CN109891648A - 电池正极端子天线接地面 - Google Patents

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Abstract

电池的正极端子可以用作天线接地面，用于传送电池状态信息。电池的正极端子可以包括具有第一表面积的第一导电外表面。电池的负极端子可以包括具有小于第一表面积的第二表面积的第二导电外表面。天线阻抗匹配电路可以电连接到通信电路、天线和电池的正极端子。因此，电池的正极端子可以用作天线的接地面。

Description

电池正极端子天线接地面
技术领域
本公开总体上涉及在通信系统中使用电池的外表面作为天线的接地面的装置和方法，更具体地，涉及使用电池的正极端子和导电外表面，典型地是金属电池壳或外壳，作为传送电池状态信息的天线的接地面。
背景技术
电池上的电池电量计（On-cell battery fuel gauge）可能需要用户按下两个按钮，等待几秒钟，然后观察电池的荷电状态的指示。这种解决方案可能需要从设备中移除电池并检查电池以决定是否需要更换电池。因此，避免从设备中移除电池来检查剩余容量的解决方案为消费者提供了显著的优势。
在一些实施例中，电池状态可以通过使用模数转换器(ADC)和近场通信(NFC)集成电路(IC)以及电池标签上的磁分流器和薄箔天线的远程指示来检测。例如在智能电话上执行的应用软件可以用于远程接收电池状态信息。这种电池状态信息可以包括电池电压，该电池电压然后用于向用户提供电池状态的指示。
当例如直接安装到电池单元的标签上时，常规封装的硅集成电路以及相关的分立电阻器和电容器可能会将电池单元的直径增加至超过许多现有设备空腔的能力。此外，在一些实施例中，NFC检测范围可能被限制为几厘米。
金属表面附近RF收发器的操作可能带来技术挑战，例如天线与金属表面的寄生耦合。在一些实施例中，电池单元可以由导电金属壳构成，例如由钢构成，特别是消费者可获得的一次碱性电池。安装在无线发射机电路上的天线附近的这种金属表面的存在可能会使天线严重失谐，从而降低性能并减小到接收设备的可用范围。
发明内容
一个示例性实施例包括一种装置，该装置包括：电池的正极端子，其具有第一导电外表面，第一导电外表面具有第一表面积；电池的负极端子，其具有第二导电外表面，第二导电外表面具有第二表面积；以及天线阻抗匹配电路，其电连接到通信电路、天线和电池的正极端子。第一表面积大于第二表面积。
另一个示例性实施例包括一种方法，该方法包括：提供具有第一导电外表面的电池的正极端子，第一导电外表面具有第一表面积；提供具有第二导电外表面的电池的负极端子，第二导电外表面具有小于第一表面积的第二表面积；提供天线阻抗匹配电路；以及将天线阻抗匹配电路电连接到电池的正极端子。
又一个示例性实施例包括一种方法，该方法包括：提供具有第一表面积的一次碱性电池的负极端子；提供一次碱性电池的正极端子作为天线的接地面，该正极端子包括大于第一表面积的第二表面积；提供天线阻抗匹配电路；将天线阻抗匹配电路电连接到一次碱性电池的正极端子；将天线阻抗匹配电路电连接到通信电路和天线；以及计算与电池的剩余容量相关的数据，包括与使用通信电路、天线阻抗匹配电路、天线和一次碱性电池的正极端子的数据的发送和接收相关的电池上的负载的校正。在这种一次碱性电池中，阳极可以包含锌，阴极可以包含氧化锰。在又一可选形式中，电池是一次锌碳电池，该电池包括阳极、阴极和电解质。除了作为诸如一次碱性电池或一次锌碳电池的一次电池之外，电池可以是一次锂电池。替代地，电池可以是二次电池，例如，诸如镍金属氢化物(NiMH)电池、镍镉(NiCad)电池、银/锌电池、镍/锌电池或锂固态可充电电池的二次电池。对于可充电化学物质，电池的端子在充电或放电期间进行切换。通常，根据本公开，可以使用任何电池化学物质，只要导电金属电池可以电连接到正极端子。
根据本公开的教导，装置或方法的任何一个或多个前述方面还可以包括以下可选形式中的任何一个或多个。
在一个可选形式中，第一导电外表面电连接到一次碱性电池的阴极，且第二导电外表面电连接到一次碱性电池的阳极。
在另一可选形式中，通信电路的接地面电连接到电池的负极端子。
在又一可选形式中，天线阻抗匹配电路包括巴伦（balun），该巴伦被配置成对于第一通信频率将阻抗匹配电路的输入阻抗转换成阻抗匹配电路的输出阻抗。
在又一可选形式中，第一导电外表面的电长度大于由通信电路发送到天线阻抗匹配电路中的信号的波长的0.25倍，并且第一导电外表面的电长度是第一导电外表面的物理长度乘以(i)信号通过第一导电外表面的传播时间与(ii)信号在自由空间中在等于第一导电外表面的物理长度的距离上的传播时间的比率。
在又一可选形式中，第一导电外表面的电长度被配置成最小化从天线回到天线阻抗匹配电路的反射功率，作为通信电路发送信号的结果。
在又一可选形式中，天线阻抗匹配电路包括(i)电容器和(ii)电感器中的至少一个，并且(i)电容器和(ii)电感器中的至少一个电连接在通信电路和电池的正极端子之间。
在又一可选形式中，电池是一次碱性电池，该电池包括阳极、阴极和碱性电解质。在这种一次碱性电池中，阳极可以包含锌，阴极可以包含氧化锰。在又一可选形式中，电池是一次锌碳电池，该电池包括阳极、阴极和电解质。除了作为诸如一次碱性电池或一次锌碳电池的一次电池之外，电池可以是一次锂电池。替代地，电池可以是二次电池，例如，诸如镍金属氢化物(NiMH)电池、镍镉(NiCad)电池、银/锌电池、镍/锌电池、锂离子或锂固态可充电电池的二次电池。通常，根据本公开，可以使用任何电池化学物质，只要外部金属电池可以电连接到正极端子。
在又一可选形式中，巴伦包括围绕磁性铁氧体的第一绕组和第二绕组，第一绕组的第一端部电连接到天线，并且第一绕组的第二端部电连接到电池的正极端子。
在又一可选形式中，第二绕组的第一端部电连接到通信电路，并且第二绕组的第二端部电连接到天线。
另一可选形式包括将天线阻抗匹配电路电连接到通信电路和天线。
又一可选形式包括将通信电路的接地面电连接到电池的负极端子。
又一可选形式包括提供巴伦，该巴伦被配置成将由通信电路发送到阻抗匹配电路的信号所遇到的输入阻抗转换成输出阻抗。
又一可选形式包括为第一导电外表面提供大于由通信电路发送到天线阻抗匹配电路的信号的波长的0.25倍的电长度。
又一可选形式包括为第一导电外表面提供电长度，该电长度最小化了从天线回到天线阻抗匹配电路的反射功率，作为通信电路发送信号的结果。
又一可选形式包括为天线阻抗匹配电路提供(i)电容器和(ii)电感器中的至少一个，并且在通信电路和电池的正极端子之间电连接(i)电容器和(ii)电感器中的至少一个。
又一可选形式包括：提供一次碱性电池，该电池包括阳极、阴极和碱性电解质；将电池的阴极电连接到电池的第一导电外表面；以及将电池的阳极电连接到电池的第二导电外表面。在这种一次碱性电池中，阳极可以包含锌，阴极可以包含氧化锰。除了作为诸如一次碱性电池的一次电池之外，电池可以是一次锂电池。替代地，电池可以是二次电池，例如，诸如镍金属氢化物(NiMH)电池、镍镉(NiCad)电池、银/锌电池、镍/锌电池、或锂离子、锂聚合物或锂固态可充电电池的二次电池。通常，根据本公开，可以使用任何电池化学物质，只要外部金属电池可以电连接到正极端子。
又一可选形式包括：提供巴伦，该巴伦包括围绕磁性铁氧体的第一绕组和第二绕组，使得巴伦的输出阻抗接近天线的输入阻抗；将第一绕组的第一端部电连接到天线；以及将第一绕组的第二端部电连接到电池的正极端子。
又一可选形式包括：将第二绕组的第一端部电连接到通信电路；以及将第二绕组的第二端部电连接到天线。
示例性实施例可以包括计算机实现的方法，在其他实施例中，该方法可以包括被配置成实现该方法的装置，和/或非暂时性计算机可读介质，该介质包括导致处理器执行该方法的计算机可执行指令。
本领域的技术人员将从以下对优选实施例的描述中更清楚地了解优势，这些优选实施例已经通过举例说明的方式示出和描述。将会认识到，本实施例可能能够具有其他不同的实施例，并且它们的细节能够在各个方面进行修改。因此，附图和描述本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。
附图说明
下面描述的附图描绘了本文公开的系统和方法的各个方面。每个附图描绘了所公开的系统和方法的特定方面，并且每个附图旨在与其可能的方面一致。此外，在可能的情况下，下面的描述参考包括在下面的附图中的附图标记，其中多个附图中描绘的特征用一致的附图标记表示。
在附图中示出了当前讨论的布置，然而，应当理解，本实施例不限于所示的精确布置和手段，其中：
图1示出了根据本公开的一个方面的示例性消费者碱性电池，其具有安装的印刷电路板以传输电池状态信息；
图2示出了用于检测电池的电压并通过天线传送电池状态信息的装置的示例性框图，其中阳极被用作接地面；
图3示出了根据本公开的一个方面的使用碱性电池的阴极作为天线的接地面的装置的示例性框图，该装置包括基于电容器/电感器的阻抗匹配电路；
图4示出了根据本公开的一个方面的使用碱性电池的阴极作为天线的接地面的装置的示例性框图，该装置包括基于巴伦的阻抗匹配电路；
图5示出了根据本公开的一个方面的对包括阳极接地面和阴极接地面的各种样本的示例性接收信号强度指示(RSSI)图；
图6示出了根据本公开的一个方面的接收器相对于阳极接地面和阴极接地面的水平取向的示例性RSSI极坐标图；
图7示出了根据本公开的一个方面的接收器相对于阳极接地面和阴极接地面的竖直取向的示例性RSSI极坐标图；和
图8示出了将天线阻抗匹配电路电连接到电池的外表面的方法的示例性框图。
附图仅出于说明的目的描绘了优选实施例。在不脱离本文描述的本发明的原理的情况下，可以采用本文所示系统和方法的替代实施例。
具体实施方式
尽管以下文本阐述了许多不同实施例的详细描述，但是应当理解，描述的法律范围由本专利末尾阐述的权利要求书和等同物的文字来限定。详细描述应被解释为仅仅是示例性的，而不是描述每个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例是不切实际的。使用当前技术或在本专利申请日之后开发的技术，可以实现许多替代实施例，这些实施例仍然落在权利要求书的范围内。
本公开的一个实施例包括使RF无线传感器能够在带有正偏置外壳或壳的电池上工作，以改善安装在电池上的发射机和读取器之间的范围或最大读取距离。读取器可以包括智能电话、平板电脑、本地网络集线器或计算设备的另一个实施例。
图1示出了包括消费者碱性电池110和安装的印刷电路板120的示例性装置100，印刷电路板120包括传输电池的状态的各种互连部件。印刷电路板120可以电连接到电池的阴极130和电池的阳极140，例如通过导线、夹子或其他方式进行低阻抗连接。特别地，消费者碱性电池110可以受益于安装的印刷电路板120，因为碱性电池通常需要在消费者电子设备中更换，并且需要到零售商处购买新电池，因此电池状态信息特别相关。
阳极的活性材料可以包括锌。阴极的活性材料可以包括包含氧化锰和/或二氧化锰的组合物。二氧化锰可以包括γ二氧化锰、λ二氧化锰或它们的组合。二氧化锰可以通过电解方式制备为电解二氧化锰(EMD)或通过化学方式制备为化学二氧化锰(CMD)。二氧化锰也可以作为天然二氧化锰(NMD)获得，然而，通常在碱性电池中不使用NMD。可以使用EMD、CMD和NMD中一种以上的混合物。因此，如本文所用，二氧化锰指的是EMD、CMD、NMD和它们的组合。
包含二氧化锰的阴极用活性材料组合物可以包含至少约91重量%(例如，诸如硫酸盐、各种金属等的杂质以不大于9重量%的量存在)。市售的EMD作为包含高纯度、高密度γ二氧化锰的组合物提供，并且用作碱性电池单元的阴极活性材料是理想的。CMD还被用作包括碱性电池单元和重负荷电池单元的电化学电池单元中的电化学活性阴极材料；然而，商业化学过程产生高纯度MnO2，但不产生与EMD相当的MnO2的密度。结果，EMD已经成为最广泛使用的电池级MnO2形式，特别是对于碱性和锂电池单元，因为在这种应用中，最理想的是使用高密度MnO2来增加这些电池单元的容量。
EMD通常通过直接电解硫酸锰和硫酸浴来制成。电池级CMD可以通过使用MnSO4和碱金属氯酸盐(优选NaClO3)的反应混合物通过“Sedema过程”来生产，如美国专利No. 2,956,860 (Welsh)所公开的。二氧化锰经销商包括Tronox、Erachem、Tosoh、DeltaManganese和Xiangtan。
常规的电池级含二氧化锰的组合物不具有真正的化学计量式MnO2，而是更好地由式MnOx表示，其中x通常在约1.92至1.96之间，对应于在约3.84和3.92之间的锰化合价。常规的EMD通常可具有约1.95或1.96的x值，分别对应于3.90和3.92的锰化合价。常规的EMD还具有在约4.4和4.6g/cm3之间的实际密度。
在本公开的其他实施例中，印刷电路板120安装在其他一次电池或二次电池上，例如，一次锂离子电池或二次电池，例如镍金属氢化物(NiMH)电池、镍镉(NiCad)电池、银/锌电池、镍/锌电池或锂固态可充电电池。对于可充电化学物质，电池的端子在充电或放电期间进行切换。无论如何，在二次可充电电池中，电池的导电外表面包括正极端子，同时放电并用于给设备供电。
图2示出了检测和发送电池状态信息的示例性装置200的框图。装置200包括电池210，电池的阳极电连接到接地215，并且电池的阴极电连接到电压调节器220的输入。在一些实施例中，电压调节器220可以将单个碱性电池单元电压升高到合适的电压，以给通信电路230供电，例如升高到2.4伏或3伏。电压调节器220可以电连接到接地225，具有到接地215和电池210阳极的低阻抗电路径。在一些实施例中，电池单元的电压可以在模数转换器(ADC)的输入处偏移，以有效地提高ADC的分辨率。
在一些实施例中，通信电路230可以包括具有到接地235的低阻抗路径的接地面。接地235可以与电压调节器接地225和电池阳极接地215共享低阻抗路径，以便为设置在通信电路230内的ADC的正常运行提供适当的电基准。在一些实施例中，通信电路230的数字电路的接地面可以以相对高的阻抗与射频传输电路的接地面电隔离。
设置在通信电路230内的发射机可以包括到阻抗匹配电路240的平衡连接。在其他实施例中，在通信电路230和阻抗匹配电路240之间的连接可以包括阻抗为50欧姆的不平衡连接，或者作为到阻抗匹配电路240的特征输入阻抗。
阻抗匹配电路240被配置成使用各种无源和有源电子部件将通信电路230遇到的输入阻抗转换成特定频率的输出阻抗。阻抗匹配电路240的输出阻抗可以接近天线250和任何相关的线路或电连接的特征输入阻抗。在其他实施例中，阻抗匹配电路可以被配置成最小化来自天线250的反射功率，作为以特定频率或一组频率从通信电路发送的信号的结果。
阻抗匹配电路240的实施例可以包括到接地245的一个或多个连接。接地245可以包括到装置200的其余部分的接地235、225和215的低阻抗路径。在一些实施例中，阻抗匹配电路240的接地245可以包括天线250的接地面。在其他实施例中，天线250的接地面可以包括电池210的阳极，并且电池210的阳极的电长度可以显著小于由通信电路230发送到阻抗匹配电路240的信号的波长的0.25倍。
在另一个实施例中，安装在电池上的发射机可以包括Bluetooth®低功耗无线传感器，例如基于德克萨斯仪器公司CC2540集成电路。在其他实施例中，发射机可以包括UHF收发机，用于短距离交换数据。发射机可以包括升压器或电压调节器，以增加单个碱性电池单元的电压。由于大多数设备的电池腔中的空间限制，这样的实施例可以包括安装在电池210附近的印刷电路板。附接弹簧可以为电池提供电连接，以允许测量电势以及向通信电路230供电。
金属与天线250的接近可能使天线250失谐，远离感兴趣的频率范围并对信号发送和接收产生负面影响。由于空间限制，随着传感器和电池210之间的距离减小，失谐效应变得更加明显。当最佳调谐发射机在金属物体附近(例如在电池210附近)工作时，RF收发机可以接地到正电源轨或电池210的阴极，以利用相对较大的阴极端子或电池外壳作为更有效的接地面。在这种情况下，其他金属物体，例如额外的电池单元和被监测电池附近的设备的金属部件，可能不会显著干扰调谐的天线和电池系统。
作为接地面的电池的正极端子
本公开的一个示例性实施例包括通用可重复使用的电池远程指示系统，该系统包括一个或多个硅集成电路，该硅集成电路包含模数转换器(ADC)和通信电路，例如Bluetooth®低功耗收发机、超高频(UHF)无源或有源射频识别(RFID)、WiFi、Zigbee或其他RF通信手段、天线和电阻器和/或电容器以及系统的操作可能需要的其他部件。
指示系统与电池的卡扣式附接导致与电池端子的电连接，或者也可以使用柔性连接。选项可以包括插入电池和设备电池触点之间并在两侧之间电连接的双面柔性印刷电路板(PCB)，或者带有导电磁体以附接到设备电池端子的柔性导线。
电池指示器可以连接到读取器或接收机并与之通信，以包括智能电话或其他BLE、RFID、UHF、WiFi或类似启用的通信设备。在读取器上执行的软件应用程序可以显示电池状态，例如电压、阻抗、负载、距离、温度、时间或其他参数。软件应用程序可以解释这些参数，以向应用程序的用户提供电池状态的指示和/或何时更换电池或给电池充电的建议。
本公开的一个实施例包括单电池单元BLE监测器(Bluetooth®低功耗，也称为Bluetooth® 4.xx或“Smart”)，其中电子器件集成在ASIC(专用集成电路)中，其公共接地(DC/DC、ADC和RF)连接到电池的正电源轨或阴极。天线可以放置在传感器PCB(印刷的或集成的)的外侧，并且可以相对于电池单元调谐到固定位置，该固定位置可以是一个PCB厚度加上电池标签厚度的距离。结合的升压转换器可实现降至0.8V-0.9V的操作。电路板可包括两个卡扣式电池附件，其在电池和传感器之间提供功率和电压测量连接。传感器可以附接到单个电池单元，并且可以以在其他电池单元之间不干扰的方式放置在设备中。组件可以旋转到最合适的位置，这取决于电池盒的具体情况。在一些实施例中，电池附件可以针对特定的电池类型定制。
可以使用支持BLE的智能电话和集成的读取器软件应用程序无线读取BLE电池监测器。读取器软件应用程序可以显示到设备的距离，通过移动和观察RF信号强度增加(指示更近)或减少(指示更远)来帮助用户定位设备。
可重复使用的无线电池监测器的功能可不限于指示电池的荷电状态和到设备的距离。BLE模块可以包括内置MCU，其可以被编程为各种附加功能，例如电池阻抗或内阻测量(健康状态)、温度、压力、泄漏、安全和低电池电量警报、充电控制、电源管理功能或其他与电池有关的特性。
图3示出了本公开的一个示例性实施例，其包括装置300的框图。装置300包括电池310，电池的负极端子以低阻抗电连接到接地360。电池310的正极端子可以以低阻抗电连接到电压调节器320和阻抗匹配电路340的一个或多个接地连接。
如图所示，阻抗匹配电路340可以包括各种无源电子部件，例如电容器、电阻器和电感器，它们一起被配置成将阻抗匹配电路340的输入阻抗转换成阻抗匹配电路340的输出阻抗。在一些实施例中，例如图3所示，阻抗匹配电路340的输入可以包括平衡差分导体对，并且输出包括不平衡输出和各种接地连接。然而，其他替代实施例可以包括不平衡输入、平衡输出或其中的其他组合。
通信电路330可以包括一个或多个模数转换器(ADC)，以接收来自电池310的电势，并将该模拟电势转换成用于传输的数字信号。在其他实施例中，通信电路可以转换来自电池310的模拟电势，以直接调制RF信号，而不需要ADC，以仅利用由电池310的电池单元提供的电势或电流来调制RF信号。在一些实施例中，通信电路330可以与电池310的阳极共享低阻抗接地连接360。
阻抗匹配电路340可以如图所示用例如具有50欧姆阻抗的不平衡连接电连接到天线350。这样的实施例可以包括天线350，天线350需要有效的接地面以相对全向的模式辐射RF能量并防止反射的功率回到通信电路330或阻抗匹配电路340中。如图3所示，通过将阻抗匹配电路340的接地连接连接到电池310的阴极，电池310的阴极可以充当天线350的接地面。在电池310是消费者碱性电池的实施例中，电池310的阴极可以包括电池的大部分外表面区域，并且提供大于从通信电路330传输到阻抗匹配电路340的信号的波长的0.25倍的电长度。
图3所示实施例的一种实施方式可以包括以不干扰可用电池腔的方式集成到柔性组件中的装置300。这样的实施例可以应用于例如AA、AAA、C或D电池类型，而无需进一步修改。为了有效地利用碱性电池外壳或正极端子作为接地面，BLE收发机天线阻抗匹配电路可以接地到正电源轨，或者阻抗匹配电路内的电感器和电容器的接地端部。另外为了有效地工作，装置的其余部分可以接地到负电源轨或电池的阳极。在这样的实施例中，消除了由于接近电池的金属外壳而导致的失谐。
替代地，如图4的示例性实施例所示，输出阻抗匹配巴伦(也可以是DC阻断部件)可以接地到正电池壳。图4示出了包括电池410的装置400的框图，同样，电池410的阴极电连接到电压调节器420，电池410的阳极电连接到接地460。电压调节器与通信电路430一起以与图3的实施例类似的方式工作，以传送电池410的状态。同样，通信电路430可以与电池的阳极共享接地连接460，以有效地工作。
然而，图4所示的实施例包括阻抗匹配电路440，其包括巴伦445，巴伦445将来自通信电路430的平衡信号转换成用于天线450的不平衡信号。巴伦445的不平衡端部的负端部可以电连接到电池的阴极，以有效地将电池的阴极用作用于天线450的接地面。
在一个特定实施例中，巴伦445可以包括围绕磁性铁氧体的平衡和不平衡绕组，根据需要被配置成将平衡输入阻抗转换成不平衡输出阻抗。如图4所示，平衡连接的两个端部可以电连接到通信电路430，不平衡绕组的一个端部电连接到天线450，不平衡绕组的一个端部电连接到电池的阴极。
通过使用如图4所示的电池连接，例如印刷在PCB或表面安装芯片天线的外侧上的传感器模块和因此天线可以保持在离电池410的金属电池壳或阴极固定的小距离处，并且巴伦445可以专门针对该距离进行调谐。在一个具体实施例中，电池长度(例如，分别对于AA规格的50mm和用于AAA规格的45mm)可以接近中心2.45GHz载波频率的半波长(例如，61.2mm)，并且可以形成用于天线450的有效接地面。
正极端子天线接地面的信号接收改善
图5示出了接收信号强度指示(RSSI)图500，其表示从安装在Duracell碱性AA电池上的蓝牙低功耗传感器接收的信号强度520，该接收信号强度520是使用德克萨斯仪器公司的“Sensor Tag”应用程序在20英尺外用iPhone 6对使用负极端子作为接地面530(相比正极端子作为接地面540)绘制的各种样本510进行测量的。
在一个实施例中，使用阴极作为接地面的接收的RF功率接近-85分贝毫瓦(dBm)，相比之下，当使用电池的阳极作为接地面时为-95dBm。接收的信号强度可以确定是否将建立通信，以及数据分组是否在传感器和读取器之间，例如在电池和智能电话之间成功交换。更强的信号导致在传感器和读取器之间更大的范围或最大距离，或者可替换地传感器在相同距离下的更低功耗。例如，如果期望几年的使用寿命而不显著降低电池寿命，传感器的平均电流消耗可以限制在约10微安。图5所示的大约10 dBm的差异可能导致具有用于天线的阴极接地面的传感器的RF功率降低大约10倍。有源RF发送和/或接收可能代表电池上最重的负载，并且可能会影响电池寿命计算。这样，在计算剩余电池容量的期间可以考虑在发送和/或接收期间对这种负载的校正。
正极端子天线接地面的信号接收的方向性
图6和图7示出了水平取向600和竖直取向700的极性RSSI图，并具有用两个并排的AA碱性电池单元和安装在其中一个电池单元上的电压传感器板进行的进一步测试的结果。对于在四个相对方向上的水平取向和竖直取向中的每一个来旋转该设备，轴线610和710为0度，轴线620和720为90度，轴线630和730为180度，和轴线640和740为270度。在1分钟的时段内从每个方向60个点(每秒一个样本)获得RSSI的平均值。
如图6和图7所示，测试结果显示如图线660和760所示的阴极或正极端子接地面相对于如图线650和750所示的阳极或负极端子接地面具有一致的显著优势。传感器附近的其他设备和金属物体进一步证实了正极端子接地的优势。
正极端子天线接地面的制造和使用
图8示出了表示制造和/或使用电池的正极端子作为天线接地面的方法的一个实施例的框图800。例如，框图800包括提供具有第一导电外表面的电池的正极端子，第一导电外表面具有第一表面积(框805)。此外，框图800包括提供具有第二导电外表面的电池的负极端子，第二导电外表面具有小于第一表面积的第二表面积(框815)。通过提供天线阻抗匹配电路(框830)，天线阻抗匹配电路可以电连接到电池的正极端子(框845)。
其他实施例包括将天线阻抗匹配电路电连接到通信电路和天线。此外，替代实施例包括将通信电路的接地面电连接到电池的负极端子。另一些替代实施例包括提供巴伦，该巴伦被配置成将由通信电路发送到阻抗匹配电路的信号所遇到的输入阻抗转换成输出阻抗。其他实施例包括为电池的第一导电外表面提供大于由通信电路发送到天线阻抗匹配电路的信号的波长的0.25倍的电长度。
替代实施例包括为电池的第一导电外表面提供电长度，该电长度最小化了从天线回到天线阻抗匹配电路的反射功率，作为通信电路发送信号的结果。另一些实施例包括为天线阻抗匹配电路提供(i)电容器和(ii)电感器中的至少一个，并且在通信电路和电池的正极端子之间电连接(i)电容器和(ii)电感器中的至少一个。
其他替代实施例包括：提供一次碱性电池，该电池包括阳极、阴极和碱性电解质；将电池的阴极电连接到电池的第一导电外表面；以及将电池的阳极电连接到电池的第二导电外表面。另一些实施例包括：提供巴伦，该巴伦包括围绕磁性铁氧体的第一绕组和第二绕组，使得巴伦的输出阻抗接近天线的输入阻抗；将第一绕组的第一端部电连接到天线；以及将第一绕组的第二端部电连接到电池的第一导电外表面。
又一个实施例包括：将第二绕组的第一端部电连接到通信电路；以及将第二绕组的第二端部电连接到天线。
替代实施例
在一个实施例中，RF天线可以与电池外壳保持固定距离，以电池壳作为接地面形成调谐辐射器。电路板可以由呈三角形或梯形棱镜或其它形状形式的罩壳保护，以在两个圆柱形电池单元之间更好地配合，并确保一致的天线位置。
在其他实施例中，天线阻抗匹配部件可以从负接地切换到正接地，以有效地将电池壳转变成接地面。
在另一些替代实施例中，2.45GHz阻抗匹配巴伦(例如来自高频射频解决方案（High Frequency RF Solutions）的BPF P/N2450BM15A0002)可以接地到电池外壳(正电源轨)，而不是公共负接地。由于巴伦接地可能不需要DC块，其功能可能不受巴伦接地变化的影响。在这样的实施例中，天线和作为接地面的碱性电池外壳可以形成最佳RF辐射器。在一些实施例中，传感器模块可以永久地附接在电池供电设备的内部。
附加考虑
所有前述计算机系统可以包括附加的、更少的或替代的功能，包括本文讨论的功能。所有计算机实现的方法可以包括附加的、更少的或替代的动作，包括本文讨论的动作，并且可以经由一个或多个本地或远程处理器和/或收发机和/或经由存储在计算机可读介质上的计算机可执行指令来实现。
本文讨论的处理器、收发机、移动设备、服务终端、服务器、远程服务器、数据库服务器、启发式服务器、交易服务器和/或其他计算设备可以经由无线通信网络或电子通信网络彼此通信。例如，计算设备之间的通信可以是通过一个或多个无线链路或者无线或数字通信信道的无线通信或数据传输。
客户可以选择允许他们在获得其许可或明确同意的情况下与服务提供商远程服务器共享移动设备和/或客户的程序。作为回报，服务提供商远程服务器可以提供本文讨论的功能，包括安全、欺诈或其他监测，并且响应于检测到异常活动而为客户生成建议和/或为客户生成警报。
以下附加考虑适用于前面的讨论。贯穿本说明书，多个实例可以实现描述为单个实例的部件、操作或结构。尽管一种或多种方法的各自操作被示出和描述为独立的操作，但是各自操作中的一个或多个可以同时执行，并且不要求操作以示出的顺序执行。在示例配置中呈现为独立部件的结构和功能可以被实现为组合结构或部件。类似地，呈现为单个部件的结构和功能可以实现为独立的部件。这些和其他变型、修改、添加和改进都落在本文主题的范围内。
此外，某些实施例在本文被描述为包括逻辑或多个例程、子例程、应用程序或指令。这些可以构成软件(例如，体现在机器可读介质上或传输信号中的代码)或硬件。在硬件中，例程等是能够执行某些操作的有形单元，并且可以以某种方式配置或布置。在示例性实施例中，一个或多个计算机系统(例如，独立的、客户端或服务器计算机系统)或计算机系统的一个或多个硬件模块(例如，处理器或一组处理器)可以由软件(例如，应用程序或应用程序部分)配置为硬件模块，其操作来执行本文所述的某些操作。
在各种实施例中，硬件模块可以机械地或电子地实现。例如，硬件模块可以包括专用电路或逻辑，其被永久地配置(例如，作为专用处理器，诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC))以执行某些操作。硬件模块还可以包括可编程逻辑或电路(例如，包含在通用处理器或其他可编程处理器中)，其由软件临时配置以执行某些操作。应当理解，机械地、在专用和永久配置的电路中或者在临时配置的电路(例如，由软件配置)中实现硬件模块的决策可以由成本和时间考虑来驱动。
因此，术语“硬件模块”应该被理解为包含有形实体，即被物理构造、永久配置(例如，硬连线)或临时配置(例如，编程)为以某种方式操作或执行本文所述的某些操作的实体。考虑硬件模块被临时配置(例如，编程)的实施例，每个硬件模块不需要在任何一个时刻被配置或实例化。例如，在硬件模块包括使用软件配置的通用处理器的情况下，通用处理器可以在不同时间被配置为各自不同的硬件模块。软件可以相应地配置处理器，例如，以在一个时刻构成特定的硬件模块，并且在不同的时刻构成不同的硬件模块。
硬件模块可以向其他硬件模块提供信息，并从其他硬件模块接收信息。因此，所描述的硬件模块可以被认为是通信耦合的。当多个这样的硬件模块同时存在时，通过连接硬件模块的信号传输(例如，通过适当的电路和总线)可以实现通信。在多个硬件模块在不同时间被配置或实例化的实施例中，这种硬件模块之间的通信可以例如通过在多个硬件模块可以访问的存储器结构中存储和检索信息来实现。例如，一个硬件模块可以执行操作，并将该操作的输出存储在与其通信耦合的存储设备中。然后，另一个硬件模块可以在稍后的时间访问存储设备，以检索和处理存储的输出。硬件模块还可以启动与输入设备或输出设备的通信，并且可以对资源(例如，信息集合)进行操作。
本文所述的示例方法的各种操作可以至少部分地由临时配置(例如，通过软件)或永久配置成执行相关操作的一个或多个处理器来执行。无论是临时配置还是永久配置，这样的处理器都可以构成处理器实现的模块，这些模块操作用于执行一个或多个操作或功能。在一些示例性实施例中，本文提到的模块可以包括处理器实现的模块。
类似地，本文所述方法或例程可以至少部分地由处理器实现。例如，方法的至少一些操作可以由一个或多个处理器或处理器实现的硬件模块来执行。某些操作的执行可以分布在一个或多个处理器中，不仅驻留在单个机器中，而且部署在多个机器上。在一些示例性实施例中，一个或多个处理器可以位于单个位置(例如，在家庭环境、办公室环境中或作为服务器群)，而在其他实施例中，处理器可以分布在多个位置。
某些操作的执行可以分布在一个或多个处理器中，不仅驻留在单个机器中，而且部署在多个机器上。在一些示例性实施例中，一个或多个处理器或处理器实现的模块可以位于单个地理位置(例如，在家庭环境、办公室环境或服务器群内)。在其他示例性实施例中，一个或多个处理器或处理器实现的模块可以分布在多个地理位置。
除非特别声明，否则本文中使用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“呈现”、“显示”等词的讨论可以指机器(例如计算机)的动作或过程，该机器在一个或多个存储器(例如，易失性存储器、非易失性存储器或它们的组合)、寄存器或者接收、存储、发送或显示信息的其他机器部件内操纵或转换表示为物理(例如，电子、磁或光)量的数据。
如本文所用，对“一个实施例”或“实施例”的任何引用意味着结合该实施例描述的特定元件、特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。说明书中不同地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都指同一实施例。
一些实施例可以使用表达“耦合”和“连接”以及它们的派生词来描述。例如，一些实施例可以使用术语“耦合”来描述，以指示两个或更多个元件直接物理或电接触。然而，术语“耦合”也可以意味着两个或更多个元件彼此不直接接触，但是仍然彼此配合或相互作用。实施例不限于该上下文。
如本文所用，术语“包括”、“由……构成”、“包含”、“含有”、“具有”、“有”或其任何其他变体旨在覆盖非排他性的包含。例如，包括元素列表的过程、方法、制品或装置不一定仅限于那些元素，而是可以包括未明确列出的或这种过程、方法、制品或装置固有的其他元素。此外，除非有相反的明确说明，“或”指的是包含性或，而不是排他性的。例如，条件A或B通过以下任一条件来满足：A是真(或存在)且B是假(或不存在)，A是假(或不存在)且B是真(或存在)，以及A和B都是真(或存在)。
此外，“一个”或“一种”用来描述本文的实施例的元件和部件。这样做仅仅是为了方便和给出描述的一般意义。该描述和随后的权利要求书应被理解为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，除非很明显它另有含义。
除非明确记载了传统的装置加功能语言，例如权利要求中明确记载的“装置”或“步骤”语言，否则本专利申请结尾的专利权利要求不旨在根据 35 U.S.C. § 112(f) 来解释。
本文所述的系统和方法旨在改进计算机功能，并改进常规计算机的功能。
该详细描述应被解释为仅仅是示例性的，而不是描述每个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例即使不是不可能的，也是不切实际的。可以使用当前技术或在本申请的申请日之后开发的技术来实现许多替代实施例。

Claims (25)

1.一种装置，包括：
电池的正极端子，其包括具有第一表面积的第一导电外表面；
电池的负极端子，其包括具有第二表面积的第二导电外表面；
天线阻抗匹配电路，其电连接到通信电路、天线和所述电池的所述第一导电外表面；
其中，所述第一表面积大于所述第二表面积。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一导电外表面电连接到一次碱性电池的阴极，并且所述第二导电外表面电连接到一次碱性电池的阳极。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述通信电路的接地面电连接到所述电池的所述负极端子。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述天线阻抗匹配电路包括巴伦，所述巴伦被配置成对于第一通信频率将所述阻抗匹配电路的输入阻抗转换成所述阻抗匹配电路的输出阻抗。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一导电外表面的电长度大于由所述通信电路发送到所述天线阻抗匹配电路的信号的波长的0.25倍，并且
其中，所述第一导电外表面的所述电长度是所述第一导电外表面的物理长度乘以(i)所述信号通过所述第一导电外表面的传播时间与(ii)所述信号在自由空间中在等于所述第一导电外表面的所述物理长度的距离上的传播时间的比率。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一导电外表面的电长度被配置成最小化从所述天线回到所述天线阻抗匹配电路的反射功率，作为所述通信电路发送所述信号的结果。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述天线阻抗匹配电路包括(i)电容器和(ii)电感器中的至少一个，并且其中，(i)所述电容器和(ii)所述电感器中的至少一个电连接在所述通信电路和所述电池的所述正极端子之间。
8.根据权利要求2所述的装置，其中，所述电池包括一次碱性电池。
9.根据权利要求4所述的装置，其中，所述巴伦包括围绕磁性铁氧体的第一绕组和第二绕组，其中，所述第一绕组的第一端部电连接到所述天线，并且所述第一绕组的第二端部电连接到所述电池的所述正极端子。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述第二绕组的第一端部电连接到所述通信电路，并且其中，所述第二绕组的第二端部电连接到所述天线。
11.一种方法，包括：
提供电池的正极端子，所述正极端子包括具有第一表面积的第一导电外表面；
提供电池的负极端子，所述负极端子包括具有小于所述第一表面积的第二表面积的第二导电外表面；
提供天线阻抗匹配电路；和
将所述天线阻抗匹配电路电连接到所述电池的所述正极端子。
12.根据权利要求11所述的方法，包括将所述天线阻抗匹配电路电连接到通信电路和天线。
13.根据权利要求12所述的方法，包括将所述通信电路的接地面电连接到所述电池的所述负极端子。
14.根据权利要求12所述的方法，包括提供巴伦，所述巴伦被配置成将由所述通信电路发送到所述阻抗匹配电路的信号所遇到的输入阻抗转换成输出阻抗。
15.根据权利要求12所述的方法，包括为所述第一导电外表面提供大于由所述通信电路发送到所述天线阻抗匹配电路的信号的波长的0.25倍的电长度。
16.根据权利要求15所述的方法，包括为所述第一导电外表面提供电长度，所述电长度最小化从所述天线回到所述天线阻抗匹配电路的反射功率，作为所述通信电路发送所述信号的结果。
17.根据权利要求11所述的方法，包括：为所述天线阻抗匹配电路提供(i)电容器和(ii)电感器中的至少一个；以及在通信电路和所述电池的所述正极端子之间电连接(i)所述电容器和(ii)所述电感器中的至少一个。
18.根据权利要求11所述的方法，包括：
提供一次碱性电池；
将所述一次碱性电池的阴极电连接到金属电池壳；和
将所述天线阻抗匹配电路电连接到所述一次碱性电池的所述阴极。
19.根据权利要求12所述的方法，包括：
提供巴伦，所述巴伦包括围绕磁性铁氧体的第一绕组和第二绕组，使得所述巴伦的输出阻抗接近所述天线的输入阻抗；
将所述第一绕组的第一端部电连接到所述天线；和
将所述第一绕组的第二端部电连接到所述电池的所述正极端子。
20.根据权利要求19所述的方法，包括：
将所述第二绕组的第一端部电连接到所述通信电路；和
将所述第二绕组的第二端部电连接到所述天线。
21.一种方法，包括：
提供一次碱性电池的负极端子，所述负极端子包括第一表面积；
提供一次碱性电池的正极端子作为天线的接地面，所述正极端子包括大于所述第一表面积的第二表面积；
提供天线阻抗匹配电路；
将所述天线阻抗匹配电路电连接到所述电池的所述正极端子；
将所述天线阻抗匹配电路电连接到通信电路和天线；和
计算与所述电池的剩余容量相关的数据，包括与使用所述通信电路、所述天线阻抗匹配电路、所述天线和所述一次碱性电池的所述正极端子的数据的发送和接收相关的所述电池上的负载的校正。
22.根据权利要求21所述的方法，包括：
使用所述通信电路、所述阻抗匹配电路、所述天线和所述一次碱性电池的所述正极端子发送与所述一次碱性电池的剩余容量相关的数据。
23.根据权利要求22所述的方法，包括：
以所述天线的第一有效辐射功率发送与所述电池的剩余容量相关的数据，此时所述天线使用所述一次碱性电池的所述正极端子作为所述天线的所述接地面同时从所述一次碱性电池汲取第一电流，
其中，所述天线的第二有效辐射功率包括所述天线的有效辐射功率，此时所述天线使用所述一次碱性电池的所述负极端子作为所述天线的接地面同时从所述一次碱性电池汲取第一电流，并且
其中，所述天线的所述第一有效辐射功率是所述天线的所述第二有效辐射功率的至少两倍。
24.根据权利要求22所述的方法，包括：
以所述天线的第一有效辐射功率发送与所述一次碱性电池的剩余容量相关的数据，此时所述天线使用所述一次碱性电池的所述正极端子作为所述天线的所述接地面同时从所述一次碱性电池汲取第一电流，
其中，所述天线的第二有效辐射功率包括所述天线的有效辐射功率，此时所述天线使用所述一次碱性电池的所述负极端子作为所述天线的接地面同时从所述一次碱性电池汲取第二电流，并且
其中，所述天线的所述第一有效辐射功率相当于所述天线的所述第二有效辐射功率，并且所述第二电流大于所述第一电流。
25.根据权利要求23所述的方法，包括：
用读取器接收以所述天线的所述第一有效辐射功率发送的数据，所述读取器与所述天线的距离大于以所述天线的所述第二有效辐射功率发送所述数据的距离。
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