JP2009513097A - 過酷な環境にさらされた電池の再充電システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

内部マイクロコントローラを備えた充電式電池。マイクロコントローラは、電池がさらされた環境に関するデータが格納されるメモリを含む。これらのデータは、電池を充電するために使用される充電器と一体化されたプロセッサによって読み取られる。これらのデータが、過度の時間期間、電池が過酷な環境にさらされたことを示せば、充電器は、電池の完全な劣化状態評価を実行する。

Description

本発明は、電池を再充電するためのシステムおよび方法に関する。特に、本発明は、電池の充電および電池の劣化状態評価の両方を行うためのシステムおよび方法に関する。本発明はさらに、電池が接続される電力消費デバイスからデータを獲得するためのシステムおよび方法に関する。

外科的処置を施すために手術室で使用する電動手術ツールの電力供給源として、電池が使用される場合が多い。電池を使用すると、外部電源に接続される電源コードを設ける必要がなくなる。電源コードがなくなることで、コード付きの手術ツールに比べいくつかの利点が得られる。このタイプのツールを使用する手術スタッフは、患者を取り囲む滅菌状態の手術場に持ち込めるようにコードを滅菌することにも、手術中に、滅菌処理していないコードを手術場に不注意に持ち込むことがないようにすることにも注意を払う必要がなくなる。さらに、コードをなくすことで、コードが外科的処置にもたらしていた物理的に散乱した状態や視野のブロックがなくなる。

手術室では、外科的処置を施すために使用されるツールよりも多くの電力を供給するために、電池が使用される。また、処置を施すときに、手術スタッフが身につける場合もある個人用保護システムと一体の電力消費コンポーネントを励起するためにも、電池が使用される。このシステムは、典型的に、いくつかのタイプのフード付きの衣服を含む。衣服の内部には、衣服内で空気を循環させるための換気ユニットがある。また、これらのシステムの中には、手術部位を照明する照明具や、処置を施す際に関与する他の人との口語レベルの会話を行う従来の無線機を有するものもある。換気ユニット、照明ユニット、および無線機などのこれらのユニットの各々には、動力源が必要である。電池からこの動力を供給することで、このようなユニットを身につけた個々人にコードを取り付ける必要がなくなる。これにより、回避する必要があった手術室にあるコード数を減らせる。さらに、これらのコードをなくすことで、このシステムを使用する個人に及ぼしていた動きの制約がなくなる。

任意の電池式デバイスの一体部品が、電池であることは言うまでもない。手術室で使用されるほとんどの電池式手術デバイスは、充電式電池とともに使用されるようにデザインされている。これらの充電式電池は、典型的に、１つ以上のＮｉＣｄセルを含む。電池が放電すると、電池は相補的な充電器に結合される。充電器は、セルにエネルギーを蓄積するために、電池のセルに電流を印加する。

他の充電式電池と異なり、手術ツールとともに使用することが意図された充電式電池は、患者のむき出しの手術部位に近接して配置できるように滅菌可能なものでなければならない。これらの電池は、オートクレーブに配置されて滅菌されることが多く、この場合のオートクレーブは、大気が水蒸気（蒸気）で飽和され、温度は、およそ２７０°Ｆ（１３２℃）であり、大気圧は、３０ｐｓｉ（ゲージ）（１５５２ｍｍＨｇ）である。この環境に繰り返しさらされることで、電荷を蓄積する電池セルの能力が劣化してしまう。これを電池の「劣化状態」と呼ぶことが多い。

本明細書に参照により組み込まれるものとされ、２０００年１月２５日に発行され、「ＢＡＴＴＥＲＹ ＣＨＡＲＧＥＲ ＥＳＰＥＣＩＡＬＬＹ ＵＳＥＦＵＬ ＷＩＴＨ ＳＴＥＲＩＬＩＺＡＢＬＥ ＲＥＣＨＡＲＧＥＡＢＬＥ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＡＣＫＳ」という発明の名称である、本願と同一の出願人による米国特許第６，０１８，２２７号には、電池の負荷電圧を決定する手段が開示されている。推論するに、これは、電池の内部抵抗が算定基準となっている。しかし残念ながら、この情報だけでは、電池の劣化状態の完全なる算定基準とはならない。例えば、この情報だけでは、外科的処置を施すのに必要な時間の間、電池を取り付けたデバイスへの動力供給が、蓄積エネルギーだけで足りるかという情報が得られない。言い換えれば、処置を施している間、電池の蓄積エネルギーがほとんどなくなってしまえば、電池を取り替えるために処置が中断されてしまう。これにより、処置を施すための総時間が長くなる。このような中断は、患者の内臓を露出する時間、ひいては、感染を受けやすい状態にある時間や、患者が麻酔下にある時間を短縮するように、可能な限り迅速な処置を施そうとしている現代の外科手術が目指すものの１つに相反している。

さらに、手術機器にその機器の動作状態に関するデータを、病院にある他の機器に供給することに関心が注がれている。例えば、電動式の手術ツールには、内部温度センサが設けられているものもある。このタイプのツールの内部にあるベアリングアセンブリが動作不良を起こした場合、ツール温度は上昇し始める。このような温度上昇は、相補的なセンサによって検出される。次いで、センサからの出力信号は、病院にあるリモートデバイスによって読み取ることができる。これにより、病院のスタッフは、ツールが動作不良の限界に近づきつつあり、修理または取り替えが必要であることを知ることができる。

コード付きの手術デバイスは、これらのタイプの動作状態データを提供する。これらの通信システムは、これらのデバイスに電力を供給するコードを介して相補的な制御コンソールに信号を転送するため、技術的に比較的単純であり、かつ経済的なシステムである。これらのデバイスからワイヤレス通信システムを介してデータを提供することもできる。１つのシステムが、２００５年６月２８日に出願され、「ＰＯＷＥＲＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＴＯＯＬ ＷＩＴＨ ＳＥＡＬＥＤ ＣＯＮＴＲＯＬ ＭＯＤＵＬＥ」という発明の名称である、本願と同一の出願人による米国特許出願第６０／６９４，５９２号、米国特許出願公開第 号、米国特許第 号に開示されており、同出願は、本明細書に参照により組み込まれるものとする。上述したシステムの１つの欠点は、手術室にワイヤレス通信システムを持ち込む必要があることである。このようなシステムを設ける場合、設置場所が制限されるという代償がある。

１９９９年１１月２日に発行され、「ＲＥＣＨＡＲＧＥＡＢＬＥ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＡＣＫ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＳＡＭＥ」という発明の名称である、本願と同一の出願人および譲受人である米国特許第５，９７７，７４６号には、特に、オートクレーブ滅菌の過酷さに耐えるようにデザインされた充電式電池が開示されており、同特許は、本明細書に参照により組み込まれるものとする。本発明の電池は、上部と底部をプラスチックバインダで結合されるセルのクラスタを含む。バインダに形成された開口の間に延在する導電性ストラップが、セルを接続する。ストラップの１つは、特定の電流より多くの電流が流れると開くヒューズである。さらに詳しく言えば、ヒューズを流れる電流は、ヒューズを形成する材料を加熱し、ヒューズの一部分が気化する。このようにして、ヒューズの一部分が気化することで、ヒューズの残りの部分を２つの部分に分離する。

上記の電池パックは、コードレスの手術ツールを励起するのに必要な電荷を蓄積するために有益であることが分かっている。しかしながら、電池パックの内部にあるセルは、大量の熱を発生する可能性がある。これにより、セルの温度が上昇する。セル間の温度上昇は、均等でない場合もある。このようにして、セルの熱負荷が不均等であると、セルが電気的に不均衡になってしまう場合がある。セルがこのように不均衡になれば、特定の時間にエネルギーを供給するために電池を即座に利用できる可能性が減り、電池の有効寿命が短くなることもある。

本発明は、新規の有用な電池および電池充電システムに関する。この電池は、電池がオートクレーブ滅菌される病院などの過酷な環境において使用するためにデザインされたものである。本発明の電池および電池充電システムは、励起するために電池が使用されるデバイスに関するデータを記録および送信するようにさらにデザインされたものである。

本発明の電池は、充電式セルのセットを含む。また、電池の内部には、データ記録ユニットおよび温度センサがある。電池が、デバイスの動力供給に使用されているか、充電中であるかにかかわらず、データ記録ユニットおよび温度センサの両方は、常にオンであるように電池セルによって動力供給される。データ記録ユニットおよび温度センサはともに、電池の温度に関するデータを記録するように構成される。

本発明の電池充電器は、電池を充電するための電流源を含む。また、電池充電器の内部には、プロセッサおよび負荷抵抗器がある。プロセッサは、電流源の作動および負荷抵抗器への電池の接続を調整する。

また、プロセッサは、電池データ記録ユニットに格納されたデータを読み取る。電池の履歴を示すデータに応じて、プロセッサは、電池の劣化状態評価を行ってもよい。例えば、データ記録ユニットにあるデータが、電池が、所与の時間期間よりも長い間、しきい値レベルを超えた温度に継続的にあったことを示せば、劣化状態評価が実行されてもよい。劣化状態評価を実行するために、プロセッサは、電池の負荷電圧および電池に入力されるエネルギー量の両方を測定する。多くの場合、この最後の評価は、まず電池をフル放電させて行われる。劣化状態評価の結果は表示される。

本発明の別の特徴は、デバイスに電力供給するために電池が使用されている間、デバイスが、データ記録ユニットにデータを書き込むことである。充電器に電池が取り付けられているとき、データ記録ユニットは、格納されたデバイスデータを充電器プロセッサに書き出す。次に、充電器プロセッサは、これらのデータを別のデバイスに転送する。このようにして、デバイスのメンテナンスにかかわる人が、電池式デバイスの動作状態に関する情報を入手できる。デバイスに対して、コード付きリンクやＲＦ／ＩＲ／超音波ワイヤレス通信リンクがない場合であっても、この情報は入手可能である。

本発明の電池はまた、パックの内部にあるセルが発生する熱の均一な放散を促すように構成される。これにより、セルの温度の不均衡が最小限に抑えられる。温度の不均衡を最小限に抑えることで、セル間の電気的な不均衡が低減する。この電気的な不均衡を低減することで、セルが、電気的に不均衡な場合に電池の性能に悪影響を及ぼす程度が、同様に低減される。本発明の電池は、所定の量の電流がヒューズを流れるときに通常開くヒューズを有するようにさらに構成される。本発明の電池はまた、製造コストが経済的であり、占める表面積も比較的小さい。

本発明は、特許請求の範囲の詳細に着目したものである。本発明の電池、電池充電器、および電池の充電方法の上記およびさらなる特徴および利益は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な記載からさらに深く理解される。

Ｉ．概要
図１は、本発明に従って構成された電池４０および電池充電器４２を示す。電池４０は、充電式セル４４（図３）、マイクロコントローラ４６、および温度センサ４８（図１２）のセットを含む。電池充電器４２は、多数のポケット５２（図２０）を有するハウジング５０を含む。各ポケット５２は、特定のタイプの電池に関連づけられたモジュール５４を取り外し可能に受け入れる。モジュール５４は、関連づけられた電池４０のヘッド端部を受け入れるための相補的なソケット５６を規定するような形状のものである。電池充電器４２の内部には、電池マイクロコントローラ４６に格納されたデータを読み取り、電池セル４４を充電するためのコンポーネントがある。複数のＩ／Ｏユニット５８が、充電器４２に取り付けられる。各Ｉ／Ｏユニット５８は、命令が入力され、充電器４２に取り付けられた電池４０の個々のものに関する充電状態情報が提示されたサブアセンブリとして機能する。

ＩＩ．電池および電池の組み立て方法
図２および図３に示すように、本発明の電池４０が、ハウジング６０を含む。ハウジング６０に着座するクラスタ（房、群）６２に、充電式セル４４が配設される。ハウジング６０の開いた上端部上に、蓋６６が密封配置される。蓋６６は、ヘッド６８とともに形成される。蓋６６は、マイクロコントローラ４６および温度センサ４８が装着される電池構造コンポーネントである。本発明の図示した例において、蓋ヘッド６８の寸法は、電池４０が動力を供給することが想定された電動ツール５２２（図２２）に形成された相補的なソケットに適合するものである。蓋ヘッド６８には、２つのコンタクト７０および単一のコンタクト７２が設けられる。コンタクト７０は、導電性部材であり、この部材を介して、充電器４２は充電電流をセル４４に印加し、この部材から、電動ツール５２２（図２３）は励起電流を流す。コンタクト７２を介して、マイクロコントローラ４６との間でデータおよび命令の書き込みおよび読み取りが行われる。このようにして、１ワイヤ信号交換プロトコルを用いて、充電器４２および電池マイクロコントローラ４６との間でデータが交換される。このようなプロトコルの１つに、Ｄａｌｌａｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社の「１ワイヤ」プロトコルがある。

電池ハウジング６０は、９８０ナノメートルで放出される光エネルギーに対して透過性のものであるプラスチック製の単体で形成される。「透過性」とは、プラスチックが少なくとも「部分的に」透過性のものであると理解されたい。本発明のほとんどの実施例において、プラスチックは、少なくとも５５％透過性のものである。より好ましい実施例において、プラスチックは、少なくとも７５％透過性のものである。本発明の１つの実施例において、ハウジング６０は、ポリフェニルスルホンプラスチックで形成される。ハウジング６０を形成するこのようなプラスチックの１つは、アメリカ合衆国、ジョージア州、アルファレッタにあるＳｏｌｖａｙ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社のＲＡＤＥＬという商標名で販売されている。このプラスチックは、部分的に透明である。美的上の理由から、ハウジング６０を形成するプラスチックは、可視波長で不透明であるように着色されてもよい。ハウジング６０がこのように着色される場合、９８０ナノメートルレンジでの光エネルギーの透過をあまり干渉しないような染料を選択しなければならない。以下に記述するように、これは、あるプロセスにおいて、ハウジング６０に蓋６６がレーザ溶接される波長である。

図４、図５、および図５Ａから分かるように、ハウジング６０は、概して矩形状のベース７６を有するように形成される。相互接続された４枚の壁７８が、ベース７６の周囲縁から上向きに延在する。美的上の理由から、ベース７６の角および壁７８が隣接する角には、丸みがつけられている。ハウジング６０はさらに、壁７８がベース７６から外向きにテーパ状になるような形状にされる。ハウジング６０はさらに、リブ８０が、ベース７６の上面からと、壁７８の内面から内向きに延在するような形状にされる。各壁７８は、１つ、２つ以上のリブ８０を有するように形成されてもよい。リブ８０は、壁に構造的な剛性を与え、ハウジング６０内でのセルクラスタ６２の動きを最小限に抑える。

各ハウジング壁７８は、垂直内面８６を有する。（図５の断面図において、リブ５０は、内面８６の上部の下方に見られる。）垂直内面８６の上方には、垂直面８６に対して外向きに傾斜したテーパ状の面８８がある。露出部９０が、各リップ７８の上部のほとんどの部分を形成する。露出部９０の断面プロファイルは、概して正方形である。露出部９０の幅は、リップ外面８５の上縁部と、テーパ状内面８８の上縁部との間に延在する垂直面９１の幅より狭い。このようにして、ハウジング６０は、露出部９０が、リップ外面の上縁部と、テーパ状内面８８の上縁部の両方から内向きの位置に設けられるように形成される。

図６を参照することで分かるように、セルクラスタ６２は、複数の充電式セル４４を含む。上記に明記し、参照により本明細書に援用した米国特許第５，９７７，７４６号から分かるように、セルの接地として機能する各セル４４の円筒状の外面は、ポリイミドテープ（図示せず）で被覆されている。

セル４４は、隣接する３列９２、９４、および９６に配設されることで、ある列にあるセルは、隣り合った列にあるセルと隣接することになる。各列９２〜９４において、隣り合ったセル４４は隣接している。セル４４は、外側の列９２および９６に３つのセルがあり、中央の列９４に２つのセルがあるように配設される。このように配列することで、各セルは、少なくとも１０％、より好ましくは、少なくとも２０％の外周セクションを有し、隣り合うセルと隣接することも、隣り合う列のセルの後方に隠れることもなくなる。このようにして、各セル４４の少なくとも１０％、より好ましくは、少なくとも２０％の周囲セクションが、セルクラスタ６２を形成するセル配列（セルアレイ）の外周部の一部分を形成する。

セル４４の上部と底部の向き、すなわち、プラス端子およびマイナス端子のそれぞれの向きは、特定の電圧レベルおよび電流で電荷を供給するために、セルの接続を直列または並列にするかに応じて配設される。

セル４４は、上部および底部のバインダアセンブリ１０２および１０４のそれぞれによってクラスタ６２を形成するように保持される。各バインダアセンブリ１０２および１０４は、薄い金属ストリップの形態の多数の導電性ストラップ１０６を含む。上部バインダアセンブリ１０２を示す図７から分かるように、各バインダアセンブリは、内側および外側バインダ１０８および１１０をそれぞれ含む。（参照のために、「内側」バインダは、セル４４に最も近いバインダであり、「外側」バインダは、セルから間隔を空けて設けられたバインダであると理解されたい。）各バインダ１０８および１１０は、ＤｕＰｏｎｔ社のＭＹＬＡＲという商標名で販売されているポリエステルなどの可撓性プラスチック材料で形成される。各バインダ１０８および１１０は、多数の開口１１２および１１４をそれぞれ有するように形成される。上側バインダアセンブリ１０２を形成するバインダ１０８および１１０は、その外周部に沿って整列されたノッチ１１６および１１７をそれぞれ規定するようにさらに形成される。

バインダ１０８および１１０の間に、導電性ストラップ１０６が挟まれる。各導電性ストラップ１０６は、その一端が、整列されたバインダ開口対１１２および１１４によって範囲が定められた空間内に延在するように位置決めされる。いくつかの導電性ストラップ１０６は、ストラップの第２の端部が、整列されたバインダ開口対１１２および１１４の１つ内に延在するように位置決めされる。これらの導電性ストラップ１０６は、隣り合うセル４４の端子を電気的に接続する。導電性ストラップ１０６のうち２つは、それらの第２の端部が、バインダ１０８および１１０の周囲部を越えて突出するように位置決めされる。図６に示すこれらの２つの導電性ストラップ１０６は、セルクラスタ６２とコンタクト７０との間を電気的に接続する部材として機能する。

また、上部バインダアセンブリ１０２を形成するバインダ１０８および１１０の間に、ヒューズ１１８が配置される。図８に最良に示されているヒューズ１１８は、電流が流れると、金属の気化点まで材料が加熱される導電性金属で形成される。本発明の１つの実施例において、ヒューズ１１８は、ニッケルまたはニッケル合金で形成される。ヒューズ１１８は、一般に、平坦なストリップの形態のものである。ヒューズ１１８は、ヒューズを形成する金属ストリップの長手方向の側面縁部の１つから内向きに延在するノッチ１２０を有するようにさらに形成される。（図７のヒューズおよび図８のヒューズ１１８のノッチ１２０の幾何学的形状は、わずかに異なる。）図８において、ヒューズ１１８のセクション１１９、すなわち、幅が最も狭いセクションは、ノッチ１２０の最も広い部分を規定する。

本発明のバインダアセンブリ１０２または１０４を組み立てる際、まず、バインダ１０８および１１０の１つをジグに置く。特に、ジグは、バインダ１０８および１１０が正確に着座するようにデザインされるくぼみ（リセス）を有するように形成される。ジグのベースからくぼみ（リセス）内に延在するのは、間隔を空けて設けられたフィンガである。フィンガは、バインダ開口１１２および１１４によって範囲が定められた空間内を通って延在する。フィンガは、間隔を空けて設けられることで、それらの間に、導電性ストラップ１０６およびヒューズ１１８が着座する空間を規定する。

ジグのくぼみ（リセス）に着座したバインダ１０８または１１０の露出表面には、接着剤が設けられる。本発明のいくつかの実施例において、接着剤は、バインダ１０８または１１０に予め塗布される。製造時、接着剤を覆う保護シートが除去される。図７において、接着剤を、内側バインダ１０８上に斑点１２４として表している。

第１のバインダ１０８または１１０がジグに据え付けられると、導電性ストラップ１０６およびヒューズ１１８は、バインダ上に据え付けられる。さらに詳しく言えば、導電性ストラップ１０６およびヒューズ１１８は、バインダ開口１１２または１１４を通って延在するフィンガ間に据え付けられる。次いで、第２のバインダ１１０または１０８は、部分的に組み立てられたユニット上に配置される。本発明のいくつかの実施例において、接着剤が、第１のバインダと隣接する第２のバインダの表面上に配置されてもよい。

バインダ１０８および１１０を組み立てると、結果的に、各内側バインダの開口１１２は、上側バインダの開口１１４の関連する開口と整列される。内側および外側バインダノッチ１１６および１１７も、それぞれ整列される。バインダアセンブリ１０２の組み立て中に、ヒューズ１１８が、バインダ１０８および１１０で挟まれたエリア内にヒューズノッチ１２０があるように位置決めされることをさらに認識されたい。ヒューズノッチ１２０を規定するヒューズ１１８の部分は、バインダノッチ１１６および１１７によって範囲が定められた空間内にある。本発明のより好ましい実施例において、ヒューズは、ヒューズの最も薄い部分（セクション）、すなわち、ヒューズノッチ１２０の幅が最も広い部分（セクション）を規定する部分が、バインダ１０８および１１０から間隔を空けて設けられるように位置決められる。

以下、図２、図９、および図１０を参照しながら、電池蓋６６について記載する。本発明の１つの実施例において、蓋６６は、ＲＡＤＥＬ（登録商標）プラスチックなどのポリフェニルスルホンプラスチックで形成された単一のコンポーネントである。美的上の理由から、蓋を形成するプラスチックは、可視波長で不透明になるように着色されてもよい。蓋６６が、以下に記述するレーザ溶接プロセスによってハウジング６０に固定されることになれば、蓋は、レーザによって放出される波長の光エネルギーを吸収する材料で形成されなければならない。美的に優れた染料は、この材料として機能し得る。このようにして、本発明の記載した実施例において、染料は、９８０ナノメートルレンジにおいて放出されるエネルギーを吸収する。蓋６６は、ハウジング壁７８の上縁部の範囲を定める幾何学的形状を有する概して矩形のベース１２６を有するような形状にされる。４枚のパネル１２８、１３０、１３２、および１３４は、ベース１２６の側面から内向きおよび外向きに延在する。パネル１２８〜１３４は、電池ヘッド６８が上向きに突出する平坦な水平面１３６で接触する。パネル１２８および１３２は、側面パネルであり、互いに対して対称的である。パネル１３０は正面パネルであり、パネル１３４は背面パネルである。水平面に対して、正面パネル１３０は、急峻な上向きの傾きを有し、背面パネル１３４の傾きは、より緩やかである。

１つのスロット１３６および２つのスロット１３８を有するように、電池ヘッド６８が形成される。スロット１３６および１３８の各々は、ヘッド６８の正面に開いている。スロット１３６の中心は、電池４０の長手方向の中心線に沿って置かれる。スロット１３８は、スロット１３８のいずれの側面にも平行であり、その側面上の位置に設けられる。マイクロコントローラ４６との信号の交換に使われるコンタクトであるコンタクト７２が、スロット１３６内に延在する。セル４４との間で電荷を蓄積したり引き出したりする際に使われるコンタクト７０は、スロット１３８に配置される。

電池ヘッドに、ラッチ１４０が枢動可能に装着される。ラッチ１４０は、電池が接続される電力消費デバイスに電池４０を保持する。ラッチ１４０の下にある水平表面に、圧力逃がし弁１４２が装着される。ラッチ１４０および弁１４２が装着される開口およびラッチを電池蓋６６に枢動可能に保持するアセンブリについては明確に記載しない。

多数のリブ１４６および１４８が、蓋パネル１２８〜１３４の内面から内向きに延在する。リブ１４６および１４８は、概して矩形状であり、水平表面１３５の下方にある蓋の内面に延在する。リブ１４６は比較的長く、リブ１４８は短い。２つのリブ１４６は、パネル１２８、１３２および１３４から内向きに延在する。単一のリブ１４８が、正面パネル１３０から内向きに延在する。追加のリブ１４８が、正面パネルのすぐ隣にある側面パネル１２８および１３２の各々から内向きに延在する。各リブ１４８はさらに、リブが延在するパネルとすぐ隣りのリブの部分に対して外側端部が下向きに階段状になるように形成される。リブ１４６および１４８は、完全に阻止しないまでも、セルクラスタ６２の垂直方向の変位を最小限に抑える。

電池蓋６６はまた、蓋の周囲にベース１２６から下向きに延在するリップ１５２を有する。図１１に最良に示されているように、リップ１５２は、ベース１２６の垂直外面から内向きの位置に設けられる。蓋６６は、リップ１５２が、ベース１２６の隣り合う内面と同一平面である垂直内面１５４を有するように形成される。リップ１５２は、ベース１２６の外周部から内向きの位置に設けられた垂直外面１５６を有する。リップ１５２は、垂直表面１５４の下方に延在するテーパ状表面１５８を有するようにさらに形成される。表面１５８は、蓋６６の中心に向かって内向きにテーパ状になっている。矩形状のフランジ１６０が、リップ１５２の最底部を形成し、ひいては、電池蓋６６の最底部に位置する構造上の特徴を形成する。垂直内面１５４の最底部は、フランジ１６０の内面を形成する。隣り合う表面１５８に対して内向きに階段状である平行な垂直表面１６４が、フランジ１６０の外壁を形成する。

電池蓋６６はさらに、ベース１２６の底面から上向きに延在する矩形状のノッチ１６６を規定するように形成される。ベース１２６は、ノッチ１６６がリップの垂直外面１５６のすぐ前方の位置に設けられ、垂直外面１５６によって部分的に規定されるように形成される。本発明のいくつかの実施例において、ノッチには、蓋６６がない。

図３を参照すると、電池蓋６６にプリント回路基板１７０が搭載されていることが分かる。プリント回路基板１７０は、電池マイクロコントローラ４６および温度センサ４８が装着されるコンポーネントである（図示せず）。回路基板１７０は、リブ１４８の内向きに階段状になった縁部に着座するように蓋６６に装備される。ポスト１７２が、プリント回路基板１７０から内向きに延在する。蓋の水平表面１３５を通ってポスト１７２内に延在するねじ１７４で、回路基板１７０を蓋に保持する。

回路基板１７０から、２つの導体１７６が延在しているのが分かる。導体１７６により、回路基板１７０上でセル４４とコンポーネントとの間が電気的に接続される。以下にさらに詳細に記述するように、電池が充電中、放電中、オートクレーブ処理中、または単に蓄積状態にあるかどうかにかかわらず、電池４０のマイクロコントローラ４６および温度センサ４８には、励起信号が継続的に印加される。

図３に、セルクラスタからコンタクト７０に延在するワイヤアセンブリ１７７が示されている。さらに詳細には記載しないが、コンタクト７０および７２を適所に保持するボタンヘッドファスナ１７８およびロックワッシャ１７９も図示されている。ポスト１７２の周囲に配置されたＯリング１８０も図示されている。

図１２は、電池４０と一体化された電気回路コンポーネントの略図である。セルクラスタ６２のプラスの出力端子に、電圧調整器１８２が接続されている。本発明の１つの実施例において、電圧調整器は、点１８３に存在する信号として、３．３ＶＤＣ信号を生成する。３．３ＶＤＣ信号が存在する電圧変換器１８２のピンと接地との間に接続されたコンデンサ１８４が、３．３ＶＤＣ信号をフィルタリングする。

３．３ＶＤＣ信号が印加されるコンポーネントの１つは、マイクロコントローラ４６である。マイクロコントローラ４６として使用可能な１つの適切なユニットは、オランダのＰｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｎ．Ｖ．製のＰ８９ＬＰＣ９２５の８ビットマイクロコントローラである。マイクロコントローラ４６は、多数の異なるサブ回路を有し、それについては、図１３を参照しながら以下に記載する。中央演算処理装置（ＣＰＵ）１８５が、マイクロコントローラ４６およびマイクロコントローラに接続されたコンポーネントの動作のほとんどを制御する。不揮発性フラッシュメモリ１８７が、ＣＰＵ１８５によって実行される命令を格納する。以下に記述するように、メモリ１８７はまた、電池の充電を調整するために使用される命令、電池の使用履歴を記述したデータ、および電池を取り付けるツール５２２の使用履歴を記述したデータを格納する。

ランダムアクセスメモリ１８８が、マイクロコントローラ４６によって読み取られ発生されるデータ用の一時的なバッファとして機能する。ＣＰＵクロック１８９が、ＣＰＵ１８５の動作を調整するために使用されるクロック信号を供給する。簡潔に示すために単一のブロックとして示しているが、ＣＰＵクロック１８９は、オンチップ発振器とともに、発振器からＣＰＵクロック信号に出力信号を変換するサブ回路とを含むことを認識されたい。以下に記述するように、リアルタイムクロック１９０が、所定の間隔でクロック信号を発生する。

温度センサからの出力信号は、アナログ比較器１９１およびアナログ・ディジタル変換器１９２の両方に印加される。図１３において、上記サブ回路は、単一のバス１９３によって相互接続された状態で示されている。これは、簡潔に示すためであることを認識されたい。実際、専用ラインが、サブ回路のいくつかを共に接続してもよい。同様に、マイクロコントローラ４６が、他のサブ回路を有してもよいことを理解されたい。これらのサブ回路は、特に本発明に関連したものではないため、詳細には記載しない。

図１４は、マイクロコントローラ４６によって実行される命令の他に、フラッシュメモリ１８７に格納されるデータのタイプを示す。これらのデータは、フィールドやファイル１９４に、電池を特定するデータを含む。これらのデータは、シリアルナンバー、ロットナンバー、および製造者識別の他に、認証コードなどのデータを含み得る。このコードは、電池が接続されているツール５２２または充電器４２によって読み取られ、電池がツールに動力供給できるか、または充電器によって再充電され得るかそれぞれ判断する。電池識別データは、電池の有効寿命を表すデータを含んでもよい。有効寿命データは、電池の有効期限日、充電回数、およびオートクレーブ処理回数などのデータタイプの１つ以上であると理解される。識別ファイル１９４の他のデータは、電池によって生成される信号の公称開路電圧、電池が生成し得る電流、および利用可能なエネルギーのジュールを表し得る。

電池への充電命令は、ファイル１９５に格納される。これらのデータは、本明細書に参照により援用される米国特許第６，０１８，２２７号および同第６，１８４，６５５号に開示された電池のメモリに記載されたデータのタイプであり得る。フラッシュメモリ１８７はまた、電池の充電およびオートクレーブ履歴を記述したデータを含む。フィールド１９６に、電池が充電された回数を表すデータが格納される。測定された充電後の電圧ファイル１９７が、各充電後に電池の測定された負荷電圧を表すデータを含む。本発明のいくつかの実施例において、ファイル１９７が、最新の１〜１０回の充電の間のこれらの測定しか含まないものもある。ファイル１９８に、前の充電中に測定された最も高い電池温度を表すデータが格納される。この場合も、ファイル１９８は、電池の最新の１〜１０回の充電中に測定された最高温度を表すデータしか含まないものもある。

フィールド１９９は、電池がオートクレーブ処理された全回数を示すデータを格納する。オートクレーブ累積回数フィールド２００は、その名が表す通り、電池が、オートクレーブ温度であると見なされるしきい値またはそれより高い温度にあった全回数を表すデータを格納するために使用される。

フィールド２０１が、潜在的に過剰のオートクレーブ処理に電池がさらされた回数を表すデータを含む。フィールド２０２に、電池が潜在的に過剰にオートクレーブ処理された累積回数を表すデータが格納される。オートクレーブピーク温度フィールド２０３が、電池がさらされたオートクレーブの最高温度を表すデータを含む。ファイル２０４が、オートクレーブ処理の各々に対して、オートクレーブに電池が存在した時間の記録を含む。本発明のいくつかの実施例において、オートクレーブ時間ファイル２０４は、最新の５〜１００回分のオートクレーブ処理の各々で、電池がオートクレーブに存在した時間を表すデータのみを含む。ファイル２０５が、最新の５〜１００オートクレーブ処理中に測定された電池のピーク温度を表すデータを含む。本発明のほとんどの実施例において、メモリ１８７は、まったく同じ回数のオートクレーブ処理のオートクレーブ時間および温度データを格納する。フィールド２０６は、電池がオートクレーブ処理を受けた最長単一時間の期間を表すデータを含む。

メモリ１８７はまた、ツール履歴ファイル２２９を含む。以下に記述するように、ツール履歴ファイル２２９は、動力を供給するために電池４０が採用されるツール５２２から得られたデータを格納する。

以下、図１２を再度参照しながら、電池４０の内部にある他の回路コンポーネントについて記載する。温度センサ４８は、電池４０がオートクレーブ温度にさらされているか否かを検出可能な任意の適切な温度検知デバイスである。本発明の記載した実施例において、温度センサ４８は、サーミスタである。３．３ＶＤＣは、温度センサの一端部に印加される。温度センサ４８の反対の端部は、抵抗器２０７を介して接地につながれる。コンデンサ２０８が、抵抗器２０７につながれる。温度センサ４８および抵抗器２０７の接合部にある電圧は、マイクロコントローラ比較器１９１の非反転入力に、検出温度を表すＴ＿ＳＥＮＳＥ信号として印加される（接続は詳細には図示せず）。

比較器１９１の反転入力に、基準電圧Ｖ_{TEMP REF}が印加される（接続は詳細には図示せず）。基準電圧は、直列接続された抵抗器２０９および２１０の接合部に存在する信号である。抵抗器２０９の反対の端部は、マイクロコントローラ４６の内部にあるソースから基準電圧を受ける。抵抗器２１０の反対の端部は、マイクロコントローラ４６の内部にあるスイッチを介して接地に選択的に接続される（スイッチは図示せず）。

導体２１１によって、電池コンタクト７２にマイクロコントローラ４８が接続される。一対の直列接続された対向するダイオード２１２が、導体２１１と接地との間に延在する。

電池４０を組み立てるプロセスの一環として、セルクラスタ６２が組み立てられる。最初、バインダアセンブリ１０２および１０４が、上述したように作製される。次いで、固定具２１３ａまたは２１３ｂに、第１のバインダアセンブリ１０２または１０４が置かれ、図１５Ａは、上部バインダアセンブリ１０２が着座する固定具２１３ａを示す。各固定具２１３ａおよび２１３ｂが、多数の開口２１５を有するように形成されたベースプレート２１４を含む。ブロック２１６が、固定具ベースプレートから上向きに延在する。ブロック２１６は、バインダアセンブリ１０２または１０４およびセル４４を滑りばめして受け入れる寸法のくぼみ（リセス）２２３を規定するような形状にされる。ブロック２１６が、セルが置かれる列９２、９４、および９６のパターンを規定するように形成される。例示した固定具２１３ａはさらに、リセス２２３と隣接する２つの対向するスロット２２４を規定するような形状にされる。スロット２２４は、電気的接続として機能する上部バインダアセンブリの導電性ストラップ１０６の自由端部を受け入れる。このようにして、固定具２１３ａは、ブロック２１６から間隔を空けて設けられた補助ブロック２１６ａを有し、それらの間にスロット２２４を規定する。

固定具開口２１５が、バインダ開口１１２および１１４と同心になるように、固定具ベースプレート２１４に形成される。セルが固定具２１３ａまたは２１３ｂに装着されるとき、セルが、バインダ開口１１２および１１４および関連する固定具開口２１５と中心が合わされることを認識されたい。

次いで、第２のバインダアセンブリ１０４または１０２は、関連する固定具２１３ｂまたは２１３ａのそれぞれに置かれる。次いで、図１５Ｂに示すように、バインダアセンブリに装着された第２の固定具は、バインダアセンブリ１０２または１０４およびセル４４がすでに置かれた固定具アセンブリ上に装着される。

図１６に線図を示すロボット溶接ユニット２１８が、導電性ストラップ１０６およびヒューズ１１８をセル４４に溶接する。詳細には、ロボット溶接ユニット２１８は、アーム２３２が取り付けられるベース２３７を有する。アーム２３２が、２つの対向するフィンガ２３３を含み、これらのフィンガが引き合わせられると、それらの間でセル４４および固定具２１３ａおよび２１３ｂをクランプする。ドライブ機構（図示せず）が、Ｘ平面（図１６の左右）およびＹ平面（図１６の平面の前後）の両方に、保持されたアーム２３２およびコンポーネントを移動させる。

ロボット溶接ユニット２１８はまた、溶接ヘッド２３０を含む。ヘッド２３０は、Ｚ平面（図１６の垂直方向）に移動可能であるようにトラック２３４に取り付けられる。２つの対向する電極２３５および２３６は、ヘッド２３０に取り付けられ、ヘッド２３０から下向きに延在する。

溶接プロセスは、固定具の間に挟まれたセル４４およびバインダ１０２および１０４を、アーム２３２のフィンガ２３３の間に置くことから始まる。アーム２３２は、固定具開口２１５の第１の開口が、電極２３５および２３６の下方に配置されるように移動される。溶接ヘッド２３０は、電極２３５および２３６が、固定具開口２１５および整列されたバインダ開口１１４を通過して、露出された導電性ストラップ１０６（またはヒューズ１１８）の表面まで通るように降下される。電極２３５および２３６の間に電流が流れて、ストラップ１０６（またはヒューズ１１８）を下にあるセル４４の表面に溶接する。この溶接プロセスが完了すると、ヘッド２３０が上昇する。アーム２３２は、ヘッド２３０が再度降下されると、電極２３５および２６０が、同じストラップ１０６（またはヒューズ１１８）とセル４４との間に第２の溶接継手を確立できるようにわずかに再位置決めされる。

第１のストラップ（またはヒューズ）のセルインタフェースの２つの溶接継手が完了した後、ヘッド２３０は再度上昇される。アーム２３２は、ストラップ（またはヒューズ）とセルとの各インタフェースが同様に溶接されるように再度位置決めされる。

電池４０の最終的な組み立ては、ハウジング６０のベースに、図３に示す衝撃吸収材２１７を着座させることから始まる。衝撃吸収材２１７は、シリコンゴムなどの圧縮可能な材料から形成される。衝撃吸収材２１７は、セルクラスタ６２によって範囲が定められたエリアを画定する。本発明のいくつかの実施例において、衝撃吸収材２１７は、初期のステップにおいて、底部バインダアセンブリ１０４の露出面に接合される。セルクラスタ６２は、ハウジングに置かれる。セルクラスタ６２と導体１７６とワイヤアセンブリ１７７との間の接続が確立される。

次いで、蓋６６がハウジング６０に溶接されて、電池４０の組み立てが完了する。このプロセスにおいて、蓋６６は、蓋テーパ状表面１５８が、ハウジングテーパ状面８８と隣接するように、ハウジング上に着座される。図１７から分かるように、このとき、ハウジング６０および蓋６６の寸法が原因で、蓋は、蓋ベース１２６の底部水平表面が、ハウジング露出部９０の上方で間隔を空けて設けられるように位置決めされる。

溶接プロセスは、蓋がハウジング６０に当接するように、蓋６６上に下向きの力をかけることによって達成される。図１８において、これは、矢印２２５で図示される。特に、ハウジングテーパ状表面８８および蓋テーパ状表面１５８の傾斜したプロファイルにより、これらの表面８８および１５８が隣接する。下向きの力をかけるのと同時に、９８０ナノメートルのコヒーレント（レーザ）光が、ハウジングテーパ状表面８８と蓋テーパ状表面１５８との間の境界の範囲を定めるハウジングの側方セクションに同時に適用される。複数の矢印２１９で表すように、この光エネルギーは、外側ハウジングの周囲全体の周りに同時に適用される。この溶接を実行可能な適切なシステムは、コネチカット州ダンベリーのＢｒａｎｓｏｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓから入手可能である。

光エネルギーのこの波長に対して、ハウジング６０を形成する材料が透過性のものであるため、エネルギーは、図１７の仮想線の矢印２２０によって表されるように、ハウジングリップ８４を実質的に通過する。このエネルギーは、蓋リップ１５２を形成する材料によって吸収される。このようにして、蓋リップ１５２を形成する材料は、その融点まで加熱される。これは、蓋テーパ状表面１５８を形成する材料を含む。したがって、蓋６６上に下向きの力がかけられることで、蓋は、ハウジング６０の開いた空間内に下向きに定置する。蓋６６の定置は、ハウジング露出部９０に対して蓋ベース１２６の底面が隣接すると停止する。

さらに、蓋テーパ状表面１５８から、隣接するハウジングテーパ状表面８８へ熱エネルギーが伝達される。図１９に表されているように、これにより、ハウジングテーパ状面８８を形成する材料が、同様に溶融する。対向するハウジングテーパ状表面８８および蓋テーパ状表面１５８を形成する材料は、ひとまとめに、電池ハウジング６０および蓋６６の境界面周辺または境界面に沿って気密の溶接継手２２１を形成する。

上記プロセスの一環として、ハウジングテーパ状表面８８および蓋テーパ状表面１５８を形成する少量の材料が、これらの２つの表面から広がることが認識される。この材料の一部である図１９のフラッシュ材料２３９が、ハウジング露出部９０および隣接した蓋ノッチ１６６のすぐ内向きにある空間内に流れる。この材料の他の材料であるフラッシュ材料２２２は、ハウジング垂直表面８６と蓋リップ垂直外面１６４との間の空間内に流れる。

ＩＩＩ．充電器
図２０、図２０Ａ、および図２１を参照しながら、電池充電器４２の基本構造について説明する。ポケット５２が、充電器ハウジング５０の正面の平坦部分に形成される（平坦部分は特定せず）。充電器ハウジング５０はさらに、ポケット５２が形成されるセクションより高くした背面セクション２４２を有するように形成される。後壁２４４が、セクション２４２の後端部、ひいては、充電器ハウジング５０の後端部を形成する。ハウジング後壁２４４が、下側および上側リブ２４６および２４８のそれぞれのセットを有するように形成される。リブ２４６および２４８の両方は、垂直方向に延在する。ハウジング後壁２４４であるウェブ２５０が、リブ２４６および２４８を互いに分離する。リブ２４６は、互いに間隔を空けて設けられて、それらの間に垂直ベント２５２を規定する。リブ２４８は、互いに間隔を空けて設けられて、それらの間に垂直ベント２５４を規定する。

電池充電器４２はまた、金属のプレート状ベース２５６を有する。本発明の１つの実施例において、ベース２５６は、ばね鋼から形成される。ベース２５６は、ハウジング５０の開口端部に配置される。ベース２５６は、貫通して延在する多数の開口２５８を有するような形状にされる。ベース２５６は、他の充電器コンポーネントの大部分が取り付けられる充電器の内部にある構造コンポーネントである。ハウジング５０およびベース２５６をともに保持する構造コンポーネントおよびファスナは図示していない。

ベース２５６に取り付けられた１つのコンポーネントは、ヒートシンク２６４である。本発明のいくつかの実施例において、ヒートシンク２６４は、良好な熱伝導特性を備えたアルミニウムや他の材料から形成される。ヒートシンク２６４は、平坦なベース２６６を有するような形状にされる。多数のフィン２６８が、ベース２６６から垂直方向外向きに延在する。フィン２６８は、ベース２６６を側方にわたって延在する。

ヒートシンク２６４は、ブラケット２６５によってベース２５６に装着される。特に、ヒートシンク２６４は、ハウジング背面セクション２４２の内部にある空間内に配置されるように、ベース２５６に装着される。特に、ヒートシンク２６４は、フィン２６８の外縁部とハウジングベント２５２および２５４との間に自由空間があるように位置決めされる。

放電抵抗器２７２のセットが、フィン２６８とは反対のヒートシンクベース２６６の面に装着される。以下に記述するように、電池４２を充電または評価するための特定のプロセス中、電池に蓄積されたエネルギーをまずフル放電する必要がある。このプロセスステップは、電池を放電抵抗器２７２に接続することによって実行される。本発明の例示した実施例において、各放電抵抗器２７２は、充電器ポケット５２の別々のものに関連付けられる。電池４０の放電中、各電池は、電池が結合されるモジュール５４が着座するポケットに関連した特定の放電抵抗器２７２につなげられる。

各放電抵抗器２７２の抵抗は、一般に、１５オーム以下である。本発明のさらなる他の実施例において、各放電抵抗器２７２の抵抗は、１０オーム以下である。各放電抵抗器２７２は、それぞれのヒートシンクに入れられている場合が多い（図示せず）。この抵抗器ヒートシンクは、ヒートシンクベース２６６に物理的に隣接する抵抗器コンポーネントである。

また、ヒートシンクベース２６６には、温度センサ２７４が取り付けられている。ハウジング５０を通して、またはヒートシンク２６４にわたって空気を流すために、充電器４２の内部または、他の形態では、充電器４２と一体化させたファンや他のデバイスがないことも観察される。

図１から分かるように、各Ｉ／Ｏユニット５８は、ＬＣＤディスプレイ２７８および２つのＬＥＤが２８０および２８２を含む。本発明の充電器４０の各Ｉ／Ｏユニット５８は、２つの薄膜スイッチ２８４および２８６をさらに含む。

図２２は、充電器４２の内部にある電気回路アセンブリのブロック図である。電源２８８が、充電器４２の内部にある他のコンポーネント（構成部分）を励起するために使用可能な信号にライン電流を変換する。電源２８８はまた、セル４４を充電するために、モジュール５４を介して電池４０に供給される信号を生成する。

充電電流は、電流源２９０によって電池に供給される。実際、充電器４２は、複数の電流源２９０を有し、そのうちの１つは、各モジュール５４を介して電池に電流を供給するためのものである。これにより、異なる充電信号を供給して、取り付けられた電池を同時に分離することができる。簡潔に示すために、電流源２９０は１つしか図示していない。各電流源２９０には、抵抗器２９２が一体化されている。モジュール５４に電池４０が着座されると、抵抗器２９２は、電池のプラス端子と接地との間の接続を確立する。各放電抵抗器２７２は、電流源の別々のものに関連づけられる。このようにして、図２２において、放電抵抗器２７２は、電流源２９０の内部にあるように図示されている。各放電抵抗器２７２は、接地に選択的に接続された一端部を有する。抵抗器２７２の対向する端部は、スイッチ、典型的には、ＦＥＴによって電池のプラス端子に選択的につなげられる（スイッチは図示せず）。

また、図１８にブロック要素として示すモジュール５４は、抵抗器２９４を含む。抵抗器２９４は、電池コンタクト７０が接続される端子に選択的に接続される。この接続を確立するために、スイッチ、典型的に、ＦＥＴ（図示せず）が使用される。このようにして、抵抗器２９４は、電池４０の負荷電圧を測定するために使用される。

モジュール５４はまた、ＮＯＶＲＡＭ２９６を含む。ＮＯＶＲＡＭ２９６は、モジュールを介して充電される電池４０の充電を調整するために使用される充電シーケンスおよび充電パラメータデータを含む。同様に充電器４２の内部にあるメインプロセッサ２９８が、電池４０の充電を制御する。メインプロセッサ２９８は、電池の劣化状態評価を行う必要があるかをさらに判断し、評価を行い、評価により発生したデータに基づいて、電池の劣化状態の表示を発生する。メインプロセッサ２９８はまた、電池マイクロコントローラ４６と一体のメモリおよびモジュールＮＯＶＲＡＭ２９６からデータを獲得するとともに、データをロードするために、読み取り／書き込み命令を発生する。本発明の１つの実施例において、カリフォルニア州サンノゼのＡｔｍｅｌから入手可能なＡＴ９１ＳＡＭ７Ｘ２５６／１２８は、メインプロセッサ２９８として機能する。

さらに詳しく言えば、メインプロセッサ２９８は、バス３０４としてひとまとめに表された複数の導体により電流源２９０に接続される。メインプロセッサ２９８は、電流源２９０に可変ＣＵＲＲＥＮＴ＿ＣＯＮＴＲＯＬ信号を出力する。ＣＵＲＲＥＮＴ＿ＣＯＮＴＲＯＬ信号に応答して、電流源２９０は、モジュール５４を介して電池セル４４へ、選択電流で充電電流を出力する。抵抗器２９２の電圧は、ＭＥＡＳＵＲＥＤ＿ＶＯＬＴＡＧＥ信号としてメインプロセッサ２９８にバス３０４を介して出力される。このＭＥＡＳＵＲＥＤ＿ＶＯＬＴＡＧＥ信号は、電池４０の電圧を表す。また、バス３０４を介してメインプロセッサ２９８から、抵抗器２７２を電池４０に選択的につなげるスイッチへ信号が出力される。この接続により、電池４０に蓄積された電荷は、抵抗器２７２によって放電される。

メインプロセッサ２９８は、シングルワイヤバス２６０として表された複数の導体によって、モジュール５４に接続される。メインプロセッサ２９８は、電池４０のプラス端子およびマイナス端子に抵抗器２９４を接続する制御信号を選択的に発生する。抵抗器２９４がこのように接続される場合、抵抗器２９４は、抵抗器２９２に接続される。このようにして、電流源２９０からのＭＥＡＳＵＲＥＤ＿ＶＯＬＴＡＧＥ信号は、電池４０の負荷電圧の算定基準になる。

バス２６０はまた、モジュールＮＯＶＲＡＭ２９６のコンテンツがメインプロセッサ２９８に書き込まれるリンクとして機能する。また、バス２６０を通って電池のマイクロコントローラ４６との間でデータが読み取りおよび書き込みされる。

温度センサ２７４によって生成された出力信号は、メインプロセッサ２９８に印加される。

メインプロセッサ２９８はまた、データ送受信ヘッド３０１に接続される。送受信ヘッド３０１は、バス５８６（図２６）に接続された充電器の内部にあるインタフェースである。

モジュール５４および電流源２９０の内部コンポーネントや、電池の充電プロセスについてのより詳細な記載は、本明細書に参照により組み込まれる米国特許第６，０１８，２２７号に開示されている。複数の電池および別の充電アセンブリを充電する際に伴うプロセスについては、２００１年２月６日に発行され、「Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｍａｎａｇｅｒ」という発明の名称の、本願と同一の出願人および譲受人の米国特許第６，１８４，６５５号にさらに記載されており、同特許の内容全体は、本明細書に参照により組み込まれるものとする。

電池充電器４２はまた、Ｉ／Ｏプロセッサ２９９を含む。Ｉ／Ｏプロセッサ２９９は、メインプロセッサ２９８から出力された信号に基づいて、ＬＣＤディスプレイ２７８に適切なイメージを発生させる信号を発生する。Ｉ／Ｏプロセッサ６０はまた、ＬＥＤ２８０および２８２の作動を調整する。また、薄膜スイッチ２８４および２８６が、Ｉ／Ｏプロセッサ２９９に接続される。スイッチ２８４および２８６を開閉することで発生した信号に基づいて、Ｉ／Ｏプロセッサ２９９は、メインプロセッサ２９８に適切なコマンドを発生させる。

ＩＶ．動作
Ａ．電池
電池マイクロコントローラ４６は、３つの異なるモードで動作する。これは、電池４０の内部コンポーネントがセル４４にかける負荷を最小限に抑えるためである。通常モードでは、マイクロコントローラ４６の内部にあるすべてのサブ回路が励起される。本発明の１つの実施例において、マイクロコントローラ４６は、この状態にあるとき、およそ６ｍＡを流す。マイクロコントローラ４６はまた、パワーダウン・クロックオン状態を有する。マイクロコントローラ４６がこの状態にあるとき、ＣＰＵ１８５、アナログ比較器１９１、およびアナログ・ディジタル回路１９２の動作が停止される。ＣＰＵクロック１８９およびリアルタイムクロック１９０の両方は、マイクロコントローラ４６が、パワーダウン・クロックオン状態にあるときオンである。マイクロコントローラ４６が、パワーダウン・クロックオン状態にあるとき、マイクロコントローラは、およそ３ｍＡを流す。

パワーダウン・クロックオフ状態とは、マイクロコントローラ４６が動作する最低電力消費状態である。この状態では、ＣＰＵ１８５、ＣＰＵクロック１８９、リアルタイムクロック１９０、およびアナログ・ディジタル回路１９２の動作が停止される。マイクロコントローラ４６がこの状態にあるとき、アナログ比較器１９１は作動される。マイクロコントローラ４６は、パワーダウン・クロックオフ状態にあるとき、およそ１２０〜１５０μＡを流す。

アナログ比較器１９１がオンである状態の間、マイクロコントローラ４６の内部にあるスイッチは、抵抗器２０９および２１０を介して接地へと電流が流れるように設定されることをさらに認識されたい。これにより、比較器の反転入力に、Ｖ_{TEMP REF}信号が現れる。アナログ比較器１９１がオフにされ、電池マイクロコントローラ４６が、パワーダウン・クロックオン状態にあるとき、マイクロコントローラスイッチは、抵抗器２０９および２１０の両方が高につながれるように設定される。これにより、これらの抵抗器の電流引き込みがなくなる。

以下、図２３Ａおよび図２３Ｂのフローチャートを参照しながら、マイクロコントローラ４６の動作について説明する。ほとんどの時間、電池マイクロコントローラ４６は、パワーダウン・クロックオフ状態にある。このことは、図２１Ａにおいて、マイクロコントローラがパワーダウン・クロックオフ状態に入るステップ３９０で表されている。マイクロコントローラ４６がこの状態にあるとき、ステップ３９２において、アナログ比較器１９１は、Ｖ_TEMPとＶ_{TEMP REF}とを継続的に比較する。この比較が、温度センサ４８からの信号が、電池がオートクレーブ処理中でないことを示すものである限り、マイクロコントローラ４６は、パワーダウン・クロックオフ状態のままである。

基準信号Ｖ_{TEMP REF}が、オートクレーブ内の実際の温度に相当する信号でなくてもよいことを認識されたい。電池ハウジング６０および蓋６６の断熱を補償する代わりに、Ｖ_{TEMP REF}は、実際のオートクレーブ温度のものより低い温度に相当するレベルにあってもよい。本発明のいくつかの実施例において、Ｖ_{TEMP REF}信号は、オートクレーブ温度を表すレベルに設定され、一般に、これは、少なくとも１００℃の周囲温度である。多くの場合、これは、１００〜１５０℃の周囲温度である。本発明の別の実施例において、周囲温度が少なくとも７０℃である環境であれば、電池が過酷な環境にあるとみなされるように、Ｖ_{TEMP REF}信号を設定することが望ましい場合がある。Ｖ_{TEMP REF}信号の実際のレベルは、熱モデリングおよび／または実証的分析によって決定されてもよい。

ステップ３９２において、比較が、Ｖ_TEMPがＶ_{TEMP REF}よりも高いことを示せば、マイクロコントローラ４６は、Ｖ_TEMP信号を、電池がオートクレーブ処理を受けている最中であることを示すものと解釈する。このイベントに応答して、マイクロコントローラ４６は、ステップ３９４において、パワーダウン・クロックオンモードに入る。

マイクロコントローラ４６がパワーダウン・クロックオンモードに入ることで、リアルタイムクロック１９０は、ステップ３９６において、３０秒の時間期間、カウントダウンを行う。このカウントが終わると、マイクロコントローラ４６は、ステップ３９８において、通常モードへ移行する。通常モードになると、ステップ４０２において、再度比較器１９１を用いて、Ｖ_TEMPとＶ_{TEMP REF}とを比較する。

ステップ４０２の比較が、電池がオートクレーブ処理中であることを示せば、ＣＰＵ１８５は、データ更新ステップ４０４を実行する。ステップ４０４において、ＲＡＭ１８８に格納されたデータが更新される。これらのデータは、電池がオートクレーブ温度にあった総時間を示すフィールドを含む。本発明のいくつかの実施例において、このフィールドにあるデータは、単位カウント（１単位＝３０秒）ごとに単純にインクリメントされる。また、電流オートクレーブサイクルの最高温度を示すＲＡＭフィールドのデータが更新されてもよい。ステップ４０２のこの部分において、アナログ・ディジタル変換器１９２からのＶ_TEMPを表すディジタル信号が、ＲＡＭ１８８に格納された温度レベルと比較される。変換器１９２からのデータが、格納された測定値より高い温度を表せば、これらのデータが、ＲＡＭフィールドに上書きされる。

ステップ４０４が実行されると、マイクロコントローラ４６は、再び、パワーダウン・クロックオンモードに入る。このようにして、ステップ３９４、３９６、および４０２が再実行される。

オートクレーブプロセスが完了すると、電池温度は、オートクレーブ温度より下がる。このイベントは、ステップ４０２の比較における異なる結果によって示される。次いで、電池マイクロコントローラ４６は、メモリ１８７に格納されたデータを更新する。このプロセスは、ステップ４０８において、メモリ１８７に格納された基本的な履歴データの更新を含む。次いで、ステップ４０８の一部として、電池がオートクレーブ処理された回数のカウント、すなわち、フィールド１９９のデータが、１ずつインクリメントされる。電池がオートクレーブ処理された総時間を示すＲＡＭ１８８にあるデータに基づいて、累積的なオートクレーブ時間フィールド２００にあるデータも同様に変更される。また、ステップ４０８において、フィールド２０４にあるデータは、最後のオートクレーブ処理において、電池がオートクレーブ処理された時間を示すように更新される。

ステップ４０８において、メモリ１８７のデータは、このオートクレーブ処理において、電池がオートクレーブ処理された総時間を示すＲＡＭデータに基づいて更新される。詳細には、このサイクルにおいて電池がオートクレーブ処理された総時間を示すデータが、フィールド２０５内に書き込まれる。ピーク単一オートクレーブ時間を示すフィールド２０６のデータは、必要に応じて、同様に再度書き込みされる。本発明のいくつかの実施例において、これらのデータは、最初に、ＲＡＭ内に書き込まれる。

ステップ４１０において、マイクロコントローラＣＰＵ１８５は、電池が潜在的に過剰にオートクレーブ処理を受けたかどうかを判断する。このステップは、ＲＡＭ１８８から、電池がオートクレーブ処理された時間と限界時間とを比較することによって実行される。この限界時間は、電池をオートクレーブ処理可能な許容可能な時間の限界であり、内部コンポーネントへのダメージの可能性はない。本発明のいくつかの実施例において、この限界時間は、３〜６０分である。本発明のさらなるより好ましい実施例において、この限界時間は、５〜３０分である。

電池が、潜在的に過剰にオートクレーブ処理を受けていなければ、マイクロコントローラは、パワーダウン・クロックオフモードに戻る。ステップ３９０が再度実行される。

しかしながら、ステップ４１０の比較が、電池が潜在的に過剰にオートクレーブ処理を受けたことを示せば、ステップ４１２において、データに修正が加えられる。ステップ４１２において、電池が潜在的に過剰にオートクレーブ処理を受けた回数を示すフィールド２０１のデータがインクリメントされる。本発明のいくつかの実施例において、これらのデータは、最初に、ＲＡＭ１８８に書き込まれる。次いで、１回のフラッシュへの書き込みステップ（図示せず）において、ステップ４０８および４１２においてＲＡＭ１８８へ書き込まれたすべてのデータが、フラッシュメモリ１８７に書き込まれる。

また、ステップ４１２において、電池が潜在的に過剰にオートクレーブ処理にさらされた累積時間が更新される。この時間カウントは、最初に、電池がオートクレーブ処理された総時間から限界時間を差し引くことによって調節される。このようにして、電池が１２分間オートクレーブ処理され、限界時間が１０分であれば、減算を行うことで、ＣＰＵ１８５はこのオートクレーブサイクルに関して、電池が潜在的に過剰のオートクレーブ処理に２分間さらされた可能性があることを判断する。これは、フィールド２０２に格納された累積データに追加された値である。次いで、電池マイクロコントローラ４６をパワーダウン・クロックオフ状態に戻すように、ステップ３９０が実行される。

Ｂ．充電器
以下、図２４Ａ、図２４Ｂ、および図２４Ｃのフローチャートを参照しながら、充電器４２が電池４０を充電するプロセスについて記載する。例示していないが、図示したプロセスは、モジュール５４を充電器ポケット５２に着座していると仮定したものであることを理解されたい。各モジュール５４をポケット５２に着座させると、モジュールＮＯＶＲＡＭ２９６にあるデータは、充電器メインプロセッサ２９８に読み取られる（ステップは図示せず）。ステップ４５２において、メインプロセッサ２９８は、電池４２がモジュール５４に着座しているかを判断するために、継続的にテストを行う。このテストは、電流源ＭＥＡＳＵＲＥＤ＿ＶＯＬＴＡＧＥ信号のレベルをモニタすることによって実行される。詳細には、電池がモジュール５４に着座されれば、ＭＥＡＳＵＲＥＤ＿ＶＯＬＴＡＧＥ信号は、電流源によって出力された充電信号の開路電圧である。本発明のいくつかの実施形態において、この電圧は、２０ＶＤＣである。ＭＥＡＳＵＲＥＤ＿ＶＯＬＴＡＧＥ信号が、開路電圧レベルで維持されている限り、メインプロセッサ２９８は、ステップ４５２を継続的に再実行する。

モジュール５４に電池４０を着座させると、ＭＥＡＳＵＲＥＤ＿ＶＯＬＴＡＧＥ信号が下がる。この信号レベルの降下に応答して（モジュールに電池が着座）、ステップ４５３において、メインプロセッサ２９８により、電池マイクロコントローラ４６は、パワーダウン・クロックオフモードから通常モードへ移行する。本発明の１つの実施例において、この移行は、所与の時間期間、電池コンタクト７０を接地につなげることによって行われる。これにより、マイクロコントローラ４６に接続された１ワイヤ通信ラインが接地に引き寄せられる。電池マイクロコントローラ４６の内部にある割込み回路（回路は図示せず）が、この通信ラインを継続的にモニタする。割込み回路は、通信ライン上にある拡張された低状態信号を、パワーオン・クロックオフ状態から通常状態へマイクロコントローラ４６を移行させるべきであることを示すものとして解釈する。

電池マイクロコントローラ４６が、通常モードにあれば、メインプロセッサ２９８は、電池マイクロコントローラ４６が、関連するメモリ１８７のコンテンツをメインプロセッサ２９８に書き出すようにする命令を、モジュール５４を介して発生する。これらのデータは、メインプロセッサ２９８に書き出される。充電器プロセッサ２９８に書き込まれたデータは、充電シーケンス命令と、電池の使用およびオートクレーブ履歴を記述するデータを含む。この読み取りリクエストおよびデータの書き出しをまとめて、ステップ４５６として示す。

次いで、メインプロセッサ２９８は、メモリ１８７が呼び出したデータが、電池が全劣化状態（Ｓ＿Ｏ＿Ｈ）評価を受けるべきであることを示しているかを判断する。電池４０がこのように評価されているかを判断するために行われた１回のテストが、ステップ４５８において、メモリファイル２０４から呼び出されたデータに基づいた判断である。ファイル２０４の最後のエントリは、最後のオートクレーブ処理において電池がオートクレーブ処理された総時間を示す。メインプロセッサ２９８は、ステップ４５８において、この値と限界時間とを比較する。最後のオートクレーブ処理が、限界時間より長い時間であれば、メインプロセッサ２９８は、劣化状態評価を実行するのに適切である状態に電池があるとみなす。

また、ステップ４６０によって表されるように、電池メモリ１８７から読み取られる他のデータは、劣化状態評価が要求されるかどうかを判断するためにテストされる。例えば、ステップ４６０において、フィールド１９６および１９９のデータは、それぞれ、電池がＰ回を超える再充電またはＱ回を超えるオートクレーブ処理を受けたかを判断するために読み取られる。また、ステップ４６０において、フィールド２０２のデータは、製造してから、電池が、Ｒ総時間量の潜在的に過剰にオートクレーブにさらされた可能性があるかを判断するために読み取られる。ステップ４６０において、プロセッサ２９８は、電池が、Ｐ回の再充電、Ｑ回のオートクレーブ処理、またはＲ総時間の潜在的に過剰にオートクレーブ処理にさらされていれば、完全な劣化状態評価を行うことが必要であることを判断することを認識されたい。

また、充電器プロセッサ２９８が、モジュールソケット５６に電池が置かれていることを検出すると、プロセッサは、メッセージを補助的なディスプレイ２７８に与え、劣化状態評価が望まれているかを尋ねる（ステップは図示せず）。電池４０の充電を担当する人は、ステップ４６２において、薄膜スイッチ２８４または２８６の適切なスイッチを押すことによって、評価が要求されているかを示す。

劣化状態評価が要求されていなければ、充電器は、ステップ４６４において、電池に対して標準的な充電シーケンスを実行する。ステップ４６４において、電池マイクロコントローラメモリ１８７またはモジュールＮＯＶＲＡＭ２９６から受信したシーケンス命令に基づいて、充電器メインプロセッサ２９８により、接続された電流源２９０が、電池セル６４へ充電電流の適切なシーケンスを印加する。また、充電電流が、電流源２９０から得られたＭＥＡＳＵＲＥＤ＿ＶＯＬＴＡＧＥ信号に基づいたものであることを認識されたい。

充電プロセスが完了すると、充電器４２は、ステップ４６６において、電池に負荷電圧テストを行う。典型的に、負荷電圧テストは、電池４０の負荷電圧を測定することによって行われる。充電器メインプロセッサ２９８は、抵抗器２９４が取り付けられたモジュールと一体化されたＦＥＴに適切なゲート信号をアサートすることによって、この評価を実行する（ＦＥＴは図示せず）。これにより、電池のプラス端子およびマイナス端子にモジュール抵抗器２９４が接続される。抵抗器２９４が電池にこのように接続されることで、電流源２９０からのＭＥＡＳＵＲＥＤ＿ＶＯＬＴＡＧＥ信号は、電池の負荷電圧の算定基準になる。このように電池状態の単一テストを実行することは、電池４２の部分的劣化状態評価を実行することと見なすことができる。

ステップ４６８において、メインプロセッサ２９８は、Ｉ／Ｏプロセッサ２９９を介して、電池の負荷電圧を示すイメージをディスプレイ２７８に与える。このデータを、電池の基本的な劣化状態の表すものと呼ぶこともある。電池の負荷電圧（基本的な劣化状態）が、許容可能なレベル以上であれば、ステップ４６８の一環として、メインプロセッサ２９８は、この場合も、Ｉ／Ｏプロセッサ２９９を通って、ＬＥＤ２８０または２８２の適切なものを照明して、電池が使用可能な状態であることを示す。

ステップ４７０において、メインプロセッサ２９８は、充電に関するデータを電池メモリ１８７に書き込む。詳細には、ステップ４７０において、メモリフィールド１９６に格納された充電回数のカウントをインクリメントする。また、充電後、電池の測定された負荷電圧を示すために、ファイル１９７にデータが追加される。

最終的に、ステップ４７１において、電池４０は、充電器４２から除去される。このステップの結果、電池４０の内部にある１ワイヤラインは通信状態にない。このラインの信号は、連続高レベル状態に遷移する。ステップ４５３に関して上述したように、この通信ライン上の信号レベルは、割込み回路によってモニタされる。割込み回路は、ステップ４７１が実行されたという指示として、延長された時間期間高レベルである通信ラインの信号レベルに割り込む。したがって、ステップ４７２において、割込み回路は、電池マイクロコントローラを通常状態からパワーダウン・クロックオフ状態に遷移する。充電器４２は、ステップ４５２に戻る。

図示していないが、充電プロセスが完了した後、メインプロセッサ２９８により、ＬＥＤの１つが適切に作動されて、電池が使用可能な状態であることを示すことを理解されたい。

ステップ４７８に示すように、電池の全劣化状態評価は、電池を完全に放電させてから開始される。ステップ４７８は、メインプロセッサ２９８が、電池のプラス端子を抵抗器２７２につなげるのに適切なゲート信号をアサートすることによって実行される。ステップ４８０において、周期的に、電池の電圧が測定される。このステップは、電池がフル放電されたと判断されるまで実行される。

電池４０がフル放電されると、ステップ４８４において、充電器４２は、次に電池を充電する。ステップ４８４は、ステップ４６４と本質的に同一である。この評価の一環として、メインプロセッサ２９８は、ステップ４８４において、電池の内部にあるセル６４がフル充電するのにかかるすべての時間をモニタする。当業者に知られているように、メインプロセッサは、典型的に、時間期間にわたった電圧の変化が、０より小さい値（負の傾き）になるときを判断することで、セルがフル充電されることを判断する。このようにして、ステップ４８６において、主要状態または主状態である電池４０の充電中、メインプロセッサ２９８は、ΔＶ_BATTERY／ΔＴｉｍｅと、主状態である充電の開始から、この傾きが負になる時間の両方をモニタする。この時間は、Ｔ_{FULL CHARGE}である。

電池の主状態充電が完了すると、ステップ４８８において、充電器４２は、負荷電圧テストを行う。ステップ４８８は、ステップ４６６の負荷電圧テストと本質的に同一である。

ステップ４８６および４８８において獲得したデータに基づいて、メインプロセッサ２９８は、電動手術ツールを作動するのに必要な電力量を供給可能である電池劣化状態かどうかを判断する。ステップ４９０において、メインプロセッサ２９８がこの判断を行うには、電池をフル充電にするのにかかる総時間Ｔ_{FULL CHARGE}が、しきい値時間Ｔ_THRESHOLD以上であるかを判断する。この評価の基本として、Ｔ_{FULL CHARGE}時間が、電池に格納されている充電量に正比例するということがある。したがって、Ｔ_{FULL CHARGE}＞Ｔ_THRESHOLDであれば、これは、このような電力が要求される全時間に手術ツールを励起するのに必要なものより電池の充電量が多いことを示す。このようにして、上記判断テストが正の場合、メインプロセッサ２９８は、電池が、必要に応じて手術器具に最も動力を供給できる状態にあるものとみなす。

ステップ４９０でのテストの判断が偽であれば、メインプロセッサ２９８は、電池を反対の状態にあるとみなす。この場合、メインプロセッサ２９８により、Ｉ／Ｏプロセッサ２９９は、ステップ４９２において、ディスプレイ２７８上に電池４０に関する適切な偽状態メッセージを発生する。これにより、電池が適切に機能しない可能性があるという通知を与える。

劣化状態評価の一環として、ステップ４９４において、メインプロセッサ２９８は、負荷電圧が、最小電圧値より高いか否かを判断する。電池の負荷電圧が、この最小値より大きくなければ、電池は、電池が取り付けられるツールを適切に励起できないほど高い内部抵抗を有すると見なされる。したがって、ステップ４９４において、判断が偽であれば、ステップ４９２が実行される。

劣化状態評価の一環として、メインプロセッサ２９８は、Ｔ_{FULL CHARGE}および測定された負荷電圧の両方に基づいて、電池が十分な電荷を送り出せるか否かをさらに判断する。詳細には、Ｔ_{FULL CHARGE}および測定された負荷電圧の両方の値は、ステップ４９６において正規化される。本発明のいくつかの実施例において、これらの値の各々は、例えば、０．０〜１．０の範囲にこれらの値を定量化することによって正規化される。

次いで、ステップ４９８において、正規化されたＴ_FULLCHARGEおよびＶ_ATLOADの値は、式への入力変数として使用される。この式は、単純な加算であってもよい。
Ｓ＿Ｈ＿Ｒ＝Ｔ_FULLCHARGE＋Ｖ_ATLOAD
式中、Ｓ＿Ｈ＿Ｒは劣化状態結果である。他の形態として、正規化された値は、係数で掛け合わされる。
Ｓ＿Ｈ＿Ｒ＝Ａ（Ｔ_FULLCHARGE）＋Ｂ（Ｖ_ATLOAD）
この場合、ＡおよびＢは定数である。本発明のいくつかの実施例において、変数は以下のように掛け合わされる。
Ｓ＿Ｈ＿Ｒ＝Ｃ（Ｔ_FULLCHARGE）（Ｖ_ATLOAD）＋Ｄ
この場合、ＣおよびＤは定数である。

Ｓ＿Ｈ＿Ｒが算出されると、ステップ５０２において、カットオフ値Ｓ＿Ｈ＿Ｒ_CUTOFFと比較される。Ｓ＿Ｈ＿Ｒが、Ｓ＿Ｈ＿Ｒ_CUTOFF以上であれば、充電器メインプロセッサ２９８は、電池が、適切な電荷を手術ツールに送り出す状態にあるとみなす。したがって、ディスプレイ２８２上に適切なイメージが与えられ、電池が使用可能な状態にあることをＬＥＤ作動が示すように、ステップ５０４が実行される。また、ステップ５０４において、充電器は、ディスプレイ２７８上に、上記で算出されたＳ＿Ｈ＿Ｒの結果の表示を与える。これらのデータは、電池の較正された劣化状態を示すものと呼ばれる。ステップ５０２において、算出されたＳ＿Ｈ＿Ｒ値が、Ｓ＿Ｈ＿Ｒ_CUTOFFより小さいと判断されれば、ステップ４９２が実行される。

ステップ４９２または５０４のいずれかが実行された後、ステップ４７０は、充電プロセスを完了させるために実行される。（ステップ４７０へのループバックは図示せず。）

本発明の充電器４２はさらに、作動時、温度センサ２７４が、ヒートシンク２６４の温度を表すメインプロセッサ２９８に信号を与えるように構成される。図２５のステップ５０８によって示されているように、メインプロセッサ２９８は、ヒートシンクの温度Ｔ_{H S}をモニタする。ステップ５１０によって示されているように、メインプロセッサは、ヒートシンク温度と限界温度Ｔ_{H S LMT}とを比較する。

充電プロセスまたは劣化状態評価の一環として、電池４０を放電するために、本発明の充電器４２が要求される場合、電池の電荷は、抵抗器２７２の１つを介して放電される。この抵抗器によって発生した熱は、ヒートシンク２７２に伝導的に伝達される。ベース開口２５８およびハウジングベント２５２を介して充電器ハウジング内に空気が流れるほとんどの時間は、ヒートシンク２７２によって放射される熱を低下させる十分な熱容量を有する。この温風は、ハウジングベント５４を介して放出される。このような時間の間、ヒートシンク温度は、ヒートシンク限界温度を下回ったままである。

しかしながら、ヒートシンク２６４を通過する空気の流れでは、ヒートシンク２６４から生じるすべての熱を低下させることができない場合もある。このような事態は、特殊な環境のせいで、充電器が、複数の電池からの大量の電流を同時に放電する場合に生じることがある。このような事態が生じると、測定されるヒートシンク温度が上昇する。ヒートシンク温度が、限界温度Ｔ_{H S LMT}より上昇すれば、さらなる温度上昇により、充電器４２に触れるのに望ましくない、またはそれ以上に悪い状態になる温度まで充電器ハウジング５２が加熱される可能性がある。限界温度Ｔ_{H S LMT}は、実証的分析により求められる場合が多いことを認識されたい。

したがって、ステップ５１０の比較が、ヒートシンク温度が限界温度を超えていることを示せば、メインプロセッサ２９８は、ステップ５１０によって示されている電池放電割込みシーケンスを実行する。このシーケンスにおいて、充電器は、１つ以上の取り付けられた電池４０の放電を中断する。このようにして、ステップ５１０において、電池の１つ以上に現在施されている放電ステップ４７８が中断されてもよい。同様に、電池の１つが、その電池の通常の充電シーケンスの一環として放電されていれば、その放電ステップも同様に中断されてもよい。

ステップ５１０は、ヒートシンク温度を引き続き測定することで（ステップは図示せず）、ステップ５１２において、ヒートシンク温度が、再開温度Ｔ_{H S RSTRT}より降下したことが判断されるまで実行される。ヒートシンク温度がこのレベルまで下がると、放電抵抗器２７２から生じる追加の熱エネルギーを出力でき、このような熱が充電器を望ましくない状態にする可能性がなくなる。したがって、ヒートシンク温度がこのように降下すると、ステップ５１０は終了する。

本発明の電池４０は、セルにダメージが及んだ可能性があるという表示を与える。電池４０がこの状態にある可能性があれば、充電器４２は、電池の劣化状態評価を行う。本発明の１つの直接的な利点は、電池セルがダメージを受けた可能性があれば、劣化状態評価が実行されることである。これにより、手術ツールを励起するためにダメージを受けた電池を使用しようとする可能性が実質的に低減する。

電池４０の充電または放電中のセル４４の温度上昇は避けられない。本発明において、各セルには、隣り合うセルとは空間的に離れた表面積がある。これにより、不均一の熱放散や、その結果生じるセルの不均一の温度上昇が最小限に抑えられる。このように温度の不均衡が低減されることで、個々のセル４４が電気的に不均衡になり得る可能性も同様に低下する。セルの電気的な不均衡を低減すると、このように不均衡であるセルが、電池の有効性または有効寿命のいずれかに悪影響を及ぼし得る可能性も低下する。

また、本発明の電池４０は、ヒューズ１１８の狭い部分（セクション）１１９が、隣り合うバインダ１０８および１１０から間隔を空けて設けられるようにデザインされる。部分１１９は、ヒューズを流れる所定量の電流より多い電流が流れると気化するヒューズ１１８の部分である。ヒューズ部分１１９は、電池の別の部分と物理的に接触していないため、バインダなどの電池の他の部分で、電流によって発生する熱のヒートシンクとして作用する部分は他にはない。このようにして、所定の電流がヒューズ１１８を流れると、ヒューズ部分１１９の近傍で発生した熱エネルギーは、この部分（セクション）にとどまる。したがって、この熱エネルギーにより、ヒューズ部分１１９が、気化が生じるレベルまで上昇する。このようにして、本発明の電池がこのようなデザインの特徴を有することで、所定の電流を超える電流がヒューズを流れると、ヒューズが開く可能性が高まる。

充電器４２はさらに、実行に時間がかかる可能性がある劣化状態評価を常時実行しないように構成される。その代わり、本発明の充電器は、電池に格納されている環境履歴が、評価の実行が望ましいと示したときのみ、この評価を実行する。充電器が劣化状態評価を実行する回数を最小限に抑えることによって、充電器が電池を充電するのにかかる時間も同様に、適度な時間期間に保たれることになる。

充電器４２のさらなる別の特徴は、充電器が、充電シーケンスまたは劣化状態評価の一環として電池を放電するが、この放電の結果として生じた温風を排気するためのファンや他の電動換気ユニットを含まないことである。この充電器にファンがないことで、作動時に充電器が発するノイズが低減される。熱が過度に発生する場合、さらなる電池の放電が、熱が放散されるまで制限される。

また、本発明の電池４０は、電池がさらされてきた環境に関するデータを格納する。この情報を用いて、電池の働きが悪い理由を評価し、電池が受ける充電および滅菌プロセスに関するフィードバックをさらに与えることができる。

さらに、電池蓋６０をその下にあるハウジング６６にレーザ溶接で組み立てることで、このような取り付けを行うために固定具を使用する必要がなくなる。このプロセスによって形成された溶接継手２２１により、これらのコンポーネント間に気密性のある密封障壁を形成するために、別のシールを設ける必要がなくなる。

Ｃ．ツールの通信
図２６に示すように、本発明のシステム５２０において、電池４０は、コードレス式の電動手術ツール５２２を励起するために使用される。図示したツール５２２は、手術用の矢状鋸である。言うまでもなく、本発明のシステムは、このタイプのツールやモータ付きのツールのみに限定されるものではないことを認識されたい。図２７は、本発明のシステム５２０に関連するツール５２２のコンポーネントのブロック図である。ツール５２２は、発電機５２４を有する。発電機５２４は、手術アタッチメント５２６を作動する内部ツール５２２のコンポーネントである。図示した本発明において、発電機５２４は、モータであり、手術付属品５２６は、鋸刃である。結合アセンブリ５２８が、手術アタッチメントをツール５２２に取り外し可能に保持する。アタッチメントには、ＲＦＩＤなどの識別コンポーネント５３０が一体化される。ツール５２２の一部品であるアタッチメント読取器５３２が、識別コンポーネント５３０によって格納されたデータを読み取る。

電力調整器５３４が、電池４０によって出力されたエネルギーを発電機５２４に選択的に適用する。電力調整器５３４は、制御プロセッサ５３６から受信した命令に基づいて、電力を発電機５２４に適用する。制御プロセッサ５３６が、１つの判断基準として、ツールに一体化された制御部材が押し下げられると、電力調整器５３４に命令を発する（制御部材は図示せず）。制御プロセッサ５３６は、アタッチメント読取器５３２から、コンポーネント５３０に関するアタッチメント識別から読み取られたデータを受信する。

また、ツール５２２の内部には、ツールの動作をモニタする１つ以上のセンサがある。簡潔に示すために、１つのセンサ、すなわち、温度センサ５３８しか例示していない。ツール５２２が、発電ユニットとしてモータを含む場合、温度センサ５３８は、モータと一体化されたベアリングアセンブリに近接しておかれる場合が多い。温度センサ５３８によって発生した出力信号は、ツール制御プロセッサ５３６に印加される。

ツール５２２はまた、データ送受信ヘッド５３５を有する。ハードウェアまたはソフトウェアのいずれかで与えられてもよいヘッド５３５は、電池マイクロコントローラ４６と通信するようにデザインされる。本発明の１つの実施例において、データ送受信ヘッド５３５は、電池マイクロコントローラ４６と信号を交換するためにツールコントローラ５３６によって実行されるソフトウェアと、電池コンタクト７２との導電接続を確立するようにデザインされたツール５２２と一体化されたコンタクトとからなる。

本発明のシステム５２０に一体化されたツール５２２の構造に関するより詳細な記載は、２００５年６月２８日に出願され、「ＰＯＷＥＲＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＴＯＯＬ ＷＩＴＨ ＳＥＡＬＥＤ ＣＯＮＴＲＯＬ ＭＯＤＵＬＥ」という発明の名称である、本願と同一の出願人による米国特許出願第６０／６９４，５９２号、米国特許出願公開第 号、米国特許第 号に開示されており、同出願は、本明細書に参照により組み込まれるものとする。

本発明のツール５２２および電池４０の使用中、ツールの使用に関するデータは、電池メモリ１８７に格納される。特に、これらのデータは、メモリツール履歴ファイル２２９に格納される。図２３は、ツール履歴ファイル２２９に格納されたデータのより詳細なタイプを示す。ファイル２２９の内部にある第１のファイルは、ツール識別ファイル５４２である。ファイル５４２は、電池４０が取り付けられるツール５２２を識別するデータを含む。

ツールが動作している総時間に関するデータは、全ランタイムオドメータフィールド５４４に含まれる。発電機５２４が特定の動作状態を上回ってまたは下回って動作する回数を示すデータは、１つ以上の動作モードランタイムオドメータフィールド５４６に格納される。例えば、ツール発電機５２４がモータであれば、第１のフィールド５４６は、モータが特定の速度で動作される総時間を示すデータを格納してもよい。第２のフィールド５４６は、モータが負荷下で動作される総時間を示すデータを格納するために使用される。ツール制御プロセッサ５３６は、モータに流れる電流に基づいて、モータが負荷下で実行されるか否かの判断を下す。ツール発電機５２４は、切断ツールの一部品であれば、動作モードランタイム発電機フィールド５４６が、組織を特定の温度まで加熱するためにツールが使用される総時間を示すデータを格納する。

ツール履歴ファイル２２９はまた、センサ出力ログファイル５４８を含む。ファイル５４８は、ツールに関連づけられたセンサが発生する信号に基づいて、データを格納するために使用される。本発明のいくつかの実施例において、ファイル５４８に格納されたデータは、センサによって検知された実際のパラメータを表す信号である。例えば、１つのセンサが温度センサであれば、ファイル５４８のデータは、センサによって検出されたピーク温度を示すデータを含み得る。他の形態において、ファイル５４８は、ツールの機能として設定されたフラグまたはセンサによって検知された環境状態を含む。このようにして、本発明のシステム５２０は、センサ５３８が、しきい値レベルを超えた温度を検出すれば、ツールがこのような温度に達したことを示すフラグが設定される。

また、ツール履歴ファイル２２９の内部には、アタッチメントログファイル５５０がある。付属品ログファイル５５０が、ツール５２０に取り付けられた特定のアタッチメント５２６を識別するデータを含む。これらのデータは、ツールアタッチメント読取器５３２によって収集されたデータに基づいたものである。本発明のいくつかの実施例において、各アタッチメントファイルは、各アタッチメントごとに、全ランタイムオドメータデータ、動作モードランタイムデータ、およびアタッチメントの使用中のセンサからの出力に基づいたデータを含む。

以下、図２９を参照しながら、電池マイクロコントローラメモリ１８７からデータのロードおよび呼び出しをするプロセスについて記載する。ステップ５６０では、電池をツールに結合する。このステップの結果、ステップ５６２において、ツールにすぐ電流が流れ、引き続き、ツール制御プロセッサ５３６が作動される。初期作動シーケンスの一環として、ツール制御プロセッサ５３６は、ステップ５６４において、電池マイクロコントローラ４６が、パワーダウン・クロックオフ状態から通常状態へ移行するように、電池の内部にある１ワイヤ通信ラインをローにする。次いで、ツール制御プロセッサ５３６は、ステップ５６６において、電池マイクロコントローラメモリファイル１８７にツールを識別するデータを書き込む。

ステップ５６８は、ツールの作動を表す。このとき、ツール制御プロセッサ５３６は、ステップ５７０において、ツールの動作に関するデータの初期収集に関与する。ステップ５７０では、アタッチメント読取器５３２から、ツールに結合された特定のアタッチメント５２６の識別が判断される。ステップ５７０において獲得されたデータは、このステップの一環として、ツール制御プロセッサ５３６に関連づけられたＲＡＭ（ＲＡＭは図示せず）に格納される。

ツールが作動され続ける限り、ツール制御プロセッサ５３６は、ステップ５７２において、ツール作動に関するデータを獲得および格納する。これらのデータは、例えば、全ランタイムオドメータデータと、１つ以上の状態、例えば、負荷下や特定の温度で動作する速度レベルでのランタイムを示すデータを含む。これらのデータは、同様に、マイクロコントローラＲＡＭに格納される。

ステップ５７４において、ツールは非作動にされる。すぐ次のステップ５７６において、ツール制御プロセッサ５３６は、データ送受信ヘッド５３５を介して、電池マイクロコントローラメモリツールファイル２２９においてツールを使用するデータログを更新する。このようにして、ツールを個々に作動した後、オドメータログフィールド５４４および５４６に記録されたデータが更新される。すべてのデータが更新されるわけではないことを認識されたい。例えば、最初にツールを作動する間にピーク温度が測定されれば、任意の後続する作動で達した温度は記録されない。

ツール５２２の使用が完了すると、ステップ５７８において、電池４０の接続が解除される。これにより、電池の１ワイヤ通信ラインが高になる。この遷移は、マイクロコントローラ４６の内部にある割込み回路によって検出される。長い時間期間、高の状態にあるこの信号は、ツール５２２から電池が接続解除されたことを示すものとして、マイクロコントローラによって解釈される。したがって、ステップ５８０において、マイクロコントローラは、電池を低電力消費のパワーダウン・クロックオフ状態に戻す。

図２４Ａを参照しながら上述したように、充電器に電池が取り付けられると、ステップ４５６において、電池マイクロコントローラメモリ１８７のデータは、充電器メインプロセッサ２９８に書き出される。このプロセスの一環として、図２９のステップ５８２において、ツール履歴ファイルのデータは読み出される。

図２６に戻ると、システム５２０が据え付けられている医療施設にある他のコンポーネントに、バス５８６によって充電器４２が接続されていることが分かる。この接続は、充電器送受信ヘッド３０１を介したものである。送受信ヘッド３０１は、充電器の内部にあるサブ回路であり、これにより、充電器プロセッサ２９８が、バス５８６に接続された他のコンポーネントとデータおよび命令を交換できる。

バス５８６に接続された追加のコンポーネントは、例えば、パーソナルコンピュータ５８８を含む。このようにして、ステップ５９０において、充電器メインプロセッサ２９８は、電池メモリツール履歴フィールド２２９にあるデータを、接続されたネットワーク上の別のコンポーネント、例えば、パーソナルコンピュータ５８８にデータを転送する。バス５８６は、電気通信ヘッド（特定せず）を有してもよい。電気通信では、バス上を通る信号を、ＰＳＴＮや外部ネットワークなどの外部ネットワーク上の信号と交換する。

このような仕組みにより、システム５２０のコードレス手術ツール５２２の使用ログを、ツールのメンテナンス担当者が入手できるようになる。例えば、ツール履歴ファイルのデータは、ツールが特定の動作温度に達したことを示すものであってもよい。このイベントの発生は、ツールのメンテナンスが必要である可能性を示すものとして認識される。この場合、ツール状態に関するメッセージは、外部ネットワークによって、オフサイト修理施設に転送されてもよい。この通知を受信すると、修理施設は、ツールが動作不能になる前に、ツールの修理または取り替えをスケジューリングできる。さらに、ツール履歴ファイル２２９から呼び出したデータを使用して、保証のための情報を提供したり、ツールが有効寿命時間の終わりに近づいていれば、関係者がこの事実の通知を受け取れたりするようにする。

Ｖ．別の実施形態
前述した記載が、本発明のシステムの電池および関連するコンポーネントの１つの特定の実施例に向けられたものであることを認識されたい。本発明の他の実施例は、別の特徴、構造、および実行方法を有するものであってもよい。

このようにして、上述した本発明の特徴の各々が、本発明のすべての実施形態にある必要はない。

例えば、本発明のいくつかの実施例において、電池は、周囲環境から密封されていないことがある。本発明の上記および他の実施例において、電池の内部にあるセンサは、セル４４によって電荷の蓄積に悪影響を及ぼし得る温度以外の環境要因にさらされていることを判断するために使用されるものであってもよい。このようにして、電池の内部にあるセンサは、湿度を検出できるものであってもよい。センサが、電池内の雰囲気が比較的高い湿度からなることを検出すれば、このイベントを記録したデータが、電池メモリに格納される。別のセンサは、加速度計である。このようなデバイスは、電圧降下すれば電池の急速な減速を記録する。この場合も、このようなイベントは、電池メモリに記録される。次いで、充電器４２が、格納されたデータを読み取り、電池が特異な環境イベントにさらされたことを認識すれば、充電器は、電池に劣化状態評価を完了させる。

他の形態において、電池が過度に振動されたか否かを検知するために、加速度計または他のセンサが用いられる。過度の振動に関するデータは、同様に、電池メモリに格納される。

上述したものに関して、上記環境イベントの１つが発生すると、パワーダウンモードから通常モードへ電池が移行することもあることも理解されたい。

さらに、複数のこのような環境センサが、電池に装備されてもよいことを認識されたい。

同様に、本発明の範囲内にある別の構造も可能である。このようにして、電池には、図６に示す本発明の実施例に図示された８個のセルよりもセル数を増減したセルが設けられてもよい。例えば、本発明の熱放散セル配列を有する１０個のセルを電池に設けるために、各々が１列にわずか２個のセルしかない複数の中間列のセルが設けられてもよい。また、アレイに設けるセルの数に応じて、３個以下のセルを有する外側列のセルが設けられてもよい。本発明のいくつかの実施例において、セルのアレイは、順に重ねて積層されてもよい。

同様に、本発明のすべての実施例において、９８０ナノメートルの光エネルギーを放出するレーザを用いて、レーザ溶接が実行される必要はない。例えば、本発明のいくつかの実施例において、レーザ溶接は、８０８ナノメートルでコヒーレント光エネルギーを放出するレーザで実行されてもよい。この場合も、これは単なる例にすぎず、限定的なものではない。電池だけではなく、他の医療機器が、本発明のプロセスを用いてレーザ溶接されてもよいことも同様に認識されたい。

このようにして、本発明のすべての実施例において、ハウジングの上部が、ベースに着座し、光エネルギーによって加熱されるコンポーネントとして常に機能する必要はないことをさらに理解されたい。本発明の他の実施例において、この関係は逆であってもよい。レーザ溶接は、ハウジングを形成する他のコンポーネントを組み立てるために使用されてもよいことは明らかである。このようにして、この方法は、複数のパネルを固定するために共に使用されてもよい。

同様に、電池ハウジングを形成するコンポーネントが接触する場所の幾何学的形状は、開示されたものである必要はない。本発明のいくつかの実施例において、溶接線が形成される表面のプロファイルはテーパ状でなくてもよいし、またはそれらの表面の１つのみしかテーパ状でなくてもよい。

同様に、本発明のいくつかの実施例において、電池は、不揮発性メモリのみを含むものであってもよい。ツールに電池が取り付けられると、ツールは、データをメモリに書き込む。次いで、充電器に電池が取り付けられると、充電器は、データが適切な宛先に転送可能なように、ツールによってメモリに書き込まれたデータを読み取る。

本発明のすべての実施例が、電動手術ツールを励起し、このツールと通信するように構築される必要はないことは明らかである。このようにして、本発明の電池は、手術ツール以外の電力消費デバイスを励起するために使用され得る。本発明の通信システムは、コードレス式の手術ツール以外のデバイスからデータを獲得するために使用され得る。

同様に、本明細書のコンポーネントおよびプロセスステップは、例示的なものにすぎず、限定的なものではないことを認識されたい。例えば、本発明のいくつかの実施例において、電池の内部にある複数のコンポーネントは、データが格納されるメモリおよびメモリとの間でデータの書き込みおよび読み取りを行うデバイスとして機能してもよい。同様に、本発明のいくつかの実施例において、ツール制御プロセッサ５３６は、作動中、電池メモリ内にデータを同時に記録する。

回路の変更も可能である。このようにして、本発明のいくつかの実施例において、Ｖ_{TEMP REF}接合の反対にある抵抗器２０９の端部は、電圧変換器１８２の出力ピンにつなげられてもよい。本発明のこれらの実施例において、Ｖ_{TEMP REF}接合の反対にある抵抗器２１０の端部は、Ｖ_SSまたはＢＡＴＴ端子につなげられる。本発明のこの実施例の１つの利点は、マイクロコントローラ４６の製造に違いがあっても変化しないＶ_{TEMP REF}信号が得られる点である。

本発明のすべての充電器が、複数の電池を同時に充電可能である必要はない。充電器が異なるタイプの電池を充電可能なように、充電器が異なるモジュールを受け入れる必要はない。

また、発電機５２４が、必ずしもモータである必要はないことを認識されたい。発電機は、電気エネルギー、ＲＦエネルギー、超音波エネルギー、熱エネルギー、または光エネルギーを発生するデバイスであってもよい。

図１２に戻ると、電池には、ワイヤレス送受信機６０２が設けられてもよいことが分かる。この送受信機は、ＲＦまたはＩＲユニットであってもよい。本発明のいくつかの実施例において、送受信機は、ブルートゥース送受信機であってもよい。ツールに電池が接続されると、送受信機６０２は、バス５８６に取り付けられた相補的な送受信機６０４と信号を交換する。このようにして、本発明のこの実施例により、電池４０を介して、コードレスツール５２２と他の手術室の機器との間のリアルタイム通信が可能になる。例えば、この配置を用いて、ツール作動を調整するために、音声駆動式制御ヘッド６０６を使用することができる。このようにして、制御ヘッド６０６を介して入力されたコマンドがパケット化され、バス５８６を通って送受信機６０４に送信される。送受信機６０４は、電池送受信機６０２にコマンドを一斉送信する。コマンドは、電池送受信機から電池マイクロコントローラ４６へ転送される。次に、マイクロコントローラ４６は、ツール送受信機ヘッド５３５を介してツールプロセッサ５３０にコマンドを送る。次に、ツールプロセッサ５３０は、発電機５２４の所望の作動を生じるように、電力調整器５３４に適切なコマンドを発生する。

同様に、手術ナビゲーションシステム６１０が、送受信機６０２および６０４を介してツールに接続されてもよい。手術ナビゲーションシステムは、アタッチメントが適用される手術部位に対して、ツール５２０およびアタッチメント５２６の位置を追跡する。ナビゲーションシステムが、アタッチメントが、使用されるべきではない場所の位置にあるということを判断すれば、アタッチメントは、停止コマンドを発生する。このコマンドは、送受信機６０４を介して送受信機６０２に、さらに、送受信機６０２からツール制御プロセッサ５３６に送信される。ツール制御プロセッサ５３６は、コマンドを受信すると、ツール５２２の動作を少なくとも一時的に作動しないようにするか、または減速する。

また、本発明のすべての電池が、滅菌の過酷さに耐え得るようにデザインされなくてもよいことを理解されたい。他の形態において、本発明の特徴は、無菌の電池パック内に組み込まれてもよく、このタイプの電池パックは、取り外し可能なセルクラスタを受けるための空所を規定する滅菌可能なハウジングを含む。ハウジングに関連づけられた密封可能な蓋により、セルクラスタの挿入および取り外しが可能になる。この電池パックの場合、滅菌前に、セルクラスタは、ハウジングから取り外される。このようにして、無菌の電池パックのセルは、オートクレーブ滅菌の過酷さを受けることがない。２００６年１月２７日に出願され、「ＡＳＥＰＴＩＣ ＢＡＴＴＥＲＹ ＷＩＴＨ ＲＥＭＯＶＡＢＬＥ ＣＥＬＬ ＣＬＵＳＴＥＲ」という発明の名称である、本願と同一の出願人および譲受人である米国特許出願第１１／３４１，０６４号、米国特許出願公開第 号に、１つのこのような無菌の電池パックが開示されており、同出願は、本明細書に参照により組み込まれるものとする。さらに、本発明の特徴は、無菌電池パックのハウジングおよびまたはセルクラスタ内に組み込まれる。

このようにして、添付の特許請求の範囲の対象は、本発明の趣旨および範囲内にあるこのような変形例および修正例のすべてに及ぶ。

本発明の電池および電池充電器の斜視図である。 電池の斜視図である。 本発明の電池の分解図である。 電池ハウジングの斜視図である。 電池ハウジングの断面図である。 電池ハウジングの上縁部の拡大断面図である。 電池の内部にあるセルクラスタの分解図である。 セルクラスタのバインダアセンブリ、この場合は、上部バインダアセンブリの分解図である。 上部バインダアセンブリの内部にある熱ヒューズの平面図である。 電池蓋の断面図である。 電池蓋の下面の平面図である。 電池蓋の底部リップの拡大断面図である。 電池の内部にある電気コンポーネントの略図である。 電池マイクロコントローラの内部にあるサブ回路のいくつかのブロック図である。 電池マイクロコントローラと一体のメモリに格納されたデータのタイプのいくつかを示す図である。 クラスタの組み立てを容易にするためにセルクラスタを形成するコンポーネントが配置される固定具の１つを示す平面図である。 セルクラスタを形成するコンポーネントが一対の固定具に取り付けられた状態を示す側面図である。 セルクラスタの組み立てを完了するために使用される溶接プロセスの線図である。 電池ハウジングおよび電池蓋を共に溶接する前のこれらのコンポーネントの境界面の断面図である。 電池ハウジングおよび蓋が共に溶接された状態の線図である。 溶接プロセス後の電池ハウジングおよび電池蓋の境界面の断面図である。 充電器ベースと充電器ハウジングとの関係を表す分解図である。 放電抵抗器および相補的なヒートシンクが、充電器ベースに固定された状態の斜視図である。 充電器の内部にあるコンポーネントのいくつかの断面図である。 充電器の内部にあるサブ回路および充電器に取り付けられたモジュールのブロック図である。 電池のオートクレーブ処理をモニタするために電池マイクロコントローラによって実行されるプロセスステップのフローチャートをまとめて表した図である。 電池のオートクレーブ処理をモニタするために電池マイクロコントローラによって実行されるプロセスステップのフローチャートをまとめて表した図である。 本発明のプロセスによる電池を充電するために、充電器によって実行されるプロセスステップのフローチャートをまとめて表す図である。 本発明のプロセスによる電池を充電するために、充電器によって実行されるプロセスステップのフローチャートをまとめて表す図である。 本発明のプロセスによる電池を充電するために、充電器によって実行されるプロセスステップのフローチャートをまとめて表す図である。 充電器の温度が、安全ではない可能性のあるレベルまで上昇しないように、充電器内部のプロセッサによって実行されるプロセスステップのフローチャートである。 手術ツールと他のコンポーネントとの間でデータの交換を行いやすいように電池および充電器が使用されるツール通信システムを示すブロック図である。 本発明のシステムのツールのコンポーネントのブロック図である。 電池マイクロコントローラの内部にあるツール履歴ファイルに格納されたデータのブロック図である。 本発明のツール通信システムにおいて実行されるプロセスステップの流れ図である。

Claims (26)

1. 充電電流を電池に供給するための電流源（２９０）と、
   前記電池の劣化状態評価をするためのプロセスの一環として、前記電池が選択的に接続される複数の回路コンポーネント（２７２、２９２、２９４）と、
   前記電流源によって前記電池の充電を調整し、前記電池劣化状態評価をするために、前記回路コンポーネントに前記電池を選択的に接続し、前記回路コンポーネントによって出力された信号に基づいて、前記電池劣化状態を決定するためのプロセッサ（２９８）とを含む充電式電池を再充電するための電池充電器（４２）であって、
   前記プロセッサは、
   前記電池が過酷な環境（４５６）にさらされてきたかを示すデータを前記電池から読み取り、
   前記電池データは、前記電池が過酷な環境（４５８）にさらされていないことを示せば、充電プロセスの一環として、部分的劣化状態評価が前記電池に行われるように、前記電池を回路コンポーネントに選択的に接続し、
   前記電池データは、前記電池が過酷な環境にさらされていたことを示せば、充電プロセスの一環として、前記部分的劣化状態評価および前記電池のさらなる劣化状態評価を含む全劣化状態評価が電池に実行されるように、前記電池を回路コンポーネントに選択的に接続するように構成されることを特徴とする、電池充電器。
2. 前記部分的劣化状態評価が、前記電池の充電後、前記電池に負荷電圧テストを実行することを備える、請求項１に記載の電池充電器。
3. 前記全劣化状態評価の一環として実行される前記さらなる劣化状態評価が、既知の充電状態にフル充電するのに必要な時間を決定するプロセスを備える、請求項１または２に記載の電池充電器。
4. 前記電池が前記既知の充電状態から放電される状態が、前記電池の放電状態である、請求項３に記載の電池充電器。
5. 前記電池の前記さらなる劣化状態評価を行う一環として、前記プロセッサが、前記電流源を前記電池に接続して前記電池を充電する前に前記電池を放電する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電池充電器。
6. 前記全劣化状態評価において、プロセッサは、電池のフル放電時に前記電池をフル充電させるのに必要な時間と、充電済み電池の負荷電圧とに基づいて、前記電池の劣化状態を決定する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電池充電器。
7. 前記プロセッサが読み取る前記電池データが、前記電池が過酷な環境にさらされたかを示すデータであり、前記電池が、規定の時間ブロックより長い間、しきい値レベルを超える温度にあったかを示すデータである、請求項１から６のいずれか一項に記載の電池充電器。
8. ハウジング（６０、６２）と、
   前記ハウジングに配置された少なくとも１つの充電式セル（４４）と、
   前記セルに電荷を蓄積し、前記セルから電流を引き出すために、前記少なくとも１つの充電式セルに接続され、前記ハウジングに取り付けられた端子アセンブリ（７０）と、
   電池の温度を表す温度信号を発生する、前記ハウジングに配置された温度センサと、
   前記ハウジングに配置され、前記温度信号を受信し、メモリ（１８７）を含む、前記温度センサによって測定された電池温度を表すデータを前記メモリに格納するように構成され、前記セルによって励起するための前記少なくとも１つの充電式セルに接続されるプロセッサ（４６）とを含む電池（４０）であって、
   前記プロセッサが、前記電池から第１の電流を流す通常動作モードと、前記第１の電流より低い第２の電流を前記電池から流す第１のパワーダウンモードとを有し、
   前記プロセッサが、前記第１のパワーダウンモードにあるとき、前記プロセッサが、前記温度信号をモニタし、前記温度センサ信号が、前記電池温度がしきい値レベルを超えると示せば、前記プロセッサが、前記第１のパワーダウンモードから前記通常モードへ移行することを特徴とする、電池。
9. 前記プロセッサが、前記第２の電流より大きく、第３の電流より小さい第３の電流を、前記少なくとも１つのセルから流す第２のパワーダウンモードを有し、
   前記第１のパワーダウンモードから通常パワーダウンモードへ前記プロセッサが移行する一環として、前記プロセッサが、前記第１のパワーダウンモードから前記第２のパワーダウンモードへ、その後、前記通常モードへと遷移する、請求項８に記載の電池。
10. 前記プロセッサが、メモリ（１８７）を含み、
    前記プロセッサが通常モードにあるとき、前記電池温度がしきい値レベルを超える時間量を示すデータを、前記プロセッサが前記メモリに、書き込む、請求項８または９に記載の電池。
11. 発電ユニット（５２４）と、前記発電ユニットによって作動される手術／医療処置を施すための手術アタッチメント（５２６）と、前記発電ユニットの作動を調整するための制御回路（５３４、５３６）とを有する電動手術ツール（５２２）と、
    前記電動手術ツールに取り外し可能に取り付け可能であり、前記ツール発電ユニットを励起するための少なくとも１つの充電式セル（４４）と、データが格納されるメモリ（１８８）とを有する電池（４０）とを含む電動手術ツールシステムであって、
    前記電動手術ツールが、前記制御回路に接続されるデータ伝送ヘッド（５３５）をさらに含み、前記制御回路が、前記データ伝送ヘッドを介して、前記電動手術ツールの動作に関するデータを出力するようにさらに構成され、
    前記電池が、前記ツールデータ送受信ヘッドから前記電池メモリへの接続を確立し、前記ツールデータ送受信ヘッドから受信したデータを前記メモリに書き込むようにさらに構成され、
    前記電池を取り外し可能に受け入れるための静的ユニットが設けられ、前記静的ユニットが、前記電動ツールの動作に関するデータが格納された前記電池メモリにあるデータから読み取りを行うためのデバイス（２９８）を有することを特徴とする、電動手術ツールシステム。
12. 前記電池を取り外し可能に受け入れるための充電器（４２）をさらに含み、前記充電器が、充電電流を前記少なくとも１つの充電式セルに印加するための電流源（２９０）を含み、前記電池メモリにあるデータを読み取るための前記デバイス（２９８）を含む、請求項１１に記載の電動手術ツールシステム。
13. 前記静的ユニットが、データ送受信ヘッドによって通信バス（５８６）に接続され、前記電動ツールの動作に関して格納されたデータから読み取られたデータを前記通信バス上を通して出力するように構成される、請求項１１または１２に記載の電動手術ツールシステム。
14. 電池を再充電するための少なくとも１つの電流源（２９０）と、
    複数の放電抵抗器（２９２）と、
    ヒートシンク（２６４）と、
    前記放電抵抗器および前記少なくとも１つの電流源に前記電池を選択的に接続するためのプロセッサ（２９８）とを含む、複数の電池（４０）を同時に再充電するための充電器（４２）であって、
    前記ヒートシンク付近の温度を表す温度信号を発生するための温度センサ（２７４）が設けられ、
    前記プロセッサが、前記温度信号を受信し、前記温度信号と、しきい値温度とを比較し、前記温度信号は、前記ヒートシンク温度が前記しきい値温度より高いことを示す場合、少なくとも１つの電池を、前記電池が接続されている前記放電抵抗器から切り離すことを特徴とする、充電器。
15. 前記放電抵抗器が、前記ヒートシンクに接続される、請求項１４に記載の充電器。
16. 前記電流源、前記放電抵抗器、および前記ヒートシンクが、ハウジング（５０）に含まれ、
    前記ハウジングが、換気ファンを含まない、請求項１４または１５に記載の充電器。
17. ハウジング（６０、６２）と、
    前記ハウジングに配置された少なくとも１つの充電式セル（４４）と、
    前記セルに電荷を蓄積し、前記セルから電流を引き出すために、前記少なくとも１つの充電式セルに接続され、前記ハウジングに取り付けられた端子アセンブリ（７０）と、
    前記ハウジングの温度を表す温度信号を発生する前記ハウジングに配置された温度センサと、
    前記ハウジングに配置され、前記温度センサを受け入れ、メモリ（１８７）を含む、前記温度センサによって測定された電池温度を表すデータを前記メモリに格納するように構成されるプロセッサ（４６）とを含む充電式電池（４０）であって、
    前記プロセッサは、
    前記電池温度が、しきい値レベルを超えて上昇するときを前記温度信号から決定し、
    前記電池温度が、前記しきい値レベルを超えた時をモニタし、
    前記電池温度が、前記しきい値レベルを超えた時を前記メモリに記録するようにさらに構成されることを特徴とする、充電式電池。
18. ハウジング（６０、６２）と、
    対向する端部を有するセルアレイを形成するように合わせて配設された、前記ハウジングに配置された複数のセル（４４）と、
    前記セルを合わせて固定するように、前記セルアレイの少なくとも一端上に配置されたバインダアセンブリ（１０２、１０４）と、
    前記バインダアセンブリに取り付けられ、前記セルを電気的に接続するために、２つのセル間に接続された少なくとも１つの導電性ストラップ（１０６）と、
    前記バインダアセンブリに取り付けられ、別々のセルに接続される対向する端部を有し、過度の電流が流れると気化する導電材料から形成されるヒューズ（１１８）とを含む電池（４０）であって、
    前記ヒューズが、過度の電流が流れると気化するセクション（１１９）を有するように形成され、前記気化セクションが、前記ヒューズの端部間にある位置に設けられ、前記バインダアセンブリから間隔を置いて設けられることを特徴とする、電池。
19. 前記ヒューズが、端部間にギャップ（１２０）を有するように形成され、前記ヒューズのセクションが、前記ヒューズの気化セクションであるギャップを規定する、請求項１８に記載の電池。
20. 前記バインダアセンブリが、外周部に沿ってノッチ（１１７）を有するように形成され、
    前記ヒューズが、前記バインダアセンブリノッチを貫通して延在し、前記気化セクションが前記ノッチに位置されるようにさらに位置付けられる、請求項１８または１９に記載の電池。
21. ハウジング（６０、６２）と、
    セル配列（６２）を形成するように合わせて配設され、各々が外周表面を有する、前記ハウジングに配置された複数のセル（４４）と、
    前記セルが隣接するように前記セルを合わせて保持するためのアセンブリ（１０２、１０４）とを含む電池（４０）であって、
    少なくとも３列（９２、９４、９６）に配設され、各セルが別のセルと隣接し、前記セル配列の外周部をさらに形成するように互いに対して配設されるセルが、少なくとも７つあることを特徴とする、電池。
22. 前記セルが、２列の外側セルと、少なくとも１列の中間セルとを有するように配設され、前記外側セルの列にあるセルが、前記中間列セルの対向する側面と隣接し、前記少なくとも１列の中間セルには、最大２つのセルがある、請求項２１に記載の電池。
23. 前記セルが、各セルの前記外周表面の少なくとも１０％が、前記セル配列の前記外周部の部分を形成するように配設される、請求項２１または２２に記載の電池。
24. 前記セルを合わせて保持するための前記アセンブリが、前記セルの一端に固定されたバインダアセンブリを備える、請求項２１から２３のいずれか一項に記載の電池。
25. 少なくとも１つの充電式セル（４４）を設けるステップと、
    一緒に配置されたときに囲いを形成する第１（６０）および第２（６６）のコンポーネントを備えるハウジングを設けるステップと、
    前記少なくとも１つの充電式セルを前記ハウジングコンポーネントの１つに置くステップと、
    前記ハウジングコンポーネントを係合させ、密封された囲いを形成するように前記ハウジングコンポーネントを共に密封するステップとを含む電池の組み立て方法であって、
    前記第１のハウジングコンポーネント（６０）が、ある選択波長の光に対して少なくとも部分的に透過性である材料から形成され、内面（８８）に露出エッジを有するように形成され、
    前記第２のハウジングコンポーネント（６６）が、前記選択波長で光を吸収する材料から形成され、前記第２のハウジングコンポーネントの外面に対してくぼみが付けられ、前記ハウジングコンポーネントが係合されるとき、前記第１のハウジング内面に対してくぼみが付けられる前記第１のハウジングコンポーネントの内面内および前記内面に隣接した位置にあるような寸法の表面（１５８）を有する露出リップ（１５２）を有するような形状にされ、
    前記リップが、光を吸収し、前記第１のハウジングコンポーネントの内面との溶接継手を形成するように、前記ハウジングコンポーネントが係合された後、前記第１のハウジングコンポーネントを介して前記第２のハウジングコンポーネントの前記リップに前記選択波長で光を方向付けることを特徴とする方法。
26. 前記第１のハウジングコンポーネントの内面（８８）または前記第２のハウジングコンポーネントの露出リップ表面（１５２）の少なくとも１つが、テーパ部を有するように形成され、
    前記第２のハウジングコンポーネントに光を適用する前記ステップと同時に、前記ハウジングコンポーネントの少なくとも１つに圧力が印加されることで、前記第１のハウジングコンポーネントの内面（８８）および前記第２のハウジングコンポーネントの露出リップ表面（１５２）が、前記露出リップから前記第１のハウジングコンポーネントに熱エネルギーが移動するように隣接することで、前記第１および第２のハウジングコンポーネントの両方によって溶接が形成される、請求項２５に記載の電池の組み立て方法。

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