対方向に流れようとしているとき、信号は、制御要素３０６を起動して、スイッチを開かせる。この場合、スイッチ３０４を通る電流の流れが遮断又は停止される。従って、スイッチ３０４は、電流が一方向に自由に流れることが可能であり、本質的に反対方向には流れないという点で、理想的なダイオードのように振る舞うことができる。
【００３２】
電流レベル・センサ３１０が、電池１０８からスイッチ３０４を通って負荷２０２に流れる電流のレベルを検出し、それを示す信号を生成する。この信号は、制御要素３０６に与えられ、制御要素３０６は、信号に基づいてスイッチ３０４を起動する。一例において、信号は、電流レベルが所定の閾値電流レベルを下回ることを示し、スイッチ３０４により、電流が負荷２０２に流れることが可能になる。別の例では、信号は、電流レベルが所定の閾値を上回ることを示す。この場合、信号は、制御要素３０６を起動してスイッチを開かせ、これにより電流の流れが遮断される。
【００３３】
温度センサ３１２が、バッテリ１００の温度を検出し、それを示す信号を生成する。適切な温度センサの例は、熱電対を含む。代替的に、ダイ回路自体の温度感受性部分を監視することにより、半導体又はＡＳＩＣ基板上で、温度の検出を達成することもできる。信号は、信号に基づいてスイッチ３０４を起動する制御ポーネント３０６に与えられる。一例において、信号は、温度が所定の閾値温度を下回ることを示し、これは例えば、バッテリ温度が動作条件内にあることを示すことができる。別の例では、信号は、温度が所定の閾値を上回ることを示す。この場合、信号が制御要素３０６を起動して、スイッチ３０４を開け、ここを通る電流の流れを遮断する。温度センサ３１２は、温度を連続的に、周期的に、非周期的に、或いは別の方法で検出するように構成することができる。
【００３４】
バッテリ管理回路１１０はまた、クーロン・カウンタ３１４及び充電状態（ＳＯＣ）判断装置３１６を含むことができる。クーロン・カウンタ３１４は、電流の流れに基づいて放電中に除去された容量を判断し、それを示す信号を生成する。ＳＯＣ判断装置３１６は、クーロン・カウンタ３１４からの信号に基づいて、バッテリ１００の充電状態又は残存寿命を示す信号を生成する。示される例においては、ＳＯＣ判断装置３１６の出力は、キャップ１０６を通して提供される。信号には、四分位数で又はより粗い又はより細かい解像度でといった種々の精度を与えることができることを理解すべきである。ＳＯＣ判断装置３１６を省くこともできる。
【００３５】
バッテリ管理回路１１０はまた、メモリを含むこともできることを理解すべきである。種々のアルゴリズム及び／又は命令をメモリ内に格納し、制御要素３０６及び／又は別のプロセッサにより実行することができる。さらに、履歴情報、製造プロセスについての情報、日付、電流の方向、電流の大きさ、温度、ＳＯＣについての情報、及び／又は他の情報といった種々の情報をメモリ内に格納し、例えば、キャップ１０６を通して及び／又は別の方法により、そこから取り出すことができる。
【００３６】
図４、図５及び図６は、例示的なスイッチ３０４を示す。図４及び図５は、２つのｎ型ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を含む例を示し、図６の例は、単一のｎ型ＭＯＳＦＥＴを含む。代替的に、ｐ型ＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。共通のドレイン、共通のソース、及び／又はドレーン・ソース接続ＭＯＳＦＥＴが考えられる。ＭＯＳＦＥＴは、活性状態と不活性状態との間を移行するように制御され、これにより、電流の流れが可能になったり、遮断されたりする。以下により詳細に説明されるように、ＭＯＳＦＥＴは、活性時には比較的低い抵抗を有し、不活性時には比較的高い抵抗を有し、ＭＯＳＦＥＴの漏れ電流を除いては、本質的に電流の流れを停止する。ＭＯＳＦＥＴはまた、不活性時に、熱を著しく放散することはない。
【００３７】
最初に図４を参照すると、共通のソース構成が示される。一例では、２つのＭＯＳＦＥＴが合わせて、ＰＴＣ装置の抵抗の約５０％である、約１７ｍΩの抵抗を有する。漏れ電流は、約１μＡ（マイクロアンペア）から約３５０ｍＡ（ミリアンペア）のオーダーである。強制放電モードにおいては、２つのＭＯＳＦＥＴは、オフ（Ｖgate＝０Ｖ）であるとき、１μＡより少ない漏れ電流を有した状態で、約１９Ｖまでバッテリを保護した。逆流モードにおいては、ダイオードは、約４．５Ｖでブリッジされた。
【００３８】
図５を参照すると、別の共通のソースの例が示される。上述のように、２つのＭＯＳＦＥＴが、約１７ｍΩの抵抗を有する。強制放電モード及び逆流モードの両方において、２つのＭＯＳＦＥＴは、オフ（Ｖgate＝０Ｖ）であるときは、１μＡの漏れ電流を有した状態で、約１９Ｖまでバッテリを保護した。
【００３９】
ｐ型ＭＯＳＦＥＴの例においては、２つのＭＯＳＦＥＴは、ここでも、約１７ｍΩの抵抗を有する。強制放電モード及び逆流モードの両方において、２つのＭＯＳＦＥＴは、オフ（Ｖgate＝０Ｖ）であるとき、１μＡの漏れ電流を有した状態で、約１９Ｖまでバッテリを保護した。
【００４０】
代替的に、ＭＯＳＦＥＴを並列構成で構成して、その総抵抗を約１０ｍΩまで低減させることができることを理解すべきである。
【００４１】
図６は、単一のＭＯＳＦＥＴスイッチ３０４の例を示す。この例では、ＭＯＳＦＥＴは、約９ｍΩの抵抗を有する。スイッチがオフ（Ｖgate＝９Ｖ）であるとき、漏れ電流は約１ｍＡより少ない。
他の種類のＦＥＴ及び／又は活性要素も考えられる。
【００４２】
図７と関連して作動が示される。以下の動作の順番は限定的なものではなく、動作は、異なる順番で実行できることを理解すべきである。さらに、動作の１つ又はそれ以上を省いてもよく、及び／又は、１つ又はそれ以上の付加的な動作を加えてもよい。
【００４３】
７０２において、電流の流れの方向が検出される。７０４において、電流の方向が充電状態を示す場合には、７０６において電流の流れが遮断される。そうでない場合には、電流は依然として流れることができる。
【００４４】
７０８において、電流が検出される。７１０において、電流が温度閾値より大きい場合には、７０６において、例えば、電流の流れが遮断され、低減され、又はパルス化され、時間平均電流が所定の臨界値より少なくなり、これにより、バッテリの冷却が可能になる。そうでない場合には、電流は依然として流れることができる。
【００４５】
７１２において、バッテリの温度が検出される。７１４において、温度が温度閾値より高い場合には、７０６において、電流の流れが遮断される。そうでない場合は、電流は依然として流れることができる。
【００４６】
７１６において、バッテリの充電状態が判断され、７１８において、充電状態がバッテリの端子を通して出力される。バッテリの出力電圧は、主バッテリ電圧の上部に重畳情報信号を、及び、関連した電力を装置に運ぶことができる。この情報は、パルス幅変調（ＰＷＭ）又はパルス周波数変調（ＰＦＭ）信号、或いは、ある期間、ある標準的レベル（１．５Ｖ）から何らかの他のレベル１．０Ｖまで、ＦＥＴによってバッテリの出力電圧を変更することによって実装される他のバイナリ・コード化信号の形態とすることができるので、下流側の装置上に電力遮断を生じさせることなく、バッテリ（ＳＯＣ等）についての情報を伝達することができる。このことは、これに限定されるものではないが、下流側の装置にアナログ・デジタル変換器又は比較器を用いて、入ってくる電圧（重畳情報）における変動を検出することを含む、種々の方法で実装することができる。
【００４７】
本出願は、種々の実施形態に関して説明された。本出願を読むことにより、修正及び変更が想起されるであろう。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲に入る範囲で、全てのこうした修正及び変更を含むと見なすことが意図される。
【符号の説明】
【００４８】
１００：バッテリ
１０２：ハウジング
１０４：缶
１０６：キャップ
１０８：電池
１１０：バッテリ管理回路
２００：電池式装置
２０２：負荷
３０２：電力要素
３０４：スイッチ
３０６：制御要素
３０８：電流方向センサ
３１０：電流レベル・センサ
３１２：温度センサ
３１４：クーロン・カウンタ
３１６：ＳＯＣ判断装置
【図１】
2011521400.tif 000003
【図２】
2011521400.tif 000004
【図３】
2011521400.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011521400.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011521400.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月17日(2010.9.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次バッテリの電流出力を制御する方法であって、
前記一次バッテリの電気的動作特性を判断し、
前記電気的動作特性に基づいて、前記一次バッテリの前記電流出力を遮断させる、バッテリ内に収容される実行可能命令を実行する、
ステップを含み、
前記電気的動作特性は、前記電流の方向であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電気的動作特性は、前記電流の大きさであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バッテリの温度を判断し、
前記温度が構成可能な温度閾値を上回るとき、前記バッテリの前記電流出力を遮断する、
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４】
前記バッテリの充電状態を判断し、
前記バッテリの端子を通して前記充電状態を出力する、
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５】
前記バッテリはＬｉ−ＦｅＳ2バッテリであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ハウジング内に収容された電気化学電池と、
前記ハウジング上又は該ハウジング内に形成された出力端子と、
前記電池と前記出力端子との間に配置され、該電池により電力が与えられる能動電気要素を含むスイッチと、
電流方向が所定のプログラム可能な電流方向を充足しないとき、前記スイッチを通る電流の流れを遮断するように前記スイッチを制御する、前記電池の電流の流れの方向を決定する電流方向センサを含むマイクロプロセッサと、
を含み、前記マイクロプロセッサも同じく前記ハウジング内に収容されることを特徴とする一次バッテリ。
【請求項７】
前記電池からの前記電流の流れのレベルを判断する電流レベル・センサをさらに含み、前記マイクロプロセッサは、前記スイッチを制御して、前記レベルが所定のプログラム可能電流レベル閾値を上回ったとき、該スイッチを通る電流の流れを遮断することを特徴とする、請求項６に記載の一次バッテリ。
【請求項８】
前記バッテリの温度を判断する温度センサをさらに含み、前記マイクロプロセッサは、前記スイッチを制御して、前記温度が所定のプログラム可能温度閾値を上回ったとき、該記スイッチを通る電流の流れを遮断することを特徴とする、請求項７に記載の一次バッテリ。
【請求項９】
前記バッテリの充電状態を判断する充電状態判断装置をさらに含み、前記マイクロプロセッサは、前記端子を通して前記充電状態を出力することを特徴とする、請求項８に記載の一次バッテリ。
【請求項１０】
前記スイッチは、１つ又はそれ以上の電界効果トランジスタを含むことを特徴とする、請求項９に記載の一次バッテリ。
【請求項１１】
前記電池の前記電圧を、前記スイッチに電力を供給するのに適した電圧まで増大させる昇圧回路をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の一次バッテリ。
【請求項１２】
前記スイッチは、少なくとも１つの電界効果トランジスタを含むことを特徴とする、請求項６に記載の一次バッテリ。
【請求項１３】
直列で設けられた少なくとも２つのトランジスタがあることを特徴とする、請求項１２に記載の一次バッテリ。
【請求項１４】
前記電池の前記電圧を、前記スイッチに電力を供給するのに適した電圧まで増大させる昇圧回路をさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の一次バッテリ。
【請求項１５】
２つのスイッチがあり、各々のスイッチは前記電池と前記出力端子との間に配置されることを特徴とする、請求項６に記載の一次バッテリ。
【請求項１６】
前記電池と前記出力端子との間に配置された正の温度係数装置をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の一次バッテリ。
【請求項１７】
前記電池はＬｉ−ＦｅＳ2であることを特徴とする、請求項６に記載の一次バッテリ。
【請求項１８】
前記スイッチ及び前記マイクロプロセッサは単一の特定用途向け集積回路の一部であることを特徴とする、請求項６に記載の一次バッテリ。
【国際調査報告】
2011521400.tif 000010
2011521400.tif 000011