CN100379078C - 数字电池组 - Google Patents

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Abstract

独立电池构成的动态电池组阵列(图三)，可控地相互连接使其能在瞬间动态地配置成多根具有不同电源输出性能的电源总线，每个电源总线设计成可供给在某一瞬间电路中某个负载(A-F负载)所需的电力。较佳的是，这些电池是可互换和随机待用，在任一瞬间，任一电池都可以为某个负载提供电源。这个由分立电池所组成的动态电池组阵列有助其安装在物料柔韧的基片上，如***上。这个可编程的阵列对电路上选用的电池和个别电力负载之间的网络和电源总线使用低阻开关阵列。使用这种电池组阵列的电路一般是具有若干负载、而且每个负载对电源需求都不一样的复杂电路。

Description

数字电池组
相关的专利申请
本专利申请主张在2001年10月提出的美国临时申请号码为60/329，459，的专利申请的权益。
发明背景
1.发明的领域
这个发明在一般涉及电池组阵列，尤其涉及一个自动恢复、可动态配置的电池组阵列。它能够形成多条瞬间电源总线，每条电源总线配置成符合电路中某一特定的组件或模块(负载)要求。有时，该电池组阵列在此被称为″数字电池组″或″动态电池组阵列″。
2.现有技术的说明
电子装置正在变得越来越复杂。这些复杂的电子装置通常都包含许多不同的组件或模块(负载)，每个组件都有其特有的电压和电流的要求。这里所用″负载″包含了组件、模块、组件中分开供电的元件等等。电池组通常对公用汇流条提供一个预定标称值的电力。每个组件的电力都从那个公用汇流条中获取，并流过各种电力调节组件，使得各个运行组件具有特定的电流和电压值，而特定组件需要此和电流和电压值以执行其期望的功能。各种不同大小种类的电路，包括电子电路，都需要利用电能让它们运作。不同种类的电池长久以来都担任这一工作。典型的这类电池都能提供一个相对恒的参数，例如，电压和电流。一般来说，作了一些努力使得电池输出参数保持几乎恒定。
电路通常由数个不同的工作组件和与其相关的电能调节组件构成。这些不同的工作组件常常对电压，电流和其他电能参数有不同的要求。电路中所包括的很多组件仅是把电池输出的电能调节成各个工作组件所需的值。电路中许多的能量都被电能调节组件消耗，而这些组件使电池输出适合各种工作组件的要求。在电路的设计上，很多的费用和困难都是源于装入这类电能调节组件的需要，而所述电能调节组件件仅仅是为了适合电池的输出以符合各个工作组件的需要。整个电路的大小和复杂性都必须进行调节，以适应把这些电能调节组件包括在内的要求。把电路微型化的努力因要把这些电能调节组件包括在微型电路里的需要而受阻。如果这些电池输出特定的组件可以被剔除，那么，我们将能够在所有尺寸，目的和构成不同的电路上作出巨大的改良。
通常电池组的常见故障是内部短路或者是形成了一个开路。当电池组电池安排成静态阵列时，一个电池的故障一般会造成阵列所提供的电能参数的改变。例如，如果一组并联连接的电池组电池中的一个被拿走，输出电流就会下降。如果一组串联连接的电池组电池中的一个被拿走，输出电压就会下降。因开路的电池的故障可能会完全影响电池组阵列的运作。(例如，在一个串联排列的电池组内)。同样，因内部短路的电池的故障也可能使电池组阵列的运作完全受到干扰。每一个有部分或全部故障的电池会进一步改变参数。
电路中的工作部件设计成在几乎恒定的能源参数下工作。因此，在当从电池组阵列输出的参数因为电池组阵列中某个电池的损坏或故障而改变的情况下，这个电路可能会停止工作或不良运作。为解决这个难题提出了各种权宜之计。有人想过用印刷电路板的方法制造两个相互绝缘的层片，其中一个层片有多个独立电池组，另外一个含有多个数据处理单元。每个数据处理单元都连接到自用的电池组。例如，见诺文的美国专利6,154,855。
诺文专利6,154,855提议用多个冗余的数据处理单元，自动剔除坏的单元，并用备用的单元去取代它们，让数据处理单元的阵列对故障产生容忍度。但是，在诺文专利的提议里没有提到任何电能调节组件被剔除，或者这种剔除是可能的。诺文专利揭示了一个用冗余单片数据处理单元网络所组成的一个数据处理***。它特别建议，这些单片结构可以是以多层薄而软的层片形式，大小如普通的***一样。网络内的数据处理单元是可互换的，可使用重复的备用单元提供冗余度。每一个单元包含多个组件，例如，处理器、存储器，和输入/输出装置。诺文建议每个数据处理单元应有它独立自用的电池组电池，使在单元层上有充分的冗余度。那就是，每个数据处理单元应有一对一的关系的独立自用的电池组电池。在诺文建议的权宜之计中的电池组电池，在数据处理单元之间是不能互相替代的。这种一对一的关系为数据处理单元内所有需要用电的组件提供一个共用的电源总线。可是，在同一个数据处理单元内的所有组件一般不会用同样的电压和电流。然而，如果数据处理单元中某个组件需要对电池组电池的功率输出作出调节，它必须由该数据处理单元中的电能调节组件来提供。诺文专利也提到，在某一个总网络的某特定的区域里的相邻的正常的数据处理单元，可能会加入电源共享的电源总线。它没有说电源总线是并联或是串联连接。这种具有多个互相连接的电池组电池的共用电源总线提供的电压和电流肯定比一个单一电池组电池所提供的为大，因而，从共用电源总线所得到的电力和从单一数据处理单元内单一电池所得到的电力的性质是不一样的。同样，诺文专利也没有提到独立的单元如何使用来自共用电源总线的电力，而所述单元设计成靠单一电池组的电池输出而运行。在任何指定数据处理单元内每个耗电的组件之间的随机动态连接性，要求每个用电的组件有它自己独立的动态的对故障有容忍度的电源总线，这是和诺文的理论向违背的。诺文的理论没有提到让数据处理单元里的每一个用电的组件都有它自己的独立的电源总线，也没有提到这样安排的好处。
对提供动态的电池组电池组阵列也提出过各种权宜之计。哈西在号为码5,563,002美国专利中提议用具有单一电力输出电源总线的程控电池组阵列提供来解决在不同的负载和电池组充电状况下提供稳定的总电压或电流输出的问题。哈西提议用多个分立的电池用机械开关有选择性地根据负载的改变而连接在一起。这样可以为单一电源总线提供稳定的输出。哈西没有解决动态地使电压或电流满足单一装置内每个不同的负载的个别的电能要求的问题。哈西也没有提到多个复杂的电子装置可以用动态互连一个电池组阵列去同时给单一复杂装置内分散的组件或模块提供不同的电压和电流的方法而被简化。哈西所提到的那些机械开关适用于单一电源总线上高电能需求的应用。这些高电能需求的应用，如哈西本人所指出的，常常超出半导体开关的能力。哈西没有提议过，用一个单一电池组阵列动态地形成多条电源总线的方法，可以把每一个个别电源总线所负荷的电能降低到一个小型的、快速的、有效的廉价的、可靠的半导体开关可以负荷电能，而不需要使用机械开关。机械开关不能随机动态组合。也就是，两个独立的电池组电池不能在不顾虑它们物理位置的情况下随机被选择和连接在一起。机械开关的电池组阵列的外形尺寸受到它所需的空间的限制，这些空间必须能够容纳这样的一个开关。哈西也没有倡导为每个负载提供独立的电源总线的论点。个别的电源总线根据需要在瞬间由数个动力电池所组成，而所述电池在独立电源总线之间基本上可互相替换的。机械开关与固态装置上相比本质上具有较慢的响应时间。用机械开关去瞬间重组多个电源总线在物理上是不可能的。哈西的设想的阵列作为组合串联并联阵列是没有作用的。就算哈西的设想能够在组合的串联并联的阵列里有作用，如果有一个电池产生故障，没有揭示把在该串联电路里那个有故障的电池分流出去。
也有人提出过有故障容忍度的分布式电池组***。例如，见何根等人的号码为6,104,967的美国专利。何根等人的设想是一个分布式电池组***，特别是供电给电力车辆的电池组***的控制***。它的负载通常是电马达，由共用的电源总线提供电力。何根等人的目的是用一个共用的电源总线来提供符合预设特点的电源。
也有人提出过在柔韧的基片上印刷电化学电池。例如，见沙度的号码为6,395,043的美国专利。而贝次(BATES)揭示了高能源密度薄膜微电池组。
也有人提出过用于控制多单元电池能源***的程控***。例如，见史都华的号码为5,422,558的美国专利。史都华透露了在共用电源总线上的多个受控制的电池组模块。也见加思丁的号码为6,163,131的美国专利。
在加朋的号码为5,914,585的美国专利中提及过用阵列中的一个电池组向另一个电池组充电的做法。
瑞拉等人的号码为6,146,778的美国专利提议将数个电化学电池选择性地用集成互连板以并联或串联的方法连接在一起，不管电池所在的位置。整个电池装置的电压和电流的性质据称因为不同的连接方法而改变。瑞拉等人揭示了共用的电源总线。
传统的半导体开关阵列提供高达数百万的开关，每个开关有数百个输入/输出[I/O]的端口，全部由一个中央处理器(CPU)来控制。开关的时间可以以纳秒计算。这种传统的半导体开关阵列，例如，门阵列，是可以被程控并有记忆功能。这些半导体开关阵列的开通电阻可以以毫欧姆来计量。
各种结构和类型的发电元件是众所周知的。电化电池组合，例如锌-二氧化镁，锌-氧化银，锂-氧化钴，镍-镉，镍-氢化金属，金属-空气等等都是已知的。燃料电池组合，例如氢-氧，光生伏打组合例如P和N搀杂的硅，核电池(具有伴生β粒子辐射体，例如超重氢的PN或PIN结)等等都是已知的。其他电能储存装置例如电容或者电感器(两者的组合形成储能电路)也是已知的。能够产生电流或电荷的能量传感器，例如温度伏打电池(例如，双金属电偶、感应元件、电容元件、(例如：压电元件)、热、声、震动等驱动的传感器，还有接收射频能量的射频天线阵列都是已知的。
传统的扁平、平面、或者薄片类电池组，单一电池(和它密口)横跨电池组的整个突出平面。所以，当这个电池组被弯曲时，剪切的力量会沿着电池组和电池的全部长度叠加。结果，相当的剪切力施加到电池和它的封口，这样因电池封口故障或者电池分隔器的损毁、连同其他形式的故障，会造成电池的短路、断裂和封口渗漏。
在各种由传统电池组推动的电路里，构成电路的不同的组成元件须要不同的电压和电流。传统的电池组***通常只以一个最大的电流量提供一种标称电压，这个电器装置所需的各种不同的电压和电流须要依靠那些″电力调节″或″电能调节″装置来提供。这些装置改变或者″调节″由电池所产生的电流和电压。这些调节装置可以是″被动″的如电阻，或者是″主动″的如开关增压转换器。使用这些装置是降低效率的做法，因为它们须要电能来运作，增加费用(购买的费用，装配的费用)，占用电路板上越来越宝贵的地方，增加整个装置故障的可能性。有人估计过，今天用电池组运行的消费品中，百分之60的部件，和百分之40的成本是用在这些众多的能源调节装置上。如果大部分的能源调节装置可以被剔除，则电路***会变得更有效率、更便宜、更袖珍和更可靠。
如果我们可以设计一个电池组阵列，它能够自我补偿和动态地组合结构来为电路中不同的部件提供瞬间电源总线的话，就可实现很多电子器具的更新和改良。如果这个电池在形体上可以是柔韧的话，那它将特别有利。
发明简要
根据本发明的数字的电池组的较佳实施例包含有一组独立电池的阵列，可控地相互连接使其能够在瞬间动态地组合成为多条能够提供不同电能输出性能的电源总线，这些电源总线可制成提供电路中某个负载瞬间所需的电力。更佳的是，这些电池是可以完全相互调换和随机待用，在任何指定瞬间，任何指定电池都可以为某一个负载提供电源。
本发明中的动态电池组阵列提供了改进的电气和物理上的灵活性，确实提高了电池组的可靠性和效率，同时减低了电池组和电池的制造成本。一般来说，使用本电池组阵列的产品除了电池的成本降低中获利外，整个产品的成本也可降低。
本发明中的动态电池组阵列使用低阻开关阵列可动态地和瞬间地在被选择的电池和个别的电路负载之间建立一独立的电力网络或电源总线。在这个动态电池组阵列里，低阻开关阵列(每个开关的开通电阻一般低于0。5或更好是低于0。01欧姆)为，例如，由中央处理器控制的半导体开关。较好的是，每个电池与多个开关联系，以提供最大程度的电气灵活性。这个阵列的运作最好是程控的。″开关阵列″一词旨在包括开关、开关和电路控制元件如中央控制器、所有类型的存储器、温度和其他传感器、相关的元件等。这个电池组阵列的电路一般为复杂电路，它包括有多个对电源需求不一的负载。这种电池组阵列也可以应用于单一负载的电路中，在这种电路中对电源的需求是波动的，或者，在电池组阵列充电周期时要求保持一个精准的电平供应。如果备有充足的额外电池，该阵列中个别的电池可以进入或离开阵列以确保例如在充电周期开始或接近结束的时候的需要的电平。
这个发明的其他的目的、优点、新特点将在下面本发明的详细论述宾结合所附的图变得显而易见。
附图简述
本发明为广大的各种电路提供益处。虽然下面的描述只是一些这类应用的代表，但是，发明的应用绝不只限于此。如本领域的专业人士所知，这里所述的基本方法和设备很容易就能够适应于许多不同的用途。申请人在此的意图是使本说明书和其附属的权利要求书力求与所揭示的本发明的精神保持一致，虽然因说明所揭示的特定例子的要求而会施加对语言的限制。
尤其要说明附图仅是为了说明而用，决非为了限制。
图1是一个应用于传统的信用或借记卡的本发明实施例的示意图。
图2是根据本发明所制的电池组阵列的示意图，示出各种电池的动态组合。
图3是动态电池组阵列的示意图，示出多个电池，几个典型的电池用数字标识，以及数个用单个字母标识的总线。
图4是开关阵列的示意图，示出与图3中可与其连接的编号电池相对应的编号连接器插脚，并给出了连接的极性。
图5是电路的示意图，示出和与图3中标有字母的总线相对应的用字母标识的电负载。
图6是一个和图3相似的动态电池组阵列的示意图，在该阵列中与图5中A、B、C、和D负载分别相连的某些独立的电池的瞬间连接而形成的独立总线(用粗线表达)。
较佳实施例的详细描述
现在参照附图，在附图中相同的标号代表所有附图中相同或对应的部件。图1中10表示使用于传统的***的一个本发明的电池组阵列。为了清楚简明地示范，电气引线没有示出。图中示出十二个电负载，负载1到负载12。同时有62个不同的电池，C1到C62。一个半导体开关阵列，例如，门阵列和中央处理器(CPU)示意地给出。较好佳的是，中央处理器应和开关阵列在物理上集成在开关阵列中。
***是一个电路板的形式，电池组阵列里的电池最好是以穴的形式或者利用印刷电路板上的开孔来形成，开关阵列，中央处理器和各种负载亦是如此。最好各种组件都不突出电路板相对外表面的平面外面，因为预期该平面会在例如***在使用中磨损。图中示出三种不同的电池，例如C1、C52和C59。这些电池并不是以通常的形式排列。电池可以分散在不同的地方以适应负载和引线的位置。电池可以位于在任何空余的位置。电池也可以聚合在它们非常可能侍服的负载旁边。例如，电池C6、C61、C28、C50、C26、C37和C13就位于临近7号负载的位置。开关阵列可程控，最好但不必安排这些电池去为7号负载供电。图1内的数据输入-输出区域对应于普通***的磁条，但也可以包括视频输出的提供。中央处理器和开关阵列也分别在图1内示出。但是中央处理器最好集成在开关阵列内。在图1和图2用不同形状示出的三种电池，例如C41、C54和C62各有其不同的功率特性。它们可以通过开关阵列组合形成所需的功率输出的一个电源总线。不同电池的不同的功率特性为定制某一个总线的功率输出提供了极大的灵活性。图1内支承运行部件的基片最好是有足够的物理弹性来符合***的标准形状。这些独立电池因体积微小而可以承受小而非破坏性的扭曲，甚至当基片变成30度或更大角度时。
图2示出布有不同电池的阵列的一个典型的印刷电路板。C65为典型代表的电池是例如太阳能电池，其标称输出为0.7伏特。C63为典型代表的电池是电化学电池，其标称输出为2.5伏特。C64为典型代表的单元是无线电频率接收器，其标称输出为0.1伏特。一个半导体开关阵列(未示出)可控地连接于图2的电池。当开关阵列检测到某一个负载须要一个指定特定性质的功率时，它把例如在第18区域内的电池组合成必须要的串联和并联的结构，并且把这个电池组合与该负载相连。当该负载有所改变或者该电池特性有所改变的情况下，开关阵列把在第14区域的电池组成一个不同瞬间电池组合。最好是，由该开关阵列把这些电池在一个时间点分配由14和18不重迭的区域所示的一个单一负载。在某些较差情况下，通常是为了功率管理的原因，一个电池可分配给在14和16区域所示的一个以上的负载。
一般来说，在相关电路中，电路负载的性质和功能对电池组阵列不是至关重要的，负载可能影响电池的电压输出的除外。这个动态电池组阵列适用于为很多不同的组件和模块提供电力的要求。两个负载可能需要同样的功率，但是电能的需要可能不同。那就是说，它们对功率的需求可能一样，但是对电压和电流的需求不同。由于根据本发明的提供电力的动态电池组阵列的灵活性，可以常常改动组件或模块的设计，删除电能调节元件。但是，这个电池组阵列仅注意具有特定电力要求的负载。电池组不注意，例如，一个电阻从一个负载的电路中被剔除，原因是电池组阵列提供了不需要该剔除电阻的电路所需的精确定制的功率特性。
最好，这个半导体开关阵列(图4)包括中央处理器、，存储器和传感器性能，和可程控以检测或者知道在相关电路中不同负载A到D(图五)的瞬间电能需要以及阵列中每个电池的电力状况。这些电能需求随时可以改变，例如在开始工作的阶段，电能要求通常在最初的500微秒后下降。这个开关阵列，如图6所示把数个电池连接在一起成为瞬时电源总线，瞬时地把电池重新组合，为各种负载提供瞬时电能需求。因为负载的电能需求改变或者电池的特性改变，故这个开关可连续重新组合电池组阵列，以提供所需的电能。为了构成或形成一个瞬时电源总线，这个开关阵列把每个电池的正负两极连接到一个I/O端口。这使得阵列中的任何一个电池可以和该阵列中另外一个电池接连。参照图3、4、5，为构成由1、2和4号电池组成的串联电路，开关阵列把1号电池的阳(负)极端连接到2号电池的阴(正)极端，同样，2号电池的阳极端也是连接于4号电池的阴极端，1号电池的阴极端被连接到选定的负载上。(例如，负载A)如果不需要一个共用的地线，4号电池的阳极端可以连接到负载A的阴极侧。为了用1、2、4、5、6和8号电池建立一个并联电路，开关阵列把每个指定电池的负极I/O开关连续性地相接连，同时每个指定电池的正极l/O开关也被换向使其具有连续性。这些联接在一起的正极和负极开关然后被连线到两个和选定负载相连的I/O端口。
图6示出四条瞬时电源总线。每个负载A，B，C，和D(图5)都有各自的电源总线。22示出一个典型的动力电池。开关阵列(图4)测定，例如，负载A在此刻需要两个串联电池所产生的电压以及四个并联电池所产生的电流。开关阵列里合适的低阻半导体开关关闭而在图6中以粗线标识的与负载A相关的电源总线在瞬间形成。同样，开关阵列测确定B负载在此刻需要一个电池的电压和三个电池的电流。开关阵列确定D负载现在需要一个电池的电流和三个电池的电压。开关阵列在20处遇到一个有故障的电池。开关阵列安排电源总绕过20号电池而选用它下方的电池，最好也对20号电池作标记，使开关阵列将来不再尝试使用这个电池。开关阵列在为C负载组成电源总线时遇到另外一个故障电池，同样开关阵列会绕过这个有故障的电池安排瞬时电源总线。如果D负载的电源总线是在20号电池正常运作的时候组成并包括20号电池在内的话，一旦20号电池的输出不能满足D负载的需用，开关阵列会检测到这个故障，20号电池将会从电源总线中被排除，另一个电池会被选用来取代这个故障电池。
根据这个发明，如果不是全部的话，许多电源调节部件可从电路中被剔除，方法是构成一个电池组阵列为每个电路中的运行组件直接从电池阵列中提供所需的电能。在这里，″电路″旨在包括任何性质的电路，例如包括电子电路。在这个电池组阵列里的个别电池以动态或静态(以动态相关子组合形式的电池的静态子组合)的方法被连接在一起形成一个子阵列，以提供电路中相关联的运行组件或模块所需的精确电压、电流和其他电能参数。个别电池以合适的串联和并联的方式动态或静态地连接在一起，以获得所需的输出。这些个别的电池最好制造在支承电路同一个基片上，使电池成为该电路的一部分。
最好能提供电池容错。容错可在运行时提供，例如由与传统设计的合适低阻抗开关阵列可操作相连的中央处理器提供，而该开关阵列与电池组电池相连接。最好提供备用电池，且如果一个电池在使用时有故障，或者这个电池在生产时就有问题，可以自动检测并用备用电池来替换这个故障的电池。
中央处理器了解或能够检测到电路中各种单独运行组件或模块的电能需求。根据本发明的一个较佳实施例，这央处理器动态地维持动态电池组阵列的结构使每个运行组件或模块(负载)直接从电池阵列得到正确调节的电能。当实施例中的电池产生故障，它们马上被动态地替换使得电路中每个负载继续稳定地取得最佳电能。传统的电能调节组件或模块被一个电池组的动态电气互连***取代。这个互连***最好也可随机地选择电池，这样电池就可以完全相互替代。动态***通常需要中央处理器来调节这个数字电池组阵列，和需要半导体开关以动态地瞬时的形成所需的互连。
如果多个电池以平板印刷的方法设置在空白的印刷电路板上面，通常在生产时就有数个电池会有故障或完全不运作。在电路板上面设置备用的电池可以提供足够数量的正常运作的电池来完成需要的工作。电池受到检测而坏的电池会被标识。当有关联的电路应用于电路板时，有关的开关阵列就会让电路绕过这些坏的电池。这样，质量控制要求和生产这个电池组阵列相关的费用将会被降低，同时要报废的电路板的数量也会降到最小。生产率将得到提高。
通过对在其上形成相关电路的基片填充电池组电池阵列的方法，可使电池和运行组件或模块之间的电气连接长度变得最短。因而电能的损耗也进一步最小化。
电池组电池阵列可以是常规的、非常规的、或可能需要的二维度或三维空间的。电池可以和运行组件并排或在不同的层中。
这个发明不局限于任何特定的电池组种类。合适的电池组类型包括，例如，电化学，原子能、电容、电感、电能晶体管、光能伏打等。如果需要的话，不同种类的电池可以包括在同一阵列内，如果需要的话。电池可以按需要分为可重新充电或不可重新充电的。如果需要重新充电，可以采用合适的充电电路。
根据本发明的一个实施例的数字的电池组可定义为一个由许多个别和分立的电池组电池，或其他电能生成单元所组成的电池组阵列，该阵列里的电池或电生成单元容纳在由一个中性支承矩阵(该矩阵不会产生电能)预定义的结构中。所得到的物理形状和结构，与其它许多特性一起，使电路在不损害个别电池或整个数字电池组阵列的情况下具有相当高的物理柔韧性。这个物理柔韧性可以预先设定和固定为使所需特性最佳化或者可以是活性的从而可以被改变的。如果柔韧性可以被改变，这个改变可以是主动的或被动的。如果是被动的，物理柔韧性可以作为以往的扭曲和时间关系、以往的温度或其他能量辐照的函数而增加或减少。如果是主动的，所期望的物理柔韧性可以由电流变、磁流变，磁致伸缩作用、压电执行器或类似的装置来控制。此外，这些电池可以互连以产生符合要求电压和电流的供电能力。这种互连性在子电池组的层面可以是动态或静态的。如果这个互连性是动态的，它可以由低开通电阻的电子开关来控制。这些电子开关可以集合起来成为一个开关组。这个开关组可以用晶体管、互补金属氧化物半导体(CMOS)、金属氧化物半导体场效应晶体管理(MOSFET)、场效应晶体管(FET)、光敏晶体管、自旋晶体管，类似的元件，或数种元件的组合来构成。此外，这些开关可以设置在电池的旁边或和电池形成一体。这些开关可以用逻辑电路、微控器、微型处理器等来控制。这种逻辑元件可以设置在数字电池组的旁边或和物理上与数字电池形成一体。另外，该开关元件可以用相关的逻辑元件来控制，使得电池组电池之间所需的连接性可以受制，从而得到期望和有用的电气效果。所得到的数字电池组可以用物理和电气的方法和整个电路或电路板形成一体。最好选用子开关，例如半导体开关，使其具有非常小的开通电阻，例如小於0.5，更好是小於O.01欧姆。一般选用开通电阻小於0.005欧姆的半导体开关。一般不选用功率晶体管因为它们通常会令压降从0.7到1.4伏特。大部分的电化学电池产生1.2到3.5伏特。开关里的电阻如果造成1.4伏特的压降会使电池的输出变为不能接受。开关不应该损害电池组阵列的输出。根据本发明，例如，″沟道″[TRENCH]型的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)半导体开关适合用作本发明的半导体开关。因为开关里固有开通电阻，在电路阵列的设计上这点必须给予弥补。这种电阻也可以成为一个设计的特点。例如，如果负载需要1.2伏特，而电池标称地产生1.55伏特，我们可以把开关选用成使开关的开通电阻把电池的输出降为所要求的1.2伏特。还有，个别高开通电阻的开关可以以并联的方法连接，这样总的开通电阻会变得非常低。并联的总电阻量可以用下列公式来计算：r总＝1/r1+1/r2+1/r3。一般希望不要有大量的开关电阻因为能量作为热能会流失。这样会减低动态电池组阵列的效率。
数字电池组阵列可以被堆叠，层压或被放置在面上，使其形成一个数字电池组三维(3D)阵列。这个多层构造可以形成一个菱柱形的电池组。用一个薄壁菱柱形的容器来容纳菱柱形数字的电池是一种可行的物理形式。另外，一个数字电池组阵列的薄片可以卷起来形成一个三维圆筒形数字电池组阵列。这是另外一个可行的物理形式。这里所述数字电池组阵列的电连接性可以应用在数字电池组二维、三维和不规则的阵列中。
一个数字电池组应有物理或电气的灵活性，最好两者兼备。物理的灵活性使数字电池可以被弯曲或扭曲而不受损伤，电气的灵活性让电池可以更有效率地使用储存的且是有限的电池能量。数字电池组的某实施例中的物理和电气的灵活性可以作修改以符合所要求的物理和电气特性。
在许多的实际应用上，一个能够被扭曲而不会使其在物理和电气上受损的电池组是大有好处的。目前没有一个实际可行的柔韧性电池组(定义为可以竞争价格生产的具有大约相同的能量密度Wh/Kg和体积能量密度Wh/L，还具有以货架上的寿命(电能保存期)表示的相同电气特性以及电流生成能力的电池组)，它可以承受重复的扭曲(定义为根据ISO的标准，***必须能够承受1000次的扭曲而每次的扭曲必须达到扭曲高度和卡长的比例是0.2---见附件ANSI/ISO/IEC7810-1995和ANSI/ISO/IEC10373-1，它们通过引用方式被包括在内)。例如ISO/IEC对金融交易卡(卡型IN-1类)的标准要求，一张3.38″乘2.12″的标准卡，当沿它的长轴下压时，其弯曲高度必须为0.69″而不造成折痕或其他损伤，包括对智能卡的电子***的损伤。此外，这种无损伤的扭曲必须以0。5赫兹的频率重复至少一千次，然后以反方向再重复一千次。使用分立的电池使得电路或装置可以在基片上铰链和电池不向交的地方使用活动铰链或类似的元件。这样就可以使用非常坚硬的物料来作为电池支承区域(单元内)的基片，同时保持基片上单元互连区域的柔韧性。
使用分立电池组电池单元的阵列使个别电池所需承受的扭折，剪切的力最小化。因此，电池组阵列可在被三维的方向来扭折，而每个独立的电池组电池只承受很小或最小的扭曲，从而使整个电池的结构和连接性得到保护。减少每个独立电池的尺寸一般会增加阵列对物理扭曲造成损坏的承受能力。扭曲电池电池组阵列不会导致某个独立电池组电池内产生可感知或可测量的扭曲或剪切的力。
独立的电池可以是任何期望的形状，其标称直径可以小至0.1厘米或更小，小到只受它的生产工具的限制。标称直径是在电池最宽的部分来量度。例如，一个长方形电池的标称直径就是它最长的对角线的长度。电池的最大尺寸是根据阵列可用的空间和所需电池的数目而决定的。例如，如果这个阵列必须安装在8平方英寸的面积内，每个电池产生1.5伏，在相关电路中的组件或模块(负载)需要100伏特，则必须至少用67个电池。这要求阵列里电池的密度为每英寸大于8个电池。应有更多的电池来提供，例如自修复、冗余，启动能量等。每个电池必须不占用超过0.1平方英寸的面积。如果这个阵列可用数百平方英尺的位置，则独立电池可以占用超过1到2平方英尺的面积。
运用众多的独立电池提供了设计上的灵活性。一个阵列的电池可用不同种类的电池来组成，例如；不同尺寸的电池，不同电压和电流输出特性的电池，静态和动态的组合等。例如，电路里一个或多个负载需要3伏特而每个电池生产1.5伏特，在此种情况下，最好把数组成对的两个电池牢固地用导线连接在一起，并把每组牢固连接的电池对作为一个单元。把这些单元以动态的方法与需要3伏特或者3伏特倍数电压的负载连线，这样减少了所需开关的数量。一个电路里不同的负载常常需要的电压不是另一个负载所需要的电压的倍数，例如分别是3、2.5、4.2和7.1伏特。运用产生不同电压的电池使它们可以组合在一起来提供每个负载所需要的电压。
与其相连的负载的性质常常使独立电池的电压输出发生变化。例如一个标称电压输出为1.5伏的电池，在使用于某一个特定的负载时，会下降到0.8伏特。这种情况常常在启动的时候发生。负载在开始的时候令连接电池的电压大幅度下降。这一点可以用动态组合阵列的方法来调节，使负载在启动阶段时在瞬间连接上更多的电池，并当电压开始提升的时候，这些电池就分开。
这里提到以动态和瞬间的方式组合电池来供应一个电路负载的电压需求的做法可以完全同样地使用于来组合电池，以满足电路负载的电流需求。
一个电路负载也可以设计成以使电池的电压输出被控制在该负载所需的数值。例如，一个标称输出1.5伏特的电池可以连接到设计成能把电源输出下降至1.1伏特的负载上。这样，这个需要1.1伏特的负载就可用标称电压输出1.5伏特的电池来调节。
根据本发明的一个阵列的独立电池组电池的阵列可以用任何方式来电气连接(例如，任何并联和串联电气结构的组合)，以提供一个电路负载平常所需的任何电压和电流的生成能力。而且，数个这样的电池组可以组合来提供多种电压和电流的生成能力。这些电气组合不必时间或空间上为静态，而可以按这些尺寸变化而改变，使传送到装置的电能达到最佳效果。同时，这些随时间、空间瞬间变化的电气组合可以在数字电池本身充电和电气调节时使用。
根据这个发明，电池可以由众多的电化学电池组电偶中任何一种构成，例如锌/氧化镁、锌/氧化银、锂/氧化钴、镍/镉、镍/氢化金属、金属/空气和类似物，或者可以由燃料电池电偶构成，例如氢/氧，也可以由光生伏打电偶例如P和N搀杂的硅，或者核电池(具有缔合β粒子发射体如超重氢的PN或PIN结)，电池也可由其他电能储存装置例如电容或者电感器(两者的组合形成″储能″[TANK]电路)构成。还有，电池也可由能够产生电流或电荷的能量变换器构成，例如温度伏打电池(例如，双金属电偶)，电感元件、电容元件、(例如：压电元件)，或者任何上列***的组合。
电池的包装、间距、形状等可以是任何适当的结构以及可以根据电流的需要(Ah，安培)而调整。例如，一个典型的传统手提式消费电子产品里面的电池的直径大约是从0.5毫米到2厘米。
所需电池的数量可以根据所需的电气的特性而得出。例如，如果需要100伏特，而电池由镍-氢化镍金属电化学电偶构成，其工作电压大约是1.35伏特和1伏特之间，则显然，***需要100个电池，因为(1.0伏特/电池)x(X电池)＝100伏特，故100伏特/(1电池/1.0伏特)＝100伏特。
电池可以具有任何的几何形状。较佳的形状是圆形，其高度不要超过圆的直径。这样，半个电池，如正极或负极，具有三维的形状，其最小形状是一个平的圆盘，其最大形状是半球形。
电池可以排列成任何形式，但是，为了获得最大能源密度，假设没有其他限制，路要求把其它物品放置在电池之间，电池可以用等距的方式排列成一个规则的二维或三维的点阵。
根据本发明，数字电池组可以用电池圆丘体的形式来构造。对多层次的结构(卷筒或菱柱体形状)，通常选择规则网格的电池圆。电池圆丘体的实施例可以用下列方法制造：一层导电箔或薄膜可用作阴极和阳极集电极。把集电极表面压花形成穴图案。用丝网、印刷、喷涂、刮刀方法在穴能沉积适当的电池化学物品。在相邻的穴间区域涂上粘合剂。然后把阴极和阳极薄膜置于电池组分隔材料的相对两侧处。这样成形后，集电极的材料会被刻上图案(例如以蚀刻的方法)使得在每个独立的电池上形成集电极。另外，电池之间的连接部分也可这样刻上图案。如果这个圆丘形电池的阵列使用在一个多层次的结构内，可以把圆丘电池相互交指或嵌套，以增加能量密度和组成稳定性。
芯孔阵列常常适用于在印刷电路板上或者在电路板之内的″板内″结构里。芯孔阵列是用一种穿孔的、不导电和不吸收的芯料(例如，聚氯乙烯卡)形成的。这个芯孔阵列数字电池组是由一个有序和分层的叠堆组成，这个叠堆包括，例如，导电阴极电流集电极(如铜箔)；有孔阵列的阴极半芯(不导电、不吸收、耐化学的塑料)；在芯孔内的阴极化学物；粘合层(具有防粘薄膜)；电池隔板(例如，微孔尼龙)；粘合层(具有防粘薄膜)；有孔阵列的阳极半芯；在芯孔内的阳极化学物；和一个导电阳极电流集电极。芯孔阵列可以用下列方法制造：把阴极半芯坯料层压在具有防粘薄膜衬底的粘合层的一面；然后在这个有粘合层状的阴极半芯坯料上冲压，形成一系列洞或孔；在这个穿孔的阴极半芯的另一面(外面)层压一层导电薄膜或箔(如铜箔)；再把选用的阴极电池化学物以糊状或者粘液的形式涂敷到半芯的顶端和向内的那一面，然后用刮刀、挤压器、滚筒或其他合适的方法将其压入众洞或孔内；然后把覆盖半芯上部的粘合层的防粘薄膜去掉；在粘合层(或热塑性材料)上放置一层电池分隔材料；以同样的方法制造一个匹配的半芯，除掉在这个半芯内注入选用的阳极化学物，从而和上列的阴极化学物组成一电化学电偶，而没有使用电池分隔材料；两个互补的半芯在顶端部分以下述方式冲压在一起，使两个电池孔阵列保持配准(重合)。做成的层压制品用两个导电的集电极(例如，在单面或双面涂有保护或导电塑料铜箔)进行表面加工。整个芯孔阵列的金属箔表面可以用蚀刻或印图案的方法来形成每个独立电池的阳极和阴极集电极。这个导电表面也可以用蚀刻或印图案的方法来形成所选择电池之间的连接线。在电路板上电池和电池之间的空间可以用标准或经技术改造的印板来形成导线或微导线。电池园丘和电池孔的结构可以组合使用，如使用半电池结构中一种结构和使用互补半电池的另一种结构。这种组合可能有好处，例如，当这个阵列集成在一个印刷电路板的表面的时。阵列有孔的那一半可以被层压至在下面的印刷电路板，而园丘形的那一半可以放置在印刷电路板的表面。这种结构也可以容许进行辅助的热量传递和气体交换(如用在混合燃料电池中)。
本发明的数字电池组消除了功率调节装置，它通过直接从电池供给电路符合电压电流要求的电能。这个数字电池组通过分配和连接它的子电池组来供应电路内每个负载所需的电流和电压来实现这一点。这种选择分配电源的工作是用一个动态的方法来完成，在该方法中，一个门阵列把数字电池内的独立电池以串联或并联(或二者组合)的方法连接起来，为电路中不同的元件提供符合每个元件所特别要求的电能。电路中具有同样电能需求的元件可以从同一组的电池取得电源。但是，最好是每个负载都有自己的电池组而不用和其他负载来共用同一电池。提供不同的电池组的可能性在下列情况特别有需要，例如，电气隔离、电气定线或其他重要的因素。
电池可靠性得到提高，因为这种数字电池组能够分隔有故障的单元并用后备电池或重组电池连接网来动态地替换有故障的单元。这点和传统的技术形成明显的对比。在传统技术中，短路或开路电池，或者故障电池，往往会造成电池完全失效。而且，在单个单元的电池里(例如1.5伏特D型电池)，一个孤立的内部短路通常会使整个电池失效。相反，根据本发明，在某一数字电池组电池内的短路只会导致该个电池供电能力的损耗。该电池的供电能力可能只是整个数字电池供电能力的百分之一。
应该理解：阴极和阳极之间如果位置非常接近(例如：用一定的压力把非常薄的阴极和阳极施加在电池分隔板上)会减少电池内电阻。这样会导致较少能量作为电阻热能而被耗散和浪费。根据本发明的一个实施例，这个数字电池组是由薄平面电池阵列组成。这样，阴极和阳极的位置非常接近。此外，因为电池密封有相对较大的圆周距离，和个别电池的相对较小的直径，可以施加在电池内部化学物上的压力要比施加在传统晶片电池内部化学物的压力要大许多。这个因素进一步降低了数字电池组电池的内电阻，从而提高它们电池的效率和其产生电流的能力。
根据本发明，电路里的与功率相关的许多部件，包括电阻、其他无源和有源的器件、和类似器件可以被删除。
用本发明来提供电能时，需要很少与功率调节有关的电感元件。这样，能用更小的电路板。更小的印刷电路板代表体积更小的产品，体积更小的产品代表更轻的产品。
在实际流水生产中，独立检测个别电池的能力令生产成本降低。个别电池的电气特性可以经由数字电池组阵列来监测和分类，将表现最好的电池定为″优良″(例如，在那些没有故障电池)，而把其他表现较差电气特性的(例如，单位面积有较多的故障电池较多的阵列)定级。甚至具有故障电池的阵列里也可以被使用，例如，用于不需要最高功率密度的应用中。这与传统电池制造者通常要废弃那些有一个或多个故障电池的电池组形成对比。因此，很容易就明白根据本发明的数字电池组的生产将导致较小的废弃率，从而，生产成本得以降低。
电子产品成本的降低归结于与本发明有关的很多因素，例如，电压电流调节组件数量的大幅度减少，如变压器、逆变器、增压器、转换器、降压调节器(buckregulator)、以及它们相关的无源元件。剔除了上述的组件反过来减小了电路板的面积。电路板的缩小一般使产品尺寸减小。这就节约了材料同时增加产品的吸引力。由于大的电流调节组件被剔除后，因而电子产品的重量和体积减少成为可能。新型和具吸引力的电子产品(例如，带电的智能卡)成为可能。采用较少的组件，产品的可靠性增加。电压和电流调节器耗费以热形式流失的电力。较少调节器导致较少以热的形式能量流失。本发明的数字电池组阵列的格式与前沿球状栅条芯片和倒装式半导体的组装结构相匹配。
在很多实例中，电池故障是因为局部事件引起的，如电池组隔板的树枝状穿通或决口。这些事件是局部性的，但是，在传统电池的模式里，整个电池都会短路。当在本发明的数字电池组阵列里，这种因枝状穿通而引起的短路时，只由发生短路的电池受到影响，因为该电池可从电池电路中被切断并和其他电池电气地相隔开。这样，余下的电池的功能就能得到保障。因而，电池的寿命得以延长。另外，出故障的机会和电池的表面面积成正比。因此，有大量表面积的电池(或那些有许多集成子电池的电池)更容易因为局部故障而缩短整个电池的寿命。
轻便式可充电的电子产品有一个通病，它们必须用特定的充电器来充电。如果那个充电器不在(遗失了或没有带)或因各种理由不能使用(充电器用110伏特交流电来产生9伏特直流电，但是，使用者在汽车里只有12伏特直流电)，这个电子产品就不能充电而变得毫无用处。数字电池组阵列可以解决这个问题，它能把电池组电池重组使得普通各种电源都可以用来充电。在上列的情况里，通常这个电器只能接受9伏特直流电，现在用电逻辑控制把电池组阵列里的3伏特直流电池重组，组成4个一组串联组3X4伏特＝12伏特，使该电器就可以用12伏特的汽车点烟插头来充电。
用传统的技术，电力必须定好从本地源到整个印刷电路板的路线。这需要占据电路板相当空间的线路轨迹电路(很多粗而宽轨迹)，然而，因为它们的长度和一定的电阻，耗费电力(把电力转化成不需要的热能)以及造成不需要的电压下降。数字电池组可使电力轨迹线所占电路板的空间最小化，同时使因电力轨迹线在为整个电路板的板面分送电源而产生的电阻所造成能量(和电压)的损耗最小化。例如，如果一个特定的装置需要9伏特，至少3个与那个装置非常接近的3伏特电池串联起来为该装置提供所需的9伏特电源。
在有些应用中，需要把各种组件电气地相互分隔开。目前用各种方法来完成这个任务，包括用光学隔离器、变压器、分开的电池电源和类似做法。所有这些的方法会导致增加成本和电气装置的复杂性。本发明的数字电池组容许通过为每个电器元件提供独立电源的方法来电气地隔离各别电气组件。通过把数字电池组阵列电气地划分，使数字电池组电池的一个子阵列专门为这个特定组件提供电力的方法来实现这点。
电化电池，根据它特定的化学性，具有不同的电压和电流生成能力。这些能力连同其它很多因素，很大程度取决于放电时间。例如，一个电池通常在放电的最初一段短时间内在较高的电压下提供较多的电能，尾随这个起始的″突发″的是电流生成能力大幅度小于起始突发。在某些情况中，希望延长电流生成能力这种起始突发比传统的装置所能够做到的更长。数字电池组能够提供更长峰值电流生成持续时间，其中一个原因是它能够让不同的电池组构成一个连发循环，一旦起始组电池不能继续保持所需高放电率时，新组电池马上被启动。一旦新组电池的″临时输出峰值″过去时，原来组的电池可以被重新接入电路来供应所需的大电流。这是可行的因为电化学电池在短时间后能恢复，能够再次提供它们起始的大电流输出。这部分是因为电池内的扩散动能的原因。
有时候，希望改变在某一个电池组内独立电池的空间安排。数字电池组可以提供这样的空间调整，而传统的电池没有这个功能。例如，为了避免电路内电池组或组件过热，这些有源的数字电池组电池可以与其它电池或与热元件空间地相分隔。这样，可使散热最大化。或者，如果电器使用于寒冷环境里，把有源的数字电池组电池聚合在一起是有利的，从而可限制散热。这是人们期望的，因为电池组的发电功会因低温而受影响。
因为圆丘形电池组阵列具有很大灵活性并可三维地成形，有可能把数字电池组集成在注射成形的物件内，例如电器本身的外壳或外罩。这种把数字电池组模压在物件上面让这个装置更为紧凑，因为不需要独立的电池室。
有些电池化学物在放电时吸取热量(例如铅-酸)，或在充电时吸热。为此，把放电时吸热的电池设置在需要冷却的部件旁边来冷却电路板上的组件。或者，如果电池化学物在充电时吸热，则用在需要冷却的元件旁边的电池对在需要冷却的元件旁边的电池重新充电。
这种电池组阵列的灵活性使得一些电池充电的同时另一些电池通过使用而放电。个别电池之间的充电量可以有所不同，有些电池在充电的时，其它电池在放电。在一个或多个电池吸收能量的场合可以把此用于功率调节。
具有数字电池组的集成印刷电路板适合用于智能卡。模压入手腕表带和照相机带子的数字电池组可以很广泛地应用在供电的手表和照相机中。
电池和电池之间的连接性最好是用动态结构随机连线控制。这样，任何特定电池可以和另外一个电池以串联和/或并联的方式相连。
这种动态电池组阵列最好支承在基片上。这个基片必须和电池的要求相匹配。电池是电化性质时，该基片必须限制在液体电解质的范围，如果使用的是电解质的话。如果电源电池产生或消耗气体时(例如，在燃料电池内)，该基片必须限制在该气体，或在某些情况下，基片必须对选用的气体有选择性地渗透性。例如，在混合燃料电池中，氧气可以被阴极使用，气体燃料可以供燃料电池中的阳极使用。这个基片需要能适应电池在充电时和放电时的膨胀和收缩，并必需承受电池的温度循环。
当需一个负载的功率要求非常小时，可以用一个或多个无线电频率天线来实现充电。无线电频率的能量可以被用于充电的目的，或者在某些情况下，作为直接能源。
电池的包装、间距、形状等可以是任何合适形态并可以根据电流(安培)的要求加以调整。例如，一个典型的手提消费电子产品里面的电池的直径大约是从0.5毫米到2厘米。虽然不希望受任何理论约束，相信利用适当的纳米生产技术和过程，电池的尺寸可以缩小到原子水平级。理论上说，电池组电池可以被减少到代表一个化学计算公式里原子和分子的数量。例如，以6个碳原子环作为阳极和几个氧化钴作为阴极所组成的一个锂离子和一个碳纳米管理论上构成一个电池组电池。
这个数字电池组首次容许，通过一个可行的方法把个别电化学电池的尺寸和体积大幅度减低，但不显著地减少整个电池电压和电流生成能力。从化学和物理的领域来看，很清楚，支配物理现象的基本法则在一些小度量的范围经历了重大的改革。这个现象称作″量子效应″。这些量子效应最近被发展并且在碳纳米管里找到超导体，在二极管“量子阱”结中光的产生加以意想不到的高效率。从这些或其它观察中，相信当电化学电池的体积和尺寸某一临界值时，存在有″量子电化阱效应″。到那个时候，相信能量密度和瞬间电流的生成能力以非线性方式会有实质性变化。
已经描述的是几个较佳实施例，在这些实施例中，可以进行改良或修改而脱离所附的权利要求书的范围和精神。根据以上的讲述，本发明的许多改变和变化是可能的。因此，应该懂得，本发明可以在所附的权利要求书的范围，以超出如上具体描述方式进行实施。

Claims (34)

1.一种数字电池组，所述电池组包括：
不能产生电能的基片；
由所述基片以阵列形式支承的多个分立电池，所述电池中的各独立的电池能够提供电能，所述阵列通过电气互连***来电气相连；
操作上与阵列相连的电路，所述电路包括至少两个需要不同电能条件的负载，
其特征在于，所述电气互连***根据互连控制器的信号可变化地进行配置，所述互连控制器适用于至少根据所述不同的电能条件来配置所述电气互连***，使所述多个分立电池中的各独立的电池互连，为所述两个负载中每一个提供所需的不同的电能条件。
2.一种数字电池组，所述电池组包括：
物理上柔韧但不能产生电能的基片；
包括至少两个需要不同瞬间电能条件的负载的电路；
多个分立电池，所述多个分立电池中的各独立的电池能够提供电能，
其特征在于，
所述多个分立电池形成由所述基板支承的阵列，并通过半导体开关阵列电气互连，所述电路操作上与所述阵列连接，所述半导体开关阵列将所述多个分立电池中的各独立的电池互连，为所述两个负载中每一个提供所需的不同的电能条件。
3.一种形成数字电池组的过程，所述过程包括：
选择不能产生电能的基片；
形成以阵列形式支承的多个分立电池，所述电池中的各独立的电池能够提供电能，所述阵列通过电气互连***来电气互连；
提供操作上与所述阵列连接的电路，所述电路包括至少两个需要不同电能条件的组件，
其特征在于，所述电气互连***与所述电池中的各独立的电池互连，为所述两个组件中每一个提供所需的不同的电能条件，所述阵列由所述基板支承。
4.一种包含多个独立动力电池的复杂的电子装置，所述复杂的电子装置包括：
多个独立负载；
其特征在于，还包括：
多个导电通道，所述多个导电通道可导电性地和选择性地和所述独立动力电池中每一个以及所述独立负载中每一个相联结；
多个半导体开关，操作上与所述多个导电通道相联结，所述半导体开关适用于动态地选择所述独立动力电池中的至少一个以构成动力选择，以及把动力选择构成所述独立负载中一个负载的独立电源总线。
5.如权利要求4所述的复杂的电子装置，其特征在于，所述独立动力电池是随机地从所述多个独立动力电池中选择的，以构成所述动力选择。
6.如权利要求4所述的复杂的电子装置，其特征在于，所述装置包括可以程控的开关阵列，所述可程控的开关阵列包括所述半导体开关。
7.一种***，所述***包括：
动力阵列，所述动力阵列包括多个独立的动力生成电池；
电子线路，所述电子线路包括至少第一和第二负载，所述第一和第二负载需要供它们运行的动力，运作第一负载所需的动力和运作第二负载所需的动力不同，
其特征在于，所述***还包括：
在所述动力阵列和所述电子线路之间的可程控的开关阵列，所述可程控的开关阵列适用于动态地在所述动力阵列与所述第一和第二负载中每个负载之间构成独立的电源总线，所述独立的电源总线是从所述独立的动力生成电池构成的，所有所述独立动力生成电池可在所述独立电源总线之间瞬间相互替代。
8.如权利要求7所述的***，其特征在于，所述可程控的开关阵列包括多个半导体开关，所述半导体开关的导通电阻小于0.5欧姆。
9.如权利要求7所述的***，其特征在于，所述动力阵列包括足够的独立动力生成电池，来提供多个通常为备用的独立动力生成电池。
10.如权利要求7所述的***，其特征在于，所述电子线路包括两个以上的负载，每个负载的动力要求不同。
11.如权利要求7所述的***，其特征在于，所述动力生成电池是电化学电池。
12.如权利要求7所述的***，其特征在于，所述***安装在物理上柔韧的基片上。
13.一种为电路中负载提供瞬时独立电源总线的方法，所述方法包括：
选择包括多个动力电池的动力阵列；
选择包括多个负载的所述电路，所述负载需要供它们运行的电力，
其特征在于，所述方法还包括：
动态地从所述动力阵列中选择至少一个第一动力电池，在电力上将所述第一动力电池和所述负载中的第一负载相联结，构成第一电源总线；以及
动态地从所述动力阵列中选择至少一个第二动力电池，在电力上将所述第二动力电池和所述负载中的第二负载相联结，构成第二电源总线，在所述第一电源总线上的所有动力电池与在所述第二电源总线上动力电池不同，所述第一和第二电源总线的构成包括利用导通电阻小于0.5欧姆的半导体开关来建立电气连接，所述半导体开关根据可程控的开关阵列所产生的控制信号而被驱动来建立所述电气连接。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，包括多个所述半导体开关，操作上和多个所述瞬时独立电源总线相联结，所述半导体开关适用于动态地从所述独立动力电池构成所述多个瞬时独立电源总线，并且通过瞬时地把独立的动力电池接入或断开所述一个瞬时独立电源总线，把至少一条所述瞬时独立电源总线上的至少一种动力特性保持在一个预先设定的值。
15.一种电气装置，所述电气装置包含：
多个独立动力电池；
多个独立电气负载，
其特征在于，还包括：
多个半导体开关，适用于同时和瞬间地将至少所述第一独立动力电池电力上联结到第一独立电气负载，以及把至少第二独立动力电池电力上联结到第二独立电气负载，至少所述第一和第二独立动力电池在所述第一和第二电气负载之间可以互相替换。
16.如权利要求15所述的电气装置，其特征在于，所有的独立动力电池在所有独立电气负载之间可以相互替换。
17.如权利要求15所述的电气装置，其特征在于，所述多个半导体开关适用于瞬间地把至少两个所述独立动力电池电力上联结到所述第一独立电气负载上去。
18.为电气装置供电的一种方法，所述方法包括：
选择多个独立动力电池；
选择所述电气装置中多个独立电气负载，
其特征在于，所述方法还包括：
选择多个可驱动的半导体开关，所述多个半导体开关以形成电源总线的方式联结在所述多个独立动力电池和所述多个独立电气负载之间；
驱动所述多个可驱动的半导体开关；以及
容许至少第一和第二独立电源总线同时在瞬间形成，所述第一电源总线位于至少第一独立动力电池和第一独立电气负载之间，而第二电源总线位于至少第二独立动力电池和第二独立电气负载之间。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法包括容许至少所述第一电源总线形成在至少两个独立动力电池和第一电气负载之间。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法包括容许形成至少三条所述独立电源总线。
21.为电气装置供电的一种方法，所述方法包括：
选择多个独立动力电池；
选择所述电气装置中多个独立电气负载，
其特征在于，所述方法还包括：
选择多个可驱动的半导体开关，所述多个半导体开关以动态地形成电源总线的方式联结在所述多个独立动力电池和所述多个独立电气负载之间；
驱动所述多个可驱动的半导体开关；
容许至少第一和第二独立电源总线动态地和同时在瞬间形成，所述第一电源总线位于至少在第一和第二独立动力电池和第一独立电气负载之间，而第二电源总线位于至少在第三独立动力电池和第二独立电气负载之间，所述第一独立电源总线具有第一瞬间能量特性，以及所述第二独立电源总线具有第二瞬间能量特性，所述第一和第二瞬间能量特性各不相同；以及
通过对所述第一和第二独立电源总线动态地增加或去除独立动力电池的方法把所述第一和第二瞬间能量特性建立在所需的值。
22.一种电气装置，所述装置包括：
基片，所述基片上装有多个分立动力电池；
多个电气模块，第一电气模块的运行的能量要求和第二电气模块的运行的能量要求不相同，
其特征在于，所述电气装置还包括：
开关阵列，适用于瞬间地将至少第一独立动力电池和所述第一电气模块以及将至少第二独立动力电池和所述第二电气模块电力地联结，所述开关阵列适用于至少根据能量要求中的变动而动态地重新将独立动力电池和电气模块电力地联结，所述电气模块安装和分布在所述基片上。
23.如权利要求22所述的电气装置，其特征在于，一子组的所述独立动力电池在物理上位于所述基片上一子组的所述电气模块的旁边，所述开关阵列适用于优先地将所述子组的独立动力电池和所述子组的独立电气模块电力地联结。
24.如权利要求22所述的电气装置，其特征在于，所述基片包括至少第一和第二物理区域、至少第一和第二动力电池子组以及至少第一和第二电气模块子组，每个所述第一和第二动力电池子组由至少两个所述独立动力电池组成，每个所述第一和第二电气模块子组由至少一个电气模块构成，所述第一动力电池子组和所述第一电气模块子组物理上位于所述基片的第一物理区域内，所述开关阵列适用于优先地将所述第一动力电池子组和所述第一电气模块子组电力联结。
25.为电气装置供电的一种方法，所述方法包含：
选择多个独立动力电池；
选择所述电气装置中多个独立电气负载，所述独立电气负载是由电气组件运行所引起的，
其特征在于，所述方法还包括：
选择多个可驱动的半导体开关，所述可驱动的半导体开关的导通电阻小于0.5欧姆，所述多个半导体开关以动态形成电源总线的方式联结在所述多个独立动力电池和所述多个独立电气负载之间；
驱动所述多个可驱动的半导体开关；
容许至少第一和第二独立电源总线动态地和同时形成，所述第一独立电源总线位于至少第一和第二独立动力电池与第一独立电气负载之间，而所述第二独立电源总线位于至少第三独立动力电池和第二独立电气负载之间，所述第一独立电源总线具有第一瞬间能量特性，所述第二独立电源总线具有第二瞬间能量特性，所述第一和第二瞬间能量特性互不相同并随时间而改变；以及
通过对所述第一和第二独立电源总线不时地动态地增加或去除所述独立动力电池的方法，把所述第一和第二瞬间能量特性建立在所需的数值，所述电气组件安装在所述基板上，所述动力电池和基片集成一体。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述多个可驱动的半导体开关包括以并联方法连在一起的半导体开关，使包含在一起的半导体开关总的导通电阻减少到小于0.5欧姆。
27.一种电气装置，所述装置包括：
基片，所述基片的两个相对的外部表面之间具有厚度，所述基片上装有多个分立动力电池；
多个电气模块，所述电气模块具有供其运行的能量要求，第一电气模块的运行的能量要求和第二电气模块的运行的能量要求不相同，
其特征在于，所述电气装置还包括：
开关阵列，适用于瞬间地将至少第一分立动力电池和第一电气模块以及将至少第二分立动力电池和第二电气模块电力地联结，所述开关阵列根据所述分立动力电池的能量要求的变化而动态地重新把所述独立动力电池和所述电气模块电力地联结，所述电气模块安装和分布在所述基片上，至少一部分所述电气模块至少是部分嵌入所述两个相对外部表面之间的所述基片内，所述分立动力电池分布和集成在所述基片上，至少一部分这类分立动力电池至少是部分嵌入在所述两个相对外部表面之间的所述基片内。
28.如权利要求27所述的电气装置，其特征在于，所述第一和第二分立动力电池和所述第一和第二电气模块是完全嵌入在所述两个相对外部表面之间的基片内。
29.如权利要求27所述的电气装置，其特征在于，所有分立动力电池和电气模块是完全嵌入在所述两个相对外部表面之间的基片内。
30.一种电气装置，所述装置包括：
基片，所述基片具有至少第一和第二区域，所述基片上装有多个分立动力电池，所述分立动力电池能产生电能且分布在基片上；
多个电气模块，所述电气模块具有供其运行的能量要求，第一电气模块的运行的能量要求和第二电气模块的运行的能量要求不相同，
其特征在于，所述电气装置还包括：
开关阵列，适用于瞬间地将至少第一分立动力电池和第一电气模块以及将至少第二分立动力电池和第二电气模块电力地联结，所述开关阵列适用于根据所述分立动力电池的能量要求或能量产生中的变化而动态地重新把所述独立动力电池和所述电气模块电力地联结，所述分立动力电池分布和集成在所述基片上，所述第一区域每平方英寸包括至少8个这种分立动力电池，所述电气模块安装在分布在所述基片上。
31.如权利要求30所述的电气装置，其特征在于，至少一部分的分立动力电池和电气模块位于所述基片的两个相对外部表面之间。
32.如权利要求30所述的电气装置，其特征在于，所述基片具有不弯曲的长度，所述基片适用于重复地被扭曲至一高度，使其扭曲的高度和不弯曲的长度的比例是0.2，而不显著影响所述分立动力电池的完整性和连接性。
33.一种电气装置，所述装置包括：
基片，所述基片包括至少第一区域，所述基片上装有多个分立动力电池；
多个电气模块，至少第一个这种电气模块的运行的能量要求和第二电气模块的运行的能量要求不相同，
其特征在于，所述电气装置还包括：
开关阵列，适用于瞬间地将至少第一分立动力电池和第一电气模块以及将至少第二分立动力电池和第二电气模块电力地联结，所述开关阵列适用于至少根据所述能量要求的变化而动态地重新把所述分立动力电池和所述电气模块电力地联结，所述分立动力电池分布和集成在所述基片上，所述第一区域每平方英寸具有至少8个这类分立动力电池，所述多个电气模块安装分布载荷所述基片上。
34.如权利要求33的电气装置，其特征在于，所述分立动力电池是电化学电池，以及至少部分电化学电池的组件是承受压力的。
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