灵巧电池装置的制作方法

专利名称：灵巧电池装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及可充电电池领域，更具体地，涉及使用于具有功率管理能力的智能装置中的灵巧电池。本发明是一种灵巧电池器具，控制可充电的镍金属氢(NiMH)或镍镉(NiCad)电池及其类似电池的运行，能向智能装置报告涉及电池的充电及化学状态的电功率管理及充电控制的精确信息。
智能便携式电子装置如笔记本电脑、摄象机、蜂窝式电话的出现，使得能与智能装置进行通信以提供电池的当前充电状态、及如何最好地对电池充电来维持最大电池寿命、因而可获得最高的充-放电周期次数等精确信息的灵巧可充电电池获得发展。使用这种灵巧电池的这种智能便携式装置的使用人将不仅知道多少电量还剩余在电池中，还知道在不同耗用功率的速度下电池运行时间。这使使用人能选择一种运行模式以便对于剩余的电量状态下有最大服务寿命，以及装置可以继续工作多长时间。
已有技术的可充电电池组提供能给使用人产生若干所要求的信息的装置，包括例如电量指示器及燃料表，如在美国专利第5315228号中所公开的，该专利公开了一种计算充电状态及报告主计算机系统到用尽时可运行的时间的方法。
然而，需要一种可充电功率单元，甚至当额定完全放电时也将精确地保持它的自己的充电状态信息，以便使用人随时访问。而且还需要一智能可充电电池，能向使用人提供在不同的功率消费水平时其剩余工作时间的精确预测。从而使象便携式电脑这种智能装置的使用人可以决定降低硬盘驱动器的功率以使便携式电脑比耗功率较大时所可能有的更长的工作时间。
因此，本发明的一个目的是提供一种灵巧电池装置，和可充电电池一起使用，装在主计算机中，使可充电电池在其整个寿命周期中的性能最优化。
本发明的另一个目的是提供一种灵巧电池装置，它包括用于控制可充电电池的微处理器，进行电池容量计算和主计算机装置或灵巧电池充电装置通信。
本发明再一个目的是提供一种灵巧电池装置，包括用于控制可充电电池的微处理器，以及能提供当前充电状态的信息和电池充电参数给主机用于和灵巧充电器通信。
本发明又一个目的是提供一种灵巧电池装置，包括用于控制可充电电池的微处理器，它检测诸如电压、电流、和温度等电池运行参数，从而使任何充电状态下可能实现快速充电速率或最佳充电速率。
本发明又一个目的是提供一种灵巧电池装置，包括用于控制可充电电池的微处理器以计算例如在当前的耗费速率下及在其它可能的耗费速率下电池剩余寿命这类预测数据。
本发明再一个目的是提供一种灵巧电池装置，作成具有模拟和数字部件的应用程序专用的集成电路(ASIC)。
进而，本发明另一个目的是提供一种灵巧电池装置，包括一个模数(A/D)变换器用于检测诸如电压、电流、和温度这类电池的充电参数。
本发明还有一个目的是提供一种灵巧电池装置，它具有单一正电源的A/D变换器，可以作用于变换分别代表电池充电和放电电流的正和负模拟信号二者的双极运行。
本发明另一个目的是提供一种如上的灵巧电池装置，其中ASIC的模拟和数字部件采用CMOS半导体技术，设计用于在最小功耗下有改进精度、及高的A/D变换器分辨率。
本发明另外又一个目的是提供有微处理器的灵巧电池装置，当额定地被放电时将其本身置于实际上无功耗的休眠模式。
本发明再一个目的是提供一种灵巧电池装置，包括带有RAM存储器的微处理器，还包括一种装置，用来当装置在休眠模式时保留RAM存储器内容。
本发明还有一个目的是提供一种灵巧电池装置，包括短路保护装置，用于当电池暂时性短路时保留RAM存储器内容。
本发明另一个目的是提供一种灵巧电池装置，包括一个ROM存储器，它用一种方法制造，使容易在上层或较后分别生成的层中进行ROM编程。
再进一步，本发明的目的是提供一种灵巧电池装置，它包括一个ROM存储装置，其ROM的编程以金属掩模实现。
还有，本发明的目的是提供一种具有结合于其中的误差处理算法的灵巧电池装置，用于将检测误差、从查找表得到的插值等考虑进去，其中，误差被认作是时间的函数。认为在总误差大于一个预定值时，某些运行模式就废止，特别是，以缺席值替换变量以导致较小的误差。在显示的信息情况中，譬如LED电池组件显示，误差能够被进一步考虑，例如可显示-容量的量-容量总误差。若太大的误差被产生，为决定充电条件终点的终点判据可以被改变，例如，使用-du代替误差的受影响的判据。
本发明的这些和其他目的由一种灵巧电池装置来达到，此装置提供电功率以及向具有功率管理系统的外装置报告事先定义的电池参数，其中电池包括(a)至少一个连到一对端子的可充电电池元以在放电模式时向外部装置提供电功率，在充电模式时接收电功率，由所述遥控装置来决定或提供，
(b)数据总线，用于向外部装置报告预先定义的电池的识别和充电参数，(c)模拟装置，用于产生代表在所述端子上电池电压和电流的模拟信号，及代表在所述电池单元上电池温度的模拟信号，(d)混合式集成电路(IC)，具有微处理器，用于接受模拟信号并将它们变换成代表电池电压、电流和温度的数字信号，并用来从所述数字信号计算对时间的实际的充电参数，所述计算包括一种按以下算法的计算CAPrem＝CAPFC-∑IdΔtd-∑IsΔt+∑∈cIcΔtc其中∈c是一个电池电流和温度的函数；Is是电池温度和CAPFC的函数，(e)数据存储器，被限定在所述混合IC中，用于贮存所述事先定义的电池识别码和实际的充电参数，甚至当按定额全放电时，所述充电参数至少包括满充电容量和剩余容量，(f)限定于所述混合IC中的总线控制器，用于将电池消息经所述数据总线送给所述遥控装置，所述消息包括所述事先定义的电池识别码和所述实际的充电参数。
叠加于此式的是复位逻辑，以后会解释，用在每次满充电(EOC)和全放电的每个终点的容量计算来进行自校正CAPFC的值。
本发明进一步的好处和优点在考虑了下面结合附图给出的详细描述将变得更清楚，此描述是对发明的优选实施例具体化和进行说明的。


图1是连接到主计算机和电池充电装置的灵巧电池装置的示意框图。
图2(a)是包含了使用于本发明的应用程序专用集成电路(混合IC)的输出脚(Pinout)图的灵巧电池装置和连接器简化框图。
图2(b)表示包含了本发明灵巧电池装置微控制器的混合IC32的简化框图。
图3是说明控制本发明灵巧电池的方法和算法的主要功能特点的总流程图。
图4是说明A/D变换器60的总体示意图。
图5(a)是表示dc电压变换电路布置的示意草图。
图5(b)表示dc电压变换电路布置第二个例子。
图6是表示A/D变换器60中电路布置的示意草图。
图7是按图6的A/D变换器工作的阶段图。
图8(a)表示在正常的和取样的工作条件下工作周期的时序图。
图8(b)表示每个工作周期不同测量点的近似时间间隔。
图9(a)表示在灵巧电池装置中ROM的取样变迁安排的示意草图。
图9(b)表示按现技术编程的ROM的晶体管布置示意草图。
图10是给电-复位电路85和RAM解锁电路85’的详细示意图。
图11是表示比较器唤醒电路80的详细示意图。
图12是说明IUT(电流、电压、和温度)计算程序200的流程图。
图13(a)和13(b)是说明用来计算本发明灵巧电池的当前容量和电池自放电量的微处理机中所编程的顺序过程151的流程图。
图13(c)是说明用来计算流入或流出其端子的电池充电或放电量的累积程序400。
图14(a)到14(c)是说明用来决定当电池处在容量增加状态时电池的终点条件的微处理器中所编程序的顺序过程500的流程图。
图14(d)是说明得知各电池单元数目的程序700的流程图。
图15(a)和15(b)是说明用来决定当电池处在容量减少状态时电池终点条件的微处理器中所编程序的顺序过程600的逻辑流程图。
图16是说明操作请求子程序的逻辑流程图，该程序是当在灵巧电池和主计算机或电池充电器间存在联系时要求实施的。
图17是说明将数据写入灵巧电池的写入块子程序的详细逻辑流程图。
图18是说明将数据从灵巧电池读出的读出块子程序的详细逻辑流程图。
图19说明描述当灵巧电池系统将报警情况向外部装置传播时所实行的逻辑步骤的流程图。
图20是说明描述当灵巧电池系统将充电情况向电池充电器传播时所实行的步骤的逻辑流程图。
图21是说明描述当播出消息时由灵巧电池系统实行的步骤的逻辑流程图。
图22(a)是一张三维的图形，表示记述了预计残存容量值对放电电流和温度的关系的查找表。
图22(b)是一张三维图形，表示记述了自放电电流(纵轴)对电池相关充电状态和温度的关系的查找表。
图22(c)是一张三维图象，代表充电效率的查找表，示出充电效率因数对相关充电状态、充电电流、和温度的关系。
图23有二张电压对时间的曲线，a和b，供比较对一个六个电池单元的电池组在不同放电电流速率时的计算电池容量特性。
本发明的灵巧电池装置是和智能主机例如便携式计算机、便携式摄象机、或蜂窝电话等一起使用的，这些装置有系统管总线和灵巧充电器，或者是和智能主装置一起使用，这些装置有系统功率控制器，能通过系统管理总线接受或发送数据。
这样的系统的一个代表性的例子见图1，其中灵巧电池10接在电源板12上来通过电源板提供或接受电能，系统管理总线14是一种双向的改进的I2C数据总线(通信接口)，它和主机16通信，主机16可以是一个便携式计算机。主机16可以由灵巧电池10供电，或由系统电源18及通常的AC电源20供电。系统电源或电源控制系统也和灵巧充电器22通信，它可被用来决定由电源将电量送给灵巧电池的速率和时间长短灵巧充电器22还和系统管理总线14联络，以及接收温度信号，代表在单独的馈线24上电池单元温度。系统管理总线(双向改进的I2C数据总线)14的详细功能描述可以在Intel/Duracell System Management Bus Specification，Rev0.95(四月，1994)上找到。
系统电源控制系统18可通过电源板12供电给或取电自灵巧电池10，这取决于在灵巧电池10中电量的状态，还取决于在AC电源20上有电还是无电。
灵巧充电器22可能周期地查询灵巧电池10的充电特性，并调整输出以适应灵巧电池充电需求。如果由主机的使用人作出选择，灵巧充电器22能够不管灵巧电池的充电速率请求而以较高的即快速的充电速率对灵巧电池充电。主机的使用人并非一定要无视灵巧电池的请求。如在下面将要十分详细地解释那样，灵巧电池可能周期地播出所要求的充电电流，或者灵巧充电器22查询灵巧电池的充电电流。主机或充电器不必按灵巧电池的请求而能够给予比请求的更大的或更小的功率量。
主机16可以通过系统管理总线14与灵巧电池通信并为了在系统电源管理过程中的使用而从电池请求信息，从而向主机使用人提供有关电池的当前状态和能力的信息。主机16也会收到危急事项的通报，包括告警情况，剩余容量低于使用人设定的阈值，剩余运行时间低于使用人设定的阈值，或放电终点的信号。告警情况包括但不限于过充电，过热，剩余电荷容量低于预定的或使用人设定的容量，或，运行时间低于预定的或使用人设定的剩余运行时间。
如下面要十分详细地解释的，灵巧电池能够报告出正从电池消耗的即时电流值，在规定时间间隔内平均的电流值，现在温度和现在电压。
灵巧电池还可以报告出一系列电池状况的指示，指示出电池是否正在充电或放电，充电完成了，或者电池完全放电了。
此外，可以提供计算值，包括在目前电流利用情况下剩余运行时间，在使用平均电流时剩余的运行时间，在最佳的使用电流时剩余的运行时间，以及在主机选定的电流水平(放电率)下剩余的预计运行时间。
灵巧电流10还附有只读存储器(ROM)，它制造来保留有一套预先规定的电池识别参数，这些参数可以包括制造者的数据，电池单元的组成化学性质，设计容量，设计电压，和独特的装置识别号。预定的电池识别参数对主机或灵巧充电器都是可用来帮助它们选择灵巧电池的最佳用法和充电参数。
灵巧电池也可能建议所希望的充电电流，报告达到充满还需的时间，在充满时可以使用的电池容量，以及电池已充电或放电的次数。
本发明的灵巧电池应用了混合集成块(IC)，含有埋置的微处理器及新的模数变换器，它从电池接收模拟信号并将它变换为代表电池电压、电流和温度的数字信号。灵巧电池微处理器随后从这些数字信号根据预定的算法计算实际的对时间的充电参数，在该算法中CAPrem是电池的剩余容量，它连续地被指定新的值来反映对有效的充电、放电、和自充电的调整。
测量传送到电池的电量，并用作为电流、温度、和相对充电状态的函数的有效因数来调整它。应该提到，剩余容量、CAPrem，和相应的充电状态，SOC，代表了同一件事情(剩余电池容量)，而不同的是相对充电状态被指示为一个最后满充电容量的百分数。充电效率是作为上面各个变量的函数而确定的一个值，并可从一张将在下面参照图22(c)来描述的查找表里得出，或者从一个公式计算出来，此公式提供一个与电流、温度和充电状态有关的充电效率特性的逐步近似。可以明白，充电效率因数可从特性方程(response equation)或者从贮存在存储器中几个不同的值之间内插的办法来得到。
相似地，剩余电池容量CAPrem按测得的对时间的放电率而缩减。残留的容量的预期模型决定了对当前电流和温度下的期望的CAPrem。此预期模型也可在电池电压于现在的放电率下将降到规定的截止电压时来估计。此残留容量模型可从公式计算或从一张查找表中得到，此表包含了残留容量作为放电电流和温度的函数的许多值。
最后，CAPrem也用减除除自放电来进行调整。自放电作为温度和充电状态的函数来计算，常常从CAPrem中扣除，而不管电池正在放电或正在被充电。自放电可以从同样的电池单元化学性质的经验模型之查找表中得到，此表预计自放电是温度和充电状态的函数，或者自放电可以由微处理机来计算。
如下面要详加解释的，CAPFC是一个由于结合在容量算法中的复位逻辑而属自校正的获知值。容量算法对四种型式的充电终点(EOC)信号起作用，包括当满充电电压时的负电压斜率；超过规定增加率的温升；或者在如果使用了最佳充电电流时相当于先前CAPFC值的100％到150％的值的计算的充电状态；或者高的温度极限值。当上述四种型式的条件中前三个之一被遇到，复位逻辑将CAPrem复位到先前的CAPFC值，设定一个满充状况标记并给主机及充电器发信号结束充电。假如达到高温极限，只有一个结束充电的信号被发生。
充电算法在它对放电终点(EOD)信号处于每电池单元0.9伏到每电池单元1.1伏之间，最可取的是每电池单元为1.02伏时起反应，结束当前放电状态的累积(integration)。在这点上它将CAPrem重设定到一个新的残留容量获知值，如同作为放电电流和温度的函数从放电电流的累积(integration)来决定那样。
如同下面详加解释的那样，复位逻辑将CAPFC作为EOD信号所作用的函数来重新设定。因此对灵巧电池的实际容量的新CAPFC值在每一次完全的放电周期之后，以上一次经累积电池放电周期为函数被获知。因此本发明灵巧电池10能在一个完整周期中自校正CAPFC来调整它在每个EOC和EOD的容量，并有效地在单一周期中再获知完全的电池容量，即便所有以前的电池历史已经由于毁灭性的存储器事故而消失。因此本发明灵巧电池能精确地预计实际容量，并典型地能正确地对2400maH电池在几分钟内预计出到放空的剩余运行时间。
本发明灵巧电池10在图2(a)中被更充分地说明，此图是灵巧电池，一个改进设计的多针连接器，及包括了在本发明中使用的混合ASIC32的输出脚(Pinout)图的电池模块28的简化框图。如图2(a)所表明，灵巧电池装置10包括了总体以2b标示的多个可充电电池单元，它们可以是镍金属氢(NiMH)或镍镐(NiCad)电池单元。
为了说明的目的而不是限定的实例，在下面的说明中，假设为具有额定2400maH容量的6个NiMH电池单元。这样布置的电池单元特别适合于给便携式计算机供电。
适当的改进设计的多针电池连接器30被用来将灵巧电池连到主机16或电源18，如前面参照图1所述的那样。多针连接器30包括正电源端子31，它连接第一个电池单元的正端，还有一负电源端子33，它连接最后一个电池单元的负端。多个可充电电池单元可以在它们之间串联起来如同图2(a)中所表示的那样。
灵巧电池模块28包括一混合式IC32，它包含了微处理器50(图2(b))及多个传感装置，用来产生表示电池电压、电流和温度的模拟信号。模块还包括串列的四个LED34，由LED驱动电路53及开关35驱动，此开关可以由一个终端用户用手动激励的以便即使当电池模块已被从主机16取下时也可以指定电池的充电状态。LED34可被用来代表在逻辑表中相对的充电状态(SOC)如下若充电状态是大于75％(或小于100％)，那么全部4个LED点亮；若SOC为从50％到75％，那么3个LED点亮；若SOC为从25％到50％，则2个LED点亮；若SOC为从10％到25％，则1个LED点亮，若SOC低可10％一个LED闪烁。如上所述，相对SOC是相对于最后满容量的剩余容量。
如图2(a)和2(b)中所示，混合ASIC32也包括一运行于被用作电池电流对时间进行累积的时间基础的固定频率上的外部晶体36，并且用以保证在经过长期的等待时期之后电源重新被加到灵巧电池10上时能稳定启动。本发明灵巧电池利用二个分开的振荡器，小功率RC振荡器48形成于混合IC32之内并被用作为混合IC和其内的A/DT变换器60的工作时钟，以及外部晶体36。如在下面要详细解释的，外部晶体36被用来在每次规定的间隔以后再启动测量周期时提供精确的测量和电池情况的累积(integration)而不管可以对内部振荡器精度有不利影响的电池温度。外部晶体36的频率值可以在10KHZ到66KHZ范围内，最好为32KHZ，振荡器48的频率值可在450KHZ到460KHZ范围内。
混合IC32包括一个MIKRON GmbH的低价、高性能、CMOS8位微控制器(μP)50，具有改进的RISC构造。一组32个压缩指令全是单周期指令(除了二个周期的程序转换)，而Harvard体系结构的设计实现功耗最小的高水平运行性能。微处理器在从DC到10MHZ的任一时钟下以12位宽的指令和8位宽的数据通道运行。与一可自由编程的计数器/定时电路同时还提供有一可自由编程的监视时钟。另外，微处理器可作直接、间接和相关寻址模式的寻址型。微处理器50可以是从Mikron GmbH(位于Breslawer Straβe 1-3，D85386，Eching，Gernamy)买到的，以及可在美国通过MICROCHIP Technology，Inc.Chandler，USA得到。
混合IC32还包括多个模拟电路，它和外部模拟传感器一起被用来产生代表电池电压、电流和温度的数字信号，这在后面要解释。
例如，如图2(a)所示，电池电压从包括R1和R2、由在混合IC32内的NMOS晶体管在内部开关的分压电路得到，来在每次测量时间的一个小部分内提供电压测量值，从而使在电池单元26耗费的电流最小。
电池温度的测量用在图2(a)中标示为RNTC1的NTC热敏电阻来完成，当温度改变时它的电阻改变。电阻R3串接以形成在VASS(负模拟电源电压)VTEMP，(温度电压输入)和VREFT之间的分压电路，VREFT是由混合ASIC32在脚VREFT上加给热敏电阻/电阻串的参考电压。温度电压输入在VTEMP上按以下公式测得VTEMP=R3R3+RNTC1×VREFT]]>其中NTC1值在25℃时可以有10Kohm并随温度而改变。如果需要，一张有多个温度值和多个VTEMP值的查找表可被确定来计算电池温度，在这些值中，由在IC32内部的微处理器线性内插入温度值。
电池电流通过一个在图2(a)中标为RSHUNT的分路电阻来测量，它串接在电池单元组26的负端33和电池单元之间。该分路电阻阻值很小，但可以在1毫欧到200毫欧范围内任何值，随电池单元数和电池的所期望用途而定。该分路两端的电压降加在ASIC32的分路电阻正输入脚VSHUNT+和负模拟电源电压脚VASS之间检测。
如图2(b)所示，当代表电池电压、电流和温度的模拟信号一得到，它们即被输入ASIC的多路转换器即开关网络55，它使每次只能让一个模拟信号被输入A/D变换器60作数字变换。开关网络和数字逻辑电路一起动作，经由线55′(见图2(b))将根据需要变换的检测值类型而进行，累积(integration)的周期数量通知A/D变换器。例如，比起要变换电压或温度测得的量来，在对电流检测量作变换时为确保较高的位分辨率，就需要更多的累积循环，这在下面会结合图8(a)进一步详细解释。
A/D变换器60的总的构成图见图4。在优选实施例中，A/D变换器60是个双极性、高分辨率的，增量∑-Δ变换器(incremental sigma-delta converter)，由三部分组成一个带隙参考电路62；它提供预设的模拟电压，用作对A/D的模拟地电位；一个分压网络64，将当前电压分成一个用作为A/D的满刻度电压(full-scalevoltage)的模拟电压；以及一个∑-Δ电路66，用于将模拟信号变换为数字字在线路69上输出。A/D控制电路68具有从IC振荡器输入的时钟，对随检测类型不同而有不同分辨率变换器的∑-Δ变换器提供控制。例如，在本发明的一个实施例中，A/D变换器对电流检测被组构成具有13位的分辨率，其变换时间在300-400毫秒范围内，而对电压和温度检测值被组构成为具有10位的分辨率，其变换时间在30-60毫秒范围内。各周期中电压、电流、温度检测值的定时图以在图8(a)操作周期图中的时序中的58a表明，下面再解释。
在本发明的一个实施例中，A/D变换器的分压电路64将预设的带隙参考电压分成如下的满刻度电压用作电池电流检测的满刻度电压的一个150mv信号；用作电池组电压检测的满刻度电压，随电池单元的数目不同而定的150mv、250mv或350mv信号；以及用作电池温度检测的满刻度电压的150mv信号。这些数值仅是说明用的，电池的设计变化时可以改变。
灵巧电池装置的A/D变换器采用了∑-Δ变换电路66，如上所述并参考图4和6。能够作双极性变换的∑-Δ变换电路66的细节在后面参考图5(a)，5(b)，及图6和7来解释。图6特别表示出一电容器开关网络，用来接收正的和负的电压值，在图6中标为VIN，用于输入到积分电路88和比较电路89用于输出到控制和逻辑电路68。在参考文件，Jacques Robert等，(1987)，“A16-bit Low-Voltage CMOS A/D Converter”，IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.sc-22，No.2，157-159，中公开了一种实现4-μm CMOS、开关电容器技术的增量(累积的)∑-Δ变换器，类似于灵巧电池装置的A/D变换器中所实现的。在该参考文件中所描述的是一个简化的、单极性A/D变换器，由于所有的信号都由电量而不是电流表示，如同在构成变换器的核心的开关电容积分器中那样，因而此A/D变换器对时钟频率和时钟波形的变动很不灵敏。
现有技术中，为检测正和负输入电压，除正电源外还必需一负电源。因而，在需要检测负电压(或电流)如灵巧电池的放电电流的场合，就要求需消耗额外的功率的外部器件(如变换器)和电路，从而减少了如本发明灵巧电池装置中所需的这种低功率电路的可能性。代之为，为了克服此缺点，本发明的A/D变换器60不使用负电源，而使用一可实现的片载A/D带隙参考电压“AGND”被用作为虚拟的地。使用“虚拟地”这个概念是基于这样的事实，贮存在电容器上的电压可以被传送到另一个使用实际上无电损耗的模拟开关的dc电压参考点。
在图5(a)中表示dc电压变换电路布置的第一个实施例，由三个开关S1到S3及四个连接器A1到A4和一个电容器C1(电容量为C1)所组成。连接器A1到A4分别处于电位1到4。如图5(a)所示，开关S1，和并联连接的开关S2和S3，接在电容器C1的相对的二个端头上。
以下叙述所发明的电路布置的工作。开始时，开关S1和S2闭合，开关S3打开。电容器用电压差值1-2将其本身充电，并贮存电量Cl×(1-2)。
所发明过程的下一步中，开关S1和S2打开，电容器的一个极通过开关S3接在电位3。出现在电容器C1上的现在是电压p3+(1-2)，它可以通过处于电位3和4的连接器A3和A4的连接而被分接出来。
在图5(b)中表示dc电压变换电路的又一个实施例，它设置有一个附加的开关S4，当其打开时，如果S1闭合，就可以阻止呈现在连接器A3和A4上的分接电压p3+(1-2)中出现电位1。
图6示出一开关电容A/D变换器中本发明电路布置的电路图。A/D变换器66具有一个运算放大器88，它用作积分器，还有一个运算放大器89，用作比较器。比较器89的非反相输入通过连线91和积分器88的输出相接。比较器89的反相输入和积分器88的未反相输入接在参考电位AGND(模拟的地＝1.25伏)。比较器89的输出在积分器88的输出电压高于参考电压AGND的时候的“高”，而当积分器88的输出电压低于参考电压AGND的时候则为“低”。靠线路L1，L2，L3和L4，积分器88亦即积分器88的反相输入和输出并联连接在电容量为C2的电容器C2上。电容器C2有一个通过线路L1和L5相并联连接的开关SR，它实现电容器C2的放电。通过线路L6，积分器88的反相输入靠开关S5和线L7和有电容量为C1的电容器C1相接。线L8通过开关SI和线L4将线L7和积分器88的输出相接。线L9将电容器C1的在图6上朝着积分器88的一个极连到线L10，线L10分别通过线L11、L12和L13和开关S4、S7和S6相接。接到电容器C1另一极的是线L14，它通过开关S3和参考电压AGND＝1.25伏相接。线L15和线L14相接，并分别通过线L16，L17和L18将电容器C1在图6上不和积分器88面对的极分别和开关S2、S1和S8相接。芯片本体Vss＝0伏，分别通过线L19和L20与和积分器88面对的极分别和开关S2、S1和S8相接。芯片本体Vss＝0伏，分别通过线L19和L20与开关S8和S6相接。这样，通过适当地打开和闭合开关S8及S6，电压Vss可以加到电容器C1的两个极上。经数字化的输入电压VIN分别通过线L21和L22接到开关S1和S7上。这样，通过适当地打开和闭合开关S1和S7，输入电压VIN可以加到电容器C1的两个极的任一个上。决定A/D变换器的分辨率的参考电压VREF被通过线L23和L24分别加到开关S2和S4上。这样，参考电压VREF，例如为150毫伏，可以加到电容器C1两个极的一个上。开关S1……S8，SR和SI最好是CMOS开关，特别是CMOS传输门。输入电压VIN、参考电压VREF和本体电压Vss和A/D变换器输入电容器C1的连接在现有技术中是公知的。这里发明的是通过开关S3将一参考电压AGND＝1.25伏(≠Vss＝0伏)接到输入电容器C1上。类似地，通过所发明的电路，很容易使VIN、VREF和AGND能加到输入电容器C1的两边，而促使电容器C1不同极性的充电。
图7以阶段图表示了A/D变换器的工作。S1-S8、SR、SI按图6是指A/D变换器66的开关，而在图7中CK表示比较器89的脉冲信号，CK′表示另外的分接出来的脉冲信号。
此图中，开关状态在0和1间变动，1指开关闭合，0是打开的开关。A/D变换器的运作可以分作四个阶段，分别标注为I、II、III、和IV，I指复位或复位阶段；II是累积处理阶段；III为反相阶段；IV是输入电压极性相反或符号相反时的累积处理阶段。周期被再细分为i，……xiv等步骤。如图7的步骤i所示，在复位阶段I期间，只有SR开关闭合，其他所有开关是打开的。这造成电容器C2放电。在II阶段开始时，正如ii步骤所示，在图7中开关S1和S6是闭合的，其余开关仍保持打开。这造成电容器充上电量ΔQ＝C1×(VIN-VSS)＝CI×VIN。在iii步骤中，开关S3和S5闭合，其余开关仍开着。现在电容器的一个极设定为电位AGND，电容器C1的另一极通过S5的闭合和电容器C2相接。现在发生电荷从电容器C1转移到电容器C2去。因为积分器88最终使二个输入电位均衡，在积分器88的输出处91出现输出电压VOUT等于-(C1/C2)×VIN+AGND。在第iv步骤中全部开关都打开，比较器脉冲CK为1，意味着，比较器89实行了VOUT和AGND的比较。此比较的结果是以后的周期的基础。在第V步中开关情况的表示必需这样来理解在第v步中开关S2到S8是不闭合的，当比较器的输出为0，实际上为“低”时，开关S2和S6闭合，S1、S3、S4、S5、S7、SR、SI是打开的，而当比较器的输出是1，意为“高”时，开关S4和S8闭合、S1、S2、S3、S5、S6、S7、SR和SI是开的，在其他情况里则保持开着。当比较器的输出为0，意思是输出电压VOUT低于AGND，那么开关S2和S6闭合。现在在电容器C1上呈现VREF和VSS。在比较器输出为1的情况里，意思是VOUT高于AGND，那么开关S4和S8闭合，因而类似地VSS和VREF出现在电容器C1的两个极上，只是和比较器的输出为0的情况时的极性或符号相反。在第v步中，开关S1，SR和SI是开着的，而在第vi步中开关S3和S5是闭合的(和iii步相比)，使电容器C1和C2连接起来。在第iii步中，电压AGND是加到电容器C1的一个极上的。随后就再发生电荷在电容器C1和C2间的转移，其结果是电压-(C1/C2)×VREF+AGND分别被加到或减自积分器88的输出电压，按照在第iv步中比较器的比较结果来定。在阶段II的第i到第vi步中处理了输入电压，此电压被相对于AGND移动了相位，使用的参考电压对于AGND作了移动。相似地，在积分器88的非反相输入和比较器89的反相输入为AGND，使输出电压是参照AGND的，并使由比较器89所作的比较是对AGND＝1.25伏而不是对Vss＝0的。
现在在下面将讨论由vii到ix步组成的阶段III。在此阶段中积分器88的输出电压VOUT相对于AGND其符号或极性已被加以反相。在整个阶段III中开关S3是闭合的。在阶段III中开关S3的闭合使电压AGND被加到电容器C1的一个极上，其结果是电压VOUT也被相对于AGND而不是相对于VSS＝0被加以反相，象已知的A/D变换器中那样。在第vii步中开关SI闭合，其余的开关除了开关S3外都是开着。这使VOUT暂时地在电容器C1上，待到第viii步除了开关SR外所有的开关都打开。开关SR实际上闭合后使电容器C2放电。在第ix步中开关S5和开关S3一起闭合而所有其余开关都开着。这使得对AGND作相移的负电压呈现于积分器88的输出。和先前的通过电荷从电容器C1转移到电容器C2那样得到负的符号。在阶段IV的第x步中，开关S7和S8闭合，所有其余开关开着。相比于第ii步，输入电压VIN以相反的极性出现在电容器C1上。这使输入电压的累积处理的符号改变，这也可在上面提到的Jacques Robert等人的出版物之图6中清楚看到。第xi列第xiv等对应于第iii，到第vi步，意在实行输入电压的累积处理(只是在第x步VIN符号相反)，并按照第xii步中比较器89的结果VREF被分别在累积处理后相加或扣减(当C1＝C2时)。对于14位的A/D变换器，实行第i步后执行阶段II[214-2(对阶段I，及III)]∶2＝8191次)，以及阶段IV。比较器的输出接到一增/减计数器，按照VREF是相加还是相减，此计数器每次将其计数增或减1。而后计数器的结果就是VIN对VREF比值的14位表示值。阶段III和IV是必需的，因为经过以VIN反号的累积处理，例如运算放大器中所发出的漂移误差被分别报告出来或者清除。
多针连接器30包括用于系统管理总线接口75的二个针，一个用在串行时钟I/O线38，另一个用在双向串向数据I/O线40。这些线分别接到混合IC32的SMBCLK和SMBD数据针上。如上面一般地说明，以及下面还要详细解释的，灵巧电池模块28通过系统管理总线和数据线和主机16及灵巧充电器22联系，进行贮存的电池参数及计算的电池参数的交换。
灵巧电池10还包括分开的热敏电阻RNTC2，它跨接多脚接头30的负端和一温度或热敏线42。电阻RNTC2可以独立地由灵巧充电器22使用来和前面对RNTC1描述的情况相似地确定电池温度。
正数字电源电压从多个可充电电单元44得到，并通过脚针VDD供给混合IC作为芯片的正电源电压。应理解混合IC用的电源电压并非必需在电池中点46获得，但应当从电池单元的某一点获得，以便接受一个大约3到4.8伏的电压，即，三个电池单元的等效电压。如在下面将要详细解释的，使用电池中点作正电压原能使混合IC在即使电池遭数障短路从端子31-32拆下时仍保持有电，而且能使A/D变换器60确定电池是正在放电还是正在充电，这在下面会详细解释的。适当的熔丝元件(其中一个示于图2(a))及一种正温度系数(PTC)元件(其中一个示于图2(a))和电池组单元串连以防止电池有极大电流及由于电池端点间临时短路或其他热事故而发生过高的温度。
如图2(b)所示，混合IC32还包括RAM存储器65，它能贮存128以下的8位寄存器用于计算的电池参数之通信，并还有ROM存储器67用于在电池容量计算算法(下面解释)中应用的查找表数值之贮存。精确的RAM、ROM及程序ROM存储器的数量是设计选择的问题，这些数值也因计算的和预设的参数之间的比例变化而改变。
如图2(a)所示，加入一个电容器C4起缓冲器作用，使在电池短路或瞬间功率丧生时RAM存储器中内容保持完整。最好，电容器C4接到负模拟电压原端，其值应选择得保证电源电压在一个与RAM漏电流有关的的时间里被加到埋入式存储器(RAM)上。在优选实施例中，给RAM存储器的供电如果存在暂时的短路情况是不锁断的。然而，电容器C4最好容量为330nf，在PTC元件跃升到高阻值必需的时间内为RAM提供电源电压。PTC元件在电池组端部之间短路产生的电路漏电时将在电池端子间产生高阻抗。
混合IC32进而包括4K字节以下的附加ROM存储器70，用于寻址和贮存各种算法、子程序、制造者数据、及由灵巧电池模块用于计算电池容量，发送诸如警号和电池充电器控制指令等的消息、和处理来自外部装置的消息请求的数据常数。
可编程ROM生成由金属掩模(未示出)来实行而与正常靠扩散掩模的ROM生成不同。根据需永久贮存的信息，通过扩散生成的阵列布置的晶体管，从而使信息通过在扩散步骤中晶体管的分布在所在平面上编码。所以，ROM生成器实际上生成了ROM阵列，因而有或者没有一个MOS晶体管各自代表逻辑“0”和“1”。采用可编程级的扩散的ROM阵列之缺点是将扩散处理用作为CMOS方法的最初一些步骤之一在当ROM内容有改变时是不能加以改变的，因而对特殊的ROM型式不可能统一作晶片料的生产。
相反，在金属层上可编程ROM阵列的优点是可以制造好金属层以下是同样的基础层的晶片。所以，有不同ROM内容的微处理器系列可以以低价位和短周期地实现。此外，还有可能预先制造具有在上层或各个稍后生成的层中进行应用程序专用信息的编程的灵活性的一部分ROM。
混合IC芯片本身可以包含13或14层，其第9层或第10层(即上层中的一个)是金属层，其中金属的分布表征ROM贮存内容。所以，在混合ICROM制造过程中，生成9层，而后四个ROM编程的层按照用户的特殊需要来生成(即电池组的专用特性)。
图9(a)示出带有金属层作为编程层的ROM阵列。MOS晶体管，例如用于阵列中的71(a)常存在于阵列上，将或作逻辑“0”或“1”。具体说，图9(a)示意地表示了灵巧电池装置的ROM67，它根据如下独特的过程来编程所表示的ROM阵列由8个字行67a，标以WZO。。。，WZ7，以及8个间隔67b，标以SPO，SP8所组成，间隔SP1，SP3，SP5，SP7与虚拟地线73连接。在阵列的每个位置上，用扩散步骤产生一个晶体管，在图9(a)上示出阵列的三个晶体管71a，71b，和87。为了在相关字行上编逻辑”0“，一个晶体管的漏极或相关的源极分别连接到与之结合的晶体管金属掩膜相应的源或漏极上。这种晶体管的漏极或相关源极分别和间隙线或虚拟地线73相接。在字行WZ7上晶体管71a，如图9(a)所示，由于其漏极和与虚拟地线SP7相连结的MOS晶体管87的源相连而被编为逻辑“0”。
与此相反逻辑“1”的被探测得在于，漏极或相关源极被接到公共线上，最好是，如从图9(a)能确定的，接到间隙线SP0，SP2，SP4，SP6，SP8上。所以，如图9(a)示出的字行WZ0的晶体管71b那样的晶体管被短路。
因而，晶体管的连接最初由金属掩模的应用来确定。在通常的方式中，在ROM上加二个金属掩模(通过接触)。应理解的是，在这种情况下最好二个金属掩模中的下面一个，即位于接近晶体管的那个掩膜被用于作短路和可采用的晶体管的连接。由于晶体管是被短路的，这不妨碍用作接触的金属掩模运行。因为这个金属掩模通常是最上面几层中的一层，例如是大约14层中的第10层，本发明的ROM可预先加工到第9层，然后按照应用要求来编程及制造。
在图9(b)中表示了一个普通编程的ROM。从图9(b)可以确定，在图9(b)中被短路的那些晶体管在任何情况下都不会在扩散掩模中生成。如图9(b)所示，并不存在的晶体管71c，它是相当于按照上面说的方法的金属掩模中被短路的晶体管71b。
如上所述的每个贮存在ROM中的以及被灵巧电池模块用来计算电池容量等的算法、子程序、制造者数据、和数据常数等，现将在下面详加解释。向外部装置报告电池参数的灵巧电池算法的细节可在申请人的待批专利申请，已转给本发明的受让人的美国专利申请号08/318004中见到，其中揭示的内容结合在此作参考。
如图3所示，电池的操作系统10′首先实施初始化程序100。在系统给电时进行初始化，它可由电源“接通”(ON)信号/复位脉冲信号11启动，或，由来自”等待“(STANDBY)信号13的唤醒来启动，它是在由微处理器决定退出等待模式以后产生的。如图2(b)和图10所示，混合IC32附有一给电复位电路85，它产生复位脉冲信号11激活外部晶振36，并每当电源电压加到ASIC时使系统复位。具体说，此复位脉冲开始起动外部晶振36以准确地触发内部450KHZ振荡器以便提供对混合IC元件的时基。此电路的阈值为1.2V和1.6V之间依使用于图10电路中的晶体管类型而定。
更具体的是，如图10所示，给电复位电路85提供有一个包括了n-和p-通道晶体管的晶体管网络，这些晶体管连接于混合IC电源VDD，当测得VDD降至1.6V到2.0V之间或，当电池短路0.0V时，电路85的各晶体管产生一个RAM存储器解锁信号79，切断PMOS晶体管85′并有效地将RAM存储器65解锁。如上所述，缓冲电容器C4上电压将保留RAM存储器的内容一与RAM电流泄漏有关的时间。
收到了给电/复位信号11后，或休眠模式退出以后，系统被置于等待模式23(图3)直到被由外部晶振产生的触发信号17所触发，该外部晶振36用于使系统每500MSEC运行(容量计算)的触发器，或者，系统被由将在下面详细解释的总线请求信号15唤醒。在电池”等待“模式，微处理器处于停机态，直到运行周期触发器信号17或外部总线请求信号15被接收为止。算法变量的初始化初始化程度已如前所示(图4)及所述待批专利申请(USSN08/318004)中所描述，在系统的最初驱动时引入。初始化程序功能是清除所有要被贮存在系统RAM中的数值并指定所有系统的缺席值。最好，许多缺席值是常数，在紧急情况下可以用，其中有在系统处于等待模式时所有RAM存储器均丢失其内容的情况。
在给电复位及从芯片的等待模式唤醒(下面解释)时，程序在初始存储地址启动。进行“检验和”测试以检查RAM是否有效，由此继续容量计算，或，是否要启动应急模式(使用ROM缺席值)。这种情况发生在当芯片在电池电压低的情形下被转换到等待模式及当电池要再被充电时被转换回到工作(ON)模式。
如果“检验和”试验失败，μp将首先彻底清除全部RAM库，并，结果内部产生的CLAIBRATED(被校准)标记将被清除，电池组中电池单元数目必须被获知，此过程后面详细解释。其次，缺席值(下面叙述)被从ROM转移到RAM。为了防止在下面将叙述的容量计算的例外，要强制使变量没有未定义的值。这使算法能在所有RAM存储内容丢失时工作在灾难性的应急模式下。当电池系统使用原始的制造者数据在电池服务站被重新格式化时关键变量的缺席值将被正确值替换。
被包括在初始化程序中的有“满充电容量”“full cap”、“充电的相对状态”“SOC”、“剩余容量”“Itf”值的初始化，以及为保证容量计算的正确起动的状态和其他变量的初始化。以后，程序在脱离初始化程序之前使所有系统的计时器复位，诸如电压、温度和自放电计算计时器。之后容量计算将在由外部32KHZ晶体36每500msec传送的各触发信号17时开始。
如上面解释的，缺席值对保证响应给电/复位进行可充电电池容量计算(下面解释)被执行是必要的。在待批专利申请(USSN 08/318004)中详细解释的和在容量计算的算法151中使用的关键参数的优选标称的缺席值规定如下“设计容量”(理论的或标称的容量，下称“nom_cap”)可处在1700到2400mAH范围内，但在存储丧失后，容量计算算法取优选值2000mAH作为缺席值，新容量由这一级来获知；在可充电电池组中电池单元数目的缺席值是6个电池单元，不过，这个值可随电池组的实际构成而改变；AL_REM_CAP值代表剩余容量示警触发值，可在50mAH到500mAH范围内。最好AL-REM-CAP有一个200maH的缺席值(AL-REM-CAP_DEF)。当剩余容量低于此数(未计入在由于电流和温度的EDV(即残留容量校正)之后的剩余容量)，就存在告警条件。AL-REM-TIME值代表在目前的放电率下估计的剩余时间，可在1.0min到20min范围内。最好，AL-REM-TIME有一个缺席值(AL-REM-TIME-DEF)为10min。当基于瞬间平均电流(下面讨论)计算的到电击穿(EDV)时的剩余时间在AL-REM-TIME值以下时此告警条件存在，并且当电池正在充电模式时将被自动禁止。AL-DTEMP值代表dT/dt告警触发条件，可在1°K/min到5°k/min范围内。最好AL_DTEMP有一缺席值(AL_DTEMP_DEF)为2°k/min。当电池检测到其内部温升率dT/dt大于AL_DTEMP值时此告警条件就存在。AL_HI_TEMP值代表高温告警触发，可在310°K到345°K范围内。最好AL_HI_TEMP有一缺席值(AL_HI_TEMP_DEF)为328°k。此外，当容量计算由给电一复位所启动，“满充容量”(“full-cap”)代表所获知的电池满充容量，将被初始化到设计容量(nom-cap)；“剩余容量”(“Itf”)初始化到full-Cap的1/8；而“相对充电状态”(SOC“)到12.5％，电池状态初始化到容量递减，以及更具体地，到自放电模式。告警计时N_ALARM设定在10秒，这是一个告警条件播给主机和/或电池充电器的时间量，下面详细解释。应知这些值是对预定用在便携式电脑中的NiMH电池的典型数值。其他化学性质的电池型式，或者便携式装置可能用另一套缺席值。
如图3所示，在步骤100，系统经初始化以后，电池将进入等待即维持模式23，将受总线请求信号15唤醒或受外晶振触发信号17每500msec一次的唤醒。如电池是如步骤21那样由总线请求信号15唤醒，那么电池以步骤25指出的处理请求子程序进行对请求的处理，之后将退出到等待模式。用于处理请求25的程序将在后面详述。
如果系统由正常外晶振触发信号17触发，而没有总线请求，那么程序禁止总线请求(在触发信号之前约37msec)允许A/D变换器对当前操作周期开始电流、电压和温度检测，如图3步骤130所示。随后在步骤139检查“获值”状态标记以决定是否要对原始电流、电压和温度检测值作A/D变换。当此标记置成为高(逻辑电平＝1)，可充电电池的原始电流、电压和温度值已获得可用于步骤140的当前的触发周期。这些经A/D的原始电流、电压和温度值被装入专门功能寄存器61，如图2(b)所示，这是在混合IC中提供的用来随后在RAM中贮存I，U，或T的16个这种寄存器中的一个。如“获值”标记是低(逻辑电平＝0)，那么在当前这个周期中没有原始电流、电压和温度得到，以获值标记将在步骤148翻为高(逻辑1)过程将继续，如图3所示。
新电流、电压、和温度值得到以后(步骤140)，步骤141中A/D检测就绪标记设为高(逻辑电平＝1)，在步骤142中做检查决定系统是否处在采样模式。因而，在步骤142，如原始电流的绝对值|I|确定为低于阈值10mA，那么电池系统将取决于取样模式标记的状态而运行在半取样速率。在图3步骤143，所以要决定的取样模式标记是低(即逻辑0)还是高(逻辑1)。如取样模式标记是低，那么在步骤144中取样模式标记要翻成高电平，系统处于取样模式下，过程进入步骤149开始A/D变换。如果取样模式标记已经为高(由前一周期得)，那么在步骤146，“获值”标记设定为零，在步骤147A/D变换被禁止。A/D变换将不发生(节能)算法进至容量计算(步骤151)。在取样模式中“获值”标记总是设为低。此标记状态保证A/D变换将被跳越，结果，在步骤150没有新的有效数据将被用于容量计算。
如原始电流，|I|，在步骤142被决定为超过10mA阈值，那么电池系统将于步骤145退出取样模式(并且取样模式标记被置逻辑0)，随后新电流、电压、和温度值的A/D变换在步骤149里实施。在步骤150作关于A/D检测就绪的标记是否为高(逻辑1)的决定，这指明有效的原始电池参数数据已经接到。如它设定为高，那么容量计算和伴随的电池特性变换(电压、电流和温度)将被完成。如A/D检测就绪标记为低(逻辑0)，则容量计算在当前的周期中不做，过程跃到步骤158，那里为信息转移的总线请求线被允许，混合IC在步骤23被置于休眠模式。振荡器触发信号17继续每500msec唤醒微处理器，然而，当电流小于10mA，A/D变换和容量计算将在任意确定的速率下实行，这是不常见的，例如，每2秒一次或每5秒一次，以节约能量。
图8(a)表示在正常模式运行条件57a下和当系统运行在下面要解释的取样模式条件57b下相比较的操作周期的时序图。由图8(a)所示及上面所叙述，32KHz外部晶振每500msec发生触发信号17去开始原始电压、电流和温度检测，标示为158。也开始使用上次运行周期的电流、电压和温度检测值的容量计算160。当得到的原始电流值被确定低于阈值10mA，电池系统将运行于半功率，在下一个500msec运行周期中不做检测，如在图8(a)中标作58b。但一秒以后在下一个周期，标作58c，检测进行。当得到的原始电流值被确定为超过阈值10mA，电池系统将恢复正常模式的运行，在下一个和随后的运行周期中做容量计算和伴随的电池特性检测(电压、电流、和温度)。
图8(b)表示对各种检测的近似时间长度。作为一种设计选择，容量计算160每一个运行周期在大约71msec中完成。此后，在大约29msec时间内完成告警控制子程序152，在大约2msec时间内完成充电控制子程序154，如果灵巧电池确定这些运行应被完成的话(见图3)。如果使用人请求的话LED显示程序156可以完成。LED显示控制功能在约23msec内发生如图8(b)所示。应理解上面所说的对各种程序的执行时间可能由于内部455KHZ振荡器的精度而变化，该精度随温度而改变。告警控制子程序152，充电器控制子程序154和LED显示子程序156的每一个将都在后面详架解释。
由于系统管理总线请求线在容量计算、告警控制，充电控制和LED显示程序中是不起作用的，故在图8(a)所示各运行周期的时间158期间微处理器是不能从主机或电池充电器42接收到请求的。所以在各运行周期中，在完成容量计算之后，系统管理总线请求线在500msec周期的剩余时间内是可以工作的，如图8(b)所示，所以它能响应来自主机或充电器的请求。同时，电池将本身置于等待模式23由此在收到系统触发信号17它将对下个循环被唤醒，或者被总线请求信号15唤醒，如图3所示，对于各运行周期的剩余37msec，如在下一个脉冲信号17之前的时间段158，总线请求再次被禁止。如上所述，每个系统触发信号17开始启动产生455HKZ信号的内部时钟48去控制混合IC、微处理器，A/D变换器等。计算电池容量的算法容量计算的目的是在连续地按照下述式(1)表示的公式监视可充电电池的容量CAPrem＝CAPrem+∑∈cIcΔtc-∑IdΔtd-∑IsΔts其中CAPrem，下称“Itf”，指示在任何给定的时间上电池里剩余的容量，以mAh(毫安时)计；∑∈cIcΔtc项表示在电池被充电时容量增加的增量总和，并计入最好从将在下面结合图22(c)说明的查找表中的数值中提取的充电效率因数∈c，或在代之以从特性方程获得，或者用贮存在存贮器中n个点间内插得到；∑IdΔtd项代表由于与电池的应用有关的放电电池容量连续减少的总和；∑IsΔts项表基于与电池化学性质相关的自放电效应的预计的和可测量的自放电量，是电池充电状态和温度的函数。知道了剩余容量，Itf，在所有时刻，有可能提供可被主计算机(PC)或灵巧电池充电器使用的电池参数信息，以确保安全和可靠的电池的使用及保证延长电池寿命。
图13(a)和图13(b)表示在每个触发周期对可充电电池组实行的容量计算程序。除了当在“取样”模式时电流、电压和温度检测每秒作一次外，这些检测并行地进行。取样模式设计成节电(即，A/D变换在半频率下发生)，并取决于所检出的电流的量进行接通和断开。例如，当电流降到10mA以下时，“取样”模式被启动而以较低的频度进行检测。
通常，温度、电压和电流每一周期测量和更新一次。电流检测用累积法(下面详述)，它在变换时间内认出其变化。所有从SMBus请求和容量计算取得的输出值延迟一个周期。A/D检测由标称值455KHA的芯片振荡器控制，而用于累时间的操作周期则由精确的32KMz振荡器控制。芯片振荡器绝对频率值的较低的精度不影响检测精度。
如图13(a)所示，步骤200，容量计算的第一步，IUT计算程序200被执行来首先将从寄存器61(图2(b))来的原始模拟/数字变换器输出数据转变成有适当单位的对容量计算算法有用的值。IUT计算程序的细节可在上面提到的待批专利申请(USSN08/318004)中找到。大体上如图12中表明的，在步骤205中原始A/D电流测量值Iraw，被标定及变换为实际电流值“I”，单位为毫安。相似地，原始A/D电池组电压检测值，Uraw，被标定及变换为以毫伏为单位的实际电池组电压值“U”。接着，如指出于步骤212，μP检查电池组电压“U”确定电池组的各个单个电池单元的输出电压是否小于0.9伏，如检测得一单元输出小0.9V的电压，则电池组被置于休眠模式，如步骤212所指示的。如示于图12，当电池状态在ON(操作)和SLEEP(休眠)模式间变化时发生以下动作为节约电池电力和使耗电流最小，μP在步骤213关断A/D变换器60及在步骤216关断455KHZ芯片振荡器。在休眠模式中，RAM的存储内容由来自电池的电压仅用吸取的存储器漏电流(依RAM的数目而定)保持存活。此外，唤醒比较电路80(图11)在步骤217中被激励，然后μP设置一位标记去通知硬件启动专门电压控制逻辑以使本身休眠，如在步骤218所指示的。
如图12中步骤219所示，及图11所表明的，唤醒比较电路80周期地由从外部32KHZ振荡器引出的触发信号77a所激励。在每个周期中，比较器被接通去比较电池组电压信号82与预定的带隙参考电压信号83的比例，信号83从带隙参考电路62(图4)提供输入到比较器76的反相输入端。对于一个三电池单元的电池组，带隙参考电压83为大约1.239伏，但此值可按电池组设计而改变。当ASIC的电池组电压信号的比率82VDD增加到超过参考电压信号83，则比较器电路将触发，如在步骤220所示，去唤醒μP并使A/D变换器再作检测，如步骤221所指示。容量计算将在步骤100开始继续进行。
唤醒比较器电路80的详图示于图11。如图11所示，唤醒比较电路80包括由电阻R4和R5构成的分压器，这些电阻连接到VDDASIC电源，将电池组电压的一部分(信号82)加到比较器76的第一非反相输入端。如以下将详细解释的，一个接在电阻R5和地之间的NMOS(n-通道MOSFET)晶体管开关89b通常在休眠模式被关断以防止电池电流流入地，但，周期性地由触发信号77a每500毫秒一次被接通(30微秒)使分压的电压VDD出现在比较器76的非反相输入端。同时，外部振荡触发信号77a用同时接通晶体管89a，b来触发唤醒比较电路80使比较器76运行。如图11所示，由外电路从电池引来的小功率电流源90接通晶体管89a给比较器76提供参考电流。从这个电流源90，固定比较器的工作点。此外，起动线15a被接到信号77a去同时启动比较器作检测。晶体管开关89b由从反相器72输出的信号77b接通，产生到地的通路使VDD分压信号82出现在比较器输入端以便作比较。
当VDD比率是低的(＜0.9V/电池元)，电池组电压信号82的比率小于A/D变换器带隙参考信号83，则比较器输出信号13是低。当VDD上升到参考电压83之上，即3.3伏以上(每电池元1.1伏，对于三电池元的电池组)，唤醒(比较器输出)信号13升高，而允许正常的取样模式运行恢复。如在图11中所示，元件78是施密特触发器，它是个双稳态器件，它被提供于比较器76的输出处来阻止寄生振荡出现在比较器76的输出处，这也许是由于比较器开关特性和/或放大器的噪音引起的。
由于用在混合IC中的MOS电路的低功耗，在休眠模式里全部工作元件的总电流消耗不大于约2.0μamp(微安)。
再看图12，只要各电池单元输出测得为大于0.9伏，容量计算就继续下去，在步骤215，原始A/D组当前温度测量值，Traw，被转换成以凯氏温度为单位的实际电池块组温度值。此温度值被标定，计入热敏电阻的分度值(未示出)，最后的当前的温度值“T”被得到。在步骤222，检查电池的情况以判定是否存在超过温度的情况，这里检出的温度是328°K或以上。当检测到时，设定一个温度告警条件标记，HI_TEMP_ALARM。如容量在增加及超温情况存在，那么“TERMI NATE_CHARGE_ALARM标记”将被设定来指示一个或多个电池充电参数超出范围了。
在这一点，应提到可能存在一个充电结束的情况(如果容量是在增加)。当在相继的检测中取得的电压和温度的速率改变是在某一梯度时，这个充电终点的情况可能被检出。所以，如在图12中步骤224所示，以及在待批专利申请(USSN08/318004)详细叙述的(图5(b)步骤240到249)，温度的变化dT/dt的计算被执行。还有，如图12中所示，电压的变化du/du的计算在步骤227被执行。
温度变化(dT/dt)计算被执行来估计当前的温度值T和20秒前的时间确定的先前的温度值之间的差值dT，但也可以取大约从先前10到120秒范围的。在dT计算完成之后，要确定内部温度变化量是否超过了允许的程度，即是否“AL_DTEMP”告警条件存在，如同图12步骤226所示。大约2°K/min或更大温度变化标志了一个“AL_DTEMP”告警情况，当检出时，告警情况标记“DTEMP_ALARM”被设定。
电压变化(dU/dt)计算被执行来估计当前电压值U和在先前的最好是前255秒时间处确定的先前电压值之间的差值du.
当dU计算被执行，在步骤260要决定是否容量在减少，是否现在的电压U小于放电终点电压(EDV)极限(曲型地是0.9V/电池元)，指示了放电终点的情况“EOD_U”存在。所以，现在的电压值U比较预设的放电终点电压(Uempty)来决定是否它小于此电压。若对电压的放电终点情况存在，那么在步骤262设定EOD_U标记，以及设定“Terminate_Discharge_Alarm标记”，指示电池已经供出了全部它的电量，现在已额定地全放电了。如放电终点情况不存在，那么在步骤264EOD_U标记和“Terminate_Discharge_Alarm标记”被清除。此外，在步骤264，容量复位标记被禁止。IUT计算程序200退出，容量计算在图13(a)的步骤165继续进行。
图13(a)容量计算程序151的步骤165中，利用最近的先前电流(I)检测值作滚动的(rolling)瞬时平均电流计算。滚动的瞬时平均电流计算对于计算电池的情况如“到电放尽的平均时间”是重要的，此平均时间是根据平均放电电流定的，可能由主机要求的，下面再详述。然后，在图13(a)的步骤170，要决定现在的电流(I)值是否小于或等于自放电电流I_SELFD，在此优选实施例里它是3毫安，但可以在2ma到10ma范围内；它代表一种模式的极限及电池状态的识别。如果现在电流(I)值小于或等于自放电电流，则电池状态被定为是设有外消耗的容量减少。因此，在步骤175设定电池自放电标记。若现在的电流(I)值大于自放电电流(3.0MA)，则在步骤172清除自放电标记。电池自放电电流经常被计算着而不管电池处在容量增加还是容量减少状态。在图13(a)步骤178建立电流方向以决定电池的现在状态。如电流(I)被确定为是正值，则电池状态是容量增加(下称CI)，在步骤180设定容量增加标记位。如电流被确定为是负值，则电池状态是容量减少(下称CD)，在步骤182设定容量减少标记。如已确定容量正在减少，那么在步骤184要确定放电电压终止(加上滞后)EOD_UH标记是否已设定。
对于精确的电池参数表示和电池寿命预测，重要的是在放电电压终点情况(电池正常全放电)被检出之后要复原满电池容量。即使在正常放电条件下，也会保留一些残存的电池容量，它被计入电池计算之中，这后面解释。所以在步骤189要确定是否作为EOD_UH标记被建立来指示电结果池组放电电压终点已达到(如在步骤184确定的)，设定了容量复原标记，或者作为电池自放电标记已被设置(如步骤175所决定的)的结果，或者，如果容量正在增加的话。若容量复位原标记已经被设定，则在步骤190，在EOD电压条件下剩余容量(Itf)被复原为预定的剩余容量“pd″值，它从在圆22(a)中叙述的查找表中获得。此外，在步骤190中，误差寄存器被复位到零，容量复位标记被清除。程序随后进入自放电计算及电流累积处理手续。在步骤184若已确定EOD_UH标记没有设定，或若容量复位标记如在步骤189所确定的那样及有被设定，则算法就进到图13(b)步骤192。
按参考待批专利申请(USSN08/318004)的图6(b)详细描述，在图13(b)的步骤192做状态变化的确定工作以确定是否电池状态改变了，即是否电池已从容量增加(CI)状态改变为容量减少(CD)状态，或相反。这一步对由于电流脉冲符号改变或电流中断造成的错误的电池周期计数或满充电容量的不正确取得等情况的避免是必需的。
如从图13(b)第300到325步所指出的，执行了自放电计算手续。具体地，如参考待批专利申请(USSN08/318004)的图6(b)详细描述的，用于自放电计算的128秒计时器首先要被减量。最好自放电计算的步骤305-325每128秒执行一次。若自放电计时器还设有到时间，程序就进到步骤400(用虚线指出)去执行电流累积处理手续400，见图13(b)详示且将在后面详细解释。自放电计算程序由于电池的电化学性质，剩余容量的自放电校正要随时计算，与任何充电或放电电流的存在无关。因为不管电池正被充电或放电总有自放电电流被消耗，所耗电流的量是电池电量和温度的函数。如图13(b)第305步所指出，自放电率“S”是相对充电状态“SOC”和当前温度T的函数，取自示于图22(b)的查找表，此表表示了三维曲线，代表自放电电流(纵轴)是相对电池充电状态和温度的函数。这些对于自放电的查找因数“S”给出了以设计的(额定的)容量来标定的预计的自放电率，以及，如在图22(b)中所示，自放电电流的量Is一般随温度增加及电池充电水平的增加而增加。例如，在大约65℃及95％充电的相对状态，电池自放电电流总计为每天为电池满容量30％以下程度。在图22(b)中叙述的自放电值是由经验导出的，可能随电池化学性质和电池结构改变。
在步骤310，要确定电池状态是容量增加还是容量减少。若电池是在放电状态，如在第315步所示，从上次状态改变以来容量减少(消耗电流)的总量被计算并被贮存在单独的寄存器中。若容量在增加，那么程序就直接去步骤320去，那里自放电率的影响计入误差计算。步骤320也在于第315步计算从上次状态改变以来容量总量减少(电流被消耗)以后执行。在步骤325，实际容量的累积“Itf″由自放电率“S”而被减少，所以在上面提过的式(1)中列有一项∑IsΔts。此后自放电程序结束，电流的累积处理程序400被执行。电池电量累积处理程序当电池被充电时，就是说是在“容量增加状态”(CI)，否则就是在“容量减少状态”(CD)。CD包括当没有电流流过电池端时电池的等待模式。在等待横式中只有自放电率降低容量。
在充电及放电状态二者，电池电流将被精确地累积。容量累积本身是独立于电池状态的，但是，正如以后要解释的，查找表(LUT)提供了调整因数使能作更精确的容量调整。例如，第一LUT(下面参考图22(c)来解释)包括电流效率因子，它与电池的相对充电状态有关，“C_速率”(电流)；及温度。第二张LUT包括与相对充电状态和温度有关的自放电速率。以及，第三张LUT是关于残存容量校正的，此与电流的放电率和温度有关，给出在指定的电流速率时电池在达到放电电压终点条件之后的松驰情况下可由电池挑出的满充量的份额。
用于电流累积过程400的流程图示于图13(c)。如图13(c)所示，电流累积过程的第一步是决定相对充电状态(Soc)的值。Soc定义为以满充容量(即电池满充电时的容量)的百分数表示的实际容量，被用来估计在电池中剩余的电量。所以，如第405步所指出，要确定剩余容量是否大于零。如果剩余容量Itf是个负数，满容量是不正确的，必需获知并要将Soc值置于零(如同图13(c)中步骤412所指)。否则，在第410步作Soc计算。如前所述，直到电池的满充容量获知以前，满充容量被初始化为设计(额定)容量。
其次，如在图13(c)第415步所指出，计算“C-速率”。这个“C_速率”定义为一个小时耗费能源的速率，以小时的倒数为单位来度量。步骤415里的“C_速率”计算是根据实际电流值(I)和现在满充电容量及再被标定。随后在第418步中要确定电池是在容量增加还是在容量减少状态(放电)。若容量在增加，那么电池正在被充电，充电计算必需考虑一个可在用于充电效率的LUT中由微处理器来访问的充电效率因数，如图22(c)中作图形表示的。因而在步骤420访问与充电电流，相对充电状态(Soc)和温度有关的充电效率因数。例如，如示于图22(c)，当电池充电到大约95％满容量，在温度45℃以0.1的C_速率的电流进行充电时，充电效率因数∈c大约0.8。充电效率因数用经验得出，依赖于电池化学性质和结构不同而变化。图22(c)上的表示是对95％满容量，在温度45℃以0.1的C_速率的电流进行充电时，充龟效率因数∈c大约0.8。充电效率因数用经验得出，有赖于电池化学性质和结构不同而变化。图22(c)上的表示是对95％充电状态的电池的，应理解充电效率值很大程度上依赖于电荷状态(剩余容量)而变化。
最后，在第435步对于当前时刻考虑了实际电流和充电效率因数计算了电量的增加以构成式(1)中的∈cIcΔtc项。此值在第445步中就用于累积的增量，下面再解释。
在第418步中确定了容量在减少，如图13(c)中第422步指示的作为当前放电周期放电量的累积。接下来在第425步确定是否自放电标记已事先设定(见图13(a)第175步)，它指示电池放电电流是小于3mA，只有自放电过程需要考虑。若自放电标记还没有设定，在第440步作电量计算增加累积。最后的累积在第445步完成，其中在第435步或第440步计算的电量增量被加到剩余容量Ift上，如(1)式所指示的。此外，在第445步还对误差计算作电量累积，误差的汇总也被计算出，下面要详细讨论。
若在第425步中确定自放电标记已设定(第175步)，则电池正在没有外消耗地自放电(图13(a)第175步)，通过第451到456步计算残留容量。此程序的第一步是确定残留容量值。此值与当前的C_速率及温度有关，在第451步中由微处理器从在图22(a)描述的查找表上提取。例如，如图22(a)所示，在-20℃温度，一倍C_速率的电流消耗(2c)时经验得到当达到放电电压终点时大约满电池容量的92％会剩余。当加轻负载(例如C/10放电率)于大约23℃温度时，当达到放电电压终点时实际上无残存容量剩余下来。
在第455步要确定是否C_速率大于一个高放电率阈值(优选_mAh)及是否放电终点标记(图12，步骤262)已经设定。若尚未，则在第440步及445步执行容量计算如上述。若当前放电率大于此高放电率阈值，则全部容量复位均被禁止，如456步所指示，继续440步的累积步骤。
在电池运行期间必需分别观测电池容量正在增加(CI)或减少(CD)、充电终点条件(EOC)、及放电终点条件(EOD)。所以在图13(a)和13(b)中表示的容量计算程序继续确定是否电池在容量增加或容量减少(休息或放电)状态，如图13(b)中步骤198。若容量在增加中程序要确定是否符合“终点_条件”CI，如500步所指示。若容量在减少，程序要确定是否符合“终点_条件”CD，如600步所指示。用于容量增加终结情况的观测程序混合IC的微处理器用三种方法中的一种来计算充电结束在满充电压时负电压斜率大于10mv/电池元/min+/-5mv/电池元/min；或者ΔT/Δt超过0.9°/min+/-0.2°/min；或者满充电容量的120％的优选计算充电量(但可以在CAPFC的100％到150％范围内)。关于确定是否符合EOC触发条件之一的程序在图14ca)-14cd)的流程图中说明。
若确定容量在增加，则图14(a)表示的EOC(CI态)观测过程500的第一步505是确定是否电池的相对充电状态(COS)值大于电池满充电容量值的20％。若电池达到此容量水平，在507步清除全放电状况标记。如以下要解释的，全放电状况标记在确定了电池供应了全部电量而不会受伤害时被设定的。直到电池达到该容量水平，“满放电”状况标记要保持设定。其次，如在510步所指示，第一EOC能触检测法被执行。此第一方法是要确定是否符合dT/dt触发启动条件，以及，是否温升的斜率dT大于或等于指示EOC条件的极限阈值。在优选实施例中，dT/dt触发启动条件在相对充电状态(SOC)超过50％阈值极限时被满足，以及，温升斜率增加到大于一个约为0.9％℃/min的阈值时检出一个充电终点的情况。应该提到温度斜率当其被检测到在0.5℃/min到12℃/min范围内时可以触发EOC。若这些条件中任一个不被满足，那么第二个检测EOC条件的方法，即检测电压变化的斜率du/dt是否变负，其中dv/dt的值必需有一最小量及充电电流速率(C_速率)必需大于某一值，被执行于540步，这在下面要进一步详细斜述。若符合dT/dt触发启动条件和温升的斜率dT为大于或等于EOC阈值极限，则在512步要确定是否EOC标记已经设定。当EOC标记还没有设定，则必需得知在电池组中电池单元个数-一个指示于图14(b)中单元700的过程，下面叙述。在700步，是否得知了电池组中电池单元个数(以下解释)，然后570步被执行，其中a)设定EOC状况标记；b)剩余容量被设定等于满充容量的95％；c)误差寄存器被清除；d)对于不确定性计算的溢出标记被清除；和e)充满电状况标记被设定，它指示了电池已达到充电结束点。最后，算法进到示于图14(c)的575步，那里设定结束充电告警标记。
若符合dT/dt触发启动条件，温升斜率dT大于或等于EOC阈值限，以及EOC标记已被设定(512步)，然后在514步要确定是否剩余容量Itf)是否大于或等于满充容量。若此条件满足，则剩余容量被设定为满充容量如520步所指示。此外，在520步，误差寄存器被清除，对不确定性计算的溢出标记被清除。若剩余容量(Itf)不大于或等于满充电容量(514步)则算法进到575步，示于图14(c)，那里设定结束充电告警标记。在优选实施例中，结束充电告警标记在任何EOC触发条件下电池检出EOC或者在超过温度情况存在，即若T≥AL_HI_TEMP(图12，222步)时必需被设定。如上面所解释，结束充电告警标记可能已经被95％全触发(fulltrigger)所设定，该全触发在510步中当第一温度斜率触发条件被满足时被激励的。
在520步中，剩余容量被设定于满充电容量之后，算法进到530步去确定是否电池充电器仍在进行。这由对在充电累积过程(见图13(c)435步)中所得到的正电量增加的检查来完成。若充电器仍在工作着，可知充电器继续对电池过充，算法必需跟踪电池过充量。因而，在图14(a)532步，过充的总量用将电量增加加到过充寄存器(未表示)中来计算。应提出，过充寄存器是从不复位的，所以过充总量从系统起动一直是保留着的。不管电池充电器是否仍旧在工作，算法都进到535步，那里设定过充告警状况标记，指示电池正被充电超过EOC指标m。最后，算法进到575步，示于图14(c)，那里设定结束充电告警标记。
如以上结合510步所述，若或者dT/dt触发启动条件没有符合，或者，温度升高的斜率dT也不大于或等于EOC阈值限，那么在图14(c)所示的540步执行检出EOC条件的第二个方法。在540步，要确定是否a)充电是恒流的，即是否电流值和一分钟的平均电流值之间的差最好小于50毫米；b)du/at电压变化是否为负和是否大于最好是12mv/m的阈值量；及c)是否充电电流是大于一个预定的速率，最好，是c/10的速率。若第二法EOC触发条件的任一个不满足，则检出一个EOC条件的第三法在545步中被执行，即检出是否相对充电状态(SOC)是超过120％及当前的速率在c/50和c/5之间。应提到，EOC条件可以当相对充电条件(SOC)被检出在100％到160％范围内时被触发。若全部第二法EOC触发条件都满足，或者，若全部第三法EOC触发条件都满足，则在图14(c)550步确定是否EOC标记已被设定。若第二法EOC触发条件或者第三法EOC触发条件都满足，且EOC标记已被设定(550步)，则在555步骤设定满充状况标记，它指示电池达到一种充电结束点。以后，过程进至图14(a)520步，将剩余容量值固定于满充电容量如前述。若EOC标记未曾设定，则电池元数目必需得知，这是在下面叙述的在单元700指示的过程。当得知在电池中的电池元的数目的过程完成，则在551步中设定EOC状况标记，而在555步中设定满充电状况标记来指示电池已达到充电结束点，算法在520步继续如上述。若三个EOC触发条件都不满足，则EOC检出程序500退出，容量计算(图6(b))继续。
另外，当确定了电池容量在增加，dU＞DU-MIN，该DU-MIN是一个预定值，等于电池块电池元数目乘以10mv，及电流被确定是常量，充电率高于0.3C时，-dv触发条件将被达到。充电电流被认为是常量若|I-Iavg|＜50mA及|I-I-1|＜50mA，其中I-1是电流测量值的先前的值。电池充电的恒定性可以加入或代替图5(b)IUT计算程序的250步及以下等等来计算，那里计算-dU的方法可以独立于时间地完成。得知电池元数目的程序如上所述，紧急断电情况可能发生，其中全部RAM内容丧失。在此种情况下，重新得知在电池组中电池元数目可能是必需的。对具体的电池模块不将电池元数目烧在ASIC ROM中，电池元数可以得知使得ASIC也能够和其它具有不同电池元数的电池组一起加以组构。电池元数再得知是由一个在AL_STATUS寄存器中的位(标定位CAL1BRATED bit)来指示的，它指示电池元的数目是否必需再得知。在优选实施例中，这很容易用在上面说过的在EOC条件符合之后测量电池组端点的电压来实现。
在示于图14(d)中的获知电池元数目程序700的第一个步骤705是要确定是否电池组未被标定，即是否在AL_STATUS寄存器中的标定位指示电池元数应该获知。如是，在710步中要确定是否经变换的电压值，U(mv)，在图5(a)IUT计算程序的210步中测得的，是大于11伏的。若是，那么得知电池组有9个电池元，在720步中电池元数设定为9。若所测出的电压值，U，不大于11伏，则在715步中确定是否电压大于7.5伏。若是，则得知电池组有6个电池单元，在725步中设定电池元数为6。若所测出的电压值，U，不大于7.5伏，则得知电池组有4个电池元，在730步中电池元数设定为4。在电池元数决定之后，在优选实施例中，EOD截止电压，Uempty，设定为等于电池元数乘以工作电池电压1.02伏，如图14(d)740步所指出的。容量减少终结情况的观测程序如前面所说的，容量计算程序151于198步作决定电池是在容量增加还是容量减少(休息还是放电)状态。若确定容量在减少，则示于图15(a)和15(b)的EOD(CD状态)观测过程600的第一个步骤605是要确定是否现在的电压测量值(V)是大于放电终点电压(EDV)及任何滞后。当EDV电压已达到，这是一个放电应该停下来以免损坏电池的指示。典型地，EDC是1.02v/电池元。若所得电压大于EDV电压，则一个指示电压大于EDV电压加上滞后的标记在610步被设定。若电压不大于EDV电压加上滞后，则在612步中此标记被清除。此外，如在613步所指出，由于容量在降低，“结束充电告警和过充电告警”标记被清除。
确定剩余容量(Itf)的值在615步进行，那里要确定剩余容量是否小于计算的误差(即，不确定容量)。若剩余容量小于计算误差，则这是一个指示，电池组没有容量了，全放电了。因此，在618步中设定“全_放电”状况标记，在619步中过程继续。若还有剩余容量，则“全_放电”标记不设定，在619步中过程继续，那里做相对充电状态的确定工作。若相对充电状态(soc)已跌落到低于某个滞后值，最好，是大约80％满充电容量，则“满充电”状况标记被清除，如620步所指示的。不管“满充电”状况标记被清除与否，过程均在625步及630步继续，那里周期的计数被更新。在625步，要确定是否周期的计数标记被清除，及是否容量降至15％额定容量。若625步的此二件事发生了，那么含有电池已充电或放电(未表示)次数的值的周期的计数寄存器将在630步被增量并且周期的计数标记将被设定。应明白，在优选实施例中，周期的计数不论电池被满充电或被部分充电都要被增量。不论周期计数标记被增量与否，在640步，过程继续，那里检查是否设定了EOD标记以及是否复位标记清除了。若EOD标记没有设定，或者复位标记没有清除，则终点条件观测程序600退出。若EOD标记设定了，且复位标记已清除，则在645步要确定是否EOC(充电终点)标记已设定，以及是否误差值(不确定容量)小于8％额定容量。若这些条件满足则满充电容量值在650步被获知。具体地，当电池已执行一个达到EOC触发点和EOD点的全周期并且不确定容量小于8％额定容量，满充电容量在650步用下式来复原full_Cap＝full_cap+full_cap*pd/256-Itf其中“pd”是预计的残存容量校正值，取自图22(a)的查找表，它和电流放电率及温度有关。除数256提供pd的整数等级。此式的意义在于由LUT表用残存容量交换剩余容量(Itf)，它相当于满充电容量的一个分数(注意所得到的残存容量由图13(C)充电量的累积过程中451步来计算)若在上个周期中的较小容量输出达到EOD点，Itf(剩余容量)的量在EDV将较高(和所积累的充电容量相比放电容量较小)。满充电容量将降低Itf和上一周期相比的差值，结果电池的老化由此步骤考虑进去。若电池使用于不达到EOC或EOD点的几个部分充/放电周期，计算的误差可能积累到真正的容积和计算的剩余容量(Itf)之间的差别很大。算法(MaxE rror( ))，下面要解释的，计算在其运行时最大可能的误差(不确定性)，与对每一个运行模式在百分点误差(percenfileerror)基础上的容量累积本身一样精确。不确定性在每个EOC和EOD点被复位到零。超过8％的不确定性就禁止满充容量的复位。还有，当在650步条件满足时，EOC标记被清除，这表示了满充电容量已经被复原了。在满充电的容量被复原之后(650步)，或者，若确定了不确定性的误差大于事先规定的值8％。或者，EOC标记没有设定，则算法在655步继续。
在655步，要确定是否在EDV(放电终点电压)触发时C_速率等于零，或，是否现在的C_速率小于在EDV触发时的C_速率以及是否容量的复原未停止。若这些各件中的任一个满足，在660步中，现在的在EOD触发时的电流被设定为等于现在的C_速率，延迟的容量复位值被设定为等于现在的残存容量值，以及为延迟容量复位的标记在EOD之后被设定。否则，若655步的二个条件都未符合，则终点条件观测程序600被退出。如在图13(b)容量计算程序151所指示的，若EOC及EOD触发不曾发生，则容量计算退出。系统管理总线及总线接口如上所述及图2(a)和图2(b)所示，电池模块28使用了一改进的飞利浦I2C总线接口在包括ASIC32和电池10、主计算机16、和灵巧充电器22的配置内部进行通信。如的前题述的，请求有从主计算机到电池的，从充电器到电池的，或者从电池到主机或充电器二者中任一个。电池和充电器之间典型通信联络的例子可以是将充电器接通或断开，或者要求某一个充电率。主计算机可以请求电池信息，如电池状态、或者诸如最小容量或过热的电池告警情况总线接口控制电路75通过系统管理总线上经由串行端口SMBCLK和SMBDATA控制所有的请求和告警情况。
当电池10需要通知主机告警情况或者通知电池充电器关于它要求的充电电压或电流时，电池起具备写功能能力的总线主控的作用。电池将做判别从μP50来的请求；检查是否系统管理总线是空着；产生启动位并送出电池充电器或主机的地址；检查ACK位是否已被从充电器或主机送出并给消息给μP；将从μP供给的数据送到总线上并检查ACK位；于传送的末尾产生一个停止位。
当电池10被主机请求提供给它下面将解释的信息时，电池起具备读和写能力的总线受控作用。例如，在稳态运行时，主机可能从电池请求某些信息并将请求公式化。图16表示了一种软件算法，它可与系统管理总线接口协议相兼容用来在外部装置(主机PC或电池充电器)，和起着受控者作用的电池之间提供通信。
具体地，图16中第一个步骤750，将从外部装置送来的指令码进行解码。说明性的指令码在下面讨论，其每一个典型地要求有二个要被传送的数据的字节，被标明为变量“count”。下一步，记为752步，是确定所送的指令码是否是一有效的、可识别的指令字。着不是，在755步设定一个不支持指令位并如图16的758a步所指明的结束传送。若指令是受到支持的，在759步电池执行内部检查来确定是否发生错误。若发现内部错误，算法将进入一计时循环，它将维持检查内部标记直到错误被证实或计时器(未示出)时间到。这在761步指明。若在759步找到一正确值，则算法将在764步继续以确定是否被解码的指令码要求读或写功能。若在761步计时器时间已到，或，错误已被证实，那么一个未知错误标记在763步被设定并且软件传送在758b步被结束。
当作为一个受控者时，电池将执行或者读或者写功能。在764步，要确定是否指令码输入(750步)是一个读或写指令。若它是读指令，765步要确定是否电池应外装置请求要做一计算并返回一个要由外装置读的值。由电池响应来处自主机的查询(例如，Avg Time To Empty( ))所做计算的例子在下面将详细叙述。在768步，电池μP将执行计算，并返回一数据值给专门的地址位置如在800步读分程序所指示，在下面详述。若在765步确定了计算不必被执行(例如，只有一电压值被请求)，则算法直接进到读分程序800，如图16所示。
若在764步，确定了要执行写功能，其中要从外装置将一数据值写到电池地址位置，(例如，AL_REM_TIME阈值)，那么写程序块有效性检查必需执行来确定是否外装置可以执行写功能。这是771步所指示的，那里一口令字被检查有效性。若被检查的口令字不是一授权的口令字，访问将被拒绝，如774步所示，外装置将不能执行写功能，在758b步将结束软件的传送。若外装置被授权写数据入电池地址，那么装置将写一数据值给事先规定的地址位置，如775步由写分程序所指示，在下面详细解释。主机与灵巧电池的通信主机到灵巧电池的通信将数据从电池传送到用户(例如，主机PC的使用人)，或，外装置的功率管理系统。用户可得到或者是真实的数据如电池特性数据，(电压()，温度()、充电/放电电流()、平均电流()等)，或者是预计的(计算的)数据如在现在的耗电率下电池的剩余寿命，或者是要对电池充电所需时间。应提到，真正的负载，例如主机PC的监视器，有恒定的功率消耗。当下面描述的剩余时间值被计算(假设电流恒定)时，可能发生误差或不准确。所以，要考虑于计算剩余时间和其他变量时要假设一个恒定的负载功率消耗。这样在以下计算如Remaining Capcity Alarm( )，At Rate( )，Remaining Capacity( )，Fullcharge Capacity( )，及DesignCapacity( )…，平均功率值可被用作为对平均电流值的替代物。
以下控制指令在由主机或主机PC查询时电池提供的信息的代表剩余容量( )(Remaining Capacity( ))功能返回电池的剩余容量并且是一个剩余电量的数字指标。取决于容量模式位，剩余容量( )功能将返回以mAh或10mWh为单位的值。所返回的值按下式计算I tf[mAh]-I tf_err[mAh]其中不确定性误差I tf_err是一扣减的值，输出值被切断于零，若(|Itf|＜|Itf_err|)。
剩余容量告警( )(Remaining Capaciy Alarm( )功能设置或检索低容量阈值AL_REM_CAP(上面叙述过)用于贮存在RAM中的低容量告警值。当“剩余容量( )”跌落到AL_REM_CAP值以下，电池就送“剩余_容量_告警”位组的“告警( )”(Alarm Warning( ))消息给主机。在制造时，AL_REM_CAP值设定为设计容量的10％并将保持不变直到被“剩余容量告警( )”功能所更改。此功能被任何一个要求知道它需要多少功率去保全其运行状态的主机系统所使用。这使主机系统能更精细地控制主机将转变到低功率模式的时刻。
“剩余时间告警( )”(Remaining Time Alarm( ))功能设置或检索AL_REM_TIME告警值。当在现在的放电率下由“到放尽的平均时间( )”(Average Time To Empty( ))功能来计算的估计的剩余时间跌到AL_REM_TIME值以下时，电池送给主机一个带有被设置的“剩余_时间_告警”位组的“告警( )”信息。一个零值的AL_REM_TIME有效地禁止此告警，且此值在制造时初始化为10分钟。“充电容量()”(FullCharge Capacity( )功能返回电池在满充电时电池组预计的或得知的容量，并被表示为电流(mAH或10mWh)取决于“容量_模式”位设定(下面讲)。“设计容量( )”(Design Capacity( ))返回一个新的电池组的理论容量，当它与由“满充电容量( )”所返回的值相比较时将提供一个电池耗损的指标。此信息对主机或主机PC调整其功率管理政策时是有用的。
“在速率( )”(At Rate( )功能是一个双功能调用组(two function call-set)的前一半，用来设定At Rate值，此值用于根据能力由“在速率下到充满的时间( )”(At Rate Time To Full( ))、“在速率下到放尽的时间( )”(At Rate Time To Empty( )、及“在速率OK( )”(At rate OK( ))功能进行的计算中。
当“在速率”值为正，“在速率下到充满的时间( )”功能返回在充电速率值下(值是以mA或10mW为单位)电池到充满的预计时间，最好用分钟计。计算公式用方程(__)
其中“时间”是所返回的值，用分钟计。
“到充满的平均时间( )”(Average Time To Full( )功能返回直到电池充满时预计的剩下的以分钟计的时间，设电流继续是象上一分钟滚动平均I_avg值那样。计算公式用方程(__)
其中“时间”是所返回的值，用分钟计。
当“在速率”值为负，“在速率下到放尽的时间( )”功能返回在电池的放电速率值下直到电池耗尽(EDV条件)的预计的运行时间，最好以分钟计。计算公式用方程(__)
其中“时间”是返回的值，以分钟计，|AT_RATE|和pd_at_rate值用“在速率( )”功能来计算，那里pd_at_rate表示剩余容量(满充电的容量的一个分数)，除以256将此值缩小为一分数。Itf_err是一个不确定性误差如下面解释。
当“在速率”值是负数，“在速率OK( )”功能返回逻辑值，此值预计电池供给“在速率值”的附加放电能量10秒的能力，即是否电池能够在主机PC设定了“在速率值”后安全地供给足够的能量给附加的负载。
“到放尽的运行时间( )”功能返回在现在放电率(分)下预计的剩余电池寿命，在电流或者功率的基础上，根据设定的“容量_模式”位(以下讨论)来计算。由此功能返回的值能够被主机PC或装置的功率管理系统用来得到有关在余下的电池寿命内响应于功率对策方面的相对增益或损失的信息。计算公式用式(__)进行
其中“时间”是以分钟计的所返回的值，考虑进了EDV之后电池里的剩余容量，它只有用降低负载才能被回避；|I|是电流，pd＝pd(C_rate(|I|，T)，在容量计算算法中算出，pd代表剩余容量(满容量的一个分数)。此值除以256以得到一个分数。Itf_err是个不确定性误差如下面的解释。
“到放尽的平均时间( )”功能返回一个预计的剩余电池寿命(以分钟计)的一分钟滚动平均值，并根据电流或者功率进行计算。此函数提供即时估计值的平均，从而保证充电状态信息的更稳定显示。计算公式按方程(__)
其中“时间”是以分钟计的所返回的值，I_avg是每0.5秒的更新值，pd_avg＝pd(C_rate(I_avg)，T)在一个周期之前的“告警_控制”程序中进行计算出，并且代表预计的残存容量(满充_容量的分数)。此值除以256以得到一标定分数。Itf_err是个不确定性误差如下面所述。
图23表示二幅电压对时间的曲线，a和b，比较了对一个6电池单元的电池组在不同电流放电率时计算的电池容量特性。如图23所示，曲线a，当相当于2C放电率并产生大约1.554Ah(安时)的负载加到电池上时在很短的时间内电压快速地降低到放电终点情况。当负载明显地减小到C/5放电率，电池组电压将大大地上升扩展电池寿命一段产生另外的0.816Ah的时间。曲线b，时间尺度不同于曲线a的，示出放电率为C时给出大约2.307Ah。当负载减轻到C_速率一半，电池电压将稍增加，电池寿命可预计延民一段给与另外的0.078Ah的时间直到放电电压终点被达到。
如上面所讨论的，某些计算与不确定性容量，即在容量计算时得到的最大可能的误差有关。“最大误差( )”功能(Max Error( )返回以百分数计算的在容量计算中的实际不确定性。“最大误差( )”输出20％意为真正的值可以是内部计算的容量以下10％和以上10％之间。在系统管理总线接口中绝大多数计算已经扣除了不确定性误差，结果误差将是-0/+最大误差( )％。不确定性对EOC和EOD情况被容量算法设定为零，如上面已解释。计算执行如下
max_error＝2*100*Itf err[mAh]/full_cap[mAh]最大误差＝2*100*Itf_err[mAn]/full_Cap[mAn]其中Itf_err_C_D是在充电和放电模式中总是正的积累电量；Itf_err_S是自放电过程中所积累的电量。因为始终存在自放电，甚至去充电时，这个积累总是利用与相对充电状态(SOC)和温度有关的LUT一直在做。二个积累器在EOC和EOD条件下设定为零。EPS是在充电和放电时容量计算的误差百分数
特别是取自LUT和自A/D检测值，使用了分度因数(scaling factor)256。EPS_S是用于自放电电量累积的为百分数的误差。若电池在几个周期不被全放电的话不确定性将增长到不合要求，满容量的获知模式将被停止。
“周期计数( )”功能返回电池经受的充/放电周期次数。在上次再充电之后电量减少设计容量的15％就作周期计数，所述再充电并不需要是满充电。
包含在DBOS存储系统中的其他寄存器是“电池模式( )”寄存器，它用来选择电池的各种运行模式。例如，“电池模式( )”寄存器被定义为包含“容量_模式_位”，它被设定来具体说明是否容量信息被以mAh或mWh(毫瓦时)为单位传播。此位允许功率管理系统最好地将它们的电特性和由电池报告的相匹配。例如，开关电源被最好地用恒功率模型来表示，而线性电源较好地由恒电流模型来表示。此外“电池模式( )”寄存器含有“充电器模式”位，它被设定来具体说明当灵巧电池要求充电时是否充电电压和充电电流值要被传给灵巧电池充电器22(图1)。此码位还允许主PC或电池充电器用禁止灵巧电池播送充电电流及充电电压的办法超越灵巧电池所要求充电参数。
另一个根据容量计算的功能是“电池状况( )”功能，它被主机或PC的功率管理系统用来获得告警及状况位，以及由电池状况寄存器来的误差编码。此功能返回电池的状况字标记，包括告警位，诸如“过充电告警”(OVER_CHARGED_ALARM)、“结束充电告警”(TERMI NATE_CHARGE_ALARM)、“DTEMP_ALARM”、“过热告警”(OVER_TEMP_ALARM)、“结束放电告警”(TERMINATE_DISCHARGE_ALARM)、“剩余容量告警”(REMAINING_CAPACITY_ALARM)、及“剩余时间告警”(REMAINING_TIME_ALARM)，还包括含有初始化、放电、满充电、及全放电的状态位。
电池10能执行的辅助功能包括“Specification Infor( )”，用于提供电池组所支持的灵巧电池技术条件的版本号；“Manufacture Date( )”，用于提供系统能用来区别具体电池的信息；“Serial Number( )”提供识别具体电池的信息；“Manufacture Name( )”功能返回灵巧电池制造商名称；“Device Name( )”功能返回包含了电池名的字符串；“Device Chemistry( )”返回包括电池化学组成及性质的字符串；“Manufacture Data( )”功能允许提取制造商数据(例如，电池中含有的众多编码；深层周期数(number of deep cycle)；放电模型；最深的放电等)。写分程序如上所述，电池可能收到从外装置来的数据，被用于控制指令计算，或用作告警阈值。在图17中表示的写分程序775控制此数据到电池去的传递。首先，在776步，要确定被从外主机来的要读出的数据值是否大于二个字节长。在优选实施例中大部分控制指令都写成给电池的数据值为二个字节长。若数据比二个字节还长，即若计数＞2， 则在778步中变量“W”被设定为等于所分配给并附应用于以字节数计的数据长度的数字的地址位置数目。之后在780步，要确定先前所定的计数之值是否已经设定为等于所分配的地址位置。若不是如此，则一个错误标记在790步中被设定，指示一不正常的数据量要被送出，或，没有足够的位置分配给所收到的数据。若先前所定计数值“计数”已设定为等于所分配的地址位置数，则程序进入由781、783和785步所指示的循环，其中每个数据字节顺序地被写入电池地址位置[Adr]的I2C总线(783步)。在每个字节送出之后，字节数的计数被作减量而要写的后面一个数据字节的地址位置被作增量。直到计数＝0，指示最后一个数据字节已经送给电池如785步所示，循环将继续并进到781步确定是否电池已读完由外装置送来的每一个数据字节(RDVAL＝1)以及指示数据字节已经成功地被传送。若读确认标记已收到于每个字节传送之后，循环继续于783步直到最后数据字节被送出。若读确认标记未曾收到，则差错可能已发生，程序进至782步，那里要决定是否发生了总线错误或超时。若这些情况没有发生，则程序将进至787步确定是否总线主控结束了传送。若总线主控已结束传送，则在790步设定一出错标记未指示异常数据量被传送，且传送在795步结束。若总线主控并来结束传送，则系统将继续寻找RDVAL标记直到内部交接计时器(handshake timer)(未示出)时间到(782步)，如792及795步所示，设立一未知差错标记并且传送结束。由图17，可知在某些情况下要读固定的二字节数据，如776步所指，程序就直接进到783步，那里由电池读第一个数据字节于第一个电池地址位置。
在最后一个数据字节收到之后，如786步所指，要确定是否收到了从修正的I2C总线主控来的停止标记，它指示了由于外装置不再送出任何数据的事实的总线控制终点。若停止收到，写分程序就退出。若停止位未曾收到，差错可能已发生，程序就时到788步，那里要确定是否发生了总线差错或者时间已超出。若发生了差错或超时，程序就进到设定未知差错标记位，传送工作就结束，如792和795步所示。若这些情况都未发生，则程序就进到789步，去确定是否已设定了RDVAL标记以指示是否最后的数据字节已被成功地读出。若已被成功的读出，那么这是一个指示，说明外装置没有结束送数据或者没有分配给足够的地址位置，在790步就设定一出错标记，传送工作在795步结束。若最后数据值在789步已成功地读出，则程序将继续寻找修正的I2C总线主控停止位于786步，直到内部符号交接计时器(未示出)时间超出或者差错发生(788步)。读分程序如上所述，电池将返回一计算的或测量的数据值给具体的地址位置，如图18表示的读分程序800所指示的。在802步，首先确定被写入主机的数据值是否大于二个字节长。若数据长于二个字节，即若计算＞2，则在805步中指定地址且程序进入由808，812及815步指示的循环，其中812步指示每一个数据字节顺序地写入SMBus总线主机所请求的地址位置。在每个字节被送出后，字节数目的记数减1，下一个要写的字节的地址位置则加1。直到计数Count＝0，指示最后一个数据字节已被传送给外装置如815步所示，循环将继续并在808步确定是否确认位已由外装置送到，它指示当前的数据字节已经成功地被传送了。若在每个字节转送后确认码位已收到，在812步循环继续直到最后的数据字节被送出。若确认码位未收到，则可能发生差错，程序进到821步，那里要确定是否发生总线差错、结束、或时间超过。若这些情况没有发生，则程序就进到808步再决定是否数据字节确认位已经收到。此过程将继续直到内部交接计时器(未示出)时间到，其中过程在825步将继续，那里设定了一个未知差错标记及传送将被结束。在确定了最后的数据字节已经被送出(818步)那么指示最后字节已送出的标记被设定于图18的818步。由图18，可知在某些情形下，没有数据被返回如802步所示，算法将直接进到812步，将接收确认位的808步绕开。
接下来，如822步所指，确定是否从I2C总线主控收到了停止位标记，它指示了因外装置不再收数据的总线控制终结。若停止位收到，读分程序退出。若停止位未曾收到，则可能发生差错，程序进到824步，那里要确定是否发生了总线差错或时间到。若没有这些情况发生，则程序进到822步，再确定是否已收停止码位。此过程将继续直到内部交接计时器(未示出)时间到，其中过程将去825步继续，那里设定未知差错标记，传送工作将结束。告警控制所有在此之前所说的告警状况标记指示电池已达到某一充电状态(满充、放尽)或危急状态(最大温度、被过充)。这些事件被编码入Al_S tatus电池寄存器中以及警告消息“Alarm Warning()”被电池送到外装置，只要当电池检出一种告警情况。在此情形中，电池变成总线主控并代替地以最好每5秒钟一次的速率交任何危急和/或告警情况通知主计算机或电池充电器，直到危急状态被校正。如果告警条件是这种样的，即电池充电器不需要它被通知该告警情况的话，告警情况可被传给主计算机10秒钟，例如，“剩余_容量_告警”(REMAINING_CAP_ALARM)警告消息是不传给充电装置的。如果象OVER_CHARGED_ALARM(过充告警)、TERMI NATE_CHARGE_ALARM(结束充电告警)、DTEMP_ALARM、OVER_TEMP_ALARM(过热告警)及TERMI NATE_DISCHARGE_ALARM(结束放电告警)这种告警情况存在，则告警以5秒钟的间隔交替地传给充电装置和主机。
用于传送告警或警告信息的修正的SMBus协议，表示在告警控制程序152，如详示于图19。此程序运转所有可能的告警情况在执行示于图3的容量计算之后可能传给主机。
示于图19指示为901步的第一步是检验剩余容量状况的。具体地，要确定是否AL_REM_CAP运行值大于零以及剩余容量(小于不确定性误差)是否小于AL_REM_CAP值。若这些条件确实，剩余_容量_告警(REMAI NING_CAPACITY_ALARM)位设定于904步。若这些条件不确实，“剩余_容量_告警”位在906步被清除。其次，根据一分钟滚动平均电流的C_速率被计算及基于C_速率的残存容量[pd_avg＝pd(c_rate(I_avg)，T)]从图22(a)的查找表提取。随后，在910步，要确定电池状态是否是容量减少。若电池容量在减少，则在913步要确定是否AL_REM_TIME告警阈值大于零。若是，则在现在的放电率下估计的剩余时间在915步由“到放尽的平均时间( )”(Average Time To Empty)指令编码来计算。当所计算的剩余时间跌到AL_REM_TIME阈值以下时，如在917步所确定的，程序设定“剩余_时间_告警”位，如919步所指示的，且程序进到925步，示于图19。若已确定，或者电池状态不是容量减少(910步)，或者AL_REM_TIME等于零(913步)，或者所计算的剩余时间跌到AL_REM_TIME阈值以下(917步)，那么程序清除“剩余_时间_告警”位，如921步所指示，程序进到925步，示于图19。
如925步所示，检查“告警状况”寄存器的高位字节来决定是否任何告警位，例如，象“OVER_CHARGED_ALARM”、“TERMINATE CHARGE ALARM”、“DTEMP ALARM”、“OVER_TEMP_ALARM”、“TERMINATE_DISCHARGC_ALARM”、“REMAINING CAPACITY ALARM”、及“REMAINING_TIME_ALARM”已经被设定。若是，检查告警传播标记“alarming”被进行于927步。若告警状况寄存器的高位字节指示无告警情况，即无码位被设定，则在926步过程将继续且告警传播标记被清除。注意，经初始化，告警传播标记没有设定。然而，只要告警条件存在，此标记将被设定。因此，如在927步所示，若告警标记被清除，过程继续，告警标记在930步被设立。此外，在930步，传播告警计时器设为零，“向主机告警”标记被设定，指示告警将送给外主机而不是电池充电器。过程在933步继续，那里要确定传播告警计时器是否到时间(＝0)。由于传播的计时器已被在此告警条件的第一个操作周期的930步中设定为零，或者，若传播告警计时器时间已到，过程就将在935步继续。若计时器时间未到，则告警控制过程退出。在935步，用于告警传播的地址位置给主机设定，且指令编码设定为等于上面讲过的电池状况功能[Battery Status( )]。这将启动特定告警给主机的传送。然后在937步要确定是否给主机的告警的特征位被清除(＝0)。在告警情况的第一个操作周期(930步)时，给主机的告警标记已被设定(＝1)，故算法跳过940和943步(下面讨论)，并执行送消息程序945，它改变电池功能为总线主控控制以使告警消息能被送出。送消息程序945细节将在下面详细解释。之后，在947步，传播告警的计时器被复位到其10秒时间(N_ALARM)，以及送告警给主机的标记被翻转为送告警给充电器标记。
在945步消息被激励传送警告消息给主机(用送消息程序)之后，传送告警的计时器被复位，然后过程继续。在下一个容量计算之后(图3)，若告警情况仍旧存在(即，告警位被设定)在925步，过程继续。然而对告警情况的下一个和其后的操作循环，告警标记已经设定为所确定的(在927步)，所以传送告警的计时器(初始化为10秒)在931步被减量直到计时器的时间到或者告警状况已被改变。因而，在传告警的计时器已减量之后，在933步过程继续，那里要确定传送告警的计时器是否到时间(＝0)。若传送告警的计时器没有到时间，则告警控制程序退出，这些步骤将继续直到传出告警的计时器已到时间(933步)。直到告警消息已被传给了主机最好5秒钟，935和937步将可执行。当传播告警的计时器时间到时，以及由于给主机告警的标记已翻转(在告警情况的第一个操作周期时)，937步的情况将为真。所以，为传播告警用的地址位置被改变且在940步设定给电池充电器，程序将进到943步，那里要确定特定的警告消息是否表明要在接着的10秒内送给电池充电器。若告警不是要传输给电池充电器，那么送消息程序(945步)将被跳过去，传播计时器将在947步被复位，给主机的告警位翻转以使得消息将被再传送给主机。充电器控制当“电池模式( )”的充电器模式位被设定为零，且电池检出存在灵巧电池充电器，电池就可以和灵巧电池充电器通信联络并将“充电电流( )”和“充电电压( )”的值送给灵巧电池充电器。“充电电流( )”功能设定灵巧电流充电器可以发生给电池的最大电流，且返回以mA计的所要求的充电率。这允许电池充电器动态地调整其输出电流以与最佳的再充电要求相匹配。OXFFFF的最大值意为以“输出电压( )”的输出值的恒压充电。结果在图3和20的充电器控制程序154中建立的条件下以电池作为有效的总线主控进行传播。
图20中的第一步850是确定电池是否在系统中。若不是，“容量_模式”和“充电器_模式”变量在853步中被清除，程序退出。若电池被装在系统中，在855步中确定是否电池刚被插入系统。若电池刚被插入，则信息计时器设为1，在857步，“容量_模式”和“充电器_模式”变量被清除，算法在859步继续。若电池并非刚插入(855步)，则算法跳到859步，那里确定充电器模式位的状态。若在859步此位未被清除，则程序退出。若在859步设定了“充电器_模式”位，则在861步计时器减量。下一步在863是要确定消息计时器是否时间到。若是，在865步消息计时器被复位，再另做充电电流计算。若在863步消息计时器还未到时间，则程序退出。下一步866是要确定所返回的计算充电电流值是否为零。若所返回的充电电流值是零，则过程进到868步。若充电电流不是零，则在867步要确定状态是否为容量增加(CI)。若电池在CI状态，则过程进到868步。若容量在减少，则程序退出。
在868步，用于充电器传播的地址位置被设定到电池充电器，指令码被设定为等于“充电电流( )”指令码。下面，在870步，充电电流指令消息按送消息程序(下面讨论)送给电池充电器。之后，在872步，最大值(hexFFFF)馈给“恒压( )”功能，它指示充电器将是一个恒流充电装置。此指令在874步被通过送消息程序传播到充电器。在充电电流被播出以后，程序最终退出。发送消息程序如在图19的945步和图20的870步所指出，送消息程序改变了电池的功能以具有总线主控控制，以使告警消息能被送出。图21表示送消息程序。
第一步950是要确定数据总线的可使用性。若已确定数据总线是可用的，则被送出的第一条数据是受控者地址，即外主机的或电池充电器的地址，如952步所指示的。待数据总线一被得到，就设定二个标记第一个标记是一内部产生的标记，设定来指示电池现在具有总线主控控制(953步)，第二个标记是传输结束标记，它在954步被清除。下一步，如指示于955步，是检查确认位是否被送出，即，是否数据(受控者地址)的第一个字节已经由受控装置收到。若确认位道未被送出，则在958步做检查来确定是否总线忙。若现在总线忙，则程序在图21的960步继续。若在958步现在总线不忙，则在959步要确定是否产生了总线差错或时间到了的标记。若发生了差错或时间已到，则程序进到973步，那里传输将结束，程序退出。若差错或时间到的情况不存在，程序将在955步继续直到由受控者送出确认位，指示数据已经收到。应知道当在紧急告警状况时送消息程序被实行，指令码字被送给电池地址(见图19的935步)而受控者将确认只有二个数据字节要被送出。下一步，如指示于960步，是检查确认位是否已送出，即指令码(或电池地址)是否已被受控装置所接收。若确认位尚未被收到，则在962步确定是否产生了总线差错或时间已到的标记。若发生了差错或时间已到，则程序进到973步，那里传输将结束，程序退出。若差错或时间已到的情况不存在，程序在960步继续直到确认指令码(或电池地址)已收到。若确认位已被收到，则在965步第一个数据字节被传输到指定的地址位置(见图19，935步)。下一步，如966步所指出，是检查是否确认位已发送出，即指令码数据的第一个字节是否已被受控装置收到。若确认位尚未收到，则在967步进行检查以确定是否产生了总线差错或超时标记。若发生了差错或时间已过则程序进到973步，那里传输将结束，程序退出。若差错或时间已到的条件不存在，程序在966步继续直到确认第一个数据字节已收到。若确认位已收到，则数据的第二个字节在968步被传输到下一个地址位置。下一步，如969步所指示，是检查是否已送出确认位，即，指令码数据的第二个字节是否已被受控装置收到。若确认位尚未收到，则在971步做检查来确定是否产生了总线差错或时间已到的标记。若发生了差错或时间已到，则程序将进到973步，那里传输将结束，程序退出。若差错或时间已到的条件不存在，程序在969步继续直到确认第二个数据字节已收到。在全消息已由电池传给受控装置，送消息程序退出。LED显示如在图2(a)中所示，本发明的电池10提供了手动控制4个分段光发射二极管(LED)显示器，指示电池的对于“满意-容量”值的相对充电状态(类似于燃料计)。在容量计算之后，告警控制152，和充电控制154程序以每560msec周期(操作周期)执行，系统期待LED显示的硬件触发。任何时刻用户可以用电池10的开关35启动LED显示器如图2(a)所示。产生LED显示的控制逻辑详细叙述于待批专利申请(USSN08/318004)中(参见图15的975到996步)。
虽然本发明特别地参考优选实施例来表示和描述，本领域技术人员将会理解在形式上和细节上可以在不偏离仅应由所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围下作前述的和其他改变。
权利要求
1.灵巧电池，有功率管理系统，其特征是包括端子装置，用于将灵巧电池连接到由电池供电的装置，端子装置包括第一和第二端子；多个接于端子装置的可充电电池单元，所述电池单元有i)放电模式，用来将电功率供向第一和第二端子，及供向由电池供电的装置，以及ii)充电模式，用来从端子装置接收电功率；传感装置，用来感受和产生代表在所述第一和第二端子的电池电压、电池温度、和电流的模拟信号；一个集成电路，包括i)一模-数变换器，有启动和停止状态，其中启动状态，变换器接收所述模拟信号并变换所述模拟信号为代表在所述第一和第二端子上的电池电压、电池温度、和电流的数字信号；ii)一个开关网络，被连接于传感装置和模-数变换器，用于从传感装置接收模拟信号并将模拟信号，一个时刻一个地，传送到模-数变换器，iii)一个处理器，接于模-数变换器用于从那里接收数字信号，以及用于执行预先定义好的一系列使用所述数字信号的计算，iv)存储区，用来贮存包括代表在所述第一和第二端子上的电池电压、电池温度、和电流的值的数据值，v)内部振荡器，用于产生第一频率的内部时钟信号，其中每个所述包括了一系列定时的步骤，所述各步骤的时序由来自内部振荡器的时钟信号来控制；一个外部振荡器，用来产生有第二频率的时钟信号；一个装置，将外部振荡器接到处理器，来将来处外部振荡器的时钟信号传送给处理器；以及一个比较电路，被接到传感装置，接收代表电池电压的模拟信号，以及当电池电压在规定的电压电平之上时产生唤醒信号，并将唤醒信号传送到处理器。其中，处理器有i)正常模式，ii)等待模式，iii)休眠模式，在正常模式，处理器在第一正规周期执行所述系统计算，所述第一周期的每一个由被处理器所接收到的来处外部处理器的时钟信号中的一个所启动，在等待模式，处理器在第二正规周期执行所述系列计算，所述第二周期比所述第一周期长，所述第二周期的每一个也由被处理器所收到的来自外部处理器的时钟信号中的一个所启动，以及在休眠模式，处理器不执行所述系列计算，且，处理器将模-数变换器置于截止模式；和其中，当电池电流跌至预设的电流电平以下时处理器进入等待模式，当电池电压跌至预设的电压电平以下时处理器进入休眠模式，和当处理器收到来自比较电路的唤醒信号时处理器进入正常模式。
2.根据权利要求1的电池，其特征是其中电池单元有可变的容量，所述系列计算包括计算代表电池单元的剩余容量的值。
3.根据权利要求1的电池，其特征是其中电池有额定全放电电压值；集成电路的存储区从电池单元接收到工作功率及要求最小工作电压去维持所述贮存的数据值；和所述最小工作电压低于所述额定全放电电压值，其中存储区甚至在电池被额定全放电时仍保持所述所贮存的数据值。
4.根据权利要求1的电池，其特征是其中第二周期的第一个的长度是第一周期的每一个的长度的整数倍。
5.根据权利要求1的电池，其特征是其中模数变换器、处理器、存储区和内部振荡器从电池单元接受工作功率。
6.根据权利要求1的电池，其特征是其中集成电路还包括数据接收装置，从电池供电的装置接收数据；所述接收装置有启动态和停止态；在启动态，接收装置能接收从电池供电的装置来的数据；以及在停止态，接收装置停止接收从电池供电的装置来的数据。
7.根据权利要求6的电池，其特征是其中第一周期的每一个包括第一和第二区段；以及在第一周期的第一区段的每一个中，处理器(i)执行所述系列计算，和(ii)在处理器正在做所述计算期间将接收装置置于禁止态，禁止从电池供电的装置传送数据到处理器。
8.根据权利要求1的电池，其特征是其中处理器执行附加的计算，所述附加的计算包括计算代表所获知的电池满充电容量的值。
9.灵巧电池，有功率管理系统，其特征是包括第一和第二端子装置，用来将灵巧电池接到电池供电的装置和电池充电器；多个可充电电池单元，被接到第一和第二端子装置，所述电池单元具有i)放电模式，将电功率供给第一和第二端子装置及电池供电的装置，和ii)充电模式，从第一和第二端子装置接受电功率；传感装置，用来感受和产生代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、及电流的模拟信号；一个集成电路，包括i)模数变换器，用来接收所述模拟信号及将所述模拟信号变换成代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的数字信号，ii)处理器，被接于模数变换器上，用来接收从那里来的数字信号，以及用于执行使用所述数字信号的事先定义好的系列计算，以及iii)存储区，用来贮存数据值，包括代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的值；供电子电路，在电气上将集成电路的存储区接到向所述存储区供电的电池单元上；电容器，被连接到电池单元上以从那里接受电功率，还被连接到向其供电的存储区，其中当通过供电支电路向存储区供电中断时从电容器接收电功率；以及解锁电路，用来将集成电路的存储区在规定的条件下靠供电子电路与电池单元去耦合。
10.根据权利要求9的电池，其特征是其中；集成电路包括电源端；及供电子电路包括i)一个装置，在电气上将电池单元连接到所述电源端上以便从电池单元将电供给所述电源端，以及ii)一个装置，在电气上将电源端连接到集成电路的存储区以便从电源端将电供给所述存储区。
11.根据权利要求10的电池，其特征是其中当电源端的电压跌到给定的水平以下时解锁电路在电气上将集成电路的存储区与电源端解除耦合。
12.根据权利要求11的电池，其特征是其中解锁电路包括i)位于在电气上将电源端连接到存储区的装置中的开关晶体管。ii)传感器，用于检测，及用于产生代表电源端电压的信号，以及iii)一个装置，将代表电源端的电压的信号加到开关晶体管上；开关晶体管具有i)导通状态，使在电气上将集成电路的存储区耦合到电源端，以及ii)非导通态，使在电气上将所述存储区与电源端解除耦合；以及当电源端电压跌到给定电平以下时开关晶体管从导通态转变到非导通态。
13.根据权利要求9的电池，其特征是还包括一个装置，在第一和第二端子装置之间短路时阻止电流流经电池单元，以及在所述短路时帮助维持从电池单元到集成电路存储区的电流。
14.根据权利要求13的电池，其特征是其中阻止电流流经电池单元的装置包括串联于电池单元和端子装置之一之间的熔丝。
15.根据权利要求13的电池，其特征是其中阻止电流流经电池单元的装置包括一正温度系数元件串联于电池单元和端子装置中的一个之间，用来在所述的短路时在电池单元和所述端子装置中的一个之间产生高阻抗。
16.根据权利要求13的电池，其特征是其中在电池单元到存储区的供电中断情况时，所述存储区至少在给定的时期内从电容器接收电功率；以及在第一和第二端子装置之间短路的情况下，阻止电流流经电池单元的装置在所述给定的时期内将电池电压抬升到所述预设电平之上。
17.根据权利要求9的电池，其特征是其中电池单元具有可变的容量；和所述系列计算包括i)计算代表电池单元剩余容量的值，以及ii)计算代表电池单元获知容量的值。
18.根据权利要求9的电池，其特征是其中电池有额定全放电电压值；处理器的存储区要求最小运行电压来保持所述贮存的数据值；以及所述最小运行电压低于所述额定全放电电压值，其中甚至当电池在额定全放电时存储区也保持住所述贮存的数据值。
19.灵巧电池，具有功率管理系统，其特征是包括第一和第二端子装置，用于将灵巧电池连接到电池供电的装置和电池充电器；多个接于第一和第二端子装置的可充电电池单元，所述电池单元具有i)放电模式，用来将电功率供向第一和第二端子装置及电池供电的装置，以及ii)充电模式，用来从第一和第二端子装置接收电功率；传感装置，用于检测及产生代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的模拟信号；一个集成电路，包括i)模数变换器，用来接收所述模拟信号及将所述模拟信号变换成代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的数字信号，ii)处理器，被接于模数变换器上，用来接收从那里来的数字信号，及用于执行利用所述数字信号的事先定义好的系列计算，以及iii)存储区，用于贮存数据值，包括代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的值；以及数据总线，用来将数据在电池供电的装置和集成电路之间传送；所述集成积电路还包括iv)总线拉制器，控制所选择的数据在数据总线上传输以及模数变换器包括i)带隙参考电路，提供预设的模拟电压，及ii)电压转移电路，提供一可变的基准参考电压，使容易产生代表正的和负的模拟电流信号的数字值。
20.根据权利要求19的灵巧电池，其特征是其中模数变换器还包括iii)分压网络，从带隙参考电路接收预设的模拟电压，并将所述预设的模拟电压分压为多个电压输出值。
21.根据权利要求19的灵巧电池，其特征是其中模数变换器还包括一个∑-Δ变换器，用来接收从传感装置来的模拟信号及用于将所述模拟信号变换成代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的数字值。
22.根据权利要求21的灵巧电池，其特征是其中∑-Δ变换器以各自的周期处理代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的各个模拟信号来产生代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的数字值。
23.根据权利要求22的灵巧电池，其特征是其中集成电路还包括v)振荡器，产生给定频率的时钟信号，及vi)一个装置，将所述时钟信号传送给∑-Δ变换器；以及各个所述周期具有由所述时钟信号决定的长度。
24.根据权利要求23的灵巧电池，其特征是其中∑-Δ变换器分别以第一、第二和第三周期处理代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的模拟信号；以及所述第一、第二和第三周期的长度由为∑-Δ变换器分别接收第一、第二和第三时钟信号数所要求的时间长度决定。
25.根据权利要求19的灵巧电池，其特征是电压转移电路包括第一电容器，有第一和第二相对的二个边；一个装置，产生一参考地电压电平；和开关网络，用于将参考地电压电平和模拟信号加到电容器的第一和第二边来产生电容器上的电压电平；开关网络具有i)第一状态，将参考地电压电平加到电容器第二边，还将所述模拟信号的至少一个加到电容器的第一边。
26.根据权利要求25的灵巧电池，其特征是其中模数变换器还包括一个∑-Δ变换器，它包括i)产生第二参考电压电平的装置，ii)有第一和第二输入的积分器，iii)将第二参考电压电平加到积分器第一输入口的装置，以及iv)电气上串联于第一电容器和积分器第二输入口之间的一个开关；和开关有i)导通态，用于将第一电容器的电压电平加到积分器的第二输入口，和ii)非导通态，用于在电气上将第一电容器与积分器的第二输入口解除耦合。
27.根据权利要求26的灵巧电池，其特征是其中∑-Δ变换器还包括第二电容器，电气上和积分器并联；以及还有一个开关，电气上和第二电容器并联使所述第二电容器有选择地放电。
28.根据权利要求26的灵巧电池，其特征是其中积分器有一个输出电压电平；∑-Δ变换器还包括v)有第一和第二输入的比较器vi)将第二参考电压电平加到比较器第一输入的装置，以及vii)将积分器的输出电压电平加到比较器第二输入口的装置；比较器有i)当加到比较器第一输入口的电压电平小于加到比较器第二输入口的电压水平时的第一输出，和ii)当加到比较器第一输入口的电压电平大于加到比较器第二输入口的电压电平时的第二输出。
29.根据权利要求28的灵巧电池，其特征是其中∑-Δ变换器还包括一个计数器，和将比较器输出加到计数器的装置；以及在规定的时期内计数器保持所计的比较器具有第一输出时的次数。
30.灵巧电池，具有功率管理系统，其特征是包括第一和第二端子装置，用于将灵巧电池接到电池供电的装置和电池充电器；电池，包括接于第一和第二端子装置的可充电电池单元，所述电池有充电/放电周期，每一个所述周期有i)放电模式，用于将电功率加到第一和第二端子及加到电池供电的装置上，和ii)充电模式，用于从端子装置接收电功率；传感装置，用于检测和产生代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的模拟信号；集成电路，包括i)模数变换器，用来接收所述模拟信号，并将所述模拟信号变换成代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的数字信号，ii)处理器，被接到模数变换器，用于接收从那里来的数字信号，并执行使用所述数字信号的事先定义的计算，以及iii)存储区，用于贮存数据值，包括代表在所述第一第二端子装置上的电池电压、电池温度和电流的值；以及总据总线，用于在电池供电的装置和集成电路之间传输数据；集成电路还包括iv)总线控制器，控制所选择的数据在数据总线上的传输；所述事先定义的计算包括计算在规定时间的电池实际满容量。
31.根据权利要求30的灵巧电池，其特征是其中处理器包括一个识别充/放电周期中至少一个被选择的终结的装置；和处理器计算在充/放电周期中至少一个被选择终结的电池实际满容量。
32.根据权利要求31的灵巧电池，其特征是其中处理器保持i)代表电池满容量中不确定性的一个不确定性值，及ii)代表电池额定满容量的额定满容量值；在每次识别充/放电周期之一的的终结之后，若不确定性值小于额定满容量值的给定百分值，则处理器计算电池实际的满容量。
33.根据权利要求31的灵巧电池，其特征是其中处理器还包括i)决定校正值的一个装置，和ii)决定在充/放电周期终结的电池容量的装置；以及在给定的充/放电周期的终结，当处理器要计算电池实际满容量的新值时，处理器按下式计算所述新值；nCAPrc＝oCAPrc+(oCAPrc)x-CAPRGM这里nCAPrc是由电池实际满容量的新值，oCAPrc是最近的先前电池实际满容量计算值，x是处理器决定的校正值，和CAPREM在给定的充/放电周期终结时的电池容量。
34.根据权利要求22的灵巧电池，其特征是其中决定校正值的装置包括根据电池温度和电池电流决定校正值的装置。
35.根据权利要求34的灵巧电池，其特征是其中决定校正值的装置包括有众多贮存值的一张查找表；和根据电池温度和电池电流选择所述贮存值之一的装置。
36.根据权利要求32的灵巧电池，其特征是其中规定的计算还包括计算规定时间时的不确定性值。
37.根据权利要求36的灵巧电池，其特征是其中不确定性的值在规定时间时复位为零。
38.根据权利要求37的灵巧电池，其特征是其中每个充/放电周期有一充电周期和一放电周期；处理器包括在各充电周期中检出多个规定的充电终结情况的装置，和当所述情况之一被检出时结束充电周期；以及当所述充电终结情况之一被检出时处理器将不确定性的值复位为零。
39.根据权利要求37的灵巧电池，其特征是其中各充电/放电周期有一个充电和一个放电周期；处理器包括在各放电周期中检出多个规定的放电终结情况的和当所述情况之一被检出时结束放电周期；以及当所述放电终结情况之一被检出时处理器将不确定性的值复位为零。
40.根据权利要求37的灵巧电池，其特征是其中每个充/放电周期有一充电周期和一放电周期；处理器包括在各充/放电周期的充电周期中决定导入电池的电流所积累的量的装置；以及当在充电周期之一中计算不确性的值时，所计算的不确定性的值是根据在所述的一个充电周期中导入电池的电流之所积累的量算得的。
41.根据权利要求37的灵巧电池，其特征是其中每个充/放电周期有一个充电周期和一个放电周期；处理器包括在每个充/放电周期的放电周期中决定从电池放出的电流的所积累的量的装置；以及当在放电周期中的一个计算不确定性的值时，所计算的不确定性的值是根据在所述的一个充电周期中从电池放出电流的所积累的量算得的。
42.一个便携式计算机-可充电电池-电池充电器的组合，其特征是包括(a)一便携式计算机；(b)一可充电电池系统，包括接到便携式计算机的第一和第二端子装置，可充电电池，包括至少一个接到第一和第二端子装置的可充电电池单元，所述电池具有i)放电模式，用于将电功率供给第一和第二端子装置及供给便携式计算机，ii)充电模式，用于从第一和第二端子装置接收电功率；传感装置，用于检测和产生代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度和电流的模拟信号；一个集成电路，包括i)模数变换器，用来接收所述模拟信号并将所述模拟信号变换为代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的数字信号，ii)被接于模数变换器的处理器，用于接收从那里来的数字信号，并执行使用所述数字信号的规定的计算，以及iii)存储区，用于贮存数据值，包括代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的值；(c)电池再充电器，被连接于第一和第二端子装置上，用于将电功率加到所述端子装置及加到可充电电池单元；(d)连接于便携式计算机、电池系统和电池充电器上的数据总线，使在便携式计算机、电池系统和电池再充电器之间传数据；其中便携式计算机包括一个装置，用于在数据总线上发送和接收消息，所述消息包括给电池充电器的充电请求消息使将电量供给电池；其中电池再充电器包括接收在数据总线上传输的消息的装置，和响应于由电池再充电器接收的所述充电请求消息，将电量供给电池的装置；其中所述的规定的计算包括一个计算，用于计算电池剩余容量，所述一个计算是下列各项之函数(i)电池温度，(ii)电池在放电模式时由电池所供的电量，(iii)在充电模式时由电池收到的电量。
43.根据权利要求42的便携式计算机-可充电电池-电池再充电器组合，其特征是其中在规定的时期内进行所述的一个计算；在每个所述时期，(i)若电池是在放电模式，处理器决定从最近的先前的所述一时期起由电池所供电量，及(ii)若电池是在充电模式，处理器决定从最近的先前的所一述时期起供给电池的电量。
44.根据权利要求43的便携式计算机-可充电电池-电池再充电器组合，其特征是其中处理器还包括一个装置，决定从最近的一个所述的时期起供给电池的所述电量的百分比值。
45.根据权利要求44的便携式计算机-可充电电池-电池再充电器组合，其特征是其中决定所述百分比值的装置包括根据电池温度和电池电流决定所述百分比的装置。
46.根据权利要求45的便携式计算机-可充电电池-电池再充电器组合，其特征是其中决定所述百分比值的装置包括有众多贮存在其内的一张查找表；以及根据电池温度和电池电流选下所述值之一的装置。
47.根据权利要求45的便携式计算机-可充电电池-电池再充电器组合，其特征是其中在每个所述时期，处理器决定从最近的先前的一个所述时期以来由电池内部放电的电流量。
48.根据权利要求45的便携式计算机-可充电电池-电池再充电器组合，其特征是其中所述所贮存的值还包括代表电池满容量的满容量值；处理器周期性地复位所述满容量值；及处理器按下式计算电池的剩余容量CAPREM＝CAPrc-∑d-∑s-∑c其中CAPREM是电池剩余容量，CAPrc是对满容量值的最近所复位的值，∑d是从电池满容量值被最近复位以来电池中内部放电的电量，∑s是从满容量值被最近复位以来由电池放出之电量，及∑c是从满容量值被最近复位以来供给电池的电量的百分比值。
49.根据权利要求48的便携式计算机-可充电电池-电池再充电器组合，其特征是其中处理器以正规时期做一系列计算，所述系列计算包括对每个所述时期(i)计算在此时期内电池中内部放电的电量，(ii)若电池在放电模式，计算在此时期内由电池放出之电量，和(iii)若电池在充电模式，计算在此时期内供给电池的电量。
50.根据权利要求49的便携式计算机-可充电电池-电池再充电器组合，其特征是其中∑d是从电池满容量被最近复位以来在此期间电池内内部放电的电量总和；∑s是从电池满容量被最近复位以来在此期间由电池放出的电量之总和，以及∑c是从电池满容量被最近复位以来供给电池的电量总和的百分比。
51.根据权利要求48的便携式计算机-可充电电池-电池再充电器组合物，其特征是其中所述百分比是根据电池温度和电池电流来的。
52.电池系统，有功率管理能力，其特征是包括第一和第二端子装置，用于将电池系统连接到电池供电的装置和接到电池再充电器；电池，包括至少一个可充电电池被接到第一和第二端子装置，所述电池具有(i)放电模式，将电功率供给第一和第二端子装置，及供给由电池供电的装置，和(ii)充电模式，从第一和第二端子装置接收电功率；传感装置，用于检测和产生代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的模拟信号；一个集成电路，包括(i)模数变换器，用来接收所述模拟信号并将所述模拟信号变换成代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的数字信号，和(ii)被接于模数变换器的处理器，用于接收从那里来的数字信号，及用于执行使用所述数字信号的规定的计算；数据总线，用于将数据传于处理器和由电池供电的装置之间；其中，集成电路包括众多的层，所述众多的层包括上面的层和下面的层，所述下面的层构成随机存取存储区，用来贮存多个变量数据值，所述多个变量数据值包括代表在所述第一和第二端子装置上的电池电压、电池温度、和电流的数据值；所述上面的层构成只读存储区，用来贮存多个固定的数据值。
53.根据权利要求52的电池系统，其特征是其中上面的层用金属掩模形成。
54.根据权利要求52的电池系统，其特征是所述固定的数据值包括专用的电池识别码。
55.根据权利要求52的电池系统，其特征是只读存储区含有多个固定算法。
56.根据权利要求52的电池系统，其特征是由顾客使用需要专门的算法，其中只读存储区贮存了所述专门算法。
57.根据权利要求52的电池系统，其特征是其中每个上面的层包括一个n列m行组成的阵列，各列和各行相交构成nxm阵列位置单元；和相关的一个晶体管位于每一个阵列位置单元上。
58.根据权利要求57的电池系统，其特征是每一个上面的层还包括多个公共线，有公共的电压电平；每一个晶体管包括源极和漏极；所选定的晶体管的源极直接接到其他晶体管的漏极；以及其他选定的晶体管的源极和漏极都被直接接到公共线之一。
59.根据权利要求58的电池系统，其特征是其中在每一所述上面的层的晶体管是由第一和第二组晶体管组成；第一组晶体管的源极直接接到其他晶体管漏极；以及第二组晶体管的源极和漏极直接接到公共线之一。
60.根据权利要求58的电池系统，其特征是其中所述选定的其他晶体管的每一个的源极和漏极是都直接接到同一公共线上。
全文摘要
灵巧电池(10),提供电功率及向具有功率管理系统的外部装置报告规定的电池参数,它包括:至少一个可充电电池元(26)被接在一对端子(37和32)上,由遥控装置(28)提供或决定,在放电模式时向外部装置(28)提供电功率,在充电模式时接受电功率;一数据总线,用于向外部装置报告规定的电池识别和充电参数;模拟装置,用于产生代表端子上电池电压和电流的模拟信号和代表电池元中的电池温度的模拟信号;一混合集成电路(32),具有微处理器(50),用来接收模拟信号并将其变换成代表电池电压、电流和温度的数字信号并从数字信号计算对时间的实际充电参数,此计算包括按下列算法的一个计算:CAP
文档编号H01M10/44GK1169797SQ95196743
公开日1998年1月7日 申请日期1995年11月8日 优先权日1995年11月8日
发明者普·文东, 鲁迪·维乔雷克, 埃尔默·蔡星, 路易·W·鲁斯卡, 马修·P·赫尔, 阿尔文·H·泰勒, 丹尼尔·D·弗里尔 申请人:杜拉塞奥公司