TW201344223A - 以頻率檢測二次電池剩餘容量的方法及指示設備 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種頻率檢測方法用於二次電池剩餘容量之顯示電路，其中包括多個諧振電路與記憶電阻用於判斷電池剩餘容量。設有其諧振電路輸入端與二次電池的輸出端連接；記憶電阻輸入端與諧振電路輸出端連接產生頻率輸出；輸出頻率通過除頻單元調整至適合於單晶片裝置所偵測頻率範圍。藉由比較基準範圍頻率值，由二次電池輸出頻率與電池剩餘容量依據比例遞增或遞減；單晶片輸出端分別連接有對應顯示二次電池剩餘容量的發光二極體元件。本發明構思新穎、電路簡單、成本低廉、使用方便、可靈活、準確地顯示二次電池剩餘容量占總電量的百分比。

Description

以頻率檢測二次電池的剩餘容量方法及指示設備

本發明是有關於一種二次電池之剩餘容量的顯示電路與偵測方法，特別涉及一種通過頻率辨識方法，偵測電池之剩餘容量，尤其是磷酸鋰鐵電池對於剩餘容量與電壓之間，相互變動的關連性低，仍可精確檢測電池剩餘容量。

對使用電池供電的直流負載或電子產品而言，保持電池的額定電壓穩定與電量充足非常重要。然而，當電池電量減少時，電池的輸出電壓會降低。此時，電池應該避免供應耗電量過大的直流負載，或避免使用電子產品的電量需求較大之內部功能，以避免突然的電池解聯或電子產品關機。同時，過量的放電會導致電池的使用壽命縮短。因此，直流負載或電子產品應該在偵測到低電壓的情況，即時進行電子產品關機，或進行直流負載與電池之間解聯，以防止二次電池的損壞。

目前的電池監測電路皆偵測電池的電壓之後，即將該偵測電壓與參考電壓進行比較。當偵測電壓小於參考電壓或偵測電壓小於參考電壓加入異常間隔時間參數、正常間隔時間參數時，會傳送所偵測的電池電壓值過低的警告信號，並執行因應的功能。例如：中國實用新型專利00235612、美國專利US 5602460、台灣專利TW I351803B1皆採用上述偵測技術與偵測方法。

上述的偵測機制與偵測方法存在一定的問題。電壓偵測法會受老化、溫度、放電率等因素所影響，誤差的幅度頗大，無法精準預估剩餘容量，若電池電壓僅在偵測的時間間隔內正處於暫時性的低電壓狀態。例如：在電子產品的內部功能中，開啟一需要大電流的啟動功能時，會產生暫時性的低電壓狀態，此時所擷取的的電池電壓不能代表電池的真實電壓。另一方面，目前的新式二次電池的放電特性中，當電池的電量減少，或在電子產品的內部功能中，開啟一需要大電流啟動的功能時，電池的輸出電壓不會產生低電壓狀態，且無法得知剩餘容量。因此，以低電壓狀態、異常間隔時間參數、正常間隔時間參數，作為判斷條件且執行的關機指令，將導致電子產品的誤操作或直流負載與電池解聯的誤動作。

上述利用電壓數值檢測剩餘容量有嚴重的缺點，包括暫時性的低電壓狀態的誤判、新式二次電池的剩餘容量與電壓之間相互變動的關連性不高等因素，都會影響二次電池的剩餘容量檢測之精確度及其降低動力負載應用方面的可靠度。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種二次電池剩餘容量檢測技術，以解決使用二次電池電壓數值，檢測剩餘容量的誤差量過大問題。本發明將提供一種頻率檢測技術、簡單電路拓樸、低成本、高準確之電池剩餘容量偵測裝置。同時，對於不同電壓等級之二次電池，僅需經過分壓電路，仍能夠進行線上即時剩餘容量檢測。因此，電池應該在偵測到低電量的情況下，可即時進行充電或更換電池。

根據本發明之目的，提出一種頻率檢測技術，其中包括一分壓電路用於分壓不同規格之電池電壓，一檢測單元用於檢測電池的頻率。該檢測單元包括一諧振電路、一記憶電阻、一偵測與控制模組。分壓單元用於獲取不同電壓規格之電池的等比電壓；該諧振單元用於獲取電子產品偵測剩餘容量的對應頻率；該偵測與控制模組且用於存儲至少一參考頻率、檢測週期參數以及比較結果；該檢測頻率參數包括至少一正常頻率參數和一異常頻率參數，所述頻率偵測單元首先按照正常頻率參數傳送給單晶片；單晶片將該偵測頻率和所述參考頻率做比較，如果所述偵測頻率小於所述參考頻率，則控制模組控制所述頻率偵測單元繼續按照正常週期參數所定義的正常間隔時間獲取所述偵測頻率；當所述偵測頻率大於所述參考頻率時，所述控制模組感動異常檢測，頻率偵測單元按照異常週期參數所定義的異常間格時間獲取偵測頻率並傳送給單晶片；單晶片將所述偵測頻率和所述參考頻率做比較並根據比較結果決定是否能保持電動車、蓄電廠、直流負載等等…的工作狀態

本發明還提供一種電子產品或蓄電廠電池的檢測方法，包括一分壓步驟，用於獲取不同電壓規格之電池的等比電壓並使用電壓隔離電路做隔離，還包括一檢測步驟用於檢測電池的剩餘電量。所述檢測方法包括以下步驟：存儲所述至少一參考頻率，一正常週期參數、一異常遇期參數以及比較結果；按照、正常檢測過期參數所定義的正常間隔時間偵測電池的頻率；比較所述偵測頻率。所述參考頻率，並記錄比較結果；當偵測頻率大於參考頻率時，以異常遇期參數所定義的異常間隔時間獲取所述偵測頻率並將之和所述參考頻率做比較並獲得一比較結果，存儲所述比較結果；根據比較結果決定是否保持工作狀態。

本發明所提供的電池檢測電路和電池檢測方法，可通過電子產品本身所帶有的運算處理單元或單晶片完成檢測電動車或蓄電廠電池剩餘電量對應之頻率的功能，尤其是可精準檢測磷酸鋰鐵這類電壓變化幅度不大的電池之剩餘容量，並能檢測校驗電池剩餘容量與輸出電壓是否為暫態低電壓，並且防止對偵測到的暫態低電壓執行的操作。

如圖1所示，是本發明一實施方式的電池檢測電路方框圖。在該檢測電路中，電池10連接一分壓電路20、一諧振電路30、一記憶電阻40、一除頻器50、一偵測與控制單元60。分壓電路20獲取電池10的輸出電壓，諧振電路30用於產生波型供記憶電阻40內部運算放大器進行運算產生頻率信號。除頻器50將記憶電阻40傳回至諧振電路30的信號作除頻產生穩定頻率供一偵測與控制單元60做判斷。偵測與控制單元60的功能可通過電子產品本身所帶有的處理單元或單晶片實現，在本實施方式中，裝置處理單元的結構和功能皆只涉及到跟電池檢測功能相關的部分模組。

如圖2所示，是圖1中實施方式的具體電路圖。分壓電路20載入在電池10的正端和負端，包括一選擇開關21、電阻22用於分壓電池10的輸出電壓，其中選擇開關21的共通點接到電池10的正極，電阻22的一端接電池10的負極，電阻22的連接點A接到電壓隔離電路23作為分壓電路20的分壓電壓輸出端連接至諧振電路30。

諧振電路30至少包括一個電感、電阻、電容用於產生諧振。諧振電路30的一端接到分壓電路20的分壓電壓輸出端，連接點B接至記憶電阻40與除頻器50。

記憶電阻40可以通過諧振電路30所產生之訊號經過電壓隨耦器42積分器43然後將所得之值透過乘法器44做平方運算後將計算後的值再與連接點B訊號經乘法器45做相乘運算在加上C點電壓值，最後將運算結果透過差動放大器41回傳至連接點B。

除頻器50將連接點B之頻率訊號作除頻一千倍以方便供給低階單晶片60做頻率偵測與控制。

單晶片60偵測除頻器50所產生之頻率週期與單晶片60內部所儲存之參數做判斷後可顯示二次電池之精準剩餘電量，也可依照不同材料之電池特性做參數的修正，而當偵測到異常頻率時即時做判斷是否須保持工作或電池解聯。

10．．．電池

20．．．分壓電路

21．．．選擇開關

22．．．分壓電阻

23．．．電壓隔離電路

30．．．諧振電路

40．．．記憶電阻

41．．．差動放大器

42．．．電壓隨耦器

43．．．積分器

44、45．．．乘法器

50．．．除頻器

60．．．資訊計算當前電池剩餘容量的計算之單晶片裝置

R1~R11．．．電阻

C1~C4．．．電容

L1．．．電感

圖1為本發明一實施方式的電路方框圈。

圖2為圖1中實施方式的具體電路圖。

圖3為頻率與電壓的充電曲線比較圖

Claims (7)

1. 一種用於直流負載產品與蓄電廠的電池檢測裝置，包括一分壓電路用於分壓不同規格電池之電壓並做電壓隔離，一諧振電路用於頻率產生，一記憶電阻用於計算諧振電路信號，一除頻電路用於降低頻率供單晶片辨識頻率，一檢測單元用於檢測電池的頻率並做控制，其中：所述分壓電路用於獲取電池電壓可依不同電壓規格做分壓並做電壓隔離；所述諧振電路用於與運算單元共同產生頻率信號；所述除頻電路用於將諧振電路所產生之頻率做除頻以供單晶片做偵測與控制；所述檢測單元先偵測頻率再與單晶片內部參數做比較進而控制；當所述偵測頻率大於所述參考頻率時，所述控制模組啟動異常檢測，所述頻率偵測單元按照、異常週期參數所定義的異常間隔時間獲取偵測頻率並進行比較，根據所述比較結果決定是否能保持直流負載與電子產品的工作狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述的分壓電路，其中，所述分壓電路由一多段選擇開關接上複數個電阻後串聯一電阻做分壓。
3. 如申請專利範圍第2項所述的分壓電路，其中，所述分壓電路還包括一電壓隨耦器與電容所做電壓隔離電路，對於測量複數二次電池串並聯時防止電池使用中的電路影響偵測電路。
4. 如申請專利範園第1項所述的諧振電路，其中，所述諧振電路由電阻、電容與電感組成的串並聯的電路。
5. 如申請專利範圍第1項所述的記憶電阻，其中，所述記憶電阻還包括：一電壓隨耦器、一積分器、二個乘法器與一差動放大器。
6. 如申請專利範園第1項所述的除頻電路，其中，所述除頻電路由一組以上除頻器串聯完成除頻後供給單晶片做判斷。
7. 一種二次電池的檢測方法，其包括一諧振與運算步驟，產生相對剩餘電量之頻率，還包括一檢測步驟用於檢測記憶電阻所產生的頻率。按照正常檢測週期參數所定義的正常間隔時間獲取電池的偵測頻率；比較所述偵測頻率和所述參考頻率，並記錄比較結果；當偵測頻率大於參考頻率時，以異常週期參數所定義的異常間隔時間獲取所述偵測頻率並將之所述參考頻率做比較並獲得一比較結果，根據比較結果決定是否保持工作狀態。