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

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

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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_ЗАР ² · 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