CN1808150B - 具有电源噪声信号模式分析功能的车辆电池保护方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有电源噪声信号模式分析功能的车辆电池保护方法及其装置，其并联于车辆电池，而可藉识别车辆激活或停止的噪声信号模式分析方法以管理正常或非正常用电的电池保护方法及装置，包含：一电源特性感测装置，可检测车辆主电池与备用电池电压、电流值与电源噪声信号；一电源特性分析方法，可利用电源特性分析电源电压、电流与噪声信号的频谱模式，进而判断车辆运作状态与电力状态；一电力管理与控制单元，可藉可变计时电路调选时间区间，并依据车辆运作状态与电力状态，产生切换或切断主电池或备用电池的管理措施；藉此，可避免电池电力在车辆引擎发电机停止后，发生电器使用的电力耗竭，致产生车辆无法再激活而影响使用安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆用电池的保护方法及其装置，尤其是一种具有车辆电池电源噪声信号模式分析功能的电力耗用状态与电池电力的管理方法，并通过实体电路实施。本发明应用于具有引擎激活装置与充电装置的车辆用电池的安全管理。
背景技术
现代车辆各系统的可靠度受到普遍的重视，一般而言，车辆电力的供应注重在正确与安全，提供稳定、适当与方便的电力以供车辆与人员使用，为电力供应系统重要的目标之一。然而，车辆的电力消耗日趋复杂，当车辆停止关闭电源开关后，电池仍要供应电力给予手提电脑、阅读灯、音响、空调系统、微波炉、冰箱等电器用品，甚至可能车辆使用者忘记关闭大灯，或经长时间停车，也会耗尽电力。车辆电动激活装置，例如激活马达，需要一定的电压与电流强度才能运作，也才能激活车辆引擎进而带动发电机，当电池耗尽或电压与电流低于所需要的电力时，引擎的激活装置将无法正常运作，车辆引擎也无法激活，造成安全与使用上的问题。
为能使车辆在停车关闭引擎后，能有足够的电池电压与电流可以再激活装置带动引擎，已有诸多对于电池电力管理的已知技术，如中国台湾专利公告第548863号与美国专利US 6,696,815，其运用充电技术使电池能充饱以供应可能使用的电力；如美国专利US 6,437,575可以量测显示电池的电量；如Johnson于J.of Power Sources，2002年提供的研究结果，其系可以量测电池的内电阻；如台湾专利公告第579342号系装设电压取样电路方法；这些技术提供了预备或警示的功能。
车辆在停止引擎后，电池充电器的电力供应也随的停止，电池不再继续充电，随车辆电力的使用，电池将持续放电，甚至耗尽主电池与备用电池电力。习知技术运用引擎停止后，立即或一段时间即切断电池的电力供应，如美国专利US 4,493,001、US 6,111,731与US 5,327,068，这些技术可以符合车辆在停止引擎后不再需要用电力的需求。然而，车辆内电器日益增多，在停止引擎后仍继续使用手提电脑、阅读灯、音响、空调系统、微波炉、冰箱等电器用品是为正常使用目的。其它的正常使用目的，仍有防盗系统或警示车灯等。对于不正常的电池放电、忘记关闭大灯、漏电等，也会逐步耗尽电池电力。为适当正常使用目的，并避免不正常使用目的，而能确保电池有足够的电力可以供下次激活所需是相当重要的。
由于车辆引擎停止后，各电器可能仍在使用中，为避免电力耗尽应进行电力管理，在安全激活的考量下，对于不同状况时切断主电池而后切断备用电池电源供应。而当激活装置使引擎再度激活时，可能造成断电使电器使用中断或手提电脑重新开机等不便利使用状况，而当引擎激活带动发电机为电池恢复继续充电，则各电器还可继续使用。对于一个独立系统的电池保护装置，在不截取车辆行控计算机资料、且仅并联于电池组电源线，对于车辆激活的检测，如美国专利US 5,903,063提出点火噪声信号过滤与放大的范例，如台湾专利公告第579342号使用电压降落以为判别的范例。但是，各电器的用电与车辆点火激活装置用电，对电池而言均是放电，皆会产生电压降落讯号或产生电池供应电力的噪声信号。为适应车辆各种电器使用不同的组合，如引擎关闭后继续使用手提电脑与车内电灯、如车辆由引擎关闭重新激活而手提电脑或电器用品不致断电等，由噪声信号或电压降落仅可检知电池耗电，在判断车辆停止状态、车辆激活状态、电池电源管理状态、安全保护等，则需要由并联的电源线对放电模式识别以判别的，并由判别的结果引演出对车辆电源在正常使用与非正常使用下电池电源管理，以避免车辆与车辆使用人的安全问题是另一重要的技术。
发明内容
本发明的目的是提供具有电源噪声信号模式分析功能的车辆电池保护方法及其装置，其车辆电器使用与激活装置使用电池电力的噪声信号分析判别的方法及装置，并用以对车辆引擎停止后电池电力管理的方法的电池保护装置，以正确有效管理电池电力于正常使用与非正常使用，并避免电力耗尽产生车辆再激活与安全问题的缺点。
为达上述目的，本发明提出一种并联于电池电源供应电源线，具有对车辆激活装置与电器使用的噪声信号以频谱模式分析进行用电识别的装置，以及对车辆停止引擎后电池电力保护管理的方法与装置。本发明利用并联于主电池与备用电池的电池电源供应电线，以检测电池组电压、电流与车辆引擎运行时产生的噪声信号，并以检测获得的电压、电流噪声信号特性，经由模式分析与识别，产生对电池的保护与用电管理；在车辆引擎激活时，判别车辆引擎与车辆发电机是否正常激活而非其它电器耗电，并开始对电池组充电；在车辆停止引擎与发电机关闭后，激活电池电力管理判别车辆是否正常停止，是否为正常或非正常用电；在电池电力正常使用与非正常使用时，管理主电池的电力切断与维持、管理备用电池的电力切断与维持、显示与警示电池状态、主电池与备用电池的安全与保护。在本发明较佳实施例中，由于以电流、电压状态与噪声信号模式构成不同电力频谱，经适当分析后，可以正确对车辆状态正确判别及管理电池电力的优点，对于车辆停止后，改善电力耗尽造成再激活困难与提高车辆电池的保护与改善车辆用电安全，并可在主电池与备用电池间，依据电力管理进行最大用电切换，予使用者便利。
在一种实施方式中，包括以下步骤：
a)检测电池组电压、电流与车辆引擎运行时产生的噪声信号，从车辆主电池与备用电池电源正负极端截取电源信号，其包括：
a1)在每一间隔取样时间内，测量主电池电压；
a2)在每一间隔取样时间内，测量备用电池电流；
a3)在每一间隔取样时间内，测量备用电池电压；
a4)在每一间隔取样时间内，测量车辆发电机电源噪声信号；以及
b)检测获得的电压、电流噪声信号特性，经由模式分析与识别，产生对电池的保护与用电管理，其包括：
b1)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号的数值均高于第三电压值，采取第一电力管理模式；
b2)当主电池电压在固定时间连续取样信号的数值均低于第一电压值，采取第二电力管理模式；
b3)当电流在固定时间内的连续取样信号的数值均高于极限电流，采取第七电力管理模式，其中，电流固定时间内的连续取样时间可为5～8个；
b4)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号的数值均低于第三电压值高于第二电压值、当电源噪声信号变化值符合发动机对电池充电的噪声信号模式，判断为车辆正常激活且发电机正常对主电池及备用电池充电，采取第三电力管理模式；
b5)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号的数值均低于第二电压值、当电源噪声信号变化值不符合发动机对电池充电的噪声信号模式，判断为车辆引擎已停止并停止对电池充电且其它电器继续用电，采取第四电力管理模式，；
b6)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号其数值均低于第一电压值、当电源噪声信号变化值不符合发动机对电池充电的噪声信号模式时，判断为车辆引擎已停止并停止对电池充电且其它电器继续用电致主电池电力降低至安全界限情况，采取第六电力管理模式。
其中，检测获得的电压、电流噪声信号特性，经由模式分析与识别，产生对电池的保护与用电管理的步骤中，电压、电流符合下列关系式：
0.75×VP≤第一电压值VL≤0.95×VP
1.115×VP≤第二电压值VH≤1.120×VP
1.27×VP≤第三电压值VU≤1.32×VP
1.4×AP≤限量电流AR≤1.75×AP
其中，VP为电池标称电压，AP为电池标称电流。
其中所述噪声信号模式分析的噪声信号判别可进一步简化成下列关系式：100mV～2.4V≤电源噪声信号变化值VN≤150mV～4.8V。
在另一种实施方式中，包括以下步骤：
步骤a)中由主电池电源正负极端截取电源信号，包括：
a1’)在每一个确定取样时间，测量主电池电压；
a2’)在每一个确定取样时间，测量备用电池电压；
a3’)在每一个确定取样时间，测量车辆发电机电源噪声信号；
步骤b)以检测获得的电压、电流噪声信号特性，经由模式分析与识别，产生对电池的保护与用电管理，包括：
b1’)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号其数值均高于第三电压值时，采取第一电力管理模式；
b2’)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号其数值均低于第一电压值时，采取第二电力管理模式；
b3’)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号其数值均低于第三电压值高于第二电压值、当电源噪声信号变化值符合发动机对电池充电的噪声信号模式时，判断为车辆正常激活且发电机正常对主电池及备用电池充电，采取第三电力管理模式；
b4’)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号其数值均低于第二电压值、当电源噪声信号变化值不符合发动机对电池充电的噪声信号模式时，判断为车辆引擎已停止并停止对电池充电且其它电器继续用电，采取第四电力管理模式；
b5’)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号其数值均低于第一电压值、当电源噪声信号变化值不符合发动机对电池充电的噪声信号模式时，判断为车辆引擎已停止，并停止对电池充电，且其它电器继续用电致主电池电力降低至安全界限情况，采取第六电力管理模式。
其中，电压符合下列关系式：
0.70×VP≤第一电压值VL≤0.90×VP
1.113×VP≤第二电压值VH≤1.118×VP
1.26×VP≤第三电压值VU≤1.30×VP
其中，VP为电池标称电压，AP为电池标称电流。
其中，所述噪声信号模式分析的噪声信号判别可进一步简化成下列关系式：100mV～2.4V≤电源噪声信号变化值VN≤150mV～4.8V
为了便于理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例的电池保护装置示意图；
图2A是车辆电器产生的高频噪声信号波形图；
图2B是车辆电器产生的中频噪声信号波形图之一；
图2C是车辆电器产生的中频噪声信号波形图之二；
图2D是车辆电器产生的低频噪声信号波形图；
图2E是一次发生的车辆电器噪声信号波形图；
图3是本发明一较佳实施例的噪声信号接收测量电路说明图；
图4A是本发明的电源噪声信号模式分析方法主要程序流程图；
图4B是本发明的电源噪声信号模式分析方法的程序一流程图；
图4C是本发明的电源噪声信号模式分析方法的程序二流程图；
图4D是本发明的电源噪声信号模式分析方法的程序三流程图；
图4E是本发明的电源噪声信号模式分析方法的程序四流程图。
附图标记说明：1(车辆)主电池；2(车辆)备用电池；11、21车辆主电力系统；12、22-(并联于电池的)连接线；3电池保护装置；31供电保护单元；311过电压保护器；312低电压保护器；313反向保护器；314短路保护器；32电源特性感测单元；321取样时间电路；322电压接收测量电路；323电流接收测量电路；324噪声信号接收测量电路；3241噪声信号输入端；3242基准信号；3243运算放大器；3244回馈；3245信号处理器；33电源特性分析单元；331频谱分析器；332模式产生器；333电力管理器；34致动单元；341可变计时电路；342输出控制器；343电源切断与连接电路；35警示/显示单元；351显示器；352警示器；4外接设备；VP电池标称电压；VL第一电压值；VH第二电压值；VU第三电压值；VN电压噪声信号变化值；AP电池标称电流；AR极限电流。
具体实施方式
为了说明本发明较佳实施例的电池保护方法与装置，以下以一个但不限具有如下规格的车辆电力系统来详细说明其特征和优点：如图1所示，
主电池组1：一组12VDC铅酸电池，即标称电压Vp＝12VDC、标称电流Ap＝4A
备用电池组2：一组12VDC铅酸电池，即标称电压Vp＝12VDC、标称容量为4AH
车辆发电机：具电动起动马达的车辆发电机。
电池保护装置3与车辆电力系统连接方式：于主电池1及备用电池2正极并联、串联于车辆电力系统的外接设备4。
需要说明的是，虽然以下详细说明将提及本发明的较佳实施例以及使用方法，但本发明并不受限于本发明的较佳实施例以及使用方法。
(一)、本发明较佳实施例的电源噪声信号模式分析方法：
本发明较佳实施例的电源噪声信号模式分析方法对于仅有电源端的电源信号来源，而未有车辆控制信号的引入，由电源信号判别车辆引擎是否正常运行或已关闭引擎，进而可以产生电池保护与电力管理的策略。车辆主电池组1与备用电池组2在输出电力时，会产生电压与电流，对于电压与电流的变化或快速降落，不能确实证实为车辆是否正常激活与引擎运行或关闭引擎，其主要原因为车辆有外接设备4，即常外接许多电器使用，如手提电脑、手提电话、阅读灯、音响、空调系统、微波炉、冰箱等电器用品，在使用时均会产生电压与电流的变化或快速降落的电压与电流波动，仅由电压与电流波动为电池电力管理与电池保护，常有混淆不明的情形。而车辆外接设备与引擎运转带动发电机，则具有电压变化与噪声信号变化的双重现象。车辆外接设备中，直接使用电源的电器运作时除产生电压降落外，亦会产生不同频率的噪声信号，如车辆电灯、点烟器直接输出使用等，具有低频率的振荡噪声信号；DC-DC经变压后的供应的电器，如手提电脑、手提电话、冰箱、空调设备等，运作时具有高频率的振荡噪声信号；而仅有发动机运作时，会连续产生中频且约3～100mV连续三组的噪声信号波动。而车辆在引擎激活发电机运行时也会有电压噪声信号且有电池电压上升产生，却是判断车辆引擎发电机是否运行的另一个信号来源。
本发明一较佳实施例的电源噪声信号模式分析方法说明如下：在间隔取样时间内，对车辆主电池的电压、电流、备用电池电压、电流、车辆运行时产生的电压噪声信号进行取样，依据特定的取样区间，取样的数值与主电池基准电压、电流、备用电池基准电压、电流、背景基准噪声信号，进行数值比较；在复数个取样时间，车辆主电池的电压、电流、备用电池电压、电流、车辆引擎运行时产生的噪声信号会产生变化波形与发生的频率；当车辆激活、引擎运行、停车、关闭引擎，由主电池的电压、电流、备用电池电压、电流、车辆引擎运行时产生的电压噪声信号数值变化与发生频率变化及变化波形，具有不同的频谱，经由不同的频谱进行模式比对分析，则可识别车辆引擎是否正常运行或已关闭及主电池与备用电池状态。其中，取样时间的调整与是否可以正确的取得所需要的资料，具有直接的关系。为减低电路复杂性，由于采用的基准数值、适当取样时间与配合的复数个取样时间，本发明仅截取主电池的电压、备用电池的电压、电流与车辆引擎发电机运行时产生的噪声信号，即可正确的识别车辆引擎是否激活发动机对电池充电、车辆是否已关闭发电机停止对电池充电或依据电池供电时间与电压降落的限制而切断主电池与备用电池供电，此为本发明的特征之一。
车辆引擎激活发电机开始为电池充电的判断方法，为以车辆引擎激活发电机产生的噪声信号以频谱模式进行比对，其第一频谱模式要项：依据车辆引擎运行时产生的噪声信号于最佳的判断取样时间，本发明的较佳实施例为连续5～10个取样时间，都探测到车辆引擎运行时产生的噪声信号符合频谱的特性则输出高电位，若有一次不满足则重新探测。第二频谱模式要项：依据汽车主电池电压最佳的判断取样时间，本发明的较佳实施例为连续3～8个取样时间，都探测判断汽车电池电压都达到电池高于第二电压值VH，有一次达不到电池高于第二电压值VH则重新探测。当第一频谱模式要项与第二频谱模式要项同时满足时，则判断车辆引擎激活发电机开始运作供电，经判别将欲采取的复归措施，进行对主电池与备用电池充电。
车辆引擎停止电池充电的判断方法，为以车辆引擎停止的噪声信号以频谱模式进行比对，第一频谱模式要项：当车辆在行驶时，车辆发电机通过主电池继电器和备用电池继电器为备用电池充电，此时仍持续探测车辆电池电压、电流、车辆发电机的电压噪声信号，当车辆停止熄火引擎停止时，汽车发电机电压噪声信号即停止产生。依据车辆引擎运行时产生的噪声信号最佳的判断取样时间，本发明的较佳实施例为连续5～10个取样时间，都探测到没有车辆引擎运行时产生的噪声信号符合频谱的特性，若有一次不满足则重新探测。第二频谱模式要项：依据汽车主电池电压最佳的判断取样时间，本发明的较佳实施例为连续3～8个取样时间，都探测判断汽车电池电压都低于电池第二电压值VH，有一次达不到电池第二电压值VH则重新探测。当第一频谱模式要项与第二频谱模式要项同时满足时，判断确定车辆引擎已停止且发电机已经停止供电，经判别将欲采取的电池供电措施，切断备用电池使备用电池不再继续受主电池充电，由主电池供电。
主电池停止供电的判断方法，具有二个条件，第一条件为依据预设的供电时间，当供电时间到达时，则满足此条件；第二条件为主电池电压低于第一电压值VL，则满足此条件。此二个条件的任一条件满足时，切断主电池供电，连接备用电池，由备用电池供电。其中，预设的供电时间依据电池容量、车辆耗电、车辆再激活所需的电量而调整设定。
备用电池停止供电的判断方法为备用电池电压低于第一电压值VL时，切断备用电池供电。
(二)、本发明的较佳实施例的供电保护单元31
如图1所示，本发明装置较佳实施例的供电保护单元31，其中，过电压保护器311防止回路中受电池过高电压产生损坏组件，并可输出信号给输出控制器342产生电力切断或连接信号，对电池供电进行切断或接通；低电压保护器312防止电池过低造成电池钝化，并可输出信号给输出控制器342产生电力切断或连接信号，对电池供电进行切断或接；反向保护装置313，用以防止电池反接时造成组件损坏；短路保护器314，用以防止当外界短路发生时，烧毁本电池保护装置。
(三)、本发明的较佳实施例的电源特性感测单元32
本发明的较佳实施例的电源特性感测单元32说明如下：有一个可对不同接收测量电路设定不同取样时间的取样时间电路321、有一个主电池1的电压接收测量电路322、有一个备用电池2的电流接收测量电路323、有一个车辆引擎发电机运行电源的噪声信号接收测量电路324，主电池的电压接收测量电路322在一个适当确定取样时间，探测一次车辆主电池1的电压，输入电源特性分析单元33的频谱分析器331的输入端；备用电池2的电流接收测量电路323在一个适当确定取样时间，探测一次车辆备用电池2的电流，输入电源特性分析单元33的频谱分析器331的输入端；噪声信号接收测量电路324在一个适当确定取样时间，探测一次车辆引擎发电机运行时产生的噪声信号，经放大后输入电源特性分析单元33的频谱分析器331的输入端。
本发明为减少或简化探测器组件及电路，免除设置车辆噪音传感器或温度传感器或截取车辆行控计算机信息等，发展引入电池电源端的噪声信号接收测量电路324，直接获得车辆引擎运行时产生的电源噪声信号。由于电源噪声信号依噪声信号频率与大小，可分成四类，其中第一类为高频噪声信号，由1μs至1ms间，如使用手提电脑或手提电话等DC-DC产生的噪声信号，如图2A所示；第二类为中频噪声信号，由1ms至100ms间，如车辆激活时发电机运作产生约20ms的噪声信号，如图2B所示，或如空调系统产生的约0.1ms的噪声信号，如图2C所示；第三类为低频噪声信号，由500ms至数秒间，如闪烁的车灯噪声信号，如图2D所示；第四类为一次发生噪声信号，如遥控器或车内灯开启产生的噪声信号，如图2E所示。噪声信号接收测量电路324的电路图如图3所示，噪声信号接收测量电路324包含噪声信号输入端3241截取电源的电压，经与设定的电压基准信号3242，由运算放大器3243比较与放大，产生振荡波形、以回馈3244滤除背景噪声信号后，经由信号处理器3245输出电源噪声信号的特性值，以具有可感测微秒至秒间噪声信号的特性。经由电路，使测量值可以送入频谱分析装置进行模式判别。对于电源噪声信号的接收，使用本发明的较佳实施例的噪声信号接收测量电路如图3所示，其中包含了脉冲波形噪声信号探测线路。脉冲波形噪声信号探测线路主要功能为探测主电池的低电位噪声信号，经与参考电位比较产生振荡波形，经由滤波后将振荡波形变成直流波形，输入噪声信号频谱分析器331。虽然发动机激活产生的噪声信号，经由噪声信号接收测量电路324与电源特性分析单元33的频谱分析器331可以正确的量测与判定，但为免于发生例外干扰造成误判，有必要引进更进一步的判别模式。当车辆引擎正常激活使发动机运作，将会使电池充电，即，电压会产生上升，在噪声信号产生且电池电压上升，经与模式比对，二个状况都同时存在且在特定的取样区间均发生时，则可判定有汽车发电机激活且对电池正常充电，此单元产生一个高电位进入特定的电力管理状态，此为本发明的再一特征。
(四)、本发明的较佳实施例的电源特性分析单元33
如图1所示，本发明的较佳实施例的电源特性分析单元33有一个可接收电压、电流、噪声信号特性值的信号并对其特性进行分析的频谱分析器331，用以接收的噪声信号滤取其发动机是否激活的要因特性，经与电压、电流等讯号产生数字信号；有一个可以接收频谱分析器331产生的频谱分析结果并产生车辆电力使用状况的模式产生器332，用以比对频谱分析器输出数字信号，产生对于车辆运行及主电池与备用电池状况的不同匹配的组合与趋动信号；有一个可对车辆电力使用状况的模式，产生电力管理策略的电力管理器333，用以接收到不同的趋动信号，进行管理策略的信号输出给致动单元34，对主电池及备用电池进行切断与连接，电力管理器333并输出信号给警示/显示单元35，使其产生不同组合的灯号显示与不同频率的声响。在本发明较佳实施例，当模式产生器332输出主电池1电压低于第一电压值VL的信号时，模式产生器332输出低电压发生的信号，输出一个频率1Hz、最高5V的脉冲电压使蜂鸣器发出频率为1Hz的报警声。
电源特性分析与产生电力管理的步骤与流程，可识别车辆引擎是否正常运行或是否发电机运作正常且对电池进行充电或已关闭引擎。如图4A～4E所示的为本发明的较佳实施例的电源特性分析与电力管理的步骤与流程方块图，其中，包含以下步骤：
步骤(1)：MPD1经由本发明的电池保护装置安装或重置，MPD2电池保护装置开始初始化及设定基准数值，MPD3进行讯号取样；
步骤(2)：PD1对取样的讯号进行判断，车辆是否激活且发动机是否运作正常，对电池进行判断，电池是否正常且开始充电；
步骤(3)：PD2对车辆进行判断，车辆是否停止且停止对电池充电；
步骤(4)：PD3检查主电池是否耗尽；
步骤(5)：PD3检查备用电池是否耗尽；
步骤(6)：进行电力管理及警示与显示。
电池电力管理如第4A～4E图所示，其中说明对车辆停止引擎后电池电力管理的方法，包含以下步骤：
步骤(1)：PD103当主电池电压高于第三电压值，则发出主电池电压不正常的警示/显示，提醒车辆使用者车辆发电机产生异常电压输出；
步骤(2)：PD106当主电池电压低于第一电压值VL，则发出主电池电压不正常的警示/显示，提醒车辆使用者电池异常；
步骤(3)：MPD4当主电池电压在正常范围，且检测比对噪声信号符合车辆激活发电机正常可对主电池及备用电池充电，则接通主电池与备用电池；
步骤(4)：MPD6当检测主电池电压低于第二电压VH，且检测比对没有噪声信号模式，则切断备用电池，并依据可变定时器设定的时间开始计时；
步骤(5)：MPD9当主电池电压低于第一电压VL或计时到达时，接通备用电池，并MPD10切断主电池；
步骤(6)：PD403当备用电池低于第一电压VL，MPD11则切断备用电池；
步骤(7)：PD404若外部电力使用过大超过负荷或外部电器发生短路，输出电流高于极限电流AR，为安全及防止电池因电量耗尽而钝化，MPD11则切断备用电池；
频谱分析与电力管理的程序流程包括：
流程(1)：MPD2计算第三电压VU、第一电压VL、第二电压VH、电压噪声信号变化值VN等基准数值；
流程(2)：PD101、PD201、PD301、PD401设定各接收讯号的取样时间；
流程(3)：在程序一PD103，比较电池电压是否高于第三电压值VU，如果高于第三电压值VU则输出讯号并进行警示与显示的输出；
流程(4)：在程序一PD106，比较电池电压是否低于第一电压值VL如果高于第一电压值VL则进行警示与显示的输出；
流程(5)：在程序一PD107，比较电池电压是否低于第三电压值VU高于第二电压值VH，如果低于第三电压值VU高于第二电压值VH则进行警示与显示的输出；
流程(6)：在程序一PD108，比对电压噪声信号变化值VN，依据电压及噪声信号值及比对频谱模式，是否符合，如果符合则输出讯号；
流程(7)：在程序二PD203，比较电池电压是否高于第三电压值VU，如果高于第三电压值VU则输出讯号并进行警示与显示的输出；
流程(8)：在程序二PD206，比较电池电压是否低于第二电压值VH，如果高于第二电压值VH则进行继续接收讯号与判断；
流程(9)：在程序二PD207，比对电压噪声信号变化值VN，依据电压及噪声信号值及比对频谱模式，是否符合，如果不符合则输出讯号；
流程(10)：在程序三PD303，比较电池电压是否低于第一电压值VL，如果高于第一电压值VL则进行继续接收讯号与判断；
流程(11)：在程序四PD403，比较备用电池电压是否低于第一电压值VL，如果高于第一电压值VL则进行继续接收讯号与判断；
流程(12)：在程序四PD404，比较备用电池电流是否高于极限电流AR，如果高于极限电流AR则输出信号；
(五)本发明的较佳实施例的致动单元34
如图1所示，本发明装置较佳实施例的致动单元34，包含一可变计时电路341，其内部电路系使用四组拨动开关配合四组电阻组成时间设定线路，可由四组拨动开关分别开或关可组合16种可变计时状态，一个以半小时为间隔的可变计时范例，可以设定从15、30分钟到7个小时、每半小时间隔导通的16种方式；一输出控制器342，连接主电池1、备用电池2、电力管理器333输出至过电压保护器311及电力管理器333输出至低电压保护器312、及可变计时电路341，当电力管理器333给予信号对主电池1或备用电池2切断或连接时，或可变计时电路341计时时间到达时，输出控制器342则输出信号给予电源切断与连接电路343，对外接设备4进行电源供应或切断，或对主电池1或备用电池2停止充电。
(六)、本发明的较佳实施例的显示/警示装置35
如图1所示，本发明装置较佳实施例的显示/警示装置35可接收不同定值与不同电压定值的讯号，产生不同显示与警示。在本发明装置较佳实施例，当电力管理装置333输出控制信号给输出控制器342时，同时也输出1Hz或2Hz的高电位，经由二极管基极的电路，使开关闭合让电流形成回路使警示器352的蜂鸣器发出频率为1Hz或2Hz的报警。当电力管理装置333输出控制信号给输出控制器342时，同时也输出不同的电位信号，可以趋动显示器351的LED灯组，LED灯组不同组合的亮或灭，可以显示主电池1与备用电池2是否充饱、是否异常、是否切断等不同组合的状态提出显示。
上述所述仅为本发明的一实施例，非为用来限定本发明；凡本领域熟练技术人员，依本发明的特征，所作的其它等效变化或修饰，理应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种具有电源噪声信号模式分析功能的车辆电池保护方法，该方法包括下列步骤：
a)从车辆主电池与备用电池电源正负极端截取电源信号，其包括：
a1)在每一间隔取样时间内，测量主电池电压；
a2)在每一间隔取样时间内，测量备用电池电流；
a3)在每一间隔取样时间内，测量备用电池电压；
a4)在每一间隔取样时间内，通过主电池电源信号测量车辆发电机电源噪声信号；
b)检测获得的电压、电流噪声信号特性，经由模式分析与识别，产生对电池的保护与用电管理，其中：
b1)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号的数值均高于第三电压值，采取第一电力管理模式；
b2)当主电池电压在固定时间连续取样信号的数值均低于第一电压值，采取第二电力管理模式；
b3)当电流在固定时间内的连续取样信号的数值均高于极限电流，采取第七电力管理模式，其中，电流固定时间内的连续取样时间可为5～8个；
b4)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号的数值均低于第三电压值高于第二电压值、当电源噪声信号变化值符合发动机对电池充电的噪声信号模式，判断为车辆正常激活且发电机正常对主电池及备用电池充电，采取第三电力管理模式，其中，主电池电压固定时间内的连续取样时间为4～9个；噪声信号固定时间内的连续取样时间为6～10个；
b5)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号的数值均低于第二电压值、当电源噪声信号变化值不符合发动机对电池充电的噪声信号模式，判断为车辆引擎已停止并停止对电池充电且其它电器继续用电，采取第四电力管理模式，其中，主电池电压固定时间内的连续取样时间为4～9个；噪声信号固定时间内的连续取样时间为6～10个；
其中，当在第四电力管理模式下，依据可变的计时设定时间到达时，采取第五电力管理模式，其中可变计时装置可以每10分钟为单位，设定由0分钟至7.5小时；
b6)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号其数值均低于第一电压值、当电源噪声信号变化值不符合发动机对电池充电的噪声信号模式时，判断为车辆引擎已停止并停止对电池充电且其它电器继续用电致主电池电力降低至安全界限情况，采取第六电力管理模式；其中主电池电压固定时间内的连续取样时间为4～9个；噪声信号固定时间内的连续取样时间为6～10个；
其中，
所述第一电力管理模式是采取切断主电池与备用电池充电以停止充电的电力管理措施，并显示电池已充饱状态；
所述第二电力管理模式是采取电池低电压警示与显示；
所述第三电力管理模式是采取接通主电池与备用电池充电的电力管理措施，并显示充电中状态；
所述第四电力管理模式是采取切断备用电池充电的电力管理，并显示主电池电力耗尽、使用备用电池供电状态；
所述第五电力管理模式是采取设定时间已达、切断主电池供电的电力管理，并显示主电池电力耗尽、使用备用电池供电状态；
所述第六电力管理模式是采取切断备用电池供电的电力管理，并显示主电池与备用电池电力耗尽、仍维持可供车辆再激活的电力；所述第七电力管理模式是采取切断主电池与备用电池供电的电力管理，并显示与警示车辆电器使用异常或电器短路，采取保护电池与车辆的措施。
2.如权利要求1所述的具有电源噪声信号模式分析功能的车辆电池保护方法，其特征在于，
步骤a)中由主电池与备用电池电源正负极端截取电源信号，包括：
a1’)在每一个确定取样时间，测量主电池电压；
a2’)在每一个确定取样时间，测量备用电池电压；
a3’)在每一个确定取样时间，通过主电池电源信号测量车辆发电机电源噪声信号；
步骤b)以检测获得的电压、电流噪声信号特性，经由模式分析与识别，产生对电池的保护与用电管理，包括：
b1’)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号其数值均高于第三电压值时，采取第一电力管理模式；
b2’)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号其数值均低于第一电压值时，采取第二电力管理模式；
b3’)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号其数值均低于第三电压值高于第二电压值、当电源噪声信号变化值符合发动机对电池充电的噪声信号模式时，判断为车辆正常激活且发电机正常对主电池及备用电池充电，采取第三电力管理模式，其中主电池电压固定时间内的连续取样时间为3～7个；噪声信号固定时间内的连续取样时间为4～8个；
b4’)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号其数值均低于第二电压值、当电源噪声信号变化值不符合发动机对电池充电的噪声信号模式时，判断为车辆引擎已停止并停止对电池充电且其它电器继续用电，采取第四电力管理模式，其中，主电池电压固定时间内的连续取样时间为3～7个；噪声信号固定时间内的连续取样时间为4～8个；
其中，当在第四电力管理模式下，依据可变的计时设定时间到达时，采取第五电力管理模式；
b5’)当主电池电压在固定时间内的连续取样信号其数值均低于第一电压值、当电源噪声信号变化值不符合发动机对电池充电的噪声信号模式时，判断为车辆引擎已停止，并停止对电池充电，且其它电器继续用电致主电池电力降低至安全界限情况，采取第六电力管理模式，其中主电池电压固定时间内的连续取样时间为3～7个，噪声信号固定时间内的连续取样时间为4～8个；
其中，
所述第一电力管理模式是采取切断主电池与备用电池充电以停止充电的电力管理措施，并显示电池已充饱状态；
所述第二电力管理模式是采取电池低电压警示与显示；
所述第三电力管理模式是采取接通主电池与备用电池充电的电力管理措施，并显示充电中状态；
所述第四电力管理模式是采取切断备用电池充电的电力管理，并显示主电池电力耗尽、使用备用电池供电状态；
所述第五电力管理模式是采取设定时间已达、切断主电池供电的电力管理，并显示主电池电力耗尽、使用备用电池供电状态；
所述第六电力管理模式是采取切断备用电池供电的电力管理，并显示主电池与备用电池电力耗尽、仍维持可供车辆再激活的电力。
3.如权利要求1所述的具有电源噪声信号模式分析功能的车辆电池保护方法，其中，电压、电流符合下列关系式：
0.75×VP≤第一电压值VL≤0.95×VP
1.115×VP≤第二电压值VH≤1.120×VP
1.27×VP≤第三电压值VU≤1.32×VP
1.4×AP≤限量电流AR≤1.75×AP
其中，VP为电池标称电压，AP为电池标称电流。
4.如权利要求2所述的具有电源噪声信号模式分析功能的车辆电池保护方法，其中，电压符合下列关系式：
0.70×VP≤第一电压值VL≤0.90×VP
1.113×VP≤第二电压值VH≤1.118×VP
1.26×VP≤第三电压值VU≤1.30×VP
其中，VP为电池标称电压，AP为电池标称电流。
5.如权利要求1所述的具有电源噪声信号模式分析功能的车辆电池保护方法，其中所述噪声信号模式分析的噪声信号判别可进一步简化成下列关系式：
100mV～2.4V≤电源噪声信号变化值VN≤150mV～4.8V
6.如权利要求2所述的具有电源噪声信号模式分析功能的车辆电池保护方法，其中所述噪声信号模式分析的噪声信号判别可进一步简化成下列关系式：
100mV～2.4V≤电源噪声信号变化值VN≤150mV～4.8V
7.一种具有电源噪声信号模式分析功能的车辆电池保护装置，其并联于具有引擎发动机装置的车辆电池组，所述电池组为单一电池或由多个电池彼此相连接而形成，包括一用以检测所述电池组电源特性感测单元(32)；一用以分析电池组输出电源特性的电源特性分析单元(33)；一用以管理并控制该电池组输出与切换的致动单元(34)，其中：
该电源特性感测单元(32)，包括：一组或多数组取样时间电路(321)，其可分配一组或多数组不同或相同的取样时间，使感测装置取样；一组或多数组电压接收测量电路(322)，其可接收取样的电压值并转换为数字信号；一组或多数组电流接收测量电路(323)，其用于接收取样的电流值并转换为数字信号；一组或多数组电源噪声信号接收测量电路(324)，其可接收取样的噪声信号值并转换为数字信号；
该电源特性分析单元(33)，包括：一频谱分析器(331)用以将电压数字信号、电流数字信号及噪声信号数字信号进行比对分析，且比对分析结果可以判别车辆发电机是否激活或停止且免除其它任何电器使用或停止的干扰；一模式产生器(332)，接收频谱分析器比对分析结果，并输出不同的模式特性数字信号；一电力管理器(333)，其用于接收不同的模式特性数字信号，对电池组切断或连接或复归等采取电力管理措施，产生管理数字信号；
该致动单元(34)，包括：一可变计时电路(341)，其由外部以拨动开关组合设定不同的时间，产生时序信号；一输出控制器(342)，其用于接收可变计时电路(341)讯号，对电力管理器(333)输出的信号，加以判断并输出电源切断或连接的控制信号；一组或多数组电源切断与连结电路(343)，其可接收输出控制器(342)的控制信号，对电池组进行电源切断或连接电源。
8.如权利要求7的车辆电池保护装置，其中该电源特性分析单元(33)使用的分析方法可为权利要求1所述的具有电源噪声信号模式分析功能的车辆电池保护方法。
9.如权利要求7所述的车辆电池保护装置，其中该电源特性分析单元(33)使用的分析方法可权利要求2所述的电源噪声信号模式分析功能的车辆电池保护方法。
10.如权利要求7的车辆电池保护装置，还可包括一用以保护本装置的供电保护单元(31)，该供电保护单元(31)包括：一过电压保护器(311)，其可隔离过电压保护本体车辆保护装置；一低电压保护器(312)，其可在电池电压过低时保护电池；一反向短路保护器(313)，其可对主电池供应电源极性反接时，采取电池电源隔离，以保护车辆电器与电池组安全；一短路保护器(314)，其可于外接设备(4)发生短路时，产生隔离以保护本体车辆电池保护装置与电池。
11.如权利要求10项的车辆电池保护装置，其中该供电保护单元(31)的反向短路保护器(313)，其可对主电池供应电源极性正接或反接时，采取自动转接为对应的正负极，且当本车辆电池保护装置(3)输出端发生短路时，可采取电池电源切断，以保护车辆电器与电池组安全。
12.如权利要求7的车辆电池保护装置，还包括一用以警告的显示/警示单元(35)，该显示/警示单元(35)包括：一显示器(351)，其用于显示车辆电力保护装置对电池电源采取何种电力管理状态；或进一步包括一警示器(352)，其由蜂鸣器所组成，其可产生不同频率的蜂鸣声，可警示车辆电池保护装置将对电池电源采取何种电力管理。
13.如权利要求12所述的车辆电池保护装置，其中该显示/警示单元(35)的显示器(351)采用一组或一组以上的LED灯号，藉以显示不同的电力管理状态。
14.如权利要求12所述的车辆电池保护装置，其中该显示/警示单元(35)的显示器(351)可由液晶屏幕显示器构成，藉以显示不同的电力管理状态与电池状态。
15.如权利要求7所述的车辆电池保护装置，进一步包括一组或多数组的电源噪声信号接收测量电路(324)，其由噪声信号输入端(3241)截取电源的电压信号，将噪声信号输入端(3241)截取后的信号与设定的基准信号(3242)，经由运算放大器(3243)比较与放大，再以回馈(3244)滤除背景噪声信号后，经由信号处理器(3245)转换为数字信号。
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