CN102714422A - 电池模拟器及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种当便携式电子装置定位在车辆中或车辆上时用于替代和模拟在该装置中的电池的特征的动态电池模拟器可以包括能够改变其输出电压以适应于附接的便携式电子装置的电压要求的电源控制模块；用于从车辆的电气系统传输电力到电源控制模块的输入端；用于提供电力到便携式电子装置的输出端；用于从电源适配器传递控制信号到便携式电子装置以选择性地开启和关闭便携式电子装置的输出端；电池替代模块，该模块被配置为替代在便携式电子装置中的电池并且包括用于通过提供电力的输出端从电源控制模块中传递电力到便携式电子装置的电池替代电路；用于确定车辆的电气系统的电力状态的点火感应控制器；及与点火感应控制器通信并且用于在车辆的点火或电气系统关闭之后在预定时间减少从车辆的电气系统传递电力到便携式电子装置的至少一个计时器和开关。

Description

电池模拟器及其使用方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年11月30日提交的题目为“供应外部电力并控制通信装置（Supplying External Power and Controlling aCommunication Device）”的美国临时专利申请序列号61/264,975的优先权。
技术领域
本发明涉及电子与通信领域。更具体地，本发明涉及用于在轿车、卡车、及其他移动车辆中的电池模拟器。
背景技术
便携式电池驱动的电子装置如蜂窝手机、媒体播放器、及位置追踪装置在当今世界是普遍的。为在车辆中的这些装置提供电力或再充电，可以使用将车辆的电气系统直接连接到便携式装置的电源适配器。当车辆在操作或活动时，来自电源适配器和电子装置的车辆上的电气负载相比较于来自车辆本身的整体电气需要较小。当车辆不操作或不活动并且电源适配器和电子装置保持开启时，车辆电池将有连续和较大的消耗。为防止车辆电池的耗尽，电源适配器被设计为感测车辆点火何时转向到关闭位置，然后关闭该装置或逐渐减少其电力消耗。
发明内容
在开发用于追踪一队使用成品的便携式电池驱动的电子装置如全球定位系统（GPS）使能的位置追踪装置或蜂窝电话的车辆的低成本系统的过程中形成本发明。传统的电源适配器因为几个原因不适于该目的。首先，结合充电器适配器使用的传统电池随着使用的年数消耗，并且会与在车辆中安装的恶劣环境相关联的条件中失去能力（例如极冷或极热、振动等）。第二，在车辆点火关闭之后，结合充电器适配器使用的传统的电池不允许通过该装置的数据获取和传输在该装置完全关闭之前完成以防止车辆的电池耗尽。第三，结合充电器适配器使用的传统电池不能用于在不同的车辆中的便携式电子装置，因为在点火状态和不同车辆供应的电力中的较大变化（这可以在范围6V-40V），以及固有的噪声、尖峰、及与每个车辆电气系统相关联的电涌。例如，不同车辆中使用的电气系统在6V至超过40V范围并且倾向于电气噪声。第四，结合充电器适配器使用的传统电池不提供使用车载便携式装置用于现实世界中追踪或监测所要求的非常清洁类型的电力。例如，当车载电子装置的收发器与手机信号塔或其他设备通信时，该装置牵引较大电流，并且需要低输出阻抗用于传输；但然后需要立刻关闭发射器，并且开启接收器以接收信号。在没有非常清洁的电源防止任何噪声干扰所接收的数据的情况下，这将是不可能的。
为克服这些问题，本发明人独出心裁并且努力开发了一种替代和模拟便携式电子通信装置的电池的特征（例如，阻抗、电压、电流、及电容）的电池模拟器。在一个实施方案中，电池模拟器使用与具有电气系统的任何车辆（例如飞机、轮船、摩托车、电动车、高尔夫球车、工业设备、叉车等）兼容的模拟数字转换器，以及允许连接的便携式电子装置在发送信号到该装置使其断电之后完成数据的获取和记录（本地存储或传输到远程服务器）的计时器。不像传统的电源适配器，本发明的电池模拟器可以允许确定性的功率水平（电压输出可以取决于发送信号和内部算法而改变），完全的“ON”/“OFF”控制以防止从车辆的电力系统牵引过多的电力，滤波以从供应的电力中消除噪声，对来自车辆的电力系统和便携式装置负载条件的瞬态负载、电涌及尖峰的快速（例如，少于1000、900、800、700、600、500、400、200、或100纳秒）响应。重要地的是，不管其使用的车辆，还可以供应合适的特征以模拟替代电池的阻抗、电流及电压以便便携式装置操作好像真实的电池附接到其中（例如，GPS使能的装置的最佳性能、手机、及其他的噪声和电力敏感电子便携式装置，特别是具有无线数据收发器的那些，这些对于电源噪声敏感）。因此，在一个实施方案中，本发明的电池模拟器可以结合在6V-30V之间操作的车辆电气系统而操作（在非常嘈杂的环境中）从而将电力调节到更低的阻抗（例如少于1、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、或0.05欧姆）低电压（例如约或少于6、5、4、3、或2V；约3.7或5.7V；或在1.5-38V之间）从而使用最适合于低噪声、低输出阻抗的切换调节器及附加的滤波元件以过滤出固有的切换频率噪声来模拟真实的锂离子或类似的电池。
本发明的电池模拟器可以利用电路防止从车辆的电力系统发生的能量尖峰（例如，从电动车辆中的交流发电机、发电机的相反电电力，再生制动或类似的系统）。该电池模拟器还可以包括电源适配器和信令电路，该电路限制输入到装置的电力以防止其充电器和电力系统过载，提供合适的上电信号作为替代电池，并且防止过度驱动可能损坏该装置的内部电路的信令。还可以包括在供应电力到便携式电子装置发生故障时防止危险的短路条件和过热的电路，并且允许电池模拟器在一旦故障条件去除时恢复合适的操作。
因此，在一方面，本发明的特征在于当便携式电子装置位于车辆中或车辆上时用于替代和模拟在该装置中的电池的特征的动态电池模拟器。该动态电池模拟器包括：能够改变其输出电压以适应于附接的便携式电子装置的电压要求的电源控制模块；用于从车辆的电气系统传输电力到电源控制模块的输入端；用于提供电力到便携式电子装置的输出算；用于从电源适配器传递控制信号到便携式电子装置以选择性地开启和关闭便携式电子装置的输出端；电池替代模块，该模块被配置为替代在便携式电子装置中的电池并且包括用于通过提供电力的输出端从电源控制模块中传递电力到便携式电子装置的电池替代电路；用于确定车辆的电气系统的电力状态的点火感应控制器；及与点火感应控制器通信并且用于在车辆的点火或电气系统关闭之后在预定时间减少从车辆的电气系统传递电力到便携式电子装置的至少一个计时器和开关。当连接到便携式电子装置和车辆电气系统时，电池模拟器可以提供与便携式电子装置相同或大约相同（例如+/-不超过10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、或1%）的电压、阻抗、电流、及电容到便携式电子装置，并且在电池模拟器的正常操作中输送的电压和阻抗变化小于3%、2%、1%、或0.5%。
电池替代模块可以从电源控制模块传输电力到在便携式电子装置中的终端，这些终端被配置为从便携式电子装置电池接收电力。该点火感应控制器可以包括用于确定车辆的电气系统的电力状态的模拟-数字转换器。在车辆的电力系统包括点火系统的情况中，该动态电池模拟器可以包括限制从点火系统中传输电压尖峰的离散电路。该动态电池模拟器可以被配置为与包括位置检测系统的便携式电子装置一起操作。该计时器预定时间可以被设定为允许便携式电子装置在减少从车辆的电气系统传输电力到便携式电子装置之前完成其待处理的数据传递操作。该动态电池模拟器还可以包括一个微处理器并且可以由其控制，该微处理器可以由激励或算法控制。在优选的设计中，当车辆不操作时，电池模拟器从外部电气系统（例如，移动车辆的电池）中牵引非常少的电流（例如少于10mA、5mA、4mA、3mA、2mA、1mA，并且优选地少于0.5mA）。
在另一方面，本发明的特征在于一种包括连接到车辆的电气系统的动态电池模拟器的车辆。
此外，本发明的特征在于一种方法，该方法包括以下步骤：连接电池模拟器到车辆的电气系统；从便携式电子装置的电池槽中移除电池；及安装电池模拟器到便携式电子装置的电池槽中。
本发明还包括使用电池模拟器的系统。
除非以其他方式定义，在本文中使用的所有技术和科学术语对于本发明所属的本领域普通技术人员的共同理解具有相同的意思。虽然与此处所描述的那些方法和物质类似或等效的方法和物质能够在本发明的实践或测试中使用，但是仍在下面描述了适当的方法和物质。所有的公开、专利申请、专利、及本文中提到的其他参考通过引用以其全文结合在此。在有冲突的情况下，包括多个定义的本说明书将对其进行控制。此外，这些物质、方法、及例子仅仅是说明性的，而不旨在是限制性的。本发明的其他特征和优点将从以下详细说明和权利要求变得清楚的。
附图简要说明
图1描述对于理解本发明是有用的电子系统。
图2描述对于理解本发明是有用的动态电池模拟器。
图3描述对于理解本发明是有用的电源稳压器。
图4描述对于理解本发明是有用的动态电池模拟器的方框图。
图5描述对于理解本发明是有用的动态电池模拟器的电力单元的示意图。
图6描述对于理解本发明是有用的动态电池模拟器的控制电路的示意图。
图7描述对于理解本发明是有用的将动态电池模拟器连接到电子装置的连接器。
图8描述对于理解本发明是有用的将动态电池模拟器连接到电子装置的连接器。
图9描述对于理解本发明是有用的将动态电池模拟器连接到电子装置的连接器。
图10是对于理解本发明是有用的流程图。
详细说明
在本文中公开了本发明的详细实施方案；然而，应理解所公开的实施方案仅是本发明的示例，这些可以以多种形式体现。因此，在本文中公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅作为权利要求的基础以及用于教导本领域技术人员利用本发明在实践中的任何合适的细节结构的代表性基础。此外，在本文中使用的术语和短语不旨在限制，相反提供本发明的容易理解的描述。
图1描述一个电子系统100，该系统包括一个动态电池模拟器110，该模拟器可以连接到车辆电气系统120以接收电力130并且供应可移除的电力140以操作电子装置150。此外，电池模拟器110还可以将开关信令到电子装置从而在适当的时间选择性地打开并关闭电子装置。该电池模拟器110还可以监测车辆的点火状态，例如，通过监测车辆开-关信号170，以及电子装置150的电力循环状态，以及对这样的信息进行处理以便确定何时供应电力到电子装置150。此外，电池模拟器110可以基于正在监测的各种条件或状态而自动地开启在电子装置150中的上电和断电序列。电池模拟器110可以模拟和替代在电子装置150中的电池，以及防止电子装置150过度地耗尽车辆的电池。电池模拟器110还可以在合适的时候消除开启和关闭电子装置150的用户交互的需要。
基于车辆的点火状态和电子装置150的上电/断电电流状态，动态电池模拟器110可以确定电子装置150的上次上电是否是由于车辆状态的变化。因此，若车辆上电/断电状态已经被确定在上电状态，则微控制器可以使用一个算法来开始发送信号以便开启电子装置。若该车辆在断电状态，则微控制器使用该算法来设置一个计时器并且继续监测车辆的电力状态。若车辆的状态在计时器的期满时不改变（这可以设置为任何时间量，例如约或不超过10秒、20秒、30秒、45秒、60秒、120秒、240秒、480秒、1000秒、2000秒、5000秒、或10,000秒；6小时、12小时、18小时、或24小时；或2天、3天、4天、或5天），则该电子装置关闭（尽管该微控制器继续监测车辆状态在非常低电力模式中的任何变化）。若检测到状态变化，并且该计时器没有期满（该车辆的电力状态被确定为开），该计时器被重置，并且该电子装置保留在上电状态。再次，该微处理器继续使用该算法监测车辆在电力状态中的变化。
除了上述算法之外，从电子装置到微控制器的输入和相关联的电路（在动态电池模拟器中）确定电子装置是否在上电状态。若电子装置被确定为在开启状态，则不发送或不开启将该电子装置上电的信号。该信号可以像触发一个开关一样简单，或像到该电子装置的具体波形或信号一样复杂。例如，手机可以要求具体调时波形或信令从而从动态电池模拟器供电到该装置。若车辆的上电/断电状态从先前的开状态过渡到关状态，则设置一个可编程的计时器，并且该算法用来继续监测在车辆的开/关状态中的变化。在计时器的期满而没有车辆状态的变化时，将发送信令来关闭电子装置并且关闭电池模拟器电路以节省从车辆的电池或类似的电源中牵引的电流。再次，该微控制器继续监测车辆的状态相对于其当前状态在状态中的变化。在该车辆的关状态中，动态电池模拟器被放置在低电流模式以最小化在车辆的电池或类似的电源中牵引的电流。在一个实施方案中，该电子装置150可以是无线通信装置。这样的无线通信装置的示例包括但不限于移动电话（例如手机、广域网电话、或类似）、移动无线电、个人数字助理、移动计算机、移动终端、专用装置、寻呼机、或可以发送和/或接收无线通信信号的任何其他移动装置。该电子装置150可以是或包括免提适配器、全球定位系统或类似的定位系统、或可以用在车辆中的任何其他电子装置。该电子装置150还可以是从车辆中要求电力的任何其他类型的电子装置，并且本发明不限于这些示例。该电池模拟器110可以与嵌入的GPS使能的电子装置150一起安装在车辆中，并且被配置为当车辆起动时自动地开启该电子装置150。该电池模拟器110可以在车辆关闭之后使用计时器将电子装置150保持在开状态持续期望的时间段。因此，本发明允许具有位置服务、GPS追踪或类似功能的相对便宜的电子通信装置150。因此，本发明还提供允许公司或其他组织实时监测其车辆当前和过去位置而不会消耗车辆的电源的便宜选项。
图2描述电池模拟器110，该电池模拟器包括电力控制模块210、用于从车辆接收电力的输入端220、用于提供电力到电子装置的输出端230（以模拟其电池或电源）、用于传递控制或数据信号到电子装置以选择性地开启和关闭该电子装置的输出端240。该电源不限于电池，而可以是用于为电子装置供电的替代电源。
该输入端220的特征可以在于一个或多个导体、输入终端、或类似。在一个设置中，该输出端230以电池替代和模拟器模块232为特征。该电池替代和模拟器模块232可以被配置为替代在电子装置中的电池。具体地，该电池替代和模拟器模块232可以通过一个或多个导体234从电力控制模块210接收电力，并且提供电池模拟的电力到通常被配置为从电池接收电力的电子装置中的终端。在该模块中的电路被设计为为模拟为这些装置供电的实际电池的电气特性。该电源可以被修改为该电子装置的规定电压和额定功率。除非对该电子装置提供单独的接地连接，在该情况中仅要求单个导体234，可以提供至少两个导体234。
该电池替代模块232可以配置有任何合适的尺寸和/或如在具体电子装置中操作所期望的特征。在一个设置中，可以提供各种类型的电池替代模块232，并且安装者可以选择最佳适合于安装在由其电力要求使用的电子装置中的电池替代模块232。
该输出端240可以包括适合于与电子装置接口的一个连接器。该输出端240可以包括通用串行总线（USB）连接器或具有合适的电气触点242的蜂窝电话电池的机械轮廓。现参考图3，在另一个设置中，电池模拟器110的输出端240可以包括消费电子（CE）型连接器342。此外，本发明可以使用任何其他期望的连接器，并且本发明不限于在该方面。该连接器用来提供进出电池模拟器以及该电子装置的信令，但不限于提供车辆的状态或其他期望的输入的其他连接。
图4描述了动态电池模拟器110的方框图，该动态电池模拟器包括基于车辆触发器电压水平430确定车辆的开启/关闭状态的电力状态并且使用电路和/或软件算法以确定和控制电子装置及其相关联的电源150的电力状态的控制电路410。该控制电路410可以包括：用于测量触发器电压（或类似的信令）以指示车辆的电力状态的模拟输入端412；基于来自车辆的输入信令和逻辑算法（电路和软件）进行决定的控制器414；支持控制器并且提供合适的信号到连接为如在算法中定义的一样开启或关闭装置的电子装置的控制/信令电路416（由来自车辆的触发器电压、装置的当前电力状态、及计时器的决定所确定）；可编程计时器418；及控制器电源420。
该控制器电路410还可以包括点火感应控制器和点火传感器或类似装置从而确定车辆的电力状态。点火感应控制器可以实现在控制器414中，并且可以发送命令到动态电池模拟器110的其他部分并且维持不同的状态标志。
该动态电池模拟器110还可以包括电力单元440，该电力单元可以包括过电压保护器442和电源444。该设计允许在具有不同电压的不同车辆和电力系统中操作，并且具有防止电力尖峰干扰合适的操作的电路。电源被设计为提供正确的电力并且被优化为模拟电池的电气特征如但不限于提供低阻抗和高电容到电子装置。
该控制单元/电路410感测车辆点火是否是开启或关闭，并且使用电力控制逻辑、复杂的波形、或合适的信令以在车辆的点火转回到开启时控制电子装置150的电力状态。该控制电路410还可以开启和关闭电力单元440的电源444。基于点火感应信息，若该电子装置150已经确定为当前是在关闭状态时，则该控制单元410自动地回到开启该电子装置150。若该电子装置被确定为相反在关闭状态150，则该控制单元410发送控制逻辑、复杂的波形、或合适的信令来使该电子装置150开启。以此方式，该车辆的状态用来控制电子装置及其模拟的电力以便在车辆的关闭状态不过度牵引车辆的电池。
单独地，或结合上述，点火感应线路安装的正确性可以通过首先将状态标志设置为点火感应线路未连接的默认指示来核查。此后，当在点火感应线路上检测到信号（如点火已经开启的指示）时，改变状态标志以指示点火感应线路的合适安装，并且在动态电池模拟器上设置一个指示器。该指示器可以是LED、在预设期限内的声音或振动器等。若在点火感应线路上检测到变化的信号，如点火已经关闭的指示，则使能该计时器。当该计时器期满并且没有任何点火状态改变时，该指示器不再设定在动态电池模拟器上。
利用本发明的动态电池模拟器110使用多状态电力管理方案来控制器其电力及其附接的电子装置150的电力状态。该电力管理方案依赖车辆的状态、计时器值、及电子装置150的当前受电状态以确定应该采取什么动作。因此，电力管理方法取决于车辆的点火状态、计时器状态、以及相关联的电子装置150的当前受电状态。
蜂窝电话将用作电子装置150的示意性示例；然而，本发明不限于此并且如上所述可以作为从车辆接收电力的任何电子装置。此外，具有结合的电池充电器的免提适配器将用作通信附件的示意性示例，但是应理解本发明适合于广泛的多种通信附件，包括免提适配器、位置定位器、及设计为在车辆中使用的类似附件等。
本发明可以使用在车辆环境中。动态电池模拟器110可以设置在车辆和电子装置150之间并且通信和/或监测两者的动作。如上所述，电力单元440可以从车辆的电源450接收电力。该电子装置150可以从动态电池模拟器110中移除，并且一旦安装该动态电池模拟器110可以紧固地附接到车辆上，但这不需要像这样。
为理解本发明的目的，车辆通常包括电池和点火或电力启动方法的一些类型。电池或类似的装置存储电能并且提供该电能以起动和运行车辆发动机，（或电动车辆的电力电动机），或为任何车辆附件供电。在该方面，术语“点火”意味着可以用来分别开启和关闭车辆的任何形式的关-开开关。因此，即使电动车辆不使用内燃发送机，但是仍可以用其点火开关开启和关闭。
当电子装置150连接到动态电池模拟器110时，本发明的动态电池模拟器110可以电气地设置在车辆和电子装置150之间。动态电池模拟器110可以通过控制器414、控制/信令电路416和/或可编程计时器418提供电力管理。该动态电池模拟器110可以通过电力单元440提供电池模拟的电力、通过模拟输入端412提供音频信号、及通过控制/信令电路416提供电子装置接口。
该动态电池模拟器110可以多种模式操作。例如，该动态电池模拟器110可以在关闭、睡眠、及活动模式中操作。在关闭模式中，该动态电池模拟器110不从车辆耗散或牵引较大的电力（例如少于3、2、1、或0.5mA）。在该激活的模式中，该动态电池模拟器110从车辆牵引电力（例如在10-3000mA之间），并且该动态电池模拟器110的内部元件典型地完全受电。在睡眠模式中，该动态电池模拟器110从车辆牵引有限量的电力（例如，在1-10mA之间），但动态电池模拟器110的所有内部部件断电或在非常低电力模式中。
该控制电路410可以是通过控制在动态电池模拟器110中的电力和通过动态电池模拟器110流到电子装置150中的电力来至少部分地控制该动态电池模拟器110的整体操作的逻辑电路。例如，该控制电路410可以在所选时间将动态电池模拟器110的多个部分断电，如当电子装置150不活动性地涉及呼叫并且该点火关闭时，将音频子系统断电。
该控制电路410可以通过接口与电子装置150通信，并且与动态电池模拟器110的其他部分如电力单元440、音频子系统等通信。该控制电路410的控制器414可以包括其中消耗非常低的电力的操作睡眠模式。在该睡眠模式中，该微处理器优选地监测由控制电路410的其他部分产生的中断，如下文描述的点火-启动(开启)和电话启动(开启)中断，并且在检测到此类中断时启用正常的唤醒模式。<0}
相反地，当动态电池模拟器110和电子装置150的其他部分在连接状态下断电时，控制器414可以进入操作的睡眠模式，断电。对于控制电路410的任何已知的逻辑可以用来实施这些功能。此外，控制器414可以包括或与合适的寄存器通信，用于存储和接收多种状态标志。
该电力单元440可以操作以便将车辆的电力转换到适合于模拟电池的类型，并且直接为电子装置150供电。音频子系统可以操作以控制与动态电池模拟器110相关联的话筒和麦克风以便产生并检测音频声音。电话接口端口允许在动态电池模拟器110的各种部件和电子装置150之间的通信，包括命令和状态信息的交换。
如下文描述点火传感器监测点火感应线路用于指示车辆的点火已经开启或关闭。该控制器414可以监测车辆点火的当前状态并且追踪该电子装置150的现在和过去历史以便更新为控制器414相关的状态信息从而执行电力管理。此外，该点火感应控制器还可以典型地通过接口端口与电子装置150通信以发送开启和关闭指令。点火感应控制器可以是任何合适的逻辑电路，例如状态机，并且可以是控制器414的一部分，或可以是单独的模块。点火感应控制器可以与控制器414、通过接口端口与电子装置150、及与点火传感器通信。该点火感应控制器可以利用一个或多个计时器。例如，该点火感应控制器可以利用安装计时器、安全计时器、及点火感应计时器（IS计时器）。该安装计时器和安全计时器可以被设计为长时间段，按照一个或多个小时、一天或多天、或一周或多周的顺序（例如，至少1、2、3、4、5、6、12、或24小时；2、2、3、4、或6天；或1、2、3、4或多周）IS计时器可以被设计为较短时间段，如少于30、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1、0.5、0.4,0.3、0.2,或0.1分钟。这些计时器可以是现有技术中的任何硬件或软件类型。
动态电源适配器110可以通过三个线路或使用其他方法连接到车辆上。例如，可以使用如下的方法：光学、无线、传感器、换能器、和/或机电装置。两个直接电源线可以通过车辆的主电气系统将动态电源适配器110连接到车辆的电池。这些线路典型地被称为正极和接地，并且通过车辆典型地无开关的，意思为动态电池模拟器110可以与它们形成电路，并且任凭动态电池模拟器110处理而从电池牵引电力。此外，控制电路410可以通过点火感应线路连接到车辆。该点火感应线路优选地连接到车辆中一些开关线路以便当车辆的点火不是开启时该开关线路不激活。然而，如下文描述，本发明还确定点火感应线路何时不安装或不正确地安装。因此，该点火感应线路不总是连接到车辆中的开关线路。
该控制线路410可以控制动态电池模拟器110的操作。在说明中，该控制电路410可以具有如下状态：ISOFF--POFF;ISOFF--PON;ISON--PON;ISON--POFF;IS--TO;WAIT,and AUTO--OFF。在第一初始化中，车辆点火感应状态标志（VISS）被设定为默认NOT--INSTALLED，并且呼叫状态标志（CALLSTAT）被设定为默认IDLE。VISS标志旨在是点火感应线路的安装的状态的指示器。VISS标志具有三个设置，对于较佳的安装为INSTALLED--OK、安装错误为INSTALL--ERR、NOT--INSTALLED指示点火感应线路未安装。该CALLSTAT标志旨在指示激活的电子装置150的状态，并且可以是任何数目的状态，如空闲、呼叫、连接、活动、保持、等待、预警、忙碌等。出于本发明的目的，这些状态可以分为两类：IDLE和ACTIVE。IDLE种类包括空闲状态；ACTIVE种类包括激活的电子装置150的所有其他状态。当然，关闭的电子装置150将没有任何激活状态。
在首先安装时，控制电路410可以进入ISOFF--POFF状态。在该状态，电子装置150和点火两者都关闭。在进入ISOFF--POFF状态时，控制电路410应该睡眠，但对于点火或电子装置150的监测开启。例如，该控制电路410可以监测接口端口并且检查超时。若在接口端口上存在超时，则控制电路410可以假设电子装置150关闭。否则，该电子装置150可以假设为开启。检测方法的类似类型可以由点火感应线路完成。在接收到电子装置150已经开启（PHONE--STAT(ON)中断）或点火已经开启（IGNIT--STAT (ON)中断）的指示时，可以唤醒控制电路410的控制器414。当该控制器414被唤醒时，将从车辆中牵引更高的电力。例如，其可以高于25毫安。在睡眠模式中，该控制器414可以牵引非常小的电流（例如少于2或1毫安），同时其等待来自车辆、电子装置、控制/信令电路、或转向到控制器414到唤醒模式的可编程计时器的动作。
对于讨论的典型的实施方案，当控制器414是唤醒或在睡眠模式中时，点火感应功能可以是可操作的。该控制电路410可以是在ISOFF--POFF状态核查IGNIT--STAT(ON)或PHONE--STAT(ON)中断。IGNIT--STAT(ON)中断通过点火传感器产生，并且当在点火感应线路上检测到信号时发生。当在电子装置150和远程装置之间建立通信通道时PHONE--STAT(ON)中断发生。
在收到IGNIT--STAT(ON)中断是在ISOFF--POFF状态的通知时，控制器414的点火感应功能可以将VISS标志设定为INSTALLED--OK以指示在点火感应线路上已经接收至少某个信号，将安装计时器设定到较长时间段如12小时，并且进入ISON--POFF状态。作为参考，安装计时器旨在辅助确定点火感应线路是否合适地安装。若安装计时器期满，则这是当安装时点火感应线路未合适地安装的指示。
或者，在收到ISOFF --POFF状态的PHONE--STAT(ON)中断的通知时，核查VISS标志。若VISS标志不等于INSTALLED--OK，则可以将安装计时器为较长时间段，如12小时。若VISS标志是INSTALLED--OK，则可以将安装调试器设定为更短时间段，如一个小时。例如，安装计时器可选地提供为帮助确保车辆电池未被过度消耗。附加地，模拟电路测量车辆触发器电压的电压，若该电压低于控制器414中的可编程电压，则决定不对该装置供电。另一个选择将是对该装置供电并且通过装置的信令连接发送该信息，并且无线地发送低电池条件。在安全计时器的期满时，动态电池模拟器110可以停止从车辆牵引超过一个毫安的电力。提供安全计时器的不同的设置时间以便当点火感应线路未正确安装或未安装或者电压低于规定水平时，电子装置150可能期望在一个用户上断电，但当点火感应线路安装正确时可以在更短的时间段之后断电以保存车辆电力。在设定了安全计时器之后，控制器414的点火感应功能可以进入ISOFF--PON状态。
在ISOFF--PON状态，该点火是关闭，但电子装置150仍开启。若当在该状态中时，控制器414可以接收激活的电子装置150状态的指示，更新CALLSTAT标志。相反，若安全计时器期满，则可以核查CALLSTAT标志。若该状态是IDLE，则控制器414可以指令电子装置150以开始断电（关闭）；若该状态不是IDLE，则该安全计时器可以再初始化到合适的间隔时间，如一个小时。同样，若注意按键，则可以核查VISS标志，并且可以取决于VISS标志是否是INSTALLED--OK来再初始化安全计时器为十二个小时或一个小时。对于上述情形的结论，控制器414可以保持在ISOFF--PON状态。安全计时器的再初始化帮助防止电子装置150的不适时地关闭，并且当具有某个指示电子装置150正在被主动使用时在ISOFF--PON状态中完成。
相比较，若当在ISOFF--PON状态时，接收PHONE--STAT(OFF)中断，指示电子装置150具有完全的断电，该控制器414返回到ISOFF--POFF状态。期望在这样的情形中的电话断电将是因为用户动作；特别地，该用户将手动按压在电子装置150上的开/关开关，或以其他方式直接指示为电子装置150其应该关闭，如通过语音指令或类似手段。如在下文更详细讨论，将这种“用户动作”断电类型是与在动态电池模拟器110的方向下电子装置150的“自动”断电进行比较。此外，该动态电池模拟器110将从动态电池模拟器110中移除电子装置150视为发送PHONE--STAT(OFF)中断。
而，若当在ISOFF--PON状态时，接收IGNIT--STAT(ON)中断，指示车辆点火已经开启，VISS标志被设定为INSTALLED--OK，安装计时器再初始化为其设定的期满时间，该安全计时器停用而没有期满，并且控制器414进入ISON--PON状态。
在ISON--POFF状态中，点火为开启，但电子装置150关闭。若当在该状态中时，安装计时器期满，VISS标志改变到INSTALLED--ERR，并且控制器414保持在ISOFF--PON状态。若控制器414接收PHONE STAT(ON)中断，指示电子装置150具有完全的上电，控制器414进入到ISON--PON状态。若接收IGNIT--STAT(OFF)中断，设定VISS标志到INSTALLED--OK，安装计时器停用而没有期满，并且控制器414进入到ISOFF--POFF状态。
在ISON--PON状态中，点火和电子装置150两者开启。若在该状态，安装计时器期满，VISS标志改变到INSTALLED--ERR，并且控制器414保持ISON--PON状态。相反，若控制器414接收到呼叫状态变化的指示，更新CALLSTAT标志，并且控制器414保持在ISON--PON状态。若控制器414接收PHONE--STAT (OFF)中断，指示电子装置150具有完全的断电，控制器414进入ISON--POFF状态。若接收到IGNIT--STAT(OFF)，VISS标志被设定为INSTALLED--OK，安装计时器停用而没有期满，IS计时器被设定为较短时间段，如二十秒，并且控制器414进入IS--TO状态。
在IS--TO状态中，点火是关，而电子装置150是开。若在该状态中，控制器414接收到激活电子装置150状态的指示，更新CALLSTAT标志。同样，若注意到按键，再初始化IS计时器56到二十秒。在上述情形的结论，控制器414保持在IS --TO状态。若接收到PHONE--STAT(OFF)中断，指示电子装置150已经完成断电，IS计时器停用而没有期满，并且控制器414返回到ISOFF--POFF状态。若接收到IGNIT--STAT(ON)中断，IS计时器停用而没有期满，并且控制器414进入ISON--PON状态。
若IS计时器期满，则核查CALLSTAT标志。若CALLSTAT标志不是IDLE，则IS计时器再初始化到二十秒，并且控制器414保持在IS--TO状态。若CALLSTAT标志是IDLE，控制器414指令电子装置150断电，如通过接口端口发送PHONESTATUS(OFF)请求到电子装置150，并且控制器414进入WAIT状态。电子装置150断电的指令是“自动”断电的启动。
在WAIT状态中，点火关闭，并且电子装置150应该在断电的过程中。该状态主要是在IS--TO状态和AUTO--OFF状态之间的等待状态。当在该状态中，若接收到IGNIT--STAT(ON)中断，则控制器414进入到ISON--PON状态。若呼叫状态改变发生，则核查更新的CALLSTAT；若是IDLE，则控制器414保持在WAIT状态，若不IDLE，则IS计时器再初始化为二十秒，并且控制器414重新进入IS--TO状态。若接收到PHONE--STAT(OFF)中断，指示电子装置150的成功的断电，则控制器414进入到AUTO--OFF状态。在该情况中，电子装置150的“自动”断电在接收PHONE--STAT(OFF)中断时完成。
在AUTO--OFF状态中，点火14和电子装置150二者关闭。该状态与ISOFF--POFF状态的不同之处在于仅能通过控制器414促使电子装置150在用户关闭点火之后关闭（并且IS计时器期满）而进入。该状态的主要目的是当车辆点火开启时电子装置150自动地开启。若当在该状态中，接收到PHONE--STAT(ON)中断，指示用户已经介入开启电子装置150，则安全计时器被设定为一个小时，并且控制器414进入ISOFF--PON状态。相反，若接收到IGNIT--STAT(ON)中断，则控制器414发布指令到电子装置150以开启上电，如通过接口端口发送PHONESTATUS(ON)请求到电子装置150，并且控制器414进入到ISON--POFF状态。
在AUTO--OFF模式和ISOFF--POFF状态中，控制电路410应该在睡眠模式，从而将动态电池模拟器110的电力牵引减少到低于1毫安。在其他的模式中，控制电路410应该在激活模式。
总之，安全计时器可以用来确保电子装置150在点火关闭之后通过至少规定的时间断电。安装计时器和VISS标志相互作用以验证点火感应线路被合适地安装。若IS计时器允许点火关闭之后在指令电子装置150开始断电之前运行较短等待时间段。在上述说明中用于这些计时器的具体时间时间段仅是优选的设置，并且不表示为限制；相反，由于设计选择多种计时器时间段是可能的。
控制器414表示更新用于动态电池模拟器110的其他过程使用的各种状态标志的一种方法。此外，上述描述的点火感应控制器逻辑执行几个唯一的功能。首先，该方案改变了动态电池模拟器110对点火被开启的响应以便不仅取决于点火的状态而且取决于电子装置150的历史。即，一旦点火关闭在较短的时间段之后（在IS计时器的期满时），该方案将自动地关闭空闲电子装置150。此外，当该方案负责更早关闭电子装置150时，响应于点火被开启该方案将自动地指令电子装置150上电。然而，相比较于现有技术，当点火在用户先前已经干预关闭电子装置150的具体情况中开启时，该方案不指令电子装置150上电。为了便于参考，这种特征被称为用户优先特征。
第二，该方案允许核查点火感应线路安装的特性。若未安装，VISS标志将保持在NOT--INSTALLED，并且仅仅可用的状态将是ISOFF--POFF和ISOFF--PON。若正确地安装，当安装计时器期满时VISS标志将被设定为INSTALLED--ERR。这正常指示为安装点火感应电路到非开关线路，因此正确地安装。若安装计时器期满，即使点火感应线路合适地安装（如当车辆是连续运行超过12小时的长途货运卡车），VISS标志在进入ISOFF--POFF或IS--TO状态之后保留到INSTALLED--OK。若点火感应线路未合适地安装，仅可用的状态是ISOFF--POFF、ISOFF--PON、ISON--POFF、及ISON--PON。一旦安装计时器期满，仅可用的状态是ISOFF--POFF和ISOFF--PON。为便于参考，该特征被称为安装核查特征。
第三，该方案允许在用户与电子装置150交互非常明显时智能地设定以及重置安装计时器。为了便于参考，该特征被称为智能安全特征。
当上述实施方案具有用户优先特征、安装核查特征和智能安全特征时，则不对这一点作出要求。相反，当其他的是可选的，这些特征中的任何一个可以存在。因此，一些实施方案可以仅具有用户优先特征，而其他实施方案可以具有用户优先特征和安装核查特征，但不是安全智能特征；并且仍其他实施方案可以具有安装核查特征和智能安全，但不是用户优先特征等。
因此，对于本发明，通信附件的电力管理不仅针对车辆点火的状态而设定，而且针对附接到动态电池模拟器110的电子装置150的历史。当动态电池模拟器110导致电子装置150关闭时，这样的电力管理方案允许电子装置150自动地通过动态电池模拟器110指令为上电。相反，若用户关闭电子装置150，动态电池模拟器110将不会在没有用户干扰的情况下开启电子装置150。
单独地或与其组合，电力管理方案可以可选地包括一种用于确定点火感应线路74是否已经正确地安装的方法。
最后，从上述说明，应清楚安全计时器用来防止电子装置150牵引车辆电池，若电子装置150因为一些原因留在车辆上一段时间而没有正确地安装点火感应线路。应注意尽管是优选的，但是不要求安全计时器。
图5描述了对于理解本发明是有用的动态电池模拟器的电力单元440的示意图。电力单元440可以是具有反馈、滤波、及指示器的典型的感应切换电源电路。可从外部装置或电路对其进行控制。这是成本有效的方法，但其他的电路可以用来将车辆的电力转化为适合于为电子装置供电的电压和电流。电力单元440可以提供在可变的负载条件下的恒压并且可以提供大量的电流到该装置。
图6描述了对于理解本发明是有用的动态电池模拟器的控制电路410的示意图。在该示意图中，模拟输入端412、控制器414、控制/信令电路416及可编程计时器各自可以被包括为控制器600的部件。该控制器600可以基于输入信号和电子装置的状态进行决定。
在一个实施方案中，控制电路410可以包括保护电路和来自车辆的模拟触发器信令的电流限制。该电路允许大范围的信令触发在控制器600中的控制算法。
可以为控制器电路和算法提供具有电流限制和过电压保护的专用电源420。再次，这允许大范围电压输入应用到该装置而不会损害敏感的电路。
图7-9描述了本发明可以包括的各种连接器。这些连接器可以连接到图5-6中示意图描述的各种部件，通过各种连接点A-F指示。
图7的连接器700可以是到电子装置信令控制中的连接器接口。
图8的连接器800可以是将软件加载到本发明的微控制器版本的内电路编程接口。这允许对于不同的客户、电子装置、或申请的容易修改的算法。例如，正时或信令可以在软件中改变并且在任何时间在接口中编程。
图9的连接器900可以用作跳线以选择不同的电子装置和要求打开/关闭它们所要求的合适的信令或任何附加的任务。这可以是支持对于大量电子装置的选项的模拟或数字水平。例如，8比特ADC的模拟电压水平可以支持对应于不同装置的256个或更多个不同的电压水平。
图10是表示对于理解本发明是有用的控制连接到车辆的电子装置的开/关状态的方法1000的流程图。
本发明当然可以以不同于在本文中提出的那些的其他特别方式实施，而没有脱离本发明的精神和主要特征。本发明因此在所有方面中考虑为描述性的和非限制性的，并且所有变化符合所属权利要求的意思和等价的范围旨在包括在本文中。
术语“一个”和“一种”，如在本文中使用，定义为一个或多于一个。术语“多个”如在本文中使用定义为两个或多于两个。术语“另一个”如在本文中使用定义为至少第二个或更多。术语“包括”和/或“具有”如在本文中使用定义为包括（即开放性语言）。
此外，如在本文中使用，次序术语（例如第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十等等）将一个消息、信号、物件、目标、装置、系统、设备、步骤、过程等等与另一个消息、信号、物件、目标、装置、系统、设备、步骤、过程等等进行区分。因此，在本文中使用的次序术语不需要指示在次序序列中的具体位置。例如，标识为“第二过程”的过程可以发生在标识为“第一过程”的过程之前。此外，一个或多个过程可以发生在第一过程和第二过程之间。
本发明可以其他形式体现而没有脱离本发明的精神或主要特点。因此，参考下列权利要求，而不是上述说明，如指示本发明的范围。
权利要求书

Claims (18)

1.一种当便携式电子装置定位在具有电气系统的车辆中或其上时用于替代在该装置中的电池的动态电池模拟器，该动态电池模拟器包括：
能够改变其输出电压以适应于附接的便携式电子装置的电压要求的电源控制模块；
用于从车辆的电气系统传输电力到电源控制模块的输入端；
用于提供电力到便携式电子装置的输出端；
用于从电源适配器传递控制信号到便携式电子装置以选择性地开启和关闭便携式电子装置的输出端；
电池替代模块，该模块被配置为替代在便携式电子装置中的电池并且包括用于通过提供电力的输出端从电源控制模块中传递电力到便携式电子装置的电池替代电路；
用于确定车辆的电气系统的电力状态的点火感应控制器；及
与点火感应控制器通信并且用于在车辆的点火或电气系统关闭之后在预定时间减少从车辆的电气系统传递电力到便携式电子装置的至少一个计时器和开关；
其中，当连接到便携式电子装置和车辆的电气系统时，该电池模拟器提供到便携式电子装置的电力在与便携式电子装置的电池相同的电压、阻抗、电流、及电容的90-110%之间。
2.如权利要求1所述的动态电池模拟器，其中，该电池替代模块从电源控制模块传递电力到在便携式电子装置中的终端，这些终端被配置为从便携式电子装置的电池接收电力。
3.如权利要求1所述的动态电池模拟器，其中，该点火感应控制器包括用于确定车辆的电气系统的电力状态的模拟-数字转换器。
4.如权利要求1所述的动态电池模拟器，其中，车辆的电气电力系统包括点火系统和限制来自点火系统的电压尖峰的传输的动态电池模拟器离散电路。
5.如权利要求1所述的动态电池模拟器，其中，便携式电子装置包括位置检测系统。
6.如权利要求1所述的动态电池模拟器，其中，该计时器的预定时间被设定为允许便携式电子装置在减少从车辆的电气系统传递电力到便携式电子装置之前完成其待处理的数据传递操作。
7.如权利要求1所述的动态电池模拟器，其中，该动态电池模拟器包括微处理器并且可由其控制，该微处理器可由激励或算法控制。
8.如权利要求1所述的动态电池模拟器，其中，动态电池模拟器从车辆的电气系统牵引少于1.0mA。
9.如权利要求1所述的动态电池模拟器，其中，该动态电池模拟器具有少于5%稳态电压纹波，并且在少于500奈秒中校正瞬态响应或负载条件。
10.一种响应于指示车辆已经开启的触发信号来控制连接到该车辆的便携式电子装置的开/关状态和可控电源的方法，其中，当该车辆的电气系统上电时该便携式电子装置开启，并且其中该便携式电子装置包括多个激活呼叫状态，这些激活呼叫状态包括空闲呼叫状态以及激活呼叫状态，该方法包括以下步骤：
开启便携式电子装置；
开启车辆点火，然后关闭点火并响应于点火的关闭而开始第一计时器；
若第一计时器期满并且便携式电子装置在空闲或激活呼叫状态时，自动地指令便携式电子装置关闭；
之后，响应于计时器期满来确定便携式电子装置是否是上次关闭；
之后，在发送信令关闭便携式电子装置之后，关闭连接到便携式电子装置的可控电源；
之后，基于响应于计时器期满确定便携式电子装置是上次关闭，或
响应于车辆点火被上电而自动地开启附接到便携式电子装置的可控电源，该自动地开启包括供应控制信号到便携式电子装置并且指令便携式电子装置开启；或
若车辆的触发信号不指示车辆已经开启则使得便携式电子装置仍处于关闭状态。
11.一种控制连接到车辆触发器的便携式电子装置的开/关状态的方法，该方法包括以下步骤：
监测车辆触发器的电压；
自动地开启模拟附接到便携式电子装置的电池的可控电源，发送信令到便携式电子装置以“开启”该装置，并且继续监测该装置确保其连续“开启”；及
在检测到车辆触发器关闭时，启动计时器计时，其中，在计时器期满并且车辆触发器保持“关闭”时，向该便携式电子装置发送信号从而将其“关闭”，并且可控电源“关闭”，其中
不间断地监测从车辆触发器测量的电压和便携式电子装置的状态。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，控制装置监测车辆触发器，控制可控电源，并且发送信令到便携式电子装置从而使其上电。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，控制装置监测车辆触发器并且控制内部计时器电路，从而，在预定时间延迟完成时，发送信令到便携式电子装置从而使得便携式电子装置“断电”，并且“关闭”可控电源。
14.如权利要求11所述的方法，其中，便携式电子装置选自下组，该组的构成为：蜂窝电话、个人数字助理、及卫星蜂窝电话。
15.如权利要求11所述的方法，其中，可控电源使用电路来防止电压尖峰和源自车辆电气系统的过多电力，其中该电路包括在感测到故障条件时停止从电源的电力输送并且在故障条件移除时再激活电力输送的机构。
16.如权利要求11所述的方法，其中，该可控电源供应清洁的、低阻抗、及具有合适电流的调制的恒定电压从而供应动态负载到蜂窝电话、卫星电话、及其他附件。
17.如权利要求11所述的方法，其中，该可控电源利用切换频率和反馈环来从内部参考电压提供恒定的电压。
18.如权利要求11所述的方法，进一步包括将便携式电子装置电连接到通信附件的步骤，该通信附件响应于车辆点火系统断电而自动地提供控制信号。
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