CN1267742C - 车用电源的监测预警方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种车用电源的监测预警方法及装置，是利用一并联于车用电源的监测预警装置，利用功率晶体对待测电源进行大电流负载的瞬间放电，以获得取样电压值而极为省电及精确，可适用于长时间的监测上。其中，该监测预警方法包含：瞬间取样、数值计算、结果显示、及间隔待测等步骤；且该监测预警装置包括：一稳压电路、一CPU、一电压取样电路、一电流负载控制电路、一灯号状况显示电路等构成。
Description
技术领域：
本发明为一种车用电源的监测预警方法及装置，其是藉由大电流负载的瞬间放电，以获得车用电源的并联端的取样电压值，以进行长时间的监测；其中，车用电源是包括一电池、一发电机或充电器。
背景技术：
按，一般电池(如以NP型电池为例)，若放电电流越小，维持其稳定输出电压的时间也就越长，其放电特性的关系如图9所示；且环境温度亦会影响电池实际可供利用的容量，及电池的储藏寿命，其温度特性及储藏特性的关系如图10、图11所示；因此，车用电池的寿命常视环境温度、充电条件、充电时间、及负载放电而定；此外，若车辆的发电机有充电不良的情形，则车辆的电气设备将大量耗损电池的电力，电池寿命将异常缩减。
再者，现有的车辆设备，并无法随时监测电池的供电状况及发电机的充电状况，因此，人们只有在无法发动车辆时，经由人工检查，才得知电池的供电不足，且只有在电池寿命异常缩减时，经由技术人员的专业检修及外接仪器的量测，才得知发电机的充电异常；故，在使用上，实有未尽理想之处。
为了克服上述现有车辆设备无法监测电池的供电现况，相关的技术文件，例如：日本特许公开番号特开2000-308277号便揭露了一种「自动车用电源监视装置」，该公开文件提供车用电池输出电压下降时，其输出电压值下降较大值所对应的复数个供电插座将经由其电路所对应的遮断部动作而切断其电气机具回路，该遮断部系受电压检出部之监测电池之输出电压值低于所预设之输出值时才动作，以免车用电池在无预警使用下而耗尽电池能量，其立意虽佳，但其监测到电压值低下之时，电池能量业已秏去一大半，未能真正做到随时监控电池之供电正常状态且监控系统消秏电池的能量过大，实非良乎策。
发明内容：
本发明的主要目的，即为提供一种可长时间监测的车用电源的监测预警方法及装置，且该方法及装置明显具备下列优点、特征及目的：
01、本发明方法因是利用功率晶体做短时间的开关切换，以对待测电池进行瞬间的大电流负载放电，以获得取样电压值，故极为省电及精确。
02、本发明装置所占的体积很小，故可长期安置在电源上，以随时监测电池的状态。
03、本发明装置因是与电池及发电机(或充电器)并联，故亦可随时监测发电机或充电器是否正常。
04、本发明装置可于系统内设定预警值，以提供早期预警，避免任凭电池的电力耗尽而发生其寿命异常缩减的状况。
05、本发明装置亦可将预警值设定为多段者，而进行多段式的预警显示，以提供分阶段的预警期。
本发明为达成上述目的及功效，其所采行的技术手段包括：一种车用电源的监测预警方法，该监测预警方法包含以下的步骤：
(a)瞬间取样的步骤，利用功率晶体做短时间的开关切换，且串联一低电阻，以对待测电池进行瞬间的大电流负载放电，而测得一取样电压值，并依系统的设定而重复N次，使系统获得N个取样电压值；
(b)数值计算的步骤，系统计算出取样电压的平均值；
(c)数值比对的步骤，系统将步骤(b)所求取的平均值与设定的预警值相比对；
(d)结果显示的步骤，系统将步骤(b)数值计算的结果输出至可供显示的单元，且若步骤(c)的比对结果已达预警值，则即进行预警显示；
(e)间隔待测的步骤，依系统的设定时间，进行间隔时间的计时，以等待下一次的量测；
且步骤(a)至步骤(d)为监测过程，步骤(e)为待测过程；藉此，可长时间监测电池状态及充电状况。
本发明的特征、技术手段、具体功能、以及具体的实施例，继以图式、图号详细说明如后：
附图说明：
图1是本发明方法的步骤流程方块图；
图2是本发明方法的软件流程示意图；
图2A是本发明方法的取样时间示意图；
图3是本发明装置较佳实施例的硬件方块图；
图4是本发明装置第二实施例的硬件方块图；
图5是本发明装置第三实施例的硬件方块图；
图6是本发明装置第四实施例的硬件方块图；
图7是本发明装置较佳实施例的电路示意图；
图8、图8A是本发明装置实际测量的实验图表；
图9是NP型电池放电特性的关系示意图；
图10是NP型电池温度特性的关系示意图；
图11是NP型电池储藏特性的关系示意图。
具体实施方式：
如图1所示，是本发明方法的步骤流程方块图；其中，可知该监测预警方法包含以下的步骤：
步骤1，是瞬间取样的步骤，利用功率晶体做短时间的开关切换，以对待测电池进行瞬间的大电流负载放电，而测得一取样电压值，并依系统的设定而重复N次，使系统获得N个取样电压值；
步骤2，是数值计算的步骤，系统计算出取样电压的平均值；
步骤3，是数值比对的步骤，由于电池特性的使然(如图9、图10所示)，其特性曲线的斜率常在末段发生急遽变化，而难以预测，因此，系统可设定有一预警值，而将步骤2所求取的平均值与之相比对；
步骤4，是结果显示的步骤，系统将数值计算的结果输出至可供显示的单元，且若步骤3的比对结果已达预警值，则即进行预警显示；
步骤5，是间隔待测的步骤，依系统的设定时间，进行间隔时间的计时，以等待下一次的量测；
且步骤1至步骤4为监测过程，步骤5为待测过程；藉此，可长时间监测电池状态及充电状况是否异常。
此间应予说明者，步骤3的预警值，进一步可为多段设定者，则在执行步骤3时，将可进行多段式的预警显示，以提供分阶段的预警期。
如图2所示，是本发明方法的软件流程示意图；其中，该软件流程10包括：
流程11，是系统开始，系统硬件中断向量地址，为软件程序的起始点；
流程12，是系统初始化，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；
流程13，是系统设定预警值；
流程14，是激活负载，激活功率晶体，以增加负载电流；
流程15，是电压的取样侦测，瞬间取样的侦测时间为T1，此外，系统可由电压/电流的关系式换算，而求得此时的电流，故亦可为电流的取样侦测；
流程16，是关闭负载，关闭功率晶体，以去除负载电流；
流程17，是取样侦测次数的判定，若尚未完成N次取样侦测的系统设定值时，则再次回到流程14，执行下一次的取样侦测，直到已完成N次取样侦测的系统设定值时，即执行流程18；
流程18，是计算取样电压的平均值，亦可为计算取样电流的平均值；
流程18a，是数值比对，将流程18的结果与预警值相比对；
流程18b，是控制显示单元，并将流程18的结果输出显示，且若流程18a比对结果已达预警值，即执行预警显示；
流程18c，是待测计时，定时器开始计数待测间隔的时间，且执行下一流程19；
流程19，是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18c，继续计时，直到已达系统设定的T2值时，即再次回到流程14，执行下一周期的取样侦测；
且流程14至流程19为取样侦测的一周期，可为软件流程10中的主回路。
此间应再予说明者，流程13的预警值，进一步可为多段设定者，则在执行多段式的预警显示，可提供分阶段的预警期。
如图2A所示，是本发明方法的取样时间示意图；如图所示，X轴向为时间，Y轴向为电压值；则根据本发明法，T1为进行电压瞬间取样的侦测时间(其中，T1值可为1000μsec以下，且较佳值为50μsec)，且T2为待测间隔的时间(亦可为结果显示的时间)，意即：在完成N次取样侦测的系统设定值时，显示结果才会更新，而T2亦才会重新计数，以达到自动循环操作的目的，进而能长时间监测电池。
如图3所示，根据本发明法在较佳实施例中，该监测预警装置20是与待测电源30并联，且待测电源30电源由一电池B2及一其它电源来源设备S1所并联构成；该监测预警装置20包含一稳压电路21、一CPU22、一电压取样电路23、一电流负载控制电路24、及一灯号状况显示电路25等；其中：
该稳压电路21，是供应CPU22及工作电路的工作正常者，可输出平稳的电源；
该CPU22，是控制整体的电路动作，由电压或电流的侦测取样，至储存数据，至数值计算，至结果输出等；
该电压取样电路23，是每隔T2时间，CPU22即由此向待测电源取得电压及电流的数据，再送到CPU22做处理；
该电流负载控制电路24，是由CPU22依照软件程序，控制加载电流负载，以测试待测电源30的输出电能量(其瞬间电流可从1A～300A可调)；
该灯号状况显示电路25，是由CPU22依照测量的结果，以不同的灯号颜色指出状况；
此装置接上电池B2的电路时，电流经过稳压电路21，而使CPU22开始工作，CPU22在空载情形下，先取样读取电池B2的电压，再以极短的取样侦测时间T1，经由电流负载控制电路24加负载，并经由电压取样电路23取样读取此时电池B2的电压；
在待测间隔时间T2内，以取样侦测时间T1连续取样读取电池电压N次(N由2至4为最佳值)，关掉负载控制电路24后，再予以计算平均值，并将结果输出送到灯号状况显示电路25指示灯号显示状况，以大电流负载放电读取正确电池B2的电压及内阻，且能达到省电的目的，俾利于长期的监测或预警；
其它电源来源设备S1，可为发电机或充电器者。
如图4所示，根据本发明法在第二实施例中，该监测预警装置，进一步可包含一电池极性逆向保护电路26、一声音报警警告装置电路27等；其中：
该电池极性逆向保护电路26，是避免正负极性接反所可能导致的损坏，因此，即使在电池极性逆向时，仍可确保本发明装置的安全；
该声音报警警告装置电路27，是由CPU22依照测量的结果，在危险时(例如：电池低电压时)，即以声音警报指出状况；
当电池B2老化、损坏时，本发明装置的第二实施例，除了灯号警告外，亦将可同时以声音提供警讯。
如图5所示，根据本发明法在第三实施例中，该监测预警装置，进一步又可包含一电源状态侦测电路28、一电表显示装置281、及一数字信号界面转换器282等；其中：
该电源状态侦测电路28，CPU22即由此向待测电源30取得测试电压及电流的资料，以判断待测电源30的状况，再送到CPU22做处理；
该电表显示装置281，是由CPU22依照测量的结果，以电表显示数字指出状况；
该数字信号界面转换器282，是由CPU22依照测量的结果，可经由界面与外界做沟通、连系；
由于本发明装置是并联于电池B2及其它电源来源设备S1(可为发电机或充电器)上，因此，当有发电或充电的情形时，并联端所量测到的电压波形会明显向上提升，藉此，即可判别除了电池B2外，是否有其它直流的电力来源，并可由CPU22来切换不同模式的侦测方式，以获得最正确的数据；而当有发电或充电不良的情形时，并联端所量测到的电压波形将无法达到预期的上升值，藉此，即可由电源状态侦测电路28判断出待测电源30有发电或充电不良的状况，并由CPU22做出灯号警告、或声音警讯、或电表数字显示，以提供早期预警，避免任凭电池的电力耗尽而发生其寿命异常缩减的状况。
如图6所示，根据本发明法在第四实施例中，该监测预警装置，进一步又可包含一电池温度侦测电路29、一电池温度感知器291等；其中：
该电池温度侦测电路29，是可由电池温度感知器291量测出电池的温度，再把资料经由CPU22对应电池温度的特性曲线，以计算出精密的电池容量，而避免环境因素的影响所可能导致的偏差，并修正设定的预警值(因为，环境温度会影响电池的曲线图，如图10、图11所示)；故，本发明装置的第四实施例，可监测电池B2温度，并防止过充或过度放电。
如图7至图8A所示，本发明装置较佳实施例的电路示意图，如图7所示，其中，Q1为功率晶体、R2为压降组件、B3为待测电池、D4为LED指示器；本发明装置实际测量的实验图表，如图8、图8A所示。
Claims (10)
1.一种车用电源的监测预警方法，其特征在于：该监测预警方法包含以下的步骤：
(a)瞬间取样的步骤，利用功率晶体做短时间的开关切换，且串联一低电阻，以对待测电池进行瞬间的大电流负载放电，而测得一取样电压值，并依系统的设定而重复N次，使系统获得N个取样电压值；
(b)数值计算的步骤，系统计算出取样电压的平均值；
(c)数值比对的步骤，系统将步骤(b)所求取的平均值与设定的预警值相比对；
(d)结果显示的步骤，系统将步骤(b)数值计算的结果输出至可供显示的单元，且若步骤(c)的比对结果已达预警值，则即进行预警显示；
(e)间隔待测的步骤，依系统的设定时间，进行间隔时间的计时，以等待下一次的量测；
且步骤(a)至步骤(d)为监测过程，步骤(e)为待测过程；藉此，可长时间监测电池状态及充电状况。
2.根据权利要求1所述的车用电源的监测预警方法，其特征在于，该预警值，进一步可为多段设定者，则在执行步骤(d)时，将可进行多段式的预警显示，以提供分阶段的预警期。
3.一种车用电源的监测预警方法，其特征在于：该软件流程包括：
(1)系统开始，系统硬件中断向量地址，为软件程序的起始点；
(2)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；
(3)系统设定预警值；
(4)激活负载，激活功率晶体，以增加负载电流；
(5)电压的取样侦测，瞬间取样的侦测时间为T1，系统可由电压/电流的关系式换算，而求得此时的电流，故亦可为电流的取样侦测；
(6)关闭负载，关闭功率晶体，以去除负载电流；
(7)取样侦测次数的判定，若尚未完成N次取样侦测的系统设定值时，则再次回到流程(4)，执行下一次的取样侦测，直到已完成N次取样侦测的系统设定值时，即执行流程(8)；
(8)计算取样电压的平均值，亦可为计算取样电流的平均值；
(9)数值比对，将流程(8)的结果与预警值相比对；
(10)控制显示单元，并将流程(8)的结果输出显示，且且若流程(9)比对结果已达预警值，即执行预警显示；
(11)待测计时，定时器开始计数待测间隔的时间；
(12)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(11)，继续计时，直到已达系统设定的T2值时，即再次回到流程(4)，执行下一周期的取样侦测；
且流程(4)至流程(12)为取样侦测的一周期，可为软件流程中的主回路。
4.根据权利要求3所述的车用电源的监测预警方法，其特征在于，该预警值，进一步可为多段设定者，则在执行多段式的预警显示，可提供分阶段的预警期。
5.根据权利要求3所述的车用电源的监测预警方法，其特征在于，该T1值，可为1000μsec以下，且较佳值为50μsec；该N值，是以2至4为最佳值。
6.一种车用电源的监测预警装置，该监测预警装置是与待测电源并联，且包含一稳压电路、-CPU、-电压取样电路、-电流负载控制电路、及一灯号状况显示电路；其特征在于：
该稳压电路，是供应CPU及工作电路的工作正常者，可输出平稳的电源；
该CPU，是控制整体的电路动作，由电压或电流的侦测取样，至储存数据，至数值计算，至结果输出；
该电流负载控制电路，是由CPU依照软件程序，控制加载电流负载，以测试待测电源的输出电能量；
该灯号状况显示电路，是由CPU依照测量的结果，以不同的灯号颜色指出状况；
该待测电源，是由一电池及一其它电源来源设备所并联构成；
藉此，每隔T2时间，CPU即以T1为瞬间取样的侦测时间，经由电压取样电路向待测电源取得电压及电流数据，以作处理，并可将量测结果输出至灯号而显示状况，以利于长期的监测或预警。
7.根据权利要求6所述的车用电源的监测预警装置，其特征在于，该其它电源来源设备，可为发电机或充电器者；该电流负载控制电路，其瞬间电流为从1A至300A可调。
8.根据权利要求6所述的车用电源的监测预警装置，其特征在于，该监测预警装置，进一步可包含一电池极性逆向保护电路、一声音报警警告装置电路；其中：
该电池极性逆向保护电路，是避免正负极性接反所可能导致的损坏；
该声音报警警告装置电路，是由CPU依照测量的结果，在电池低电压及充电机故障时，以声音警报指出状况；
藉此，当电池老化、损坏、或其它电源来源设备不良时，可以声音提供警讯。
9.根据权利要求8所述的车用电源的监测预警装置，其中，该监测预警装置，进一步又可包含一电源状态侦测电路、一电表显示装置、及一数字信号界面转换器；其特征在于：
该电源状态侦测电路，CPU即由此向待测电源取得测试电压及电流的资料，以判断待测电源的状况，再送到CPU做处理；
该电表显示装置，是由CPU依照测量的结果，以电表显示数字指出状况；
该数字信号界面转换器，是由CPU依照测量的结果，可经由界面与外界做沟通、连系；
藉此，可判别出是否有其它直流的电力来源，并可藉由CPU来切换不同模式的侦测方式，且可由电源状态侦测电路判断出待测电源有无发电或充电不良的状况，并由CPU做出灯号警告、或声音警讯、或电表数字显示，以提供早期预警。
10.根据权利要求9所述的车用电源的监测预警装置，其中，该监测预警装置，进一步又可包含一电池温度侦测电路、一电池温度感知器；其特征在于：
该电池温度侦测电路，是可由电池温度感知器量测出电池温度，再把资料经由CPU对应电池温度的特性曲线，以计算出精密的电池容量，而避免环境因素的影响所可能导致的偏差，并修正设定的预警值；藉此，可监测电池温度，并防止过充或过度放电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: HUANG YONGSONG Free format text: FORMER OWNER: JINBAIDA SCI-TECH CO., LTD. Effective date: 20111231 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20111231 Address after: Taipei City, Taiwan, China Patentee after: Huang Yongsong Address before: Taiwan, Taipei, China 100 new South Road, Lane 160, No. 27, 4F Patentee before: Jinbaida Science & Technology Co., Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060802 Termination date: 20181102 |