ホットスワップ対応電池変更モジュール
変更モジュール（４００、１１００）を、それ以外のときには当初の主電池（２００）が機器（１００）に接続される位置である機器の電池端子に電気的に接続し、ホットスワップ対応電池（６００）を変更モジュール（４００、１１００）に電気的に接続することにより、機器（１００）はホットスワップ対応電池（６００）で動作するように変更され、電池（６００）を交換するために機器（１００）を停止させることがなくなる。充電済みのホットスワップ対応電池（６００）が変更モジュール（４００、１１００）に接続されると、変更モジュール（４００、１１００）は、ホットスワップ対応電池（６００）から機器（１００）に電力を供給する。変更モジュール（４００、１０００）は、ブリッジバッテリ（８００）と回路（８０４、８０８、９００、９０４、１００４、１００８、１０１０）を備え、この回路は、ホットスワップ対応電池（６００）からブリッジバッテリ（８００）を充電し、ホットスワップ対応電池（６００）の交換中は、ブリッジバッテリ（８００）から機器（１００）に電力を供給する。変更モジュール（４００、１１００）は、ホットスワップ対応電池（６００）が取り外された後も、モジュール（４００、１１００）を機器の電池端子と接触した状態に保つ、着脱可能構造（４１０）を備えていてもよい。変更モジュール（４００、１１００）は、機器（１００）が受け入れるように構成されている主電池と同様のフォームファクタおよび電源供給端子（４０４、４０８）を有していてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願〕
本願は、“Ｈｏｔ−Ｓｗａｐｐａｂｌｅ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｒｅｔｒｏｆｉｔ Ｍｏｄｕｌｅ”と題する２００８年４月７日出願の米国仮特許出願第６１／０４３，０９８号の優先権を主張するものであり、同仮出願の内容のすべては、あらゆる目的のために、参照によって本願に援用される。
【０００２】
本発明は、ホットスワップ対応電池回路に関し、より詳しくは、もともとは電池のホットスワップ機能を持たない機器を変更するために使用できる、そのような回路に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの試験機、ラップトップコンピュータおよびその他の携帯型電気、電子機器は電池を電源としており、言うまでもなく、電池は電源供給容量に限界があるため、その後は再充電するか、または新品の、もしくは新たに再充電された電池と交換しなければならない。電池の交換中に機器に電力を供給するための特別な装置がない場合、その機器は電池交換作業中、停止させなければならない。このような停止は望ましくないかもしれない。たとえば、試験機の場合、停止されたことによって較正や認定のためのパラメータおよび／または使用者が入力したパラメータが失われてしまうかもしれず、機器に充電済みの電池が入れられ、電源が投入された後で、もう一度、較正、認定および／またはセットアップのやり直しに時間をかけなければならない。較正、認定および／またはセットアップのやり直しは当然、時間と、新たに挿入された電池の電力を多少なりとも消費し、その結果、使用者の作業効率が低下し、電池が機器に生産的な使用のために電源を供給できる時間は短縮される。
【０００４】
さらに、長い実験の途中で試験機の電池の容量がなくなり、交換の必要が生じた場合、電池の交換中、この試験機からは、電池が消耗した時点までに収集されたデータが失われるかもしれず、そのために、実験を最初からやり直さなければならないかもしれない。実験のやり直しは問題となるかもしれず、特に、実験に破壊試験が含まれていれば、交換前に行った実験ですでに試験サンプルのほとんどまたは全部を破壊してしまっている可能性があり、実験を最初からすべてやり直すのに十分な試験サンプルが残っていないかもしれない。
【０００５】
一部の電子機器には２つの同じ大きさの主電池用スロットがあり、主電池を片方ずつ交換し、交換中はもう一方の主電池で機器の動作を続けることができる。このような構成の場合、電池を交互に交換することにより、機器を基本的に継続して動作させることは可能である。しかしながら、このような機器には、２つの電池のうち一方から優先的に電力を引き出し、その電池が消耗したら、この消耗した電池を交換する間に、自動的に２つの電池のうちのもう一方から電力を引き出すようにする回路が必要となる。さらに、このような構成は、大きなスペースを必要とし、また重量も重くなりすぎるために、小さなハンドヘルド型の試験機には適用できないかもしれない。
【０００６】
電子機器の中には、消耗した電池を交換している間の短い時間、一般的には数分間のみ、電源を供給するための「ブリッジ」バッテリバックアップ回路を備えるものがある。たとえば、ＭＡＸ１６１２集積回路（Ｍａｘｉｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）が販売）またはＬＴＣ１５５８集積回路（Ｌｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍｉｌｐｉｔａｓ，ＣＡ）が販売）を用いれば、主電池の交換中に、別の専用の補助またはバックアップブリッジバッテリから機器に電源を供給することができる。消耗した主電池を充電済み電池と交換し終わったら、特定の市販の回路でブリッジバッテリを再充電する。場合によっては、主電池の交換中、機器を低消費電力状態にしなければならないこともある。
【０００７】
残念ながら、複数のフルサイズの主電池用スロットやブリッジバッテリバックアップ回路と専用ブリッジバッテリを備えていないかぎり、主電池の交換時には機器を必ず停止させなければならない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある実施形態は、試験機、ラップトップコンピュータ、有毒ガス警報機、懐中電灯等、電池式の機器に使用できるホットスワップ電池変更モジュールを提供する。このホットスワップ電池変更モジュールは、機器の電池端子に接続してもよい。機器の電池端子は一般に、１つまたは複数の電池（簡潔さを期し、本明細書においては、まとめて第一の電池という）の端子に適合する。ホットスワップ電池変更モジュールは、１つまたは複数の電池（簡潔さを期し、本明細書においては、まとめて第二の電池という）の端子に適合する複数の受電端子を備える。第一の電池は、第二の電池と同じ種類であってもよいし、第一と第二の電池は異なる種類であってもよい。たとえば、第一の電池の端子の構成は、第二の電池の端子と略同じように構成してもよいし、あるいは第一の電池の端子は第二の端子とは異なる構成であってもよい。
【０００９】
ホットスワップ電池変更モジュールはまた、機器の電池端子に適合する複数の電源供給端子を備える。使用において、ホットスワップ電池変更モジュールは、電源供給端子が機器の電池端子と接触するように設置される。ホットスワップ電池変更モジュールはまた、エネルギー蓄積要素と、エネルギー蓄積要素、受電端子および電源供給端子に接続された回路とを備える。第一のモードにおいて、受電端子は電源供給端子に連結され、第二のモードにおいて、エネルギー蓄積要素は電源供給端子に連結される。
【００１０】
第一のモードの一例では、充電済み電池がホットスワップ電池変更モジュールに接続されている間、回路は電力を、電池から受電端子と電源供給端子を介して機器に送る。これに対し、第二のモードの一例では、電池の交換中、回路は電力を、エネルギー蓄積要素から電源供給端子を介して機器に送る。回路は、エネルギー蓄積要素を、受電端子を介して入手できる電力から、すなわち、受電端子に接続された電池から充電するように構成されていてもよい。
【００１１】
モードは、電池が受電端子に連結されているか否か、あるいは受電端子に連結されている電池の電荷が少なくとも所定のレベルか否かに基づいて決定してもよい。したがって、１つの実施形態において、第一のモードでは電池が受電端子に連結されており、第二のモードでは電池が受電端子に連結されていない。別の実施形態において、第一のモードでは、受電端子に連結されている電池の電荷が少なくとも所定のレベルであり、第二のモードでは、受電端子に電池が連結されていないか、または連結されている電池の電荷が所定のレベルより少ない。
【００１２】
変更モジュールの少なくとも一部は、第一の電池、すなわち、その機器の電池端子が適合する電池のフォームファクタの少なくとも一部に基づくフォームファクタを有していてもよい。たとえば、モジュールのうちの、電源供給端子のある部分のフォームファクタは、第一の電池のうちの、電池端子がある部分と同様であってもよい。
【００１３】
１つの実施形態において、ホットスワップ電池変更モジュールは基板を有し、複数の受電端子と複数の電源供給端子が基板上に配置される。基板は十分に薄くして、電池の端子と機器の電池端子との間に設置し、当初の主電池をホットスワップ対応電池の代わりに使用できるようにしてもよいが、これは必須事項ではない。モジュールは、基板とは別のハウジングを有していてもよく、回路はハウジングの中に設置されてもよい。ケーブルで、回路を受電端子と電源供給端子に接続してもよい。
【００１４】
ホットスワップ電池変更モジュールは、主電池が機器から取り外されても、少なくともモジュールの電源供給端子を機器の電池端子と接触した状態に保つように構成された保持構造を備えていてもよい。保持構造は、着脱可能であってもよい。たとえば、保持構造は、変更モジュールの表面上の少なくとも一部、あるいはそれ以外で変更モジュールの表面付近に設けられた弾力性に富む摩擦材料であってもよい。保持構造は伸縮式の構造、たとえば、電池ボックスの中に挿入できるように十分小さく、挿入後は伸長して、摩擦等により電池ボックスの少なくとも一部と機械的に係合するような構造であってもよい。保持構造は、少なくとも部分的に回転可能な構造、たとえば、回転すると電池ボックスの一部と（これを圧迫することによって、あるいはその陥凹部に入ることによって）係合するカムまたはその他の偏心構造物であってもよい。他の実施形態において、保持構造は、接着剤、壊れやすい構造、電池ボックス内の構造物との機械的インターロック等の永久的なものでもよい。
【００１５】
ホットスワップ電池変更モジュールはポートを有していてもよく、このポートで取り外し用工具を受け、それによって変更モジュールを機器の電池端子と接触した状態から分離させることができる。たとえば、この工具は、伸縮可能な構造を伸張させるため、または上記の少なくとも部分的に回転可能な構造を回転させるために使用してもよい。さらに、この工具を使って、モジュールを所定の位置に保持している可能性のある摩擦力に打ち勝つのに十分な力でモジュールを引き出してもよい。
【００１６】
ホットスワップ電池変更モジュールは、機器の構造物と協働して、機器の電池ボックス内の変更モジュールの向きを制限する割出し構造（ｉｎｄｅｘ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を備えていてもよい。割出し構造は、突起、線状隆起、溝その他、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。割出し構造により、電源供給端子が機器の電池端子と適正に接触する、および／または適正に接触した状態に保つようにモジュールを配置しやすくなるかもしれない。
【００１７】
エネルギー蓄積要素は、１つまたは複数の再充電式電池（以下、まとめて電池という）および／または１つまたは複数のコンデンサ（以下、まとめてコンデンサという）であってもよい。
【００１８】
本発明の別の実施形態は、電池の交換中に機器に一時的な電力を供給する方法を提供する。ホットスワップ電池変更モジュールを機器の電池端子と電池の端子の間に介在させ、電池の端子の少なくとも１つが機器のいずれの電池端子とも物理的かつ直接的に電気接触していないようにする。（これに関して、「直接的に電気接触」とは、電池の端子が機器の電池端子と接触し、その間に電流が流れることを意味する。）電池の交換中、電力はホットスワップ電池変更モジュールから機器の電池端子に供給される。
【００１９】
電池の交換中、交換用電池の端子をホットスワップ電池変更モジュールに接続して、交換用電池の端子の少なくとも１つが機器のいずれの電池端子とも物理的かつ直接的に電気接触しないようにしてもよい。交換用電池が装填されると、電力は交換用電池から機器の電池端子に供給されてもよい。
【００２０】
ホットスワップ電池変更モジュールを、機器の電池端子と電池の端子の間に、複数の受電端子を電池の端子と物理的かつ直接的に電気接触させ、複数の電源供給端子を機器の電池端子と物理的かつ直接的に電気接触させることによって介在させてもよい。さらに、エネルギー蓄積要素を備え、電源供給端子と受電端子に連結される回路を設置する。モジュールを介在させると、電力をエネルギー蓄積要素から電源供給端子を介して供給することによって、電池交換中に電力が供給されるようにしてもよい。
【００２１】
さらに、交換用電池の端子を受電端子に接続して、交換用電池の端子の少なくとも１つが機器のいずれの電池端子とも物理的かつ直接的に電気接触しないようにしてもよい。
【００２２】
エネルギー蓄積要素の充電は、受電端子に接続された電池、すなわち交換用電池から行ってもよい。
【００２３】
本発明は、図面に関連して以下の具体的な実施形態の詳細な説明を読むことによって、より十分に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】先行技術によるホットスワップ非対応電池を電源とする機器の一例の斜視図である。
【図２】図１の機器とともに使用できる、先行技術による電池の一例の斜視図である。
【図３】機器の中に装着された図２の電池を示す、図１の機器の切欠き斜視図である。
【図４−５】本発明の実施形態による、図１の機器とともに使用できる変更モジュールの、それぞれ上部と底部を示す斜視図である。
【図６】本発明のある実施形態による、図４、図５の変更モジュールと図１の機器とともに使用できるホットスワップ対応電池の一例の斜視図である。
【図７】本発明のある実施形態による、機器の中に装着された図４、図５の変更モジュールと図６の電池を示す、図１の機器の切欠き斜視図である。
【図８】本発明のある実施形態による、図４、図５の変更モジュールの回路の概略ブロック図である。
【図９】本発明の別の実施形態による、図４、５の変更モジュールの概略図である。
【図１０】本発明のまた別の実施形態による、図４、図５の変更モジュールの概略ブロック図である。
【図１１】本発明の他の実施形態による、機器の中に装着された変更モジュールと図２の電池を示す、図１の機器の切欠き斜視図である。
【図１２】本発明のある実施形態による、電池交換中に機器に一時的に電源供給するために実行されるかもしれない動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態によれば、電池式の電気または電子機器を、機器の主電池のホットスワップに対応でき、機器を停止させずにすむように変更するための方法と装置が開示される。変更モジュールを、それ以外のときには当初の主電池が機器に接続される位置である機器の電池端子に電気的に接続し、ホットスワップ対応電池を変更モジュールに電気的に接続する。充電されたホットスワップ対応電池を変更モジュールに接続すると、変更モジュールはホットスワップ対応電池から機器に電源供給する。変更モジュールは、ブリッジバッテリと回路を備え、この回路は、ブリッジバッテリをホットスワップ対応電池から充電し、ホットスワップ対応電池の交換中はブリッジバッテリから機器に電力を供給する。
【００２６】
変更モジュールは、ホットスワップ対応電池が取り外された後も、モジュールを機器の電池端子と接触した状態に着脱可能に保持する構造を備えていてもよい。変更モジュールが、充電されたブリッジバッテリとともに装着されると、機器は、変更モジュールが装着されているか否かを問わず、主電池が装填されているかのように動作するかもしれない。そのため、ホットスワップ対応電池を逐次的に交換してもよく、機器を所望の時間にわたって連続的に動作させることができ、ホットスワップ対応電池の交換が必要となっても、機器を停止させなくてよい。
【００２７】
変更モジュールは、機器が受け入れるように構成されている主電池（以下、「当初の主電池」という）の全部または一部と同様のフォームファクタを有していてもよい。いくつかの実施形態において、変更モジュールの少なくとも一部は、当初の主電池のうち、当初の主電池の端子の１つまたは複数を含む部分と同様のフォームファクタを有する。変更モジュールは、機器の電池端子に適合する電源供給端子を有する。使用時には、変更モジュールを機器の電池端子に隣接させて設置し、変更モジュールの電源供給端子が機器の電池端子と電気的かつ機械的に接触するようにし、これは、当初の主電池を使用した場合に当初の主電池の端子が機器の電池端子と電気的に接触するのと略同様である。変更モジュールの全部または一部は、それ以外のときには機器の当初の主電池が占有するはずのスペースの一部または全部を占有するかもしれない。
【００２８】
変更モジュールが装着されると、当初の主電池より物理的に小さいホットスワップ対応電池が必要となるかもしれず、これは、変更モジュールが、機器の当初の主電池のために確保されていたスペースの一部を占有するかもしれないからである。より小さいホットスワップ対応電池が蓄積できるエネルギーは、当初の主電池より少なく、したがって、当初の主電池より頻繁に交換する必要があるかもしれない。しかしながら、このような小さいホットスワップ対応電池は、当初の主電池より軽量である可能性があり、機器はより軽く、使いやすくなる。さらに、機器に変更モジュールが装着された状態で、ホットスワップ対応電池は素早く交換でき、較正、認定、セットアップ等のやり直しに時間を費やす必要がない。また、ホットスワップ対応電池は、実験の途中で交換できるため、データが失われることがない。
【００２９】
再充電式電池を、ホットスワップ対応電池として使用してもよい。すなわち、消耗した再充電式電池を機器から取り出し、再充電してから、別の消耗した電池と交換する際に使用できる。任意で、または別の態様として、再充電式でない電池を逐次的に使用して機器を動作させてもよい。再充電式電池と再充電式でない電池を交互に使用してもよく、たとえば、再充電式電池を再充電式でない電池と交換し、またその逆でもよいが、一般的には、再充電式電池と再充電式でない電池は、それぞれ電圧と電流放出プロファイルが異なるため、同時に使用するべきでない。
【００３０】
図１は、本明細書で説明するモジュールによって変更でき、したがって、電池のホットスワップに対応するように変換することが可能な、一例としての先行技術によるホットスワップ非対応の電池式機器１００の斜視図である。一例としての機器１００は、ハンドヘルドの自己完結型Ｘ線蛍光（ＸＲＦ）アナライザ、ハンドヘルドの自己完結型発光分光分析（ＯＥＳ）アナライザまたは、電池を電源とするその他の機器であってよい。
【００３１】
図２は、機器１００に取り付けることのできる、一例としての先行技術による電池アセンブリ２００の斜視図である。たとえば、電池アセンブリ２００は、図３に示されるように、機器１００のハンドル１０４の中空部分に挿入してもよい。図３において、電子アセンブリ２００の隠れた部分は仮想線で示されている。電池アセンブリ２００と機器１００は、電池アセンブリ２００がハンドル１０４の中に完全に挿入されると、電池アセンブリ２００を掛止するような協働的メカニズム（図示せず）を備えていてもよい。電池アセンブリ２００は、作動させると掛止メカニズムを解除して、電池アセンブリ２００をハンドル１０４から取り出すことができるようにする解除ボタン１０６を備えていてもよい。任意で、または別の態様として、解除ボタンは、ハンドル１０４や機器１００の別の場所、または電池アセンブリ２００の別の場所に位置付けてもよい。図には一体的な電池アセンブリ２００が示されているが、任意で、または別の態様として、１つまたは複数の個別の交換式電池またはセル（図示せず）を電池アセンブリ２００の中に挿入してもよい。同様に、電池アセンブリ２００を使用するのではなく、１つまたは複数の個々の電池セル（および任意の電池ボックスカバー）を使用してもよい。
【００３２】
図２に戻ると、電池アセンブリ２００は、２つの電池端子２０４、２０８を有し、これは、機器１００の電池端子（図示せず）と接触する。たとえば、機器１００の電池端子は、弾力性のある金属コンタクトであってもよく、電池アセンブリ２００が機器１００のハンドル１０４の中に挿入されると、電池アセンブリ２００の端子２０４、２０８がこの金属コンタクトに押し付けられる。電池アセンブリ２００のフォームファクタの設計は、電池アセンブリ２００が接続されることになる機器１００に合わせてカスタマイズされたものであってもよい。別の状況においては、標準的なフォームファクタの電池、たとえば円筒形またはその他の形状の電池も使用できる。
【００３３】
図４、図５は、図１、図３の機器１００に使用できる、本発明の１つの実施形態による変更モジュール４００の、それぞれ上部と底部を示す斜視図である。変更モジュール４００は、当初の主電池アセンブリ２００の上部２１０（図２の破線で区切られた部分）と同様のフォームファクタを有していてもよい。
【００３４】
変更モジュール４００は、たとえば端子４０４、４０８として示される、機器１００の電池端子と適合するように構成された複数の電源供給端子を有する。変更モジュール４００の形状は、当初の主電池２００の部分２１０の形状と幾分異なっていてもよく、また、変更モジュール４００の寸法は、変更モジュール４００が機器１００の電池端子の近傍にフィットし、電源供給端子が機器１００の電池端子と電気的に接触するかぎり、当初の主電池２００の対応する部分の寸法より大きくても、または小さくてもよい。
【００３５】
変更モジュール４００は、機器のハンドル１０４の内部の構造物、穴またはその他と協働して、変更モジュール４００を機器１００の電池端子に関して適正な向きにする、割出し用の突起、溝、線状隆起またはその他の構造物（例として、突起４１２または溝４１６で示される）を有していてもよい。機器のハンドル１０４の内部に存在する構造物、穴、輪郭等を利用してもよく、あるいはアダプタ（図示せず）を永久的または一時的に機器のハンドル１０４の中に取り付けて、割出し構造と協働相手となる構造物、穴その他としてもよい。
【００３６】
変更モジュール４００は、モジュール４００の電源供給端子４０４、４０８を機器１００の電池端子と接触した状態に、着脱可能に保つ保持構造を備えていてもよい。１つの実施形態において、変更モジュール４００は、弾力性のある、比較的摩擦力の大きい帯４１０を備え、この帯４１０は、変更モジュール４００が機器のハンドル１０４の中に装着されると、機器１００のハンドル１０４（図１）の中の構造（図示せず）を圧迫して、変更モジュール４００を所定の場所に保持する。変更モジュール４００は、変更モジュール４００の底部の陥凹部５０４（「ポート」と呼ぶこともある）の中に配置されたフック、ループ５００またはその他の適当な構造を備えていてもよく、これは、それと協働するフックまたはその他の取り外し用工具を取り付けて、帯４１０と機器のハンドル１０４の内部構造との間の摩擦に打ち勝つのに十分な力でループ５００を引くことによって、変更モジュール４００を機器のハンドル１０４から取り出しやすくする。
【００３７】
他の実施形態において、他の方式の機械的、磁気、接着またはその他の構造を保持構造に利用してもよい。１つの実施形態において、変更モジュール４００は、伸張、移動、回転等によって、機器のハンドル１０４の中の構造を圧迫し、またはそれに引っかかるような、伸縮式または移動式の構造を備えていてもよい。別の実施形態では、着脱可能な構造として、カム、ウェッジ、回転可能な偏心部材、フック、キャッチまたはその他の適当なメカニズムを使用してもよい。スクリュードライバ等の工具を変更モジュールの底部のアクセスポートに挿入して、着脱可能な構造を作動させ、または着脱してもよい。
【００３８】
変更モジュール４００はまた、ホットスワップが可能な１つの電池または電池の集合（まとめて、電池と呼ぶ）の端子に適合するように構成された、たとえば端子５０８、５１０で示される複数の受電端子を備える。ホットスワップ対応電池は、当初の主電池と同じように構成されている必要はない。たとえば、ホットスワップ対応電池の端子は、機器の電池端子に適合する必要はない。このような状況に対処できるように、受電端子５０８、５１０は、機器の電池端子と異なる形状、向きおよび／または位置にあってもよい。すなわち、受電端子５０８、５１０は、必ずしも当初の主電池と適合するのではなく、ホットスワップ対応電池に適合してもよい。したがって、通常であれば機器と適合しないホットスワップ対応電池を使用してもよい。たとえば、より大きな容量またはその他の望ましい特徴を有する、新規に設計される電池も使用できる。
【００３９】
図６は、変更モジュール４００と使用できる一例としてのホットスワップ対応電池６００の斜視図である。ホットスワップ対応電池６００は、当初の主電池２００（図２）と同様の形状であるが、相違点として、この実施形態では、ホットスワップ対応電池６００のほうが小さい。ホットスワップ対応電池６００は、市販の電池でも、カスタム設計の電池でもよい。
【００４０】
変更モジュール４００の受電端子５０８、５１０は、弾力性のある金属コンタクトであってもよく、図７に例が示されているように、ホットスワップ対応電池６００が機器１００のハンドル１０４に挿入されると、ホットスワップ対応電池６００の端子６０４、６０８がこの金属コンタクトを圧迫する。
【００４１】
図８は、変更モジュール４００の回路の概略ブロック図である。回路は、ブリッジバッテリ８００とブリッジバッテリ管理回路８０４を備える。ブリッジバッテリ管理回路８０４は、機器１００が（電源供給端子４０４、４０８を介して）ホットスワップ対応電池６００またはブリッジバッテリ８００のどちらから電源供給されるかを制御する。ブリッジバッテリ管理回路８０４は、ホットスワップ対応電池６００が受電端子５０８、５１０から切断されたとき、あるいは、任意で、または別の態様として、ホットスワップ対応電池６００に残っている電荷が所定のレベルを下回ったときに、ホットスワップ対応電池６００からブリッジバッテリ８００に自動的に切り換える。任意で、または別の態様として、ホットスワップ対応電池６００が機器１００に装着された、または機器１００から取り外されたときに機械的に動作するスイッチ（図示せず）をブリッジバッテリ管理回路８０４に接続し、ホットスワップ対応電池６００を受電端子５０８、５１０から切断されているのと同じ状態にすること等によって、ホットスワップ可能電池６００とブリッジバッテリ８００の間の切換えをトリガするようにしてもよい。
【００４２】
ブリッジバッテリ管理回路８０４は、ホットスワップ対応電池６００が接続されており、十分な量の電荷が残っているとき、ブリッジバッテリ８００がホットスワップ対応電池６００から再充電されるようにする。ブリッジバッテリ管理回路８０４は、ホットスワップ対応電池６００を受電端子５０８、５１０から切断されているのと同じ状態にすること等によって、ブリッジバッテリ８００の過充電を防止するための制御回路を備えていてもよい。
【００４３】
ブリッジバッテリ管理回路８０４は、ブリッジバッテリ８００により供給される電圧を機器１００に必要な数値まで上昇させるための昇圧コンバータ（図示せず）を備えていてもよく、それによって、ブリッジバッテリ８００に必要なセルの数が減り、ひいては物理的に小型化される。回路は、この機能を果たすための別個の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ８０８を備えていてもよい。
【００４４】
ブリッジバッテリ管理回路８０４とＤＣ−ＤＣコンバータ８０８は、離散回路でも、集積回路でも、あるいはハイブリッド回路でもよい。ブリッジバッテリ管理回路において、またはブリッジバッテリ管理回路として使用するのに適した集積回路は、Ｌｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍｉｌｐｉｔａｓ，ＣＡ）から部品番号ＬＴＣ１５５８として、あるいはＭａｘｉｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｒｏｕｄｃｔｓ，Ｉｎｃ．（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）から部品番号ＭＡＸ１６１２またはＭＡＸ１６１３として入手できる。ＤＣ−ＤＣコンバータ回路において、またはＤＣ−ＤＣコンバータ回路として使用するのに適した集積回路は、Ｍａｘｉｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．から部品番号ＭＡＸ１６３０として、またはＷａｌｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｅｘｅｔｅｒ，ＮＨ）から部品番号ＬＰＱ Ｓｅｒｉｅｓとして入手できる。
【００４５】
図９は、変更モジュール４００の回路の別の実施形態の概略ブロック図である。電流リミッタ９００は、ブリッジバッテリ８００に流れる充電電流を制限する。ダイオード９０４により、ホットスワップ対応電池６００が放電し、または回路から切断されると、電流はブリッジバッテリ８００から機器１００に、電源供給端子４０４、４０８を介して流れる。ダイオード９０４には「理想ダイオード」集積回路を使用してもよい。適当な理想ダイオード集積回路は、Ｌｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍｉｌｐｉｔａｓ，ＣＡ）から部品番号ＬＴＣ４４１１として入手可能である。希望に応じて、ブリッジバッテリ８００の電圧を上げるために、任意の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを使用してもよい。破線の囲み９０８の中の回路は、基本的に、図８のブリッジバッテリ管理回路８０４の機能を実行してもよい。
【００４６】
機器１００に必要な電流が、集積回路のブリッジバッテリ管理回路により提供できる電流より大きい場合、自動切換え集積回路を使って、図１０の略図に示されるように、他のコンポーネント、たとえば、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ等を制御して電源切換えを行ってもよい。パワーショットキダイオード１０００は、ホットスワップ対応バッテリ６００への逆流を防止する。自動切換えコンポーネント１００４は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ １００８を制御し、電池充電集積回路１０１０は、ブリッジバッテリ８００の充電を制御する。ＬｉｎｅａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍｉｌｐｉｔａｓ，ＣＡ）から、適当な自動切換えコンポーネントが部品番号ＬＴＣ４４１４として入手でき、適当な電池充電器が部品番号ＬＴＣ４０５３として入手できる。適当なＰチャネルＭＯＳＦＥＴは、Ｖｉｓｈａｙ Ｉｎｔｅｒｔｅｃｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．（Ｍａｌｖｅｒｎ，ＰＡ）から部品番号ＳＵＰ７５Ｐ０３−０７として入手可能である。適当なパワーショットキダイオードは、Ｍｉｃｒｏｓｅｍｉ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｉｒｖｉｎｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から部品番号ＵＰＳ８４０として入手できる。
【００４７】
各種の機能に適した他の集積回路としては、部品番号ＬＴＣ４３５７、ＬＴＣ４４１６および／またはＬＴＣ３４５５で入手可能な集積回路があり、これらはＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍｉｌｐｉｔａｓ，ＣＡ）から入手できる。
【００４８】
図１１は、他の実施形態による変更モジュール１１００の斜視図であり、この例では、ブリッジバッテリと回路の全部または一部がハウジング１１０２の中に配置され、ハウジング１１０２は、ケーブル１１０４によって、電源供給端子４０４、４０８および受電端子（見えない）から分離されている。ハウジング１１０２は、機器１００の中または外の適当な空洞または場所において、固定されずに、または所定の位置に固定された状態で（たとえば、接着剤または面ファスナ式リテーナによる）、一時的または永久的に設置されてもよい。ケーブル１１０４は、機器１００のケース内に存在する開口部を通って、機器１００のケースまたはハンドル１０４とホットスワップ対応電池６００との間の境界１１１０に沿ったギャップを通って、ケーブル１１０４を収容するために特に設けられた開口部を通って、あるいはその他の適当な開口部またはギャップを通って延びるように十分に細いケーブルであってもよい。
【００４９】
電源供給端子４０４、４０８と受電端子は、薄い基板１１０８の上に設置されていてもよい。いくつかの実施形態において、基板１１０８は十分に薄くして、当初の主バッテリ２００をホットスワップ対応電池６００の代わりに使用できるようにしてもよく、それによってより小さなホットスワップ対応電池を使用する必要がなくなる。基板１１０８は、ホットスワップ対応電池６００によって電池端子（見えない）に向かって押し付けられてもよく、それによって電源供給端子４０４、４０８は機器の電池端子（図示せず）と接触する。任意で、または別の態様として、基板１１０８は、接着剤（たとえば、電源供給端子４０４、４０８の各々と機器の電池端子の間の導電性接着剤）、または機器のハンドル１０４の中の構造物（図示せず）との機械的インターロックによって、永久的に固定されていてもよい。
【００５０】
変更モジュールのいくつかの実施形態は、自己完結型のハンドヘルド式ＸＲＦアナライザ、たとえばＴｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＮＩＴＯＮ Ａｎａｌｙｚｅｒｓ（Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，ＭＡ）のモデルＸＬ３ｔ ＸＲＦアナライザ等に使用してもよい。モデルＸＬ３ｔアナライザは通常、電源は入っているがトリガが作動されていないとき、すなわちそのＸ線管からエックス線が放出されていないとき、７．５Ｖのバッテリから約１．５Ａを引き出し、すなわち約１１．２５ワットを消費する。１ワットは、１秒あたり１ジュールに等しい。このアナライザの電池の交換に約１５秒かかるとすると、電池交換中に約１６９ジュールのエネルギー（１５秒×１１．２５ジュール／秒）が消費される。したがって、電池交換中にアナライザを動作させるのに十分なエネルギーを提供するには、制御回路等に関して予想される非効率性を考慮して、少なくとも約１９５ジュールを蓄積し、供給できるブリッジバッテリを使うべきである。定格が３．７Ｖで０．７５Ａｈｒの一般的な小型リチウムイオン再充電式電池は約１０，０００ジュールを蓄積し、これは電池交換中のＸＬ３ｔアナライザを動作させるのに十分なはずである。ブリッジバッテリの高い放電電流が必要であれば、ナノテクノロジーによるリチウンイオン電池を使用してもよい。適当なナノテクノロジーによるリチウンイオン電池は、Ａ１２３Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｇｒｏｕｐ（Ｈｏｐｋｉｎｔｏｎ，ＭＡ）から入手できる。
【００５１】
変更モジュールはブリッジバッテリを備えると説明してきたが、エネルギー蓄積要求と放電特性要求に応じて、他のエネルギー蓄積手段も使用できる。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のコンデンサ、たとえば、いわゆるスーパーキャパシタまたはウルトラキャパシタ等を、再充電式電池の代わりに、またはそれに追加して使用してもよい。たとえば、７．５Ｖに充電された１０Ｆコンデンサ（たとえば２０Ｆコンデンサを直列で２個使用）は、約２８１ジュール（１／２×ＣＶ2）を蓄積する。コンデンサの放電中、コンデンサ内の電圧は低下する。したがって、前述のように、適当なＤＣ−ＤＣコンバータを使用するべきである。
【００５２】
図１２は、電池交換中に機器に一時的な電力を供給するために実行される操作を示すフローチャートである。１２００で、ホットスワップ電池変更モジュールを、機器の電池端子と電池の端子の間に介在させる。モジュールは、電池の端子の少なくとも１つが機器のいずれの電池端子とも物理的かつ直接的に電気接触しないように介在させてもよい。したがって、モジュールは、電池を機器から絶縁して、電池から機器に電流が流れないようにすることができる。
【００５３】
この操作の中では、１２１０に示すように、複数の受電端子を電池の端子と接触させる操作を行ってもよい。これに加え、１２１４に示すように、複数の電源供給端子を、電源供給端子が機器の電池端子と物理的かつ直接的に電気接触するように配置してもよい。さらに、１２１８に示すように、エネルギー貯蓄要素を備え、受電端子と電源供給端子に接続される回路を設置してもよい。
【００５４】
１２０４に示すように、電池交換中、ホットスワップ電池変更モジュールから機器の電池端子に電力が供給される。その中で、１２２０に示されるように、電力は、エネルギー蓄積要素から電源供給端子を通じて供給される。１２０８に示すように、エネルギー蓄積要素は、受電端子に接続された電池から充電されてもよい。
【００５５】
本明細書で説明したように、実施形態の例によれば、電池式機器を、ホットスワップ対応電池で動作するように変更するためのモジュールが提供される。これらの実施形態について選択した具体的な数値を示したが、本発明の範囲内で、どのパラメータの数値も、異なる適用に合うように、広い範囲で変化させてもよいと理解するべきである。たとえば、２つの電池端子、２つの受電端子および２つの電源供給端子を使う実施形態を紹介したが、他の実施形態では、２つ以外の数の端子を使用してもよい。たとえば、３つの端子を使い、２つの異なる電圧または２つの絶縁された電圧源を設置してもよい。
【００５６】
上記の変更モジュールの使用について、それ自体は電池のホットスワップ機能を持たない機器の場合で説明したが、この変更モジュールは、それ自体がホットスワップ機能を内蔵する機器に使用してもよい。そのように変更モジュールを使用することは、たとえば、内蔵ホットスワップ回路または内蔵ブリッジバッテリが故障したときや、主電池の交換中のフェイルセーフ動作にとって有利であるかもしれない。
【００５７】
本発明を、上記の実施形態の例によって説明したが、当業者であれば、説明された実施形態に対して、本明細書で開示した発明性のある概念から逸脱することなく、改変や変更を行ってもよいことを理解するであろう。たとえば、変更モジュールについて、ハンドヘルド型の試験機や分析機に関連して説明したが、変更モジュールは、どのような電池式機器、たとえばラップトップコンピュータ、有毒ガス警報機、懐中電灯その他にも使用できる。さらに、開示した態様またはこれらの態様の一部は、上記以外の方法で組み合わせてもよい。したがって、本発明は、開示された実施形態に限定されるものとみなされるべきではない。
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願〕
本願は、“Ｈｏｔ−Ｓｗａｐｐａｂｌｅ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｒｅｔｒｏｆｉｔ Ｍｏｄｕｌｅ”と題する２００８年４月７日出願の米国仮特許出願第６１／０４３，０９８号の優先権を主張するものであり、同仮出願の内容のすべては、あらゆる目的のために、参照によって本願に援用される。
【０００２】
本発明は、ホットスワップ対応電池回路に関し、より詳しくは、もともとは電池のホットスワップ機能を持たない機器を変更するために使用できる、そのような回路に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの試験機、ラップトップコンピュータおよびその他の携帯型電気、電子機器は電池を電源としており、言うまでもなく、電池は電源供給容量に限界があるため、その後は再充電するか、または新品の、もしくは新たに再充電された電池と交換しなければならない。電池の交換中に機器に電力を供給するための特別な装置がない場合、その機器は電池交換作業中、停止させなければならない。このような停止は望ましくないかもしれない。たとえば、試験機の場合、停止されたことによって較正や認定のためのパラメータおよび／または使用者が入力したパラメータが失われてしまうかもしれず、機器に充電済みの電池が入れられ、電源が投入された後で、もう一度、較正、認定および／またはセットアップのやり直しに時間をかけなければならない。較正、認定および／またはセットアップのやり直しは当然、時間と、新たに挿入された電池の電力を多少なりとも消費し、その結果、使用者の作業効率が低下し、電池が機器に生産的な使用のために電源を供給できる時間は短縮される。
【０００４】
さらに、長い実験の途中で試験機の電池の容量がなくなり、交換の必要が生じた場合、電池の交換中、この試験機からは、電池が消耗した時点までに収集されたデータが失われるかもしれず、そのために、実験を最初からやり直さなければならないかもしれない。実験のやり直しは問題となるかもしれず、特に、実験に破壊試験が含まれていれば、交換前に行った実験ですでに試験サンプルのほとんどまたは全部を破壊してしまっている可能性があり、実験を最初からすべてやり直すのに十分な試験サンプルが残っていないかもしれない。
【０００５】
一部の電子機器には２つの同じ大きさの主電池用スロットがあり、主電池を片方ずつ交換し、交換中はもう一方の主電池で機器の動作を続けることができる。このような構成の場合、電池を交互に交換することにより、機器を基本的に継続して動作させることは可能である。しかしながら、このような機器には、２つの電池のうち一方から優先的に電力を引き出し、その電池が消耗したら、この消耗した電池を交換する間に、自動的に２つの電池のうちのもう一方から電力を引き出すようにする回路が必要となる。さらに、このような構成は、大きなスペースを必要とし、また重量も重くなりすぎるために、小さなハンドヘルド型の試験機には適用できないかもしれない。
【０００６】
電子機器の中には、消耗した電池を交換している間の短い時間、一般的には数分間のみ、電源を供給するための「ブリッジ」バッテリバックアップ回路を備えるものがある。たとえば、ＭＡＸ１６１２集積回路（Ｍａｘｉｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）が販売）またはＬＴＣ１５５８集積回路（Ｌｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍｉｌｐｉｔａｓ，ＣＡ）が販売）を用いれば、主電池の交換中に、別の専用の補助またはバックアップブリッジバッテリから機器に電源を供給することができる。消耗した主電池を充電済み電池と交換し終わったら、特定の市販の回路でブリッジバッテリを再充電する。場合によっては、主電池の交換中、機器を低消費電力状態にしなければならないこともある。
【０００７】
残念ながら、複数のフルサイズの主電池用スロットやブリッジバッテリバックアップ回路と専用ブリッジバッテリを備えていないかぎり、主電池の交換時には機器を必ず停止させなければならない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある実施形態は、試験機、ラップトップコンピュータ、有毒ガス警報機、懐中電灯等、電池式の機器に使用できるホットスワップ電池変更モジュールを提供する。このホットスワップ電池変更モジュールは、機器の電池端子に接続してもよい。機器の電池端子は一般に、１つまたは複数の電池（簡潔さを期し、本明細書においては、まとめて第一の電池という）の端子に適合する。ホットスワップ電池変更モジュールは、１つまたは複数の電池（簡潔さを期し、本明細書においては、まとめて第二の電池という）の端子に適合する複数の受電端子を備える。第一の電池は、第二の電池と同じ種類であってもよいし、第一と第二の電池は異なる種類であってもよい。たとえば、第一の電池の端子の構成は、第二の電池の端子と略同じように構成してもよいし、あるいは第一の電池の端子は第二の端子とは異なる構成であってもよい。
【０００９】
ホットスワップ電池変更モジュールはまた、機器の電池端子に適合する複数の電源供給端子を備える。使用において、ホットスワップ電池変更モジュールは、電源供給端子が機器の電池端子と接触するように設置される。ホットスワップ電池変更モジュールはまた、エネルギー蓄積要素と、エネルギー蓄積要素、受電端子および電源供給端子に接続された回路とを備える。第一のモードにおいて、受電端子は電源供給端子に連結され、第二のモードにおいて、エネルギー蓄積要素は電源供給端子に連結される。
【００１０】
第一のモードの一例では、充電済み電池がホットスワップ電池変更モジュールに接続されている間、回路は電力を、電池から受電端子と電源供給端子を介して機器に送る。これに対し、第二のモードの一例では、電池の交換中、回路は電力を、エネルギー蓄積要素から電源供給端子を介して機器に送る。回路は、エネルギー蓄積要素を、受電端子を介して入手できる電力から、すなわち、受電端子に接続された電池から充電するように構成されていてもよい。
【００１１】
モードは、電池が受電端子に連結されているか否か、あるいは受電端子に連結されている電池の電荷が少なくとも所定のレベルか否かに基づいて決定してもよい。したがって、１つの実施形態において、第一のモードでは電池が受電端子に連結されており、第二のモードでは電池が受電端子に連結されていない。別の実施形態において、第一のモードでは、受電端子に連結されている電池の電荷が少なくとも所定のレベルであり、第二のモードでは、受電端子に電池が連結されていないか、または連結されている電池の電荷が所定のレベルより少ない。
【００１２】
変更モジュールの少なくとも一部は、第一の電池、すなわち、その機器の電池端子が適合する電池のフォームファクタの少なくとも一部に基づくフォームファクタを有していてもよい。たとえば、モジュールのうちの、電源供給端子のある部分のフォームファクタは、第一の電池のうちの、電池端子がある部分と同様であってもよい。
【００１３】
１つの実施形態において、ホットスワップ電池変更モジュールは基板を有し、複数の受電端子と複数の電源供給端子が基板上に配置される。基板は十分に薄くして、電池の端子と機器の電池端子との間に設置し、当初の主電池をホットスワップ対応電池の代わりに使用できるようにしてもよいが、これは必須事項ではない。モジュールは、基板とは別のハウジングを有していてもよく、回路はハウジングの中に設置されてもよい。ケーブルで、回路を受電端子と電源供給端子に接続してもよい。
【００１４】
ホットスワップ電池変更モジュールは、主電池が機器から取り外されても、少なくともモジュールの電源供給端子を機器の電池端子と接触した状態に保つように構成された保持構造を備えていてもよい。保持構造は、着脱可能であってもよい。たとえば、保持構造は、変更モジュールの表面上の少なくとも一部、あるいはそれ以外で変更モジュールの表面付近に設けられた弾力性に富む摩擦材料であってもよい。保持構造は伸縮式の構造、たとえば、電池ボックスの中に挿入できるように十分小さく、挿入後は伸長して、摩擦等により電池ボックスの少なくとも一部と機械的に係合するような構造であってもよい。保持構造は、少なくとも部分的に回転可能な構造、たとえば、回転すると電池ボックスの一部と（これを圧迫することによって、あるいはその陥凹部に入ることによって）係合するカムまたはその他の偏心構造物であってもよい。他の実施形態において、保持構造は、接着剤、壊れやすい構造、電池ボックス内の構造物との機械的インターロック等の永久的なものでもよい。
【００１５】
ホットスワップ電池変更モジュールはポートを有していてもよく、このポートで取り外し用工具を受け、それによって変更モジュールを機器の電池端子と接触した状態から分離させることができる。たとえば、この工具は、伸縮可能な構造を伸張させるため、または上記の少なくとも部分的に回転可能な構造を回転させるために使用してもよい。さらに、この工具を使って、モジュールを所定の位置に保持している可能性のある摩擦力に打ち勝つのに十分な力でモジュールを引き出してもよい。
【００１６】
ホットスワップ電池変更モジュールは、機器の構造物と協働して、機器の電池ボックス内の変更モジュールの向きを制限する割出し構造（ｉｎｄｅｘ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を備えていてもよい。割出し構造は、突起、線状隆起、溝その他、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。割出し構造により、電源供給端子が機器の電池端子と適正に接触する、および／または適正に接触した状態に保つようにモジュールを配置しやすくなるかもしれない。
【００１７】
エネルギー蓄積要素は、１つまたは複数の再充電式電池（以下、まとめて電池という）および／または１つまたは複数のコンデンサ（以下、まとめてコンデンサという）であってもよい。
【００１８】
本発明の別の実施形態は、電池の交換中に機器に一時的な電力を供給する方法を提供する。ホットスワップ電池変更モジュールを機器の電池端子と電池の端子の間に介在させ、電池の端子の少なくとも１つが機器のいずれの電池端子とも物理的かつ直接的に電気接触していないようにする。（これに関して、「直接的に電気接触」とは、電池の端子が機器の電池端子と接触し、その間に電流が流れることを意味する。）電池の交換中、電力はホットスワップ電池変更モジュールから機器の電池端子に供給される。
【００１９】
電池の交換中、交換用電池の端子をホットスワップ電池変更モジュールに接続して、交換用電池の端子の少なくとも１つが機器のいずれの電池端子とも物理的かつ直接的に電気接触しないようにしてもよい。交換用電池が装填されると、電力は交換用電池から機器の電池端子に供給されてもよい。
【００２０】
ホットスワップ電池変更モジュールを、機器の電池端子と電池の端子の間に、複数の受電端子を電池の端子と物理的かつ直接的に電気接触させ、複数の電源供給端子を機器の電池端子と物理的かつ直接的に電気接触させることによって介在させてもよい。さらに、エネルギー蓄積要素を備え、電源供給端子と受電端子に連結される回路を設置する。モジュールを介在させると、電力をエネルギー蓄積要素から電源供給端子を介して供給することによって、電池交換中に電力が供給されるようにしてもよい。
【００２１】
さらに、交換用電池の端子を受電端子に接続して、交換用電池の端子の少なくとも１つが機器のいずれの電池端子とも物理的かつ直接的に電気接触しないようにしてもよい。
【００２２】
エネルギー蓄積要素の充電は、受電端子に接続された電池、すなわち交換用電池から行ってもよい。
【００２３】
本発明は、図面に関連して以下の具体的な実施形態の詳細な説明を読むことによって、より十分に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】先行技術によるホットスワップ非対応電池を電源とする機器の一例の斜視図である。
【図２】図１の機器とともに使用できる、先行技術による電池の一例の斜視図である。
【図３】機器の中に装着された図２の電池を示す、図１の機器の切欠き斜視図である。
【図４−５】本発明の実施形態による、図１の機器とともに使用できる変更モジュールの、それぞれ上部と底部を示す斜視図である。
【図６】本発明のある実施形態による、図４、図５の変更モジュールと図１の機器とともに使用できるホットスワップ対応電池の一例の斜視図である。
【図７】本発明のある実施形態による、機器の中に装着された図４、図５の変更モジュールと図６の電池を示す、図１の機器の切欠き斜視図である。
【図８】本発明のある実施形態による、図４、図５の変更モジュールの回路の概略ブロック図である。
【図９】本発明の別の実施形態による、図４、５の変更モジュールの概略図である。
【図１０】本発明のまた別の実施形態による、図４、図５の変更モジュールの概略ブロック図である。
【図１１】本発明の他の実施形態による、機器の中に装着された変更モジュールと図２の電池を示す、図１の機器の切欠き斜視図である。
【図１２】本発明のある実施形態による、電池交換中に機器に一時的に電源供給するために実行されるかもしれない動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態によれば、電池式の電気または電子機器を、機器の主電池のホットスワップに対応でき、機器を停止させずにすむように変更するための方法と装置が開示される。変更モジュールを、それ以外のときには当初の主電池が機器に接続される位置である機器の電池端子に電気的に接続し、ホットスワップ対応電池を変更モジュールに電気的に接続する。充電されたホットスワップ対応電池を変更モジュールに接続すると、変更モジュールはホットスワップ対応電池から機器に電源供給する。変更モジュールは、ブリッジバッテリと回路を備え、この回路は、ブリッジバッテリをホットスワップ対応電池から充電し、ホットスワップ対応電池の交換中はブリッジバッテリから機器に電力を供給する。
【００２６】
変更モジュールは、ホットスワップ対応電池が取り外された後も、モジュールを機器の電池端子と接触した状態に着脱可能に保持する構造を備えていてもよい。変更モジュールが、充電されたブリッジバッテリとともに装着されると、機器は、変更モジュールが装着されているか否かを問わず、主電池が装填されているかのように動作するかもしれない。そのため、ホットスワップ対応電池を逐次的に交換してもよく、機器を所望の時間にわたって連続的に動作させることができ、ホットスワップ対応電池の交換が必要となっても、機器を停止させなくてよい。
【００２７】
変更モジュールは、機器が受け入れるように構成されている主電池（以下、「当初の主電池」という）の全部または一部と同様のフォームファクタを有していてもよい。いくつかの実施形態において、変更モジュールの少なくとも一部は、当初の主電池のうち、当初の主電池の端子の１つまたは複数を含む部分と同様のフォームファクタを有する。変更モジュールは、機器の電池端子に適合する電源供給端子を有する。使用時には、変更モジュールを機器の電池端子に隣接させて設置し、変更モジュールの電源供給端子が機器の電池端子と電気的かつ機械的に接触するようにし、これは、当初の主電池を使用した場合に当初の主電池の端子が機器の電池端子と電気的に接触するのと略同様である。変更モジュールの全部または一部は、それ以外のときには機器の当初の主電池が占有するはずのスペースの一部または全部を占有するかもしれない。
【００２８】
変更モジュールが装着されると、当初の主電池より物理的に小さいホットスワップ対応電池が必要となるかもしれず、これは、変更モジュールが、機器の当初の主電池のために確保されていたスペースの一部を占有するかもしれないからである。より小さいホットスワップ対応電池が蓄積できるエネルギーは、当初の主電池より少なく、したがって、当初の主電池より頻繁に交換する必要があるかもしれない。しかしながら、このような小さいホットスワップ対応電池は、当初の主電池より軽量である可能性があり、機器はより軽く、使いやすくなる。さらに、機器に変更モジュールが装着された状態で、ホットスワップ対応電池は素早く交換でき、較正、認定、セットアップ等のやり直しに時間を費やす必要がない。また、ホットスワップ対応電池は、実験の途中で交換できるため、データが失われることがない。
【００２９】
再充電式電池を、ホットスワップ対応電池として使用してもよい。すなわち、消耗した再充電式電池を機器から取り出し、再充電してから、別の消耗した電池と交換する際に使用できる。任意で、または別の態様として、再充電式でない電池を逐次的に使用して機器を動作させてもよい。再充電式電池と再充電式でない電池を交互に使用してもよく、たとえば、再充電式電池を再充電式でない電池と交換し、またその逆でもよいが、一般的には、再充電式電池と再充電式でない電池は、それぞれ電圧と電流放出プロファイルが異なるため、同時に使用するべきでない。
【００３０】
図１は、本明細書で説明するモジュールによって変更でき、したがって、電池のホットスワップに対応するように変換することが可能な、一例としての先行技術によるホットスワップ非対応の電池式機器１００の斜視図である。一例としての機器１００は、ハンドヘルドの自己完結型Ｘ線蛍光（ＸＲＦ）アナライザ、ハンドヘルドの自己完結型発光分光分析（ＯＥＳ）アナライザまたは、電池を電源とするその他の機器であってよい。
【００３１】
図２は、機器１００に取り付けることのできる、一例としての先行技術による電池アセンブリ２００の斜視図である。たとえば、電池アセンブリ２００は、図３に示されるように、機器１００のハンドル１０４の中空部分に挿入してもよい。図３において、電子アセンブリ２００の隠れた部分は仮想線で示されている。電池アセンブリ２００と機器１００は、電池アセンブリ２００がハンドル１０４の中に完全に挿入されると、電池アセンブリ２００を掛止するような協働的メカニズム（図示せず）を備えていてもよい。電池アセンブリ２００は、作動させると掛止メカニズムを解除して、電池アセンブリ２００をハンドル１０４から取り出すことができるようにする解除ボタン１０６を備えていてもよい。任意で、または別の態様として、解除ボタンは、ハンドル１０４や機器１００の別の場所、または電池アセンブリ２００の別の場所に位置付けてもよい。図には一体的な電池アセンブリ２００が示されているが、任意で、または別の態様として、１つまたは複数の個別の交換式電池またはセル（図示せず）を電池アセンブリ２００の中に挿入してもよい。同様に、電池アセンブリ２００を使用するのではなく、１つまたは複数の個々の電池セル（および任意の電池ボックスカバー）を使用してもよい。
【００３２】
図２に戻ると、電池アセンブリ２００は、２つの電池端子２０４、２０８を有し、これは、機器１００の電池端子（図示せず）と接触する。たとえば、機器１００の電池端子は、弾力性のある金属コンタクトであってもよく、電池アセンブリ２００が機器１００のハンドル１０４の中に挿入されると、電池アセンブリ２００の端子２０４、２０８がこの金属コンタクトに押し付けられる。電池アセンブリ２００のフォームファクタの設計は、電池アセンブリ２００が接続されることになる機器１００に合わせてカスタマイズされたものであってもよい。別の状況においては、標準的なフォームファクタの電池、たとえば円筒形またはその他の形状の電池も使用できる。
【００３３】
図４、図５は、図１、図３の機器１００に使用できる、本発明の１つの実施形態による変更モジュール４００の、それぞれ上部と底部を示す斜視図である。変更モジュール４００は、当初の主電池アセンブリ２００の上部２１０（図２の破線で区切られた部分）と同様のフォームファクタを有していてもよい。
【００３４】
変更モジュール４００は、たとえば端子４０４、４０８として示される、機器１００の電池端子と適合するように構成された複数の電源供給端子を有する。変更モジュール４００の形状は、当初の主電池２００の部分２１０の形状と幾分異なっていてもよく、また、変更モジュール４００の寸法は、変更モジュール４００が機器１００の電池端子の近傍にフィットし、電源供給端子が機器１００の電池端子と電気的に接触するかぎり、当初の主電池２００の対応する部分の寸法より大きくても、または小さくてもよい。
【００３５】
変更モジュール４００は、機器のハンドル１０４の内部の構造物、穴またはその他と協働して、変更モジュール４００を機器１００の電池端子に関して適正な向きにする、割出し用の突起、溝、線状隆起またはその他の構造物（例として、突起４１２または溝４１６で示される）を有していてもよい。機器のハンドル１０４の内部に存在する構造物、穴、輪郭等を利用してもよく、あるいはアダプタ（図示せず）を永久的または一時的に機器のハンドル１０４の中に取り付けて、割出し構造と協働相手となる構造物、穴その他としてもよい。
【００３６】
変更モジュール４００は、モジュール４００の電源供給端子４０４、４０８を機器１００の電池端子と接触した状態に、着脱可能に保つ保持構造を備えていてもよい。１つの実施形態において、変更モジュール４００は、弾力性のある、比較的摩擦力の大きい帯４１０を備え、この帯４１０は、変更モジュール４００が機器のハンドル１０４の中に装着されると、機器１００のハンドル１０４（図１）の中の構造（図示せず）を圧迫して、変更モジュール４００を所定の場所に保持する。変更モジュール４００は、変更モジュール４００の底部の陥凹部５０４（「ポート」と呼ぶこともある）の中に配置されたフック、ループ５００またはその他の適当な構造を備えていてもよく、これは、それと協働するフックまたはその他の取り外し用工具を取り付けて、帯４１０と機器のハンドル１０４の内部構造との間の摩擦に打ち勝つのに十分な力でループ５００を引くことによって、変更モジュール４００を機器のハンドル１０４から取り出しやすくする。
【００３７】
他の実施形態において、他の方式の機械的、磁気、接着またはその他の構造を保持構造に利用してもよい。１つの実施形態において、変更モジュール４００は、伸張、移動、回転等によって、機器のハンドル１０４の中の構造を圧迫し、またはそれに引っかかるような、伸縮式または移動式の構造を備えていてもよい。別の実施形態では、着脱可能な構造として、カム、ウェッジ、回転可能な偏心部材、フック、キャッチまたはその他の適当なメカニズムを使用してもよい。スクリュードライバ等の工具を変更モジュールの底部のアクセスポートに挿入して、着脱可能な構造を作動させ、または着脱してもよい。
【００３８】
変更モジュール４００はまた、ホットスワップが可能な１つの電池または電池の集合（まとめて、電池と呼ぶ）の端子に適合するように構成された、たとえば端子５０８、５１０で示される複数の受電端子を備える。ホットスワップ対応電池は、当初の主電池と同じように構成されている必要はない。たとえば、ホットスワップ対応電池の端子は、機器の電池端子に適合する必要はない。このような状況に対処できるように、受電端子５０８、５１０は、機器の電池端子と異なる形状、向きおよび／または位置にあってもよい。すなわち、受電端子５０８、５１０は、必ずしも当初の主電池と適合するのではなく、ホットスワップ対応電池に適合してもよい。したがって、通常であれば機器と適合しないホットスワップ対応電池を使用してもよい。たとえば、より大きな容量またはその他の望ましい特徴を有する、新規に設計される電池も使用できる。
【００３９】
図６は、変更モジュール４００と使用できる一例としてのホットスワップ対応電池６００の斜視図である。ホットスワップ対応電池６００は、当初の主電池２００（図２）と同様の形状であるが、相違点として、この実施形態では、ホットスワップ対応電池６００のほうが小さい。ホットスワップ対応電池６００は、市販の電池でも、カスタム設計の電池でもよい。
【００４０】
変更モジュール４００の受電端子５０８、５１０は、弾力性のある金属コンタクトであってもよく、図７に例が示されているように、ホットスワップ対応電池６００が機器１００のハンドル１０４に挿入されると、ホットスワップ対応電池６００の端子６０４、６０８がこの金属コンタクトを圧迫する。
【００４１】
図８は、変更モジュール４００の回路の概略ブロック図である。回路は、ブリッジバッテリ８００とブリッジバッテリ管理回路８０４を備える。ブリッジバッテリ管理回路８０４は、機器１００が（電源供給端子４０４、４０８を介して）ホットスワップ対応電池６００またはブリッジバッテリ８００のどちらから電源供給されるかを制御する。ブリッジバッテリ管理回路８０４は、ホットスワップ対応電池６００が受電端子５０８、５１０から切断されたとき、あるいは、任意で、または別の態様として、ホットスワップ対応電池６００に残っている電荷が所定のレベルを下回ったときに、ホットスワップ対応電池６００からブリッジバッテリ８００に自動的に切り換える。任意で、または別の態様として、ホットスワップ対応電池６００が機器１００に装着された、または機器１００から取り外されたときに機械的に動作するスイッチ（図示せず）をブリッジバッテリ管理回路８０４に接続し、ホットスワップ対応電池６００を受電端子５０８、５１０から切断されているのと同じ状態にすること等によって、ホットスワップ可能電池６００とブリッジバッテリ８００の間の切換えをトリガするようにしてもよい。
【００４２】
ブリッジバッテリ管理回路８０４は、ホットスワップ対応電池６００が接続されており、十分な量の電荷が残っているとき、ブリッジバッテリ８００がホットスワップ対応電池６００から再充電されるようにする。ブリッジバッテリ管理回路８０４は、ホットスワップ対応電池６００を受電端子５０８、５１０から切断されているのと同じ状態にすること等によって、ブリッジバッテリ８００の過充電を防止するための制御回路を備えていてもよい。
【００４３】
ブリッジバッテリ管理回路８０４は、ブリッジバッテリ８００により供給される電圧を機器１００に必要な数値まで上昇させるための昇圧コンバータ（図示せず）を備えていてもよく、それによって、ブリッジバッテリ８００に必要なセルの数が減り、ひいては物理的に小型化される。回路は、この機能を果たすための別個の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ８０８を備えていてもよい。
【００４４】
ブリッジバッテリ管理回路８０４とＤＣ−ＤＣコンバータ８０８は、離散回路でも、集積回路でも、あるいはハイブリッド回路でもよい。ブリッジバッテリ管理回路において、またはブリッジバッテリ管理回路として使用するのに適した集積回路は、Ｌｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍｉｌｐｉｔａｓ，ＣＡ）から部品番号ＬＴＣ１５５８として、あるいはＭａｘｉｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｒｏｕｄｃｔｓ，Ｉｎｃ．（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）から部品番号ＭＡＸ１６１２またはＭＡＸ１６１３として入手できる。ＤＣ−ＤＣコンバータ回路において、またはＤＣ−ＤＣコンバータ回路として使用するのに適した集積回路は、Ｍａｘｉｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．から部品番号ＭＡＸ１６３０として、またはＷａｌｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｅｘｅｔｅｒ，ＮＨ）から部品番号ＬＰＱ Ｓｅｒｉｅｓとして入手できる。
【００４５】
図９は、変更モジュール４００の回路の別の実施形態の概略ブロック図である。電流リミッタ９００は、ブリッジバッテリ８００に流れる充電電流を制限する。ダイオード９０４により、ホットスワップ対応電池６００が放電し、または回路から切断されると、電流はブリッジバッテリ８００から機器１００に、電源供給端子４０４、４０８を介して流れる。ダイオード９０４には「理想ダイオード」集積回路を使用してもよい。適当な理想ダイオード集積回路は、Ｌｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍｉｌｐｉｔａｓ，ＣＡ）から部品番号ＬＴＣ４４１１として入手可能である。希望に応じて、ブリッジバッテリ８００の電圧を上げるために、任意の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを使用してもよい。破線の囲み９０８の中の回路は、基本的に、図８のブリッジバッテリ管理回路８０４の機能を実行してもよい。
【００４６】
機器１００に必要な電流が、集積回路のブリッジバッテリ管理回路により提供できる電流より大きい場合、自動切換え集積回路を使って、図１０の略図に示されるように、他のコンポーネント、たとえば、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ等を制御して電源切換えを行ってもよい。パワーショットキダイオード１０００は、ホットスワップ対応バッテリ６００への逆流を防止する。自動切換えコンポーネント１００４は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ １００８を制御し、電池充電集積回路１０１０は、ブリッジバッテリ８００の充電を制御する。ＬｉｎｅａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍｉｌｐｉｔａｓ，ＣＡ）から、適当な自動切換えコンポーネントが部品番号ＬＴＣ４４１４として入手でき、適当な電池充電器が部品番号ＬＴＣ４０５３として入手できる。適当なＰチャネルＭＯＳＦＥＴは、Ｖｉｓｈａｙ Ｉｎｔｅｒｔｅｃｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．（Ｍａｌｖｅｒｎ，ＰＡ）から部品番号ＳＵＰ７５Ｐ０３−０７として入手可能である。適当なパワーショットキダイオードは、Ｍｉｃｒｏｓｅｍｉ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｉｒｖｉｎｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から部品番号ＵＰＳ８４０として入手できる。
【００４７】
各種の機能に適した他の集積回路としては、部品番号ＬＴＣ４３５７、ＬＴＣ４４１６および／またはＬＴＣ３４５５で入手可能な集積回路があり、これらはＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍｉｌｐｉｔａｓ，ＣＡ）から入手できる。
【００４８】
図１１は、他の実施形態による変更モジュール１１００の斜視図であり、この例では、ブリッジバッテリと回路の全部または一部がハウジング１１０２の中に配置され、ハウジング１１０２は、ケーブル１１０４によって、電源供給端子４０４、４０８および受電端子（見えない）から分離されている。ハウジング１１０２は、機器１００の中または外の適当な空洞または場所において、固定されずに、または所定の位置に固定された状態で（たとえば、接着剤または面ファスナ式リテーナによる）、一時的または永久的に設置されてもよい。ケーブル１１０４は、機器１００のケース内に存在する開口部を通って、機器１００のケースまたはハンドル１０４とホットスワップ対応電池６００との間の境界１１１０に沿ったギャップを通って、ケーブル１１０４を収容するために特に設けられた開口部を通って、あるいはその他の適当な開口部またはギャップを通って延びるように十分に細いケーブルであってもよい。
【００４９】
電源供給端子４０４、４０８と受電端子は、薄い基板１１０８の上に設置されていてもよい。いくつかの実施形態において、基板１１０８は十分に薄くして、当初の主バッテリ２００をホットスワップ対応電池６００の代わりに使用できるようにしてもよく、それによってより小さなホットスワップ対応電池を使用する必要がなくなる。基板１１０８は、ホットスワップ対応電池６００によって電池端子（見えない）に向かって押し付けられてもよく、それによって電源供給端子４０４、４０８は機器の電池端子（図示せず）と接触する。任意で、または別の態様として、基板１１０８は、接着剤（たとえば、電源供給端子４０４、４０８の各々と機器の電池端子の間の導電性接着剤）、または機器のハンドル１０４の中の構造物（図示せず）との機械的インターロックによって、永久的に固定されていてもよい。
【００５０】
変更モジュールのいくつかの実施形態は、自己完結型のハンドヘルド式ＸＲＦアナライザ、たとえばＴｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＮＩＴＯＮ Ａｎａｌｙｚｅｒｓ（Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，ＭＡ）のモデルＸＬ３ｔ ＸＲＦアナライザ等に使用してもよい。モデルＸＬ３ｔアナライザは通常、電源は入っているがトリガが作動されていないとき、すなわちそのＸ線管からエックス線が放出されていないとき、７．５Ｖのバッテリから約１．５Ａを引き出し、すなわち約１１．２５ワットを消費する。１ワットは、１秒あたり１ジュールに等しい。このアナライザの電池の交換に約１５秒かかるとすると、電池交換中に約１６９ジュールのエネルギー（１５秒×１１．２５ジュール／秒）が消費される。したがって、電池交換中にアナライザを動作させるのに十分なエネルギーを提供するには、制御回路等に関して予想される非効率性を考慮して、少なくとも約１９５ジュールを蓄積し、供給できるブリッジバッテリを使うべきである。定格が３．７Ｖで０．７５Ａｈｒの一般的な小型リチウムイオン再充電式電池は約１０，０００ジュールを蓄積し、これは電池交換中のＸＬ３ｔアナライザを動作させるのに十分なはずである。ブリッジバッテリの高い放電電流が必要であれば、ナノテクノロジーによるリチウンイオン電池を使用してもよい。適当なナノテクノロジーによるリチウンイオン電池は、Ａ１２３Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｇｒｏｕｐ（Ｈｏｐｋｉｎｔｏｎ，ＭＡ）から入手できる。
【００５１】
変更モジュールはブリッジバッテリを備えると説明してきたが、エネルギー蓄積要求と放電特性要求に応じて、他のエネルギー蓄積手段も使用できる。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のコンデンサ、たとえば、いわゆるスーパーキャパシタまたはウルトラキャパシタ等を、再充電式電池の代わりに、またはそれに追加して使用してもよい。たとえば、７．５Ｖに充電された１０Ｆコンデンサ（たとえば２０Ｆコンデンサを直列で２個使用）は、約２８１ジュール（１／２×ＣＶ2）を蓄積する。コンデンサの放電中、コンデンサ内の電圧は低下する。したがって、前述のように、適当なＤＣ−ＤＣコンバータを使用するべきである。
【００５２】
図１２は、電池交換中に機器に一時的な電力を供給するために実行される操作を示すフローチャートである。１２００で、ホットスワップ電池変更モジュールを、機器の電池端子と電池の端子の間に介在させる。モジュールは、電池の端子の少なくとも１つが機器のいずれの電池端子とも物理的かつ直接的に電気接触しないように介在させてもよい。したがって、モジュールは、電池を機器から絶縁して、電池から機器に電流が流れないようにすることができる。
【００５３】
この操作の中では、１２１０に示すように、複数の受電端子を電池の端子と接触させる操作を行ってもよい。これに加え、１２１４に示すように、複数の電源供給端子を、電源供給端子が機器の電池端子と物理的かつ直接的に電気接触するように配置してもよい。さらに、１２１８に示すように、エネルギー貯蓄要素を備え、受電端子と電源供給端子に接続される回路を設置してもよい。
【００５４】
１２０４に示すように、電池交換中、ホットスワップ電池変更モジュールから機器の電池端子に電力が供給される。その中で、１２２０に示されるように、電力は、エネルギー蓄積要素から電源供給端子を通じて供給される。１２０８に示すように、エネルギー蓄積要素は、受電端子に接続された電池から充電されてもよい。
【００５５】
本明細書で説明したように、実施形態の例によれば、電池式機器を、ホットスワップ対応電池で動作するように変更するためのモジュールが提供される。これらの実施形態について選択した具体的な数値を示したが、本発明の範囲内で、どのパラメータの数値も、異なる適用に合うように、広い範囲で変化させてもよいと理解するべきである。たとえば、２つの電池端子、２つの受電端子および２つの電源供給端子を使う実施形態を紹介したが、他の実施形態では、２つ以外の数の端子を使用してもよい。たとえば、３つの端子を使い、２つの異なる電圧または２つの絶縁された電圧源を設置してもよい。
【００５６】
上記の変更モジュールの使用について、それ自体は電池のホットスワップ機能を持たない機器の場合で説明したが、この変更モジュールは、それ自体がホットスワップ機能を内蔵する機器に使用してもよい。そのように変更モジュールを使用することは、たとえば、内蔵ホットスワップ回路または内蔵ブリッジバッテリが故障したときや、主電池の交換中のフェイルセーフ動作にとって有利であるかもしれない。
【００５７】
本発明を、上記の実施形態の例によって説明したが、当業者であれば、説明された実施形態に対して、本明細書で開示した発明性のある概念から逸脱することなく、改変や変更を行ってもよいことを理解するであろう。たとえば、変更モジュールについて、ハンドヘルド型の試験機や分析機に関連して説明したが、変更モジュールは、どのような電池式機器、たとえばラップトップコンピュータ、有毒ガス警報機、懐中電灯その他にも使用できる。さらに、開示した態様またはこれらの態様の一部は、上記以外の方法で組み合わせてもよい。したがって、本発明は、開示された実施形態に限定されるものとみなされるべきではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器（１００）の、第一の電池（２００）の端子（２０４、２０８）に適合する電池端子に接続するためのホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）であって、
第二の電池（６００）の端子（６０４、６０８）に適合する複数の受電端子（５０８、５１０）と、
前記機器（１００）の前記電池端子に適合する複数の電源供給端子（４０４、４０８）と、
エネルギー蓄積要素（８００）と、
前記エネルギー蓄積要素（８００）、受電端子（５０８、５１０）および電源供給端子（４０４、４０８）に、
第一のモードにおいて、前記受電端子（５０８、５１０）が電源供給端子（４０４、４０８）に連結され、
第二のモードにおいて、前記エネルギー蓄積要素（８００）が前記電源供給端子（４０４、４０８）に連結される
ように接続される回路（８０４、８０８、９００、９０４、１００４、１００８、１０１０）と
を備えるホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項２】
前記第一の電池（２００）の端子（２０４、２０８）は、前記第二の電池（６００）の前記端子（６０４、６０８）と略同様に構成される、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項３】
前記回路（８０４、８０８、９００、９０４、１００４、１００８、１０１０）は、前記エネルギー蓄積装置（８００）を、前記受電端子（５０８，５１０）を通じて利用可能な電力から充電するように構成される、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項４】
前記第一のモードにおいて、前記受電端子（５０８、５１０）に１つの電池（６００）が連結されているか、または、連結されている電池（６００）の電荷が少なくとも所定のレベルであり、
前記第二のモードにおいては、前記受電端子（５０８、５１０）には電池（６００）が連結されていないか、または連結されている電池（６００）の電荷が所定のレベルに達していないことを特徴とする、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項５】
前記変更モジュール（４００、１１００）の少なくとも一部は、前記第一の電池（２００）のフォームファクタの少なくとも一部（２１０）に基づくフォームフォクタを有する、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項６】
前記複数の受電端子（５０８、５１０）と前記複数の電源供給端子（４０４、４０８）が設置される基板（１１０８）と、
前記基板（１１０８）とは分離され、その中に前記回路（８０４、８０８、９００、９０４、１００４、１００８、１０１０）が配置されるハウジング（１１０２）と、
前記回路（８０４、８０８、９００、９０４、１００４、１００８、１０１０）を前記受電端子（５０８、５１０）と前記電源供給端子（４０４、４０８）に接続するケーブル（１１０４）と、
をさらに備える、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項７】
電池（６００）が前記受電端子（５０８、５１０）に連結されていないときに、前記モジュール（４００、１１００）の少なくとも前記電源供給端子（４０４、４０８）を、前記機器（１００）の前記電池端子と接触した状態に、着脱可能に保持するように構成された保持構造（４１０）をさらに備える、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項８】
前記保持構造（４１０）は、前記変更モジュール（４００、１１００）の表面の少なくとも一部に近接する、弾力性に富む摩擦材料か、伸縮型構造物または少なくとも部分的に回転できる構造物を含む、請求項７に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項９】
取り外し工具を受けるように構成されたポート（５００）をさらに有する、請求項７に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項１０】
前記機器の構造物と協働して、前記変更モジュールの向きを制限する、割出し構造をさらに備える、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項１１】
前記割出し構造は、突起（４１２）、線状隆起、または溝（４１６）を含む、請求項１０に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項１２】
前記エネルギー蓄積要素（８００）は、再充電式電池またはコンデンサを含む、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項１３】
電池（６００）の交換中に、機器（１００）に一時的な電力を供給する方法であって、
前記機器（１００）の電池端子と電池（６００）との端子の間に、前記電池（６００）の前記端子の少なくとも１つが、前記機器（１００）いずれの電池端子とも物理的かつ直接的に電機接続しないように、ホットスワップ電池変更モジュール（４００）を介在させるステップ（１２００）と、
前記電池（６００）の交換中に、前記機器（１００）の前記電池端子に前記ホットスワップ電池変更モジュール（４００）から電力を供給するステップ（１２２０）を含む方法。
【請求項１４】
前記ホットスワップ電池変更モジュール（４００）を介在させるステップ（１２００）は、
複数の受電端子（５０８、５１０）を、前記電池（６００）の端子（６０４、６０８）と物理的かつ直接的に電気接触させるステップ（１２１０）と、
複数の電源供給端子（４０４、４０８）を、前記機器（１００）の前記電池端子と物理的かつ直接的に電気接触させるステップ（１２１４）と、
エネルギー蓄積要素（８００）を含み、前記受電端子（５０８、５１０）と電源供給端子（４０４、４０８）に連結される回路（８０４、８０８、９００、９０４、１００４、１００８、１０１０）を設置するステップ（１２１８）を含み、
前記電池（６００）の交換中に電力を供給するステップ（１２０４）は、前記エネルギー蓄積要素（８００）から前記電源供給端子（４０４、４０８）を介して電力を供給するステップ（１２２０）を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記エネルギー蓄積要素（８００）を、前記受電端子（５０８、５１０）に接続された電池から充電するステップ（１２０８）をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１】
機器（１００）の、第一の電池（２００）の端子（２０４、２０８）に適合する電池端子に接続するためのホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）であって、
第二の電池（６００）の端子（６０４、６０８）に適合する複数の受電端子（５０８、５１０）と、
前記機器（１００）の前記電池端子に適合する複数の電源供給端子（４０４、４０８）と、
エネルギー蓄積要素（８００）と、
前記エネルギー蓄積要素（８００）、受電端子（５０８、５１０）および電源供給端子（４０４、４０８）に、
第一のモードにおいて、前記受電端子（５０８、５１０）が電源供給端子（４０４、４０８）に連結され、
第二のモードにおいて、前記エネルギー蓄積要素（８００）が前記電源供給端子（４０４、４０８）に連結される
ように接続される回路（８０４、８０８、９００、９０４、１００４、１００８、１０１０）と
を備えるホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項２】
前記第一の電池（２００）の端子（２０４、２０８）は、前記第二の電池（６００）の前記端子（６０４、６０８）と略同様に構成される、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項３】
前記回路（８０４、８０８、９００、９０４、１００４、１００８、１０１０）は、前記エネルギー蓄積装置（８００）を、前記受電端子（５０８，５１０）を通じて利用可能な電力から充電するように構成される、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項４】
前記第一のモードにおいて、前記受電端子（５０８、５１０）に１つの電池（６００）が連結されているか、または、連結されている電池（６００）の電荷が少なくとも所定のレベルであり、
前記第二のモードにおいては、前記受電端子（５０８、５１０）には電池（６００）が連結されていないか、または連結されている電池（６００）の電荷が所定のレベルに達していないことを特徴とする、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項５】
前記変更モジュール（４００、１１００）の少なくとも一部は、前記第一の電池（２００）のフォームファクタの少なくとも一部（２１０）に基づくフォームフォクタを有する、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項６】
前記複数の受電端子（５０８、５１０）と前記複数の電源供給端子（４０４、４０８）が設置される基板（１１０８）と、
前記基板（１１０８）とは分離され、その中に前記回路（８０４、８０８、９００、９０４、１００４、１００８、１０１０）が配置されるハウジング（１１０２）と、
前記回路（８０４、８０８、９００、９０４、１００４、１００８、１０１０）を前記受電端子（５０８、５１０）と前記電源供給端子（４０４、４０８）に接続するケーブル（１１０４）と、
をさらに備える、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項７】
電池（６００）が前記受電端子（５０８、５１０）に連結されていないときに、前記モジュール（４００、１１００）の少なくとも前記電源供給端子（４０４、４０８）を、前記機器（１００）の前記電池端子と接触した状態に、着脱可能に保持するように構成された保持構造（４１０）をさらに備える、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項８】
前記保持構造（４１０）は、前記変更モジュール（４００、１１００）の表面の少なくとも一部に近接する、弾力性に富む摩擦材料か、伸縮型構造物または少なくとも部分的に回転できる構造物を含む、請求項７に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項９】
取り外し工具を受けるように構成されたポート（５００）をさらに有する、請求項７に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項１０】
前記機器の構造物と協働して、前記変更モジュールの向きを制限する、割出し構造をさらに備える、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項１１】
前記割出し構造は、突起（４１２）、線状隆起、または溝（４１６）を含む、請求項１０に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項１２】
前記エネルギー蓄積要素（８００）は、再充電式電池またはコンデンサを含む、請求項１に記載のホットスワップ電池変更モジュール（４００、１１００）。
【請求項１３】
電池（６００）の交換中に、機器（１００）に一時的な電力を供給する方法であって、
前記機器（１００）の電池端子と電池（６００）との端子の間に、前記電池（６００）の前記端子の少なくとも１つが、前記機器（１００）いずれの電池端子とも物理的かつ直接的に電機接続しないように、ホットスワップ電池変更モジュール（４００）を介在させるステップ（１２００）と、
前記電池（６００）の交換中に、前記機器（１００）の前記電池端子に前記ホットスワップ電池変更モジュール（４００）から電力を供給するステップ（１２２０）を含む方法。
【請求項１４】
前記ホットスワップ電池変更モジュール（４００）を介在させるステップ（１２００）は、
複数の受電端子（５０８、５１０）を、前記電池（６００）の端子（６０４、６０８）と物理的かつ直接的に電気接触させるステップ（１２１０）と、
複数の電源供給端子（４０４、４０８）を、前記機器（１００）の前記電池端子と物理的かつ直接的に電気接触させるステップ（１２１４）と、
エネルギー蓄積要素（８００）を含み、前記受電端子（５０８、５１０）と電源供給端子（４０４、４０８）に連結される回路（８０４、８０８、９００、９０４、１００４、１００８、１０１０）を設置するステップ（１２１８）を含み、
前記電池（６００）の交換中に電力を供給するステップ（１２０４）は、前記エネルギー蓄積要素（８００）から前記電源供給端子（４０４、４０８）を介して電力を供給するステップ（１２２０）を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記エネルギー蓄積要素（８００）を、前記受電端子（５０８、５１０）に接続された電池から充電するステップ（１２０８）をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２０１１−５１９２５５（Ｐ２０１１−５１９２５５Ａ）
【公表日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０４０５２（Ｐ２０１１−５０４０５２）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３８４６０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１２６４４８
【国際公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【出願人】（５０８０１９８９４）サーモ ニトン アナライザーズ リミテッド ライアビリティ カンパニー (12)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３８４６０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１２６４４８
【国際公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【出願人】（５０８０１９８９４）サーモ ニトン アナライザーズ リミテッド ライアビリティ カンパニー (12)
【Ｆターム（参考）】
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