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Hintergrund
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Die
Erfindung der Anmelderin bezieht sich auf das Aufladen einer Batterie
bzw. eines Akkumulators in einer tragbaren elektronischen Vorrichtung, zum
Beispiel einem Mobilfunk-Kommunikationssystem
wie einem tragbaren zellularen Telefon bzw. Zellulartelefon, einem
schnurlosen Telefon, einem Pager, usw. Die Erfindung bezieht sich
insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zur Lieferung eines konstanten
Stroms aus einem Ladegerät
an eine Batterie in einem Zellulartelefon unter Verwendung von Steuerlogik
in dem Telefon.
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Die
Mobilkommunikationstechnologie entwickelte sich aus frühen Analogsystemen,
zum Beispiel den Systemen NMT450 und NMT900 in Skandinavien, dem
AMPS-System in den USA und den Diensten TALS and ETACS im Vereinigten
Königreich,
hin zu höher
entwickelten Digitalsystemen, zum Beispiel dem Globalsystem für Mobilkommunikation
(GSM) in Europa und dem American Digital Cellular System (ADC) in
Nordamerika. Moderne digitale Mobilkommunikationssysteme sind in
der Lage Sprachübertragung
und andere digitale Dienste, Faksimile-Übertragungen
und Kurznachrichten-Dienste, bzw. Short-Message-Services (SMS) zu bewältigen.
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Mobilkommunikationsvorrichtungen
wie zellulare Telefone sollten vorzugsweise klein, leicht und kostengünstig sein,
und dennoch eine gute Batterieleistungsfähigkeit haben, und in der Lage
sein viele Dienst bereit zu stellen. Die Kommunikationsvorrichtung
sollte keine unnötigen äußeren Verbinder
bzw. Verbindungsmittel haben, welche teuer sind und die Größe und das
Gewicht der Vorrichtung erhöhen.
Um den korrekten Betrieb einer batteriegespeisten Kommunikationsvorrichtung
sicher zu stellen, ist es von kritischer Bedeutung, dass der Akku
bzw. die wiederaufladbare Batterie richtig geladen (und entladen) wird.
Vorzugsweise sollte die Kommunikationsvorrichtung betriebsfähig sein
während
die Batterie geladen wird, sodass der Betrieb nicht wiederholt unterbrochen
werden muss, um die Batterie wieder aufzuladen.
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Unter
den bekannten Techniken zum Laden einer Batterie in einer tragbaren
Kommunikationsvorrichtung ist das Verbinden eines Batterieladegeräts mit der
Batterie über
die Kommunikationsvorrichtung. Dies kann bewerkstelligt werden durch
Setzen eines zellularen Telefons in einen Batterieladehalter mit Einrastfunktion
in einem Kraftfahrzeug. Ein Schalter ist oft enthalten, welcher
nur dazu dient, den Ladestrom abzuschalten wenn die Batterie vollständig geladen
ist. Ladung wird der Batterie nur dann geliefert, wenn das zellulare
Telefon in dem Halter mit Einrastfunktion gestellt ist. Da die Ladung
während
eines Anrufs abnimmt, muss das zellulare Telefon in den Halter mit
Einrastfunktion zurückgestellt
werden, um die Batterie wieder aufzuladen, was zu einer Unterbrechung
führen
kann. Ferner unterscheiden diese Vorrichtungen nicht zwischen unterschiedlichen
Arten von Batterien bzw. Akkus, sodass ein Zellulartelefon fehlerhafterweise
mit einem ungeeigneten Ladegerät
verbunden werden könnte,
was zu einem unkorrekten Laden und möglichem Schaden für die Batterie
bzw. den Akku führen
kann.
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Um
das Problem des inkorrekten Ladens zu korrigieren offenbaren die
US-Patente 5,164,652 und 5,237,257, beide an Johnson et al., Vorrichtungen
zur Bestimmung der Art von Batterie, die mit dem Ladegerät verbunden
ist, und die entsprechende Einstellung der Ladeparameter, sodass
die Batterie bzw. der Akku korrekt geladen wird. Zur Verhinderung
einer inkorrekten Ladung einer Batterie offenbart das US-Patent Nr. 5,177,426
an Nakanishi et al. eine Vorrichtung, welche Schaltungen im Ladegeräte verwendet, um
einen Stromfluss von der Batterie zum Telefon zu unterbrechen. Solche
Vorrichtungen verwenden typischerweise eine Logikschaltung, welche
ein Teil des Ladegeräts
ist, was die Kosten des Ladegeräts
und die Gesamtkosten des zellularen Systems erhöht.
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Andere
bekannte Batterieladegeräte
umfassen "intelligente
Batterien", welche
Informationen bezüglich
des Batteriezustandes, der Zahl von Aufladungen und Zahl von Entladungen
in Schaltungen speichern, die im Batteriepack enthalten sind. Ebenfalls
sind "intelligente
Ladegeräte" bekannt, welche den
Zustand einer angeschlossenen Batterie erfassen und die Batterie
entsprechend aufladen.
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Solche
Vorrichtungen sind in tragbaren zellularen Telefonen nicht wünschenswert,
da sie der Batterie bzw. dem Akku und dem Ladegerät Komponenten
hinzufügen,
welche die Gesamtkosten und das Gesamtgewicht des Telefons erhöhen. Es
wäre wünschenswert
alle notwendigen Logikschaltungen außerhalb der Batterie und des
Ladegeräts
zu lassen, wo sie auf kosteneffizientere Weise mit existierenden Schaltungen
integriert werden könnten.
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Eine
andere Vorrichtung zum Aufladen der Batterie wird offenbart in der
britischen Patentanmeldung
GB
2 262 401 A von Kunitomo, welche eine in einem Fahrzeug
montierte Ladevorrichtung für
ein tragbares Telefongerät
zeigt. Bei dieser Vorrichtung enthält ein Ladegerät einen
Mikrocomputer, welcher den von einer Versorgungsschaltung bereitgestellten Stromfluss
steuert.
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Eine
weitere Vorrichtung zur Energieversorgung eines Geräts wird
offenbart in EP-A-0 544 566 von Perelle, welche ein Energieversorgungs-Steuermodul
für ein
Batteriesteuersystem zur Steuerung der Batterie des Geräts zeigt.
Das Steuermodul steht in permanentem Zusammenhang mit einer Batterie, egal
ob die Batterie in Gebrauch ist, um das Gerät und andere Teile des von
der Batterie mit Energie versorgten Steuersystems mit Energie zu
versorgen.
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Eine
weitere Vorrichtung zum Aufladen einer Batterie wird offenbart in
der Europäischen
Patentanmeldung
EP
0 450 783 A2 von Martensson, welche eine Steuerlogik in
einem Telefon zeigt, zur Steuerung eines externen Ladegeräts. Bei
dieser Vorrichtung muss es eine Wechselkommunikation zwischen dem
Telefon und dem externen Ladegerät
geben, was einen Steuerdraht erforderlich macht, und zu einem komplizierten
Batterieaufladeprozess führt.
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Zusammenfassung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung der Anmelderin das Aufladen einer
Batterie bzw. eines Akkus in einer tragbaren, aufladbaren Vorrichtung,
wie einem zellularen Telefon, zu steuern, unter Verwendung einer
einfachen Steuerlogik, welche leicht zu integrieren ist mit existierenden
Schaltungen in der tragbaren Vorrichtung.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung der Anmelderin ist die Verhinderung
eines inkorrekten Aufladens einer Batterie mit einem ungeeigneten
Batterieladegerät.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung der Anmelderin den Strompegel
einer Batterie konstant zu halten, sodass die Batterie nicht überladen
wird, jedoch ohne den Betrieb der tragbaren Vorrichtung wegen des
Aufladens der Batterie zu unterbrechen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung der Anmelderin das Aufladen
einer Batterie unter Verwendung einer Schaltung in der tragbaren
Vorrichtung zu steuern, ohne dass eine Steuerschaltung in dem Batterieladegerät oder der
Batterie erforderlich ist.
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Diese
Merkmale werden erreicht durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Gemäß der Erfindung
ist ein Batterieladegerät
in der Lage eine Batterie in einer tragbaren Vorrichtung wie einem
zellularen Funktelefon, mit einem langfristig konstanten Strom zu
laden, selbst während
die Vorrichtung gebraucht wird. Der Ladestrom wird durch eine Schaltung
bzw. Schaltungen innerhalb der Vorrichtung gesteuert, womit die
Notwendigkeit einer Steuerschaltung im Ladegerät oder der Batterie vermieden
wird.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist ein Verbinder zwischen Batterie und Ladegerät schlüsselartig
ausgebildet, um nur mit einem Ladegerät zusammenzupassen, das einem
Batterietyp in der tragbaren Vorrichtung entspricht, sodass die
Batterie korrekt verbunden wird mit einem geeigneten Batterieladegerät. Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein einfacher Kontakt vorgesehen,
um ein Batterieladegerät
mit der Batterie zu verbinden. Ein Gürtelclip kann vorgesehen sein,
um den Verbinder zwischen Batterie und Ladegerät abzudecken, wenn das Ladegerät nicht
mit der Batterie verbunden ist, um einen Kurzschluss der Batterie
zu verhindern.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Merkmale und Vorteile der Erfindung der Anmelderin gehen hervor
durch Lektüre
der Beschreibung, zusammengenommen mit den Zeichnungen, in welchen:
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1 ein
Diagramm eines zellularen Systems ist, bei welchem ein Batterieladegerät mit einer Batterie
in einem zellularen Telefon verbunden ist;
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2 ein
detailliertes Diagramm des Batterieladegeräts, der Batterie und des zellularen
Telefons der 1 ist.
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Ausführliche Beschreibung
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1 zeigt
eine wiederaufladbare Batterie 1 in einem zellularen Telefon 2,
die mit einem Batterieladegerät 3 verbunden
ist. Das Telefon 2 kann ein konventionelles zellulares
Handtelefon sein, welches einen Funkempfänger, eine Tastatur und andere Merkmale
enthält,
die sich herkömmlicherweise
in einem zellularen Telefon befinden, welche hier nicht weiter ausführlich beschrieben
werden. Das Telefon 2 wird versorgt durch die Batterie 1,
welche von beliebiger Art sein kann, wie sie konventionell verwendet
werden um zellulare Telefone zu versorgen.
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Das
Ladegerät 3 ist
ein einfacher Wechselstrom/Gleichstrom- oder Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler,
welcher zum Beispiel so ausgebildet sein kann, dass er in eine Wandsteckdose
einsteckbar oder mit einem Zigarettenanzünder in einem Kraftfahrzeug
verbindbar ist. Das Ladegerät 3 ist
in der Lage, einen Strom hohen Pegels von ungefähr 600 Milliampere (mA) zu
erzeugen, um die Batterie schnell aufzuladen. Das Ladegerät 3 liefert
Strom an die Batterie 1 und das Telefon 2 über einen
Verbinder 4 zwischen Batterie und Ladegerät.
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Wie
in 2 abgebildet, ist der Verbinder 4 zwischen
Batterie und Ladegerät
mit der Erde der Batterie 1 verbunden und liefert eine
Ladung über
einen einfachen Leiter 5 an das Telefon 2. Der
Verbinder 4 zwischen Batterie und Ladegerät kann zum
Beispiel am Sockel bzw. Fuß der
Batterie 1 angeordnet sein und mit dem Batterieladegerät über ein
Kabel verbunden sein.
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Der
Verbinder 4 zwischen Batterie und Ladegerät kann abhängig von
der Batterieart unterschiedlich gestaltet sein, und als Abwandlung
kann der Verbinder so gestaltet sein, dass er schlüsselartig
ausgebildet ist, um nur mit einem Batterieladegerät der gleichen
Art wie der Batterie zusammenzupassen. Dies ist wichtig, da obwohl
unterschiedliche Arten von Batterien, zum Beispiel Nickel-Kadmium-Batterien,
Blei-Säure-Batterien,
Alkaline-Batterien, Lithium-Batterien usw. im Austausch verwendet
werden können,
um ein zellulares Telefon zu versorgen, haben diese Batterien unterschiedliche
Charakteristiken und erfordern unterschiedliche Aufladegeschwindigkeiten
und Aufladebedingungen. Zum Beispiel kann ein Aufladestrom, der
für eine
Art von Batterie richtig ist, zu groß sein für eine andere Art von Batterie,
und in extremen Situationen kann er zur Explosion der anderen Art
von Batterie führen.
Durch Verwendung eines Verbinders zwischen Batterie und Ladegerät, der abgestimmt
ist auf ein Batterieladegerät
der gleichen Art wie die Batterie im Telefon, wird sichergestellt,
dass die Batterie richtig geladen wird, was die Lebensdauer der
Batterie verlängert.
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In 2 wird
ein Ladestrom direkt durch die Batterie 1 zum Telefon 2 durch
einen einfachen Leiter 5 und einen Verbinder 6 zwischen
Batterie und Telefon geführt.
Drei Kontakte sind erforderlich, um die Batterie mit dem Telefon
durch den Verbinder 6 zu verbinden. Erste und zweite Kontakte
verbinden die positiven und negativen Anschlüsse der Batterie 1 mit
jeweiligen positiven und negativen Anschlüssen im Telefon 2.
Ein dritter Kontakt verbindet die Batterie mit der Steuerschaltung
im Telefon. Diese Kontakte können
in einem Stück
hergestellt werden, um die Kosten zu senken.
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Die
Steuerschaltung bzw. die Steuerschaltungen in dem Telefon umfasst
einen Schalter 7, eine Steuerlogikschaltung 8,
und einen Stromsensor 9. Der Schalter 7 ist geschlossen,
wenn die Batterie geladen wird, und sonst offen. Durch variables Öffnen und
Schließen
steuert der Schalter 7 den Stromfluss aus dem Ladegerät. Die Steuerlogikschaltung 8 betreibt
den Schalter und kann leicht eingebaut werden als ein kleiner Teil
existierender Schaltungen in dem Telefon. Die Steuerlogikschaltung 8 erfasst
den Zustand der Batterie und kommuniziert mit dem Stromsensor 9.
Auf der Grundlage dieser Information öffnet und schließt die Steuerlogikschaltung 8 den
Schalter 7, wobei der Stromfluss aus dem Ladegerät 3 so
gesteuert wird, dass der Stromfluss über eine lange Zeitperiode
konstant ist.
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Der
Schalter 7, die Steuerlogik 8 und der Stromsensor 9 können leicht
integriert werden mit existierenden Schaltungen in dem Telefon,
sodass die Schaltungen des Telefons einfach bleiben. Da der Ladestrom
durch die Steuerschaltung in dem Telefon gesteuert wird, besteht
keine Notwendigkeit für
Steuerschaltungen in der Batterie und dem Ladegerät, und somit
können
die Batterie und das Ladegerät
so einfach wie möglich
gestaltet werden. Ein kostengünstiger,
ungeregelter Wechselstrom/Gleichstromwandler oder Gleichstrom/Gleichstromwandler
können
als Batterieladegerät 3 verwendet
werden, und jede herkömmlich
in zellularen Systemen verwendete Batterie bzw. Akku kann als Batterie 1 verwendet werden,
was zu einer insgesamt einfachen und kostengünstigen Kommunikationsvorrichtung
führt.
Ferner erleichtert die Verwendung des einfachen Ladegeräts und einer
konventionellen Batterie die Beschaffung von Ersatz im Falle eines
Ladegerät- oder Batterie-Fehlers,
sodass die Kommunikationsvorrichtung ohne Weiteres in arbeitsfähigem Zustand
gehalten werden kann.
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Der
Schalter 7 wird durch die Steuerlogikschaltung 8 geöffnet und
geschlossen, ansprechend auf Information aus dem Stromsensor 9,
bei einer Frequenz und mit einem Schaltverhältnis, welches zu der Lieferung
eines langfristig konstanten Stromflusses aus dem Ladegerät führt. Zur
Aufladung einer entladenen Batterie wird der Strompegel hoch eingestellt,
zum Beispiel auf 600mA, für
ein schnelles Aufladen. Nachdem die Steuerlogikschaltung 8 bestimmt,
dass die Batterie vollständig
geladen ist, wird der Ladestrom auf einen niedrigen Wert geschaltet, durch
Betätigung
des Schalters 7, um eine Überladung und Schädigung der
Batterie zu vermeiden.
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Unter
Verwendung der gleichen Logikschaltung 8 in dem Telefon,
welche für
die Schnellaufladung verwendet wird, wird der Ladestrom durch die Tätigkeit
des Schalters 7 eingeschaltet, wenn das Telefon in Betrieb
genommen wird. Der Ladestrom wird auf einen Pegel eingeschaltet,
der dem normalen Strombetrag entspricht, der durch den Telefonbetrieb verbraucht
wird. Somit bleibt die Batterie voll geladen, ohne Überladung,
selbst während
des Telefonbetriebs. Da die gleiche Schaltung verwendet wird für das schnelle
Aufladen und das Normalaufladen während des Telefonbetriebs,
werden die Kosten und die Größe der gesamten
Kommunikationsvorrichtung verringert.
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Ein
Gleichrichter 10, wie eine Diode, ist als Sicherheitsmaßnahme in
Reihe geschaltet mit dem Schalter 7 und dem Stromsensor 9.
Der Gleichrichter 10 verhindert einen Kurzschluss der Batterie
im Falle eines Kurzschlusses im Ladegerät 3 oder in dem Verbinder 4 zwischen
Batterie und Ladegerät.
Der Schalter 7, Stromsensor 9 und Gleichrichter 10 können auf eine
Anzahl von Arten in Reihe geschaltet werden, wie es dem Fachmann
geläufig
sein wird.
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Ein
einfacher Batterieladekontakt kann verwendet werden, anstelle von
oder zusammen mit dem Verbinder 4 zwischen Batterie und
Ladegerät. Zum
Beispiel können
zwei kleine Kontakte 11 auf der Rückseite des Telefons angeordnet
sein, zur Verbindung mit dem Ladegerät 3. Durch Anordnung
dieser Kontakte auf der Rückseite
des Telefons kann die Batterie über
eine einfache Auflage oder einen Halter mit Einrastfunktion aufgeladen
werden.
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Die
Kontakte 11 können
hinter einem Gürtelclip
versteckt sein. Der Gürtelclip
gestattet es dem Benutzer das Telefon an einem Gürtel oder anderen Kleidungsartikel
zu befestigen, womit es ermöglicht wird,
das Telefon zu tragen während
die Hände
frei bleiben. Der Gürtelclip
stellt auch eine gute Verbindung sicher, indem ein Kurzschluss vermieden
wird wenn das Telefon nicht in einem Halter ist, zum Beispiel aufgrund
eines Kontakts mit leitfähigen
Gegenständen,
wie Schlüssel
usw. Für
zusätzliche
Sicherheit gegenüber
Kurzschlüssen
könnte
der Gleichrichter 10 in Verbindung mit den Kontakten 11 verwendet werden.
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Das
Ladegerät
kann auch direkt mit der Batterie 1 über einen Kontakt 12 am
Telefon verbunden werden, obwohl dies teurer sein könnte, und
die schlüsselartige
Anpassung einer bestimmten Batterie an ein bestimmtes Ladegerät ausschließen könnte. Der
Kontakt 12 könnte
zum Beispiel an der Seite des Telefons 2 angeordnet sein,
für leichten
Zugang.
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Die
oben beschriebene Erfindung der Anmelderin stellt ein Batterieladegerät bereit,
das in Lage ist eine Batterie in einer zellularen Einheit mit einem
langfristig konstanten Strom aufzuladen, selbst während die
Einheit in Gebrauch ist. Der Ladestrom wird gesteuert durch Schaltungen
in der zellularen Einheit, womit die Notwendigkeit für Steuerschaltungen
in dem Ladegerät
oder der Batterie vermieden wird. Ein Verbinder zwischen Batterie
und Ladegerät ist
schlüsselartig
ausgebildet, um nur mit einem Ladegerät zusammen zu passen, das der
Art von Batterie in dem Telefon entspricht, womit eine korrekte Aufladung 7 sichergestellt
wird. Ein Gürtelclip
kann vorgesehen sein, um den Verbinder zwischen Batterie und Ladegerät abzudecken
wenn das Ladegerät nicht
mit der Batterie verbunden ist, um einen Kurzschluss der Batterie
zu verhindern.
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Während eine
Ausführung
der Erfindung der Anmelderin in einem zellularen Telefon zum Zwecke der
Veranschaulichung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf
zellulare Telefonsysteme beschränkt.
Die Erfindung der Anmelderin ist anwendbar auf verschiedene mobile
Kommunikationssysteme, zum Beispiel Pager, schnurlose Telefone usw., und
auch auf alle tragbaren, aufladbaren elektronischen Vorrichtungen.
Diese Anmeldung umfasst alle Modifikationen, welche in den Umfang
der Erfindung der Anmelderin fallen, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert
wird.