专利名称：具有内置指示器的消费电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池，尤其涉及具有内置指示器以传达电池充电状态的电池。
对照相关待批申请的交叉参考该申请涉及以下全部在1998年4月2日提出申请的共同待批公有申请美国专利序号09/054,192，Vladimir Gartstein和Dragan D.Nebrigic发明的题为“PRIMARY BATTERY HAVING A BUILT-IN CONTROLLER TO EXTEND BATTERY RUN TIME”的申请；美国专利序号09/054,191，Vladimir Gartstein和Dragan D.Nebrigic发明的题为“BATTERY HAVING A BUILT-IN CONTROLLER TO EXTEND BATTERY SERVICERUN TIME”的申请；美国专利序号09/054,087，Vladimir Gartstein和Dragan D.Nebrigic发明的题为“BATTERY HAVING A BUILT-IN CONTROLLER”的申请；以及美国临时申请序号60/080,427，Vladimir Gartstein和Dragan D.Nebrigic发明的题为“BATTERY HAVING A BUILT-IN CONTRILLER TO EXTEND BATTERY SERVICERUN TIME”的申请。所有上述的申请通过参照结合于此。
背景技术：
用户在很多应用中都使用电池，例如在收音机、手电筒、时钟、CD播放机、照相机、蜂窝式电话、电子游戏机、玩具、寻呼机和计算机装置等便携式电子装置中。这些装置的操作需要在装置中有充电充足的电池或可以替换。便宜的电子装置通常不给出电池剩余寿命的指示。因此，在装置停止工作之前，消费者得不到电池将要失效的警告。
消费电池通常用于这种装置，消费电池的特征是具有标准的尺寸和标称接线端电压，并且它相当便宜。消费电池实例所包括的电池通常被指定为AAAA，AAA，AA，C，D，棱柱形9V电池，还可以包括用于车辆中的较大电池。消费电池的特征是它们通常被设计成用于较宽范围的装置，而不是用于某一特定装置。
一些消费电池提供电压热色标签用于检测电池的充电状态。然而，这种内置电池检测器有多个缺点。首先，热色标签在精度方面有限制，有时差不多百分之二十偏离电池的充电状态，这是由于制造的变化性和电池的温度等因素。其次，热色标签耗散了大量的能力，而且只在消费者按下标签手动激活它时才提供指示。因此，消费者不能容易地检查电池，而是必须忍受将电池从装配或装置中拿出并紧紧按住热色标签一段时间的麻烦。
用于电池供电电子装置中的更复杂电池管理功能得到了发展。例如便携式摄像机和手提电脑通常根据放电的电池给出即将关机的警告，甚至可以估计电池的剩余时间。然而，这种指示功能需要昂贵和复杂的电路，它会大大地增加电子装置的成本。例如，一般用于这种电路的低性能微处理器的成本通常是消费电池中限制的成本，也包括许多便宜的电池供电装置。此外，这种电路通常只用于一种电池，它太大了以致于无法组合入电池本身，并且它要求电子装置具有关于电池的指示器。
在一些特殊的应用中，例如航空航天器，电池管理功能可以被组合入电池系统或包装中。虽然，间隔、重量和功耗可能都是这种应用所关心因素，但是，消费电池尺寸约束所强加的限制是最苛求的。此外，在特殊应用中通常不关心这种电路的成本。然而，对于低成本消费电池就不支持这种功能性。
发明内容
本发明用组合入电池外壳中的指示系统，满足了这些和其它需求，指示系统包括指示器控制器，它响应同样位于电池外壳中伏打电池的内部电极电压。该指示系统还包括一个由指示器控制器控制的指示器。在一些实施例中，提供的指示系统包括脉冲指示器，在另一些实施例中，是如线条图形的模拟指示器。
本发明的另一方面，提供了结合有指示系统的符合标准外部尺寸和标准接线端电压的消费电池，该指示系统读出伏打电池的电极电压并控制指示器。因此消费电池将这些特征组合入标准尺寸的外壳中。
本发明的又一方面，提供了指示充电状态的方法，它包括用内置集成电路检测电池外壳中伏打电池的电极电压，将电极电压和参考电压比较，并当电极电压降到低于参考电压时指示充电状态。尤其，该方法还提供了随着电极电压降到低于阈值，升压电池接线端电压的方法。
在本发明的再一方面，提供了一种电池，其中功率读出电路读出存储在电池中的充电量，并产生表示存储充电量的条件电压以控制电池外壳表面上所提供的指示器。
此外，还提供了一种电池，其中手动激活致动器闭合闩锁，以将伏打电池的内部电极电气耦合到外表面上的电池接线端。
此外，使用带停步振荡器的功率状态机，提供了包括功率转换器以升压电池接线端电压的电池。
这些特征中的每一个，分别或以各种组合完成以增强消费电池。在以下的描述中本发明的这些和其它优点将更加明显。
附图概述结合并组成说明书一部分的
了本发明的实施例，它和以上给出本发明的一般描述和以下给出实施例的详细描述一起，用于解释本发明的原理。
图1是具有结合入电池外壳的内置指示系统电池的透视图，它表示一种线条图形形式的指示，还显示了检测器致动器按钮形式的交互用户控制。
图2是图1电池的剖视图，它显示了介于基本与备用伏打电池电极和电池接线端之间的内置电池集成电路。
图3是没有外壳的部分拆散电池的分解透视图，它显示了与基本伏打电池相连卡配(snap-on)的内置电池集成电路，还显示了另一种脉冲指示器形式的指示器，例如发光二极管(LED)。
图4是图2电池的电框图，它表示了内置电池集成电路以及它和电池其它部件的关系。
图5是参考图4功率转换器的一种实施。
图6是图5中带有停步振荡器的功率控制状态机的特殊实施。
图7是参考图4内置电池集成电路中指示器控制器的一种实施，它提供了脉冲型指示器的控制，例如发光二极管(LED)指示器或液晶二极管(LCD)指示器。
图8是如图4中内置电池集成电路的主要部件所示，指示器控制器的另一种实施，它提供了对线条图形型指示器的控制，并提供了按下测试指示。
图9是图2和4电池的电压关于时间的曲线图，其中开始电池电压是基本伏打电池的电压，之后先降到低于参考电压，最后低于截止电压，这时电池电压切换到备用伏打电池的电压。
图10是图7和9中内置电池集成电路的电压示意图，当基本伏打电池电压从参考电压降到截止电压时，它发出增大频率脉冲的指示。
图11是图8和9中内置电池集成电路的电压示意图，其中当基本伏打电池电压在参考电压和截止电压之间时，缓冲基本伏打电池电压转化成符合线条图形指示器相应范围的标准信号。
本发明的详细描述参考图1，显示了带有组合入外壳12中指示系统11的电池10，特殊地以下将侧壁14称为“标签”。所显示的说明性实例是圆柱形消费电池10，例如AAAA，AAA，AA，C或D，尽管指示系统11也可被组合入其它类型的电池10，例如棱柱形和其它多单元电池组。
指示系统11第一实例的外表面可视部分包括模拟指示器13，其形式为两端标有“FULL”和“EMPTY”的基本伏打电池线条图形13a。显示的模拟指示器13还包括标有“RESERVE”的备用伏打电池线条图形13b，尽管这种分离的指示可以是基本电源(未图示)的计算部分。此外，多个电源(未图示)可累加于基本线条图形13a上，而不用备用线条图形13b。显示的标签14包括检测器致动器按钮15，它如下所述有利地提供了指示系统11的手动控制，尽管可以理解成本发明的实施例可能完全自动。
参考图1和2，外壳12还包括在相对两端上的顶盖16和底盖18，顶盖16的外部延伸表面形成了正接线端20，底盖18的外部延伸表面形成了负接线端22。所示的外壳12中装入了电池10的其它部分，其它部分被标签14包围或结合入标签14中。本领域熟练的技术人员将理解到其它外壳也可以大体装入电池的其它部分。例如，无绳电话可以包括双单元电池(未图示)，其中两个电池具有其各自的外壳，它们被压缩包装在一起，并能看见各自的外壳部分。
参考图2，它显示了图1电池10的剖视图，说明了本发明的几个方面。只是一般显示了电池10的内部结构，如基本伏打电池30，由于指示系统11适用于较广范围的电池。基本伏打电池30可以是电化电池，例如锌碳、锂、碱性、镍镉电池等等。此外，基本伏打电池30可以具有其它的电源存储装置或产生装置，如电动器件的、太阳能的等等。此外，基本伏打电池30可以包括多个离散的电源。基本伏打电池30包括基本伏打电池正电极32(负接线端)和基本伏打电池负电极34(正接线端)，负电极34和负接线端22电气接地。分隔器28位于正接线端34和负接线端32之间。基本伏打电池正电极32通过基本绝缘正导线52和内置电池集成电路50电气耦合。图2的电池10只是说明性的，对于本领域熟练的技术人员很明显的是它可以被改变成各种能量源。例如可以要求附加的结构，如集电器耦合。
如图2所示的特定实施包括在外壳12中的备用伏打电池30’。备用伏打电池30包括备用伏打电池正电极32，它通过备用绝缘正导线54和内置电池集成电路50电气耦合。备用伏打电池30’还包括备用伏打电池负电极34’，它电气接地到负接线端22上。虽然所示的备用伏打电池30’为较可观的尺寸，但是要理解备用伏打电池30’可以是较小的尺寸，依照自动或手动的命令将电池的寿命延长一小段时间。手动开关有利于迫使用户意识到电池10不久将用尽了，尤其在电池10不是很容易被看见以检查标签14的装置中。在这种实施中，标签14可以包括激活装置，如检测器致动器按钮15，虽然以下实施涉及自动开关。预定小尺寸的备用伏打电池30’允许基本伏打电池30接近于消费电池伏打电池的典型大小。
通过为指示系统11提供空间，电池的寿命不会大大地降低，由于内置电池集成电路50被正接线端20部分包围，正接线端20比典型电池的顶端宽，并形成了拉长的空腔51以装入内置电池集成电路50的至少一部分，以此保持基本伏打电池30的高度。以下所述说明性电路的操作优点也显示了内置电池集成电路50减少功率消耗的特征，以及从电池10中榨取额外功率的功率转换能力以超出电池寿命的期望，尤其在低于1伏特的范围内。因此，内置电池集成电路50的自动特征通常不会大大降低寿命。
参考图3，显示了部分拆散的电池10，其外壳12被移去以显示卡配的内置电池集成电路50’到基本伏打电池30。注意到电池10的该实施不包括备用伏打电池30’。该图建议了一种标准的AA型消费电池；然而，这种装配适于宽范围的电池类型，例如AAAA，AAA，C，D或棱柱形电池。在一些实施中，顶盖16是结合(在三点处)到电池10上标签14的虚顶盖。当电池10被装配起来时，卡配的内置电池集成电路50’和顶盖16在操作上接触。在说明性的实施中，通过使正导体盘56与基本正电极32接触，使负导体盘58与基本负电极34接触，以卡配内置电池集成电路50’，其中正和负导体盘56、58通过接地母线60物理耦合，接地母线60可以是标签14的一部分。接地母线60还包括信号导体62，使得如发光二级管(LED)或液晶显示器的脉冲指示器64可以由内置电池集成电路50’供电，脉冲指示器64在接地母线60上通过接地导体66接地。当电池10装配起来时，脉冲指示器64至少一部分可见。
卡配的内置电池集成电路50’还包括正导体盘56和柔性电路板70之间的绝缘层68。接地导体66和正导体盘56通过线路72和74分别与柔性电路板70电气耦合。用本领域熟练的技术人员所显而易见的流行的或其它构造技术可以卡配备用伏打电池30’(未图示)。
通过以下技术可以将卡配内置电池集成电路与电池10的其它部分持久地连接，这些技术包括，但不限于(1)熔融；(2)导电胶；(3)夹紧；(4)金属Velcro-Velcro连接；或(5)电池盒装配。
柔性电路板70包括与柔性绝缘薄片(或层76)结合的一排导体(未图示)，绝缘层如聚酯或聚酰亚胺例如1mil厚的Kapton，柔性电路板由单层或双边柔性电路技术构成，尽管也可以使用附加层。在应用中使用柔性电路，电路通常被设计并策划特别适于预期的应用。通过将部件和连接配置在电路板上，减少了器件连接的数目，这样导致了低噪声并增加了可靠性。此外，柔性电路板方法改良了系统的效率，使得达到了千兆赫范围的时钟速度。柔性电路板70的集成电路50电子元件最好是可以表面装配的硅基片结构或注入薄层76中的电路小片，用于保护以及更经济的封装。集成电路容积的减小是一个优点。因此柔性电路提供了高质量的封装密度，动态绕曲，模拟和数字装置的连接和接触点，以及复杂几何设计的可靠性。柔度和薄度还允许柔性电路板70组合入电池10的其它部分，包括标签14。
参考图4，显示了图1和2中电池10的电框图。通过各自负电极34、34’与接地导体34″(或负电极)电气耦合，以及各自的正电极32、32’和备用开关78连接，基本伏打电池30和备用伏打电池30’并联。备用开关78默认为通过基本伏打电池正电极32的电压，在响应内置电池集成电路50的命令时，它改变状态以通过备用伏打电池正电极32’的电压。备用开关78的输出形成了最终的正电极32″，它和内置集成电路50电气耦合，具体而言它和内置电池集成电路50中的闩锁88和功率转换器90电气耦合。
包括闩锁88的优点是延长电池10的存放寿命。在第一次使用之前，闩锁88原来是打开的，以防止电源启动内置电池集成电路50的其它部分，而产生功率损耗。闩锁88的一个实例是单稳态多谐振荡器。
闩锁88的优点是由检测器致动器92控制。检测器致动器92和检测导体34″及最终的正电极32″都电气耦合。作为对用户动作的响应，检测器致动器92提供一个输出到闩锁88以闭合闩锁88。因此，闩锁88保持闭合。检测器致动器92还提供输出到指示系统11，如图4中所反映的通过所示到指示器控制器100的连接。检测器致动器92对指示系统11的手动输入可用于启动或引导没有自动启动装置的指示系统11；在指示系统否则就要失败(例如高充电状态)的情况下，启动或引导指示系统；或者如这里为图8所描述的，通过将信号直接提供给模拟指示器而旁路内置电池集成电路50；或者在对本领域熟练的技术人员所显而易见的其它应用中。
一旦闩锁88闭合，然后最终的正电极32″就和前级泵102电气耦合，基于电源的充电泵就试图将电源提供给内置电池集成电路50的其它部件，如指示器控制器100和电压参考104，例如集成带隙电压参考。电压参考104向指示器控制器100和功率转换器90输出稳定的电压参考信号。
指示器100和模拟指示器13电气耦合，并将正向控制106信号提供给功率转换器90。功率转换器90与电池10的正接线端20和负接线端22电气耦合。此外，在起动期间，功率转换器90向前级泵102提供电涌输入，如以下将结合图6所讨论的。
在本发明的实施中，内置电池集成电路50不包括功率转换器90，它具有断开的闩锁88以截止前级泵并截止指示系统11。在图4-6所示的实施中，当前级泵102被截止时，除了指示系统11不能工作外，正接线端20也不接收电池功率。
本领域熟练的技术人员可以理解内置电池集成电路50执行电源检测电路的功能，在这种情况下是通过检测一些适当电化伏打电池的电极电压。然而，也可以使用其它电源检测方法，例如当电源以电磁场，大量燃料，或动能的形式存储时。多种形式的能量源可以是这种指示系统11的候选物，由于指示器13不需要直接被电极电压驱动，而是由条件电压驱动。
参考图5，它详细显示了图4中功率转换器90的一种实施，它包括输入电容器C1，电感器L，MOSFET开关2(“SW2”)，MOSFET开关3(“SW3”)(对于试图启动电压的功率转换器90典型的为Schottiky二极管)，输出电容器C2，和带有停步振荡器的功率控制状态机110。功率转换器90从最终的正负电极32″和34″接收输入电压，输入电容器C1跨接正负电极以输入稳态，尤其在伏打电池30和30’远离分离转换器90时。典型的电容器C1可以是钽醚结构或是聚合物电容器。功率转换器90将输出电压提供给正负接线端20，22，输出电容器C2跨接在正负接线端上，它可以是低ESR型钽电容器，或聚合物，或是其它类型具有低等效串联电阻(ESR)的电容器。可以理解功率转换器90在包装中形成，它具有电容以提供输出电容器C2。
电感器L具有与正电极32″连接的第一端，以及与SW2和SW3之漏极连接的第二端。SW2的集电极和衬底连接到负电极34″。带有停步振荡器的功率控制状态机110连接到SW2的栅极和漏极；SW3的栅极；负电极34″；SW3的漏极、衬底和集电极，并输入到功率转换器90的外部，包括上述的前级泵102、电压参考104、和正向控制106，以下通过参考图6将更详细的讨论。
参考图6，显示了图5中带有停步振荡器的功率控制状态机110的实施，它包括带有充电泵蓄电池的启动电路112、振荡器114、误差放大器116、启动步骤控制逻辑0伏输出检测器118，调节器120、SR触发器122、和多路复用器、逻辑转换器&防交叉导电级124。参照负电极34″，带有停步振荡器的功率控制状态机110的每个部件都部分偏置。
期望的是即使当电池10没有完全充电时，功率转换器90也能控制与电池10相连负载(未图示)所要求的电涌，使得通过电感器L的正电极电压流向带有充电泵蓄电池的启动电路112，它依次驱动振荡器114、启动步骤控制逻辑0伏输出检测器118、和多路复用器，逻辑转换器&防交叉导电级。否则，如果该要求使内置电池集成电路被不适当地驱动，带有停步振荡器的功率控制状态机110的运作就不可预知了。
振荡器114为带有停步振荡器的功率控制状态机110的定时部件提供稳定的频率，具体而言就是启动步骤控制逻辑0伏输出检测器118和调节器120。
误差放大器116将正接线端20的Vout信号和电压参考104的参考电压比较，并将误差信号提供给启动步骤控制逻辑0伏输出检测器118。
启动步骤控制逻辑0伏输出检测器118根据误差信号，调节发送到SR触发器122的占空比信号，当误差信号为正时占空比增大一级，当误差信号为负时，占空比减小一级。此外，启动步骤控制逻辑0伏输出检测器118为了检测0伏(也就是电池短路的情况)，接收正接线端20的Vout信号，使得通过减小占空比信号而减小电池输出。启动步骤控制逻辑停止控制器为轻负载执行长期不连续模式，使得该效率不会产生危害。
通过使占空比信号位于S输入端，和使调节器120将时钟频率和振荡器114相同的调节信号提供给R输入端，SR触发器122产生驱动信号。
多路复用器，逻辑转换器&防交叉导电级124接收驱动信号用于准备输出信号，以充分驱动SW2和SW3的栅极进入饱和区。防交叉导电级动态地调整基于正向控制信号和Vout信号的栅极间的空载时间。
参考图7，显示了参考图4中指示器控制器100a的一种实施，它被构造成用于如图3所示的脉冲指示器。指示器控制器100a包括电压阈值检测器130，它监测电极电压，并当伏打电池降到低于电压阈值一段预定时间时，输出阈值信号。阈值信号启动或引导指示系统11的其余部分，使得提供脉冲指示。
电压阈值检测器130读出的电极电压可以根据电池10负载(未图示)的变化而波动。例如，在电涌期间例如大约100ms较大的电流波峰，以及电极电压中相应的下降对于很多装置是很典型的，尤其在启动期间。为了防止指示系统11的错误警告，电压阈值检测器130包括差分输入滞后Schmitt触发器A，它将正电极32″和参考电压比较，例如电压参考104为1.4V。从分压器电阻Ra和Rb中读出电极电压，其中电阻Ra的第一端和电阻Rb的第一端都电气耦合到滞后Schmitt触发器A的正向输入，电阻Ra的第二端电气耦合到正电极32″，并且电阻Rb的第二端电气耦合到负电极34″。电阻Ra和电阻Rb的接合点被确定为是上述正向控制106向功率转换器90提供的源头。选择Ra和Rb的值，使得通过Ra和Rb串联组合的功率损耗较小，并使得当和参考电压比较时，达到指示系统11的期望导通电压。
滞后Schmitt触发器A的输出连接到MOSFET开关SW4的栅极，SW4的漏极由前级泵102驱动。SW4的衬底和集电极电气耦合，以偏置指示器控制器100a的其余部分，尤其是单输入反相滞后Schmitt触发器B，差分输入滞后Schmitt触发器C和运算放大器(Op Amp)D。运算放大器D接收来自正电极32″的输入，并将缓冲正电极电压作为输出提供给差分输入滞后Schmitt触发器C的正向输入。Schmitt触发器C的负向输入电气耦合到反相Schmitt触发器B的输入。电阻R1具有连接在反相Schmitt触发器B的输入和输出之间的第一端。此外，电容器C3连接在反相Schmitt触发器B的输入和负电极34″之间。选择电阻R1和电容器C3的值，使得它们和Schmitt触发器B的组合形成一个低频振荡器132，以将脉冲指示器的频率输入提供给Schmitt触发器C的负向输入。由于缓冲正电极电压在Schmitt触发器C的正向输入处衰减，因此Schmitt触发器C的输出脉冲串具有增大的占空比，它用于控制MOSFET开关5栅极。MOSFET开关5的衬底和集电极连接到负电极34″，MOSFET开关5的漏极连接到脉冲指示器64。开关SW5是一个高阻抗开关，使得它可以直接连接到如LED或液晶显示器(LCD)的脉冲指示器64，而无需限流电阻。
参考图8，显示了用于模拟指示器的第二指示器控制器100b，例如图1的模拟指示器13。以上图7中的讨论也适用于图8中的Schmitt触发器A，开关4(SW4)，和运算放大器D。该结构中没有低频振荡器132，取而代之的是运算放大器D发出的缓冲正电极电压电气耦合到差分输入滞后Schmitt触发器E的正向输入。差分输入滞后Schmitt触发器的负向输入电气耦合到电压参考104。差分输入滞后Schmitt触发器E的输出电气耦合到模拟指示器13。
图8中还显示了参考图4中检测器致动器92的另一种实施。检测器致动器92在指示器控制器100b的输出端(也就是运算放大器E的输出)处直接连接到线条图形指示器13。检测器致动器按钮15(图1)电气闭合第一触点136和第二触点138。第一触点136将正电极32″和线条图形指示器13电气耦合。第二触点将线条图形指示器13和电阻Rt的第一端电气耦合，电阻Rt的第二端电气耦合到负电极34″。因此，在电池10不在插槽中或者电池10没有外部负载的情况下，检测器致动器92就施加一个适当的人工负载(电阻Rt)，使得电极电压能反映电池10的充电状态。电阻Rt可以印在标签14上，或集成在柔性电路板70中，并被调整成用于特定线条图形指示器的适当刻度。
参考图7和8，其优点在于，滞后Schmitt触发器A的输出还和备用开关78相连接，使得当读出低电极电压时，使用备用伏打电池30’。
参考图9，该电压曲线图说明了如图4中所示内置电池集成电路的运作。在第一阶段中，直接在制造之后，电池10具有完全充电内部基本电池的电极电压(“基本电池”)，它与内置电池集成电路50电气断开，最好也和电池接线端20，22(“接线端”)断开。接线端20，22后来的隔离不仅减小在延长闲置时间内漏电的可能性，还提供了安全。例如锂电池在快速放电期间可能会发热并爆炸，例如如果在存储中，接线端20和22不小心短路。
在T0时刻，基本电池电极32，34分别通过如闩锁88电气耦合到接线端20和22，因此也将电源提供给内置电池集成电路50的至少一部分，例如前级泵102、电压参考104和Schmitt触发器A。当电极电压超过参考电压时，接线端电压随着第一阶段的剩余部分跟踪基本伏打电池的电压。
在T1时刻，第二阶段以电极电压低于参考电压为起点，从而使功率转换器90和指示系统11被自动激活。因此，电极电压继续下跌，同时功率转换器90使接线端电压在一较高电压处保持相对稳定。以下根据图10和11讨论指示系统11的实例。
如果没有任何备用伏打电池，电极电压将一直降低到截止电压如0.7伏，此后内置电池集成电路不再具有足够的电压以运作。根据该实施，接线端电压要么在重新跟踪电极电压，要么从电极32，34上电气断开。
然而，图9显示的实施包括了备用伏打电池30’。在T2时刻，电极电压达到备用触发器电压，该电压高于截止电压，备用伏打电池30’开始将电源提供给接线端20，22。在第三阶段，备用伏打电极电压以类似于上述基本伏打电池电压的形式衰减，尽管一般它更快一点，所以功率转换器90和指示系统11可以被再次触发。在T3时刻，备用伏打电池电极电压达到截止电压，因此在第四阶段内置电池集成电路50就不工作了。
参考图10，显示了关于脉冲指示器64的第二阶段，如以上图8和10中所述，其中脉冲串在T1处开始，并不断增大频率直到T2时刻，如LED的脉冲指示器64所产生的闪光警告用户电池将要失效。
参考图11，显示了关于线条图形指示器13的第二阶段，如以上图9和10中所述，其中运算放大器E将电极电压(也就是缓冲运算放大器E的输出)转换成线条图形指示器13的相应范围。这种刻度可以将测量电极电压的非线性转换为充电状态，并模拟指示器13的可操作输入范围。
因此，在更广的方面本发明不限于特定的细节，表示的装置和方法，以及所显示和描述的说明性实例。因此，可以脱离这些细节，而不脱离该申请一般发明概念的精神或范围。
例如，虽然较佳地描述了功率转换器90作为内置电池集成电路50的一部分，指示系统11可以组合入电池10中，在电池中伏打电池电压直接提供给电池接线端20，22。另一种方案是，功率转换器90可以全时调节接线端的电压，包括升高和降低通过电极32，34的电压。
作为另一个实例，虽然说明了电化伏打电池30的典型比例和结构，但是内置电池集成电路50可以应用于较宽范围的伏打电池30，包括太阳能的、混合的、电子机械的等等。此外，电池10可以具有任何数量的基本伏打电池30和/或备用伏打电池30’，其中这些电池30，30’串联或并联组合。
作为又一个实例，标签14可以包括各种类型的指示，除了或取代如线条图形指示器的模拟指示器或脉冲指示器64。例如，充电状态信息可以转换成相应的数字表示，以指示一个数字或百分比。此外，充电状态信息还可以转换成相应的时间测量值，例如到电池10放电的剩余时间，这种计算基于平均的、即时的、或预定的放电速率。
作为又一个实例，这里的描述提供给具有检测器致动器按钮15的电池10，它的优点是提供多种功能，例如一开始起动内置电池集成电路50以延长闲置寿命，以及当指示系统就要不起作用时，手动激活指示系统11以确定充电状态。电池10的其它实施可以不具有这些接口或只指定较少的功能，例如不具有闩锁88，那么内置电池集成电路50就将被自动激活。
作为再一个实例，检测器致动器92可以激活内置集成电路50，而无需将电极电压连接到线条图形指示器13，以及在线条图形指示器和地之间连接一个校准电阻Rt。
作为另一个实例，取代或除了可见指示外，指示系统11可以包括音频通信装置。因此，在频率或持续时间上调制的声音可以传达电池将要失效的信息。
可以理解的是最初截止内置电池集成电路50的闩锁88可以省略，并允许电池10始终可用。另一种方案是，闩锁88还可以中断电气耦合到功率转换器90的最终正电极32″，以此断开正接线端20。虽然这需要用户的手动步骤以反映电池10的可用，但是如果想要延长使用寿命，就应该允许该不方便。此外，一些例如锂电池的伏打电池在快速放电时不安全。正接线端20最初的电气脱离提供了安全的测量，避免了不小心的负载引起的电池短路，例如电池掉进了水坑中。
对于没有功率转换器90的本发明的实施，那么闩锁88将直接耦合到正接线端20以获得同样的安全加强。
权利要求
1.一种电池，它包括伏打电池，较佳的为基本伏打电池，包括正电极和负电极，所述伏打电池存储电荷，以在所述正电极和所述负电极的两端产生电极电压；外壳，包括正接线端和负接线端，所述外壳充分包围所述伏打电池；其特征在于，电池包括以下各项中的一个或多个(a)指示系统，它包括指示器和指示器控制器，所述指示器控制器介于所述电极和所述指示器之间，所述指示器控制器响应所述电极电压以控制所述指示器，所述外壳充分包围所述伏打电池和所述指示系统；(b)功率读出电路，它在操作上跨接所述正负电极，以读出电极电压，所述电路产生表示存储电荷的条件电压；所述外壳充分包围所述伏打电池和所述功率读出电路，所述外壳包括在操作上耦合到功率读出电路的指示器，用于在外壳的外部产生对应于条件电压的指示；(c)闩锁，它将所述电极和所述接线端电气耦合，位于所述外壳外部可操作耦合到所述闩锁的致动器响应用户的手动操作命令所述闩锁闭合，较佳的是所述闩锁包含在第一个动作后能保持闭合的单稳态闩锁；(d)指示系统，它包括脉冲指示器和指示器控制器，所述指示器控制器介于所述电极和所述脉冲指示器之间，所述指示器控制器响应所述电极电压，用表示所述伏打电池充电状态的脉冲速率控制所述脉冲指示器，所述外壳充分包围所述伏打电池和所述指示系统；和(e)功率转换器，它在所述电极和所述接线端之间电气耦合，用于将电极电压升压到跨过接线端的接线端电压，功率转换器包括跨过所述电极电气耦合的第一开关，与所述正电极和所述正接线端电气耦合的第二开关，以及带有停步振荡器的功率控制状态机，它在操作上耦合到所述第一开关和所述第二开关，所述外壳充分地包围所述伏打电池和所述功率转换器。
2.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述指示器控制器包括电气耦合到所述电极的电压阈值检测器，所述电压阈值检测器根据所述电极电压降低电压阈值，因此所述电压阈值检测器激活所述指示系统，以此激活指示器。
3.如权利要求2所述的电池，其特征在于，所述指示系统包括电压参考；所述电压阈值检测器包括以下各项中的一个或多个(a)触发器，它耦合到所述电极和所述电压参考；和(b)差分输入滞后Schmitt触发器，它具有第一第二输入端和触发器输出端，所述第一输入端与所述电极电压电气耦合，所述第二输入端与所述电压参考偏置的分压器电气耦合，所述分压器产生预定的电压阈值，所述输出端控制所述指示系统其余部分的电池功率。
4.如权利要求2和3所述的电池，其特征在于，所述指示器控制器还包括由所述电压阈值检测器电气起动的慢脉冲振荡器，并控制所述指示器，较佳的是所述指示器包括脉冲指示器，更佳的是所述指示器包括发光二级管或液晶显示器。
5.如以上任何权利要求所述的电池，其特征在于，还包括由所述外壳充分包围的备用开关和备用伏打电池，所述备用开关介于所述伏打电池和所述备用伏打电池之间，它由所述指示系统控制以选择性地增大所述伏打电池的电荷，较佳的是所述备用伏打电池包括正电极和负电极；所述备用负电极电气耦合到所述伏打电池负电极；所述备用开关可切换地将所述伏打电池正电极和所述备用正电极连接到所述指示系统。
6.如以上任何权利要求所述的电池，其特征在于，所述指示系统还包括正导体、负导体、和接地母线；所述指示器控制器包括柔性电路板，所述正导体和所述伏打电池的所述正电极电气耦合，所述负导体和所述伏打电池的所述负电极电气耦合，所述柔性电路板电气耦合到所述正导体和所述接地母线，所述接地母线电气耦合到所述负导体；所述指示器位于所述外壳的外部，所述柔性电路板电气耦合到所述正接线端，所述负接线端电气耦合到所述负电极，负导体和所述接地母线；较佳的是所述正接线端包括一个其大小和结构能包围所述柔性电路板一部分的顶盖。
7.如以上任何权利要求所述的电池，其特征在于，还包括位于所述外壳外部的检测器致动器，所述检测器致动器响应手动输入，用于将所述伏打电池的所述电极电气耦合到检测电阻的第一端，检测电阻具有电气耦合到所述负电极的第二端，所述检测器致动器还响应手动输入，用于激活所述指示器；较佳的是所述检测器致动器响应用于激活所述指示器的手动输入，可切换地将所述正电极耦合到所述指示器。
8.如权利要求7所述的电池，其特征在于，所述指示器包括以下各项中的一个或多个线条图形指示器、脉冲指示器、发光二级管和液晶显示器。
9.如权利要求7或8所述的电池，其特征在于，所述正接线端电气耦合到所述指示系统，所述负接线端电气耦合到所述负电极，所述电池还包括介于所述电极和所述接线端之间，响应所述检测器致动器的闩锁；较佳的是所述闩锁包括单稳态多谐振荡器。
10.如以上任何权利要求所述的电池，其特征在于，所述指示系统包括功率转换器，它电气介入所述电极和所述接线端之间，用于将所述电极处的电极电压转换成所述接线端处的接线端电压；较佳的是所述功率转换器包括带有停步振荡器的功率控制状态机，用于响应降低到阈值的电极电压，选择性地升高接线端电压。
11.如以上任何权利要求所述的电池，其特征在于，该电池是具有标准外部尺寸和标准接线端电压的消费电池，所述外壳确定标准外部尺寸并包括提供标准接线端电压的正接线端和负接线端。
12.一种用于指示任何如以上权利要求所述带有内置集成电路的电池之充电状态的方法，其特征在于，该方法包括用所述内置集成电路检测表示所述伏打电池充电状态的所述伏打电池电极电压；比较所述电极电压和参考电压；和响应降到低于参考电压的所述电极电压，指示所述伏打电池的充电状态。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括响应检测到低于阈值的电极电压，升压电极电压。
全文摘要
消费电池(10)中柔性电路板(70)形式的内置电池集成电路(50)读出伏打电池电极(32″,34″)的电压,当电压指示为低充电状态时,它激活指示系统(11),警告用户电池将失效。此外,检测器致动器(15)位于电池外壳(12)的外表面上,用于手动激活指示系统(11)检验电池充电量没有变得太低,以致于阻止指示系统的工作。有利的是检测器致动器按钮(15)还能启动内置电池集成电路,因此使所有的内部电子设备都没有动力直到用户决定使用该电池(10)。指示系统(11)包括如线条图形的模拟指示器和/或如LED或LCD的脉冲指示器(64)。
文档编号G01R31/36GK1360741SQ00806625
公开日2002年7月24日 申请日期2000年4月20日 优先权日1999年4月23日
发明者D·D·内布里吉克, V·加斯滕 申请人:宝洁公司