[发明专利]带内置控制器以延长电池寿命的一次性电池

说明书

发明领域

本发明涉及一次性电池，特别涉及带内置控制器以延长使用寿命的一次性电池。

背景技术

在收音机、密致盘播放机、照相机、蜂窝网电话、电子游戏机、玩具、寻呼机和计算机装置等便携式电子装置中，消费者通常使用一次性电池。当一次性电池的使用寿命超过了，通常就丢弃电池。此时，往往只使用了电池总蓄电量的40～70％左右。一旦耗用了初始贮能部分，电池一般无法提供足够的电压来驱动电子装置。这样，尽管电池还留有其蓄电量的约30～60％，消费者还是一丢了事。因此，通过更深程度的安全放电来延长一次性电池的使用寿命，在电池丢弃前让电子装置使用电池更多的蓄电量，就可减少浪费。

此外，消费者经常要求更小更轻的便携式电子装置。将这类装置做得更小更轻的主要障碍之一，就是要向装置供电的电池的尺寸与重量。事实上，由于电子线路的工作速度更快，结构更复杂，甚至要求比以前更大的电流，因而对电池的需求更大了。然而，如果功能增多、速度增高要求更频繁地调换电池，消费者将不会接受功能更强的超小型化装置。因此，为了制造更快速更复杂的电子装置而不降低电池寿命，电子装置就要求使用更有效的电池，或者电池本身能更好地利用贮存能量。

某些更昂贵的电子装置包括装置中的稳压器电路，诸如开关转换器(如DC/DC转换器)，用于转换和/或稳定电池的输出电压。在这类装置中，通常串接了多个单一单元电池，转换器将这些电池的总电压转换成负载电路要求的电压。转换器能延长电池的工作时间，其做法是在电池放电初始部分降低电池输出电压(否则会提供更高电压，从而提供比负载电路的要求更多的功率)，而在电池放电后期部分提高电池输出电压(否则电池会耗尽，因为输出电压低于负载电路要求的电压)。

然而，在电子装置中配备转换器的方法有若干缺点。首先，在电子装置中安装转换器较为昂贵，因为每一家制造商对少量生产的产品都有特殊的电路设计，因此成本较高。其次，电池供应商并不控制与特定电池配用的转换器类型，因而转换器对每类电化学单元的特定电化学特性并未实现优化。再次，不同类型的电化学单元(如碱电池、锂电池等)具有不同的电化学特性与标称电压，不易互换。另外，转换器在电子装置中占据着宝贵的空间并增大了重量。而且，某些电子装置可以用线性调压器取代DC/DC转换器等更有效的开关转换器。此外，含开关转换器的电子装置会产生电磁干扰(EMI)，对射频(RF)发射机等电子装置中相邻的电路有不利影响。然而，通过将转换器装入电池，EMI源可远离其它对EMI敏感的电路，并可被电池导电的容器屏蔽。

现有电压转换器的另一个问题是，为了提供足够的电压驱动转换器，通常要用多个串接的电化学单元。然后转换器会将电压降到电子装置所需的电平。这样，根据转换器的输入电压要求，即使电子装置本身只需一个单一单元工作，但它必须装上若干电化学单元，因而浪费了空间，增加了重量，不利于电子装置进一步超小型化。

因此，要求在丢弃电池前更多地利用一次性电池贮存的电荷，并且电池占用的空间与重量更少，使便携式电子装置进一步超小型化。

此外，需要通过设计更为通用的电路设计降低电子设备的DC/DC转换器的成本。

还需要设计一种可以利用特定类型电化学单元的特殊电化学性质的转换器。

此外，还要求研制一种可互换电池，它包含带不同标称电压或内部阻抗的电化学单元而不改变电化学单元本身的单元化学特性。

而且还需要研制一种混合电池，它可以使用封装在同一电池内的不同类型的电化学单元。

而且还需要保护电子或电气设备的敏感电路免遭开关转换器的EMI干扰。

发明内容

本发明的一次性电池通过使用更多的贮存能量提供了更长的使用寿命。电池有一包括DC/DC转换器的内置控制器，该转换器能够在低于一般电子装置阈压下工作。控制器更有效地调节电化学单元的电压并且使电池可以安全地深度放电，从而使用更多电池存储的能量。控制器较佳地设置在混合模硅芯片上，该芯片系定制设计，用特定类型的电化学单元如碱性、锌-碳、镍镉(NiCd)、锂、氧化银、或混合单元操作，或用特定的电子装置操作。

控制器比较好的是以下列方式监视和控制提供给负载的功率以优化延长电池寿命：(1)接通和关闭DC/DC转换器；(2)当输入电压低于电池供电的一般电子装置的截止电压时，保持要求的最小输出电压；(3)减小电池输出阻抗。