DE19644955A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Entladen und Laden einer Mehrfachbatterieanordnung - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Batteri­ en und insbesondere auf eine Mehrfachbatterieanordnung, die ein Gerät mit Leistung versorgt.

Beschreibung des Standes der Technik

Batteriebetriebene tragbare elektronische Geräte wurden durch ihr geringes Gewicht und ihre Kompaktheit zunehmend populär. Diese Geräte, wie beispielsweise zellulare Funktelefone und Laptoprechner sind typischerweise nur mit einer einzigen Hauptbatterie ausgestattet, und somit ist ihre Betriebszeit kurz. Der Betrieb der Geräte muß auch unterbrochen werden, um die einzige Hauptbatterie zu ersetzen. Solche Unterbrechungen können zu unerwünschten Zeiten auftreten, während eines Tele­ fongesprächs mit dem Funktelefon oder während der Verarbei­ tung von Computerdaten, und können zu unerwünschten Ergebnis­ sen führen, wie beispielsweise zu einem unterbrochenen Ge­ spräch oder zu verlorenen Daten.

In Erwiderung auf diese Nachteile wurden einige tragbare elektronische Geräte mit einer Hilfsbatterie ausgerüstet. Diese tragbaren elektronischen Geräte schalten automatisch zwischen den Haupt- und Hilfsbatterien hin und her, um eine Betriebsunterbrechung zu vermeiden. Wenn beispielsweise die Hauptbatterie erschöpft ist, schaltet das Gerät auf die Hilfsbatterie. Die Hauptbatterie kann dann ersetzt werden. Wenn sie ersetzt wurde, schaltet das Gerät auf die Hauptbat­ terie zurück, wenn die Hilfsbatterie erschöpft ist, und so weiter. Man kann einen ununterbrochenen Betrieb des tragbaren elektronischen Gerätes erzielen, wenn ein solches Ersetzen von erschöpften Batterien ständig durchgeführt wird. Unglück­ licherweise gestatten solche Vorrichtungen dem Benutzer nicht, die in Betrieb befindliche Batterie ohne Unterbrechung des Betriebs des Gerätes zu ersetzen. Das Ersetzen ist auf die erschöpfte Batterie beschränkt, nachdem die Umschaltung stattgefunden hat.

Es ist auch eine zusätzliche Hardware nötig, um das Umschal­ ten der Mehrfachbatterieanordnung durchzuführen. Beispiels­ weise erfordert ein solches Gerät des Standes der Technik ei­ nen zusätzlichen Spannungsdetektor, eine zusätzliche Flip- Flop-Schaltung, und viele zusätzliche Schalter, um die Hilfs­ batterie aufzunehmen. Dies erhöht die Kosten, die Komplexität und die Größe des Gerätes.

Es wird daher eine ökonomischere Vorrichtung benötigt und ein Verfahren zum Entladen einer Mehrfachbatterieanordnung in ei­ ner Art, die den ununterbrochenen Betrieb des Gerätes er­ laubt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Darstellung einer Vorderansicht, einer Auf­ sicht und einer rechten perspektivischen Seitenansicht eines tragbaren elektronischen Gerätes in einer geöffneten Posi­ tion, wobei eine Hauptbatterie und eine Hilfsbatterie an ihm angebracht sind;

Fig. 2 ist eine Darstellung einer Rückansicht, einer Aufsicht und einer linken perspektivischen Seitenansicht eines tragba­ ren elektronischen Gerätes in einer geschlossenen Position, wobei die Hauptbatterie und die Hilfsbatterie entfernt sind.

Fig. 3 ist eine Darstellung in Blockdiagrammform eines Radio­ frequenzkommunikationssystems, das das tragbare elektronische Gerät der Fig. 1 verwendet, wobei das tragbare elektronische Gerät eine Entlade- und eine Ladeschaltung hat.

Fig. 4 ist eine Darstellung in Blockdiagrammform der Entlade- und Ladeschaltung der Fig. 3;

Fig. 5 ist eine Darstellung in teilweise schematischer Form der Entlade- und Ladeschaltung der Fig. 3;

Fig. 6 ist eine Darstellung in Flußdiagrammform eines Verfah­ rens zum Entladen der Hauptbatterie und der Hilfsbatterie;

Fig. 7 ist eine Darstellung in Form eines Zustandsdiagramms eines Verfahrens des Ladens der Hauptbatterie und der Hilfs­ batterie; und

Fig. 8 ist eine Darstellung in Form eines Zustandsdiagramms eines Verfahrens zur Bestimmung, ob die Hauptbatterie oder die Hilfsbatterie geladen werden muß.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Eine Entladeschaltung, die in einem tragbaren elektronischen Gerät angeordnet ist, versorgt das Gerät mit Leistung, indem sie zwischen der abnehmbaren Hauptbatterie und der abnehmba­ ren Hilfsbatterie, die am Gerät angebracht sind, auswählt. Die Entladeschaltung umfaßt einen Detektor, der einen Span­ nungspegel der Hilfsbatterie überwacht. Die Entladeschaltung umfaßt einen Entladeschalter, der zwischen der Hauptbatterie und der Vorrichtung angeordnet ist. Wenn beide Batterien am Gerät befestigt sind, so wird Leistung von der Hilfsbatterie geliefert, bis sie auf eine vorbestimmte Spannung entladen ist. Wenn die vorbestimmte Spannung erreicht wurde, verbindet der Entladeschalter die Hauptbatterie, um das Gerät mit Lei­ stung zu versorgen. Die Hauptbatterie wird ohne Unterbrechung des Betriebs des Gerätes angeschlossen. Wenn die Hauptbatte­ rie entfernt wird, während sie das Gerät versorgt, versorgt die Hilfsbatterie das Gerät ohne Unterbrechung und ohne Be­ rücksichtigung der Tatsache, daß sie auf die vorbestimmte Spannung entladen ist. Wenn die Hilfsbatterie zu irgendeiner Zeit ersetzt wird, während die Hauptbatterie das Gerät mit Leistung versorgt, löst der Entladeschalter die Hauptbatterie und verbindet die Hilfsbatterie, um das Gerät mit Leistung zu versorgen (vorausgesetzt der Spannungspegel der Hilfsbatterie befindet sich über der vorbestimmten Spannung). Durch Verwen­ dung dieser Entladepriorität, das heißt, indem zunächst die Hilfsbatterie entladen wird, kann die Schaltung minimiert werden und ein ununterbrochener Betrieb der Vorrichtung kann aufrechterhalten werden.

Die Entladeschaltung ist mit einer Ladeschaltung, die im Ge­ rät angeordnet ist, verbunden, die die am Gerät angebrachten, abnehmbaren Haupt- und Hilfsbatterien lädt. Die Ladeschaltung umfaßt eine Detektionsschaltung, einen Ladeschalter und eine Stromerzeugungsschaltung für das Erzeugen eines Ladestroms. Die Detektionsschaltung erkennt, ob die Haupt- und Hilfsbat­ terien am Gerät angebracht sind oder nicht. Der Ladeschalter ist mit der Detektionsschaltung, der Stromerzeugungsschaltung und den Haupt- und Hilfsbatterien verbunden. Wenn beide Bat­ terien angebracht sind, verbindet die Ladeschaltung anfäng­ lich die Stromerzeugungsschaltung, um die Hauptbatterie voll zu laden, und als nächstes die Stromerzeugungsschaltung, um die Hilfsbatterie zu laden. Wenn die Hauptbatterie ersetzt wird, während die Hilfsbatterie geladen wird, verbindet die Ladeschaltung sofort wieder die Stromerzeugungsschaltung, um die Hauptbatterie voll zu laden.

Fig. 1 zeigt eine tragbare elektronische Vorrichtung 100, die eine Hauptbatterie 101 und eine Hilfsbatterie 102 hat. Die Vorrichtung 100, bei der es sich bevorzugt um ein Funktelefon handelt, umfaßt ein Gehäuse 104, das ein unteres Gehäuseteil 106 und ein oberes Gehäuseteil 108 umfaßt, die drehbar über ein Scharnier 110 miteinander verbunden sind. Das untere Ge­ häuseteil 106 umfaßt einen Halteschlitz 123, um die Hilfsbat­ terie 102 zu befestigen, eine Anzeige 128, ein Tastenfeld 130 und eine Mikrofonöffnung 131. Die Anzeige 128 liefert eine visuelle Information an einen Benutzer, einschließlich bei­ spielsweise über die Strommenge der Ladung, die sich in der Hauptbatterie 101 oder der Hilfsbatterie 102 befindet. Das Tastenfeld 130 gestattet es dem Benutzer, das Gerät 100 an- und abzuschalten und Rufe durch Eingabe und Senden von Num­ mern zu starten. Ein (nicht gezeigtes) Mikrofon ist hinter der Mikrofonöffnung 131 verborgen. Das Gehäuseteil 108 umfaßt eine Lautsprecherabdeckung 142, die Öffnungen aufweist, wobei ein (nicht gezeigter) Lautsprecher dahinter angeordnet ist. Neben dem Liefern von Sprache an den Benutzer kann der Laut­ sprecher einen akustischen Alarm liefern, wenn die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 nahezu entladen sind. Die unteren und oberen Gehäuseteile 106, 108 umfassen die an ihnen befestig­ ten Hilfs- und Hauptbatterien 101, 102. Die Haupt- und Hilfs­ batterien 101, 102 sind vom Gerät 100 abnehmbar, wie das in Fig. 2 gezeigt ist.

Fig. 2 zeigt das Gerät 100 in einer geschlossenen Position, wobei die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 von ihm gelöst sind. Die Hauptbatterie 101 umfaßt ein Verriegelungsteil 202, das am mittleren Punkt eines Flansches 204 angeordnet ist, der ein erstes Ende der Hauptbatterie 101 bildet. Ein Vor­ sprung 206 ist längs auf einem zweiten Ende der Hauptbatterie 101 gegenüber dem Verriegelungsteil 202 angeordnet. Das Gerät 100 umfaßt eine erste Vertiefung 210, die im oberen Gehäuse­ teil 108 ausgebildet ist. Die erste Vertiefung 210 ist aus einer vorderen Seite 211, einer rechten Wand 212, einer lin­ ken Wand 214 und einer hinteren Wand 216 ausgebildet. Eine Lippe 218 erstreckt sich von der hinteren Wand 216 und über die erste Vertiefung 210 nach außen. Ein passendes Verriege­ lungsteil 222 umfaßt Schultern 226, 228 und ein weggeschnit­ tenes Gebiet 224 in der vorderen Wand 211. Eine zweite Ver­ tiefung 230 des oberen Gehäuseteils 108 erstreckt sich nach vorn von und über der vorderen Wand 211. Die Hauptbatterie 101 wird am Gerät befestigt durch Einschieben des Vorsprungs 206 der Hauptbatterie 101 zwischen die Lippe 218, wie das durch die gestrichelte Linie 231 gezeigt ist und durch Drehen der Hauptbatterie 101 nach unten in die erste Vertiefung 210. Die Hauptbatterie 101 wird gedreht, bis das Verriegelungsteil 202 in die Schultern 226, 228 des passenden Verriegelungs­ teils 222 eingreift und der Flansch 204 in der zweiten Ver­ tiefung 230 ruht. Die Hauptbatterie 101 wird abgenommen durch ein Niederdrücken des Verriegelungsteils 202 weg von den Schultern 226, 228 und ein Drehen der Hauptbatterie 101 nach oben und weg von den ersten und zweiten Vertiefungen 210, 230.

Die Hilfsbatterie 102 umfaßt eine flexible Hakenverriegelung 232 und feste Stützen 234, 236 mit jeweiligen Pfosten 238, 240. Das Gerät 100 umfaßt eine Halteschlitz 123 der Fig. 1 und Aufnahmen 242, 244, die an einem Ende 246 des unteren Ge­ häuseteils 106 angeordnet sind, um die Hilfsbatterie 102 zu befestigen. Die Vorrichtung 100 umfaßt eine längliche Öffnung 248, die an einem unteren Ende 246 des unteren Gehäuseteils 106 zwischen den Aufnahmen 242, 244 angeordnet ist. Die läng­ liche Öffnung 248 liefert einen Zugang zu einer darin unter­ gebrachten Kupplung 314 (siehe Fig. 3). Die Hilfsbatterie 102 wird befestigt durch Einschieben der flexiblen Hakenbefesti­ gung 232 in den Halteschlitz 123; ein winkliges Erstrecken der Hilfsbatterie 102 nach unten, bis die festen Stützen 234, 236 das untere Ende 246 freigeben, Drehen der Hilfsbatterie 102, bis sie sich neben dem unteren Gehäuseteil 106 befindet; und Freigeben der Hilfsbatterie 102, um es somit den festen Stützen 234, 236 zu gestatten, sich zum unteren Ende 246 zu bewegen, um es den Pfosten 238, 240 zu gestatten, sich in die Aufnahmen 242, 244 einzuschieben, wie das durch die Linien 250 gezeigt ist. Der Abstand der festen Stützen 234, 236 ver­ hindert eine Zerstörung der länglichen Öffnung 248 und hält einen Zugang zur Kupplung 314 aufrecht, wenn die Hilfsbatte­ rie 102 befestigt wird. Die Hilfsbatterie 102 wird vom Gerät 100 getrennt, indem im wesentlichen die vorher erwähnten Schritte der Befestigung umgekehrt werden.

Obwohl das Gerät 100 als Funktelefon dargestellt und be­ schrieben ist, wird deutlich, daß irgendwelche elektronischen Geräte, wie beispielsweise Laptop-Rechner, Camcorder, Pager, Zweiwegefunkgeräte, persönliche digitale Assistenten und der­ artige Geräte die Vorrichtung und das Verfahren zum Entladen und Laden einer Mehrfachbatterieanordnung, wie sie unten be­ schrieben wird, verwenden können.

Fig. 3 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines Radiofrequenz­ kommunikationssystems 300, in dem eine Basisstation 301 und das Gerät 100 über Radiofrequenzsignale (RF) 302 miteinander kommunizieren. Das Gerät 100 umfaßt eine Antenne 303, einen Empfänger 304, einen Sender 305, eine Steuerung 306, und eine Benutzerschnittstelle 308, die einen (nicht gezeigten) Laut­ sprecher, die Anzeige 128 der Fig. 1, das (nicht gezeigte) Mikrofon und das Tastenfeld 130 der Fig. 1 umfaßt. Die Steue­ rung 306 kann beispielsweise ein 68HC11-Mikroprozessor von Motorola, Inc. sein. Das Gerät 100 wird durch die abnehmbaren Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 mit Leistung versorgt und arbeitet folgendermaßen. Die Antenne 303 wandelt die RF-Sig­ nale 302 in elektrische RF-Empfangssignale um und verbindet die elektrischen RF-Empfangssignale mit dem Empfänger 304. Der Empfänger 305 wandelt die elektrischen RF-Empfangssignale in Datenempfangssignale, die dann über die Steuerung 306 an den Benutzer als hörbare Sprache über den Lautsprecher und als Betriebsinformation über die Anzeige 128 ausgegeben wer­ den. Sprache und Daten, die durch den Benutzer über das Mi­ krofon beziehungsweise das Tastenfeld 130 eingegeben werden, werden mit dem Sender 305 als Datensendesignale verbunden. Der Sender 305 wandelt die Datensendesignale in elektrische RF-Sendesignale, die dann durch die Antenne 303 umgewandelt und als RF-Signale 302 gesendet werden.

Das Gerät 100 umfaßt eine Entlade- und Ladeschaltung 310, ei­ nen Speicher 312 und eine Kupplung 314. Die Entlade- und Lade­ schaltung 310 entlädt ausgewählt die Haupt- und Hilfsbatteri­ en 101, 102, um dem Gerät 100 ununterbrochen Leistung zuzu­ führen. Die Entlade- und Ladeschaltung 310 lädt auch selektiv die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102, unter der Steuerung eines Programms, das durch die Steuerung 306 ausgeführt wird. Das Programm ist im Speicher 312 gespeichert. Der Speicher 312 ist vorzugsweise ein Nur-Lese-Speicher (ROM), aber es kann auch ein löschbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM), ein Spei­ cher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) oder eine andere geeignete Speichervorrichtung verwendet werden. Obwohl der Speicher 312 getrennt von der Steuerung 306 dargestellt ist, ist es klar, daß der Speicher 312 in der Steuerung 306 eingebaut sein kann und/oder daß die Steuerung einen anderen Speicher zusätzlich zum Speicher 312 enthalten kann. Die Kupplung 314 gestattet es einem Benutzer, eine externe Leistungsversorgung 430 (siehe Fig. 4) anzuschließen, um Leistung zu liefern für das Betreiben des Gerätes 100 (und Batterieladung zu sparen) oder um die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 zu laden.

Fig. 4 zeigt weiterhin in Blockdiagrammform die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102, die Entlade- und Ladeschaltung 310, die Kupplung 314 und die Steuerung 306. Die Haupt- und Hilfs­ batterien 101, 102 sind entfernbar mit der Entlade- und Lade­ schaltung 310 verbunden. Die Hauptbatterie 101 umfaßt eine elektrochemische Hauptzelle 404, einen Hauptspeicher 402 und einen Hauptthermistor 406. Es ist klar, daß die dargestellte elektrochemische Hauptzelle 404 eine oder mehrere elektroche­ mische Zellen darstellt. Die elektrochemische Hauptzelle 404 umfaßt einen positiven Hauptanschluß 405 und einen negativen Hauptanschluß 407. Die elektrochemische Hauptzelle 404 ist vorzugsweise wiederaufladbar. Die elektrochemische Hauptzelle 404 ist vorzugsweise eine der folgenden Arten: Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel-Metall-Wasserstoff (NiMH), Alkali oder Lithi­ umionen. Der Hauptspeicher 402 ist vorzugsweise ein EPROM. Der Hauptspeicher 402 kennzeichnet die Hauptbatterie 101 als "Smart-Batterie", da der Hauptspeicher 402 Daten speichert, die verwendet werden können, um das Entladen und Laden zu op­ timieren. Solche Daten umfassen Batterietypdaten, Entlade- /Lade-Hysteresedaten und geschichtliche Daten. Der Hauptther­ mistor 406 ist mit dem negativen Hauptanschluß 407 verbunden und zeigt die Temperatur der elektrochemischen Hauptzelle 404 über einen darüber abfallenden Spannungsabfall an. Der nega­ tive Hauptanschluß 407 ist weiterhin mit elektrischem Erdpo­ tential 409 verbunden.

Die Hilfsbatterie 102 ist der Hauptbatterie 101 ähnlich und umfaßt einen Hilfsspeicher 410, eine elektrochemische Hilfs­ zelle 412, die einen positiven Hilfsanschluß 413 und einen negativen Hilfsanschluß 415 und einen Hilfsthermistor 414 hat. Der negative Hilfsanschluß 415 ist in ähnlicher Weise mit elektrischem Erdpotential 409 verbunden. In der bevorzug­ ten Ausführungsform hat die Hilfsbatterie 102 jedoch eine größere Kapazität als die Hauptbatterie 101 und kann während längeren Zeitperioden Leistung liefern.

Der Entladeteil der Entlade- und Ladeschaltung 310 verbindet schaltbar die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 mit einer Geräteleistungsversorgungsleitung 408 (als B+ bezeichnet). Die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 versorgen die Geräte­ leistungsversorgungsleitung 408 mit einer Spannung zwischen 2,8 V und 5,5 V. Die Geräteleistungsversorgungsleitung 408 versorgt die Steuerung 306, den Empfänger 304 der Fig. 3, den Sender 305 der Fig. 3, die Benutzerschnittstelle der Fig. 3 und anderen Komponenten des Gerätes 100 über (nicht gezeigte) elektrische Leitungen mit Energie. Der Entladeteil umfaßt hauptsächlich einen Hilfsbatterieschalter 420, einen Detektor 422 und einen Hauptbatterieschalter 424. Der Hilfsbatterie­ schalter 420 ist nur mit der Hilfsbatterie 102 verbunden und dient zur Verbindung der Hilfsbatterie 102, um das Gerät 100 mit Leistung zu versorgen. Ein Eingang des Hilfsbatterie­ schalters 420 ist mit dem positiven Hilfsanschluß 413 durch die Leitung 416 verbunden. Ein Ausgang des Hilfsbatterie­ schalters 420 ist mit der Geräteleistungsversorgungsleitung 408 verbunden.

Der Detektor 422 ist zwischen den Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 geschaltet und erkennt, wenn die Hilfsbatterie 102 sich unterhalb eines Schwellwertes entladen hat und wenn eine externe Leisungsversorgung 430 am Gerät 100 angeordnet wurde. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Schwellwert­ spannung 3,3 V. Der positive Hilfsanschluß 413 ist mit dem ersten Eingang des Detektors 422 über die Leitung 421 verbun­ den. Der positive Hauptanschluß 405 ist mit einem zweiten Eingang des Detektors 422 über die Leitung 423 verbunden. Die Kupplung 314 ist mit einem dritten Eingang des Detektors 422 über die Leitung 425 verbunden. Ein Ausgang des Detektors 422 ist mit dem Hauptbatterieschalter 424 und der Steuerung 306 über die Leitung 426 verbunden.

Der Hauptbatterieschalter 424, der auf den Detektor 422 rea­ giert, verbindet die Hauptbatterie 101 als eine Leistungs­ quelle, mit der das Geräte 100 arbeiten kann, oder er löst diese Verbindung. Ein erster Eingang des Hauptbatterieschal­ ters 424 ist mit dem Ausgang des Detektors 422 über die Lei­ tung 426 verbunden. Ein zweiter Eingang des Hauptbatterie­ schalters 424 ist mit dem positiven Hauptanschluß 405 über die Leitung 427 verbunden. Ein Ausgang des Hauptbatterie­ schalters 424 ist mit der Geräteleistungsversorgungsleitung 408 verbunden.

Die Steuerung 306 verbindet ferner den Ausgang des Detektors 422 mit der Benutzerschnittstelle 308 der Fig. 3. Die Benut­ zerschnittstelle 308 wertet den Ausgang des Detektors 422 aus und informiert den Benutzer, welche der Haupt- und Hilfsbat­ terien zu einer bestimmten Zeit das Gerät 100 mit Energie versorgt.

Der Entladeteil der Entlade- und Ladeschaltung 310 entlädt die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 gemäß einer vorbe­ stimmten Priorität - wenn beide Batterien befestigt sind, wo­ bei die Hilfsbatterie 102 als erstes entladen wird. Der Hilfsbatterieschalter 420 verbindet anfangs den positiven Hilfsanschluß 413 mit der Geräteleistungsversorgungsleitung 408, um somit das Gerät 100 über die Hilfsbatterie 102 mit Leistung zu versorgen. Der Detektor 422 überwacht die elek­ trochemische Hilfszelle 412 während sie sich entlädt. Wenn eine Spannung des positiven Hilfsanschlusses 413 unter eine Schwellwertspannung fällt, so schließt der Detektor 422 den Hauptbatterieschalter 424. Dies verbindet den positiven Hauptanschluß 405 mit der Geräteleistungsversorgungsleitung 408, um somit das Gerät 100 über die Hauptbatterie 101 mit Leistung zu versorgen.

Während eine Batterie in Benutzung ist, das heißt Leistung liefert, kann die andere, nicht benutzte Batterie ersetzt (entfernt und wieder befestigt) werden, ohne eine Betriebsun­ terbrechung des Gerätes 100. Während die Hilfsbatterie 102 in Benutzung ist, kann die Hauptbatterie 101 ersetzt werden. Während die Hauptbatterie 101 in Benutzung ist kann die Hilfsbatterie 102 ersetzt werden. Nach dem Ersetzen der Hilfsbatterie 102 öffnet der Detektor 422 den Hauptbatterie­ schalter 424 (und löst die Verbindung der Hauptbatterie 101), wenn die Spannung des positiven Hilfsanschlusses 413 sich über der Schwellwertspannung befindet.

Ebenso kann die sich in Benutzung befindliche Batterie ent­ fernt werden, ohne den Betrieb des Gerätes 100 zu unterbre­ chen. Wenn die Hilfsbatterie 102 entfernt wird, während sie in Benutzung ist, so schließt der Detektor 422 in Erwiderung auf die schnell abnehmende Spannung auf der Leitung 421 den Hauptbatterieschalter 424 schnell genug, um eine Unterbre­ chung zu verhindern. Eine Unterbrechung wird auch verhindert, wenn die Hauptbatterie 101 entfernt wird, während sie sich in Benutzung befindet, sogar nachdem die Hilfsbatterie 102 schon bis auf die Schwellwertspannung entladen wurde. Dies wird er­ reicht, indem man die Schwellwertspannung (beispielsweise 3,3 V) oberhalb einer minimalen Spannung festsetzt, die notwendig ist, um das Gerät 100 mit Leistung zu versorgen. In der be­ vorzugten Ausführungsform beträgt die minimale Spannung 2,8 V. Auch muß der Hilfsbatterieschalter 420 so gestaltet sein, daß er geschlossen bleibt, sogar wenn sich die Hilfsbatterie 102 auf ihre Schwellwertspannung entladen hat. Somit kann bei einer Entfernung der sich in Benutzung befindlichen Hauptbat­ terie 101, die Hilfsbatterie 102 dennoch genug Leistung lie­ fern, um das Gerät 100 zu betreiben (zumindest für eine kurze Zeit). Ebenso öffnet der Detektor den Batteriesteuerschalter 424, wenn das Vorhandensein des positiven Hauptanschlusses 405 nicht länger an seinem zweiten Eingang festgestellt wird.

Eine solche Entfernung der sich in Benutzung befindlichen Batterie ist ein vorteilhaftes Merkmal bei Anwendern, die die in Benutzung befindliche Batterie während eines Telefonge­ sprächs ersetzen wollen, ohne das Telefongespräch zu unter­ brechen. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Hauptbat­ terie 101 kleiner als die Hilfsbatterie 102 (siehe Fig. 1 und 2) und somit leichter tragbar. Es ist somit beabsichtigt, daß Benutzer mehr Hauptbatterien mit sich herumtragen als Hilfsbatterien. Die Möglichkeit, die Hauptbatterie 101 zu er­ setzen, während sie sich in Benutzung befindet, ist daher vorteilhaft.

Wenn eine externe Leistungsversorgung 430 (als EXTERNAL B+ bezeichnet) an der Kupplung 314 angeschlossen wird, wird das Entladen der Hauptbatterie 101 oder der Hilfsbatterie 102 ge­ stoppt und das Gerät 100 wird über die externe Leistungsver­ sorgung 430 mit Leistung versorgt. Die externe Leistungsver­ sorgung 430 versorgt die Geräteleistungsversorgungsleitung 408 mit einer Spannung, die ungefähr 1,4 V höher ist als die Spannung, die durch die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 geliefert wird. Dem Anschluß wird die Diode 432, die zwischen der Kupplung 314 und der Geräteleistungsversorgungsleitung 408 geschaltet ist, in Vorwärtsrichtung vorgespannt und ver­ bindet die Spannung, die durch die externe Leistungsversor­ gung 430 geliefert wird, mit der Geräteleistungsversorgungs­ leitung 408 (Wenn die externe Leistungsversorgung 430 nicht angeschlossen ist, so verhindert die Diode 432, daß die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 sich zurück in die Kupp­ lung 314 entladen). In Erwiderung auf den höheren Spannungs­ pegel auf der Geräteleistungsversorgungsleitung 408 öffnet der Hilfsbatterieschalter 420 und das Entladen der Hilfsbat­ terie 102 endet. Der Detektor 422 öffnet, nach Erkennen des Vorhandenseins der externen Leistungsquelle 430 (über den dritten Eingang) den Hauptbatterieschalter 424 und das Entla­ den der Hauptbatterie 101 hört auf.

Ein Ladeteil der Entlade- und Ladeschaltung 310 lädt selektiv die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102. Der Ladeteil der Ent­ lade- und Ladeschaltung 310 umfaßt einen Speicherschalter 440, einen Ladeschalter 442, eine interne Ladevorrichtung 444 und einen Thermistorschalter 446. Der Ladeteil der Entlade- und Ladeschaltung 310 arbeitet unter der Steuerung der Steue­ rung 306.

Die Steuerung 306 liest selektiv die Inhalte der Haupt- und Hilfsspeicher 402, 410 über den Speicherschalter 440. Der Hauptspeicher 402 ist mit einem ersten Eingang des Speicher­ schalters 440 über die Leitung 448 verbunden. Der Hilfsspei­ cher 410 ist mit einem zweiten Eingang des Speicherschalters 440 über die Leitung 450 verbunden. Die Steuerung 306 ist mit einem dritten Eingang des Speicherschalters 440 über die Lei­ tung 452 verbunden. Der Speicherschalter 440 umfaßt einen Ausgang, der über die Leitung 454 mit der Steuerung 306 ver­ bunden ist. Die Steuerung 306 signalisiert dem Speicherschal­ ter 440 über die Leitung 452, entweder den Hauptspeicher 402 oder den Hilfsspeicher 410 mit der Steuerung 306 über den Ausgang des Speicherschalters 440 und über die Leitung 454 zu verbinden. Wenn die Verbindung aufgebaut wurde, liest die Steuerung 306 die Batteriedaten.

Die Steuerung 306 wählt entweder die Hauptbatterie 101 oder die Hilfsbatterie 102, um über den Ladungsschalter 442 zu la­ den. Der Ladungsschalter 442 umfaßt einen ersten Ausgang, der mit der elektrochemischen Hauptzelle 404 über die Leitung 456 verbunden ist. Der Ladeschalter 442 umfaßt einen zweiten Aus­ gang, der mit der elektrochemischen Hilfszelle 412 über die Leitung 458 verbunden ist. Die interne Ladevorrichtung 444 ist mit einem ersten Eingang des Ladeschalters 442 über die Leitung 460 verbunden. Die Steuerung 306 ist mit einem zwei­ ten Eingang des Ladeschalters 442 über die Leitung 452 ver­ bunden. Die Steuerung 306 signalisiert dem Ladeschalter 442 über die Leitung 452, daß er die interne Ladevorrichtung 444 über den ersten Eingang des Ladeschalters und die Leitung 460 entweder mit der elektrochemischen Hauptzelle 404 oder der elektrochemischen Hilfszelle 412 verbinden soll. Wenn die Verbindung hergestellt ist, lädt ein von der internen Lade­ schaltung 444 gelieferter Strom die elektrochemische Haupt­ zelle 404 oder die elektrochemische Hilfszelle 412.

Die Steuerung 306 bestimmt die Anwesenheit der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 über den Thermistorschalter 446. Der Hauptthermistor 406 ist mit dem ersten Eingang des Thermi­ storschalters 446 über die Leitung 462 verbunden. Der Hilfsthermistor 414 ist mit einem zweiten Eingang des Thermi­ storschalters 446 über die Leitung 464 verbunden. Die Steue­ rung 306 ist mit einem dritten Eingang des Thermistorschal­ ters 446 über die Leitung 456 verbunden. Der Thermistorschal­ ter 446 umfaßt einen Ausgang, der über Leitung 466 mit der Steuerung 306 verbunden ist. Die Steuerung 306 signalisiert dem Thermistorschalter 446 über die Leitung 464, daß er ent­ weder den Haupthermistor 406 oder den Hilfsthermistor 414 mit der Steuerung 306 über den Ausgang der Thermistorschaltung und Leitung 466 verbinden soll. Wenn die Verbindung herge­ stellt ist, bestimmt die Steuerung 306 das Vorhandensein der Hauptbatterie 101 oder der Hilfsbatterie 102 durch einen Spannungsabfall über dem jeweiligen Thermistor.

Die interne Ladevorrichtung 444 umfaßt eine Ladesteuerung 470, einen Stromregler 472 und einen Rückkoppelschalter 474. Die Ladesteuerung 470 ist mit der Kupplung 314 über die Lei­ tung 478 verbunden, die Steuerung 306 über die Leitung 480 und der Ladestrom über die Leitung 481. Die Ladesteuerung 470, die auf die Kupplung 314, die Steuerung 306 und den La­ destrom reagiert, gibt ein Stromsignal an den Stromregler 472 aus. Neben den Eingängen für die Aufnahme des Stroms von der Ladesteuerung 470 hat der Stromregler 472 einen Eingang, der über die Leitung 482 mit der Kupplung 314 verbunden ist. Der Stromregler 472, der auf den Strom reagiert, gibt den Lade­ strom mit einer ersten oder zweiten Rate an den Ladeschalter 442 über die Leitung 460 aus. Nach Ausgabe des Ladestroms schließt der Stromregler 472 den Rückkoppelschalter 474 über die Leitung 484. Wenn der Rückkoppelschalter 474 einmal ge­ schlossen ist, verbindet er die Ladespannung auf der Leitung 460 mit der Kupplung 314 über die Leitung 486. Die Ladespan­ nung wird für eine Überwachung durch die externe Leistungs­ versorgung 430 verwendet.

Der Ladeteil der Entlade- und Ladeschaltung 310 lädt die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 gemäß einer vorbestimmten Priorität - wenn beide Batterien angeschlossen sind, wird zu­ erst die Hauptbatterie 101 geladen. Das Laden wird begonnen, wenn eine externe Leistungsversorgung an die Kupplung 314 an­ geschlossen wird, die die Batterien laden kann, wie bei­ spielsweise die externe Leistungsversorgung 430. Die Steue­ rung 306, die das Anbringen der externen Leistungsversorgung 430 über die Leitung 488 feststellt, schaltet zwischen den Haupt- und Hilfsthermistoren 406, 414 über den Thermistor­ schalter 446, um zu bestimmen, welche Batterien vorhanden sind. Wenn sowohl die Haupt- als auch die Hilfsbatterien 101, 102 angeschlossen sind, schaltet die Steuerung 306 den Spei­ cherschalter 440 und liest die Daten vom Hauptspeicher 402 über die Leitung 454. Die externe Leistungsversorgung 430 versorgt die Ladesteuerung 470 über die Leitung 480. Die Steuerung 306 konfiguriert die Ladesteuerung 470 über die Leitung 480, so daß die Ladesteuerung 470 ein Stromsignal ge­ mäß den aus der Hauptbatterie 101 gelesenen Daten liefert. Auf der Leitung 481 wird eine Rückkoppelung erreicht, so daß die Ladesteuerung 470 das Stromsignal einstellen kann, wenn das notwendig ist. Der Stromregler 472, der auf das Stromsig­ nal von der Ladesteuerung 470 reagiert, erzeugt den Ladestrom unter Verwendung der externe Leistungsversorgung 430, die über die Leitung 482 geliefert wird. Der Stromregler 470 gibt den Ladestrom an den Ladeschalter 442 über die Leitung 460 aus. Die Steuerung 306 schaltet den Ladeschalter 442, um den Ladestrom mit der elektrochemischen Hauptzelle 404 über die Leitung 456 zu verbinden. Die Hauptbatterie 101 wird für eine Periode geladen, gemäß den Ladedaten, die aus dem Hauptspei­ cher 402 gelesen wurden. Nachdem sie für diese Periode gela­ den wurde, wird die Hauptbatterie 101 als voll angesehen.

Wenn die Hauptbatterie 101 voll geladen ist, so wird mit dem Laden der Hilfsbatterie 102 begonnen. Die Steuerung 306 schaltet den Speicherschalter 440 und liest Batteriedaten vom Hilfsspeicher 410. Die Steuerung 306 konfiguriert die interne Ladevorrichtung 444, um den Ladestrom gemäß den aus der Hilfsbatterie 102 gelesenen Daten auszugeben. Die Steuerung 306 schaltet den Ladeschalter 442, um den Ladestrom mit der elektrochemischen Hilfszelle 412 über die Leitung 416 zu ver­ binden. Die Hilfsbatterie 102 wird für eine Dauer geladen, die den optimalen Ladezeitdaten entspricht, die aus dem Hilfsspeicher 410 gelesen wurden und wird dann als voll ange­ sehen. Wenn die Hauptbatterie 101 ersetzt wird, während die Hilfsbatterie 102 geladen wird, so unterbricht die Steuerung 306 (die kontinuierlich den Thermistorschalter 446 zwischen den Haupt- und Hilfsthermistoren 406, 414 hin und her schal­ tet, um das Vorhandensein der Batterie während des Ladens festzustellen) das Laden der Hilfsbatterie 102 und beginnt mit dem Laden der Hauptbatterie 101 in der vorher erwähnten Weise. Wenn sowohl die Haupt- als auch die Hilfsbatterien 101, 102 voll sind, legt die interne Ladevorrichtung 444 eine Erhaltungsladung an jede der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 für eine Dauer von ungefähr 1800 Sekunden. Die Erhal­ tungsladung besteht aus einem impulsartigen Laden, um die Batterieentladung zu verzögern. Das Laden endet beim Entfer­ nen der externen Leistungsversorgung 430.

Obwohl die Vorrichtung 100 eine interne Ladevorrichtung 444 für das Laden der Mehrfachbatterieanordnung enthält, ist es erkenntlich, daß die Ladevorrichtung der Haupt- und Hilfsbat­ terien 101, 102 sich außerhalb des Gerätes 100 befinden kann. Beispielsweise kann ohne die interne Ladevorrichtung 444 ein Laden der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 über eine ex­ terne Ladevorrichtung, die an die Kupplung 314 angeschlossen ist, erreicht werden. Neben der Verbindung mit der Steuerung 306 würden die Kupplung 314 auch direkt mit dem Thermistor­ schalter 446, dem Speicherschalter 440 und dem Ladeschalter 442 verbunden sein. Beim Anschließen der externen Ladevor­ richtung wird das Vorhandensein der Batterie über den Thermi­ storschalter 446 festgestellt, wobei die Batteriedaten entwe­ der vom Hauptspeicher 402 oder vom Hilfsspeicher 410 gelesen werden und der auf den Batteriedaten basierende Ladestrom über den Ladeschalter 442 der Hauptbatterie 101 oder der Hilfsbatterie 102 zugeführt wird.

Fig. 5 ist eine Darstellung in teilweise schematischer Form der Entlade- und Ladeschaltung 310. Wie ausgeführt wurde, wird das Entladen der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 durch den Hilfsbatterieschalter 420, den Detektor 422 und den Hauptbatterieschalter 424 erreicht. Der Hilfsbatterieschalter 420 umfaßt eine Diode 500, bei der es sich bevorzugt um einen Schottky-Gleichrichter handelt. Der Eingang der Diode 500 ist mit dem positiven Hilfsanschluß 413 über die Leitung 416 ver­ bunden. Der Ausgang der Diode 500 ist mit der Gerätelei­ stungsversorgungsleitung 408 verbunden.

Der Detektor 422 umfaßt hauptsächlich einen Vergleicher 502, einen Transistor 504, eine Diode 510 und ein ODER-Gatter 506. Der Vergleicher 502 hat eine Referenzspannung 508 (als VREF bezeichnet), die auf die Schwellwertspannung der Hilfsbatte­ rie 102 gelegt ist und mit einem positiven (+) Anschluß von ihr verbunden ist. Der positive Hilfsanschluß 413 ist mit ei­ nem negativen (-) Anschluß des Vergleichers 502 über die Lei­ tung 421 verbunden. Der Ausgang des Vergleichers 502 ist mit einem ersten Eingang des ODER-Gatters 506 verbunden. Ein Ga­ te-Anschluß des Transitors 504, bei dem es sich bevorzugt um einen n-Kanal MOSFET handelt, ist mit dem positiven Hauptan­ schluß 405 über die Leitung 423 verbunden. Ein Drain-Anschluß des Transistors 504 ist mit dem positiven Hilfsanschluß 413 und einem zweiten Eingang des ODER-Gatters 506 verbunden. Die Diode 510 ist zwischen dem Drain-Anschluß des Transistors 504 und dem ODER-Gatter 506 geschaltet. Der zweite Eingang des ODER-Gatters 506 ist auch mit der Kupplung 314 verbunden. Der Ausgang des ODER-Gatters 506 ist mit dem Hauptbatterieschal­ ter 424 über die Leitung 426 verbunden.

Der Hauptbatterieschalter 424 umfaßt den Transistor 512, bei dem es sich bevorzugt um einen p-Kanal MOSFET des Anreiche­ rungstyps handelt, und eine Diode 514. Ein Gate-Anschluß des Transistors 512 ist mit dem Ausgang des ODER-Gatters 506 über die Leitung 426 verbunden. Ein Drain-Anschluß des Transitors 512 ist mit dem positiven Hauptanschluß 405 über die Leitung 427 verbunden. Ein Source-Anschluß des Transistors 512 ist mit der Geräteleistungsversorgungsleitung 408 verbunden. Die Diode 514 ist zwischen dem Source-Anschluß und dem Drain-An­ schluß des Transistors 512 geschaltet.

Wenn die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 angebracht sind (und keine externe Leistungsversorgung 430 angeschlossen ist), so ist die Diode 500 vorwärts vorgespannt und verbin­ det den positiven Hilfsanschluß 413 mit der Geräteleistungs­ versorgungsleitung 408. Wenn der Spannungspegel des positiven Hilfsanschlusses 413 größer oder ungefähr gleich der Referenz­ spannung 508 ist, so gibt der Vergleicher 502 ein logisch hochpegeliges Signal aus. Dies bewirkt, daß das ODER-Gatter 506 ein logisch hochpegeliges Signal auf der Leitung 426 aus­ gibt. Dies wiederum bewirkt, daß sich der Transistor 512 ab­ schaltet, um zu verhindern, daß der positive Hauptanschluß 405 die Geräteleistungsversorgungsleitung 408 versorgt. Die Diode 514 verhindert, daß Strom von der Geräteleistungsver­ sorgungsleitung 408 zurückfließt und die Hauptbatterie 101 lädt.

Wenn der Spannungspegel des positiven Hilfsanschlusses 413 un­ ter die Referenzspannung 508 fällt, so gibt der Vergleicher 502 ein logisch niederpegeliges Signal an das ODER-Gatter 506 aus. Dies bewirkt, daß das ODER-Gatter 506 ein logisch nie­ derpegeliges Signal auf der Leitung 426 ausgibt. Wenn sowohl die Haupt- als auch die Hilfsbatterien 101, 102 noch vorhan­ den sind, so gibt auch der Transistor 504 ein logisch nieder­ pegeliges Signal an das ODER-Gatter 506 aus. Dies bewirkt, daß das ODER-Gatter 506 ein logisch niederpegeliges Signal auf der Leitung 426 ausgibt. Und dies bewirkt wiederum, daß der Transitor 512 angeschaltet wird und den positiven Haupt­ anschluß 405 mit der Geräteleistungsversorgungsleitung 408 verbindet.

Wenn die Hauptbatterie 101 entfernt wird (und die Hilfsbatte­ rie 102 angeschlossen ist), so sieht der Gate-Anschluß des Transistors 504 nicht länger mehr den positiven Hauptanschluß 405, das heißt, er wird nicht länger durch diesen versorgt. Dies bewirkt, daß der Drain-Anschluß des Transistors 504 hochgezogen wird durch den positiven Hilfsanschluß 413. Dies bewirkt wiederum, daß das ODER-Gatter 506 das logisch hochpe­ gelige Signal auf der Leitung 426 ausgibt und der Transistor 512 ausgeschaltet bleibt.

Wenn die externe Leistungsversorgung 430 an die Kupplung 314 angeschlossen wird, so stoppen die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 das Entladen. Beim Verbinden bewirkt die Anwesenheit der externen Leistungsversorgung 430 auf der Leitung 425, daß das ODER-Gatter 506 das logisch hochpegelige Signal auf Lei­ tung 426 ausgibt. Die schaltet den Transistor 512 ab. Die Di­ ode 510 verhindert, daß Strom von der externen Leistungsver­ sorgung 430 zurückfließt und die Hauptbatterie 101 lädt. Die höhere Spannung, die auf der Geräteleistungsversorgungslei­ tung 408 durch die externe Leistungsversorgung 430 geliefert wird, verhindert eine Vorwärtsvorspannung der Diode 500.

Wie ausgeführt wurde, umfaßt für das Laden der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 die Entlade- und Ladeschaltung 310 den Speicherschalter 440; den Ladeschalter 442, die Lade­ steuerung 470, den Stromregler 472 und den Rückkoppelschalter 474 der internen Ladevorrichtung 444; und den Thermistor­ schalter 446. Die Speicher- und Thermistorschalter 440, 446 sind vorzugsweise Zweikanal-Multiplexer/Demultiplexer, die durch eine 2,75 V Versorgung 520 mit Leistung versorgt wer­ den. Jeder der Speicher- und Thermistorschalter 440, 446 um­ faßt hauptsächlich erste und zweite Kanalanschlüsse 522, 524, die mit den Leitungen 448, 464 beziehungsweise den Leitungen 450, 462 verbunden sind; einen Kommunikationsanschluß 526, der mit den Leitungen 454, 466 verbunden ist, und einen Aus­ wahlanschluß 528, der mit den Leitungen 452, 465 verbunden ist. Ein logisch niederpegeliges Signal, das mit dem Auswahl­ anschluß 528 der Steuerung 306 verbunden ist, verbindet den ersten Kanalanschluß 522 (der mit der Hauptbatterie 101 ver­ bunden ist) mit dem Kommunikationsanschluß 526 und weiter mit der Steuerung 306. Ein logisch hochpegeliges Signal, das mit dem Auswahlanschluß 528 der Steuerung 306 verbunden ist, ver­ bindet den zweiten Kanalanschluß 524 (der mit der Hilfsbatte­ rie 102 verbunden ist) mit dem Kommunikationsanschluß 526 und weiter mit der Steuerung 306.

Der Ladeschalter 442 umfaßt Transitoren 530, 532, 534, 536. Die Transistoren 530, 532, 534, 536 sind vorzugsweise p-Kanal MOSFETs des Anreicherungstyps. Die Gate-Anschlüsse der Tran­ sistoren 530, 532 sind mit der Leitung 452 verbunden. Die Ga­ te-Anschlüsse der Transistoren 534, 536 sind über ein Inver­ ter-Gatter 538 mit der Leitung 452 verbunden. Die Source-An­ schlüsse der Transistoren 530, 534 sind mit der Leitung 460 verbunden. Die Source-Anschlüsse der Transistoren 532, 536 sind mit den positiven Haupt- und Hilfsanschlüssen 405, 413 über die Leitungen 456 beziehungsweise 458 verbunden. Die Drain-Anschlüsse der Transistoren 530, 532 sind miteinander verbunden. Die Drain-Anschlüsse der Transistoren 534, 536 sind miteinander verbunden. Die Dioden 540, 543, 544, 546 sind jeweils mit den Transistoren 530, 532, 534, 536 vom Drain-Anschluß zum Source-Anschluß verbunden. Ein logisch niederpegeliges Signal auf der Leitung 452 schaltet die Tran­ sistoren 534, 536 an, so daß Ladestrom auf der Leitung 460 zur Hilfsbatterie 102 fließen kann. Die Dioden 540, 542, 544, 546 verhindern, daß der Ladestrom zur Batterie fließt, die nicht für das Laden ausgewählt ist.

Die Ladesteuerung 470, bei der es sich vorzugsweise um eine integrierte Schaltung handelt, besteht hauptsächlich aus ei­ ner gesteuerten Stromquelle 550, wie beispielsweise einem Pulsbreitenmodulator (PWM), der ein Ausgangsstromsignal auf einem Pegel erzeugt, der durch die Ladungssteuerung 470 be­ stimmt wird. Die Stromquelle 550 wird durch die Kupplung 314 über die Leitung 478 an einem ersten Eingangsanschluß ge­ speist, der durch die Steuerung 306 über die Leitung an einem zweiten Eingangsanschluß konfiguriert wird, und über die dritte Leitung 481 an einem dritten Eingangsanschluß einge­ stellt. Die Ladesteuerung 470 verbindet ein Stromsignal, das durch die Stromquelle 550 erzeugt wird, in Erwiderung auf die Steuerung 306 und Einstellungen, basierend auf der Rückkopp­ lung, die über 481 empfangen wurde, mit dem Stromregler 472 über einen Ausgangsanschluß 551 und einen Meßanschluß 552.

Der Stromregler 472 umfaßt hauptsächlich einen Transitor 553, eine Diode 554 und eine Diode 556. Der Transistor 553 ist vorzugsweise ein p-Kanal MOSFET des Anreicherungstyps. Ein Gate-Anschluß des Transistors 553 ist mit dem Ausgangsan­ schluß 551 der Ladungssteuerung 470 verbunden. Eine Quelle des Transistors 553 ist mit dem Meßanschluß (sense port) 552 der Ladungssteuerung 470 und der Kupplung 314 (und der exter­ nen Leistungsversorgung 430) über eine Leitung 482 verbunden. Ein Drain-Anschluß des Transistors 553 ist ausgangsseitig mit dem Rückkoppelschalter 474 über die Leitung 484 und über die Diode 556 mit der Leitung 460 verbunden. Der Transistor 552, der auf das Ladesignal, das vom Ausgangsanschluß 551 der La­ despannung empfangen wird, reagiert, schaltet ein und verbin­ det den Strom, der durch die externe Leistungsversorgung 430 erzeugt wird und die Stromquelle 550 (wobei das Ladesignal über den Meßanschluß 552 der Ladesteuerung 470 geliefert wird) über die Diode 556 mit der Leitung 460. Die Diode 556 ist vorzugsweise ein Schottky-Gleichrichter. Die Diode 554 ist mit dem Transistor 553 vom Drain-Anschluß zum Source-An­ schluß verbunden und verhindert, daß der Ladestrom zur Lei­ tung 460 fließt, wenn der Transistor 553 abgeschaltet ist.

Der Rückkoppelschalter 474 umfaßt hauptsächlich Transistoren 560, 562. Die Transistoren 560, 562 sind vorzugsweise bipolare Transistoren. Der Transistor 560 ist ein npn-Transistor. Ein Basis-Anschluß des Transistors 560 ist mit dem Stromregler 472 über die Leitung 484 verbunden. Ein Kollektor des Transi­ stors 560 ist mit einer Basis des Transistors 562 verbunden.

Der Transistor 560 schaltet sich ein in Erwiderung auf den Ladestrom, der durch den Stromregler 472 erzeugt wird. Der Transistor 562 ist ein pnp-Transistor. Ein Emitter-Anschluß des Transistors 562 ist mit der Leitung 460 verbunden. Ein Kollektor-Anschluß des Transistors 562 ist mit der Kupplung 314 über die Leitung 486 verbunden. Der Transistor 562 ver­ bindet die Ladespannung, die durch den Stromregler 472 ausge­ geben wird, mit der Kupplung 314, wenn der Transistor 560 eingeschaltet ist. Dies gestattet es der externen Leistungs­ versorgung 430, die Ladungsspannung nachzusteuern.

Fig. 6 ist eine Darstellung eines Flußdiagramms eines Verfah­ rens der Entladung der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 der Fig. 1-5. In der bevorzugten Ausführungsform ist dieses Verfahren oder dieser Prozeß allein durch den Hilfsbatterie­ schalter 420, den Detektor 422 und den Hauptbatterieschalter 424 der Entlade- und Ladeschaltung 310 der Fig. 4 und 5 implementiert. Es ist jedoch ersichtlich, daß dieses Verfah­ ren auch durch einen Mikroprozessor oder eine Steuerung im­ plementiert werden kann, die ein Softwareprogramm ausführt.

Das Verfahren wird in Block 600 initiiert. Im Entscheidungs­ block 602 wird bestimmt, ob die externe Leistungsversorgung 430 der Fig. 4 und 5 an das Gerät 100 der Fig. 1-3 angeschlossen ist oder nicht. Wenn die externe Leistungsver­ sorgung 430 angeschlossen ist, wird das Gerät 100 über die externe Leistungsversorgung 430 in Block 604 mit Leistung versorgt und das Verfahren kehrt zum Entscheidungsblock 602 zurück. Wenn die externe Leistungsversorgung 430 nicht ange­ schlossen ist, so geht das Verfahren zum Entscheidungsblock 606 weiter.

Im Entscheidungsblock 606 wird bestimmt, ob die Hilfsbatterie 102 der Fig. 1-5 am Gerät 100 angeschlossen ist oder nicht. Wenn die Hilfsbatterie 102 nicht angeschlossen ist, so geht das Verfahren zum Entscheidungsblock 608 weiter. Wenn die Hilfsbatterie 102 angeschlossen ist, wird im Entschei­ dungsblock 610 bestimmt, ob die Spannung der Hilfsbatterie 102 größer als die Referenzspannung 508 der Fig. 5 ist oder nicht. Wenn die Spannung der Hilfsbatterie 102 größer ist, so wird das Gerät 100 über die Hilfsbatterie 102 in Block 612 mit Leistung versorgt und das Verfahren kehrt zum Entschei­ dungsblock 602 zurück. Wenn die Spannung der Hilfsbatterie 102 nicht größer ist, geht das Verfahren zum Entscheidungs­ block 608.

Im Entscheidungsblock 608 wird bestimmt, ob die Hauptbatterie 101 der Fig. 1-5 befestigt ist oder nicht. Wenn die Haupt­ batterie 101 befestigt ist, so wird das Gerät 100 über die Hauptbatterie 101 im Block 614 mit Leistung versorgt, und das Verfahren kehrt zum Entscheidungsblock 602 zurück. Wenn die Hauptbatterie 101 nicht befestigt ist, so hört das Verfahren in Block 615 auf, da keine Leistung liefernde Quellen mit dem Gerät 100 verbunden sind.

Fig. 7 ist eine Darstellung in Form eines Zustandsdiagramms eines Verfahrens zum Laden der Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 der Fig. 1-5. In der bevorzugten Ausführungsform wird dieses Verfahren oder dieser Prozeß implementiert unter Ver­ wendung eines Softwareprogramms, das durch die Steuerung 306 der Fig. 3-5 ausgeführt wird. Gemäß dem Programm betätigt die Steuerung 306 den Speicherschalter 440, den Ladeschalter 442, die interne Ladevorrichtung 444 und den Thermistorschal­ ter 446 der Entlade- und Ladeschaltung 310 der Fig. 4 und 5, um die Haupt- und Hilfsbatterien 101 und 102 zu laden. Es wird jedoch deutlich, daß dieses Verfahren unter ausschließ­ licher Verwendung von Hardwarebauteilen implementiert werden kann. Jeder Zustand ist durch einen Block dargestellt. Die Zahl in der oberen linken Ecke jedes Blockes zeigt die Zahl der Batterien an, die mit dem Gerät 100 der Fig. 1-3 wäh­ rend dieses Zustandes verbunden sind.

Block 700 zeigt einen Zustand an, in dem keine Batterien an­ geschlossen sind. Wenn die Hauptbatterie 101 an das Gerät 100 im Block 700 angeschlossen wird, so geht das Verfahren zum Block 702. Wenn die Hilfsbatterie 102 im Block 700 ange­ schlossen wird, so geht das Verfahren zum Block 704.

Der Block 702 zeigt einen Zustand, in dem nur die Hauptbatte­ rie 101 angeschlossen ist und lädt. Wenn die Hauptbatterie 101 im Block 702 entfernt wird, so geht das Verfahren zum Block 700. Wenn die Hilfsbatterie 102 im Block 702 angefügt wird, so geht das Verfahren zu Block 706. Wenn die Hauptbat­ terie 101 im Block 702 vollständig geladen ist, so geht das Verfahren zu Block 708.

Block 704 zeigt einen Zustand, in dem nur die Hilfsbatterie 102 verbunden ist und geladen wird. Wenn die Hilfsbatterie 102 im Block 702 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 700. Wenn die Hauptbatterie 101 im Block 704 ange­ schlossen wird, so geht das Verfahren zu Block 706. Wenn die Hilfsbatterie 102 in Block 704 vollständig geladen ist, so geht das Verfahren zu Block 710.

Block 706 zeigt einen Zustand, in dem sowohl die Haupt- als auch die Hilfsbatterien 101, 102 verbunden sind, und die Hauptbatterie 101 geladen wird. Wenn die Hauptbatterie 101 im Block 706 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 704. Wenn die Hilfsbatterie 102 in Block 706 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 702. Wenn die Hauptbatterie in Block 706 völlig geladen ist, so geht das Verfahren zu Block 712.

Block 708 zeigt einen Zustand, in dem nur die Hauptbatterie 101 angeschlossen ist und einem Erhaltungsladen unterliegt. Wenn die Hauptbatterie 101 im Block 708 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 700. Wenn die Hilfsbatterie 102 am Block 708 befestigt ist, so geht das Verfahren zu Block 712.

Block 710 zeigt einen Zustand, in dem nur die Hilfsbatterie 102 angeschlossen ist und einem Erhaltungsladen unterliegt. Wenn die Hilfsbatterie 102 in Block 710 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 700. Wenn die Hauptbatterie 101 in Block 710 verbunden wird, so geht das Verfahren zu Block 714.

Block 712 zeigt einen Zustand an, in dem sowohl die Haupt­ als auch die Hilfsbatterien 101, 102 angeschlossen sind und die Hilfsbatterie 102 geladen wird. Wenn die Hauptbatterie 101 in Block 712 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 704. Wenn die Hilfsbatterie in Block 712 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 708. Wenn die Hilfsbatterie 102 in Block 712 vollständig geladen ist, so geht das Verfah­ ren zu Block 716.

Block 714 zeigt einen Zustand, in dem sowohl die Haupt- und die Hilfsbatterien 101, 102 angeschlossen sind, wobei die Hauptbatterie 101 geladen wird und die Hilfsbatterie 102 vollständig geladen ist. Wenn die Hauptbatterie 101 im Block 714 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 710. Wenn die Hilfsbatterie 102 in Block 714 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 702. Wenn die Hauptbatterie 101 in Block 714 vollständig geladen ist, so geht das Verfahren zu Block 716.

Block 716 zeigt einen Zustand, in dem sowohl die Haupt- und die Hilfsbatterien 101, 102 angeschlossen sind und einer Er­ haltungsladung unterliegen. Wenn im Block 716 die Hauptbatte­ rie 101 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 710. Wenn die Hilfsbatterie in Block 716 entfernt wird, so geht das Verfahren zu Block 708.

Fig. 8 ist eine Darstellung in Form eines Zustandsdiagramms eines Verfahrens zur Bestimmung, welche der Haupt- und Hilfs­ batterien 101, 102 der Fig. 1-5 geladen werden muß. Dieses Verfahren ist ähnlich dem der Fig. 7, dadurch daß es unter Verwendung eines Softwareprogramms implementiert ist, das durch die Steuerung 306 der Fig. 3-5 ausgeführt wird. Ge­ mäß dem Programm betätigt die Steuerung 306 den Speicher­ schalter 440, den Ladungsschalter 442, die interne Ladevor­ richtung 444 und den Thermistorschalter 446 der Entlade- und Ladeschaltung 319 der Fig. 4 und 5, um die Haupt- und Hilfsbatterien 101 und 102 zu laden. Dieses Verfahren kann jedoch unter ausschließlicher Verwendung von Hardwarebautei­ len implementiert werden. Jeder Zustand ist durch einen Block dargestellt.

Block 800 zeigt einen Zustand, in welchem weder die Hauptbat­ terie 101 noch die Hilfsbatterie 102 geladen ist. Wenn die Hauptbatterie 101 im Block 800 angeschlossen ist, so geht das Verfahren zu Block 802. Wenn die Hilfsbatterie 102 im Block 800 angeschlossen ist, so geht das Verfahren zu Block 804.

Block 802 zeigt einen Zustand, in welchem nur die Hauptbatte­ rie 101 geladen wird. Wenn die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 im Block 802 entfernt werden, so geht das Verfahren zu Block 800. Wenn die Hilfsbatterie 102 angeschlossen ist, die Hauptbatterie 101 vollständig geladen und die Hilfsbatterie 102 in Block 803 nicht vollständig geladen ist, so geht das Verfahren zu Block 804. Wenn die Hilfsbatterie 102 ange­ schlossen ist und die Hauptbatterie 101 im Block 802 entfernt wird, so geht das Verfahren auch zu Block 804.

Block 804 zeigt einen Zustand, in dem nur die Hilfsbatterie 102 geladen wird. Wenn die Haupt- und Hilfsbatterien 101, 102 im Block 804 entfernt werden, so geht das Verfahren zu Block 800. Wenn die Hauptbatterie 101 angeschlossen und in Block 804 nicht vollständig geladen ist, so geht das Verfahren zu Block 802.

Zusammengefaßt wird ein tragbares elektronisches Gerät be­ schrieben, das abnehmbare Haupt- und Hilfsbatterien und eine Entlade- und Ladeschaltung für das Entladen und Laden dieser Batterien aufweist. Die Entlade- und Ladeschaltung entlädt die Batterien gemäß einer vorbestimmten Priorität - wenn beide Batterien angeschlossen sind, so wird immer die Hilfs­ batterie als erstes entladen. Die vorbestimmte Priorität mi­ nimiert die Komplexität der Schaltung, die erforderlich ist, um mehrere Batterien zu entladen, da nur ein einziger Span­ nungsdetektor zur Überwachung der Spannung der Hilfsbatterie erforderlich ist. Wenn die Hilfsbatterie bis auf einen vorbe­ stimmten Pegel entladen ist, so schaltet der Detektor einen Hauptbatterieschalter, der die Hauptbatterie verbindet, um das Gerät mit Leistung zu versorgen. Im Gegensatz zum bekann­ ten Stand der Technik wird der vorbestimmte Pegel so einge­ stellt, daß er oberhalb der Minimalspannung liegt, die not­ wendig ist, um das Gerät mit Leistung zu versorgen, so daß die Hilfsbatterie das Gerät dennoch ohne Unterbrechung mit Leistung versorgen kann, wenn die Hauptbatterie, während sie in Benutzung ist, entfernt werden sollte. Die Entlade- und Ladeschaltung lädt auch die Batterien gemäß einer vorbestimm­ ten Priorität - wenn beide Batterien angeschlossen sind, so wird die Hauptbatterie immer zuerst geladen. Das Laden er­ folgt durch eine Serie von Schaltern und eine interne Lade­ vorrichtung, die zwischen den Haupt- und Hilfsbatterien und einer Steuerung geschaltet ist. Das Laden wird begonnen durch das Anschließen einer externen Leistungsversorgung an die Vorrichtung. Die Steuerung wählt, unter einem von ihr ausge­ führten Programm, als erstes die Hauptbatterie für das Laden aus und verbindet den Ladestrom, der durch die interne Lade­ vorrichtung erzeugt wird, mit der Hauptbatterie. Nach dem vollständigen Laden der Hauptbatterie schaltet die Steuerung um, um die Hilfsbatterie zu laden. Wenn die Hauptbatterie entfernt wird, während die Hilfsbatterie geladen wird, so schaltet die Steuerung um, um die ersetzte Hauptbatterie zu laden.

Claims (10)

1. Elektronisches Gerät, das eine Vorrichtung zum Entladen einer Batterieanordnung enthält, zur Versorgung des elektro­ nischen Gerätes in einem Betriebszustand, wobei die Batterie­ anordnung eine Hauptbatterie und eine Hilfsbatterie umfaßt, und die Vorrichtung folgendes umfaßt:
einen Detektor, der mit den Haupt- und Hilfsbatterien verbunden ist, um den Spannungspegel der Hilfsbatterie zu überwachen; und
einen Hauptschalter, der mit der Hauptbatterie und dem Detektor verbunden ist, wobei der Hauptschalter betreibbar ist, um die Hauptbatterie zu verbinden, um das elektronische Gerät ohne Unterbrechung des Betriebszustandes mit Leistung zu versorgen, wenn der Spannungspegel der Hilfsbatterie unter einem vorbestimmten Pegel liegt, und um die Hauptbatterie in der Leistungsversorgung des elektronischen Gerätes zu unter­ brechen, ohne eine Unterbrechung des Betriebszustandes, wenn der Spannungspegel der Hilfsbatterie sich über dem vorbe­ stimmten Pegel befindet.

2. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, weiterhin umfassend:
einen Hilfsschalter, der mit der Hilfsbatterie verbunden und betreibbar ist, um die Hilfsbatterie zu verbinden, um das elektronische Gerät unabhängig vom Spannungspegel der Hilfs­ batterie mit Leistung zu versorgen.

3. Elektronisches Gerät nach Anspruch 2
weiterhin eine Kupplung umfassend, um abnehmbar eine ex­ terne Leistungsquelle anzukuppeln, um externe Leistung zu liefern, um das elektronische Gerät im Betriebszustand zu be­ treiben, und
wobei der Hilfsschalter, der auf die Verbindung der ex­ terne Leistungsquelle reagiert, die Hilfsbatterie daran hin­ dert, das elektronische Gerät mit Leistung zu versorgen.

4. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, wobei die Haupt- und Hilfsbatterien abnehmbar sind.

5. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, wobei die Hauptbat­ terie eine erste Kapazität aufweist und die Hilfsbatterie ei­ ne zweite Kapazität aufweist, wobei die zweite Kapazität grö­ ßer als die erste Kapazität ist.

6. Elektronisches Gerät, das einen Betriebszustand aufweist, der einen minimalen Spannungspegel erfordert, wobei das elek­ tronische Gerät folgendes umfaßt:
eine erste abnehmbare Batterie, die am elektronischen Gerät angebracht ist, um das elektronische Gerät im Betriebs­ zustand mit Leistung zu versorgen;
einen Detektor, um einen Spannungspegel der ersten ab­ nehmbare Batterie zu detektieren;
einen Schalter, der mit dem Detektor verbunden ist; und
eine zweite abnehmbare Batterie, die am elektronischen Gerät angebracht und mit dem Schalter verbunden ist, dem Schalter, der auf den Detektor anspricht, um die zweite ab­ nehmbare Batterie zu verbinden, um das elektronische Gerät ohne Unterbrechung des Betriebszustandes mit Leistung zu ver­ sorgen, wenn die erste abnehmbare Batterie bis zu einem vor­ bestimmten Spannungspegel entladen ist, wobei der vorbe­ stimmte Spannungspegel größer als der minimale Spannungspegel ist, um es zu gestatten, daß die erste abnehmbare Batterie der elektronischen Vorrichtung ohne Unterbrechung des Be­ triebszustandes mit Leistung versorgt wird, wenn die zweite abnehmbare Batterie abgenommen wird.

7. Elektronisches Gerät, das einen Betriebszustand aufweist, wobei das elektronische Gerät folgendes umfaßt:
eine erste abnehmbare Batterie, die mit dem elektroni­ schen Gerät verbunden ist, um das elektronische Gerät im Be­ triebszustand mit Leistung zu versorgen;
eine zweite abnehmbare Batterie, die am elektronischen Gerät angebracht ist, um alternativ das elektronische Gerät im Betriebszustand mit Leistung zu versorgen;
einen Detektor, um einen Spannungspegel der ersten ab­ nehmbaren Batterie zu detektieren; und
einen Schalter, der mit der zweiten abnehmbaren Batte­ rie, dem Detektor und dem elektronischen Gerät verbunden ist, um eine Verindung der zweiten abnehmbaren Batterie zu schal­ ten, um das elektronische Gerät ohne Unterbrechung des Be­ triebszustandes mit Leistung zu versorgen, wenn die erste ab­ nehmbare Batterie abgenommen wird.

8. Elektronisches Gerät, das eine Vorrichtung zum Laden einer Batterieanordnung umfaßt, die das elektronische Gerät mit Leistung versorgt, wobei die Batterieanordnung eine erste und eine zweite Batterie umfaßt, und wobei die Vorrichtung fol­ gendes umfaßt:
eine Detektionsschaltung, um das Vorhandensein der er­ sten und der zweite Batterie zu detektieren;
eine Stromerzeugungsschaltung, die auf die Detektions­ schaltung anspricht, um einen Ladestrom zu erzeugen; und
eine Schaltschaltung, die mit der ersten Batterie, der zweiten Batterie und der Stromerzeugungsschaltung verbunden ist, wobei die Schaltschaltung, wenn sowohl die erste als auch die zweite Batterie vorhanden ist, zuerst den Ladestrom mit der zweiten Batterie verbindet, um die zweite Batterie zu laden, und als nächstes den Ladestrom zum Laden der ersten Batterie verbindet, wobei die Schaltschaltung beim Ersetzen der zweiten Batterie während des Ladens der ersten Batterie sofort den Ladestrom zum Laden der zweiten Batterie wieder verbindet.

9. Verfahren zum Entladen einer Batterieanordnung, um ein Ge­ rät im Betriebszustand mit Leistung zu versorgen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Erkennen eines Spannungspegels einer ersten Batterie der Batterieanordnung;
Verbinden der ersten Batterie, um das Gerät so lange mit Leistung zu versorgen, wie der Spannungspegel oberhalb eines vorbestimmten Spannungspegels liegt; und
Verbinden, ohne Unterbrechung des Betriebszustandes, ei­ ner zweiten Batterie der Batterieanordnung, um das Gerät mit Leistung zu versorgen, wenn der Spannungspegel kleiner oder gleich dem vorbestimmten Spannungspegel ist.

10. Verfahren zum Laden einer Batterieanordnung über eine La­ devorrichtung, die sich innerhalb eines Gerätes befindet, wo­ bei die Batterieanordnung zur Versorgung des Gerätes mit Lei­ stung dient, um das Gerät in einem Betriebszustand zu betrei­ ben, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bestimmen des Vorhandenseins einer ersten Batterie und einer zweiten Batterie der Batterieanordnung;
vollständiges Laden der ersten Batterie, solange sie vorhanden ist;
Laden der zweiten Batterie, solange sie vorhanden ist; und
Unterbrechen des Ladens der zweiten Batterie beim Erset­ zen der ersten Batterie und vollständiges Laden der ersten Batterie, solange sie vorhanden ist.