Батарея, имеющая регулятор

Батарея, имеющая регулятор

Реферат

 

Изобретение относится к батареям, имеющим встроенный регулятор. Согласно изобретению раскрыта батарея, имеющая встроенный регулятор, который увеличивает продолжительность работы батареи. Регулятор может увеличивать продолжительность работы батареи, например, путем преобразования напряжения элемента в выходное напряжение, которое превышает напряжение отключения электронного устройства путем преобразования напряжения элемента в выходное напряжение, которое меньше, чем номинальное напряжение гальванического элемента батареи, или путем защиты гальванического элемента от пиковых значений тока. Регулятор также может включать в себя заземляющую цепь смещения, которая обеспечивает виртуальное заземление так, чтобы преобразователь мог функционировать на более низких напряжениях элемента. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 17 ил., 1 табл.

Настоящее изобретение касается батарей и, более конкретно, батарей, имеющих встроенный регулятор для продления срока службы батарей.

Потребители используют первичные и перезаряжаемые (вторичные) батареи в портативных электронных устройствах типа радиоприемников, систем воспроизведения компакт-дисков, камер, сотовых телефонных аппаратов, электронных игр, игрушек, пэйджеров и компьютерных устройств. Когда срок службы первичной батареи заканчивается, батарею обычно выбрасывают. Срок службы обычной первичной батареи позволяет использовать в общем только приблизительно 40-70% от общей емкости аккумуляторной батареи. После использования этой части начальной запасенной энергии батарея обычно не может обеспечивать достаточное напряжение для приведения в действие обычной электронной схемы. Как только истечет период нормальной эксплуатации, потребители обычно выбрасывают батареи, даже если батарея все еще содержит приблизительно 30-60% своей емкости. Таким образом, благодаря продлению срока службы первичной батареи, путем обеспечения возможности надежной более глубокой разрядки, снижаются отходы, позволяя электронным устройствам использовать большую емкость батареи, прежде чем ее выбросить.

Однако полный срок службы перезаряжаемой батареи прежде всего зависит от количества и эффективности циклов зарядки. Перезаряжаемые батареи можно заряжать и повторно использовать после каждого цикла разрядки. Как и в случае первичной батареи, после использования некоторого процента емкости перезаряжаемой батареи батарея обычно не может обеспечивать достаточное напряжение для возбуждения электронной схемы. Таким образом, каждый цикл разрядки перезаряжаемой батареи может быть продлен, если обеспечить более глубокую разрядку батареи. Однако уровень разрядки перезаряжаемой батареи оказывает влияние на количество и эффективность будущих разрядок перезаряжаемой батареи. В общем, когда глубина разрядки перезаряжаемых гальванических элементов увеличивается, уменьшается количество циклов зарядки, которому может подвергаться перезаряжаемый гальванический элемент. Однако оптимальные характеристики разрядки конкретных типов перезаряжаемых гальванических элементов изменяются в широких пределах. В случае никель-кадмиевой (NiCd) перезаряжаемой батареи, например, предпочитается глубокая разрядка, потому что иначе в перезаряжаемой батарее может развиться эффект "памяти", если батарея заряжается без соответственного истощения, что приводит к снижению емкости, доступной для будущих зарядок. Однако глубокая разрядка литиевой батареи может повредить гальванические элементы. Срок службы перезаряжаемого гальванического элемента в общем можно еще больше увеличить, эффективно управляя циклами разрядки и зарядки конкретного элемента, так что общее количество циклов зарядки можно довести до максимума, а также оптимизировать количество энергии, извлекаемой от каждого цикла разрядки гальванического элемента.

Кроме того, потребители постоянно требуют все более миниатюрные и легкие портативные электронные устройства. Одним из основных препятствий к созданию таких устройств с меньшими размерами и более легкими является размер и вес батарей, требуемых для снабжения энергией устройств. Фактически, когда электронные схемы создают более быстродействующими и сложными, они обычно требуют еще больший ток, чем прежде, и, следовательно, требования к батареям становятся еще более высокими. Однако потребители не примут более мощные и миниатюрные устройства, если повышенные функциональные возможности и скорость потребуют от них значительно более частой замены или подзарядки батарей. Таким образом, чтобы делать более быстродействующие и сложные электронные устройства без снижения их периода нормальной эксплуатации, в электронных устройствах необходимо более эффективно использовать батареи и/или сами батареи должны обеспечивать более полное использование запасенной энергии.

Некоторые более дорогостоящие электронные устройства включают в себя схему регулятора напряжения типа переключающего преобразователя (например, преобразователя постоянного напряжения) в устройствах для преобразования и/или стабилизации выходного напряжения батареи. В этих устройствах обычно последовательно соединяют множество одноэлементных батарей, и общее напряжение этих перезаряжаемых батарей преобразуется преобразователем в напряжение, требуемое цепью нагрузки. Преобразователь может продлить срок службы батареи посредством снижения выходного напряжения батареи в начальном периоде разрядки батареи, когда батарея в ином случае может обеспечивать большее напряжение, а следовательно, большую мощность, чем требует цепь нагрузки, и/или посредством повышения выходного напряжения батареи на последнем участке разрядки батареи, когда в противном случае батарея была бы истощена, потому что выходное напряжение становится меньше, чем требуется цепью нагрузки.

Однако метод использования преобразователя в электронном устройстве имеет несколько недостатков. Во-первых, относительно дорого размещать преобразователи в электронных устройствах, поскольку каждый изготовитель устройств имеет определенные конструкции схем, которые изготовлены в относительно ограниченном количестве и, таким образом, имеют более высокую индивидуальную стоимость. Во-вторых, поставщики аккумуляторных батарей не контролируют весь тип преобразователей, который можно использовать с конкретной батареей. Следовательно, преобразователи не оптимизированы в отношении определенных электрохимических свойств каждого типа гальванического элемента. В-третьих, различные типы гальванических элементов, например щелочные и литиевые элементы, имеют различные электрохимические свойства и номинальные напряжения и, следовательно, не могут легко взаимозаменяться. В дополнение к этому, преобразователи занимают ценное пространство в электронных устройствах. Кроме того, в некоторых электронных устройствах можно использовать линейные регуляторы вместо более эффективных переключающих преобразователей, типа преобразователя постоянного напряжения. К тому же, электронные устройства, содержащие переключающие преобразователи, могут создавать электромагнитные помехи (ЭМП), которые могут неблагоприятно влиять на соседнюю схемную часть в электронном устройстве типа высокочастотного (ВЧ) передающего устройства. Однако благодаря размещению преобразователя в аккумуляторной батарее, источник ЭМП можно располагать дальше от другой чувствительной к ЭМП электроники и/или можно экранировать проводящим контейнером батареи.

Другая проблема, связанная с существующими преобразователями напряжения, состоит в том, что для них, как правило, требуется множество гальванических элементов, особенно это касается щелочных, угольно-цинковых, никель-кадмиевых (NiCd), никель-металл-гидратных (NiMH) и серебряно-оксидных аккумуляторных батарей, чтобы обеспечить достаточное напряжение для приведения в действие преобразователя. Чтобы избежать этой проблемы, для существующих преобразователей обычно требуется множество гальванических элементов, соединенных последовательно, чтобы обеспечить достаточное напряжение для возбуждения преобразователя, который затем может понизить напряжение до уровня, требуемого электронным устройством. Таким образом, из-за требований входного напряжения преобразователя электронное устройство должно содержать несколько гальванических элементов, даже если для самого электронного устройства может требоваться только один элемент. Это приводит к непроизводительному использованию места и веса и препятствует дальнейшей миниатюризации электронных устройств.

Таким образом, существует необходимость в оптимальном использовании запасенного заряда перезаряжаемой батареи и оптимизировании глубины разрядки перед зарядкой батареи, с целью доведения до максимума продолжительности срока службы. Благодаря конструированию батарей таким образом, чтобы обеспечить большее использование их запасенной энергии, в электронных устройствах можно также использовать батареи меньшего размера или меньшее их количество, чтобы дополнительно миниатюризировать портативные электронные устройства.

Настоящее изобретение раскрывает батарею, в которой обеспечен более длительный срок службы путем оптимального использования запасенного заряда первичной или перезаряжаемой батареи перед зарядкой. Батарея имеет встроенный регулятор, который включает в себя преобразователь, способный работать на напряжении ниже порогового значения напряжения обычных электронных устройств. Регулятор более эффективно регулирует напряжение гальванического элемента и обеспечивает возможность управляемой разрядки или оптимальной глубины разрядки для продления срока службы батареи. Регулятор предпочтительно располагают на кремниевом кристалле смешанного типа, который изготавливают по заказу для работы с конкретным типом гальванического элемента, такого как щелочной, никель-кадмиевый (NiCd), никель-металл-гидратный (NiMH), литиевый, ионолитиевый, герметичный свинцово-кислотный (SLA), серебряно-оксидный или гибридный элемент, или с конкретным электронным устройством.

Регулятор контролирует и управляет подачей энергии в нагрузку для оптимального продления срока службы батареи путем (1) включения и выключения преобразователя постоянного напряжения; (2) поддержания минимального требуемого выходного напряжения, когда входное напряжение ниже уровня, при котором могут работать обычные электронные устройства; (3) понижения выходного сопротивления батареи; (4) определения оптимальной глубины разрядки; (5) обеспечения оптимальной последовательности зарядки; (6) увеличения тока разрядки, который данный гальванический элемент может обеспечивать без регулятора; (7) обеспечения высокого тока разрядки в пределах границ надежности элемента, даже если этот ток превышает максимальный выходной ток преобразователя, используя режим пропускания; (8) измерения остающейся емкости элемента и (9) обеспечения сигналов оперативного управления на индикаторы емкости элемента/измерители "топлива".

В предпочтительном варианте осуществления один регулятор монтируют внутри корпуса многоэлементной первичной или перезаряжаемой батареи (например, стандартной 9 В батареи). Этот аспект настоящего изобретения обеспечивает несколько отчетливых преимуществ по сравнению с размещением регулятора в электронном устройстве. Во-первых, это позволяет разработчику батарей использовать преимущество конкретных электрохимических характеристик конкретного типа гальванического элемента. Во-вторых, если устройству требуется преобразователь только для батареи, содержащей конкретный тип гальванического элемента (например, литиевый), чтобы изменять и/или стабилизировать выходное напряжение батареи, а не для батареи, содержащей другой тип гальванического элемента (например, NiCd, SLA), и преобразователь объединяют с батареей, которой требуется преобразователь (то есть, с литиевой батареей), электронное устройство можно конструировать без преобразователя постоянного напряжения. Это позволяет использовать меньшие конструкции схем и предотвращает влияние потерь, связанных с преобразователем, на батарею, которая не нуждается в преобразователе.

В особенно предпочтительном варианте осуществления регулятор монтируют внутри контейнера одноэлементной батареи типа ААА, АА, С, D или призматической батареи или внутри контейнера каждого элемента многоэлементной батареи, типа призматической или стандартной 9 В батареи. Этот аспект настоящего изобретения обеспечивает преимущества, перечисленные выше для размещения одного регулятора в многоэлементной батарее, и обеспечивает еще больше преимуществ. Во-первых, он позволяет согласовывать регулятор с конкретным типом гальванического элемента, чтобы использовать преимущество его конкретных электрохимических реакций. Во-вторых, он позволяет применять батареи, имеющие различные типы гальванических элементов, подлежащие использованию взаимозаменяемым образом, посредством либо изменения, либо стабилизации выходного напряжения или внутреннего полного сопротивления, чтобы отвечать требованиям электронных устройств, разработанных для работы от стандартной батареи. Оба эти преимущества встречаются, например, в сверхэффективном литиевом элементе, который отвечает упаковочным и электрическим требованиям стандартной 1,5 В батареи АА, посредством использования встроенного регулятора для понижения номинального напряжения элемента от диапазона от приблизительно 2,8 до приблизительно 4,0 В до выходного напряжения, равного приблизительно 1,5 В. При использовании более высокого напряжения литиевого элемента разработчик может по существу увеличивать продолжительность работы батареи.

Кроме того, путем обеспечения регулятора в каждом элементе батареи обеспечивают гораздо более эффективное управление каждым элементом, чем существует в настоящее время. Регулятор может контролировать и управлять состояниями разрядки в каждом первичном гальваническом элементе и может гарантировать, что каждый элемент полностью исчерпает себя, прежде чем выключится электронное устройство. Регулятор также может контролировать или управлять циклом разрядки в каждом перезаряжаемом гальваническом элементе, чтобы гарантировать, что элемент разряжается до уровня, который обеспечивает самый продолжительный возможный срок службы батареи и повышает надежность элемента, предотвращая состояния типа эффектов памяти, коротких замыканий или вредных глубоких разрядок. Регулятор также может непосредственно контролировать и управлять циклом зарядки каждого перезаряжаемого гальванического элемента, который находится в батарее, с целью предотвращения состояний типа чрезмерной зарядки или короткого замыкания, увеличивая продолжительность цикла и повышая надежность батареи. О состоянии зарядки отдельных элементов также можно сообщать потребителям непосредственно (с помощью визуального, звукового, вибрационного и т.д. индикаторов) или через "интеллектуальный" интерфейс устройства.

Регуляторы также допускают универсальное использование батарей по настоящему изобретению. Соответствующие настоящему изобретению батареи обеспечивают преимущества по сравнению с известными батареями независимо от того, используются ли они с электрическими, электромеханическими или электронными устройствами, которые имеют напряжение отключения типа перечисленных выше, или с электрическим устройством. В случае электрических, электромеханических и электронных устройств или электроприборов батареи по настоящему изобретению сохраняют свою максимальную производительность до тех пор, пока не наступит истинное окончание срока службы батарей. При использовании регулятора с батареей конечную часть кривой разрядки зависимости фактического напряжения от времени разрядки можно профилировать таким образом, чтобы она могла имитировать обычный профиль разрядки (без мгновенного окончания службы).

Кристаллы регуляторов также можно делать значительно экономичнее, поскольку большой объем продажи батарей обеспечит возможность значительно менее дорогостоящего производства кристаллов, чем можно делать для каждого типа электронного устройства индивидуальные конструкции регуляторов или преобразователей.

Предпочтительный вариант осуществления преобразователя постоянного напряжения представляет собой высокоэффективный преобразователь со сверхнизким входным напряжением и средней мощностью, в котором используются схема управления широтно-импульсной модуляцией или модуляцией фазоимпульсного сдвига и схема управления режимом низкого пропуска импульсов со схемой управления старт-стопным генератором.

Другие особенности и преимущества настоящего изобретения приведены относительно описания предпочтительного варианта осуществления изобретения.

Хотя описание заканчивается формулой изобретения, конкретно указывающей и отчетливо заявляющей объект, который представляет настоящее изобретение, полагают, что изобретение будет лучше понято из последующего описания, которое приведено совместно с прилагаемыми чертежами.

Фиг.1 представляет изображение в перспективе, иллюстрирующее конструкцию обычной цилиндрической батареи.

Фиг.2 представляет изображение в перспективе другой конструкции обычной цилиндрической батареи.

Фиг.3 представляет вид в поперечном разрезе еще одной конструкции обычной цилиндрической батареи.

Фиг.4 представляет блок-схему батареи по настоящему изобретению.

Фиг.4А представляет блок-схему одного предпочтительного варианта осуществления батареи, показанной на фиг.4.

Фиг.4В представляет блок-схему другого предпочтительного варианта осуществления батареи, показанной на фиг.4.

Фиг.4С представляет блок-схему еще одного предпочтительного варианта осуществления батареи, показанной на фиг.4.

Фиг.5А представляет изображение в разрезе, частично в разобранном виде, предпочтительного варианта осуществления батареи по настоящему изобретению.

Фиг.5В представляет изображение в разрезе, частично в разобранном виде, другого предпочтительного варианта осуществления батареи по настоящему изобретению.

Фиг.5С представляет изображение в перспективе, частично в разобранном виде, еще одного предпочтительного варианта осуществления батареи по настоящему изобретению.

Фиг.6 представляет изображение в перспективе, частично в разрезе, предпочтительного варианта осуществления многоэлементной батареи по настоящему изобретению.

Фиг.7 представляет блок-схему другого предпочтительного варианта осуществления батареи по настоящему изобретению.

Фиг.8 представляет блок-схему еще одного предпочтительного варианта осуществления батареи по настоящему изобретению.

Фиг.9 представляет блок-схему еще одного предпочтительного варианта осуществления батареи по настоящему изобретению.

Фиг.9А представляет принципиальную схему одного варианта осуществления аспекта предпочтительного варианта осуществления показанной на фиг.9 батареи.

Фиг.9В представляет блок-схему еще одного предпочтительного варианта осуществления аспекта предпочтительного варианта осуществления показанной на фиг.9 батареи.

Фиг.10 представляет блок-схему еще одного предпочтительного варианта осуществления батареи по настоящему изобретению.

Фиг.11 представляет блок-схему другого предпочтительного варианта осуществления батареи по настоящему изобретению.

Фиг.12 представляет блок-схему еще одного предпочтительного варианта осуществления батареи по настоящему изобретению.

Фиг.13 представляет комбинацию блок-схемы и принципиальной схемы другого предпочтительного варианта осуществления батареи по настоящему изобретению.

Фиг.14 представляет график характеристических кривых разрядки для обычной батареи и двух различных предпочтительных вариантов осуществления батарей по настоящему изобретению.

Фиг.15 представляет комбинацию блок-схемы и принципиальной схемы еще одного предпочтительного варианта осуществления батареи по настоящему изобретению.

Фиг.16 представляет блок-схему одного варианта осуществления подрегулятора зарядки, изображенного на фиг.15.

Фиг.17 представляет блок-схему другого варианта осуществления подрегулятора зарядки, изображенного на фиг.15.

Настоящее изобретение касается одноэлементных и многоэлементных батарей. Батареи по настоящему изобретению могут быть либо первичными, либо перезаряжаемыми. Термин "первичные" используется в этом применении и касается батареи или гальванического элемента, который предназначен для выбрасывания после истощения его доступной электрической емкости (то есть, они не предназначены для перезарядки или иного повторного использования). Термины "перезаряжаемые" и "вторичные" в этом применении используются взаимозаменяемым образом и относятся к батарее или гальваническому элементу, которые предназначены для перезарядки по меньшей мере один раз после истощения их доступной электрической емкости (то есть, предназначены для повторного использования по меньшей мере один раз). Термин "потребительская" в этом применении относится к батарее, которая предназначена для использования в электронном или электрическом устройстве, приобретенном или используемом потребителем. Выражение "одноэлементный" относится к батарее, имеющей один гальванический элемент, упакованный отдельно, типа стандартной батареи АА, ААА, С или D, или к одному элементу в многоэлементной батарее (например, типа стандартной 9 В батареи или батареи, предназначенной для телефонного аппарата сотовой связи или портативной ЭВМ). Термин "батарея", используемый в этом применении, относится к контейнеру, имеющему выводы и один гальванический элемент, или корпусу, который имеет выводы и по меньшей мере содержит по существу два или больше гальванических элемента (например, стандартная 9 В батарея или батарея для телефонного аппарата сотовой связи или портативной ЭВМ). Гальванические элементы не должны быть полностью закрыты корпусом, если каждый элемент имеет свой собственный отдельный контейнер. Например, батарея для портативного телефонного аппарата может содержать два или больше гальванических элемента, каждый их которых имеет свой собственный отдельный контейнер и упакованных вместе в стягивающем оберточном пластмассовом материале, который удерживает отдельные контейнеры вместе, но не может полностью закрыть отдельные контейнеры элементов.

Используемый в этом применении термин "гибридная батарея" включает в себя многоэлементную батарею, которая содержит два или больше гальванических элемента, и из этих элементов по меньшей мере два имеют различные механизмы работы химического источника тока, типа фотогальванического, топливного, термического, электрохимического, электромеханического и т.д., или отличающийся электрод, отличающуюся пару электродов или отличающийся электролит. Используемое в этом применении выражение "элемент батареи" относится в общем к элементам химического источника тока, используемым в батарее, включая гальванические элементы. Точно также, элементы химического источника тока или электрохимического источника тока используются взаимозаменяемым образом и описывают различные физические механизмы вырабатывания электричества, включая химический. Кроме того, гибридный элемент может содержать дополнительные компоненты аккумулирования энергии, улучшающие характеристики напряжения и тока разрядки элемента, типа супер- или ультраконденсатора, катушки индуктивности высокой эффективности или вторичного элемента с низкой емкостью. Компоненты гибридных элементов можно изготавливать для замены неактивных конструкционных компонентов элемента, типа этикетки, уплотнения, полых клемм и т.д.

Используемый в этом применении термин "регулятор" относится к схеме, которая принимает по меньшей мере один входной сигнал и обеспечивает по меньшей мере один выходной сигнал, который является функцией входного сигнала. Термины "преобразователь постоянного напряжения" и "преобразователь" в этом применении используются взаимозаменяемым образом и относятся к преобразователю переключаемого типа, то есть управляемому прерывателем преобразователю постоянного напряжения, также известному как инвертор для преобразования постоянного тока в переменный, который преобразовывает входное напряжение постоянного тока в требуемое выходное напряжение постоянного тока. Преобразователи постоянного напряжения представляют силовые электронные схемы, которые часто обеспечивают регулируемое выходное напряжение. Преобразователь может обеспечивать повышенный уровень напряжения, пониженный уровень напряжения или регулируемое напряжение относительно одного и того же уровня. В технике известно много различных типов преобразователей постоянного напряжения. Настоящее изобретение по возможности рассматривает использование известных преобразователей или линейных регуляторов, хотя менее выгодно заменяющих предпочтительные преобразователи, описанные в этой заявке, которые способны работать на низких уровнях напряжения, более низких, чем могут функционировать обычные электронные устройства.

"Напряжение отключения" электронного устройства представляет напряжение, ниже которого электрическое или электронное устройство, подсоединенное к батарее, не может функционировать. Таким образом, "напряжение отключения" зависит от устройства, то есть уровень зависит от минимального рабочего напряжения устройства (функциональной конечной точки) или частоты работы (например, должна быть обеспечена возможность зарядки конденсатора в пределах данного интервала времени). Большинство электронных устройств имеют напряжение отключения в диапазоне от приблизительно 1 В до приблизительно 1,2 В, причем некоторые из электронных устройств имеют напряжение отключения, составляющее приблизительно до 0,9 В. Электрические устройства, которые имеют механические движущиеся детали, типа электрических часов, двигателей и электромеханических реле, также имеют напряжение отключения, которое является необходимым для обеспечения тока достаточной величины, чтобы создать электромагнитное поле, достаточно сильное для перемещения механических деталей. Другие электрические устройства, типа карманного фонарика, обычно не имеют напряжения отключения устройства, но когда напряжение батареи, снабжающей их энергией, снижается, выходная мощность (например, интенсивность свечения лампы накаливания) также уменьшается.

Если один гальванический элемент снабжает энергией устройство, имеющее напряжение отключения, гальванический элемент "подвергается" напряжению отключения устройства, при котором батарея должна обеспечивать выходное напряжение, которое больше или равно напряжению отключения устройства, иначе устройство выключится. Однако если два или больше расположенных последовательно гальванических элементов снабжают энергией устройство, то есть электрически подсоединены между положительной входной клеммой и отрицательной входной клеммой, каждый гальванический элемент подвергается части напряжения отключения устройства. Например, если два гальванических элемента соединены последовательно и снабжают энергией устройство, то каждый элемент подвергается половине напряжения отключения устройства. Если три гальванических элемента соединены последовательно и используются для снабжения энергией устройства, тогда каждый гальванический элемент подвергается только одной третьей части напряжения отключения устройства. Таким образом, если последовательно соединены n элементов и снабжают энергией устройство, то каждый элемент подвергается части напряжения отключения устройства, которая может быть определена как напряжение отключения, разделенное на n, где n - целое число. Если два или больше гальванических элементов соединены параллельно для снабжения энергией электронного устройства, то каждый элемент все еще подвергается полному напряжению отключения устройства. Кроме того, в этом применении, если два или больше гальванических элемента соединены последовательно и это последовательное соединение соединено параллельно с одним или больше другими гальваническими элементами, то каждый из соединенных последовательно элементов подвергается такой же части напряжения отключения, как если бы последовательно соединенные гальванические элементы были единственными гальваническими элементами, снабжающими устройство энергией.

Один аспект настоящего изобретения состоит в том, чтобы увеличивать срок службы батареи. В случае первичной батареи срок службы батареи и продолжительность работы батареи являются взаимозаменяемыми и определяются как время цикла разрядки до того момента, когда выходное напряжение батареи упадет ниже минимального рабочего напряжения устройства, которое батарея снабжает энергией, то есть напряжения отключения этого устройства. Хотя продолжительность работы элемента зависит от самого гальванического элемента, то есть истощения всей электрохимической энергии элемента, продолжительность работы батареи зависит от устройства, в котором она используется. Например, электронное устройство, имеющее напряжение отключения, равное приблизительно 1 В, выключится, когда выходное напряжение батареи падает ниже 1 В, даже если гальванический элемент может все еще иметь по меньшей мере 50% ее оставшейся емкости аккумулированной энергии. В этом примере продолжительность работы батареи истекла, потому что она больше не может обеспечивать достаточно высокое напряжение для возбуждения электронного устройства, и батарею обычно выбрасывают. Однако продолжительность работы элемента не истекла, потому что элемент имеет оставшуюся электрохимическую энергию.

Однако перезаряжаемая батарея имеет множество циклов зарядки/разрядки. В перезаряжаемой батарее "циклическая долговечность" определяется в виде количества циклов зарядки/разрядки, которые могут быть достигнуты. Выражение "продолжительность работы батареи" для перезаряжаемой батареи относится ко времени одного цикла разрядки до тех пор, пока выходное напряжение перезаряжаемой батареи не упадет ниже напряжения отключения устройства, которое батарея снабжает энергией, или разрядка прекратится, чтобы обеспечить большую циклическую долговечность батареи. Однако "срок службы батареи" перезаряжаемой батареи относится к общему количеству циклов зарядки/разрядки, в которых каждый цикл разрядки имеет оптимальную продолжительность работы. Выражение "продолжительность работы элемента" перезаряжаемого гальванического элемента означает время, требуемое для достижения оптимальной глубины разрядки элемента в режиме под нагрузкой в течение одного цикла разрядки этого элемента. Как описано выше, циклическая долговечность перезаряжаемой батареи является функцией глубины разрядки, которой подвергается перезаряжаемый элемент. Когда глубина разрядки увеличивается, продолжительность работы батареи также увеличивается, но циклическая долговечность и срок службы батареи снижаются. И наоборот, когда глубина разрядки уменьшается, продолжительность работы батареи также уменьшается, но циклическая долговечность и срок службы батареи увеличиваются. Однако, с точки зрения использования устройства, более короткая продолжительность работы батареи неудобна. Таким образом, для каждой конкретной электрохимии и конструкции перезаряжаемой батареи отношение между глубиной разрядки и циклической долговечностью можно оптимизировать, с целью обеспечения большего срока службы батареи. Один возможный способ оптимизирования срока службы перезаряжаемой батареи состоит, например, в том, чтобы сравнить накопленную отдаваемую энергию, которую можно определить как произведение циклической долговечности (то есть, количества циклов), достигнутой при конкретной глубине разрядки, и количества энергии, восстанавливаемой в каждом из этих циклов.

В этой заявке выражения "период нормальной эксплуатации гальванического элемента" или "период нормальной эксплуатации элемента" также используются независимо от того, является ли гальванический элемент первичным или перезаряжаемым элементом, и соответствуют продолжительности работы батареи в том смысле, что "период нормальной эксплуатации элемента" является периодом времени до тех пор, пока элемент больше не будет полезным в конкретном цикле разрядки из-за того, что гальванический элемент не может больше обеспечивать достаточное напряжение для возбуждения устройства, которое он снабжает электроэнергией. Если продолжительность работы элемента в одноэлементной батарее увеличивается или сокращается, то период нормальной эксплуатации элемента и продолжительность работы батареи также обязательно увеличивается или сокращается, соответственно. Кроме того, выражения "продолжительность работы батареи" одноэлементной батареи и "период нормальной эксплуатации элемента" являются взаимозаменяемыми в том смысле, что если либо "продолжительность работы батареи" одноэлементной батареи, либо "период нормальной эксплуатации элемента" увеличивается или сокращается, то другое из них также будет, соответственно, увеличиваться или сокращаться. Однако в противоположность этому выражение "период нормальной эксплуатации элемента" для конкретного гальванического элемента в многоэлементной батарее не обязательно является взаимозаменяемым с выражением "продолжительность работы батареи" этой многоэлементной батареи, потому что конкретный гальванический элемент может все еще иметь остающийся период нормальной эксплуатации даже после того, как завершится продолжительность работы многоэлементной батареи. Аналогично этому, если продолжительность работы элемента конкретного гальванического элемента в многоэлементной батарее увеличивается или сокращается, продолжительность работы батареи не обязательно увеличивается или сокращается, потому что продолжительность работы батареи может зависеть от напряжения одного или больше других элементов в батарее.

Используемые в этом применении выражения "оптимальная глубина разрядки" или "глубина оптимальной разрядки" перезаряжаемого гальванического элемента относятся к остаточной емкости элемента, которая максимизирует количество циклов зарядки/разрядки и оптимизирует продолжительность работы для каждого цикла разрядки этого элемента. Срок службы перезаряжаемого гальванического элемента может быть значительно сокращен, если элемент разряжается ниже "глубины оптимальной разрядки" для этого элемента (например, до напряжения приблизительно 1,6 В для элемента типа SLA). Глубокая разрядка, например, ионнолитиевого элемента может повредить элемент и уменьшить количество и эффективность будущих циклов зарядки этого элемента. Тем не менее никель-кадмиевый (NiCd) гальванический элемент предпочтительно разряжается более глубоко, чтобы предотвратить эффект "памяти" от укорачивания периода нормальной эксплуатации элемента путем уменьшения продолжительности работы этого элемента в будущих циклах разрядки.

Выражения "электрически подсоединенный", "электрическое соединение" и "электрически связанный" относятся к связям или соединениям, которые обеспечивают возможность для непрерывного протекания тока. Выражения "электронным образом подсоединенный" и "электронное соединение" относятся к соединениям, в которых в путь протекания тока включено электронное устройство типа транзистора или диода.

В этом применении считается, что "электронные соединения" являются подмножеством "электрических соединений", так что, хотя каждое "электронное соединение" считается "электрическим соединен