TW200525854A - Method and apparatus for charging electrochemical cells - Google Patents

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200525854 九、發明說明： 相關申請案之交互參照 ▲此申請案係主張2003年…5日申請之美國臨時申 明案序號60/495，536的優先權，並且本案更是2〇〇3年 月27曰申請之美國异利申請案序號1〇/697,221的部分接續 案，美國專利申請案序號^/697,221則是2001年1〇月19 曰申請的美國專利申請案序號1〇/〇45,934之部分接續案， 每件專利申請案的揭露内容係被納入於此作為參考f即如 同以其整體在此被闡述。 ° 有關聯邦贊助的研究或開發之聲明 不適用。 【發明所屬之技術領域】 本發明係大致有關於二次電化學電池充電器，並且尤 其是有關於一種用於傳送充電電流至例如是鎳氫（NiMH)電 池之可再充電的鎳電池之電池充電器。本發明亦可被利用 在鎳錦（NiCd)電池中。 【先前技術】 為了更大的便利性與可攜性，許多現代的電氣設備及 4費者產都可以從具有標準尺寸及電氣效能的電池汲取 電流來運作。為了便利性與經濟性，各種可再充電的電池 已被開發出來，例如，鎳氫電池與類似者。 當相較於鎳鎘及鋰離子技術時，金屬氫化物電池技術 係以合理的成本提供優異的高效能等級。再者，金屬氫化 物電池具有比NlCd電池高大約5〇%的體積能量密度，並且

I 200525854 ，大約等於鋰離子電池的體積能量密度。 金屬氫化物可再充電的電池典型地係藉由施加固定的 電流而非固定的電壓至該電池而被再充電。以此種方式， 電池電壓會逐漸地增加，直到該電池接近完全充電因而該 電池電壓達到高峰為止。當該電池到達過度充電狀態時， ，其所釋放的熱會造成電池溫度急劇地增高，於是使得電池 。電壓降低。電池壓力在過度充電期間亦急劇地上升，因為 氧氣被產生的量大於該電池所能再化合的量。然而，已知 的疋壓力的變化率大小是比電壓或溫度的變化率大小快數 個級數。因此，習知的固定電流充電中斷方法並無法在不 冒著内部的壓力蓄積、破裂以及電解液洩漏的風險下支援 非常快速的充電速率。為此原因，金屬氯化物電池可被設 置有安全排氣口。 曰一種降低在完全充電的狀態下之壓力蓄積的普遍做法 是提供具有比陰極多40_50%的額外容量之陽極、透氣的隔 板以及有限的電解液，以容納各種氣體的有效擴散。此係 避免氫氣在陽極處之產生，而容許氧與陽極材料再化合。 當電池達到完全充電時，氧氣係繼續在陰極處被產生，但 是氫並未從陽極處被產生。若氫被產生的話，則該電池可 能會因為過大的壓力而破裂。 當可再充電的鎳電池接近完全充電狀態時，氧係在陰 極處被產生。氧氣係擴散橫越一透氣的隔板至陽極，氧氣 係在陽極處被再化合成為氫氧化鎘或是水，即如下所示·· 200525854 1/2〇2(氣體）+ H2〇 + cd4Cd(〇H)2 + 熱 @ 鎘陽極 1/2〇2(氣體）+ H2 — H2〇 +熱@氫化物陽極 因此，該氧再化合反應係控制電池壓力，即如第1圖 一、 :疋 氧氣係橫越该隔板並且與陽極材料反靡。 此種配置的不利點係包含減少的電池容量以及由於陽極帶 有乳化及熱的過度充電造成的劣化所對應之較短的電池週 期壽命。 當達到完全充電狀態時，停止充電一個電池或是複數 個電池以避免由於增加的内部氣體麗力所可能造成的電池 破_漏是所期望的。習知的金屬氫化物可再充電的電 池本身並無法發出信號表示—個適當的充電終止點。因 此，吾人必須依賴在一個關聯的充電器裝置中之昂貴 ㈣傾測電路以判斷何時充電應該結束。充電終止血型地 =仙i電路而根據⑴峰值電池電壓、⑺峰值電池溫度 決:。(3—)充電時間的持續期間、⑷_dv、以及⑽而所 有二點# #用於終止固定電流的充電之已知的方法都 二::二列1°:除了 Γ低的充電速率之外，以時間為基 、、、s止可肖b疋不可靠的，因為電 過度充電的。 0為電池可此在終止之前變成 :據峰值《的充電終止在充電期間的 ::广因為過電麗的狀況在終止之前就可能存在： 下降的終止則必然與氧的再化合以及伴隨之： /皿度上升有關。實際上，此係表示電壓债測必須是正 200525854 確且快速的。除非周圍溫度是穩定的，否則要正確地量測 在電麼上的變化可能是困難的。再者，t充電速率低於〇.3C 時’電塵降的量測將會過小而無法被正確地谓測。K的充 2速率係汲取-個等於該電化學電池m也之額定的容 量之電流。只根據峰值溫度的終止也容易會受到周圍溫度 變化的影響。 根據溫度對時間的變化速率（dT/dt)之終止是務微比偵 測絕對的溫度變化可靠，因為其較不易受到周圍溫度變化 二造成的影響，同時因為在週期壽命上有較小的負面影 響丄然而其仍然是依據對於電池效能及週期壽命有害的熱 而疋的° &是因為溫度增加較快’並且事實上’其係發生 :電屢下降之前。據此，其係具有比其它上述的方法稍微 的破聚及戌漏風險。這讓其成為現今最為普遍使 電終止方法。 70 在&項技術中的其它做法係、6尋求壓力為基礎的機 ’以在壓力超過一個預設的位準時用於斷開在電極以及 =料之間料線。例如，美國專利錢M2M丨5係揭 :—個昼力感應的開關在一個端蓋總成中’該端蓋總成包 =個導電的彈簧構件、一個不導電的支點構件以及一個 的導電構件。該導電的彈簧構件是與在-個末端上之 動」及在另—末端上之可動的導電構件電氣連接。該可 力辦$構件於疋與—個電極電氣連接。當内部的電池壓 其（^ °亥可動的導電構件係施加力在該彈簧構件上， 、x不導電的支點構件上樞轉並且與該端子分開。因 200525854 而’此專利需要第一盘二 #一^ 一其中一個接點可相對於 移動，並且可繞著一個支點旋轉，以便相對於 該另一個接點樞轉。此種配置需要較多不可或缺的部件，、 亚且更需要該些組件以嚴格的容限來加以建構，因而增加 了複雜度及生產成本。 這些技術的其它例子包含有美國專利案號5,747，187、 5,405,715 ^ 5,741,606 > 5,609,972 > 6,018,286 ^ 6,078,244 ,χ ’069,55 1 ’所有廷些專利申請案係被納入於此作為參 考即如同以其整體在此被闡4。某&此類的機構係避免 電池因為壓力引起的破裂，但是在如此做的當中卻永久地 使該電池失去功能。在其它例子中，可逆的開關元件係避 免电池破裂，但卻未能偵測出早期的充電終止狀態以避免 熱蓄積，且確保優異的電池效能及週期壽命。 在另一方面，利用固定電壓的充電，充電電流在電池 可接受較高的電流之充電的開始時是高的，並且接著在該 包池接近完全充電時減少至較低的位準。當固定的電壓充 電時，上述用於固定電流的充電過程之結束的信號是沒有 用的’因為當該電池接近完全充電狀態時，電池電壓是固 疋的’並且該電池溫度會變為平的。就像是固定電流的充 電方法’當充電速率咼於〇3C時，由於控制不住的壓力可 能會損害元件，因此充電時間並無法被使用於固定電壓的 充電。由於這些缺點，找出一種有效的發出終止信號之手 段一直是困難的，因而用於金屬氫氧化物電池之固定電壓 的充電通常已被視為不切實際的。 200525854

利用父流電流的充電，充電電流可以在一個定義的頻 率或是多個頻率的組合下被調變，以產生一個使得該電池 能夠變成已充電的淨正電流。交流電流的充電可以提供快 速的充電，且比固定電流或是固定電壓的充電有較小的壓 力蓄積及較低的溫度增加。然而，當利用交流電流的充電 時，上述用於固定電流的充電過程之結束的信號是沒有用 的，因為當該電池接近完全充電狀態時，難以偵測在電池 電壓上的變化是否超出對於該所施加的交流電流之電壓響 應。因此，要找出一種有效的發出終止信號之手段一直是 困難的，因而用於金屬氫氧化物電池之交流電流的充電也 通系已被視為不切實際的。應該體認到的是，交流電流的 充電係在本揭露内容中都被用來表示一個產生淨正充電之 變化的電流，例如，調變後的交流電流。交流電流例如可 以是半波整流或是全波整流的，以產生一連串的電流脈 衝，或者是交流電流可以藉由所要的直流電流來加以補償。

澳洲公開專利申請案號199926971 A1係揭示一種用於 在一個植入物（implant)中快速充電鎳氫電池之方法，其係藉 由在該植入物中從一個外部的輸電部件經皮的 (transcutaneous)傳輸電力至一個受電的部件。該專利申請案 係考量到最初當内部的電池電阻是低的時候採用快速之高 電流的充電階段，接著是第：較低電流的固定電池電塵的 充電階段之有利條件，以確保該電池只使用至多為電化學 狀態所能容許的能量來充電，因而該電池不會有過度的氣 體生成或是發熱。對該電池有害的影響係被排除且同時維 10 200525854 持=的充電速率。在該案所揭露的方法中，兩個充電階段 之第一 p皆段係包含在該電池電壓上升時容許有相當高的固 定充電電流流到該受電的部件，直到該電池電廢到達一個 預設之限制的充電電壓為止的步驟。在該第二充電階段 中，充電電流係低於該第-階段結束時的電流位準，而該 電池電塵係被保持至少大約在該預設的固定電塵值。在該 澳洲專利申請案中，該第二充電階段是結束在一個相連的 微電子控制器判斷出充電電流相對於時間的變化率並未到 :-個預設的斜率時。此種麻煩的兩步驟之固定電流/固定 電μ的方法是典型見於此項技術中之先前所用的方法。 在美國專射請案號1()/()45,934中，本發明人已認知 到：種能夠接收高的充電電流之可再充電的電化學電池。 在门的充電電流下，除了上述之電池内的塵力蓄積之外， :% θ產生在3亥電池的周圍’而此在充電期間應該加以 又制二再，，電池端子典型地是由鎳所構成，而錄在空氣 +可月匕曰乳化而形成氧化錄在其上，其係比純錄為較不導 笔的。 因此’所需要的是一種用於根據電池溫度㈣測出充 =點之可靠的方法及裝置。降低在充電期間的電池溫 日士間I :期望的’並且藉此延長電池可接受高電流充電之 ::二避免要維護在充電接點與電池端子末端之間的 連接導電度是進一步所期望的。 【發明内容】 χ本毛明的一項特點’ 一種電化學電池充電器係被 11 200525854 提出，其類型為給予電化學電池充電的。該充電器係包含 至少一個適配於容納該電化學電池的電池隔室。該電池隔 室係包含一個適配於接觸該電化學電池的一個正端子之正 充電接點。該電池隔室更包含一個適配於接觸該電化學電 池的一個負端子之負充電接點。該充電器係可以大於4安 培的位準運作，以提供一充電電流至該電化學電池。 根據本發明的另一項特點，一種類型為給予一個電化 學電池充電之電化學電池充電器係被提出。該充電器係包 含至少一個適配於容納該電化學電池的電池隔室。—個空 氣流動系統係被設i，其係、包含__個*設置在t㈣& 隔室處@通氣孔。一„力空氣源係將周^氣吸進該通 氣孔、。該充電器係被配置以提供一大於4安培的充電電流 給該被容納的電化學電池。 仍然是根據本發明的另—項特點，一種方法係被提出 用於充電—個被設置在充電器中之可再充電的電化學電 池。该方法係包含提供由該電池所接收之 的充電之步驟。 文&位早 仍然是根據本發明的另一項特點，一 用於施加充電至充電器中 負端子末端，該充電器係包含 正與負充電接點。該方法係包含充電腔室中之 該充電腔室中’並且將該些電池胃度插入 捧抹以從今此$ ^ 而子抵者對應的充電接點 =以些電池端子移除—個氧化層的步驟 的力係從一個充電接點被施加至一個對，… 對應的電池端子。 12 200525854 =番視以下結合所附的巾請專利範圍所做之各種實施 例的序細次明之後’其它的特點及優點將會變為明顯的， 並且將可獲得對於特定的修改、構成上的變化及物理心 更完整的理解。 【實施方式】 現在晴麥考第2A圖，一個軸向延伸之電池係包含 罐體12,該罐體12係具有閉口端(未顯示)以及一個 1二該開口端13係相對於閉口端而被設置，並且是轴向地 被δ又置在閉口端的下游。一 個而盍總成1 〇係包含一個被固 定在該負罐體12的開σ 而中之正端子端蓋18,以提供封閉 給該電池。尤其，該端蓋她& 1，、钌閉 而盍…成10以及罐體12的開口 在尺寸及形狀上被調整，佶爲 ’、 ^ ^ 使仵知盍總成10在圓柱形之可再 充电的金屬氫化物電池之組梦处 # 〜 、月間月b夠猎由捲曲該負罐體 而岔封地被容納在該開口端中。 的，因而未加以顯示。 罐體的閉口端是習知

一個正（例如，氫氧化錄）電極14係與正端子蓋18 移開的電氣連接，你v 為T 勺八 U下的說明將變得更明顯。該電池更 「個與該罐體12電氣連接的負電極糊如，L二 :::及早獨一種鹼性電解液(例如，氫氧化鉀)或… 屬氫氧化物的組合。該些電極係被設置在—個； 哔的腔室15中，允B站丄 7 ^ lu n 亚且猎由一個隔板1 6 述的罐體1 2以及端蓋總成 匕括上 的正繞組電極u以及負繞組電極^以進一步包括習知 電極的相對尺寸可、^ 、 ” 在其内部中，而這些 、Μ。周以付合電池的物理及電氣規袼。 13 200525854 該正端子蓋18係具有一個小塊(nubbin)2〇,該小塊 的尺寸與形狀係被做成以提供一個正端子給根據本發明的 -項特點所建構之具有一個壓敏開關u的電池。該壓敏開 關Π係包括一個撓性非導電之單穩定的墊環 汗 (二mmet)22，該墊環22係在尺寸及形狀上被調整以穩固地 女衣在該開口端13中。墊環係包含一個徑向的外密封塾 二—個内轂27以及一個實質上徑向地延伸並且將該密封 墊連接至該轂的臂29。塾環22更包含—個被設置在令心的 開口 15，該開口 15係軸向地延伸穿過該轂，在該開口 15中係容納一個導電之捲軸狀的連接器24，該連接哭μ 係具有一對相對地被設置之徑向延伸的外凸緣23。在塾環 =外表面以及端子端蓋18的内表面之間的空間係在端蓋 〜、成10中界定一個腔室17。 曾連接器24係穩固地固定在塾環22的開口中，使得該 =電的連接器與該塾環一致地移動。一個第一環狀的導電 點26(其根據所描緣的實施例是一個金屬塾圈）係圍繞連 =24的轂，並且具有—個與上方的凸緣23電氣接觸之 、面 個第一 ％狀的導電接點28(其亦可以是一個金屬 圈)係圍繞該墊環並且被設置在第一接點％的軸向上游 ^與該第-接點26相鄰。儘管該第—與第二接點26、28 弟2A圖中是圓形板，但是它們可以用其它形狀而加以提 :列如在第3-5圖中所描繪者。接點以係具有一個與該 2盖電氣連接的上表面29,並且與第-接點26的下表面 °夕開的機械(亚且因此是電氣)連接，即如從以下的說明 14 200525854 將變得更明顯者。 該墊環22可以由任何不會不利地影響電池的化學作用 之足夠撓性的、不導電的惰性材料所構成。適當的材料係 包含（但不限於）聚丙烯、聚烯烴與尼龍以及其等同物。、 墊環22的外密封墊25係包含一個向上而且禋向地向 内延伸之外圈唇部38，該唇部38的形狀與尺寸係被做成盘 該罐體的開口端之緊密的密封，以在該電池的内部與外部 之間提供阻障。該唇部38亦在該外密封墊25中部分地界 疋-個腔室’端子端蓋18以及第二接點28的外端係被設 置在該腔室中。該唇部38係呈現一個徑向外的凸面，以容 許該罐體12在電池的組裝期間被捲曲在該墊環u之上。 當Μ 12的軸向下游端在組裝期間被捲曲在該墊環”之 t日守山I么的狁封係被提供在該墊環22、第二接點28以及 鈿子知盍1 8之間，以將該電池的内部與周圍的環境隔離 開—種例如是瀝青或焦油之選配的密封劑亦可被利用在 端蓋總成10與罐體12之間，以加強該密封。 产 個撓性的導電突出部30係將該導電的連接器24電 孔，連接至電池的内部之正電極14。該導電的連接器Μ可 疋個被固疋在中央開口中的圓孔眼或是鉚釘，其係藉 ，〆、末而處捲曲以提供凸緣23來固定墊環22的轂27以 及f I點26。該導電的連接器24係與第一接點26電氣 且貝體的接觸’藉此有助於固定該導電的連接器24到適當 的位置。 第A圖係描繪該端蓋總成在一種低壓狀態中，使得該 15 200525854 - 塾環22是在其穩定的位置中。在此低壓狀態中，正電極j4 係與該正端子蓋1 8經由該導電突出部30、連接器24、第 一接點26以及第二接點28而電氣連接。於是，該電池可 以藉由導入一再充電電流或電壓至該電池而被充電。有利 的是，當該電池之内部的壓力累積到超過一個預設的臨界 值％，該塾環22係沿著箭頭a的方向軸向地向下游收縮（可 逆地），以偏壓該壓敏開關從第2 A圖中所繪的第一位置至 第2B圖中所繪的第二位置。應該體認到的是，該預設的臨 界值可以是依據所要使用的充電類型（例如，固定電流、固 鲁 定電壓、等等）而定，並且可以藉由該墊環所選的材料以及 该臂2 9的厚度與撓性來加以決定。 現在請參考第2B圖，當該電池之内部的壓力超過足以 收、、宿塾環2 2之預设的臨界值時，轂2 7係軸向地向下游被 平移，藉此亦軸向地向下游平移該第一接點而離開該第二 接點28,因而移除第一與第二接點之間的電氣連接。於是， 在小塊2 0處之電氣連接將不會傳輸到電池内的電極^ 4，因 而進一步的充電係被阻止，直到過大壓力的情況消退為止。修 選配的是，一個絕緣的過大壓力止動器32亦可被設置 在由该小塊20所界定的一個内部腔室中。該過大壓力止動 器32亦可以隨所要的被用來預先加載接點壓力，並且當内 邛的電池壓力是高的時候，其可以限制該導電的連接器24 在小塊20的方向上之移動。一個止動墊圈34亦可以選配 地被e又置在该第二接點28以及端子端蓋丨8之間，以限制 忒第一接點在墊環22收縮時的移動，藉此更確保在高壓狀 16 200525854 態期間，在該兩個接點之間的電氣連接將會被分離。 應該體認到的是，複數個電池可被安裝在一個電池組 中’並且其係在充電器之中被串聯連接，該充電器係被配 置以供應一固定的電壓或是固定的電流之充電至該電池。 只要有至少一個電池是包含一個具有在此所述類型之壓敏 開關（假設在每個電池内的壓力都是以類似方式地累積），一 旦在該電池内之壓力啟動該開關而移除在端蓋18與電極14 之間的電氣連通之後，充電將會終止。或者是，每個電池 都可包含該開關，使得一旦其中一個電池到達最大可容許 的内部壓力後，所有電池的充電都會終止。或者是，該此 電池可以並聯連接至一個充電來源，在此例中，每個電池 將包含一個具有在此所述類型之壓敏開關。 第2A-B圖亦描繪一個用於在過大壓力的情況中從電池 排出過度的壓力（氣體）之選配的安全系統。尤其，該導電的 連接器24可以界定一個被設置在中心的壓力釋放通道％， 該壓力釋放通道36係軸向地延伸穿過該連接器24。於是， 在電極處產生之氣體係能夠從電池内部15並且透過通道 軸向地向下游流向端蓋内部17。該端蓋18亦界定一或多個 延伸穿過其之排出口 35，以使得該氣體能夠從端蓋總成1〇 飢到外部裱境。该排出口可以用一種密封（未顯示）來封住非 所要的洩漏，《封係在拉伸強度上適配於一個預選的壓 力位準處而彎曲，以從該電池釋放氣體。該密封可以是可 逆的或是不可逆的。 在此例

或者是，排出口 35可以一直是開放到環境的 17 200525854

中、，至電池内部之可逆的氣密的密封係藉由阻撞該壓力釋 放通道36而被維持。尤其，若該過大壓力止動器32係由 -種例如是橡膠之可適當變形的塑膠材料所構成以用於穷 封壓力釋放通道36與排出口 35時（若其非為開放到環境的 話），則該過大壓力止動器32也可以作用為—個過大壓力的 釋放控制。除了所展示之可變形的材料之外，其它用於可 釋^^播壓力釋放通道的結構係包含（非限制性的）检塞 或疋彈頁。當内部的電池壓力升高到一個足夠高的位準 時，該阻播係從通道36以及排出口 35被推開，以界定一 條攸電池内部至外部環境的壓力釋放路徑。該排氣系統釋 放電池内部的壓力所在的壓力係依據電池可以承受的内部 壓力有多大而定；該過大壓力止動器32的塑膠材料係被選 為會響應於一個期望有排氣的壓力，而在較低壓力下會保 持穩固地在適當處。大致而言，對於金屬氳化物之可再充 電的電池而言，該安全排氣系統係響應於大約600 psig及

更同之電池内部的壓力’更典型地是在大約1 〇⑼至1 psig之間的範圍中。 通過通道36及排出口 35的壓力釋放路徑之開啟與關 閉可以是可逆的，但也可被做成不可逆的，此係藉由採用 一種在第一次壓力升高之後，並不會回復到可以有效地阻 擋該壓力釋放路徑的形狀、尺寸或位置之材料所製成的阻 基物。將會體認到的是，除了在此所揭露者之外的阻塞物 也都可被利用在可逆與不可逆的排氣系統中，即如以下將 會更詳細所述者。 18 200525854 "現在請參考第3圖，端蓋總成的一個具有不可逆的通 乳孔之例子係被騎，其中與在第2a^b圖中所纷者類 以的元件係以相同的參考 匕^ ^ ^ ^ 、 組裝成罐體U前的這些元l編月第5圖係描緣在被 一根據此實施例’該第一接點26不是平坦的，而是包含 :固平坦的令央部份以及四個臂，每個臂都具有一個遠端 广分以及—個連接該遠端與中央部份的過渡部份 ::份與W份彼此並未共平面的。該中央部份係與 “的連接@ 24以及第二接點28電 點U係電氣地連接至端蓋 弟一接 俜 而盖U接點26之母個遠端的部份 二:-個電氣隔離器40而電氣地與端蓋18隔 2:器，係被設置在接點26與端蓋18之間並且與接點 之延端的部份對齊。 除接= 之内部的厂堅力增大時，塾環22係收縮，藉此消 間的翁、塾圈28的電氣連通。在端子端蓋18與電極之 =1連接亦藉此被消除。絕緣體4〇係限制接點26之 蓋τ:的軸向移動’並且進一步防止在接點26之遠端與端 -致：敏間的電乳連通。因此’該第—接點26係與墊環22 曰士應於内部的電池壓力上之變化，並且當内部的塵 /、：日守’其係相當適合促使開關回復至低壓的位置。 被配Γ-5圖的排氣系統亦與第2圖的排氣系統稍微不同地 是戶m其在於壓力釋放通道係被塞入一個黏著地接觸或 例：^接觸之截頭圓錐形的插塞42，該插塞42係適配於 在5 00 i 900 psig之間的高内部的電池壓力下從該 19 200525854 通道被排出。請參考第4圖 子端蓋18延伸至插塞42。 該絕緣體40可以徑向地從端 μ動作期間’當電氣接點26與28之間的電氣連接中 斷時’電流係下降至零。此零電流可被習知的充電器電路(未 -、頁丁）偵測出’並且可被解譯為—個代表該電池是完全充電 的信號1充電器電路接著可以發出充電結束的情況之信 f化些電路係被視為習知的。更重要的是，只有完全的 電流下降需要被偵丨則’而非如同典型在習知的金屬氫化物

再充電系統中需要偵測任何在壓力、電壓、溫度或是電流 速率上之較微小的變化。

該壓敏開關從低壓位置被偏壓到高壓位置所在之内部 的電池壓力(“偏m ”)可以根據電池的尺寸及形狀、充電 速率以及其它例如是周圍溫度的充電條件而改變。例如， 田電池的陽極具有遠高於該電池的陰極之容量時，在低的 過度充電速率下之電池内部的壓力可以穩定在相當低的位 準，例如，30-50 psig。類似地，充電速率越高，則在電池 接近70全充電狀態或是達到過度充電狀態時之電池内部的 壓力將會越高。因&，當開關是為了具有相當高容量的陽 電池而建構時以及/或是#電池將以非常低的速率被充 屯枯，壓敏開關的偏壓壓力應該是低到足以確保當電池到 達完全充電或是過度充電狀態時的充電可被停止。相反 地，當開關被用在具有類似的陽極與陰極容量的電池中， 或是當電池將以高的速率被充電時，偏壓壓.力可被設定在 任何滿足電池安全性的考量之位準，因為電池内部的壓力 20 200525854 毫無疑問地可以到達該偏壓壓力。

然而期望的是，錢„應該具有_個接近當電 到完全充電狀態時之内部的壓力之開關壓力，以避免例如 是過熱的問題。具有該項技術之通常技能者知道如何判斷 在完全充電或是過度充電的時點之電池内部的塵力。大致 而言，對於快速的鎳氫可再充電的電池而t，壓敏開關可 具有在大約5〇psig與500 psigi間的偏麼壓力。所期望的 是’該開關Μ力係具有-個刚㈣或是_psig的下限 以及一個400 psig或是3〇〇psig的上限。 ,現在請參考第6圖，根據一個替代實施例所建構之可 逆的壓敏開關1〇〇係被設置在一個可再充電的鎳電池 的開口端處之正端子蓋1〇2之内。除了該蓋以及其電氣連 接至電池電極之外，該電池1〇4可以是習知的。根據本發 明的特點所做成之電池可以包括捲繞的正電極1〇6與負電 極1 08在其内部中，其中負電極（例如，氫化物電極）係與具 有一個開口端以及一個閉口端的罐體丨丨〇電氣連接，並且 其中正電極（例如，氫氧化鎳）係與該正端子蓋1 02電氣連

接，該正端子蓋1〇2係被固定在該負罐體n〇的開口端中。 该電池係包含一種電解液，典型地是氫氧化鉀。 該電池1 04的開口端係包含一個被設置在該罐體丨i 〇 的開口端中之蓋總成i 12。在製造期間，該負罐體丨1〇的開 〇端係被塑形以密封地容納該蓋總成112在開口端中。該 電池罐體的閉口端並未被繪出而為習知的。該蓋總成1 1 2 係包含該正端子蓋102以及一個壓敏開關1〇〇。 21 200525854 該壓敏開關100係包括—個墊環丨丨4，該墊環i丨4係同 時提供撓性的密封以及主要的彈簧，並且該壓敏開關丨〇〇 係具有一個軸向地延伸穿過其而被設置在中心之導電的連 接器11 6或是“鉚釘”或“梢”。該墊環i丨4可以由任何不會負 面地與該電池的化學作用互相影響而且是足夠地撓性的以 響應於壓力增加而移動來如上所述地偏壓該開關的材料來 加以形成。該墊環114更包含一個向外且向上地延伸的唇 邛1 1 5 ’该唇部11 5的形狀與尺寸被做成以構成該罐體1J 〇 的開口端之緊密的密封，以分開電池的内部與外部。該唇 ^係產生一個徑向地面向内的空隙117，該空隙117係被端 蓋總成組件所佔用，即如以下將會更詳細所述者。在所描 綠的實施例中，該唇部115係具有凸面的外表面以容納該 罐體110之凹面的内表面’此係容許該罐體在電池組裝期 ，被捲曲到適當的位置。一種例如是遞青或焦油之選配的 密封劑亦可被利用到蓋總成n2與罐體丨10之間，以進一 步密封該開口端。 -個導電突出部118係將該中央的導電梢116朝向電 池内部地電氣連接至正電極1G6。該中央梢116亦朝向該電 池外部地與—個接點環12G電氣接觸，該接點12Q亦作 用以固定該中央梢到其位置上。接點| U 4c 1 9 9 J： 個和接點 ^ 中央梢116的塾圈，其係被設置在—個 的腔室m中’該腔室126是由該正端子蓋 :性的塾環114所界定出的。因此，接點環⑽物： 央梢⑴固定電氣連通的。被固定在該空隙"7中的：一 22 200525854 個圓形的導電接點板122以及該正端子蓋ι〇2，該正端子苗 H)2係具有-個尺寸與形狀被做成提供電池iq4 —個標準: 正端子之小塊124。因此，當電池1〇4是在第6圖所緣的低 壓狀態中時’該接點板122係與前述的正端蓋ι〇2以及接 點環12G兩者電氣連接。於是，該小塊124係經由端蓋⑻、 接點板122、接點環12G、中央導體ιΐ6以及突出部⑴， 以與電極106電氣連通。 在動作亥塾％ 114係響應於高的内部電池壓力而 向外收縮。當内部的電池壓力大到足夠使得塾冑ιΐ4收縮 φ 時，該中央梢116係被推向該過大壓力止動器128，藉此將 接點板1 2 0車由向地偏離接點知〗〇 土 场離接點扳122(未顯不）。在接點環120 以及接黑“反122之間的電氣連接係終止，因而終止了在該 小塊124以及電極106之間的電氣連通。因此阻止了進一 步的充電。有利的是’該開關i〇〇是可逆的，其在於一旦 該過大壓力情況消退後，接點環m以及接點板之間的i =便被重新建立。同樣被設置在蓋總成112的腔室中的正 而子皿小塊124之内表面上的是一個非導電的過大壓力止 籲 動器128’該止動器128亦可隨所要地被用來預先加載接點 壓力。 如上所述，一旦過大壓力情況存在於電池丨〇4内，則 在接點120與122之間的電氣接觸係被斷開，在電池ι〇4 内之電流係下降至零，電流可被習知的充電器電路憤 測出，並且可被解譯為一個代表該電池是完全充電的信 號。該充電器電路接著可以發出充電終止的信號。這些電 23 200525854 路係被視為習知的。如上所指出者，壓力的上升係發生在 電池中的氣體生成之後，但其發生在縮短電池週期壽命之 有害的溫度上升之前。 現在請參考第7圖，根據一個替代實施例之可逆的壓 敏開關150係被描繪。尤其，電池154係包括一個負罐體 152’該負罐體152具有一個形狀被做成在製造期間容納及 始、封該蓋總成1 72於其中的開口端。該電池罐體的其餘部 分係習知的。該蓋總成172係、包含具有小塊157的正端子

蓋156,該丨塊157白勺尺寸與形狀被做成來提供一個正端子 給該電池。

在第7圖中所繪之調節的開關15〇係包含一個撓性白 墊環158,該塾環158在尺寸及形狀上適配於穩固地安裝 該開口端中並且具有一個穿過其之中央開口。一個導電白 連接器160係穩固地固定在該中央開口内，使得該導電备 連接器與撓性的墊環152-致地移動。—個第—導電^ 點162係圍繞該連接器16G並且與該連接器固定電痛 連通的。一個第二導電的接，點164係從塾環158之徑向^ 外壁而徑向地向内延伸，使得其上表面的至少一部份係輕 向地與接點162的下表面對齊，並且與接點〗62的下表面 為可分離的接觸。一個止動器166係被設置在接點162之 由向的下游處’並且其係限制塾環158之軸向的位移。— 緣層168係被設置在接點162以及止動器166之間。 方'疋，s亥止動器1 66並不構成電路的部分。 該塾環1 5 8可以由任何不會不利地影響電池的化學作 24 200525854 用之足夠地撓性、不導電的惰性材料來加以形成。適當的 材料係包含（但不限於）聚丙烯、聚烯烴與尼龍以及其等同 物。依據該開關元件的配置，開關15〇可以響應於壓力、 溫度或是兩者’即如從以下的說明將變得更明顯者。 该端子蓋156以及撓性的墊環158係在該蓋總成172 内界疋出一個腔室17〇，而該第一與第二接點162與^料以 及止動器166係被設置在該腔室17〇中。儘管第一與第二 接點162與！64在第7圖中被描纷是圓形的墊圈板，但是 其可用其它如上所述的形狀及尺寸而被提供。該第二接·點鲁 164係包含接近其徑向内部的邊緣之三個突出部I”，該些 突出部174係軸向地延伸朝向該第一接黑占162並且彼此間 隔開120。。當内部㈣力小於—個預設的臨界值時（該臨界 值大部份是由墊環158的撓性所決定），突出部174係與第 一接點162的下表面連接以藉此完成電路’因而容許該 池被充電。 /

一個導電突出部（未顯示）係以上述的方式，將該中央 導電梢160朝向電池内部地電氣連接至正電極。塾環^ 的轂係進一步作用以固定該中央梢16〇在其適杏的2置 處。被固定在塾環丨58的外圈唇部上的是圓形^導電接 板164以及正端子蓋15卜該接點板164 ‘ ^ ^ 亍、共則述的正端 以及接點環162電氣連接，儘管其盘接 〜接點裱162的連接 高的溫度或壓力情況存在時會中斷。 如上所述，該端蓋總成172亦可白 广k 括—個用於減輕 池壓力的系統。類似在第3圖與第4圖中所、+、+ 口甲所4者，當該 25 200525854 件包括一個排氣系統，該導電的連接器1 60可以界定一個 牙過其之壓力釋放通道，以供氣體從該撓性的墊環1π之 第側邊的电池内部流入在第二側邊的端蓋總成丨72。該電 池端蓋156亦界定一或多個延伸穿過其之排出口 176，以供 氣體從該端蓋總成172流到外部環境。該排氣機構可以是 可逆的或是不可逆白勺。若所述的排氣系統未被採用時，則 其它的排氣機構亦可被設置。 在動作中，該墊環1 58係響應於高的内部電池壓力而 軸向地向下游地朝向正端蓋156收縮（可逆地）並且對抗該 止動器166的彈力。因此，該調節的開關150係從關閉的 位置（被描繪在第7圖中）被偏壓至-個開啟的位置（未顯 :)，其中該中央梢16〇係與塾環158—致而轴向地向下游 私動。於是’言玄第-電氣接點162係變成從第二接點164 ^多開’因而未接觸突出部m。在接點環162與接點板 之間的電氣接觸係因此斷開，因而防止進一步的充電， 直_過大壓力的情況消退且該塾環回到第？圖中所繪的 :置’亚且在接點162肖164之間的電氣連接被重新建立 马止。 的松44 : 7圖中所繪的止動器1 “更可以由-種響應溫度 的材料來加以製成， 合改μ 忒材枓在到達一個預先定義的溫度時 ::形狀。以此種方式，止動器可被塑造成在某個内部 央：池溫度下可逆地偏斜或變形，藉此降低或消除在該中 ^上預先加載的力’因而降低斷開在接點環與接點板 的電氣接觸所需之壓力。以此種方式，潛在有害的溫 26 200525854 度上升係被避免，即使是該電池内沒有過大壓力的情況存 在亦是如此。在動作中，當該電池達到一個預先定義的溫 度時，該止動器166可以可逆地偏斜或是變形，並且將該 導電的連接器162從接點板164處拉開，因此斷開在該接 點環與接點板之間的電氣接觸。或者是，該止動器166可 以連接至该導電的連接器或中央梢丨6〇以及該頂端蓋。 儘管任何響應溫度的材料都可被利用，但該止動器亦 可以由一種雙金屬所形成，該雙金屬是由兩層具有不同的 熱月罗脹係數之金屬或合金或是其它材料所構成的。其中一 層具有較高的熱膨脹係數’而另—層具有較低的熱膨服係 數。、此係使得該雙金屬[種可以藉由在每層中所用的金 屬=金之選擇來加以界定的方式，以響應於溫度而偏斜 或是變形。或者是’―種形狀記憶材料可被用來形成該響 應溫度的止動器166，例如，鎳鈦合金。 曰 該響應溫度的止動器166可以額外地運作為一個壓敏 彻。形狀記憶材料係包含鎳鈦、銅鋅紹或是銅铭鎳的 …這些材料係被預先形成為如圖所示之凹面的盤形狀 166 1作用為彈簧並且施加—個具有預先決定大小的力， 為了電氣連貫性而將該導電接點162以及接點板164 起。這些材料係能夠在被加熱到一個預先決定的 -又日K形且變平、或是當内部的壓力到達一個預先決定 變平。已經發現輪，用於鎳金屬氯化物或 疋……/也的這些材料之最期望的溫度範 l〇〇°C之間。 牡川 27 200525854 應該進一步體認到的是’該些根據任何先前實施例所 犏％的止動器亦可以被建構為響應於溫度以及/或是壓力。 如上所述，該充電器可以根據在電池内之零電流或是 當充電時間已經到達-個預先決定的值而推斷出充電已經 終止。該充電器接著可以中斷充電，或者是可繼續充電， 在此情形中，該壓敏開關將會持續開啟與關閉。因此，充 電將會繼續，直到計時器到達—個預設值的終止點為止。 此種充電模式在以—個快於3 0分鐘的速率充電時可能是特 別有利的，其中壓力在該電池接近完全充電的狀態時會顯 _ 著地增加，並且由該壓力開關機構所提供的電流之通斷將 會持續升高該充電至最大的充電狀態。若該電池正以一個 非常快速的充電速率（在30分鐘或是更短的時間内充電終 止）而在固定的電壓、固定的電流或是交流電流下被充電 時，該電池可能只被充電到大約7〇_9〇%，因為已知的是， 在充電期間之内部的電池壓力在完全的電池充電之前就會 增加。本案發明人已經判斷出的是’當要達成非常快速= 充電速率時（在30分鐘或是更短時間内充電終止），固定電 _ 壓的充電比固定電流或是交流較為有利的’因為在固定電 I下，充電電流持續減少直到充電結束， ％ 並未像在固定電流下的充電一樣快速地上升：= 開關的打開之前，冑達85-9〇%的充電可以用固定的電壓來 加以達成，相較於用交流電流的8〇-85%以及用固定電流的 65-70%。在某些例子中，利用根據本發明的特點所提出之 開關而達成的快速充電係抵銷與電池的僅有部分充電相關 28 200525854 。之缺點。 在其它例子中，犧牲時間來確保電池已變成被完全充 電的，此可能是所期望的。在此例中，一旦充電器偵測到 零電流之後，該充電器係等待直到該電池之内部的壓力消 退為止，並且接著量測該電池的〇cv(壓力釋放的通氣孔在 此種電池中將會是特別有利的，以最小化電池的減壓時 間）。根據該OCV，該充電器可以判斷電池是否已經被完全 充電。 例如，已知的是，被完全充電的金屬氫化物電池將會 具有1.42V的OCV。於是，若正被充電的電池之〇cv已經 超過預設的1.42-1.48V臨界值時，該充電器將會判斷該電 池疋被完全充電的。若未超過的話，該充電器將會推斷出 忒電池尚未被完全充電。於是，一旦在電池内之壓力已經 消散’使得在接點之間的電氣連接被建立之後，該充電器 將再次使該電池受到交流或是固定電流的充電，直到電池 内°卩的壓力斷開该電氣連接為止。此重覆的過程可以持 績，直到該電池達到一個預設的〇cv或是一個預設的重覆 人數為止，充電為在該時點將會提供一個適當的訊息給使 用者，例如，藉由點亮一個指示器。或者是，使用者可以 L擇充電終止（例如，的容量），充電器在該時點將會計 #出對應的OCV，並且當該電池已經到達使用者選擇的充 迅終止臨界值時終止充電。 當利用固定電流或是交流電流充電時，此過程將更會 是所期立的’因為壓力已知是在電池被完全充電之前就會 29 200525854 顯著地蓄積。若固定電壓的充電被應用至電池時，所預期 到的是，該電池在第一次循環之後實質上將會是被完全充 電的，因而容許充電器能夠偵測到零電流並且指出該電池 是被完全充電的。儘管上述的零電流方法亦可結合固定電 流以及交流電流的充電而被利用，但是該電池在第一次猶 環終止時可能尚未被完全充電。

在此所繪及描述之可逆的開關之一項優點是充電終止 的偵測和氧的再化合無關。因此，不再需要提供額外的陽 極谷！。在陰極處之氧以及在陽極處之氫可被釋出。兩種 乳體都會貢獻壓力。在此例中，| 了在電池容量上的淨增 加，陽極容量可被做成等於陰極容量。當充電電流停止時 氧係和氫再化合以形成水：1/202+h2~>H20。 一另一項優點是可利用一個不透氣的隔板。此係免除在 隔板内需要有開放的流動通道以供氣體和陽極再化合的需 求，該開放的流動通道原本會促使隔板變乾，因而電池： 週期壽命受到㈣。在有著在此所述的類型之歸開關之

L額外的電解液可以填人該些通道，藉此增加週期 以及放電效率。 乃一孭熳點是並未採 ▼〜’η 甩吩 束的情況，因而降低相關的充電器裝置之成本^ 另一項優點是充電可以在比習 推—y 匕白知的電池更快的速ί 仃。例如，根據本發明的某此 jh ^ ^ ^ —付點之可再充電的金；! 化物電池可以在45分鐘或是 / 铲—、e $ 飞疋吏紐的時間、或者是在3< 、里或疋更短的時間、且或者是在2〇 刀4里或疋更短的時 30 200525854 被充電例如，對於NiMH 2.3Ah的AA電池以及〇.8Ah的 AAA電池而言為小於15分鐘或是1〇分鐘，然而習知的電 池需要大約1小時或是更長的時間來充電（i.2c)。充電速率 可被加速，這是因為有關在充電結束時之過大壓力以及高 溫的情況之顧慮可被消除之緣故。就此點而言，快速的充 電可以在小於一小時的速率下被達成。 另一項優點是在此所述類型的電池可以具有較高的陽 極材料與陰極材料之平衡，並且因此其亦可以具有比習知 的可再充電的金屬氫化物電池更高的容量。不同於其中陽 極具有比陰極多40_50%額外的容量之習知的電池，此所述 類型的電池可以具有在〇·9:卜"：1之間的陽極材料對陰 極材料之重量比。 羽另項優點是可以做成不透氣的隔板，其可以被製成 “技術更薄且更密，而留給電池内之電解液更大的空 間。其週期壽命係藉此增長，放電效率亦被增進。 、，尤其，在陰極處之氧以及在陽極處之氫可在充電期間 破釋出。兩種氣體都會貢獻壓力。在此例中，為了在電池 上的淨增加，陽極容量可被做成等於陰極容量。當充 %電机V止日守，氧係和氫再化合以形成水·· ^ 〇2+η2^η2ο 〇因為，在此實施例中，該隔板可以是不透 因此在習知技術的電池中，用於防止隔板完全飽和 、电解液填充上之限制係被消除。 再者’儘管習知技術之可再充電的金屬氯化物電池之 ’型是包括ΑΒ5類型的合金，但採用較高容量的αβ2 31 200525854 『口孟亦疋可行的’❿AB2合金傳統上因為過大壓力的考量 而在此種電池中原本是不受青睞的。 一種充電一個或複數個包含該壓敏開關的電池之方法 亦被提出。該方法係包括步驟有··連接該電池至一個例如 疋專用的充甩态之電源、&電該電池直到該電池内部的壓 力達到-個預設的位準為止，之後該開關係被偏壓至高壓 力的位置並且該充電電路係被中斷。當該充電電路被中斷 在充電電流上的下降至零可以人工地或是自動地被注 心到被用來充電該電池的充電器可以包含用於偵測零充 讀| 包电/灿的電路或是被設定至一個預先決定的值或終止之計 h•叩以及一個用於顯示充電已經終止的指示器。或者是， 如上所述，该充電器可以進行複數次充電循環，以提供該 電池完全的充電。 儘管任何類型的方法都可被用來充電結合一個如同在 此所述之可逆的開關之電池，但是固定電壓的充電方法是 所期望的，因為電流被容許在充電進行時可追尋其本身漸 減的位準，而不必考量該電池將會遭受過度充電或是過大 Φ 壓力。在固定被施加的電壓之充電方法下，由於電池電壓 在充電期間會增加，因此電流係自動地降低，直到充電結 束為止。於是，充電電流在電池的充電接受度是高的充電 開始之際為高的，而朝著電池的充電接受度逐漸被降低之 充電結束時會漸減至較低的充電電流。而昂貴且複雜的充 電控制是不必要的。流入電池的電流係藉由電池的内部電 乂及電池本身的充電狀態來加以調節。當電池到達完全 32 200525854 .充電時’增加的内部壓力將會啟動該麼力開關以中斷充 電。於是，當充電器指出充電已經終止時，該電池將會是 在完全充電或是接近完全充電的狀態下。 有利的疋，亚聯的電池串可以用相同的電壓源來加以 充電。多個串聯的電池亦可以藉由接收等於該電池的開路 電壓再加上由電池的内部電阻以及該電路之預先設置的電 阻所造成之過電壓的充電電壓而一起被充電。有利的是， $固定電壓的充電下，甚至比固定電流的充電更快速之充 私速率亦可被達成，這是因為其能夠在電池可接受較高電 _ 流之充電的開始之際增加充電電流所造成的。 “ ’、、、:而應"亥體涊到的是，本發明係同樣可應用到固定 電流以及交流電流的充電。如上所述，已知的是金屬氣化 物電池内的壓力在電池充電實質上是完成時會快速地上 升。如上所指出者，壓力的上升係發生在電池中的氣體生 成之後，但其係發生在可能縮短電池週期壽命之有害的溫 度上升之前。因此，當壓力開始上升並且在破壞性的過大 I力的情況開始之前就終止充電是所要的。 鲁 實例 為了在15分鐘或是更短的時間内充電鎳氫電池，對於 •個具有30-40毫歐姆的内部電阻（藉由電池〇cv與電池電 t之間的電壓差，以6秒的間隔在丨〇安培電流下所判斷出') 之AA電池而言，固定的充電電壓可以是大約1.6V至 」65V。對於具有較低的内部電阻之電池（例如，具有1〇-2〇 '姆的内部電阻之c尺寸的電池），可以施加低於1 6 v 33 200525854 而高於K5V的充電電屢。本案發明人已經憑經驗判斷出者 周圍溫度高於冰點時，固定電麼的充電是所要的，而田 圍溫度低於冰點時，固定的電流充電係所要的。 在端蓋總成十包含一個壓敏開關之市售的AA以及 AAA鎳氫電池係在15至3〇分鐘内被完全充電，並且在壓 敏開關被偏塵至高壓的狀態時充電係被終止。壓力作號β 且可再現的’甚至在延長的循環亦是如此。當周：： 度高於冰點時，固定電壓的充電方法已被展示為較有利 的。當周圍溫度低於冰點時，固定電流的方法是較有效的。 ΑΑ型賭Η消費者所用的電池之壓力升高及下降的斜率在 循環的過程期間仍缺县★日者m ^ ^ 力U4疋相S固定的。當利用固定電壓時， 在k間上Ik者電池變成被完全充電之電流漸減的效應係導 致有較低的壓力升高。對於同樣的充電期間，在電流上的 下降亦產生較低的溫度上升。充電已被證明在較高的電壓 下是較快速的，儘管在此種情形下亦注意到有較高的電池 溫度。 士上所述’已知在金屬氫化物電池内部的壓力在電池 充電實質上完成時會快速地上升。尤其，壓力的上升係發 =在電池中的氣體生成之後，但其係發生在縮短電池週期 可P，有害的/皿度上升之前。因此’以一種降低破壞性的 過大壓力或是過熱情況的可能性之方式來充電電池是所要 的。 固疋電流的充電方法或是固定電壓的充電方法或是其 之種、、且口的方法，例如，固定的電流接著是固定的電壓 34 200525854 之組合的方法， 之、、且a的方法，都可以根據本發明的特 點而被利用。交流

雜的充電控制電子電路是不必要的。

流或是電壓波形。

導出的交流電流來充電l600mAh鎳氫電池之電池壓力及溫 _ 度，該電源被全波整流而產生120HZ的交流電流頻率。相 較於固定或是直流的電流充電，其在電池壓力及溫度上的 變化於充電的結束時是較低的。 第9圖係顯示利用如第8圖中的交流電流來充電 1600mAh鎳氫電池之電池壓力及溫度。相較於固定或是直 流的電壓充電，其在電池壓力及溫度上的變化於充電的結 束時是較低的。 在此所描繪的例子係利用從一般的6〇Hz輸電線電源導 出之全波整流後的電流。由本案的揭示内容所涵蓋之其它 貝知例係包含全波整流後的交流電麼或是半波整流後的正 弦曲線的交流電流或電壓。另一實施例是具有任意頻率的 交流電流或電壓之充電。另一實施例是由任意波形所構成 的交流電流或電壓，其包含方波、三角波（或鋸齒波）或是任 意的波形或波形的組合。另一實施例是整流與未整流的由 任思頻率或是頻率的組合、或是任意波形或波形的組合所 35 200525854 -構成之交流電流或電壓的組合。有利的是，這些充電方法 中的任何一種都可以被具有如上所述的壓敏開關之電池加 以利用。 現在請參考第10圖，其係描繪正在以165V之固定電 壓充電的四個1600mAh鎳氫電池之群組的電池内部之壓力 對時間之關係。該内部壓力在電池於丨2分鐘内到達完全充 電時升高至300 psig。壓力在該電池放電之後回到最初的狀 態。此係證實鎳氫電池的内部壓力是以一種可預測的方式 上升及下降，其可被利用作為一個可靠的信號來終止高速 _ 的充電。當壓力被用作為一個充電終止信號時，電池的群 組因此能夠可靠地被充電及放電。 現在請參考第11圖，一個1300rnAh的NiMH電池之典 型的充電與放電特徵係在3A之固定電流的充電下、接著是 1A放電至1V時所量測的。其壓力、溫度與電壓是相對於 時間而被量測及描繪。此係說明了壓力是一個比溫度及電 壓更強的用於充電終止之信號。壓力係以遠快於溫度及電 壓的速率升高，因此壓力是一個較溫度及電壓更為適合用 _ 於充電終止的信號。 現在請參考第12-14圖，在循環過程的期間之壓力上升 及下降的斜率相較於在第1 5圖中所描繪的電壓係維持相當 固定的。此係進一步指出壓力作為一個用於電池的充電終 止點之指標的可靠性。 請參考第16圖，三個1600mAh鎳氫電池係受到3·7α 的固定電流充電及放電1 5 0次。在週期1以及週期1 5 〇處 36 200525854 之電池的内部壓力係相對於時間而被展示及描繪。此進- =明了壓力信號是隨著週期壽命以及不同的電池尺寸與 各量都是可再現的。 月參考第1 7圖’甚至兩個更小的55〇爪从錄氮電池係 :聯連接，並且在每個電池為165V之下以固定電壓的充 電來源來加以充電。其内部壓力、溫度以及電流量係相對 於時間而被量測及描繪。 ^第1 8圖係對於一個在6A之固定電流下被充電的第一 包池以及一個纟1·65ν之固定電壓下被充電的第二電池描 纷内部的電池壓力為容量的_個函數。第Η圖係對於該第 :及第二電池描繪電池的電流為容量的一個函數。第20圖 係對於名第一及第二電池描繪内部的電池溫度為容量的一 们函數。第21圖係對於該第—及第二電池描繪電池電壓為 各量的一個函數。如圖所繪，固定電壓相對於固定電流之 一項重大的優點是隨著電池電壓上升接近所施加的電壓 ¥ ’充電電流在朝向充電結束時會漸減的能力。該漸減的 放應係在充電結束時產生較低的壓力升高以及較低的溫度 上升，藉此使得電池能夠變成被完全充電的。對於同樣的 充電期間而言，在電流上的下降亦產生較低的淨溫度上升。 現在清爹考第22圖，針對在兩個不同的電壓條件下充 電之兩個電池的電池溫度與充電輸入容量係被描繪為時間 的函數。可觀察到的是，對於具有相同的内部電阻之電池 而言’較高的充電電壓係產生較高的充電電流。於是，在 較南的電壓下充電是較快的，但是在較高的充電電壓下之 37 200525854 :池：：較熱的。此圖進一步說明了在較高的充電電壓 電雷屙M U充電狀悲。此亦顯示在較高的充 電池的情形中’當該壓力起動的開關開啟時，電 續：：=為開關的開閉狀況而下降。電池在此狀態下持 " ，但部是在由該壓力開關所提供之較低的溫 度種^斷續的電流情況下充電。這是具有壓力 一種用於调節充電結束的情況之機構的一項優點。

:在請參考第23圖’根據另—替代實施例所建構之轴 伸的電池係包含一個罐體312,其具有閉口端（未顯示、 以及-個相對著該閉口端且在閉口端的軸向下游處被設置 的開口端313。-個蓋總成31()係包含—個被固定在負罐體 312的開口玄而中之正端子端蓋318，以提供封閉給該電池。 尤其，該端蓋總成310以及罐體312的開口端係在尺寸及 形狀上被調整，使得該端蓋總成31〇在圓柱形之可再充電 的金屬氫化物電池之組裝期間藉由捲曲該負罐體而宓

封地被容納在該開口端中。該罐體的閉口端是習知的，： 而未力17以展示。 個正（例如，氫氧化鎳）電極3 1 4係與該正端子蓋3 J 8 為可移開的電氣連接，即如從以下的說明將變得更明顯 者。該電池更包含一個與該罐體3 12電氣連接的負電極 321(例如，氫化物電極）以及單獨一種鹼性電解液（例如，氫 氧化鉀）或是與其它的鹼金屬氫氧化物之組合。該些電極係 被設置在一個内部的腔室341中，並且藉由一個隔板η/ 隔開。一個包括該罐體312以及端蓋總成31〇的電池可以 38 200525854 進步包括白1知的正繞組電極314以及負繞組電極在 其内4中，儘官X!些電極的相對尺寸可被調整以符合電池 的物理及電氣規格。 該正端子蓋318係具有一個小塊32〇，該小塊32〇的尺 寸與形狀係被做成以提供一個正端子給該具有一個壓敏開 關3 1 1的電池。該爆絲 敏開關3 1 1係包括一個具有墊環322 的型恶之撓性非導電之單穩定的構件，該塾環如係在尺 寸及形狀上被調整以穩固地安裝在該開口端3中。塾環 322—係包含—個徑向的外密封塾325、-個内較327以及一 個貫質上徑向地延伸並且將該密封塾連接至該較的臂 9墊％ 322更包含一個被設置在中心的開口 3$，該開 口 315係軸向地延伸穿過該轂”7,在該開口 315中係容納 個具有圓孔眼324的形式之導電的連接器，該連接器係 具有一對相對地被設置之徑向延伸的外凸緣323。在墊環 —、卜表面以及立而子端盍3 1 8的内表面之間的空間係在該 知盍總成31〇中界定—個腔室317。臂329係徑向地延伸穿 :“ 口而相較於其臂是徑向地延伸且軸向地朝向負 端延伸的電池，該電池係減小腔室317的體積。可用於電 池31〇之有效的電池組件之内部體積亦因此增加，而相對 應地增加了電池容量。根據此實施例，該小塊320的上表 面至塾環322的下表面之間的距離大約是3 8麵，藉此容 §午較局的電極堆疊高度被設置在該電池之内。 厂首連接器' 324係穩固地固定在墊環322的開口中，使得 β ¥電的連接器與該墊環一致地移動。一個第一環狀的導 39 200525854 电接””έ 326(其根據所描繪的實施例是一個金屬墊圈）係圍繞 、°° 324的轂，並且具有一個與上方的凸緣323電氣接 觸之上表面。一個第二環狀的導電接點其亦可以是一 個金屬墊圈）係圍繞該墊環並且被設置在第—接點⑽的抽 向上游處且與該第一接點326相鄰。儘管該第一與第二接 點326、328在第23圖中是圓柱形的板，但是它們可以用 如上所述的其它形狀而加以提供。一個彈簧構件州係被 叹置在墊核臂329的上表面以及接點328的下表面之間， 以便於將接點328向外偏壓，使得接點328的上表面351 與该端子蓋318電氣連接，並且與第一接點326的下表面 為可移開的機械(並且因此是電氣)連接，即如從以下的說明 將變得更明顯者。彈簧構件334可以是不導電的。 该墊環322可以由任何不會不利地影響電池的化學作 用之足夠地挽性、不導電的惰性材料來加以形成。適當的 材料係包含（但不限於）聚丙稀、聚稀烴與尼龍及其等同物。 塾環322的外密封塾325係包含一個向上而且徑向地 向内延伸之外圈唇部338,該唇部338的形狀與尺寸係被做 成與該罐體的開口端緊密的密封，以在該電池的内部與外 部之間提供阻障。該唇部338亦在該外密封塾325中部分 地界定-個腔室’端子端蓋318以及第二接點似的外端 係被設置在該腔室中。該唇部338係呈現一個徑向外的凸 面’以容許該罐體312在電池的組裝期間被捲曲在該塾環 322之上。當罐體312的軸向下游端在組裝期間被捲曲在該 墊環322之上時，緊密的密封係被提供在該墊環η?、第二 200525854 接’.’、έ 3 2 8以及端子端蓋3丨8之間，以將該電池的内部與周 圍的環境隔離開。一種例如是瀝青或焦油之選配的密^劑 亦可被利用在端蓋總成3 10以及罐體312之間，以加強今 密封。 Μ ^ 一個撓性的導電突出部330係將該導電的連接器324 兒氣地連接至電池的内部中之正電極3 14。該導電的連接器 可以是一個被固定在中央開口中的圓孔眼或是鉚釘，其 係藉由在其末端處捲曲以提供凸緣323來固定墊環322的

章又327以及第一接點326。該導電的連接器324係與第一接 ”占3 26電氣且貫體的接觸，藉此有助於固定該導電的連接 為3 24到適當的位置。

第23圖係描繪該端蓋總成在一種低壓狀態中，使得言 塾環322是在其穩定的位置中。在此低隸態中，正電極 14係與该正端子蓋318經由該導電突出部33〇、連接器 324、第一接點326以及第二接點328而電氣連接。於是， 該電池可以藉由導入一再充電電流或電壓至該電池而被充 電。有利的是，當該電池之内部的壓力累積到超過一個預 設的臨界值時，該墊環322係沿著箭頭b的方向軸向地食 :游收縮（可逆地），以偏壓該壓敏開關從第23圖中所繪的 ，一關閉的位置至一個第二開啟的位置。應該體認到的 是，該預設的臨界值可以是依據所要使用的充電類型（例 ^疋電流、固定電壓、等等）而定，並且可以藉由該墊 裱所選的材料以及該臂329的厚度與撓性來加以決定。 田電池之内部壓力超過足以收縮該墊環322之預設的 41 200525854 臨界值時，轂327被軸向地向下游平移，藉此亦從第二接 點328轴向地向下游平移開第一接點326，因而消除兩者間 的電氣連接。於是，在該小塊32〇處之電氣連接將不會傳 輪到電池内之電極3 14，因而進一步的充電係被避免，直到 該過大壓力的情況消退為止。 第23圖亦描繪一種選配的用於在過大壓力的情況中從 電池排出過度的壓力（氣體）之安全系統。尤其，該導電的^ 接器324可以界定一個軸向地延伸穿過其之被設置在中心 的壓力釋放通道343。一個可由橡膠或其它適當之柔性材料 做f的插塞345係被設置在通道343中，並且其係提供二 種始、封以避免增壓的氣體流過該通道343。於是，當氣體產 生在電極處時，壓力係累積在電池内部341之中。—旦廢 J達個預设之最大臨界值時，則插塞係沿著箭頭B的 =向，軸向地向下游被偏壓而進入端蓋的内部317。由於插 塞345不會再度密封通道343,因此在第幻圖中所繪的排 =機構是不可逆的。該端蓋318係界定一或多個延伸穿過 St排出口 355，以使得氣體能夠從端蓋總成310流到外部 % ^。排出口 355可以用一種密封（未顯示）來封住非所要的 Λ漏，該密封係在拉伸強度上適配於一個預選的壓力位準 奏曲，以從該電池釋放氣體。該密封可以是可逆的或 是不可逆的。或者是，如圖所繪，排出口 355可以一直是 :放到環境中㈣，在此例中，該電池的内部在正常的動： 期間之氣密的密封係藉由阻擋該壓力釋放通道343而被 >3» r\ * 42 200525854

現在請參考第24圖，電池3 1〇係被描繪具有如第u 圖中所緣之壓敏開關3U，但是具有一種不同的排氣結構 2其，插塞345係包含一個軸向地延伸穿過通道343之頸 邛3 5 3，並且其係界定一個内部的軸向延伸之通道3 $ 9。一 個橫向臂357係被設置在插塞345的軸向外端處，並且: 係在正常的動作期間提供對於通道的密封，以避免氣體逸 入室3Π之中。然❿，若内部的電池壓力到達一個預設的 臨界值時，臂357將會破裂’因而使得增麼的氣體能夠妹 由通道359以及孔355而離開電池。因為臂^在動作期 間會破裂，因此該排氣裝置是不可逆的。 個鄰接小塊32G的内表面之基板1於是，如上所述，當 内部的壓力到達一個預設的臨界值以平移墊環322而打開 冓件326與328之間的電氣接觸時，密封構件36〇係相 對於墊環322以及圓孔眼324而軸向地向上游被平移。一 現在請參考第25圖，電池310係被描繪具有如第23 與24圖中所綠之壓敏開關311 ’但是具有—種不同的排氣 結構。尤其，插塞345係包含一個密封構件36〇，該密封構 件3 60係被s又置在通道343内並且防止增壓的氣體流入室 317中。密封構件36〇係經由軸向延伸的臂362而連接至一

旦密封構件360離開圓孔眼324的下表面之後，增壓的氣 體便能夠流過通道343並且經由孔355而離開電池。若排 =插I的基板364只鄰接小塊32G，❻未附接到小塊32〇 時’則該插塞在排氣期間將會在電池内被壓壞，因而使得 〆插基爻成將來無法使用的。然❿’基板364也可以是附 43 200525854 接到小塊320的内表面，在此例中之插塞345的結構完整 性在排氣期間將會被維持住，因而使得插塞345為可逆的。 所體認到的是，當快速充電電池時，典型地是利用高 電流，此係在電池内產生熱，因而在充電期間會增高電池 的溫度。過高的溫度已被發現到會損壞習知的電池組件。 於是，可被快速充電之較大電池的開發一直受限於電池可 承受的溫度。許多習知的高功率之應用都將受益於較大之 可再充電的電池，例如，用在像是電動工具以及電動交通 工具的電池之sub C尺寸的電池。 在電動交通工具中有數種電池系統在競爭其優勢的地 /二電池系統包含船酸、鎳編（NiCd)、鐘離子、鋅空氣 以及鎳氫(NlMH)。為了讓駕駛大眾接受，最小化充電電池 所需的時間是所期望的，且或許不超過現有的交通工呈加 油所需的時間是所期望的。這是過去一直限制著電動交通 /、的甩池系統之接受度的一項重要的挑戰。 士上所述，包含一個限制過度充電的壓力開關之尤其 二：細的電化學電池可在固定的電塵下被充電。該壓力、 ::::及：定電壓的充電方法之組合係容許電池能夠在高 庫用此係減少充電電池所需的時間，對於各種的 心用人衣置而言這是一項重大的優點。 工具的電、、“利用在電動交通工具或是混合式電動交通 、，。在不限制本發明的範疇下，由呈有電、、也Λ 的充電控制之+ %抑- 田^、有電池内 包池早凡所構成的電池之尺寸範圍可以是長 44 200525854 度攸19cm至3 9cm、尚度從8cm至17cm以及寬度從 至1 1 cm。這些尺寸是商業上所開發的電池之典型的尺寸。 然而，在不論其尺寸為何之下，增加電池對高溫的容限是 所期望的。 本發明的一項特點係體認到電池組件材料之明智的選 擇可降低或排除快速充電之有害的影響。能夠在高溫下提 供功能的材料係使得電池能夠在較高速率下被充電。再 ，，設計電池的承載電流之組件以最小化内部的電池電阻 疋所期望的，因為在高速的充電期間由電池所產生的熱係 · 隨著電池電阻的增加而增加。因此，提供低電阻且耐執的 材料以用於快速的充電是所期望的。例如，在上述類型的 壓敏開關中，塾環、插塞、絕緣體、壓力止動器以及任何 其它在快速的充電期間暴露於高溫下之不導電的組件由一 種耐熱的材料所構成可能是所期望的。否則，該些組件在 動作期間可能會失效。已被判斷出的是，聚合物材料的某 些性質係容許電池能夠運作在高溫下。在—個實施例中， 具有大於75MPa之“模製後的乾燥狀態下，，之拉伸強度、小 # =或等於50%的„伸長率％、以及在263叫的大於或等 方、攝氏1 00度之熱變形溫度的聚合物係在快速的充電期間 所可能會遭受到的高溫下提供足夠的功能。 例如’ f 28A圖係描緣斷裂伸長率％為拉伸強度的一個 “數’並且第28B圖係描繪熱變形溫度為拉伸強度的一個 “數第28A與28B圖係舉例像是玻璃填充的尼龍6,6、玻 璃填充的尼龍6，12、以及玻璃填充的聚鄰苯二甲醯胺之玻 45 200525854

璃填充的聚醯胺係滿屈μ β μ μI 疋上述的特被’並且所期望的是被利 用於在快速充電時將合昊雲古 曰*路於间〉皿下之不導電的電池組件 中在某^月开y中，冑池的隔板例如是藉由利用聚丙稀或 是混合、纟面變性、或變性的聚丙烯而為耐熱的，此可能 是進一步所期望的。

如上所述，降低電池電阻是所期望的，用以限制在充 電期間溫度的增高L尤其像是鈹銅之銅合金的高度 導電之非鐵的合金材料可被用於承載電流的金屬組件，以 P牛低电池電阻。具有高度的熱及電氣傳導度之其它金屬亦 可被使用，其包含（但不限於）鍍銀的電氣接點或是鍍金或鎳 的接點。某些承載電流的電池組件亦暴露於鹼性電解液。 沒些組件除了是高度導電的之外，在化學上能抗強鹼溶液 的也是所期望的。鎳或是鎳合金已被發現能夠產生所期望 的效果’這疋因為其局度的熱及電氣傳導度與低成本之緣 故。降低承載電流的組件或是其它直接與該承載電流的組 件接觸的組件之電阻可以藉由提供較大的電極電纜線、連 接器或是接點來加以達成，此係增進熱的傳遞。 應5亥體魂到的是，上述的實施例尤其可應用至所有的 NiMH電池，其包含較大尺寸的電池（例如，尺寸AAA、AA 以及sub C)以及小形式的NiMH電池（例如，鈕扣式電池、 硬幣式電池以及較小的圓柱形電池，例如，N以及AAAA 尺寸的電池）。小尺寸的電池係欲包含該等具有體積小於 3 cm3的電池。具有此項技術之一般技能者將會體認到如上 所述之本發明的實施例可被實施在較大尺寸的NiMH電池 46 200525854

以及較小尺寸的NiMH電池中。當結合較小尺寸的NiMH 電池使用時，在數分鐘内之電池的快速充電是可達成的。 此增進電池的可利用性，尤其是在例如GSM電話的無線裝 置、PDA、助聽器以及頭戴式耳機之應用中。 應該體認到的是，複數個電池可被安裝在一個電池組 中並且串聯連接在一個充電器之内，該充電器係被配置以 供應固定電壓或是固定電流的充電給該電池。尤其，現在 睛蒼考第26A-26C圖，此種電池組370的各種例子係包含

複數個以一或多串配置的電池372，其中每個電池可根據在 電池以及串之間的連接類型而包含根據任何前述的實施例 之壓敏開關。 第26A圖係描繪具有一串371的電池372之電池組 370，。亥些電池372係串聯連接至充電器電路3%，使得在 任何一個電池中的充電接觸之終止都將會終止串聯的每個 電池之充電。於是，安裝該壓敏開關在具有最小的充電容 量之電池中將會是所期望的’以確保沒有任何電池會變成

: 包的或者疋，安裝壓敏開關在所有被串聯充電的 電池372中亦可能是所期望^，以確保沒有任何電池會變 該充電電路中的一個;:：至充電器電路374’使得 2個電池之中斷並不會中斷對於所有電 2充二=會增加供應至每個電池372的充電電流。 ^過度充電是重要的考量事項，則麼敏開關, 47 200525854 _ 該被安裝在每個電池372中。 第26C圖係思及一個電池組370可包含如第26A圖所 繪之一串371串聯連接的電池372,或是可包含如第26B圖 所繪之一串371並聯連接的電池372，或者是可包含超過一 串3 7 1與3 7 3串聯連接的電池3 7 2，其中每串3 71係並聯連 接。在此實施例中，被設置在串3 71之任何特定個別的電 池3 7 2中的壓力開關將會終止在該串中的所有電池之充 電。然而，因為串371與373係並聯連接，因此在其餘的 串373中之電池372將會繼續充電，直到在串373中的一 個電池内之壓敏開關被啟動為止。應該進一步體認到的是 可連接任意數目個串，此係根據電池組370所要的放電容 量而定。 在習知的電池組中，為了最大化安全及效能，電池在 谷$上必須小心地匹配，以避免過度充電或過度放電該電 池組中之至少一個電池（因而避免使得電池變為廢棄的）。已 被發現到的是，如上所述，包含壓敏開關的NiMH電池係 保護在一個電池串中之個別的電池免於過度充電及過度放 電。此係消除要小心地匹配電池之要求，因而使得一個電 池組能夠在幾分鐘之内就被充電。 在第26A-26C圖中所描繪的電池組之另一優點是，在 一串中之一或多個電池已被放電的程度是大於其它電池之 下’該串的電池能夠只在幾次充電-放電的週期之後就回復 其谷量的能力。再者，該些電池的回復係發生在不過度充 電該電池組中的其它電池之下，而在習知的電池組中則會 48 200525854 發生過度充電。 例如，請參考第27圖，兩個匹配的電池係在週期工4 的J間串恥連接，並且該電池組的充電及放電容量係維持 相田口定的。在週期9之處，一對不匹配的電池（其中一個 只有25%的充電容量）係被串聯連接。當該些電池被充 :T 個電池係具有比另一個電池大的充電。在放電週 ^ 該較大被充電的電池係在一個大於該較小被充 ^的電，之速率下被放電，以便於維持該電池組所要的輸 出:於是，該較大被充電的電池將會在後續的充電週期中 接受超過25%的充電，並且該較小被充電的電池之容量將 開始追上該較大被充電的電池之容量。此種趨勢將會僅再 持績幾個週期（根據所舉的實施例總共為5個週期），直到該 J八：池達到平衡為止。當然，必要的週期數目將會至少 =是依據在該串中的電池容量上之差異而定，所體認到 一疋在同—串巾的75%容量電池以及0%容量電池是其中 Η ::匕,鳊的情形。在該較大被充電的電池中包含壓敏 ^ 口月匕疋所期望的’或可以是兩個電池在動作期間都包 含壓敏開關。 ^據-個替代實施例’所體認到的是使用者可能希望 的電池’即在使用期間會導致稍微降低 ’、疋如此。儘官產業的趨勢是不斷地努力來增 σ電池的容量，但本實施 ☆旦 係體5心到降低可再充電的電池 較期望的，例如此係藉由製造較短長度或是 子又的電極，藉此在電池之有效體積部份中留出一個 49 200525854 m當對於具有根據上述的任何實施例所建構的壓敏開 關之電池在固定的電壓下被充電時，在可再充電的電池中 之有效體積的減少(例如，為了達成尺寸AA電池的 700-15 00mAh谷置以及尺寸AAA電池的2〇〇_7〇〇mAh容量） 已被發現會減短充電時間成為只有幾分鐘。 足樣的充電時間係使得NiMH可再充電的電池更能和 超高電容器的快速充電時間競爭，同時保有電池固有的優 點。例如，第29圖係描繪該充電容量為充電時間的一個函 數。由一個具有根據任何上述的實施例之壓敏開關的尺寸 _ AA NiMH電池所接受的充電容量係被描繪。如圖所繪，僅 在5分鐘的充電之後，該電池係被充電至8〇〇mAh，並且僅 在7分鐘的充電之後被充電至i Ah。NiMH電池的一項優點 是其相當平坦的放電電壓，而超高電容器則呈現急劇傾斜 的放電電壓曲線。

NiMH AA電池的其它優點係被描繪在第3〇圖中。由於 超高電容器在商業上並未以AA尺寸被提供，因而是在 NiMH AA電池以及具有類似體積的超高電容器之間做比 鲁 較。NiMH AA電池係提供高於超高電容器數個級數大小的 容量及能量密度，即使NiMH電池僅具有ι·3Ah的標稱容量 亦是如此。相較於超高電容器，NiMH電池更具有低速的自 身放電（self-discharge)。超高電容器之相對的容量損失是大 於NiMH電池30至350倍。超高電容器在5到5 1小時之 間會損失其50%的容量，相較於NiMH電池是在兩個月之 間。因此，具有減小的有效材料的體積之NiMH電池係提 50 200525854 -2使用者-個電池能夠在開始充電的幾分鐘之内就提供至 ^和市售的鹼性電池一樣長的運行時間。 、儘管根據習决口的充電終止系、統，在電壓及溫度上的變 化速率已被使用並且理論上可使用來提供一個充電終止 點，但是這些值變化缓慢或是落後電池的實際充電。於是， 2些習知技術系統係冒著過度充電電池的風險，因此造成 潛在的危險源，除非該電池係在慢速下被充電，此為最終 消費者所不希望有的。如上所述，根據本發明的一項特點 來在快速充電的期間提供小於或者等於約165V之固定電 壓的充電是所期望的。 現在請參考第31_32圖，本案發明人係體認到電池在充 黾d間暴路在過咼的溫度下會顯著地增高内部的電池壓 力，因而降低了電池的充電容量並且永久啟動具有上述的 類型之壓敏開關。 一個軸向延伸的充電器400係被描繪具有一個大致矩 形（且稍微圓弧的）殼體4〇2，該殼體4〇2係分別藉由軸向延 伸的側壁404與406、上方壁408、底部410以及第一與第 二橫向延伸的端壁412與414所界定。一電氣導線413係 從殼體402延伸而出並且具有一個由習知的電氣插座所接 收之標準的插頭，以提供電力給該充電器400。充電器4〇〇 係被設計成放在桌上、在交通工具的座位上、在交通工具 的地板上或是類似的平坦表面上。 一個空隙係被形成在該上方壁408中最接近第二端壁 4 1 4之處，其係提供一個電池隔室4丨6。該電池隔室4丨6係 51 200525854 . 包含複數個軸向延伸的支架41 8(四個支架係被描繪），每個 支架的尺寸係被做成接納一個可再充電的電池，例如，電 池426。每個支架4 1 8係藉由一個第一端壁422與一個被設 置在第一端壁的下游之第二端壁424、以及一個曲弧的底部 425所界定，該底部425大致與電池426之圓柱形的外壁一 致。一個電池係被插入一個支架418，使得正端子末端與第 一端壁422連接，並且負端子末端與第二端壁424連接。 一個塑膠或是其它不導電的插塞430係從正端壁422 延伸到每個支架418中。插塞430大致是圓柱形的，並且 _ 是藉由一個連接至前端壁433的側壁43 1以及一個從側壁 431向外延伸的凸緣435所界定，該凸緣435係鄰接端壁 422 ’以對於插塞的行進提供一個止動器。 亦請參考第33圖，一個上方孔465以及一個重疊的下 方孔437係延伸穿過前端壁433。一個導電接點429係被設 置在前端壁433之後方，並且沿著孔437與465延伸。一 個壓縮線圈彈簧構件46 1係延伸在一個安裝在殼體内部的 支撐板471以及接點429之間。因此，彈簧461係將插塞 41 430推抵到對應的支架4 1 8中，並且進一步將接點429推抵 著前端壁433。因此可說插塞430以及/或是彈簧461在動 作期間支撐著接點429。 插塞430係具有一個分別足以容納AAA以及AA尺寸 之電池477與479的衝程，然而，熟習此項技術者係體認 到充電器可根據本發明的特點來加以建構成和C及d尺寸 的電池相容。一個尺寸AAA的電池477典型地將會穿過下 52 200525854 方孔437而接觸接點429，而一個尺寸AA的電池479典型 地將會穿過上方孔465而接觸接點。 接點429係界定複數個實質上平行的水平脊狀部467， 該些脊狀部467係穿過孔437與465而向外朝向支架418 地延伸。相鄰的脊狀部467可以間隔開一段！至3mm之間 的垂直距離。根據本發明的一項特點，脊狀部467係向外 犬出一段至少· 1 mm且小於2mm的距離。相鄰的脊狀部467 之端子末端可以收斂至一個接觸正端子末端463的接頭、 或者可以是彼此垂直地並列以界定出一個肋條式垂直壁， 其係接觸被設置在支架41 8中的電池之小塊。 一個第一感測接點473係延伸穿過接點429，並且經由 一電氣導線475而連接至控制器481，該控制器481可以是 一個微處理器，其係被設置在殼體4〇2中。接點473係被 設置在孔437與465之間的介面處，並且因此接觸該正的 小塊，而不論被設置在支架中的電池尺寸為何。從感測接 點473接收到的信號係被控制器481結合其它如下所述的 k旒，而被使用來判斷被設置在支架4丨8中的電池之開路 電壓。 現在亦請參考第34與35圖，複數個接點係從負端壁 424延伸到支架418中，並且接觸被插入該支架的電池之負 端。明確地說，一個第二感測接點441係以一導電層的形 式被叹置，其係圍繞至少一部份的熱敏電阻439，即如以下 所述者。接點441係經由一導線485而連接至控制器々Η 亚且接觸電池的負端，以在相對於接觸該正端的第一感測 53 200525854 接點473被量測時致能動作。控制器481因此可以在充電 期間感測電池426的開路電壓。該詞“開路電壓，，是指橫跨一 個被插入該充電裝置中的電化學電池所量測到的電壓，其 係利用足夠低的電流（在微安培的等級），使得被量測的電壓 亚未叉到该電壓$測過程本身顯著地影響。熟習此項技術 者έ將此開路毛壓視為等同於典型的四條導線的配置中 所里測出的感測電壓’此係、容許在不須考量充電導線的内 ^電阻下能夠得到精確的量測電壓。在例如是在此所述的 门％ /”L下，典型的兩條導線的感測配置則是在充電期間提 供不精確的電壓量測，此係反映通過該連接電源至電化學 電池的接點之電路的電壓損失。 應該體認到的是，該開路電壓係提供控制器48丨一項 指示該電池是否已經被完全充電以及/或是該可逆的開關是 否已經被開啟。於是’適當的開路電壓可被控制器48丨利 用來決定是否施加高的充電電流至該電池。 支架4 1 8的負端更包含一對感測接點432與434，該感 測接點4 3 2與4 3 4係在一個電池的插入之際被壓下，並且 其結合感測接點441與473而可被用來致能控制器481以 判斷是否有一個適當的可充電電池被設置在支架4丨8中。 三個負端充電接點443A-C係接收如上所述的充電電 流’並且接觸電池的負端以傳送該充電電流至電池426。充 電接點443 A係位在水平的中心，並且被設置在接點443b 與443C之上，接點443B與443C係位於接點443A的兩側。 每個接點443A-C係包含一個上方的片段451，該片段451 54 200525854 係向外延伸到支架418中且從負端壁424延伸出。一個中 間的片段453係一體連接至上方的片段451並且從上方的 片段45 1之下端455實質垂直地向下延伸。一個下方的片 段457係從中間的片段453之下端459向内地朝向該負端 壁424延伸。主要是該中間的片段453接觸被充電的電池。 充電接點429與443A_C以及電池似的正與負端子末端典 型地是由鎳所構成，這是因為其低成本以及高導電度（大約 6.84microQ-cm的電阻率）之緣故。 儘管該些充電接點是參考充電器400而被描述，但應 該體認到的是，本發明的此項特點可應用至任何在此所述 的充電器，纟包含任何能_送高充電電流至在此所述的 一次電池之替代的充電器。 如同在此所述地，由於在一段小於習知的二次電池之 期間内使用高電流來充電該電池(例如，在十五分鐘的等級 内）’維持電池的正與負端子和對應的充電接點充分的電氣 接觸疋所期望的。本案發明人係體認到鎳在空氣中可能會 氧化而在表面上形成氧化鎳，該氧化鎳是比純鎳較不導i 的0 於是’脊狀部467以及中間的片段453A_C係提供刮除 構件，該刮除構件係在電池被插入支架418時從該電池426 的，端子末端463以及負端子末端彻移除氧化錄。有利 的疋’當電池被插人支架418中時，負充電接點443a_c以 1正充電接點429係提供大於巧、或者是大於4碎而小 0方或者疋7磅的接觸力，以抵頂著電池的負端。該 55 200525854 接觸力係有助於在刮除期間之氧化銻有效的移除，其係從 充電接點上與電池426之對應的端子末端接觸之位置處， 移除任何可能已經累積在充電接點上之氧化錄。於是，鎳 至鎳的接觸係被建立在電池的端子末端與充電接點之間， 此係使得在此所述的高充電電流能夠在充電期間被施加至 電池亚且由該電池所接收。一旦電池426被插入之後，所 期望的是該電池426係藉由至少3碎的料力而被保持在 適當位置處。 此正接觸力係進一步提供低的接觸電阻，於是，其產 生低的由充電期間橫跨接觸表面的i 2 r發熱所造成的電阻性 發熱。因此’本發明的一項特點係使得接點在每次充電循 環之間都能夠重輯抹，㈣在電池端子末端與充電接點 之間產個低到足以容許有高的電流導電度之表面接觸 電阻’而沒有由於充電電流的電阻性發熱所造成的接觸區 域之顯著的發熱。 該刮除動作現在將參考第36八與36Bg而更詳細地加 以描述。明確地說，電池426係以一個相對於水平的平面 之角度Θ而被插人，此係使得正端子末端（小塊如）接觸脊 狀的正接點429。根據數個變數（包含在正接點429以及負 接點443A-C之間的距離以及負端壁424的高度），進入的 角f可被界定在一個大於〇度而小於45度的範圍之内，或 者是小於30度的範圍之内。 當電池426進一步被插入支架418時，正接點429係 轴向地朝向正端壁422平移，直到負端子末端彻實質垂 56 200525854 直也”負k i 424對齊為止。當電池的負端被麼入支架川 日^該負端子末端469係沿著接點443A_c行進，藉此最初 抵著邊緣455A以及中間的邱於“。A + Y間的邛伤453A來刮除負端子末端。 當電池進-步被插入時，該負端子末端469係進一步抿著 邊緣455A以及中間的部份453A，而接著進—步抵著邊緣 455B-C以及中間的部份453B_C來被到除。當電池的負端 被插入時，負接點443A_C係稍微地朝向負端壁424收縮。 應該體認到的是，當負電池的端子末端被塵下時，正 端子末端463被抬起以抵頂著接點429，藉此而抵著脊狀部 ⑹來刮除該正端子(小塊463)，直到該電池完全被插入且 貫質水平地被設置在支架418中為止。 該向内偏壓正接點429的彈力係大到足夠使得當正盘 負端子末端463與469分別抵著正與負充電接點429金 443A-C而被刮除時’氧化鎳以及其它不導電的污染物係從 端子末端與個別的充電接點形成電氣接觸之位置處被移 除。尤其，脊狀部467係使得氧化錄能夠從小塊如移除， 而邊緣455A-C以及中間的部份453A_C係從負端子末端⑽ 移除氧化鎳。 在給定彈簧461的力之下，該插入角度㊀係被配置以使 得電池的端子末端在至少3石旁的力之下、橫跨負端子末端 469之至少3%的表面積、以及正端子末端463之至少1%的 表面積來摩擦充電接點。 為了檢查在此所述的刮除動作之有效性，—個電池似 第-次被插入充電器彻，並且其係利用習知的掃描電子顯 57 200525854 •微鏡技術之區域元素分析而被分析氧含量。在電池的端子 末端上之磨耗痕跡係指出其已經抵著對應的充電接點而被 刮除，並且在電池從充電器移開之際，其係呈現比並未和 ^電接點接觸之周圍的區域高的氧位準。較高的氧位㈣ 指出該磨耗的區域(具有增大的露出表面積)係在移開且暴 露於空氣之際，由於鎳的氧化而被氧化。此係證實在電池 插入及充電期間，新的鎳表面係在這些區域中被露出，因 而鎳至鎳的接觸係在電池充電期間被達成。 應該體認到的是，本發明係思及以上所描缚及敛述的 實施例之許多種變化。例如，該彈力或者可被施加至負接 點443A-C而非正接點429。再者，正接點429以及負接點 443 A-C都可呈現任何適當的表面或邊緣（在此整體被稱為 表面），其係突出到支架418之中或者是能夠接觸電池426 之對應的端子末端，以助於從端子末端與充電接點在充電 期間將會形成電氣連接的位置處移除氧化鎳。 例如，應該體認到的是，脊狀部467並不需要水平地 被設置，而是可包括任何適合於界定用來從被插入支架418 的電池之正端子末端463接觸及移除鎳氧化物以及其它電 阻（'生的/亏染物之邊緣的尺寸及形狀（例如，垂直地被設置）。 同樣地，負接點443A-C可僅用一個（或是多個）具有適合如 上所述地刮除氧化錄之任何適當的表面之接點來取代之。 再者’本發明並不限於在此所述的插塞4 3 〇，而是可包含任 何適合用於在上述之適當的力之下接觸電池的正端子末端 463用以移除氧化鎳並且使得高的充電電流能夠被施加至 58 200525854 電池426的充電接點。 如在此所述，任何上述包含可逆的壓敏開關之電池都 能夠接收高於目前可用來可靠地充電習知的二次電池的充 電電流之各種不同類型的充電電》，而不會使得電池由於 過大的内部電池壓力蓄積而失效。 這些充電電流係反映了熟習此項技術者已知的廣泛種 類之充電技術。由電化學電池充電器所提供之最普遍的電 流類型中之-是脈衝式以及非脈衝式類型的電流。已知的 脈衝式類型的充电電流係包含（但不限於）那些其中電流是 以經常響應於電化學電池量測出的特性之斷續的方式被施 加之方法，其中大的電流脈衝係在短期間被施加。在過去，

這些方法典型地具有低於至少約4安培之低的平均充電電 流。

如上所述，充電器400典型地係從習知的電氣插座‘ 收電流’電氣插座已知為脈動在—個例如在美國是6〇Hz 頻率。本發明的特點可以提供一敎的電流，其係被定一 為提供電流給被充電的電池，其中該提供的電流”並未; 對於該被接收的電流而進一步脈動、或是2)比該被接收丨 電流為較小脈動的。例如，當接收的電流被平均以產生一 個非脈動的電流。其它的特點則可以提供一個相對於該被 接收的電流而進一步脈動之電流。 充電器400可以提供大於h2v或者是大於i5v之固定 電壓的充電。該固定電壓的充電可被限於2V或者是1.7V。 該充電電流不論是穩定的或是進一步脈動的，若較高的充 59 200525854 .電電流是所期望的話，其平均都可以大於4安培、5安培、 6安坧7安培、8安培以及12安培。平均的充電電流可被 定義為經過一段期間之電流的平均^，例如，5 /分鐘、2分 鐘、或是1分鐘。 該電流可藉由從電線413接收到的電源而被提供，該 電流被輸入到整流器483’該整流器483係轉換進入的交流 電流成為直流電流，並且可進一步從電氣插座移除電流脈 衝來產生一個平滑的直流電流。控制器481係提供信號給 整流器以及對應的電路，以提供-個預設的充電電壓以及/ 或是電流位準至該電池。 在此所述的充電電流係使得典型的AA或是AAA圓形 的電池之快速充電成為可行的。例如，一個AA型 20:mAh(標準額定的）NiMH電池可以利用超過7·5安培的 充電=流，在15分鐘或是更短的時間内被合理地充電（到標 準頟疋的谷置之85%的範圍内）。^習此項技術者會體認到 如上所述之快速充電的電池當被充電到標準額定的容量之 -/〇的靶圍内柃，其被視為完全充電的。此結 電=定的電壓)與在應Η電池系統❿ =电谷置之方式的調和（harm〇nizati〇n)之緣故。因為該充電 電壓是保持固定的，因此電池内部的電阻係決定由該電池 所接收的電流！。相較於習知的系統，在固定電壓的充電 j域中之此種由電池“自我調節，，的充電電流係容許電池充 電糸統能夠具有增進的效率，因為電池係接收在充電過程 中所可能有的最大電流。於是，充電能量的損失所導致的 60 200525854 不良充電效率係被降低。 在此例中的整體充電效率大於是90%，此表示對於例 如一個在超過7.5安培下充電的2000mAh電池而言，其將 會在少於1 5分鐘内被完全充電。該充電器將會藉由在固定 電壓的充電期間監視被施加到電池的電流量來感測出該開 關的開啟。例如，若該充電電流位準在充電的前1 5分鐘内 下降到低於一個預設的值（例如，丨·5安培）時，則該充電器 係判斷该電池壓力開關已經開啟。開啟的壓力開關之判斷 〜果接著可被用來開始另一個低於先前的充電位準之充電 _ 位準’藉此適應隨著電池接近最大容量時的電池化學作用 之降低的充電接受度（以及降低的效率）。然而，應該體認到 的疋’該電池在效率開始降低之際已經被充電至85%的容 夏。數種已知的方法中之任一種都接著可被應用來達到該 電池中剩餘的容量。 熟習此項技術者亦將體認到的是，假設在充電期間有 足夠大的電流可供電池利用，具有較大容量之類似尺寸的 電池亦可以快速地被充電。因為在固定電壓的充電過程帛 # ^每個電池之本身調節的本質，因此容許電池在電氣並 恥的電路中充電是可行的，並且可能是經濟上所期望的。 據其匕的电子電路之設計限制，設計充電電路以使得兩 個或疋多個配備有開關的電池並聯地被充電可能是經濟上 有利的。 儘管固定電壓的充電之充電效率優點已被描述，但有 其它情形是固定電流的充電之經濟上的益處使得固定電流 61 200525854 的充電成為較受所期望的充 中，由鹋从十 電池之方式。在這些情形 〒’串聯地充電電池亦可能 ^ t ^ Φ ^ ^ , 匕疋所期望的。安全地利用固定 电机的串聯充電方法之能力係 ic Λ m ^ 4 Θ 使侍包含開關的電池之優點 成馮所期1的，這是因為在充命 、、/§々， 包寺同數目的電池所需的電 源成本降低之緣故。被施加 以μ从人门—广、 電池426的電流將被維持在 乂上、、、σ曰固疋電壓的充電方 兄电万去所述的範圍之内。 充電器400可以進一步白人 〆包含一個具有熱敏電阻439之 熱切斷系統，該熱敏電阻439 、 係經由導線449A與449B而 連接至控制器4 8 1，以供#制哭 、、 、工制為481判斷由熱敏電阻439所 感測而量測出的溫度。叆去早 疋’熱敏電阻439可以直接接 觸電池4 2 6的負或正端，或去3 职丄 A者疋被设置在電池隔室4 1 6中 的任何地方。熱敏電阻439係、連接至控制器481並且提供 對應於被充電的電池之溫度的信?虎。一旦控制器481判斷 該量測出的電池溫度已超過_個預設的臨界值時，則高電 *充電會被中斷，並且在5〇與！ 00mA之間的維持充電係被 施加至該電池。該熱切斷可結合任何上述之内部的壓敏開 關而被利用，使得過大的内部電池壓力或是過高的溫度都 會使得充電電流被終止。 請再次參考第31_32圖，充電器400可包含一個循環冷 的周圍空氣通過電池隔室416之空氣流動器系統440,並且 該空氣流動器系統440係降低典型地與充電習知的電池有 關之過高的溫度。空氣流動器系統440係特別有用於在此 所述的高電流下充電電池時。氣流係經由進氣的通氣孔446 而被提供’該些通氣孔446係被形成在一個被設置在相鄰 62 200525854 的支架4 1 8之間的架子442中，每個架子係界定一個實質 水平的上方表面444。每個通氣孔446係包含複數個橫向延 伸穿過每個架子442的上方表面444之槽448。槽448的至 ^ σ卩伤係被设置在被充電的電池之至少一部份之下。 二氣流動菇糸統4 4 0更包含第二通氣孔4 5 0，該第二通 氣孔450係藉由複數個橫向延伸穿過殼體4〇2最接近端壁 412的上方壁408之槽452所界定。該充電器400的内部係 足夠中空的，以便於設置一内部的導管，其係使得氣流能 夠流動在通氣孔446與450之間。 一個例如是風扇447的壓力空氣源係被設置在充電器 400的内部之任何能夠將被設置在殼體4〇2内的空氣經由通 氣孔450而逼出殼體的適當位置。在一個實施例中，風扇 447係被設置在殼體402内最接近通氣孔45〇之處。在動作 期間’風扇4 4 7係使得空氣從排氣的通氣孔4 5 0排出，此 係在殼體内產生一吸力，因而在通氣孔446之處產生一對 應的負壓力，此係吸進冷的周圍空氣。因此，空氣係沿著 箭頭X的方向從通氣孔446流動穿過殼體402，並且在通氣 孔450之處離開該充電器4〇〇。因為每個通氣孔446係相鄰 電池426而被設置並且相對於該電池而凹下，因此冷的周 圍空氣係流動於被設置在對應的通氣孔446上之電池的外 側圓周之附近。因此，該空氣流動系統440係經由對流來 冷卻被充電的電池，並且防止熱空氣累積在個別的電池之 周圍，而藉此擴大電池的充電容量。儘管殼體402的内部 是足夠中空以設置通氣孔446與450為流體連通的，但應 200525854 該體認到的是，一個導管（未顯示）可被建構在殼體402内， 其係連接至通氣孔446 # 45G作為其外端。該壓力空氣源 可被設置在言亥導管中以在所要的方向上產生一氣流。 ,亥空乳流動系統以及熱切斷系統可單獨或結合地被利 用在：個充電器中。或者是，充電器4〇〇可以在沒有空氣 流動，、统440或是熱切斷系統之下運作。應該進一步體認 到的疋4風扇447可被設置在該殼體4〇2内的一個最接 H氣孔450的位置處，或者是可包括任何可運作以使得 线流動㈣氣孔446肖㈣之間的裝置。應該更體認到 # 的是’空氣的流動可以是反向的，使得空氣是在通氣孔45〇 之處被接收進入該殼體4〇2巾，並且通氣孔楊之處離開 職體。再者，儘管周圍空氣是在一個大致為充電器· 的橫向方向上流經該電池，但是空氣可在一個橫向方向 上、-個軸向的方向上、在電池426的下方、纟電池的周 圍流過電池隔室416，或者是通氣孔446可被配置以在該電 池隔室416中形成—個氣旋。因此，所描緣的通氣孔⑽ 與450之配置只是具有此項技術之一般技能者所瞭解之數 · 個可能的配置中之一個而已，該些配置係欲落入本發明的 範疇内。 一個此種替代的配置係被描繪在第37圖中，為了清楚 及方便之目的，除非另有敘明’否則其係具有對應於先前 的實施例之相同元件再加上100的參考圖號。尤其，一個 垂直延伸的充電器500係被描繪具有一個 伸的側壁504與506、水平延伸的上端壁以 分別藉由垂直延 及下端壁508與 64 200525854 510、垂直延伸的後壁（未顯示）以及垂直延伸的前壁514所 界定的殼體502。一個標準的電氣插頭（未顯示）係從殼體 502橫向地向外延伸，其係藉由一個習知的電氣插座所接 收。因此，充電益500係被配置成安裝於壁的，使得在使 用期間，s亥後壁係面向安裝表面，並且前壁5丨4係從該壁 橫向地向外延伸。 一對垂直延伸的空隙係被形成在該前壁514中最接近 側壁504與506的位置處，其係提供一對之對應的電池隔 至5 1 6。母個電池隔室5 1 6係包含一個垂直延伸的支架 5 1 8，该支架5 1 8的尺寸係被做成接納一個可再充電的電 池。母個支架5 1 8係藉由一個第一正端壁522與一個第二 負端壁524以及一個曲弧的底部525所界定，其形狀係被 做成配合電池之圓柱形的外壁。 如上參考充電裔4Ό0所述，一個塑膠或是其它不導電 的插基5 3 0係從正端壁5 2 2延伸到每個支架5 1 8中。第一 與第二接點532與534係分別從底部525接近該負端壁524 之處向上延伸，用於如上所述地感測及量測一個導電帶的 迅阻。複數個接點5 3 8係以上述的方式從該負端壁524延 伸到每個支架5 1 8中，用於感測開路電壓並且施加一充電 電流至該電池。該充電器500更包含一個熱切斷系統，該 熱切斷糸統係包含一個如上所述地被設置的熱敏電阻。 為了降低典型地與充電期間的電池有關之過高的溫 度’充電為500係包含一個空氣流動系統540，該空氣流動 系統540係循環冷的周圍空氣通過電池隔室5丨6。尤其，一 65 200525854 個進氣的通氣孔546係被設置在每個隔室5丨6中，並且其 係包含複數個延伸穿過底部525之水平的槽548。槽548係 垂直地堆疊，並且實質上沿著支架518的整個長度延伸。 每個槽548的一部份係被設置在該電池之下，並且每個槽 的一部份係相鄰該電池地被設置。槽548係界定一個第一 曲弧端549以及一個第二相對平直端551。一個排氣的通氣 孔5 5 0係包含複數個水平延伸穿過充電器$ 〇〇的前壁$ j 4 之槽552。充電器500的内部係足夠中空的，以便於在通氣 孔546與55〇之間設置一個内部的導管。 個壓力空氣源（未顯示）係被設置在充電器5〇〇的内 部之任何能夠將被設置在殼體4〇2内的空氣經由通氣孔4〇2 而迫出该忒體的適當位置。空氣從通氣孔55〇的排出係造 成使得冷的周圍空氣經由通氣孔546進入該殼體5〇2之吸 力。通氣孔546係被設置以逼使周圍空氣流動在每個電池 的周邊。因此，空氣從通氣孔546流經殼體5〇2,並且在通 氣孔550之處離開充電器5〇〇。因為通氣孔5仏係相鄰該電 池地被設置，所以該電池係經由對流而被冷卻。因此，該 空氣流動系…統5 4 0係、防止熱空i累積在被充電之個別的電 池之周圍，因此擴大了電池的充電容量。 或者，充电為500可根據以上參考充電器4〇〇所述的 所有替代實施例以及其等同例來加以建構。 有鑑於以上的内裳，胳4田& ^ 將會理解到本發明的數項優點係 被達成，並且獲得其它有利的結果。由於在上述的方法與 口成物中可凡成各種的變化而不脫離本發明的範疇，因此 66 200525854 内含在以上的說明中以及在所附的圖式令展示之所有的内 容都欲被解釋為舉例性質的，而非限制性的意思。 【圖式簡單說明】 f1圖是控制電池壓力的氧再化合反應之概要圖； 第2A圖是根據本發明的—項特點所建構之端蓋總成的 截面圖，該端蓋總成係包含一個壓敏開關以及一個麼力釋 放通氣孔，其係被描緣在一個低壓位置中· 第2B圖係在第2A圖中所描繪的端蓋總成在一個高壓 位置中之截面圖； 第3圖是根據一個替代實施例所建構之端蓋總成的橫 截面的等角圖，該端蓋總成係包含一個壓敏開關以及一個 G力釋放通氣孔，其係被描繪在一個低壓位置中； 第4圖是第3圖的端蓋總成之橫截面的側視圖； 第5圖係描繪第3圖的端蓋總成的組件之分解圖； 第6圖是根據一個替代實施例所建構的結合一個開關 之電池的正端子之截面的側視圖； 第7圖是根據一個替代實施例所建構的結合一個開關 之電池的正端子之截面的側視圖； 第8圖是繪製鎳氫電池在交流電流與固定電流的充電 期間之容量（Ah)對AP(psig)之繪圖； 弟9圖是繪製鎳氫電池在交流電流與固定電壓的充電 期間之容量（Ah)對AP(psig)之繪圖； 第10圖是繪製複數個電池之内部的電池壓力（psig)對 時間（min)之繪圖； 67 200525854 第1 1圖是繪製一個電池在利用固定的電流充電以及後 續的放電期間之壓力 '溫度及電壓對時間（min)之繪圖； 第1 2圖是繪製在利用固定的電流充電以及後續的放電 期間經過各種週期後之内部的壓力（psig)對時間（min)之繪 圖； 第1 3圖是繪製第12圖中所繪的電池在充電期間的壓 力升高之緣圖； 第1 4圖是繪製第1 2圖中所繪的電池在放電期間壓力 下降之繪圖； 第1 5圖是繪製在固定電流的充電下 期之壓力及溫度對時間之繪圖； 第1 6圖是繪製在固定電流的充電下，複數個電池在不 同的週期之壓力對時間之繪圖； 第1 7圖是緣製在固定電壓的充電下，複數個電池之壓 力、溫度及電流對時間之缘圖。 第1 8圖疋繪製及比較在固定電流的充電相對於固定電 壓的充電期間之内部的壓力對容量之繪圖； 第1 9圖是描繪及比較兩個電池在固定電壓相對於固定 电流下的充電期間之電流分佈之繪圖。 第20 @是繪製及比較分別在固定電流相對於固定電壓 充迅之兩個電池的電池溫度對容量之繪圖； 弟21圖是繪製及比較在第2〇圖中所繪 電壓分佈對時間之緣圖； “之 第22圖是#會制另 疋曰I及比較在不同的固定電壓下之充電期間 68 200525854 的溫度及容量對時間之纷圖，· 第23圖是根據一個祛 — 低壓位置中之包含一個貝^例所建構且被描繪在-個 的端蓋總成之截面的關以及-㈣力釋放通氣孔 :24圖疋根據另-個:代實施例所建構且被描洽在一 個低壓位置中之句人, 丨咬傅且被細&在 孔的端苗她成哉3目塵敏開關以及一個麼力釋放通氣 孔的編盍總成之截面的側視圖； 第25圖仍然是根據另一 在一個低屢位置中之勺八 曰代貧施例所建構且被描緣 通氣孔的端蓋總成二二㈣敏開關以及一個塵力釋放 乂 <戠面的側視圖； 第26A圖是根據本一 概要圖； 、員特點所建構之電池組的 要圖7圖疋根據—個替代實施例所建構之電池組的概 要圖第26C圖是根據另-替代實施例所建構之電池組的概 弟27圖是描繪具有匹配的以及不匹配的電池之電池组 的充電與放電容量之圖； 、 :28A、圖是描繪可使用在根據本發明的一項特點之可 > 0電池中之聚合物的斷裂伸長率％對拉伸強度之圖； 再^ 28B圖是描緣可使用在根據本發明的一項特點之可 充2的電池中之聚合物的熱變形溫度對拉伸強度之圖； 體第。29圖疋描繪根據一個替代實施例之具有縮小的有效 積之可再充電的NiMH電池之充電容量對充電時間之圖； 69 200525854 第30圖是比較根據參考第 之NiMH AA尺寸的電池相較於 為的特徵之圖表； 29圖所述的實施例而建構 具有類似的體積之超高電容 第31圖是根據一個替代會 八灵施例所建構的電池充電器之 有一部份剖開的概要側視圖 尸 口 邊電池充電器係結合一個空 氣流動系統以及熱切斷系統； 第32圖是第31圖中所繪的奋雷 a 9的充電态之有一部份剖開之 俯視平面圖；

» ^ A A 電 的一個正端子末端以及正充電接點之立體圖； 第34圖是第31圖中所繪的充電器之負電池端 配置的側視圖； 第35圖是第31圖中所繪的充電器之負電 配置的末端側視圖； 卞接點 第36A圖是第31圖中所繪的充電器 描洽一個★岫不、士杯λ 士力 口Η分剖開來 怕、、日個电池正被插入支架之概要側視圖；

第3 6Β圖是第36Α圖中所繪的充電器在 入兮*加—， 仕通電池已被插 入β支架之概要側視圖；以及 第3 7圖是根據一個替代實施例所建構且 、长 / /、個氣 做動系統以及熱切斷系統的充電器之俯視平面圖。 【主要元件符號說明】 端蓋總成 壓敏開關 罐體 70 200525854 13 開口端 14 正電極 15 腔室 16 隔板 17 腔室 18 正端子端蓋 20 小塊 21 負電極 22 墊環 23 凸緣 24 連接器 25 密封墊 26 導電接點 27 轂 28 導電接點 29 臂 30 突出部 32 止動器 34 止動墊圈 35 排出口 36 壓力釋放通道 38 唇部 40 電氣隔離為 42 插塞

71 200525854 100 壓敏開關 102 正端子蓋 104 電池 106 正電極 108 負電極 110 罐體 112 蓋總成 114 墊環 115 唇部 116 連接器 117 空隙 118 突出部 120 接點環 122 接點板 124 小塊 126 腔室 128 止動器 150 壓敏開關 152 罐體 154 電池 156 正端子蓋 157 小塊 158 墊環 160 連接器

72 200525854 162 、 164 接點 166 止動器 168 絕緣層 170 腔室 172 蓋總成 174 突出部 176 排出口 310 蓋總成 311 壓敏開關 312 罐體 313 開口端 314 正電極 315 開口 316 隔板 317 腔室 318 正端子端蓋 320 小塊 321 負電極 322 墊環 323 凸緣 324 圓孔眼 325 外密封墊 326 導電接點 327 轂

73 200525854 328 導電接點 329 臂 330 突出部 334 彈簧構件 338 唇部 341 腔室 343 壓力釋放通道 345 插塞 351 上表面 353 頸部 355 排出口 357 橫向臂 359 通道 360 密封構件 362 臂 364 基板 370 電池組 371 串 372 電池 373 串 374 充電器電路 400 充電器 402 殼體 404 - 406 側壁

74 200525854 408 上 方壁 410 底 部 412、 414 端 壁 413 電 氣導線 416 電 池隔室 418 支 架 422 第 一端壁 424 第 二端壁 425 底 部 426 電 池 429 導 電接點 430 插 塞 431 側 壁 432、 434 感 測接點 433 前 端壁 435 凸 緣 437 下 方孔 439 熱敏電阻 440 空 氣流動器系統 441 感 測接點 442 架 子 443A-C 充 電接點 444 上 方表面 446 通 氣孔 75 200525854 447 448

449A 、 449B 450 451 452 453 、 453A-C 455

455A-C 457 459 461 463 465 467 469 471 473 475 477 、 479 481 483 485 風扇 槽 導線 通氣孔 上方的片段 槽 中間的片段 下端 邊緣 下方的片段 下端 彈簣構件 正端子末端 Ji # 孑 L 水平脊狀部 負端子末端 支撐板 感測接點 電氣導線 電池 控制器 整流器 導線 充電器

76 500 200525854 502 殼體 504 、 506 側壁 508 上端壁 510 下端壁 514 前壁 5 16 電池隔室 518 支架 522 第一正端壁 524 第二負端壁 525 底部 530 插塞 532 、 534 接點 538 接點 540 空氣流動系統 546 通氣孔 548 槽 549 曲弧端 550 通氣孔 551 平直端 552 槽

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Claims (1)

1. 200525854 十、申請專利範圍： 1·一種具有給予一個電化學電池充電的類型之電化學 電池充電器，該充電器係包括： 至少一個適配於容納該電化學電池的電池隔室，該電 池隔室係包含： 一個適配於接觸該電化學電池的一個正端子之正充電 接點； 一個適配於接觸該電化學電池的一個負端子之負充電 接點；並且 g 其中該充電器係可運作以大於4安培的位準來提供一 平均的充電電流至該電化學電池。 2·如申請專利範圍第丨項之充電器，其更包括一個使得 周圍的空氣被傳送至該電化學電池之空氣流動系統。 3·如申請專利範圍第2項之充電器，其中該周圍的空氣 係具有溫度為低於在充電期間圍繞該電化學電池的空氣。 4·如申請專利範圍第丨項之充電器，其更包括一個耦接 至該正與負充電接點的控制器，其中該控制器係決定被提 鲁 供至該電化學電池的充電電流。 5 ·如申明專利範圍第1項之充電器，其更包括一個被設 置在靠近該些電池端子中的一個端子處之熱敏電阻，該熱 敏電阻係與該控制器電氣連通以感測一個電池溫度。 6·如申請專利範圍第5項之充電器，其中若該感測出的 /m度大於個預設的溫度時，則維持的充電係以一個低於 約1 00mA的位準而被施加至該電池。 78 200525854 7·如申睛專利範圍第6項之充電器，其中該 ^ 係至少約50 mA。 、 μ、、、符的充電 8·如申請專利範圍第i項之充電器，其 該負電池端子的感測接點，該感測接點係、與該控制= 連通以在充電期間感測該電池的開路電壓。 ” 9·如申請專利範圍第8項之充電器，農 開路電壓被該控制器她時，則該充電電流^ 陳如申請專利範圍第1項之充電器，其更包括複數個 接觸5亥負電池端子的負充電接點 至該電池。 °亥接點係傳送電流 之充電器，：M：争幻k . /、文包括三個接 每個該接點係傳送電流至 11.如申請專利範圍第1〇項 觸該負電池端子的負充電接點， 該電池。 w w ^ r Μ 點係具有一個脊狀的接觸電池的表面。

   13·如申請專利範圍第12項之充電器，其中該此脊 係貫質水平地沿著該接觸電池的表面延伸。 … 〜14·如申請專利範圍帛12項之充電器，其中該些豹 係實質垂直地沿著該接觸電池的表面延伸。 15·如申清專利範圍第12項之充電器，其中該正充“ 點係在大於約三磅的力之下被偏抵著該正電池端子。 16·如申請專利範圍第15項之充電 y 八Y邊正充電接 點係在大於約四磅的力之下被偏抵著該正電池端子。 17·如中請專利範圍第15項之充電器’其中該力是小於 79 200525854 1 8 ·如申請專利範圍第 約7磅。 1 7項之充電器 其中該力是小於 1 9 ·如申請專利範圍 點係由一個插塞所承載 塞。 第15項之充電器，其中該正充電接 ’並且在一彈力之下被偏抵著該插 20·如申請專利範圍第 是大於約4安培。 2 1 ·如申印專利範圍第 是大於約8安培。 2 2 ·如申ό月專利範圍第 係實質大於10安培。 2 3 ·如申ό月專利範圍第 是小於約20安培。 1項之充電器，其中該充電電流 1項之充電器，其中該充電電流 1項之充電器，其中該充電電流 1項之充電器，其中該充電電流 1項之充電益’其中該充電電流 2 4 ·如申凊專利範圍第 是小於約1 5安培。 25.如申°月專利範圍帛1項之充電器，其中該充電器係 提供橫跨該電化學電池的端子末端之大於、約12伏特之固 定電壓的充電。 26·如申請專利範圍第乃項之充電器，其中該固定電壓 的充電在橫跨該些端子末端係、大於、約1·5伏特。 27·如申請專利範圍第％項之充電器，其中該固定電壓 的充電在杈跨遠些端子末端係小於約2伏特。 28·如申請專利範圍第巧項之充電器，其中該固定電壓 80 200525854 的充電在橫跨該些端早古 —而于末*而係小於約1 · 7伏特。 29.如申請專利範圍第 y ^ 阳乐2項之充電态，其中該空氣流動 系統係包括一個風爲，# q < " 〜風扇係使得周圍的空氣穿過該電 化學電池。 3〇.如申請專利範圍第29項之充電器，其中該空氣流動 系統更包括一個被設置在靠近該電化學電池處的通氣孔， 該通氣孔係接收周圍的空氣。 / 31.如申請專利範圍f 3〇項之充電器，其中該空氣流動 係在《亥通氣孔之處產生負壓力，以吸入該電池周圍的空 _ 氣0 32·如申請專利範圍第丨項之充電器，其係被配置以容 置及充電一個圓柱形的電池。 33.如申請專利範圍第32項之充電器，其係被配置以容 置及充電尺寸AA與AAA的電池。 34·—種具有給予一個電化學電池充電的類型之電化學 電池充電器，該充電器係包括： 至少一個適配於容納該電化學電池的電池隔室；以及 一個包含一被設置在靠近該電池隔室處的通氣孔之空 氣流動系統，以及一個將周圍空氣吸進該通氣孔之壓力空 氣源；以及 其中該充電器係被配置以提供一大於4安培的平均充 電電流給該被容納的電化學電池。 35.如申請專利範圍第34項之充電器，其更包括一個分 別與該電池的正與負端子末端之正與負充電接點電氣連通 81 200525854 的控制器’其中兮批在丨$ 丁 β ί工制裔係判斷流至該電化學電池的充電 電流。 士申明專利範圍第35項之充電器，其更包括一個被 σ又置在罪近4些端子末端中之一端子末端的熱敏電阻，該 熱敏電阻係提供一個反映該量測出的電池溫度之信號給該 控制器。 37·如申請專利範圍第％項之充電器，其中該熱敏電阻 係連接至一個感測接點，該感測接點係量測該電池的一個 開路電壓並且連接至該控制器。 38.如申請專利範圍第34項之充電器，其更包括至少一 個分別接觸s亥電池的一個正與負端子末端之正與負充電接 點。 39·如申請專利範圍第38項之充電器，其中該電池係在 至少三磅的力之下加以接合。 40.如申請專利範圍第39項之充電器，其中該電池係在 至少四磅的力之下加以接合。 41·如申請專利範圍第39項之充電器，其中該力是小於 約1 0磅。 42·如申請專利範圍第39項之充電器，其中該力是小於 約7磅。 43·如申請專利範圍第39項之充電器，其更包括一個支 撐該正充電接點的插塞，其中該正充電接點係在一彈力下 被偏壓抵頂著該插塞。 44.如申請專利範圍第43項之充電器，其中該正充電接 82 200525854 點係經由-個脊狀的外表面來接_正充電端子。 45’種用於充電一個被設置在—充電器中之可再充電 的電化學電池之方法，該方法係包括： ⑷提供由該電池所接收之4安培的位準之平均充電電 流0 46·如申請專利範圍第45 1 现囷弟項之方法，其中步驟（A)更包 括提供一穩定的充電電流。 47.如申請專利範圍第46項之方法，其中步驟（a)更包 括從一個電氣插座接收交流電流，整流所接收的電流，以 及提供整流後的電流。 48·如申請專利範圍第46項之方法，其中步驟（A)更包 括從一個電氣插座接收電流，並且在不進一步使得該所接 收的電流脈動下提供所接收的電流。 49·如申請專利範圍第45項之方法，其中步驟（a)更包 括從一個電氣插座接收電流，使得所接收的電流脈動，以 及提供該脈動後的電流。 50.如申請專利範圍第45項之方法，其更包括步驟有： (B)利用一個裝設到該充電器的至少一部份之空氣流動 器以將空氣移動橫過該電化學電池的至少一部份。 5 1 ·如申請專利範圍第50項之方法，其更包括利用一個 風扇來將空氣吸引橫過該電池。 52·如申請專利範圍第51項之方法，其更包括透過一個 被設置在靠近該電池處的通氣孔以將空氣吸引到該充電器 中0 83 200525854 53. 如申請專利範圍第45項之方法’其更包括步驟有： (C)將該電池插入一個電池充電支架中，並且使正與負 電池端子分別接觸正與負充電接點。 54. 如申請專利範圍第53項之方法，其中步驟（c)更包 括在至少二磅的力之下，偏壓該等充電接點中之至少一個 抵頂著該電池。 55. 如申請專利範圍第53項之方法，其中步驟更包 括在至少四磅的力之下，偏壓該等充電接點中之至少一個 抵頂著該電池。 φ 56·如申明專利範圍第53項之方法，其中步驟（c)更包 括在小於約10磅的力之下，偏壓該等充電接點中之至少一 個抵頂著該電池。 57·如申明專利範圍第53項之方法，其中步驟（c)更包 括在小於約7磅的力之下，偏壓該等充電接點中之至少一 個抵頂著該電池。 58·如申請專利範圍第53項之方法，其中步驟（c)更包 括將4正電池端子抵頂著由該正充電接點所承載的脊狀冑 _ 擦抹’以從該正電池端子移除氧化。 59.如申請專利範圍第53項之方法，其中步驟更包 括將該負電池端子抵頂著該負充電接點的一個形成突出部 的°卩件擦抹，以從該負電池端子移除氧化。 申明專利範圍第50項之方法，其更包括在充電期 間感測一電池溫度。 61·如申請專利範圍第6〇項之方法，其更包括當該感測 84 200525854 施加一小於約100mA 出的溫度大於一個預設的臨界值時 之維持的充電。 61項之方法，其中該維持的充電 62.如申請專利範圍第 是大於約5 0 mA。 項之方法，其更包括提供橫跨 約1 · 2伏特之固定電壓的充 63·如申請專利範圍第45 該電化學電池的端子末端大於 電之步驟。

   从如甲言月專利範圍第53項之方法，其中該固定電壓 充電在橫跨該電化學電池的端子末端上是小於約2伏特 65·—種用於施加充電至一個充電器中之一可再充電 :化學電池之正與負端子末端之方法，該充電器係包含 又置在充電腔室中之正與負充電接點，該方法係包括 (A)將該電池以一個角度插入該充電腔室中； 。(B)將β亥些電池端子靠著對應的充電接點擦抹以從該些 電池端子移除氧化；以及 一

   (C)k ,亥些充電接點中之一個充電接點施加至少3磅的 力抵頂著該對應的電池端子。 θ 66·如申請專利範圍第65項之方法，其中該所施加的力 是至少4磅。 β 67·如申請專利範圍第65項之方法，其中該所施加的力 是小於約1 0石旁。 θ 68·如申請專利範圍第65項之方法，其中該所施加的力 是小於約7磅。 69·如申請專利範圍第65項之方法，其中步驟（Β)更包 85 200525854 括使得至少-個該端子抵 7〇·如申請專利範圍第65項之方法，：接點表面。 -個接點係包括—個延伸朝向該突:：些:::之 (B)更包括使得至少一個出#，其中步驟 知子抵頂著-個突出部。 .如申相專利範圍第65項之方法，1 導電的插塞來承載著該4b充電接點中之、匕括用一個不 點。 —死電接點中之至少一個充電接 72.如申請專利範㈣71項之方法，其更包括偏壓該至 少-個t電接點抵頂著該不《電的插塞之固面向腔室的鲁 壁。 73·如申請專利範圍第65項之方法，其更包括： (D)提供一個被該電池接收的至少約4安培的位準之平 均充電電流至該電化學電池。 74·如申請專利範圍第73項之方法，其中該充電電流係 至少約8安培。 75 ·如申請專利範圍第73項之方法，其中該充電電流係 至少1 〇安培。 鲁 76.如申請專利範圍第73項之方法，其中該充電電流係 小於20安培。 77·如申請專利範圍第73項之方法，其中該充電電流係 小於約1 5安培。 十一、圖式： 如次頁。 86