专利名称：用于电池状态指示的系统和方法
技术领域：
本发明涉及电子设备中的状态指示技术，更具体地，涉及电池容量的状态指示。
背景技术：
使用电池作为电源的电子设备的固有缺点是蓄电池容量有限。意外掉电可能导致数据丢失以及其他未曾预料的故障。为了阻止这种事情的发生，一些电子设备提供电池状态(比如，满电池状态、空电池状态或蓄电池可用容量水平)指示来通知用户，这样，用户可以采取一些措施，比如在电池能量耗尽之前保存数据和关闭系统。通常，一个或多个LEDs被用作指示器，把电池状态通知给用户。
应该注意的是，此处的电池状态指的是电池状态、电池充电状态或电池电量(容量)状态。在一个实施方案中，电池容量状态表示剩余的电池容量水平。
一些现有技术给出了用于指示电子设备电池状态的方法和设备。美国专利号为6459242的专利提供了通过将预定时间周期内的脉冲数目和特定的电池状态关联来指示电池电量状态的脉冲数目方法。通过对预定时间周期内的闪光数目计数，用户可以得知相应的电池状态。美国专利号为5629605及美国专利号为5099210的专利提供占空比方法来指示电池状态。LED开状态的时间量与预定周期的比值对应于不同的电池状态。然而，这些方法的缺点是，指示器亮度由于LED开和关状态的突然改变而尖锐地变化，这导致用户视觉上的不舒服。其他问题是，需要长时间来读取脉冲数目或判断LED开状态的时间量与特定周期的比值。
美国专利号为6956478的专利介绍了一种使用多个具有不同颜色的LEDs的方法。这些不同的颜色表示不同的充电状态。这个方法的问题在于，有些用户是色盲的，不能区分不同的颜色。此外，使用多个LEDs可能增加成本。
多个LED标尺的方法(Multiple LED scale method)也通常用于指示电池状态。在该方法中，开状态的LEDs的数目表示相应的电池状态。多个LEDs可以以串联或并联的方式连接至控制器。美国专利号6950030提供了LED串联连接的多个LED标尺的方法。然而，除了多个LED之外，还要求有特定的高压驱动设备以及高压电源。现有技术中也可以找出具有多个独立控制的LED的多个LED标尺的方法。该多个LED并联连接到控制器和驱动设备。然而，除了多个LED之外，还需要多个用于LED控制的相关引脚，其性价比不高。
因此，本发明主要指向方便、可靠、性价比高的电池状态指示方法或设备。
发明内容
在一个实施方案中，本发明仅采用一个LED用于电池状态指示。不同的LED闪光频率对应于不同的电池电量状态。有利地，本发明根据人眼的特征，通过提供合适的LED电流来提供一个平滑的LED视觉亮度变化。
在另一个实施方案中，本发明采用了两个具有不同颜色的LED用于电池状态指示，和仅一个或两个用于LED控制的引脚。满电池状态、空电池状态和中间状态(位于满电池状态和空电池状态之间的状态)用不同的颜色和不同的闪光频率来表示。在中间状态情况下，指示电池容量大小的方法类似于上一个实施方案。根据该方法，提供了多个实施方案。
随着以下详细描述的展开，以及对附图的参考，本发明实施方案的特征和优点将变得显而易见，其中，相同的数字指示相同的部分，以及其中图1图解了LED视觉亮度根据电池电量状态改变的变化；图2图解了视觉亮度和流过LED的电流脉冲之间的关系；图3图解了根据本发明一个实施方案的示例的电池容量指示器系统；图4图解了根据本发明一个实施方案的视觉亮度和为最终获取绿色而穿过绿色和红色LED的电脉冲之间关系；
图5图解了根据本发明一个实施方案的视觉亮度和为最终获取红色而穿过绿色和红色LED的电脉冲之间关系；图6图解了根据本发明一个实施方案的视觉亮度和穿过显示黄色的LED的电脉冲之间的关系；图7A图解了实现本发明的一个方法的装置；图7B图解了实现本发明的一个方法的装置；图7C图解了实现本发明的一个方法的装置；以及图8根据本发明一个实施方案对图7C作了更详细的示意。
具体实施例方式
图1显示的图对应于LED视觉亮度变化速度根据电池电量状态改变的变化。该LED和将电池作为电源的电子设备相关。此处视觉亮度变化速度也称闪光频率。在一个实施方案中，本发明仅使用一个LED，通过改变闪光频率来显示电池的电量状态(SoC)。光源的快速闪光通常和警报或危险联系在一起。利用该条件性联系，用LED快速的视觉亮度变化表示空电池状态是比较理想的。换言之，在本发明的一个实施例中，电池电量状态(SoC)优选地与LED视觉亮度的变化速度成反比。从图1的曲线102可轻松地看到，当电池的容量是满容量的80％～100％时，视觉亮度的变化速度是最低的。当电池的容量降到满容量的0％～20％时，如曲线104所示，提供高的视觉亮度变化速度。在替代实施方案中，也可以通过完全调节LED至没有亮度变化的开状态，实现满电池状态指示。而且，也可以通过完全调节LED至没有亮度变化的关状态，实现电池严重放电状态指示。
此外，考虑视觉舒适性，从图1可以看出上面所提的LED不是通过突然打开和关闭LED来实现闪光，这与一些常规方法的做法不同。相反地，LED的视觉亮度是被逐渐改变的。比如，图1的曲线102示出了具有1-2秒持续时间的三角形的亮度变化曲线。视觉亮度先是线性增加，到达某一特定点后开始下降。接着，视觉亮度逐渐变暗直至LED完全关闭。有利地，LED亮度的这种逐渐变化对用户而言视觉上更为舒服。而且，更为优选的是考虑人眼的感知特性，使最快的亮度闪光频率低于5HZ。比如，如图1所示，1～2秒内包括了5个循环的亮度变化曲线，即闪光频率在2.5～5HZ范围内，其值低于5HZ。
还应该注意到电池SoC和相关LED的亮度变化的关系并不限于反比关系。而且，还可以采用替代的关系，比如，还可以选择直接的比例关系。
已知的是，人眼对亮度有对数感知的特性。因此，为了生成亮度线性变化的视觉效果，流过LED的平均电流水平(current level)应该以指数形式生成。如图2所示，实线204是线性亮度曲线，而虚线202是相应的指数LED平均电流曲线。
然而，生成一个连续的指数控制电流给LED并不容易，特别是对于数字逻辑电路，如微处理器。为解决这个问题，提供一个流过相关LED的脉宽调制电流(PWM)206，以模拟指数平均电流，如图2所示。PWM脉冲频率可以在50HZ到500HZ范围内(即5ms至20ms周期)或甚至更快。通常，目标在人眼视网膜上约停留0.1秒，因此，人眼不能觉察到这些频率在50HZ到500HZ范围内的高频脉冲。相反地，亮度的逐渐变化是可以被觉察到的，如本发明图中的视觉亮度迹线所示。脉宽以一种可以生成虚线所示指数电流控制信号的方式被调制。脉冲的最大占空比应该低于50％。
从图2可以看出，PWM频率应该高于视觉亮度变化频率，或闪光频率。如此前讨论过的，闪光频率根据电池电量状态而改变，如图1曲线所示。由于PWM频率保持恒定，当电池电量状态高时，如80％～100％，一个闪光周期内的PWM信号的脉冲数目增加。调整每个闪光周期内的PWM信号脉宽，以生成和视觉亮度相关的周期性三角波。
图3显示了根据本发明一个实施方案的实现上文所述方法的指示器系统。该系统包括LED302，指示器控制器300，电池304以及电池监控器306。在图3的实施方案中，LED302连接至指示器控制器300。施加于LED上的正极电压是LED的电源。正极电压可以从功率调整器、系统供电轨或从任何其他校准过的电源处获取。电池监控器306可以是常见的连接至电池304用于测量电池容量状态的部件。而且，电池监控器306提供表示电池状态，如剩余的电池容量水平的反馈信号给指示器控制器300。通常，指示器控制器300用于控制和驱动流过LED的平均电流，以及根据反馈信号生成视觉亮度变化，如图1和图2所示。在一个实施方案中，指示器控制器300可以被集成到电池监控设备或独立地连接到电池监控器306。
指示器控制器300包括脉宽调制器310。为了生成周期性指数平均电流，脉宽310可以调整PWM信号的脉宽。因此，可以生成三角形式的视觉亮度变化，如图1和2所示。在一个实施方案中，亮度变化速度由指示电池状态的反馈信号来确定的。因此，将LED闪光频率和电池状态关联，通过观察不同的亮度变化速度可以区分不同的电池电量状态。在一个实施方案中，当电池电量状态位于80％～100％之间时，闪光频率被设定在它的最低速度处。在一个实施方案中，当电池电量状态降到60％～80％时，闪光频率调整为两倍于电池电量位于80％～100％之间时所呈现的频率。在一个实施方案中，当电池将要空的时候，闪光频率是最高的。此外，指示器控制器300还可以包括驱动电路以及限流电路(未显示)。驱动电路用来提供足够的功率以用于驱动LED。限流电路可用来限制流过LED的平均电流。在一个实施方案中，可以将一个外部电阻(未显示)连接至指示器控制器300的输出，以用于驱动LED以及限制流过LED的电流。
有利地，本发明使用了一种提供不同的闪光频率以表示不同的电池电量状态，或剩余的电池容量水平(battery capacity level)的方法，因此，使色盲的人更易于觉察到电池电量状态的变化。更有利地，本发明出于视觉舒适性的目的，使用了亮度逐渐变化技术。
在另一个实施方案中，根据本发明提供了两个具有不同颜色的LED。这两个LED可以是任何颜色，只要这它们是不同的。比如，在一个实施方案中，绿色LED以及红色LED可用于显示不同的电池状态。在一个实施方案中，当电池充满电时，只有绿色LED闪光，如图4所示(曲线402)，或者绿色LED被完全调节至没有闪光的开状态，如图4曲线404所示。而且，在一个实施方案中，电池被完全放电时，如图5的曲线502所示，只有红色LED闪光，或者红色LED被完全调节至没有闪光的开状态，如图5曲线504所示。应该认识到，在上面所提到的实施例的每个LED的运行和图1、图2中所描述的LED的运行一样。
在一个实施方案中，当电池SoC高于0％以及低于100％时，绿色LED和红色LED都可以被设定为闪光，如图6所示，结果，人眼将获取桔色的闪光效果。然而，亮度变化速度根据电池SoC而改变，如图1所示。用于绿色LED和红色LED的两个PWM控制信号的相位可以完全相同，或有轻微的时间位移，如图6所示。
图7图解了几个实施方案，这些实施方案使用了通过参考图4、图5及图6被描述过的方法。应该注意的是，分别位于图7A、图7B和图7C的指示器控制器设备700a、700b、700c的功能类似于图3中描述的指示器控制器300的功能。还应该注意的是，图7A、图7B和图7C中的LED表现类似，尽管它们以不同的方式连接至指示器控制器设备。在图7A，绿色LED和红色LED都通过将它们的正极终端连接至指示器控制器设备700a，而从指示器控制器设备700a内部地获取电源。在一个实施方案中，两个二极管可以从外部正极电压源获取功率。使用两个用于LED控制的独立引脚，两个LED的负极终端可以连接至指示器控制设备700b，如图7B所示。在再一个实施方案中，仅使用一个控制引脚就可以使指示器控制器设备700c控制两个LED，如图7C所示。
图8对图7C作了更详细的示意。该实施方案中使用了两个开关SW1和SW2。开关SW1连接在正极电压源和节点802之间，而开关SW2连接在节点802和地之间。正极电压源的电压水平应该低于LED阈值电压的总和。SW1和SW2交替地以及互相反相地被来自指示器控制器设备的控制信号设定为开和关。结果，绿色LED和红色LED交替地接通，这使用户有可能只使用一个LED控制引脚804来生成PWM电流脉冲给两个LED。在这种情况下，两个开关SW1和SW2的切换频率应该足够快，那样，用户不会轻易认出不同颜色的切换。相反，可以生成两个LED混合色的效果。
本领域技术人员将理解，在此介绍的方案可以广泛用于显示任意事件的状态。若采用该方案，首先需要一个代表该事件状态的指示信号。然后，需要使用一个脉宽调制控制器来接收指示信号并提供一个相应的脉宽调制信号给一个或多个LED或发光源。
此处所采用的术语和表达是作为描述术语而不是限制术语来用，并且在使用这样的术语和表达中，无意于排除任何与所显示和所描述的特征等价的特征(或其中一部分)。以及应该认识到，在权力要求范围内可以有各种各样的修改。其他修改、变化以及替换也是可能的。因此，权利要求拟用来覆盖所有等价物。
权利要求
1.一种用于电量存储部件状态指示的方法，包括确定所述电量存储部件的电量状态；基于所述的电量状态生成脉宽调制的信号，所述的脉宽调制的信号具有脉冲，该脉冲宽度被调制以使流过至少一个LED的平均电流周期性地指数增加或减少；以及提供所述的脉冲宽度被调制的信号给所述的至少一个LED，其中，所述的平均电流有一个频率，该频率使所述的LED以一预定闪光频率闪光。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述的状态是电池状态。
3.根据权利要求1的方法，其中，所述电量存储部件状态是电池的剩余电量水平，所述的闪光频率与所述的剩余电量水平成反比。
4.根据权利要求1的方法，进一步包括当所述的电量存储部件充电完成时，保持所述的平均电流恒定。
5.根据权利要求1的方法，其中，所述的至少一个LED包括具有第一种颜色的第一LED和具有第二种颜色的第二LED，所述的第一种颜色不同于所述的第二种颜色。
6.根据权利要求5的方法，进一步包括当所述的电量存储部件充电完成时，关闭所述的第二LED以及保持通过所述的第一LED的平均电流恒定；以及当所述的电量存储部件是空的时，关闭所述的第一LED以及保持通过所述的第二LED的平均电流恒定；以及
7.一种用于显示电量存储部件状态的指示器控制器，包括表示所述电量存储部件状态的反馈信号；脉宽调制器，用于根据上述反馈信号生成脉宽调制(PWM)的信号，通过调整所述PWM信号的脉冲宽度可以使得流经至少一个LED的平均电流周期性地指数增大或减小，该平均电流的频率使得所述LED以一个预先设定的闪光频率闪烁，所述的脉宽调制器还可根据上述反馈信号调整闪光频率，以使用不同的闪光频率来指示所述事件的不同状态。
8.根据权利要求7的指示器控制器，其中，所述电量存储部件的状态是电池的剩余电量水平，所述闪光频率与剩余电量水平成反比。
9.根据权利要求7的指示器控制器，其中，当所述电量存储部件充电完成时，所述平均电流恒定。
10.根据权利要求7的指示器控制器，其中，所述的反馈信号从一个用于测量所述电量存储部件状态的电量存储部件监控器处传来。
11.根据权利要求7的指示器控制器，其中，所述的指示器控制器还包括用于驱动所述至少一个LED的驱动电路。
12.根据权利要求7的指示器控制器，其中，所述的指示器控制器还包括用于限制流过至少一个LED的所述平均电流的限流电路。
13.电池状态指示系统，包括连接至电池用于确定电池状态以及提供表示所述电池状态的反馈信号的电池监控器；至少一个接收平均电流的LED；以及指示器控制器，连接至所述电池监控器用于提供脉宽被调制(PWM)的信号，以及调整所述的PWM信号的脉宽以生成周期性的指数形式的平均电流，该脉宽被调制的信号表示流过所述至少一个LED的平均电流，所述的平均电流有一个表示所述的至少一个LED的闪光频率的频率，通过根据所述反馈信号调整所述的闪光频率，所述的控制器还可以使用不同的闪光频率来指示不同的电池状态。
14.根据权利要求13的指示器系统，其中，所述的电池状态是电池的剩余电量水平。
15.根据权利要求14的指示器系统，其中，所述的闪光频率与所述的剩余电量水平成反比。
16.根据权利要求13的指示器系统，其中，当所述的电池满时，所述的平均电流是个恒值。
17.根据权利要求13的指示器系统，其中，所述的至少一个LED包括具有第一种颜色的第一LED和具有第二种颜色的第二LED，所述的第一种颜色不同于所述的第二种颜色。
18.根据权利要求17所述的指示器系统，其中，当所述的电池满时，关闭所述的第二LED，以及通过所述的第一LED的平均电流恒定。
19.根据权利要求17所述的指示器系统，其中，当所述的电池是空的时，关闭所述的第一LED，以及通过所述的第二LED的平均电流恒定。
全文摘要
提供了指示电池容量状态的方法和设备。不同的LED闪光频率对应于不同的电池电量状态。而且，本发明根据人眼的特性，通过提供合适的LED电流提供了LED的平滑的视觉亮度变化。
文档编号G01R31/36GK101038328SQ20071008003
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月5日 优先权日2006年3月3日
发明者杜珣弤, 刘柳胜, 奥莱克桑德瑞·考考瑞 申请人:美国凹凸微系有限公司