具有集成太陽能電池的可再充電電池的製作方法

2023-05-03 01:58:21 2

專利名稱：具有集成太陽能電池的可再充電電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及可再充電電池。
背景技術：
小電子器件的運行時間受到用來為這些裝置供電的電池的容量的限制。一般來 講，電池組通過將電池和/或裝置連接到充電器上來再充電，所述充電器從外部AC或DC電 源接收功率。在一些情況下，可再充電電池由充電器來充電，所述充電器由太陽能供能量， 例如通過一串太陽能電池來供電。在將電池用於裝置中之前，大多數電池充電器均需要使用者進行某種計劃和交互 作用以對電池進行充電，因此使得可再充電電池的方便性不如無需充電的即用型一次(一 次性)電池。

發明內容
本文公開了可再充電電池，它們包括整體式太陽能充電器，例如被結合在電池標 籤中的太陽能電池。這使得電池能夠被再充電而不需要獨立的充電器或使用者交互作用， 只要使電池保持暴露於光照並持續足夠的充電時間段即可。在一些情況下，使用者可將所需數目的電池保持在裝置中，並且將相同數目的置 換電池保持在暴露於光照的位置，以便所述置換電池將進行再充電並且在需要時可供使 用。因此裝置中的電池和置換電池可按需要來回地循環使用。這種使用模式對於如下的具 有間歇的使用性和不常進行電池置換(一月一次或更少)的裝置來講效果尤其好例如，手 電筒、數位照相機、遙控器、玩具等。在一個方面，本發明的特徵在於一種可再充電電池，所述電池包括(a)電池外 殼；(b)外殼內的一個或更多個可再充電電池單元；和(c)包括一個或更多個太陽能電池的 充電器電路，所述太陽能電池設置在電池外殼上並且與可再充電電池單元電氣連通。一些實施方案可包括下列一個或更多個特徵。電路還包括與所述一個或更多個太 陽能電池串聯的二極體。太陽能電池被設置在連附到電池外殼的標籤上，例如被印刷在或 連附到標籤上。作為另外一種選擇，太陽能電池可直接設置在外殼的表面上。電路還包括 印刷的引線，所述引線將太陽能電池連接到電池單元的端子上。電路包括3至5個太陽能 電池。太陽能電池呈環的形式，所述環周向地設置在電池外殼周圍。電路還包括串聯的附 加二極體以防止暗電流。太陽能電池產生約1.5至3. 5V的總電壓。太陽能電池產生約0.1 至30mA的總電流。標籤包括透明或半透明部分。例如，標籤可包括多層的層壓體，所述層 壓體具有半透明或透明層。在一些情況下，多層的層壓體包括半透明或透明層下面的第二 層，並且一個或更多個太陽能電池被設置在第二層上。在一些情況下，多層的層壓體可包括 半透明或透明層下面的多個層，並且太陽能電池可設置在這些下面的層中的兩個或更多個 上以便提高效率。在另一方面，本發明的特徵在於一種對可再充電電池進行充電的方法。該方法包括(a)提供電池，所述電池包括電池外殼和外殼內的可再充電電池單元；(b)在電池外殼 上提供一個或更多個太陽能電池，太陽能電池與可再充電電池單元電氣連通；和(c)將電 池暴露於光照，所述光照足以使太陽能電池產生電力。一些實施方案可包括下列一個或更多個特徵。該方法還包括提供與太陽能電池串 聯的二極體。提供太陽能電池包括將太陽能電池印刷在電池標籤上。電池外殼可具有任何 期望的形狀，例如選自由下列組成的組的形狀矩形、圓柱形、橢圓形、和稜柱形。該方法還 包括將一個或更多個其它裝置印刷在電池標籤上，所述其它裝置例如電量計、功率檢查裝 置、印刷的電感拾取線圈(例如，用於無線充電)、印刷的RFID(例如，用於無線電池識別)、 和循環壽命指示器。本發明的一個或更多個實施方案的細節闡述於附圖和以下說明中。通過該說明書 和附圖並通過權利要求書，本發明的其它特徵和優點將變得顯而易見。


圖1為可再充電電池的示意性側視圖。圖2為充電器電路的示意圖。各附圖中的相同的參考符號指示相同的元件。
具體實施例方式本文所公開的電池具有整體式太陽能充電器。充電器為電池的一部分，因而不需 要獨立的充電器。太陽能充電器包括一個或更多個太陽能電池，優選地包括設置在電池表 面上的串聯連接的多個太陽能電池。一般來講，電池包括標籤、和通過印刷在標籤上或連附 到標籤而設置在標籤上的太陽能電池。在一些具體實施中，如例如圖1所示，將太陽能電池作為環10印刷在電池標籤12 上，所述標籤安裝在下面的電池外殼或「罐」(未示出)上。這些環形太陽能電池為串聯連 接的。這種環的形狀一般是優選的，因為其允許對電池進行充電，而與充電期間的入射光方 向或電池取向無關。標籤可包括例如3至5個太陽能電池。二極體14也被印刷在標籤上， 並且與太陽能電池串聯連接。太陽能電池和二極體呈塑性電子器件的形式(在本領域中也 稱為「有機光電器件」或「可印刷的電子器件」)或呈任何所期望的柔性薄片的形式。印刷 線路16，18分別將二極體和太陽能電池連接到電池端子上。電路的表面積一般僅覆蓋標籤的一部分，從而為通常設置在電池標籤上的圖形和 信息留出空間。例如，對於具有20cm2的標籤面積的AA電池來講，電路可覆蓋約IOcm2或更 小。如圖1所示，在一些具體實施中，電路沿電池的長度設置在一側上，同時圖形和文字(未 示出)沿電池長度的一部分設置在相對側上。在一些具體實施中，標籤材料包括半透明或 透明層或區域，從而使得電路和圖形/文字共存於電池標籤的相同區域中。例如，標籤可為層壓的多層的薄膜，其中透明或半透明層承載標籤圖形和文字，並 且下面的層具有印刷在其上的一個或更多個太陽能電池。相反，太陽能電池可被印刷在透 明或半透明薄膜上並且其自身可為半透明的，以便下面的文字和/或圖形可透過太陽能電 池被看見。作為另外一種選擇，標籤可為單層的透明或半透明薄膜，其中電池信息被印刷在 一側上並且太陽能電池被印刷在另一側上。
圖2所示的電路優選地為定製的以便處在任何光照(室內或室外)中的太陽能電 池的電壓減去二極體兩端的電壓降所得的差值均大體上等於或高於可再充電電池的最佳 涓流充電電壓(例如，對於單個NiMH電池來講，為1.4至1.5力。因此，V太陽能電？也-Vf 二極體〉
=Vch電池。根據上述公式，對於介於0. 3和0. 7V之間的二極體電壓降來講，太陽能電池的組 合電壓一般應為大約或高於2V。這可通過例如使用三至五個串聯連接的矽太陽能電池(例 如，0. 4至0. 7V/電池，這取決於光照條件和負載)來實現。由於太陽能電池的電流極低(0. 1至20mA)，因此只存在極小的以至於不存在電池 過量充電的風險(例如，AA NiMH電池可無限地耐受最大50mA的充電電流)。由於相同的 原因，電路中不需要設置限流電阻器。二極體防止反向(暗)電流通過太陽能電池對可再 充電電池進行放電。電路可通過在標籤上印刷線路來連接到電池端子上，如上所述，其中導電膠提供 對標籤終止處的正端子的連接。電池殼體自身一般為電池的負端子。在一些具體實施中，NiMH AA電池QOOOmAh典型的容量，低自放電型)的充電時 間為一個星期，而在直射陽光下充電時間則更短。在光照較弱的情況下充電將需要更長的 時間，例如在明亮的房間中需要3至5個星期，並且在室內且遠離光源的情況下最多需要一 年。現在已描述了本發明的一些實施方案。但是應當理解，在不背離本發明精神和範 圍的條件下可以進行各種修改。例如，太陽能電池可具有除環以外的形式。在一些具體實施中，太陽能電池可呈柔 性太陽能模塊的形式。此類模塊包括柔性的塑性片，所述塑性片承載一排薄膜印刷的太陽 能電池。在一些具體實施中，可按串聯方式提供附加二極體或電晶體開關以防止或最小化 由暗電流導致的放電。在此類情況下，可包括附加太陽能電池，以補償二極體兩端的電壓損失。可使用任何期望數目的太陽能電池，並且基於特定電池尺寸的所期望涓流充電和 充電速率來調整電池的總電壓和表面積。在一些具體實施中，將太陽能電池和/或電路的其它組件連附到標籤而不是印刷 在標籤上。此外，如果電池外殼(罐)不包括標籤，則電路可被直接印刷在或直接連附到電 池外殼的外部。在一些具體實施中，電池標籤可為例如熱收縮管件。因此，其它實施方案也在以下權利要求的範圍之內。
權利要求
1.一種可再充電電池，所述電池包括 電池外殼；在所述外殼內的一個或更多個可再充電電池單元；和包括一個或更多個太陽能電池的充電器電路，所述一個或更多個太陽能電池設置在所 述電池外殼上並且與所述可再充電電池單元電氣連通。
2.如權利要求1所述的電池，其中所述電路還包括與所述一個或更多個太陽能電池串聯的二極體。
3.如權利要求1所述的電池，其中所述太陽能電池被設置在連附到所述電池外殼的標籤上。
4.如權利要求3所述的電池，其中所述太陽能電池被印刷在所述標籤上。
5.如權利要求1所述的電池，其中所述電路還包括印刷的引線，所述引線將所述太陽 能電池連接到所述電池單元的端子。
6.如權利要求1所述的電池，其中所述電路包括3至5個太陽能電池。
7.如權利要求1所述的電池，其中所述太陽能電池呈環的形式，所述環周向地圍繞所 述電池外殼設置。
8.如權利要求2所述的電池，其中所述電路還包括串聯的附加二極體以防止暗電流。
9.如權利要求1所述的電池，其中所述一個或更多個太陽能電池產生約1.5至3. 5V的 總電壓。
10.如權利要求1所述的電池，其中所述一個或更多個太陽能電池產生約0.1至30mA 的總電流。
11.如權利要求3所述的電池，其中所述太陽能電池連附到所述標籤。
12.如權利要求3所述的電池，其中所述標籤包括透明的或半透明的部分。
13.如權利要求12所述的電池，其中所述標籤包括多層的層壓體，所述層壓體具有半 透明的或透明的層。
14.如權利要求13所述的電池，其中所述多層的層壓體包括在所述半透明的或透明的 層下面的第二層，並且所述一個或更多個太陽能電池被設置在所述第二層上。
15.一種對可再充電電池進行充電的方法，所述方法包括提供電池，所述電池包括電池外殼和在所述外殼內的可再充電電池單元； 在所述電池外殼上提供一個或更多個太陽能電池，所述太陽能電池與所述可再充電電 池單元電氣連通；以及將所述電池暴露於足以使所述太陽能電池產生電力的光照之下。
全文摘要
本發明提供了一種可再充電電池，其包括電池外殼(例如，罐)、在外殼內的可再充電電池單元、以及包括一個或更多個太陽能電池的充電器電路，所述太陽能電池設置在電池外殼上並且與可再充電電池單元電氣連通。本發明還提供了使用太陽能對電池進行再充電的方法。
文檔編號H01M2/02GK102138234SQ200980133734
公開日2011年7月27日 申請日期2009年8月27日 優先權日2008年9月2日
發明者D·N·克雷恩, J·T·伯瑞爾科夫 申請人:吉列公司