Управление быстрым зарядом и питанием выполненного с батарейным питанием измерителя аналитов в текучей среде - RU2465811C2

Чертежи

Показать все 11 чертежа(ей)

Описание

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[0001] Эта заявка испрашивает приоритет заявки на патент США №61/012690, поданной 10 декабря 2007 г., которая включена сюда во всей своей полноте посредством ссылки.

Область изобретения

[0002] Настоящее изобретение в целом относится к контрольным датчикам, запитываемым перезаряжаемой батареей, и, более конкретно, к управлению быстрым зарядом и питанием датчика c батарейным питанием.

Уровень техники изобретения

[0003] Количественное определение аналитов в текучих средах организма очень важно при диагностике и поддержании некоторых физических состояний. Например, у некоторых индивидуумов должны контролироваться лактат, холестерин и билирубин. В частности, определение глюкозы в текучих средах организма важно для индивидуумов с диабетом, которые должны часто проверять уровень глюкозы в текучих средах организма, чтобы регулировать потребление глюкозы в своих диетах. Результаты таких испытаний могут использоваться для определения того, что, если вообще что-либо, нужно назначить инсулин или другое лечение. В одном типе системы проведения испытаний контрольные датчики используют для исследования такой текучей среды, как проба крови.

[0004] Многие индивидуумы проверяют содержание глюкозы в своей крови по несколько раз в день. Таким образом, индивидуумы часто должны носить с собой измеритель для определения концентрации глюкозы в их крови. Индивидуумы могут также носить с собой другие приборы для проверки аналитов, в том числе контрольные датчики, ланцет, одноразовые ланцеты, шприц, инсулин, оральное лекарственное средство, ткани или что-либо подобное. Таким образом, у людей имеется возможность выполнять проверку содержания глюкозы в своей крови в различных местах, в том числе в своих домах, на работе (например, в офисных зданиях или на рабочих местах), в местах отдыха или тому подобных. Перенос измерителя и/или других инструментов для проверки аналитов в эти различные места может быть неудобным.

[0005] Измерители глюкозы крови могут запитываться с использованием различных типов конфигураций питания, таких как батареи или адаптеры, которые могут включаться в стандартную электрическую розетку. Использование батарей позволяет устройству быть портативным и мобильным без использования электрической розетки. Батареи, предлагаемые для использования в измерителях глюкозы крови, бывают как одноразовыми батареями, так и перезаряжаемыми батареями. Использование перезаряжаемой батареи для измерителя глюкозы крови требует, чтобы батарея имела заряд для функционирования батареи. Иногда, когда батарея разряжена, может возникнуть критическая ситуация, которая требует срочной проверки уровня глюкозы в крови.

[0006] Измерение концентрации глюкозы в крови обычно основано на химической реакции между глюкозой крови и реагентом. Химическая реакция и результирующие показания глюкозы крови, определенные измерителем глюкозы крови, являются чувствительными к температуре. Поэтому обычно внутри измерителя глюкозы крови помещается температурный датчик. Вычисление концентрации глюкозы крови в таких измерителях обычно предполагает, что температура реагента является такой же, как температура, считываемая датчиком, помещенным внутри измерителя. Однако, если фактические температуры реагента и измерителя будут разными, то вычисленная концентрация глюкозы крови будет неточной. Увеличение температуры или присутствие источника тепла внутри измерителя глюкозы крови будет обычно приводить к ошибочному результату измерения глюкозы крови.

[0007] Управление питанием в выполненном c батарейным питанием измерителе глюкозы крови может включать в себя использование запасомера батареи, чтобы контролировать состояние заряда батареи. Запасомер батареи обычно контролирует на постоянной основе ток, текущий в обоих направлениях через батарею измерителя. Однако такой непрерывный контроль также требует, чтобы запасомер батареи работал постоянно, что приводит к увеличению потребления энергии, даже когда выполненный с батарейным питанием измеритель глюкозы крови находится в режиме ожидания. Повышенное потребление энергии требует большего размера батареи и увеличивает стоимость батареи, особенно для портативных устройств.

[0008] Было бы желательно иметь измеритель c батарейным питанием, который может быть быстро заряжен без существенного повышения температуры. Также было бы желательно управлять потреблением энергии измерителем c батарейным питанием, чтобы минимизировать потребление энергии во время периодов неиспользования, поддерживая при этом точную оценку состояния заряда батареи.

Сущность изобретения

[0009] В соответствии с одним вариантом воплощения измеритель c батарейным питанием предназначен для определения концентрации аналита в пробе текучей среды с использованием контрольного датчика. Измеритель включает в себя порт, выполненный с размерами для приема в него по меньшей мере части контрольного датчика. Передняя часть содержит дисплей, выполненный с возможностью отображения концентрации аналита в пробе текучей среды. Механизм взаимодействия с пользователем выполнен с возможностью управления измерителем. Измеритель также включает в себя отсек для перезаряжаемой батареи. С измерителем при работе связывается компонент зарядного устройства батареи. Компонент зарядного устройства батареи способен выполнять алгоритм быстрого заряда перезаряжаемой батареи. Алгоритм содержит контроль за подключением к внешнему источнику питания. Если внешний источник питания обнаружен, осуществляется программа зарядки для быстрой зарядки батареи с первой скоростью заряда до тех пор, пока не произойдет первое заданное событие, с последующей зарядкой батареи со второй скоростью заряда до тех пор, пока не произойдет второе заданное событие. Вторая скорость заряда является меньшей, чем первая скорость заряда.

[0010] В соответствии с другим вариантом воплощения способ быстрой зарядки батареи в измерителе аналита в текучей среде включает в себя контроль за подключением к внешнему источнику питания. Осуществляют программу быстрого заряда для зарядки батареи с первой токовой скоростью заряда в течение первого заданного периода времени. После первого заданного периода времени осуществляют программу нормального заряда для зарядки батареи со второй токовой скоростью заряда в течение второго заданного периода. Первая токовая скорость заряда является большей, чем вторая токовая скорость заряда. Первый заданный период времени по меньшей мере частично основан на аппроксимированном повышении температуры в батарее из-за тока заряда, связанного с первой токовой скоростью заряда.

[0011] В соответствии с дополнительным вариантом воплощения считываемый компьютером носитель информации закодирован командами для управления быстрым зарядом батареи для измерителя, способного определять концентрацию аналита в пробе текучей среды. Команды содержат контроль за подключением к внешнему источнику питания и осуществлением программы быстрого заряда для зарядки батареи первым током заряда до тех пор, пока не произойдет первое заданное событие. После появления первого заданного события осуществляется программа нормального заряда для зарядки батареи вторым током заряда до тех пор, пока не произойдет второе заданное событие. Первый ток заряда является большим, чем второй ток заряда. Повышение температуры контролируется для по меньшей мере одного из батареи и измерителя, причем контроль происходит на одном или более заданных интервалов времени. Если повышение температуры в батарее или измерителе превышает заданное пороговое значение, программа быстрого заряда или программа нормального заряда отменяются.

[0012] В соответствии с другим вариантом воплощения портативный измеритель, имеющий схему, снабжен батареей, чтобы обеспечивать питание для чувствительного элемента внутри схемы. Измеритель включает в себя процессор, запитываемый этой схемой. Процессор выполнен с возможностью работы измерителя в активном режиме и режиме ожидания. Этой схемой запитывается и запасомер. Запасомер выполнен с возможностью слежения за данными о состоянии заряда батареи, принимаемыми от батареи во время активного режима работы измерителя. Интерфейс выполнен с возможностью передачи данных о состоянии заряда батареи от запасомера на процессор. Переключатель питания управляет протеканием тока к запасомеру и выполнен с возможностью размыкания и замыкания процессором. Процессор сигнализирует переключателю питания перейти в разомкнутое положение, если измеритель переходит в режим ожидания, и процессор сигнализирует переключателю питания перейти в замкнутое положение, если измеритель переходит в активный режим. Перед переходом в режим ожидания процессор выполняется с возможностью регистрации первого состояния заряда батареи для батареи и первого опорного момента времени сразу перед переходом измерителя в режим ожидания. Процессор дополнительно выполнен с возможностью определения второго состояния заряда батареи и второго опорного момента времени сразу после того, как измеритель выходит из режима ожидания в активный режим. Второе состояние заряда батареи определяется на основе зарегистрированного первого состояния заряда, первого опорного момента времени, второго опорного момента времени и заданной скорости потребления энергии измерителем во время режима ожидания.

[0013] В соответствии с другим вариантом воплощения способ управления питанием включает в себя измеритель c батарейным питанием, который выполнен с возможностью работы в активном режиме и дежурном режиме. Измеритель с батарейным питанием включает в себя запасомер батареи и микроконтроллер. Способ включает в себя этапы приема первого запроса на переход в дежурный режим. Регистрируют первое состояние заряда для батареи измерителя. Регистрация происходит в первый опорный момент времени сразу после того, как принят первый запрос. Первый опорный момент времени регистрируют, используя микроконтроллер. Измеритель переводят в дежурный режим с выключенной в этом дежурном режиме подачей питания на запасомер батареи. Принимают второй запрос на выход из дежурного режима и переход в активный режим во второй опорный момент времени. Второй опорный момент времени происходит после первого опорного момента времени. В ответ на второй запрос немедленно регистрируют второй опорный момент времени, и микроконтроллер определяет второе состояние заряда батареи на основе первого опорного момента времени, второго опорного момента времени, тока в дежурном режиме и напряжения в дежурном режиме измерителя.

[0014] В соответствии с дополнительным вариантом воплощения считываемый компьютером носитель информации имеет сохраненные на нем команды для управления питанием измерителя c батарейным питанием, работающего в активном режиме и режиме ожидания. Команды включают в себя этапы приема первого запроса на переход в режим ожидания и регистрации первого состояния заряда батареи измерителя. Регистрация происходит в первый опорный момент времени сразу после того, как принят первый запрос. Первый опорный момент времени регистрируется. Измеритель переключается в дежурный режим с выключенной подачей питания на запасомер в дежурном режиме. Второй запрос принимается во второй опорный момент времени, чтобы переключиться из режима ожидания и включиться в активный режим. Второй опорный момент времени происходит после первого опорного момента времени. Сразу после второго запроса регистрируют второй опорный момент времени. Второе состояние заряда батареи определяют на основе первого опорного момента времени, второго опорного момента времени, тока в режиме ожидания и напряжения в режиме ожидания.

[0015] Дополнительные аспекты изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники с учетом подробного описания различных вариантов воплощения, которое сделано со ссылкой на чертежи, краткое описание которых приводится ниже.

Краткое описание чертежей

[0016] ФИГ.1a иллюстрирует содержащий крышку датчик согласно одному варианту воплощения.

[0017] ФИГ.1b иллюстрирует датчик по ФИГ.1а без крышки.

[0018] ФИГ.2a иллюстрирует вид спереди измерителя с дисплеем согласно одному варианту воплощения.

[0019] ФИГ.2b иллюстрирует вид сбоку измерителя с ФИГ.2a.

[0020] ФИГ.3 иллюстрирует схему зарядки перезаряжаемой батареи согласно одному варианту воплощения.

[0021] ФИГ.4 иллюстрирует алгоритм зарядки, имеющий фазу повышения температуры, используемую для заряда батареи.

[0022] ФИГ.5 иллюстрирует фазу стабилизации тока, имеющую фазу высокого и низкого повышения температуры, согласно одному варианту воплощения.

[0023] ФИГ.6 иллюстрирует конечный автомат способа быстрого заряда перезаряжаемой батареи, который минимизирует повышение температуры, согласно одному варианту воплощения.

[0024] ФИГ.7 иллюстрирует профиль заряда батареи согласно одному варианту воплощения.

[0025] ФИГ.8 иллюстрирует схему для измерителя с запасомером и зарядным устройством батареи согласно одному варианту воплощения.

[0026] ФИГ.9 иллюстрирует конечный автомат способа управления питанием устройства с батарейным питанием согласно одному варианту воплощения.

[0027] Хотя изобретение восприимчиво к различным модификациям и альтернативным формам, конкретные варианты воплощения показаны в качестве примера на чертежах и описаны здесь подробно. Следует понимать, однако, что изобретение не предназначено ограничиваться конкретными раскрытыми формами. Скорее изобретение должно охватить все модификации, эквиваленты и альтернативы, попадающие в пределы сущности и объема изобретения.

Подробное описание

[0028] Здесь раскрыты система и способ быстрой зарядки батареи для измерителя. Когда перезаряжаемая батарея для измерителя c батарейным питанием становится разряженной, у пользователя возникает критическая ситуация в том случае, когда необходима срочная проверка, такая как, например, при использовании измерителя глюкозы крови. Такая критическая ситуация может быть сведена к минимуму в случае измерителей, запитываемых от перезаряжаемых батарей. Разряженная батарея может быть заряжена за очень короткий период времени с использованием технологии быстрого заряда, чтобы обеспечить достаточный заряд для снабжения энергией измерителя с тем, чтобы совершить одну или более проверок, таких как анализирование концентрации глюкозы крови, в то же время минимизируя повышение температуры в измерителе.

[0029] На ФИГ.1а-b и 2a-b показаны некоторые варианты воплощения измерителей, таких как измерители глюкозы крови, согласно настоящему раскрытию. Эти устройства могут содержать электрохимические контрольные датчики, используемые для определения концентраций по меньшей мере одного аналита в текучей среде. К аналитам, которые могут быть определены с использованием этого устройства, относятся глюкоза, профили липидов (например, холестерин, триглицериды, LDL и HDL), микроальбумин, гемоглобин A₁C, фруктоза, лактат или билирубин. Настоящее изобретение не ограничивается, однако, устройствами для определения этих конкретных аналитов, и поэтому подразумевается, что могут быть определены концентрации других аналитов. Аналиты могут содержаться, например, в пробе цельной крови, пробе сыворотки крови, пробе плазмы крови или других текучих средах организма, таких как ISF (тканевая жидкость) и моча.

[0030] Хотя измерители по ФИГ.1 и 2 показаны как являющиеся в целом прямоугольными, следует отметить, что поперечное сечение используемых здесь измерителей может иметь и другие формы, такие как круглая, квадратная, шестиугольная, восьмиугольная, другие многоугольные формы или овальная. Измеритель обычно выполнен из полимерного материала. Неограничивающие примеры полимерных материалов, которые могут использоваться при выполнении измерителя, включают поликарбонат, сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола (АБС), нейлон, полипропилен или их комбинации. Предполагается, что измеритель может быть изготовлен с использованием неполимерных материалов.

[0031] В соответствии с некоторыми вариантами воплощения контрольные датчики для устройств обычно снабжены капиллярным каналом, проходящим от переднего или контрольного конца датчиков до биочувствительных материалов или реагентов, расположенных в датчике. Когда контрольный конец датчика помещается в текучую среду (например, кровь, которая накапливается на пальце человека после того, как палец был проколот), часть текучей среды втягивается в капиллярный канал за счет капиллярного действия. Текучая среда затем химически реагирует с материалом-реагентом в датчике, так что выдается электрический сигнал, указывающий концентрацию аналита (например, глюкозы) в проверяемой текучей среде, и затем передается на электрический узел.

[0032] Материалы-реагенты, которые могут использоваться для определения концентрации глюкозы, включают глюкозооксидазу. Предполагается, что для определения концентрации глюкозы может использоваться и другой материал-реагент, такой как глюкозодегидрогеназа. Если проверяется аналит, отличный от глюкозы, то, вероятно, должен будет использоваться другой материал-реагент.

[0033] Один пример контрольного датчика показан на ФИГ.1a, 1b. На ФИГ.1a, 1b показан контрольный датчик 70, который включает в себя капиллярный канал 72, крышку 74 и множество электродов 76, 78 и 80. На ФИГ.1b показан вид без крышки. Множество электродов включает противоэлектрод 76, электрод 78 обнаружения и рабочий (измерительный) электрод 80. Как показано на ФИГ.1b, контрольный датчик 70 содержит принимающую текучую среду область 82, в которой содержится реагент. Предполагается, что могут использоваться и другие электрохимические контрольные датчики.

[0034] Обращаясь к ФИГ.2a-b, там показан один пример измерителя 100 согласно варианту воплощения настоящего раскрытия. Измеритель 100, по желанию, выполнен с такими размерами, чтобы он в целом мог располагаться в кошельке или кармане пользователя. Таким образом, желательно, хотя и необязательно, чтобы измеритель 100 имел размер по длине меньше приблизительно 2-3 дюймов, чтобы улучшить портативность. Также желательно, чтобы измеритель 100 имел площадь занимаемой им поверхности меньше, чем приблизительно 6-9 дюймов². Измеритель 100 может даже иметь площадь занимаемой им поверхности в диапазоне примерно 3 дюймов².

[0035] Как показано на ФИГ.2a и 2b, измеритель 100 включает в себя дисплей 102, видимый через переднюю часть 120, порт 104 введения контрольного датчика и механизм 106 пользовательского интерфейса. Механизм 106 пользовательского интерфейса может представлять собой кнопки, колеса прокрутки и т.д. На ФИГ.2a показан измеритель 100 с несколькими сегментами дисплея. После того как пользователь помещает текучую среду (например, кровь) на контрольный датчик, уровень аналита (например, глюкозы) определяется измерителем 100, который отображает показания на дисплее 102.

[0036] Измеритель 100 обычно включает в себя микропроцессор или что-либо подобное для обработки и/или хранения данных, генерируемых во время процедуры контрольной проверки. Например, механизм 106a-b пользовательского интерфейса можно нажать, чтобы активировать электронику измерителя 100, повторно вызвать и просмотреть результаты предыдущих процедур контрольной проверки, ввести индикаторы пищи и/или упражнений или что-либо подобное. Измеритель 100 может также использовать тот же самый или другой микропроцессор для управления питанием, включая исполнение программ по управлению функциями подзарядки измерителя 100 для устройств c батарейным питанием.

[0037] Порт 104 введения контрольного датчика приспособлен для приема и/или удерживания контрольного датчика и содействия определению концентрации аналита в пробе текучей среды. Чтобы сообщить пользователю по меньшей мере концентрацию аналита, измеритель 100 содержит дисплей 102. Одним из примеров дисплея 102, который может использоваться в измерителе 100, является жидкокристаллический дисплей. Жидкокристаллический дисплей обычно показывает информацию от процедуры контрольной проверки и/или в ответ на сигналы, введенные механизмом 106a-b пользовательского интерфейса. Другие типы дисплеев могут включать, например, дисплей на светодиодах (LED), дисплей на органических светодиодах (OLED), жидкокристаллический дисплей (LCD) с подсветкой, дисплей на тонкопленочных транзисторах (TFT), сегментированный дисплей или другие типы работающих на пропускание дисплеев. Тип дисплея может оказывать минимальное или значительное влияние на количество потребляемой измерителем энергии.

[0038] Измеритель 100 может запитываться от сетевого источника питания, батареи или любого другого подходящего источника питания. Сетевой источник питания может включать работающий внутри источник питания переменного тока и/или источник питания постоянного тока. Из-за портативного характера измерителя 100 может быть желательным, чтобы измеритель 100 запитывался батареей. Батарейный отсек 130 может быть расположен в задней части 122 измерителя 100 или внутри передней части 120.

[0039] В некоторых вариантах воплощения батарея для измерителя 100 является перезаряжаемой через сетевой источник питания, который может быть подключен к измерителю 100 через разъем 124 адаптера питания. Для питания измерителя 100 могут использоваться различные типы конструкций перезаряжаемых батарей, в том числе, например, литий-ионная (Li-Ion), литий-полимерная (Li-Po), никель-кадмиевая (NiCd) или никель-металлогидридная (NiMH).

[0040] У некоторых конструкций измерителя 100 перезаряжаемая батарея (не показана) вынимается из батарейного отсека 130 измерителя 100 и помещается в отдельное зарядное устройство, которое, например, вставляется в стандартную стенную розетку переменного тока или подключается к автомобильной аккумуляторной батарее. Другие измерители могут заряжаться путем вставки одного конца специального адаптера в разъем 124 адаптера питания измерителя 100, в то время как сама батарея остается в батарейном отсеке 130. Для заряда батареи второй конец специального адаптера затем вставляется в сетевую розетку переменного тока. В некоторых вариантах воплощения измеритель 100 может запитываться путем подключения одного конца специального адаптера к источнику на компьютере, такому как порт универсальной последовательной шины (USB), а второй конец - к разъему 124 адаптера питания.

[0041] Зарядные устройства батареи способны обеспечивать ускоренный или быстрый заряд перезаряжаемой батареи, используя более высокий ток зарядки, чем тот, который используется обычно для заряда батареи, с минимальным ухудшением батареи. Этот принцип быстрого заряда батареи также применяется к интегральным схемам зарядного устройства батареи. Например, перезаряжаемые батареи, такие как Li-Ion, LiPo, NiCd и NiMH батареи, допускают скорость быстрого заряда вплоть до приблизительно 2C-5C без существенного снижения срока службы батареи. Термин "C" определяется как номинальная емкость данной заряжаемой батареи. Например, батарея с емкостью 200 мА·ч имеет скорость 1C в 200 мА, скорость 2С в 400 мА и скорость 5C в 1000 мА. В некоторых вариантах воплощения очень короткое время заряда батареи при высоком токе зарядки может обеспечить достаточную энергию для батареи измерителя, чтобы позволить провести несколько контрольных проверок концентрации аналита в текучей среде.

[0042] В некоторых вариантах воплощения устройство может выдавать заблаговременный предупредительный сигнал о том, что, например, при оставшемся в батарее заряде может быть выполнено приблизительно десять контрольных проверок концентрации аналита в текучей среде. Устройство может дополнительно выдавать окончательный сигнал тревоги, указывающий на то, что, например, исходя из оставшегося заряда могут быть проведены две или меньше проверок. В таких ситуациях было бы выгодным зарядить батарею большим током зарядки за очень короткое время заряда, особенно после окончательного сигнала тревоги.

[0043] Пример, демонстрирующий количество энергии, используемой при одиночной контрольной проверке концентрации аналита, приведен для измерителей, подобных описанным здесь вариантам воплощения. Предполагая, что контрольная проверка занимает до двух минут и что дисплей 102 у измерителя 100 работает в это время непрерывно, измеритель 100 с работающим на пропускание дисплеем (например, OLED, LCD с подсветкой, TFT) может потреблять приблизительно до 40 миллиампер (мА) от перезаряжаемой батареи с напряжением 3,6 вольта (В). Приведенное ниже уравнение математически показывает взаимосвязь потребляемой измерителем энергии с продолжительностью контрольной проверки, напряжением батареи и током:

E_{OT БАТАРЕИ}=I·V_БAT·t_{РАБОТЫ,}

где:E_{OT БАТАРЕИ} - потребление энергии;

V_БAT - напряжение батареи;

I - ток, потребляемый измерителем;

t_РАБОТЫ - продолжительность контрольной проверки концентрации аналита.

Применяя значения из приведенного выше примера:

E_{OT БАТАРЕИ} = 40·10^-3 А · 3,6 В · 2 мин·60 сек ≈ 17 Дж.

[0044] Другой пример демонстрирует сценарий быстрого заряда перезаряжаемой батареи для измерителя, подобного описанным здесь вариантам воплощения. Измеритель можно подключить к источнику питания, используя специальный адаптер, который может быть подсоединен к порту USB или другому источнику питания. В этом примере внутренняя схема зарядки батареи обеспечивает скорость зарядки 2C. После того как батарея заряжена, например, в течение определенного периода времени, t_{ЗАРЯДКИ} (например, 30 секунд, одна минута), полученная от зарядного устройства батареи энергия аппроксимируется следующей зависимостью:

E_{ЗАРЯЖЕННАЯ}=I_{ЗАРЯДКИ}·V_БAT·t_{ЗАРЯДКИ,}

где E_{ЗАРЯЖЕННАЯ} - энергия, полученная от зарядного устройства батареи;

V_БAT - напряжение батареи;

I_{ЗАРЯДКИ} - ток зарядки (например, для батареи с емкостью 200 мА·ч I_{ЗАРЯДКИ} = 400 мА при скорости заряда 2C);

t_{ЗАРЯДКИ} - продолжительность заряда (например, одна минута в нашем примере).

Применяя значения из приведенного выше примера:

E_{ЗАРЯЖЕННАЯ} = 0,4 A · 3,6 В · 60 сек = 86,4 Дж.

Этот пример демонстрирует, что после зарядки батареи в течение приблизительно 60 секунд с токовой скоростью заряда 2C, перезаряжаемой батарее может быть обеспечена достаточная энергия для проведения приблизительно пяти контрольных проверок (86,4 Дж / 17 Дж ≈ 5) исходя из продемонстрированного выше примера с потребляемой энергией при одиночной контрольной проверке, в котором вычисленное потребление энергии на одну контрольную проверку было вычислено равным 17 джоулям.

[0045] Использование быстрой зарядки для батареи измерителя может привести к увеличению температуры измерителя и изменить результирующие показания концентрации аналита, которые выводятся измерителем. Поэтому, хотя быстрая зарядка желательна для чувствительных к температуре измерителей, таких как, например, измерители с перезаряжаемыми батареями, дополнительно желательно минимизировать повышение температуры устройства.

[0046] Описанные здесь варианты воплощения позволяют быстро заряжать батарею у измерителя, выполняющего чувствительные к температуре контрольные проверки, такого как портативные измерители, используя источник питания для быстрой зарядки батареи за короткий период времени. В некоторых вариантах воплощения процесс зарядки продолжается с нормальной скоростью заряда после того, как закончена быстрая зарядка. Эти варианты воплощения желательно минимизируют повышение температуры измерителя.

[0047] В некоторых вариантах воплощения внутренняя схема зарядки измерителя может иметь режим быстрого заряда и режим нормального заряда. Внутренняя схема зарядки может дополнительно ограничивать повышение температуры измерителя, снижая скорость зарядки от быстрой скорости заряда до нормальной скорости заряда, при которой повышение температуры незначительно. Такой вариант воплощения может быть особенно выгодным, когда пользователь не отключает специальный адаптер от источника питания после быстрого заряда.

[0048] В некоторых вариантах воплощения, когда батарея измерителя подключена к внешнему источнику питания, такому как порт USB или адаптер питания, внутренняя схема зарядки или зарядное устройство батареи могут сначала войти в режим быстрого заряда, а затем переключиться в режим нормального или пониженного заряда в соответствии с критериями повышения температуры для конкретного портативного чувствительного к температуре измерителя. Например, режим быстрого заряда может иметь скорость зарядки вплоть до приблизительно 5C. В других вариантах воплощения скорость зарядки может превысить 5C. Скорость заряда будет изменяться в зависимости от таких критериев, как конструкция батареи или выходной ток источника питания (например, порта USB или адаптера питания). В примере с литий-ионной батареей максимальная скорость зарядки составляет приблизительно 2C. В примере с портом USB предельно допустимый ток может составлять 100 мА или 500 мА.

[0049] В некоторых вариантах воплощения, когда быстрый заряд перезаряжаемой батареи закончен, внутренняя электронная схема может подать пользователю воспринимаемый сигнал, такой как звуковой или световой сигнал. Сигнал даст знать пользователю, что батарея обладает достаточной энергией, чтобы обеспечить питанием желательную(ые) контрольную(ые) проверку(и). В этот момент пользователь будет иметь возможность отключить измеритель от источника питания и выполнить контрольную проверку концентрации аналита. Если пользователь не отключает измеритель от источника питания, схема зарядки измерителя может быть выполнена с возможностью переключения в режим нормального заряда, который обеспечивает скорость зарядки в диапазоне, например, приблизительно от 0,5C до 1C. В режиме нормального заряда в батарее выделяется меньше теплоты, чем при более высокой скорости зарядки в режиме быстрого заряда. В некоторых вариантах воплощения режим нормального заряда может быть установлен на такой уровень тока заряда, который обеспечивает равновесие между рассеиванием тепла из-за зарядки и излучением тепла из чувствительного к температуре измерителя в окружающую атмосферу (например, воздух). В некоторых вариантах воплощения желательно в режиме нормального заряда поддерживать температуру, которая была достигнута в режиме быстрого заряда.

[0050] Обращаясь теперь к ФИГ.3, там показана схема 300 зарядки перезаряжаемой батареи 310 согласно некоторым вариантам воплощения. Схема 300 зарядки испытывает повышение температуры батареи во время зарядки батареи 310, подобное тому, которое испытывает во время зарядки батарея измерителя. Батарея 310 имеет внутреннее эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС) 312, вызывающее рассеивание тепла батареи. Более того, повышение температуры батареи 310 будет пропорционально времени заряда и второй степени тока заряда. ЭПС изменяется в соответствии с типом батареи. Например, литий-полимерная батарея, которая заряжена на 50 процентов, имеет типичное эквивалентное последовательное сопротивление приблизительно менее 0,07 Ом. Схема 300 зарядки дополнительно включает в себя зарядное устройство 330, такое как внешний источник питания, подключенный к батарее 310.

[0051] Другой пример демонстрирует аппроксимацию количества теплоты, выделяющейся в батарее в режиме быстрого заряда. Предполагая литий-ионную батарею, такую как та, что обсуждалась выше, имеющую токовую скорость заряда 2C и емкость 200 мА·ч, значение тока зарядки вычисляется следующим образом:

I_ЗАР = 2 · 200 = 400 мА = 0,4 А.

Рассеивание мощности или теплота, вызванное наличием внутреннего эквивалентного последовательного сопротивления 312 батареи 310 во время процесса зарядки, можно вычислить, используя следующую зависимость:

P = I_ЗАР² · ЭПС.

Применяя приведенные выше значения, рассеивание мощности батареи составляет:

P_{РАССЕЯН} = (0,4 А)² · 0,07 = 0,012 Вт.

Используя приведенную ниже зависимость, вычисленное рассеивание энергии для предполагаемого быстрого заряда в течение 60 секунд составляет 0,72 джоуля:

Q = P_{РАССЕЯН} · t = 0,012 Вт · 60 сек = 0,72 Дж.

Общее соотношение для переносимой теплоты выражается как:

Q = m · (∆T) · C_P (Дж),

где Q = переносимая теплота;

∆T = изменение температуры;

C_P = удельная теплоемкость батареи;

m = масса.

Удельная теплоемкость будет изменяться в зависимости от типа используемой перезаряжаемой батареи. Удельная теплоемкость в примере литий-полимерной батареи, изготовленной из смешанных материалов пластмассы/фольги/волокна, составляет в пределах 1-3 Дж/грамм·°C. Для получения консервативной оценки при вычислении повышения температуры будет использоваться нижнее значение удельной теплоемкости. Масса для типичной литий-полимерной батареи емкостью 200 мА·ч составляет примерно 5 граммов. Применяя упомянутые выше значения и результаты, соотношение теплопередачи дает повышение температуры:

[0052] В приведенном выше примере, применимом к сценариям с быстрым зарядом, которые могут иметь место в некоторых вариантах воплощения, повышение температуры на 0,14°C или менее может рассматриваться как пренебрежимое и, как ожидается, не повлияет на показания концентрации аналита. В других вариантах воплощения повышение температуры приблизительно на 1°C или менее можно считать пренебрежимым для контрольной проверки концентрации аналита в пробе текучей среды. Кроме того, приведенный выше пример консервативно оценивает более высокое повышение температуры, чем могло бы ожидаться, поскольку теплопередача между измерителем и воздухом не вычиталась из вычисленного результата и повышение температуры вычислялось не на основе всей системы батарея-измеритель. Вычисление повышения температуры определялось скорее консервативно только для батареи.

[0053] Приведенное выше вычисление основано на последовательности вычислений, использующих принятое 60-секундное время быстрого заряда вместе с другими принятыми факторами. Как показывают вычисления, более короткое время быстрого заряда, например тридцать секунд при скорости заряда 2C, обеспечивает достаточно энергии для более чем одной контрольной проверки концентрации аналита для предполагаемого измерителя.

[0054] Обращаясь теперь к ФИГ.4 и 5, на ФИГ.4 показан стандартный алгоритм зарядки, а на ФИГ.5 показаны варианты воплощения алгоритма быстрого заряда. Последовательности зарядки для алгоритмов на ФИГ.4 и 5 начинаются с фазы предварительного кондиционирования, затем переходят к фазе стабилизации (регулирования) тока и оканчиваются фазами стабилизации (регулирования) напряжения и завершения, после которых зарядка батареи считается законченной. Алгоритм быстрого заряда по ФИГ.5 дополнительно разбивает фазу стабилизации тока на два отдельных этапа. Фаза стабилизации тока начинается в режиме быстрого заряда или фазой стабилизации большого тока с большим повышением температуры, а после истечения заданного периода времени или после того, как достигнуто заданное напряжение заряда, ток заряда будет уменьшаться или переходить к стабилизации малого тока с малым повышением температуры.

[0055] Для обеих ФИГ.4 и 5, пока батарея принимает энергию от зарядного устройства батареи, батарея может продолжать заряжаться до тех пор, пока она не достигает напряжения стабилизации, при котором зарядный ток уменьшается до тех пор, пока заряд не будет считаться законченным. Различие между ФИГ.4 и 5 заключается в том, что в стандартном алгоритме зарядки зарядный ток остается постоянным (ФИГ.4) с того момента времени, когда достигнуто минимальное напряжение заряда, и до того момента времени, когда достигнуто напряжение стабилизации. Однако в алгоритме быстрого заряда ток заряда растет в течение короткого периода времени после того, как достигнуто минимальное напряжение заряда, и затем напряжение заряда падает, так что повышение температуры минимизировано до точки пренебрежимости для любых чувствительных к температуре контрольных проверок, которые могут быть проведены измерителем. Время заряда для алгоритма по ФИГ.5 может быть более долгим, чем для стандартного алгоритма заряда, показанного на ФИГ.4.

[0056] Обращаясь теперь к ФИГ.6, показан вариант воплощения конечного автомата для быстрой зарядки батареи измерителя. Вариант воплощения по ФИГ.6 может быть реализован, например, с использованием контроллера или микропроцессора. Измеритель начинает работу в автономном режиме или без режима заряда на этапе 600, на котором измеритель не подключен к источнику питания, такому как, например, адаптер питания или порт USB. Измеритель подключается к источнику питания на этапе 605, который, в свою очередь, может инициировать алгоритм заряда в измерителе, имеющем перезаряжаемую батарею. В некоторых вариантах воплощения на этапе 610 батарея начинает заряжаться с высокой скоростью заряда, при которой ток стабилизируется, например, на зарядном токе от 2C до 5C. Режим быстрого заряда продолжается на этапе 615 в течение заданного периода времени, такого как, например, тридцать секунд или одна минута. Период быстрого заряда может быть также определен на основе достижения батареей порогового напряжения заряда без превышения, например, определенного периода времени или повышения температуры.

[0057] Во время этапа 610 быстрого заряда может быть на этапе 625 сделана оценка того, не слишком ли высока температура батареи, используя контроль температурным датчиком. В некоторых вариантах воплощения, если установлено, что температура батареи на этапе 625 слишком высока, процесс зарядки может быть остановлен и на этапе 630 может быть сделано определение, произошел ли отказ зарядного устройства и/или батареи. В этой точке измеритель может возвратиться в автономный режим на этап 600 и может быть предпринято корректирующее действие. В некоторых вариантах воплощения, когда на этапе 620 достигнут порог по периоду времени или напряжению, на этапе 635 может использоваться звуковой или визуальный сигнал тревоги или другой сигнал, чтобы предупредить пользователя о том, что быстрый заряд закончен.

[0058] Способ быстрого заряда конечного автомата затем на этапе 640 может войти в фазу нормального заряда, когда зарядный ток снижается. В некоторых вариантах воплощения измеритель может затем на этапе 645 быть отключен от источника питания. На этой стадии может быть сделана другая оценка того, не слишком ли высока температура батареи, которая может привести к остановке процесса зарядки, и на этапе 630 может быть сделано определение, произошел ли отказ зарядного устройства и/или батареи. Во время режима нормального заряда программа на этапе 655 может также оценить, превышает ли напряжение батареи пороговое значение. Если пороговое напряжение превышено, зарядка может перейти к этапу 660 стабилизации постоянного напряжения. В некоторых вариантах воплощения на этапе 665 измеритель может быть отключен от источника питания. В этой точке может также быть на этапе 670 сделана еще одна оценка того, не слишком ли высока температура батареи, которая снова может привести к остановке процесса зарядки и проводимому на этапе 630 определению, произошел ли отказ зарядного устройства и/или батареи. В некоторых вариантах воплощения программа может периодически проверять на этапе 675, превышает ли ток заряда определенное пороговое значение. Если ток заряда превышает пороговое значение, программа заряда может продолжиться на этапе 660 фазой стабилизации постоянного напряжения. Если зарядный ток на этапе 680 меньше заданного порогового значения, об этом на этапе 685 может быть сообщено пользователю, используя, например, звуковой или визуальный сигнал, что заряд батареи или системы закончен. В этой точке измеритель может перейти на этапе 690 в автономный режим с законченным процессом заряда. Пользователь может в этой точке на этапе 695 отключить измеритель от источника питания, и в этой точке измеритель возвращается к автономному режиму на этапе 600.

[0059] Варианты воплощения, раскрытые здесь для быстрой зарядки батареи для чувствительного к температуре измерителя, обеспечивают целый ряд преимуществ. Например, вместо постоянной зарядки батареи с высокой постоянной скоростью до тех пор, пока напряжение не достигнет заданного уровня, батарею заряжают с высокой скоростью только короткий период времени, чтобы обеспечить достаточную энергию для ограниченного числа контрольных проверок концентрации глюкозы крови. После быстрой зарядки зарядное устройство может переключиться в режим заряда с низкой скоростью или нормального заряда, который поддерживает температуру батареи такой, какой она была в конце фазы быстрого заряда. Раскрытые здесь варианты воплощения позволяют пользователю, в примере с измерителем, воспользоваться преимуществами, связанными с использованием измерителя, работающего от перезаряжаемой батареи, в то же время дополнительно позволяя пользователю быстро перезаряжать измеритель, не жертвуя точностью контрольной проверки, связанной с повышением температуры.

[0060] В некоторых вариантах воплощения повышение температуры для батареи или измерителя может контролироваться с заданными периодическими интервалами. Если повышение температуры в батарее измерителя превышает заданное пороговое значение, программа быстрого заряда или программа нормального заряда могут быть отменены. Такое повышение температуры может указывать на отказ в устройстве измерителя или батарее.

[0061] В некоторых вариантах воплощения измеритель c батарейным питанием предназначен для определения концентрации аналита в пробе текучей среды с использованием контрольного датчика. Измеритель включает в себя испытательный порт или проем, выполненный с размерами, пригодными для приема по меньшей мере части контрольного датчика. Передняя часть имеет дисплей, выполненный с возможностью отображения концентрации аналита в пробе текучей среды. Для управления измерителем может использоваться механизм взаимодействия с пользователем. Для хранения перезаряжаемой батареи может быть предусмотрен отдельный отсек. Компонент зарядного устройства батареи может быть при работе связан с измерителем и может дополнительно выполнять алгоритм быстрого заряда перезаряжаемой батареи. В одном варианте воплощения этот алгоритм содержит: (i) контроль за подключением к внешнему источнику питания и (ii), если внешний источник питания обнаружен, осуществление программы зарядки для быстрой зарядки батареи с первой скоростью заряда до тех пор, пока не произойдет первое заданное событие, с последующей зарядкой упомянутой батареи со второй скоростью заряда до тех пор, пока не произойдет второе заданное событие. Вторая скорость заряда является меньшей, чем первая скорость заряда. В других вариантах воплощения повышение температуры в перезаряжаемой батарее из-за первой скорости заряда оказывает пренебрежимое влияние теплопередачи на пробу текучей среды.

[0062] В других вариантах воплощения измеритель c батарейным питанием является измерителем глюкозы крови (глюкометром). Измеритель c батарейным питанием может иметь первую скорость заряда в пределах от 2C до 5C. Измеритель c батарейным питанием может также иметь вторую скорость заряда, которая меньше чем 1C. Компонент зарядного устройства батареи может также быть частью интегральной схемы.

[0063] В других вариантах воплощения первым заданным событием для измерителя c батарейным питанием является истечение заданного периода времени. Заданный период времени может быть равен приблизительно одной минуте или менее. Первым заданным событием для измерителя c батарейным питанием может быть также превышение заданного напряжения заряда или превышение пороговой температуры в перезаряжаемой батарее. Первым заданным событием для измерителя с батарейным питанием может быть также превышение пороговой температуры в измерителе.

[0064] В других вариантах воплощения внешний источник питания для измерителя c батарейным питанием может быть портом на вычислительном устройстве. Перезаряжаемая батарея может также периодически контролироваться на показания повышенной температуры.

[0065] В некоторых вариантах воплощения способ быстрой зарядки батареи в измерителе глюкозы крови или другого аналита в текучей среде включает в себя контроль за подключением к внешнему источнику питания и осуществление программы быстрого заряда для зарядки батареи с первой скоростью заряда в течение первого заданного периода времени. После первого заданного периода времени способ дополнительно включает в себя осуществление программы нормального заряда для зарядки батареи со второй скоростью заряда в течение второго заданного периода времени. Первая скорость заряда является большей, чем вторая скорость заряда. Первый заданный период времени по меньшей мере частично основан на аппроксимированном повышении температуры в упомянутой батарее из-за тока заряда, связанного с первой скоростью заряда.

[0066] В других вариантах воплощения первый заданный период времени для способа по меньшей мере частично основан на пороговом напряжении заряда. Измеритель может также иметь жидкокристаллический дисплей, а пороговое напряжение заряда может быть достаточным для того, чтобы провести пять или менее контрольных проверок концентрации глюкозы крови. Первая токовая скорость заряда и вторая токовая скорость заряда могут также быть в целом постоянными.

[0067] В других вариантах воплощения способ также включает в себя уведомление пользователя измерителя глюкозы крови воспринимаемым сигналом после первого заданного периода времени. После второго заданного периода времени может также быть осуществлена программа завершающего заряда, которая заряжает батарею с третьей токовой скоростью заряда до тех пор, пока не произойдет третье заданное событие, причем третья токовая скорость заряда является меньшей, чем вторая токовая скорость заряда. Третья токовая скорость заряда может также быть непрерывно уменьшающейся.

[0068] В некоторых вариантах воплощения считываемый компьютером носитель информации закодирован командами для управления быстрым зарядом батареи для измерителя, такого как измеритель глюкозы крови. Измеритель будет обычно проводящим чувствительную к температуре проверку, такую как определение концентрации аналита в пробе текучей среды. Команды могут включать в себя контроль за подключением к внешнему источнику питания. Затем могут быть осуществлены программа или алгоритм быстрого заряда для зарядки батареи первым током заряда до тех пор, пока не произойдет первое заданное событие, такое как истечение определенного периода времени или достижение определенного порогового напряжения. После возникновения первого заданного события могут быть осуществлены программа или алгоритм нормального заряда для зарядки батареи вторым током заряда до тех пор, пока не произойдет второе заданное событие. Первый ток заряда является большим, чем второй ток заряда.

[0069] Предполагается, что некоторые варианты воплощения измерителей c батарейным питанием, такие как системы проверки концентрации глюкозы в крови, могут включать в себя запасомер батареи. Например, в систему может быть встроена интегральная схема запасомера батареи, чтобы определять состояние заряда батареи. Дополнительно предполагается, что информация о заряде батареи может использоваться программой управления питанием, работающей внутри системы измерителя с батарейным питанием. Программа управления питанием может позволить измерителю работать в течение продолжительных периодов времени за счет управления питанием во время периодов использования и неиспользования. Например, программа управления питанием в выполненном c батарейным питанием измерителе глюкозы крови может обеспечить использование измерителя в течение более длительных периодов времени без необходимости в перезаряде батареи за счет управления потреблением электроэнергии во время периодов, когда анализируется концентрации глюкозы крови, и во время периодов между такими анализами.

[0070] Как описано ранее в примерном варианте воплощения, показанном на ФИГ.2, могут использоваться различные типы конструкций перезаряжаемых батарей для питания измерителя, в том числе, например, литий-ионные (Li-Ion), литий-полимерные (Li-Po), никель-кадмиевые (NiCd) или никель-металлогидридные батареи. Использование батареи на основе лития может обеспечить определенные преимущества при работе измерителя, потому что при работе измерителя, то есть в ходе процесса разряда, напряжение на литиевой батарее обычно понижается незначительно.

[0071] На ФИГ.7 показан профиль разряда батареи в соответствии с некоторыми вариантами воплощения настоящей заявки. Профиль разряда показывает изменение напряжения на нагрузке для Li-Po-й батареи во время разряда батареи при работе измерителя, такого как измеритель глюкозы крови. Проиллюстрированная Li-Po-я батарея имеет напряжение полного заряда приблизительно 4,1 вольта. Профили разряда показаны для батареи, работающей при 20, 50 и 100 процентах ее номинальной емкости (C), то есть 0,2C, 0,5C и 1C соответственно. Например, с Li-Po-й батареей, работающей при 0,5C и в пределах диапазона изменения от 40 процентов ее остающегося заряда до 20 процентов ее остающегося заряда, Li-Po-я батарея испытывает изменение напряжения приблизительно 40 милливольт или менее. Даже при флюктуациях тока разряда в диапазоне между 0,2C и 1C изменение напряжения в проиллюстрированной Li-Po-й батарее может находиться в пределах диапазона 100 милливольт. Для начального тока разряда 0,5C это может означать изменение напряжения в ±50 милливольт при изменении тока разряда вниз до 0,2C или вверх до 1C. Как дополнительно показано на ФИГ.7, напряжение на нагрузке для Li-Po-й батареи, такой как та, что может использоваться в измерителе, может значительно уменьшиться, когда остается меньше пяти процентов заряда.

[0072] Запасомер батареи может быть выгодным для некоторых устройств c батарейным питанием, например для портативных измерителей, использующих литиевые батареи, потому что традиционные способы измерения постоянного напряжения, которые определяют состояние заряда батареи, обычно плохо работают на Li-Po-х батареях или Li-Ion-х батареях. Как показано, например, на ФИГ.7, напряжение на литиевой батарее значительно не меняется во время стадии разрядки батареи. Оценить остающийся заряд становится трудным из-за малых изменений напряжения литиевой батареи, в которой изменения напряжения могут быть отнесены на счет нагрузки, создаваемой на батарее устройством c батарейным питанием, или на счет разрядки батареи. Запасомер батареи может непрерывно контролировать (отслеживать) ток, текущий через батарею в обоих направлениях - зарядный и разрядный, подсчитывая, например, количество кулонов, которое батарея принимает во время зарядки, и количество кулонов, которое батарея теряет во время разрядки.

[0073] На ФИГ.8 показана схема, содержащая зарядное устройство 801 батареи с запасомером 803, которые могут применяться в измерителе, таком как, например, измеритель глюкозы крови, в соответствии с некоторыми вариантами воплощения настоящего раскрытия. Зарядное устройство батареи может соединяться с первичным источником 811 питания. Первичный источник питания может быть сетевой розеткой, генератором, настенным адаптером преобразования переменного тока в постоянный ток, портом USB или другим источником питания, способным обеспечить достаточную мощность для заряда батареи. Зарядное устройство 801 батареи подсоединяется к положительному электроду батареи 802. Отрицательный электрод батареи 802 соединяется с заземлением 820 посредством чувствительного резистора 807. Как показано на ФИГ.8, микроконтроллер 805 и запасомер 803 могут запитываться с использованием стабилизатора 804 напряжения. Конструкция стабилизатора 804 напряжения по отношению к зарядному устройству 801 батареи и батарее 802 позволяет стабилизатору напряжения всегда получать питание либо от зарядного устройства 801 батареи, например, когда система заряжает батарею, либо от батареи 802, например, когда система разряжается. Интерфейс 813 между микроконтроллером 805 и запасомером 803 обеспечивает передачу информации между этими двумя устройствами, так что может быть определено состояние заряда батареи 802. Микроконтроллер 805 может включать в себя часы реального времени и может дополнительно принимать и обрабатывать данные от запасомера 803. После того как данные от запасомера обработаны микроконтроллером 805, микроконтроллер 805 может указать состояние заряда батареи 802 на дисплее 806.

[0074] Вариант воплощения, показанный на ФИГ.8, позволяет осуществить процесс зарядки, при котором ток течет от зарядного устройства 801 батареи к батарее 802. Во время процесса зарядки ток протекает от батареи 802 к заземлению 820 через чувствительный резистор 807. Во время процесса зарядки запасомер 803 контролирует напряжение на чувствительном резисторе 803, чтобы определить количество кулонов, которое батарея 802 принимает от зарядного устройства 801 батареи. Когда заряд батареи 802 завершен, зарядное устройство 801 батареи посылает сигнал 812 на микроконтроллер 805 о том, что заряд батареи закончен. Сообщение между зарядным устройством 812 батареи и микроконтроллером 805 о том, что зарядка закончена, дополнительно содержит синхронизацию микроконтроллера 805 с запасомером 803. Одновременно или почти одновременно с сигналом 812 об окончании заряда батареи микроконтроллер может связаться с дисплеем 806 с тем, чтобы на дисплее 806 был показан текст "Заряд закончен" или значок, указывающий на то, что заряд закончен.

[0075] Зарядное устройство 801 батареи может быть отключено от первичного источника 811 питания. Когда это происходит, то батарея 802 становится единственным источником питания для схемы, показанной на ФИГ.8. Дополнительно, после отключения от первичного источника 811 питания, направление тока, ранее протекавшего от батареи к чувствительному резистору 807, изменяется или меняется на обратное. В этой точке также запасомер 803 мгновенно или почти мгновенно обнаруживает измененную на обратную полярность напряжения на чувствительном резисторе 807. Измененная на обратную полярность на чувствительном резисторе 807 заставляет запасомер 803 начать слежение за током, текущим от батареи 802, подсчитывая единицы энергии, то есть кулоны, которые уходят из батареи 802 по мере ее разряда. Во время фазы разряда в схеме, показанной на ФИГ.8, микроконтроллер 805 и запасомер 803 могут связываться друг с другом на периодической или почти непрерывной основе через интерфейс 813, чтобы позволить микроконтроллеру принимать обновленные данные о состоянии заряда батареи 802.

[0076] Первичный источник 811 питания может быть подключен к зарядному устройству 801 батареи в любое время во время процесса разрядки. Подключение заставляет поменяться направление протекания тока через батарею 802 на обратное и переключиться из режима разряда в режим заряда. В момент или почти в момент такого реверсирования направления протекания тока через батарею 802 запасомер 803 направляет ток в батарею 802, подсчитывая количество кулонов, которые поступают в батарею 802 во время процесса зарядки.

[0077] Процессы зарядки и разрядки могут регулярно (например, периодически, непрерывно и т. д.) контролироваться с использованием запасомера 803 и микроконтроллера 805. С помощью регулярного или непрерывного контроля микроконтроллер 805 имеет обновленную информацию в отношении единиц энергии, остающихся в батарее, что позволяет выполнять относительно точную оценку состояния заряда в батарее 802. Состояние заряда батареи, определенное микроконтроллером 805, может затем быть показано на дисплее 806. Вариант воплощения, показанный на дисплее 806, является значком с четырьмя сегментами для показа пользователю состояния заряда.

[0078] Признаком, который может быть включен в портативный измеритель или измеритель c батарейным питанием, является режим ожидания или дежурный режим, который ограничивает потребление энергии измерителем во время периодов неиспользования или ограниченного использования. В варианте воплощения, показанном на ФИГ.8, микроконтроллер 805 может использоваться для перевода схемы в режим ожидания. Чтобы ограничить потребление энергии, может быть желательно удалить запасомер 803 из схемы распределения питания, когда микроконтроллер 805 переводит систему в режим ожидания. Для отключения запасомера 803 может использоваться сигнал 815 управления переключением питания от микроконтроллера 805 на переключатель 814 питания, как показано на ФИГ.8.

[0079] Вариант воплощения, показанный на ФИГ.8, является выгодным, поскольку он позволяет значительно уменьшить потребление энергии в режиме ожидания. Потребление энергии запасомером, который непрерывно контролирует остающийся заряд батареи, может быть значительным. Непрерывно работающий запасомер 803, даже маломощный запасомер, может потреблять приблизительно 50-100 микроампер, даже в случае системы, переведенной в режим ожидания. Такое потребление энергии в портативном устройстве с батарейным питанием, таком как измеритель глюкозы крови, может считаться значительным. Микроконтроллер 805 может потреблять всего лишь несколько микроампер (например, приблизительно 1-10 микроампер), даже во время режима ожидания.

[0080] В некоторых вариантах воплощения запасомер 803 батареи отключают и не дают потреблять питание от батареи, когда система находится в дежурном режиме или в режиме ожидания. Переключатель 814 питания может использоваться для управления питанием, направляемым стабилизатором 804 напряжения к запасомеру 803 во время процесса разрядки, то есть когда отключен первичный источник 811 питания. Стабилизатор 804 напряжения введен в схему для того, чтобы запитывать микроконтроллер 805 и запасомер 803 во время процесса разрядки. Переключатель 814 питания подсоединен к микроконтроллеру 805, так что микроконтроллер может посылать сигнал 815 управления переключением питания на переключатель 814 питания. Переключатель 814 питания будет затем размыкать или замыкать схему (цепь), обеспечивающую подачу питания на запасомер 803. Например, если микроконтроллер 805 определяет, что измеритель должен быть переведен в дежурный режим или режим ожидания, микроконтроллер 805 посылает сигнал 815 на переключатель 814 питания, который размыкает схему, направляющую ток к запасомеру 803. На иллюстрации по ФИГ.8 размыкание схемы посредством переключателя 814 питания уменьшает потребление тока от батареи 802 приблизительно на 50-100 микроампер. Когда измеритель возвращается в активный режим, микроконтроллер 805 может послать другой сигнал 815 на переключатель 814 питания, чтобы замкнуть схему между батареей 802 и запасомером 803, так что запасомер 803 может возобновить свое функционирование, когда ток снова поступает в систему запасомера 803.

[0081] Желательно в течение периода дежурного режима или режима ожидания измерителя продолжать оценивать остающийся ресурс батареи 802. Например, в случае измерителя глюкозы крови, пользователь может эксплуатировать устройство ежедневно. Также возможно, что устройство может не использоваться, оставаясь, таким образом, в дежурном режиме или в режиме ожидания в течение одного или более дней или в течение одной или более недель. В варианте воплощения, показанном на ФИГ.8, микроконтроллер 805 продолжает расходовать ток в приблизительно 2-3 микроампера, находясь в режиме ожидания (например, очень низкого потребления энергии). Хотя запасомер 803 может быть исключен из цепи потребления энергии во время режима ожидания, как показано на ФИГ.8, может быть важно следить за энергопотреблением остающихся энергопотребляющими компонентов, таких как микроконтроллер 805. Но исключение запасомера 803 из схемы потребления энергии исключает работу самого запасомера 803, являющегося тем устройством, которое следит за аккумулированием и расходованием тока.

[0082] В некоторых вариантах воплощения оценка остающегося ресурса батареи или потребления энергии во время бездействия запасомера может быть совершена с использованием процессора или микроконтроллера, который включает в себя программу управления питанием. Программа управления питанием может продлить время работы измерителя, имеющего источник питания с конечным сроком действия, такой как, например, перезаряжаемая батарея.

[0083] В варианте воплощения по ФИГ.8 микроконтроллер 805, осуществляющий программу управления питанием, может выполнить несколько этапов перед переходом в дежурный режим или режим ожидания. Микроконтроллер 805 включает в себя таймер или принимает данные от таймера. Таймер хранит опорный(е) момент(ы) времени, используемый(е) при оценке остающегося заряда в батарее 802. Таймер может определять опорный(е) момент(ы) времени, используя часы реального времени. Например, перед переходом в режим ожидания микроконтроллер 805 регистрирует опорный момент времени или фактическое время вместе с регистрацией последнего состояния заряда батареи. Микроконтроллер 805 затем посылает сигнал 815 на переключатель 814 питания разомкнуть схему к запасомеру 803, то есть удалить запасомер 803 из контура потребления энергии. Когда запасомер 803 не получает питание, потребление питания от батареи 802 значительно снижается, но при этом запасомер прекращает слежение за потреблением энергии. Однако сделанная микроконтроллером 805 перед переходом в режим ожидания или дежурный режим регистрация опорного момента времени позволяет выполнить определение потребления энергии внутри системы измерителя после того, как микроконтроллер 805 активизируется. Измеритель может быть выведен из режима ожидания пользователем, дающим указание измерителю. Например, пользователь может нажать кнопку, или же для измерителя может быть установлен заданный критерий активизации.

[0084] После того как микроконтроллер 805 принимает указание выйти из дежурного режима или режима ожидания, происходят несколько операций по повторному вычислению и восстановлению потерянного подсчета разряда батареи во время бездействия запасомера 803. На переключатель 814 питания посылается сигнал 815 управления переключателем питания, чтобы обеспечить подачу питания на запасомер 803 батареи. Микроконтроллер 805 также определяет продолжительность дежурного режима или режима ожидания, вычитая первый опорный момент времени, который был зарегистрирован, когда микроконтроллер 805 перешел в режим ожидания, из которого он выходит сейчас, из второго опорного момента времени, например момента, когда микроконтроллер активизируется или переходит в активный режим. Микроконтроллер 805 затем умножает вычисленную продолжительность режима ожидания на известные ток и напряжение в режиме ожидания. Произведение продолжительности режима ожидания и известных тока и напряжения является энергией, потребленной схемой в дежурном режиме или в режиме ожидания. Микроконтроллер 805 затем вычитает вычисленную потребленную энергию из последнего зарегистрированного состояния заряда батареи, например остающегося заряда сразу перед тем моментом, когда был включен последний дежурный режим или режим ожидания. Результатом является оценка состояния заряда батареи.

[0085] На ФИГ.9 показан конечный автомат для способа управления питанием устройства c батарейным питанием согласно некоторым вариантам воплощения настоящей заявки. Способ управления питанием может быть в виде алгоритма или программы, осуществляемой на компьютере или компьютеризированной системе, которая контролирует питание в устройстве c батарейным питанием. Например, способ может быть осуществлен в системе, содержащей устройство типа процессора или микроконтроллера. Этот способ может понизить среднее потребление энергии интегральной схемой запасомера, минимизируя при этом потерю информации о точном состоянии заряда батареи.

[0086] В некоторых вариантах воплощения устройство, такое как измеритель - например измеритель глюкозы крови c батарейным питанием - может функционировать в нормальном рабочем состоянии. Измеритель может быть выполнен с возможностью работы в активном режиме, например нормальном режиме, и режиме ожидания, например дежурном режиме. После начала работы устройства измерителя в нормальном режиме на этапе 900 микроконтроллером на этапе 910 может быть принят запрос на переход в режим ожидания. Запрос может произойти на основании ввода от пользователя или истечения заданного периода времени, что запускает создание сигнала, который принимается процессором или микроконтроллером. После того как запрос на режим ожидания на этапе 910 принят, процессор или микроконтроллер может на этапе 920 зарегистрировать момент времени запроса и состояние заряда батареи в момент времени запроса. В некоторых вариантах информация о состоянии заряда батареи будет приходить из данных, принятых процессором от запасомера батареи, такого как запасомер, показанный на ФИГ.8. Чтобы понизить потребление энергии во время режима ожидания, переключатель питания, управляющий подачей тока к запасомеру, может быть разомкнут, чтобы отключить подачу питания на запасомер. Микроконтроллер или процессор может затем на этапе 930 поддерживать измеритель в режиме ожидания, во время которого потребление энергии может быть ограничено микроконтроллером. Несмотря на режим ожидания на этапе 930 микроконтроллер может работать в циклическом режиме и ожидать приема сигнала, идентифицирующего событие активизации на этапе 940. Событие активизации на этапе 940 может содержать, например, прием ввода от пользователя измерителя, подключение первичного источника питания, заранее выбранное событие переключения и т.д. После того как на этапе 940 событие активизации принято микроконтроллером, на этапе 950 определяется состояние заряда батареи после режима ожидания и обновляется состояние заряда батареи по запасомеру. Обновление состояния заряда батареи можно определить, используя продолжительность режима ожидания и ток и напряжение, имевшиеся в схеме во время режима ожидания. Событие активизации на этапе 940 может также содержать посылку сигнала на переключатель питания, который подает питание на запасомер.

[0087] Состояние заряда батареи после выхода из режима ожидания может быть определено сразу или вскоре после события активизации выхода на этапе 940. После того как на этапе 960 определено обновленное состояние заряда батареи, измеритель на этапе 900 может затем повторно перейти в режим нормальной работы, например активный режим. Во время нормальной работы устройства на этапе 900 таймер на этапе 970, такой как, например, часы реального времени, может использоваться, чтобы позволить зарегистрировать опорные моменты времени, такие как те, когда схема переключается между режимом заряда, режимом активного разряда или режимом разряда в состоянии ожидания. Во время режима нормальной работы состояние заряда батареи может непрерывно или периодически обновляться и показываться на дисплее на этапе 975, используя информацию, принятую от запасомера. Во время нормальной работы устройства на этапе 900, такого как измеритель глюкозы крови c батарейным питанием, первичный источник питания может быть подключен к зарядному устройству батареи в системе. Контроль зарядного устройства батареи не может быть закончен, пока на этапе 980 в микроконтроллер не будет послан сигнал, что зарядка закончена. В этой точке может быть послан другой сигнал, чтобы на этапе 985 обновить запасомер, указав, что батарея полностью заряжена. После того как послан сигнал на обновление запасомера в отношении состояния заряда батареи, устройство может затем циклически вернуться обратно в режим нормальной работы на этап 900.

[0088] В некоторых вариантах воплощения портативный измеритель, имеющий схему, снабжен батареей для обеспечения питания чувствительному элементу внутри схемы. Измеритель включает в себя запитываемый схемой процессор. Процессор выполнен с возможностью работы измерителя в активном режиме и в режиме ожидания. Схемой запитывается и запасомер. Запасомер выполнен с возможностью слежения за данными о состоянии заряда батареи, получаемыми от батареи во время работы измерителя в активном режиме. Интерфейс выполнен с возможностью передачи данных о состоянии заряда батареи от запасомера к процессору. Переключатель питания управляет протеканием тока к запасомеру и выполнен с возможностью размыкания и замыкания процессором. Процессор сигнализирует переключателю питания перейти в разомкнутое положение, если измеритель переходит в режим ожидания, и процессор сигнализирует переключателю питания перейти в замкнутое положение, если измеритель переходит в активный режим. Перед переходом в режим ожидания процессор выполнен с возможностью регистрации первого состояния заряда батареи для батареи и первого опорного момента времени сразу перед тем, как измеритель переходит в упомянутый режим ожидания. Процессор дополнительно выполнен с возможностью определения второго состояния заряда во второй опорный момент времени сразу после того, как измеритель выходит из режима ожидания в активный режим. Второе состояние заряда батареи определяется на основе зарегистрированного первого состояния заряда, первого опорного момента времени, второго опорного момента времени и заданной скорости потребления энергии измерителем во время режима ожидания.

[0089] В других вариантах воплощения портативным измерителем является измеритель глюкозы крови. Запасомер может непрерывно следить за состоянием заряда батареи во время активного режима работы измерителя. Запасомер может быть интегральной схемой. Портативный измеритель может дополнительно включать в себя дисплей, подключенный к процессору, в котором дисплей выполнен с возможностью отображения текущего состояния заряда батареи. Процессор может быть микроконтроллером. Батарея может быть перезаряжаемой батареей. Портативный измеритель может переходить в активный режим, когда первичный источник питания заряжает батарею.

[0090] В соответствии с другим вариантом воплощения способ управления питанием включает в себя измеритель c батарейным питанием, выполненный с возможностью работы в активном режиме и в дежурном режиме. Измеритель c батарейным питанием включает в себя запасомер батареи и микроконтроллер. Способ включает в себя этапы приема первого запроса на переход в дежурный режим. Для батареи измерителя регистрируется первое состояние заряда. Регистрация происходит в первый опорный момент времени сразу после того, как принят первый запрос. Первый опорный момент времени регистрируют, используя микроконтроллер. Измеритель переводят в дежурный режим с выключенной в этом дежурном режиме подачей питания на запасомер батареи. Принимают второй запрос на выход из дежурного режима и переход в активный режим во второй опорный момент времени. Второй опорный момент времени происходит после первого опорного момента времени. В ответ на второй запрос сразу же (немедленно) регистрируют второй опорный момент времени, и микроконтроллер определяет второе состояние заряда батареи на основе первого опорного момента времени, второго опорного момента времени, тока в дежурном режиме и напряжения в дежурном режиме измерителя.

[0091] В других вариантах воплощения первое состояние заряда батареи для батареи определяют, используя запасомер батареи. Измеритель c батарейным питанием может первоначально работать в активном режиме. Если измеритель находится в активном режиме, состояние заряда батареи может обновляться, используя данные о заряде батареи, получаемые микроконтроллером от запасомера батареи. Обновление может быть непрерывным. Состояние заряда батареи может отображаться на индикаторе дисплея.

[0092] В соответствии с еще одним вариантом воплощения считываемый компьютером носитель информации имеет сохраненные на нем команды для управления питанием измерителя c батарейным питанием, работающего в активном режиме и режиме ожидания. Команды включают в себя этапы приема первого запроса на переход в режим ожидания и регистрации первого состояния заряда батареи измерителя. Регистрация происходит в первый опорный момент времени сразу после того, как принят первый запрос. Первый опорный момент времени регистрируют. Измеритель переводят в дежурный режим, в котором питание на запасомер батареи выключено. Принимают второй запрос во второй опорный момент времени на выход из режима ожидания и переход в активный режим. Второй опорный момент времени наступает после первого опорного момента времени. Сразу после второго запроса регистрируют второй опорный момент времени. Второе состояние заряда батареи определяют на основе первого опорного момента времени, второго опорного момента времени, тока в режиме ожидания и напряжения в режиме ожидания.

[0093] В некоторых вариантах воплощения измеритель может содержать многочисленные операции, такие как, например, операция контрольной проверки концентрации глюкозы крови и системы глобального позиционирования. Такие многочисленные операции на портативном измерителе могут требовать дополнительного питания от батареи. Требования к питанию могут обеспечиваться с использованием большей батареи, эффективных методов управления питанием или комбинации того и другого.

[0094] Хотя изобретение было описано со ссылкой на подробности проиллюстрированных вариантов воплощения, эти подробности не предназначены ограничивать объем изобретения, как он определен в приложенной формуле изобретения. Например, система быстрого заряда для батареи может использоваться в различных термочувствительных применениях. Раскрытые варианты воплощения и их очевидные вариации предполагаются попадающими в пределы сущности и объема заявленного изобретения.

Реферат

Изобретение касается электроники, а именно системы и способа быстрой зарядки и управления питанием батареи для измерителя аналитов в текучей среде. Компонент зарядного устройства при работе связан с измерителем и способен выполнять алгоритм быстрого заряда перезаряжаемой батареи. Алгоритм включает в себя контроль за подключением к внешнему источнику питания и осуществление программы зарядки батареи с первой скоростью заряда и затем со второй скоростью заряда. Вторая скорость заряда ниже, чем первая скорость заряда. Повышение температуры в перезаряжаемой батарее из-за первой скорости заряда имеет пренебрежимое влияние теплопередачи на пробу текучей среды. Измеритель может также включать в себя переключатель питания для управления протеканием тока к запасомеру батареи. Переключатель питания размыкается, когда измеритель переходит в режим ожидания. Состояние заряда батареи определяется после того, как измеритель выходит из режима ожидания. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

Формула