专利名称：具有电荷指示器状态的电池组的制作方法
技术领域：
本发明涉及可携式设备中例如计算机、摄像机和蜂窝式电话中所用电池。
电池用于向可携式电子设备供电。通常电池在使用中配备一种用于指示电池中剩余电荷量的设备。该电荷指示器显示出与全充电电池比较而言的剩余有用电能的百分比指示。有时候原电池带有这些指示器，但它们多半是化学类型。有时候由包含于电子设备内例如电池电话(cell phone)等之内的电路产生指示器。当由设备产生指示器时，该指示器通常是一个显示器例如电池的划分为段的LCD显示器。每一段被点亮或允许工作以便表示电池中剩余电能的百分比。当自电池中取出电能时，电池段被灭掉，而剩余段仍然点亮以指示电池中的剩余电能。
根据本发明的一个方面，可携式电子设备的电池组包括一个用于容纳电池的盒。该盒容纳一个由它携带的电荷感测电路，该电荷感测电路产生一个对应于自电池取出的电荷量的放电信号。该盒还容纳一个响应于来自电荷感测电路的放电信号而产生一个信号和显示内容的处理器，该信号对应于根据当今放电率计算出的电池放完电之前的持续时间，以及该显示内容是响应于该信号而显示出根据电池的当今放电率计算的对应于电池放完电的时间的一段时间间隔。
该电池组能够包括一个用于测量自电池取出的电荷量的电荷传感器电路。传感器电路可以是库仑计数电路，用于将自电池取出的电荷单位数量进行计数。显示器可以是一个液晶显示器、电泳或电子墨水显示器(electronic ink display)。该电池组可以在盒内携带至少一个原电池。该处理器响应于电荷信号而根据该电荷信号和来自电荷传感器电路的放电信号来产生对应于放完电之前的持续时间的信号。该处理器产生一个对应于用于指示电池操作模式的消息的信号并且将该消息显示于显示器上。该消息能够对应于运行模式或诊断模式。
根据本发明的另一个方面，可携式电子设备的电池组包括一个用于携带电池的盒，该盒容纳一个电荷感测电路和一个处理器，该电荷感测电路用于产生一个对应于自电池取出的电荷量测量值的电信号以及该处理器响应于来自电荷感测电路的电信号而根据电池的操作历史来产生一个对应于电池放完电之前的持续时间的信号。该电池组还包括一个显示器，后者响应于用于指示电池放完电之前的持续时间的信号而根据电池的当今操作模式来显示一个对应于将电池放完电的持续时间的时间间隔。
根据本发明的又一个方面，一种用于指示电池放电的剩余时间的方法包括测量和累计自电池取出的电荷量，根据累计的自电池中取出的电荷量和根据电池的当今操作模式来确定电池放电的剩余时间，以及显示对应于电池放电剩余时间的时间间隔。
根据本发明的还有一个方面，一种用于指示包含于电池盒中的电池的充电剩余时间的方法包括测量和累计在电池充电期间向电池输入的电荷量，以及根据累计的向电池输入的电荷量来确定电池充电的剩余时间。该方法还包括在电池盒携带的显示器上显示对应于电池充电剩余时间的时间间隔。
本发明具有一个或多个优点。该显示器能够具有用于显示数个状态类型消息的各区域。该处理器能够测量自可充电原电池中取出的电荷量及向可充电原电池输入的电荷量。这些测量用于确定用于将原电池放电和充电的持续时间。根据原电池的最大容量和取决于使用模式即通话或备用模式的原电池充电率或放电率来计算时间。这简化了用户估计在放完电之前电池能够用于具体用途的持续工作能力。此外，因为显示器是在电池上的，用户不必将电池插入一个设备例如摄像机或电池电话就能够确认它在放完电之前的时间。
图1是携带显示器的电池组的透视图。
图2是基于微处理器的控制器的框图，该处理器用于计算图1的电池组中原电池的基于时间的电荷状态。
图3是用于显示确定电荷状态的过程的流程图。
图4是用于显示确定电池操作模式的过程的流程图。
图5是用于显示计算容量的过程的流程图。
现在参照图1，电池组10包括一个携带显示器14的盒12。盒12容纳各可充电原电池、一个控制器(这将结合图2进行说明)和一个用于连至用户电器例如蜂窝式电话、视频摄像机等的电气触点16。盒12可配置为适合用户电器的尺寸。盒12携带显示器14。显示器14包括一个数字消息区域，一般用于根据电池的操作模式以小时和分钟来指示电池充电或电池放电的剩余时间。也即，当电池处于使用模式中时，该显示器显示放电剩余时间的第一时间，而当电池处于备用模式时，显示器显示放电剩余时间的第二时间。这些第一和第二时间是根据电池容量和不同模式下自电池中取出电荷量来确定的。选择地，在充电操作期间，该显示器能够显示电池充电时间。
显示器14能够具有用于显示数个状态类型消息的各区域。具体地，显示器14能够具有一个用于指示电池的当今操作模式的区域。例如，可在蜂窝式电话中所用电池上显示“通话”消息14c，用于指示该电池连至当今正在使用的电话，而当电池处于备用操作模式中时，则能够显示“STBY”消息即备用消息14e。此外，电池能够显示一些消息例如“需要完全充电”14f、“立即置换”14g、和“内部外部”14a，后者用于指示是使用内部还是外部充电器。显示器14能够显示时间“至完全充电”等。
现在参照图2，图中显示的一个基于微处理器的控制器20用于生成在显示器14上显示合适消息的各信号。基于微处理器的控制器20包括一个处理器22，它通过一个具有存于其中的软件或固件形式的计算机程序40的存储器24来提供程序，后者用于控制处理器22的操作以及允许处理器22测量自可充电原电池36中取出的或者输入至可充电原电池36中的能量。这些测量是根据原电池的最大容量和取决于使用模式即通话或备用模式的充电率或放电率来计算原电池放电和充电的持续时间的。可选地，能够计算自电池中泄漏的电荷量。泄漏的电荷量根据已知的或估计的泄漏率进行计算。
该处理器控制一个用于提供对应于原电池36状态的测量数据的A/D转换器26。A/D转换器26感测通过充电器30馈送至原电池的电流，同时感测通过能量监测电路28自可充电原电池取出的电流。该能量监测电路能够在不同已知模式下操作。优选模式是所谓“库仑计数模式”，它能够确定自电池中取出的电荷量。在程序40的控制下，A/D转换器将这些信号采样并且馈送这些信号至处理器22以便允许处理器对这些参数进行必要测量。可选地，可以通过太阳能板32对控制器20供电以及进行充电操作。选代地，可充电原电池36能够向控制器电子线路20提供电流。
现在参照图3，图中显示的程序40用于提供显示器14的电荷显示格式的时间状态。程序40包括一个初始化子程序42，它按照需要将控制器20中各部件进行初始化。控制器20进入睡眠模式24，除非由定时信号43或某些其他事件唤醒，否则它将停留在该模式内。例如，程序40能够通过来自能量监测电路或来自软件或硬件定时器的中断信号而退出睡眠模式。在退出睡眠模式后，程序促使处理器读取46来自模数转换器(26，图2)的各输出量。取决于电池的使用模式，A/D转换器(26，图2)由来自可充电原电池36并且通过能量监测电路28的放电电流或者来自充电器30的充电电流得到输入量。
该处理器确定48电池的操作模式以及调用平均电流子程序以便计算在一段时间内自电池取出的平均电流。用于确定操作模式的一个方案的细节阐述于图4中。处理器计算50电池的剩余容量(使用图5的子程序80或等效手段)以及确定电池36的充电状态的结束和放电状态的结束。该处理器根据电池的操作模式来计算电池放电或充电的剩余时间并且产生供显示控制子程序用于在显示器14上显示不同消息14a-14g的各信号。此后处理器将操作复位并且回至睡眠模式34以便等待下一个事件。
现在参照图4，用于确定电池10的操作模式的过程48包括确定60电池电流的流动方向。电流流动方向能够用于判断该电池是在使用中，还是备用状态中，还是充电状态中。如果电流流动方向是负的，即该电池正在放电，则过程判断62自电池中取出的电流是否在一段特定时间内超过某个预定阈值。通常蜂窝式电话或者视频摄像机中所用电池所具有的最大备用电流能大于最小使用电流。因此，为提供每个模式中可用的持续时间的正确表示，有必要筛选掉现有电流消耗而增加合适模式的电流消耗。因此，过程48确定62在特定时间内自电池取出的电流量。这假设在“使用”模式中在特定时间内超过了各峰值电流；而在备用模式中在长时间内不超过这些峰值电流。
如果过程判断62在特定时间内电流的确超过某阈值，则这指示该电池处于“使用”模式，例如蜂窝式电话的“通话”模式。因此，在“使用”模式即“通话”模式中消耗的电流与以前使用的电流相加以及在该模式中花费的时间也被增量。如果在特定时间内没有超过该阈值，则该电池处于“备用”模式中，因此备用电流相加68以及在该模式中花费的时间也被增量。
如果电流流动方向是流入电池或者如果没有电流流动，则这些情况都指示电池是处于“关断”状态或“充电”状态中。在关断状态中，电池仍然具有小的负电流流动，因此将这些电流和相应的时间都增加74。使用或通话模式电流、备用电流和关断状态电流都相加70以便提供总电流以便用于计算平均电流72。
模式检测过程48将电池已经使用的总电流除以总时间来计算72平均电流。该模式检测过程48然后调用一个剩余时间计算过程80。如图4中所确定的，剩余时间过程80根据操作模式来确定将电池完全放电或者完全充电的剩余时间。
可以使用数个剩余时间模型。一个模型是浮动平均技术，其中当电池处于“使用”模式或“备用”模式中时，分别计算电流消耗的变动平均值。此方案的一个缺点是由于该过程是变动平均值，当平均电流值相对快地下降时，放电持续时间事实上可能会上升。为缓和此效应，可以使用非浮动平均值，其中在非常长的时间间隔内使用实际上学习的值来更新平均电流。此模型提供更为平滑的输出，因为在计算周期内用于计算的电流量是恒定的。
一个选代的模型是时间计数模型。在时间计数模型中，将一个时间计数寄存器减量以便将时间计数寄存器内的剩余时间量向下计数。此技术提供不同模式中电池的确切时间计数。
现在参照图5，剩余时间计算过程80的时间计数模型实施例计算82每个充电周期内电池放电一次的剩余时间以及根据每个模式例如“USE”(例如TALK和“STB”即备用)来使用对应于将电池放电所需持续时间的时间值将一对“放电剩余时间寄存器”(未示出)初始化84，如式1和2所示。
REMT，USE＝CAP/Iavg，USE式1REMT，STB＝CAP/Iavg，STB式2将电池容量除以每个时间间隔内消耗的平均电流，即能计算出86剩余时间。使用和备用模式寄存器包含根据该模式将电池放电的剩余时间。当确定86一个模式时，即将每个模式寄存器减量。因此对于备用模式，如同式3中所示，将备用模式寄存器减量，以及如同式4中所示，将使用模式寄存器减量。
RemT，STB＝RemT，USE-1/min式3RemT，TLK＝RemT，TLK-Iavg，STB/Iavg，USE/min 式4如果检测的模式86是使用模式，则如同式5中所示，过程将备用寄存器减量，以及如同式6中所示，从使用寄存器中减去一段时间。
RemT，STB＝RemT，STB-Iavg，USE/Iavg，STB/min式5RemT，USE＝RemT，USE-1/min 式6应该知道，虽然结合本发明的详细描述来说明了本发明，但以上说明只是为了阐述而不是为了限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书的范围定义。本发明的其他方面、优点和修改都在以下权利要求书的范围之内。
权利要求
1.一种用于可携式电子设备的电池组包括一个用于携带电池的盒，所述盒容纳一个由该盒携带的电荷感测电路，该电荷感测电路产生一个对应于自电池中取出的电荷量的测量值的放电信号；一个处理器，响应于来自电荷感测电路的放电信号而根据当今放电率来产生一个对应于电池放完电之前的持续时间的信号；及一个显示器，响应于该信号而根据电池的当今放电率来显示一个对应于电池的放电持续时间的时间间隔。
2.权利要求1的电池组，其中该感测电路是一个用于测量自电池中取出电荷量的电荷感测电路。
3.权利要求1的电池组，其中该感测电路是一个用于将自电池中取出电荷单位数量计数的库仑计数电路。
4.权利要求1的电池组，其中该显示器是一个低功率显示器。
5.权利要求1的电池组，其中该显示器是液晶显示器、电泳显示器或电子墨水显示器。
6.权利要求1的电池组，还包括在盒内携带的至少一个原电池。
7.权利要求1的电池组，其中电荷感测电路在充电操作模式期间产生一个对应于向电池输入的电荷量的充电信号。
8.权利要求7的电池组，其中该处理器响应于充电信号而根据充电信号和来自电荷感测电路的放电信号来产生对应于电池放完电之前的持续时间的所述信号。
9.权利要求1的电池组，其中该处理器产生一个对应于用于指示电池操作模式的消息的信号；及其中所述消息由显示设备加以显示。
10.权利要求9的电池组，其中该消息对应于一个操作模式和一个诊断模式。
11.权利要求1的电池组，其中该电池组还包括一个电池，以及该电荷感测电路和处理器自电池的原电池内得到功率信号。
12.一种用于可携式电子设备的电池组包括一个用于携带电池的盒，该盒容纳一个电荷感测电路，用于产生一个对应于自电池中取出的电荷量的测量值的电信号；一个处理器，响应于来自电荷感测电路的电信号而根据电池的操作历史来产生一个对应于电池放完电之前的持续时间的信号；及一个显示器，响应于用于指示放完电之前的持续时间的信号而根据电池的当今操作模式来显示一个对应于电池放电持续时间的时间间隔。
13.权利要求12的电池组，其中该感测电路是一个用于测量自电池中取出电荷量的电荷感测电路。
14.权利要求12的电池组，其中该感测电路是一个用于把自电池中取出电荷单位数量计数的库仑计数电路。
15.权利要求11的电池组，其中该显示器是液晶显示器或发光二极管显示器或电泳显示器或电子墨水显示器。
16.一种用于指示电池盒内包含的电池的放电剩余时间的方法，该方法包括测量和累计自电池中取出的电荷量；根据自电池中取出的累计电荷量来确定电池的放电剩余时间；及在由电池盒携带的显示器上显示对应于电池放电持续时间的时间间隔。
17.权利要求15的方法，其中所显示的时间基于电池的当今操作模式。
18.一种用于指示电池盒内包含的电池的充电剩余时间的方法，该方法包括测量和累计电池充电期间输入至电池中的电荷量；根据输入至电池中的累计电荷量来确定电池的充电剩余时间；及在由电池盒携带的显示器上显示对应于电池充电持续时间的时间间隔。
19.权利要求18的方法，其中所显示的时间基于电池的当今操作模式。
全文摘要
一种用于可携式电子设备的电池组(10)包括一个用于携带一个电池(36)的盒(12)。盒(12)容纳一个由该盒携带的电荷感测电路(20),该电荷感测电路产生一个对应于自电池中取出的电荷量的测量值的放电信号。该盒还容纳一个处理器(22),它响应于来自电荷感测电路的放电信号而根据当今放电率来产生一个对应于电池放完电之前的持续时间的信号,以及该盒容纳一个显示器(14),它响应于该信号而根据电池的当今放电率来显示一个对应于电池的放电持续时间的时间间隔。
文档编号H01M10/40GK1326550SQ99813343
公开日2001年12月12日 申请日期1999年10月20日 优先权日1998年10月21日
发明者戴维·N·克莱恩 申请人:杜拉塞尔公司