用于延长电池寿命的结构和方法
【专利说明】用于延长电池寿命的结构和方法
[0001]本申请是PCT国际申请号PCT//US2011/052209、国际申请日2011年9月19日、中国国家申请号201180049932.X、名称为“用于延长电池寿命的结构和方法”的申请的分案申请。
[0002]相关申请案的交叉引用
[0003]本申请案要求于2010年9月20日申请的美国临时申请案第61/403，625号的权利，其内容以全文引用的方式并入本文以用于所有的目的。
[0004]发明背景
[0005]本发明通常涉及电池技术且更明确地说涉及用于延长电池(诸如一次性电池和可再充电电池)的使用寿命的技术。大多数消费类电子设备使用电池。电池根据干电池的一次电池、二次电池和可再充电电池予以分类。许多电子设备是灵敏的且需要极其精确的电压予以适当操作。在一些情况下，如果电池供应给电子设备的电压下降得太低，那么不仅所述设备提供不可靠的输出，而且低压也会损坏所述设备。这样，许多制造商制造的电子设备包括检测电池电压电平的电路，且如果电压电平下降到低于某一电平，那么电路会自动断开。例如，从未用过的新AA电池提供1.5V。随着电池电荷被使用所述电池的设备随时间消耗，电池电压开始下降。
[0006]使用一次性电池(诸如AA电池)的一些电子设备被设计以在电池电压下降达10%或大约这样时停止运行。这意味着当AA电池的电压下降到约1.4V或1.35V时，所述电池无法再被设备使用且必须用新电池更换。因此，介于0V到1.35V之间的全部电压被浪费，造成显著的低效。这类似于其中仅消耗10%的苏打瓶(按照常规)，且其余被丢弃的情形。这明显是非常浪费且低效的。
[0007]影响电池成本的另一因素是制造电池时所使用的一些材料难以开采且在一些情况下被认为是稀土材料。由于一些材料仅在诸如中国的国家发现，且中国已经开始限制这些材料的出口，所以这些材料的价格不断上涨。
[0008]除了电池低效的不利经济影响之外，还存在明显的环境影响。每年大约有30亿电池售出。因为电池含有会找到途径进入我们的自然资源(诸如地下水)中的有毒材料，所以电池造成特殊的环境危害。电池也是无法被生物降解的。许多国家以及自治区具有关于电池回收的法律和地方条例。此外，与电池的制造和分布相关的碳足迹增加了关注度。开采这些材料、将它们放入电池、封装电池和将其它运送到全世界的过程花费大量能源并且产生大量温室气体。因此，改进电池的使用效率提供明显的经济效能以及环境益处。
[0009]因此，需要改进电池(诸如一次性电池和可再充电电池)效率的技术。
发明概要
[0010]本发明的实施方案提供用于显著提高电池寿命的技术。根据一个实施方案，用于延长一个或多个电池的使用寿命的电池套管包括导电正极和绝缘层，所述绝缘层延伸到所述导电电极下方使得当所述套管耦合到电池时，所述导电正极定位在所述电池的正极端子上方，且所述绝缘层电隔离所述导电正极与所述电池的正极端子。
[0011]在另一实施方案中，电池套管还包括导电负极，所述导电负极被构造使得当所述套管耦合到电池时，所述导电负极与所述电池的负极端子电接触。
[0012]在另一实施方案中，电池套管还包括电压调节电路，所述电压调节电路被调适以接收电池的正极端子和负极端子并在电连接到导电正极的输出端子上提供输出信号。
[0013]在另一实施方案中，电池套管还包括电压调节电路，所述电压调节电路被调适以接收由电池提供的正电压和负电压并且在所述电池的使用寿命期间在所述电池套管的导电正极上产生大致恒定的输出电压。
[0014]在另一实施方案中，电压调节器容置在接近导电正极的电池套管的上部中。在替代实施方案中，电压调节器容置在接近导电负极的电池套管的下部中。
[0015]在另一实施方案中，当电池套管耦合到电池时，所述套管的导电正极用作为所述电池的新正极端子。
[0016]在另一实施方案中，电池套管被构造使得当所述套管耦合到电池时，所述电池的正极端子被绝缘层覆盖使得所述正极端子无法从外部电接达。
[0017]在又一实施方案中，电池套管被构造使得当所述套管耦合到电池时，所述电池的负极端子可从外部电接达。
[0018]根据本发明的另一实施方案，用于延长一个或多个电池的使用寿命的电池套管包括导电正极，所述导电正极被构造使得当所述电池套管耦合到至少一个电池时，所述套管的导电正极用作为所述至少一个电池的新正极端子。
[0019]在一个实施方案中，电池套管还包括电压调节器，所述电压调节器被调适以接收由至少一个电池提供的电压并且在所述至少一个电池的使用寿命期间产生大致恒定的输出电压。
[0020]在另一实施方案中，电池套管还包括绝缘层，所述绝缘层延伸到导电电极下方使得当所述套管耦合到电池时，所述导电正极定位在所述电池的正极端子上方，且所述绝缘层电隔离所述导电正极与所述电池的正极端子。
[0021]在另一实施方案中，电池套管还包括导电负极，所述导电负极被构造使得当所述套管耦合到电池时，所述导电负极与所述电池的负极端子电接触。
[0022]附图简述
[0023]图1示出根据一个实施方案的电池调节系统110 ；
[0024]图2示出根据一个实施方案的电池套管的简图；
[0025]图3示出根据一个实施方案的耦合到电池的电池套管的侧视图；
[0026]图4示出电池套管的简图，其中调节电路根据一个实施方案沿着套管的底部放置；
[0027]图5是示出其中电池套管被调适以耦合到两个串联连接的电池的实施方案的简图；
[0028]图6A和图6B示出其中调节器和套管被调适使得套管将电池的正极端子连同被调节的输出电压一起提供到外部装置的又一实施方案；和
[0029]图7示出说明各个实施方案的优点的实际测量。
【具体实施方式】
[0030]在本发明实施方案的以下描述中，参考形成其一部分的附图，且其中通过举出说明性的特定实施方案来示出，其中可实行所述实施方案。这些实施方案被足够详细地描述使得本领域技术人员能够实行本发明，且应了解可使用其它实施方案并且在不脱离本公开内容的范围的情况下可作出过程、电或机械改变。因此，以下详细描述不具备限制意义。
[0031]图1示出根据一个实施方案的电池调节系统110。电池103的正极端子104连接到电压调节器105的输入端子101。电池103的接地端子100连接到电压调节器105的接地输入端子106。在一个实施方案中，电池的负极端子100需要被排程到实体定位有电压调节器105的地方。这可通过形成电池套管的一部分的柔性PCB实现，下文还会更详细地加以描述。电压调节器105的输出端子102提供电池调节系统110的输出。在电池103的正极端子104与电压调节器105的输出102之间放置有绝缘体。
[0032]接着描述电池调节系统110的操作。在系统110的一个示例性实施方案中，系统110的输出102被调节到1.5V。新的AA电池为调节器105提供处于1.5V到1.6V范围内的电压。调节器105的输出102接着被调节到1.5V，且因此电池调节系统110的输出固定为1.5V。在操作中，随着使用电池调节系统110的装置消耗来自电池103的电流，所述电池逐渐失去通过化学能存储方法原先放置在电池中的电荷。这造成由电池103输出的电压随时间下降。然而，虽然调节器的输入电压被降低到低于1.5V，但调节器105仍在输出端子102处保持提供恒定的1.5V。这有效地提供恒定电压给使用电池调节系统110的装置直到由电池103提供的电压被降低到电压调节器105可操作的最小值为止。在这个实例中，最小值会是约为0.7V到0.8V。这容许终端装置使用电池103达更长时间段。而且，电池中的更多存储电荷在被废弃之前被使用。
[0033]图2示出根据一个发明的电池套管200的简图。当耦合到电池103时，套管200覆盖所述电池的顶部端子104。套管200具有紧贴在电池103的上部周围的上部。套管200通常被设计以在耦合到电池时确保所述电池的总尺寸的最小增大。套管200含有绝缘体(未示出)，所述绝缘体电隔离电池103的正极端子104与电池套管200的新正极端子204。套管200还包括底部区段，所述底部区段包括电连接到电池103的负极端子100的底部导体205。一条或多条导电迹线202将底部导体205排程到容置在套管200的上部中的调节电路(未示出)。
[0034]图3示出根据一个实施方案的耦合到电池103的套管300的侧视图。套管300围绕电池103的顶部，且具有通过绝缘体312而与电池103的正极端子104绝缘的顶部导体电极304。在这个实施方案中，调节器105容置在套管300的上部中。延伸在套管300中的导电迹线306将调节器105的输入端子101连接到电池103的正极端子104。延伸在套管300中的另一条导电迹线310将电池103的负极端子100连接到调节器105的输入端子106。延伸在套管300中的又第三条导电迹线将调节器105的输出端子102连接到套管的顶部导体电极304。导电迹线306、308和310相互绝缘。如更早描述，在操作中，顶部导体电极304用作为电池的“新”正极端子。
[0035]在图4示出的替代实施方案中，调节器405放置在套管400的底部，接近当电池103被插入套管400中时定位有电池103的负极端子100的地方。在这个实施方案中，电池103的正极端子104由延伸穿过套管400到位有调节器405的套管底部的导电迹线412所排程。排程到所述底部的导电迹线412连接到调节器405的输入端子101，且调节器405的另一输入106接收电池103的负极端子100，其存在于套管400的底部。电压调节器405的输出端子102接着由导电迹线414向上排程并且连接到套管400的顶部导体电极404。如在先前实施方案中，所述套管的顶部导体电极404通过绝缘层410而与电池103的正极端子104绝缘。在这个实施方案中，两条导电迹线412、414延伸在套管400的上部与下部之间。
[0036]图5示出其中套管500被调适以耦合到两个串联连接的电池103A、103B的实施方案的简图。在这个示例性实施方案中，电池103A、103B是提供3V输出的