(57)【要約】  電池の寿命を延長するための方法は、電池給電式デバイスの入力端子と接触するように構成された出力端子から調整された電圧を出力する。方法は、電池から電池の電力出力を受けることを含む。電池による電圧出力は、電池の使用中に電池の第１の出力電圧から電池の第２の出力電圧まで減少する。電力出力は、電池の第２の出力電圧を超えるコンバータの出力電圧を有するコンバータ電力を出力するコンバータを駆動するために使用される。コンバータ電力は、電池給電式デバイスの入力端子と接触するように構成された出力端子から出力される。コンバータは、電池の１つ以上の出力端子と接触するように構成され、電池に対して支持される。
2017505102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の寿命を延長するための方法であって、
前記電池から電池の電力出力を受けることであって、前記電池の電力出力が、電池の第１の出力電圧から電池の第２の出力電圧まで減少する電池の出力電圧を有する、受けることと、
前記電池の電力出力を使用して、前記電池の第２の出力電圧を超えるコンバータの出力電圧を有するコンバータ電力を出力するコンバータを駆動することと、
電池給電式デバイスの１つ以上の入力端子と接触するように構成された１つ以上の出力端子から前記コンバータ電力を出力することであって、前記コンバータが、（ａ）前記電池の１つ以上の出力端子と接触するように構成され、前記電池に対して支持されるか、または（ｂ）前記電池内に埋め込まれ、前記コンバータの電力出力が、前記電池の端子を介して出力される、出力することと、
を含む、前記方法。
【請求項２】
前記電池の出力電圧が前記電池の第１の出力電圧から前記電池の第２の出力電圧まで減少するとき、前記コンバータの出力電圧が、実質的に一定の振幅を有し、
前記電池の第２の出力電圧が、前記電池の第１の出力電圧の７０パーセント未満である、
請求項１に記載の前記方法。
【請求項３】
前記電池の出力電圧が、前記電池の第１の出力電圧から、電池給電式デバイスが正常に動作するのに必要とする最小電圧レベル以上の電圧まで減少するとき、前記電池給電式デバイスの１つ以上の入力端子と接触するように構成された前記１つ以上の出力端子から、前記電池の電力出力を出力することをさらに含む、請求項１に記載の前記方法。
【請求項４】
前記電池の出力電圧が前記電池の第１の出力電圧から前記電池の第２の出力電圧まで前記減少することの少なくとも一部分の間に、前記コンバータの出力電圧を減少させることをさらに含む、請求項１に記載の前記方法。
【請求項５】
前記電池の出力電圧が前記電池の第１の出力電圧から前記電池の第２の出力電圧まで前記減少することの前記部分の間に、前記コンバータの出力電圧が、１０パーセント未満減少し、前記電池の出力電圧が、３０パーセント超減少する、請求項４に記載の前記方法。
【請求項６】
前記電池の出力電圧が前記電池の第１の出力電圧から前記電池の第２の出力電圧まで前記減少することの初期部分の間に、前記コンバータの出力電圧が、前記電池の出力電圧未満である、請求項１に記載の前記方法。
【請求項７】
前記コンバータが、前記コンバータの出力電圧が、ａ）前記第１の電圧未満となり、ｂ）前記第２の電圧を超え、かつｃ）前記電池の出力電圧が前記電池の第１の出力電圧から前記電池の第２の出力電圧まで減少するとき、１０パーセント未満変動するように制御された、昇圧型コンバータ及び降圧型コンバータを備え、
前記電池の第２の出力電圧が、前記電池の第１の出力電圧の７０パーセント未満である、
請求項１に記載の前記方法。
【請求項８】
前記電池が、直列に接続された複数の別々の電池を含む、請求項１に記載の前記方法。
【請求項９】
前記電池が、標準化された隣接する出力端子を有する９ボルト電池である、請求項１に記載の前記方法。
【請求項１０】
前記電池が外殻を有し、前記コンバータが前記外殻内に配設される、請求項１に記載の前記方法。
【請求項１１】
前記電池の負端子と前記コンバータの正入力電圧端子との間の嵌合を阻止することにより極性逆転を防止することをさらに含む、請求項１に記載の前記方法。
【請求項１２】
前記電池給電式デバイスが、前記コンバータを含む、請求項１に記載の前記方法。
【請求項１３】
１つ以上の電池の動作寿命を延長するための電池スリーブであって、
導電性正電極と、
前記スリーブが前記１つ以上の電池に連結されるとき、前記導電性正電極が前記１つ以上の電池の正端子の上に位置し、絶縁層が前記導電性正電極を前記正端子から電気的に分離させるように、前記導電性電極の下に延在する前記絶縁層と、
前記１つ以上の電池の動作寿命の少なくとも一部分にわたって、前記１つ以上の電池により提供される電圧を受けるように、かつ前記導電性正電極上で前記提供される電圧に対して増加した出力電圧を発生させるように適応された電圧調整回路と、
を備える、前記電池スリーブ。
【請求項１４】
前記１つ以上の電池により提供される電圧が、前記１つ以上の電池の動作寿命にわたって、電池の第１の出力電圧から、前記電池の第１の出力電圧の７０パーセント未満である電池の第２の出力電圧まで減少する、請求項１３に記載の前記電池スリーブ。
【請求項１５】
前記１つ以上の電池により提供される前記電圧が、電池の第１の出力電圧から、前記電池給電式デバイスが正常に動作するのに必要とする最小電圧レベル以上の電圧まで減少するとき、前記電圧調整回路が、前記１つ以上の電池により提供される前記電圧を前記導電性正電極に出力する、請求項１３に記載の前記電池スリーブ。
【請求項１６】
前記電圧調整回路が、前記１つ以上の電池により提供される前記電圧を超える出力電圧を発生させ、前記電圧調整回路により発生する前記出力電圧が、前記１つ以上の電池の動作寿命の一部分の間に減少する、請求項１３に記載の前記電池スリーブ。
【請求項１７】
前記調整回路により発生する前記電圧が減少する前記１つ以上の電池の動作寿命の前記部分の間に、前記電圧調整回路により発生する前記電圧が、１０パーセント未満減少し、前記１つ以上の電池により提供される前記電圧が、３０パーセント超減少する、請求項１６に記載の前記電池スリーブ。
【請求項１８】
前記電圧調整回路により発生する前記電圧が、前記１つ以上の電池の動作寿命の初期部分の間に、前記１つ以上の電池により提供される前記電圧未満である、請求項１３に記載の前記電池スリーブ。
【請求項１９】
前記電圧調整回路が、前記電圧調整回路により発生する前記電圧が、ａ）前記１つ以上の電池の動作寿命の間に前記１つ以上の電池により提供される初期電圧未満となり、ｂ）前記１つ以上の電池の動作寿命の最後に前記１つ以上の電池により提供される最終電圧を超え、かつｃ）前記１つ以上の電池の動作寿命の間に１０パーセント未満変動するように制御された、昇圧型コンバータ及び降圧型コンバータを備え、
前記１つ以上の電池により提供される前記最終電圧が、前記１つ以上の電池により提供される前記初期電圧の７０パーセント未満である、
請求項１３に記載の前記電池スリーブ。
【請求項２０】
前記１つ以上の電池が、直列に接続された複数の別々の電池を含む、請求項１３に記載の前記電池スリーブ。
【請求項２１】
前記１つ以上の電池が、標準化された隣接する出力端子を有する９ボルト電池を含む、請求項１３に記載の前記電池スリーブ。
【請求項２２】
前記電池スリーブが前記１つ以上の電池に連結されるとき、前記１つ以上の電池の前記正端子を受け入れるように、かつ、前記１つ以上の電池により前記電圧調整回路に提供される前記電圧の極性逆転を防止するために、前記電圧調整回路と前記１つ以上の電池の負端子との間の電気接続を阻止するように構成されたＵ型要素をさらに備える、請求項１３に記載の前記電池スリーブ。
【請求項２３】
延長された動作寿命を有する電池アセンブリであって、
外殻と、
前記外殻内に配設され、出力電圧を提供する１つ以上の電圧発生セルと、
正電圧端子と、
負電圧端子と、
前記外殻内に配設された電圧調整回路であって、前記電圧調整回路が、前記１つ以上の電圧発生セルの動作寿命の少なくとも一部分にわたって、前記１つ以上の電圧発生セルにより提供される前記出力電圧を受け、かつ、前記１つ以上の電圧発生セルにより提供される前記電圧に対して増加した出力電圧を発生させ、前記電圧調整回路が、前記発生した増加した出力電圧を、前記正電圧端子及び前記負電圧端子を介して出力するように、前記正電圧端子及び前記負電圧端子に動作可能に接続される、前記電圧調整回路と、
を備える、前記電池アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年１１月１日出願の米国仮出願第６１／９６２，１３１号の利益を主張するものであり、かつ、２０１１年９月１９日出願の米国出願第１３／２３６，４３６号（この出願は２０１０年９月２０日出願の米国仮出願第６１／４０３，６２５号の利益を主張する）の一部継続出願であり、これらの全面的な開示内容は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、広義には電池技術に関し、より具体的には、使い捨て電池及び再充電可能電池などの電池の動作寿命を延長するための技術に関する。ほとんどの消費者電子機器は電池を使用する。電池は、乾電池の一次電池、二次電池、及び再充電可能電池の観点から分類される。電子機器の多くは繊細であり、適切に動作するのに非常に精確な電圧を必要とする。いくつかの場合では、電池が電子機器に供給する電圧が低下し過ぎると、機器が信頼性のない出力を提供するだけでなく、低い電圧が機器を損傷する場合もある。したがって、電子機器の製造業者の多くは、電池の電圧レベルを検出する回路網を含み、電圧レベルがある特定のレベル未満に低下した場合、回路が自動的に止まることになる。一例として、新しい未使用の単３電池は１．５Ｖを提供する。経時的に、電池を用いる機器によって電池の充電が消費されるにつれて、電池の電圧が低下し始める。
【０００３】
単３電池などの使い捨て電池を使用するいくつかの電子機器は、電池の電圧が１０％程度低下すると動作を停止するように設計されている。これは、単３電池の電圧が約１．４Ｖまたは１．３５Ｖに低下すると、その電池はもはや機器により使用可能ではなくなり、新しい電池と交換される必要があることを意味する。したがって、０Ｖ〜１．３５Ｖの電圧範囲の全体が無駄になり、著しい非効率性をもたらす。これは、当然のこととして炭酸飲料のボトルの１０％しか消費されず、残りが廃棄される状況に似ている。これは明らかに非常に浪費的かつ非効率的であろう。
【０００４】
電池のコストに影響する別の要因は、電池の製造に使用される材料の一部は採掘が困難であり、いくつかの場合では希土類材料と見なされるということである。これらの材料の一部は中国などの国でしか発見されず、中国はこれらの材料の輸出を制限し始めているため、その価格は上昇中である。
【０００５】
電池の非効率性の不都合な経済的影響に加えて、著しい環境的影響が存在する。毎年販売される電池は約３０億個ある。電池は、地下水など天然資源に入り込み得る毒性物質を含有するため、特殊な環境的リスクを呈する。電池はまた、生分解性ではない。多くの国家ならびに地方自治体が、電池の再生利用に関する法律及び地方条例を有する。さらに、電池の製造及び流通に関連する二酸化炭素排出量が懸念を高める。これらの材料を採掘し、電池の中に入れ、電池を包装し、それらを世界中に出荷する過程は、多くのエネルギーを要し、多くの温室効果ガスを発生させる。したがって、電池の使用効率の改善は、著しい経済的利益ならびに環境的利益をもたらす。
【０００６】
したがって、使い捨て電池及び再充電可能電池などの電池の効率を改善する技術が必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の実施形態は、電池の寿命を著しく向上させるための技術を提供する。一実施形態によると、１つ以上の電池の動作寿命を延長するための電池スリーブは、導電性正電極と、スリーブが電池に連結されるとき、導電性正電極が電池の正端子の上に位置し、絶縁層が導電性正電極を電池の正端子から電気的に分離させるように、導電性電極の下に延在する絶縁層と、を含む。
【０００８】
別の実施形態では、電池スリーブは、スリーブが電池に連結されるとき、導電性負電極が電池の負端子と電気接触するように構成された導電性負電極をさらに含む。
【０００９】
別の実施形態では、電池スリーブは、電池の正端子及び負端子を受けるように、かつ導電性正電極に電気的に接続された出力端子に出力信号を提供するように適応された電圧調整器回路をさらに含む。
【００１０】
別の実施形態では、電池スリーブは、電池の動作寿命の持続時間にわたって、電池により提供される正電圧及び負電圧を受けるように、かつ電池スリーブの導電性正電極上で実質的に一定の出力電圧を発生させるように適応された電圧調整器回路を含む。
【００１１】
別の実施形態では、電圧調整器は、電池スリーブの上部で導電性正電極の近くに収容される。代替的な一実施形態では、電圧調整器は、電池スリーブの下部で導電性負電極の近くに収容される。
【００１２】
別の実施形態では、電池スリーブが電池に連結されるとき、スリーブの導電性正電極が、電池の新たな正端子として働く。
【００１３】
別の実施形態では、電池スリーブは、スリーブが電池に連結されるとき、電池の正端子が外部から電気的にアクセス可能でないように、正端子が絶縁層によって覆われるように構成される。
【００１４】
さらに別の実施形態では、電池スリーブは、スリーブが電池に連結されるとき、電池の負端子が外部から電気的にアクセス可能であるように構成される。
【００１５】
本発明の別の実施形態によると、１つ以上の電池の動作寿命を延長するための電池スリーブは、電池スリーブが少なくとも１つの電池に連結されるとき、スリーブの導電性正電極が少なくとも１つの電池の新たな正端子として働くように構成された導電性正電極を含む。
【００１６】
一実施形態では、電池スリーブは、少なくとも１つの電池の動作寿命の持続時間にわたって、少なくとも１つの電池により提供される電圧を受けるように、かつ実質的に一定の出力電圧を発生させるように適応された電圧調整器をさらに含む。
【００１７】
別の実施形態では、電池スリーブは、導電性電極の下に延在する絶縁層をさらに含み、スリーブは、スリーブが電池に連結されるとき、導電性正電極が電池の正端子の上に位置し、絶縁層が導電性正電極を電池の正端子から絶縁するように構成される。
【００１８】
別の実施形態では、電池スリーブは、スリーブが電池に連結されるとき、導電性負電極が電池の負端子と電気接触するように構成された導電性負電極をさらに含む。
【００１９】
別の態様では、電池の寿命を延長するための方法が提供される。本方法は、電池から電池の電力出力を受けることを含む。電池の電力出力は、電池の第１の出力電圧から電池の第２の出力電圧まで減少する電池の出力電圧を有する。電池の電力出力は、電池の第２の出力電圧を超えるコンバータの出力電圧を有するコンバータ電力を出力するコンバータを駆動するために使用される。コンバータ電力は、電池給電式デバイスの１つ以上の入力端子と接触するように構成された１つ以上の出力端子から出力される。コンバータは、電池の１つ以上の出力端子と接触するように構成され、電池に対して支持され得る。コンバータは、電池内に埋め込まれ得、コンバータの電力出力は、電池の端子を介して出力され得る。
【００２０】
本方法の多くの実施形態では、電池の出力電圧が電池の第１の出力電圧から電池の第２の出力電圧まで減少するとき、コンバータの出力電圧は、実質的に一定の振幅を有する。電池の第２の出力電圧は、電池の第１の出力電圧の７０パーセント未満であり得る。
【００２１】
本方法は、電池により給電されるデバイスによって必要とされる電圧を超える電圧を電池が生成しているとき、電池電力を直接出力することを含み得る。例えば、本方法は、電池の出力電圧が、電池の第１の出力電圧から、電池給電式デバイスが正常に動作するのに必要とする最小電圧レベル以上の電圧まで減少するとき、電池給電式デバイスの１つ以上の入力端子と接触するように構成された１つ以上の出力端子から、電池の電力出力を出力することを含み得る。
【００２２】
電池の寿命をさらに延長するため、本方法は、公称電圧または電池により最初に生成される電圧に対して減少した電圧を出力することを含み得る。例えば、本方法は、電池の出力電圧が電池の第１の出力電圧から電池の第２の出力電圧まで減少することの少なくとも一部分の間に、コンバータの出力電圧を減少させることを含み得る。例えば、電池の出力電圧が電池の第１の出力電圧から電池の第２の出力電圧まで減少することの該部分の間に、コンバータの出力電圧は、１０パーセント未満減少し得、電池の出力電圧は、３０パーセント超減少する。別の例として、電池の出力電圧が電池の第１の出力電圧から電池の第２の出力電圧まで減少することの初期部分の間に、コンバータの出力電圧は、電池の出力電圧未満であってよい。
【００２３】
本方法の多くの実施形態では、コンバータは、昇圧型コンバータ及び降圧型コンバータを含む。昇圧型コンバータ及び降圧型コンバータは、コンバータの出力電圧が、ａ）第１の電圧未満となり、ｂ）第２の電圧を超え、かつｃ）電池の出力電圧が電池の第１の出力電圧から電池の第２の出力電圧まで減少するとき、１０パーセント未満変動するように制御され得る。電池の第２の出力電圧は、電池の第１の出力電圧の７０パーセント未満であり得る。
【００２４】
本方法は、任意の好適な電池及び／または好適な電池の組み合わせを使用して実施され得る。例えば、電池の電力出力を供給する電池は、直列に接続された別々の電池を含み得る。別の例として、電池は、標準化された隣接する出力端子を有する９ボルト電池であってもよい。さらに別の例として、電池は外殻を有し得、コンバータが外殻内に配設され得る。
【００２５】
本方法は、極性逆転を防止することを含み得る。例えば、本方法は、電池の負端子とコンバータの正入力電圧端子との間の嵌合を阻止することにより極性逆転を防止することを含み得る。
【００２６】
別の態様では、１つ以上の電池の動作寿命を延長するための電池スリーブが提供される。電池スリーブは、導電性正電極、絶縁層、及び電圧調整回路を含む。絶縁層は、スリーブが１つ以上の電池に連結されるとき、導電性正電極が１つ以上の電池の正端子の上に位置し、絶縁層が導電性正電極を正端子から電気的に分離させるように、導電性電極の下に延在する。電圧調整回路は、１つ以上の電池の動作寿命の少なくとも一部分にわたって、１つ以上の電池により提供される電圧を受けるように、かつ導電性正電極上で提供される電圧に対して増加した出力電圧を発生させるように適応される。多くの実施形態では、１つ以上の電池により提供される電圧は、１つ以上の電池の動作寿命にわたって、電池の第１の出力電圧から、電池の第１の出力電圧の７０パーセント未満である電池の第２の出力電圧まで減少する。
【００２７】
電池スリーブの多くの実施形態では、電池の寿命をさらに延長するため、電圧調整回路は、公称電圧または電池により最初に生成される電圧に対して減少した電圧を出力することができる。例えば、１つ以上の電池により提供される電圧が、電池の第１の出力電圧から、電池給電式デバイスが正常に動作するのに必要とする最小電圧レベル以上の電圧まで減少するとき、電圧調整回路は、１つ以上の電池により提供される電圧を導電性正電極に出力することができる。別の例として、電圧調整回路は、１つ以上の電池により提供される電圧を超える出力電圧を発生させることができ、電圧調整回路により発生する出力電圧は、１つ以上の電池の動作寿命の一部分の間に減少する。例えば、調整回路により発生する電圧が減少する１つ以上の電池の動作寿命の該部分の間に、電圧調整回路により発生する電圧は、１０パーセント未満減少し得、１つ以上の電池により提供される電圧は、３０パーセント超減少する。別の例として、電圧調整回路により発生する電圧は、１つ以上の電池の動作寿命の初期部分の間に、１つ以上の電池により提供される電圧未満であり得る。
【００２８】
電池スリーブの多くの実施形態では、電圧調整回路は、昇圧型コンバータ及び降圧型コンバータを含む。昇圧型コンバータ及び降圧型コンバータは、電圧調整回路により発生する電圧が、ａ）１つ以上の電池の動作寿命の間に１つ以上の電池により提供される初期電圧未満となり、ｂ）１つ以上の電池の動作寿命の最後に１つ以上の電池により提供される最終電圧を超え、かつｃ）１つ以上の電池の動作寿命の間に１０パーセント未満変動するように制御される。１つ以上の電池により提供される最終電圧は、１つ以上の電池により提供される初期電圧の７０パーセント未満であり得る。
【００２９】
電池スリーブは、任意の好適な電池及び／または好適な電池の組み合わせとともに使用するために構成され得る。例えば、１つ以上の電池は、直列に接続された２つ以上の電池を含み得る。１つ以上の電池は、標準化された隣接する出力端子を有する９ボルト電池を含み得る。
【００３０】
電池スリーブは、電池スリーブと１つ以上の電池との不正確な連結による偶発性の極性逆転を防止するように構成され得る。例えば、電池スリーブは、電池スリーブが１つ以上の電池に連結されるとき、１つ以上の電池の正端子を受け入れるように、かつ、１つ以上の電池により電圧調整回路に提供される電圧の極性逆転を防止するために、電圧調整回路と１つ以上の電池の負端子との間の電気接続を阻止するように構成されたＵ型要素を含み得る。
【００３１】
別の態様では、延長された動作寿命を有する電池アセンブリが提供される。電池アセンブリは、外殻と、外殻内に配設され、出力電圧を提供する１つ以上の電圧発生セルと、正電圧端子と、負電圧端子と、外殻内に配設された電圧調整回路と、を含む。電圧調整回路は、１つ以上の電圧発生セルの動作寿命の少なくとも一部分にわたって、１つ以上の電圧発生セルにより提供される出力電圧を受け、１つ以上の電圧発生セルにより提供される電圧に対して増加した出力電圧を発生させる。電圧調整回路は、発生した増加した出力電圧を、正電圧端子及び負電圧端子を介して出力するように、正電圧端子及び負電圧端子に動作可能に接続される。
【００３２】
別の実施形態では、電圧調整回路は、電池給電式デバイス内に組み込まれてよい。電圧調整回路は、１つ以上の電池が、電池給電式デバイスを正常に動作させるのに必要とされる最小電圧未満の電圧を出力するときでさえ、電池給電式デバイスを正常に動作させるのに必要とされる最小電圧以上の電圧を出力することによって、電池給電式デバイスに給電するのに使用される１つ以上の電池の寿命を延長するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】一実施形態による、電池調整システム１１０を示す。
【図２】一実施形態による、電池スリーブの簡易図を示す。
【図３】一実施形態による、電池に連結された電池スリーブの側面図を示す。
【図４】一実施形態による、スリーブの底部に沿って配置された調整器回路を備える電池スリーブの簡易図を示す。
【図５】電池スリーブが２つの直列接続された電池に連結するよう適応されている一実施形態を示す簡易図である。
【図６Ａ】スリーブが調整された出力電圧とともに外部デバイスに電池の正端子を提供するように、調整器及びスリーブが適応されている、さらに別の実施形態を示す。
【図６Ｂ】スリーブが調整された出力電圧とともに外部デバイスに電池の正端子を提供するように、調整器及びスリーブが適応されている、さらに別の実施形態を示す。
【図７】様々な実施形態の利点を例示する実際の測定値を示す。
【図８Ａ】一実施形態による、電池の正端子と接触するように配置された調整器回路を備える電池スリーブの反転分解図を示す。
【図８Ｂ】電池、及び図８Ａの電池スリーブと電池を連結するための関連する電池の挿入経路を示す。
【図８Ｃ】図８Ａの電池スリーブと連結された図８Ｂの電池を示す。
【図８Ｄ】一実施形態による、極性逆転を防止するように構成された電池スリーブ構成を例示する。
【図８Ｅ】一実施形態による、極性逆転を防止するように構成された電池スリーブ構成を例示する。
【図８Ｆ】一実施形態による、極性逆転を防止するように構成された電池スリーブ構成を例示する。
【図９Ａ】一実施形態による、９ボルト電池とともに使用するために構成された調整器アセンブリを示す。
【図９Ｂ】一実施形態による、９ボルト電池とともに使用するために構成された調整器アセンブリを示す。
【図１０Ａ】一実施形態による、電池の外殻内に配設された調整器回路を含む電池を示す。
【図１０Ｂ】一実施形態による、電池の外殻内に配設された調整器回路を含む電池を示す。
【図１１】一実施形態による、バイパス相を有する２相電圧調整手法を例示する。
【図１２】一実施形態による、電池の出力電圧に対する電圧の増加及び減少の両方を用いる電圧調整手法を例示する。
【図１３】一実施形態による、電圧変動相を含む３相電圧調整手法を例示する。
【図１４】一実施形態による、昇圧型コンバータ、バイパス回路、及びフィルター回路を含む電圧調整回路を示す簡易図である。
【図１５】一実施形態による、降圧型コンバータ回路を示す簡易図である。
【図１６】一実施形態による、昇圧型コンバータ、降圧型コンバータ、フィルター、及びバイパス回路を含む電圧調整回路を示す簡易図である。
【図１７】一実施形態による、昇圧電圧及び本来のバイパス電圧を提供するための電圧調整回路を示す回路図である。
【図１８】一実施形態による、電圧調整回路を組み込んだ電子デバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下の本実施形態の説明では、本明細書の一部を形成し、本実施形態が実践され得る具体的な実施形態が例として示される添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することができるように十分に詳細に記載されており、他の実施形態が用いられてもよいこと、及び、本開示の範囲から逸脱することなく過程の変更、電気的変更、または機械的変更がなされ得ることを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。
【００３５】
図１は、一実施形態による、電池調整システム１１０を示す。電池１０３の正端子１０４は、電圧調整器１０５の入力端子１０１に接続されている。電池１０３の接地端子１００は、電圧調整器１０５の接地入力端子１０６に接続されている。一実施形態では、電池の負端子１００は、電圧調整器１０５が物理的に位置する場所に引廻される必要がある。これは、さらに以下でより詳細に記載される電池スリーブの一部を形成するフレキシブルＰＣＢによって達成することができる。電圧調整器１０５の出力端子１０２は、電池調整システム１１０の出力を提供する。電池１０３の正端子１０４と電圧調整器１０５の出力端１０２との間に絶縁体が配置されている。
【００３６】
電池調整システム１１０の動作を次に記載する。システム１１０の例示的な一実施形態では、システム１１０の出力１０２は１．５Ｖに調整されている。新しい単３電池は、１．５Ｖ〜１．６Ｖの範囲内の電圧を調整器１０５に提供する。次いで調整器１０５の出力１０２が１．５Ｖに調整され、したがって電池調整システム１１０の出力は１．５Ｖに固定される。動作中、電池調整システム１１０を使用するデバイスが電池１０３からの電流を消費するにつれて、電池は、化学エネルギー貯蔵手段を通じて最初は電池内に配置されていた電荷を徐々に失う。これは、電池１０３による電圧出力を経時的に減退させる。しかしながら、調整器の入力電圧が１．５Ｖ未満に低減しても、調整器１０５は、出力端子１０２において一定の１．５Ｖを提供し続ける。これは、実質的に、電池１０３により提供される電圧が、電圧調整器１０５が動作し得る最小値に低減するまで、電池調整システム１１０を使用するデバイスに定電圧を提供する。この例では、それは約０．７Ｖ〜０．８Ｖである。これにより、端末デバイスは、より長い期間にわたって電池１０３を用いることができる。また、電池内の貯蔵電荷のより多くが、電池が廃棄される前に使用される。
【００３７】
図２は、１つの発明による電池スリーブ２００の簡易図を示す。スリーブ２００は、電池１０３に連結されると、電池の上部端子１０４を覆う。スリーブ２００は、電池１０３の上部にぴったりと適合する上部を有する。スリーブ２００は、概して、電池に連結されたときに電池の全体的な寸法の増加が最小になることを確実にするように設計される。スリーブ２００は、電池スリーブ２００の新たな正端子２０４から電池１０３の正端子１０４を電気的に分離させる絶縁体（図示せず）を含む。スリーブ２００は、電池１０３の負端子１００に電気的に接続する底部導体２０５を含む、底部も含む。１つ以上の導電性トレース２０２は、スリーブ２００の上部に収容された調整器回路（図示せず）に底部導体２０５を引廻す。
【００３８】
図３は、一実施形態による、電池１０３に連結されたスリーブ３００の側面図を示す。スリーブ３００は、電池１０３の上部に巻き付き、絶縁体３１２によって電池１０３の正端子１０４から絶縁された上部導体電極３０４を有する。この実施形態では、調整器１０５は、スリーブ３００の上部に収容される。スリーブ３００内に延在する導電性トレース３０６が、調整器１０５の入力端子１０１を電池１０３の正端子１０４に接続する。スリーブ３００内に延在する別の導電性トレース３１０が、電池１０３の負端子１００を調整器１０５の入力端子１０６に接続する。スリーブ３００内に延在するさらに第３の導電性トレースが、調整器１０５の出力端子１０２をスリーブの上部導体電極３０４に接続する。導電性トレース３０６、３０８、及び３１０は、互いから絶縁される。前述のように、動作中、上部の導電性電極３０４は、電池の「新たな」正端子として働く。
【００３９】
図４に示される代替的な一実施形態では、調整器４０５は、電池１０３がスリーブ４００内に挿入されると電池１０３の負端子１００が位置するであろう場所に近い、スリーブ４００の底部内に配置される。この実施形態では、電池１０３の正端子１０４は、スリーブ４００を通って延在する導電性トレース４１２によって、調整器４０５があるスリーブの底部に引廻される。底部に引廻された導電性トレース４１２は、調整器４０５の入力端子１０１に接続され、調整器４０５の他方の入力端１０６は、スリーブ４００の底部に存在する電池１０３の負端子１００を受ける。次いで、電圧調整器４０５の出力端子１０２が、導電性トレース４１４によって挽回され、４００のスリーブの上部導体電極４０４に接続される。先の実施形態と同様に、スリーブの上部導体電極４０４は、絶縁層４１０によって電池１０３の正端子１０４から絶縁される。この実施形態では、２つの導電性トレース状態４１２、４１４が、スリーブ４００の上部と下部との間に延在する。
【００４０】
図５は、スリーブ５００が２つの直列接続された電池１０３Ａ、１０３Ｂに連結するよう適応されている一実施形態を示す簡易図である。この例示的な実施形態では、電池１０３Ａ、１０３Ｂは、３Ｖ出力を提供する単３電池である。調整器５０５は、図５中、乱雑さを最小限に抑えるためにスリーブ５００の外側に示されている。実際には、調整器５０５は、スリーブ５００内に収容される。調整器５０５は、上記の実施形態と同様の様式で使用される。以前の実施形態と同様に、２つの電池の電圧が使用により低下すると、調整器５０５は、新しい電池の２倍の電圧と等価の一定の調整電圧を提供する。
【００４１】
図６Ａ及び６Ｂは、スリーブが調整された出力電圧とともに外部デバイスに電池の正端子を提供するように、調整器及びスリーブが適応されている、さらに別の実施形態を示す。図６Ａは、電池１０３の正端子１０４及び負端子１００が電圧調整器６０５とどのように相互接続されているかを示す。調整器は、明確さのためにスリーブから別々に示されているが、実際には、調整器は、スリーブ内に収容されることになる。図６Ａは、スリーブの底部電極６１２を電池１０３の負端子１００から絶縁する絶縁体６１０も示す。図６Ｂは、スリーブの底部に沿った調整器６０５の物理的位置をより正確に反映する。この実施形態では、電圧調整器６０５の出力１０２は、電池の電圧に対して直流電圧として使用される。電池が新しい当初は、スリーブにより外部機器に提供される電圧が１．５Ｖに留まることを確実にするために、電圧調整器６０５の出力１０２は、０Ｖ、またはさらには負に設定される。電池の充電が経時的に低下すると、電圧調整器６０５は、１．５Ｖ−Ｖ（電池）と実質的に等しいその出力１０２における電圧を維持する。言い換えると、調整器は、電池１０３により提供される電圧を監視し、それが調整電圧未満に低下すると、電圧を発生させて電池の電圧の低下を相殺する。一例として、電池が使用され、その電圧が１．１Ｖに低下すると、電圧調整器６０５は、その出力１０２において０．４Ｖの電圧を提供する。
【００４２】
本発明の実施形態によると、電池スリーブは、電池に連結されるとき、電池の正端子を外部デバイスから分離させ、動作中、電池の電圧を定電圧に調整し、この調整された定電圧を、本来の電池の電圧の代わりに外部デバイスに提供する。このような電池スリーブの利点は、電池の出力電圧が外部機器の許容可能な動作電圧未満に低下した後でも、外部機器が定電圧を受け続け、したがって動作し続け、電池から電荷を引き出し続けることである。機器は、電圧調整システムが動作し得る範囲未満に電池の出力電圧が低下するようなときまで、これを続けるであろう。単３電池の例では、電池スリーブがなければ、電池は、１．５Ｖから１．４Ｖまたは１．３５Ｖまで低下すると捨てられる必要がある。しかしながら、スリーブがあれば、電池の電圧が０．８Ｖまたは０．７Ｖと同じ低さまで低下する一方で、外部機器は１．５Ｖを読み取り続けることができる。電池スリーブの電流レベルは、終端システムの電流要求に即する必要があることに留意されたい。
【００４３】
電池の寿命の観点からこのようなデバイスの潜在的な見返りを考えると、著しい利益を見ることができる。例えば、上記の例の単３電池は、概略で、１．５Ｖ〜１．４Ｖの範囲内の電池出力と等価の電荷を使用するであろう。これは、０．１Ｖ低下した後、電池の寿命が尽きることを意味する。電圧が０．８Ｖに達するまで電池が使用されることができれば、０．７Ｖ低下した後、電池の寿命が尽きる。時間対電圧低下が線形関数であると想定した場合、電池の寿命は、この例では７の因数分改善され得る。しかしながら、有利なことに、時間対電圧低下は、それほど線形ではない。電池の電圧が０．１Ｖ低下するのに要する時間は、高い電圧におけるものに対して、低い電圧においてより長い。これは、一定の電流が電池から引き出された場合、電池が１．２Ｖから１．１Ｖまで放電するには、電池が１．５Ｖから１．４Ｖまで放電するのに要するよりも大幅に長く時間を要することを意味する。これは、電池の寿命が向上される程度が、上記の例において７の因数よりもさらに高い場合があることを意味する。
【００４４】
調整回路は、電池寿命が延長される程度を短くするある特定の効率を有するが、寿命の低減はむしろ最小であることに留意されたい。動作中、調整器自体が、電池からある特定の量の電流を使用する。利用可能なＤＣ／ＤＣコンバータの多くは、約９５％の高い効率を有する。すなわち、電池により供給される電力のうち、５％がコンバータによって使用され、残りが末端使用者に利用可能である。しかしながら、コンバータの使用による５％の効率損失は、電池の効率の７００％の向上と比較すると、無視できるものである。使用により電池の電圧が低下するにつれて、コンバータ効率が低下し得ることにさらに留意されたい。例えば、電池の電圧が１．５Ｖから１Ｖに低下すると、コンバータの効率は５０％〜６０％まで低下し得る。しかしながら、５０％の効率は、動作可能な電圧範囲（すなわち、１．４〜１．５Ｖ）未満に電池の電圧が低下したために電池を廃棄する現行の手法と比べ、依然として著しい改善である。
【００４５】
本発明の経済性は魅力的である。本発明の実施に関連する何らかのコストが存在し得るが、そのようなコストは、１つの電池の寿命を５〜７つの電池と同等の長さに延長することで達成されるコスト削減によって相殺されて余りある。実装は、上記の様々な実施形態に記載されるように電池の外側であってもよく、あるいは、電池製造業者は、製造過程中に、調整器回路及び関連する接続部を電池収容部の内部に組み込んでもよい。しかしながら、取り付け可能なスリーブの実装形態は、何度も使用され得るという追加の利点を有する。すなわち、スリーブ内部の電池が完全に使い切られると、使い切られた電池は捨てられ得、別の電池がスリーブ内部に配置され得る。そのようにして、スリーブのコストは多くの電池間に分散され、したがって電池１つ当たりの追加のコストが最小限に抑えられる。取り付け可能なスリーブは、既存の電池の製造過程、機器、及び工場を変更する必要がないという、（調整器が電池内部に組み込まれる実装形態に勝る）追加の利益を有する。
【００４６】
全てではないにしろほとんどの電子機器の電池収納部は、電池スリーブを受け入れるように改良される必要がない。スリーブは電池の高さをわずかに増加させるが、電池を定置に保持するために使用される電池収納部内のばねは、追加の高さを受け入れることができる。ばねの長さは、典型的に５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内である。スリーブに起因する電池の高さの増加は約１ｍｍである。この余分な高さは、スリーブを備えた電池が電池収納部内に挿入されるとき、もう１ミリメートルを圧迫するばねによって容易に受け入れられる。スリーブの厚さは、当然ながら、技術が進歩するにつれて低減され得る。正端子及び負端子の両方が電池の同じ端部に沿って位置する９Ｖ電池などの電池では、スリーブは、電池の大きさに対してさらに少ない影響を有すであろう。これは、そのような電池では、スリーブが単純に、電池の正端子を電圧調整器の出力部から分離させる絶縁体を備えるオス−メスコンバータであることによる。
【００４７】
別の実施形態では、図５に示されるもののように、複数の電池が直列に配置され得、１つのスリーブが一連の電池を取り巻いてよい。図５の実施形態で記載したように、直列接続された電池の出力電圧が、電圧調整器への入力として使用され、調整器により提供される一定の出力電圧が、外部デバイスに提供される。次に説明するように、このような直列接続された電池の寿命は、単一の電池の場合よりもさらに向上されることに留意されたい。単一の単３電池は、スリーブなしで使用されるとき、その電圧が１．５Ｖから１．３５Ｖに低下すると捨てられるであろう。スリーブとともに使用されると、電池は０．８Ｖに至るまで使用され得る。電池の放電時間が電池の放電速度と線形に関連した場合、寿命延長時間は０．７Ｖ／０．１５Ｖまたは４倍超となるであろう。対照的に、２つの単３電池が直列接続され、スリーブが使用されない場合では、直列接続された電池の電圧が３Ｖから２．７Ｖに低下すると、２つの電池は捨てられる必要があるだろう。スリーブとともに使用されると、直列接続された電池は、３Ｖから０．８Ｖに至るまで使用され得る。寿命延長時間は、（３−０．８）／（３−２．７）＝２．２／０．３に比例することとなり、これは、７倍を超える電池寿命延長をもたらす。これは、出力電圧と時間との間の線形関係を想定する。しかしながら、上で説明したように、電池が１．５Ｖから１．４ｖに０．１Ｖ低下するのに要する時間が、１．３ｖから１．２ｖになるのに要する時間よりも大幅に短いという点で、電池は非線形に挙動する。これは、有利なことに、スリーブが使用されるときの電池寿命をさらに向上させる。
【００４８】
さらに別の実施形態では、本発明の装置は、再充電可能電池とあわせて使用される。再充電可能電池には、影効果と呼ばれる現象がある。電池が小量放電され、次いで完全に充電される場合、かつその過程が多数回繰り返される場合、電池は電荷を保持するその能力を失う。本実施形態により、再充電可能電池が大幅に長い時間にわたって動作し、したがって末端使用者による頻繁な充電の必要性を低減することが可能となる。
【００４９】
別の既知の現象は、再充電可能電池にある特定の限度を超えて放電させた場合、それが充電され得る回数が劇的に低減することである。本実施形態は、電池が下限に達するときを検出し出力電圧を止める電圧検出システムを含み、したがって電池が充電され得る回数を増加させる。
【００５０】
一実施形態では、スリーブ、調整器回路網、及びその関連する接続部を実装するために、金属上にプリントされたシリコンの技術が使用され得る。回路網を加工するためにシリコン以外の材料を使用する新たな技術が存在する。いくつかの場合ではステンレス鋼上にプリントされる、これらの種類のプリントされたシリコンは、電池の周りを囲むスリーブを成形するために使用され得る。これはまた、良好な熱特性を可能にするであろう。
【００５１】
さらに別の実施形態では、電池の一方の側面から他方の側面に端子を引廻すために、フレキシブルＰＣＢが使用され得る。これらの可撓性の薄層により、スリーブが非常に薄いことが可能になる。
【００５２】
さらに別の実施形態では、調整器システムの最大電流出力能力がかなり高いことをシステムが可能にする一方で、終端システムが通常動作する出力電流レベルで効率が最大となるように、調整器システムの効率が調節され得る。例えば、遠隔制御システムの平均電流消費量が５０ｍＡである遠隔制御システム内で電池が使用される場合、ＤＣ／ＤＣ変換システムであり得る電圧昇圧システムは、その出力電流レベルにおいて可能な限り高くなるように設定される。
【００５３】
図７は、様々な実施形態の利点を例示する測定値を示す。３つの一般的な単３電池ブランドであるＰａｎａｓｏｎｉｃ、Ｄｕｒａｃｅｌｌ、及びＳｏｎｙを測定のために選択した。固定の５０ｍＡ電流を引き出す能動負荷回路網を、これらの電池の出力端に配置し、各電池の電圧を経時的に測定した。水平アクセスは時間を示し、垂直アクセスは電池の電圧を示す。これらの新しい電池の開始電圧は１．６Ｖであった。電池が１．３９Ｖ（ここで多くの電子機器が動作停止する）に達するのに要する時間の量を列記する。そのレベルに達するのにＰａｎａｓｏｎｉｃ電池は６．３時間を要したが、Ｓｏｎｙ電池は４．５時間を要した。Ｐａｎａｓｏｎｉｃ電池は、調整器とあわせて使用されたとき、本発明の実施形態によると、それが１．５Ｖの提供を停止するまでに２７．９時間を要し、Ｓｏｎｙ電池は、調整器とともに使用されたとき、それが１．５Ｖの提供を停止するまでに３２時間を要した。したがって、調整器を用いると、電池の交換が必要とされるまでに４．５〜７倍長くかかる。したがって、製造され、後に廃棄される必要がある電池の総数が、４〜７倍低減されるであろう。電池材料の全ての採取、それらの製造、小売店へのそれらの輸送、それらの包装、ならびに我々の埋立地に行き着く毒性物質の全てに関する二酸化炭素排出量を考慮すると、このことは、地球に著しい影響を有するであろう。
【００５４】
図８Ａは、一実施形態による、電池の正端子と接触するように配置された調整器回路７０５、及び電池スリーブ７１０を含む、電池スリーブアセンブリ７００の反転分解図を示す。調整器回路７０５は、好適な基盤（例えば、有機系、セラミック系、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）、リジッドフレキシブルプリント回路（ＲＦＰＣ）上に形成されてよい。調整器回路７０５は、本明細書に記載される任意の好適な調整器回路に従って構成され、対応する調整を提供することができる。図８Ｂ及び８Ｃに例示されるように、スリーブ７１０は基盤を支持し、任意の好適な標準的な電池（例えば、単３、単４、単２、単１）の上に適合するように構成され得る。スリーブ７１０は、スリーブ７１０が調整器回路７０５に電気的に接続される場所、及びスリーブ７１０が電池の負端子と接する場所を除いて非導電性材料でコーティングされている導電性材料から作製され得る。非導電性材料コーティングは、負端子と、懐中電灯などの電池動作式デバイスのいかなる金属円筒壁との間の電気的短絡も防止する。スリーブ７１０は、側部７１２、底部７１４、及び上部７１６を含む。側部７１２は、電池スリーブアセンブリ７００と電池との組み合わせが、電池を受け入れるように構成された電池動作式デバイス内に設置されることを可能にするのに十分に薄いものでありながら、十分な強度及び剛性を提供するように選択される厚さ（例えば、１ｍｍ未満）を隔てた、円筒形の内面及び外面を有する。
【００５５】
調整器回路７０５の上部は、ばね接点７１８を有する。ばね接点７１８は、電池の全長に伸びるように、かつ、２つの電池を物理的に直列に接続するときに完全に平坦になるよう屈折可能であるようにも構成される。ばね接点７１８のこの構成により、電池スリーブアセンブリ７００を追加しても、電池と電池スリーブアセンブリ７００との組み合わせが、電池を収容するように構成された電池給電式デバイス内に適合することが可能となる。図８Ｃは、電池スリーブアセンブリ７００内に設置された電池の組み合わせを示す。
【００５６】
図８Ｄ、８Ｅ、及び８Ｆは、一実施形態による、極性逆転を防止するように構成された電池スリーブ構成を例示する。図８Ｄは、偶発性の極性逆転を防止するように構成された被包要素７１９を備える電池スリーブアセンブリ７００を示す。被包要素７１９は、正電池端子と基盤７０５上の正入力接点との嵌合を受け入れながら、負電池端子と基盤７０５上の正入力接点との嵌合を阻止するように成形されたＵ型構成を有する。図８Ｅは、基盤７０５及び被包要素７１９の近接図を示す。図８Ｆは、基盤７０５及び被包要素７１９の近接分解図を示す。被包要素７１９は、好適な非導電性被包材料から形成されてよく、さらに、基盤７０５上に位置する調整器回路構成要素などの電池スリーブ構成要素を、接触に誘発される損傷から保護する働きをすることができる。
【００５７】
図９Ａは、一実施形態による、９ボルト電池７２１とともに使用するために構成された調整器アセンブリ７２０を示す。調整器アセンブリ７２０は、電池７２１のオス正端子７２３と連結するように構成されたメス入力電圧接続子７２２と、電池７２１のメス負端子７２５と連結するように構成されたオス入力電圧接続子７２４と、基盤アセンブリ７２６と、オス正電圧出力端子７２７と、メス負電圧出力端子７２８と、を含む。基盤アセンブリ７２６は、調整器回路７２９を含む。調整器回路７２９は、電池７２１から出力電圧及び電流を受けるために、メス入力電圧接続子７２２及びオス入力電圧接続子７２４に電気的に接続される。調整器回路７２９は、本明細書に記載されるものなどの任意の好適な手法を使用して、出力端子７２７、７２８に調整電圧を出力する。
【００５８】
図９Ｂは、一実施形態による、９ボルト電池７２１とともに使用するために構成された別の調整器アセンブリ７３０を示す。調整器アセンブリ７３０は、上に記載される調整器アセンブリ７２０と同様であるが、下ベースプレート７３１及び上ベースプレート７３２を含む。下ベースプレート７３１は、入力電圧接続子７２２、７２４を支持する。上ベースプレート７３２は、出力端子７２７、７２８を支持する。調整器回路７２９は、上ベースプレート７３１と下ベースプレート７３２との間に挟まれ、それにより、偶然の接触による損傷から保護される。
【００５９】
図１０Ａ及び１０Ｂは、一実施形態による、電池７４０の外殻内に配設された調整器回路７４２を含む電池７４０を示す。調整器回路７４２は、本明細書に記載される他の調整器回路と同様に構成されてよい。調整器回路７４２は、調整器回路７４２を電池内の基盤から分離させるための任意の好適な手法を使用して、電池内に埋め込まれてよい。例えば、調整器回路７４２は、好適な樹脂、シリコン、紫外線光硬化性アクリル系ポッティング化合物、ポリエステル、ホットメルト材料などのポッティング材料内に埋め込まれてよい。調整器回路７４２は、好適な流延過程を介して、被包または浸漬コーティングを介して、かつプリント基板（ＰＣＢ）コンフォーマルコーティングを介した被包を介して埋め込まれてもよい。
【００６０】
図１１は、一実施形態による、バイパス相７５２及び昇圧相７５４を有する２相調整手法７５０を例示する。バイパス相７５２では、電池の出力電圧７５６は、選択電圧レベル７５７（例えば、例示される１．５ボルト）以上である。任意の好適な電圧（例えば、１．５５ボルト、１．５０ボルト、１．４５ボルトなど）が、選択電圧レベル７５７として使用され得る。多くの場合、完全に充電された電池は、その公称電圧定格を超える電圧を出力する。図示される例では、電池の出力電圧７５６は、０時間で１．６０ボルトであり、約５分間の使用で１．５０ボルトに、約４６分間の使用でさらに０．８０ボルトに、経時的に減少する。電池の出力電圧７５６は選択電圧レベル７５７以上であるが、調整器回路は、本明細書に記載される好適なバイパス回路を直接介して電池の出力電圧７５６を出力する。電池の出力電圧７５６が選択電圧レベル７５７未満に低下した後、電池の出力電圧７５６を使用して調整器回路を駆動し、これが昇圧相７５４の間に選択電圧レベル７５７を出力する。電池の出力電圧が選択電圧レベル７５７以上である間にバイパス相７５２を用いることにより、バイパス相７５２の間に、電池の出力電圧の昇圧に関連する電力損失は回避される。
【００６１】
図１２は、一実施形態による、電池の出力電圧に対する電圧の増加及び減少の両方を用いる調整手法７６０を例示する。示される例では、電池の出力電圧７６２は、例示的な使用の間、０時間で１．６０ボルトから、約１２分間の使用で選択電圧レベル７６４（例えば、図示される例では１．４０ボルト）に、約４８分間の使用で０．８０ボルトに、経時的に減少する。第１の相７６６の間、調整器回路により電池給電式デバイスに出力される選択電圧７６４は、調整器回路を駆動するために使用される電池の出力電圧７６２に対して減少する。例えば、調整器回路は、第１の相７６６の間、電池の出力電圧７６２に対して減少した出力電圧を出力するように、本明細書に記載される降圧型コンバータ回路を含むことができる。第２の相７６８の間、調整器回路により電池給電式デバイスに出力される選択電圧７６４は、調整器回路を駆動するために使用される電池の出力電圧７６２に対して増加する。例えば、調整器回路は、第２の相７６８の間、電池の出力電圧７６２に対して増加した出力電圧を出力するように、本明細書に記載される昇圧型コンバータ回路をさらに含むことができる。
【００６２】
図１３は、バイパス相７７２、電圧変動相７７４、及び定電圧相７７６を含む３相調整手法７７０を例示する。バイパス相７７２の間、電池の出力電圧７７８は、本明細書に記載されるように、調整器回路により電池給電式デバイスに直接出力される。バイパス相は、電池の出力電圧７７８が第１の選択電圧レベル（例えば、図示される例では１．４５ボルト）を超える場合に使用される。任意の好適な電圧レベルが、第１の選択電圧レベルとして使用され得る。電池の出力電圧７７８が、第１の選択電圧レベル未満かつ第２の選択電圧レベル超（例えば、図示される例では１．００ボルト）であるとき、変動する出力電圧７８０を出力するように制御される調整器回路を駆動するために、電池の出力電圧７７８が使用される。図示される例では、変動する出力電圧７８０は、電池の出力電圧７７８が１．４５ボルトであるときの１．５０ボルトから、電池の出力電圧７７８が１．０ボルトであるときの１．３５ボルトに至るまで減少する。定電圧相７７６の間、一定の出力電圧７８２（例えば、図示される例では１．３５ボルト）を出力するように制御される調整器回路を駆動するために、電池の出力電圧７７８が使用される。調整器回路によって供給される電圧昇圧の量を減少させることにより、調整器回路の効率が改善され、それにより、有効電池寿命の向上がもたらされる。
【００６３】
図１４は、一実施形態による、昇圧型コンバータ８０２、バイパス回路８０４、及びフィルター回路８０６を含む電圧調整回路８００を示す簡易図である。電圧調整回路８００を使用して、電池の寿命の延長に関して本明細書に記載される機能性を提供することができる。昇圧型コンバート８０２は、電池８０８から出力を受け、調整電圧をフィルター回路８０６に出力し、これが次いで平滑化された電圧出力を電池給電式デバイス８１０に送達する。フィルター回路８０６は、昇圧型コンバータ８０２による電圧出力の電圧変動を平滑化するために、１つ以上の誘導子及び／またはキャパシタの任意の好適な組み合わせを含むことができる。
【００６４】
昇圧型コンバータ８０２は、誘導子８１２、ダイオード８１４、キャパシタ８１６、制御スイッチ８１８（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）、及びスイッチ制御器８２０を含む。スイッチ制御器８２０は、スイッチ８１８の制御された開放及び閉鎖を介して、昇圧型コンバータ８０２による電圧出力と、電池８０８により供給される電圧との間の、得られる比を調整する。スイッチ８１８が閉鎖されると、誘導子８１２を通って流れる電流が増加する。スイッチ８１８が開放されると、誘導子８１２が減少する電流量をダイオード８１４を通して流し、これがキャパシタ８１６の充電をもたらし、これが、フィルター回路８０６ひいては電池給電式デバイス８１０に供給される電圧を、電池８０８による電圧出力に対して昇圧させる。ダイオード８１４は、スイッチ８１８が閉鎖されるとスイッチ１８１を通る電流の逆流によるキャパシタ８１６の放電を防止する働きをする。所望の電荷レベルをキャパシタ８１６に提供するように選択された速度で、スイッチ８１８の開放と閉鎖とを循環させることにより、電池８０８による電圧出力に対して、電池給電式デバイス８１０に供給される電圧の制御された増加が生成される。
【００６５】
スイッチ制御器８２０は、スイッチ８１８に接続された制御線８２２を介してスイッチ８１８の開放及び閉鎖を制御する。スイッチ制御器８２０は、電池８０８からの電圧入力８２４、８２４、及び電圧調整回路８００による電池給電式デバイス８１０への電圧出力からの電圧入力８２８、８３０に従って、スイッチ８１８を制御する。例えば、スイッチ制御器８２０は、電池の寿命中に電池８０８により出力される変動する電圧に対して所望の電圧レベルを本明細書に記載される電池給電式デバイス８１０に出力するように、スイッチ８１８のオフ−オンデューティーサイクルを変更するための好適な手法（例えば、早見表を介するもの）を用いる、任意の好適な制御電子装置（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロ制御器など）を含むことができる。
【００６６】
バイパス回路８０４は、制御線８３４を介してスイッチ制御器８２０によって制御されるバイパススイッチ８３２を含む。バイパススイッチ８３２を閉鎖し、昇圧型コンバータスイッチ８１８を開放することによって、本明細書に記載されるバイパス相に従って、電池給電式デバイス８１０に電池の出力電圧を直接供給することができる。
【００６７】
図１５は、一実施形態による、降圧型コンバータ回路８５０を示す簡易図である。降圧型コンバータ回路８５０は、例えば、図１２に例示される電圧調整手法を参照して記載された第１の相７６６の間、電池の寿命を延長するために、電池８０８から電池給電式デバイス８１０に供給される電圧を低減させるように動作可能である。
【００６８】
降圧型コンバータ回路８５０は、誘導子８５２、キャパシタ８５４、ダイオード８５６、制御スイッチ８５８、及びスイッチ制御器８６０を含む。スイッチ制御器８６０は、制御線８６２を介してスイッチ８５８の開放及び閉鎖を制御する。スイッチが閉鎖されると、上昇する速度で電流が誘導子８５２を通って流れる。スイッチが閉鎖位置に留まる場合、電池給電式デバイス８１０に供給される電圧が増加して、電池８０８による電圧出力に達する。スイッチ８５８が開放していると、電池給電式デバイス８１０に供給される電圧は、キャパシタ８５４の放電を介して提供される。スイッチが開放位置に留まる場合、電池給電式デバイス８１０に供給される電圧は、経時的に０に低減する。所望の電荷レベルをキャパシタ８５４に提供するように選択された速度で、スイッチ８５８の開放と閉鎖とを循環させることにより、電池８０８による電圧出力に対して、電池給電式デバイス８１０に供給される電圧の所望の減少が生成される。
【００６９】
スイッチ制御器８６０は、スイッチ８５８に接続された制御線８６２を介してスイッチ８５８の開放及び閉鎖を制御する。スイッチ制御器８６０は、電池８０８からの電圧入力８６４、８６６、及び電圧調整回路８５０による電池給電式デバイス８１０への電圧出力からの電圧入力８６８、８７０に従って、スイッチ８５８を制御する。例えば、スイッチ制御器８６０は、電池の寿命中に電池８０８により出力される変動する電圧に対して所望の電圧レベルを本明細書に記載される電池給電式デバイス８１０に出力するように、スイッチ８５８のオフ−オンデューティーサイクルを変更するための好適な手法（例えば、早見表を介するもの）を用いる、任意の好適な制御電子装置（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロ制御器など）を含むことができる。
【００７０】
図１６は、一実施形態による、昇圧型コンバータ９０２、降圧型コンバータ回路９０４、フィルター９０６、及びバイパス回路９０８を含む電圧調整回路９００を示す簡易図である。昇圧型コンバータ９０２は、電池８０８による電圧出力を受け、調整電圧を降圧型コンバータ９０４に出力する。昇圧型コンバータ９０２は、電池８０８により供給される電圧に対して、昇圧型コンバータからの電圧出力を制御可能に増加させるように構成される。例示される実施形態では、降圧型コンバータ９０４は、昇圧型コンバータ９０２による電圧出力を受け、調整電圧をフィルター９０６に出力する。あるいは、コンバータ９０２、９０４の位置が逆転し、降圧型コンバータ９０４が電池８０８から電圧を受け、調整電圧を昇圧型コンバータ９０２に出力してもよい。フィルター９０６は、フィルターに供給される調整電圧を平滑化し、平滑化された調整電圧を電池給電式デバイス８１０に出力するように構成される。本明細書に記載される昇圧型コンバータ８０２などの、任意の好適に構成された昇圧型コンバータ９０２が用いられてよい。本明細書に記載される降圧型コンバータ８５０などの、任意の好適に構成する降圧型コンバータ９０４が用いられてよい。バイパス回路９０８は、本明細書に記載されるバイパス回路８０４と同様に構成され、機能する。
【００７１】
図１７は、一実施形態による、昇圧電圧及び本来のバイパス電圧を提供するための電圧調整回路９５０を示す回路図である。電圧調整回路９５０は、本明細書に記載される任意の好適な方法またはデバイスにおいて使用されてよい。電圧調整回路９５０は、入力電圧接続部９５２を介して入力電圧を受け、出力電圧接続部９５４を介して出力電圧を出力する。電圧調整回路９５０は、接地９５６（例えば、入力電圧接続部９５２が接続される電池の負端子）に接続される。
【００７２】
電圧調整回路９５０は、図１４に例示され上に記載される電圧調整回路８００と同様に機能する。電圧調整回路は、誘導子９５８、入力側キャパシタ９６０、制御ユニット９６２、出力側キャパシタ９６４、９６６、及び出力側抵抗器９６８、９７０を含む。入力電圧接続部９５２を介して受けられる入力電圧は、出力電圧接続部９５４を介して電池給電式デバイスに供給される目標出力電圧以上である間、制御ユニット９６２は、（Ｖｏｕｔ）端子を（Ｖｉｎ）端子と電気的に接続し、それにより、電池から受けられる入力電圧を出力電圧接続部９５４に出力することができる。入力電圧接続部９５２を介して受けられる入力電圧が目標出力電圧未満であるとき、制御ユニット９６２は、（ＳＷ）入力端子を（ＧＮＤ）出力端子及び（Ｖｏｕｔ）出力端子と交互に接続し、それにより、誘導子９５８を通る好適な電流を引き起こし、これが次いで（Ｖｏｕｔ）端子を通して電流を流出させ、それにより、出力側キャパシタ９６４、９６６上の電荷の蓄積を引き起こし、それにより、電圧調整回路８００に関して本明細書に記載されるものと同様の様式で、出力電圧接続部９５４に供給される電圧を昇圧させる。入力側キャパシタ９６０は、誘導子９５８及び制御ユニット９６２に供給される入力電圧の変動を低減させる働きをする。
【００７３】
電圧調整回路は、電池給電式デバイスに給電するために使用される１つ以上の電池の寿命を延長するために、電池給電式デバイス内に含まれてもよい。例えば、図１８は、中に含まれた電圧調整回路１００２を含む電池給電式デバイス１０００を示す。電圧調整回路１００２は、本明細書に記載される他の調整器回路と同様に構成されてよい。電池給電式デバイス１０００は、取り外し可能、交換可能、かつ／または再充電可能であり得る１つ以上の電池１００４によって給電される回路及び／または要素１００４を含む。本明細書に記載される他の調整回路と同様に、電圧調整回路１００２は、１つ以上の電池１００４による電圧出力が回路及び／または要素１００４の正常な動作に必要とされる最小電圧未満に低下したときでも、回路及び／または要素１００４に給電するのに使用するための調整電圧を出力することによって、１つ以上の電池１００４の寿命を延長するように構成される。
【００７４】
本明細書において具体的な実施形態を例示及び記載してきたが、同じ目的を達成するように計算または設計される任意の配列で示された具体的な実施形態を置き換えてもよいことが当業者には理解されるであろう。本開示の多くの適応例が当業者には明らかとなるであろう。例えば、電圧調整器１０５、調整器４０５、調整器５０５、電圧調整器６０５、調整器回路７０５、調整器回路７２９、調整器回路７４２、電圧調整回路８００、降圧型コンバータ回路８５０、電圧調整回路９００、電圧調整回路９５０のうちのいずれかに関して本明細書に記載される構成及び／または機能性、ならびに図１１〜図１３に関して本明細書に記載される機能性などの機能性は、電池の寿命を延長するための方法及び／またはデバイス装置において、単独で、または任意の好適な組み合わせで用いられてよい。したがって、本出願は、本開示のいかなる適応例または変形例をも対象とするよう意図される。
【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５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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