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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Identifikation
eines Typs und einer Marke einer Batterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Batteriegespeiste
tragbare Vorrichtungen wurden zunehmend populär durch ihr leichtes Gewicht
und ihre Kompaktheit. Diese tragbaren Vorrichtungen, wie zellulare
Funktelefone, schnurlose Telefone und Laptop-Computer sind typischerweise
mit einer oder mehreren wiederaufladbaren Batterien oder Batteriepaketen,
von denen jedes mehrere Batteriezellen verschiedener Typen umfasst,
wie beispielsweise Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel-Metall-Hydrid (NiMH),
Alkali, oder Lithiumionenzellen, versehen. Da die Batterien von
irgendeinem dieser verschiedenen Typen sein können, ist es für einen zuverlässigen und
sicheren Betrieb wichtig, dass es möglich ist, den Typ der Batterie
zu identifizieren, bevor die tragbare Vorrichtung damit betrieben
wird, oder bevor solche Batterien aufgeladen werden. Gemäß der
US 5 164 652 und 5 237 257
werden Widerstände
unterschiedlicher Werte verwendet, um zu identifizieren, ob die
Kapazität
eines speziellen Batterietyps klein, mittel oder groß ist. In
letzter Zeit wurde ein Speicher, der Daten umfasst, die den Batterietyp
und die Kapazität
identifizieren, in Batterien eingeschlossen und durch die tragbare
Vorrichtung ausgelesen, bevor solche Batterien aufgeladen wurden. Keine
dieser Techniken des Standes der Technik gewährleistet jedoch, dass die
tragbare Vorrichtung mit einer Batterie eines vorbestimmten bekannten
Typs zuverlässig
betrieben oder aufgeladen werden kann.
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Die
US 5 371 453 offenbart ein
Batterieladesystem mit einem Anschluss, der sowohl zum Laden der
Batterie wie auch zum Austausch von Daten benutzt werden kann. Eine
an das Batterieladesystem angeschlossene Batterie weist einen Thermistor
auf, der ein Temperatursignal erzeugt, welches die Temperatur der
Zellen in der Batterie angibt. Das Temperatursignal wird von einer
Steuereinrichtung innerhalb des Batterieladesystems ausgewertet,
um die Ladebedingungen für
Zellen in der Batterie zu kontrollieren.
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Die
DE 295 03 816 U1 offenbart
einen mobilen auswechselbaren Akkumulator, der ein elektronisches
Gerät mit
Energie versorgt. Dieser Akku bzw. aufladbare Batterie weist Identifikations-
und/oder Kommunikationselemente auf, in denen Informationen zur
Identifizierung der Batterie. gespeichert sind. Wenn die Batterie
an das elektronische Gerät
angeschlossen wird, wird die in ihr gespeicherte Information mit
in dem elektronischen Gerät
vorgegebene Information verglichen, um festzustellen, ob es sich
bei der angeschlossenen Batterie um eine vom Hersteller des Gerätes zugelassene
(genehmigte) Batterie handelt. Der besagte Vergleich erfolgt in
der Weise, dass Informationsdaten zwischen dem Element in der Batterie
und einer geeigneten Einrichtung innerhalb des Gerätes über eine
Kommunikationsverbindung ausgetauscht werden. Bei dem Identifikations- und/oder
Kommunikationselement kann es sich um einen elektronischen Chip
handeln.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Identifizierung eines Typs
und einer Marke einer Batterie bereitzustellen, durch das die Sicherheit,
mit der der Typ und die Marke der Batterie identifiziert werden
kann, gegenüber
gattungsgemäßen Verfahren
erhöht
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Lehre der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß Patentanspruch
1 wird die Aufgabe insbesondere dadurch gelöst, dass zur Identifizierung
des Typs der Batterie das Vorhandensein einer Thermistorvorrichtung
in der Batterie überprüft wird.
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Es
folgt eine detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.
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1 ist eine Darstellung einer
perspektivischen Ansicht von vorn, oben, rechts einer tragbaren Vorrichtung
in einer geöffneten
Position, wobei eine Hauptbatterie und eine Hilfsbatterie daran
befestigt sind;
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2 ist eine perspektivische
Ansicht von hinten, oben, links einer tragbaren Vorrichtung in einer
geschlossenen Position, wobei die Hauptbatterie und die Hilfsbatterie
gelöst
sind;
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3 ist eine Darstellung in
Blockdiagrammform eines Funkfrequenzkommunikationssystems, das die
tragbare Vorrichtung der 2 verwendet, wobei
die tragbare Vorrichtung eine Entlade- und eine Ladeschaltung hat;
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4 ist eine Darstellung in
Blockdiagrammform der Entlade- und Ladeschaltung der 3;
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5 ist eine Darstellung in
teilweise schematischer Form der Entlade- und Ladeschaltung der 3;
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6 ist eine Darstellung in
Flussdiagrammform eines Verfahrens des Entladens der Hauptbatterie
und der Hilfsbatterie;
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7 ist eine Darstellung in
Zustandsdiagrammform eines Verfahrens des Ladens der Hauptbatterie
und der Hilfsbatterie; und
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8 ist eine Darstellung in
Flußdiagrammform
eines Verfahrens der Gültigmachung
der Hauptbatterie und der Hilfsbatterie.
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In
den 1, 2 und 3 ist
das dargestellte, tragbare Gerät
oder die Vorrichtung 100 ein tragbares, zellulares Funktelefon,
das durch eine Hauptbatterie und Hilfsbatterien 101, 102 in
einem Betriebszustand mit Leistung versorgt wird. Die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 umfassen
jeweilige Speicher 402, 410 (siehe 4 und 5) für
das Speichern einer 64-Bit Registriernummer und 1024 Datenbits für die Identifizierung
des Typs und der Marke solcher Batterien, die bekannt dafür sind,
daß sie
sowohl bei Betriebs- als auch bei Ladebetriebsarten zuverlässig und
sicher sind. Die Speicher 402, 410 sind vorzugsweise
EPROM-Speicher, die von Dallas Semiconductor of Dallas, Texas, USA
hergestellt werden, die eine mit Laser eingravierte 64 bit Registriernummer und
1024 Datenbits speichern. Um die Batterien 101, 102 eindeutig
zu identifizieren, umfaßt
die 64 Bit Registriernummer einen 12-Bit Markenkode, der einen vorbestimmten
Markenkodewert hat, und einen 8-Bit Typkode, der einen vorbestimmten
Typkodewert hat, und die 1024 Datenbits umfassen eine eindeutige Mehrzeichennachricht.
Durch Identifizierung des eindeutigen Markenkodes, Typkodes und
der Mehrzeichennachricht, wenn eine Batterie in die tragbare Vorrichtung 100 eingeschoben
wird, kann gewährleistet
werden, daß die
tragbare Vorrichtung 100 mit einer zuverlässigen und
sicheren Batterie betrieben werden kann. Ansonsten wird die tragbare
Vorrichtung abgeschaltet und die Batterie wird nicht geladen.
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1 zeigt eine tragbare Vorrichtung 100, die
eine Hauptbatterie 101 und eine Hilfsbatterie 102 hat.
Die tragbare Vorrichtung 100, die vorzugsweise ein Funktelefon
ist, umfaßt
ein Gehäuse 104,
das einen unteren Gehäuseteil 106 und
einen oberen Gehäuseteil 108 hat,
die drehbar über
ein Scharnier 110 miteinander verbunden sind. Der untere
Gehäuseteil 106 umfaßt einen
Halteschlitz 123 für
das Befestigen der Hilfsbatterie 102, eine Anzeige 128,
ein Tastenfeld 130 und eine Mikrofonöffnung 131. Die Anzeige 128 liefert
eine visuelle Information an einen Benutzer, die beispielsweise
die aktuelle Menge der Ladung umfaßt, die in der Hauptbatterie 101 oder
der Hilfsbatterie 102 noch verbleibt. Das Tastenfeld 130 gestattet
es dem Benutzer, die tragbare Vorrichtung 100 an- und auszuschalten
und Gespräche
zu initiieren durch das Eingeben und Senden von Zahlen. Ein (nicht
gezeigtes) Mikrofon ist hinter der Mikrofonöffnung 131 verborgen.
Das Gehäuseteil 108 umfaßt eine
Lautsprecherabdeckung 142, die Öffnungen hat, wobei sich ein
(nicht gezeigter) Lautsprecher dahinter befindet. Neben dem Liefern
von Sprache an den Benutzer kann der Lautsprecher einen hörbaren Alarm
liefern, wenn die Haupt- und
Hilfsbatterien 101, 102 nahezu erschöpft sind.
Die unteren und oberen Gehäuseteile 106, 108 umfassen
an ihnen befestigte Hilfs- und Hauptbatterien 101, 102.
Die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 sind von
der tragbaren Vorrichtung 100 abnehmar, wie das in 2 gezeigt ist.
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2 zeigt die tragbare Vorrichtung 100 in einer
geschlossenen Position, wobei die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 von
ihr getrennt sind. Die Hauptbatterie 101 umfaßt ein Verriegelungsteil 202, das
an einem Mittelpunkt eines Flansches 204 angeordnet ist,
der das erste Ende der Hauptbatterie 101 bildet. Ein Vorsprung 206 ist
längs an
einem zweiten Ende der Hauptbatterie 101 gegenüber dem
Verriegelungsteil 202 angeordnet. Die tragbare Vorrichtung 100 umfaßt eine
erste Vertiefung 210, die im oberen Gehäuseteil 108 ausgebildet
ist. Die erste Vertiefung 210 ist in einer vorderen Wand 211,
einer rechten Wand 212, einer linken Wand 214 und
einer hinteren Wand 216 ausgebildet. Eine Lippe 218 erstreckt
sich nach außen
von der hinteren Wand 216 und über die erste Vertiefung 210.
Ein passendes Verriegelungsteil 222 umfaßt Schultern 226, 228 und
ein weggeschnittes Gebiet 224 der vorderen Wand 211.
Eine zweite Vertiefung 230 des oberen Gehäuseteils 108 erstreckt
sich vor und über
der vorderen Wand 211. Die Hauptbatterie 101 ist
an der tragbaren Vorrichtung befestigt, durch Einschieben des Vorsprungs 206 der
Hauptbatterie 101 zwischen die Lippe 218, wie
das durch die gestrichelte Linie 231 gezeigt ist, und das
Drehen der Hauptbatterie 101 nach unten in die erste Vertiefung 210.
Die Hauptbatterie 101 wird gedreht bis das Verriegelungsteil 202 in
die Schultern 226, 228 des passenden Verriegelungsteils 222 greift und
der Flansch 204 in der zweiten Vertiefung 230 ruht.
Die Hauptbatterie 101 wird gelöst durch Niederdrücken des
Verriegelunsteils 202 weg von den Schultern 226, 228 und
Drehen der Hauptbatterie 101 nach oben und weg von den
ersten und zweiten Vertiefungen 210, 230.
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Die
Hilfsbatterie 102 umfaßt
eine flexible Hakenverriegelung 232 und feste Stützen 234, 236 mit Pfosten 238 beziehungsweise 240.
Die tragbare Vorrichtung 100 umfaßt einen Halteschlitz 123 der 1 und Aufnahmen 242, 244,
die an einem Ende 246 des unteren Gehäuseteils 106 für das Anbringen
der Hilfsbatterie 102 angeordnet sind. Die tragbare Vorrichtung 100 umfaßt eine
längliche Öffnung 248,
die an einem unteren Ende 246 des unteren Gehäuseteils 106 zwischen
den Aufnahmen 242, 244 angeordnet ist. Die längliche Öffnung 248 liefert
Zugang zu einem Stecker 314 (siehe 3), der darin angeordnet ist. Die Hilfsbatterie 102 wird
befestigt durch Einschieben der flexiblen Hakenverriegelung 232 in den
Halteschlitz 123, das winklige Erstrecken der Hilfsbatterie 102 nach
unten, bis die festen Stützen 234, 236 das
untere Ende 246 freigeben; Drehen der Hilfsbatterie 102 bis
sie neben dem unteren Gehäuseteil 106 liegt;
und Freigeben der Hilfsbatterie 102, um es somit den festen
Stützen 234, 236 zu
gestatten, sich an das untere Ende 246 zu bewegen, um es den
Pfosten 238, 240 zu gestatten, sich in die Aufnahmen 242, 244 einzuschieben,
wie das durch die Linien 250 gezeigt ist. Der Abstand der
festen Stützen 234, 236 verhindert
die Versperrung der länglichen Öffnung 248 und
verhindert den Zugang zum Stecker 314, wenn die Hilfsbatterie 102 befestigt
ist. Die Hilfsbatterie 102 wird von der tragbaren Vorrichtung 100 gelöst, indem
im wesentlichen die vorherigen Schritte der Befestigung in umgekehrter
Richtung ausgeführt
werden.
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Obwohl
die tragbare Vorrichtung 100 als Funktelefon gezeigt und
beschrieben ist, wird erkenntlich, daß eine beliebige tragbare Vorrichtung, wie
beispielsweise Laptop-Computer, Camcorder, Funkrufempfänger, Zweiwegefunkgeräte, persönliche digitale
Assistenten und dergleichen die Vorrichtung und das Verfahren zum
Entladen und Laden einer Mehrfachbatterieanordnung, wie es nachfolgend beschrieben
wird, verwenden können.
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3 ist eine Darstellung in
Blockdiagrammform eines Funkfrequenzkommunikationssystems 300,
wobei eine Basisstation 301 und die tragbare Vorrichtung 100 über Funkfrequenz-(RF)-Signale 302 miteinander
kommunizieren. Die tragbare Vorrichtung 100 umfaßt eine
Antenne 303, einen Empfänger 304,
einen Sender 305, eine Steuerung 306 und eine
Benutzerschnittstelle 308, die einen (nicht gezeigten Lautsprecher),
die Anzeige 128 der 1, das
(nicht gezeigte) Mikrofon und das Tastenfeld 130 der 1 umfaßt. Die Steuerung 306 könnte beispielsweise
ein 68HC11 Mikroprozessor sein, der von Motorola Inc. erhältlich ist.
Die tragbare Vorrichtung 100 wird über die abnehmbaren Haupt-
und Hilfsbatterien 101, 102 mit Leistung versorgt
und arbeitet in der folgenden Art. Die Antenne 303 wandelt die
RF-Signale 302 in elektrische RF-Empfangssignale und verbindet
die elektrische RF-Empfangssignale mit dem Empfänger 304. Der Empfänger 304 wandelt
die elektrischen RF-Empfangssignale
in Datenempfangssignale, die dann durch die Steuerung 306 verbunden
werden und an den Benutzer als hörbare
Sprache über
den Lautsprecher und als Betriebsinformation über die Anzeige 128 ausgegeben werden.
Sprache und Daten, die vom Benutzer über das Mikrofon und das Tastenfeld 130 eingegeben werden,
werden mit dem Sender 305 als Datensendesignale verbunden.
Der Sender 305 wandelt die Datensen designale in elektrische
RF-Sendesignale, die durch die Antenne 303 umgewandelt
werden und als RF-Signale 302 gesendet werden.
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Die
tragbare Vorrichtung 100 umfaßt eine Entlade- und Ladeschaltung 310,
einen Speicher 312 und einen Stecker 314. Die
Entlade- und Ladeschaltung 310 entlädt selektiv die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102,
um eine ununterbrochene Leistung an die tragbare Vorrichtung 100 zu
liefern. Die Entlade- und Ladeschaltung 310 lädt auch
selektiv die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 unter
der Steuerung eines Programms, das durch die Steuerung 306 ausgeführt wird.
Das Programm wird im Speicher 312 gespeichert. Der Speicher 312 ist
vorzugsweise ein Nur-Lese-Speicher (ROM), aber er kann auch ein
löschbarer
programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM), ein Speicher mit wahlfreiem
Zugriff (RAM) oder eine andere geeignete tragbare Speichervorrichtung
sein. Obwohl der Speicher 312 getrennt von der Steueurng 306 gezeigt
ist, wird erkenntlich, daß der
Speicher 312 sich in der Steuerung 306 befinden
kann und/oder, daß die
Steuerung 306 einen anderen Speicher zusätzlich zum
Speicher 312 umfassen kann. Der Stecker 314 gestattet
es einen Benutzer, eine externe Leistungsversorgung 430 (siehe 4) anzuschließen, um
somit Leistung zu liefern, um die tragbare Vorrichtung 100 zu
betreiben (und um Batterieladung zu sparen) oder um die Haupt- und
Hilfsbatterien 101, 102 zu laden.
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4 zeigt weiter in Blockdiagrammform
die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102, die Entlade-
und Ladeschaltung 310, den Stecker 314 und die
Steuerung 306. Die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 sind lösbar mit
der Entlade- und Ladeschaltung 310 verbunden. Die Hauptbatterie 101 umfaßt eine
elektrochemische Hauptzelle 404, eine Hauptspeichervorrichtung 402 und
eine Hauptthermistorvorrichtung 406. In einigen Fällen kann
die Hauptbatterie 101 auch eine zusätzliche Schaltung für den Schutz
der elektrochemische Zelle 404 umfassen. Es wird erkenntlich,
daß die
elektrochemische Hauptzelle 404, wie sie dargestellt ist,
eine oder eine Vielzahl miteinander verbundeneer elektrochemischer
Zellen für das
Erzeugen einer vorbestimmten Ausgangsspannung darstellt. Die elektrochemische
Hauptzelle 404 umfaßt
einen positiven Hauptanschluß 405 und
einen negativen Hauptanschluß 407.
Die elektrochemische Hauptzelle 404 ist vorzugsweise wiederaufladbar.
Die elektrochemische Hauptzelle 404 ist vorzugsweise von
folgemdem Typ: Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel-Metall-Hydrid (NiMH),
Alkaline oder Lithium-Ion. Der Hauptspeicher 402 ist vorzugsweise ein
EPROM. Der Hauptspeicher 402 kennzeichnet die Hauptbatterie 101 als "Smart-Batterie", da der Hauptspeicher 402 Daten
speichert, die verwendet werden können, um das Entladen und Laden
zu optimieren. Solche Daten umfassen Batterietypdaten, Entlade-/Ladehysteresedaten
und historische Daten. Der Hauptthermistor 406 ist mit
dem negativen Hauptanschluß 407 verbunden
und ist thermisch mit der Hauptzelle 404 verbunden, um
die Temperatur der elektrochemischen Hauptzelle 404 über einen über ihm
auftretenden Spannungsabfall anzuzeigen. Der negative Hauptanschluß 497 ist
ferner mit elektrischer Erde 409 verbunden.
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Die
Hilfsbatterie 102 ist ähnlich
der Hauptbatterie 101 und umfaßt eine Hilfsspeichervorrichtung 410,
eine elektrochemische Hilfzelle 412, die einen positiven
Hilfsanschluß 413 und
einen negativen Hilfsanschluß 415 hat,
und eine Hilfsthermistorvorrichtung 414. Es wird erkenntlich,
daß die
elektrochemische Hilfszelle 412, wie dargetellt, eine von
mehreren miteinander verbundenen elektrochemischen Zellen für das Erzeugen
einer vorbestimmen Ausgangsspannung darstellt. Der negative Hilfsanschluß 415 ist
in ähnlicher
Weise mit elektrisch Erde 409 verbunden. In der bevorzugten
Ausführungsform
hat die Hilfsbatterie 102 jedoch eine größere Kapazität als die
Hauptbatterie 101 und kann während längerer Zeit Leistung liefern.
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Ein
Entladeteil der Entlade- und Ladeschaltung 310 verbindet
schaltbar die Haupt und Hilfsbatterien 101, 102 mit
einer Leistungsversorgungsleitung 408 der tragbaren Vorrichtung
(mit B+ bezeichnet). Die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 liefern
an die Leistungsversorgungsleitung 408 der tragbaren Vorrichtung
eine Spannung zwischen 2,8 V und 5,5 V. Die Versorgungsleitung 408 der
tragbaren Vorrichtung versorgt die Steuerung 306, den Empfänger 304 der 3, den Sender 305 der 3, die Benutzerschnittstelle
der 3 und andere Komponenten
der tragbaren Vorrichtung über
(nicht gezeigte) elektrische Verbindungen mit Leistung. Der Entladeteil
umfaßt
hauptsächlich
den Hilfsbatterieschalter 420, einen Detektor 422 und
einen Hauptbatterieschalter 424. Der Hilfsbatterieschalter 420 ist
nur mit dem Hauptbatterieschalter 102 verbunden und wird
betrieben, um die Hilfsbatterie 102 zu verbinden, um die tragbare
Vorrichtung 100 mit Leistung zu versorgen. Ein Eingang
des Hilfsbatterieschalters 420 ist mit dem positiven Hilfsanschluß 413 durch
die Leitung 416 verbunden. Ein Ausgang des Hilfsbatterieschalters 420 ist
mit der Leistungsversorgungsleitung 408 der tragbaren Vorrichtung
verbunden.
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Der
Detektor 422 ist zwischen den Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 verbunden
und erkennt, wenn sich die Hilfsbatterie 102 unterhalb
eines Schwellwertpegels entladen hat und wenn eine externe Leistungsversorgung 430 an
der tragbaren Vorrichtung 100 befestigt wurde. In der bevorzugten Ausführungsform
beträgt
die Schwellwertspannung 3,3 V. Der positive Hilfsanschluß 413 ist
mit einem ersten Eingang des Detektors 422 über eine
Leitung 421 verbunden. Der positive Hauptanschluß 405 ist mit
einem zweiten Eingang des Detektors 422 über eine
Leitung 423 verbunden. Der Stecker 314 ist mit einem
dritten Eingang des Detektors 422 über eine Leitung 425 verbunden.
Ein Ausgang des Detektors 422 ist mit dem Hauptbatterieschalter 424 und
der Steuerung 306 über
eine Leitung 426 verbunden.
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Der
Hauptbatterieschalter 424, der auf den Detektor 422 anspricht,
verbindet die Hauptbatterie 101 als Leistungsquelle, die
die tragbare Vorrichtung 100 betreiben kann, oder löst diese
Verbindung. Ein erster Eingang des Hauptbatterieschalters 424 ist
mit dem Ausgang des Detektors 422 über eine Leitung 426 verbunden.
Ein zweiter Eingang des Hauptbatterieschalters 424 ist
mit dem positiven Hauptanschluß 405 über eine
Leitung 427 verbunden. Ein Ausgang des Hauptbatterieschalters 424 ist
mit der Leistungsversorgungsleitung 404 der tragbaren Vorrichtung verbunden.
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Die
Steuerung 306 verbindet ferner den Ausgang des Detektors 422 mit
der Benutzerschnittstelle 308 der 3. Die Benutzerschnittstelle 308 interpretiert
den Ausgang des Detektors 422 und informiert den Benutzer,
welche der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 die
tragbare Vorrichtung zu einer speziellen Zeit mit Leistung versorgt.
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Der
Entladeteil der Entlade- und Ladeschaltung 310 entlädt die Haupt-
und Hilfsbatterien 101, 102 gemäß einer
vorbestimmten Priorität – wenn beide
Batterien angeschlossen sind, wird die Hilfsbatterie 102 als
erstes entladen. Der Hilfsbatterieschalter 420 verbindet
anfänglich
den positiven Hilfsanschluß 413 mit
der Leistungsversorgungsleitung 408 der tragbaren Vorrichtung,
um somit die tragbare Vorrichtung 100 über die Hilfsbatterie 102 mit
Leistung zu versorgen. Der Detektor 422 überwacht
die elektrochemische Hilfszelle 412, während sie sich entlädt. Wenn
eine Spannung des positiven Hilfsanschlußes 413 unter eine
Schwellwertspannung abfällt,
so schließt
der Detektor 422 den Hauptbatterieschalter 424.
Diese verbindet den positiven Hauptanschluß 405 mit der Leistungsversorgungsleitung 408 der tragbaren
Vorrichtung, um somit die tragbare Vorrichtung über die Hauptbatterie 101 mit
Leistung zu versorgen.
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Während eine
Batterie in Benutzung ist, das heißt Leistung liefert, kann die
andere Batterie, die nicht in Benutzung ist, ersetzt (gelöst und wieder
befestigt) werden, ohne eine Unterbrechung des Betriebs der tragbaren
Vorrichtung 100. Während
die Hilfsbatterie 102 in Benutzung ist, kann die Hauptbatterie 101 ersetzt
werden. Während
die Hauptbatterie 101 in Benutzung ist, kann die Hilfsbatterie 102 ersetzt
werden. Nach Ersetzen der Hilfsbatterie 102 öffnet der
Detektor 422 den Hauptbatterieschalter 424 (und
löst die
Verbindung der Hauptbatterie 101), wenn die Spannung des
positiven Hilfsanschlußes 413 über der
Schwellwertspannung liegt.
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Auch
die in Verwendung befindliche Batterie kann ohne eine Unterbrechung
des Betriebes der tragbaren Vorrichtung 100 gelöst werden.
Wenn die Hilfsbatterie 102 gelöst wird, während sie in Benutzung ist,
schließt
der Detektor 422 in Erwiderung auf die schnell abnehmende
Spannung auf der Leitung 421, den Hauptbatterieschalter 424 schnell
genug, um eine Unterbrechung zu verhindern. Die Unterbrechung wird
auch verhindert, wenn die Hauptbatterie 101 gelöst wird,
während
sie in Benutzung ist, sogar nachdem die Hilfsbatterie 102 schon
fast bis zur Schwellwertspannung entladen ist. Dies wird erreicht,
indem die Schwellwertspannung (beispielsweise 3,3 V) höher als
eine minimale Spannung gesezt wird, die notwendig ist, um die tragbare
Vorrichtung 100 mit Leistung zu versorgen. In der bevorzugten
Ausführungsform
beträgt
die minimale Spannung 2,8 V. Auch der Hilfsbatterieschalter 420 muß so gestaltet
werden, daß er
geschlossen bleibt, sogar nachem die Hilfsbatterie 102 bis
auf die Schwellwertspannung entladen wurde. Somit wird bei einem
Lösen der
Hauptbatterie 101, während
sie sich in Benutzung befindet, die Hilfsbatterie dennoch genug Leistung
liefern, um die tragbare Vorrichtung 100 zu betreiben (zumindest
für eine
kurze Zeit). Der Detektor öffnet
den Batteriesteuerschalter 424 auch, wenn die Anwesenheit
des positiven Hauptanschlußes 405 nicht
länger
an seinem zweiten Eingang erkannt wird.
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Ein
solches Lösen
der sich in Benutzung befindlichen Batterie ist ein vorteilhaftes
Merkmals bei Benutzern, die die sich in Benutzung befindliche Batterie
während
eines Telefongesprächs
ersetzen wollen, ohne das Telefongespräch zu unterbrechen. In der
bevorzugten Ausführungsform
ist die Hauptbatterie 101 kleiner als die Hilfsbatterie 102 (siehe 1 und 2) und somit besser tragbar. Es wird
daher angenommen, daß Benutzer
mehr Hauptbatterien als Hilfsbatterien bei sich tragen. Das Ersetzen
der Hauptbatterie 101, während sie in Benutzung ist,
ist daher vorteilhaft.
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Wenn
eine externe Leistungsversorgung 430 (die als EXTERNAL
B+ bezeichnet ist), am Stecker 314 befestigt wird, wird
das Entladen der Hauptbatterie 101 oder der Hilfsbatterie 102 gestoppt
und die tragbare Vorrichtung 100 wird über die externe Leistungsversorgung 430 mit
Leistung versorgt. Die externe Leistungsversorgung 430 versorgt
die Leistungsversorgungsleitung 408 der tragbaren Vorrichtung
mit einer Spannung, die ungefähr
1,4 Volt höher liegt
als die Spannung, die von den Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 geliefert
wird. Nach dem Befestigen wird die Diode 432, die zwischen
dem Stecker 314 und der Leistungsversorgungsleitung 408 der tragbaren
Vorrichtung geschaltet ist, in Durchlaßrichtung vorgespannt und verbindet
die Spannung, die von der externe Leistungsversorgung 430 geliefert wird,
mit der Leistungsversorgungsleitung 408 der tragbaren Vorrichtung.
(Wenn die externe Leistungsversorgung 430 nicht befestigt
ist, verhindert die Diode 432 daß die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 sich
in den Stecker 314 entladen). In Erwiderung auf den höheren Spannungspegel
auf der Leistungsversorgungsleitung 408 der tragbaren Vorrichtung öffnet der
Hilfsbatterieschalter 420 und das Entladen der Hilfsbatterie 102 stoppt.
Der Detektor 422 öffnet, nach
Erkennen des Vorhandenseins der externen Leistungsversorgung 430 (über den
dritten Eingang) den Hauptbatterieschalter 424 und das
Entladen der Hauptbatterie 101 stoppt.
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Ein
Ladeteil der Entlade- und Ladeschaltung 310 lädt selektriv
die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102. Der Ladeteil
der Entlade- und Ladeschaltung 310 umfaßt einen Speicherschalter 440,
einen Ladeschalter 442 und eine interne Ladevorrichtung 444 und
einen Thermistorschalter 446. Der Ladeteil der Entlade-
und Ladeschaltung 310 arbeitet unter der Steuerung der
Steuerung 306.
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Die
Steuerung 306 liest selektiv die Inhalte der Haupt- und
Hilfsspeicher 402, 410 über den Speicherschalter 440.
Der Hauptspeicher 402 wird mit einem ersten Eingang des
Speicherschalter 440 über eine
Datenbusleitung 448 verbunden. Der Hilfsspeicher 410 wird
mit einem zweiten Eingang des Speicherschalters 440 über eine
Datenbusleitung 450 verbunden. Die Steuerung 306 ist
mit einem dritten Eingang des Speicherschalters 440 über eine
Leitung 452 verbunden. Der Speicherschalter 440 umfaßt einen
Ausgang, der mit der Steuerung 306 über die Leitung 454 verbunden
ist. Die Steuerung 306 signalisiert dem Speicherschalter 440 über die
Leitung 452, entweder den Hauptspeicher 402 oder
den Hilfsspeicher 410 mit der Steuerung 306 über den
Ausgang des Speicherschalters 440 und der Leitung 454 zu
verbinden. Wenn die Verbindung errichtet ist, so liest die Steuerung 306 die
Batteriedaten.
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Die
Steuerung 306 wählt
entweder die Hauptbatterie 101 oder die Hilfsbatterie 102 für das Laden über den
Ladeschalter 442 aus. Der Ladeschalter 442 umfaßt einen
ersten Ausgang, der mit der elektrochemischen Hauptzelle 404 über die
Leitung 456 verbunden ist. Der Ladeschalter 442 umfaßt einen
zweiten Ausgang, der mit der elektrochemischen Hilfszelle 412 über eine
Leitung 458 verbunden ist. Die interne Ladevorrichtung 444 ist
mit einem ersten Eingang des des Ladeschalters 442 über eine Leitung 460 verbunden.
Die Steuerung 306 ist mit einem zweiten Eingang des Ladeschalters 442 über eine
Leitung 452 verbunden. Die Steuerung 306 signalisiert
dem Ladeschalter 442 über
die Leitung 452, die interne Ladevorrichtung 444 über den
ersten Eingang des Ladeschalters und der Leitung 460 mit
entweder der elektrochemischen Hauptzelle 404 oder der
elektrochemischen Hilfszelle 412 zu verbinden. Wenn die
Verbindung hergestellt ist, wird ein Ladestrom durch die interne
Ladevorrichtung 444 geliefert, der die elektrochemische
Hauptzelle 404 oder die elektrochemische Hilfszelle 412 lädt.
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Die
Steuerung 306 bestimmt die Anwesenheit der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 über den Thermistorschalter 446.
Der Hauptthermistor 406 ist mit einem ersten Eingang des
Thermistorschalters 446 über die Leitung 462 verbunden.
Der Hilfsthermistor 414 ist mit einem zweiten Eingang des
Thermi storschalters 446 über die Leitung 464 verbunden. Die
Steuerung 306 ist mit einem dritten Eingang des Thermistorschalters 446 über eine
Leitung 465 verbunden. Der Thermistorschalter 446 umfaßt einen Ausgang,
der mit der Steuerung 306 über die Leitung 466 verbunden
ist. Die Steuerung 306 signalisiert dem Thermistorschalter 446 über die
Leitung 464, entweder den Hauptthermistor 406 oder
den Hilfsthermistor 414 mit der Steuerung 306 über den
Ausgang des Thermistorschalters und der Leitung 466 zu verbinden.
Wenn die Verbindung hergestellt ist, bestimmt die Steuerung 306 das
Vorhandensein der Hauptbatterie 101 oder der Hilfsbatterie 102 durch
einen Spannungsabfall über
dem jeweiligen Thermistor.
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Die
interne Ladevorrichtung 444 umfaßt eine Ladesteuerung 470,
einen Stromregler 472 und einen Rückkoppelschalter 474.
Die Ladesteuerung 470 ist mit dem Stecker 314 über die
Leitung 478, die Steuerung 306 über die
Leitung 480 und der Ladestrom über die Leitung 481 verbunden.
Die Ladesteuerung 470 gibt in Reaktion auf den Stecker 314,
die Steuerung 306 und den Ladestrom, ein Stromsignal an
den Stromregler 472 aus. Neben den Eingängen für das Aufnehmen des Stromes
von der Ladesteuerung 470 umfaßt die Stromregelung 472 einen
Eingang, der mit dem Stecker 314 über die Leitung 482 verbunden
ist. Der Stromregler 472, der auf den Strom reagiert, gibt
den Ladestrom mit einer ersten oder einer zweiten Rate an den Ladeschalter 442 über eine
Leitung 460 aus. Beim Ausgeben des Ladestroms schließt der Stromregler 472 den
Rückkoppelschalter 474 über die
Leitung 484. Der Rückkoppelschalter 474,
verbindet, wenn er geschlossen ist, die Ladespannung auf der Leitung 460 über die
Leitung 486 mit dem Stecker 314. Die Ladespannung wird
für eine
Spurvervolgung durch die externe Leistungsversorgung 430 verwendet.
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Der
Ladeteil der Entlade- und Ladeschaltung 310 lädt die Haupt-
und Hilfsbatterien 101, 102 gemäß einer
vorbestimmten Priorität – wenn beide
Batterien befestigt sind, wird die Hauptbatterie 101 zuerst
geladen. Das Laden wird begonnen beim Befestigten der externe Leistungsquelle,
die Batterien laden kann, wie beispielsweise der externe Leistungsversorgung 430,
am Stecker 314. Die Steuerung 306 mißt die Befestigung
der externe Leistungsversorgung über
die Leitung 488, schaltet zwischen den Haupt- und Hilfsthermistoren 406, 414 über den Thermistorschalter 446 hin
und her, um zu bestimmen, welche Batterien vorhanden sind. Wenn
sowohl die Haupt- als auch die Hilfsbatterien 101, 102 befestigt
sind, schaltet die Steuerung 306 den Speicherschalter 440 und
liest die Daten vom Hauptspeicher 402 über die Leitung 454.
Die externe Leistungsversorgung 430 versorgt die Ladesteuerung 470 über die
Leitung 478. Die Steuerung 306 konfiguriert die Ladesteuerung 470 über die
Leitung 480, so daß die Ladesteuerung 470 ein
Stromsignal gemäß den Daten,
die von der Hauptbatterie 101 gelesen wird, liefert. Eine
Rückkoppelung
wird auf der Leitung 481 geliefert, so daß die Ladesteuerung 470 das
Stromsignal einstellen kann, wenn dies notwendig ist. Die Stromsteuerung 470 gibt
den Ladestrom über
den Ladeschalter 442 über
die Leitung 460 aus. Die Steuerung 306 schaltet
den Ladeschalter 442, um den Ladestrom mit der elektrochemischen
Hauptzelle 404 über
die Leitung 456 zu verbinden. Die Hauptbatterie 101 wird
für eine
Dauer geladen, die den Ladedaten entspricht, die aus dem Hauptspeicher 402 gelesen wurden.
Nachdem sie für
diese Zeitdauer geladen wurde, wird die Hauptbatterie 101 als
voll angesehen.
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Wenn
die Hauptbatterie 101 voll geladen ist, so wird das Laden
der Hilfsbatterie 102 begonnen. Die Steuerung 306 schaltet
den Speicherschalter 440 und liest Batteriedaten vom Hilfsspeicher 410. Die
Steuerung 306 konfiguriert die interne Ladevorrichtung 444,
so daß sie
den Ladestrom gemäß den Daten
ausgibt, die von der Hilfsbatterie 102 gelesen werden.
Die Steuerung 306 schaltet den Ladeschalter 442,
um den Ladestrom mit der elektrochemischen Hilfszelle 412 über die
Leitung 416 zu verbinden. Die Hilfsbatterie 102 wird
für eine
Zeitdauer geladen, die den optimalen Ladezeitdaten entspricht, die
aus dem Hilfsspeicher 410 gelesen wurden, und wird dann
als voll angenommen. Wenn die Hauptbatterie 101 ersetzt
wird, während
die Hilfsbatterie 102 geladen wird, unterbricht die Steuerung 306 (die
kontinuierlich den Thermistorschalter 446 zwischen den Haupt-
und Hilfsthermistoren 406, 414 hin- und her schaltet,
um das Vorhandensein der Batterie während des Ladens zu bestimmen)
das Laden der Hilfsbatterie 102 und beginnt mit dem Laden
der Hauptbatterie 101 in der vorher erwähnten Art. Wenn sowohl die
Haupt- und die Hilfsbatterie 101, 102 voll sind,
wendet die interne Ladevorrichtung 444 wiederholt eine
Erhaltungsladung auf jede der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 für eine Zeitdauer
von ungefähr
1800 Sekunden an. Die Erhaltungsladung besteht aus einer Tröpfelladung
oder dem Nachfüllen, um
die Batterieentladung zu verzögern.
Das Laden endet beim Lösen
der externe Leistungsversorgung 430.
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Obwohl
die tragbare Vorrichtung 100 eine interne Ladevorrichtung 444 für das Laden
der Mehrfachbatterieanordnung umfaßt, wird erkenntlich, daß die Ladevorrichtung
der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 außerhalb
der tragbaren Vorrichtung 100 angebracht sein kann. Beispielsweise
kann ohne die interne Ladevorrichtung 444 das Laden der
Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 über eine
externe Ladevorrichtung stattfinden, die am Stecker 314 befestigt ist.
Neben der Verbindung mit der Steuerung 306 würde der
Stecker 314 auch direkt mit dem Thermistorschalter 446,
dem Speicherschalter 440 und dem Ladeschalter 442 verbunden
sein. Nach Befestigen der externen Ladevorrichtung wird das Vorhandensein
der Batterie über
den Thermistorschalter 446 festgestellt, Daten werden entweder
vom Hauptspeicher 402 oder vom Hilfsspeicher 410 ausgelesen,
und der Ladestrom, basierend auf den Batteriedaten, wird an die
Hauptbatterie 101 oder die Hilfsbatterie 102 über den
Ladeschalter 442 geliefert.
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5 ist eine Darstellung in
teilweise schematischer Form der Entlade- und Ladeschaltung 310. Wie
ausgeführt
wurde, wird das Entladen der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 durch
den Hilfsbatterieschalter 420, den Detektor 422 und
den Hauptbatterieschalter 424 erreicht. Der Hilfsbatterieschalter 420 umfaßt die Diode 500,
die vorzugsweise ein Schottky-Gleichrichter
ist. Der Eingang der Diode 500 ist mit dem positiven Hilfsanschluß 413 über die Leitung 416 verbunden.
Der Ausgang der Diode 500 ist mit der Leistungsversorgungsleitung 408 der
tragbaren Vorrichtung verbunden.
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Der
Detektor 422 umfaßt
primär
einen Vergleicher 502, einen Transistor 504, eine
Diode 510 und ein ODER-Gatter 506. Der Vergleicher 502 hat eine
Referenzspannung 508 (als VREF bezeichnet), um die Schwellwertspannung
der Hilfsbatterie 102 einzustellen, wobei er mit einem
positiven (+) Anschluß davon
verbunden ist. Der positive Hilfsanschluß 413 ist mit einem
negativen (–)
Anschluß des Vergleichers 502 über die
Leitung 421 verbunden. Der Ausgang des Vergleichers 502 ist
mit einem ersten Eingang des ODER-Gatters 506 verbunden.
Ein Gate-Anschluß des
Transistors 504, bei dem es sich vorzugsweise um einen
n-Kanal MOSFET handelt, ist mit dem positiven Hauptanschluß 405 über die Leitung 423 verbunden.
Ein Drain-Anschluß des Transistors 504 ist
mit dem positiven Hilfsanschluß 413 und
mit einem zweitenn Eingang des ODER-Gatters 506 verbunden.
Die Diode 510 ist zwischen dem Drain-Anschluß des Transistors 504 und
dem ODER-Gatter 506 geschaltet. Der zweite Eingang des
ODER-Gatters 506 ist auch mit dem Steccker 314 verbunden.
Der Ausgang des ODER-Gatters 506 ist mit dem Hauptbatterieschalter 424 über die Leitung 426 verbunden.
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Der
Hauptbatterieschalter 424 umfaßt den Transistor 512,
der vorzugsweise ein p-Kanal MOSFET des Anreicherungstyps ist, und
eine Diode 514. Ein Gate-Anschluß des Transistors 512 ist
mit dem Ausgang des ODER-Gatters 506 über eine Leitung 426 verbunden.
Ein Drain-Anschluß des
Transistors 512 ist mit dem Ausgang des ODER-Gatters 506 über eine
Leitung 426 verbunden. Ein Drain-Anschluß des Transistors 512 ist
mit dem positiven Hauptanschluß 405 über eine
Leitung 427 verbunden. Ein Source-Anschluß des Transistors 512 ist
mit der Versorgungsleitung 408 der tragbaren Vorrichtung
verbunden. Die Diode 514 ist zwischen dem Source-Anschluß und dem
Drain-Anschluß des
Transistors 512 verbunden.
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Wenn
die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 befestigt
sind (und die externe Leistungsversorgung 430 nicht befestigt
ist), wird die Diode 500 in Durchlaßrichtung vorgespannt und verbindet
den positiven Hilfsanschluß 413 mit
der Leistungsversorgungsleitung 408 der tragbaren Vorrichtung.
Wenn der Spannungspegel des positiven Hilfsanschlußes 413 größer als
oder ungefähr
gleich wie die Referenzspannung 508 ist, so gibt der Vergleicher 502 ein
logisch hohes Signal aus. Dies bewirkt, daß das ODER-Gatter 506 ein
logisch hohes Signal auf der Leitung 426 ausgibt. Dies
wiederum bewirkt, daß der
Transistor 512 abschaltet, um somit zu verhindern, daß der positive
Hauptanschluß 405 die
Leistungsversorgungsleitung 408 der tragbaren Vorrichtung
versorgt. Die Diode 514 verhindert, daß Strom von der Leistungsversorgungsleitung 408 zurückfließt und die
Hauptbatterie 101 lädt.
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Wenn
der Spannungspegel des positiven Hilfsanschlußes 413 unter die
Referenzspannung 508 fällt,
so gibt der Vergleicher 502 ein logisch niedriges Signal
an das ODER-Gatter 506. Dies bewirkt, daß das ODER-Gatter 506 ein
logisch niedriges Signal auf Leitung 426 ausgibt. Wenn
sowohl die Haupt- als auch die Hilfsbatterien 101, 102 noch
vorhanden sind, so gibt der Transistor 504 auch ein logisch
niedriges Signal an das ODER-Gatter 506.
Dies bewirkt, daß das
ODER-Gatter 506 ein logisch niedriges Signal auf der Leitung 426 ausgibt.
Dies wiederum bewirkt, daß der
Transistor 512 sich anschaltet und den positiven Hauptanschluß 405 mit
der Leistungsversorgungsleitung 408 der tragbaren Vorrichtung
verbindet.
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Wenn
die Hauptbatterie 101 gelöst wird (und die Hilfsbatterie 102 befestigt
ist), so wird der Gate-Anschluß des
Transistors 504 nicht länger mehr
den positiven Hauptanschluß 405 sehen
und durch ihn versorgt werden. Dies führt dazu, daß der Drain-Anschluß des Transistors 504 hochgezogen wird
durch den positiven Hilfsanschluß 413. Dies bewirkt
wiederum, daß das
ODER-Gatter 506 das logisch hohe Signal auf der Leitung 426 ausgibt
und der Transistor 512 aus bleibt.
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Wenn
die externe Leistungsversorgung 430 am Stecker 314 angeschlossen
wird, so hören
die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 mit der
Entladung auf. Nach dem Anbringen bewirkt das Vorhandensein der
externen Leistungsversorgung 430 auf Leitung 425,
daß das
ODER-Gatter 506 ein logisch hochpegeliges Signal auf Leitung 426 ausgibt.
Dies bewirkt, daß der
Transistor 512 ausgeschaltet wird. Die Diode 510 verhindert,
daß Strom
von der externen Leistungsversorgung 430 zurück fließt und die
Hauptbatterie 101 lädt.
Die höhere
Spannung, die an die Leistungsversorgungsleitung 408 der
tragbaren Vorrichtung durch die externe Leistungsversorgung 430 gelegt
wird, verhindert die Vorspannung der Diode 500 in Durchlaßrichtung.
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Wie
ausgeführt
wurde umfaßt,
um das Laden der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 vorzunehmen, die
Entlade- und Ladeschaltung 310 den Speicherschalter 440,
den Ladeschalter 442, die Ladesteuerung 470, den
Stromregler 472 und den Rückkoppelschalter 474 der
internen Ladevorrichtung, und den Thermistorschalter 446.
Die Speicher- und Thermistorschalter 440, 446 sind
vorzugsweise Zweikanal-Multiplexer/Demultiplexer, die mit einer
Versorgung 520 von 2,75 V versorgt werden. Jeder der Speicher-
und Thermistorschalter 440, 446 umfaßt primär erste
und zweite Kanalanschlüsse 522, 524, die
mit den Leitungen 448, 464 beziehungsweise den Leitungen 450, 462 verbunden
sind; einen Kommunikationsanschluß 526, der mit den
Leitungen 454, 466 verbunden ist; und einen Auswahlanschluß 528,
der mit den Leitungen 452, 465 verbunden ist.
Ein logisch niedriges Signal, das mit dem Auswahlanschluß 528 von
der Steuerung 306 verbunden ist, verbindet den ersten Kanalanschluß 522 (der
mit der Hauptbatterie 101 verbunden ist) mit dem Kommunikationsanschluß 526 und
weiter mit der Steuerung 306. Ein logisch hohes Signal,
das mit dem Auswahlanschluß 528 von
der Steuerung 306 verbunden ist, verbindet den zweiten
Kanalanschluß 524 (der
mit der Hilfsbatterie 102 verbunden ist) mit dem Kommunikationsanschluß 526 und
weiter mit der Steuerung 306.
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Der
Ladeschalter 442 umfaßt
Transistoren 530, 532, 534, 536.
Die Transistoren 530, 532, 534, 536 sind
vorzugsweise p-Kanal MOSFETs des Anreicherungstyps. Die Gate-Anschlüsse der
Transistoren 530, 532 sind mit der Leitung 452 verbunden.
Die Gate-Anschlüsse
der Transistoren 534, 536 sind mit der Leitung 452 über ein
Invertiergatter 538 verbunden. Die Source-Anschlüsse der
Transistoren 530, 534 sind mit der Leitung 460 verbunden.
Die Source-Anschlüsse
der Transistoren 532, 536 sind mit den positiven
Haupt- und Hilfsanschlüssen 405, 413 über Leitungen 456 beziehungsweise 458 verbunden.
Die Drain-Anschlüsse der
Transistoren 530, 532 sind miteinander verbunden.
Die Drain-Anschlüsse der
Transistoren 534, 536 sind miteinander verbunden.
Die Dioden 540, 542, 544, 546 sind
mit den Transistoren 530, 532, 534 beziehungsweise 536 vom
Drain-Anschluß zum Source-Anschluß verbunden.
Ein logisch niedriges Signal auf Leitung 452 schaltet die
Transistoren 534, 536 an, so daß Ladestrom
auf der Leitung 460 zur Hilfsbatterie 102 fließen kann.
Die Dioden 540, 542, 544, 546 verhindern, daß der Ladestrom,
der zur Batterie fließt,
nicht für das
Laden ausgewählt
wird.
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Die
Ladesteuerung 470, die vorzugsweise eine integrierte Schaltung
ist, besteht primär
aus einer gesteuerten Stromquelle 550, wie beispielsweise einem
Pulsbreitenmodulator (PWM), der ein Ausgangsstromsignal mit einem
Pegel erzeugt, der durch Ladesteuerung 470 bestimmt ist.
Die Stromquelle 550 wird durch den Stecker 314 über die
Leitung 478 von einem ersten Eingangsanschluß, der durch
die Steuerung 306 über
die Leitung 480 konfiguriert wird, von einem zweiten Eingangsanschluß, und eingestellt über die
Leitung 481 von einem dritten Eingangsanschluß versorgt.
Die Ladesteuerung 470 verbindet ein Stromsignal, das durch
die Stromquelle 550 erzeugt wird, in Erwiderung auf die
Steuerung 306 und Einstellungen, die auf der Rückkoppelung beruhen,
die über 481 empfangen
wurde, mit dem Stromregler 472 über einen Ausgangsanschluß 551 und
einen Meßanschluß 552.
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Der
Stromregler 472 umfaßt
einen primären Transistor 553,
eine Diode 554 und eine Diode 556. Der Transistor 553 ist
vorzugsweise ein p-Kanal MOSFET des Anreicherungstyps. Ein Gate-Anschluß des Transistors 553 ist
mit dem Ausgangsanschluß 551 der
Ladesteuerung 470 verbunden. Ein Source-Anschluß des Transistors 553 ist
mit dem Meßanschluß 552 der
Ladesteuerung 470 und dem Stecker 314 (und der
externen Leistungsversorgung 430) über eine Leitung 482 verbunden.
Ein Drain-Anschluß des
Transistors 553 wird zum Rückkoppelschalter 474 über einen
Leitung 484 und über
eine Diode 556 zur Leitung 460 herausgeführt. Der
Transistor 552, der auf das Ladesignal reagiert, das vom Ausgangsanschluß 551 der
Ladesteuerung 470 empfangen wird, schaltet an und verbindet
den Strom, der durch die externe Leistungsversorgung 430 und
die Stromquelle 550 (das Ladesignal wird über den
Meßanschluß 552 der
Ladesteuerung 470 geliefert) erzeugt wurde, mit der Leitung 460 über die Diode 556.
Die Diode 556 ist vorzugsweise ein Schottky-Gleichrichter. Die
Diode 554 wird mit dem Transistor 553 vom Drain-Anschluß zum Source-Anschluß verbunden
und verhindert, daß der
Ladestrom in die Leitung 460 fließt, wenn der Transistor 550 ausgeschaltet
ist.
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Der
Rückkoppelschalter 474 umfaßt primär Transistoren 560, 562.
Die Transistoren 560, 562 sind vorzugsweise bipolare
Verbindungstransistoren. Der Transistor 560 ist ein npn
Transistor. Eine Basis des Transistors 560 ist mit dem
Stromregler 472 über eine
Leitung 484 verbunden. Ein Kollektor des Transistors 560 ist
mit der Basis des Transistors 562 verbunden. Der Transistor 560 schaltet
ein in Erwiderung auf den Ladestrom, der durch den Stromregler 472 erzeugt
wird. Der Transistor 562 ist ein pnp Transistor. Ein Emitter
des Transistors 562 ist mit der Leitung 460 verbunden.
Ein Kollektor des Transistors 562 ist mit dem Stecker 314 über eine
Leitung 486 verbunden. Der Transistor 562 verbindet
die Ladespannung, die durch den Stromregler 472 ausgegeben
wird, mit dem Stekker 314, wenn der Transitor 560 an
ist. Dies gestattet der externen Leistungsversorgung 430 die
Ladespannung zu verfolgen.
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6 ist eine Darstellung in
Flußdiagrammform
eines Verfahrens zum Entladen der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 der 1-5. In der bevorzugten Ausführungsform
wird dieses Verfahren oder dieser Prozeß allein durch den Hilfsbatterieschalter 420, den
Detektor 422 und den Hauptbatterieschalter 424 der
Entlade- und Ladeschaltung 310 der 4 und 5 implementiert.
Es wird jedoch erkenntlich, daß dieses Verfahren
auch durch einen Mikroprozessor oder eine Steuerung implementiert
werden kann, die ein Softwareprogramm ausführen.
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Das
Verfahren wird in Block 600 initiiert. In einem Entscheidungsblock 602 wird
bestimmt, ob die externe Leistungsversorgung 430 der 4 und 5 an der tragbaren Vorrichtung 100 der 1-3 befestigt ist oder nicht. Wenn die
externe Leistungsversorgung 430 befestigt ist, so wird
die tragbare Vorrichtung 100 über die externe Leistungsversorgung 430 in
einem Block 604 versorgt, und das Verfahren wird zum Entscheidungsblock 602 rückgeführt. Wenn
die externe Leistungsversorgung 430 nicht befestigt ist,
so geht das Verfahren zum Entscheidungsblock 606 weiter.
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Im
Entscheidungsblock 606 wird bestimmt, ob die Hilfsbatterie 102 der 1-5 an der tragbaren Vorrichtung 100 befestigt
ist oder nicht. Wenn die Hilfsbatterie 102 nicht befestigt
ist, so geht das Verfahren zum Entscheidungsblock 608 weiter.
Wenn die Hilfsbatterie 102 befestigt ist, so wird bestimmt, ob
die Spannung der Hilfsbatterie 102 größer als die Referenzspannung 508 der 5 im Entscheidungsblock 610 ist
oder nicht. Wenn die Spannung der Hilfsbatterie 102 größer ist,
so wird die tragbare Vorrichtung 100 über die Hilfsbatterie 102 in
Block 612 mit Leistung versorgt und das Verfahren wird
zum Entscheidungsblock 602 rückgeführt. Wenn die Spannung der
Hilfsbatterie 102 nicht größer ist, so geht das Verfahren
zum Entscheidungsblock 608.
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Im
Entscheidungsblock 608 wird bestimmt, ob die Hauptbatterie 101 der 1-5 befestigt ist oder nicht. Wenn die
Haupt batterie 101 befestigt ist, so wird die tragbare Vorrichtung 100 über die
Hauptbatterie 101 im Block 614 mit Leistung versorgt
und das Verfahren wird zum Entscheidungsblock 602 rückgeführt. Wenn
die Hauptbatterie 101 nicht befestigt ist, so stoppt das
Verfahren am Block 615, da keine leistungslieferenden Quellen
an der tragbaren Vorrichtung 100 befestigt sind.
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7 ist eine Darstellung in
Zustandsdiagrammform eines Verfahrens des Ladens der Haupt- und
Hilfsbatterien 101, 102 der 1-5.
In der bevorzugten Ausführungsform
wird dieses Verfahren oder dieser Prozeß unter Verwendung eines Softwareprogramms,
das durch die Steuerung 306 der 3-5 ausgeführt wird,
implementiert. Gemäß dem Programm
betreibt die Steuerung 306 den Speicherschalter 440,
den Ladeschalter 442, die interne Ladevorrichtung 444 und
den Thermistorschalter 446 der Entlade- und Ladeschaltung 310 der 4 und 5, um die Haupt- und Hilfsbatterien 101 und 102 zu
laden. Es wird jedoch erkenntlich, daß dieses Verfahren unter ausschließlicher
Verwendung diskreter Hardwarekomponenten implementiert werden kann.
Jeder Zustand wird durch einen Block dargestellt. Die Zahl in der
oberen linken Ecke jedes Blocks zeigt die Zahl der Batterien, die
an der tragbaren Vorrichtung 100 der 1-3 während dieses
Zustandes befestigt sind.
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Block 700 zeigt
einen Zustand, in welchem keine Batterien befestigt sind. Wenn die
Hauptbatterie 101 an die tragbare Vorrichtung 100 in
Block 700 angefügt
wird, so geht das Verfahren zu Block 702. Wenn die Hilfsbatterie 102 in
Block 700 befestigt wird, so geht das Verfahren zu Block 704.
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Block 702 zeigt
einen Zustand, in welchem nur die Hauptbatterie 101 angefügt ist und
lädt. Wenn die
Hauptbatterie 101 in Block 702 entfernt wird,
so geht das Verfahren zu Block 700. Wenn die Hilfsbatterie 102 in
Block 702 befestigt wird, so geht das Verfahren zu Block 706.
Wenn die Hauptbatterie 101 in Block 702 vollständig geladen
ist, so geht das Verfahren zu Block 708.
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Block 704 zeigt
einen Zustand, in dem nur die Hilfsbatterie 102 befestigt
ist und lädt.
Wenn die Hilfsbatterie 102 in Block 702 entfernt
wird, so geht das Verfahren zu Block 700. Wenn die Hauptbatterie 101 in
Block 704 befestigt wird, so geht das Verfahren zu Block 706.
Wenn die Hilfsbatterie 102 in Block 704 vollständig geladen
ist, so geht das Verfahren zu Block 710.
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Block 706 zeigt
einen Zustand, in dem sowohl die Haupt- als auch die Hilfsbatterien 101, 102 befestigt
sind und die Hauptbatterie 101 lädt. Wenn die Hauptbatterie 101 in
Block 706 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 704.
Wenn die Hilfsbatterie 102 in Block 706 entfernt
wird, so geht das Verfahren zu Block 702. Wenn die Hauptbatterie 101 in Block 706 voll
geladen ist, so geht das Verfahren zu Block 712.
-
Block 708 zeigt
einen Zustand, in welchem nur die Hauptbatterie 101 angefügt ist und
eine Erhaltungsladung durchführt.
Wenn die Hauptbatterie 101 in Block 708 entfernt
wird, so geht das Verfahren zu Block 700. Wenn die Hilfsbatterie 102 in
Block 708 angefügt
wird, so geht das Verfahren zu Block 712.
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Block 710 zeigt
einen Zustand, in welchem nur die Hilfsbatterrie 102 angebracht
ist und eine Erhaltungsladung durchführt. Wenn die Hilfsbatterie 102 in
Block 710 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 700.
Wenn die Hauptbatterie 101 in Block 710 befestigt
wird, so geht das Verfahren zu Block 714.
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Block 712 zeigt
einen Zustand, in dem sowohl die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 befestig sind
und die Hilfsbatterie 102 lädt. Wenn die Hauptbatterie 101 in
Block 712 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 704.
Wenn die Hilfsbatterie 102 in Block 712 entfernt
wird, so geht das Verfahren zu Block 708. Wenn die Hilfsbatterie 102 in
Block 712 vollständig
geladen ist, so geht das Verfahren zu Block 716.
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Block 714 zeigt
einen Zustand, in dem sowohl die Haupt- und die Hilfsbatterien 101, 102 befestigt
sind, und die Hauptbatterie 101 lädt, während die Hilfsbatterie 102 voll
geladen ist. Wenn die Hauptbatterie 101 in Block 714 entfernt
wird, so geht das Verfahren zu Block 710. Wenn die Hilfsbatterie 102 in Block 714 entfernt
wird, so geht das Verfahren zu Block 702. Wenn die Hauptbatterie 101 in
Block 714 voll geladen ist, so geht das Verfahren zu Block 716.
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Block 716 zeigt
einen Zustand, in dem sowohl die Haupt- und die Hilfsbatterien 101, 102 angebracht
sind und eine Erhaltungsladung durchführen. Wenn die Hauptbatterie 101 in
Block 716 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 710 weiter. Wenn
die Hilfsbatterie 102 in Block 716 entfernt wird, so
geht das Verfahren zu Block 708.
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8 ist eine Darstellung in
Flußdiagrammform
eines Verfahrens zur Gültigmachung
der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 der 1-5, wenn die tragbare Vorrichtung 100 angeschaltet
wird, wenn eine Batterie in die tragbare Vorrichtung 100 eingeschoben
wird, wenn die tragbare Vorrichtung 100 mit der externen
Versorgung 430 verbunden wird, oder wenn die tragbare Vorrichtung 100 oder
eine Batterie 101, 102 mit einer externen Ladevorrichtung
verbunden wird. In der bevorzugten Ausführungsform wird dieses Verfahren
oder dieser Prozeß implementiert durch
ein durch einen Mikroprozessor oder eine Steuerung ausgeführtes Softwareprogramm.
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Wenn
man annimmt, daß die
Leistung gerade eingeschaltet wurde, durch Drücken der Leistungstaste auf
der tragbaren Vorrichtung 100 und deren Plazieren in einen
Betriebszustand, so wird das Verfahren in Block 800 initiiert.
Dann werden in Block 802 Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 erkannt, durch
eine Abfrage, um zu sehen ob die jeweiligen Thermistoren 404, 414 vorhanden
sind, Lesen der Daten aus den EPROM-Speichern 402, 410 und
Lesen mittels Analog-digital-Wandlern der Spannung jeder der Haupt-
und Hilfsbatterien 101, 102. Die Thermistoren 404, 414 können einzelnen
abgefragt werden, um zu bestimmen, ob die jeweiligen Haupt- oder
Hilfsbatterien 101, 102 vorhanden sind.
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Die
Daten, die aus den EPROM-Speicchern 402, 410 ausgelesen
werden, umfassen eine 64-Bit Registriernummer und 1024 Bits Daten,
die sich auf den Typ der Batterie und ihre Betriebs- und Ladeeeigenschaften
beziehen. Die 64-Bit Registriernummer ist mit Laser in die EPROM-Speicher 402, 410 eingeschrieben
und umfaßt
eine 8-Bit CRC, einen 12-Bit Markenkode, der einen vorbestimmten
Wert hat, einen 36-Bit Seriennummernkode und einen 8-bit Typkode.
Die 1024 Bits Daten sind in vier Seiten mit jeweils 256 Bits aufgeteilt.
Jede Seite umfaßt
eine Datenprüfsumme,
einen Batterieidentifikationskode und bezogene Lade- und Entladeparameter,
die sich auf einen speziellen Typ der Batterie beziehen, wie beispielsweise
Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel-Metall-Hydrid (NiMH), Alkaline oder
Lithiumionenbatterien. Die erste Seite enthält Daten für tragbare FDMA Vorrichtungen,
die zweite Seite Daten für
tragbare TDMA Vorrichtungen, die dritte Seite Daten für Schreibtischladegeräte und die
vierte Seite Daten für eine
vorbestimmte aus mehreren Zeichen bestehende Nachricht. In der bevorzugten
Ausführungsform liest
sich die vorbestimmte Nachricht folgendermaßen:
"COPR1996MOTOROLA_E.P_CHARGE_ONLY".
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Als
nächstes
geht das Verfahren zu Block 804, wo eine Prüfung durchgeführt wird,
ob entweder die Haupt- oder die Hilfsbatterien 101, 102 erkannt wurden.
Wenn nicht, so wird die NEIN-Verzweigung zu
Block 806 genommen, wo eine Prüfung gemacht wird, um zu sehen,
ob die externe Leistungsversorgung 430 erkannt wird. Die
externe Leistungsversorgung 430 wird erkannt durch Messung
deren Spannung, die mittels eines Analog-Digital-Wandlers gelesen
wird. Wenn sie erkannt wird, so wird die JA-Verzweigung zu Block 840 genommen,
um das Verfahren zu beenden.
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Wenn
die externe Leistungsversorgung 430 in Block 806 nicht
erkannt wird, so wird die NEIN-Verzweigung zu Block 830 genommen,
wo eine visuelle und/oder hörbare
Anzeige vorbereitet wird, um den Benutzer zu informieren, daß eine ungültige Batterie erkannt
wurde. Wenn die tragbare Vorrichtung 100 eingeschaltet
wird, so wird die Nachricht "BAD
BAT" in der Anzeige
plaziert, wenn die Hauptbatterie 101 nicht erkannt wurde,
und die Notiz "BAD
AUX" wird in der
Anzeige plaziert, wenn die Hilfsbatterie 102 nicht erkannt
wurde. Die tragbare Vorrichtung 100 liefert auch einen
hörbaren
Alarm durch Abgabe eines Tones. Wenn sich ein Telefongespräch im Gang
befindet, so wird die tragbare Vorrichtung 100 das Gespräch in ordentlicher
Weise durch das Senden einer Rufbeendigungsnachricht an die zellulare
Basisstation beenden. Wenn die tragbare Vorrichtung 100 sich in
der Schreibtischladevorrichtung befindet, so wird die Schreibtischladevorrichtung
das rote LED aufleuchten lassen, um eine visuelle Anzeige der Erkennung
einer ungültigen
Batterie zu liefern. Dann wird in Block 836 die tragbare
Vorrichtung weiterhin einen Anzeigeton einer schlechten Batterie
für 10
Sekunden ertönen
lassen. Wenn die tragbare Vorrichtung sich im Schreibtischladegerät befindet,
so wird das Schreibtischladegerät
die rote LED für
zehn Sekunden aufleuchten lassen. Danach wird in Block 840 die tragbare
Vorrichtung 100 abgeschaltet, wenn sie sich im eingeschalteten
oder Betriebszustand befunden hat. Wenn sich die tragbare Vorrichtung
in der Schreibtischladevorrichtung befindet, so wird die Schreibtischladevorrichtung
das Laden der Haupt- oder Hilfsbatterien 101, 102 unterbrechen.
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Kehrt
man zu Block 804 zurück,
so wird, wenn eine der Haupt- oder
Hilfsbatterien 101, 102 erkannt wird, die JA-Verzweigung
zu Block 812 genommen, wo der 12-Bit Typkode geprüft wird,
um zu verifizieren, daß es
sich um einen vorbestimmten Typ-Kode handelt. Wenn nicht, so wird
die NEIN-Verzweigung zu Block 830 genommen, um die Batterie mit
dem falschen Produkttypkode als ungültige Batterie zu behandeln.
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Wenn
in Block 812 bestimmt wird, daß der Typkode dem vorbestimmten
Typkode entspricht, so wird die JA-Verzweigung zu Block 814 genommen, wo
der Markenkode geprüft
wird, um zu verifizieren, daß es
sich um einen vorbestimmten Markenkode handelt. Wenn nicht, so wird
die NEIN-Verzweigung zu Block 830 genommen, um die Batterie
mit dem falschen Markenkode als ungültige Batterie zu behandeln.
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Wenn
in Block 814 bestimmt wird, daß der Markenkode dem vorbestimmten
Markenkode entspricht, so wird die JA-Verzweigung zu Block 816 genommen,
wo die Daten in der vierten Seite geprüft werden, um zu verifizieren,
daß sie
jedes Zeichen der vorbestimmten Nachricht mit mehreren Zeichn hat, mit
Ausnahme der "1996" Zeichen. Wenn nicht,
so wird die NEIN-Verzweigung zu Block 830 genommen, um
die Batterie mit der falschen Nachricht als ungültige Batterie zu behandeln.
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Wenn
in Block 816 festgestellt wird, daß die Daten in der vierten
Seite jedes Zeichen der vorbestimmten Nachricht mit mehreren Buchstaben
haben, so wird die JA-Verzweigung zu Block 818 genommen,
wo eine Prüfung
durchgeführt
wird, um zu bestimmen, ob alle Batterien verifiziert wurden. Wenn nicht,
so wird die NEIN-Verzweigung zu Block 812 genommen, um
die Schritte 812, 814 und 816 für
die andere Batterie zu wiederholen. Wenn alle Batterien verifizert
werden, so geht das Verfahren zu Block 820, wo der aktive
Zustand fortgesetzt wird, das ist der Betriebszustand, wenn die
tragbare Vorrichtung eingeschaltet ist, oder der Ladezustand der
Batterie wird fortgesetzt durch die Ladeschaltung 310 oder die
Schreibtischladevorrichtung. Als nächstes werden in Block 822 neu
eingeschobenen Batterien 101, 102 erkannt durch
eine Abfrage, um zu sehen, ob die jeweiligen Thermistoren 406, 414 vorhanden
sind, die Daten aus den EPROM-Speichern 402, 410 werden
gelesen und die Spannung jeder der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 wird
mitttels Analog-Digital-Wandlern gelesen. Wenn nur eine der Batterien 101, 102 eingeschoben
wurde, oder eine der zwei Batterien aus der tragbaren Vorrichtung 100 entfernt wurde,
so kann die andere eingeschoben werden, während sich die tragbare Vorrichtung
im Betriebszustand befindet. Als nächstes wird in Block 824 eine Prüfung durchgeführt, um
zu bestimmen, ob eine andere Batterie erkannt wurde. Wenn nicht,
so wird die NEIN-Verzweigung genommen, um zu Block 820 zurückzukehren,
um den aktiven Zustand fortzusetzen und eine Überwchung der anderen Batterie
durchzuführen.
Wenn die andere Batterie 101, 102 in Block 824 erkannt
wurde, so geht das Verfahren zu Block 812, um die folgenden
Verifizierungsschritte zu wiederholen.
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Insgesamt
verifiziert eine tragbare Vorrichtung, die abnehmbare Haupt- und
Hilfsbatterien und eine Entlade- und Ladeschaltung für das Entladen und
Laden der Batterien hat, die Marke und den Typ solcher Batterien,
bevor sie diese verwendet oder sie wieder auflädt. Durch Verifizieren der
Marke und des Typs der Haupt- und Hilfsbatterien, bevor diese verwendet
oder wieder aufgeladen werden, kann gewährleistet werden, daß die tragbare
Vorrichtung zuverlässig
und sicher mit Batterien hoher Qualität betrieben wird.