具有指示器电路的电池荷电状态指示器的制作方法

本公开大体地涉及用于电存储装置的指示器设备。

背景技术：

电池单元上指示器需要用户按下一个或两个按钮，等待几秒，并且然后观察示出电池的荷电状态的指示器。对于用户而言，这不方便，因为他们必须从装置移除电池，握住电池，并且按下（一个或多个）按钮。用户必须然后将电池重新安装到装置中。这是麻烦且耗时的。

电致变色显示器从正被测试的电池汲取非常小的功率，并且能够因此保持接通并且允许用户仅观看电池以确定荷电状态。然而，如果电致变色指示器技术中的当前现有技术在接通条件下被连续地供电，则它具有短的操作寿命（一旦激活，小于几周）。

因此，存在对改进的电池单元上指示器的需要，所述指示器不需要用户激活并且增加电致变色显示器的使用寿命。

技术实现要素：

一种荷电状态指示器包括：指示器，具有显示阈值；和指示器电路，电耦合到该指示器，使得当主电池单元的主电池单元电压大于显示阈值时，指示器电路将驱动器电压施加于指示器，以使得指示器非活动，并且当主电池单元电压小于显示阈值时，指示器电路将驱动器电压施加于指示器，使得指示器活动。

在另一实施例中，一种能量存储替换指示器系统可包括：显示器，电耦合到具有能量存储电压的能量存储装置；和指示器电路，电耦合到显示器。指示器电路可确立显示阈值，使得当能量存储电压大于显示阈值时，指示器电路将驱动器电压施加于显示器，使得显示器非活动，并且当能量存储电压小于显示阈值时，指示器电路将驱动器电压施加于显示器，使得显示器活动。

在又一实施例中，一种电池荷电状态指示器可包括：CMOS输出类型电压检测器集成电路；和指示器，电耦合在CMOS输出类型电压检测器集成电路的电压输出和具有电池电压的电池之间。电池荷电状态指示器可操作，使得当电池电压大于显示阈值时，CMOS输出类型电压检测器集成电路将驱动器电压施加于指示器，使得指示器非活动，并且当电池电压小于显示阈值时，CMOS输出类型电压检测器集成电路将驱动器电压施加于指示器，使得指示器活动。

结合附图考虑下面的详细描述，将会更充分地理解由本文描述的实施例提供的这些和附加的特征。

附图说明

在附图中阐述的实施例在本质上是说明性的，并且不旨在限制由权利要求定义的主题。当结合下面的附图阅读时，能够理解下面对说明性实施例的详细描述，其中利用相同的标号指示相同的结构，并且在附图中：

图1描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的用于能量存储装置的荷电状态指示器的一个实施例；

图2描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的作为辅助参考源的图1的指示器电路；

图3描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的作为晶体管驱动器电路的图1的指示器电路；

图4描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的晶体管驱动器电路的一个实施例；

图5描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的用于能量存储装置的环形指示器；

图6描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的分段条；

图7描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的夹层型指示器；

图8描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的平面型指示器；

图9描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的电压检测器集成电路；

图10描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的开路漏极输出类型电压检测器集成电路；和

图11描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的互补金属氧化物半导体（CMOS）输出类型电压检测器集成电路。

具体实施方式

耦合到电池的荷电状态指示器可被用于确定电池的荷电状态（例如，剩余能量或电荷的量）。荷电状态指示器可具有很像蜂窝电话上的燃料条计量器的多个片段（例如，一个或多个步进指示器），以指示电池中剩余的电荷的部分。通过改变颜色，通过使标记出现在电池的标签上或改变电池的标签上的标记，所述一个或多个步进指示器可指示电池的荷电状态。荷电状态指示器不需要在用户方面的激活或驱动或者用户介入来指示电池的荷电状态。这可允许用户在电池仍然电连接到装置（诸如，玩具）的同时确定电池的荷电状态，而不必移除电池并且驱动指示器按钮。

现在参照图1，示出荷电状态指示器100。荷电状态指示器100可包括能量存储装置105，能量存储装置105电耦合到步进指示器110。如自始至终所使用的，可使用单个步进指示器110，或者替代地，两个或更多个步进指示器110a、110b、… 110n可被用于指示能量存储装置105的荷电状态。与步进指示器110相关的任何讨论可被应用于所述两个或更多个步进指示器110a、110b、… 110n。荷电状态指示器100可被用于指示能量存储装置105的能量水平。荷电状态指示器100可经由听觉、视觉、触觉或振动觉指示来指示能量存储装置105的能量水平。振动觉被定义为感测振动的能力。以下更详细地讨论能量水平的指示。能量存储装置105可以是电池、一个或多个主电池单元、电容器、一组电容器或燃料电池单元。如果能量存储装置是电池，则所述电池可以是一次性电池或可再充电电池。所述电池可包括一个或多个主电池单元，并且具有任何形状或尺寸。例如，所述电池可以是AAAA、AAA、AA、C、D、CR2、123 A或任何其它标准尺寸。所述电池可以是基本上圆柱形或基本上矩形的。

步进指示器110可包括第一引线115和第二引线120，第一引线115和第二引线120将步进指示器110电耦合到能量存储装置105。通过电阻熔接、激光熔接、焊接、喷墨印刷或针对电池单元按着的印刷接触区域，例如通过热缩或通过导电粘合剂（诸如，例如银环氧树脂）或通过超声熔接，第一引线115和第二引线120可耦合到能量存储装置105。步进指示器110可包括指示器125和指示器电路130。指示器125可电耦合到第一引线115和指示器电路130。指示器电路130可电耦合到指示器125和第二引线120。在一个实施例中，指示器125可使用以下各项提供视觉指示：发光二极管（LED）电路、液晶显示器（LCD）、电致变色显示器、热致变色显示器、电润湿显示器、电化学显示器、MEMS显示器、电泳显示器（电子纸）、结构色显示器和/或静电显示器。在另一实施例中，指示器125可使用例如压电蜂鸣器、声发生器和扬声器、铃或其它类型的打击装置或仪器、磁蜂鸣器或机电蜂鸣器提供听觉指示。在又一实施例中，指示器125可使用例如弹出突出或气泡提供触觉指示。触觉指示器可在第一状态下与指示器125的表面平齐，并且在第二状态下从指示器125的表面突出。在另一实施例中，振动觉指示可以是用于提供振动的感觉的机械或机电构件，诸如例如耦合到触觉驱动器或控制器的偏移（offset）重量电机或压电弯曲器。振动觉指示可在电耦合到能量存储装置105的装置中的振动，使得所述振动向所述装置的用户发信号通知能量存储装置105的荷电状态，而不需要用户打开容纳能量存储装置105的室。

图1描绘电耦合到能量存储装置105的一个步进指示器110。在另一实施例中，一个或多个步进指示器110、110a、110b … 110n可被用于指示能量存储装置105的一个或多个荷电状态（即，一个或多个能量水平）。所述一个或多个步进指示器110、110a、110b … 110n并联电耦合到能量存储装置105，如图1中的虚线所示。以下更详细地讨论所述一个或多个步进指示器110、110a、110b … 110n的功能。

图2描绘作为图1中示出的指示器电路130的辅助参考源205。在另一实施例中，一个或多个步进指示器110、110a、110b … 110n可被用于利用辅助参考源205作为图1中示出的指示器电路130指示能量存储装置105的一个或多个荷电状态（即，一个或多个能量水平）。所述一个或多个步进指示器110、110a、110b … 110n并联电耦合到能量存储装置105，如图中的虚线所示。所述一个或多个步进指示器110、110a、110b … 110n中的每个步进指示器中的每个辅助参考源205可具有唯一辅助参考源电压。具体地讲，第一步进指示器110a可包括第一指示器125a和具有第一辅助参考源电压的第一辅助参考源205a；第二步进指示器110b可包括第二指示器125b和具有第二辅助参考源电压的第二辅助参考源205b；以此类推，直至最后步进指示器110b可包括最后指示器125b和具有最后辅助参考源电压的最后辅助参考源205b。第一辅助参考源电压可不同于第二辅助参考源电压，第一辅助参考源电压和第二辅助参考源电压两者都不同于最后辅助参考源电压。以下更详细地讨论所述一个或多个步进指示器110、110a、110b … 110n的功能。

辅助参考源205可用作固定参考点，将能量存储装置105的荷电状态（即，能量水平）与所述固定参考点进行比较。辅助参考源205的电气特性可模仿能量存储装置105的电气特性。例如，如果主电池单元是电池，则辅助参考源也可以是具有所述电池的相同化学成分的电池；然而，本公开不限于所述电池和具有相同化学成分的辅助参考源。

能量装置105和辅助参考源的极性可彼此成反比或相反比例。术语“反比”指示：在能量存储装置105连接到负载之前，能量存储电压和辅助电池单元电压彼此成比例并且相对于彼此具有颠倒或相反极性方位。换句话说，主电池单元和辅助参考源的负端电耦合，并且主电池单元和辅助参考源的正端电耦合。在一个实施例中，如果能量存储装置105是具有主电池单元电压的主电池单元，则辅助参考源205将会是具有辅助电池单元电压的辅助电池单元，使得主电池单元电压和辅助电池单元电压大约相等并且彼此成反比。指示器125可电耦合在电耦合的主电池单元和辅助参考源的正侧或电耦合的主电池单元和辅助参考源的负侧上。

在能量存储装置105的寿命的开始，主电池单元电压和辅助电池单元电压之间的电势将会跨指示器125大约为零。如果指示器125是电致变色指示器，则跨指示器125的接近零的电压电势将不会提供足够电压来激活电致变色显示器或给电致变色显示器通电。因此，指示器125将会保持“关闭”，直至超过显示阈值。这将会使指示器125的短暂寿命能够延长到能量存储装置105的寿命，并且将会允许指示器125持续长的存储时间。当主电池单元通过负载215耗尽它的能量时，主电池单元和辅助电池单元之间的电势差将会增加。在这个实施例中，当主电池单元通过负载耗尽它的能量时，辅助参考源将会保持在完全充电或大约完全充电。当电势差增加时，将会超过显示阈值，并且指示器125将会被激活或从非活动状态转变到活动状态。指示器125可经受主电池单元和辅助参考电池单元之间的电压差。换句话说，对于图2中示出的实施例，能量存储装置105和辅助参考源205之间的与剩余电能对应的电压差被用于为指示器125供电。

图3描绘作为图1中示出的指示器电路130的晶体管驱动器电路300。晶体管驱动器电路300可用作电分流器以确保指示器125保持电隔离或处于未供电状态，直到需要指示的那个时候。晶体管驱动器电路300可包括分压器电路303、分流晶体管305、转变元件325和上拉电阻器310。分压器电路303可包括第一电阻器315和第二电阻器320。第一电阻器315与转变元件325串联电耦合，并且转变元件325与第二电阻器320串联电耦合。在所有实施例中可以不需要转变元件325。在需要转变元件325的情况下，转变元件325可以是跨转变元件325表现出大约0.6 V到大约0.7 V电压降的晶体管、二极管或其它半导体器件。

跨转变元件325的电压降有效地使晶体管驱动器电路300的电压转变锐化，并且因此使显示阈值锐化。换句话说，利用转变元件325，晶体管驱动器电路300的电压转变是更加可预测并且可重复的。这转变为更加可预测并且可重复的显示阈值。它也能够使显示阈值的触发点偏移。在一个实施例中，如果二极管被用作转变元件325，则可选择极低信号硅（Si）二极管。利用毫安（mA）范围中的电路的正常电流，低信号Si二极管可具有大约0.6 V到大约0.7 V电压降范围。如果电路的正常操作电流处于纳安 （nA）范围中，则可能需要串联的两个Si二极管，因为每个二极管将会表现出大约0.4 V电压降。当电路在nA范围中操作时的两个Si二极管的串联组合将会等同于一共大约0.8 V电压降。

上拉电阻器310电耦合到指示器125和分流晶体管305。在晶体管驱动器电路300的一个实施例中，第一电阻器315可在大约2兆欧姆（Mohm）和大约1千欧姆（kohm）之间。第二电阻器320可在大约2 Mohm和大约1 kohm之间。上拉电阻器可在大约2 Mohm和大约1 kohm之间。在一个实施例中，分流晶体管305是跨指示器125电耦合的晶体管，并且电耦合到转变元件325和第二电阻器320。在另一实施例中，分流晶体管305可以是开关。所述开关可以是用作开关（即，做出或破坏电气连接）的任何机械、机电或电气装置。晶体管驱动器电路300可基于由晶体管驱动器电路300的电路元件的参数定义的显示阈值驱动所述开关。例如，在一个实施例中，所述开关可以是继电器。当超过显示阈值时，晶体管驱动器电路300可给继电器中的线圈通电以驱动所述开关。

图4描绘晶体管驱动器电路300的一个实施例。第一电阻器315、第二电阻器320和上拉电阻器310可全部是大约1 Mohm，并且转变元件325可以是晶体管。以下更详细地讨论晶体管驱动器电路300的操作。

图5和6描绘耦合到能量存储装置105的壳体550的标签500。标签500包括柔性基底505、荷电状态指示器100和标记510。当柔性基底505被固定到能量存储装置时，第一引线115和第二引线120将荷电状态指示器100电耦合到能量存储装置。标记510可包括词语和/或符号以将信息传达给用户。柔性基底505可以是单侧印刷电路板（PCB）、双侧PCB、多层PCB、保护层、可收缩材料、柔性电路板（FCB）、单侧FCB、双侧FCB、多层FCB、层压薄片和/或其任何组合。柔性基底505可包括安装凸块（未示出）或其它结构以将柔性基底505固定到能量存储装置（未示出）。在一个实施例中，柔性基底505可通过粘合剂或摩擦配合（friction fit）固定或形成为电池的外部形状。替代地，在另一实施例中，柔性基底505可以是可收缩材料，所述可收缩材料被放置在能量存储装置上方并且被热激活以收缩来固定柔性基底505以便符合能量存储装置的形状。在又一实施例中，柔性基底505可由可固化材料构成，所述可固化材料被化学或光激活以固化并且将柔性基底505固定到能量存储装置。

荷电状态指示器100的部件可被印刷在柔性基底505上或固定到柔性基底505。例如，图2中示出的辅助参考源205可位于能量存储装置105外部，并且被印刷或安装到柔性基底505。在另一实施例中，辅助参考源205可位于能量存储装置105的壳体内部或位于能量存储装置105的壳体内。在这个实施例中，辅助参考源205将会具有与能量存储装置105的一个共同电极和第二、非共同电极，所述第二、非共同电极将会与能量存储装置105电隔离。换句话说，可存在共同阳极以及辅助参考源205的第一阴极和能量存储装置105的第二阴极。第一阴极和第二阴极将会彼此电隔离，以使得当能量存储装置105被放电时，它们相应的能量和所得到的电压不均等。所得到的电压和均等指代以下更详细地描述的显示器电压。辅助参考源205可位于能量存储装置105的壳体或“罐”（指代壳体的圆柱形状）内的分离的密封室中。指示器125可电耦合在第一阴极和第二阴极之间，并且耦合到壳体的外部部分。这个实施例可允许使用辅助参考源205和能量存储装置105之间的共同部分。

指示器125（图1）可被用于提供能量存储装置105（图1）的荷电状态或能量水平（例如，功率、电压或电流的量）的视觉显示。所述视觉显示可以以实心条、刻度条、刻度饼形图、数字显示器、变色指示器、分段条和/或其组合的形式。在一个实施例中，参照图5，环形指示器525可缠绕在壳体550周围，使得用户可在能量存储装置仍然电连接到装置（诸如，玩具）的同时辨别能量存储装置的荷电状态，而不必移除能量存储装置。例如，用户可打开装置上的电池室，并且辨别电池的荷电状态，而不需要驱动任何按钮或其它动作（包括但不限于使电池旋转以读取指示器）。环形指示器525在图5中被示出为接近标签500的一端；然而，应该理解，环形指示器可位于标签500上的任何地方。

在另一实施例中，参照图6，分段条520可被配置为指示能量存储装置105的各种荷电状态（例如，能量的水平、能量的阈值或能量的量）。例如，当能量存储装置105耗尽时，分段条520可允许监测能量存储装置105的荷电状态（即，剩余能量或功率）。分段条520的片段可由分离的电子电路顺序地或累积地激活，以将期望的电池状态信息提供给用户。另外，分段条520的片段可从左到右、从右到左、从分段条520的中心到两端或从两端到中心被激活。在一个实施例中，并且参照图1，荷电状态指示器100的片段可以是110、110a、110b … 110n，并且经由第一引线115和第二引线120电耦合到能量存储装置。图6图示图1中示出的实施例的四个步进指示器110a、110b、110c和110d，然而，应该理解，图6中示出的实施例不限于仅四个步进指示器110a、110b、110c和110d。

如以上所解释，所述一个或多个步进指示器110a、110b、110c和110d可被用于指示能量存储装置105的一个或多个荷电状态（即，一个或多个能量水平）。换句话说，每个步进指示器110a、110b、110c和110d被配置为指示何时达到能量存储装置105的显示阈值。例如，荷电状态指示器100可包括具有与能量存储装置105的第一能量水平对应的第一显示阈值的第一步进指示器110a和具有与能量存储装置105的第二能量水平对应的第二显示阈值的第二步进指示器110b。如果第一显示阈值被设置在大约1.5 V并且第二显示阈值被设置在大约1.2 V，则当能量存储装置105的能量水平达到与大约1.5 V对应的能量水平时，第一步进指示器110a将提供指示，并且当能量存储装置105的能量水平达到与大约1.2 V对应的能量水平时，第二步进指示器110b将提供指示。因此，所述一个或多个步进指示器110a、110b、110c和110d中的每个步进指示器对应于能量存储装置105的特定能量水平，并且在由所述一个或多个步进指示器110a、110b、110c和110d中的每个步进指示器检测或感测到该能量水平时提供指示。

当能量存储装置105是新的时，分段条520可因此跨分段条520的大约全部长度指示全色（例如，黄色）条。当能量存储装置105的能量耗尽并且超过个体步进指示器110的显示阈值时，每个步进指示器将从非活动状态转变为活动状态。因此，分段条520将基于多少个步进指示器（例如，110a、110b、110c和/或110d）指示背景颜色而指示电池的荷电状态。每个步进指示器110、110a、110b、110c和/或110d可指示能量存储装置105中剩余的能量的一部分。应该理解，分段条520不限于一种颜色例如黄色，并且根据期望有多少个增量的部分，可使用图1的一个或多个步进指示器110、110a、110b、… 110n。

例如，参照图6的分段条520的四个步进指示器110a、110b、110c和110d，当所有四个步进指示器非活动时，四个彩色背景被示出并且可指示能量存储装置105剩余的大约100%充电或大约100%能量水平。当能量存储装置105的能量耗尽并且更多个步进指示器（例如，110a、110b、110c和/或110d）变为活动时，所述部分指示将变化。一个活动步进指示器和三个非活动步进指示器（例如，110a、110b、110c和/或110d）可指示能量存储装置105剩余的大约75%能量水平。两个活动步进指示器和两个非活动步进指示器（例如，110a、110b、110c和/或110d）可指示能量存储装置105剩余的大约50%能量水平。三个活动步进指示器和一个非活动步进指示器（例如，110a、110b、110c和/或110d）可指示能量存储装置105剩余的大约25%能量水平。所有四个活动步进指示器（例如，110a、110b、110c和110d）可指示需要替换的能量存储装置105。

仍然参照图6，在一个实施例中，分段条520可具有两个步进指示器，所述两个步进指示器具有第一步进指示器110a和第二步进指示器110b。第一步进指示器110a和第二步进指示器110b可并联电耦合到能量存储装置105。参照由图1图示的结构，第一步进指示器110a可包括第一指示器125a和第一指示器电路130a。第一指示器电路130a可定义第一驱动器电压和第一显示阈值。第二步进指示器110b可包括第二指示器125b和第二指示器电路130b。第二指示器电路130b可定义第二驱动器电压和第二显示阈值。第一显示阈值可不等于第二显示阈值。例如，第一显示阈值可大于第二显示阈值。第一步进指示器110a和第二步进指示器110b可指示完全充电能量存储装置105电压值的一部分。

参照第一步进指示器110a，当能量存储装置105电压大于第一显示阈值时，第一指示器电路130a将第一驱动器电压施加于第一指示器125a，使得第一指示器125a非活动。另外，当能量存储装置105电压小于第一显示阈值时，第一指示器电路130a将第一驱动器电压施加于第一指示器125a，使得第一指示器125a活动。

参照第二步进指示器110b，当能量存储装置105电压大于第二显示阈值时，第二指示器电路130b将第二驱动器电压施加于第二指示器125b，使得第二指示器125b非活动。此外，当能量存储装置105电压小于第二显示阈值时，第二指示器电路130b将第二驱动器电压施加于第二指示器125b，使得第二指示器125b活动。

应该理解，如图2、3和4中所示的步进指示器110也可以是如上所述并且在图1和6中示出的一个或多个步进指示器。

现在参照如图1至4中所示的指示器125，当指示器125非活动时，指示器125可以透光（例如，透明、明亮或透视），并且当指示器125活动时，指示器125可以是彩色的（例如，不透明、黑色或蓝色）。非活动被定义为：指示器125不被供电或不通电或者在激活电压以下在最低程度上被供电或在最低程度上被通电，使得指示器125保持透光。换句话说，指示器125处于氧化状态并且在电气上处于开路状态。透光被定义为光穿过指示器125并且照射指示器125下面的彩色背景的能力或用户解释指示器125下面的颜色背景的颜色的能力。活动被定义为：在激活电压以上被供电或通电，例如这将电致变色指示器电极从氧化状态驱动至还原状态，使得指示器125变为基本上不透明。不透明表示：指示器125不允许光穿过指示器125（即，光不能照射指示器125下面的彩色背景）或不允许用户解释指示器125下面的彩色背景的颜色。换句话说，在活动状态下，通过指示器125不可见彩色背景。指示器将反射特定带宽的光，其中如以下进一步所解释的那样通过指示器125的化学成分来选择所述特定带宽。指示器125根据跨指示器125施加的电势改变透射状态（即，非活动状态）到彩色状态（即，活动状态）之间的状态或转变。

另外，当指示器125发生故障时，它在活动状态下发生故障并且基本上不透明。指示器125的故障意味着：指示器的工作寿命结束，并且指示器125被锁定在活动状态，而不管驱动器电压如何。以下描述指示器125的详细工作。

在一个实施例中，彩色背景可以是耦合到指示器125的基底。在另一实施例中，彩色背景可被夹在指示器125和图5和6的柔性基底505之间。替代地，在又一实施例中，彩色背景可被直接印刷在指示器125上或印刷在柔性基底505上。在两个实施例中，彩色背景可被指示器125完全覆盖或被指示器125至少部分地覆盖。彩色背景可具有任何颜色。在一些实施例中，彩色背景是与指示器125的活动状态形成对比的颜色。例如，彩色背景可以是橙色或黄色，所述橙色或黄色将与活动状态指示器125的黑色或蓝色颜色形成对比。另外，活动状态和非活动状态之间的对比可以是发光背景和灰暗活动状态，或者反之亦然。

在一些实施例中，指示器125的非活动状态可能并非透光（即，明亮），而是可在指示器从非活动状态转变为活动状态时从一个颜色转变为另一颜色。在这个实施例中，不需要背景颜色，因为指示器125提供活动颜色和非活动颜色两者。在所有实施例中，从非活动状态到活动状态的转变由用户感知。

参照图7，示出夹层型指示器675。夹层型指示器675图示上述指示器125的一种结构类型。夹层型指示器675是电致变色显示器，并且可在电势670的影响下基于颜色承载粒子的迁移使用电致变色技术，有时被称为发色[电泳]系统或发色团系统。电势670可以是从图1和2的能量存储装置105、从辅助参考源205或两者的组合施加于夹层型指示器675的电动势。电势670被施加于彼此相对地布置的顶电极680和底电极685。顶电极680和底电极685可由氧化铟锡、铝、铜或碳制成。工作电极690由电致变色油墨693形成。当电势670被施加时，多个发色粒子695移经分离层697。当所述多个发色粒子695接近顶电极680积累时，颜色变化可在指示器125中变为可见。当电势670从顶电极680和底电极685被去除时，所述多个发色粒子695可返回到底电极685。分离层697可包括反射白光的离子可渗透粒子的反射层。顶基底660和底基底665为指示器125提供结构支持，并且可以是明亮的（即，允许所有可见波长穿过基底）或者它们可以是不透明的。在一个实施例中，顶基底660是明亮的，以允许在顶电极680可见所述多个发色粒子695的积累。

在指示器125的又一实施例中，活性聚合物可被用作调制机构。作为调制机构，活性聚合物可具有还原状态和氧化状态。活性聚合物可以是PEDOT:PSS（即，聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚（苯乙烯磺酸）），并且可在电势670被施加于指示器125时变暗以将该聚合物从它的氧化状态驱动至它的还原状态。在还原状态下，活性聚合物主要吸收电磁波谱的红色至黄色部分，从而对活性聚合物给予强蓝色颜色。在氧化状态下，活性聚合物变得几乎透明，具有弱天蓝色线的颜色。在可见光波长，PSS看起来完全透明。

现在参照图8，示出平面型指示器765。平面型指示器765图示上述指示器125的一种结构类型。平面型指示器765是电致变色显示器，并且可在电势670的影响下基于颜色承载粒子的迁移使用电致变色技术，有时被称为发色[电泳]系统或发色团系统。在这个实施例中，替代于图7的夹层型指示器675的分层结构，指示器部件被布置在共同基底750上。仍然参照图8，共同基底750可以是纸产品、塑料产品、玻璃产品或金属产品。第一电极755和第二电极760电耦合到电势670。第一电极755和第二电极760可由氧化铟锡、铝、铜、碳或其它合适的导电材料制成。PEDOT:PSS分布在电耦合到第一电极755的第一条770和电耦合到第二电极760的第二条775之间。固体电解质780允许670和第二条775之间的离子传导，同时防止第一电极755和第二电极760之间的电子传导。当电势670被施加在第一电极755和第二电极760之间时，PEDOT:PSS将氧化或从还原状态改变为氧化状态，并且还原以明显地在颜色方面变暗。如以上所解释，氧化状态对应于透射状态，并且还原状态对应于彩色状态。也合适的其它电致变色材料的示例可包括普鲁士蓝、氧化钨、氧化镍和已针对电致变色显示器具体地开发的有机材料。

通过跨夹层型指示器675或平面型指示器765施加的电势670，图6和7的夹层型指示器675或平面型指示器765分别可指示图1的能量存储装置105的荷电状态。换句话说，发色粒子695的积累的量和/或PEDOT:PSS的氧化/还原的量取决于在两个电极（图7的顶电极680/底电极685或图8的第一电极755/第二电极760）之间施加的电势670的大小。夹层型指示器675或平面型指示器765可在电气上表现出非常高（大值）阻抗，并且在电路中用作电容器。

现在参照图1的指示器电路130，指示器电路130被配置为将驱动器电压提供给指示器125。驱动器电压控制指示器125指示能量存储装置105的荷电状态（即，能量水平）何时达到显示阈值。换句话说，驱动器电压将指示器125从非活动状态驱动或转变到活动状态。显示阈值是这样的阈值：所述阈值由指示器电路130设置，并且指示能量存储装置105能量何时耗尽到指示器125应该从非活动状态转变到活动状态的程度。当能量存储装置105的能量高于或大约等于显示阈值时，驱动器电压被施加于指示器125，使得指示器125非活动。当能量存储装置210的能量低于或大约等于显示阈值时，驱动器电压被施加于指示器125，使得指示器125活动。显示阈值代表电压值。

作为示例，在一个实施例中，能量存储装置105可以是具有主电池单元电压的主电池单元或电池，并且指示器125可以是电致变色显示器。当主电池单元电压大于或大约等于显示阈值时，指示器电路130将驱动器电压施加于指示器，使得电致变色显示器非活动，并且当主电池单元电压小于或大约等于显示阈值时，指示器电路130将驱动器电压施加于电致变色显示器，使得电致变色显示器活动。以下更详细地描述指示器电路130如何完成驱动器电压的施加并且确定显示阈值的示例。

参照图2，在一个实施例中，步进指示器110可被配置为检测电池的电池电压（例如，荷电状态）并且指示电池何时耗尽能量。在这个实施例中，能量存储装置105是具有电池电压的电池。辅助参考源205可以是具有辅助电池单元电压的辅助电池单元（例如，第二电池），其中辅助电池单元电压和电池电压之间的电压差与电池电压成反比。指示器125可以是电致变色显示器。电致变色显示器可具有大约0.2伏特（V）到大约0.9 V之间的激活电压，所述激活电压由电致变色显示器的电化学系统和结构构成设置。该激活电压可随着电致变色显示器的特性（即，化学和结构构成）的改变而改变。激活电压对应于显示阈值。对于电致变色显示器的不同结构构成的示例，参照图6和7。在这个实施例中，驱动器电压被定义为辅助电池单元电压减去电池电压。在电池的寿命的开始，跨指示器125的驱动器电压大约等于零。当电池电压耗损时，电池和辅助电池之间的电压差（即，驱动器电压）增加。当驱动器电压大约等于显示阈值时，超过显示阈值，并且电致变色显示器从非活动状态（即，透射）改变为活动状态（即，彩色）。换句话说，当驱动器电压小于大约显示阈值时，施加于指示器125的驱动器电压不激活指示器125，并且因此，指示器125非活动。当驱动器电压大约等于或大于大约显示阈值时，驱动器电压被施加于指示器125，这激活指示器125。

例如，如果电池是具有大约1.62 V起始电压的碱性电池，则当电池电压已耗尽到显示阈值（例如，大约1.2 V）时，大约0.4 V的驱动器电压将利用例如大约0.4 V的激活电压给电致变色显示器通电并且驱动电致变色显示器以改变状态，并且指示已超过显示阈值。为了说明，大约1.2 V显示阈值来自于大约1.62 V辅助电池单元电压（等于电池的起始电压）减去电致变色显示器的大约0.4 V激活电压。在电池的寿命的开始，辅助电池单元电压（大约1.62 V）将大约等于碱性电池电压，并且施加于电致变色显示器的驱动器电压将会是大约零。当碱性电池电压减小时，只要电池电压保持高于大约1.2 V显示阈值，由指示器电路130施加的驱动器电压就将不会激活电致变色显示器。作为另一示例，如果电池电压是大约1.4 V，则驱动器电压是大约0.22 V，并且不激活电致变色显示器。如果电池电压是大约1.32 V，则施加于电致变色显示器的驱动器电压是大约0.3 V，其不大于大约0.4 V激活电压或低于大约1.2 V显示阈值。因此，施加于电致变色显示器的驱动器电压不激活电致变色显示器。电池电压一旦下降至低于大约1.2 V，由指示器电路130施加的驱动器电压就将会激活电致变色显示器。应该注意的是，电致变色指示器阈值是“软的”，并且对于全色强度，在例如从大约0.4V（颜色变化的开始）到大约0.8V的电压范围内存在稍微逐渐的转变。

显示阈值的其它示例包括针对锂-二氧化锰（Li-MnO2）的大约2.5 V、针对锂-二硫化铁（Li-FeS2）的大约1.4 V和针对氧化银钮扣型电池单元的大约1.4 V。

存在用于设置显示阈值的几种方法和步进指示器110的配置。在一个实施例中，指示器125的电气特性可被改变以指示不同激活电压。在另一实施例中，并且参照图2，辅助参考源的电压可被改变以指示不同显示阈值。在具有大约1.62 V的碱性电池的以上示例中，通过改变辅助参考源电压，显示阈值变化，或者更具体地讲，主电池单元电压和辅助电池单元电压的差异可基于辅助电池单元电压而增加或减小。如果例如辅助参考源电压大于主电池单元电压，则电压差更大，并且因此，驱动器电压能够驱动具有更大显示阈值（例如，大约1 V或更大）的指示器125。

现在参照图3和4，晶体管驱动器电路300也可将驱动器电压施加于指示器125以指示指示器125是活动的，还是非活动的。在这个实施例中，当能量存储装置105耗尽能量时，指示器125不经历跨它的可变电势差，如图2的实施例中将会发生的那样。在这个实施例中，驱动器电压跨指示器125大约为零，直至超过显示阈值。当超过显示阈值时，分流晶体管305断开并且指示器125被通电。

显示阈值由分压器电路303设置。如自始至终所使用，分压器电路303可包括转变元件325或者可不包括转变元件325。在这个实施例中，显示阈值可以是大约0.6 V到大约0.7 V。替代地，显示阈值可以是大约分流晶体管305所需的接通电压。分流晶体管305的接通电压由晶体管的结构指示，并且是用于在分流晶体管305的集电极和发射极之间传导电流而在分流晶体管305的基极所需的电压。经由第一电阻器315和第二电阻器320的组合并且在一些实施例中结合分压器电路303使用转变元件325，通过在分流晶体管305的基极的电压定义分流晶体管305的接通电压。换句话说，分压器电路303被配置为接通分流晶体管305，直至超过显示阈值。转变元件325去除能量存储装置105电压和分流晶体管305偏置电压之间的过高电压差的部分，并且有效地使切换转变锐化。

在一个实施例中，指示器激活阈值可被配置为是大约0.4 V。对于碱性电池单元的低电池警告，显示阈值可以是大约1.2 V。这能够通过第二电阻器320的电阻器值进行调整。作为工作示例，为了将显示阈值设置为处于能量存储装置的大约1.15 V，第一电阻器315被评估为处于大约1 Mohm并且第二电阻器320被评估为处于大约1.8 Mohm。当能量存储装置的电压处于大约1.5 V时，跨指示器125的电压（跨分流晶体管的发射极和集电极的电压）是大约0.45 V。作为另一工作示例，为了将显示阈值设置处于能量存储装置的大约1.3 V，第一电阻器315被评估为处于大约1 Mohm并且第二电阻器320被评估为处于大约1.2 Mohm。当能量存储装置的电压处于大约1.5 V时，跨指示器125的电压（跨分流晶体管的发射极和集电极的电压）是大约0.45 V。作为又一工作示例，为了将显示阈值设置为处于能量存储装置的大约1.45 V，第一电阻器315被评估为处于大约1 Mohm并且第二电阻器320被评估为处于大约905 kohm。当能量存储装置的电压处于大约1.5 V时，跨指示器125的电压（跨分流晶体管的发射极和集电极的电压）是大约0.45 V。

如上所述，分流晶体管305对指示器125进行分流，直至已超过显示阈值。当能量存储装置105的能量高于或大约等于显示阈值时，驱动器电压被施加于指示器125，使得指示器125非活动。当能量存储装置210的能量低于或大约等于显示阈值时，显示器电压被施加于指示器125，使得指示器125活动。换句话说，当分流晶体管305断开时，即当能量存储装置105的能量下降至低于由分压器电路设置的显示阈值时，通过由上拉电阻器310提供的功率，指示器125变为活动。

现在参照图9，图1的指示器电路130可以是电压检测器集成电路800。电压检测器集成电路800可包括供电输入805、地连接810和电压输出815。通过检测能量存储装置105的能量或能量存储电压何时下降至低于显示阈值达检测时间段，电压检测器集成电路800可操作。当超过检测时间段时，电压检测器集成电路800将使电压输出815从大约零电压转变到大约能量存储装置105的能量存储电压或使电压输出815从大约能量存储装置105的能量存储电压转变到大约零电压。以下关于图10和11更详细地解释两种转变。电压检测器集成电路800可被设计为检测大约0.9 V和大约4.8 V之间的能量存储电压。

电压检测器集成电路800提供施加驱动器电压使得指示器125非活动和施加驱动器电压使得指示器125活动之间的急剧转变。

检测时间段是其中在电压检测器集成电路800转变电压输出815之前检测到的能量存储电压必须保持已超过显示阈值的时间量。换句话说，每次超过显示阈值时，所述时间量被重置为零。为了满足检测时间段，显示阈值超过之间的时间量必须超过检测时间段。这可允许其中负载215对来自能量存储装置105的能量具有较大需求的短时间段。当对能量事件的较大需求结束时，能量存储装置105可从大负载需求的短时段恢复并且不超出或超过显示阈值。换句话说，对于要由指示器125指示的准确荷电状态确定，能量存储装置可能未足够耗尽。电压检测器集成电路800可被设计为不在由检测时间段定义的滞后窗口内转变电压输出815。如果例如负载215执行许多高频切换，或者如果负载是短持续时间、强电流汲取负载（诸如，用于照相机的闪光装置），则滞后窗口可允许电压检测器集成电路800不在噪声的时段期间使电压输出815波动。换句话说，滞后窗口允许能量存储电压在检测时间段期间多次超过显示阈值，而电压检测器集成电路800不施加驱动器电压以激活指示器125。

在一些实施例中，用于从非活动状态转变到活动状态的指示器125的慢响应时间和滞后窗口的组合增加检测时间段的时间长度。慢响应时间可以是大约几分钟到大约几小时。参照以上图6和7，通过选择的材料、两个电极的表面面积、电解质的电导率和指示器125的结构布局的组合，可定制慢响应时间。以下关于作为一次性类型指示器的指示器125的化学性质和结构构成更详细地讨论慢响应时间的示例。应该理解，指示器125不限于具有慢响应时间的一次性类型指示器的功能（即，化学性质和结构）。

参照图10，示出开路漏极输出类型电压检测器集成电路820。指示器125电耦合在供电输入805和电压输出815之间。当能量存储电压达到显示阈值时，电压输出815从能量存储电压转变到大约零V。所述转变将驱动器电压施加于指示器125，这激活指示器125。在另一实施例中，泄漏电阻器825可与指示器125并联电耦合以防止或减少漏电流流经指示器125并且过早地（即，在超过显示阈值之前）激活指示器125的可能性。开路漏极输出类型电压检测器集成电路820的示例是ROHM低电压标准CMOS电压检测器集成电路，型号BU48xx系列。特定示例是BU4812。

开路漏极输出类型电压检测器集成电路820可耦合到电池的壳体，被放置在电池上的标签上或被并入在电池上的标签内，或位于电池壳体的凹入区域中，所述凹入区域被调整尺寸以适应开路漏极输出类型电压检测器集成电路820的尺寸。电池壳体上的凹入区域可以是在电池的端子周围的凹槽。在另一实施例中，所述凹入区域可位于电池壳体上的任何地方。例如，凹入凹槽可位于电池的任一端子，或者凹入沟槽可位于电池的两个端子之间的电池壳体中的螺旋凹槽中。

现在参照图11，CMOS输出类型电压检测器集成电路830。在这个实施例中，指示器125电耦合在电压输出815和正电池端子连接805之间。当能量存储电压达到显示阈值时，电压输出815从大约零V转变到大约能量存储电压。电压输出815的转变将驱动器电压施加于指示器125，所述驱动器电压激活指示器125。CMOS输出类型电压检测器集成电路830的示例是ROHM低电压标准CMOS电压检测器集成电路，型号BU49xx系列。特定示例是BU4912。在另一实施例中，电压检测器集成电路800可以是反向逻辑电路。在这个实施例中，可使电气连接反向以适应反向逻辑电路。

CMOS输出类型电压检测器集成电路830可耦合到电池的壳体，被放置在电池上的标签上或被并入在电池上的标签内，或位于电池壳体的凹入区域中，所述凹入区域被调整尺寸以适应CMOS输出类型电压检测器集成电路830的尺寸。电池壳体上的凹入区域可以是在电池的端子周围的凹槽。在另一实施例中，所述凹入区域可位于电池壳体上的任何地方。例如，凹入凹槽可位于电池的任一端子，或者凹入沟槽可位于电池的两个端子之间的电池壳体中的螺旋凹槽中。

一旦激活，指示器125可具有有限的使用寿命。指示器电路130可允许指示器125保持待机或保持在非活动状态并且保持它的使用寿命，直至需要指示能量存储装置105的荷电状态。换句话说，在长时段的存储或不使用之后，指示器125仍可能能够指示能量存储装置105的荷电状态。另外，指示器电路130可不允许指示器125在长时段的存储或不使用期间消耗来自能量存储装置的能量。在一些实施例中，指示器电路130可仅允许指示器125的单个激活。换句话说，当超过显示阈值时，指示器电路130激活指示器125并且它保持活动，而不管能量存储装置105的荷电状态的任何进一步变化（即，超过显示阈值）。例如，显示阈值可被设置为处于大约1.2 V，并且电池可被加载到其中电池电压下降至低于1.2 V的程度。照此，指示器电路施加驱动器电压以激活指示器125。如果负载从电池被去除并且电池电压恢复到1.2 V以上，则指示器电路130将不使指示器125变为不活动，直至达到滞后重置电压（在电压阈值以上大约50 mV）。

“一次性”类型的指示器可被使用以便锁定超过显示阈值的指示。一次性类型指示器可具有定义一次性指示器的非常短的激活的寿命的化学成分和结构。例如，一次性类型指示器可仅持续大约一小时到大约一周。在寿命的末尾，一次性类型指示器可保持（即，锁定）在它的还原或彩色状态，并且甚至在电池放电超过最小电压以对一次性指示器供电之后继续显示低电池消息。当指示器125被锁定在它的还原或彩色状态时，图1的荷电状态指示器100将指示放电的能量存储装置105，而不管多少能量存储电压被放电（例如，为零V）。在一个实施例中，通过仅具有在预定激活时间内使用的有限量的活性材料，指示器125可以是一次性类型指示器。所述活性材料可以是PEDOT:PSS。

在另一实施例中，图1的指示器125可以是一次性类型指示器，所述一次性类型指示器是放置在热致变色纸上的熔丝。热致变色纸可为用户提供熔丝的清楚的可见性。所述熔丝可以是编织到热致变色纸中的电阻丝或应用于热致变色纸的印刷导体。印刷导体实施例可包括印刷厚度和印刷宽度以定义其中熔丝将会使热致变色纸变色或烧坏热致变色纸的熔丝电流。所述熔丝可被并入在电池的标签中，并且在烧坏或激活熔丝之后显示阴影线（dash），由此将代表满电池的字母“F”转变为代表放电电池的字母“E”。换句话说，当超过显示阈值时，熔丝电流被施加于熔丝。熔丝电流产生热量，所述热量在“F”的最低部分使热致变色纸变色或将烧坏标记施加于热致变色纸以将“F”转变为“E”。在另一实施例中，熔丝可显示符号或消息而不是阴影线。

热致变色纸可以是镀覆有固态混合物的纸产品，所述固态混合物包括染料和合适的基质。当所述基质被加热至超过熔点时，染料与热致变色纸上的酸发生反应并且变为彩色形式（例如，从纸产品的颜色变色）。当热量被去除时，所述基质冷却并且凝固以保留彩色形式。热致变色纸的示例包括传真纸或热致变色指示器。热致变色纸也可包括当暴露于热时变色或烧坏的纸产品。在一个实施例中，熔丝耦合到图11的CMOS输出类型电压检测器集成电路830作为指示器125。当超过显示阈值时，CMOS输出类型电压检测器集成电路830将会将驱动器电压施加于熔丝。熔丝将装入能量存储装置105，并且“锁定”所述电压以保持供电。熔丝被配置为在由熔丝的特性定义的烧坏时间内从闭路状态转变为开路状态（即，熔化或毁坏熔丝）。在熔丝被供电的同时，它将产生热量，所述热量将使热致变色纸、薄膜和/或涂层变色、烧坏或改变热致变色纸、薄膜和/或涂层的颜色形式。熔丝的特性包括导体的尺寸（即，在印刷导体的情况下的印刷厚度和印刷宽度）和制成熔丝的材料的类型。烧坏时间可变化，并且可取决于施加于熔丝的熔丝电流的量。烧坏时间必须小于用于从闭路状态转变为开路状态的时间。示例是在大约60 mA的熔丝电流的小于一秒的烧坏时间。

在另一实施例中，指示器电路130可允许指示器125的多次激活。换句话说，基于能量存储装置电压是否低于显示阈值，驱动器电压被施加于指示器125。如果能量存储装置电压低于显示阈值，则施加驱动器电压。如果能量存储装置电压不低于显示阈值，则不施加驱动器电压。

在所有实施例中，通过导电胶、焊接、熔接、机械紧固件（诸如，压缩夹或铆钉）或通过部件的交叠印刷以形成印刷物之间的导电桥，可实现荷电状态指示器100的部件的电气耦合。导电胶可被用于使荷电状态指示器100内的连接点之间的电阻最小化。另外，第一引线115和第二引线120和附图中示出的任何其它电路迹线通常被示出，并且不代表需要的所有电路迹线。

指示主电池单元何时可能需要替换的步骤可包括：检测具有至少一个步进指示器的主电池单元的主电池单元电压；当主电池单元电压大于显示阈值时，利用指示器电路将驱动器电压施加于指示器，使得指示器非活动；以及当主电池单元电压小于显示阈值时，利用指示器电路将驱动器电压施加于指示器，使得指示器活动。所述指示的方法还可包括：使至少部分地被指示器覆盖的彩色背景变色。将驱动器电压施加于指示器的步骤可包括：当主电池单元电压大于显示阈值时，对指示器进行分流，使得指示器非活动；以及当主电池单元电压小于显示阈值时，停用跨指示器的分流晶体管，使得指示器活动。指示的方法还可包括：当主电池单元电压大于显示阈值时，利用辅助电池单元电压对指示器进行偏置，使得指示器非活动。步进指示器可被形成在标签上，耦合到标签，或形成在标签上并且耦合到标签，并且最后的步骤可以是应用在主电池单元周围形成的标签。

荷电状态指示器可被用于提供电池中剩余的能量或电荷的量的视觉指示。荷电状态指示器被配置为忍耐长时段的不使用或存储并且仅当需要电致变色显示器时使用电致变色显示器。这确保：尽管电致变色显示器的短暂的使用寿命，但荷电状态指示器可加以应用。用户将不需要驱动任何接触器以对荷电状态指示器进行通电，采用任何步骤以激活荷电状态指示器，或干预荷电状态指示器以显示电池的荷电状态。待机时段能够延长多年。例如，指示器可保持在非活动状态长达大约5年且甚至长达大约10年，并且当超过显示阈值时仍然合适地起作用。一旦激活，指示器将在大约3小时到大约4小时内理想地“冻结”，并且保持彩色，而不管进一步的电池电压变化或缺少用于对指示器进行供电的电压。大约3小时到大约4小时延迟被期望来避免当电池电压在短时间内在重脉冲负载下下降但电池仍然未放电时（诸如，由负载导致的重能耗的时段）的过早警告。

本文公开的尺寸和值不要被理解为严格地局限于叙述的精确数值。替代地，除非另外指定，否则每个这种尺寸旨在表示叙述的值和围绕该值的在功能上等同的范围。例如，公开为“40 mm”的尺寸旨在表示“大约40 mm”。

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