TWI322274B - Controllers, systems and methods for battery status indication - Google Patents

Description

1322274 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關電子裝置中的狀態指示技術，具體而言，尤 指電池電量（capacity)的狀態指示。 【先前技術】

一項使用電池作為電源的電子裝置之固有缺點是電池的 電量係有限的。不期望的電力損失可能導致資料流失和其他意 料外的故障。為避免此種情事發生，某些電子裝置提供該電池 狀態的指示（比如，電池充飽狀態、電池耗盡狀態或可使用之 該可用電量值（level))來通知用戶，使得用戶可以採取一些 措施’比如在電池能量耗盡前儲存它的資料並關閉該系統。通 常’可用一個或複數個LED來作為一個指示器，而可將該電池 狀態通知用戶。 應該注意的是，此處的電池狀態係指電池狀態、電池充電 中的狀態或電池電量狀態（battery state of charge)。於一 個實施例^，該電池電量狀態係表示一個電池的剩餘電量值。 有些刖案技術出示了可指示一個電子裝置的該電池狀態 的方法或裝置。如美國專利第6,459, 242號案，提供—種脈衝 數目的方法’該方法可透過於一預設的時間週期内與某一特定 電池狀態有關的該脈紐目而可指示該電池的電量綠 Ξ預ί，週期内的_次數，用戶可以得知該相^的電 妹國專利第5, 629, 605號案與美國專利第5, 099, 210 作職eyele)的方_^旨示該« 時間長i可 ΐ器Ξί;亮和熄滅_狀“的此^ 二個問將導致用戶視覺上的不適。而另 定時段内檢目觸一特 5 1322274 美國專利第6, 956, 478號荦介切了 一插蚀田违叙μ 丁门 顏色的LED的方法。這此X门Hi、、：了種使用複數個不同 個i』===二 色此外使用複數個LED也可能增加成本。 1116^ f數個、,尺寸的方法（LED SCale 點古”常用於指示電池狀態。在此方法中，led 以ίί—個相對的電池狀態。該複數顏D可 fif^接至一個控制器。美國專利第6, 950, 030 號案揭路以LED串聯連接的一種複數個㈣尺寸的方法。然

而，除^複數個LED外，也需要有一個特別的高電壓驅動裝^ 與-個⑤壓電源。在傳統㈣統巾，也可發現有以單獨的 控制複數個LED尺寸的方法。織纏LED魅職接到一個 控制器和驅動裝置。然而，除了複數個LED外，也需要有控制 LED的相關複數個引腳，此所費不貲。 二 因此’本發明主要係指-種方便、可靠、成本低廉的電池 狀態的指示方法或裝置。 【發明内容】

在一個實施例中’本發明僅使用一個LED來指示電池狀 態。該LED不同的閃爍頻率相對於不同的電池電量狀態 (battery state of charge)。其中一項優點是，本發明根& 人眼的性質，藉由提供該適當的LED電流而可提供一個令視覺 舒適的LED亮度變化。 而於另一個實施例中，本發明運用了兩個不同顏色的led 來指示電池狀態，且僅用一個或兩個引腳來控制LE)D。該電池 充飽狀態（ful 1 battery state)、電池耗盡狀態（empty battery state)和中繼狀態（intermediate state ;位於電池 充飽狀態和電池耗盡狀態間的狀態），可用不同顏色和不同的 閃爍頻率來表示。在中繼狀態情況下’指示該電池電量的該數 值之方法類似於前述之實施例。根據該方法，可提供數個實施 6 【實施方式】 圖1所示之圖係反應一個電池電量狀態的改變而相對一 個LED視覺亮度的改變速度。與一個電子裝有關的該LED具有 一個作為電源的電池。於此之視覺亮度的該改變速度也可被稱 之為閃爍頻率。在一個實施例中’本發明僅使用一個LED，藉 由改變該閃爍頻率來顯示一個電池的電量狀態（State 〇f Charge; SoC)。一個光源的快速閃爍，通常與一個警示或危險 有p。利用此條件的關係，可想到使用一個LED的一個快速視 覺亮度的改變，來表示電池的該耗盡狀態。換言之，本發明的 一個實施例，該電池電量的狀態（soc)與該LED的視覺亮度 的該改p速度較常成反比關係。從圖1的曲線102中可輕易地 工解’當該電池的該電量是該充滿電量的8〇%〜1〇〇%時，視覺 冗度的該改變速度是最小的。如曲線104所示，當該電池電量 降至該充滿電量的〜20%時，可提供高速的視覺亮度改變。 在^一實施例中，對於一個充飽電狀態的該指示也可藉由完全 點亮該LED而沒有改變亮度來實現。而且，對於一個深度放電 電池狀態的該指示，也可藉由完全熄滅該LED而沒有改變亮度 來實現。 此外，考慮視覺之舒適性，從圖1中可了解，上述之該 LED的閃爍不是如某些傳統藉由突然地點亮和熄滅該LE：D來實 現的方法所為。而是，漸近式地改變該Led的該視覺亮度。例 如，圖1之曲線102所示，係一個具ι_2秒持續時間的三角形 亮度變化曲線。首先該視覺亮度先是隨該s〇c而線性地增加， 而於達某一定點後開始減少。該視覺亮度隨後便逐漸變暗直至 該LED完全熄滅。其中一項優點是，該LE：D亮度的此種漸近式 改變’對使用者而言更具視覺上之舒適性。而且，更須考慮肉 眼的感知性，而需使該最快亮度閃爍頻率低於5HZ。例如，如 7 圖1所示’ 1〜2秒係包括了該亮度變化曲線的5個周期，亦即 該閃蝶頻率的變化係於2·5〜5HZ範圍内，其值低於5HZ。 〆、還應注意到該電池的該S〇C和該相關led的該亮度變化關 係並不限於反比關係。而且，還可以採用另一關係，例如，還 可以選用一個直接正比的關係。 已知人眼對亮度具有一個對數的察覺（logarithmic perception)。由於此人眼的特性，流經該LED的該平均電流 值（位準；current level)應以指數形式產生，以產生具線 性亮度改變的該視覺效果。如圖2所示，實線2〇4是該線&亮 度曲線，而該虛線202是該相對的LED平均電流的指數曲線。 然而，產生一個連續的指數控制電流給該LED並不容易， 特別是對一個數位邏輯電路而言，如微處理器。為解決這個問 題，提供一個流過相關LE：D的脈寬調變電流（PWM) 2〇6，以模 擬(emulate)如圖2所示的該平均指數電流。該pwM脈衝頻率 可以在50HZ到200HZ範圍内（即5ms至20ms週期）或甚至更 快。通常’物體駐留在人眼視網膜上約〇.丨秒，因此\人眼不 月b察覺到在頻率50HZ到200HZ範圍内的這些高頻脈衝。而是， 如圖所示的該視覺亮度執跡，一個漸近式的亮度改變才可以被 察覺到的。該脈衝寬度可以某種方式被調變而生成該指數型之 虛線電流控制信號。該脈衝的該最大工作週期應少於Μ 從圖2可了解，該PWM頻率應高於該視覺亮度改變的°該 率，或該閃爍頻率。如前所論述，該閃爍頻率係依圖丨曲^ 示之該電池電量狀態而變。由於該PWM的頻率係維持在常 值’當該電池狀態係處於高電量時，如8〇%〜100%，於一個= 爍週期内的該PWM信號的該脈衝數目增加。調整於每個 ^ 期内的該PWM信號脈寬，以產生與視覺亮度相關的該週期^三 角波。 一 圖3係根據本發明所示之一個實施例的方法之一個 器系統。該系統包括一個LED 302，一個指示器控制器 1322274 一個電池304以及一個電池監控器306。在圖3的實施例中， 該LED 302耦接至該指示器控制器300。施加於該LED的正電 壓是該LED的一個電源。正電壓可以從一個電源調整器（p〇wer regulator)、一個系統供電軌(powerraii)或從任何其他校準 過的電源處獲得。該電池監控器306可以是一個耦接至該電池 304而用於量測該電池電量狀態的習用組件。而且，該電池監 控器306提供一個代表該電池狀態，如該電池的一個剩餘電量 值的回饋信號’給該指示器控制器3〇〇。通常，該指示器控制 器300用於控制和驅動流過該LE：D的該平均電流，並且根據如 圖1和圖2所示的一個回饋信號而生成該視覺亮度的變化。在 一個實施例中，該指示器控制器3〇〇可以被整合入該電池監控 裝置或單獨地耦接到該電池監控器306。

該指示器控制器300包括一個脈寬調變器31〇。為了產生 一個週期性指數平均電流，該脈寬調變器31〇可以調整該pwM L號的該脈寬。因此’可以創出如圖1和2所示的一個三角形 的一個視覺亮度改變。在一個實施例中，該亮度改變的速度係 由指示該電池狀態的該回饋信號來決定β因此’藉由與該LED 的該閃爍頻率與該電池電量狀態的相關性，使用者經由觀察不 同的亮度改變速率，可以區分不同的該電池電量狀態。在一個 實施例中，當該電池電量狀態位於8〇%〜1〇〇%之間時，該閃爍 頻率被設定在它的最低速率處。在一個實施例中，當該電池電 量狀態降到60%〜80%時’該閃爍頻率被調整為當該電池電量位 於80%〜100%之間時所呈現之該閃爍頻率的兩倍。在一個實施 例中，$該電池接近耗盡之時，該閃爍頻率係最高的^此外， 該指示器控制器300還可以包括一個驅動電路以及一個限流 電路（未不出）。該驅動電路係提供驅動該LED之用的電源能 力。該限流電路係用來限制流過該LED的該平均電流。在一個 實巧例中，可以將一個外部電阻（未示出）耦接至該指示器控 制器300的該輸出端，以用來驅動該LED以及限制流過該LED 9 1322274 的該電流。 一項優點是，本發明運用了提供表示不同電池電量狀態的 不同閃爍頻率，或剩餘電池電量值（battery capacity level) 的一種方法’因此，使色盲的人更易於察覺到該電池電量狀 態。更佳的是，本發明為達視覺舒適性之目的，而使用了一種 亮度漸近改變的技術。 在另一個實施例中，並根據本發明而提供兩個不同顏色的 LED。运兩個LED可以是不同的任何顏色。比如，在一個實施 例中’可使用一個綠色LED與一個紅色LED來顯示不同的電池 狀態。在一個實施例中，當該電池係充飽電時，只有如圖4(曲 線402)所示的該綠色LED係閃爍著，或者如圖4曲線404所 不的該綠色LED被完全點允而沒有閃燦。而且，在一個實施例 中’當該電池如圖5曲線502所示的被完全放電時，只有紅色 LED係閃爍著’或者如圖5曲線504所示的該紅色LED係被完 全點亮而沒有閃爍著。應了解，上述實施例之每個Led的操作 就如圖1、圖2中所述的該LED的操作般。 在一個實施例中，當該電池的S〇C高於0%且低於1〇〇%時， 綠色LED和紅色LED都可以被設定為如圖6所示的閃爍，結 果，人眼將獲得橙色的閃爍效果。然而，該亮度變化的速率係 根據該電池的SoC而變，如圖1所示。用於綠色led和紅色 LED的該兩個PWM控制信號可以完全同相位，或如圖6所示之 些微的時間平移（time shift)。 圖7所示的幾個實施例，這些實施例使用如圖4、圖5及 圖6被述的方法。應注意到，分別於圖7A、圖7B和圖7C的 該指示器控制器設備700a、700b、700c的該功能類似於圖3 中所述之該指示器控制器300的該功能。也應該注到，圖μ、 圖7B和圖7C中的該LE：D ’雖然它們以不同的方法遠桩5 示器控制器裝置，但他們的行為類似。在圖7A， 和該紅色LED都透過將它們的正極端連接至該指示器控制器 10 1322274 裝置700a，而以内部方式從該指示器控制器裝置700a獲取它 們的供應電源。在一個實施例中’該兩個二極體可以從一個外 部的正極電壓源獲取電力。兩個LED的負極端可以連接至，如 圖7B所示，使用兩個各別的引腳來控制LED之該指示器控制 裝置700b。於另外的一個實施例，如圖7C所示，該指示器控 制器裝置700c僅使用一個控制引腳，即可控制該兩個LED。 圖8係根據圖7C所作之更詳細的示意。該實施例中使用 了開關1 (SW1)和開關2 (SW2)兩個開關。開關1耦接在該正

電壓源和節點802之間，而開關2耦接在該節點802和接地端 之間。該正電壓源的該電壓值應該低於該LED的臨限電壓 (threshold voltage)的該總和。SW1和SW2交替且相互地藉 由來自該指示器控制器裝置的一個控制信號專屬地被設為^ 通和關斷。結果，該綠色LED和該紅色LED交替地導通，此使 只用一個LE：D控制引腳804來產生該PWM電流脈衝給該兩個 LED變得可能。在此情況下，該兩個開關泖丨和別2的該切換 頻率應該足夠快，使得用戶不能夠輕易認出不同顏色的切換。' 相反地，可以產生該兩個LED的一個混合色的一種視覺效果。 本領域技術人員將理解，在此介紹的方法可以廣泛

的狀態。若採用上述方法，首先需要-Li該事 拉Γ的回谢5號。其次，需要使用一個脈寬調變控制裝置來 複數提供—個撕賴寬機錢給一個或 ，處所採_術語和表達是作為贿 和表達，非欲獅何與所矛和所=等: 之，（或其中一部分）。且應該了解， 以有各式各樣的修改。其他的修 & : ⑽U利用來涵蓋所有的同等物。 【圖式簡單說明】 ，著以下的詳細描述，以及參考後附之圖，本發明實施例 ，特徵和優點將變得顯而易見，其中，相同的數字描述相同的 部分： 圖1所示係一個LED根據該電池電量狀態之該變化之該 視覺亮度的改變； 圖2所示根據本發明一個實施例之該視覺亮度與流過LED 的該電流脈衝間的關係圖； 圖3所示係根據本發明一個實施例之電池電量指示器系 統的一個示意圖； I 圖4所示係根據本發明一個實施例之該視覺亮度與透過 綠色和紅色LED來產生綠色的該電流脈衝間的關係； 圖5所示係根據本發明一個實施例之該視覺亮度與透過 綠色和紅色LED來產生紅色的該電流脈衝間的關係； 圖6所示係根據本發明一個實施例之該視覺亮度與透過 LED來顯示橙色的該電流脈衝間的關係； 圖7A所示係實現本發明一個實施例之方法之一的一個裝 置； 圖7B所示係實現本發明一個實施例之方法之一的一個裝 置； • 圖7C所示係實現本發明一個實施例之方法之一的一個裝 置；以及 圖8所示係根據本發明的一個實施例，一個對圖ye之詳 細示意圖。 【主要元件符號說明】 102:曲線 104:曲線 202 :虛線 204:實線 12 1322274 206 :脈寬調變電流（PWM) 300:指示器控制器

302 ： LED 304 :電池 306:電池監控器 310:脈寬調變器 402 :曲線 404 :曲線 502 :曲線 504 :曲線 700a :指示器控制器 700b :指示器控制器 700c :指示器控制器 802 :節點 804: LED控制引腳

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Claims (1)

1. 丨辦/%丨池修(更)正本. 十、申請專利範圍：1 一 1 1· 一種電量存儲組件狀態的指示方法，包括： 確定該電量存儲組件的一個狀態； 基於該電里狀態而產生—個脈寬調變信號，該脈寬調變信號 具有脈衝，該脈衝之寬度被調變以使流過至少一個發光二極體 (LEW的一個平均電流週期性地以指數型式增加或減"少，其中， 1含具有隨時間增加之一第一多個連續脈衝之期間以及 具有Ik時間減少之一第二多個連續脈衝之期間，其中，該平均 =係以指數型式增加回應該第一多個連續脈衝？且以指數型 式減少回應該第二多個連續脈衝；以及 提供該脈寬調變信號給該至少一個LED，苴中，該平均電流 =個頻率，該頻率使該至少一個LED之一’亮度增減，進而使 付該至少一個LE：D以一預定的一個閃爍頻率來閃爍。 2如申請專利範圍第！項所述之指示方法，其中:該 一個電池狀態。 ^如申請專利範圍第2項舰之指示方法，其中，該電池狀態 =曰-個電池_餘電量值’且該_頻率與該剩餘電量值係 呈反比例關係。 4如申^專利範圍第丨項所述之指示方法，更包括： 當該電量儲存組件係絲電時’使該平均電麟持在常數值。 ΤΡΛΐ5專利範㈣1項所述之指示方法，其中，該至少一個 ϋτ個具有第一種顏色的第一 led和-個具有第二種顏 色的第一LE：D，該第一種顏色係與該第二種顏色不同。 6:如申請專利範圍第5項所述之指示方法，更包括： ^該，量儲存組件係充飽電時’麟該第二LED以及使透過該 ，一 LED的平均電流維持在常數值；以及 ίΐΐϊΐ存組件電量係空乏(eiDpty)時，_該第-㈣以及 使透過該第二LED的平均電流維持在常數值。 7· -種指示-㈣量儲存組件的—個狀態的赫脸制器，包 0315-TW-OA1 -CH Claim-RepSet(filed-20091020).doc 丄322274 括 -個^ ΐϊί該電量存儲組件該狀態之—個讀信號而產生 變（PWM)信號的脈寬調變器，該脈寬調變信號具有 氏衝之寬度被調變以使得流經至少一個led的一個平 隨時二Ϊ期指數型增加或減少，其中，該脈衝包含具有 Μ二二 '之一第一多個連續脈衝之期間以及隨時間減少之一 二之期間’其中’該平均電流係以指數型式增 個4:§二第一多個連續脈衝，且以指數型式減少回應該第二多 、’貝a衝二其中，該平均電流的一個頻率可致使該至少一個 細ίτ個亮度增減’進而使該至少—個LED以預先設定的一 由’且其中，該脈寬調變11根據該回饋信號藉 ，正該_鮮，而可以朗不__鮮來指示 儲存組件之不同狀態。 ^如申§#專利細第7項所述之指示器控制器，其中該電量儲 存組件的該狀態係指一個電池的剩餘電量值，且該閃爍頻 該剩餘電量值係成反比關係。 〃 9. 如申請專利範圍第7項所述之指示器控制器，其中當該電量 儲存組件的該狀態係為充飽電時，該平均電流係為常^值' 10. B如申請專利範圍第7項所述之指示器控制器，其中從一個 電i存儲組件監控器傳來的該回饋信號，監控以為量該 儲存組件狀態。 、°/ lj.如申請專利範圍第7項所述之指示器控制器，其中該指示 器控制器還包括用於驅動該至少一個LED的一個驅動電路。 如申請專利範圍第7項所述之指示器控制器，其中該指示 器控制器還包括用於限制流過該至少一個LED的該平均 一個限流電路。 -电⑽的 13、一種電池狀態指示器系統，包括： 一個耦接至一個電池用以決定一個電池狀態並提供代 該電池狀態的一個回饋信號的一個電池監控器； ’、又 0315-TW-OAl-CH Claim-RepSet(filed-20091020).doc ^少一個LED接收一個平均電 流，以及 個指示器控制器，耦接5 用於提供代表流射^^^該電池馳^該電池監控器 變（PWM)信號，^ 個LED的該平均電流的—個脈寬調 變以產生週期性的衝之寬度被調 之-第二多個連續脈J之2連3衝弋間以及隨時間減少 式增加回應該第一多個連續脈?以J數以指數型 二多個連續脈衝，該平數型式減少回應該第 之頻率’藉由依據該回饋信號來調整該閃爍 池:ί。制還犯夠使用不同的閃爍頻率來指示不同的電 項所述之電線態指示器系統，其中 这電池狀祕指-個電池的剩餘電量值。 If p二申5月，利械第14項所述之電池狀態指示器系統，其中 該閃爍頻率係與所述剩餘電量值成反比。 、 1J·如申请專利範圍帛13項所缚之電池狀態指示器系統，其中 虽該電池狀祕為充飽電時，該平均電祕為常數值。 Π·如申凊專利範圍第13項所述之電池狀態指示器系統其中 至少該-個LED包括具有-個第一種顏色的第一 LED和一個具 有第二種顏色的第二LED，該第-種顏色係不同於該第二種顏 色。 / 18·如申請專利範圍第17項所述之電池狀態指示器系統，其 中，當該電池狀態係為充飽電時，關斷該第二LED，且流經該 第一 LED的該平均電流係為常數值。 19.如申請專利範圍第π項所述之電池狀態指示器系統，其 中，當該電池狀態係為空乏時，關斷該第一 LED ,且流經該第 二LED的該平均電流係為常數值。 0315-TW-OA1 -CH Claim-RepSet(fi]ed-20091020).doc 3