本公开大体涉及电池指示器，且更具体地，涉及单侧的可重复使用的电池特征指示器。
背景技术：
电化电芯或电池通常用作电气能源。电池包含通常称为阳极的负电极和通常称为阴极的正电极。阳极包含能够被氧化的电化学活性阳极材料。阴极包含能够被还原的电化学活性阴极材料。电化学活性阳极材料能够还原电化学活性阴极材料。隔膜被设置在阳极和阴极之间。电池部件设置于通常由金属制成的壳或者壳体中。
当电池用作在电子装置中的电气能源时，为阳极和阴极形成电气接触，由此完成允许电子流动通过装置的电路，且这导致为电子装置产生电力的相应的氧化和还原反应。电解质与阳极、阴极和隔膜接触。电解质包含离子，在放电期间，离子流动通过在阳极和阴极之间的隔膜，以维持贯穿电池的电荷平衡。
存在对于用于电子装置（诸如玩具、远程控制器、音频装置、手电筒、数码摄像机和外围摄影装备、电子游戏、牙刷、收音机、时钟和其他便携式电子装置）的便携式电力的增长的需求。使用者需要可容易用于这些电子装置的电力。因为在使用电池时，电池必然随着时间流逝而耗尽电力，所以使用者需要利用备用电池（和/或利用完全再充电的可充电电池）。让使用者知道当前正在使用的电池的电力状态很有用，其使得使用者能够快速利用所需要的数目的替换电池。电池具有常见大小，诸如按照ansi标准的aa、aaa、aaaa、c和d的电池大小，其具有固定的外部尺寸和受限制的内部体积。
目前，一些电池包括电芯上的电池电荷指示器，其帮助使用者确定电池何时几乎耗尽且需要替换。然而，这些目前的电芯上的电池电荷指示器单个使用（即，附接至单个电池电芯）且麻烦（因为通常必须同时按下两个接触按钮以激活指示器）。此外，这些电芯上的电池指示器要求从电子装置（电池包）移除电池以便使用指示器。
技术实现要素：
根据一些方面，可重复使用的电池指示器包括：电压传感器，其配置成将所感测的电池的模拟特征转换成数字信息；通信电路，其通信地连接到电压传感器；天线，其操作地联接到通信电路；以及，具有第一接头和保持器的连接机构。第一接头和保持器电气连接到电压传感器，且第一接头适于可移除地连接至第一电池端子，由此当第一接头连接至第一电池端子时，提供在电压传感器和第一电池端子之间的电气连接。保持器适于将电压传感器可移除地紧固至电池的壳，由此提供在电压传感器和电池的壳之间的电气连接。当连接机构联接到第一电池端子且联接至壳时，完成在电压传感器和第一电池端子之间以及在电压传感器和壳之间的电路。
根据另一方面，远程电池指示系统包括电池和可重复使用的电池指示器。可重复使用的电池指示器包括：电压传感器，其配置成将所感测的电池的模拟特征转换成数字信息f；通信电路，其通信地连接到电压传感器；天线，其操作地联接到通信电路；以及，具有第一接头和保持器的连接机构。第一接头和保持器电气连接到电压传感器。第一接头适于可移除地连接至第一电池端子，由此当第一接头连接至第一电池端子时，提供在电压传感器和第一电池端子之间的电气连接。保持器适于将电压传感器可移除地紧固至电池的壳，由此提供在电压传感器和电池的壳之间的电气连接。第一接头电气附接至第一电池端子，以便电压传感器感测电池的特征。
根据本公开的教导，可重复使用的电池指示器或远程电池指示系统的前述方面中的任何一个或多个还可以包括以下可选形式中的任意一个或多个。
在一些可选形式中，第一接头连接至电池的负电极，且保持器连接至电池的正电极。
在其他可选形式中，第一接头是成型弹簧、包括分离的供电且感测端子以测量阻抗的开尔文连接、分裂导线、片簧中的一个及其组合。
在又其他可选形式中，升电压器电气连接到电压传感器或者合并在电压传感器中。
在又其他可选形式中，第一接头包括至少一个金属和至少一个绝缘体。
在又其他可选形式中，通信电路包括射频识别电路、蓝牙电路、蓝牙低能耗电路、wi-fi电路、紫蜂电路、lora电路和z波电路中的至少一个。
在又其他可选形式中，电压传感器能够读取小于1.8伏的开路电压。
在又其他可选形式中，电压传感器和通信电路在印刷电路板上形成，印刷电路板适于插入在第一接头和第一保持器之间。
在又其他可选形式中，电压传感器和通信电路安装在壳体内，壳体确定大小和形状以配合在并排布置的两个柱形电池之间。
在又其他可选形式中，壳体具有三棱柱的形状的横截面。
在又其他可选形式中，壳体具有凹入的一个侧或凹入的两个侧。
在又其他可选形式中，壳体具有在大约102mm3和大约165mm3之间的体积。
在又其他可选形式中，电压传感器是盘形，布置为配合柱形电池电芯的一端。
在又其他可选形式中，电压传感器是薄盘ble、uhf、或rf模块。
在其他可选形式中，计算装置通信地连接到通信电路，且计算装置通过天线从通信电路接收信息。
在又其他可选形式中，计算装置包括处理器和存储器，存储器存储软件进程，软件进程引起处理器检测来自可重复使用的电池指示器的无线通信信号，以通过可重复使用的电池指示器远程地控制电池电路，以确定电池特征数据，以及以发送电池特征数据至用户界面。
在又其他可选形式中，电池特征数据包括电容、电压、阻抗、温度、电流、年龄、充电/放电周期数和库仑数中的至少一个。
在又其他可选形式中，软件进程当通过处理器执行时，引起处理器确定电池类型、电池的物理位置和电池为其供电的电气装置中的至少一个。
附图说明
虽然说明书以具体指明且清楚地主张本主题（其被视为形成本发明）的权利要求为总结，但是从结合附图的以下描述，将更好地理解本发明。
图1是根据本公开的教导构造的可重复使用的电池指示器的透视图，可重复使用的电池指示器连接至电池电芯。
图2是图1的可重复使用的电池指示器的底视透视图。
图3是图1的可重复使用的电池指示器和电池电芯的侧横截面视图。
图4是图1的可重复使用的电池指示器的电子电路图示意图。
图5是图1的可重复使用的电池指示器的印刷电路板的顶视平面图。
图6是根据本公开的教导构造的可重复使用的电池指示器的第二实施例的端视立视图。
图7是根据本公开的教导构造的可重复使用的电池指示器的第三实施例的端视立视图。
图8a是电子装置的包括两个电池电芯的电池舱和连接至一个电池电芯的可重复使用的电池指示器的第四实施例的底视透视图。
图8b是电子装置的包括单个电池电芯的电池舱的替代实施例和连接至电池电芯的可重复使用的电池指示器的第五实施例的侧视透视图。
图9是包括图1的可重复使用的电池指示器的电池指示系统的示意图。
图10a是根据本公开的教导构造的连接至电池电芯的可重复使用的电池指示器的第四实施例的透视（且部分透明的）图。
图10b是图10a的可重复使用的电池指示器的顶视平面图。
图11a是根据本公开的教导构造的连接至电池电芯的可重复使用的电池指示器的第五实施例的顶视透视图，以及升高到电池电芯上方的可重复使用的电池指示器的顶视图。
图11b是连接至电池电芯的图11a的可重复使用的电池指示器的顶视透视（且部分透明的）图，以及升高到电池电芯上方的可重复使用的电池指示器的底视图。
图12a是根据本公开的教导构造的连接至电池电芯的可重复使用的电池指示器的第六实施例的顶视透视图，以及升高到电池电芯上方的可重复使用的电池指示器的顶视图。
图12b是连接至电池电芯的图12a的可重复使用的电池指示器的顶视透视（且部分透明的）图，以及升高到电池电芯上方的可重复使用的电池指示器的底视图。
具体实施方式
电化电芯或电池可以是原电池或蓄电池。原电池意思是仅放电一次，例如耗尽，且然后丢弃。原电池（或者一次性电池）例如在大卫·林登的电池手册（第四版，2011）中描述。蓄电池（或可充电电池）意图再充电且重复使用。蓄电池可放电和再充电许多次，例如，多于五十次、一百次或者更多。例如在大卫·林登的电池手册（第四版，2011）中描述了蓄电池。相应地，电池可包括不同的电化电偶和电解质组合。尽管在本文中提供的描述和示例大体涉及碱性电化原电芯或者电池，但是应当理解，本发明适用于水溶液、非水溶液、离子液体和固态系统的原电池和蓄电池两者。例如，除了是诸如碱性原电池的原电池之外，电池可以是锂离子原电池。替代地，电池能够是蓄电池，例如，诸如镍氢（nimh）电池、镍镉（nicad）电池、银/锌电池、镍/锌电池、或固态锂可充电电池的蓄电池。前述系统的原电池和蓄电池因此在本申请的范围内，且本发明不受限于任何特定实施例。
参考图1，示出碱性电化原电芯、或电池电芯10，其包括阴极12、阳极14和壳体18。电池电芯10还包括端盖24。端盖24用作电池电芯10的负端子。正极凸起26定位在电池电芯10的与端盖24相对的端上。正极凸起26用作电池电芯10的正端子。电解液贯穿电池电芯10散布。电池电芯10能够例如是aa、aaa、aaaa、c、或d的碱性电池。此外，在其他实施例中，电池电芯10能够是9v电池、摄像机电池、手表电池、或任何其他类型的原电池或蓄电池。
壳体18能够由任何合适类型的壳体基体材料制成，例如，冷轧钢或镀镍冷轧钢。在图1中所示的实施例中，壳体18可以具有柱形形状。在其他实施例中，壳体18可以具有任何其他合适的非柱形形状。壳体18例如可以具有包括至少两个平行板的形状，诸如矩形、正方形或棱柱形状。壳体18可以例如从诸如冷轧钢或镀镍钢的基体材料板深拉。壳体18可以例如拉制成柱形形状。壳体18可以具有侧壁。壳体18的侧壁的内表面可以利用在壳体18的侧壁的内表面和诸如阴极12的电极之间提供低电接触电阻的材料处理。壳体18的侧壁的内表面可以例如利用镍、钴电镀，和/或涂覆载碳涂料以降低在例如壳体18的侧壁的内表面和阴极12之间的接触电阻。
附接至电池电芯10的是通信机构的一个实施例，诸如可重复使用的电池指示器40。可重复使用的电池指示器40附接至壳体18的一端，在图1中示出的实施例中，至壳体18的负端或端盖24端。可重复使用的电池指示器40包括集成电路，其可以合并到印刷电路板（pcb）42中，印刷电路板（pcb）42夹置在电气连接到pcb42的第一接头44和电气连接到pcb42的保持器46之间。在一个实施例中，pcb42是多层绝缘体/导电结构，其能够是带有敷铜布线的刚性环氧树脂、fr4酚醛树脂或带有敷铜布线的柔性聚酯、聚酰胺。如在图1中所示，pcb42可以具有大体环形形状，且pcb42可以延伸到柔性pcb43中，pcb43沿壳体18的外表面、大体远离第一接头44和保持器46延伸。在柔性pcb43的一端处，可以定位额外的电气部件，诸如芯片天线45、ic、带有集成天线的ic或者无源部件。将诸如天线45的一些电气部件置放在柔性pcb43的一端处可以为特定电气部件提供更有利的定位。例如，相比将天线定位成更靠近第一接头44和保持器46，将天线45定位在柔性pcb43的一端处可以提供更好的传输特征。在其他实施例中，天线45还可以是柔性pcb43或刚性pcb42的必需部分，其形成为铜布线层的部分。
第一接头44可以可移除地和电气地连接到端盖24以形成负电气连接，且保持器46可以可移除地和电气地连接到壳体18，壳体18大体具有正电荷，以形成正电气连接。第一接头44和保持器46可以采用允许第一接头44和保持器46形成与电池电芯10和pcb42的电气连接、且不妨碍正常的装置端子可接近性的几乎任何物理形式。第一接头44和保持器46可以由将诸如电气信息的模拟信息从电池电芯传输至pcb42的几乎任何材料形成。例如，在一些实施例中，第一接头44和保持器46可以由如下材料中的一种或者多种形成：金属、金属合金、冷轧钢、硬拉制含铁和非含铁合金、高碳钢合金和低碳钢合金、后或预电镀的含铁和非含铁合金、碳或者其任何组合。在一些实施例中，第一接头44和保持器46中的至少一个可以包括金属和绝缘体。绝缘体可以是应用到接头/保持器的非导电涂层（诸如聚合物层、环氧树脂或钝化）、或者是额外的绝缘体环（纸、酚醛树脂或者聚合物）。
一般来说，集成电路从第一接头44和从保持器46接收诸如安培或伏特的电气信息，且电气信息被集成电路用于计算诸如电力或电荷水平的电池特征信息，且集成电路然后将电池特征信息传输至诸如计算机、智能手机、或个人数字助手的接收器，用于被使用者使用。以这种方式，可重复使用的电池指示器40允许使用者在不从电子装置（或者从电池包）移除电池电芯的情况下，获得电池特征信息。第一接头44和保持器46将电气信息输送至集成电路，而不干扰在电池电芯和电子装置之间的电气接触。而且，可重复使用的电池指示器40可从一个电池电芯移动至另一电池电芯，从而反复重复使用，由此为使用者降低总成本。
参考图2，更详细地示出可重复使用的电池指示器40。第一接头44形状为环形，且位于pcb42的与保持器46相对的侧上，保持器46形状也为环形。第一接头44包括中心开口47，其确定大小和形状以环绕端盖24的升起的中心部分。类似地，保持器46包括中心开口49，其确定大小和形状以环绕端盖24的升起的中心部分。因此，第一接头44、pcb42和保持器46形成圈形（或者环形）层叠结构，其大小确定成配合在电池电芯10的一端（负端）上。
第一接头44包括多个接头耳片51。接头耳片51远离第一接头44且朝保持器46延伸。接头耳片51从保持器46径向朝内（朝中心开口47的中心）地间隔开。更具体地说，接头耳片51通过pcb42与保持器46分离。如将在下文中进一步解释地，接头耳片51布置为接触电池电芯10的端盖24。此外，接头耳片51包括压接端53，其有助于与端盖24的可移除的连接。
保持器46包括多个保持器耳片55。保持器耳片55远离第一接头44延伸。保持器耳片55径向朝外（远离中心开口59的中心）地间隔开。更具体地说，保持器耳片55通过pcb42与第一接头44分离。如将在下文中进一步解释地，保持器耳片55布置为接触电池电芯10的壳或者壳体18。此外，保持器耳片51包括压接端57，其有助于与壳体18的可移除的连接。
现在参考图3，相比保持器46，pcb42径向更厚。因此，保持器耳片55定位在接头耳片51的径向外侧。保持器耳片55延伸到在壳体18的压接壁61和端盖24之间形成的壳空隙59中。当电池指示器40被按压到端盖24上时，保持器耳片55的压接端57被径向朝内推动直到压接端57越过壳体18的压接壁61的端为止，在该点处，压接端57径向朝外扩张以将保持器46在壳体18的端上可移除地锁定就位，且以提供正电气连接（因为壳体携带正电荷）。
类似地，接头耳片51延伸到壳空隙59中，但是接头耳片51抵靠端盖24定位。当电池指示器40被按压到端盖上时，接头耳片51被径向朝外推动，其维持在接头耳片51和端盖之间的物理接触，以提供负电气连接（因为端盖携带负电荷）。因此，pcb42通过接头耳片51且通过保持器耳片55接收电气信息（例如，伏特和安培）。
现在转向图4和图5，在pcb42上形成集成电路48，其包括在集成电路48内的嵌入式电压传感器50，其通信地连接到第一接头44和保持器46。嵌入式电压传感器50感测电池电芯的模拟特征，诸如安培和电压，且将所感测的模拟特征转换成数字信息。pcb42还包括通信电路52。天线54操作地联接到通信电路52。通信电路52可以包括射频识别电路、蓝牙®电路、蓝牙®低能耗电路、wi-fi电路、紫蜂®电路、lora电路和z波电路中的一个或者多个。在一个实施例中，诸如无线蓝牙低能耗电压传感器的集成电路可以合并模拟至数字转换器、微控制器、蓝牙无线电、存储装置和dc/dc电压转换器。
升电压器56电气连接到集成电路48和嵌入式电压传感器50。嵌入式电压传感器50和升电压器56能够读取电池的开路电压，其可以例如小于1.8伏特。在一些实施例中，通信电路52可以包括薄盘ble模块、uhf模块、或rf模块中的一个或多个。
在图4和图5中所示的实施例中，集成电路48、电压传感器50和通信电路52都形成在pcb42上，其连接至第一接头44和保持器46。然而，在其他实施例中，集成电路48、电压传感器50和通信电路52可以形成为通信地和操作地连接到彼此的分离部件。
在图6中所示的实施例中，类似元件的编号正好比在图1-5中的元件编号大100。例如，在图1-4中，电池电芯编号为10，而在图6中，电池电芯编号为110。除非另外陈述，否则来自任何所示实施例的任何元件可以合并到任何其他所示实施例中。
现在转向图6，可重复使用的电池指示器140的第二实施例附接至电池电芯110。可重复使用的电池指示器140示出和定位在两个电池电芯110之间。在图6的实施例中，可重复使用的电池指示器140包括具有仅单个凹入侧的壳体198，所述凹入侧能够配合到和占满通过一个或多个电池和电池座界定的整个三棱柱空隙区域。
图7示出可重复使用的电池指示器能够配合到其中的替代壳体形状区域。在该实施例中，壳体298布置为配合在由并排布置且定向成使得电池电芯210的相应的纵向轴线彼此平行的两个柱形电池电芯210形成的空隙中。在图7中示出的实施例中，壳体298具有通过如下方程限定的横截面形状：
av=（db2-π/4xdb2）/2，其中，
av是壳体298的横截面面积；以及，
db是一个电池电芯210的直径。
具有通过前述方程限定的横截面形状的壳体最大化在电池电芯之间的可用空间。例如，对于给定的电池大小，具有上文中限定的横截面形状的壳体将导致如下壳体体积（假定壳体长度与电池电芯长度相等）。对于aaa电池，壳体将具有526mm3的体积，且对于aa电池，壳体将具有1140mm3的体积。
现在转向图8a，示出可重复使用的电池指示器340的又一替代实施例。在图8a的实施例中，可重复使用的电池指示器包括壳体398、安装在壳体398内的集成电路、电压传感器和通信电路。在图8a的实施例中，壳体398确定大小和形状以配合在并排纵向布置的两个柱形电池电芯310之间。在图8a中所示的实施例中，壳体398具有三棱柱的形状的横截面。更具体地说，壳体398具有凹入的第一侧397和凹入的第二侧399。在图8a的实施例中，可重复使用的电池指示器340被安装在电池电芯310之间，且在电子装置400的电池座395内。在其他实施例中，壳体398可以具有任何矩形、梯形、椭圆、半圆形和可变棱柱，其能够配合到和占满通过所述两个电芯和电池座界定的整个三棱柱空隙区域。
现在转向图8b，示出可重复使用的电池指示器340的又一替代实施例。在图8b的实施例中，可重复使用的电池指示器包括壳体398、安装在壳体398内的集成电路、电压传感器和通信电路。在图8b的实施例中，壳体398确定大小和形状以邻近单个柱形电池电芯310配合。在图8b中所示的实施例中，壳体398具有横截面，其配合在三棱柱（诸如上文中相对于图7描述的三棱柱）的½的横截面内。更具体地说，壳体398具有凹入的单个侧397。在图8b的实施例中，可重复使用的电池指示器340与电池电芯310相邻地安装，且安装在电子装置400的电池座395内。壳体398具有横截面，其配合在通过如下公式限定的体积内：
av/2；其中，
av=（db2-π/4xdb2）/2。
现在转向图9，计算装置800通信地连接到可重复使用的电池指示器740中的通信电路。计算装置通过由在可重复使用的电池指示器740中的天线发送的无线信号从通信电路接收信息。例如，无线信号可以是wifi信号、蓝牙®信号、rfid信号、或任何其他无线信号中的一种或者多种。在其他实施例中，计算装置800和可重复使用的电池指示器740可以通过有线连接通信地连接。
计算装置800包括处理器802和存储器804。存储器804可以存储处理器可执行指令，其当被处理器802执行时，引起处理器802检测来自可重复使用的电池指示器740的无线通信信号。在一些实施例中，存储器804可以包括带有作为制品嵌入在其上的处理器可执行指令的非瞬态计算机可读媒介。处理器可执行指令还可以引起处理器802将无线信号发送回可重复使用的电池指示器740，以通过可重复使用的电池指示器740远程控制电池电路。以该方式，处理器802可以引起可重复使用的电池指示器740确定电池特征数据，以及将电池特征数据发送至用户界面，诸如在计算装置800上的显示器806。
在一些实施例中，电池特征数据可以包括电容、电压、阻抗、温度、电流、年龄、充电/放电周期数和库仑数中的至少一个。
在其他实施例中，处理器可执行指令当通过处理器802执行时，引起处理器802通过与可重复使用的电池指示器740通信，以确定如下中的至少一个：电池类型、电池的物理位置和电池为其供电的电气装置。
图10a和图10b示出可重复使用的电池指示器940的又一实施例。可重复使用的电池指示器940可以在具有带负电壳体918和带正电凸起926的电池电芯910上使用。这种电池电芯包括但不限于：锂离子电池、镍氢（nimh）电池、镍镉（nicad）电池、银/锌电池、镍/锌电池、或固态锂可充电电池。这些类型的电池具有携带负电荷的电池壳体。可重复使用的电池指示器包括配合在正极凸起926上的环形pcb942。pcb942可包括发射器或天线945。诸如线夹911的连接机构可以将pcb942紧固至在正极凸起926中的电池排气口。
图11a和图11b示出可重复使用的电池指示器1040的又一实施例。可重复使用的电池指示器1040可以在具有带负电壳体1018和带正电凸起1026的电池电芯1010上使用。这种电池电芯包括但不限于：锂离子电池、镍氢（nimh）电池、镍镉（nicad）电池、银/锌电池、镍/锌电池、或固态锂可充电电池。这些类型的电池具有携带负电荷的电池壳体。可重复使用的电池指示器包括配合在正极凸起1026上的环形pcb1042。pcb1042可包括发射器或天线1045。诸如夹1011的连接机构可以将pcb1042紧固至在正极凸起1026中的电池排气口。
图12a和图12b示出可重复使用的电池指示器1140的又一实施例。可重复使用的电池指示器1140可以在具有带负电壳体1118和带正电凸起1126的电池电芯1110上使用。这种电池电芯包括但不限于：锂离子电池、镍氢（nimh）电池、镍镉（nicad）电池、银/锌电池、镍/锌电池、或固态锂可充电电池。这些类型的电池具有携带负电荷的电池壳体。可重复使用的电池指示器包括配合在正极凸起1126上的环形pcb1142。pcb1142可包括发射器或天线1145。诸如凸起盖1111的连接机构可以将pcb1142紧固至在正极凸起1126中的电池排气口。
本文中公开的尺寸和值不理解为严格地受限于所提及的精确的数字值。而是，除非另外指定，否则每个这种尺寸预期意思是所提及的值和围绕该值的功能上等价的范围。例如，公开为“40毫米”的尺寸预期意思是“大约40毫米”。
除非清楚地排除或以其他方式限制，否则在本文中提及的每个文献，包括任意交叉引用或相关的专利或申请以及本申请要求优先权或其权益的任意专利申请或专利因此通过参考作为整体合并在本文中。对任意文献的引用并不承认其是关于在本文中公开或主张权利的任意发明的现有技术，或者承认其单独地或者与任意其他（多个）参考任意组合地，教导、暗示或公开了任意这种发明。进一步，在该文献中的术语的任意意思或定义与通过参考合并的文献中的相同术语的任意意思或定义冲突时，在该文献中赋予该术语的意思或定义将占优势。
虽然已经图示和描述了本发明的特定实施例，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种其他改变和修改。因此预期在所附权利要求中涵盖在本发明的范围内的所有这些改变和修改。