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Die
Erfindung betrifft ganz allgemein tragbare mit Akku/Batterie betriebene
Einrichtungen. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren und
Vorrichtungen zum Darstellen eines Ladungspegelmessgerätesymbols,
das den Zustand einer Batterie in einer mit Akku/Batterie betriebenen
Einrichtung repräsentiert.
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In
der medizinischen Betreuung von Patienten ist es häufig erforderlich,
einen Patienten mittels medizindiagnostischer Instrumente zu überwachen. Eine
Bauart eines Instruments, nämlich
der Patientenmonitor, ist in der Lage, den Patienten zu überwachen,
um Elektrokaridogrammdaten, Herzminutenvolumendaten, Atmungsdaten,
Pulsoxymetriedaten, Blutdruckdaten, Temperaturdaten und sonstige
Parameterdaten zu akquirieren. Insbesondere existieren leichtgewichtige
tragbare Überwachungsgeräte, die von
dem Patienten mitgeführt
werden können,
was eine ununterbrochene Überwachung
eines Patienten während
eines Transports erlaubt.
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Um
eine Überwachung
an entfernt angeordneten Orten oder während eines Patiententransports zu
ermöglichen,
werden moderne tragbare Patientenmonitore durch Akkumulatoren/Batterien
mit Energie versorgt. Akkus/Batterien für den Dauergebrauch mit kurzen
Wiederaufladezeiten erleichtern eine Maximierung der Einsatzbereitschaft
eines Überwachungsgeräts. Moderne Überwachungsgeräte enthalten
ein intelligentes Batteriemanagementsystem, das die Lebensdauer
der Batterie maximiert, was den Aufwand an Wartung und Austausch
reduziert. Solche Überwachungsgeräte benutzen
intelligente Batterien, die abgefragt werden können, um Daten zu gewinnen,
die den aktuellen Zustand der Batterie, z.B. die aktuelle Ladungskapazität und Batterieklemmenspannung
kennzeichnen.
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Tragbare
Patientenmonitore mit integrierter Batteriestromversorgung sind
im Handel als eine kompakte, ergonomische Einheit erhältlich,
die eine problemlose Handhabung ermöglicht. Das kompakte Design
wird zum Teil durch den Einsatz von Flachbildschirmpaneelen erreicht.
Auf dem Farb- oder
monochromen Bildschirm werden sämtliche
numerischen Zahlen und Vielfachwellenformen wiedergegeben.
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Zusätzlich zu
der Darstellung von Wellenformen und numerischen Zahlen, die erfasste
Daten kennzeichnen, sind hochentwickelte Patientenmonitore in der
Lage, ein Batterieladezustandssymbol (Ladungspegelmessgerätesymbols)
auf dem Schirm wiederzugeben, das die aktuelle Ladungskapazität der Batterie
repräsentiert.
Beispielsweise kann die Batterieladungskapazitätanzeige ein aus Pixeln aufgebautes
Rechteck wiedergeben, das eine Breite aufweist, die proportional
zu dem in der Batterie vorhandenen Prozentsatz der vollen Ladungskapazität ist (von
der angenommen wird, dass sie gleich der Nennkapazität ist).
Falls die volle Breite des dargestellten Ladungspegelmessgeräts 75 Pixel
beträgt, und
die restliche Ladung gleich 20 % der vollen Ladungskapazität ist, kann
der aktuelle Ladezustand durch Darstellung eines Rechtecks mit einer
Breite von 15 Pixeln (i.e. 20 % von 75 Pixeln) auf dem Messinstrument
dargestellt werden.
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Benutzer
tragbarer, mit Akkubatterie betriebener Einrichtung müssen über ein
zuverlässiges Mittel
zum Bestimmen des aktuellen Zustands (Ladezustands) der in dem System
installierten Batterien verfügen.
Tragbare Einrichtungen, die mit Batterien ausgestattet sind, die
hohe Kapazität
aufweisen, können über sehr
große
Laufzeiten verfügen.
Einige Benutzer der Einrichtung nutzen häufig lediglich einen geringen
Prozentsatz dieser Fähigkeit,
beanspruchen jedoch gelegentlich möglicherweise das volle Laufzeitvermögen der
Einrichtung. Dieser Typ eines Benutzerprofils in Verbindung mit
sonstigen Einflussfaktoren, z.B. Einschwingpulslasten und Elektronikschaltkreisfehlern
(Schaltkreistoleranzen) kann bewirken, dass die in der intelligenten
Batterie integrierte elektronische Ladungskapazitätsmesseinrichtung
ungenau wird. Dieser Fehler kann dazu führen, dass die intelligente
Batterie eine dem Hostsystem zur Verfügung stehende Restladungskapazität meldet,
die höher
ist, als die durch die Batterie tatsächlich lieferbare Ladung.
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Das
vorstehende Problem stellt sich dem Benutzer besonders dann auf
kritische Weise, wenn die tatsächliche
Restladungskapazität
der Batterie gering ist. Wenn kein zusätzliches Korrekturmittel vorhanden
ist, kann die in der intelligenten Batterie integrierte Ladungskapazitätsmesseinrichtung
den Benutzer Glauben machen, es sei noch Ladung in der Batterie
vorhanden ist, obwohl die Batterie in Wirklichkeit bereits völlig entleert
ist. In einem solchen Fall schaltet sich die Einrichtung automatisch
und unerwartet ab. Darüber
hinaus ist die in der intelligenten Batterie integrierte Ladungskapazitätsmesseinrichtung
sowohl für
die Restlaufzeit als auch für
die Abnahmerate der dem Hostsystem zum Betrieb noch zur Verfügung stehenden
Kapazität
der Batterie ein sehr schlechter Indikator, wenn diese sich dem
Zustand völliger
Entleerung nähert.
Solange die Batterie noch eine relativ hohe Ladungskapazität aufweist, ist
der Fehler der Batterieladungskapazitätserfassung verhältnismäßig gering;
allerdings wird dieser Fehler unangemessen groß, wenn der Prozentsatz der
restlichen Batterieladungskapazität sich dem Prozentsatz des
akkumulierten Fehlers der Ladungskapazitätsmessung nähert.
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Die
US-A-5 747 189 beschreibt eine Batterie und Schaltung zur Überwachung
des Ladezustands einer Batterie, bei der ein Display vorgesehen
ist, das dazu dient, eine Anzeige über den Ladezustand darzustellen.
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Es
besteht daher ein Bedarf nach einem Verfahren, um dem Systembenutzer
ein relatives "Gefühl" für die Abnahmerate
des Vermögens
einer Batterie zu vermitteln, inwieweit diese in der Lage ist, ein System
mit Strom zu versorgen, wenn sich die Batterie in der Nähe ihres
vollkommen entladenen Zustands befindet. Ferner besteht ein Bedarf
nach einem Verfahren, um dem Benutzer einen konkreten Punkt am Ende
des Ladungspegelmessgeräts
anzugeben, an dem die Einheit zuverlässig heruntergefahren wird.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung,
wie in den Ansprüchen
6 bzw. 1 offenbart, um den Betriebsmodus des Balkendiagramm-Ladungspegelmessgerätesymbols
zu verändern,
wenn die Batterie einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet,
der einem vollkommen entladenen Zustand vorangeht. Von dem Zeitpunkt an,
in dem die Batterie den vorbestimmten Schwellwert überschreitet,
bis zu dem Zeitpunkt der vollkommenen Entladung wird die Batterie
im Vorliegenden als in einem sogenannten "weichen" Zustand befindlich bezeichnet. Das
Eintreten einer Batterie in den weichen Zustand kann identifiziert
werden, indem erfasst wird, wenn die Batterieklemmenspannung auf einen
batteriespezifischen, weiche Spannung definierenden Schwellenwert
gesunken ist, der sich an dem sogenannten "Knie" der Kennlinie
der Batterieentladungsspannung befindet. Diesem Punkt ist auch ein
ungefährer
Restlaufzeitwert der Einrichtung zugeordnet. An dem dem vorbestimmten
Spannungsschwellenwert entsprechenden Punkt wird der Betriebsmodus
des Ladungspegelmessgerätesymbols
nahtlos verändert,
so dass die angezeigten Pixel die proportionale Batterieklemmenspannung
anstelle der Restladungskapazität
als Prozentsatz der vollen Ladungskapazität repräsentieren. Insbesondere wird der
Spannungsbereich von dem vorbestimmten Spannungsschwellenwert herunter
bis zu der Abschaltspannung, die einer völligen Entladung der Batterie
entspricht (Spannung des Herunterfahrens), in den aktivierten Pixelraum
der Restladungskapazität
skaliert. Dieser Anzeigemodus vermittelt dem Benutzer ein relatives "Gefühl" für die Abnahmerate
des Vermögens
einer Batterie, das System ausreichend mit Strom zu versorgen, und
zeigt einen konkreten Punkt am Ende des Ladungspegelmessgeräts an, an dem
die Einheit zuverlässig
herunterfahren wird.
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In Übereinstimmung
mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das Balkendiagramm-Ladungspegelmessgerätesymbol als zwei überlappende
Rechtecke dargestellt, die links (oder rechts) ausgerichtet sind.
Die erste Ebene ist ein feststehender Umriss mit gleichbleibender
Breite, der die volle Ladungskapazität der Batterie repräsentiert.
Die zweite Ebene ist ein ausgefülltes
Rechteck, das im Ladungsabnahmemodus die aktuelle (tatsächliche) Ladungskapazität repräsentiert
oder im Spannungsmodus die Batterieklemmenspannung repräsentiert. Der
Ladungsabnahmemodus ist aktiv, solange die Batterie eine wesentliche
Restladungskapazität
aufweist, und die Batterieentladungsspannungskennlinie sehr flach
verläuft.
Unter diesen Umständen
sind akkumulierte Fehler der im Ladungsab nahmemodus durchgeführten Ladungspegelmessung
relativ unbedeutend, während
die Ladungspegelmessung im Spannungsmodus impraktikabel ist.
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Es
sollte klar sein, dass die Erfindung nicht auf einen speziellen
Spannungsschwellenwert beschränkt
ist. Es ist lediglich erforderlich, für eine spezielle Batterie einen
Spannungsschwellenwert auszuwählen,
der an dem gewünschten
Punkt auf der Kennlinie der Batterieentladungsspannung eine Aktivierung
des Spannungsmodus veranlasst. Diese Kurve, und daher auch der Pegel
des Spannungsschwellenwerts, unterscheidet sich in der Regel von Batterie
zu Batterie.
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In Übereinstimmung
mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
fragt eine Zentraleinheit (CPU) eines Patientenmonitors einen Mikroprozessor
einer intelligenten Batterie über
einen seriellen Datenbus ab, um eine Rückmeldung hinsichtlich der
vollen und aktuellen Ladungskapazitäten und der Klemmenspannung
der betreffenden Batterie zu erhalten. Die Werte der Ladungskapazität und der
Klemmenspannung werden in entsprechenden Registern in dem Mikroprozessor
der intelligenten Batterie gespeichert. Anhand der abgerufenen Daten
errichtet die CPU des Hostsystems ein Ladungspegelmessgerät, das ein
Anzeigeelement aufweist, das die aktuelle Ladungskapazität der Batterie
repräsentiert,
wenn sich die Ladungspegelmessung in dem Ladungsabnahmemodus befindet,
und errichtet ein Ladungspegelmessgerät, das ein Anzeigeelement aufweist,
das die Batterieklemmenspannung repräsentiert, wenn die Ladungspegelmessung
sich im Spannungsmodus befindet. Das neu konstruierte Ladungspegelmessgerät wird anschließend an
den Display-Controller übermittelt, der
eine Wiedergabe des gewünschten
Ladungspegelmessgerätesymbols
auf dem Bildschirmpaneel veranlasst.
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Die
Erfindung wird vorzugsweise vollständig in Software verwirklicht.
Allerdings wird es dem Fachmann ohne weiteres einleuchten, dass
sich die Erfindung auch in Form von Hardware oder als ein eigener
programmierbarer Prozessor verwirklichen lässt.
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Obwohl
das hier offenbarte bevorzugte Ausführungsbeispiel in Verbindung
mit einem mit akku/batteriebetriebenen tragbaren Patientenmonitor verwendet
wird, ist die Erfindung außerdem
in jeder akku/batteriebetriebenen Einrichtung einsetzbar, die einen
Prozessor und ein Bildschirmpaneel aufweist. Die Erfindung könnte sogar
in einer intelligenten Batteriepackung verwendet werden, die eine
Displayvorrichtung aufweist, die lediglich ausreichend groß sein muss,
um ein Balkendiagramm-Ladungspegelmessgerätesymbol darzustellen. Eine
solche intelligente Batteriepackung würde sich besonders für eine mit Akku/Batterie
betriebene Einrichtung eignen, die über kein Bildschirmpaneel verfügt.
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Die
Erfindung wird nun exemplarisch anhand der Zeichnungen eingehender
beschrieben:
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1 zeigt
in einer schematischen Darstellung im Wesentlichen die Frontansicht
eines im Handel erhältlichen
tragbaren Patientenmonitors, bei dem auf dessen Bildschirmpaneel
ein herkömmliches
Balkendiagramm-Ladungspegelmessgerätesymbol
dargestellt wird.
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2 zeigt
in einem Blockdiagramm die Konstruktion einer Bauart eines Patientenmonitors, in
dem die vorliegende Erfindung genutzt werden kann.
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3 veranschaulicht
in einem Blockdiagramm im Wesentlichen eine herkömmliche intelligente Batterie,
die mit einem Hostsystem, beispielsweise dem Patientenmonitor von 2,
verbunden ist.
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4 zeigt
in einem Graph die Klemmenspannung gegenüber der Entladungszeit für eine typische
Batterie, d.h. für
eine Batterie, die eine nominale Klemmenspannung von 10,8 Volt (Gleichspannung)
aufweist.
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5 zeigt
in einer schematischen Darstellung das Ladungspegelmessgerät im Spannungsmodus
gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
in Bezug zu einem Abschnitt der in 4 gezeigten Batteriespannungsabnahmekennlinie.
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6 zeigt
in einem Blockdiagramm Teile eines akku/batteriebetriebenen Patientenmonitors
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung betrifft,
um ein Ladungspegelmessgerätesymbol
in einer beliebigen mit Akku/Batterie betriebenen Einrichtung anzuzeigen,
die Displaywiedergabemittel aufweist, ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel
mit Bezug auf einen tragbaren Patientenmonitor offenbart. Zum Zwecke
der Vollständigkeit
wird eine allgemeine Beschreibung des Aufbaus und der Funktion eines
solchen Patientenmonitors unterbreitet.
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Ein
in 1 und 2 dargestellter bekannter tragbarer
Patientenmonitor weist ein Gehäuse 2 und
einen mit dem oberen Rand des Gehäuses verbundenen Griff 4 auf.
In einem in der Vorderseite des Gehäuses 2 ausgebildeten,
im Wesentlichen rechteckigen Fenster ist ein Flachbildschirmpaneel 6 befestigt.
Eine Anwenderschnittstelle enthält
mehrere Tasten, die ein Tastenfeld 8 bilden, und einen
sogenannten "Trimm"-Knopf 10,
der es dem Benutzer ermöglicht,
ein spezielles Menü auszuwählen und
dieses heranzuziehen. Das Bildschirmpaneel 6 gibt Wellenformen
und numerische Daten wieder. Der Zustand eines Paars Batterien A
bzw. B wird durch ein Paar Balkendiagramm-Ladungspegelmessgerätesymbole 11 in
der unteren rechten Ecke des Bildschirmpaneels 6 dargestellt.
Das herkömmliche
Balkendiagramm-Ladungspegelmessgerätesymbol
gibt eine erste Ebene auf dem Display wieder, die einen feststehenden
Umriss aufweist, der die volle Ladungskapazität repräsentiert, und gibt eine zweite
Ebene wieder, die ein ausgefülltes
Rechteck aufweist, das die aktuelle Ladungskapazität repräsentiert.
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Der
in 1 gezeigte tragbare akku/batteriebetriebene Patientenmonitor
enthält,
wie durch die entsprechenden Ladungspegelmessgerätesymbole angedeutet, zwei
intelligente Batterien. Allerdings kann die vorliegende Erfindung
in Verbindung mit einer einzigen intelligenten Batterie oder mit
mehr als zwei Batterien verwendet werden. Anstelle der in 1 dargestellten
herkömmlichen
Ladungspegelmessgerätesymbole
wird für
jede intelligente Batterie ein gesondertes Ladungspegelmessgerätesymbol gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
wiedergegeben. In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet der Ausdruck "intelligente Batterie" ein Subsystem, das
eine Gleichspannungs quelle und ein Register zum Speichern eines
Parameterwerts (z.B. der Ladungskapazität) jener Gleichspannungsquelle
aufweist.
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Unter
Bezugnahme auf 2 enthält der Patientenmonitor eine
Prozessor/Energiemanagement-Untereinheit 16, eine Display-Untereinheit 18 und
ein Datenakquisitionssystemmodul 20.
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Die
Prozessor/Energiemanagement-Untereinheit 16 weist eine
Prozessorplatine 22 auf, die über eine Spannungsquellenplatine 24 von
einer Wechselstromnetzspannungsquelle mit Energie versorgt werden
kann. Wenn der Patientenmonitor, beispielsweise während eines
Patiententransports, von der Netzspannungsquelle getrennt ist, kann
die Prozessorplatine 22 alternativ durch wiederaufladbare intelligente
Akkus/Batterien 26 betrieben werden. Die Prozessor/Energiemanagement-Untereinheit 16 weist
ferner ein Erweiterungssteckverbindung 28 für Peripheriegeräte auf,
die es dem Prozessor ermöglicht,
mit Peripheriegeräteprozessoren,
die in Folge einer zukünftigen
Erweiterung des Systems hinzugefügt
werden, Daten auszutauschen.
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Die
Display-Untereinheit 18 enthält ein Flüssigkristalldisplay-(LCD)-Flachpaneel 6,
einen Hintergrundbeleuchtungsinverter 30, um die Leuchtstoffröhren des
Flachbildschirmpaneels mit Strom zu versorgen, und ein Tastenfeld 8 für Anwendereingaben. Das
Flachbildschirmpaneel 6, der Hintergrundbeleuchtungsinverter 30 und
das Tastenfeld 8 sind über eine
elastische gedruckte Displayleiterplatine (Flexplatine) 32 elektrisch
mit der Prozessorplatine 22 verbunden.
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Das
Datenakquisitionssystem-(DAS)-Modul 20 weist eine Anzahl
Kanäle
für Anschlüsse an den Patienten
und eine DAS-Platine 34 auf.
Der Patientenanschluss zum nichtinvasiven Erfassen von Blutdruck-(NBP
= Noninvasive Blood Pressure)-Daten
ist über
eine NBP-Flex 36 mit der DAS-Platine 34 verbunden.
Die Anschlussleitungen zum Erfassen von Elektrokardiogramm-(EKG)-Daten,
respiratorischen und/oder sonstigen kardiovaskulären Daten sind über eine
Patientenanschluss-Flex 38 mit
der DAS-Platine 34 verbunden. Die EKG-Anschlussleitungen sind mit Elektroden
verbunden, die an dem Brustkorb des Patienten angelegt sind. Die
erfassten Daten werden über
die Displayflexplatine 32 an die Prozessorplatine 22 gesendet,
um eine Verarbeitung und Analyse des Signals durchzuführen. Die
Prozessorplatine 22 steuert das Bildschirmpaneel 6,
um basierend auf den von der DAS-Platine 34 entgegengenommenen
erfassten Daten die gewünschten
Wellenformen und gewünschten
numerischen Daten auf dem Schirm wiederzugeben.
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Zusätzlich zu
der Wiedergabe der erfassten Daten ist der in 2 dargestellte
Patientenmonitor außerdem
in der Lage, in Reaktion auf erfasste Daten, die einen vorgewählten Alarmschwellenwert überschreiten,
automatisch akustische und visuelle Warnsignale zu aktivieren. Die
Alarmschwellenwerte lassen sich durch den Benutzer über Tastatureingaben
auswählen.
Das visuelle Warnanzeigeelement ist ein Warnlämpchen 12, das bei
Aktivierung aufleuchtet; das akustische Anzeigeelement ist ein Lautsprecher 40,
der bei einer Aktivierung Warntöne
abgibt. Das Warnlämpchen 14 und
der Lautsprecher 40 werden durch die Prozessorplatine 22 über eine Schreib-Flex 42 gesteuert.
Die Prozessorplatine 22 steuert über die Schreib-Flex 42 außerdem ein
Thermo- Aufzeichnungsgerät 44.
Das Thermo-Aufzeichnungsgerät 44 dient
dazu, eine schriftlich Aufzeichnung ausgewählter Datenablesewerte zu erzeugen.
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Außerdem kann
der Patientenmonitor über eine
Antenne 14 drahtlos Daten mit einem lokalen Netzwerk (LAN)
austauschen. Die Prozessorplatine 22 übermittelt über eine mit einer HF-LAN-Karte 48 verbundenen
PC-Karten-Schnittstelle 46 Signale an die Antenne 14 bzw.
empfängt
von dieser Signale. Die PC-Karten-Schnittstelle 46 lässt sich
in einen auf der Prozessorplatine 22 angeordneten Steckplatz einstecken.
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Wie
zuvor beschrieben, weist der in 1 und 2 gezeigte
Patientenmonitor zwei intelligente Batterien 26 auf. In Übereinstimmung
mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist für jede
Batterie ein entsprechendes Ladungspegelmessgerätesymbol 11 auf dem
Bildschirmpaneel 6 dargestellt (siehe 1).
Diese Symbole sind mit A und B markiert, um die entsprechende Batterie
zu bezeichnen. Während
des Betriebes im Batteriemodus wird der Patientenmonitor anfänglich,
falls sich keine der Batterien in einem sogenannten "weichen" Zustand befindet,
Gleichstrom von der Batterie A empfangen. In dem hier verwendeten
Sinne bedeutet der Ausdruck "weicher" Zustand, dass die
Batteriespannung einen Schwellwertspannungspegel erreicht oder überschritten
hat, der um einen vorgegebenen Betrag größer ist als die Abschaltspannung.
(Die Abschaltspannung ist die Spannung, bei der die intelligente
Batterie ein Warnsignal ausgibt und ihr Ladungskapazitätsregister
auf Null zurück
setzt, um anzuzeigen, dass die Batterie vollkommen entladen ist). Um
das Eintreten einer Batterie in den "weichen" Zustand zu identifizieren, erfasst
die CPU des Systems, wann die die Batterieklemmenspannung auf einen weicher
Batteriespannung entsprechenden Schwellenwert gesunken ist, der
sich an dem "Knie" der Kennlinie der
Batterieentladungsspannung befindet. Diesem Punkt ist außerdem ein
approximierter Restlaufzeitwert der Einrichtung zugeordnet. Wenn
die Batterie A den "weichen" Zustand erreicht,
schaltet das Hostsystem auf die Batterie B um. Wenn die Batterie
B ebenfalls den "weichen" Zustand erreicht, stellt
das Hostsystem wieder eine Verbindung zu der Batterie A her, wobei
die Verbindung des Hostsystems mit der Batterie B weiter aufrechterhalten
bleibt. Wenn das Hostsystem von beiden Batterien Abschaltwarnsignale
empfängt,
fährt es
herunter.
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Eine
Kurve, die die Entladungszeit gegenüber der Batterieklemmenspannung
einer typischen Batterie darstellt, die eine nominale Gleichspannung von
10,8 Volt aufweist, ist in 4 gezeigt.
Das sogenannte "Knie" der Kurve liegt
zwischen den parallelen gestrichelten Linien. Die linke gestrichelte
Linie entspricht dem weicher Spannung definierenden Schwellenwert,
der in diesem Beispiel 10,4 Volt (Gleichspannung) beträgt. Die
rechte gestrichelte Linie entspricht dem Abschaltspannungsschwellwert, der
in diesem Beispiel 9,5 Volt (Gleichspannung) beträgt. In Übereinstimmung
mit diesem speziellen Beispiel eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
wird die Ladungspegelmessung von dem Ladungsabnahmemodus in den
Spannungsmodus umschalten, wenn die Batterieklemmenspannung den
Schwellenwert weicher Spannung erreicht. Die Ladungspegelmessung
wird in dem Spannungsmodus verbleiben, bis die Batterie vollkommen
entladen ist, d.h. bis der Abschaltspannungsschwellwert erreicht
ist. An dem zuletzt erwähnten
Punkt zeigt das Ladungspegelmessgerät den Ladungszustand Null in
der Batterie an, und das Hostsystem fährt herunter.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und Mittel zum Wiedergeben
graphischer Daten, die die aktuelle Ladungskapazität der Batterie
repräsentieren,
wenn sich die Ladungspegelmessung im Ladungsabnahmemodus befindet,
und graphischer Daten, die die Klemmenspannung der Batterie repräsentieren,
wenn sich die Ladungspegelmessung im Spannungsmodus befindet. Im
Ladungsabnahmemodus repräsentiert
das Anzeigeelement auf dem Ladungspegelmessgerätesymbol die aktuelle Ladungskapazität der Batterie
als einen Prozentsatz der vollen Ladungskapazität oder als einen dazu proportionalen
Wert. Im Spannungsmodus wird das Anzeigeelement auf dem Ladungspegelmessgerätesymbol
eine (beispielsweise proportionale) Funktion der Batterieklemmenspannung
sein, während
diese beginnend an dem Schwellenwert weicher Spannung abnimmt und
sich auf den Abschaltspannungsschwellwert zubewegt.
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In
dem in 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel empfängt das
Hostsystem 50 (z.B. ein Patientenmonitor der in 1 und 2 gezeigten
Art) Gleichstrom von den Batteriezellen 52 einer intelligenten
Batterie. Die intelligente Batterie enthält ferner einen Parametermessschaltkreis 54,
um analoge Signale entgegenzunehmen, die vielfältige Parameter der Batteriezellen
kennzeichnen, z.B. die aktuelle Ladungskapazität und Batterieklemmenspannung;
einen Signalaufbereitungsschaltkreis 55, der dazu dient,
die von dem Parametermessschaltkreis 54 ausgegebenen Signale
aufzubereiten; einen Analog-Digital-(A/D)-Konverter 56 zum
Umwandeln der von dem Signalaufbereitungsschaltkreis 55 ausgegebenen
analogen Werte in digitale Werte; und einen Mikroprozessor 58,
der Register zum Speichern der Werte der vollen und aktuellen Ladungskapazität und der
von dem A/D- Konverter 56 ausgegebenen
Batterieklemmenspannung aufweist. In Übereinstimmung mit dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung fragt das Hostsystem 50 den Mikroprozessor 58 über einen
zweiadrigen (d.h. eine Datenleitung und eine Zeitgeberleitung aufweisenden)
seriellen Datenbus 59 periodisch ab. In Antwort auf eine
solche Abfrage liest der Mikroprozessor 58 der intelligenten Batterie
die in seinem internen Registern gespeicherten vollen und aktuellen
Ladungskapazitätswerte oder
den Batterieklemmenspannungswert über den seriellen Datenbus 59 aus
und übermittelt
jene Werte über
denselben seriellen Datenbus 59 an das Hostsystem 50.
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Basierend
auf den von dem abgefragten Mikroprozessor entgegengenommenen batteriespezifischen
Parametern errichtet das Hostsystem anschließend ein Ladungspegelmessgerätesymbol
und gibt dieses auf einem Display des Bildschirmpaneels wieder,
um den aktuellen Status der Batterie darzustellen. Das bevorzugte
Ausführungsbeispiel
des Ladungspegelmessgerätesymbols
ist, wie auf dem Display wiedergegeben, in dem unteren Abschnitt
von 5 veranschaulicht. Für jede Batterie wird ein in ähnlicher
Weise aufgebautes Ladungspegelmessgerätesymbol angezeigt. Das Ladungspegelmessgerät 11 wird
in Form zweier überlappender
Rechtecke wiedergegeben, die links ausgerichtet sind. Die erste Ebene
ist ein feststehender Umriss 74 mit gleichbleibender Breite,
der die volle Ladungskapazität
der Batterie repräsentiert.
Die zweite Ebene ist ein ausgefülltes
Rechteck 76, das die aktuelle Batterieladungskapazität repräsentiert,
wenn sich das Ladungspegelmessgerät in dem Ladungsabnahmemodus
befindet, und das die aktuelle Batterieklemmenspannung repräsentiert,
wenn sich das Ladungspegelmessgerät im Spannungsmodus befindet.
Die Ladungspegelmessung schaltet in Antwort auf die Detektion eines
Batterieklemmenspannungsschwellenwerts, der größer ist als ein Abschaltspannungsschwellwert,
von dem Ladungsabnahmemodus in den Spannungsmodus um.
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Es
sei beispielsweise angenommen, dass das Hostsystem von einer Batterie
versorgt wird, die eine volle Ladungskapazität aufweist, die gleich deren
Nennladungskapazität
ist, und dass der relative Zustand der aktuellen Ladungskapazität bei der
in 5 gezeigten weichen Spannung 20 beträgt. Falls die
volle Breite des Ladungspegelmessgerätesymbols 74 einer
Anzahl von 75 Pixeln entspricht, wird die Breite des ausgefüllten Rechtecks 76 15
Pixel betragen. Diese Pixel sind in dem in 5 gezeigten vergrößerten Balkendiagramm,
das unterhalb der Batteriespannungsabnahmekennlinie fluchtend angeordnet
ist, mit dem Bezugszeichen 78 bezeichnet. Die Seite 80 des
ausgefüllten
Rechtecks zeigt den Spannungspegel an. Die Breite des Rechtecks
ist hinsichtlich des Spannungsbereichs ausgehend von der weichen
Spannung hin zu der Abschaltspannung skaliert. Für den Fall, dass die Länge des
Ladungspegelmessgerätesymbols
beispielsweise N Pixel beträgt,
und der Spannungsmodus bei einer aktuellen Kapazität von 20
% aktiviert wird, d.h. bei 0,2N Pixeln, wird ein Abschalten der äußersten
linken Spalte von Pixeln eine Verringerung der angezeigten Batterieklemmenspannung
um (10,4–9,5)/0,2N
= 0,9/0,2N = 4,5/N Volt repräsentieren.
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In
dem Ladungsabnahmemodus weist das ausgefüllte Rechteck 76 eine
Breite auf, die gleich einer Anzahl von Pixeln ist, die in etwa
proportional zu der aktuellen Ladungskapazität ist. Es sei beispielsweise
angenommen, dass das die Nennladungskapazität darstellende gestrichelt
ge zeichnete Rechteck 75 Pixel breit ist. Falls die volle
Ladungskapazität 80
% der Nennladungskapazität
beträgt,
wird das ausgefüllte
Rechteck 76, das dem 75 Pixel breiten feststehenden Rechteck 74 überlagert
ist, 60 Pixel breit sein.
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In Übereinstimmung
mit dem in 6 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird das Hostsystem durch ein Paar intelligente Batterien der im
Wesentlichen in 3 veranschaulichten Bauart mit
Strom versorgt. Vorzugsweise enthält das Hostsystem eine Zentraleinheit
(CPU) 60, (beispielsweise einen Mikrocontroller), die (der)
dafür programmiert ist,
die Schritte der Abfrage jeder Batterie durchzuführen, um deren volle Ladungskapazität, aktuelle Ladungskapazität und Batterieklemmenspannung
zu ermitteln; und anschließend
das Bildschirmpaneel zu steuern, um auf dem Schirm ein Ladungspegelmessgerätesymbol
wiederzugeben, das die entsprechenden Kontrollanzeigen aufweist,
die die in dem Ladungsabnahmemodus aus jeder Batterie ausgelesene
volle Ladungskapazität
und aktuelle Ladungskapazität
repräsentieren,
und im Spannungsmodus die aus jeder Batterie ausgelesene Batterieklemmenspannung
repräsentieren.
Die CPU 60 fragt jede Batterie 26 über einen
zweiadrigen seriellen Datenbus ab, der einen Schalter 62 verwendet.
In einem ersten Schalterzustand fragt die CPU 60 über den
Schalter 62 eine Batterie A ab; in einem zweiten Schalterzustand
fragt die CPU 60 über
den Schalter 62 eine Batterie B ab. Die CPU 60 ist
mit Batteriemanagmentsoftware 64 programmiert, die die
intelligente Batterien abfragt und anschließend die Ladungspegelmessgerätesymbole
aufbaut, die auf dem Bildschirmpaneel wiederzugeben sind. Die Abfrage
der Batterien wird durch serielle Datenbustreibersoftware 66 erleichtert,
die den Betrieb eines integrierten Buscontrollers 70 der
CPU 60 steuert. Vorzugsweise entsprechen die serielle Da tenbustreibersoftware 66 und
der Buscontroller 70 dem I2C-Protokoll, das ein Industriestandard
ist. Der als der SMBus bekannte zweiadrige serielle Datenbus ist
eine Erweiterung des I2C-Busses und ist ebenfalls ein Industriestandard.
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Die
volle Ladungskapazität,
aktuelle Ladungskapazität
und Batterieklemmenspannung sind batteriespezifische Parameter,
die innerhalb jeder Batterie 26 aufrecht erhalten werden.
Die Batteriemanagmentsoftware 64 gibt lediglich eine Anfrage nach
diesen Werten aus und empfängt
von der abgefragten Batterie eine Antwort, und zwar dies alles über den
SMBus. Anschließend
wird das Ladungspegelmessgerätesymbol
durch die Batteriemanagmentsoftware 64 aufgebaut und an
das Bildschirmpaneel 6 gesendet. Die Batteriemanagmentsoftware 64 zeichnet
jedes Ladungspegelmessgerätesymbol,
indem sie zwei verschiedene Rechtecke (z.B. ein Rechteck mit feststehendem
Umriss und ein ausgefülltes
Rechteck) zeichnet, die links ausgerichtet und einander überlagert
sind. Die Batteriemanagmentsoftware 64 dient dazu, basierend
auf von der Batterie erhaltenen neuen Daten in Sekundentakt die
Größe jedes
Rechtecks erneut zu berechnen. Die Batteriemanagmentsoftware übermittelt
diese Größen anschließend an
die Display-Treibersoftware 68, die den integrierten Display-Controller 72 der
CPU 60 nutzt.
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Während die
Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben
wurde, ist es dem Fachmann klar, dass vielfältige Änderungen vorgenommen werden
können,
und dass Elemente davon durch äquivalente
Ausführungen
substituiert werden können,
ohne dass der Schutzumfang der Erfindung berührt ist. Beispielsweise ist
es einem Fachmann klar, dass anstelle eines ausgefüllten Rechtecks
eine feste oder gestrichelte Linie verwendet werden kann, um die
aktuelle Batterieklemmenspannung auf Batterieklemmenspannung auf
dem Ladungspegelmessgerätesymbol
anzuzeigen. In diesem Fall würde
die durchgezogene oder gestrichelte Linie an der gleichen Position
wie die in 5 gezeigte Seite 80 des ausgefüllten Rechtecks
angeordnet sein. weiter setzt die Erfindung nicht voraus, dass das
Ladungspegelmessgerätesymbol
unter Verwendung von Rechtecken aufgebaut ist. Es können vielmehr
auch andere geometrische Formen verwendet werden.