(57)【要約】  本発明は、バッテリーの出力電圧を調整するための電圧調整装置（１１０）を含むバッテリー（１００）に関する。電圧調整装置（１１０）は、内部電源（１１４）よりも大きい、小さい、またはそれに等しい出力電圧を提供するように構成することができる。電圧調整装置は、内部電源（１１４）を充電するための入力電圧を調整するように構成されてもよい。バッテリーの自己放電率を減らすため、または内部電源（１１４）を損傷から保護するために、動作モード間で電圧調整装置（１１０）を切り替えるためのスイッチが用意されている。
2020510396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリー；
正端子；
マイナス端子；
電源；  そして
正端子、負端子、および電源に動作可能に接続された電圧調整装置；を備えるバッテリーであって、
バッテリーは、正端子と負端子の間で測定される出力電圧を有し、
電圧調整装置は、電圧調整装置の動作モードを選択するように構成されたスイッチを備え、
さらに、電圧調整装置は、出力電圧をプログラムされた可変レベルに調整するように構成されている、バッテリー。
【請求項２】
前記スイッチは、前記電圧調整装置の低電力動作モードと前記電圧調整装置のアクティブ動作モードとの間で切り替えるように動作可能である、請求項１に記載のバッテリー。
【請求項３】
前記スイッチは、前記電源の電圧を監視し、電源電圧が第１の所定の閾値電圧を下回ると、前記電圧調整装置を前記低電力動作モードからアクティブ動作モードに移行させるように構成されている、請求項２に記載のバッテリー。
【請求項４】
前記第１の所定の閾値電圧は、１．２Ｖから１．４Ｖの範囲にある、請求項３に記載のバッテリー。
【請求項５】
前記第１の所定の閾値電圧は略１．３Ｖである、請求項３または４に記載のバッテリー。
【請求項６】
前記スイッチは、前記電源の電圧を監視し、電源電圧が第２の所定のしきい値電圧を超えて上昇したとき、前記電圧調整装置をアクティブ動作モードから低電力動作モードに移行させるように構成されている、請求項２〜５のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項７】
前記第２の所定の閾値電圧は、１．２Ｖから１．４Ｖの範囲にある、請求項６に記載のバッテリー。
【請求項８】
前記第２の所定の閾値電圧は略１．３Ｖである、請求項６または７に記載のバッテリー。
【請求項９】
前記スイッチは、バッテリー充電器への接続を検出し、接続の検出時に、電圧調整装置を低電力動作モードからアクティブ動作モードに移行するように構成されている、請求項２〜８のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項１０】
前記スイッチは、バッテリー充電器からの切断を検出し、切断の検出時に、電圧調整装置をアクティブ動作モードから低電力動作モードに移行するように構成されている、請求項２から９のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項１１】
前記電圧調整装置は、切断モードをさらに備え、前記バッテリー端子は、前記切断モードで前記電源から動作可能に切断される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項１２】
前記スイッチは、前記電源の電圧が第３の所定の閾値を下回ると、前記電圧調整装置を前記切断モードに移行させるように構成されている、請求項１１に記載のバッテリー。
【請求項１３】
前記切断モードにおいて、前記バッテリーの前記端子に印加される電圧が前記電源を充電することを可能にする電流経路が提供される、請求項１１または１２に記載のバッテリー。
【請求項１４】
前記スイッチは、前記電源の電圧が第４の所定の閾値を超えると、前記電圧調整装置を前記切断モードから移行させるように構成されている、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項１５】
前記スイッチがコンパレータ回路を含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項１６】
前記コンパレータ回路は、超低静止電流を有する、請求項１５に記載のバッテリー。
【請求項１７】
前記スイッチは、物理的起動手段を備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項１８】
前記物理起動手段は、ボタン；磁気スイッチ；または取り外し可能な断熱タブの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載のバッテリー。
【請求項１９】
前記バッテリーが電圧レベルインジケータを備え、前記電圧レベルインジケータが前記物理的起動手段を備える、請求項１７または１８のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項２０】
前記物理的起動手段は、ラッチをさらに備える、請求項１７から１９のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項２１】
前記ラッチは、前記物理的起動手段からの入力に続いて、前記低電圧動作モードまたは前記アクティブ動作モードのいずれかで前記電圧調整装置を保持するように構成されている、請求項２０に記載のバッテリー。
【請求項２２】
前記低電力動作モードにおいて、前記電圧調整装置は、出力電圧を調整しない、請求項２〜２１のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項２３】
前記アクティブ動作モードにおいて、前記電圧調整装置は、プログラムされた可変レベルで前記出力電圧を調整する、請求項２から２２のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項２４】
前記電圧調整装置は、前記出力電圧を、前記電源の電圧未満であるプログラムされた可変レベルに調整するように構成された少なくとも１つの第１調整器を備える、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの第１調整器は、線形調整器、降圧調整器、ＳＥＰＩＣ変換器またはＣｕｋ変換器である、請求項２４に記載のバッテリー。
【請求項２６】
前記電圧調整装置は、前記出力電圧を前記電源の電圧よりも大きいプログラムされた可変レベルに調整するように構成された少なくとも１つの第２調整器を備える、請求項１〜２５のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの第２の調整器は、昇圧レギュレータ、電圧増倍器、ＳＥＰＩＣコンバータまたはＣｕｋコンバータである、請求項２６に記載のバッテリー。
【請求項２８】
前記電源は再充電可能である、請求項１〜２７のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項２９】
前記バッテリーが、Ｌｉ−イオン；Ｎｉ−ＭＨ；またはＮｉ−Ｃｄのセルのうちの少なくとも１つを含む、請求項２８に記載のバッテリー。
【請求項３０】
前記電圧調整装置は、バッテリー充電器によって提供される電圧を前記内部電源を充電するための電圧に調整するように構成された少なくとも１つの第３のレギュレータをさらに備える、請求項２８または２９のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの第３のレギュレータは、降圧レギュレータ、昇圧レギュレータ、昇降圧レギュレータ、ＳＥＰＩＣコンバータ、Ｃｕｋコンバータ、変圧器ベースのレギュレータ、または線形レギュレータである、請求項３０に記載のバッテリー。
【請求項３２】
前記バッテリーは、前記正端子、前記負端子、前記電源、および前記電圧調整装置の１つ以上の構成要素に動作可能に接続されたコントローラをさらに備える、請求項１〜３１のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項３３】
前記コントローラは、以下のうちの１つ以上を実行するように構成されている、請求項３２に記載のバッテリー。
ｉ）電源電圧が所定のレベルまで低下した場合、より低い出力電圧を提供する、
ｉｉ）電源および／またはプログラムされた可変レベルの電流フローに従って出力電圧を調整する、または
ｉｉｉ）バッテリーが放電の終わりに近づいたときに表示を提供するために、電源の電流および／または電圧レベルを監視する。
【請求項３４】
前記電圧調整装置は、バッテリー充電器への接続を決定するように適合された少なくとも１つのセンサーを備え、前記少なくとも１つのセンサーは、以下の１つ以上を実行するように適合される、請求項３２または３３に記載のバッテリー。
ｉ）充電器からの電圧を検出することにより、充電器への接続を決定する、
ｉｉ）充電器からの電流を検出することにより、充電器への接続を決定する、
ｉｉｉ）電源を充電するための充電器の検出電圧を調整するために、コントローラに電圧情報を提供する、または
ｉｖ）電源を充電するためのバッテリー充電器の検出電圧を調整するために、コントローラに電流情報を提供する。
【請求項３５】
前記電圧調整装置は、前記電源の電圧レベル情報および／または前記電源の電流を決定し、電圧レベル／電流の情報をコントローラに送るように構成された電圧センサーおよび／または電流センサーを備える、請求項３２から３４のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項３６】
前記電圧調整装置は、前記コントローラに動作可能に接続された少なくとも１つの電流センサーを備え、前記少なくとも１つの電流センサーは、以下の２つ以上を検出するように適合される、請求項３２〜３５のいずれか一項に記載のバッテリー。
ｉ）使用中にユーザーの製品／装置によって消費される電流、
ｉｉ）放電中に電源で使用されている電流、
ｉｉｉ）電源から排出される電流、そして
ｉｖ）電源が再充電可能な場合、電源の再充電に使用される電流。
【請求項３７】
前記バッテリーは、前記電源の電圧レベルの表示を提供するための電圧レベルインジケータを含む、請求項１〜３６のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項３８】
前記バッテリーは、少なくとも前記電源および前記電圧調整装置を収容するように適合されたハウジングを備える、請求項１〜３７のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項３９】
前記ハウジングは、前記バッテリーが標準の単三バッテリーまたは単四バッテリーのサイズと互換性があるように寸法決めされている、請求項３８に記載のバッテリー。
【請求項４０】
前記プログラムされた可変レベルは、１．２Ｖと１．５Ｖとの間の範囲にある、請求項１〜３９のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項４１】
プログラムされた可変レベルで少なくともバッテリーの出力電圧を調整するための電圧調整装置であって、
電圧調整装置の動作モードを選択するように構成されたスイッチ；そして
電流検知回路から少なくとも１つの入力信号を受信し、プログラムされた可変レベルで出力電流に従って出力電圧を調整するように適合されたプログラマブルコントローラ。
【請求項４２】
前記バッテリーの電源内の出力電流を検知するように適合された電流検知回路をさらに備える、請求項４１に記載の電圧調整装置。
【請求項４３】
正端子；
負端子；
電源；そして
正端子、負端子、および電源に動作可能に接続された電圧調整装置、を備えたバッテリーであって、
バッテリーは、正端子と負端子の間で測定された出力電圧を有し、
電圧調整装置は、出力電圧を電源の電圧よりも高い電圧に調整するように構成された部品を含む。
【請求項４４】
前記バッテリーは再充電可能である、請求項４３に記載のバッテリー。
【請求項４５】
前記電圧調整装置は、バッテリー充電器への接続を決定するように適合された少なくとも１つのセンサーを備え、前記少なくとも１つのセンサーは、以下の１つ以上を実行するように適合される、請求項４４に記載のバッテリー。
（ｉ）充電器からの電圧を検出することにより、充電器への接続を決定する；
（ｉｉ）充電器からの電流を検出することにより、充電器への接続を決定する；または
（ｉｉｉ）電源を充電するための充電器の検出電圧を調整するために、コントローラに電流情報を提供する；または
（ｉｖ）電源を充電するためのバッテリー充電器の検出電圧を調整するために、コントローラに電圧情報を提供する。
【請求項４６】
前記電圧調整装置は、前記コントローラに動作可能に接続された電圧昇圧レギュレータを備え、前記コントローラは、前記電圧昇圧レギュレータを制御して、バッテリー充電器から供給される電圧を増加させ、電源を充電し、高い電圧に充電する、請求項４４〜４５のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項４７】
前記電圧調整装置は、前記電源の電圧および／または前記電源の電流のレベル情報を決定し、電圧レベル／電流の情報をコントローラに送るように構成された電圧センサーおよび／または電流センサーを備える、請求項４３から４６のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項４８】
前記コントローラは、以下のうちの１つ以上を実行するように構成されている、請求項４３から４７のいずれか一項に記載のバッテリー。
ａ）電源電圧が所定のレベルまで低下した場合、より低い出力電圧を提供する；
ｂ）電源の電流フローに従って出力電圧を調整する；
ｃ）プログラムされた可変レベルに従って出力電圧を調整する；
ｄ）バッテリーが放電の終わりに近づいたときに表示を提供するために、電源の電流レベルを監視する；または
ｅ）バッテリーが放電の終わりに近づいたときに表示を提供するために、電源の電圧レベルを監視する。
【請求項４９】
前記電圧調整装置は、前記コントローラに動作可能に接続された少なくとも１つの電流センサーを備え、前記少なくとも１つの電流センサーは、以下のうちの２つ以上を検出するように構成されている、請求項４３〜４８のいずれか１項に記載のバッテリー。
ｉ）使用中にユーザーの製品／装置によって消費される電流；
ｉｉ）放電中に電源で使用されている電流；
ｉｉｉ）電源から排出される電流；
ｉｖ）電源の再充電に使用される電流。
【請求項５０】
請求項４３から４９のいずれか１項に記載のバッテリーであって、前記バッテリーは、以下の１つ以上をさらに含むバッテリー。
（ｉ）電源の電圧レベルの表示を提供するための電圧レベルインジケータ；または
（ｉｉ）少なくとも電源および電圧調整装置を収容するように適合されたハウジングであって、好ましくは、ハウジングは、単三バッテリーまたは単四バッテリーを含む標準バッテリーサイズと互換性があるような寸法であるハウジング。
【請求項５１】
前記プログラムされた可変レベルは、１．２Ｖから１．５Ｖの間、好ましくは１．２５Ｖから１．５Ｖの間の範囲にある、請求項４３から４９のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項５２】
正端子；
負端子；
電源；そして
正端子、負端子、および電源に動作可能に接続された電圧調整装置を備える装置であって、
電圧調整装置は、バッテリー出力電圧を供給するように適合され、バッテリー出力電圧は、電源出力電圧以下であるか、または実質的に等しい、バッテリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも調整された出力電圧を提供するように適合された電圧調整装置を備えるバッテリーに関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリーは世界中のほぼすべての家庭で必要とされ、使用されている。毎日、毎秒３５０のＡＡ（単三）と１５０のＡＡＡ（単四）のバッテリーが購入されていると考えられている。利用可能な家庭用バッテリーの主なタイプは、アルカリ、リチウム、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）およびニッケルカドミウム（ＮｉＣＤ）バッテリーである。非充電式のプライマリーバッテリー（一次電池）と、さまざまな形式の電源を使用して再充電可能なセカンダリーバッテリー（二次電池）がある。
【０００３】
（アルカリプライマリー（充電不可））
アルカリバッテリーは、亜鉛と二酸化マンガン（Ｚｎ／ＭｎＯ２）の反応に依存する「プライマリーバッテリー」の一種である。
【０００４】
アルカリバッテリーは比較的低価格で、保管期間が長い。さらに、壁掛け時計やテレビのリモコンなどの低電力装置にも適している。ただし、これらのタイプのバッテリーは、より頻繁に廃棄する必要がある非充電式／使い捨てバッテリーであるため、汚染の観点から環境に危険を及ぼす可能性がある。さらに、これらのタイプのバッテリーは、高出力装置ではあまり効果的ではない。非充電式／単回使用のアルカリバッテリーはすべて、負荷がかかると出力電圧が低下するため、懐中電灯／トーチ（カンテラ）やカメラなどの製品／装置ではパフォーマンスが急速に低下する。
【０００５】
（リチウムプライマリー（非充電式））
リチウムプライマリーバッテリーは、アノードとしてリチウム金属またはリチウム化合物を含む再利用できないバッテリーである。
【０００６】
これらのタイプのバッテリーは、高電流装置に特に役立つ。ただし、アルカリバッテリーと同様に、これらのバッテリーも非充電式／単回使用バッテリーであり、より頻繁に廃棄する必要があるため、汚染の観点から環境に危険を及ぼす可能性がある。さらに、コストの面では、これらのタイプのバッテリーは、非充電式／単回使用バッテリーとしては比較的高価である。
【０００７】
（ＮｉＭＨ／ＮｉＣｄセカンダリー（充電式））
ＮｉＭＨまたはＮｉ-ＭＨと略されるニッケル水素バッテリーは、水素吸収性負極（アノード）で水素を活性元素として使用するタイプの充電式バッテリーである。同様に、ニッケルカドミウムバッテリー（ＮｉＣｄバッテリーまたはＮｉＣａｄバッテリー）は、酸化ニッケル水酸化物と金属カドミウムを電極として使用する充電式バッテリーの一種である。
【０００８】
これらのタイプのバッテリーは充電式であるため、何度も使用できるため、複数回使用した後にお金を節約できる。ただし、これらのタイプのバッテリーは、非充電式／単回使用（使い捨て）バッテリーよりも低い出力電圧（１．２Ｖ）であるため、すべてのタイプの製品／装置に適しているわけではない。さらに、いくつかの既知のバッテリーは、比較的高い自己放電率を持っている。これらのタイプの通常の充電式バッテリーは、負荷がかかると出力電圧も低下する。バッテリーのブランドが異なれば出力電圧の低下も異なるが、トーチやカメラなどの装置／製品全体は、使用するバッテリーの種類やブランドに関係なく、比較的急速に性能を失う。
【０００９】
市場には、負荷の下で出力電圧が低下せず、一定の１．５Ｖ出力を可能にする電圧レギュレーターを内蔵した充電式バッテリーがいくつか存在する。これは有利に思えるかもしれないが、電球は一般に電流負荷の下で電圧が低下することを想定して製造されているため、多くのＬＥＤや白熱トーチを焼き切ることがある。さらに、これらの種類の充電式バッテリーには、特別な／カスタマイズされた充電器が必要である。
【００１０】
市場には電圧レベルインジケータを備えたバッテリーもある。これらのインジケータは通常、ラベルの透明な部分の下にある導電性ストリップを使用し、片方または両方の端が押されると電源が入る。
【００１１】
通常のバッテリー（アルカリ１．５Ｖ使い捨て、リチウム１．５ＶプライマリーおよびＮｉＭＨ１．２Ｖ再充電可能）では、バッテリーが新品で完全に充電されている場合でも、負荷がかかると電圧がわずかに低下する。電球の定格が１．５Ｖではなく、わずかに低い電圧（たとえば１．４Ｖ）である多くの懐中電灯など、一部の電子機器はこれを念頭に置いて設計されている。
【００１２】
固定の１．５Ｖ出力は、場合によっては電子機器を損傷する。一部の電子機器は、通常の１．５Ｖ使い捨て（プライマリー）バッテリーまたは１．２Ｖ充電式（セカンダリー）バッテリーが使用されることを前提に構築されている。これらのバッテリーは、負荷がかかると出力電圧が非常に急速に低下する。
【００１３】
たとえば、ＬＥＤと白熱灯の両方の懐中電灯の電球は、通常、完全な１．５Ｖ直流（ＤＣ）（または複数のバッテリーが使用されている場合は１．５Ｖの倍数）で動作できるように製造されてるのではなく、むしろ１．２Ｖから１．４Ｖの間で設計されている。固定の１．５Ｖ  ＤＣバッテリーを使用すると、一部の懐中電灯の電球は切れる。
【００１４】
インテリジェントな調整出力電圧を提供し、バッテリー充電器への接続を検知し、入力電圧を調整して内部セル（電源）を充電できるように電子機器を設計することには、大きな技術的困難がある。バッテリー内に電子機器を搭載することは一般的に知られていないか、簡単ではない。また、バッテリーの電圧出力を調整したり、バッテリー内に回路を含めることは一般的に知られていないか、簡単ではない。バッテリーは装置で機能するためにサイズと形状によって機能的に制限されているため、バッテリーに高電力容量を提供しながら、バッテリーのサイズと形状を変更せずに、つまり、バッテリー内の電源のサイズを縮小しないで、バッテリー内に追加の電子部品を取り付けたりするのは難しい場合がある。多くの場合、電子機器がバッテリーの電力を消費するリスクを軽減しながら、電子機器をバッテリーに追加することは困難である。また、バッテリーを再充電するための追加の取り外し可能または可動部品または特定のアダプター／コネクターを必要とせずに、複数の再充電装置を使用して再充電できるようにバッテリーの充電を制御することは一般に知られていない。また、電子機器を最適化および小型化して、スペースを取りすぎずに小型のバッテリー（ＡＡおよびＡＡＡバッテリーなど）に収まるようにすることには、技術的な困難が伴う場合があり、電子機器が占有するスペースが大きいほど、電源（Ｌｉイオンバッテリーなど）のためのスペースが少なくなるため、バッテリー容量が低下する。
【００１５】
バッテリーの自己放電を低く抑えながら、バッテリーに電子機器を追加することには大きな課題がある。バッテリーの自己放電率は、最後に充電してから（または、プライマリーバッテリーの場合は、製造してから）一定期間放置した後の容量を決定する。
【００１６】
セカンダリー（充電式）セルは、多くの場合、プライマリー（非充電式セル）よりもはるかに高い自己放電率を有する。充電式バッテリーの場合、使用前にユーザーにバッテリーを充電させることにより、自己放電を軽減できる。プライマリー（非充電式）セルの場合、自己放電により失われた容量は回復できない。
【００１７】
さらに、リチウムイオンなどの二次バッテリーの場合、バッテリーの貯蔵容量に関連する安全性と寿命に対する考慮がある。多くの場合、これらのセルはフル充電容量の約３０〜５０％で出荷されるため、自己放電率が高いと、バッテリーが顧客に届くまでに完全にフラットになる可能性がある。Ｌｉ−イオンなどのバッテリーを、推奨カットオフ電圧以下に放電したり、および／またはフラットで保管したりすると、セルが損傷し、フル充電容量が低下する可能性がある。
【００１８】
米国特許第８，３１４，５９０号および米国特許第７，６３３，２６１Ｂ２号は両方とも、固定電圧出力を備えたバッテリーを開示している。ただし、インテリジェントな可変出力を提供する、または提供できるバッテリーは開示していない。
【００１９】
米国特許第８，３１４，５９０号は、ＵＳＢ接続を使用した充電を必要とするバッテリーを開示している。同様に、ＣＮ２０１１７４４０５は、特別な専用バッテリー充電器を必要とするバッテリーを開示している。さらに、これらの文書は、インテリジェントな可変出力を提供できるバッテリーを開示していない。
【００２０】
バッテリーを使用するユーザーの装置／製品が継続的に高性能を発揮するように（充電式バッテリーの場合、バッテリーの再充電が必要になるまで継続的に高性能を発揮するように）、適切な電圧出力を提供するために、マイクロエレクトロニクスで電源（３．７Ｖの内部リチウムイオンセルなど）を調整することで機能するバッテリーが必要である。また、上記のように、バッテリーの出力電圧が調整されていないが、一定の１．５Ｖに設定されている場合、トーチなどの製品／装置が焼損する可能性があるため、トーチなどの製品／装置が燃え尽きる可能性をなくすか、少なくとも減らすように、出力電圧を特定の範囲、最も好ましくは１．２５Ｖと１．５Ｖの間で調整可能にするバッテリーも必要である。さらに、１つのオプションでは、既存のＮｉＭＨ  ／  ＮｉＣｄバッテリー充電器を使用してバッテリーを充電できるように、入力充電電圧を調整する電子機器を備えたバッテリーが必要である。
【発明の概要】
【００２１】
（発明の目的）
本発明の目的は、前述の欠点の一部または全てを簡単かつ効果的な方法で除去または最小化するか、または少なくとも有用な選択肢を公衆に提供する改良されたバッテリーを提供することである。
【００２２】
（先行技術）
本明細書で引用された特許または特許出願を含むすべての参考文献は、参照により本明細書に組み込まれる。参考文献が先行技術を構成することを認めるものではない。参考文献の議論は、著者が主張することを述べており、出願人は引用された文書の正確性と適切性にチャレンジする権利を留保する。多数の先行技術の刊行物が本明細書で言及される場合があるが、この参照は、これらの文書のいずれかが、ニュージーランド、または他の国において当技術分野における共通の一般知識の一部を形成することを認めるものではない。
【００２３】
（定義）
「含む」、「備える」、「からなる」という用語は、さまざまな管轄区域の下で、排他的または包括的意味のいずれかに起因すると考えられている。この仕様の目的上、特に明記しない限り、「含む：、「備える」、「からなる」という用語は包括的な意味を持つ。つまり、直接参照するリストされた構成要素だけでなく、その他の指定されていない構成要素も含むことを意味する。この理論的根拠は、「含んでいる」「備えている」、「からなる」という用語が、装置および／または方法またはプロセスの１つまたは複数のステップに関して使用される場合にも使用される。
【００２４】
特に明記しない限り、「バッテリー」という用語は、内部化学エネルギー電源を含む容器または製品を指す。例えば、容器または製品は、ＡＡ、ＡＡＡ、Ｃ、Ｄ、９Ｖ、ランタンバッテリー、またはその他のサイズと形式であり得る。
【００２５】
特に明記しない限り、「電源」という用語は、化学エネルギーが電気に変換される１つまたは複数のセルを含むバッテリーの電源を指す。例えば、リチウムイオンセル、ＮｉＭＨセル、ＮｉＣｄセル、ＺＮ／ＭＮＯ２セル、リチウムポリマー（ＬｉＰｏ）、鉛酸、またはその他の化学電源である。電源は任意に充電可能である。
【００２６】
特に明記しない限り、「リチウムイオンセル」という用語は、バッテリーの電源の例示的な一形態である内部リチウムイオン（Ｌｉイオン）セルを意味することを意図している。
【００２７】
「低電力」、「超低電力（ｕｌｔｒａ−ｌｏｗ  ｐｏｗｅｒ）」、「超低電流（ｕｌｔｒａ−ｌｏｗ  ｃｕｒｒｅｎｔ）」などの用語は、電子工学の分野で一般的に使用される用語である。この明細書の目的上、文脈上特に明確に要求されない限り、低電力／電流、超低電力／電流などの用語は、回路または部品に関連して使用される場合、使用される可能性のある他の部品と比較して、消費電力および／または消費電流を低減する目的で選択された部品または回路を意味するために取られる。部品の選択または回路の設計を決定する要素は、電流／消費電力だけではないことを理解すべきである。したがって、「超低」電力／電流として記述される部品または回路は、利用可能な最も低い電力／電流（または場合によっては）の部品または回路である必要はない。
【００２８】
内部セル電圧、電源電圧、または電源出力電圧という用語は、本技術の特定の実施形態における電圧調整装置に接続する電源の端子間の電圧を意味するものと解釈されるべきである。電源は、直列に接続された２つのＬｉ−ｉｏｎセルなど、複数のセルを含むことができるが、ただし、特に明記されていない限り、内部セル電圧、電源電圧、または電源出力電圧は、電源が備え得る個々のセルの電圧ではなく、電圧調整装置から見た電圧を指す。「スイッチ」という用語は、電圧調整装置の動作モードを切り替えるために使用されるいかなる装置を含む広い意味で解釈される必要がある。例えば、スイッチは、スイッチ、ボタン、リードスイッチ、絶縁テープなどの物理的作動手段を備えてもよい。あるいは、スイッチは、トランジスタ、コンパレータなどの電子部品で構成するか、物理的作動手段に関連する当業者に知られているラッチ部品の使用などの機械的および電子的手段の組み合わせとすることができる。
【００２９】
（発明の開示）
第１の態様では、本発明は、
正端子；
負端子；
電源；そして
正端子、負端子、および電源に動作可能に接続された電圧調整装置であって、電圧調整装置の動作モードを選択するように構成されたスイッチを備え、電圧調整装置は、出力電圧をプログラムされた可変レベルに調整するように構成されている電圧調整装置；
を含むバッテリーに関する。
【００３０】
好ましくは、スイッチは電子部品を含む。
【００３１】
好ましくは、スイッチは、電圧調整装置の低電力動作モードとアクティブ動作モードとの間で選択するように構成されている。
【００３２】
好ましくは、スイッチは低電流を引き出すように構成されている。例えば、低電流は、バッテリーの蓄積エネルギーに比べて実質的に無視できる電流であり得る。
【００３３】
好ましくは、スイッチはコンパレータ回路を含む。より好ましくは、コンパレータ回路は、超低静止電流を引き出すように構成されている。
【００３４】
好ましくは、スイッチは、充電器のバッテリーへの接続を検出し、それに応じて低電力動作モードとアクティブ動作モードとを切り替えるように構成されている。
【００３５】
好ましくは、スイッチは、電源電圧を監視するように構成され、電源電圧が第１の所定の閾値を超える間、電圧調整装置を低電力動作モードに設定するように構成されている。
【００３６】
好ましくは、第１の所定の電圧閾値は１．２Ｖから１．４Ｖの範囲にあり、より好ましくは第１の所定の電圧閾値は実質的に１．３Ｖである。
【００３７】
好ましくは、スイッチは、電源電圧を監視するように構成され、電源電圧が第２の所定の閾値を下回る間、電圧調整装置をアクティブ動作モードに設定するように構成されている。
【００３８】
好ましくは、第２の所定の電圧閾値は１．２Ｖから１．４Ｖの範囲であり、より好ましくは第１の所定の電圧閾値は実質的に１．３Ｖである。
【００３９】
好ましくは、低電力動作モードでは、電圧調整装置は出力電圧をアクティブに調整しない。
【００４０】
好ましくは、バッテリーは、再充電可能な電源を備えた再充電可能なバッテリーである。
【００４１】
好ましくは、電源はリチウムイオンセルである。
【００４２】
好ましくは、Ｌｉイオンセルは２．８から４．２ボルトの間である。
【００４３】
好ましくは、電圧調整装置は、正端子、負端子、電源、および電圧調整装置の１つまたは複数の他の電子部品に動作可能に接続され、入力および出力信号を送受信するプログラマブルコントローラを備え、これにより、プログラムされた可変レベルで出力電圧を検知および調整する。
【００４４】
好ましくは、電圧調整装置が低電力動作モードにある間、プログラマブルコントローラの電源が切られる。
【００４５】
好ましくは、電圧調整装置は、少なくとも１つのレギュレータを備え、少なくとも１つのレギュレータは、プログラマブルコントローラに動作可能に接続され、出力電圧を調整するためにプリセットバッテリー出力レベルでプログラマブルコントローラによって起動されるように適合される。
【００４６】
好ましくは、電源は再充電可能であり、電圧調整装置は、電源を充電する入力電圧を決定するように構成された少なくとも1つの電圧センサーを備え、少なくとも1つの電圧センサーは、プログラマブルコントローラに動作可能に接続され、プログラマブルコントローラは少なくとも1つの電圧センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、入力電圧を調整するように構成されている。
【００４７】
好ましくは、電圧調整装置は、電源の電圧レベル情報を決定し、電圧レベル情報をプログラマブルコントローラに供給するように構成された少なくとも１つの電圧センサーを備える。
【００４８】
好ましくは、プログラマブルコントローラは、電源電圧が所定のレベルまで低下した場合に低出力電圧を提供するようにプログラムされている。
【００４９】
好ましくは、電圧調整装置は、電源の出力電流を決定するように構成された少なくとも1つの電流センサーを備え、少なくとも1つの電流センサーは、プログラマブルコントローラに動作可能に接続され、プログラマブルコントローラは、 少なくとも1つの電流センサーからの少なくとも1つの入力信号を受信し、プログラムされた可変レベルで出力電流に従って出力電圧を調整するように適合されている。
【００５０】
好ましくは、電圧調整装置は、充電器への接続を検出するように適合された少なくとも１つの電流センサーを備え、少なくとも１つの電流センサーは、プログラマブルコントローラに動作可能に接続されている。
【００５１】
好ましくは、電圧調整装置は、プログラマブルコントローラに動作可能に接続された少なくとも１つの電流センサーを備え、少なくとも１つの電流センサーは、以下のうちの２つ以上を検出するように適合される。
【００５２】
ｉ）使用中にユーザーの製品／装置によって消費される電流；
ｉｉ）放電中に充電式電源で使用されている電流；
ｉｉｉ）電源から排出される電流；そして
ｉｖ）電源が充電可能な場合、電源に充電されている電流。
【００５３】
好ましくは、電源は再充電可能であり、電圧調整装置は、バッテリー充電器からの電圧を検出することによりバッテリー充電器への接続を決定するように適合された少なくとも1つの充電センサーを備え、少なくとも1つの充電センサーはプログラマブルコントローラに動作可能に接続されている。
【００５４】
好ましくは、電源は再充電可能であり、電圧調整装置は、充電器の電圧を電圧レベル情報として検出し、電源を充電するためのバッテリー充電器の検出された電圧を調整するために、プログラマブルコントローラに電圧レベル情報を供給するように適合された少なくとも1つの充電センサーを含む。
【００５５】
好ましくは、電源は再充電可能であり、電圧調整装置は少なくとも１つの充電器センサーを含み、少なくとも1つの充電器センサーは、バッテリー充電器からの電圧レベル情報を検出し、プログラムされた可変レベルで出力電流に従って出力電圧を調整するために、電圧レベル情報をプログラマブルコントローラに供給するように適合されている。
【００５６】
好ましくは、電源は再充電可能であり、電圧調整装置は電圧昇圧（ブースト）レギュレータを備え、電圧昇圧レギュレータがプログラマブルコントローラに動作可能に接続され、プログラマブルコントローラは、電圧昇圧レギュレータから少なくとも１つの入力信号を受信して、電圧昇圧レギュレータがバッテリー充電器から供給される電圧をより高い電圧に上げて電源を充電できるように適合されている。
【００５７】
好ましくは、電圧調整装置は電圧降圧レギュレータを備え、電圧降圧（buck）レギュレータは、プログラマブルコントローラに動作可能に接続され、プログラマブルコントローラは、電圧降圧レギュレータから少なくとも１つの入力信号を受信して、電圧降圧レギュレータが電源から供給される電圧をバッテリーの出力電圧に変換できるように適合されている。
好ましくは、電圧調整装置は、電圧昇圧レギュレータを備え、電圧昇圧レギュレータがプログラマブルコントローラに動作可能に接続され、プログラマブルコントローラは、電圧昇圧レギュレータから少なくとも１つの入力信号を受信して、電圧昇圧レギュレータが電源によって供給される電圧をバッテリーの出力電圧に変換できるように適合されている。
【００５８】
前述の降圧レギュレータと昇圧レギュレータは、例としてのみ提供されていることに理解すべきであり、  例えば、電圧調整装置は、昇降圧レギュレータ、電圧増倍器、変圧器ベースのレギュレータ、Ｃｕｋコンバータ、ＳＥＰＩＣコンバータ、または当業者に知られている他のタイプのコンバータを含むことができる。
【００５９】
好ましくは、電圧調整装置は、プログラマブルコントローラに動作可能に接続されたノイズ抑制回路を備える。
【００６０】
好ましくは、バッテリーは、電源の電圧レベルの表示を提供するための電圧レベルインジケータを含む。
【００６１】
好ましくは、プログラマブルコントローラは、入力信号および出力信号に基づいて電源の電流および／または電圧レベルを監視するようにプログラムされ、プログラマブルコントローラは、バッテリーが放電の終わりに近づいたときに表示を提供するために、電圧レベルインジケータに動作可能に接続されている。
【００６２】
好ましくは、バッテリーは、少なくとも電源および電圧調整装置を収容するように適合されたハウジングを備える。
【００６３】
好ましくは、バッテリーはＡＡバッテリーまたはＡＡＡバッテリーである。
【００６４】
好ましくは、調整された出力電圧は１．２Ｖと１．５Ｖの間の範囲にある。
【００６５】
好ましくは、調整された出力電圧は、１．２５Ｖと１．５Ｖの間の範囲にある。
【００６６】
第２の態様において、本発明は、プログラムされた可変レベルでバッテリーの少なくとも出力電圧を調整するための電圧調整装置に属し、電圧調整装置は、
電圧調整装置の動作モードを選択するように構成されたスイッチと、
バッテリーの電源の出力電流を検知する電流検知回路と、そして
電流検知回路から少なくとも１つの入力信号を受信し、プログラムされた可変レベルで出力電流に従って出力電圧を調整するように適合されたプログラマブルコントローラと、
を含む。
【００６７】
好ましくは、電圧調整装置は、一次（非充電式）および／または二次（充電式）バッテリーの一部として使用するように構成されている。
【００６８】
好ましくは、電圧調整装置の動作モードは、低電力モードとアクティブモードを含む。
【００６９】
好ましくは、スイッチは電子部品を含む。
【００７０】
好ましくは、スイッチは、電圧調整装置の低電力動作モードとアクティブ動作モードとの間で選択するように構成されている。
【００７１】
好ましくは、スイッチはコンパレータ回路を含む。より好ましくは、コンパレータ回路は、「超低」静止電流（“ultra-low” quiescent current）を引き出すように構成されている。
【００７２】
好ましくは、スイッチは、充電器のバッテリーへの接続を検出し、それに応じて低電力動作モードとアクティブ動作モードとを切り替えるように構成されている。
【００７３】
好ましくは、スイッチは、電源電圧を監視するように構成され、電源電圧が第１の所定の閾値を超える間、電圧調整装置を低電力動作モードに設定するように構成されている。
【００７４】
好ましくは、第１の所定の電圧閾値は実質的に１．３Ｖである。
【００７５】
好ましくは、スイッチは、電源電圧を監視するように構成され、電源電圧が第２の所定の閾値を下回る間、電圧調整装置をアクティブ動作モードに設定するように構成されている。
【００７６】
好ましくは、第２の所定の電圧閾値は実質的に１．３Ｖである。
【００７７】
好ましくは、低電力動作モードでは、電圧調整装置は出力電圧をアクティブに調整しない。
【００７８】
好ましくは、電源は再充電可能であり、電圧調整装置は、バッテリー充電器からの電圧を検出することによりバッテリー充電器への接続を決定するように適合された少なくとも１つの充電器センサーを備え、少なくとも１つの充電センサーはプログラマブルコントローラに動作可能に接続されている。
【００７９】
好ましくは、電圧調整回路は、プログラマブルコントローラに動作可能に接続された充電回路を備え、プログラマブルコントローラは、充電回路から少なくとも１つの入力信号を受信して、充電器が電源を充電するために充電器から供給される電圧をより高い電圧に上昇させるように適合されている。
【００８０】
好ましくは、充電回路は昇圧レギュレータを含む。好ましくは、昇圧レギュレータは、低電力動作モードでは非アクティブである。
【００８１】
好ましくは、プログラマブルコントローラは、接続されている電源に応じて充電回路を有効（イネーブル）または無効（ディスエーブル）にするように構成されている。
【００８２】
好ましくは、充電回路が無効化されると、外部充電器からの電流が電源を充電するのを防ぐ。
【００８３】
好ましくは、電圧調整装置は、少なくとも１つのレギュレータを備え、少なくとも１つのレギュレータは、プログラマブルコントローラに動作可能に接続され、出力電圧を調整するためにプリセットバッテリー出力レベルでプログラマブルコントローラによって起動されるように適合される。
【００８４】
好ましくは、少なくとも１つのレギュレータは、電圧調整装置が低電力モードにある間に電源電圧を出力端子に直接転送するように構成されている。
【００８５】
好ましくは、電圧調整装置は、電源を充電する入力電圧を決定するように構成された少なくとも１つの電圧センサーを含み、少なくとも１つの電圧センサーがプログラマブルコントローラに動作可能に接続され、プログラマブルコントローラは、少なくとも１つの電圧センサーから少なくとも１つの入力信号を受信して、入力電圧を調整するように適合されている。
【００８６】
好ましくは、電圧調整装置は、電源の電圧レベル情報を決定し、電圧レベル情報をプログラマブルコントローラに供給するように構成された少なくとも１つの電圧センサーを備える。
【００８７】
好ましくは、プログラマブルコントローラは、電源電圧が第１の所定のレベルを下回る場合に高い出力電圧を提供するために電圧調整装置を制御するようにプログラムされている。
【００８８】
好ましくは、プログラマブルコントローラは、電源電圧が第２の所定のレベルを超える場合に低い出力電圧を提供するように電圧調整装置を制御するようにプログラムされている。
【００８９】
好ましくは、プログラマブルコントローラは、電源電圧が第３の所定レベルより低下した場合、低い出力電圧を提供するように電圧調整装置を制御するようにプログラムされている。
【００９０】
好ましくは、プログラマブルコントローラは、電圧調整装置を制御して、電源電圧が第４の所定のレベルを下回った場合にバッテリーの端子から電源を切断するようにプログラムされている。
【００９１】
第４の所定のレベルは、内部電源の化学的性質に依存し得ることが理解されよう。たとえば、第４の所定のレベルは、リチウムイオンセルの場合２．５Ｖ−３Ｖ、ＮｉＭＨセルの場合１Ｖ−０．９Ｖであり得る。
【００９２】
好ましくは、電流検知回路は、バッテリー充電器への接続を提供するように適合され、少なくとも１つの電流センサーは、プログラマブルコントローラに動作可能に接続されている。
【００９３】
好ましくは、電流検知回路は、以下のうちの少なくとも２つを検出するように適合されている。
ｉ）使用中にユーザーの製品／装置によって消費される電流；
ｉｉ）放電中に電源で使用されている電流；
ｉｉｉ）電源から排出される電流；
ｉｖ）電源が充電可能な場合、電源に充電されている電流。
【００９４】
好ましくは、電圧調整装置は、バッテリー充電器からの電圧を検出することによりバッテリー充電器への接続を決定するように適合された少なくとも１つの充電器センサーを備え、少なくとも１つの充電センサーはプログラマブルコントローラに動作可能に接続されている。
【００９５】
好ましくは、電圧調整装置は、バッテリー充電器の電圧を電圧レベル情報として検出し、再充電可能な電源を充電するためのバッテリー充電器の検出電圧を調整するために、電圧レベル情報をプログラマブルコントローラに供給するように適合されている少なくとも１つの充電センサーを備える。
【００９６】
好ましくは、電圧調整装置は、プログラムされた可変レベルで出力電流に従って出力電圧を調整するために、バッテリー充電器からの電圧レベル情報を検出し、電圧レベル情報をプログラマブルコントローラに送信するように適合された少なくとも１つの充電センサーを備える。
【００９７】
好ましくは、電圧調整装置は、プログラマブルコントローラに動作可能に接続された電圧降圧レギュレータを備え、プログラマブルコントローラは、電圧降圧レギュレータから少なくとも１つの入力信号を受信して、電圧降圧レギュレータが電源から供給される電圧をバッテリーの出力電圧に変換できるように適合されている。
【００９８】
好ましくは、電圧調整装置は、プログラマブルコントローラに動作可能に接続された電圧昇圧レギュレータを備え、プログラマブルコントローラは、電圧昇圧レギュレータから少なくとも１つの入力信号を受信して、電圧昇圧レギュレータが電源によって供給される電圧をバッテリーの出力電圧に変換できるように適合されている。
【００９９】
好ましくは、電圧調整装置は、プログラマブルコントローラに動作可能に接続されたノイズ抑制回路を備える。
【０１００】
好ましくは、プログラマブルコントローラは、入力信号および出力信号に基づいて電源の電流および／または電圧レベルを監視するようにプログラムされ、プログラマブルコントローラは、バッテリーが放電の終わりに近づいたときに表示を提供するために、電圧レベルインジケータに動作可能に接続されている。
【０１０１】
第３の態様では、本発明は、
正端子；
負端子；
電源；そして
正端子、負端子、および電源に動作可能に接続された電圧調整装置、を備えるバッテリーに属し、
電圧調整装置は、バッテリー出力電圧を提供するように適合され、バッテリー出力電圧は、電源出力電圧以上である。
【０１０２】
好ましくは、電源は、電源電圧が電圧調整装置の所望のバッテリー出力電圧と実質的に同じかそれよりも小さくなるように選択される。たとえば、ＡＡバッテリーのアルカリまたはＮｉＭＨ電源。
【０１０３】
好ましくは、電圧調整装置は、電源出力電圧を増加させ、調整されたバッテリー出力電圧を提供するように構成された少なくとも１つのレギュレータを備える。
【０１０４】
好ましくは、電源出力電圧を増加させるための少なくとも１つのレギュレータは昇圧レギュレータである。
【０１０５】
好ましくは、電圧調整装置は、マイクロコントローラによって制御されるように適合されている。いくつかの実施形態では、バッテリーはマイクロコントローラを備える。
【０１０６】
好ましくは、電圧調整装置はスイッチを備える。
【０１０７】
好ましくは、スイッチは電子部品を備える。
【０１０８】
好ましくは、スイッチは、電圧調整装置の低電力動作モードとアクティブ動作モードとの間で選択するように構成されている。
【０１０９】
好ましくは、スイッチは、バッテリーの蓄積エネルギーに対して実質的に無視できる電流流れを有するように構成されている。
【０１１０】
好ましくは、スイッチはコンパレータ回路を備える。より好ましくは、コンパレータ回路は、超低静止電流を引き出すように構成されている。
【０１１１】
好ましくは、スイッチは、充電器のバッテリーへの接続を検出し、それに応じて低電力動作モードとアクティブ動作モードとを切り替えるように構成されている。
【０１１２】
好ましくは、スイッチは、電源電圧を監視するように構成され、電源電圧が第１の所定の閾値を超える間、電圧調整装置を低電力動作モードに設定するように構成されている。
【０１１３】
好ましくは、第１の所定の電圧閾値は実質的に１．３Ｖである。
【０１１４】
好ましくは、スイッチは、電源電圧を監視するように構成され、電源電圧が第２の所定の閾値を下回る間、電圧調整装置をアクティブ動作モードに設定するように構成されている。
【０１１５】
好ましくは、第２の所定の電圧閾値は実質的に１．３Ｖである。
【０１１６】
好ましくは、低電力動作モードでは、電圧調整装置は出力電圧をアクティブに調整しない。
【０１１７】
好ましくは、スイッチは、充電器が接続または取り外されたことを検出し、それに応じて低電力動作モードとアクティブ動作モードとを自動的に切り替える方法を含む。
【０１１８】
好ましくは、電圧調整装置は、出力電流を検知し、出力電流に従って出力電圧を調整するように適合されている。
【０１１９】
好ましくは、電圧調整装置は、電源を充電する入力電圧を検知および調整するように適合されている。
【０１２０】
好ましくは、電圧調整装置は、充電器への接続を検知するように適合されている。
【０１２１】
好ましくは、電圧調整装置は、充電器への接続を検知し、充電式電源を充電するための充電器の検出電圧を調整するために充電器の電圧を検出するように適合されている。
【０１２２】
好ましくは、バッテリーは、少なくとも電源および電圧調整装置を収容するように適合されたハウジングを備える。
【０１２３】
好ましくは、バッテリーはＡＡバッテリーまたはＡＡＡバッテリーである。
【０１２４】
好ましくは、調整された出力電圧は、１．２Ｖから１．５Ｖの範囲、より好ましくは１．２５Ｖから１．５Ｖの範囲にある。
【０１２５】
好ましくは、電圧調整装置は、電源の電流および／または電圧レベルを監視し、バッテリーが放電の終わりに近づくと、ユーザーに表示を提供するように適合されている。
【０１２６】
好ましくは、バッテリーは、電源の電圧レベルの表示を提供するための電圧レベルインジケータを含む。
【０１２７】
好ましくは、電圧調整装置は少なくとも、
バッテリーの電源の出力電流を検知する電流検知回路；そして
電流検知回路から少なくとも１つの入力信号を受信し、プログラムされた可変レベルで出力電流に従って出力電圧を調整するように適合されたプログラム可能なコントローラ；
を備える。
【０１２８】
好ましくは、電圧調整装置は、充電器からの電圧レベル情報を検出し、プログラムされた可変レベルで出力電流に従って出力電圧を調整するために電圧情報をプログラム可能なコントローラに送信するように適合された充電センサーを備える。
【０１２９】
好ましくは、電圧調整装置は、電源の電圧レベル情報を検知し、電圧レベル情報をプログラマブルコントローラに供給するように適合された電圧センサーを備え、プログラマブルコントローラは、電源電圧が所定のレベルまで低下した場合に低出力電圧を提供するようにプログラムされている。
【０１３０】
好ましくは、電圧調整装置は、
ｉ）ユーザーの製品／装置によって消費される電流；
ｉｉ）放電中にバッテリーの電源で使用されている電流；
ｉｉｉ）電源から排出される電流、
のうちの少なくとも２つを検出するように適合された電流検知回路を備える。
【０１３１】
好ましくは、電圧調整装置は、ノイズ抑制のために互いに動作可能に接続された複数の電子部品を備える。
【０１３２】
好ましくは、電圧調整装置は、
ａ）次のうち少なくとも２つを検出するように構成された電流検出回路：
ｉ）ユーザーの製品／装置によって消費される電流；
ｉｉ）放電中にバッテリーの電源で使用されている電流；
ｉｉｉ）電源から排出される電流；
ｉｖ）電源が充電可能な場合、電源に充電されている電流、
ｂ）外部バッテリー充電器から供給される電圧をより高い電圧に上げて、再充電可能な電源を充電するように適合された電圧昇圧レギュレータ；
ｃ）電源から供給される電圧をバッテリーの出力電圧に上げるように適合された電圧昇圧レギュレータ；
ｄ）少なくとも電流検出回路、電圧昇圧レギュレータの一方または両方から入力信号を受信し、プログラムされた可変レベルでバッテリーの出力電圧を制御および調整するように適合されたプログラマブルコントローラ；
と、を備える。
【０１３３】
好ましくは、電圧調整装置は、ノイズ抑制のために互いに動作可能に接続された複数の電子部品を備える。
【０１３４】
好ましくは、電圧調整装置は、
ａ）ユーザーの製品／装置によって消費される電流と、放電中にバッテリーの充電式電源で使用される電流を検知／検出するように構成された第１の電流検出回路；
ｂ）外部バッテリー充電器から供給される電圧をより高い電圧に上げて、再充電可能な電源を充電するように適合された電圧昇圧レギュレータ；
ｃ）電源によって供給される電圧をバッテリーの出力電圧に変換するように適合された電圧昇圧レギュレータ；
ｄ）外部バッテリー充電器によって供給される電流および再充電可能な電源に充電される電流を検知／検出するように適合された第２の電流検知回路；
ｅ）少なくとも第１電流検出回路、電圧昇圧レギュレータ及び第２電流検出回路のいずれかまたは両方から入力信号を受信し、プログラムされたレベルでバッテリーの出力電圧を制御および調整するように適合されたプログラム可能なマイクロコントローラ；
を備える。
【０１３５】
好ましくは、電圧調整装置は、ノイズ抑制のために互いに動作可能に接続された複数の電子部品を備える。
【０１３６】
好ましくは、電圧調整装置は、マイクロコントローラの電圧を調整するように適合されたマイクロコントローラ電圧調整装置を備え、マイクロコントローラの外部にあるマイクロコントローラ電圧調整装置は、マイクロコントローラの電圧を調整するように適合されている。
【０１３７】
好ましくは、バッテリーの出力電圧は、１．２Ｖと１．５Ｖの間、より好ましくは１．２５Ｖと１．５Ｖの間のプログラムされたレベルで制御および調整される。
【０１３８】
好ましくは、第１および第２の電流検知回路はそれぞれ、互いに動作可能に接続された少なくとも２つの抵抗器および１つのコンデンサを備える。
【０１３９】
好ましくは、電圧昇圧レギュレータは、互いに動作可能に接続された少なくともＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、４つの抵抗器、１つのダイオードおよび１つのコンデンサを備える。
【０１４０】
好ましくは、ノイズ抑制のための複数の電子部品は、互いに動作可能に接続された少なくとも４つのコンデンサと１つのインダクタを備える。
【０１４１】
好ましくは、マイクロコントローラ電圧調整装置は、互いに動作可能に接続された少なくとも１つの抵抗器と１つのダイオードを含む。
【０１４２】
第４の態様では、本発明は、
正端子；
負端子；
電源；そして
正端子、負端子、および電源に動作可能に接続された電圧調整装置、を備えたバッテリーに属し、
電圧調整装置は、バッテリー出力電圧を供給するように適合され、バッテリー出力電圧は、電源出力電圧以下であるか、または実質的に等しい。
【０１４３】
好ましくは、電源は、電源電圧が電圧調整装置の所望のバッテリー出力電圧と実質的に同様またはそれよりも大きくなるように選択される。たとえば、電源電圧はＡＡバッテリーのリチウムイオン電源によって出力される電圧であり得る。
【０１４４】
好ましくは、電圧調整装置は、電源出力電圧を低減し、調整されたバッテリー出力電圧を提供するように構成された少なくとも１つのレギュレータを備える。
【０１４５】
好ましくは、電源出力電圧を低下させるための少なくとも１つのレギュレータは、降圧レギュレータである。
【０１４６】
好ましくは、電圧調整装置は、マイクロコントローラによって制御されるように適合されている。いくつかの実施形態では、バッテリーはマイクロコントローラを含む。
【０１４７】
好ましくは、電圧調整装置はスイッチを備える。
【０１４８】
好ましくは、スイッチは電子部品を備える。
【０１４９】
好ましくは、スイッチは、電圧調整装置の低電力動作モードとアクティブ動作モードとの間で選択するように構成されている。
【０１５０】
好ましくは、スイッチは、バッテリーの蓄積エネルギーに対して実質的に無視できる電流を有するように構成されている。
【０１５１】
好ましくは、スイッチはコンパレータ回路を備える。より好ましくは、コンパレータ回路は、超低静止電流を引き出すように構成されている。
【０１５２】
好ましくは、スイッチは、充電器のバッテリーへの接続を検出し、それに応じて低電力動作モードとアクティブ動作モードとを切り替えるように構成されている。
【０１５３】
好ましくは、スイッチは、電源電圧を監視するように構成され、電源電圧が第１の所定の閾値を超える間、電圧調整装置を低電力動作モードに設定するように構成されている。
【０１５４】
好ましくは、第１の所定の電圧閾値は実質的に１．３Ｖである。
【０１５５】
好ましくは、スイッチは、電源電圧を監視するように構成され、電源電圧が第２の所定の閾値を下回る間、電圧調整装置をアクティブ動作モードに設定するように構成されている。
【０１５６】
好ましくは、第２の所定の電圧閾値は実質的に１．３Ｖである。
【０１５７】
好ましくは、低電力動作モードでは、電圧調整装置は出力電圧をアクティブに調整しない。
【０１５８】
好ましくは、スイッチは、充電器がバッテリーに接続またはバッテリーから切断されていることを検出し、それに応じて低電力動作モードとアクティブ動作モードを自動的に切り替えるように構成されている。
【０１５９】
好ましくは、電圧調整装置は、出力電流を検知し、出力電流に従って出力電圧を調整するように適合されている。
【０１６０】
好ましくは、電圧調整装置は、電源を充電する入力電圧を検知および調整するように適合されている。
【０１６１】
好ましくは、電圧調整装置は、充電器への接続を検知するように適合されている。
【０１６２】
好ましくは、電圧調整装置は、充電器への接続を検知し、充電式電源を充電するためのバッテリーの検出電圧を調整するために充電器の電圧を検出するように適合される。
【０１６３】
好ましくは、バッテリーは、少なくとも電源および電圧調整装置を収容するように適合されたハウジングを備える。
【０１６４】
好ましくは、バッテリーはＡＡバッテリーまたはＡＡＡバッテリーである。
好ましくは、調整された出力電圧は、１．２Ｖから１．５Ｖの範囲、より好ましくは１．２５Ｖから１．５Ｖの範囲にある。
【０１６５】
好ましくは、電圧調整装置は、電源の電流および／または電圧レベルを監視し、バッテリーが放電の終わりに近づくと、ユーザーに表示を提供するように適合されている。
【０１６６】
好ましくは、バッテリーは、電源の電圧レベルの表示を提供するための電圧レベルインジケータを含む。
【０１６７】
好ましくは、電圧調整装置は、
バッテリーの電源の出力電流を検知する電流検知回路；そして
電流検知回路から少なくとも１つの入力信号を受信し、プログラムされた可変レベルの出力電流に従って出力電圧を調整するように適合されたプログラマブルコントローラ；
を少なくとも備える。
【０１６８】
好ましくは、電圧調整装置は、バッテリー充電器からの電圧レベル情報を検出し、プログラムされた可変レベルでの出力電流に従って出力電圧を調整するためにプログラマブルコントローラに電圧レベル情報を送信するように適合された充電センサーを備える。
【０１６９】
好ましくは、電圧調整装置は、電源の電圧レベル情報を検知し、電圧レベル情報をプログラマブルコントローラに供給するように適合された電圧センサーを備え、電源電圧が所定のレベルまで低下した場合、プログラマブルコントローラは低い出力電圧を提供するようにプログラムされている。
【０１７０】
好ましくは、電圧調整装置は、
ｉ）ユーザーの製品／装置によって消費される電流；
ｉｉ）放電中にバッテリーの電源で使用されている電流；
ｉｉｉ）電源から排出される電流；
のうちの少なくとも２つを検出するように適合された電流検知回路を備える。
【０１７１】
好ましくは、電圧調整装置は、ノイズ抑制のために互いに動作可能に接続された複数の電子部品を備える。
【０１７２】
好ましくは、電圧調整装置は、
ａ）電流検出回路であって、
ｉ）ユーザーの製品／装置によって消費される電流；
ｉｉ）放電中にバッテリーの電源で使用されている電流；
ｉｉｉ）充電式電源から排出される電流；
ｉｖ）再充電可能な電源に充電されている電流；
のうち少なくとも２つを検出するように構成された電流検出回路；
ｂ）外部バッテリー充電器から供給される電圧をより高い電圧に上げて、再充電可能な電源を充電するように適合された電圧昇圧レギュレータ；
ｃ）電源から供給される電圧をバッテリーの出力電圧に上げるように適合された電圧降圧レギュレータ；
ｄ）少なくとも電流検出回路、電圧降圧レギュレータ、電圧昇圧レギュレータから入力信号を受信し、プログラムされた可変レベルでバッテリーの出力電圧を制御および調整するように構成されたプログラマブルコントローラ；
を備える。
【０１７３】
好ましくは、電圧調整装置は、ノイズ抑制のために互いに動作可能に接続された複数の電子部品を備える。
【０１７４】
好ましくは、電圧調整装置は、
ａ）ユーザーの製品／装置によって消費される電流と、放電中にバッテリーの充電式電源で使用される電流を検知／検出するように構成された第１の電流検出回路；
ｂ）外部バッテリー充電器から供給される電圧をより高い電圧に上げて、再充電可能な電源を充電するように適合された電圧昇圧レギュレータ；
ｃ）電源から供給される電圧をバッテリーの出力電圧に変換するように適合された電圧昇圧レギュレータ；
ｄ）外部バッテリー充電器によって供給される電流および再充電可能な電源に充電される電流を検知／検出するように適合された第２の電流検知回路；
ｅ）少なくとも第１電流検出回路、電圧降圧レギュレータ、電圧昇圧レギュレータ、第２電流検出回路から入力信号を受信し、プログラムされたレベルでバッテリーの出力電圧を制御および調整するように構成されたプログラマブルマイクロコントローラ；
を備える。
【０１７５】
好ましくは、電圧調整装置は、ノイズ抑制のために互いに動作可能に接続された複数の電子部品を備える。
【０１７６】
好ましくは、電圧調整装置は、マイクロコントローラの電圧を調整するように適合されたマイクロコントローラ電圧調整装置を備え、マイクロコントローラの外部にあるマイクロコントローラ電圧調整装置は、マイクロコントローラの電圧を調整するように適合されている。
【０１７７】
好ましくは、バッテリーの出力電圧は、１．２Ｖと１．５Ｖの間、より好ましくは１．２５Ｖと１．５Ｖの間のプログラムされたレベルで制御および調整される。
【０１７８】
好ましくは、第１および第２の電流検知回路はそれぞれ、互いに動作可能に接続された少なくとも２つの抵抗器および１つのコンデンサを備える。
【０１７９】
好ましくは、電圧昇圧レギュレータは、互いに動作可能に接続された少なくともＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、４つの抵抗器、ダイオードおよびコンデンサを備える。
【０１８０】
好ましくは、ノイズ抑制のための複数の電子部品は、互いに動作可能に接続された少なくとも４つのコンデンサとインダクタを備える。
【０１８１】
好ましくは、マイクロコントローラ電圧調整装置は、互いに動作可能に接続された少なくとも１つの抵抗器と１つのダイオードを備える。
【０１８２】
さらに別の態様では、本発明は、上記の記述のいずれか１つ以上で定義された電圧調整装置を含むバッテリーに属する。
【０１８３】
すべての新規な態様で考慮されるべき本発明のさらなる態様は、本発明の実際の適用の少なくとも１つの例を提供する以下の説明を読むことにより当業者に明らかになるであろう。
【０１８４】
添付の図面を参照することにより、単なる例として本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】図１は、本発明による再充電可能なバッテリーの第１の実施形態を示し、バッテリーのいくつかの内部構成要素も示されている。
【図２】図２は、図１のバッテリーの第１の実施形態の破断図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は共に、図１および図２のバッテリーで使用される電圧調整回路の第１の実施形態の概略図を示している。
【図４】図４（ａ）〜（ｉ）は共に、図１および図２のバッテリーで使用される電圧調整回路の第２の実施形態の概略図を示している。
【図５】図５は、本発明の実施形態の電圧調整回路を使用して、出力電流を検知し、バッテリーのための出力電圧を調整する例示的なプロセスを示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の電圧調整回路で使用できる例示的な出力電流センサー回路の概略図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態で使用できる例示的な低ドロップアウト線形（ＬＤＯ）レギュレータ回路の概略図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態で使用できる同期降圧レギュレータ回路の概略図である。
【図９】図９は、本発明の電圧調整回路で使用できる出力電流センサー回路の代替形態の概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の電圧調整回路を使用したインテリジェントバッテリー充電の例示的なプロセスを示すブロック図である。
【図１１】図１１は、電圧調整回路の第２の実施形態と共に使用するのに適したバッテリー充電器を検出するためのコンパレータ回路の例である。
【図１２】図１２は、本発明の電圧調整回路で使用するのに適した内部セルを充電するためのデュアルスロープＡＤＣ回路の例である。
【図１３】図１３は、本発明の電圧調整回路で使用するのに適した内部セルを充電するための変圧器ベースの回路の例である。
【図１４】図１４は、本発明の電圧調整回路で使用するのに適した内部セルを充電するためのシングルエンドの一次インダクタコンバータ回路の例である。
【図１５】図１５は、本発明の電圧調整回路を使用して、内部電源／内部セルを監視し、電源が放電の終わりに近づくにつれて電圧を低下させる例示的なプロセスを示すブロック図である。
【図１６】図１６は、本発明の電圧調整回路で使用するのに適したバッテリー電圧レベルを決定するための電流制限回路の例である。
【図１７】図１７は、本発明の電圧調整回路で使用するのに適した電圧レベルを示すためにバッテリー電圧レベルを決定するための回路の例である。
【図１８】図１８は、デジタルコンパクトカメラでテストしたときの幾つかのタイプのＡＡバッテリーのデータを示す棒グラフである。
【図１９】図１９は、CREE LED懐中電灯でテストしたときのいくつかのタイプのＡＡＡバッテリーの実際を示す例示的なグラフである。
【図２０】図２０は、外部カメラフラッシュを継続的に使用して再充電するために時間をかけて使用した場合のいくつかのタイプのバッテリーの予想結果を示すグラフである。
【図２１】図２１は、バッテリー出力電圧を検出し、低電力モードとアクティブモードの間で選択するために電圧センサーを使用する例示的なプロセスを示すブロック図である。
【図２２】図２２は、ボタンから入力を受信し、電圧調整回路を関連する動作モードにラッチすることにより、低電力モードとアクティブモードを切り替える例示的なプロセスを示すブロック図である。
【図２３】図２３は、低電圧の内部電源からの出力電圧を昇圧する回路の例である。
【発明を実施するための形態】
【０１８６】
（本発明の好ましい実施形態の簡単な説明）
以下の説明は、好ましい実施例に関連して本発明を説明するものである。本発明は、単に本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲から逸脱することなく可能な変形形態および修正形態が容易に明らかになるため、実施例および/または図面に決して限定されない。
図１および図２は、互いに動作可能に接続されている電子部品を備える本発明のバッテリー（１００）の一実施形態を示している。一形態では、バッテリー（１００）は、所定の電圧、好ましくは２．８ボルト（Ｖ）から４．２Ｖ、例えば３．７ＶのＡＡまたはＡＡＡサイズの再充電可能なリチウムイオン（Ｌｉイオン）バッテリーである。バッテリー（１００）は、少なくとも電圧調整のための回路を備える電圧調整装置（１１０）に第１のワイヤ（１０４）などの電圧伝達手段によって動作可能に接続された正端子（１０２）を含む。電圧調整装置（１１０）は、複数の独立した回路または相互接続された回路で構成することができ、以下では簡単にするために電圧調整回路（１１０）と呼ぶことにする。したがって、第１のワイヤ（１０４）は、バッテリーの正端子（１０２）を電圧調整回路（１１０）に電気的に接続する。
【０１８７】
電圧調整回路（１１０）は、適切な電気的に接続された配置の電子部品を備える。電圧調整回路（１１０）内の電子部品の例示的な配置のうちの２つを示す回路図は、図３（ａ）〜（ｃ）および図４（ａ）〜（ｉ）を参照して後述する。
【０１８８】
再び図１および図２を参照すると、電圧調整回路（１１０）は、別の電圧伝達手段、好ましくは第２のワイヤ（１０６）によって負端子（１１２）にさらに接続される。電圧調整回路（１１０）は、少なくとも１本以上のワイヤによって各極性（１０８）に内部セル（１１４）、この例では３．７Ｖリチウムイオンセルなどの２．８Ｖ〜４．２Ｖのリチウムイオンセル、に接続される。バッテリー（１００）は、バッテリーの電子部品を収容するように成形および構築された任意の適切な材料で作られたハウジングまたはシェル（１１６）をさらに含む。シェル（１１６）は、バッテリー（１００）の電子部品を取り囲み、保護し、カプセル化する。好ましくは、シェル（１１６）は、非常に薄い（厚さ約１ｍｍ）金属でできている。この一例のシェルは、第１（例えば底部）セクションと第２（例えば上部）セクションを備えた密閉チューブとして形作られ、それによりシェルの第２セクションが組み立て後に取り付けられる。バッテリーは、ブランド、サイズ、電圧、安全性などの情報を表示するために使用される追加の薄いシェル層（図示せず）を含み得る。通常、これはシェル（１１６）を包囲し、端子（１０２、１１２）用の開口部を備える。
【０１８９】
電圧調整回路（１１０）は、プログラムされた可変レベルで出力電圧を調整し、および／または内部セル（１１４）を充電する入力電圧を検知および調整するように少なくとも適合されている。内部セル（１１４）は、ワイヤ（１０８）を介して電圧調整回路（１１０）に電力を供給するように適合されている。これらのワイヤ（１０８）は、内部セル（１１４）の充電と放電の両方に使用されるように適合されている。内部セル（１１４）は、任意の電源であることが好ましいが、この例では、リチウムイオンセルの使用について説明している。当業者であれば、同様のシステムが、充電式またはその他の代替電源用に開発できることを理解するであろう。
【０１９０】
電圧調整回路（１１０）は、内部セル（１１４）である電源を充電する入力電圧を決定するように構成された少なくとも１つの電圧センサーを備えてもよい。電圧センサー（複数可）は、プログラマブルコントローラに動作可能に接続されている。プログラマブルコントローラは、少なくとも１つの電圧センサーから少なくとも１つの入力信号を受信して、入力電圧を調整するように適合されている。好ましい実施形態では、電圧センサーもスイッチに情報をフィードバックして、電圧調整回路の動作モードを決定する。
【０１９１】
電圧センサーは、電源の電圧レベル情報を決定し、電圧レベル情報をプログラマブルコントローラに供給するように構成されてもよい。プログラマブルコントローラは、電源の出力電圧よりも高い、低い、または実質的に等しい調整されたバッテリー出力電圧を提供するようにプログラムされている。
【０１９２】
電圧センサー回路の例示的な実施形態は、より詳細に後述される。
【０１９３】
同様に、電圧調整回路（１１０）は、内部セル（１１４）の出力電流を決定するように構成された少なくとも電流センサーを備えてもよい。少なくとも１つの電流センサーはまた、少なくとも１つの電流センサーから少なくとも１つの入力信号を受信し、プログラムされた可変レベルの出力電流に従って出力電圧を調整するように適合されたプログラマブルコントローラに動作可能に接続される。
【０１９４】
電流センサー（複数可）は、プログラマブルコントローラおよび/またはスイッチに動作可能に接続されたときにバッテリー充電器への接続を検出するように適合されてもよい。
【０１９５】
電流センサーは、次の２つ以上を検出するように構成することもできる。
【０１９６】
ｉ）使用中にユーザーの製品／装置によって排出される電流；
ｉｉ）放電中に内部セル（１１０）で使用されている電流；
ｉｉｉ）内部セルから排出される電流（１１０）；そして
ｉｖ）内部セル（１１０）が再充電可能な場合、内部セル（１１０）の再充電に使用される電流。
【０１９７】
電流センサー回路の例示的な実施形態は、より詳細に後述される。
【０１９８】
電圧調整回路（１１０）は、いくつかの例示的な実施形態を参照して説明される。この回路は電圧調整回路（１１０）と呼ばれているが、電圧調整は必ずしも電圧調整回路（１００）の唯一の目的ではないことを理解されたい。電圧調整回路（１１０）の他の機能のいくつかについては後述する。
電圧調整回路の第１の実施形態（図３（ａ）〜（ｃ））
図３（ａ）〜（ｃ）は共に、本発明のバッテリー（１００）で使用できる電圧調整回路（１１０）の一形態の回路図を示している。図３（ａ）〜（ｃ）から分かるように、電圧調整回路（１１０）は、互いに電子的かつ動作可能に接続されたいくつかの電子部品を含む。それらの電子部品のほとんどの例示的な値と単位もまた示されている。当業者にとって、電圧調整回路（１１０）の部品値、配置および機能は、図３（ａ）〜（ｃ）の概略図を考慮すると自明であり、したがって詳細に議論する必要はない。
【０１９９】
それにもかかわらず、図３（ａ）−（ｃ）に示されている電圧調整回路（１１０）の回路図について、簡単に説明する。
【０２００】
図３（ｂ）に示すように、電圧調整回路（１１０）は、図３（ａ）および（ｃ）の回路からの複数の入力および出力信号を送受信を行うように適合されたＰＩＣ１６Ｆ６１６マイクロコントローラなどのマイクロコントローラ（Ｕ１）などのプログラマブルコントローラであり得る電子コントローラを備えてもよい。マイクロコントローラ（Ｕ１）は、入力および出力信号を送受信するために、正端子、負端子、電源、および電圧調整装置の１つまたは複数の他の電子部品に動作可能に接続され、それにより、プログラムされた可変レベルで出力電圧を調整する。
【０２０１】
図３（ａ）では、左側の第１の部品（Ｐ１）は、バッテリー（１００）の端子（１０２および１１２）を表し、ユーザーの製品／装置（図示せず）に接続するように適合されてユーザーの製品／装置に電力を供給する。第１の部品（Ｐ１）はまた、バッテリー（１００）の内部にあるリチウムイオンセルなどの電源／内部セル（１１４）を充電するために、バッテリー充電器（図示せず）に接続するように適合されている。右側にある第２の部品（Ｐ２）は、バッテリー（１００）の内部にあるリチウムイオンセルなどの電源／内部セル（１１４）に接続する。
【０２０２】
コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）とインダクタ（Ｌ１）は、図２（ａ）に示すように回路内に配置することが望ましい。これらの部品は、マイクロコントローラ（Ｕ１）がノイズ抑制回路から少なくとも１つの入力信号を受信できるように、マイクロコントローラ（Ｕ１）に動作可能に接続されたノイズ抑制回路を形成する。ノイズ抑制回路は、ノイズ抑制、特にスプリアス電子ノイズ抑制を提供する。
【０２０３】
電圧調整回路（１１０）は、少なくとも１つのレギュレータを含む。レギュレータ（複数可）は、プログラマブルコントローラ（Ｕ１）に動作可能に接続され、出力電圧を調整するために、プリセットバッテリー出力レベルでプログラマブルコントローラ（Ｕ１）によって起動されるように適合されている。これについてさらに詳しく説明する。
【０２０４】
電圧昇圧レギュレータは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）、抵抗（Ｒ１２、Ｒ４、Ｒ３、Ｒ１４）、ダイオード（Ｄ２）、コンデンサ（Ｃ６）で形成される。電圧昇圧レギュレータは、マイクロコントローラ（Ｕ１）に動作可能に接続され、マイクロコントローラ（Ｕ１）は、内部セル（１１４）を充電するために、電圧昇圧レギュレータから少なくとも１つの入力信号を受信して、バッテリー充電器から供給される電圧をより高い電圧に上げることができる。電圧昇圧レギュレータは、外部バッテリー充電器から供給される第１のレベル（たとえば、約１．６ＶＤＣ）から内部セルの充電に必要な第２の高い電圧（＞３．５ＶＤＣ）に電圧を上げるように適合されている。電圧昇圧レギュレータは、パルス幅変調信号である第１の制御信号（ＰＷＭ１）によって制御され、そのステータスを第１の電流信号（ＣＵＲ１）経由でマイクロコントローラ（Ｕ１）に提供する。
【０２０５】
抵抗（Ｒ６およびＲ１５）とコンデンサ（Ｃ８）を組み合わせて、以下を決定または検知するように構成された第１の電流検知回路を規定する。
【０２０６】
ｉ）ユーザーの製品／装置によって消費されている電流；そして
ｉｉ）放電中にバッテリー（１００）の内部セル（１１４）が使用している電流。
【０２０７】
第１の電流検知回路は、第２の電流信号（ＣＵＲ２）を介してマイクロコントローラ（Ｕ１）にそのステータスを提供する。
【０２０８】
電圧降圧レギュレータは、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）、ダイオード（Ｄ２）、および抵抗（Ｒ２とＲ１６）によって形成される。電圧降圧レギュレータはマイクロコントローラ（Ｕ１）に動作可能に接続され、マイクロコントローラ（Ｕ１）は電圧降圧レギュレータから少なくとも１つの入力信号を受信するように適合されて、電圧降圧レギュレータが内部セル（１１０）から供給される電圧をバッテリー（１００）の出力電圧に変換できるようにしている。
【０２０９】
電圧降圧レギュレータは、リチウムイオンセルから供給される電圧（３．７ＶＤＣ）をレギュレータバッテリー出力（最大１．５ＶＤＣ）に変換するように適合されている。バッテリー出力電圧は、ユーザーの製品／装置が使用している電流に応じて変化する可能性があることを、当業者は理解するであろう。このような可変レギュレーションは、パルス幅変調信号である第２制御信号を介してマイクロコントローラ（Ｕ１）によって制御される（以下で詳細に説明する）。マイクロコントローラ（Ｕ１）は、抵抗（Ｒ１）とコンデンサー（Ｃ９）を介して、降圧レギュレータからの調整された出力電圧に関するフィードバックを受信する。
【０２１０】
抵抗（Ｒ１３およびＲ５）とコンデンサ（Ｃ７）が一緒になって、次の電流を検知／検出に適した第２の電流検出回路を規定する。
【０２１１】
ｉ）リチウムイオンバッテリーから排出される電流；そして
ｉｉ）リチウムイオンセルに充電されている電流。
【０２１２】
この回路は、第３の電流信号（ＣＵＲ３）を介してマイクロコントローラ（Ｕ１）にステータスを提供する。
【０２１３】
マイクロコントローラ（Ｕ１）の電圧を調整する回路を図３（ｃ）に示す。このマイクロコントローラ電圧調整回路は、抵抗（Ｒ８）とシャントレギュレーター（Ｄ４）で構成され、この回路は、電圧信号（ＶＲＥＦ）を介してマイクロコントローラ（Ｕ１）にステータスを提供する。
【０２１４】
図３（ｂ）からわかるように、マイクロコントローラ（Ｕ１）は抵抗（Ｒ７）とコンデンサー（Ｃ５）で構成されている。図３（ｂ）は、マイクロコントローラ（Ｕ１）が図３（ａ）および（ｃ）の回路からいくつかの入力信号を受信する方法を示している。図３（ｂ）に示すように、マイクロコントローラ（Ｕ１）は電流信号（ＣＵＲ１、ＣＵＲ２、およびＣＵＲ３）からフィードバックを取得し、図３（ａ）の第１および第２制御信号（ＰＷＭ１およびＰＷＭ２）を提供して、使用中にバッテリー（１００）の正しい出力電圧を確保し、また、バッテリー（１００）が充電器（図示せず）に接続されているときに、内部セル（１１４）が正しく充電されるようにしている。第２の電流信号（ＣＵＲ２）から検出されるユーザーの製品／装置からの所定の電流ドレインがある場合、バッテリーの出力電圧は、第２の制御信号（ＰＷＭ２）を介して、最高の使いやすさを確保するために、１．２ＶＤＣと１．５ＶＤＣの間のプログラムされたレベルにセットされる。１．２Ｖから１．５ＶＤＣの間のプログラムされたレベルで電圧を制御／調整するこの能力は、本発明の非常に有利な特徴である。これは、出力電圧が固定１．５ＶＤＣに設定されている場合、一部の電子機器が焼損する可能性があるためである。同様に、出力電圧が低い電圧に設定されている場合、バッテリーは一部の電子機器に十分な電圧を提供しない場合がある。
【０２１５】
したがって、高度なマイクロエレクトロニクスを使用することにより、出力電圧が調整されたバッテリー（１００）が実現される。上述の電圧調整回路（１１０）を使用するバッテリー（１００）は、完全に放電（または「フラット」）されるまで大量の電力を出力することができる。これは、以前に知られている非充電式／使い捨てバッテリーや、放電するにつれて出力電圧を徐々に低下させる（または「フラットになる」）他のすべてのＮｉＭＨ／ＮｉＣＤ充電式バッテリーよりも有利であり、ユーザーの製品／装置の動作に影響する。
【０２１６】
また、上記の電圧調整回路（１１０）を使用するバッテリー（１００）は、すべての市販のＮｉＭＨ／ＮｉＣＤバッテリー充電器でバッテリー（１００）を充電できることを意味する調整された電圧入力を提供できる。これは、特別な充電器を必要とする、以前から知られている回路調整バッテリーに対する追加の利点である。または、必要に応じて、そのバッテリー用の特別な充電器を開発することもできる。
【０２１７】
また、電圧が所望の出力電圧の範囲に一致する一次または二次形式の電源の場合、降圧レギュレータ（Ｑ１、Ｄ２、およびＬ１で形成される）は、ＰＦＥＴが存在する状態のままになり得る。本発明のこの特定の実施形態では、抵抗（Ｒ２）のインピーダンスを増加させて電流引き込みを低減することが望ましい場合がある。このモードでは、マイクロコントローラは不要な場合があり、低電力状態にすることができる。これにより、静止電流コンパレータ、たとえ超低静止電流コンパレータ、などのスイッチデバイス（図示せず）が、出力電圧の変化を検出し、マイクロコントローラをアクティブモードに戻すまで、実質的に非アクティブになる。そのような構成では、マイクロコントローラが非アクティブのときに、ＰＦＥＴ（Ｑ１）のゲートをオンまたは導通状態にバイアスするために、抵抗などの追加部品を追加することが望ましい場合がある。
電圧調整回路の第２の好ましい実施形態（図４（ａ）〜（ｉ））
図４（ａ）〜（ｉ）は共に、本発明のバッテリー（１００）で使用される電圧調整回路（１１０）の代替形態の回路図を示す。図４（ａ）〜（ｉ）から分かるように、電圧調整回路（１１０）は、互いに電子的かつ動作可能に接続されたいくつかの電子部品（部品）を含む。それらの電子部品のほとんどの例示的な値と単位もこれらの図に示されている。当業者にとって、電圧調整回路（１１０）の部品値、配置および機能は、図４（ａ）〜（ｉ）の概略図を考慮すると自明であり、したがって詳細に議論する必要はない。
【０２１８】
それにもかかわらず、図４（ａ）−（ｉ）に示す電圧調整回路（１１０）の回路図について簡単に説明する。
【０２１９】
図４（ｉ）に示すように、この第２の好ましい実施形態の電圧調整回路（１１０）は、図４（ａ）から（ｈ）の回路といくつかの入力および出力信号を送受信するように適合されたマイクロコントローラ（Ｕ５）を含む。
【０２２０】
図４（ａ）では、第１の部品（Ｐ１）は、バッテリー（１００）の端子（１０２および１１２）を表しており、ユーザーの製品／装置（図示せず）に接続してユーザーの製品／装置に電力を供給するように適合されている。第１の構成要素（Ｐ１）はまた、電源、すなわちバッテリー（１００）の内部にあるＬｉイオンバッテリーなどの内部セル（１１４）を充電するために、バッテリー充電器（図示せず）に接続するように適合される。
【０２２１】
図４（ａ）は、出力電流センサー、低ドロップアウトリニアレギュレータ（つまりＬＤＯレギュレータ）、同期（Ｓｙｎｃ）降圧レギュレータ／電圧昇圧およびパススルーで構成されている。これらの部品については、後で詳しく説明する。
【０２２２】
図４（ｂ）には、バッテリー（１１０）の内部にある内部セル（１１４）に接続する第２の部品（Ｐ２）を含んでいる。図４（ｂ）の回路は、他の回路セクションに必要な電圧リファレンスを提供するように適合されている。この例では、固定電圧レギュレータは２．０４８ボルトＤＣをＶＲＥＦ  ２に出力する。この電圧は、抵抗（Ｒ２１、Ｒ１２、Ｒ１８、およびＲ１５）を使用して分割され、１．５５ＶＤＣおよび１．４ＶＤＣの電圧リファレンスを提供する。これらの電圧基準は、図４（ｉ）のマイクロコントローラ（Ｕ５）、図６の電流センサー、および図８の同期降圧レギュレータ／電圧ブースタ、の少なくとも１つ以上で使用される。
【０２２３】
図４（ｃ）−（ｅ）は、それぞれ集積回路Ｕ３、Ｕ７、Ｕ１４の電源接続を示している。これらは、電源Ｖセルを介して第２の部品（Ｐ２）から直接給電されている。
【０２２４】
図４（ｆ）は、バッテリー出力電圧を検出するための回路例であり、外部充電器を検出するための充電器センサー回路として使用される。この回路とそのアプリケーションについては、後で詳しく説明する。
【０２２５】
図４（ｇ）は、内部セル（１１４）の電圧を検出するための回路例であり、内部セル電圧センサーとして使用される。この回路とそのアプリケーションについては、後で詳しく説明する。
図４（ｈ）は、マイクロコントローラ（Ｕ５）に電力を供給する固定３．３ＶＤＣレギュレータである。
図４（ｉ）は、図４（ａ）〜４（ｈ）の回路から複数の入力をプログラム可能なマイクロコントローラ（Ｕ５）が受信する方法を示している。
【０２２６】
この第２の実施形態の電圧調整回路は、インテリジェントなバッテリー充電;電源が放電の終わりに近づいたときの電圧降下とバッテリー残量表示などの、インテリジェントなバッテリー出力を含むいくつかの重要な特徴を提供することができる。
これらの主要な機能とその実現方法について、図面を参照して詳細に説明する。
インテリジェントなバッテリー出力
インテリジェントなバッテリー出力は、第２の実施形態の電圧調整回路（１１０）によって達成され得るバッテリー（１００）の特徴の１つである。
【０２２７】
通常のバッテリー（アルカリ１．５Ｖ廃棄型、リチウム１．５ＶプライマリーおよびＭｉＭＨ１．２Ｖ再充電可能）では、バッテリーが新品で完全に充電されている場合でも、負荷がかかると電圧がわずかに低下する。電球の定格が１．５Ｖではなく、定格電圧が１．５Ｖよりわずかに低い、主に１．２Ｖ〜１．４Ｖの範囲にある多くの懐中電灯など、一部の電子機器はこれを念頭に置いて設計されている。
【０２２８】
１．５Ｖの固定出力は、場合によっては電子機器に損傷を与える。一部の懐中電灯では、１．５Ｖの固定バッテリーで電球が焼き切れてしまう。
【０２２９】
本発明では、バッテリー（１００）は、出力電流を検知し、出力電流に従って出力電圧を調整するように適合されている。ＡＡバッテリーの電圧降下の例は、次のとおりである。
【０２３０】
【表１】
2020510396.tif 000003
バッテリー出力電流は、いくつかの方法で監視できる。１つの方法は、正または負の出力で非常に低いオーム値の抵抗を使用し、抵抗の両端の電圧を測定することである。電流が増加すると、抵抗両端の電圧が増加する。その後、フィードバックを使用して電圧レギュレータを調整し、出力電圧を下げることができる。
これを行う回路の例を次に説明する。
【０２３１】
電圧調整回路（１１０）は、プログラマブルコントローラ（Ｕ５）に動作可能に接続され、出力電圧を調整するためにプリセットバッテリー出力レベルでプログラマブルコントローラ（Ｕ５）によって起動されるように適合された少なくとも１つのレギュレータを備えている。これについてさらに詳しく説明する。
【０２３２】
図５のブロック図は、ＬＤＯレギュレータ（５１０）と電圧降圧レギュレータ、つまり同期（Ｓｙｎｃ）降圧レギュレータ（５３０）の両方を備えた図４（ａ）の回路に対応している。低電流でのバッテリー効率のために、この実施形態にはＬＤＯレギュレータ（５１０）が含まれる。レギュレータを１つだけ使用することも、２つ以上のレギュレータを使用することもできる。
【０２３３】
図５のブロック図を参照すると、電流ドレインまたは所定の低電流ドレインがない場合、図４（ｉ）のマイクロコントローラ（Ｕ５）と同じプログラマブルコントローラ（５２０）は、ＬＤＯレギュレータ（５１０）をアクティブ化して、出力電圧を調整し、同期降圧レギュレータ（５３０）を無効にできる。ＬＤＯレギュレータ（５１０）出力は、電流の流れを検知し、バッテリー出力（５５０）として提供される。出力電流センサー（５４０）は、プログラマブルコントローラ（５２０）にフィードバックされる。出力電流が所定の電流ドレインを超える場合、プログラマブルコントローラ（５２０）は同期降圧レギュレータ（５３０）を起動し、ＬＤＯレギュレータ（５１０）を無効にする。この例では、低電流出力の場合、ＬＤＯレギュレータ（５１０）がより効率的であり、中〜高電流出力の場合、同期降圧レギュレータ（５３０）がより効率的である。
【０２３４】
いくつかの形式では、セル電圧が許容可能な出力電圧（１．３−１．５Ｖなど）の所定のウィンドウ内にある場合、降圧レギュレータを介して出力パスを直接提供することが好ましい。そうすることで、降圧レギュレータは１００％のデューティサイクルまたは常時オンモードで動作し、Ｐ−ＦＥＴの低いオン抵抗（Ｑ２）とインダクターの抵抗（Ｌ１）に関連する損失を減らすことができる。この低電力モードでは、非アクティブな回路を無効化またはシャットダウンして、静止電流をさらに削減し、効率を高めることが望ましい場合がある。低電流を引き出すように構成されたスイッチ、たとえば超低静止電流コンパレータを含む、またはその形をとるスイッチを使用して、出力電圧またはセル電圧が所定のしきい値に達するか、外部充電器などの外部電源が検出されると、回路をアクティブな動作モードに戻すことができる。
【０２３５】
図６の回路は、Ｐ１としてバッテリー出力（５５０）を持つ図５の出力電流センサー（５４０）の例である。図６の出力電流センサー（５４０）のこの回路は、図４（ａ）でも見ることができる。図４（ｉ）からわかるように、信号「Ｉ  ＥＮ」、「ＬＯＡＤ  １」、および「ＶＲＥＦ  ２」はすべてマイクロコントローラ（Ｕ５）に接続されている。
【０２３６】
電流は、オペアンプ（Ｕ３Ａ）を使用して抵抗（Ｒ１）の電圧降下を測定することで測定される。その結果得られる電圧は、プログラミングが実際の電流値を決定するマイクロコントローラ（Ｕ５）に供給される。抵抗（Ｒ１）を流れる電流が大きいほど、抵抗（Ｒ１）の両端の電圧差が大きくなる（オームの法則電圧（Ｖ）＝電流（Ｉ）ｘ抵抗（Ｒ）による）。図６の回路では、オペアンプ（Ｕ３Ａ）が抵抗（Ｒ１）で測定された電圧差を増幅して、より高い測定精度を提供する。
【０２３７】
図７の回路は、図５のブロック図のＬＤＯレギュレータ（５１０）と同じＬＤＯレギュレータ（Ｕ１５）の回路の例である。図７のこの回路は、図４（ａ）にも見ることができる。「Ｖ  Ｃｅｌｌ」信号は内部セル（１１４）に接続され、「ＬＤＯ  ＥＮ」はマイクロコントローラ（Ｕ５）に接続され、マイクロコントローラがシャットダウンし、Ｐ１がバッテリー出力（５５０）になる望ましい状態にレギュレータを維持するための抵抗（図示せず）などのオプションのバイアス手段を含めることができる。
【０２３８】
低電流ドレインの場合、ＬＤＯレギュレータ（Ｕ１５）は低負荷で最大の効率を確保するために固定電圧レギュレータとして機能する。ＬＤＯレギュレーター（Ｕ１５）は、プログラマブルコントローラ（５２０）、つまりマイクロコントローラ（Ｕ５）によって有効（イネーブル）または無効（ディスエーブル）になる。図７の回路では、バッテリー（１００）の電流ドレインが少ない場合、ＬＤＯレギュレータ（Ｕ１５）が有効になり、バッテリー（１００）の電流ドレインが大きい場合、無効になる。大電流ドレイン中、同期降圧レギュレータ（５３０）が引き継がれる。図７のこの例のＬＤＯレギュレータ（Ｕ１５）は、固定電圧レギュレータである。しかし、ＬＤＯレギュレータが１．５Ｖ  ＤＣなどの固定出力用に設定された可変電圧レギュレータであった場合にも、本発明が機能することを当業者は理解するであろう。
【０２３９】
図８の回路は、図５の同期降圧レギュレータ（５３０）の例である。図８のこの回路は、図４（ａ）でも見ることができる。同期降圧レギュレータ（５３０）は、プリセットされたバッテリー出力電流レベルでマイクロコントローラ（Ｕ５）によって起動される。「Ｖ  Ｃｅｌｌ」信号は内部セル（１１４）に接続されている。図４（ｉ）に示すように、信号「ＰＷＭ  ＨＩ」、「ＳＨＮＴ  ＲＥＧ  ＥＮ」、および「ＰＷＭ  ＬＯＷ」信号はすべてマイクロコントローラ（Ｕ５）に接続している。バッテリー出力はＰ１として表示される。信号「Ｖ１Ｖ５５」は、１．５５  Ｖの固定ＤＣリファレンスに接続されている。
【０２４０】
高電流ドレインの場合、マイクロコントローラ（Ｕ５）のプログラミングはＬＤＯレギュレータ（Ｕ１５）をオフにし、同期降圧レギュレータ（５３０）を使用して出力を調整する。これは、オペアンプ（Ｕ３Ｂ）をオフにすることで行われ、マイクロコントローラ（Ｕ５）は、オペアンプ（Ｕ１）、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）、およびインダクタ（Ｌ１）を介して出力電圧を制御する。
【０２４１】
さらに、インダクタ（Ｌ１）、Ｎ−ＦＥＴ（Ｑ１）、およびＰ−ＦＥＴ（Ｑ２）は、外部セルから内部セルまたは電源を充電するための昇圧レギュレータを形成できる。
【０２４２】
出力電圧は、入力電圧にデューティサイクルを掛けたものであるため、デューティサイクルを下げると、出力電圧を下げることができる。マイクロコントローラのプログラミングは、デューティサイクルを制御する。
Ｖ＿Ｏｕｔ＝Ｖ＿ｉｎ＊デューティ
デューティ＝Ｑ１（オンタイム）／Ｑ１（オフタイム）＋Ｑ１（オンタイム））
例えば  Ｖ＿Ｉｎ＝３．５Ｖ、オン時間＝４２０ｎｓ、オフ時間＝５８０ｎｓ
デューティ＝４２０ｅ−９／４２０ｅ−９＋５８０ｅ−９）＝０．４２
Ｖ＿Ｏｕｔ＝３．５＊０．４２＝１．４７Ｖ
上述の実施形態は効率の目的で２つのレギュレータを使用しているが、１つのみのレギュレータまたは３つ以上のレギュレータを有することが可能である。
【０２４３】
図９は、バッテリー出力電流を測定するための出力電流センサー（５４０）の代替形式を示している。図９の回路は、ホール効果センサー（図９でＸで表されている）を使用して、抵抗（Ｒ１）が不要な電流を流す導体（コンダクター）を通る磁場を測定する。導体の周囲の磁場強度は、導体を流れる電流に比例する。電流が増加すると、磁場強度が増加します。電流はＩＰ＋からＩＰ−に流れる。
動作モードを選択するためのスイッチ
動作モードスイッチにより、バッテリーの保管中または電源出力電圧が目的のバッテリー出力電圧に実質的に同様の場合に、低い自己放電が可能になる。
【０２４４】
スイッチは、当技術分野で周知のバッテリー容量レベルインジケータで使用されるような物理スイッチを含むか、または物理スイッチの形態をとってもよい。他の実施形態では、スイッチは、例えば超低静止電流コンパレータである、静止電流コンパレータなどの電子スイッチを含むか、またはその形態をとってもよい。
【０２４５】
物理スイッチの電流ドレインは無視できる場合があるが、電子スイッチは低または超低電流ドレインになるように設計できる。
【０２４６】
好ましくは、電圧調整装置には次の２つの動作モードがある。
【０２４７】
１．必須ではない電子機器の電源を切るか、低電力状態にする低電力動作モード。いくつかの実施形態では、低電力動作モードは低電力動作モードと見なされてもよい。そして
２．電圧調整回路が出力電圧をアクティブに調整するアクティブモード。
【０２４８】
３つ以上のモードが存在する可能性があることが理解される。例えば、いくつかの実施形態では、電圧調整装置は、以下で説明するように、バッテリー端子が電源から動作可能に切断される第３の「切断」モードで動作するように構成されている。
【０２４９】
切断モードでは、電源の出力がバッテリーの端子から動作可能に切断され得ることが理解されよう。これは、端子に加えられた電子負荷がそれ以上バッテリーを放電しないことを意味する。
【０２５０】
端子からの電源の出力の切断は、一連の電子部品によって提供されてもよい。さらに、切断モードでは、電源を充電するために電流経路を提供できることが理解されよう。例えば、出力は、当業者に知られているように、電流が単一の方向に流れることを可能にするように構成されたＦＥＴのダイオード、トランジスタなどの電子部品によって切断されてもよい。
【０２５１】
物理スイッチは、電源（１１４）を端子（１０２、１１２）から切断するか、電圧調整装置（１１０）を無効にするように構成できる。
【０２５２】
使用中、ユーザーはバッテリー容量レベルインジケータの接触感知領域を押してインテリジェントバッテリーを有効にし、バッテリー容量レベルインジケータの接触感知領域をもう一度押してインテリジェントバッテリーを無効にすることができる。
【０２５３】
スイッチは、電圧調整回路（１１０）を所望の動作状態に保持するための付随するラッチ回路を備えたモーメンタリ接点スイッチを含むか、またはその形態をとってもよい。スイッチが出力端子から電源を切断できるようにすることも、本技術の側面である。これについては、図２３を参照して後で詳しく説明する。
【０２５４】
好ましくは、スイッチは、マイクロコントローラなどの低電力モードでは必要とされない回路要素を無効にするように構成されている。そうすることで、バッテリーの消費電流を減らすことができる。
【０２５５】
好ましくは、スイッチは、超低静止電流コンパレータなどの自動電子スイッチを含むか、またはその形をとる。
【０２５６】
以下に説明するように、スイッチには２つの重要な目的がある。
１．プライマリ（非充電式）セルを使用するバッテリーの場合、セル電圧が予め規定された許容出力電圧の範囲に一致する間、静止電流を大幅に減らすことができる。これにより、バッテリーの自己放電が大幅に減少し、その後、バッテリーの耐用年数を延ばす調整された出力電圧の利点を維持しながら、顧客が受け取ったときのバッテリーの蓄積エネルギーが大きくなる。
【０２５７】
２．セカンダリ（再充電可能）セルを使用するバッテリーの場合、セル電圧が予め規定された許容出力電圧範囲に一致している間、静止電流を大幅に減らすことができる。これにより、過放電の可能性が低くなる（化学物質および規定された許容出力電圧に依存）。
【０２５８】
【表２】
2020510396.tif 000004
上記の表は、電源電圧が所定の電圧閾値を超えている間、電圧調整装置が低電力モードで動作するように構成されている好ましい実施形態の出力の例を示している。電源電圧がこの所定の閾値を下回ると、電圧調整装置はアクティブな動作モードに切り替わり、バッテリー出力電圧は、内部電源がフラット化されるまで所定の電圧閾値と実質的に同様の電圧に調整される。
【０２５９】
この例示的な実施形態では、所定の電圧閾値は１．３Ｖである。他の実施形態では、電圧閾値は、バッテリーの動作電圧と、ブーストが必要であると判断される電圧に応じて、より低くても高くてもよい。
【０２６０】
上記の例では単一の電圧しきい値を使用しているが、第２の（上部）電圧閾値があり、電源電圧がこの閾値を超えると、電圧調整装置はアクティブな動作モードに切り替わり、バッテリー出力電圧を低下させるようにした他の実施形態があることを理解されたい。一実施形態では、第２の電圧閾値は実質的に１．５Ｖである。この値は、例えば、バッテリーの動作電圧または他の要因に応じて異なり得ることが理解されよう。
【０２６１】
許容可能な電圧の所定の範囲は、バッテリーの望ましい出力電圧に依存する。例えば、９Ｖバッテリーは８−９Ｖの範囲の好ましい出力電圧を有することができる。
【０２６２】
当業者が理解できるように、スイッチは、開示された実施形態のいずれかに含めることができる。
インテリジェントなバッテリー充電
インテリジェントバッテリー充電は、電圧調整回路（１１０）の第２の好ましい実施形態から達成できる別の特徴である。
【０２６３】
ＡＡＡ、ＡＡ、Ｃ、及びＤ形式の既存のハイブリッド（電源および電子機器）バッテリーには、特別な充電器が必要か、ＵＳＢなどの非標準の方法で充電される。本発明のバッテリー（１００）は、電子回路を使用して、標準ＮｉＭＨまたはＬｉイオンバッテリー充電器などのバッテリー充電器からの電圧を検知し、この電圧を調整して内部セル（１１４）を充電する。
【０２６４】
これを行う回路の例を次に説明する。
【０２６５】
ここで図１０のブロック図を参照すると、電圧調整回路は、マイクロコントローラ（Ｕ５）と同じであり、外部バッテリー充電器（１０１０）からの電圧を検出することにより、外部バッテリー充電器（１０１０）への接続を決定するように適合されているプログラマブルコントローラ（１０３０）に動作可能に接続された少なくとも１つの充電器センサー（１０２０）を含む。
【０２６６】
充電器センサー（１０２０）は、内部セル（１０７０）（内部セル（１１４）と同じ）を充電するためのバッテリー充電器（１０１０）の検出電圧を調整するために、外部バッテリー充電器（１０１０）の電圧を電圧レベル情報として検出し、その電圧レベル情報をマイクロコントローラ（Ｕ５）に供給するように適合され得る。
【０２６７】
充電器センサー（１０２０）は、プログラムされた可変レベルで出力電流に従って出力電圧を調整するために、外部バッテリー充電器（１０１０）からの電圧レベル情報を検出し、その電圧レベル情報をマイクロコントローラ（Ｕ５）に供給するように適合させることもできる。
【０２６８】
再び図１０を参照すると、バッテリー（１００）が外部バッテリー充電器（１０１０）に接続されると、充電器センサー（１０２０）は外部バッテリー充電器（１０１０）からの電圧を検出し、図４（ｉ）のマイクロコントローラ（Ｕ５）と同じであるプログラマブルコントローラ（１０３０）に信号を送信する。この信号は、接続されている外部バッテリー充電器（１０１０）のタイプに関する情報をプログラマブルコントローラ（１０３０）に提供する。接続された外部バッテリー充電器（１０１０）が最初の電源タイプのバッテリー充電器（例えば、リチウムイオン充電器）であり、内部セル（１０７０）（図１および２の内部セル（１１４）と同じ）はまた  同じ第１の電源タイプ（例：リチウムイオンセル）の場合、プログラマブルコントローラ／マイクロコントローラ（１０３０、Ｕ５）は、パススルーをアクティブにして、充電器を内部セル（１０７０）に効果的に直接接続する。接続された外部バッテリー充電器（１０１０）が第２の電源タイプのバッテリー充電器（例：ＮｉＭＨバッテリー充電器）であり、バッテリーの内部セルが異なる電源タイプ（例：Ｌｉ−ｉｏｎセル）の場合、プログラマブルコントローラ／マイクロコントローラ（１０３０、Ｕ５）は、電圧ブーストまたはパススルー回路（１０６０）をアクティブにして充電電圧を調整し、異なる電源の充電を可能にする（例えば、低いＮｉＭＨ充電電圧を高いＬｉイオン充電電圧まで上げる）。
【０２６９】
図４（ｆ）の回路は、充電センサー（１０２０）の例である。「ＶＯＵＴ」信号は外部バッテリー充電器（１０１０）に接続し、図４（ｉ）に示すように、「Ｖ  ＯＵＴ  ＡＤＣ」信号はマイクロコントローラ（Ｕ５）に接続する。
【０２７０】
この実施形態の電圧昇圧（ブースト）またはパススルー回路（１０６０）は、図４（ａ）にも示され、図８を参照して上述したように同期降圧レギュレータ（５３０）と同じ回路である。「Ｖ  ＣＥＬＬ」信号は内部セル（１０７０）に接続されている。「ＰＷＭ  ＨＩ」、「ＳＨＮＴ  ＲＥＧ  ＥＮ」、および「ＰＷＭ  ＬＯＷ」信号はすべて、マイクロコントローラ（Ｕ５）に接続している。Ｐ１はバッテリー出力である。「Ｖ１Ｖ５５」は、１．５５Ｖの固定ＤＣリファレンスに接続されています。「ＶＯＵＴ」信号は外部バッテリー充電器（１０１０）に接続されている。
【０２７１】
たとえば、Ｌｉ−ｉｏｎ充電器はＮｉＭＨ充電器よりも高い電圧を出力し、マイクロコントローラ（Ｕ５）のプログラミングにより、接続する外部バッテリー充電器（１０１０）のタイプを決定する。次に、マイクロコントローラ（Ｕ５）は、バッテリーで使用されている特定のタイプの電源の充電を可能にするために電圧を調整する必要があるかどうかを判断し、特定の電源を充電するために必要な電圧レベルを提供するために電圧調整回路を制御する。
【０２７２】
再び図４（ａ）および（ｉ）に戻ると、マイクロコントローラ（Ｕ５）がＬｉ−ｉｏｎ充電器が接続され、内部セル（１１４）がＬｉ−ｉｏｎであると判断した場合、マイクロコントローラ（Ｕ５）が完全にＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）をオンにし、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）をオフする。そして、Ｌｉ−ｉｏｎ充電器は、内部セル（１０７０  両方とも事実上短絡しているインダクタ（Ｌ１）とＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）を介して）に接続される。バッテリー充電器は、リチウムイオンバッテリーが挿入されたように動作／充電する。
【０２７３】
マイクロコントローラ（Ｕ５）がＮｉＭＨ充電器が接続され、内部セル（１１７０）がリチウムイオンであると判断した場合、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを使用して、信号「ＶＯＵＴ」（バッテリー端子およびバッテリー充電器）側から「ＶＣＥＬＬ」信号（内部セル（１１７０））に電圧ブースタを作成する。インダクタ（Ｌ１）はブーストインジケータとして使用され、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）がオンになると、電流が充電源からインダクタ（Ｌ１）に流れ込む。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）がオフの場合、電流はＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）を介して「ＶＣＥＬＬ」に流れ、入力コンデンサ（Ｃ１８、Ｃ３４、Ｃ３５）は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）を介して放電しつつ、インダクタのソース端を一定の電圧に保持する。
【０２７４】
ここでの出力電流センサー（１０５０）の回路は、図４（ａ）にも見られ、図５および６を参照して前述されている出力電流センサー（５４０）と同じ回路である。バッテリー出力および外部バッテリー充電器（１０１０）への接続は、図６のＰ１として示されている。信号「Ｉ  ＥＮ」、ＬＯＡＤ１」、および「ＶＲＥＦ  ２」はすべて、図４（ｉ）に示すようにマイクロコントローラ（Ｕ５）に接続している。
【０２７５】
電流は、オペアンプ（Ｕ３Ａ）を使用して抵抗器（Ｒ１）の電圧ドロップを測定することで測定され、得られる電圧は、プログラミングが実際の電流値を決定するマイクロコントローラＵ５に供給される。Ｒ１を流れる電流が大きいほど、抵抗器（Ｒ１）の電圧差が大きくなる（オームの法則電圧（Ｖ）＝電流（Ｉ）ｘ抵抗（Ｒ）による）。図６の回路では、オペアンプ（Ｕ３Ａ）が抵抗（Ｒ１）で測定された電圧差を増幅して、より高い測定精度を提供する。
【０２７６】
内部セル（１０７０）が完全に充電されると、コントローラは、抵抗（Ｒ１）とオペアンプ（Ｕ３Ａ）を介して内部セル（１０７０）によって引き出される低電流を検知でき、この時点でマイクロコントローラ（Ｕ５）はＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）（ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）はシャントレギュレータとして機能する）をオンして、充電ソースをバイパスするか、内部セル（１０７０）が完全に充電されたことを充電ソースに示す。
【０２７７】
図４（ｇ）の回路は、電圧センサー、つまり内部セル電圧センサー（１０４０）の例である。信号「Ｖ−ＣＥＬＬ」は内部セル（１０７０）に接続し、信号「ＶＯＵＴ  ＡＤＣ」はプログラマブルコントローラ（１０３０）、つまりマイクロコントローラ（Ｕ５）に接続する。
【０２７８】
内部電源、つまり内部セル（１０７０）の電圧レベルは、抵抗（Ｒ１７およびＲ２０）を介して検出され、その電圧はマイクロコントローラ（Ｕ５）に供給される。
【０２７９】
上記の好ましい実施形態のこの説明はＮｉＭＨまたはＬｉイオンバッテリー充電器に言及しているが、当業者は、充電センサーおよび電圧ブーストまたはパススルー回路を修正することにより、あらゆるタイプのバッテリー充電器を使用できることを理解するであろう。外部バッテリー充電器は、フラッシュコンバータやマルチコンパレータ（図１１を参照）またはデュアルスロープＡＤＣ（図１２を参照）などの他のタイプのコンパレータを使用して検出することもできる。
【０２８０】
内部セル（１０７０）は、フライバックトランスなどのトランスベースのコンバータを介するなど、他の回路設計を使用して外部バッテリー充電器（ＮｉＭＨ充電器など）から充電することもできる。
【０２８１】
トランスベースの回路の例を図１３に示す。
【０２８２】
内部セルは、シングルエンドプライマリインダクタコンバータ（ＳＥＰＩＣ）やＣＵＫコンバータなどの他の回路設計を使用して、外部バッテリー充電器から充電することもできる。これらのコンバータは、バッテリー充電器の電圧を上げて、充電器と同じかそれより高い電圧で内部セルを充電できるようにする。  ＳＥＰＩＣおよび／またはＣＵＫ回路の例を図１４に示されている。
電源が放電の終わりに近づくときの電圧降下
これは、電圧調整回路（１１０）の第２の実施形態によって提供される別の特徴である。
【０２８３】
通常のバッテリー（アルカリ１．５Ｖ廃棄タイプ、リチウム１．５ＶプライマリーおよびＮｉＭＨ１．２Ｖ再充電可能）を使用すると、バッテリーがフラットになる（放電する）と、電圧がゆっくりと低下します。これは、懐中電灯が使用中に薄暗くなったり、玩具や電動歯ブラシなどの電動装置で速度が低下した場合に見られる。既存のハイブリッド（電源および電子）バッテリーは固定された電圧出力を有しており、内部電源がフラットになると、バッテリー出力は単純にオフになる。これは常に望ましいとは限らない。例えば、ユーザーは、完全に明るい懐中電灯を使用しているが、警告なしに突然オフになった場合、それが望ましくないと感じる場合がある。
【０２８４】
本発明のこの形態のバッテリーは、内部電源を監視することができ、放電の終わりに近づくと（すなわち、ほぼフラットになったとき）、バッテリー電圧が低下し、再充電が必要であることをユーザーに示す。
【０２８５】
本発明のこの形態のバッテリーは、出力電流に関係なく出力電圧を低下させることができる。これは、出力電流が高く、バッテリー出力が低下した場合、さらなる低下が適用されることを意味します。本発明によるＡＡバッテリーの可能な電圧降下の例は以下の通りである。
【０２８６】
【表３】
2020510396.tif 000005
【０２８７】
これを行う回路の例を次に説明する。
【０２８８】
ここで図１５のブロック図を見ると、内部セル（１５１０）（図１および２の内部セル（１１４）と同じ）の電圧は、電圧センサー（１５２０）によって検知され、この情報（内部セル電圧）は、図４（ｉ）のマイクロコントローラ（Ｕ５）と同じプログラマブルコントローラ（１５３０）に供給される。内部セル（１５１０）の電圧が、マイクロコントローラ（Ｕ５）内に事前にプログラムされた所定のレベルまで低下した場合、マイクロコントローラ（Ｕ５）は低いバッテリー出力電圧を提供する同期降圧レギュレーター（１５６０）の出力を下げる。
【０２８９】
負荷がかかっているときにバッテリー出力（１５５０）の電圧を下げる出力電流センス／出力電流センサー（１５４０）とともに使用する場合、低い内部セル（１５１０）用にプログラムされた電圧降下を、「インテリジェント出力」の一部としてプログラムされた電圧降下に追加できる。
【０２９０】
図１５は出力電流センサー（１５４０）の使用を示していますが、これは任意である。
【０２９１】
図４（ｇ）の回路は、電圧センサー（内部セル電圧センサー）の例である。「ＶＣＥＬＬ」信号は内部セル（１５１０）に接続し、「Ｖ  ＯＵＴ  ＡＤＣ」信号はマイクロコントローラ（Ｕ５）に接続している。
【０２９２】
内部電源または内部セル（１５１０）の電圧レベルは抵抗（Ｒ１７およびＲ２０）を介して検知され、この電圧はインテリジェントバッテリー出力セクションで前述したのと同じ方法でマイクロコントローラ（Ｕ５）に供給される。
【０２９３】
同期降圧レギュレータ（１５６０）の回路は、図８の回路と同じ回路であり、図４（ａ）にも表示されている。
【０２９４】
図８に戻ると、「Ｖ  ＣＥＬＬ」信号が内部セルに接続されている。「ＰＷＭ  ＨＩ」、「ＳＨＮＴ  ＲＥＧ  ＥＮ」、および「ＰＷＭ  ＬＯＷ」信号はすべて、マイクロコントローラ（Ｕ５）に接続する。Ｐ１はバッテリー出力である。「Ｖ１Ｖ５５」信号は、固定１．５５ＶＤＣリファレンスに接続されている。「ＶＯＵＴ」信号はバッテリー出力端子に接続されている。
【０２９５】
図４（ａ）の回路は、バッテリーに負荷がかかり、ＬＤＯレギュレータ（Ｕ１５）ではなく同期降圧レギュレータ（１５６０）回路が使用されている間、出力電圧をより効果的に低減する。低電流ドレインで電圧降下を可能にするために、ＬＤＯレギュレータ（Ｕ１５）を、図４（ａ）の回路図に示されている固定出力レギュレータではなく、可変ＬＤＯレギュレータに置き換えることができる。
【０２９６】
マイクロコントローラ（Ｕ５）のプログラミングは、同期降圧レギュレータ（１５６０）を使用して出力を調整するため、出力電圧を低下させる。
【０２９７】
電圧は、オペアンプ（Ｕ３Ｂ）をオフにすることにより低下（調整）され、マイクロコントローラ（Ｕ５）は、オペアンプ（Ｕ１）、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）およびインダクタ（Ｌ１）を介して電圧を制御する。
【０２９８】
出力電圧は、入力電圧にデューティサイクルを掛けたものであるため、デューティサイクルを下げると、出力電圧を下げることができる。マイクロコントローラのプログラミングは、デューティサイクルを制御する。
Ｖ＿Ｏｕｔ＝Ｖ＿ｉｎ＊デューティ
デューティ＝Ｑ１（オンタイム）／Ｑ１（オフタイム）＋Ｑ１（オンタイム））
例えば  Ｖ＿Ｉｎ＝３．５Ｖ、オン時間＝４２０ｎｓ、オフ時間＝５８０ｎｓ
デューティ＝４２０ｅ−９／４２０ｅ−９＋５８０ｅ−９）＝０．４２
Ｖ＿Ｏｕｔ＝３．５＊０．４２＝１．４７Ｖ
内部セル電圧は、フラッシュコンバータやマルチコンパレータ（図１１を参照）またはデュアルスロープＡＤＣ（図１２を参照）などの他のタイプのコンパレータを使用して測定することもできる。
【０２９９】
電源が放電の終わりに近づいたときの電圧降下の上記の特徴は、本発明の第１の実施形態で説明したように、電圧調整回路（１１０）を使用するバッテリー（１００）に等しく適用できる。
バッテリーレベル表示
これは、電圧調整回路（１１０）の第２の実施形態によって提供される別の特徴である。
【０３００】
本発明のバッテリー（１００）は、バッテリーの充電または電力レベルを表示または表示するように適合された任意の形態のインジケータをバッテリー表面に含むことができる。バッテリーに残って使用できる電力量をユーザーに示す電圧レベルメーターなどの電圧レベルインジケータを使用できる。
【０３０１】
通常のバッテリー（アルカリ１．５Ｖ使い捨て、リチウム１．５ＶプライマリーおよびＮｉＭＨ１．２ｖ再充電可能）を使用すると、電圧が徐々に低下する。バッテリーのユーザーは、マルチメーターで電圧を測定して、どのくらいバッテリーに電力が残っているかを確認できる。一部の使い捨てバッテリーには、バッテリーの側面に電圧レベルインジケータを有する。ただし、既存の充電式バッテリーには電圧レベルインジケータはない。
【０３０２】
既存のハイブリッド（電源および電子）バッテリーには電圧インジケータがなく、電源、つまり内部セル（１１４）に残っている電力に関係なく、出力は常に１．５Ｖである。
【０３０３】
この内部セル（１１４）がリチウムイオンの場合、測定するバッテリー電圧の例は次のとおりである：
完全に充電＝４Ｖ以上
２５％放電＝３．９Ｖ
５０％放電＝３．８Ｖ
７５％放電＝３．７Ｖ
フラット＝３Ｖ以下。
内部セル（１１４）の電圧は、さまざまな方法で測定できる。図４（ｇ）の回路を通した１つの方法。Ｌｉ−ｉｏｎセルなどの内部セル（１１４）の電圧は、抵抗（Ｒ１７およびＲ２０）を介して直接測定され、マイクロコントローラ（Ｕ５）に供給され、ここで、残りの電力レベルは、マイクロコントローラ（Ｕ５）のプログラミングによって計算できる。内部セル（１１４）の電圧を示すために、サーモクロミックインクで覆われた導電性ストリップを、透明フィルムまたはラベルの透明部分の下のバッテリー（１００）の表面に取り付けることができ、そして、一端または両端が押されると、回路が完成し、導電膜の両端に電圧が印加される。サーモクロミックインクは、フィルムを流れる電流に比例する導電性フィルムの温度を示すため、色が変わる。単一のサーモクロミックインクまたは複数のインクが使用できる。
【０３０４】
バッテリーレベルインジケータは、電圧調整回路の動作モードを選択するためのラッチ回路への入力としても機能する。この実施形態は、図２２に示されており、この文書でさらに説明される。
【０３０５】
内部セル（１１４）の測定電圧に基づいてプログラムされた電流制限回路を使用することにより、かなりの電流範囲が達成され、それによって指示がより正確になる。
【０３０６】
例えば、
完全に充電＝  ４Ｖ  ＝  ５０ｍＡ以上
２５％放電＝  ３．９Ｖ  ＝  ４０ｍＡ
５０％放電＝  ３．８Ｖ  ＝  ３０ｍＡ
７５％放電＝  ３．７Ｖ  ＝  ２０ｍＡ
フラット＝  ３Ｖ以下＝  ０ｍＡ
電流制限回路の例を図１６に示す。
【０３０７】
定電流回路電流＝  ５０ｍＡ。  負荷は定電流で駆動される。
【０３０８】
他の測定方法には、シングルまたはマルチスロープコンパレータやフラッシュコンバータなどのコンパレータの使用が含まれる。
【０３０９】
内部セル（１１４）に残っている電力のレベルは、さまざまな方法を使用して表示できる。別の方法は、電圧レベルを表示するためにマイクロコントローラ（Ｕ５）によってプログラムされたバッテリーのケースに組み込まれた小さなＬＥＤを使用することである。ＬＥＤは超低電流で常時点灯するか、ＬＥＤを定期的にオンにするか、バッテリーの一部でアクティブにして回路を完成させることができる。これは、バッテリーラベルの下にある導電性フィルムを使用して行うことができる。電圧レベルを示す回路の例を図１７に示す。
【０３１０】
バッテリーレベル表示の上記の特徴は、本発明の第１の実施形態で説明した電圧調整回路（１１０）を使用するバッテリー（１００）にも同様に適用することができる。
【０３１１】
電源が放電の終わりに近づくときのインテリジェントなバッテリー出力と電圧降下の実施形態は、充電式バッテリーに関連して説明されているが、非充電式バッテリーの電圧出力を制御するために、これらの電圧調整回路を等しく使用できることは当業者には明らかであろう。同様に、バッテリーレベルの表示は、再充電できないバッテリーにも使用できます。
他のバッテリーとの比較
以下の表４は、本発明のバッテリーが、異なる製品に適用された場合の既知のバッテリーとどのように比較されるかを示している。
【０３１２】
【表４】
2020510396.tif 000006
【０３１３】
図１８は、デジタルコンパクトカメラでテストしたときの数種類の単三バッテリーの実際のデータを示すグラフである。グラフの結果は、デジタルコンパクトカメラで２ｘＡＡバッテリーを使用してフラッシュをオンにした状態でカメラが写真を撮らなくなるまでの実行したテストからのものである。
棒グラフの暗い部分は、低バッテリーが表示される前に撮影されたフラッシュ付きの写真の数を示している。低バッテリーレベルになると、カメラは省電力モードになり、フラッシュの充電中に写真と写真の間でディスプレイがオフになった。充電時間もまた長くなった。棒グラフの明るい部分には、低バッテリーレベルがオンとなったときに撮影した写真の数を示している。
【０３１４】
本発明のバッテリー（「ブーストＦＰ（ＢＯＯＳＴ  ＦＰ）」と呼ばれる）は、すべての写真について迅速に写真を撮る準備ができていた。ＢＯＯＳＴ  ＦＰは、長持ちし、高速フラッシュ再充電時間となり、再充電の間に他のどの充電式バッテリーよりも多くの写真を撮影できることがテストされた。
【０３１５】
図１９は、ＣＲＥＥ  ＬＥＤ懐中電灯でテストしたときのいくつかのタイプのＡＡＡバッテリーのデータを示すグラフである。具体的には、グラフの結果は、ＣＲＥＥ  ＬＥＤ懐中電灯に３ｘＡＡＡバッテリーを使用して実行したテストからのものである。
【０３１６】
輝度はルクスメーターで測定され、本発明のバッテリー（「ＢＯＯＳＴ  ＦＰ」と呼ばれる）の輝度は１００％のベースラインとした。その後の測定値は、このベースラインの割合として取得された。
【０３１７】
グラフの左側には、最初に電源を入れたときの輝度を示す。時間が経つにつれて、懐中電灯の明るさは低下したが、バッテリーはゆっくり放電し始めた（または、「フラットになった」）。
【０３１８】
他のバッテリーの出力は非常に急速に低下したため、非常に短い時間（たとえば、１分から１５分、２分から１０分など）で非常に暗い懐中電灯の出力になった。図１９のグラフは、単４バッテリーを使用したＣＲＥＥ  ＬＥＤ懐中電灯の相対輝度の経時変化を示しており、ＢＯＯＳＴ  ＦＰと同じ長さのような最大の輝度を提供している他のバッテリーはなかった。
【０３１９】
図２０は、外部カメラのフラッシュを継続的に使用して再充電するために時間をかけて使用した場合のいくつかのタイプのバッテリーの予想結果を示すグラフである。グラフの線が低いほど、カメラのフラッシュ充電が速くなる。本発明のバッテリーは、そのグラフにおいて「Ｒｅｖｏｌｔ  Ｐｒｏ」と呼ばれる。図２０から分かるように、本発明のバッテリーを使用すると、ユーザーはカメラフラッシュが再充電するのを長く待つ必要がなくなり、ユーザーのカメラフラッシュはバッテリーが切れるまで同じ高速で再充電される。
【０３２０】
図２１は、出力電圧をブーストするための回路および静止電流の引き込みを低減するための電子スイッチの例示的な構成を示すブロック図である。これについてさらに詳しく説明する。
【０３２１】
図２１の回路は、コントローラおよび電圧ブースト（２１２０）、少なくとも１つのインダクタ（２１３０）、少なくとも１つのトランジスタ（２１５０）、および少なくとも１つのセンサー（２１４０）で構成される電圧調整装置を備える。電圧調整装置がスイッチ（図示せず）を備えてもよいことも理解され、この実施形態は図２２にさらに示されている。しかしながら、この実施形態では、コントローラおよび電圧ブースト（２１２０）のブロックもスイッチを含むと考えられるべきである。
【０３２２】
内部セル（２１１０）は、リチウムセルなどの電源を備えており、図３および４で説明した電流センサーなどの他の部品も備えることができる。バッテリー出力（２１６０）は、バッテリーの端子を備え、図３および４で説明されているように、出力電流センサーも備えることができる。
【０３２３】
図２１に示すように内部セル／電源（２１１０）は、コントローラと電圧ブースト（２１２０）に動作可能に接続されている。コントローラは、電圧センサー（２１４０）を介して内部セル（２１１０）の電圧とバッテリー出力（２１６０）の電圧を測定するように構成されている。  内部セル電圧が許容出力電圧の所定の範囲内にある場合（たとえば１．３−１．５Ｖ）、ＰＦＥＴ（２１５０）がオンになり、電流がインダクタ（２１３０）とＰＦＥＴ（２１５０）を介してバッテリー出力（２１６０）に流れる。
【０３２４】
内部セル（２１１０）の電圧が望ましいバッテリー出力（２１６０）の電圧よりも低い場合、コントローラ（２１２０）は内部ＮＦＥＴまたは同様のもの（図示せず）を起動し、電圧ブーストモードで動作し、電圧センサー（２１４０）はバッテリー出力（２１６０）電圧に関するフィードバックを提供する。
【０３２５】
適切な電圧ブースト回路は、当業者にはよく知られているであろう。短い説明と回路図は、下の図２３の説明で見ることができる。
【０３２６】
電圧センサー（２１４０）の１つの構成は、図４（ｇ）に示すとおりである。これにより、電圧はペア抵抗（Ｒ１７、Ｒ２０）によって分割され、内部でプログラムされた閾値と比較するためにマイクロコントローラに直接渡される。
【０３２７】
好ましい実施形態では、コントローラおよび電圧ブースト回路（２１２０）は、前述の少なくとも１つのスイッチを備える。好ましくは、スイッチは、内部セル（２１１０）からの高インピーダンス分圧器（図示せず）を備えた超低静止電流コンパレータ（図示せず）である。コンパレータは、内部セル電圧を電圧リファレンス（１．３Ｖなど）と比較し、コントローラおよび電圧ブーストブロック（２１２０）に信号を提供する。
【０３２８】
電圧リファレンスは、当技術分野で知られている任意の低電流リファレンス方法によって生成することができる。
【０３２９】
セル電圧が許容範囲内であることをコンパレータからの信号が示す場合、コントローラと電圧ブースト回路の電源を切ることができる（コンパレータを除く）。このパワーダウン状態はこの文書を通して低電力動作モードと呼ばれる。この低電力動作モードでは、ＰＦＥＴ（２１５０）のゲートが低く保持され、導通状態を維持することを確実にする。同様に、内部ＮＦＥＴ（図示せず）のゲートもローに保持され、オンにならないようにする。
【０３３０】
内部セル電圧が電圧閾値（１．３Ｖなど）を下回ると、超低静止電流コンパレータがコントローラと電圧ブースト回路（２１２０）を動作モードに切り替え、電圧調整が開始される。
【０３３１】
また、電圧センサー（２１４０）がコントローラと電圧ブーストブロック（２１２０）に信号を渡し、外部電源の接続を示すことも本技術の特徴です。この信号はまた、コントローラと電圧ブーストブロック（２１２０）をアクティブモードに移行してもよい。
【０３３２】
図２１のブロック図に示されている構成は、前の図で開示された降圧レギュレーションと内部セル充電機能に対応するように調整できる。
【０３３３】
たとえば、インダクタがバッテリー出力（２１６０）に接続されるように、ＰＦＥＴ（２１５０）およびＮＦＥＴ（図示せず）の接続をインダクタ（２１３０）の内部セル（２１１０）側に移動することにより、内部セル（２１１０）の電圧を所定のバッテリー出力電圧（２１６０）に下げるための同期降圧レギュレータが作成される。
【０３３４】
同様に、追加の部品と制御ラインを追加して、一方向または双方向の降圧と昇圧の両方のレギュレーションをサポートできる。
【０３３５】
図２２は、スイッチが押しボタン（２２３０）および電子ラッチ（２２２０）で構成される例示的なブロック図を示す。
【０３３６】
図２２の実施形態のスイッチは、押しボタン（２２３０）を備えるために当技術分野で周知のバッテリー電圧レベルインジケータを備えることができる。バッテリー電圧レベルインジケータの使用は、非限定的であり、スイッチは、物理的なボタン、磁気スイッチ、取り外し可能な絶縁タブ、または電子ラッチ（２２２０）またはコントローラと電圧ブーストブロック（２２４０）への入力を選択的に提供する他の適切な手段を備えることができる。
【０３３７】
使用中に、ユーザーが入力を行うと、押しボタン（２２３０）が電子ラッチ（２２２０）に信号を送る。電子ラッチ（２２２０）はコントローラと電圧ブーストブロック（２２４０）を適切な動作モードにラッチし、ユーザーが押しボタン（２２３０）を介して別の入力を行うまで、その状態を維持する。
【０３３８】
この技術の一態様では、コントローラおよび電圧ブースト回路（２２４０）は、製造時に低電力動作モードにラッチされる。これにより、顧客が受け取る前に、コントローラの電流引き込みと電圧ブースト回路（２２４０）によってバッテリーの容量が悪影響を受けないことが保証される。
【０３３９】
顧客は、押しボタン（２２３０）を介して入力を提供することにより、コントローラと電圧ブースト回路（２２４０）を手動でアクティブにできる。そこで電子ラッチ（２２２０）は、コントローラと電圧ブースト（２２４０）を関連する動作モードにラッチする。
【０３４０】
この実施形態はまた、押しボタン（２２３０）を介して電子ラッチ（２２２０）に後続の入力を送信して、低電力動作モードにもう一度戻る能力を提供する。
【０３４１】
電子ラッチ（２２２０）は、取り外し可能な絶縁タブなどの１回限りの起動可能なスイッチを使用する場合には不要なオプションの要素である。
【０３４２】
ＦＥＴおよびインダクタブロック（２２５０）には、以下の機能のうち少なくとも１つ以上を提供するように構成されたトランジスタとインダクタが含む。
【０３４３】
ｉ 内部セル電圧（２２１０）未満のバッテリー出力（２２７０）電圧、
ｉｉ      内部セル電圧（２２１０）よりも高いバッテリー出力（２２７０）電圧、
ｉｉｉ    内部セル電圧（２２１０）と実質的に同様のバッテリー出力（２２７０）電圧、
ｉｖ      バッテリー出力（２２７０）より大きい内部セル（２２１０）電圧（内部セルの充電用）、または
ｖ 内部セルを保護するために内部セル（２２１０）から動作可能に切断されたバッテリー出力（２２１０）
電圧センサー（２２６０）は、図２１に示す電圧センサー（２１４０）と実質的に同等である。
【０３４４】
図２３は同期昇圧レギュレータの例示的な回路図を示す。これは、図２１（２１２０、２１３０、および２１５０の代わりに）または図２２（２２５０の代わりに）のブロック図で使用できる回路構成の１つである。他の回路構成も可能であることが理解されよう。
【０３４５】
Ｖ１は前の図の内部セル（１１４）を表し、Ｖ２は図２１および２２のコントローラおよび電圧ブーストブロック（２１２０、２２４０）からのパルス幅変調制御信号を示している。出力コンデンサ（Ｃ１、Ｃ３）は、ブースト調整回路内の部品、またはバッテリー端子に接続された装置に配置されたエネルギー貯蔵装置を代表するものである。
【０３４６】
ＮＦＥＴ（Ｍ１）が導通すると、インダクタ（Ｌ１）の電流が増加するための低インピーダンスパスを提供する。ＮＦＥＴ（Ｍ１）が伝導を停止すると、インダクター（Ｌ１）内の磁場として保存されたエネルギーは電流を流そうとし、オームの法則（Ｖ＝ＩＲ）は、バッテリー出力インピーダンスが、導通フェーズ中にＮＦＥＴ（Ｍ１）により提供された伝導経路よりも高い場合、抵抗の増加を考慮して電圧が増加することを示す。
【０３４７】
ＮＦＥＴ（Ｍ１）は、パルス幅変調信号によって制御され、制御信号のデューティサイクルが出力電圧を決定する。
【０３４８】
ＰＦＥＴ（Ｍ２）は、ＮＦＥＴの導通フェーズ中に出力容量（または接続された装置の潜在的にすべての蓄積要素）に蓄積されたエネルギーが内部ＮＦＥＴ（Ｍ１）を介して放電することを実質的に防ぐように設計されている。そのため、ＰＦＥＴ（Ｍ２）はＮＦＥＴのオンサイクル中にオフになり、ＮＦＥＴのオフサイクル中にオンになるため、これは同期ブーストコンバータと知られ、ＰＦＥＴ（Ｍ２）の代わりにダイオードを使用する標準のブーストトポロジーよりも効率が向上する。
【０３４９】
ＰＦＥＴ（Ｍ２）のゲートは図２３では切断されているように示されているが、上記の機能を実行するために、これは実際にはコントローラ（２１２０、２２４０）に接続されるようにしてもよい。
【０３５０】
この設計では標準的なブーストトポロジーが機能しますが、ＰＦＥＴ（Ｍ２）を使用して示される好ましい実施形態は、状況によっては両方の動作モード（低電力およびアクティブ）で効率の改善を提供してもよい。
本発明の利点
本発明のいくつかの利点または利益は次のとおりである。
【０３５１】
・バッテリーは再充電可能であるため、何度も使用できるため、複数回使用で費用対効果が高くなる。
【０３５２】
・本発明のいくつかの実施形態によるバッテリーは再充電可能かつ再利用可能であるため、従来知られているすべての非再充電可能／単一利用のバッテリーと比較して環境に優しい。
【０３５３】
・高電流デバイスでの優れた性能。
【０３５４】
・すべてのタイプの装置に適している。
【０３５５】
・可能な限り最高のパフォーマンスをもたらすインテリジェントな調整出力。
【０３５６】
・バッテリー充電器の種類または充電器（既存の充電器、たとえばＮｉＭＨ／ＮｉＣＤ／Ｌｉ−ｉｏｎ充電器など）によって供給される電圧を検知し、電圧を調整してリチウムイオンセルなどの内部セルまたは充電式電源ソースを充電するインテリジェントな電子機器。
【０３５７】
・バッテリーは、フラットになるまで継続的に高電力を供給する。
【０３５８】
・１つのオプションでは、特別なバッテリー充電器は不要で、バッテリーはすべての市販のＮｉＭＨ／ＮｉＣＤ／Ｌｉ−ｉｏｎバッテリー充電器で充電できる。例えば、本発明のバッテリー内部の高度な電子機器は、ＮｉＭＨバッテリー充電器によって供給される電圧を昇圧（ブースト）して、リチウムイオンバッテリーに規制された安全な充電を提供する。
その他の利点は次のとおりである。
【０３５９】
・本発明のバッテリー内のリチウムイオンセルなどの電源は、容量を大きく損なうことなく最大１０００回まで充電することができる。これは、バッテリーを毎週再充電しても、約２０年後も元の容量の８０％を維持できることを意味する。その後、電力容量が低下するだけで、さらに何年も続く。
【０３６０】
・２１００ｍＡｈ  ＡＡ  ＮｉＭＨバッテリーの定格は２５２０ｍＷｈ（１．２ｖｘ２１００ｍＡｈ）であるのに対し、本発明のバッテリーのＡＡバージョンは２９００ｍＷｈの定格である。したがって、本発明の本バッテリーは、２１００ｍＡｈのＮｉＭＨバッテリーよりも多くの電力を含む。使用可能な容量は、ユーザーの電子機器に必要な最小電圧に依存する。また、放電率によってわずかに異なる。ユーザーの電子機器／製品が動作するために少なくとも１．１Ｖを必要とする場合、本発明のバッテリーは約２４００ｍＡｈ  ＮｉＭＨバッテリーに相当する。ユーザーの電子機器が動作するために少なくとも１．１５Ｖを必要とする場合、本発明のバッテリーは約２６００ｍＡＨから２７００ｍＡＨのＮｉＭＨバッテリーに相当する。
【０３６１】
・上記のスイッチ装置による静止電流の減少により、本発明のバッテリーの貯蔵寿命が改善される。
【０３６２】
・本発明のバッテリーの電子機器は、アクティブモードにあるときでさえ最小の電力消費を有するように構成されている。電子機器の静止電流消費は、リチウムイオンセルの自己放電率より少ない電力を消費する比較的小さな３０μＡである。
３０μＡ＝０．０３ｍＡ
１２か月＝３６５日ｘ２４時間／日＝８７６０時間
１年間のｍＡｈ流出＝８７６０ｘ０．０３＝２６２．８ｍＡｈ
リチウムイオンセルなどの電源の１年間の自己放電は約２０％である。したがって、本発明の単三バッテリーの場合、１２ヶ月後に残った総電力は依然として１０００ｍＡｈを超える。
【０３６３】
・低電力動作モードでは、バッテリーの静止電流流出がさらに減少する。物理的なスイッチの場合、電流流出はバッテリー内のセルの通常の自己放電になるように減らすことができる。
【０３６４】
・本発明のバッテリーの電源は、完全にフラットにはならない。安全な低電圧に達すると、バッテリーの電子回路が出力をオフにし、それによってリチウムイオンセルなどの電源を保護する。
バリエーション
当然のことながら、上記は本発明の例示的な例として与えられたが、そのようなおよび他の修正および変形は上述したように、本発明の広い範囲および領域内にあるとみなされ、当業者にとって明らかである。
【０３６５】
ＡＡ／ＡＡＡバッテリーを参照して本発明を説明したが、本発明のバッテリーは、ＡＡ、ＡＡＡ、Ｃ、Ｄ、９Ｖ、ランタンバッテリーなどに限定されない任意のタイプまたはサイズであり得る。
【０３６６】
図面を参照して前述した電圧調整回路は、当業者が同じまたは実質的に同様の目的に使用されると考えられるいくつかの可能な電圧調整回路の例にすぎない。  
同様に、図面を参照して前述した電圧調整回路のいくつかの部品は、必ずしも図面に示されている配置に似ている必要はなく、これらの各部品は、当業者が同じまたは実質的に同様の目的を提供するのに適していると想定する適切な同等の部品に置き換えることができる。
【０３６７】
当業者は、プログラムされたマイクロプロセッサなどの電子制御装置の他のいくつかの代替形態を理解するであろう。特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）；プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）；フィールドプログラミングゲートアレイ（ＦＰＧＡ）；または、目的に適した他の形式の電子回路、論理回路、またはプログラマブル論理装置を電圧調整回路に実装してもよい。そのような電子制御装置は、電圧調整装置の他の電子部品の１つ以上に動作可能に接続されて、入出力信号を送受信し、それによりプログラムされた可変レベルで出力電圧を検知および調整する。
【０３６８】
内部電源はリチウムイオンセルに限定される必要はなく、目的に適した電源であってもよい。基本的な電子設計は、異なる電源でも同じままであり、特定の電源出力電圧と充電要件に合わせて変更することができる。Ｌｉ−ｉｏｎが電源として好ましいが、使用できる他の可能な電源はＮｉＭＨまたはＮｉＣＤである。薄膜リチウムなどの新しいハイテク充電式セルも使用できる。
【０３６９】
本発明のバッテリーは、既存の充電器を使用して充電することができ、特別な充電器を必要としないことを理解されたい。しかし、本発明のバッテリー用に特別な充電器を開発することができる。
【０３７０】
本明細書に記載または請求されている製品、方法、またはプロセスが、個々の部品として、または「パーツのキット」として不完全に販売されている場合、そのような開発は本発明の範囲内にあることも理解されるであろう。
【０３７１】
実施形態では単一の回路として示されているが、電圧調整回路は、バッテリーの異なる領域に配置された別個の独立した回路を備えていてもよい。例えば、電流検知電子機器は、電源とバッテリーのマイナス端子の間に存在し得る。
【０３７２】
さらに、必要に応じて電子機器を分離し、バッテリーエンクロージャの異なる領域に配置することで、スペースの最適化を実現できる可能性がある。
【０３７３】
必要に応じて、電流検知抵抗器を既知の抵抗のワイヤで置き換え、ワイヤの電圧降下を測定するための別個のケルビン検知接続を含めることができます。
【０３７４】
また、本実施形態におけるマイクロコントローラの包含は、非限定的であると見なされるべきであることも理解されるであろう。本発明のいくつかの実施形態では、本明細書に記載のマイクロコントローラと実質的に同様のタスクを実行するために、マイクロコントローラを個別の電子回路に置き換えることができる。
【０３７５】
図４には、マイクロコントローラに電力を供給するための専用の３Ｖ３レギュレーターが開示されている。これは、マイクロコントローラの選択と同様にオプションと見なす必要がある。市場には、規制なしで単一のセルバッテリー（リチウムイオンなど）から直接動作できるマイクロコントローラが多数あることが理解されるであろう。
【０３７６】
同様に、レギュレータのトポロジーの選択が非限定的であることを当業者は理解するであろう。部品の代替構成は、実質的に同様の結果をもたらし得ることが理解される。たとえば、図４に示す同期降圧レギュレータは、Ｎ−ＦＥＴをダイオードに置き換えても、効果的な降圧レギュレータとして機能する。
【０３７７】
上記の説明では、「上」、「下」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「上部」、「下部」、「横」、「縦」、「側」、「前」、「後」、という用語、およびそれらの派生語は、図面／図で示されているように、本発明に関連するものとする。しかしながら、本発明は、そうではないと明示的に指定されている場合を除き、様々な代替の変形を想定できることを理解されたい。また、添付の図面に示され、明細書に記載されている特定の装置は、本発明の単なる例示的な実施形態であることも理解されたい。したがって、本明細書で開示される実施形態に関連する特定の寸法および他の物理的特性は、限定と見なされるべきではない。
【０３７８】
文脈がそうでないことを明確に要求しない限り、説明および特許請求の範囲を通して、「含む」、「備える」などの言葉は、排他的または網羅的な意味とは対照的に、「含むが、それに限定されない」という意味で、包括的な意味で解釈されるべきである。
【０３７９】
上記および下記に引用されたすべての出願、特許および刊行物の開示全体は、もしあれば、参照により本明細書に組み込まれる。
【０３８０】
本明細書における任意の先行技術への言及は、その先行技術が世界のあらゆる国における努力の分野における共通の一般知識の一部を形成するという承認または示唆の形式ではなく、またそのように解釈されるべきではない。
【０３８１】
本発明はまた、本明細書で言及または示される部品、要素、および特徴、個別にまたは集合的に、２つ以上の前記部品、要素、または特徴の任意またはすべての組み合わせで構成されると広く言うことができる。
【０３８２】
前述の説明において、整数またはその既知の同等物を有する構成要素が参照された場合、それらの整数は、個別に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。
【図１】
2020510396.tif 000007
【図２】
2020510396.tif 000008
【図３（ａ）】
2020510396.tif 000009
【図３（ｂ）】
2020510396.tif 000010
【図３（ｃ）】
2020510396.tif 000011
【図４（ａ）】
2020510396.tif 000012
【図４（ｂ）】
2020510396.tif 000013
【図４（ｃ）】
2020510396.tif 000014
【図４（ｄ）】
2020510396.tif 000015
【図４（ｅ）】
2020510396.tif 000016
【図４（ｆ）】
2020510396.tif 000017
【図４（ｇ）】
2020510396.tif 000018
【図４（ｈ）】
2020510396.tif 000019
【図４（ｉ）】
2020510396.tif 000020
【図５】
2020510396.tif 000021
【図６】
2020510396.tif 000022
【図７】
2020510396.tif 000023
【図８】
2020510396.tif 000024
【図９】
2020510396.tif 000025
【図１０】
2020510396.tif 000026
【図１１】
2020510396.tif 000027
【図１２】
2020510396.tif 000028
【図１３】
2020510396.tif 000029
【図１４】
2020510396.tif 000030
【図１５】
2020510396.tif 000031
【図１６】
2020510396.tif 000032
【図１７】
2020510396.tif 000033
【図１８】
2020510396.tif 000034
【図１９】
2020510396.tif 000035
【図２０】
2020510396.tif 000036
【図２１】
2020510396.tif 000037
【図２２】
2020510396.tif 000038
【図２３】
2020510396.tif 000039
【国際調査報告】
2020510396.tif 000040
2020510396.tif 000041
2020510396.tif 000042