DE69325411T2

DE69325411T2 - Batteriebetriebener Rechner mit Batteriestandmesser und Vorrichtung zur Messung des Ladestandes einer Batterie

Info

Publication number: DE69325411T2
Application number: DE69325411T
Authority: DE
Inventors: Leo Albert Gladstein; Christopher Dane Jones; Kyriakos Leontiades; Paritosh Dinubhai Patel; Paul William Petroskey
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1992-04-16
Filing date: 1993-03-25
Publication date: 2000-01-20
Anticipated expiration: 2013-03-26
Also published as: JPH0612150A; US5341503A; CA2090707A1; KR960003069B1; EP0566264A1; EP0566264B1; DE69325411D1; JP2708344B2; KR930022182A; CA2090707C

Description

ANWENDUNGSBEREICH DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf tragbare, batteriebetriebene Rechner. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Verbesserung der genauen Messung des Ladestandes einer Batterie.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Ein Digitalisiertablettcomputer mit einer sekundären oder wiederaufladbaren Batterie als Hauptstromquelle wurde entwickelt, die es einem Benutzer ermöglicht, den Computer mitzunehmen und verschiedene Transaktionen durchzuführen. Eines der Hauptziele dieser Entwicklung war die größtmögliche Verlängerung der Lebensdauer der Batterie durch Stromspartechniken, das genaue Messen des Stromstatus der Batterie und die genaue Anzeige für den Benutzer, wie viel Zeit noch bleibt, bis die Batterie ganz leer ist. Diese Anzeige ermöglicht es dem Benutzer nicht nur, wichtige aktuelle Daten zu speichern, sondern den Computer so lange wie möglich zu benutzen, bevor die Batterie leer ist und wieder aufgeladen oder ausgetauscht werden muß.
In der herkömmlichen Technik gibt es viele Beispiele von Geräten, die den Ladestand einer wiederaufladbaren Batterie, die in verschiedenen Arten von Geräten verwendet wird, messen. In der US-Patentschrift 4,724,528 stellt J. T. Eaton eine "BATTERY CHARGE MONITOR IN A COMPUTER SYSTEM" (Batteriestandüberwachung in einem Computersystem) vor, in dem ein Mikroprozessor die Batterie überwacht und sowohl die neue Ladung als auch die verbrauchte Ladung akkumuliert. Dieses System scheint ein relativ einfaches System von geringer Leistung zu sein, bei dem keine verteilte Verarbeitung und vor allem kein Digitalisiertablettcomputer vorkommen.
In der US-Patentschrift 4,965,738 stellen W. Bauer et al. ein "INTELLIGENT BATTERY SYSTEM" (Intelligentes Batteriesystem) vor, bei dem ein Batteriepack aus einer Vielzahl von wiederaufladbaren Zellen in die elektronischen Schaltkreise des Packs integriert ist und eine CPU sowie ein Speicher vorhanden sind, die den Ladestatus der Batterie überwachen. Die Batterieparameter werden gespeichert und die angesammelte Ladung und die Entladung werden durch die Messung der Lade- und Entladeströme der Batterie mitverfolgt.
In der US-Patentschrift 5,047,961 stellt B. P. Simonsen ein "AUTOMATIC BATTERY MONITORING SYSTEM" (Automatisches Batterieüberwachungssystem) im Zusammenhang mit einer Ersatzbatterie vor. Die Überwachungseinrichtung verzeichnet die Batteriezustände und erstellt täglich einen Ausdruck davon. Das System enthält ferner eine CPU, einen Speicher und eine LCD-Anzeige.
Keines der oben genannten Patente stellt jedoch einen batteriebetriebenen Digitalisiertablettcomputer mit einem hochleistungsfähigen verteilten Verarbeitungssystem vor, bei dem ein Serviceprozessor den Betrieb einer Stromsubsystem-Mikrosteuerung steuert, um eine wiederaufladbare Batterie auf die unten beschriebene Art und Weise der Erfindung zu überwachen und aufzuladen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Laut der vorliegenden Erfindung wird ein tragbarer, batteriebetriebener Digitalisiertablettcomputer mit einem Stromsubsystem vorgestellt, zu dem eine Batterie für die Versorgung mit elektrischer Energie gehört, um den Computer zu betreiben, sowie ein Stromwandler, der an die Batterie angeschlossen ist und der über ein Mittel zur Erzeugung erster Signale verfügt, die angeben, wieviel Ladung der Computer verbraucht, sowie ein Ladegerät, das an die Batterie angeschlossen ist und das auf ein Steuersignal hin selektiv eingeschaltet wird, um der Batterie von einer externen Quelle je nach Steuersignal Ladung zuzuführen, sowie eine Stromsubsystem-Mikrosteuerung (SSM), die an den Stromwandler und das Ladegerät angeschlossen ist, um die ersten Signale in regelmäßigen Abständen zu lesen und Pakete digitaler Informationen mit der Menge der von der Batterie verbrauchten Ladung zu bilden, wobei die SSM weiter dazu dient, das Ladegerät zu steuern und anhand des Steuersignals zu bestimmen, wieviel Ladung der Batterie während eines Ladeintervalls zugeführt wurde, und wobei die SSM weiter dazu dient, in die Pakete eine Angabe über die zugeführte Ladung aufzunehmen, sowie ein Serviceprozessor, der mit der SSM verbunden ist und über einen Speicher verfügt, um Batterieinformationen zu speichern, die den Ladestand der Batterie angeben, wobei der Serviceprozessor dazu dient, die SSM in regelmäßigen Abständen abzufragen und die Informationspakete von ihr zu empfangen, und wobei der Serviceprozessor weiter dazu dient, die Batterieinformationen in Abhängigkeit von der zugeführten und verbrauchten Ladung, wie in den Paketen angegeben, zu ändern.
Die Batteriezustände können wiederholt bei eingeschaltetem Computer gemessen und die aktuellsten Zustände vorübergehend in einem flüchtigen Speicher gespeichert werden. Wenn der Computer ausgeschaltet wird, wird er in einer kontrollierten Folge heruntergefahren, bei der die aktuellsten Batteriezustände in einem nicht-flüchtigen RAM gespeichert werden, um sie beim Wiedereinschalten des Computers zu verwenden. Die in der Batterie verbleibende Ladung oder Energie wird dadurch bestimmt, daß nicht nur die Energie gemessen wird, die der Computer im Batteriebetrieb verbraucht, sowie die Ladung, die hinzugeführt wird, wenn der Computer an eine externe Stromquelle angeschlossen wird, sondern auch die Batterieladung, die durch Selbstentladung verlorengeht.
Laut einem weiteren bevorzugten Merkmal stellt die Erfindung genau fest, wann die Batterie fast leer ist und wieviel Zeit bleibt, bis der Computer automatisch abgeschaltet wird und nur noch ausreichend Ladung bleibt, um den Computer herunterzufahren und wichtige Daten in einem nicht-flüchtigen Speicher zu speichern. Dies geschieht allgemein dadurch, daß die Batteriespannung als Funktion der Zeit gemessen wird. Wenn sich die Batterie dem Ende ihrer Ladung nähert, ändert sich die Batteriespannung mit einer variablen Änderungsgeschwindigkeit, die eine relativ genaue Messung zur Feststellung der verbleibenden Zeit ermöglicht. Mit Hilfe der zweiten Ableitung von Spannung zu Zeit wird ein Wendepunkt beobachtet, der einen Startpunkt darstellt, anhand dessen die verbleibende Batteriezeit genau festgestellt werden kann.
Der Digitalisiertablettcomputer wurde auch für die Verwendung einer Nickel-Kadmium-Batterie (NiKad-Batterie) als Stromquelle entwickelt, da dieser Batterietyp über eine Anzahl hinlänglich bekannter Vorteile verfügt. Die Schätzung des Ladestands einer NiKad-Batterie ist jedoch sehr schwierig, sofern man nicht einen Chip in die Batterie einsetzt, um die mit der Zeit zugeführte und entnommene Ladung in der Batterie zu speichern. Ein weiteres Problem bei NiKad-Batteriestandmessern besteht darin, daß eine Batterie, die in den Computer eingesetzt wird, voll aufgeladen oder nicht voll aufgeladen sein kann. Wenn die Batterie nur teilweise aufgeladen ist, bleibt dem Benutzer nur eine sehr kurze oder überhaupt keine Warnzeit zwischen der Anzeige "voll aufgeladen" und "keine Ladung" und dem Abschalten des Systems. Laut einem weiteren bevorzugten Merkmal löst die Erfindung daher das Problem der Messung des Ladestands einer Batterie ohne eingebauten Batterie-Chip und die Verwendung einer nur teilweise aufgeladenen Batterie bei der ersten Benutzung. Für anfänglich nur teilweise aufgeladene Batterien kann der Batteriestandmesser der Erfindung genau die Zeit feststellen, die verbleibt, bis das "Knie" der Batterieentladekurve erreicht ist. Der Benutzer kann dadurch das Digitalisiertablett sicher in dem Bewußtsein verwenden, daß eine entsprechende Warnung (10 bis 20 Minuten) kommt, bevor das System abgeschaltet wird, und dies auch bei anfänglich nur teilweise aufgeladenen Batterien.
Laut einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung verfügt der Serviceprozessor über einen Batteriestandmesser, der Informationen zur Verfügung stellt, die den Prozentsatz der in der Batterie vorhandenen Ladung und die Zeit anzeigen, die bei der gegenwärtigen Stromverbrauchsrate noch bleibt, bis der Computer abgeschaltet wird und die Batterie leer ist. Der Host-Prozessor führt Programme aus, die diese Informationen von dem Serviceprozessor lesen, und steuert eine Anzeige, um dem Benutzer die Informationen in einer Form vorzustellen, die von dem im Host- Computer ausgeführten Programmen bestimmt wird.

ZEICHNUNGEN

Weitere Gegenstände und Vorzüge der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit Begleitzeichnungen hervor.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Digitalisiertablettcomputers gemäß Erfindung.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das die Wechselwirkung zwischen Hardware- und Mikrocode-Routinen in dem in Fig. 1 dargestellten Serviceprozessor zeigt.
Fig. 3 ist ein Graph der Batteriespannung als Faktor der Zeit, der dazu dient, Begriffe zu definieren, die zur Beschreibung bestimmter Aspekte der Erfindung verwendet werden.
Die Fig. 4A und 4B bilden, wenn sie an den Bezugslinien A-A miteinander verbunden werden, ein Fließdiagramm der Hauptlogik des Betriebs des Batteriestandmessers.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das weitere Einzelheiten des in Fig. 1 dargestellten Stromsubsystems zeigt.
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das den Betrieb des in Fig. 5 dargestellten Gleichstromumformers zeigt.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, das den Betrieb des in Fig. 5 dargestellten Batterieladegeräts zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG

Die folgende Beschreibung ist in Abschnitte unterteilt, die eine allgemeine Beschreibung des Digitalisiertablettcomputers, eine allgemeine Beschreibung des Betriebs des Serviceprozessors und schließlich genaue Beschreibungen des Betriebs des Batteriestandmessers und der Stromsubsystemsteuerung enthalten.

DIGITALISIERTABLETTCOMPUTER

Im folgenden wird Bezug auf die Zeichnungen und zuerst auf Fig. 1 genommen, wo die Ziffer 10 einen Digitalisiertablettcomputer (DTC) kennzeichnet, der ein Gehäuse 12 umfaßt, in dem die verschiedenen Komponenten des Computers untergebracht sind. Der DTC 10 hat eine Größe und ein Gewicht, die es einem Benutzer ermöglichen, den Computer 10 einfach zu tragen. Der DTC 10 verfügt über ein Digitalisiertablett 14, das zwischen einer hinterleuchteten Flüssigkristallanzeige (LCD) 16 und einem Stift oder Pen 18 angebracht ist, die die Hauptein-/-ausgabe mittel zur Eingabe von Informationen in den und zum Holen von Informationen aus dem Computer sind. Der DTC 10 verfügt ferner über Mittel für die Verbindung mit anderen E/A-Geräten, um diese an Orten zu verwenden, wo dies praktisch ist. Eine optische Tastatur 20 kann zum Beispiel in einem Wohn- oder Bürobereich, nicht jedoch im Freien verwendet werden. Der Computer 10 kann darüber hinaus System-E/A (nicht abgebildet) umfassen, wie einen SCST-Diskettenport, einen parallelen Port, einen seriellen RS232-Port und ein Daten-/Faxmodem mit einem RJ11-Anschluß.
Der Pen 18 ist das Haupteingabegerät und ein batteriebetriebener, kabelloser Stift oder Pen 18 ohne Tinte mit einer beweglichen Spitze, die einen Schalter schließt (Elemente nicht abgebildet), wenn sie in Kontakt mit der Oberfläche der LCD kommt. Der Pen 18 erzeugt ein Magnetfeld, das von dem Digitalisiertablett 14 erfaßt oder aufgenommen und in Signale übersetzt wird, die X- und Y-Koordinaten darstellen, welche die Position oder den Standort des Stiftes anzeigen. Das Feld ist schwächer, wenn der Schalter geöffnet ist, und stärker, wenn der Schalter geschlossen ist, so daß das Digitalisiertablett zwischen "berührungslosen" Koordinaten und "Stift unten"- Koordinaten unterscheiden kann. Der Computer 10 schaltet dann die LCD auf eine später noch genauer beschriebene Weise ein, um Bildpunkte in der Nähe der Stiftposition zu aktivieren, so daß der Benutzer sieht, daß er wirklich mit dem Stift schreibt. Aufgrund dieser Eingabeart kann das System auch als Stiftcomputer bezeichnet werden. Das Digitalisiertablett 14 verfügt über einen Abtastmechanismus (nicht abgebildet) mit einem Gitter von leitenden Schleifen. Die Schleifenströme werden von dem Magnetfeld des Pens induziert und ändern sich je nach Position des Pens. Die Ströme sind analog und werden von einer Digitalisiertablettsteuerung 26 in digitale Werte umgewandelt und analysiert, wobei die Steuerung die Position des Pens anhand der Stromverteilung in den Schleifen ableitet. Sie sendet die Pen-Koordinaten zur Routine 104 im SP für die weitere Verarbeitung und Übermittlung an den Host-Prozessor.
Der DTC 10 verfügt über vier verschiedene, programmierbare, digitale Mikroprozessoren oder Mikrosteuerungen, die einen Host- oder Hauptprozessor 22, einen Serviceprozessor (SP) 24, eine Digitalisiertablettsteuerung 26 und eine Stromsubsystem- Mikrosteuerung (SSM) 28 umfassen, die verschiedene verteilte Funktionen oder Operationen auf eine später noch genauer beschriebene Weise durchführen. Die Prozessoren 22, 24, 26 und 28 verfügen vorzugsweise über die folgenden im Handel erhältlichen Module: einen Intel-Mikroprozessor 80386SX, eine Hochleistungssteuerung HPC 46064 von National Semiconductor, eine NEC-Mikrosteuerung 78C10 und eine Signetics-Mikrosteuerung 87C752.
Der Hauptprozessor 22 ist über einen lokalen Bus 32 mit einem Hauptspeicher 34, einem Nur-Lese-Speicher (ROM) 36, einer Festkörperdatei (SSF) 38 und einem nicht-flüchtigen Direktzugriffsspeicher (NVRAM) 40 verbunden. Der Hauptspeicher 34 ist als ein dynamischer Direktzugriffsspeicher (DRAM) implementiert und ermöglicht die flüchtige Speicherung eines stiftbasierten Betriebssystems (OS) 42 und von Anwendungsprogrammen (AP) 44, die vom Prozessor 22 ausgeführt werden. Das OS 42 umfaßt die Unterbrechungssteuerungsprogramme (IH) 43. Die AP 44 umfassen ein Anzeigeprogramm des Batteriestandmessers (BSAP) 45, das Batteriestandmesserinformationen erhält und sie auf der LCD 16 anzeigt. Der ROM 36 speichert dauerhaft Programme wie ein Selbsttestprogramm beim Einschalten (POST) 46 und grundlegende E/A-Dienste (BIOS) 48. Die SSF 38 arbeitet mit niedrigem Verbrauch in bezug auf eine Festplatte und speichert die Dateien 50, bei denen es sich um Dateien handelt, die typischerweise auf einer Festplatte gespeichert werden. Das OS 42 und die AP 44 werden zum Beispiel auch dort gespeichert und von dort in den Hauptspeicher geladen, wo sie vom Hauptspeicher 34 ausgeführt werden. Der NVRAM 40 kann in CMOS-Technologie implemen tiert sein und enthält eine Lithium-Batterie (nicht abgebildet). Die Daten 52, die in 40 gespeichert sind, gehen daher nicht verloren, wenn die Batterie 74 entfernt oder voll entladen wird. Die Daten 52 enthalten die Batteriestandmesserparameter (BSP) 53.
Der Hauptprozessor 22 ist ebenfalls mit einer Vielzahl von im Handel erhältlichen Unterstützungschips 54 verbunden, die die Unterbrechungssteuerungen 56 umfassen. Die Steuerungen 56 bearbeiten zwar auch andere Unterbrechungen, die gewöhnlich zu dem Prozessor 22 geleitet werden (die Einzelheiten sind nicht Teil der Erfindung), doch empfangen die Steuerungen 56 zwei Unterbrechungen, die sich auf unten noch näher beschriebene Weise auf die Erfindung beziehen. Die Unterbrechungen sind PCUINT und LOWBATT, die von dem Serviceprozessor 24 zu den Steuerungen übertragen werden. PCUINT wird erzeugt, wenn der SP eine Aktivierung des Ein-/Ausschaltknopfs oder hohe Temperatur oder eine Änderung der Stromquelle (z. B. Hinzufügung oder Entfernung einer externen Stromquelle) oder eine Aufladung oder eine Batteriestörung feststellt. LOWBATT wird erzeugt, wenn der SP 24 einen niedrigen Batteriestand erfaßt.
Der lokale Bus 32 ist über einen Puffer oder eine Busschnittstelle 58 mit einem Bus 60 verbunden, der mit den E/A-Ports 61 im Serviceprozessor 24, der VGA-Graphikunterstützung 62 und den Stromsteuerungsregistern (REGS) 66 verbunden ist. Diese Busse und Puffer verbinden den Hauptprozessor mit diesen Elementen, wobei der Hauptprozessor den Betrieb der LCD 16 und die Stromverteilung durch die Einstellungen der Register 66 steuert und den Serviceprozessor 24 als Slave-Einrichtung betreibt. Die VGA-Graphikunterstützung 62 ist über die Leitung 64 mit der LCD 16 verbunden. Die verschiedenen Bildschirme, die auf der LCD 16 erscheinen, einschließlich das vom Pen 18 erzeugte "Schreiben", werden somit vom Hauptprozessor gesteuert.
Ein Stromverteilungssystem umfaßt die Stromsteuerungsregister 66, die mit den Stromschaltern 68 verbunden sind und deren Öffnen und Schließen steuern, wobei die Schalter Strom über den Bus 78 von einem Stromsubsystem (SS) 72 erhalten und diesen Strom selektiv an die Stromebenen 70 weiterleiten. Die verschiedenen Komponenten des Systems sind jeweils mit anderen Komponenten der Ebenen 70 verbunden. Das SS 72 umfaßt eine SSM 28 und eine wiederaufladbare Nickel-Kadmium-Batterie 74. Das SS 72 ist auch mit einem Verbinder 76 verbunden, um einen Adapter (nicht abgebildet) aufzunehmen, der Gleichstrom von einer externen Quelle zum Aufladen der Batterie und Betreiben des Computers liefert. Wenn ein Adapter in den Verbinder 76 gesteckt und mit einer externen Stromquelle verbunden wird, läuft der DTC 10 unter externem Strom und die Batterie 74 wird je nach Bedarf aufgeladen. Die Stromsteuerungsregister 66 sind mit dem Bus 60 verbunden und sind adressierbar, so daß der Host- Prozessor 22 die Register selektiv einstellen kann, um die Schalter 68 zu steuern oder ein- und auszuschalten und Ein- und Ausschaltsequenzen für Stromsparoperationen auszuführen.

SERVICEPROZESSOR

Der Serviceprozessor 24 ist mit einem Verbinder 80 verbunden, der es ermöglicht, daß eine Tastatur 20 wahlweise mit dem Computer 10 verbunden und unter der Steuerung des Serviceprozessors betätigt wird. Der Prozessor 24 ist auch mit einem Lautsprecher oder Signaltongeber 82, einem Ein-/Ausschalter 84 und den Helligkeits- und Kontrastschaltern 97 verbunden. Der Signaltongeber 82 arbeitet unter der Steuerung des Prozessors 24 und erzeugt einen Warnton, der anzeigt, daß der Ladestand in der Batterie 74 niedrig ist. Der Schalter 84 wird vom Benutzer betätigt und ermöglicht es, den Computer 10 selektiv ein- und auszuschalten, und erzeugt verschiedene Ereignisse, die je nach Stromzuständen und Status des Computers auftreten. Der Computer 10 hat vier Stromzustände, normaler Strom, inaktiver Strom, Ruhestrom und kein Strom. Die Betätigung des Schalters 84 ist Teil der Stromspareinrichtung im Computer 10, um die batteriebetriebene Betriebszeit von Computer 10 zu erhöhen. Diese Einrichtung arbeitet so, daß Taktfolgen geändert und das gesamte System in einen Ruhezustand gesetzt werden können, um Strom zu sparen, und verschiedene Bereiche der Logik- und E/A-Geräte ausgeschaltet werden können, wenn sie nicht verwendet werden.
Der Serviceprozessor 24 umfaßt einen ROM 88 zum Speichern des Mikrocodes 90 sowie einen RAM 92 zum Speichern der Variablen 94, einschließlich der Batteriestandmesservariablen (BSV) 93, die erzeugt und verwendet werden, während die Mikrocode- Routinen von Prozessor 24 ausgeführt werden. Mit dem Prozessor 24 sind ebenfalls die Potentiometer oder Pots 96 und die Schalter 97 verbunden, um Helligkeit und Kontrast der LCD 16 unter Steuerung der vom Benutzer betätigten Kontrast- und Helligkeitsschalter 97 zu steuern.
Der SP 24 steuert die Tastatur 20, das Digitalisiertablett 14, die Systemknöpfe, die aus dem Schalter 84 und den Potentiometern 96 bestehen, und das Stromsubsystem 72. Der SP 24 ist über den Bus 60 über eine Standard-Tastatursteuerungsschnittstelle, die geändert wurde, um das Digitalisiertablett und das Stromsubsystem, nicht jedoch eine Maus zu unterstützen, an den Host-Prozessor angeschlossen. Der SP 24 ist über eine Standard- Tastaturschnittstelle mit der Tastatur 20, über eine unterbrechungsgesteuerte serielle Schnittstelle mit dem Digitalisiertablett 16 und über eine abgefragte serielle Schnittstelle, die der Tastaturschnittstelle ähnelt, mit dem Stromsubsystem 72 verbunden. Der Hauptprozessor 22 überträgt dem SP 24 einen Großteil der E/A-intensiven Verarbeitung, die zur Verwaltung der Tastatur-, Digitalisiertablett- und der Stromsubsystem-Schnittstellen benötigt wird. Der SP 24 unterstützt den Host-Prozessor auch bei der Stromverwaltung und überwacht das System, während der Hauptprozessor inaktiv ist.
In Fig. 2 sind die Routinen des Serviceprozessors, die vom Mikrocode 90 definiert werden, und die dazugehörige Hardware, die die Hauptlogik des Batteriestandmessers implementiert, dargestellt. Die Routinen sind in Kästen mit einheitlicher Linienbreite und die Hardware in Kästen mit schattierten Linien dargestellt. Die Routinen umfassen eine Einleitungs- und Diagnoseroutine 100, eine Befehlsinterpretations- und Weiterleitungsroutine 102, ein UART-Unterbrechungssteuerungsprogramm (UART- INT) 104 und eine Hauptschleifenroutine 106. Im folgenden wird die allgemeine Funktionsweise der verschiedenen Routinen beschrieben. Die Einleitungs- und Diagnoseroutine 100 wird durchgeführt, wenn der Computer zu Beginn aus einem Kein-Strom-Zustand eingeschaltet wird. Die Routine initialisiert verschiedene Komponenten und führt eine Diagnose beim Einschalten durch. Nach der erfolgreichen Beendigung dieses Vorgangs erreicht der DTC 10 seinen normalen Stromzustand, in dem alle Operationen vorgenommen werden können. Die Routine 102 empfängt, interpretiert und führt Host-Befehle durch, verarbeitet Host-Befehle, die zur Tastatur gesendet werden müssen, und übermittelt oder leitet Daten zwischen dem SP und dem Host weiter. Bei diesen Daten handelt es sich um Digitalisiertablettdaten vom HPUFFER 112, Konfigurationsdaten vom Konfigurationsregister 113 und Tastatur- und Stromzustandsdaten von den Registern 122 und 126.
Die UART-INT-Routine 104 empfängt Informationen (X/Y-Koordinaten oder Befehlsantworten) von der Digitalisiertablettsteuerung 26 und speichert diese im UPUFFER 114 für die spätere Verarbeitung durch eine Digitalisiertablettdatenverarbeitungsroutine 116 in der Hauptschleife 106. Die Hauptschleifenroutine 106 führt Hintergrundverarbeitungen durch und durchläuft eine Reihe von Routinen 116, 118, 120, 124 und 128. Die Routine 116 formatiert und filtert die Digitalisiertablettkoordinaten und setzt die Ergebnisse in den HPUFFER 112 für die Weiterleitung an den Host-Computer. Die Routine 118 gibt auf der Grundlage des Zustands des Digitalisiertabletts und Befehlen vom Host verschiedene Digitalisiertablettbefehle aus. Die Routine 128 führt jede Zustandsübergangsverarbeitung durch, die benötigt wird, um zwischen den Zuständen umzuschalten, wenn der inaktive Modus beginnt oder endet. Die Routine 120 ist eine Tastaturabfrageschleife, die einen Tastaturschnittstellentakt (nicht abgebildet) überwacht und Tastaturdaten, einschließlich Abtastcodes und Befehlsantwortdaten, empfängt. Schließlich ist die Routine 124 eine Stromabfrageschleife, die einen Stromschnittstellentakt (nicht abgebildet) überwacht und Stromsubsystemdaten über eine serielle Verbindung empfängt, wobei die Daten, die Strompakete enthalten, an späterer Stelle noch eingehender beschrieben werden. Die Routine 124 wird ca. alle viertel Sekunde ausgeführt und überträgt oder taktet Daten mit einem von der SSM 28 erzeugten Stromtakt ein. Die Routine 124 ist auch ein Teil des Batteriestandmessers, der die verbleibende Energie in der Batterie 74 und die verbleibende Zeit anzeigt, bis die Batterieladung erschöpft ist. Weitere Einzelheiten des Betriebs des Batteriestandmessers werden unten beschrieben.
Der SP 24 speichert die folgenden Variablen und Flags im RAM 92. Sämtliche Zeiteinheiten betragen 2 Sekunden. Ein Wert 5 für eine Zeitvariable bedeutet somit 10 Sekunden. Ladeeinheiten (Energieeinheiten) betragen 2 Wattsekunden, sofern nicht anders angegeben. Ein Wert 5 für eine Ladevariable bedeutet somit 10 Wattsekunden.
"v_avg": Dies ist die Batteriespannung, deren durchschnittlicher Wert über 10 Sekunden ermittelt wird. Sie stellt die durchschnittliche Batteriespannung in den letzten 10 Sekunden dar. Ihre Einheiten betragen 0,117 V. Ein Wert 145 bedeutet somit 17 V. Diese Einheit entspricht der Auflösung zum Messen der Batteriespannung.
"same_v_T" oder "svt": Dieser Zähler zählt die Zeit, in der die Batteriespannung auf demselben Wert bleibt. Der Zähler wird alle 2 Sekunden inkrementiert. Er wird auf null initialisiert, wenn sich v_avg ändert. Er dient dazu, die Geschwindigkeit des Abfalls der Batteriespannung zu messen und die verbleibende Zeit zu berechnen, wenn die Entladekurve den Kniebereich erreicht. Aus Sicht des SP erscheint die Spannung-zu-Zeitentladekurve im wesentlichen als eine nach unten gehende Treppe, und svt mißt die Breite der Stufen, was der Zeit entspricht, in der die Spannung auf derselben Stufe oder demselben Spannungspegel bleibt. Die aktuelle Änderungsfolge der Batteriespannung beträgt (0,117) x2/svt V/s (x2, weil svt in Einheiten von 2 Sekunden eingeteilt ist).
"old_svt": Zeit in der vorangegangen selben Spannungsstufe. Die Einheiten sind 2 Sekunden. Sie dient dazu, die Änderung der Spannungsabfallgeschwindigkeit zu berechnen (zweite Ableitung der Spannung in bezug auf die Zeit). Die Änderung der Spannungsabfallgeschwindigkeit zusammen mit der aktuellen Geschwindigkeit (svt) dient zur Berechnung der verbleibenden Zeit in der Batterie, sobald das Knie der Batterieentladekurve erreicht ist. Die Änderung der Geschwindigkeit wird durch R = svt/old_svt dargestellt. Es handelt sich um den Teil der Zeit, in der die Spannung auf dem gegenwärtigen Pegel bleibt, in bezug auf den Teil der Zeit, in der sie auf dem vorherigen Pegel war. Die verbleibende Zeit TR ist die Summe der Reihen [(svt*R**1) + (svt*R**2) + ... + (svt*R**n)], wobei ** die Potenzierung bezeichnet, und n die Anzahl der Spannungsschritte zwischen der aktuellen Spannung Cv und der Batteriewarnspannung Wv ist. (Siehe Fig. 3).
"min_svt_load": Mindestladung während des aktuellen svt- Schrittes.
"max_svt_load": Höchstladung während des aktuellen svt- Schrittes.
"max_svt": Aktuelle, maximale, selbe Spannungszeit. Es handelt sich um die Messung der Steigung der Entladekurve am Wendepunkt. Es zeigt den ursprünglichen Ladestand der Batterie an. Wenn max svt unter 65 ist, gibt der SP 24 einen Alarm wegen niedrigem Batteriestand aus, nachdem er die von der SSM ausgegebene Batteriewarnung erfaßt hat (SS-Batteriewarnung).
"knee_done"-Flag: Wird auf 1 eingestellt, wenn eine "Kurvenknie"-Korrektur mindesten einmal vorgenommen wurde.
"l_avg": Batterieladung, deren durchschnittlicher Wert über 10 Sekunden hinweg ermittelt wurde. Es stellt den Durchschnitt über die vorangegangenen 10 Sekunden dar. Die Einheiten sind 0,148 W. Ein Wert 80 stellt somit eine Ladung von 11,8 W dar.
"wc": Warnladung. Es handelt sich um die Ladung, die noch in der Batterie ist, wenn die erste Batteriewarnung vom Stromsubsystem ausgegeben wird. Die Einheiten sind Wattminuten.
"save_charge": Die vom Host benötigte Ladung zur Speicherung des Systemzustands. Die Einheiten sind Wattminuten. Dieser Wert legt fest, wann der SP eine Warnung an den Host ausgibt, nachdem eine SS-Batteriewarnung eingegangen ist. Der SP verzögert die Ausgabe der Host-Warnung, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern.
"pf_time": Stromfluktuationszeitgeber. Sein Wert ist 0, wenn die letzte Stromfluktuation nicht vor kurzem stattgefunden hat. Sobald der SP eine beachtliche (mehr als 6% bei l_avg) Stromfluktuation feststellt, initialisiert er diesen Zähler auf 1 Minute und zählt rückwärts. Während dieser Zähler nicht auf null ist, werden keine "Kurvenknie"-Schätzungen der verbleibenden Zeit vorgenommen, da sie von den Spannungspegeln abhängen und die Stromfluktuationen die Geschwindigkeit des Abfalls der Batteriespannung unterbrechen.
"fc1": Prozentsatz der nominellen vollen Ladung in einer vollen Batterie. Die Standardeinstellung ist 94%. Die nominelle volle Ladung beträgt 38880 2-Wattsekunden (dies entspricht 21,6 Wattstunden).
"fc2": Prozentsatz der nominellen vollen Ladung einer optionalen halben Batterie. Die Standardeinstellung beträgt 45%.
"cc": Verbrauchte, nicht angepaßte Ladung. Zur Anpassung wird mit "cf" multipliziert und durch 100 geteilt. Die Einheiten sind 2 Wattsekunden.
"ac": Zugeführte Ladung. Die Einheiten sind 2 Wattsekunden.
"cf": Faktor der verbrauchten Ladung. Wird auf 100 initialisiert und bleibt auf 100, sofern nicht vom Host geändert. Der Host kann diesen Ladefaktor zusammen mit fc1 und fc2 ändern, um die Operation des Batteriestandmessers 93 für ältere Batterien oder für neue Hoch- oder Niedrigkapazitätsbatterien anzupassen.
Die Variablen "fc1", "ac" und "cc" sind die Hauptbatteriestandmesservariablen 93, anhand der die in der Batterie verbleibende Ladung jederzeit als (fc1 · 38880 + ac - cc) berechnet werden kann. Der Prozentsatz der verbleibenden Ladung kann als (verbleibende Ladung · 100/nominelle Ladung) berechnet werden, wobei die nominelle Ladung 38880 beträgt.
Der Host-Prozessor 22 verwendet eine Reihe von Befehlen zum Lesen der Batteriestandinformationen vom Serviceprozessor, um sie dem Benutzer anzuzeigen und die Batteriestandparameter 53 in den System-NVRAM zu speichern und von dort wieder zu holen.
Es folgt eine Beschreibung dieser Befehle. Nur einige Parameter dieser Befehle werden für die Operation des Batteriestandmessers verwendet.
xB000 Stromzustand lesen
"power_state" ist eine Variable, in der der SP den Grund für eine PCUINT- oder LOWBATT-Unterbrechung sowie ein Flag speichert, das dem System mitteilt, ob die Batterie vorhanden ist. Wenn der SP diesen Befehl empfängt, sendet er power-state zum Host (Port x60) zurück, so daß der Host den Grund für ein LOWBATT- oder PCU-Unterbrechungsereignis ermitteln kann. Die Informationen in power_state sind nur nach einem PCUINT relevant, eine Ausnahme ist das Bit "Keine Batterie".
Im power_state-Byte kann wie folgt mehr als ein Zustand gespeichert sein:
Bits 0-1 Batteriezustand
00 - Batterie normal oder externe Quelle ist angeschlossen.
10 - Batteriestandwarnung. (Bit 0 = 0, Bit 1 = 1). Bevor dieser Wert eingestellt wird, ermittelt der SP das LOWBATT-Signal, das eine Host-Unterbrechung verursacht. Der Host kann den Grund für die Unterbrechung durch die Ausgabe von xB000 ermitteln. Der SP sorgt dafür, daß der Lautsprecher während der Ermittlung von LOWBATT in gleichmäßigen Abständen einen Signalton sendet, bis der Host FULLPDN ermittelt hat, wonach der SP in den inaktiven Zustand geht. Bevor der SP in den inaktiven Zustand geht, verarbeitet er Tastaturdaten, Digitalisiertablettdaten und Host-Befehle normal weiter.
Nach einer Batteriestandwarnung ignoriert das System normalerweise eine Benutzereingabe, speichert die Daten des Benutzers unverzüglich in die Festkörperdatei (SSF) und geht in den Ruhezustand des Systems (FULLPDN ist aktiv). Der regelmäßige Signalton des SP ist ein Signal für den Benutzer, daß die automatische Datenspeicherung stattfindet und er nicht versuchen sollte, die Batterie zu entfernen (z. B. um sie durch eine voll aufgeladene Ersatzbatterie zu ersetzen). Der Benutzer kann eine externe Quelle anschließen, wonach der SP den Signalton unterbricht. Durch Drücken des Ein-/Aus-Schalters hört der Signalton ebenfalls auf und das System wird ausgeschaltet (mit Ausnahme der Strom-LED), doch das System fährt fort, die Daten des Benutzers im Hintergrund in die SSF zu speichern. Nachdem das System FULLPDN aktiviert hat, beendet der SP den Signalton und geht in seinen Ruhezustand.
01 - Batterie nicht OK oder tot. (Bit 0 = 1, Bit 1 = 0). Dieser Wert wird vom SP eingestellt, wenn er eine tote Batterie feststellt. Es ist ein Signal an das System, daß möglicherweise keine Zeit bleibt, um die Benutzerdaten zu speichern. Der SP sendet in regelmäßigen Abständen wie bei niedrigem Batteriestand einen Signalton über den Lautsprecher aus. Wenn nicht innerhalb einiger Sekunden eine externe Quelle angeschlossen wird, geht der Maschinenzustand des Systems verloren.
Der SP meldet in drei Fällen "Tote Batterie":
1. Beim Einschalten, wenn der Test des SP auf tote Batterie ergibt, daß die Batterie demnächst tot ist.
2. Während des normalen Betriebs, wenn das Stromsubsystem "Batterie nicht ok" meldet.
3. Während des normalen Betriebs, wenn der Benutzer die externe Quelle abtrennt und der SP feststellt, daß die Batterie unmittelbar vor dem Ende steht. Der SP behandelt das Abtrennen einer externen Quelle wie das Einschalten mit anschließendem Test auf tote Batterie.
In allen Fällen ermittelt der SP LOWBATT, das eine Systemunterbrechung verursacht.
11 - Test auf tote Batterie. Der SP stellt diesen Wert ein, wenn er einen Test auf tote Batterie durchführt. Dies geschieht beim Einschalten und unmittelbar nach der Abtrennung einer externen Stromquelle. Die Standardbatterietestzeit beträgt 20 Sekunden.
Die übrigen Bits 2-7 können für andere Zwecke, die nicht im Zusammenhang mit der Erfindung stehen, verwendet werden und werden zur Vereinfachung der Sachlage weggelassen.
xB00A % der verbleibenden Batterieladung lesen.
Als Reaktion auf diesen Befehl berechnet der SP 24 die verbleibende oder übrige Batterieladung laut der oben beschriebenen Kalkulation. Der SP 24 sendet dann ein Byte mit dem % der verbleibenden Batterieenergie an den Host-Prozessor 22. Ein Wert xFF bedeutet, daß der SP gerade die Batterieladung von der Batteriespannung einer neu eingesteckten Batterie schätzt. Nachdem die externe Quelle entfernt wurde, dauert es ca. 20 Sekunden (genau wie beim Test auf tote Batterie), um eine erste Schätzung der Batterieladung einer neu eingesteckten Batterie zu erhalten.
Der SP speichert die BSV 93, um die verbleibende Batterieenergie mitzuverfolgen. Der SP fragt das Stromsubsystem (SS) regelmäßig ab und verfolgt den Energieverbrauch des Systems sowie die Energiezufuhr zur Batterie von einer externen Quelle mit. Ferner verfolgt er das Entfernen und Einstecken einer Batterie mit und verwendet den System-NVRAM, um die SS-Parameter BSP 53 zu speichern. Die SS-Parameter stellen den Zustand der Batterie dar, wenn das System ausgeschaltet wird. Dazu gehört die der Batterie vom integrierten Ladegerät zugeführte Ladung, die vom System verbrauchte Ladung usw.
Beim Einschalten muß der Systemeinschaltcode die SS-Parameter an den SP weitergeben, so daß der SP den Batteriestandmesser beibehalten kann. Die Befehle xBB40 bis xBB5F werden vom System dazu verwendet, die SS-Parameter bei der Abschaltung des Systems im NVRAM zu lesen und zu speichern. Die Befehle xBB60 bis xBB7F werden vom System dazu verwendet, die SS-Parameter beim Einschalten des Systems an den SP zu senden, um sie im RAM 92 als Teil der BSV 93 zu speichern (Fig. 1).
Wenn das System die SS-Parameter beim Einschalten nicht weitergibt, oder wenn eine neue Batterie eingesteckt wird, versucht der SP, den Ladezustand der Batterie zu raten, indem er die Batteriespannung liest. Dieses Verfahren führt zu keiner zuverlässigen Schätzung der Ladung, da die Batterieentladekurve (Spannung zu Zeit) über einen großen Zeitintervall hinweg recht flach ist. Hinzu kommt, daß der Spannungspegel von gleich aufgeladenen Batterien von Batterie zu Batterie variiert. Der Benutzer muß die externe Quelle abtrennen, bevor der Batteriestandmesser einer neu ausgetauschten Batterie gelesen wird, und muß rund 20 Sekunden warten, bis der Test auf tote Batterie abgeschlossen ist.
Wenn der SP die Batterieladung von der Batteriespannung raten muß, legt er seine Schätzung in Richtung einer voll aufgeladenen Batterie fest. Sofern der Benutzer jedoch nicht eine voll aufgeladene Batterie einsteckt, ist die Ablesung des Batterie standmessers zu hoch, bis die Entladekurve das Knie erreicht, woraufhin der SP auf einen anderen Algorithmus schaltet, der die Spannungsabfallgeschwindigkeit zur Schätzung der verbleibenden Ladung verwendet. Um dies zu vermeiden, sollte der Benutzer eine neue Batterie mit unbestimmtem Ladestatus mit Hilfe des eingebauten Ladegeräts oder einem externen Ladegerät voll aufladen.
Wenn der Benutzer ein eingebautes Ladegerät zum Aufladen einer neu eingesteckten Batterie verwendet, die entladen oder teilweise entladen ist, und die externe Quelle entfernt, bevor die Batterie voll aufgeladen ist, zeigt der Batteriestand "volle Ladung" an.
Wenn der Benutzer voll aufgeladene Vollzellbatterien und/oder voll aufgeladene Vollzellbatterien mit eingebautem Ladegerät und einer externen Stromquelle einsteckt, kann man davon ausgehen, daß der Batteriestandmesser im Schnitt auf 1% bis 10% der vollen Ladung genau ist. Die meisten Ungenauigkeiten sind erwartungsgemäß auf Batterievariationen zurückzuführen, zum Beispiel das Batteriealter.
Neue NiKad-Batterien müssen 2- bis 3mal volle Auflade- und Entladezyklen durchlaufen, bevor das integrierte Stromsubsystem- Ladegerät sie auf die angegebene Kapazität aufladen kann (21,6 Wattstunden für eine Vollzellbatterie). Da der SP nicht wissen kann, ob eine Batterie alt oder neu ist, sind die Ablesungen des Batteriestandmessers während der ersten Auflade- /Entladezyklen nicht sehr genau.
xB00B Verbleibende Batterieladezeit lesen.
Als Reaktion auf den Empfang dieses Befehls berechnet der SP 24 die verbleibende Zeit, bis eine Batteriewarnunterbrechung unter der Annahme auftritt, daß die künftigen Operationen auf dem ge genwärtigen Strompegel durchgeführt werden. Der SP 24 sendet dann zwei Bytes, die die Anzahl der Sekunden der auf dem gegenwärtigen Strompegel bleibenden Operation darstellen. Das niedrigwertige Byte wird zuerst zurückgesendet, gefolgt vom höherwertigen Byte. Die Auflösung beträgt zwei Sekunden.
Ein Wert xFFFF bedeutet, daß der SP gerade den Ladestand der Batterie von der Batteriespannung einer neu eingesteckten Batterie schätzt, und keine Schätzung der verbleibenden Zeit steht zur Verfügung.
Die verbleibende Zeit hängt vom aktuellen Stromverbrauch des Systems ab, der vom Ladeerfassungsschaltkreis des Stromsubsystems gemessen wird. Wenn das Hintergrundlicht zum Beispiel an ist und das System während der Berechnung des Batteriestandmessers in die Festkörperdatei schreibt, ist die verbleibende Zeit wesentlich kürzer, wie wenn das Hintergrundlicht aus ist und kein Schreiben in die SSF stattfindet. Aufgrund von Rauschen und Quantizierungsfehlern im Ladeerfassungsschaltkreis kann das Ablesen um bis zu 1 Minute (+/- 30 Sekunden) für dieselbe Systemladung variieren.
Wenn eine externe Quelle vorhanden ist, die die Batterie auflädt, enthält der dem SP zur Verfügung stehende Ladewert die Ladung, die zum Aufladen der Batterie benutzt wird. Die "verbleibende Zeit" ist daher wesentlich kürzer wie wenn die externe Quelle entfernt wird. Um eine genaue Zeitablesung zu erhalten, muß der Benutzer die externe Quelle zuerst abtrennen und ein paar Sekunden warten. Das Ablesen der aufgeladenen % ist jedoch genau (allerdings auch hier unter der Voraussetzung, daß der Benutzer anfänglich voll aufgeladene Batterien verwendet).
XBB40-XBBSF SS-Parameterbytes x00 bis x1F lesen.
Der SP sendet das angeforderte Stromsubsystem-Parameterbyte zurück: x40 entspricht dem Parameterbyte 0, x41 dem Byte 1, usw. Der SP benutzte diese Bytes, um die Erfassung der toten Batterie, Übertemperatur und den Batteriestandmesser zu implementieren. Der SP verwendet interne Standardeinstellungen, wenn das System die Parameter beim Einschalten nicht weitervermittelt. Interne Standardeinstellungen können jedoch zu einem ungenauen Betrieb des Batteriestandmessers führen. Der Systemprozessor speichert zwei Arten von SS-Parametern: konstante und variable. Konstante Parameter sind x00 bis xOF. Variable Parameter sind x10 bis x1F.
Konstante SS-Parameter werden vom SP nicht verändert. Ihr Wert wird vom System festgelegt. Das System muß konstante Parameter normalerweise nur beim Einschalten schreiben. Das System muß diese Parameter beim Einschalten unmittelbar nach dem Selbsttestbefehl (xAA) zum SP weiterleiten. Konstante Parameter sind beispielsweise die Parameter für die Batteriewarngrenze bei hoher Temperatur, Test auf tote Batterie, die Energiekapazität der Batterie usw. Der SP verfügt über interne Standardeinstellungen für alle diese Parameter und verwendet diese Standardeinstellungen auch, wenn das System diese Parameter beim Einschalten nicht an den SP weiterleitet, oder wenn die weitergeleiteten Werte null sind. Dadurch daß das System diese Parameter ändern kann, ist Flexibilität gewährleistet. So kann zum Beispiel eine neue Batterie mit höherer Kapazität eingesetzt werden, ohne daß der SP-Mikrocode aktualisiert werden muß.
Variable SS-Parameter sind Parameter oder Variablen, deren Wert vom SP während seines Betriebs geändert werden kann. Das System liest die variablen Parameter normalerweise beim Ausschalten vom SP und schreibt sie beim Einschalten in den SP. Sie müssen im System-NVRAM gespeichert und beim Einschalten unmittelbar nach dem Selbsttestbefehl (xAA) weitergegeben werden. Das System muß diese Variablen unmittelbar vor dem Ausschalten lesen und in den NVRAM speichern. Beispiele für variable SS- Parameter sind verbrauchte Ladung, zugeführte Ladung, Batteriewarnspannung, usw. Einige Parameter, so die Batteriewarnspannung, sind Parameter, für die der SP interne Standardeinstellungen hat, so daß der SP arbeiten kann, auch wenn das System sie beim Einschalten nicht an den SP weiterleitet; der SP kann diese Parameter während seines Betriebs ändern, um ein besseres Bild der aktuelle Maschinenhardware zu vermitteln; der nominelle (Standard-) Wert der Batteriewarnspannung kann zum Beispiel von Maschine zu Maschine variieren; der SP kann dies feststellen und die tatsächliche Batteriewarnspannung für eine bestimmte Maschine festlegen. Andere Parameter, zum Beispiel die verbrauchte Ladung, sind Variablen, und sofern das System sie beim Einschalten nicht an den SP weitergibt und beim Abschalten speichert, funktionieren einige SP-Operationen, wie der Betrieb des Batteriestandmessers nicht richtig.
Die unten aufgeführten Standardwerte sind dezimal, sofern ihnen kein "x" vorangeht. Die konstanten SS-Parameterbytes sind:
x00 - A/D-Wert der Warngrenze bei hoher Umgebungstemperatur. Die Standardeinstellung ist 23 und entspricht 60 Grad C.
x01 - A/D-Wert der Warngrenze bei hoher Batterietemperatur. Die Standardeinstellung ist 34 und entspricht 42 Grad C.
x02 - Zeit des Tests auf tote Batterie in Einheiten von 250 ms. Die Standardeinstellung ist 80 und entspricht rund 20 Sekunden.
x03 - Optionsflag. Der Host kann damit verschiedene Optionen für den Betrieb des Batteriestandmessers ein stellen.
Bits 0-3 Reserviert.
Bit 4 Halbe Zelle. Wenn 1 eingestellt ist, soll der SP davon ausgehen, daß es sich bei der Batterie um eine Halbzellenbatterie handelt. Die Standardeinstellung ist 0 (Vollzellenbatterien).
Bit 5 Reserviert.
Bit 6 Kniecode aktivieren. Wenn 1 eingestellt ist, wird der SP-Code aktiviert, der das Knie der Entladekurve erfaßt und die Änderungsgeschwindigkeit des Spannungsabfalls dazu verwendet, um die Zeit der Batterieentleerung zu bestimmen. Die Standardeinstellung ist 1.
Bit 7 Spannungstabelle. Mit der Einstellung 0 werden die Spannungstabellen verwendet, die auf der Basis voll aufgeladener Batterien bewertet werden. Mit der Einstellung 1 werden die Tabellen verwendet, die auf der Basis teilweise aufgeladener Batterien bewertet werden. Die Standardeinstellung ist 0.
Ausgehend vom oben Gesagten ist die Standardeinstellung dieses Bytes 2.
x04 - Erste Spannungsgrenze. Wenn die Batteriespannung während des Tests auf tote Batterie unter diese Grenze abfällt, wird die Batterie unbedingt als tot erklärt. Die Standardeinstellung ist 147.
x05 - Warnladung. Es handelt sich um die in der Batterie noch vorhandene Ladung, wenn die SS-Batteriewarnung in Einheiten von Wattminuten festgehalten wird. Die Standardeinstellung ist 50.
x06 - Speicherladung. Es handelt sich um die Ladung, die der Host benötigt, um den Systemzustand vor dem Ausschalten in Einheiten von Wattminuten zu speichern. Der Systemzustand muß gespeichert werden, so daß das System beim Einschalten dort weitermacht, wo es beim Ausschalten aufgehört hat. Die Standardeinstellung ist 28.
x07 - reserviert.
x08 - Faktor der vollen Batterie. % des nominellen vollen Ladestands der Batterie aus Sicht des Benutzers von voller Batterie bis zu Batteriewarnung. Die Standardeinstellung ist 94.
x09 - Faktor der halben Batterie. % des nominellen vollen Ladestands der Batterie aus Sicht des Benutzers von voller Batterie bis zu Batteriewarnung. Die Standardeinstellung ist 45.
x0A-x0F reserviert.
Die variablen SS-Parameterbytes sind:
x10 - Niedrigwertige verbrauchte Ladung. Es handelt sich um das niedrigwertige Byte der verbrauchten Ladung in Einheiten von zwei Wattsekunden. Die verbrauchte Ladung ist die kumulative Batterieenergie, die vom System verbraucht wird. Die Standardeinstellung ist 0.
x11 - Höherwertige verbrauchte Ladung. Es handelt sich um das höherwertige Byte der verbrauchten Ladung in Einheiten von zwei Wattsekunden. Die Standardeinstellung ist 0.
x12 - Niedrigwertige zugeführte Ladung. Es handelt sich um das niedrigwertige Byte der zugeführten Ladung in Einheiten von zwei Wattsekunden. Die zugeführte Ladung ist die kumulative Energie, der der Batterie zugeführt wird, wenn eine externe Quelle angeschlossen ist. Die Standardeinstellung ist 0.
x13 - Höherwertige zugeführte Ladung. Es handelt sich um das höherwertige Byte der zugeführten Ladung in Einheiten von zwei Wattsekunden. Die Standardeinstellung ist 0.
x14 - Spannungswarnung. Der A/D-Wert, der die Batteriespannung zu dem Zeitpunkt darstellt, an dem das Stromsubsystem eine Batteriestandwarnung wie vom SP erfaßt erzeugt. Die Standardeinstellung ist 146.
x15 - Prozentschätzung. Die erste Prozentschätzung dieser Batterie. Die Standardeinstellung ist 0.
x16 - Niedrigwertige verbrauchte Nettoladung. Das niedrigwertige Byte der verbrauchten Nettoladung. Die Standardeinstellung ist 0.
x17 - Höherwertige verbrauchte Nettoladung. Das höherwertige Byte der verbrauchten Nettoladung. Die Standardeinstellung ist 0.
x18 - Faktor der verbrauchten Ladung. %-Faktor zur Anpassung der verbrauchten Ladung. Die Standardeinstellung ist 100.
x19 - SS-Flags. Es handelt sich um ein Byte von Flags mit folgender Bedeutung:
Bits 0-6 - Reserviert, vom SP verwendet. Die Standardeinstellungen sind 0.
Bit 7 - NVRAM initialisiert. Wenn der Host dieses Bit einstellt, bedeutet dies, daß die variablen SS-Parameter auf ihre Standardeinstellungen initialisiert wurden. Das System muß dieses Bit einstellen, wenn die variablen SS- Parameter, die es beim Einschalten in den SP schreibt, nicht gleich sind wie die Parameter, die das System gelesen und während der letzten Abschaltung im NVRAM gespeichert hat; dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn die Ersatzbatterie des System-CMOS entfernt wird. In diesem Fall muß der Host die Standardwerte für die SS- Parameter übermitteln. Nachdem der Host dieses Bit zum SP gesendet hat, löscht es der SP, so daß es beim nächsten Mal, wenn es der Host liest und speichert, auf null eingestellt ist.
Dies ist die einzige Änderung an den variablen SS-Parametern, die der Host vornimmt.
x1A - Niedrigwertige Selbstentlade-Ladung. Niedrigwertiges Byte der Batterieselbstentlade-Ladung. Der Host muß diesen Parameter berechnen, indem er die Anzahl der seit der letzten Abschaltung verstrichenen Stunden mit 17 multipliziert. Beim Abschalten meldet der SP null zurück, wenn der Host ihn liest. Die Abschaltstunden werden von einem nicht-flüchtigen Systemzeitgeber festgestellt.
x1B - Höherwertige Selbstentlade-Ladung. Höherwertiges Byte der Batterieselbstentlade-Ladung.
x1C - x1F reserviert.
Der Parameter 0 wird von XBB40, 1 von xBB41 usw. gelesen. Der Host kann die Parameter in beliebiger Reihenfolge lesen. Er muß die Parameter jedoch in einer Folge von niedrig zu hoch schreiben (siehe unten). Für die reservierten Parameter sendet der SP null zurück.
xBB60PP-xBB7FPP SS-Parameter x00 bis x1F schreiben.
PP ist ein Byte, das den Wert des entsprechenden Parameters darstellt. Der SP speichert diesen Wert intern und verwendet ihn für den Test auf tote Batterie, die Steuerung bei zu hoher Temperatur oder den Algorithmen des Batteriestandmessers. Der SP verwendet interne Standardeinstellungen, wenn das System keinen bestimmten Parameter beim Einschalten oder 0 übermittelt. Siehe XBB40 bis XBBSF für die Parameterdefinitionen.
Der Host muß diese Befehle unmittelbar nach dem Selbsttestbefehl (XAA) innerhalb von 2 Sekunden der Systemeinschaltung senden. Die Befehle müssen wie folgt sequentiert sein XBB60PP, xBB61P, ..., xBB79PP. Der Host kann die reservierten Parameter entweder überspringen oder einen beliebigen Wert für sie senden; der SP ignoriert die Werte für die reservierten Parameter. Der Empfang des Befehls xBB7BPP ist ein Signal für den SP, daß er mit den Stromsubsystem-Operationen beginnen kann, da alle notwendigen Parameter empfangen wurden. Dies ist notwendig, da diese Parameter für die richtige Initialisierung und Steuerung des Stromsubsystems ausschlaggebend sind. Wenn der Host diese Befehle nicht unmittelbar nach XAA sendet, kann es passieren, daß der Batteriestandmesser nicht richtig funktioniert.

FUNKTIONSWEISE DES BATTERIESTANDMESSERS

Die Funktionen des Batteriestandmessers sind über den DTC 10 verteilt. Der Messer ist im wesentlichen im SP 24 unter starker Beteiligung der SSM 28 und geringer Beteiligung des Host-Prozessors 22 implementiert. Nachdem das System mit Strom versorgt wird, sendet der Host-Prozessor dem SP die zum Betrieb des Batteriestandmessers notwendigen Parameter (BSP 53). Diese Parameter enthalten die Nettoladung (Energiegehalt) der Batterie, wie sie im NVRAM 40 während der letzten Abschaltung des Systems gespeichert wurde. Einer der Parameter ist die Selbstentlade-Ladung, die im Host-Prozessor durch die Multiplikation der Anzahl der abgeschalteten Stunden mit der Selbstentladegeschwindigkeit der Batterie pro Stunde berechnet wird. Der SP 24 berechnet mit Hilfe dieser Parameter den aktuellen Zustand des Ladestands der Batterie (vorausgesetzt, daß sich während der Zeit, in der die Maschine ausgeschaltet war, keine Änderung bei der Batterie ergeben hat). Die SSM 28 kann feststellen, ob sich die Batterie geändert hat, während das System abgeschaltet war, und benachrichtigt den SP entsprechend. Der SP 24 beginnt dann die SSM 28 abzufragen und erhält von der SSM in regelmäßigen Abständen (jede viertel Sekunde) Berichte über die Spannung und Ladung.
Fig. 3 zeigt die allgemeine Form einer NiKad-Entladekurve, die die durchschnittliche Spannung "v_vg" zur Entladezeit aufzeichnet. "Cv" stellt die aktuelle Spannung dar, d. h. der neueste Pegel, der bei Zeit t1 gemessen wurde. In dem vergrößerten Abschnitt ist die Spannungskurve eine Reihe von Schritten variierender Zeit, die in bezug auf einen Spannungsrückgang einer festgelegten Größe aufgezeichnet wird, was dem Meßintervall oder der Auflösung von v_avg entspricht. "old_svt" ist die Zeit zwischen t4 und t3, während der die Spannung konstant war. "svt" ist das Zeitintervall im Schritt unmittelbar nach old_svt, wenn die Spannung ebenfalls konstant ist oder zwischen t5 und t4 auf demselben Wert bleibt. Das "Knie" der Kurve fängt an, wenn die Spannung relativ schnell abzufallen beginnt, bevor die Batterie vollständig leer ist, und beginnt grob im Bereich zwischen den Zeiten t1 und t2. Beim Knie führt die zweite Ableitung der Kurve zu einem Wendepunkt, der einen genauen Punkt zum Schätzen oder Festlegen der verbleibenden Zeit zwischen diesem Punkt und dem Erreichen der Warnspannung und dem Abschalten des Computers ergibt.
Wie oben bereits erwähnt, fragt der SP 24 das SS 72 als Teil der Routine 124 (Fig. 2) regelmäßig ab und führt die in den nun behandelten Fig. 4A und 4B gezeigten Operationen durch. Der SP 24 fragt das Stromsubsystem (SS) 72 in Schritt 140 ab, woraufhin der SP 24 vom SS 72 in Schritt 142 SS-Daten oder - Informationen in Form eines Datenpakets empfängt. Die Abfrage erfolgt ca. alle 250 Millisekunden. Jedes Datenpaket hat eine Länge von acht Bytes. Als Reaktion auf die erste Abfrage nach der Einschaltung des Systems enthält das Datenpaket folgende Informationen:
"Batterie geändert, während die Maschine ausgeschaltet war". Die SSM 28 arbeitet normal, während die Maschine ausgeschaltet ist, sofern eine externe Quelle vorhanden ist. Während die Maschine ausgeschaltet ist, kann die Batterie aufgeladen werden. Wenn die SSM feststellt, daß die Batterie entfernt wurde, speichert sie dieses Ereignis und teilt es dem SP bei der ersten Gelegenheit mit (d. h. beim nächsten Einschalten). Wenn keine externe Quelle, jedoch die Batterie vorhanden ist, geht die SSM in einen "Haltezustand". In diesem Zustand wird der Inhalt eines RAM in der SSM gespeichert und ein spezieller "Signatur"- Bereich im RAM wird mit einem bestimmten Muster eingerichtet, das intakt bleibt, solange die Batterie eingeschaltet ist. Wenn die Batterie entfernt wird (und keine externe Quelle vorhanden ist), wird das Signaturmuster zerstört, so daß beim nächsten Mal, wenn Strom zugeführt wird und die SSM ihre Einschaltprozedur durchläuft, die SSM feststellen kann, daß "der Strom unterbrochen war", d. h. die Maschine war in einem Zustand, in dem kein Strom vorhanden war. Die SSM 28 schließt daraus, daß die Batterie bei ausgeschalteter Maschine ersetzt wurde, und übermittelt diese Information dem SP beim Einschalten.
"Der Batterie wurde kumulative Ladung zugeführt, während die Maschine ausgeschaltet war". Die SSM 28 steuert ein Ladegerät, das die Batterie auflädt, wenn eine externe Quelle vorhanden ist. Die SSM 28 akkumuliert die zugeführte Ladung und übermittelt dem SP diese Ladung bei der ersten Gelegenheit. Wenn die Aufladung bei ausgeschalteter Maschine erfolgt, erhält der SP die Ladung bei der ersten Übermittlung vom SS zum SP. Die Aufladung kann auch erfolgen, wenn die Maschine eingeschaltet und eine externe Quelle vorhanden ist. In diesem Fall wird die zugeführte Ladung dem SP als Teil der regelmäßigen Informationsübermittlung vom SS an den SP übertragen.
Wenn der Computer 10 eingeschaltet ist, sendet die SSM regelmäßig Informationspakete an den SP. Jedes Paket enthält folgende Informationen, die für den Batteriestandmesser wichtig sind:
"Batteriespannung". Die SSM mißt die Batteriespannung, wandelt diese Messung mit Hilfe eines eingebauten 8-Bit- A/D-Wandlers in einen digitalen Wert um und übermittelt diesen Wert an den SP. Die Auflösung der Spannungsmessung beträgt rund 0,117 mv.
"Batterieladung". Die SSM mißt die Batterieladung, wandelt diese Messung mit Hilfe eines eingebauten 8-Bit-A/D-Wandlers in einen digitalen Wert um und übermittelt diesen Wert an den SP. Die Auflösung der Ladungsmessung beträgt rund 0,15 W.
"SS-Flags". Die SSM teilt dem SP mit, daß sie die Batterie voll aufgeladen hat, indem sie ein Flag "Batterie voll aufgeladen" einstellt.
"Zugeführte Ladung". Die SSM mißt die Batterieladung, die während der Aufladung der Batterie zugeführt wurde. Sie übermittelt diese Messung an den SP. Die Auflösung der zugeführten Ladung beträgt rund 2 Wattsekunden.
Nach Schritt 142 wird in Schritt 144 bestimmt, ob eine Batterie vorhanden ist. Wenn keine vorhanden ist, bereitet Schritt 152 die Schätzung des Standes des Batteriestandmessers vor, indem er einen Zustand "Laufende Schätzung" einstellt und dann zu Schritt 150 weitergeht. Wenn eine Batterie vorhanden ist, prüft Schritt 145, ob gerade eine Schätzung vorgenommen wird. Wenn gerade eine Schätzung läuft, schätzt Schritt 147 den Stand des Batteriestandmessers anhand der Spannungstabellen. Wenn gerade keine Schätzung vorgenommen wird und nach Beendigung von Schritt 147, berechnet Schritt 146 einen neuen Spannungsdurchschnitt "v_avg" von der im Datenpaket enthaltenen Spannung. Schritt 148 stellt dann fest, ob sich die neue Spannung von der alten unterscheidet. Wenn nicht, wird Schritt 150 durchgeführt. Wenn Schritt 148 feststellt, daß sich die neue oder zuletzt berechnete "v_avg" von der alten unterscheidet, stellt Schritt 154 fest, ob die neuen Spannungen niedriger oder einen Schritt weniger als die alte sind. Ist dies nicht der Fall, so daß es sich um einen Spannungsschritt mehr handeln muß, verzweigt sich Schritt 156 zu Schritt 150 und ignoriert diesen Spannungsschritt nach oben. Wenn es ein Schritt nach unten ist, stellt Schritt 158 fest, ob "svt" weniger als "old_svt" ist, und wenn dies der Fall ist, stellt Schritt 160 anfangs ein Flag ein, das anzeigt, daß das Knie der Spannung-zu-Zeit-Kurve festgestellt wurde, und geht danach einfach zum nächsten Schritt weiter. Mit Hilfe der oben vorgestellten Formeln berechnet Schritt 162 die Änderung der Abfallgeschwindigkeit und Schritt 164 die verbleibende Zeit, bis der Batteriewarnspannungspegel erreicht ist.
Schritt 166 schätzt dann anhand der verbleibenden Zeit den Stand des Batteriestandmessers, und Schritt 168 stellt fest, ob der geschätzte Stand des Batteriestandmessers sich vom aktuellen Stand des Messers unterscheidet. Wenn der Unterschied mehr als 25% beträgt, ersetzt Schritt 170 den aktuellen Stand des Batteriestandmessers durch den geschätzten Stand des Batteriestandmessers. Die Schritte 166, 168 und 170 haben den Zweck, Ungenauigkeiten, die sich durch den Anschluß einer nicht voll aufgeladen Batterie an das System ergeben könnten, zu korrigieren. Während die erste Teilladung aufgebraucht wird, ist es durch das Erreichen des Knies möglich, die verbleibende Ladung wieder genau einzustellen, so daß dieser Pegel später im Verlauf der nachfolgenden Auf- und Entladezyklen des Betriebs genau beibehalten werden kann.
Nach den negativen Ergebnissen der Schritte 158 oder 168 oder nach Beendigung von Schritt 170 ersetzt Schritt 172 "old_svt" durch die aktuellste "svt", und Schritt 174 stellt die aktuelle "svt" auf null, um ein anderes Zeitintervall zu beginnen. Schritt 176 initialisiert die maximalen und minimalen "svt loads" für das aktuelle Intervall, indem bei beiden die aktuelle Ladung eingestellt wird. Als nächstes aktualisiert Schritt 150 die maximalen und minimalen "svt loads" für die aktuelle svt-Periode, indem die alten Werte mit der aktuellen Ladung verglichen werden. Schritt 178 berechnet dann einen neuen Ladungsdurchschnitt. Mit Hilfe des Flag im Datenpaket stellt Schritt 180 fest, ob das Stromsubsystem berichtet hat, daß die Batterie voll aufgeladen ist. Wenn ja, stellt Schritt 196 den Pegel des Batteriestandmessers auf "voll" ein und verzweigt sich, um zu Schritt 192 zurückzukehren.
Wenn die Batterie als nicht voll berichtet wurde, d. h. das Flag "Volle Batterie" wurde nicht eingestellt, stellt Schritt 182 anhand der anfänglich bereitgestellten Paketinformationen fest, ob die Batterie geändert wurde. Wenn ja, berechnet Schritt 198 die anfängliche Einstellung des Batteriestandmessers anhand der aktuellen Batteriespannung und stellt den Messer entsprechend ein, bevor er über Schritt 192 zurückkehrt. Schritt 198 wird nur beim Einschalten durchgeführt und wird danach übergangen, so daß nach Schritt 180 Schritt 184 käme. Wenn die Batterie nicht geändert wurde und nach nachfolgenden Durchläufen durch die gezeigte Routine, stellt Schritt 184 fest, ob Ladung zugeführt wurde. Beim ersten Durchlauf würde dies zugeführte Ladung bedeuten, während der Computer ausgeschaltet war. Bei späteren Durchläufen würde dies zugeführte Ladung bedeuten, wenn eine externe Quelle angeschlossen ist. Wenn Ladung in beiden Fällen zugeführt wurde, fügt Schritt 200 den Wert zum Stand im Batteriestandmesser hinzu. Nach Schritt 184 oder 200 berechnet Schritt 186 die im Abstand von zehn Sekunden verbrauchte Ladung. Die verbrauchte Ladung und zugeführte Ladung werden zusammengefaßt, um den Stand des Batteriestandmessers festzustellen. Wenn die Spannung v_avg konstant bleibt, wird der Stand des Batteriestandmessers alle zehn Sekunden laut der in diesem Zeitraum verbrauchten Ladung festgestellt. Wenn das Knie der Kurve erreicht oder in Schritt 160 und danach ermittelt wurde, wird der Stand des Batteriestandmessers jedesmal angepaßt, wenn in den Schritten nach 160 ein Spannungsabfall auftritt. Es gibt somit zwei Möglichkeiten, um den Stand des Batteriestandmessers festzustellen, sobald das Knie erreicht wird.
Schritt 188 berechnet die verbleibende Benutzerladung bei einer Hardware-Batteriewarnung. Die Batteriewarnung wird von der Batterieüberwachung wie in der Anwendung (4) oben genau beschrieben erzeugt und tritt auf, wenn die Batteriespannung unter einen festgelegten Wert fällt. Wenn eine Batteriewarnung erfolgt, wird das Batteriewarnungsbit im Stromzustandbyte eingestellt, das von der SSM in regelmäßigen Abständen zum SP 24 gesendet wird. Schritt 190 stellt fest, ob eine Hardware- Batteriewarnung war. Wenn keine war, kehrt Schritt 192 zurück. Wenn eine Warnung war, stellt Schritt 194 den Batteriestandmesser auf die neue Benutzerladung ein, die in Schritt 188 berechnet wurde.

STROMSUBSYSTEM

Die folgenden Bytes werden vom SS-Prozessor zur Unterstützung des Batteriestandmessers verwendet:
DCHGCNTL Niedrigwertiges Byte einer 2-Byte-Variablen, die den Umfang der Ladung darstellt, die der vorhandenen Batterie zugeführt wurde. Die beiden Bytes werden dem SP nach Möglichkeit übermittelt und nach der Übermittlung gelöscht. Die Einheiten für diese Daten sind 2 Wattsekunden.
DCHGCNTH Höherwertiges Byte der Ladung, die der vorhandenen Batterie zugeführt wird.
DCHGRATE Dieses Byte stellt die Ladung dar, die der vorhandenen Batterie alle 2 Sekunden zugeführt wird. Die Einheiten für dieses Byte betragen 2 Wattsekunden. Dieses Byte wird alle 2 Sekunden zur akkumulierten Ladung (DCHGCNTL, DCHGCNTH) hinzugefügt. Es wird auch als "Auffüllrate" angesehen und geändert, wenn das SS mit einer anderen Rate auflädt.
Flags. Die folgenden Flags werden vom SS-Prozessor zur Unterstützung des Batteriestandmessers verwendet:
IWCHANGED - Dieses Flag wird eingestellt, wenn das SS feststellt, daß die Batterie entfernt wurde, und wird gelöscht, wenn es an den SP übermittelt wurde.
IWFILLED - Dieses Flag wird eingestellt, wenn das SS feststellt, daß die Batterie vollständig aufgeladen wurde, und wird gelöscht, wenn es an den SP übermittelt wurde.
Wenn eine Batterie mit unbekanntem Ladestand in den DTC 10 eingesetzt wird, beginnt die SSM die Batterie aufzuladen und er klärt, daß die Batterie aufgefüllt wurde, wenn die Batterietemperatur über drei Minuten hinweg um mehr als 1,5 Grad steigt oder die Batteriespannung 28 V Gleichstrom übersteigt oder mehr als 36 Wattstunden Energie in die Batterie geflossen sind.
In Fig. 5 umfaßt das Stromsubsystem 72 wie oben bereits beschrieben die SSM 28 und die Batterie 74. Das SS 72 umfaßt ferner eine Batterieüberwachung 202, eine Stromsteuerlogik 204, eine Batteriestromwandlereinheit 206 und die Startsteuerung 208. Wenn ein Benutzer den Ein-/Ausschalter 84 (Fig. 1) drückt, geht ein -START-Signal über die Leitung 209 zum Start 208, der die beiden Signale STARTM und -LRON erzeugt. STARTM wird erzeugt, wenn der Schalter 84 von einem Benutzer gedrückt wird und eine Stromquelle (Batterie oder externe Quelle) vorhanden ist. -LRON wird erzeugt, wenn der Schalter 84 gedrückt wird oder wenn eine externe Stromquelle (DCIN) angeschlossen wird oder wenn eine neue Batterie in den Computer 10 gesetzt wird. -LRON erzeugt ein RESET-Signal, das zur SSM 28 und der Überwachung 202 geführt wird. Die SSM 28 erzeugt ein LATCHPOW- Signal, das zurück zum Start 208 geht, so daß -LRON weiterhin aktiv bleibt, nachdem der Schalter 84 nicht mehr gedrückt wird. -LRON wird auch von 208 zu einem schwach linearen Regler (LPL- Regler) 210 übermittelt und stellt einem Schalter 213, der mit dem Ausgang des LPL-Reglers 212 verbunden ist, ein Steuersignal bereit. Die Signale DCIN und BATT werden zu den beiden Dioden D1 und D@ geführt, deren Ausgänge beide mit den Reglern 210 und 212 verbunden sind. Diese Regler erzeugen ein 12-V-Signal, das über den Verbinder 125 zum Schalter 211 und zum Stromwandler 228 geführt wird. Der Schalter 211 wird von einem CHGOFF-Signal von der SSM 28 gesteuert, um das Ladegerät auszuschalten. Wenn der Schalter 211 geschlossen ist, übermittelt er den Ausgang von Regler 210 über die Verbinder C zum Ladegerät 230. Der Ausgang von Regler 212 wird über den Verbinder B direkt zum Schalter 213 und zur Überwachung 202 übermittelt. Der Schalter 213 ist über den Verbinder A mit dem Sensor 229 verbunden, um diesen mit Strom zu versorgen.
Die Batterie 74 umfaßt 15 in Reihen angeordnete NiKad-Zellen. Vier Mittelanzapfungen teilen die Zellen in drei Gruppen 74A, 74B und 74C von jeweils fünf Zellen, wobei die Anzapfungen mit der Überwachung 202 verbunden sind und diese dadurch mit den Spannungen BATTS von der Gruppe 74A und BATT10 von der Gruppe 74B versorgen. Zusätzlich wird der Überwachung 202 ein Erdungssignal GND und ein Spannungssignal BATT von der Gruppe 74C zugeführt. Die Batterie 74 verfügt des weiteren über einen Thermistor 74T, dessen Widerstand proportional zur Batterietemperatur ist. Die Batterieüberwachung 202 überwacht die drei Bänke oder Gruppen von fünf Batteriezellen aus zwei Gründen: verstärkte Nutzung der Batterieenergie und Zellumkehrschutz. Die Überwachung 202 ist über die beiden Leitungen 214 und 216 mit der SSM 28 verbunden und übermittelt über diese Leitungen Signale, die die Batteriespannung und Batterietemperatur darstellen. Die Batterietemperatur ergibt sich durch Messung des Widerstands von Thermistor 74T und die Umwandlung des Ergebnisses in einen entsprechenden Temperaturwert. Die Signale gelangen über die Analog-Digital(A/D)-Ports in die SSM 28 und werden im RAM 218 gespeichert. Die Überwachung erzeugt auch ein Batteriewarnsignal WARNNOT, wenn die Überwachung feststellt, daß eine Bank unter 5,50 V Gleichstrom gefallen ist, und übermittelt das Signal über Leitung 216 zur SSM 28. Dieses Signal unterbricht die SSM 28, die daraufhin den Serviceprozessor benachrichtigt. Die Überwachung 202 erzeugt auch ein Notaussignal (-EM-Signal), wenn die Spannung einer der Batteriebänke 74A, B oder C unter 5,0 V Gleichstrom fällt. Das Signal geht über die Leitung 218 zur Stromsteuerlogik 204 und SSM 28 und führt dazu, daß die Batterie vom Stromwandler getrennt wird.
Die Batteriestromwandlereinheit 206 umfaßt eine Stromsteuerung 223, einen Gleichstrom/Gleichstromwandler (DC/DC-Wandler) 228 und ein Batterieladegerät 230. Die Steuerung 223 ist über die Leitung 220 mit der Batterie 74 und über die Leitung 222 mit einem Verbinder 76 für eine externe Stromquelle verbunden und wählt aus, mit welcher Stromquelle der Computer betrieben wird. Wenn der Verbinder 76 mit einer externen Stromquelle verbunden ist, wird DCIN-Strom zugeführt. Eine Überwachung 224 stellt die Verfügbarkeit des externen Stroms fest und übermittelt ein Signal zur Logik 204, die als Reaktion auf den Empfang dieses Signals ein Signal MAINGATE auf Leitung 226 erzeugt, worauf die Steuerung 223 den Stromwandler 228 mit der externen Stromquelle verbindet. Wenn keine externe Stromquelle vorhanden ist, verbindet die Steuerung 223 den Stromwandler 228 operativ mit der Batterie.
Der Stromwandler liefert auf den Leitungen 78 +5 V, +12 V und -28 V. Er gibt auch ein Signal FULLPWR aus, wenn der Stromwandler volle Leistung an den Computer abgibt, wobei das Signal in die SSM 28 zur Überwachung dieses Zustands geht. Der Stromwandler gibt ferner ein analoges Ladesignal VCOMP aus, das in den A/D-Port der SSM 28 gespeist wird, um die im System verwendete oder verbrauchte Stromladung festzustellen. Der Stromwandler wird durch ein Signal PSEN von der SSM 28 ein- und ausgeschaltet. Der Stromwandler 228 wird aufgrund eines Überstroms oder einer Überspannung auf der +5-Leitung oder einem Kurzschluß auf der +12-V-Leitung abgeschaltet. Ein Wärmesensor 229 schützt vor zu hoher Temperatur während des Betriebs von Stromwandler 223 und führt der SSM 28 ein Temperatursignal TSENSE zur Überwachung dieses Zustands zu.
Die SSM 28 ist über die Leitungen 250-252 mit der Stromsteuerlogik 204 verbunden, um ein WAKE-Signal, ein Einschalt-PCON- Signal und ein EXTSRC-Signal, das die Verbindung mit einer externen Quelle anzeigt, zu übermitteln. Die SSM 28 empfängt auch ein FAULT-Signal von dem Ladegerät 230, wenn ein Ladefehler auftritt. Ferner empfängt die SSM 28 die Stromsparsignale FULLPDN und SIGWAKEUP. -FULLPDN zeigt an, daß der Computer in einen Wartezustand geht und wenig Strom verbraucht; dieses Signal wird von der SSM dazu verwendet, um in den Niedrigstromzustand zu gehen. Das SIGWAKEUP-Signal dient dazu, die SSM aus dem Ruhezustand aufzuwecken, um eine Kommunikation zu ermöglichen. Die PWRCLK- und PWRDATA-Signale sind Takt- und Datensignale, die zum SP 24 gesendet werden.
Der Stromwandler 228 verwendet Schaltkreise, die den in der US- Patentschrift 4,902,957 von J. C. Cassani et al. beschriebenen ähneln. In Fig. 6 wird eine eingebaute Steuerung 231 vom Stromwandler 228 und dem Ladegerät 230 verwendet. Die Verwendung durch den Stromwandler ist in Fig. 6 dargestellt und die Verwendung durch das Ladegerät in Fig. 7. Die Steuerung 231 umfaßt eine Stromvorrichtung Q1, die ein Feldeffekttransistor ist, der von einem Signal von der Verriegelung 232 ein- und ausgeschaltet wird. Die Steuerlogik 234 und ein Komparator 235 steuern das Einstellen und Zurückstellen der Verriegelung 232.
Wenn die Stromvorrichtung Q1 eingeschaltet ist, fließen ein Eingangsstrom durch einen Induktor L1 und ein Ausgangsstrom durch einen Induktor L2 durch die Vorrichtung. L1 und L2 sind Teile eines LC-Filternetzes. Die Vorrichtung Q1 wird ausgeschaltet, wenn der Strom zum Komparator 235 mit einem Bezugsstrom Irefi übereinstimmt. Der Irefi-Strom wird durch einen Fehlerverstärker 238 und einen Spannung-Strom-Wandler 236 erzeugt. Ein Signal VCOMP programmiert den Spitzenstrom im Stromschalter Q1 und bildet dadurch ein Signal zur Feststellung der Ladung in jedem Meßintervall, wenn das System mit Batterie betrieben wird. Das VCOMP-Signal ist mit dem A/D-Kanal in der SSM-Steuerung verbunden. Das Verhältnis zwischen Batteriestrom und VCOMP für verschiedene Batteriespannungen wird im System gespeichert und dient dazu, den durchschnittlichen Strom zu ermitteln, der von der Batterie geliefert wird, und den verbleibenden Energiepegel entsprechend anzupassen.
Wenn eine externe Stromquelle angeschlossen wird, wird das Ladegerät 230 eingeschaltet oder von einem Aktivierungssignal CUPSEN gesteuert. Die Aufladung erfolgt, wenn der Computer entweder ein- oder ausgeschaltet ist und die Batterie nicht voll aufgeladen ist. Das Ladegerät 230 ist über die Leitung 220 mit der Batterie verbunden und führt über diese Leitung Strom zu, um die Batterie aufzuladen.
Die SSM 28 verwendet die in Fig. 7 abgebildete Hardware, um die Batterie 74 aufzuladen. Das Kernstück des Entwurfs arbeitet mit den in der US-Patentschrift 4,902,957 beschriebenen Gleichstrom/Gleichstromwandler-Schaltkreisen. Anstelle der Konfiguration des Stromwandlers, um eine konstante Ausgangsspannung durch den Fehlerverstärker 238 und die Bezugsspannung zu erzeugen, ist die Vorrichtung als ein variabler Ausgangsspannungswandler mit festem Vorrichtungsstrom konfiguriert. Dies ist notwendig, weil die NiKad-Batteriespannung während der Aufladung nicht konstant ist.
Wenn die Stromvorrichtung Q1 eingeschaltet wird, fließt der durch L1 gehende Eingangsstrom und der durch L2 gehende Ausgangsstrom durch die Vorrichtung Q1. Die Vorrichtung wird ausgeschaltet, wenn der Strom zum Komparator 235 mit dem Bezugsstrom Irefi übereinstimmt. Irefi wird durch Hinzufügen einer Sägezahnspannung zum RATE-Signal erzeugt. Das RATE-Signal wird von der SSM 28 gesteuert. Ein softwaregesteuertes PWM- Signal wird von einem RC-Filter 242 gefiltert und von einem Operationsverstärker 244 gepuffert.
Bei festen DCIN-Spannungen ist der Strom für die Batterie eine Funktion der Batteriespannung und RATE-Spannung. Die Beziehung ist in der Figur dargestellt. Die SS-Mikrosteuerung überwacht die Batteriespannung, die Stromanforderungen des Systems, die Batterietemperatur und die Umgebungstemperatur und paßt das RATE-Signale alle 2 Sekunden während der Aufladung an. Während dieses Intervalls ist das RATE-Signal direkt proportional zur zugeführten Ladung, und die SSM baut daher die Informationen über die zugeführte Ladung, die zum SP 24 in den Datenpaketen geschickt werden, auf dem RATE-Signal auf. Die 5514 paßt auch ein FILL RATE-Byte anhand der Menge des in die Batterie gehenden Aufladestroms an.
Die folgenden Tabellen bestimmen die Lade- und Auffüllraten:

Batterieladestrom:

0 < DC/DC Leistungsabgabe < 1 W : Hohe Stromaufladung möglich
1 < DC/DC Leistungsabgabe < 5 W : Mittlere Stromaufladung möglich
5 < DC/DC Leistungsabgabe : Impulserhaltungsladen möglich
Umgebungstemperatur < 10º : Keine Aufladung erlaubt
10 < Umgebungstemperatur < 45º : Aufladung nicht durch Umgebungstemperatur eingeschränkt
45 < Umgebungstemperatur < 50º : Max. Aufladung auf Impulserhaltung beschränkt
50 < Umgebungstemperatur : Keine Aufladung erlaubt
Batterietemperatur < 10º : Keine Aufladung erlaubt
10 < Batterietemperatur < 40º : Aufladung nicht durch Batterietemperatur eingeschränkt
40 < Batterietemperatur < 45º : Max. Aufladung auf Impulserhaltung beschränkt
45 < Batterietemperatur : Keine Aufladung erlaubt
Die folgenden Tabellen enthalten Ladeeigenschaften für die drei Raten. Spalte (A) ist die Batteriespannung in Volt Gleichstrom (DC), (B) der Mindeststrom in Ampere, (C) der Höchststrom in Ampere, (D) der Durchschnittsstrom in die Batterie in Ampere, (E) die Durchschnittsleistung in die Batterie in Watt und (F) die Auffüllrate in 2 Wattsekunden. Impulserhaltungsladung: Mittlere Stromladung: Hohe Stromladung:

Claims

1. Ein tragbarer, batteriebetriebener Digitalisiertablettcomputer mit

einem Stromsubsystem (72) mit

einer Batterie (74), die elektrische Energie zum Betrieb des Computers bereitstellt,

einem Stromwandler (228), der mit der Batterie verbunden ist und ein Mittel zur Erzeugung erster Signale umfaßt, die die Ladung anzeigen, die der Computer verbraucht,

einem Ladegerät (230), das an die Batterie angeschlossen ist, wobei das Ladegerät selektiv als Reaktion auf ein Steuersignal von einer Stromsubsystem-Mikrosteuerung (SSM, 28) aktiv wird, um der Batterie Ladung von einer externen Quelle ausgehend von diesem Steuersignal zuzuführen,

und einer Stromsubsystem-Mikrosteuerung (SSM) (28), die mit dem Stromwandler und dem Ladegerät verbunden ist, um die ersten Signale in regelmäßigen Abständen zu lesen und Pakete digitaler Informationen mit den Mengen der von der Batterie verbrauchten Ladung zu bilden, wobei die SSM weiterhin dazu dient, um das Ladegerät zu steuern und anhand des Steuersignals die Ladung festzustellen, die der Batterie während eines Ladeintervalls zugeführt wurde, wobei die SSM weiterhin dazu dient, um in diese Pakete einen Hinweis auf die zugeführte Ladung aufzunehmen;

wobei der Computer weiterhin folgendes umfaßt:

einen Serviceprozessor (24), der mit der SSM verbunden ist und über einen Speicher zum Speichern von Batterie informationen verfügt, die den Ladestand der Batterie anzeigen, wobei der Serviceprozessor dazu dient, um die SSM in regelmäßigen Abständen abzufragen und Informationspakete von ihr zu empfangen, wobei der Serviceprozessor weiterhin dazu dient, die Batterieinformationen anhand der zugeführten und verbrauchten Ladung, wie sie von den Paketen angegeben wird, zu aktualisieren.

2. Ein Computer nach Anspruch 1, der weiterhin folgendes umfaßt:

ein Videosystem (62) mit einer Anzeige (16);

ein Host-Prozessor (22), der mit der Anzeige und dem Serviceprozessor verbunden ist, wobei der Host-Prozessor dazu dient, die Batterieinformationen von dem Serviceprozessor zu lesen und die Batterieinformationen selektiv auf der Anzeige anzuzeigen.

3. Ein Computer nach Anspruch 2, bei dem die angezeigten Batterieinformationen die relative Ladung enthalten, die in der Batterie verbleibt, und/oder die verbleibende Zeit, bis die Batterieladung erschöpft ist.

4. Ein Computer nach Anspruch 3, der weiterhin folgendes umfaßt:

ein Digitalisiertablett-Subsystem, das operativ mit dem Serviceprozessor verbunden ist und über ein Digitalisiertablett (14) verfügt, das physisch mit der Anzeige verbunden ist, sowie über einen Pen (18), der von einem Benutzer verwendet wird und zwischen verschiedenen Orten in bezug zum Digitalisiertablett bewegt werden kann, um Benutzerinformationen in den Computer einzugeben, sowie eine Digitalisiertablettsteuerung (26), die zwischen dem Digi talisiertablett und dem Serviceprozessor angeschlossen ist, um Positionen des Pens in bezug zum Digitalisiertablett in digitale Koordinaten umzuwandeln, die die Penposition angeben, wobei die Digitalisiertablettsteuerung dazu dient, die Koordinaten an den Serviceprozessor zu übermitteln;

den Serviceprozessor, der dazu dient, die Koordinaten zu verarbeiten und dem Host-Prozessor die Koordinateninformationen zur Anzeige auf der Anzeige zu übermitteln.

5. Ein Computer nach Anspruch 4, bei dem:

der Serviceprozessor den Batterieprozessor in regelmäßigen Abständen abfragt, um die Informationspakete zu empfangen;

die Digitalisiertablettsteuerung den Serviceprozessor unterbricht, um die Koordinaten an den Serviceprozessor zu übermitteln;

und der Serviceprozessor den Host-Prozessor unterbricht, um die Koordinateninformationen an den Host-Prozessor zu senden.

6. Ein Computer nach einem oder oben genannten Ansprüche, bei dem:

der Serviceprozessor mit dem Host-Prozessor als Slave-Einrichtung kommuniziert, um Befehle vom Host-Prozessor auszuführen, wobei die Befehle mindestens einen Befehl zum Lesen der Batterieinformationen vom Serviceprozessor beinhalten.

7. Ein Computer nach Anspruch 6, bei dem:

die Befehle einen Befehl zum Lesen eines Hinweises über die verbleibende Zeit enthalten, bis die Batterieladung erschöpft ist;

und der Serviceprozessor als Reaktion auf den Empfang dieses Befehls die Zeit berechnet und einen Hinweis dazu an den Host-Prozessor sendet.

8. Ein Computer nach Anspruch 7, bei dem der Serviceprozessor die Zeit, die zwischen der aktuellen Batteriespannung und einem festgelegten Warnspannungspegel bleibt, anhand der Änderungsgeschwindigkeit des Spannungsabfalls und einer Reihe von Spannungsabfallintervallen bestimmter Größe berechnet.

9. Ein Computer nach einem der oben genannten Ansprüche, der weiterhin folgendes umfaßt:

einen nicht-flüchtigen Speicher (NVM) (40);

und ein Stromsparmittel, das mit dem NVM und dem Serviceprozessor verbunden ist, um die Batterieinformationen von dem Serviceprozessor zu lesen und sie in den NVM zu speichern, wenn der Computer abgeschaltet wird, und um die Batterieinformationen von dem NVM zu lesen und sie in den Serviceprozessor zu speichern, wenn der Computer eingeschaltet wird, wodurch der Serviceprozessor die Batterieinformationen genau speichern kann, bis die Batterie aus dem Computer entfernt wird.

10. Ein Computer nach Anspruch 9, der folgendes umfaßt:

ein Mittel (208) in der SSM, um die Entfernung der Batterie anzuzeigen und einen Hinweis über diese Entfernung an den Serviceprozessor zu übermitteln, wenn der Computer eingeschaltet wird.

11. Ein Computer nach Anspruch 10, der folgendes umfaßt:

ein Mittel im Host-Prozessor, um die Dauer der Zeit zu messen, die der Computer ausgeschaltet ist, und um die in dieser Zeit durch Batterieselbstentladung verbrauchte Ladung zu berechnen;

und ein Mittel in dem Host-Prozessor, um den Umfang der Ladung an den Serviceprozessor zu übermitteln, wenn der Computer eingeschaltet wird, um die Batterieinformationen auf der Grundlage der durch Selbstentladung verbrauchten Ladung anzupassen.

12. Ein Computer nach einem der oben genannten Ansprüche, der weiterhin folgendes umfaßt:

eine Batterieüberwachung (202), die mit der Batterie und der SSM verbunden ist, um die Batteriespannung zu messen und ein Spannungssignal zu erzeugen;

wobei die SSM dazu dient, einen Spannungswert in jedes Paket aufzunehmen, der die Batteriespannung darstellt;

wobei der Serviceprozessor weiterhin dazu dient, eine Durchschnittsspannung "v_avg" anhand der in den Paketen während eines festgelegten Intervalls empfangenen Spannungswerte zu bestimmen und die Dauer der Zeiträume zu bestimmen, in denen "v_avg" konstant bleibt.

13. Ein Computer nach Anspruch 12, bei dem der Serviceprozessor folgendes umfaßt:

ein erstes Mittel, um die Ladung zu ermitteln, die während jedes Zeitraums, in dem "v_avg" konstant ist, verbraucht wurde, und um die Batterieinformationen anzupassen;

und ein zweites Mittel, das auf einen Abfall von "v_avg" reagiert, um die Geschwindigkeit der Spannungsänderung zu vergleichen und die Batterieinformationen anhand einer Schätzung der Betriebszeit anzupassen, um einen festgelegten Warnpegel zu erreichen.