DE69937245T2 - Batteriekarten-anordnung für elektrogeräte - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batteriesatz und ein elektrisches Gerät, das den Batteriesatz verwendet, und insbesondere eine Batteriekartenanordnung und ein elektrisches Gerät, das die Batteriekartenanordnung verwendet.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Gegenwärtig verwenden alle tragbaren elektrischen Geräte, die tragbare Informationsgeräte umfassen, als Energiequelle interne Batteriesätze. Ein Batteriesatz umfasst verschiedene Batteriezellen in Reihen- und/oder Parallelschaltung, die die gewünschte Kapazität und Spannung zum Betreiben des Geräts herstellen.
  • Batteriezellen in Batteriesätzen für tragbare Informationsgeräte gehören aufgrund ihrer relativ hohen Energiedichte zu zwei Hauptkategorien, d. h. Nickelmetallhydrid(NiMH) und Lithium-Ion(Li-Ion). Herkömmliche Batteriezellen sind in zylindrischen und/oder prismatischen Strukturen gestaltet. 1 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts einer herkömmlichen Batteriezelle mit einer zylindrischen Struktur. Wie in 1 gezeigt, ist das Befestigungsmittel 11 mit der Anodenschicht 12 und das durch einen Separator 15 getrennte Befestigungsmittel 13 mit der Kathodenschicht 14 in einem zylindrischen Becher 16 aufgewickelt, was die beliebteste Batteriezelle mit einer zylindrischen Struktur ergibt. 2 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts einer herkömmlichen Batteriezelle mit einer prismatischen Struktur. Wie in 2 gezeigt, ist das Befestigungsmittel 21 mit der Anodenschicht 22 und das durch einen Separator 25 getrennte Befestigungsmittel 23 mit der Kathodenschicht 24 in einem prismatischen Becher 26 aufgewickelt, was eine rechtwinklige Batteriezelle für besondere Anwendungen ergibt.
  • Im Allgemeinen sind die Strukturen der Batteriesätze durch die Gestaltung der Batteriezellen bestimmt. Herkömmliche Batteriesätze sind unhandlich, schwer und teuer, wenn mehrere Batteriezellen eingebaut werden. 3 zeigt einen Batteriesatz des Industriestandards für Notebook-Computer. Der Batteriesatz 3 umfasst verschiedene zylindrische Li-Ion-Batteriezellen 31 mit einer Leiterplatte 32, die zum Füllstandsmessen und zum Überwachen von Spannung/Strom beim Laden und Entladen eingebettet ist. Zusätzlich weist der Batteriesatz 3 eine 5-Stift-Ausgangsbuchse 33 auf, die mit dem Notebook-Computer verbunden ist. Zwei davon, der „+" und der „–", sind Anschlüsse zur Übertragung elektrischer Energie. Andere sind zur Kommunikation zwischen dem Batteriesatz 3 und dem Computer (nicht gezeigt) für die Temperatur der Batteriezelle, den Datencode der Batteriezelle und den Spannungs-/Stromzustand des Batteriesatzes belegt. In 3 sind neun zylindrische Batteriezellen 31 im Batteriesatz 3 angeordnet, wobei drei in Reihe und drei parallel geschaltet sind. Jede der Batteriezellen 31 verfügt über einen Durchmesser von 18 mm, eine Höhe von 65 mm und arbeitet bei 3,6 V mit einer vollen Kapazität von 1,35 Ah. Der Batteriesatz 3, der aus neun zylindrischen Batteriezellen 31 besteht, liefert 44 Wh (10,8 V × 4,05 Ah) und verfügt über eine Größe von 150(B) × 90(L) × 21(H) mm und ein Gewicht von 490 Gramm. Ein solcher Batteriesatz 3 ist in der Lage, einen Pentium 300 Notebook-Computer während ungefähr 3 Stunden (180 Minuten) zu betreiben.
  • In letzter Zeit wurden Batteriesätze so klein und leicht als möglich konstruiert, um in schmalere und kompaktere Geräte zu passen. 4 zeigt einen dünnen Batteriesatz für Notebook-Computer, der prismatische Batteriezellen umfasst. Wie in 4 gezeigt, umfasst der Batteriesatz 4 verschiedene prismatische Li-Ion-Batteriezellen 41 mit einer Leiterplatte 42, die zur Füllstandsmessung und zum Überwachen von Spannung/Strom beim Laden und Entladen eingebettet ist. Zusätzlich weist der Batteriesatz 4 eine 5-Stift-Ausgangsbuchse 43 auf, die mit dem Notebook-Computer verbunden ist. Zwei davon, der „+" und der „–", sind Anschlüsse zur Übertragung elektrischer Energie. Andere sind zur Kommunikation zwischen dem Batteriesatz 4 und dem Computer (nicht gezeigt) für die Temperatur der Batteriezelle, den Datencode der Batteriezelle und den Spannungs-/Stromzustand des Batteriesatzes belegt.
  • Der Batteriesatz 4 von 4 weist im Vergleich zum Batteriesatz 3 von 3 aufgrund der Verwendung von prismatischen Batteriezellen 41 verringerte Abmessungen in Bezug auf die Dicke auf, normalerweise weniger als 10 mm. Die Batterielaufzeit ist indes beeinträchtigt, da in kleineren Zellen weniger leitfähige Materialien verwendet werden. Die Benutzer haben Schwierigkeiten beim Aufrechterhalten der Stromkontinuität festgestellt. Bei häufigerem Strommangel wird die Datenintegrität in einigen Worst-Case-Szenarien gefährdet.
  • Im Allgemeinen umfassen Notebook-Computer nur einen Batteriesatz. Für Vielbenutzer sind indes Notebook-Computer erhältlich, in denen zwei Batteriesätze angebracht sind. Diese gelten aufgrund ihres Gewichts und ihrer Unhandlichkeit als unpraktisch.
  • Zusätzlich sind aufgrund der Konstruktionsbegrenzung nicht alle Batteriesätze miteinander austauschbar, so dass die Kunden den Batteriesatz nicht ersetzen können, wenn dieser nicht vom ursprünglichen Hersteller des Geräts stammt. Die Benutzer werden durch den Faktor der unflexiblen Form des Batteriesatzes eingeschränkt. Demzufolge sind die Gerätehersteller in der Lage, den Batteriezubehörmarkt mit beschränkter Verfügbarkeit mit saftigen Preisen zu kontrollieren.
  • Spezifisch konstruierte Batteriesätze weisen gewöhnlich spezifische Sicherheitsbedenken auf, wenn sie versehentlich nicht gemäß den durch den Hersteller empfohlenen Richtlinien verwendet werden. Neulich hat ein in den Sitz eines Flugzeugs integriertes Stromversorgungssystem öffentliche Aufmerksamkeit erregt, da die Benutzer selten den Funktionszustand ihrer Batterie ermitteln, bevor sie ihre Batterie auf dem Flug laden. Hersteller haben der Federal Aviation Administration(FAA) empfohlen, ein Moratorium für die Verwendung zu erlassen, bis die Sicherheitsfragen gelöst werden können.
  • Das Augenmerk von US 5075182 ist auf eine Batteriehalterung gerichtet. Die an der Batterie befestigte Batteriehalterung wird verwendet, um das Einsetzen der Batterie zu vereinfachen und fühlbar zu unterstützen und weist vorzugsweise ein Schlüsselmerkmal auf, das gewährleistet, dass die richtige Batterie richtig in die Batteriehalterung eingesetzt wird. Der wahlfreie Batterieanzeiger stellt ein Mittel bereit, um visuell zu überprüfen, dass eine funktionierende Batterie richtig in die Batteriehalterung eingesetzt ist und dass die Batteriehalterung richtig mit dem elektrischen Gerät verbunden ist.
  • Zusätzlich betrifft JP 05046820 die Dauerstromversorgung von zwei Batterien, wobei eine der zwei Batterien innerhalb des Geräts und die andere außerhalb des Geräts angebracht ist.
  • Zusätzlich ist das Augenmerk von JP 62211857 auf das Problem des Verhinderns des Herauskommens einer Batterie gerichtet, wenn die Batterieanschlüsse in Löcher einer Leiterplatte eingeführt werden.
  • Ferner betrifft JP 63250050 die Bildung einer elektrisch leitfähigen dünnen Überzugschicht, die sich vom Klebeabschnitt einer plattenartigen Anschlusskarte mit einer großen flachen Größe und einem rahmenartigen, gegen den äußeren Rand der plattenartigen Anschlusskarte versiegelnden Körper erstreckt, um den äußeren Kurzschluss zwischen ihren eigenen Leitern und anderen im Speicher zu verhindern.
  • EP 0679002 A2 betrifft hauptsächlich die SIM-Karte im Mobiltelefon, die eher eine IC-Karte als eine Batterie ist, wobei die Ausgestaltung zum Lesen einer Karte in einem Mobiltelefon im Gehäuse einen Raum für die SIM-Karte umfasst und der Raum durch die Batterieeinheit bedeckt ist. Die Batterieeinheit in EP 0679002 A2 ist indes auf eine gewöhnliche Art und nicht auf eine spezifische Art eingerichtet.
  • US 5124508 betrifft ein Verfahren zur Konstruktion einer elektronischen Schaltung. Das offenbarte Verfahren umfasst Schritte des Bereitstellens einer Folienbatterie, die eine Stromschicht und eine Erdungsschicht aufweist, deren äußere Flächen mit einer isolierenden Schicht bedeckt sind, um als ein Substrat einer elektronischen Schaltung zu dienen, und des anschließenden Anordnens von elektronischen Schaltungen direkt auf einer Außenfläche der Folienbatterie. Genauer gesagt, ist das Hauptmerkmal von US 5124508 das Batteriematerial für das Substrat der Leiterplatte.
  • US 5824431 betrifft hauptsächlich das Verriegelungssystem zweier Batterieeinheiten in einem Gerät.
  • Alle aufgelisteten Nachteile sind Hindernisse bei der allgemeinen Verbreitung tragbarer Informationsgeräte. Die vorliegende Erfindung stellt Lösungen mit einem vollständigen Paradigmenwechsel bereit.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Schaffen eines Batteriestromsystems für ein elektrisches Gerät, das einfach zu verwenden ist und das Aufrechterhalten der Stromkontinuität sichern kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Batteriekartenanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Batteriekartenanordnung bereitgestellt. Die Batteriekartenanordnung ist zur Verwendung mit einem elektrischen Gerät angepasst, welches durch eine Mehrzahl von Batteriekarten, welche in der Batteriekartenanordnung enthalten sind, mit Strom zu versorgen ist. Die Batterieanordnung umfasst einen Anordnungskörper, der elektrisch mit dem elektrischen Gerät verbunden ist und eine Mehrzahl von Kartenschlitzen zum jeweiligen austauschbaren Einführen der Mehrzahl von Batteriekarten darin aufweist. Zusätzlich umfasst die Batteriekartenanordnung eine Steuerschaltung zum Auswählen einer aus der Mehrzahl von Batteriekarten als aktive Karte.
  • Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, standardisierte Batteriesätze in einer leichten, dünnen, sicheren und benutzerfreundlichen Kartenausgestaltung zum Erleichtern und Ermöglichen von Austauschbarkeit zwischen Geräten bereitzustellen.
  • Es ist auch möglich, ein Batteriestromsystem bereitzustellen, das nichtunterbrechbare Energie bereitstellt, indem die Batteriesätze in benutzerfreundlichen Formaten einfach ausgetauscht werden, derart, dass die Benutzer ihre Batteriesätze wechseln können, ohne das elektrische Gerät auszuschalten, wenn die Kapazität des Batteriesatzes zur Neige geht. Daher ermöglicht das verbesserte Batteriestromsystem es einem Benutzer, das Dilemma der kürzeren Laufzeit zu lösen, da die Tragbarkeit die weitere Verkleinerung der Batteriesätze erfordert. Anstatt mehr Strom zum Gerät hinzuzufügen, bringt die vorliegende Erfindung ein unterschiedliches Muster, das Batteriekarten verwendet, um eine Mindestlaufzeit bereitzustellen, die für allgemeine Anwendungen ausreichend ist, während das System die Stromkontinuität aufrecht erhält.
  • Es ist ferner möglich, ein sicheres Batteriestromsystem bereitzustellen, durch das Probleme der Sicherheit der Öffentlichkeit minimiert werden können, ohne den mobilen Benutzern Unannehmlichkeiten zu bereiten, wenn Batteriekarten auf einem separaten Ladegerät außerhalb des Geräts oder einem in das Gerät eingebauten Ladegerät geladen werden.
  • Es ist ferner möglich, ein verbessertes Batteriestromsystem bereitzustellen, das es den Benutzern ermöglicht, nicht mehr Strom mitzunehmen als sie tatsächlich benötigen und sich keine Sorgen mehr über den Verlust von Daten zu machen, wenn der Batteriestrom zur Neige geht.
  • Es ist ferner möglich, einen Batteriesatz bereitzustellen, der eine Sicherheitskonstruktion aufweist, um eine Knappheit aufgrund von falscher Handhabung zu verhindern, wenn der Batteriesatz nicht aktiv ist.
  • Es ist ferner möglich, einen Batteriesatz bereitzustellen, der eine höhere Massen- und Volumenenergiedichte aufweist als herkömmliche Batteriesätze.
  • Das elektronische Gerät weist vorzugsweise ein Gehäuse auf, das einen Schlitz zum Anordnen der Batteriekartenanordnung darin aufweist, wobei der Anordnungskörper in den Schlitz des elektronischen Geräts einführbar ist.
  • Die Batteriekartenanordnung weist vorzugsweise einen im Anordnungskörper angebrachten Rückhaltemechanismus zum Halten von jeder von der Mehrzahl von Batteriekarten im jeweiligen Kartenschlitz auf, um das elektrische Gerät in einem ersten Fall mit Strom zu versorgen und um die Batteriekarte in einem zweiten Fall aus dem Kartenschlitz aus dem Anordnungskörper heraus freizugeben.
  • Der Rückhaltemechanismus umfasst vorzugsweise einen Betätigungsknopf, der im ersten Fall von dem Gehäuse vorsteht und im zweiten Fall im Allgemeinen bündig mit dem Gehäuse bleibt.
  • Vorzugsweise weist jede der Mehrzahl von Batteriekarten zwei Stromkontakte auf, wobei die Anordnungskarte ein Stromaufnahmemittel aufweist, welches elektrisch mit den zwei Stromkontakten zu verbinden ist, um dadurch einen Strom von der jeweiligen Batteriekarte zu empfangen, wobei das Stromaufnahmemittel zwei Leiter aufweist, die jeweils elektrisch mit den zwei Stromkontakten zu verbinden sind, und wobei der Anordnungskörper ferner eine Stromleitung aufweist, die elektrisch mit den zwei Leitern verbunden ist und einen Anschlussverbinder aufweist.
  • Vorzugsweise weist die Batteriekartenanordnung ferner einen Führungsmechanismus zum Führen jeder der Mehrzahl von Batteriekarten, die in den jeweiligen Kartenschlitz einzuführen sind, wobei der Führungsmechanismus für jeden der Kartenschlitze zwei gegenüberliegende, im Anordnungskörper angebrachte Führungsseitenschienen aufweist, eine bewegbare Türe zum Verschließen des jeweiligen Kartenschlitzes und ein elastisches Glied zum stetigen Verschließen der bewegbaren Türe gegen den Kartenschlitz auf.
  • Die mehreren Batteriekarten sind vorzugsweise von gleichen oder unterschiedlichen Abmessungen, und die Kartenschlitze sind von gleicher Größe oder von unterschiedlichen Größen.
  • Die Steuerschaltung umfasst vorzugsweise Diodenschalter, eine Lade/Schutzschaltung, eine Füllstandsmessungsschaltung und eine LED-Anzeigeschaltung, einen Kapazitätsdetektor zum Detektieren, wie viel Kapazität die Mehrzahl von Batteriekarten halten, eine Stromknappheits-Warneinrichtung, die ein Signal gibt, wenn die Kapazität irgendeiner der Mehrzahl von Batteriekarten nahezu zur Neige geht, und eine elektrisch mit der Stromknappheits-Warneinrichtung verbundene Anzeige, um anzuzeigen, dass die Kapazität einer Batteriekarte nahezu zur Neige geht.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Batteriekarte zur Verwendung mit einem elektrischen Gerät bereit, das durch die Batteriekarte mit Strom zu versorgen ist. Die Batteriekarte kann verschiedene Stromversorgungszellen (mindestens eine Stromversorgungszelle) in Reihen- und/oder Parallelschaltung umfassen, die die gewünschte Kapazität und Spannung zum Betreiben des elektrischen Geräts herstellen. Die erste in der Batteriekarte angeordnete Stromversorgungszelle kann zwei ebene Befestigungsmittel, die ein erstes Kathodenmaterial beziehungsweise ein erstes Anodenmaterial daran befestigen, und einen ersten ebenen Separator umfassen, der einerseits die ersten Befestigungsmittel trennt und andererseits die zwei ersten Befestigungsmittel miteinander verbindet. Die zweite in der Batteriekarte angeordnete Stromversorgungszelle kann auch zwei zweite ebene Befestigungsmittel, die ein zweites Kathodenmaterial beziehungsweise ein zweites Anodenmaterial daran befestigen, und einen zweiten ebenen Separator umfassen, der einerseits die zweiten Befestigungsmittel trennt und andererseits die zweiten Befestigungsmittel miteinander verbindet. Für die erste und die zweite Stromversorgungszelle kann ein Rahmen bereitgestellt werden, um die Batteriekarte zu bilden, die eine Massenenergiedichte von über 40 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 100 Wattstunden/Liter aufweist. Zusätzlich können auf dem Gehäuse zwei Kontakte angebracht und jeweils mit der ersten der zweiten Stromversorgungszelle verbunden werden, um das elektrische Gerät dadurch mit Strom zu versorgen.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist die Batteriekarte vorzugsweise eine Massenenergiedichte von über 80 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 200 Wattstunden/Liter auf.
  • Das elektrische Gerät ist vorzugsweise ein tragbares Informationsgerät.
  • Der Rahmen weist vorzugsweise eine rechteckige Hauptebene auf und die Ebene ist vorzugsweise auf einer Seite davon kürzer als 10 cm.
  • Alternativ ist das Gehäuse im Wesentlichen ein Parallelepipedon, das eine Dicke aufweist, die kleiner als 1,5 cm und vorzugsweise kleiner als 1 cm ist. Vorzugsweise ist eine der Seiten des Parallelepipedons kürzer als 15 cm.
  • Die Batteriekarte ist vorzugsweise wiederaufladbar und es ist noch mehr zu bevorzugen, wenn die Batteriekarte im elektrischen Gerät oder durch ein externes Ladegerät wiederaufgeladen werden kann.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verbindet die Batteriekarte darin ferner elektrisch eine Schutzschaltung, um die Batterie vom Betrieb bei einer Spannung zu schützen, die höher oder niedriger als ein spezifischer Wert ist.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verbindet die Batteriekarte darin ferner elektrisch eine Füllstandsmessung zum Anzeigen, wie viel Kapazität die Batteriekarte hält.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verbindet die Batteriekarte darin ferner elektrisch eine Kapazitätsanzeige zum Anzeigen einer Kapazität der Batteriekarte.
  • Das Gehäuse ist vorzugsweise entweder aus ABS(Acrylnitrid-Butadien-Styrol-Harz) oder einer Mangan-Aluminium-Legierung hergestellt.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst die Batteriekarte ferner neun Stromversorgungszellen, wobei die neun Stromversorgungszellen in drei parallel geschaltete Gruppen unterteilt sind, von denen jede drei in Reihe geschaltete Stromversorgungszellen umfasst.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verbindet die Batteriekarte darin ferner elektrisch eine Wiederaufladeschaltung, um zu ermöglichen, dass die Batteriekarte dadurch wieder aufgeladen wird.
  • Zwei Kontakte sind vorzugsweise von äußeren Einwirkungen abgeschirmt, bis sie in das elektrische Gerät eingeführt werden.
  • Zwei erste ebene Befestigungsmittel und zwei zweite ebene Befestigungsmittel sind mit Sicherheit steif.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst die Batteriekarte ferner ein erstes Gehäuse, das die erste Stromversorgungszelle darin beherbergt, und ein zweites Gehäuse, das die zweite Stromversorgungszelle darin beherbergt, die mit der ersten Stromversorgungszelle elektrisch in Reihe geschaltet ist.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ferner das Schaffen einer Batteriekarte zur Verwendung mit einem elektrischen Gerät, das durch die Batteriekarte mit Strom zu versorgen ist. Die Batteriekarte umfasst verschiedene Stromversorgungszellen (mindestens eine Stromversorgungszelle), die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind, die die gewünschte Kapazität und Spannung zum Betreiben des elektrischen Geräts herstellen. Die erste in der Batteriekarte angeordnete Stromversorgungszelle umfasst zwei erste Befestigungsmittel, die ein erstes Kathodenmaterial beziehungsweise ein erstes Anodenmaterial daran befestigen, einen ersten Separator, der einerseits die ersten Befestigungsmittel trennt und andererseits die zwei ersten Befestigungsmittel miteinander verbindet, und ein erstes Gehäuse, das die Stromversorgungszelle darin unterbringt. Die zweite in der Batteriekarte angeordnete Stromversorgungszelle umfasst auch zwei zweite Befestigungsmittel, die ein zweites Kathodenmaterial beziehungsweise ein zweites Anodenmaterial daran befestigen, einen zweiten Separator, der einerseits die zweiten Befestigungsmittel trennt und andererseits die zweiten Befestigungsmittel miteinander verbindet, und ein zweites Gehäuse, das die zweite Stromversorgungszelle darin unterbringt. Es ist ein Rahmen vorhanden, der eine Dicke von weniger als 1,5 cm aufweist und darin das erste und zweite Gehäuse unterbringt, um die Batteriekarte zu bilden, die eine Massenenergiedichte von über 40 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 100 Wattstunden/Liter aufweist. Zusätzlich sind zwei Kontakte auf dem Rahmen angebracht und mit der ersten beziehungsweise der zweiten Stromversorgungszelle verbunden, um das elektrische Gerät dadurch mit Strom zu versorgen.
  • Vorzugsweise sind die Befestigungsmittel und die Separatoren hineinwickelbar, wobei sie eine zylindrische Form aufweisen. Alternativ sind die Befestigungsmittel und die Separatoren hineinwickelbar, wobei sie eine prismatische Form aufweisen.
  • Der Rahmen ist vorzugsweise im Wesentlichen ein Parallelepipedon, das eine Abmessung von weniger als 15 cm, und, noch mehr zu bevorzugen, von weniger als 10 cm aufweist.
  • Vorzugsweise sind die erste und die zweite Stromversorgungszelle elektrisch in Reihe geschaltet.
  • Vorzugsweise ist die Dicke der Batteriekarte kleiner als 1 cm.
  • Die Batteriekarte weist vorzugsweise ein Gesamtgewicht von weniger als 180 g und, noch mehr zu bevorzugen, von weniger als 150 g auf.
  • Die Befestigungsmittel sind mit Sicherheit an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen davon am Kathodenmaterial und am Anodenmaterial befestigt.
  • Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Schaffen einer Batteriekartenanordnung zur Verwendung mit einem elektrischen Gerät, das durch eine in der Batteriekartenanordnung enthaltene Batteriekarte mit Strom zu versorgen ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das elektrische Gerät ein Gehäuse auf, das einen Schlitz aufweist, um die Batteriekartenanordnung darin anzuordnen. Die Batteriekartenanordnung umfasst einen Anordnungskörper, der in den Schlitz des elektrischen Geräts einführbar ist und einen Kartenschlitz, um die Batteriekarte austauschbar darin einzuführen, und einen Rückhaltemechanismus aufweist, der im Anordnungskörper angeordnet ist, um die Batteriekarte im Kartenschlitz zu halten, um das elektrische Gerät in einem ersten Fall mit Strom zu versorgen und die Batteriekarte in einem zweiten Fall von dem Kartenschlitz aus dem Anordnungskörper heraus freizugeben.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, umfasst die Batteriekartenanordnung ferner einen Führungsmechanismus zum Führen der Batteriekarte, die in den Kartenschlitz einzuführen ist. Der Führungsmechanismus umfasst vorzugsweise zwei gegenüberliegende, im Anordnungskörper angebrachte Führungsseitenschienen.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst die Batteriekartenanordnung ferner eine bewegbare Türe zum Verschließen des Kartenschlitzes und ein elastisches Glied zum stetigen Verschließen der bewegbaren Türe gegen den Kartenschlitz.
  • Der Rückhaltemechanismus umfasst vorzugsweise einen Betätigungsknopf, der im ersten Fall von dem Gehäuse vorsteht und im zweiten Fall im Allgemeinen bündig mit dem Gehäuse bleibt.
  • Die Batteriekarte weist mit Sicherheit zwei Stromkontakte auf und der Anordnungskörper umfasst ein Stromaufnahmemittel, das elektrisch mit den zwei Stromkontakten der Batterie verbunden ist, um dadurch einen Strom von der Batteriekarte zu empfangen. Das Stromaufnahmemittel umfasst vorzugsweise zwei Leiter, die jeweils elektrisch mit den zwei Stromkontakten der Batteriekarte zu verbinden sind, und der Anordnungskörper umfasst eine Stromleitung, die elektrisch mit den zwei Leitern verbunden ist und einen Anschlussverbinder aufweist.
  • Der Anordnungskörper umfasst vorzugsweise ferner einen weiteren Kartenschlitz, um darin eine andere Batteriekarte einzuführen.
  • Die Batteriekarten sind vorzugsweise von gleichen Abmessungen. Alternativ sind die Batteriekarten von unterschiedlichen Abmessungen.
  • Die Kartenschlitze sind vorzugsweise von der gleichen Größe. Alternativ sind die Kartenschlitze von unterschiedlichen Größen.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verbindet die Batteriekartenanordnung darin elektrisch eine Steuerschaltung, die steuert, von welcher Batteriekarte das elektrische Gerät mit Strom versorgt werden sollte.
  • Die Steuerschaltung umfasst vorzugsweise Diodenschalter, eine Lade/Schutzschaltung, eine Füllstandsmessungsschaltung und eine LED-Anzeigeschaltung.
  • Die Batteriekartenanordnung verbindet vorzugsweise elektrisch darin einen Kapazitätsdetektor zum Detektieren, wie viel Kapazität die Batteriekarten halten.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verbindet die Batteriekartenanordnung ferner elektrisch darin eine Stromknappheits-Warneinrichtung, die ein Signal gibt, wenn die Kapazität irgendeiner der Batterien nahezu zur Neige geht.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst die Batteriekartenanordnung ferner eine elektrisch mit der Stromknappheits-Warneinrichtung verbundene Anzeige zum Anzeigen, dass die Kapazität einer Batteriekarte nahezu zur Neige geht.
  • Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ferner das Schaffen einer Batteriekartenanordnung zur Verwendung mit einem durch eine in der Batteriekartenanordnung enthaltene Batteriekarte mit Strom zu versorgenden elektrischen Gerät. Die Batteriekartenanordnung umfasst einen Anordnungskörper, der elektrisch mit dem elektrischen Gerät verbunden ist, und einen Kartenschlitz zum austauschbaren Einführen der Batteriekarte darin und einen im Anordnungskörper angebrachten Rückhaltemechanismus zum Halten der Batteriekarte im Kartenschlitz aufweist, um das elektrische Gerät in einem ersten Fall mit Strom zu versorgen und die Batteriekarte in einem zweiten Fall aus dem Kartenschlitz aus dem Anordnungskörper heraus freizugeben.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Schaffen einer Batteriekartenanordnung zur Verwendung in einem elektrischen Gerät, wobei das elektrische Gerät ein Gehäuse mit einem Schlitz zum Anordnen der Batteriekartenanordnung darin aufweist, um durch eine in der Batteriekartenanordnung enthaltene Batteriekarte mit Strom versorgt zu werden. Die Batteriekartenanordnung umfasst einen Anordnungskörper, der in den Schlitz des elektrischen Geräts einführbar ist und der einen Kartenschlitz zum austauschbaren Einführen der Batteriekarte darin aufweist.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist die Batteriekarte vorzugsweise eine Massenenergiedichte von über 40 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 100 Wattstunden/Liter auf. Noch mehr zu bevorzugen ist, wenn die Batteriekarte eine Massenenergiedichte von über 80 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 200 Wattstunden/Liter aufweist.
  • Die Batteriekarte weist vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1,5 cm und, noch mehr zu bevorzugen, von weniger als 1 cm auf.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ferner das Schaffen einer Batteriekartenanordnung zur Verwendung mit einem elektrischen Gerät, das durch eine in der Batteriekartenanordnung enthaltene Batteriekarte mit Strom zu versorgen ist. Die Batteriekartenanordnung umfasst einen Anordnungskörper, der elektrisch mit dem elektrischen Gerät verbunden ist und einen Kartenschlitz zum austauschbaren Einführen der Batteriekarte darin aufweist.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ferner das Schaffen eines elektrischen Geräts, das ein Gehäuse mit einem Schlitz zum Anordnen einer Batteriekartenanordnung darin aufweist, die einen Anordnungskörper aufweist, der einen Kartenschlitz zum austauschbaren Einführen einer Batteriekarte darin aufweist, um das elektrische Gerät mit Strom zu versorgen.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist die Batteriekarte vorzugsweise eine Massenenergiedichte von über 40 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 100 Wattstunden/Liter auf, und es ist noch mehr zu bevorzugen, wenn die Batteriekarte eine Massenenergiedichte von über 80 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 200 Wattstunden/Liter aufweist.
  • Die Batteriekarte weist vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1,5 cm und, noch mehr zu bevorzugen, von weniger als 1 cm auf.
  • Die Batteriekarte ist vorzugsweise ein Parallelepipedon, das eine Abmessung von weniger als 15 cm und, noch mehr zu bevorzugen, von weniger als 10 cm aufweist.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Schaffen eines elektrischen Geräts, das ein Gehäuse mit einem Kartenschlitz aufweist, und einer Batteriekarte, die austauschbar in den Kartenschlitz einführbar ist, um das elektrische Gerät mit Strom zu versorgen. Die Batteriekarte umfasst zwei ebene Befestigungsmittel, die ein erstes Kathodenmaterial beziehungsweise ein erstes Anodenmaterial daran befestigen, einen ersten ebenen Separator, der die ersten Befestigungsmittel einerseits trennt und die zwei ersten Befestigungsmittel andererseits miteinander verbindet, um eine erste Stromversorgungszelle zu bilden, wobei die zweiten ebenen Befestigungsmittel ein zweites Kathodenmaterial beziehungsweise ein zweites Anodenmaterial daran befestigt, einen zweiten ebenen Separator, der die zweiten Befestigungsmittel einerseits trennt und andererseits die zweiten Befestigungsmittel miteinander verbindet, um eine zweite Stromversorgungszelle zu bilden, die elektrisch mit der ersten Stromversorgungszelle in Reihe geschaltet ist, einen Rahmen, der die erste und die zweite Stromversorgungszelle darin unterbringt, um die Batteriekarte zu bilden, die eine Massenenergiedichte von über 40 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 100 Wattstunden/Liter aufweist, und zwei Kontakte, die auf dem Rahmen angebracht und jeweils mit der ersten und der zweiten Stromversorgungszelle elektrisch verbunden sind, um das elektrische Gerät dadurch mit Strom zu versorgen.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist die Batteriekarte vorzugsweise eine Massenenergiedichte von über 80 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 200 Wattstunden/Liter auf.
  • Der Rahmen ist vorzugsweise im Wesentlichen ein Parallelpipedon, das eine Abmessung von weniger als 15 cm und, noch mehr zu bevorzugen, von weniger als 10 cm aufweist.
  • Der Rahmen weist vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1,5 cm und, noch mehr zu bevorzugen, von weniger als 1 cm auf.
  • Das Gehäuse des elektrischen Geräts umfasst vorzugsweise ferner einen Schlitz und das elektrische Gerät umfasst ferner eine Batteriekartenanordnung, die verschiebbar in den Schlitz eingeführt wird und den Kartenschlitz aufweist.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Schaffen eines elektrischen Geräts, das ein Gehäuse umfasst, das einen Kartenschlitz und eine Batteriekarte aufweist, die austauschbar in den Kartenschlitz einführbar ist, um das elektrische Gerät mit Strom zu versorgen. Die Batteriekarte umfasst zwei erste Befestigungsmittel, die ein erstes Kathodenmaterial beziehungsweise ein erstes Anodenmaterial daran befestigen, einen ersten Separator, der die ersten Befestigungsmittel einerseits trennt und andererseits die zwei ersten Befestigungsmittel miteinander verbindet, um eine erste Stromversorgungszelle zu bilden, ein erstes Gehäuse, das die Stromversorgungszelle darin unterbringt, zwei zweite Befestigungsmittel, die ein zweites Kathodenmaterial beziehungsweise ein zweites Anodenmaterial daran befestigen, einen zweiten Separator, der einerseits die zweiten Befestigungsmittel trennt und andererseits die zweiten Befestigungsmittel miteinander verbindet, um eine zweite Stromversorgungszelle zu bilden, die elektrisch mit der ersten Stromversorgungszelle verbunden ist, ein zweites Gehäuse, das die zweite Stromversorgungszelle darin unterbringt, einen Rahmen, der eine Dicke von weniger als 1,5 cm aufweist und das erste und das zweite Gehäuse darin unterbringt, um die Batteriekarte zu bilden, die eine Massenenergiedichte von über 40 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 100 Wattstunden/Liter aufweist, und zwei Kontakte, die auf dem Rahmen angebracht sind und jeweils elektrisch mit der ersten und der zweiten Stromversorgungszelle verbunden sind, um das elektrische Gerät dadurch mit Strom zu versorgen.
  • Die Dicke der Batteriekarte ist vorzugsweise kleiner als 1 cm.
  • Die Batteriekarte weist vorzugsweise eine Massenenergiedichte von über 80 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 200 Wattstunden/Liter auf.
  • Der Rahmen ist vorzugsweise ein Parallelepipedon mit einer Abmessung von weniger als 15 cm und, noch mehr zu bevorzugen, von weniger als 10 cm.
  • Die erste und die zweite Stromversorgungszelle sind vorzugsweise elektrisch in Reihe geschaltet.
  • Das Gehäuse des elektrischen Geräts weist vorzugsweise einen Schlitz auf und das elektrische Gerät weist ferner eine Batteriekartenanordnung auf, die verschiebbar in den Schlitz eingeführt werden kann und den Kartenschlitz aufweist.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Schaffen eines elektrischen Geräts, das ein Gehäuse umfasst, das einen Schlitz, eine Batteriekartenanordnung, die verschiebbar in den Schlitz eingeführt werden kann, und einen Anordnungskörper, der einen Kartenschlitz aufweist, und eine Batteriekarte aufweist, die austauschbar in den Kartenschlitz eingeführt werden kann, um das elektrische Gerät mit Strom zu versorgen. Die Batteriekarte weist eine Dicke von weniger als 1,5 cm, eine Massenenergiedichte von über 40 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 100 Wattstunden/Liter auf.
  • Die Batteriekarte ist vorzugsweise im Wesentlichen ein Parallelepipedon, das eine Dicke von weniger als 1 cm aufweist.
  • Die Batteriekarte weist vorzugsweise eine Massenenergiedichte von über 80 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 200 Wattstunden/Liter auf.
  • Die Batteriekarte ist vorzugsweise wiederaufladbar und das elektrische Gerät umfasst ein Ladegerät zum Wiederaufladen der Batteriekarte.
  • Das elektrische Gerät umfasst ferner vorzugsweise einen Strompuffer, derart, dass der Strompuffer die Arbeit des Versorgens des elektrischen Geräts mit Strom übernimmt, wenn die Kapazität der Batteriekarte zur Neige geht.
  • Die Batteriekartenanordnung umfasst ferner vorzugsweise einen anderen Kartenschlitz, um darin eine andere Batteriekarte austauschbar einzuführen.
  • Das elektrische Gerät verbindet vorzugsweise damit eine Stromsteuerschaltung, um zu steuern, von welcher der Batteriekarten das elektrische Gerät mit Strom versorgt werden sollte.
  • Die Batteriekartenanordnung ist vorzugsweise in einer Kassette gebildet und das elektrische Gerät umfasst ferner eine Anzeige, um einen Benutzer zu warnen, dass die Kapazität von einer der Batteriekarten zur Neige geht.
  • Die vorliegende Erfindung wird am besten durch die folgenden Beschreibungen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen verstanden; es zeigen:
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 eine Ansicht eines Querschnitts einer herkömmlichen Batteriezelle mit zylindrischer Struktur;
  • 2 eine Ansicht eines Querschnitts einer herkömmlichen Batteriezelle mit prismatischer Struktur;
  • 3 einen herkömmlichen Batteriesatz für Notebook-Computer, der zylindrische Batteriezellen enthält;
  • 4 einen herkömmlichen Batteriesatz für Notebook-Computer, der prismatische Batteriezellen enthält;
  • 5 eine Ansicht eines Querschnitts einer Polymerbatteriezelle in flacher Form;
  • 6 eine Ansicht eines Querschnitts einer bevorzugten Ausführungsform einer Batteriekarte, die mehrere Batteriezellen in Diskettengröße aufweist;
  • 7 die Batterie-Wiederauflade/Schutzschaltung und deren Verbindung mit einer Batteriekarte mit einer Reihe von Batteriezellen;
  • 8 ein Blockdiagramm einer in einer Batteriekarte eingebetteten Füllstandsmessungsschaltung;
  • 9 eine Batteriekarte mit geschlossenem Verschluss, wenn sie nicht verwendet wird;
  • 10 eine Batteriekarte mit geöffnetem Verschluss, wenn sie in die Kassette eingeführt wird;
  • 11 eine Kassette mit geschlossener elastischer Türe ohne Einführung der Batteriekarte;
  • 12 eine Kassette mit geöffneter elastischer Türe mit Einführung der Batterie;
  • 13 eine Kassette mit zwei Kartenschlitzen zum Einführen von zwei Batteriekarten darin;
  • 14A eine während der Verwendung durch ein Kabel elektrisch mit einem Notebook-Computer verbundene Kassette;
  • 14B eine Kassette, die während der Verwendung direkt mit einem Notebook-Computer verbunden ist; und
  • 15 ein Blockdiagramm der Steuerschaltung in einem Gerät mit zwei Batteriekarten.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die vorliegende Erfindung ist ein Batteriestromversorgungssystem, das aus einer Batteriekarte, einer Batteriekartenanordnung, in die die Batteriekarte eingeschoben wird, und einem Ladegerät besteht, in dem die Batteriekarte wieder aufgeladen wird. Die Batteriekarten sind zum leichten Tragen, Speichern und Austauschen konstruiert. Die Batteriekartenanordnung ist ein Standardbauteil in tragbaren Informationsgeräten, die die Batteriekarte oder Batteriekarten in festen Formaten aufnimmt. Ein Ladegerät ist ein Zubehör zum sicheren Wiederaufladen mehrerer Batteriekarten mit einem Ladealgorithmus des Standes der Technik.
  • Die Batteriekarte der vorliegenden Erfindung ist angepasst, um mit einem elektrischen Gerät verwendet zu werden, das durch die Batteriekarte mit Strom zu versorgen ist. Das elektrische Gerät ist vorzugsweise ein tragbares Informationsgerät. Die Batteriekarte der vorliegenden Erfindung umfasst verschiedene Batteriezellen (mindestens eine Batteriezelle) in Reihen- und/oder Parallelschaltung, die die gewünschte Kapazität und Spannung herstellen, um das elektrische Gerät zu betreiben. Die in der Batteriekarte angeordneten Batteriezellen können irgendeine Ausgestaltung, zylindrisch oder prismatisch, aufweisen, solange die Geometrie nach dem Koppeln der Zellen mit den Abmessungen der Karte übereinstimmt. In letzter Zeit entwickelte Polymerbatteriezellen in flacher Form sind eine andere Wahl von Batteriezelle in der Batteriekarte. 5 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts einer Polymerbatteriezelle in flacher Form. Wie in 5 gezeigt, sind das Befestigungsmittel 51 mit der Anodenschicht 52 und das Befestigungsmittel 53 mit der Kathodenschicht 54 durch einen Separator 55 getrennt. Die Schichten sind mit einer Matrix aus Polymermaterialien laminiert und in einem flachen Gehäuse 56 versiegelt. Der Betrag an in einer Batteriekarte enthaltenen Batteriezellen soll indes nicht begrenzt sein. 6 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts einer bevorzugten Ausführungsform einer Batteriekarte, die verschiedene Batteriezellen in Diskettengröße umfasst. Wie in 6 gezeigt, umfasst die Batteriekarte 6 neun Polymerbatteriezellen 601 bis 609 in Diskettengröße, von denen jede eine Struktur aufweist wie die in 5 gezeigte Polymerbatteriezelle 5. Die erste Batteriezelle 601 umfasst zwei ebene Befestigungsmittel, die das erste Kathodenmaterial beziehungsweise das erste Anodenmaterial daran befestigen, einen ersten ebenen Separator, der einerseits die ersten Befestigungsmittel trennt und andererseits die zwei ersten Befestigungsmittel miteinander verbindet. Die zweite Batteriezelle 602 umfasst auch zwei zweite ebene Befestigungsmittel, die ein zweites Kathodenmaterial beziehungsweise ein zweites Anodenmaterial daran befestigen, und einen zweiten ebenen Separator, der einerseits die zweiten Befestigungsmittel trennt und andererseits die zweiten Befestigungsmittel miteinander verbindet.
  • In 6 sind die Batteriezellen 601, 602 und 603 parallel geschaltet, wodurch sie eine Gruppenzelle 610 bilden, die in einem internen Gehäuse 611 eingeschlossen ist. Die Batteriezellen 604, 605 und 606 sind parallel geschaltet, wodurch sie eine Gruppenzelle 612 bilden, die in einem inneren Gehäuse 613 eingeschlossen ist. Die Batteriezellen 607, 608 und 609 sind parallel geschaltet, wodurch sie eine Gruppenzelle 614 bilden, die in einem inneren Gehäuse 615 eingeschlossen ist. Die Gruppenzellen 610, 612 und 614 sind ferner in Reihe geschaltet, um eine endgültige Batteriekarte 6 zu bilden, die in einem Rahmen 616 eingeschlossen ist. Zusätzlich sind zwei Kontakte (617 und 618) vorhanden, die auf dem Rahmen 616 angeordnet und elektrisch mit den Batteriezellen 601 bis 609 verbunden sind, um das elektrische Gerät dadurch mit Strom zu versorgen. Daher kann die Batteriekarte 6 über positive und negative Anschlüsse (617 und 618) mit einer Batteriekartenkassette (nicht gezeigt) verdrahtet werden. Die zwei Kontakte (617 und 618) sind vorzugsweise konstruiert, um von äußeren Einwirkungen abgeschirmt zu werden, bis sie in das elektrische Gerät eingeführt werden.
  • Die Batteriekarte der vorliegenden Erfindung weist eine Massenenergiedichte von über 40 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 100 Wattstunden/Liter auf. Die Batteriekarte weist vorzugsweise eine Massenenergiedichte von über 80 Wattstunden/Kilogramm und eine Volumenenergiedichte von über 200 Wattstunden/Liter auf.
  • Der Rahmen der Batteriekarte weist eine rechteckige Hauptebene auf. Die Ebene weist vorzugsweise eine Seite auf, die kürzer als 10 cm ist. Alternativ ist der Rahmen der Batteriekarte im Wesentlichen ein Parallelepipedon, das eine Dicke aufweist, die kleiner als 1,5 cm, vorzugsweise kleiner als 1 cm ist. Das Parallelepipedon weist eine Seite auf, die kleiner als 15 cm, vorzugsweise kleiner als 10 cm, ist. Die Form des Rahmens soll indes nicht begrenzt sein. Zusätzlich weist die Batteriekarte ein Gesamtgewicht von unter 180 g und vorzugsweise von unter 150 g auf.
  • Die Batteriekarte der vorliegenden Erfindung umfasst Batteriezellen in einem Kunststoff- und/oder Metalllegierungsrahmen. Die Materialien des Rahmens sind leicht, dünn, fest, knautschfest und gut geeignet für Wärmeableitung. ABS(Acrylnitrit-Butadien-Styrol-Harz) und Magnesiumaluminiumlegierungen sind hier eine gängige Wahl.
  • Die Batteriezellen in der Batteriekarte der vorliegenden Erfindung können aus irgendeiner erneuerbaren Batteriechemie bestehen, Nickelmetallhydrid(NiMH), Lithium-Ion(Li-Ion), Zink-Luft und oder ein anderes, noch zu entwickelndes elektrochemisches System. Die Batteriezellen sind innerhalb der Batteriekarte in Reihe und/oder parallel geschaltet und stellen die gewünschte Kapazität und Spannung zum Betrieb der Geräte her.
  • Die Batteriekarte der vorliegenden Erfindung ist wiederaufladbar. Die Batteriekarte verbindet darin eine Wiederaufladeschaltung, um zu ermöglichen, dass die Batteriekarte dadurch wiederaufgeladen wird. Daher kann die Batteriekarte durch ein unabhängiges Ladegerät außerhalb des Geräts, durch die Verbindung mit dem Ladegerät innerhalb des elektrischen Geräts oder durch die Verbindung mit einer Wandsteckdose zum direkten Aufladen von einer Wechselstromversorgung wiederaufgeladen werden. Zusätzlich umfasst die Batteriekarte eine Schutzschaltung, um die Batterie vor der Arbeit bei einer Spannung zu schützen, die höher oder niedriger als ein spezifischer Wert ist (d. h., um zu verhindern, dass die Batterien überladen und/oder überentladen werden). 7 zeigt ein Blockdiagramm einer Batterie-Wiederauflade/Schutzschaltung 71, die mit einer Batteriekarte 72 verbunden ist, die vier in Reihe geschaltete Batteriezellen umfasst. Die Eingänge (B4, B3, B2 und B1) in der Wiederauflade/Schutzschaltung 71 sind mit entsprechenden positiven Anschlüssen von Batteriezellen in der Batteriekarte 72 verbunden. Der Eingang B0 ist mit dem negativen Anschluss 73 der Batteriekarte 72 verbunden. Ein Selektor (nicht gezeigt) in der Wiederauflade/Schutzschaltung 71 ist in der Lage, eine Kombination von B0 bis B4 auszuwählen, um die Spannung von jeder einzelnen Batteriezelle in der Batteriekarte 72 zu untersuchen. Der negative Anschluss 73 ist mit den Transistoren 74 und 75 und dann mit dem Erdungsanschluss 76 verbunden. Der Erdungsanschluss 76 ist mit dem Erdungseingang in der Wiederauflade/Schutzschaltung 71 verbunden. Das Gatter des Transistors 74 ist mit dem Gleichstromausgang verbunden, der mit einer Entladeoperation des Wiederauflade/Schutzgeräts 71 verknüpft ist. Das Gatter des Transistors 75 ist mit dem Konstantstromausgang verbunden, der mit einer Ladeoperation der Wiederauflade/Schutzschaltung 71 verknüpft ist.
  • Die Batteriekarten der vorliegenden Erfindung sind mit einer Füllstandsmessungsschaltung zum Detektieren der Batteriekapazität und zum Anzeigen, wie viel Kapazität die Batteriekarte hält, eingebettet. Die Batteriekarte umfasst eine Kapazitätsanzeige zum Anzeigen der Kapazität der Batteriekarte. 8 zeigt ein Blockdiagramm der Füllstandsmessungsverbindung, wobei die Füllstandsmessungsschaltung 81 in der Batteriekarte 82 eingebettet ist. Die Füllstandsmessungsschaltung 81 ist mit den Batteriezellen 83 und dem seriellen Kommunikationsport (DQ) verbunden. Die Füllstandsmessungsschaltung 81 umfasst eine Leuchtdiodenreihe 84, die die detektierten Informationen anzeigt. Zur Vorführung sind fünf Anzeigensegmente mit sechs Anschlüssen eines gemeinsamen Ausgangs verbunden.
  • 9 zeigt eine einfache Konstruktion der Batteriekarte. Die Batteriekarte 9 umfasst einen Rahmen 91, der aus einer oberen Schale 92 und einer unteren Schale 93 hergestellt ist. Entlang der Fläche sind Führungsschienen 94 vorhanden, um die Batteriekarte auf die Kassette (nicht gezeigt) abzustimmen, in die die Batteriekarte eingeschoben wird. Ein Verschluss 95 ist am vorderen Außenrand 96 des Rahmens 91 bereitgestellt, um den Zugang 97, der „+" und „–" Stromausgänge umfasst, abzudecken, wenn er nicht verwendet wird. 10 zeigt, wie der Verschluss 95 sich auf die andere Seite bewegt und den Zugang 97, der die „+" und „–" Stromausgänge umfasst, für den Kassettenanschluss freilegt, wenn die Batteriekarte 9 in die Kassette eingeführt wird.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER BATTERIEKARTE
  • 1. Eine aus zylindrischen Batteriezellen hergestellte Batteriekarte (weniger bevorzugt).
  • Eine Batteriekarte besteht aus drei in Reihe gekoppelten zylindrischen Li-Ion-Batteriezellen. Jede Batteriezelle arbeitet bei 3,6 V mit einer vollen Kapazität von 1,35 Ah. Die Batteriezelle weist einen Durchmesser von 18 mm und eine Höhe von 65 mm auf und wiegt 42 g. Die Größe der Batteriekarte beträgt 54(B) × 65(L) × 18(H) mm und ihr Gewicht vor der Fertigstellung der Schaltungen und des Gehäuses 126 g. Die Batteriekarte liefert 14,6 Wh (10,8 V × 1,35 Ah), was gut ist, um einen Pentium 300 Notebook-Computer während 60 Minuten zu betreiben.
  • 2. Eine aus prismatischen Batteriezellen hergestellte Batteriekarte (weniger bevorzugt)
  • Eine Batteriekarte besteht aus drei in Reihe geschalteten prismatischen Li-Ion-Batteriezellen. Jede Batteriezelle arbeitet bei 3,6 V mit einer vollen Kapazität von 0,95 Ah. Die Größe der Batteriezelle beträgt 34(B) × 48(L) × 9(H) mm und ihr Gewicht 40 g. Die Größe der Batteriekarte beträgt 102(B) × 48(L) × 9(H) mm und ihr Gewicht vor der Fertigstellung der Schaltungen und des Gehäuses 120 g. Die Batteriekarte liefert 10,3 Wh (10,8 V × 0,95 Ah), was gut ist, um einen Pentium 300 Notebook-Computer während 42 Minuten zu betreiben.
  • 3. Eine aus Polymerbatteriezellen in Kreditkartengröße hergestellte Batteriekarte (mehr bevorzugt)
  • Eine Batteriekarte in Kreditkartengröße besteht aus vier parallel geschalteten Li-Ion-Polymerbatteriezellen. Jede Batteriezelle arbeitet bei 3,6 V mit einer vollen Kapazität von 0,3 Ah. Die Größe der Batteriezelle beträgt 85(B) × 55(L) × 0,75(H) mm und ihr Gewicht 9 g. Die Größe der Batteriekarte beträgt 85(B) × 55(L) × 3,2(H) mm und ihr Gewicht vor der Fertigstellung der Schaltungen und des Gehäuses 36 g. Die Batteriekarte liefert 4,32 Wh (3,6 V × 1,2 Ah), was gut ist, um ein GSM-Mobilteil während über 40 Stunden Sprechzeit und/oder 150 Stunden im Standbymodus zu betreiben.
  • 4. Eine aus Polymerbatteriezellen in Diskettengröße hergestellte Batteriekarte (mehr bevorzugt)
  • Eine Batteriekarte in Diskettengröße besteht aus neun Li-Ion-Polymerbatteriezellen, von denen drei in Reihe und drei parallel geschaltet sind. Jede Batteriezelle arbeitet bei 3,6 V mit einer vollen Kapazität von 0,5 Ah. Die Größe der Batteriezelle beträgt 90(B) × 90(L) × 0,75(H) mm und ihr Gewicht 15 g. Die Größe der Batteriekarte beträgt 90(W) × 90(L) × 7,4(H) mm und ihr Gewicht vor der Fertigstellung der Schaltungen und des Gehäuses 135 g. Die Batteriekarte liefert 16,2 Wh (10,8 V × 1,5 Ah), was gut ist, um einen Pentium 300 Notebook-Computer während 66 Minuten zu betreiben.
  • 5. Eine aus Polymerbatteriezellen in A4-Größe hergestellte Batteriekarte (mehr bevorzugt)
  • Eine Batteriekarte in A4-Größe besteht aus drei in Reihe geschalteten Li-Ion-Polymerbatteriezellen. Jede Batteriezelle arbeitet bei 3,6 V mit einer vollen Kapazität von 3,7 Ah. Die Größe der Batteriezelle beträgt 280(B) × 210(L) × 0,75(H) mm und ihr Gewicht 110 g. Die Größe der Batteriekarte beträgt 280(H) × 210(L) × 2,4(H) mm und ihr Gewicht vor der Fertigstellung der Schaltungen und des Gehäuses 330 g. Die Batteriekarte liefert 40 Wh (10,8 V × 3,7 Ah), was gut ist, um einen Pentium 300 Notebook-Computer während 163 Minuten zu betreiben.
  • Die Batteriekartenanordnung der vorliegenden Erfindung ist angepasst, um mit einem elektrischen Gerät verwendet zu werden, wobei das elektrische Gerät ein Gehäuse aufweist, das einen Schlitz zum Anordnen der Batteriekartenanordnung darin aufweist, um durch eine in der Batteriekartenanordnung enthaltene Batteriekarte mit Strom versorgt zu werden.
  • Die Batteriekartenanordnung umfasst einen Anordnungskörper, der in den Schlitz des elektrischen Geräts eingeführt werden kann und einen Kartenschlitz, um die Batteriekarte austauschbar darin einzuführen, und einen Rückhaltemechanismus aufweist, der im Anordnungskörper angeordnet ist, um die Batteriekarte im Kartenschlitz zu halten, um das elektrische Gerät in einem ersten Fall mit Strom zu versorgen und die Batteriekarte in einem zweiten Fall aus dem Anordnungskörper heraus freizugeben.
  • Die Batteriekartenanordnung ist der Aufnahmeort innerhalb des elektrischen Geräts, der eine Batteriekarte oder mehrere Batteriekarten aufnimmt. Die Batteriekartenanordnung kann in einer PC-Kartenkassette gebildet sein, wenn die Batteriekarten anhand der PCMCIA-Spezifikation konstruiert sind. 11 zeigt ein schematisches Diagramm einer Kassette gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Batteriekarte 11 weist, wenn sie unabhängig konstruiert ist, eine untere Halbschale 111 und eine obere Halbschale 112 auf, die zusammengefügt sind. Die Kassette 11 weist Vorder- 113, Rück- 114 und Seitenflächen 115, 116 und eine im Wesentlichen ebene Fläche auf der Oberseite 117 und der Unterseite 118 auf. Zusätzlich umfasst die Kassette 11 ferner einen Führungsmechanismus (nicht gezeigt), um die Batteriekarte, die in den Kartenschlitz einzuführen ist, zu führen. Der Führungsmechanismus der Kassette 11 umfasst zwei gegenüberliegende Führungsseitenschienen (nicht gezeigt), die im Anordnungskörper angeordnet sind. Die Kassette 11 umfasst ferner eine bewegbare Türe 119, um den Kartenschlitz einzuschließen, und ein elastisches Glied (nicht gezeigt), um die bewegbare Türe immer gegen den Kartenschlitz zu verschließen. In 11 schließt sich die bewegbare Türe 119 und der Betätigungsknopf 110 ist unten, wenn sich keine Batteriekarte in der Kassette 11 befindet. In 12 öffnet sich die bewegbare Türe 119 mit einem nach oben bewegten Betätigungsknopf 110, wenn die Batteriekarte eingeführt wird. Wenn der Benutzer die Batteriekarte wechseln möchte, kann er einfach den Betätigungsknopf 110 nach unten drücken, um die bewegbare Türe 119 zu öffnen, um die Batteriekarte freizugeben. Zusätzlich umfasst die Kassette 11 zwei Leiter (nicht gezeigt), die elektrisch mit den zwei Stromkontakten der Batteriekarte verbunden sind, um dadurch einen Strom von der Batteriekarte zu empfangen, wenn die Batteriekarte eingeschoben ist. Die Kassette 11 umfasst ferner eine Stromleitung (nicht gezeigt), die elektrisch mit den zwei Leitern verbunden ist und einen Anschlussverbinder aufweist (nicht gezeigt).
  • Alternativ kann die Kassette konstruiert sein, um einen anderen Kartenschlitz aufzuweisen, um eine andere Batteriekarte darin einzuführen. 13 zeigt eine Kassette 13 mit zwei Kartenschlitzen (131 und 132) zum Einführen von zwei Batteriekarten darin. Diese Kartensschlitze (131, 132) können mit Sicherheit mit gleichen oder mit unterschiedlichen Größen konstruiert werden. Dementsprechend kann die Batteriekarte die gleichen oder unterschiedliche Abmessungen aufweisen.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die Batteriekartenanordnung mit Sicherheit eine unabhängige Kassette außerhalb des elektrischen Geräts sein. Wie in 14A gezeigt, kann die Kassette 14, wenn sie verwendet wird, mit zwei Kartenschlitzen (141 und 142) durch ein Kabel 144 elektrisch mit dem Notebook-Computer 143 verbunden werden. Alternativ kann die Kassette 14 mit zwei Kartenschlitzen (141 und 142) direkt mit dem Notebook-Computer 143 verbunden werden, wie in 14B gezeigt.
  • Im Fall der Verwendung einer einzelnen Batteriekarte wird die Kassette elektrisch mit einem Strompuffer (nicht gezeigt) im elektrischen Gerät verbunden, wenn die Kapazität der Batteriekarte zur Neige geht. Durch das Wechseln der Stromverbindung zwischen der Batteriekarte und dem Strompuffer, d. h. eine Überbrückungsbatterie und/oder ein Kondensator, durch einen Diodenschalter können Benutzer ihre Batteriekarten in einem bestimmten Zeitintervall wechseln, ohne das elektrische Gerät auszuschalten, wenn die Kapazität der Batteriekarte zur Neige geht.
  • Im Fall der Verwendung mehrerer Batteriekarten verbindet die Kassette das elektrische Gerät nur von jeweils einer Batteriekarte mit Strom. Wenn die erste Batteriekarte vollständig entladen ist, schaltet die Kassette automatisch von der ersten Batteriekarte auf eine andere Batteriekarte, ohne den Betrieb des Geräts zu stören. Durch das Wechseln der Stromverbindung zwischen Batteriekarten und die Entnahme von Strom von jeweils nur einer Batteriekarte kann der Benutzer die Batteriekarte wechseln, ohne das elektrische Gerät auszuschalten, wenn die Kapazität einer der Batteriekarten zur Neige geht. Daher wird der Betrieb des Geräts in beiden Fällen nicht unterbrochen, wenn die Kapazität der Batteriekarte zur Neige geht. Zusätzlich kann die Batteriekartenanordnung konstruiert werden, um darin elektrisch einen Kapazitätsdetektor, um zu detektieren, wie viel Kapazität die Batteriekarten halten und eine Stromknappheits-Warneinrichtung, zu verbinden, die ein Signal gibt, wenn die Kapazität einer der Batteriekarten nahezu zur Neige geht. Die Batteriekartenanordnung kann mit Sicherheit auch konstruiert werden, um eine Anzeige aufzuweisen, die elektrisch mit der Stromknappheits-Warneinrichtung verbunden ist, um einen Benutzer zu warnen, dass die Kapazität einer der Batteriekarten zur Neige geht.
  • 15 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung in einem Gerät mit zwei Batteriekarten. Eine erste Batteriekarte 151 ist über eine Diode 152, die in der Vorwärtsrichtung positioniert ist, mit dem Eingangsanschluss eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 153 verbunden, der den Computer mit Strom versorgt. Eine zweite Batteriekarte 154 ist über eine Diode 155, die auch in der Vorwärtsrichtung positioniert ist, mit dem Eingangsanschluss des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 153 verbunden. Die erste Batteriekarte 151 und die zweite Batteriekarte 154 sind über die Diode 152 und die Diode 155 mit dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 153 ODER-verknüpft. Der Computer wird über die Diode 152 oder die Diode 155 und den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 153 entweder von der ersten Batteriekarte 151 oder der zweiten Batteriekarte 154 mit Strom versorgt.
  • Ein Wechselstrom/Gleichstromadapter 156, der auch der Strompuffer sein kann, ist durch einen ersten Ladeschalter 157 zwischen der ersten Batteriekarte 151 und der Diode 152 verbunden und ist ferner durch einen zweiten Ladeschalter 158 zwischen der zweiten Batteriekarte 154 und der Diode 155 verbunden. Der Wechselstrom/Gleichstromadapter oder der Strompuffer 156 stellen zusätzlich zu einem Stromversorgungsweg über den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 153 Ladewege zum Gerät bereit. Entweder die erste Batteriekarte 151 oder die zweite Batteriekarte 154 wird die Ladewege entlang geladen und das Gerät kann entweder über die Diode 152 oder die Diode 155 und den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 153 mit Strom versorgt werden.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER BATTERIEKARTENANORDNUNG
  • 1. Eine Kassette, die eine Batteriekarte umfasst
  • Eine Kassette, die eine Batteriekarte umfasst, ist zur Anordnung in dünnen und kompakten Geräten konstruiert. Ein Diodenschalter verbindet sich mit einem Strompuffer, d. h. einer Überbrückungsbatterie und/oder einem Kondensator, wenn die Batteriekarte von der Kassette getrennt wird. Die Benutzer sind in der Lage, ihre Batteriekarte innerhalb eines bestimmten Zeitraums zu wechseln, ohne die Maschine auszuschalten.
  • 2. Eine Kassette, die mehr als eine Batteriekarte umfasst
  • Eine Kassette, die mehr als eine Batteriekarte umfasst, ist für Vollfunktionsgeräte konstruiert. Ein Diodenschalter verbindet sich mit jeweils nur einer der Batteriekarten. Während der Benutzer die Batteriekarte mit der geringen Kapazität aus der Kassette entfernt, schaltet die Kassette auf eine andere Batteriekarte um, ohne den Betrieb zu stören. Der Benutzer kann jederzeit eine neue Batteriekarte mit voller Kapazität einführen, bevor die zweite Batteriekarte erschöpft ist. Die Anzahl von Batteriekarten, die in der Kassette eingebaut werden können, soll indes nicht beschränkt sein.
  • Diese Erfindung führt ein neues Batteriestromsystem ein, das mit Batteriesätzen in einer leichten, dünnen, sicheren und benutzerfreundlichen Kartenausgestaltung arbeitet. Da die Tragbarkeit eine fortwährende Verkleinerung der Batteriesätze erfordert, ist die Lösung des Dilemmas der kürzeren Laufzeiten das Konstruieren eines Stromsystems, das durch leicht austauschbare Einheiten von Batteriesätzen in benutzerfreundlichen Formaten ununterbrechbare Energie bereitstellt.
  • Anstatt dem Gerät mehr Strom hinzufügen, bringt die vorliegende Erfindung ein unterschiedliches Muster, das Batteriekarten verwendet, um eine Mindestlaufzeit bereitzustellen, die allgemeinen Anwendungen genügt, während das System die Stromkontinuität aufrecht erhält. Wenn die Batteriekarten auf einem separaten Ladegerät außerhalb des Geräts geladen werden, können Probleme der Sicherheit der Öffentlichkeit minimiert werden, ohne den mobilen Benutzern zusätzliche Unannehmlichkeiten zu bereiten.
  • Mit der vorliegenden Erfindung führen die Benutzer nicht mehr Strom mit sich, als sie tatsächlich benötigen. Sie müssen sich keine Sorgen mehr über den Verlust von Daten machen, wenn der Batteriestrom zur Neige geht. Ferner können Batteriesätze in Kartenform standardisiert werden, was die Austauschbarkeit zwischen Geräten vereinfacht und ermöglicht.
  • Gemäß der Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ist ersichtlich, dass das Batteriestromsystem der vorliegenden Erfindung die im Stand der Technik angetroffenen Mängel verbessert.
  • Obgleich die Erfindung mit Bezug auf die gegenwärtig als die praktischsten und als bevorzugt erachteten Ausführungsformen beschrieben wurde, wird man verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist. Im Gegenteil soll sie verschiedene Abwandlungen und ähnliche Anordnungen abdecken, die im Gedanken und Umfang der beiliegenden Ansprüche enthalten sind, denen die breiteste Auslegung zuzubilligen ist, um alle solchen Abwandlungen und ähnliche Strukturen zu umfassen. Daher sollen die vorhergehende Beschreibung und Veranschaulichung den Umfang der vorliegenden Erfindung, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist, nicht einschränken.

Claims (8)

  1. Batteriekartenanordnung zur Verwendung bei einem elektrischen Gerät (143), welches durch eine von einer Mehrzahl von Batteriekarten (6, 9, 151, 154) mit Strom zu versorgen ist, welche in der Batteriekartenanordnung enthalten sind, umfassend: – einen Anordnungskörper (111, 112), der elektrisch mit dem elektrischen Gerät (143) verbunden ist und eine Mehrzahl von Kartenschlitzen (131, 132, 141, 142) zum jeweiligen austauschbaren Einführen der Mehrzahl von Batteriekarten (6, 9, 151, 154) aufweist, und – eine Steuerschaltung zum Auswählen einer aus der Mehrzahl von Batteriekarten (6, 9, 151, 154) als aktive Karte.
  2. Batteriekartenanordnung nach Anspruch 1, wobei das elektrische Gerät (143) ein Gehäuse mit einem Schlitz zum Anordnen der Batteriekartenanordnung darin aufweist, und wobei der Anordnungskörper (111, 112) in den Schlitz des elektrischen Geräts (143) einführbar ist.
  3. Batteriekartenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen in dem Anordnungskörper (111, 112) angebrachten Rückhaltemechanismus zum jeweiligen Halten der Batteriekarten (6, 9, 151, 154) in dem jeweiligen Kartenschlitz (131, 132, 141, 142), um das elektrische Gerät (143) mit Strom zu versorgen, in einem ersten Fall, und zum Freigeben der Batteriekarte (6, 9, 151, 154) von dem Kartenschlitz (131, 132, 141, 142), aus dem Anordnungskörper (111, 112) heraus, in einem zweiten Fall.
  4. Batteriekartenanordnung nach Anspruch 3, wobei der Rückhaltemechanismus einen Betätigungsknopf (110) aufweist, der in dem ersten Fall von dem Gehäuse vorsteht und in dem zweiten Fall im Wesentlichen bündig mit dem Gehäuse bleibt.
  5. Batteriekartenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede der Batteriekarten (6, 9, 151, 154) zwei Stromkontakte (617, 618, 97) aufweist, wobei der Anordnungskörper (111, 112) ein Stromaufnahmemittel aufweist, welches elektrisch mit den beiden Stromkontakten (617, 618, 97) zu verbinden ist, um damit einen Strom von der jeweiligen Batteriekarte (6, 9, 151, 154) zu empfangen, wobei das Stromaufnahmemittel zwei Leiter aufweist, die jeweils elektrisch mit den beiden Stromkontakten (617, 618, 97) zu verbinden sind, und wobei der Anordnungskörper (111, 112) ferner eine Stromleitung aufweist, die elektrisch mit den beiden Leitern verbunden ist und einen Anschlussverbinder aufweist.
  6. Batteriekartenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen Führungsmechanismus zum Führen jeder der Batteriekarten (6, 9, 151, 154), die in den jeweiligen Kartenschlitz (131, 132, 141, 142) einzuführen sind, wobei der Führungsmechanismus für jeden der Kartenschlitze (131, 132, 141, 142) zwei gegenüberliegende, in dem Anordnungskörper (111, 112) angebrachte Führungsseitenschienen aufweist; eine bewegbare Türe (119) zum Verschließen des jeweiligen Kartenschlitzes (131, 132, 141, 142); und ein elastisches Glied zum stetigen Verschließen der bewegbaren Türe (119) gegen den Kartenschlitz (131, 132, 141, 142).
  7. Batteriekartenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Batteriekarten (6, 9, 151, 154) von gleichen oder verschiedenen Abmessungen sind, und wobei die Kartenschlitze (131, 132, 141, 142) von gleicher Größe oder von verschiedenen Größen sind.
  8. Batteriekartenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung umfasst: Diodenschalter, eine Lade/Schutz-Schaltung, eine Füllstandsmessungsschaltung und eine LED-Anzeigeschaltung; einen Kapazitätsdetektor zum Detektieren wie viel Kapazität die Batteriekarten (6, 9, 151, 154) halten; eine Stromknappheits-Warneinrichtung, die ein Signal gibt, wenn irgendeine der Batteriekarten (6, 9, 151, 154) nahezu keine Kapazität mehr besitzt; und eine elektrisch mit der Stromknappheits-Warneinrichtung verbundene Anzeige zum Anzeigen, dass eine Batteriekarte (6, 9, 151, 154) nahezu keine Kapazität mehr besitzt.
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