电池模拟器及其使用方法
【专利说明】电池模拟器及其使用方法
本申请是申请日为2010年11月30日，申请号为201080062210.3，发明名称为“电池模拟器及其使用方法”的申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
[0001 ]本申请要求于2009年11月30日提交的题目为“供应外部电力并控制通信装置(Supplying External Power and Controlling a Communicat1n Device)，，的美国临时专利申请序列号61/264,975的优先权。
技术领域
[0002]本发明涉及电子与通信领域。更具体地，本发明涉及用于在轿车、卡车、及其他移动车辆中的电池模拟器。
【背景技术】
[0003]便携式电池驱动的电子装置如蜂窝手机、媒体播放器、及位置追踪装置在当今世界是普遍的。为在车辆中的这些装置提供电力或再充电，可以使用将车辆的电气系统直接连接到便携式装置的电源适配器。当车辆在操作或活动时，来自电源适配器和电子装置的车辆上的电气负载相比较于来自车辆本身的整体电气需要较小。当车辆不操作或不活动并且电源适配器和电子装置保持开启时，车辆电池将有连续和较大的消耗。为防止车辆电池的耗尽，电源适配器被设计为感测车辆点火何时转向到关闭位置，然后关闭该装置或逐渐减少其电力消耗。
【发明内容】
[0004]在开发用于追踪一队使用成品的便携式电池驱动的电子装置如全球定位系统(GPS)使能的位置追踪装置或蜂窝电话的车辆的低成本系统的过程中形成本发明。传统的电源适配器因为几个原因不适于该目的。首先，结合充电器适配器使用的传统电池随着使用的年数消耗，并且会与在车辆中安装的恶劣环境相关联的条件中失去能力(例如极冷或极热、振动等)。第二，在车辆点火关闭之后，结合充电器适配器使用的传统的电池不允许通过该装置的数据获取和传输在该装置完全关闭之前完成以防止车辆的电池耗尽。第三，结合充电器适配器使用的传统电池不能用于在不同的车辆中的便携式电子装置，因为在点火状态和不同车辆供应的电力中的较大变化(这可以在范围6V-40V)，以及固有的噪声、尖峰、及与每个车辆电气系统相关联的电涌。例如，不同车辆中使用的电气系统在6V至超过40V范围并且倾向于电气噪声。第四，结合充电器适配器使用的传统电池不提供使用车载便携式装置用于现实世界中追踪或监测所要求的非常清洁类型的电力。例如，当车载电子装置的收发器与手机信号塔或其他设备通信时，该装置牵引较大电流，并且需要低输出阻抗用于传输;但然后需要立刻关闭发射器，并且开启接收器以接收信号。在没有非常清洁的电源防止任何噪声干扰所接收的数据的情况下，这将是不可能的。
[0005]为克服这些问题，本发明人独出心裁并且努力开发了一种替代和模拟便携式电子通信装置的电池的特征(例如，阻抗、电压、电流、及电容)的电池模拟器。在一个实施方案中，电池模拟器使用与具有电气系统的任何车辆(例如飞机、轮船、摩托车、电动车、高尔夫球车、工业设备、叉车等)兼容的模拟数字转换器，以及允许连接的便携式电子装置在发送信号到该装置使其断电之后完成数据的获取和记录(本地存储或传输到远程服务器)的计时器。不像传统的电源适配器，本发明的电池模拟器可以允许确定性的功率水平(电压输出可以取决于发送信号和内部算法而改变)，完全的“ON”/“OFF”控制以防止从车辆的电力系统牵引过多的电力，滤波以从供应的电力中消除噪声，对来自车辆的电力系统和便携式装置负载条件的瞬态负载、电涌及尖峰的快速(例如，少于1000、900、800、700、600、500、400、200、或100纳秒)响应。重要地的是，不管其使用的车辆，还可以供应合适的特征以模拟替代电池的阻抗、电流及电压以便便携式装置操作好像真实的电池附接到其中(例如，GPS使能的装置的最佳性能、手机、及其他的噪声和电力敏感电子便携式装置，特别是具有无线数据收发器的那些，这些对于电源噪声敏感)。因此，在一个实施方案中，本发明的电池模拟器可以结合在6V-30V之间操作的车辆电气系统而操作(在非常嘈杂的环境中)从而将电力调节到更低的阻抗(例如少于1、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、或0.05欧姆)低电压(例如约或少于6、5、4、3、或2V;约3.7或5.7V;或在1.5-38V之间)从而使用最适合于低噪声、低输出阻抗的切换调节器及附加的滤波元件以过滤出固有的切换频率噪声来模拟真实的锂离子或类似的电池。
[0006]本发明的电池模拟器可以利用电路防止从车辆的电力系统发生的能量尖峰(例如，从电动车辆中的交流发电机、发电机的相反电电力，再生制动或类似的系统)。该电池模拟器还可以包括电源适配器和信令电路，该电路限制输入到装置的电力以防止其充电器和电力系统过载，提供合适的上电信号作为替代电池，并且防止过度驱动可能损坏该装置的内部电路的信令。还可以包括在供应电力到便携式电子装置发生故障时防止危险的短路条件和过热的电路，并且允许电池模拟器在一旦故障条件去除时恢复合适的操作。
[0007]因此，在一方面，本发明的特征在于当便携式电子装置位于车辆中或车辆上时用于替代和模拟在该装置中的电池的特征的动态电池模拟器。该动态电池模拟器包括:能够改变其输出电压以适应于附接的便携式电子装置的电压要求的电源控制模块;用于从车辆的电气系统传输电力到电源控制模块的输入端；用于提供电力到便携式电子装置的输出端;用于从电源适配器传递控制信号到便携式电子装置以选择性地开启和关闭便携式电子装置的输出端；电池替代模块，该模块被配置为替代在便携式电子装置中的电池并且包括用于通过提供电力的输出端从电源控制模块中传递电力到便携式电子装置的电池替代电路；用于确定车辆的电气系统的电力状态的点火感应控制器;及与点火感应控制器通信并且用于在车辆的点火或电气系统关闭之后在预定时间减少从车辆的电气系统传递电力到便携式电子装置的至少一个计时器和开关。当连接到便携式电子装置和车辆电气系统时，电池模拟器可以提供与便携式电子装置相同或大约相同(例如+/_不超过10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、或1%)的电压、阻抗、电流、及电容到便携式电子装置，并且在电池模拟器的正常操作中输送的电压和阻抗变化小于3%、2%、1 %、或0.5%。
[0008]电池替代模块可以从电源控制模块传输电力到在便携式电子装置中的终端，这些终端被配置为从便携式电子装置电池接收电力。该点火感应控制器可以包括用于确定车辆的电气系统的电力状态的模拟-数字转换器。在车辆的电力系统包括点火系统的情况中，该动态电池模拟器可以包括限制从点火系统中传输电压尖峰的离散电路。该动态电池模拟器可以被配置为与包括位置检测系统的便携式电子装置一起操作。该计时器预定时间可以被设定为允许便携式电子装置在减少从车辆的电气系统传输电力到便携式电子装置之前完成其待处理的数据传递操作。该动态电池模拟器还可以包括一个微处理器并且可以由其控制，该微处理器可以由激励或算法控制。在优选的设计中，当车辆不操作时，电池模拟器从外部电气系统(例如，移动车辆的电池)中牵引非常少的电流(例如少于10mA、5mA、4mA、3mA、2mA、lmA，并且优选地少于0.5mA)。该动态电池模拟器具有少于5%稳态电压纹波，并且在少于500奈秒中校正瞬态响应或负载条件。
本发明的特征还在于一种响应于指示车辆已经开启的触发信号来控制连接到该车辆的便携式电子装置的开/关状态和可控电源的方法，其中，当该车辆的电气系统上电时该便携式电子装置开启，并且其中该便携式电子装置包括多个激活呼叫状态，这些激活呼叫状态包括空闲呼叫状态以及激活呼叫状态，该方法包括以下步骤:
开启便携式电子装置；
开启车辆点火，然后关闭点火并响应于点火的关闭而开始第一计时器；
若第一计时器期满并且便携式电子装置在空闲或激活呼叫状态时，自动地指令便携式电子装置关闭；
之后，响应于计时器期满来确定便携式电子装置是否是上次关闭；
之后，在发送信令关闭便携式电子装置之后，关闭连接到便携式电子装置的可控电源；之后，基于响应于计时器期满确定便携式电子装置是上次关闭，或响应于车辆点火被上电而自动地开启附接到便携式电子装置的可控电源，该自动地开启包括供应控制信号到便携式电子装置并且指令便携式电子装置开启;或
若车辆的触发信号不指示车辆已经开启则使得便携式电子装置仍处于关闭状态。
本发明的特征还在于一种控制连接到车辆触发器的便携式电子装置的开/关状态的方法，该方法包括以下步骤:
监测车辆触发器的电压；
自动地开启模拟附接到便携式电子装置的电池的可控电源，发送信令到便携式电子装置以“开启”该装置，并且继续监测该装置确保其连续“开启”；及
在检测到车辆触发器关闭时，启动计时器计时，其中，在计时器期满并且车辆触发器保持“关闭”时，向该便携式电子装置发送信号从而将其“关闭”，并且可控电源“关闭”，其中不间断地监测从车辆触发器测量的电压和便携式电子装置的状态。
其中，控制装置监测车辆触发器，控制可控电源，并且发送信令到便携式电子装置从而使其上电。
其中，控制装置监测车辆触发器并且控制内部计时器电路，从而，在预定时间延迟完成时，发送信令到便携式电子装置从而使得便携式电子装置“断电”，并且“关闭”可控电源。
其中，便携式电子装置选自下组，该组的构成为:蜂窝电话、个人数字助理、及卫星蜂窝电话。
其中，可控电源使用电路来防止电压尖峰和源自车辆电气系统的过多电力，其中该电路包括在感测到故障条件时停止从电源的电力输送并且在故障条件移