延长电池寿命的方法与流程

本申请要求2013年11月1日提交的美国临时申请号61/962,131的权益，并且是2011年9月19日提交的美国申请号13/236,436的部分继续申请，本申请要求2010年9月20日提交的美国临时申请号61/403,625的权益，这些申请的全部公开内容以引用的方式整体并入本文中。

背景

本发明总体涉及电池技术，并且更具体地涉及用于延长电池(诸如一次性电池和可再充电电池)的操作寿命的技术。大多数消费电子设备使用电池。电池根据干电池的原电池、二次电池和可再充电电池来分类。许多电子设备是灵敏的并且需要非常精确的电压来适当地操作。在一些情况下，如果向电子设备供应电压的电池下降得太低，那么不仅所述设备会提供不可靠的输出，而且低电压还可能损害设备。因此，电子设备的许多制造商包括检测电池电压电平的电路，并且如果电压电平下降到低于某一电平，那么电路将自己断开。作为实例，新的未使用的AA电池提供1.5V电压。随时间推移，当电池电荷由利用电池的设备消耗时，电池电压开始下降。

使用一次性电池(诸如AA电池)的一些电子设备被设计成当电池电压下降10％左右时停止操作。这意味着当AA电池的电压下降到约1.4V或1.35V时，电池不再由设备可使用并且不得不利用新电池来替换。因此，0V到1.35V之间的整个电压范围被浪费，从而导致明显的低效率。这类似于按常规只有10％的苏打瓶被消耗并且剩余的被丢弃的情境。这显然将是非常浪费和低效率的。

影响电池成本的另一个因素在于在制造电池中所使用的一些材料难以开采并且在一些情况下被认为是稀土材料。因为一些材料仅存在于像中国的国家中，并且中国已开始限制这些材料的出口，所以这些材料的价格已在上涨。

除电池低效率的负面经济影响之外，存在着明显的环境影响。每年存在约30亿电池出售。电池造成特殊的环境风险，因为它们包含有毒材料，所述有毒材料可以进入我们的自然资源(诸如地下水)中。它们也不可生物降解。许多国家以及市政当局具有关于电池再循环的法律和本地条例。此外，与制造和分销电池相关联的碳足迹引起关注。开采这些材料、将它们放入电池中、包装电池以及将它们装运到全世界的过程耗费许多能量并且产生许多温室气体。因此，提高电池的使用效率提供显著的经济效益及环境效益。

因此，存在对提高电池(诸如一次性电池和可再充电电池)效率的技术的需要。

简要概述

本发明的实施方案提供用于显著增加电池寿命的技术。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筒包括正导电电极和绝缘层，所述绝缘层在导电电极下方延伸，以使得当套筒耦合到电池时，正导电电极被定位在电池的正极端子上方，其中绝缘层将正导电电极与电池的正极端子电隔离。

在另一个实施方案中，电池套筒还包括负导电电极，所述负导电电极被配置成使得当套筒耦合到电池时，负导电电极与电池的负极端子电接触。

在另一个实施方案中，电池套筒还包括电压调节电路，所述电压调节电路适于接收电池的正极端子和负极端子，并且在电连接到正导电电极的输出端子上提供输出信号。

在另一个实施方案中，电池套筒包括电压调节电路，所述电压调节电路适于接收由电池提供的正电压和负电压，并且在电池的使用寿命的持续时间内在电池套筒的正导电电极上产生基本恒定的输出电压。

在另一个实施方案中，电压调节器被容纳在电池套筒的靠近正导电电极的上部部分中。在替代实施方案中，电压调节器被容纳在电池套筒的靠近负导电电极的下部部分中。

在另一个实施方案中，当电池套筒耦合到电池时，套筒的正导电电极用作电池的新的正极端子。

在另一个实施方案中，电池套筒被配置成使得当套筒耦合到电池时，电池的正极端子由绝缘层覆盖，以使得正极端子不被外部地电接触。

在又一实施方案中，电池套筒被配置成使得当套筒耦合到电池时，电池的负极端子被外部地电接触。

根据本发明的另一个实施方案，用于延长一个或多个电池的使用寿命的电池套筒包括正导电电极，所述正导电电极被配置成使得当电池套筒耦合到至少一个电池时，套筒的正导电电极用作至少一个电池的新的正极端子。

在一个实施方案中，电池套筒还包括电压调节器，所述电压调节器适于接收由至少一个电池提供的电压，并且在至少一个电池的使用寿命的持续时间内产生基本恒定的输出电压。

在另一个实施方案中，电池套筒还包括在导电电极下方延伸的绝缘层，其中所述套筒被配置成使得当套筒耦合到电池时，正导电电极被定位在电池的正极端子上方，其中绝缘层将正导电电极与电池的正极端子绝缘。

在另一个实施方案中，电池套筒还包括负导电电极，所述负导电电极被配置成使得当套筒耦合到电池时，负导电电极与电池的负极端子电接触。

在另一方面，提供用于延长电池寿命的方法。所述方法包括接收来自电池的电池电功率输出。所述电池电功率输出具有电池输出电压，所述电池输出电压从第一电池输出电压降低至第二电池输出电压。所述电池电功率输出被用来驱动转换器，所述转换器输出具有大于第二电池输出电压的转换器输出电压的转换器电功率。所述转换器电功率从一个或多个输出端子输出，所述一个或多个输出端子被配置成与电池供电装置的一个或多个输入端子接口对接。所述转换器可以相对于电池来配置和支撑以与电池的一个或多个输出端子接口对接。转换器可以被嵌入电池内，并且转换器电功率输出通过电池的端子而输出。

在所述方法的许多实施方案中，当电池输出电压从第一电池输出电压降低至第二电池输出电压时，转换器输出电压具有基本恒定的幅值。第二电池输出电压可以小于第一电池输出电压的70％。

所述方法可以包括当电池产生的电压超过由电池供电的装置所需的电压时，直接输出电池电功率。例如，所述方法可以包括当电池输出电压从第一电池输出电压降低至等于或大于电池供电装置正常操作所需的最小电压电平的电压时，从一个或多个输出端子输出电池电功率输出，所述一个或多个输出端子被配置来与电池供电装置的一个或多个输入端子接口对接。

为了进一步延长电池寿命，所述方法可以包括输出相对于标称电压或由电池最初产生的电压的降低的电压。例如，所述方法可以包括在电池输出电压从第一电池输出电压降低至第二电池输出电压的至少一部分期间，降低转换器输出电压。例如，在电池输出电压从第一电池输出电压降低至第二电池输出电压的部分期间，转换器输出电压可以降低少于10％并且电池输出电压降低大于30％。作为另一个实例，在电池输出电压从第一电池输出电压降低至第二电池输出电压的初始部分期间，转换器输出电压可以小于电池输出电压。

在所述方法的许多实施方案中，转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可以被控制以使得转换器输出电压：a)小于第一电压，b)大于第二电压，以及c)当电池输出电压从第一电池输出电压降低至第二电池输出电压时变化少于10％。第二电池输出电压可以小于第一电池输出电压的70％。

可以使用任何合适电池和/或合适电池的组合来实践所述方法。例如，供应电池电功率输出的电池可以包括串联连接的单独的电池。作为另一个实例，电池可以是具有标准的相邻输出端子的9伏电池。作为又一个实例，电池可以具有外壳，并且转换器可以设置在外壳内。

所述方法可以包括防止极性倒转。例如，所述方法可以包括通过阻止电池的负极端子与转换器的正极输入电压端子之间的配合来防止极性倒转。

在另一方面，提供用于延长一个或多个电池的使用寿命的电池套筒。所述电池套筒包括正导电电极、绝缘层和电压调节电路。绝缘层在导电电极的下方延伸，以使得当套筒耦合到一个或多个电池时，正导电电极被定位在一个或多个电池的正极端子上方，其中绝缘层将正导电电极与正极端子电隔离。电压调节电路适于接收由一个或多个电池提供的电压，并且在正导电电极上产生相对于针对一个或多个电池的使用寿命的至少一部分的所提供的电压的增加的输出电压。在许多实施方案中，由一个或多个电池提供的电压在所述一个或多个电池的整个使用寿命中从第一电池输出电压降低至第二电池输出电压，所述第二电池输出电压小于第一电池输出电压的70％。

在电池套筒的许多实施方案中，为了进一步延长电池寿命，所述电压调节电路可以输出相对于标称电压或由电池最初产生的电压的降低的电压。例如，当由一个或多个电池提供的电压从第一电池输出电压降低至等于或大于电池供电装置正常操作所需的最小电压电平的电压时，电压调节电路可以将由所述一个或多个电池所提供的电压输出给正导电电极。作为另一个实例，电压调节电路可以产生大于由一个或多个电池提供的电压的输出电压，由电压调节电路产生的输出电压在一个或多个电池的使用寿命的一部分期间降低。例如，在一个或多个电池的使用寿命的由调节电路产生的电压降低的部分期间，由电压调节电路产生的电压可以降低少于10％，并且由一个或多个电池提供的电压降低大于30％。作为另一个实例，在一个或多个电池的使用寿命的初始部分期间，由电压调节电路产生的电压可以小于由一个或多个电池提供的电压。

在电池套筒的许多实施方案中，电压调节电路包括升压转换器和降压转换器。控制所述升压转换器和所述降压转换器以使得由电压调节电路产生的电压：a)小于在一个或多个电池的使用寿命期间由所述一个或多个电池提供的初始电压，b)大于在一个或多个电池的使用寿命结束时由一个或多个电池提供的最终电压，以及c)在一个或多个电池的使用寿命期间变化少于10％。由一个或多个电池提供的最终电压可以小于由一个或多个电池提供的初始电压的70％。

电池套筒可以被配置用于与任何合适的电池和/或合适电池的组合一起使用。例如，所述一个或多个电池可以包括串联连接的两个或更多个电池。所述一个或多个电池可以包括具有标准的相邻输出端子的9伏电池。

电池套筒可以被配置来防止由于电池套筒与一个或多个电池的错误耦合而产生的无意的极性倒转。例如，电池套筒可以包括u形元件，所述u形元件被配置来当电池套筒与一个或多个电池耦合时接纳所述一个或多个电池的正极端子，以及阻止电压调节电路与所述一个或多个电池的负极端子之间的电连接，以便防止由所述一个或多个电池提供给电压调节电路的电压的极性倒转。

在另一方面，提供了具有延长的使用寿命的电池组件。所述电池组件包括外壳、设置在外壳内并且提供输出电压的一个或多个电压产生单元、正电压端子、负电压端子以及设置在外壳内的电压调节电路。电压调节电路接收由一个或多个电压产生单元提供的输出电压，并且产生相对于由一个或多个电压产生单元在其使用寿命的至少一部分上所提供的电压的增加的输出电压。电压调节电路可操作地连接到正电压端子和负电压端子，以通过所述正电压端子和所述负电压端子输出所产生的增加的输出电压。

在另一个实施方案中，电压调节电路被并入电池供电装置内。电压调节电路被配置来延长一个或多个电池的寿命，所述一个或多个电池用来通过输出等于或超过电池供电装置正常操作所需的最小电压的电压来给所述电池供电装置供电，即使当所述一个或多个电池输出小于电池供电装置正常操作所需的最小电压的电压时也是如此。

附图简述

图1示出根据一个实施方案的电池调节系统110；

图2示出根据一个实施方案的电池套筒的简化图；

图3示出根据一个实施方案的耦合到电池的电池套筒的侧视图；

图4示出根据一个实施方案的具有沿着套筒的底部部分放置的调节电路的电池套筒的简化图；

图5是示出一个实施方案的简化图，其中电池套筒适于耦合到两个串联连接的电池；

图6A和图6B示出又一实施方案，其中调节器和套筒被适配成使得所述套筒将电池的正极端子连同调节输出电压一起提供给外部装置；以及

图7示出说明各种实施方案的优点的实际测量。

图8A示出根据一个实施方案的电池套筒的倒置的分解视图，所述电池套筒具有被放置成与电池的正极端子接口对接的调节电路。

图8B示出电池和电池的用于将电池与图8A的电池套筒耦合的相关联的插入路径。

图8C示出图8B的与图8A的电池套筒耦合的电池。

图8D、图8E和图8F示出根据一个实施方案的被配置来防止极性倒转的电池套筒配置。

图9A和图9B示出根据一个实施方案的被配置用于与九伏电池一起使用的调节器组件。

图10A和图10B示出根据一个实施方案的包括设置在电池的外壳内的调节电路的电池。

图11示出根据一个实施方案的具有旁通阶段的两阶段电压调节方法。

图12示出根据一个实施方案的利用相对于电池输出电压的电压升高和降低的电压调节方法。

图13示出根据一个实施方案的包括电压变化阶段的三阶段电压调节方法。

图14是根据一个实施方案的示出包括升压转换器、旁通电路和滤波器电路的电压调节电路的简化图。

图15是根据一个实施方案的示出降压转换器电路的简化图。

图16是根据一个实施方案的示出包括升压转换器、降压转换器、滤波器和旁通电路的电压调节电路的简化图。

图17是根据一个实施方案的示出用于提供升压和原生旁通电压的电压调节电路的电路图。

图18是根据一个实施方案的示出合并电压调节电路的电子装置的图。

详细描述

在本实施方案的以下描述中，参考了构成本文中的一部分的附图，并且其中是通过说明本实施方案可以实践的特定实施方案示出的。对这些实施方案的描述足够详细以使得本领域技术人员能够实践本发明，并且应理解，可利用其他实施方案并在不背离本公开范围的情况下，进行过程、电子或机械方面的改变。因此，以下详细描述不以限制性意义来理解。

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被连接到电压调节器105的输入端子101。电池103的接地端子100被连接到电压调节器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需要被路由到物理定位电压调节器105的地方。这可以通过柔性PCB而实现，所述柔性PCB形成在下文进一步更详细描述的电池套筒的部分。电压调节器105的输出端子102提供电池调节系统110的输出。存在放置在电池103的正极端子104与电压调节器105的输出102之间的绝缘体。

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，将系统110的输出102调节成1.5V。新的AA电池向调节器105提供1.5V至1.6V范围中的电压。调节器105的输出102随后被调节成1.5V，并且因此电池调节系统110的输出被固定为1.5V。在操作中，当使用电池调节系统110的装置消耗来自电池103的电流时，电池逐渐失去通过化学储能装置最初放置在电池中的电荷。这致使由电池103输出的电压随时间的推移而下降。然而，调节器105在输出端子102处保持提供恒定的1.5V，即使调节器的输入电压被减小低于1.5V。这实际上向使用电池调节系统110的装置提供了恒定的电压，直到由电池103提供的电压被减小至电压调节器105可以利用其来操作的最小值。在这个实例中，所述电压将是0.7V至0.8V左右。这允许终端装置利用电池103持续更长的时间段。而且，在将电池丢弃之前电池中的更多存储电荷被使用。

图2示出根据一个发明的电池套筒200的简化图。套筒200当耦合到电池103时覆盖电池的顶部端子104。套筒200具有围绕电池103的上部部分紧密配合的上部部分。套筒200通常被设计成当耦合到电池时确保电池总尺寸的最小增加。套筒200包含绝缘体(未示出)，所述绝缘体将电池103的正极端子104与电池套筒200的新的正极端子204电隔离。套筒200还包括底部区段，所述底部区段包括底部导体205，所述底部导体205电连接到电池103的负极端子100。一个或多个导电迹线202将底部导体205路由至容纳在套筒200的上部部分中的调节电路(未示出)。

图3示出根据一个实施方案的耦合到电池103的套筒300的侧视图。套筒300包裹在电池103的顶部部分周围，并且具有通过绝缘体312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被容纳在套筒300的上部部分中。在套筒300中延伸的导电迹线306将调节器105的输入端子101连接到电池103的正极端子104。在套筒300中延伸的另一个导电迹线310将电池103的负极端子100连接到调节器105的输入端子106。而在套筒300中延伸的第三导电迹线将调节器105的输出端子102连接到套筒的顶部导体电极304。导电迹线306、308和310彼此绝缘。如前文所描述的，在操作中，顶部导电电极304用作电池的“新的”正极端子。

在图4中示出的替代性实施方案中，当电池103插入套筒400中时，调节器405接近电池103的负极端子100将位于的位置而放置在套筒400的底部部分中。在这个实施方案中，电池103的正极端子104由延伸穿过套筒400的导电迹线412路由至套筒的调节器405所驻留的底部。路由至底部的导电迹线412被连接到调节器405的输入端子101，并且调节器405的另一个输入106接收电池103的存在于套筒400的底部处的负极端子100。电压调节器405的输出端子102随后通过导电迹线414向上路由并且连接到套筒400的顶部导体电极404。如在先前的实施方案中，套筒的顶部导体电极404通过绝缘层410与电池103的正极端子104绝缘。在这个实施方案中，两个导电迹线412、414在套筒400的上部部分与下部部分之间延伸。

图5是示出一个实施方案的简化图，其中套筒500适于耦合到两个串联连接的电池103A、103B。在这个示例性实施方案中，电池103A、103B是提供3V输出的AA电池。调节器505在图5中被示出为在套筒500外部，以最小化混乱。在实践中，调节器505被容纳在套筒500中。以与上述实施方案类似的方式使用调节器505。如在先前的实施方案中，当两个电池的电压由于使用而下降时，调节器505提供等于新电池的双倍电压的恒定调节电压。

图6A和图6B示出又一实施方案，其中调节器和套筒被适配成使得所述套筒将电池的正极端子连同调节输出电压一起提供给外部装置。图6A示出电池103的正极端子104和负极端子100如何与电压调节器605互连。为清楚起见，调节器被示出与套筒分开，尽管在实践中调节器将被容纳在套筒中。图6A还描绘了绝缘体610，所述绝缘体610使套筒的底部电极612与电池103的负极端子100绝缘。图6B更加准确地反映了调节器605沿着套筒底部的物理位置。在这个实施方案中，电压调节器605的输出102被用作到电池的电压的串联电压。起初，当电池为新的时，电压调节器605的输出102被设置成0V或者甚至为负，以确保由套筒提供到外部设备的电压保持1.5V。当电池电荷随时间的推移而下降时，电压调节器605在其输出102处维持基本等于1.5V–V(电池)的电压。换句话说，调节器监测由电池103提供的电压，并且如果所述电压下降到低于调节电压，那么调节器随后产生电压来补偿电池电压的下降。作为一个实例，当电池被使用并且其电压下降至1.1V时，电压调节器605在其输出102处提供0.4V的电压。

根据本发明的实施方案，电池套筒在耦合到电池时将电池的正极端子与外部装置隔离，并且在操作期间，将电池电压调节成恒定电压并且将调节恒定电压代替初始电池电压来提供给外部装置。这种电池套筒的优点在于甚至在电池的输出电压下降到低于外部设备的可允许的操作电压之后，外部设备继续接收恒定电压并且因此继续操作和从电池汲取电荷。其将继续这样做直到电池的输出电压下降到低于电压调节系统可操作的范围的这种时候。在AA电池实例中，在没有电池套筒的情况下，当电池从1.5V下降到1.4V或1.35V时需要将其丢弃。然而，在具有套筒的情况下，电池电压可以下降到低至0.8V或0.7V，而外部设备继续经历1.5V。应注意，电池套筒的电流电平需要与终端系统的电流需求一致。

如果观察这种装置在电池寿命方面的潜在收益，那么就可以看到显著的益处。例如，上述实例中的AA电池将大致使用1.5V至1.4V范围中的电池输出的当量电荷。这意味着在0.1V的下降之后，电池的寿命就结束。如果电池可以被使用直到其电压达到0.8V，那么在0.7V的下降之后，电池的寿命就结束。如果假定时间对电压降是线性函数，那么在这个实例中电池的寿命可以提高7倍。然而，有利地，时间对电压降不是完全线性的。电池电压下降0.1V所花费的时间在较低电压处比在较高电压处更长。这意味着如果从电池汲取恒定电流，那么电池从1.2V放电至1.1V将比从1.5V放电至1.4V花费长得多的时间。这意味着电池寿命增加的程度可以甚至比上述实例中的7倍更高。

应注意，调节电路具有削减延长电池寿命的程度的一定效率，然而寿命时间减少是相当小的。在操作期间，调节器本身使用来自电池的一定量的电流。许多可用的DC到DC转换器具有95％左右的高效率。也就是说，由电池供应的功率的5％由转换器使用并且剩余的功率可用于终端用户。然而，当与电池效率的700％的增益相比时，由于使用转换器而产生的5％的效率损失可忽略不计。还应注意，当由于使用而产生电池电压下降时，转换器效率可能下降。例如，当电池电压从1.5V下降至1V时，转换器的效率可能下降到50％至60％。然而，因为它们的电压已经下降到低于可操作电压范围(即，1.4-1.5V)，所以50％的效率仍然是对丢弃电池的当前方法的显著改进。

本发明的经济性是吸引人的。虽然可能存在与实现本发明相关联的一些成本，但是这种成本多于通过将电池寿命延长到等同于5至7个电池中所实现的成本节约的抵消。所述实现方式可以如上述各种实施方案中所述地在电池外部，或者可替代地电池制造商可以在制造过程期间并入调节电路和在电池外壳内部的相关联的连接。然而，可附接的套筒实现方式具有额外的优点：其可以多次重复地使用。也就是说，一旦套筒内部的电池完全用尽，可以扔掉所用尽的电池并且可将另一个电池放置在套筒内部。因此，套筒的成本分散在许多电池中，因此最小化每个电池的附加成本。可附接套筒(在将调节器并入电池内部的实现方式上)具有额外的益处：不需要改变现有的电池制造过程、设备和工厂。

应注意，大多数(如果不是全部)电子设备的电池盒不需要改装来接纳电池套筒。尽管套筒稍微增加了电池的高度，但是电池盒中用来将电池保持在适当位置处的弹簧可以适应附加的高度。弹簧的长度通常在5mm至10mm的范围中。由于套筒而产生的电池的高度增加是约1mm。当将具有套筒的电池插入电池盒中时，额外的高度容易由压缩又一毫米的弹簧所适应。当然，随着技术的进步，可以减小套筒的厚度。对于其中正极端子和负极端子都沿着电池的相同末端定位的电池(诸如9V电池)来说，套筒对于电池的大小将具有甚至更小的影响。这是因为对于这种电池来说，套筒仅仅是具有使电池的正极端子与电压调节器的输出隔离的绝缘体的阳-阴转换器。

在另一个实施方案中，多个电池可以串联放置并且一个套筒可以涵盖一系列的电池，诸如图5中示出的电池。如图5的实施方案所描述的，将使用串联连接的电池的输出电压作为到电压调节器的输入，并且将由调节器提供的恒定输出电压提供给外部装置。应注意，这种串联连接的电池的寿命得以增加，甚至多于单个电池的情况，如接下来所解释的。单个AA电池在没有套筒的情况下使用时当其电压从1.5V下降到1.35V时将被扔掉。当在具有套筒的情况下使用时，电池可以被使用下降到0.8V。如果电池放电时间与电池的放电速率线性相关，那么寿命延长时间将是0.7V/0.15V或者超过4倍。相比之下，在将两个AA电池串联连接并且没有使用套筒的情况下，当串联连接的电池的电压从3V下降到2.7V时，将需要扔掉所述两个电池。当与套筒一起使用时，可以使用串联连接的电池从3V下降到0.8V。寿命延长时间随后将与(3-0.8)/(3-2.7)＝2.2/0.3成比例，这导致超过7倍的电池寿命延长。这假定输出电压与时间之间呈线性关系。然而，如上所述，电池表现为非线性，因为从1.5V到1.4v下降0.1V所花费的时间比从1.3v到1.2v下降0.1V所花费的时间短得多。当使用套筒时，这有利地进一步增加电池寿命。

在又一实施方案中，本发明的设备结合可再充电电池来使用。在可再充电电池的情况下存在称为阴影效应的现象。如果电池放出少量的电并且随后完全充电，并且如果这个过程重复无数次，那么电池就会失去其保持电荷的能力。本实施方案使得可再充电电池能够操作更长时间，并且因此减少由终端用户频繁地再充电的需要。

另一种已知的现象是：如果可再充电电池被允许放电超过一定限度，那么其可以被充电的次数会显著地减少。本实施方案包括电压检测系统，所述电压检测系统在电池达到下限并且切断输出电压时来进行检测，因此增加了电池可以被充电的次数。

在一个实施方案中，金属上印刷硅的技术可以被用来实现套筒、调节电路和其相关联的连接。存在使用除硅以外的材料来处理电路的新技术。在一些情况下被印刷到不锈钢上的这些类型的印刷硅可以被用来使围绕电池的套筒成形。这还将允许更好的热特性。

在又一实施方案中，柔性PCB可以被用来将端子从电池的一侧路由至另一侧。这些柔性薄层将允许套筒非常薄。

在又一实施方案中，调节系统的效率可以被调整成使得虽然所述系统将允许调节系统的最大电流输出能力相当高，但是在终端系统通常运行的输出电流电平下效率将最大化。例如，如果电池被用在远程控制系统中，其中远程控制系统的平均电流消耗为50mA，那么可以是DC到DC转换系统的电压提升系统被设置成在所述输出电流电平下是尽可能高效率的。

图7示出说明各种实施方案的优点的测量。选择三种流行的AA电池品牌(Panasonic、Duracell和Sony)用于测量。将汲取固定50mA电流的有源负载电路放置在这些电池的输出处，并且随着时间的推移测量每个电池的电压。水平轴示出时间并且垂直轴示出电池电压。这些新电池的起动电压是1.6V。列出电池达到1.39V所花费的时间量(在1.39V处许多电子设备停止操作)。Panasonic电池花费6.3个小时达到所述电平，而Sony电池则花费4.5个小时。根据本发明的实施方案，Panasonic电池在结合调节器使用时，在其停止提供1.5V之前花费27.9个小时，并且Sony电池在与调节器一起使用时，在其停止提供1.5V之前花费32个小时。因此，利用所述调节器，在需要替换电池之前花费4.5倍至7倍更长的时间。因此，需要制造和因此丢弃的电池的总数量将减少4倍至7倍。如果考虑用于提取所有电池材料、它们的制造、它们到商店的运输、它们的包装以及最终被我们填埋的所有有毒材料的碳足迹，那么这将对我们的星球具有显著的影响。

图8A示出根据一个实施方案的电池套筒组件700的倒置的分解视图，所述电池套筒组件700包括被放置成与电池的正极端子接口对接的调节电路705和电池套筒710。调节电路705可以在合适的基板(例如，基于有机的、基于陶瓷的、柔性印刷电路(FPC)、刚性-柔性印刷电路(RFPC)上形成。调节电路705可以根据本文所述的任何合适的调节电路来配置并提供对应的调节。套筒710支撑基板并且可以被配置来配合在任何合适的标准电池上(例如，AA、AAA、C、D)，如图8B和图8C中所示。套筒710可以由涂覆有非导电材料的导电材料制成，除了套筒710被电连接到调节电路705的地方和套筒710接触电池的负极端子的地方之外。非导电材料涂层防止负极端子与诸如手电筒中的电池操作装置的任何金属圆柱形壁之间的电短路。套筒710包括侧面部分712、底部部分714和顶部部分716。侧面部分712具有分开一定厚度(例如，小于1mm)的圆柱形内表面和外表面，所述厚度被选择来提供足够的强度和刚度，同时是足够薄的以使得电池套筒组件700与电池的组合能够安装在被配置来接纳电池的电池操作装置内。

调节电路705的顶部具有弹簧触头718。弹簧触头718被配置来延长电池的总长度，并且当将两个电池物理上串联连接时还可挠曲以变得完全平坦。弹簧触头718的配置使电池与电池套筒组件700的组合能够配合在被配置来容纳电池的电池供电装置内，即使外加有电池套筒组件700。图8C示出安装到电池套筒组件700中的电池的组合。

图8D、图8E和图8F示出根据一个实施方案的被配置来防止极性倒转的电池套筒配置。图8D示出具有被配置来防止无意的极性倒转的封装元件719的电池套筒组件700。封装元件719具有u形构型，其被成形来接纳电池正极端子与基板705上的正极输入触头的配合，同时阻止电池负极端子与基板705上的正极输入触头的配合。图8E示出基板705和封装元件719的近距离视图。图8F示出基板705和封装元件719的近距离分解视图。封装元件719可以由合适的非导电性封装材料形成，并且可以进一步用来保护位于基板705上的电池套筒部件(诸如调节电路部件)免受接触造成的损害。

图9A示出根据一个实施方案的被配置用于与九伏电池721一起使用的调节器组件720。调节器组件720包括凹的输入电压连接器722，其被配置来与电池721的凸的正极端子723耦合；凸的输入电压连接器724，其被配置来与电池721的凹的负极端子725耦合；基板组件726；凸的正电压输出端子727；以及凹的负电压输出端子728。基板组件726包括调节电路729。调节电路729被电连接到凹的输入电压连接器722和凸的输入电压连接器724，以便接收来自电池721的输出电压和电流。调节电路729使用诸如本文所述的任何合适的方法将调节电压输出至输出端子727、728。

图9B示出根据一个实施方案的被配置用于与九伏电池721一起使用的另一个调节器组件730。调节器组件730类似于上文所述的调节器组件720，但是包括下底板731和上底板732。下底板731支撑输入电压连接器722、724。上底板732支撑输出端子727、728。调节电路729被夹在下底板731与上底板732之间，从而被保护免受偶然的接触损害。

图10A和图10B示出根据一个实施方案的包括设置在电池740的外壳内的调节电路742的电池740。调节电路742可以类似于本文所述的其他调节电路来配置。调节电路742可以使用任何合适的方法嵌入在电池内，以使调节电路742与电池内的物质隔离。例如，调节电路742可以嵌入在灌封材料内，诸如合适的树脂、硅树脂、紫外光可固化的丙烯酸灌封化合物、聚酯、热熔材料等。调节电路742还可以通过合适的铸造过程、通过封装或浸涂以及通过经印刷电路板(PCB)共形涂覆的封装来嵌入。

图11示出根据一个实施方案的具有旁通阶段752和升压阶段754的两阶段调节方法750。在旁通阶段752中，电池输出电压756大于或等于选择的电压电平757(例如，如所示的1.5伏)。任何合适的电压(例如，1.55伏、1.50伏、1.45伏等)可以用作选择的电压电平757。在许多实例中，完全充电的电池将输出超过其标称电压额定值的电压。在示出的实例中，电池输出电压756在时间零处是1.60伏，并且随时间的推移在使用了约5分钟时下降到1.50伏，并且在使用了约46分钟时进一步下降到0.80伏。当电池输出电压756大于或等于选择的电压电平757时，调节电路通过如本文所述的合适的旁通电路直接输出电池输出电压756。在电池输出电压756下降到低于选择的电压电平757之后，电池输出电压756被用来驱动调节电路，所述调节电路在升压阶段754期间输出选择的电压电平757。通过利用旁通阶段752，当电池输出电压等于或大于选择的电压电平757时，在旁通阶段752期间避免了与升高电池输出电压相关联的功率损失。

图12示出根据一个实施方案的利用相对于电池输出电压的电压升高和降低的调节方法760。在示出的实例中，电池输出电压762在示例性使用期间随时间的推移在使用了约12分钟时从时间零处的1.60伏降低到选择的电压电平764(例如，在示出的实例中是1.40伏)，并且在使用了约48分钟时降低到0.80伏。在第一阶段766期间，由调节电路输出到电池供电装置的选择的电压764相对于用来驱动调节电路的电池输出电压762是降低的。例如，调节电路可以包括如本文所述的降压转换器电路，以在第一阶段766期间输出相对于电池输出电压762的降低的输出电压。在第二阶段768期间，由调节电路输出到电池供电装置的选择的电压764相对于用来驱动调节电路的电池输出电压762是增加的。例如，调节电路还可以包括如本文所述的升压转换器电路，以在第二阶段768期间输出相对于电池输出电压762的增加的输出电压。

图13示出三阶段调节方法770，所述三阶段调节方法770包括旁通阶段772、电压变化阶段774和恒定电压阶段776。在旁通阶段772期间，电池输出电压778由调节电路直接输出到如本文所述的电池供电装置。在电池输出电压778超过第一选择的电压电平(例如，在示出的实例中是1.45伏)的情况下使用旁通阶段。任何合适的电压电平可以用作第一选择的电压电平。当电池输出电压778低于第一选择的电压电平并且高于第二选择的电压电平(例如，在示出的实例中是1.00伏)时，电池输出电压778被用来驱动调节电路，所述调节电路被控制以输出变化的输出电压780。在示出的实例中，变化的输出电压780从1.50伏(在电池输出电压778是1.45伏时)下降至1.35伏(在电池输出电压778是1.0伏时)。在恒定电压阶段776期间，电池输出电压778被用来驱动调节电路，所述调节电路被控制来输出恒定输出电压782(例如，在示出的实例中是1.35伏)。通过降低由调节电路所供应的电压提升量，调节电路的效率得以提高，从而产生增加的有效电池寿命。

图14是根据一个实施方案的示出电压调节电路800的简化图，所述电压调节电路800包括升压转换器802、旁通电路804和滤波器电路806。电压调节电路800可以被用来提供本文关于延长电池寿命所述的功能。升压转换器802接收来自电池808的输出并且将调节电压输出给滤波器电路806，所述滤波器电路806随后将平滑的电压输出递送给电池供电装置810。滤波器电路806可以包括一个或多个电感器和/或电容器的任何合适的组合，以使由升压转换器802输出的电压中的电压变化平滑。

升压转换器802包括电感器812、二极管814、电容器816、受控开关818(例如，MOSFET)和开关控制器820。开关控制器820通过控制开关818的打开和闭合来调节由升压转换器802输出的电压与由电池808供应的电压之间所得的比率。当开关818闭合时，流过电感器812的电流增加。当开关818打开时，电感器812驱动降低的电流量通过二极管814，这导致电容器816进行充电，这相对于由电池808输出的电压而升高了供应至滤波器电路806并且因此供应至电池供电装置810的电压。二极管814用来通过当开关818闭合时通过开关181的电流回流来防止电容器816放电。通过使开关818以选择来向电容器816提供希望的电荷电平的速率来在打开与闭合之间进行循环，产生了供应至电池供电装置810的电压相对于由电池808所输出的电压的受控的增加。

开关控制器820通过与开关818连接的控制导线822来控制开关818的打开和闭合。开关控制器820根据来自电池808的电压输入824、824和来自由电压调节电路800输出给电池供电装置810的电压的电压输入828、830来控制开关818。例如，开关控制器820可以包括任何合适的控制电子器件(例如，微处理器、微控制器等)，所述控制电子器件采用用于改变开关818的关-开占空比的合适方法(例如，通过查找表)以将希望的电压电平输出至如本文所述的电池供电装置810，用于在电池寿命期间改变由电池808输出的电压。

旁通电路804包括旁通开关832，所述旁通开关832通过控制导线834由开关控制器820控制。通过闭合旁通开关832并打开升压转换器818，可以根据本文所述的旁通阶段来将电池输出电压直接供应给电池供电装置810。

图15是根据一个实施方案的示出降压转换器电路850的简化图。降压转换器电路850可操作来例如在参考图12中示出的电压调节方法所述的第一阶段766期间降低从电池808供应至电池供电装置810的电压，以便延长电池寿命。

降压转换器电路850包括电感器852、电容器854、二极管856、受控开关858和开关控制器860。开关控制器860通过控制导线862来控制开关858的打开和闭合。当开关闭合时，电流以增加的速率流过电感器852。如果开关保持在闭合位置中，那么供应至电池供电装置810的电压增加，以达到由电池808输出的电压。当开关858打开时，供应至电池供电装置810的电压通过电容器854的放电来提供。如果开关保持在打开位置中，那么供应至电池供电装置810的电压将随时间的推移而减少至零。通过使开关858以选择来向电容器854提供希望的电荷电平的速率来在打开与闭合之间进行循环，产生了供应至电池供电装置810的电压相对于由电池808所输出的电压的希望的降低。

开关控制器860通过与开关858连接的控制导线862来控制开关858的打开和闭合。开关控制器860根据来自电池808的电压输入864、866和来自由电压调节电路850输出给电池供电装置810的电压的电压输入868、870来控制开关858。例如，开关控制器860可以包括任何合适的控制电子器件(例如，微处理器、微控制器等)，所述控制电子器件采用用于改变开关858的关-开占空比的合适方法(例如，通过查找表)以将希望的电压电平输出至如本文所述的电池供电装置810，用于在电池寿命期间改变由电池808输出的电压。

图16是根据一个实施方案的示出电压调节电路900的简化图，所述电压调节电路900包括升压转换器902、降压转换器电路904、滤波器906和旁通电路908。升压转换器902接收由电池808输出的电压，并且将调节电压输出给降压转换器904。升压转换器902被配置来相对于由电池808供应的电压可控制地增加从升压转换器输出的电压。在示出的实施方案中，降压转换器904接收由升压转换器902输出的电压，并且将调节电压输出给滤波器906。可替代地，转换器902、904的位置可以颠倒，其中降压转换器904接收来自电池808的电压，并且将调节电压输出给升压转换器902。滤波器906被配置来使供应给滤波器的调节电压平滑，并且将平滑的调节电压输出给电池供电装置810。可以采用任何合适配置的升压转换器902，诸如本文所述的升压转换器802。可以采用任何合适配置的降压转换器904，诸如本文所述的降压转换器850。旁通电路908被配置并且类似于本文所述的旁通电路804而起作用。

图17是根据一个实施方案的示出用于提供升压和原生旁通电压的电压调节电路950的电路图。电压调节电路950可以被用在本文所述的任何合适方法或装置中。电压调节电路950通过输入电压连接952接收输入电压，并且通过输出电压连接954输出输出电压。电压调节电路950被连接到地面956(例如，输入电压连接952所连接到的电池的负极端子)。

电压调节电路950类似于图14中示出和上文所述的电压调节电路800而起作用。电压调节电路包括电感器958、输入侧电容器960、控制单元962、输出侧电容器964、966和输出侧电阻器968、970。当通过输入电压连接952接收的输入电压大于或等于有待通过输出电压连接954供应给电池供电装置的目标输出电压时，控制单元962可以将(V输出)端子与(V输入)端子电连接，从而将从电池接收的输入电压输出给输出电压连接954。当通过输入电压连接952接收的输入电压小于目标输出电压时，控制单元962可替代地将(SW)输入端子与(GND)输出端子和(V输出)输出端子进行连接，从而引起合适的电流流过电感器958，所述电感器958随后驱动电流通过(V输出)端子流出，从而引起输出侧电容器964、966上的电荷的累积，从而以类似于本文关于电压调节电路800所述的方式来升高供应给输出电压连接954的电压。输入侧电容器960用来减少供应给电感器958和控制单元962的输入电压的变化。

电压调节电路可以被包括在电池供电装置内，以便延长用来给电池供电装置供电的一个或多个电池的寿命。例如，图18示出包括被包括在其中的电压调节电路1002的电池供电装置1000。电压调节电路1002可以类似于本文所述的其他调节电路来配置。电池供电装置1000包括由一个或多个电池1004供电的电路和/或元件1004，所述一个或多个电池1004可以是可移动的、可替换的和/或可再充电的。如同本文所述的其他调节电路，电压调节电路1002被配置来通过输出用于对电路和/或元件1004进行供电的调节电压(即使当由一个或多个电池1004输出的电压降到低于对于电路和/或元件1004的正常操作所需的最小电压)而延长一个或多个电池1004的寿命。

尽管本文已说明和描述了具体的实施方案，但本领域普通技术人员将了解，旨在或设计来实现相同目的的任何布置可代替所示出的具体实施方案。本公开的许多改进对于本领域普通技术人员将是明显的。例如，本文关于电压调节器105、调节器405、调节器505、电压调节器605、调节电路705、调节电路729、调节电路742、电压调节电路800、降压转换器电路850、电压调节电路900、电压调节电路950中的任何一个所述的配置和/或功能，以及本文所述的功能(诸如本文关于图11至图13所述的功能)可以在用于延长电池寿命的方法和/或装置中单独地采用或者以任何合适的组合来采用。因此，本申请旨在覆盖本公开的任何改进或变化。