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由电源内阻监测电池效能的预警方法及其装置

阅读:838发布:2024-02-13

专利汇可以提供由电源内阻监测电池效能的预警方法及其装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种由电源内阻监测 电池 效能的预警方法及其装置,利用一由微中央处理单元(MCU)、第一与第二功率晶体管、第一与第二外挂负载、 电压 取样 电路 、瞬间 电流 控制电路及输出/输入单元组成的监测预警装置与待测电源连结,该方法包含:耦合第一功率晶体管于第一外挂负载并与待测电源形成 串联 关系,耦合第二功率晶体管于第二外挂负载并与待测电源形成串联关系,通过每一功率晶体管控制其电路对待测电源进行设定的多次瞬间取样时间的瞬间大电流测试,以测得瞬间取样的参考电压值与负载电压值,进而运算求得待测电源的内阻值,用以与预设的待测电源内阻预警值比对,以判断待测电源是否足以能够用,并经由I/O反应比对结果输出预警显示,使用者可随时掌控电池电源的最佳状况。,下面是由电源内阻监测电池效能的预警方法及其装置专利的具体信息内容。

1.一种由电源内阻监测电池效能的预警方法,其方法步骤包括:
(1)设定外挂负载电阻R,根据待测电源的种别及内阻值选择外挂的负载;
(2)设定待测电源内阻预警值,根据待测电源的种别设定待测电源的内阻预警值;
(3)选择一第一功率晶体管及第一功率晶体管相关电路当作第一外挂负载连结,以测得参考电压Vr,第一功率晶体管相关电路是指第一功率晶体管与待测电源为串联关系配置的电路;
(4)在设定的取样时间周期中,重复地利用第一功率晶体管的开关控制第一外挂负载,以进行非连续性时间低于0.01秒且强度介于1~500安培之间的瞬间大电流的电压取样测试,在待测电源的二端取样得到一序列的第一参考电压Vr1,以及由第一外挂负载二端量测得一序列的第二参考电压值Vr2,计算该等参考电压Vr1、Vr2的平均值并予以储存;
(5)选择一第二功率晶体管及第二功率晶体管相关电路当作第二外挂负载连结,以测得参考电压VL,第二功率晶体管相关电路是指第二功率晶体管与待测电源为串联关系配置的电路,第一功率晶体管、第二功率晶体管与待测电源两端并联配置;
(6)在设定的取样时间周期中,重复地利用第二功率晶体管的开关控制第二外挂负载,以进行非连续性时间低于0.01秒且强度介于1~500安培之间的瞬间大电流的电压取样测试,在待测电源的二端取样得到一序列的第二负载电压VL1,以及由第一外挂负载二端量测得一序列的第二负载电压值VL2,计算该等负载电压VL1、VL2的平均值并予以储存;
(7)关闭第二功率晶体管,以停止提供时间低于0.01秒且强度介于1~500安培之间的瞬间大电流;
(8)关闭第一功率晶体管,以停止提供时间低于0.01秒且强度介于1~500安培之间的瞬间大电流;
(9)运算待测电源的瞬间大电流值,由上述量测所得的第二参考电压值Vr2与第二负载电压值VL2的差值,配合已知的外挂负载电阻值,进而求得待测电源的瞬间大电流值;
(10)运算待测电源的内电阻值ri,由上述量测所得的第一参考电压值Vr1与第一负载电压值VL1的差值,配合上述运算所得的瞬间大电流值,进而求得待测电源的内电阻值ri;
(11)比较运算所得的内电阻值ri与上述预设的内阻预警值rw,判断是否已达到需发预警讯号的范围;
(12)根据步骤11的必要预警判断结果产生一警示透过输出/输入单元输出警讯。
2.根据权利要求1所述的由电源内阻监测电池效能的预警方法,其中,该待测电源的内阻预警值rw的设定值在0.001Ω至1.5Ω之间。
3.根据权利要求1所述的由电源内阻监测电池效能的预警方法,其中,该外挂负载电阻值的设定值在25uΩ-5000mΩ之间。
4.根据权利要求1所述的由电源内阻监测电池效能的预警方法,其中,该外挂负载更包括耦合一放大器
5.根据权利要求1所述的由电源内阻监测电池效能的预警方法,其中,该外挂负载载为任一功率晶体管的内部电阻。
6.根据权利要求1所述的由电源内阻监测电池效能的预警方法,其中,该输出/输入单元为一显示器、键盘、无线通讯装置中的任意一种。
7.一种由电源内阻监测电池效能的预警方法,其方法步骤包括:
(1)系统设定外挂负载的电阻值;
(2)系统设定电池电源内阻预警值;
(3)选择一第一功率晶体管为第一外挂负载,以启闭供应时间低于0.01秒且强度介于
1~500安培之间的瞬间大电流;
(4)由第一功率晶体管在K1次(K1≥1)及L1次(L1≥1)的启闭于待测电源二端进行瞬间大电流值的取样,以量测得待测电源二端一序列的第一参考电压Vr1的平均值,以及外挂负载二端一序列的第二参考电压Vr2的平均值;
(5)选择一第二功率晶体管为第二外挂负载,以启闭供应时间低于0.01秒且强度介于
1~500安培之间的瞬间大电流;
(6)由第二功率晶体管在K2次(K2≥1)及L2次(L2≥1)的启闭于待测电源二端进行瞬间大电流值的取样,以量测得待测电源二端一序列的第一负载电压VL1的平均值,以及外挂负载二端一序列的第二负载电压VL2的平均值;
(7)关闭第二功率晶体管,以停止提供时间低于0.01秒且强度介于1~500安培之间的瞬间大电流;
(8)关闭第一功率晶体管,以停止提供时间低于0.01秒且强度介于1~500安培之间的瞬间大电流;
(9)判断取样侦测次数是否已完成N次(N≥1)取样侦测的系统设定值,若未完则再次回到上述步骤(4);
(10)决定待测电源的瞬间大电流值,由上述量测所得的第二参考电压值Vr2与第二负载电压值VL2的差值,配合已知的外挂负载电阻值,进而求得待测电源的瞬间大电流值;
(11)运算待测电源的内电阻值ri,由上述量测所得的第一参考电压值Vr1与第一负载电压值VL1的差值,配合上述运算所得的瞬间大电流值,进而求得待测电源的内电阻值ri;
(12)比较运算所得的内电阻值ri与上述预设的内阻预警值rw,以判断待测电源状态。
8.根据权利要求7所述的由电源内阻监测电池效能的预警方法,其中,该瞬间时间为低于0.01秒。
9.根据权利要求7所述的由电源内阻监测电池效能的预警方法,其中,该输出/输入单元为一显示器、键盘、无线通讯装置中的任意一种。
10.一种预警监测装置,该装置包括:
一微中央处理单元,控制整个装置电路的运作,在设定的间隔时间内适时对待测电源进行时间低于0.01秒瞬间的电压值取样,对待测电源内阻值ri进行运算并与预设内阻预警值rw进行比对;
一稳压电路,提供整个装置电路工作所需求稳定的工作电压;
一外挂负载,为经事先设定电阻值的负载,包含有第一及第二外挂负载且分别与待测电源形成串联关系,以其作为计算待测电源内电阻值的一重要参数;
一电压取样电路,在待测电源进行时间低于0.01秒且强度介于1~500安培之间的瞬间大电流侦测时,用以取得电池电源两端的端电压取样值;
一时间低于0.01秒的瞬间电流控制电路,包含一第一功率晶体管及第二功率晶体管,与待测电源两端并联配置,受前述微中央处理单元的控制,作为开关功能的控制组件并控制时间低于0.01秒负载电流的大小,即在时间低于0.01秒电压取样的测定运作时,提供待测电源可调控的时间低于0.01秒且强度介于1~500安培之间的瞬间大电流,以取得电压取样值;
一输出/输入单元,将前述微中央处理单元的比对结果,在取样量测的内电阻值低于预设内阻预警值时显示设定的预警讯号,以及内阻预警值的设定输入。
11.根据权利要求10所述的预警监测装置,其中,该装置更包括一放大器与并联的第一、第二功率晶体管耦合作为外挂负载。
12.根据权利要求10所述的预警监测装置,其中,该外挂负载为该功率晶体管的内电阻。
13.根据权利要求10所述的预警监测装置,其中,该瞬间电流控制电路,包含至少二个或二个以上呈并联关系配置的功率晶体管。
14.根据权利要求10所述的预警监测装置,其中,该每一第一、第二功率晶体管内电阻设定值为25uΩ-5000mΩ之间。
15.根据权利要求10所述的预警监测装置,其中,该待测电源的内阻预警值设定值在
0.001Ω至1.5Ω之间。
16.根据权利要求10所述的预警监测装置,其中,该输出/输入单元为一显示器、键盘、无线通讯装置中的任意一种。
17.根据权利要求10所述的预警监测装置,其中,该待测电源的内电阻值经由卡尔文温标连结而取得。

说明书全文

由电源内阻监测电池效能的预警方法及其装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电池效能的预警方法及其装置,特别是指一种由电源内阻监测电池效能的预警方法及其装置。

背景技术

[0002] 目前被广泛作为交通工具的各型车辆,在刚启动时,均需仰赖常态配置在车内的电源构件如电池来提供足够的启动电能,用以启动达的运转来发动车辆。然而该常配置于车内的电源,基本上均有其使用的寿命,当然正常的使用寿命还可能视环境温度、充电条件、充电时间及负载的放电等各种不同的外部因素而定,因而使现有电池的正常使用寿命与实际使用寿命产生非可预期性,换而言之,对于驾驶者甚至是专业的维修者而言,也都无法对电池的性能状况实时进行了解,必需到保养厂配合特殊的检测设备,方能略知一二,而该等检测设备也不可能被经常的携带在车上随时作检测使用,所以往往需到车辆的启动操作不顺利,甚至于已到达无法顺利启动的地步时,才能具体的知道电池的电能已不足或已寿终就寝,这种情况对经常用车者而言,无疑是一颗不定时炸弹,因为车辆随时都有可能在一次熄火后就因电能不足而无法再发动,且车辆熄火的现实所在位置可能在任何的位置,如果不巧,熄火的地点在偏远的地区,又逢暴雨天天气不佳时,不仅救援者跚跚来迟,且会影响用车者当日的其它计划或商谈,甚或有碍车内人员的生命安全。 [0003] 因此若能在车上与电池电源间配置一个长效性的电池电源监测装置,将可有效的改善前述的问题。然而如果电池电源经常的在被测试,电池的电能值将很快的被耗尽,当然也丧失了测试的意义,甚至缩短了电池使用的寿命,故如何能在短时间内利用大电流来取得电压值的取样值,又不会无谓地消耗电池的电能而达到长效性的监测,实为一极需研创的课题。美国发明专利第6704629及6791464号专利对上述课题所提出了解决方法,另外美国发明公开第2006/0001429A1号专利申请案,也提出了利用浮动的电压作为参考电压与采样电压比较,进而计算出电池内电阻值的监测方法与装置,但浮动的电压并不具有稳定性,往往会受到电池间歇性地充电或负 载端电荷高低变化程度的不同或电池老化程度等而产生不同结果,当然所监测的结果在精确性与稳定性都有所不足。 [0004] 另外,如美国发明专利第6072300号专利案,公开一大型电池组中的单一电池的监测技术,主要透过电池电压判断电池内阻。
[0005] 如美国发明专利第6097193号专利案,公开测量电池内电阻或其阻抗的方法,主要通过由一小的交流讯号,透过整流电路或其等效性电路以测量电池的内部电阻,即通过在一设定周期间利用改变电池的电流大小以测量内部电阻,并经比较而低于默认值时产生警示。
[0006] 发明人亦曾对上述问题提出过「电池电源的监测方法与装置」,如中国台湾专利公告第579342、593006号专利案,该专利案的发明主要在利用对待测电源如电池的二端电压值来进行取样与预警值的比对,本发明则在发明人所发明的中国台湾专利公告第579342、593006号专利案的专利申请案架构下,再作进一步的研发而获得。

发明内容

[0007] 本发明的主要目的在于提供一种长期或短时间的量测装置,对待测电源的二电极端于极短取样时间中进行瞬间大电流测试,并在测试结果低于默认值时产生一警讯透过讯号输出/输入单元(I/O)输出,令使用者获得警示现时电池状态。
[0008] 本发明另一目的在于提供一种由电源内阻监测电池效能的预警方法,将已知电阻值的第一与第二外挂负载串联在电池电源上,通过串联的第一与第二功率晶体管对电池电源进行N次极短时间瞬间大电流的电压取样作业,以达到极为精确且省电的目的。 [0009] 本发明的次一目的在于提供一种由电源内阻监测电池效能的预警方法,利用待测电源的多段式内阻预警值的设定及在设定的取样时间间隔内取得电池负载电压,并透过已知的外挂负载电阻值计算取得电池的内阻与多段式设定预警值比对,进而显示多段式比对结果,以达到提供实时监测电池电源多段式的警示目的。
[0010] 本发明为达成上述目的及功效,其所采取的进一步具体方法步骤包括: [0011] (1)外挂负载R设定步骤:根据待测电源的种别及待测电源内阻值的大小设定每一外挂负载R1、R2的电阻值,以便通过下述瞬间取样步骤所产生的瞬间大电流求得正确待测电源内阻值;
[0012] (2)待测电源内阻预警值rw设定步骤:根据待测电源的种别设定标准电源内阻预警值rw,其设定值可依实际需要设定为单一值或多段设定值,以为监测待测电源 内阻值进行下述数值比对步骤时,可提供预警反应的参考值,加以比对;
[0013] (3)参考电压取样步骤:由第一功率晶体管Q1于瞬间极短时间开关控制第一外挂负载R1于待测电源的连结启闭,以在待测电源端提供瞬间大电流,由装置进行N次的第一与第二次取样测定待测电源端电压值,进而分别求得第一与第二次取样群组的平均取样参考电压值;
[0014] (4)负载电压取样步骤:由第二功率晶体管Q2于瞬间极短时间开关控制第二外挂负载R2于待测电源的连结启闭,以在待测电源端提供瞬间大电流,由装置进行N次的第一与第二次取样测定待测电源端电压值,进而分别求得第一与第二次取样群组的平均取样负载电压值;
[0015] (5)关闭负载步骤:关闭第一与第二功率晶体管Q1、Q2;
[0016] (6)第一计算步骤:分别由上述量测所得的第二次参考电压与负载电压配合已知的外挂负载R1、R2的电阻值,进而求得于待测电源于量测时的瞬间大电流值(I); [0017] (7)第二计算步骤:将前述步骤所测得待测电源于量测时的瞬间大电流值(I),配合由上述步骤量测所得第一次取样的平均参考电压与平均负载电压,进而求得待测电源的内电阻值ri;
[0018] (8)判断比对步骤:装置对前步骤计算求得的待测电源内电阻值ri与所预设内阻预警值rw进行比对,若比对已等于或低于默认值即进行预警显示;
[0019] (9)结果显示步骤:对于比对结果必要为预警显示者,装置将产生一预警讯号透过输出/输入单元(I/O)输出警讯;
[0020] 通过由前述的步骤,得以长效的、随时的监测待测电源的电能状态,使用者可确实的获得电池实际的电状态。
[0021] 本发明为达成上述目的及功效,其所采取的进一步具体方法步骤又包括: [0022] (1)耦合一第一功率晶体管Q1于待测电源二端作为第一外挂负载,在设定的极短取样时间进行瞬间大电流测试,以测得一参考电压;
[0023] (2)耦合一第二功率晶体管Q2于待测电源二端作为第二外挂负载,在设定的极短取样时间进行瞬间大电流测试,以测得一负载电压;
[0024] (3)由上述步骤测得的参考电压与负载电压计算所得的差值,配合瞬间大电流值以计算求得待测电源的内电阻值ri;
[0025] (4)比较由上述步骤求得的内电阻值与预设内阻预警值rw,并在比较结果低于预设内阻预警值时产生一预警显示。
[0026] 为达成本发明上述目的,其装置所采取的具体技术手段包括: [0027] 一微中央处理单元(MCU),控制整个装置电路的运作,在设定的间隔时间内适时对待测电源进行瞬间的电压值取样,对待测电源内阻值ri进行运算并与预设内阻预警值rw进行比对;
[0028] 一第一与第二外挂负载,经事先设定电阻值的负载且分别与待测电源形成串联关系,以其作为计算待测电源内电阻值的一重要参数;
[0029] 一第一功率晶体管及第二功率晶体管,控制瞬间大电流于待测电源及其任一外挂负载的启闭;
[0030] 一电压取样电路,在待测电源进行瞬间大电流侦测时,用以取得电池电源两端的端电压取样值;
[0031] 一瞬间电流控制电路,包含第一功率晶体管与第一外挂负载串联,第二功率晶体管与第二外挂负载串联,受前述微中央处理单元(MCU)的控制,作为开关功能的控制组件并控制第一与第二功率晶体管的瞬间电流大小,以及待测电源的电压取样值; [0032] 一输出/输入单元(I/O),将前述微中央处理单元(MCU)的比对结果,在取样量测的内电阻值低于预设内阻预警值时显示设定的预警讯号,以及内阻预警值的设定输入。 [0033] 本发明的有益效果在于:本发明通过将已知电阻值的第一与第二外挂负载串联在电池电源上,通过串联的第一与第二功率晶体管对电池电源进行N次极短时间瞬间大电流的电压取样作业,可以精确且省电地监视电源内阻,并利用待测电源的多段式内阻预警值的设定及在设定的取样时间间隔内取得电池负载电压,透过已知的外挂负载电阻值计算取得电池的内阻与多段式设定预警值比对,进而显示多段式比对结果,可以提供实时监测电池电源和多段式警示的目的。
[0034] 请参阅以下有关本发明一较佳实施例的详细说明及其附图,将可进一步了解本发明的技术内容、目的功效;及其有关该实施例的附图。

附图说明

[0035] 图1为本发明的方法的步骤流程方图;
[0036] 图2为本发明的方法的系统运算架构的流程图
[0037] 图3为本发明的装置的第一较佳实施例的逻辑架构电路;
[0038] 图4为本发明的装置的第二较佳例的逻辑架构电路;
[0039] 图5为本发明的装置的第三较佳实施例的逻辑架构电路;
[0040] 图6为本发明的装置的第四较佳实施例的逻辑架构电路;
[0041] 图7为本发明的电压值取样时间与波形的电压曲线图;
[0042] 图8为电池电源的电压放电曲线图;
[0043] 图9为电池电源串联外挂负载的等效电路示意图。

具体实施方式

[0044] 本发明的由电源内阻监测电池效能的预警方法,其在对电池电源待测电源的电池内阻值监控操作下以提供对待测电源的电能好坏与预警的参考值比对。前述待测电源的内电阻值的取得是透过一电池电源内阻监测预警装置,在瞬间大电流的进行下测得待测电源二端的参考电压取样值与负载电压取样值,由此参考电压取样值与负载电压取样值配合已知的第一及第二外挂负载电阻求得导入电池的瞬间大电流值,再由参考电压取样值与负载电压取样值配合所求得的瞬间大电流值,求得待测电源的内电阻值,即可用以设定的待测电源内阻预警值进行比对,并在预警必要时进行预警运作。前述这些数值的求取、运算以及比对、输出预警讯号等在一运算处理器中进行。
[0045] 参考图1,显示本发明由电源内阻监测电池效能的预警方法的系统运作流程图,在具体实施例中包括以下的步骤:
[0046] (1):设定负载电阻R,首先根据待测电源的种别及待测电源内阻值的大小先将一待测电源的外挂负载电阻R先行设定为25uΩ-5000mΩ(可选择性地使用放大器条件的设定值);
[0047] (2):设定待测电源内阻预警值rw,根据待测电源的种别设定单一待测电源的内阻预警值,一般设定在0.001Ω~1.5Ω之间,该值也可以是一个区间值;当然更可以是排列的多个阶段的数值,让使用者可依不同需求来提供不同的预警值,以显示预警在放电终了前完成,如第8图所示;
[0048] (3):由第一功率晶体管Q1或其相关电路的控制以启闭第一外挂负载R1连结,以测得一序列的参考电压,并予以储存;
[0049] (4):第一瞬间取样,利用第一功率晶体管Q1的开关控制第一外挂负载R1连结,以进行间歇的瞬间大电流的电压取样测试,同时在待测电源的二端电压取样,测得一序列第一次及第二次取样的参考电压值,并予储存进而将一序列第一次及第二次参考电压值予以连接成线段而求得参考电压曲线;
[0050] (5):由第二功率晶体管Q2或其相关电路的控制以启闭第二外挂负载R2连结,以测得一序列的负载电压,并予以储存;
[0051] (6):第二瞬间取样,利用第二功率晶体管Q2的开关控制第二外挂负载R2连结,以进行间歇的瞬间大电流的电压取样测试,同时在待测电源的二端电压取样,测得一序列第一次及第二次取样的负载电压值,并予储存进而将一序列第一次及第二次参考电压值予以连接成线段而求得负载电压曲线;
[0052] (7):关闭第二外挂负载R2(即第二功率晶体管Q2);
[0053] (8):关闭第一外挂负载R1(即第一功率晶体管Q1);
[0054] (9):计算与比较内阻值ri,由上述量测所得的第二次参考电压与负载电压除以已知的第一、第二外挂负载R1、R2的电阻值,进而求得于待测电源的电流值(I),再由上述步骤量测所得第一次取样的平均参考电压与平均负载电压除以前述步骤所测得待测电源的电流值,进而求得待测电源的内电阻值ri,接着,将运算所得的内电阻值ri与上述预设的内阻预警值rw比较,判断是否已达到需发预警讯号的范围;
[0055] (10):反应上述步骤(9)的比对判断结果如必要为预警显示,可透过输出/输入单元(I/O)输出警讯;前述的输出/输入单元(I/O)较佳地可为一显示器(display)、键盘(keyboard input)、无线通讯装置(wireless operation)、USB(Universal SerialBus)connector、数据总线(data bus)、局域网络控制总线(CAN(Controller AreaNetwork)bus),全球定位系统(GPS(Global Positioning System)),简讯服务(SMS(Simple Message Service)),多媒体简讯服务(MMS(Multimedia Message Service)),无线通讯应用协议(WAP(Wireless Application Protocol)),网络(net work)中的任意一种。 [0056] 再请参考第2、7、8图所示的内容,为本发明的由电源内阻监测电池效能的预警方法的系统运算架构流程图。该系统运算架构,其具体的运算与控制包括: [0057] 流程11,为系统开始,系统硬件中断向量地址,为软件程序的起始点; [0058] 流程12,为系统初始化,系统缓存器及输出、入脚的初始化,以设定缓存器的初始值、打开中断向量及定时器,并定义每一根输出入脚的状态及初始值; [0059] 流程13,为系统设定外挂负载的电阻R值;根据待测电源的种别及待测电源内阻值的大小将单一待测电源的外挂负载电阻R先行设定为25uΩ-5000mΩ,外挂负载电阻R的设定可在设置放大器条件下进行;
[0060] 流程14,为设定电池电源内电阻预警值r w;是用以设定单一待测电源的内电阻值的预设参考值;该内电阻值的预警值rw是根据待测电源的种别以设定标准电源内阻预警值r w,该电源内阻预警值r w的设定值在0.001Ω~1.5Ω之间,较佳地该设定值是依所需求的预警效果在放电终了之间的任一个预设参考值(如第8图所示); [0061] 流程14a,是启动第一功率晶体管Q1或其相关电路的控制以启闭第一外挂负载R1提供瞬间大电流,以测得参考电压Vr(如第7图所示);
[0062] 流程15,为参考电压的多次取样侦测,瞬间取样的侦测时间,在极短瞬间,例如在0.01秒以下的极短单一电压取样时间为设定的时间,于第一功率晶体管Q1或其相关电路导通瞬间大电流于待测电源二端,请参阅第7图所示,由待测电源二端在K1次的电压取样以得到参考电压值Vr1(如第7图所示),其中,K1≥1;以及对外挂负载二端在L1次的电压取样以得到参考电压值Vr2,其中,L1≥1,经计算求其参考电压值V r1、参考电压值Vr2平均值后并予储存。上述的瞬间大电流值较佳地在1~500安培(A)范围中; [0063] 流程15a,是启动第二功率晶体管Q2或其相关电路的控制以启闭第二外挂负载R2提供瞬间大电流,以测得负载电压VL(如第7图所示);
[0064] 流程15b,为负载电压的多次取样侦测,瞬间取样的侦测时间,在极短瞬间,例如在0.01秒以下的极短单一电压取样时间为设定的时间,于第二功率晶体管Q2或其相关电路导通瞬间大电流于待测电源二端,请参阅第7图所示,由待测电源二端在K2次的电压取样以得到负载电压值V L1(如第7图所示),其中,K2≥1;以及对外挂负载二端在L2次的电压取样以得到负载电压值VL2,其中,L2≥1,经计算求其负载电压值V L1、负载电压值VL2平均值后并予储存。上述的瞬间大电流值较佳地在1~500安培(A)范围中; [0065] 更具体的说,上述所提的瞬间大电流是相当于一般所指的1C~5C之间,其中,所述的C通常是使用于工业上,是假设在20小时中所供应于电池的安培-小时(A-h)数量,例如电池于20小时放电期间之放电比例是在34安培-小时(A-h),则该电池的1C是指34安培(A)。
[0066] 流程15c,将被启动的第二外挂负载R2关闭,也关闭第二功率晶体管Q2,以停止瞬间提供的大电流;
[0067] 流程15d,将被启动的第一外挂负载R1关闭,也关闭第一功率晶体管Q1,以停止瞬间提供的大电流;
[0068] 流程15e,为上述流程15-15d取样周期侦测次数的判定是否等于N,其中,N≥1,若尚未完成N≥1次取样侦测的系统设定值时,则再次回到流程15,执行下一次的取样侦测,直到已完成N≥1次取样侦测的系统设定值时,即继续执行流程16; [0069] 流程16,系统由流程15的取样周期所取得的参考电压、负载电压等取样值,可由待测电源与外挂负载R的串联组立关系,如第9图所示,所取得的计算电池内电阻值ri的平均值的关系式(1)进行换算求出待测电源负载电流值I。
[0070] 关系式(1)
[0071] 再由关系式(2)换算取得待测电源的内电阻值r;
[0072] 关系式(2)
[0073] 更具体的说,为充份了解上述二关系式,假设上式中外挂负载R=1mΩ,如第7所示,该曲线VB表示量测到通过待测电源的二个瞬间电压,而曲线VR表示量测到通过外挂负载R的二个瞬间电压,如图7所示,其中该量测值包含:
[0074] V0=12.70伏特(V),Vr1=12.30伏特(V),VL1=11.55伏特(V),Vg=0伏特(V),Vr2=0.25伏特(V),VL2=0.4伏特(V),接着,由上述关系式(1),可获得瞬间大电流I=ΔVL/R,其中,
[0075] I=(0.4-0.25)/1x0.001=0.15/0.001=150安培(A);及
[0076] [0076] 由上述关系式(2),可获得待测电源内电阻ri=ΔV r/I=(12.30-11.55)/150=0.005(Ω)=5(mΩ)。
[0077] 流程17,为数值比对,将流程16的计算待测电源的内电阻值ri结果与流程14时所设定的预警值rw相比对,以判断是否已达到需发预警讯号的范围;; [0078] 流程18,为预警讯号的传输预警,根据上述流程17的比对结果已达预警值者,由输出/输入单元(I/O)执行预警讯号的传送预警。其中该输出/输入单元(I/O)为一显示器(display)、键盘(keyboard input)、无线通讯装置(wireless operation)、USB(Universal Serial Bus)connector、数据总线(data bus)、局域网络控制总线(CAN(Controller Area Network)bus),全球定位系统(GPS(Global Positioning System)),简讯服务(SMS(Simple Message Service)),多媒体简讯服务(MMS(Mu ltimedia Message Service)),无线通讯应用协议(WAP(Wireless Application Protocol)),网络(net work)中的任意一种; [0079] 流程18a,判断是否重设电池电源内电阻预警值rnew,判断是否利用输出/输入单元(I/O)重新设定待测电源于下一量测周期中的电池电源内电阻预警值rnew,若判断为真则再次回到流程14,若判断并无重设者,则继续执行流程19;
[0080] 流程19,为待测计时,定时器开始计数待测间隔的时间,且执行下一流程20; [0081] 流程20,为取样侦测的周期判定,若定时器所计数的待测间隔时间尚未达到系统设定的T2值时,则再次回到流程19,继续计时,直到已达系统设定的T2值时,即再次回到流程14a,执行下一周期的取样侦测。
[0082] 在前述的运作架构流程的运算与控制中,流程15至流程15e为电压值取样测定的一周期。至于本发明在前述运作架构流程中关于电压值取样的时间与波形,如第7图所示,其中电压曲线Vr1为待测电源7二端参考电压的量测,电压曲线Vr2为第一外部负载(如第3~4图所示)二端当瞬间导入大电流而导通第一功率晶体管Q1,使得电压由空载转变为第一外挂负载状态时所量测所得的参考电压,电压曲线VL1为待测电源二端量测所得的第一负载电压,电压曲线VL2为第二外挂负载(如第3~4图所示)二端当瞬间导入大电流而导通第二功率晶体管Q2,使得电压由第一外挂负载转变为第一外挂负载状态下所量测得的第二负载电压。在第7图中的参考电压Vr1、Vr2为由上述流程15所运算获得,而负载电压VL1、VL2则由上述流程15b所运算获得。
[0083] 由第7图所揭示的电压曲线图中,可进一步的了解前述运作架构下由各个曲线区段的变化流程的取样情形,其中,曲线Vr1、Vr2为第一功率晶体管Q1所测得的参考电压曲线,曲线VL1、VL2为第二外挂负载及其第二功率晶体管Q2所测得的负载电压曲线,更具体地说,电压曲线Vr1是第一功率晶体管Q1于K1次取样时间所量测的参考电压,电压曲线VL1是第二功率晶体管Q2于K2次取样运作所量测的负载电压,同样地,电压曲线Vr2是第一功率晶体管Q1于L1次取样时间所量测的参考电压,电压曲线VL2是第二功率晶体管Q2于L2次取样运作所量测的负载电压,ΔVr值是介于Vr1、VL1之间,ΔVL值是介于Vr2、VL2之间。
[0084] 请参照第3图所示,根据本发明由电源内阻监测电池效能的监测预警装置的第一实施例逻辑架构电路图,在本具体实施例中连结待测电源7的64A与64B,65A与65B等电极接点以形成卡尔文温标(Kelvin)连结,在一个卡尔文温标(Kelvin)连结的 电路架构中,于待测电源7的阳电极与阴电极分别设有二个耦合连结,其容许由待测电源7二端的电极接点65A与65B取得瞬间大电流,也可以由其它的电极接点64A与64B得到精确的电压值,当电阻值于连结的A/D与电极接点65A与65B间是很小的,也实际上并没有,或仅有微量的电流通过A/D与电极接点65A与65B间,也只有轻微的压降,而能提供更精确的电压量测。 [0085] 在逻辑架构上这个监测预警装置60主要包含一微中央处理单元(MCU)62、一稳压电路61、一外挂负载63及66、一电压取样电路64、一瞬间电流控制电路65及一输出/输入单元67组成。其中
[0086] 该微中央处理单元(MCU)62,控制整个装置电路的运作,在设定的间隔时间内适时的送出讯号对待测电源7进行取样,如电池电源的电压值取样,并对待测电源内阻值ri进行运算并与预设的预警值rw进行比对,且于必要警示时产生预警控制; [0087] 该稳压电路61,在提供整个装置电路工作所需求稳定的工作电压; [0088] 该待测电源7的外挂负载63、66,为一经事先设定电阻值的负载,在本发明一具体的实施例中,该外挂负载63、66为并联关系的电阻组件R1、R2,其中该电阻组件R1为第一外挂负载63(或即其第一功率晶体管Q1及其相关电路)的电阻值设定在25uΩ~5000mΩ范围并与待测电源为串联关系的配置,以其作为计算待测电源内电阻r值的一重要参考值,电阻组件R2为第二外挂负载66(或即其第二功率晶体管Q2及其相关电路)的电阻值设定在25uΩ~5000mΩ范围并与待测电源为串联关系的配置,以其作为计算待测电源内电阻r值的一重要参考值,需要特别注意的是,在本发明一具体的实施例中,该外挂负载63、66实质上为一极低电阻值,始能于极短瞬间对待测电源7进行瞬机大电流的取样侦测,例如在0.01秒以下的极短电压取样时间产生所需1A-500A的大电流,另外,该外挂负载63可为一种锰或其它合金电阻器、或功率晶体管Q的本质内电阻值,例如第一、第二功率晶体管Q1、Q2的内电阻,换句话说,第一、第二功率晶体管Q1、Q2的内电阻于瞬间电流控制电路65的连结以作为外挂负载,此时,在一具体电路中该外挂负载63、66(即电阻组件R1、R2)是可以由第3图所示的电路65A~65B中被忽略,此外,该外挂负载63、66也可以长期的连结于待测电源二端执行量测使用。另如第3图所示的导线63E-63F(未设置电阻组件R1)及导线66E-66F(未设置电阻组件R2),或A/D间导线63A-63E、63C-63FD、66A-66E、66C-66F本身的电阻值亦可作为外挂负载。
[0089] 该电压取样电路64,用以取得待测电源7在瞬间大电流进行时的二电压端的电压取样值;需要特别注意的是,在本发明一具体的实施例中,该电压取样电路64实质上为两个取样电路端子64A-64B,由图可知,端子64A64B是自MCU 62的A/D端脚直接并联至待测电源7的正负端点上,以取得较为正确的电压取样值。
[0090] 该瞬间电流控制电路65,受到前述微中央处理单元(MCU)62的控制,并在本发明一具体的实施例中该瞬间电流控制电路65采用第一、第二功率晶体管Q1、Q2与待测电源7两端并联配置,除用以作为开关功能的控制组件外,尚可用以作为控制瞬间负载电流的大小,亦即在瞬间电压取样的测定运作时,提供待测电源7可调控的瞬间大电流,以取得电压取样值;
[0091] 该输出/输入单元(I/O)67,将前述微中央处理单元(MCU)62的待测电源7内电阻ri运算结果与所预设电池预警内阻值rw作比对,并将比对的结果由该输出/输入单元67输出以为预警。前述的输出/输入单元67可为一显示器(display)、键盘(keyboard input)、无线通讯装置(wireless operation)、USB(Universal Serial Bus)connector、数据总线(data bus)、局域网络控制总线(CAN(Controller Area Network)bus),全球定位系统(GPS(Global Positioning System)),简讯服务(SMS(Simple Message Service)),多媒体简讯服务(MMS(Multimedia Message Service)),无线通讯应用协议(WAP(Wireless Application Protocol)),网络(net work)中的任意一种。
[0092] 本发明的监测预警装置60在与待测电源7如电池电源完成电的连结时,稳压电路61提供工作电源让整个电路以及微中央处理单元(MCU)62正常的开始运作,该微中央处理单元(MCU)62将依据前述本发明电池电源内阻监测预警方法的系统运算架构流程具体的进行各项运算与控制的流程运作,先经电压取样电路64测得待测电源7在暂时关闭外挂负载63下的空载时的端电压取样值,经启动第一外挂负载63(或即该第一功率晶体管Q1)后再以极短时间内由瞬间电流控制电路65的第一功率晶体管Q1控制以提供瞬间大电流,再度的由电压取样电路64测得待测电源7的取样参考电压Vr1值与外挂负载63二端的取样参考电压Vr2值。接着,启动第二外挂负载66(或即该第二功率晶体管Q2)后再以极短时间内由瞬间电流控制电路65的第二功率晶体管Q2控制以提供瞬间大电流,再度的由电压取样电路64测得待测电源7的取样负载电压VL1值与外挂负载66二端的取样参考电压VL2值。在待测的设定间隔时间内完成N次的参考电压与负载电压取样侦测后,微中央处理单元(MCU)62关闭第 二负载Q2及第一负载Q1,并将所测得的取样参考电压与负载电压值由微中央处理单元(MCU)62依据上述监测方法的流程16与计算关系式,计算出待测电源7的内电阻值ri,同时进行与设定的预警值进行比对,在有反应预警必要时透过输出/输入单元(I/O)67进行预警。
[0093] 请参照图4所示,为本发明由电源内阻监测电池效能的监测预警装置的第二实施例逻辑架构电路图,由图中可知本实施例与上述图3大致相同,所不同在于本发明监测预警装置60中,该瞬间电流控制电路65进一步由二个并联的第一、第二功率晶体管Q1、Q2配置,利用二个并联的功率晶体管Q1、Q2配置的顺序启动(on)与关闭(off),得以在所获得的电压曲线中得到二个端电压的下降最低点。
[0094] 请参照图5所示,为本发明由电源内阻监测电池效能的监测预警装置的第二实施例逻辑架构电路图,本发明的监测预警装置60的电路架构,其架构大体上皆同于上述第4图的第二实施例,其中所不同之处在于该单一待测电源的外挂负载63的电阻值很小时,可以进一步的配合一放大器68配置与该微中央处理单元(MCU)62连结,此时,该外挂负载63的电阻值较佳的可以设定在5000uΩ以下的范围。
[0095] 请参照图6所示,为本发明由电源内阻监测电池效能的监测预警装置的第二实施例逻辑架构电路图,在本实施例的监测预警装置60的电路架构中,其架构大体上皆同于上述图4的第二实施例,其中不同之处在于,该外挂负载63采用分流器单元(Shunt Unit S)作为外挂负载63S,在具体的实施例使用上该单一待测电源的分流器负载组件可以采用一种分流电路配置使用,而达到与上述实施例相同的功效。
[0096] 本发明所提供的由电源内阻监测电池效能的预警方法及其装置,在此处所公开的实施例是用来解释而非用来过度限制本发明的申请专利范围,凡本发明所述的其它实施例与技术手段,均应视为本发明的保护范围内。
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