TW201607105A

TW201607105A - 備用電池

Info

Publication number: TW201607105A
Application number: TW103126703A
Authority: TW
Inventors: 顏維廷
Original assignee: 廣達電腦股份有限公司
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2016-02-16
Also published as: JP6127075B2; CN105322242A; JP2016039772A; TWI505531B; EP2983062A1; CN105322242B; US20160041230A1

Abstract

一種備用電池，包括：一電池芯、一儲存媒體、以及一處理器。該儲存媒體係用於儲存一電腦程式。該處理器係用於執行該電腦程式，以監控該電池芯之操作狀態。該處理器係根據該電池芯之該操作狀態，選擇性地產生一或複數個輸出信號。

Description

備用電池

本發明係關於一種備用電池，特別係關於可提升系統可靠度之智慧型備用電池。

在大型系統中，備用電池係作為簡易之不斷電電源(Uninterruptible Power Supply，UPS)，其可於系統之交流電源供應中斷時提供備載電力。然而，備用電池因為平常恆處於充滿電力之狀態且長時間於高溫環境下工作，其電池壽命都會較一般電池明顯縮減。是以，如何設計一種高可靠度且具有較長使用時間之備用電池，已成為現今工程師之一大挑戰。

在較佳實施例中，本發明提供一種備用電池，包括：一電池芯；一儲存媒體，儲存一電腦程式；以及一處理器，執行該電腦程式，以監控該電池芯之操作狀態，其中該處理器係根據該電池芯之該操作狀態，選擇性地產生一或複數輸出信號。

在一些實施例中，該處理器設定該電池芯之可使用容量僅為其最大容量之80%以下，其中當該電池芯進行充電且達其最大充電量之70%時，該處理器即輸出一充滿指示信號。在一些實施例中，當該電池芯之剩餘電量低於其最大充電量之 30%時，該處理器即輸出一第一等級信號。在一些實施例中，當該電池芯之剩餘電量低於其最大充電量之50%時，該處理器即輸出一第二等級信號。在一些實施例中，當該電池芯已使用超過5年時，該處理器即輸出一第三等級信號。在一些實施例中，當該電池芯之電壓、電流，或是溫度超過一可容許值時，該處理器即輸出一暫時失效信號。在一些實施例中，當與該電池芯相連接之一保險絲熔毀時，該處理器即輸出一永久失效信號。在一些實施例中，當一180天週期屆滿且該電池芯之剩餘電量低於其最大充電量之70%時，該處理器即校正該電池芯之開路電壓、自我放電速率，以及阻抗值。在一些實施例中，該電池芯係提供電力至一系統端，其中當該處理器接收到來自該系統端之一斷電信號時，該處理器即控制該電池芯停止提供電力。在一些實施例中，該處理器更控制一發光二極體，以根據該等輸出信號產生對應之一閃光信號。

100、200‧‧‧備用電池

110‧‧‧電池芯

120‧‧‧儲存媒體

130‧‧‧處理器

140‧‧‧充電開關

150‧‧‧放電開關

160‧‧‧偵測電阻

170‧‧‧保險絲

180‧‧‧發光二極體

220‧‧‧系統端

230‧‧‧交流供應電源

DATA‧‧‧備用電池之資料傳輸端

CLK‧‧‧備用電池之時脈傳輸端

SE‧‧‧信號

SI‧‧‧系統信號

TP‧‧‧備用電池之正輸出端

TN‧‧‧備用電池之負輸出端

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之備用電池之示意圖；第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之備用電池之示意圖；第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之備用電池之充電程序之流程圖；第4A、4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之備用電池之放電程序之流程圖；以及第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之備用電池之校正程序之流程圖。

為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之備用電池100之示意圖。備用電池100可應用於一大型系統或一銷售點終端(Point of Sales，POS)系統中，並用於提供備載電力。如第1圖所示，備用電池100包括：一電池芯110、一儲存媒體120，以及一處理器130。電池芯110可包括串聯之複數個電力儲存元件，其可用於執行一般電池充電或是電池放電之功能。儲存媒體120可為一暫存器或一記憶體，其可用於儲存一電腦程式。處理器130可用於執行儲存媒體120中之電腦程式，以監控電池芯110之操作狀態。處理器130更可根據電池芯110之操作狀態，選擇性地產生一或複數個輸出信號SE，是以和備用電池100相連接之系統將能根據該等輸出信號SE取得關於電池芯110之操作狀態資訊。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之備用電池200之示意圖。第2圖係更詳細地說明第1圖之備用電池之內部結構。在第2圖之實施例中，備用電池200包括：一電池芯110、一儲存媒體120、一處理器130、一充電開關140、一放電開關150、一偵測電阻160，以及一保險絲170。電池芯110、儲存媒體120，以及處理器130之功能大致如第1圖之實施例所述。充電開關140和放電開關150可以各自用一金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)來實施。處理器130係藉由切換充電開關140和放電開關150來控制備用電池200之供電模式。處理器130更藉由監控偵測電阻160之電壓和電流來取得關於電池芯110之電壓資訊和電流資訊。保險絲170有防止電池芯110承載過大電流而燒毀之功能。在一些實施例中，備用電池200更包括一溫度計(未顯示)，以取得週遭之環境溫度。

在一些實施例中，備用電池200可連接至一系統端220。系統端220可以是一大型系統或一銷售點終端系統。系統端220平常係由一交流供應電源230供給電力，而當交流供應電源230突然發生斷電時，備用電池200將提供備載電力給系統端220作為最後資料儲存之用。更詳細而言，備用電池200之一正輸出端TP和一負輸出端TN皆連接至系統端220，以提供其間之一備用輸出電壓。另外，備用電池200之一資料傳輸端DATA和一時脈傳輸端CLK亦連接至系統端220，使得系統端220和備用電池200可經由這些傳輸端進行溝通及信號交換。由於系統端220通常係操作於密閉高溫環境下，且備用電池200平常不用時都保持在電力充滿狀態，此種環境條件很容易減損備用電池200之使用壽命。為了克服此一缺點，本發明提供一種智慧型設計，其令備用電池200之處理器130可自動輸出關於電池芯110之輸出信號SE，因此系統端220將能分析該等輸出信號SE並取得電池芯110之操作狀態資訊。假使電池芯110發生老化、容量不足等問題，系統端220將可早一步得知而提前作出必要之處置。在一些實施例中，處理器130更連接至一顯示器，而顯示器係根據該等輸出信號SE顯示關於電池芯110之操作狀態資訊。在另一些實施例中，處理器130更控制一發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)180，而發光二極體180係根據該等輸出信號SE產生對應之一閃光信號。操作人員可藉由讀取顯示器、發光二極體之訊息了解是否有對備用電池200進行維修或更換之必要性。

以下實施例將會說明處理器130所輸出之各種輸出信號SE。必須理解的是，這些實施例僅為舉例，並非用於限制本發明。

處理器130所輸出之輸出信號SE包括：一充滿指示信號、一第一等級信號、一第二等級信號、一第三等級信號、一暫時失效信號，以及一永久失效信號。為了增加安全邊際，電池芯110係降階使用，而處理器130可以設定電池芯110之可使用容量僅為其最大容量之80%以下。舉例而言，若電池芯110之最大容量為2800mAh(毫安培*小時)，則處理器130可設定電池芯110之可使用容量為2200mAh(2200/2800=78.6%<80%)。換言之，此時電池芯110之最大充電量即為2200mAh，而非為原本的2800mAh。當電池芯110進行充電且達其最大充電量之70%時，處理器130即輸出一充滿指示信號。此種70%充滿指示之設計可以避免備用電池200如傳統電池長期充電至其最大充電量之95%以上，因此本發明之備用電池200將可有較長之使用壽命。在其他實施例中，亦可將70%充滿指示修改為80%或60%充滿指示，亦能達成類似之效果。處理器130可內建一計數器，其中當此計數器指示電池芯110已經使用超過5年時(或是已出廠超過5年)，處理器130即輸出一第三等級信號(Level 3)。處理器130更可監控電池芯110之剩餘電量，其中當電池芯110之剩餘電量低於其最大充電量之50%時，處理器130即輸出一第二等級信號(Level 2)，另外，當電池芯110之剩餘電量低於其最大充電量之30%時，處理器130即輸出一第一等級信號(Level 1)。以上各等級信號係用於提醒操作人員關於電池芯110之安全條件其優先順序由高至低是第一等級信號、第二等級信號、第三等級信號。舉例而言，若處理器130輸出第一等級信號，則代表電池芯110之剩餘電量已不足以支撐系統端220執行最後資料儲存程序，而操作人員應立即更換備用電池200以避免未來發生資料遺失。另一方面，當電池芯110之電壓、電流，或是溫度超過一可容許值時，處理器130即輸出一暫時失效信號(Temporary Failure，TF)，此代表備用電池200應暫時不使用一陣子以待恢復正常。當與電池芯110相連接之保險絲170熔毀時處理器130即輸出一永久失效信號(Permanent Failure，PF)，此代表備用電池200發生故障而無法再供使用。以上各個監控電池狀態及輸出信號之步驟，皆可藉由於儲存媒體120中寫入適當之電腦程式碼，再以處理器130執行此電腦程式碼而達成。在另一些實施例中，儲存媒體120、處理器130，以及電腦程式碼亦可用特定之組合邏輯電路(Combinational Logic Circuit)及時序電路(Sequential Circuit)來作實施。

在一些實施例中，發光二極體180可用表一之方式來呈現不同輸出信號SE：

在另一些實施例中，系統端220亦可用表二之方式來呈現不同輸出信號SE：

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之備用電池200之充電程序之流程圖。首先，在步驟S302，將備用電池200與系統端220相連接。在步驟S304，系統端220將經由資料傳輸端DATA傳輸信號，並確認是否可與備用電池200進行溝通。若是，則在步驟S306，系統端220對備用電池200執行一預充電程序(Pre-charge)。然後，在步驟S308，系統端220對備用電池200執行一正常充電程序，並持續經由資料傳輸端DATA與備用電池200進行溝通(例如：系統端220可傳送一系統信號SI至備用電池200，而備用電池200可傳送一或複數個輸出信號SE至系統端220，使得兩者可互相溝通)。在步驟S310，系統端220確認是否有接到來自備用電池200之一暫時失效信號。若是，則在步驟S312，系統端220暫時停止對備用電池200作充電，然後程序回到步驟S308。若否，則在步驟S314，系統端220確認是否有接到來自備用電池200之一永久失效信號。若是，則在步驟S318，系統端220判斷備用電池200已損壞而無法再供使用。若否，則在步驟S320，系統端220確認是否有接到來自備用電池200之一充滿指示信號。若否，則程序回到步驟S308。若是，則在步驟S322，系統端220判斷充電程序已全部完成。另一方面，若在步驟S304中系統端220判斷無法與備用電池200進行溝通，則在步驟S324，系統端220對備用電池200執行一喚醒程序。然後，在步驟S326，系統端220再次確認是否可與備用電池200進行溝通。若是，則程序進行至步驟S306。若否，則在步驟S328，系統端220確認是否備用電池200已無法溝通超過一等待時間。若否，則程序回到步驟S324。若是，則在步驟S318，系統端220判斷備用電池200已損壞而無法再供使用。在一些實施例中，系統端220和備用電池200可共同組成一預防斷電系統，而系統端220更包括一系統處理器和用於儲存程式之一系統儲存媒體(未顯示)，以執行本說明書中之各個步驟。

第4A、4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之備用電池200之放電程序之流程圖。首先，在步驟S402，備用電池200開始進行放電。此時，備用電池200應與系統端220相連接。在步驟S404，備用電池200之處理器130確認是否有正常運作之交流供應電源230存在。若是，則在步驟S406，系統端220 對備用電池200執行一充電程序，其已於第3圖中作過說明。若否，則在步驟S408，處理器130確認電池芯110之剩餘電量是否大於0%。若否，則在步驟S410，處理器130通知系統端220備用電池200無法使用。若是，則在步驟S412，處理器130確認是否有接收到來自系統端220之一斷電信號。若是，則在步驟S406，處理器130即控制電池芯110停止提供電力，並由系統端220對備用電池200執行一充電程序。若否，則在步驟S414，處理器130經由資料傳輸端DATA與系統端220進行溝通(例如：系統端220可傳送一系統信號SI至備用電池200，而備用電池200可傳送一或複數個輸出信號SE至系統端220，使兩者可互相溝通)。在一些實施例中，當系統端220已經利用備用電池200之電力完成最後資料儲存程序時，系統端220即傳送斷電信號至備用電池200以中止放電程序。此後，備用電池200可以再回復到充電狀態。在步驟S416，系統端220確認是否有接到來自備用電池200之一暫時失效信號或一永久失效信號。若接收到暫時失效信號，則在步驟S418，系統端220控制備用電池200暫時停止放電，然後程序回到步驟S414。若接收到永久失效信號，則在步驟S420，系統端220判斷備用電池200已損壞而無法再供使用。若沒有接收到任何失效信號，則在步驟S422，系統端220確認是否有接到來自備用電池200之一第一等級信號、一第二等級信號，或一第三等級信號。若接收到第二等級信號或第三等級信號或是沒有接收到任何等級信號，則代表電池芯110為正常，或是已經老化，或是電量不足但尚可使用，程序皆回到步驟S414。若接收到第一等級信號，則代表備用電池200之剩餘電力已不足支撐最後資料儲存程序，在步驟S424，系統端220關閉備用電池200。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之備用電池200之校正程序之流程圖。首先，在步驟S502，備用電池200之處理器130會開始一定期校正程序。在步驟S504，處理器130確認是否一180天週期已屆滿且電池芯110之剩餘電量低於其最大充電量之70%。舉例而言，處理器130之一內建計數器可用於計算前述180天週期。若否，則在步驟S506，處理器130停止定期校正程序。若是，則在步驟S508，處理器130根據電池芯110之使用時間來校正電池芯110之開路電壓(Open-circuited Voltage，OCV)。在一些實施例中，若電池芯110之使用時間越長，則處理器130將降低電池芯110之開路電壓，而若電池芯110之使用時間越短，則處理器130將提高電池芯110之開路電壓。使用時間和開路電壓之關係可由儲存媒體120所儲存之一第一資料庫來決定。然後，在步驟S510，處理器130根據一環境溫度來校正電池芯110之自我放電速率(Self-discharging Rate)。在一些實施例中，若週圍環境之溫度越高，則處理器130將提高電池芯110之自我放電速率，而若週圍環境之溫度越低，則處理器130將降低電池芯110之自我放電速率。環境溫度和自我放電速率之關係可由儲存媒體120所儲存之一第二資料庫來決定。接著，在步驟S512，處理器130根據環境溫度和電池芯110之剩餘電量來校正電池芯110之阻抗值(Impedance Value)。在一些實施例中，若週圍環境之溫度越低，則處理器130將提高電池芯110之阻抗值，而若週圍環境之溫度越高，則處理器130將降低電池芯110之阻抗值。另外，若電池芯110之剩餘電量越高，則處理器130將降低電池芯110之阻抗值，而若電池芯110之剩餘電量越低，則處理器130將提高電池芯110之阻抗值。環境溫度、剩餘電量和阻抗值之關係可由儲存媒體120所儲存之一第三資料庫來決定。最後，在步驟S514，處理器130重設內建計數器以重新計算180天週期，並在步驟S516，通知系統端220執行一充電程序。以上校正程序約每半年執行一次，將可確保電池芯110之相關參數維持在可接受範圍。

本發明所提之智慧型備用電池可根據其自身狀態，自動輸出相關系統端所需之電池狀態資訊，有利於系統端及操作人員進行判讀，可減低因備用電池老化、超過使用壽命而無法正常運作之風險。另外，藉由搭配前述之充電、放電，以及校正程序，將可確保備用電池於使用時皆能受到完整監控，並維持電池之良好性能。

值得注意的是，以上所述之元件參數並非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。另外，本發明之備用電池並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之備用電池當中。

本發明之方法步驟，或特定型態或其部份，可以以程式碼的型態存在。程式碼可以包含於實體媒體，如軟碟、光碟片、硬碟、或是任何其他機器可讀取(如電腦可讀取)儲存媒體，亦或不限於外在形式之電腦程式產品，其中，當程式碼被機器，如電腦載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。程式碼也可以透過一些傳送媒體，如電線或電纜、光纖、或是任何傳輸型態進行傳送，其中，當程式碼被機器，如電腦接收、載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。當在一般用途處理單元實作時，程式碼結合處理單元提供一操作類似於應用特定邏輯電路之獨特裝置。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧備用電池

110‧‧‧電池芯

120‧‧‧儲存媒體

130‧‧‧處理器

SE‧‧‧輸出信號

Claims

一種備用電池，包括：一電池芯；一儲存媒體，儲存一電腦程式；以及一處理器，執行該電腦程式，以監控該電池芯之操作狀態，其中該處理器係根據該電池芯之該操作狀態，選擇性地產生一或複數輸出信號。
如申請專利範圍第1項所述之備用電池，其中該處理器設定該電池芯之可使用容量僅為其最大容量之80%以下，其中當該電池芯進行充電且達其最大充電量之70%時，該處理器即輸出一充滿指示信號。
如申請專利範圍第1項所述之備用電池，其中當該電池芯之剩餘電量低於其最大充電量之30%時，該處理器即輸出一第一等級信號。
如申請專利範圍第1項所述之備用電池，其中當該電池芯之剩餘電量低於其最大充電量之50%時，該處理器即輸出一第二等級信號。
如申請專利範圍第1項所述之備用電池，其中當該電池芯已使用超過5年時，該處理器即輸出一第三等級信號。
如申請專利範圍第1項所述之備用電池，其中當該電池芯之電壓、電流，或是溫度超過一可容許值時，該處理器即輸出一暫時失效信號。
如申請專利範圍第1項所述之備用電池，其中當與該電池芯相連接之一保險絲熔毀時，該處理器即輸出一永久失效信號。
如申請專利範圍第1項所述之備用電池，其中當一180天週期屆滿且該電池芯之剩餘電量低於其最大充電量之70%時，該處理器即校正該電池芯之開路電壓、自我放電速率，以及阻抗值。
如申請專利範圍第1項所述之備用電池，其中該電池芯係提供電力至一系統端，其中當該處理器接收到來自該系統端之一斷電信號時，該處理器即控制該電池芯停止提供電力。
如申請專利範圍第1項所述之備用電池，其中該處理器更控制一發光二極體，以根據該等輸出信號產生對應之一閃光信號。