TW201819945A - 非對稱式電池檢測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種非對稱式電池檢測裝置，係以檢測一電池單元，其包含一第一線路部、一第二線路部、一第三線路部以及一檢測電路。該檢測電路包含一檢測致能單元與一控制單元。各該線路部具有一電阻值。該檢測致能單元包含一電阻，提供一第一電阻電壓值與一第二電阻電壓值。該控制單元根據一電池內電壓值、該線路電壓值、該第一檢測電壓值、該第二檢測電壓值、該檢測電阻值、該第一電阻電壓值、該第二電阻電壓值與各該電阻值，計算該電池單元的該電池內電阻值。藉此，達成測試時間短、接觸故障率低、準確度高、耗電量低、成本低以及小型輕量化的功效。

Description

非對稱式電池檢測裝置
本創作係有關一種電池檢測裝置，尤指一種具非對稱式結構的電池檢測裝置。
請參見圖5所示，其為現有四線式電池檢測器用於檢測待測電池之連接示意圖。四線式連接(four-wire connection)，亦稱為凱氏連接(Kelvin connection)。所述四線式電池檢測器30提供一凱氏夾測試線，其具有一正極夾持件31與一負極夾持件32，分別夾固所述待測電池40的正電極端與負電極端，以對其進行測試。其中可透過檢測所述待測電池40之該正電極端與該負電極端之間的一待測電阻值RX ，以檢測出該電池單元20的老化程度。其中該待測電阻值RX 係為所述待測電池40的正電極端與負電極端之間的等效電阻值大小。
現有四線式電池檢測器利用四線式連接方式，可利用一電壓量測器33量測出該待測電阻值RX 兩端的電壓差值，以及利用一電流量測器34量測出流經該待測電阻值RX 的電流值，並且再將計算該電壓差值與該電流值，即可求得該待測電阻值RX 。
惟，現有凱氏電池檢測器所提供四線式架構，因此電氣的接點多，相對地接觸故障的機率也提高，並且接觸不良所造成檢測失準發生的機率也相對增加。再者，該凱氏夾測試線的夾組設計也相對地增加工序以及線材成本。
美國專利US7,003,411揭露一種用以檢測蓄電池的電池檢測器。該電池檢測器包含一測試電路，其耦接於該蓄電池，量測該蓄電池的動態參數，並提供電池測試輸出。其中該電池測試輸出係為該蓄電池透過凱氏接線法(Kelvin connection)所量測到的電池狀態。
美國專利US8,958,998揭露一種具有網路通訊之電池測試器。該電池測試器係透過凱氏接線的方式耦接至待測電池，以對該待測電池進行檢測，並且將檢測的結果資料透過網路通訊發送至遠端。
請參見圖6A與圖6B所示，其中圖6B為圖6A中所標示B處的局部放大圖。現有凱氏電池檢測器常見地係以主動測試的方式對待測電池進行電池測試，透過持續地提供電流脈衝(current pulse)Pc進行多階段測試。舉例來說，以提供持續3.5秒的連續電流脈衝進行檢測，每一組電流脈衝的週期為35毫秒，包含停滯週期為10毫秒以及脈衝週期為25毫秒。因此，所述待測電池40的檢測響應速度慢，而增加檢測時間，再者系統運算耗電量也較高。
本創作之目的在於提供一種非對稱式電池檢測裝置，用以解決現有四線式電池檢測器用以檢測待測電池，存在有因電氣的接點多所造成接觸故障的機率高、夾組設計的工序增加、線材成本提高，以及檢測響應速度慢、檢測時間長與系統運算耗電量較高的問題。
為達成前揭目的，本創作所提出之該非對稱式電池檢測裝置，係以檢測一電池單元的一電池內電阻值。該非對稱式電池檢測裝置包含一第一線路部、一第二線路部、一第三線路部以及一檢測電路。該第一線路部具有一第一電阻值。該第二線路部具有一第二電阻值。該第三線路部連接該第一線路部或該第二線路部，且連接該電池單元任一電極端，以檢測出一線路電壓值。該檢測電路包含一檢測致能單元與一控制單元。該檢測致能單元連接該第一線路部與該第二線路部，分別檢測出一第一檢測電壓值與一第二檢測電壓值；該檢測致能單元包含一電阻，提供一檢測電阻值，分別檢測出該電阻兩端的一第一電阻電壓值與一第二電阻電壓值。該控制單元連接該檢測致能單元，且接收該第一檢測電壓值、該第二檢測電壓值、該第一電阻電壓值以及該第二電阻電壓值。其中當該控制單元導通該檢測致能單元時，該控制單元根據該電池單元的一電池內電壓值、該線路電壓值、該第一檢測電壓值、該第二檢測電壓值、該檢測電阻值、該第一電阻電壓值、該第二電阻電壓值以及該第一電阻值與該第二電阻值，計算出該電池內電阻值。
本創作該非對稱式電池檢測裝置，其根據該電池內電壓值、該線路電壓值、該第一檢測電壓值、該第二檢測電壓值、該檢測電阻值以及該第一電阻值與該第二電阻值，可精準地計算出該電池內電阻值。此外，採用被動測試的方式進行檢測，達到測試響應快，大幅地縮短測試時間與運算時間，並且降低系統運算耗電量。再者，非對稱式的架構若以三線式的設計為例，因電氣的接點數相較現有四線式架構的電氣的接點數減少，相對地降低接觸故障的機率，也減少接觸不良所造成檢測失準發生的機率，同時降低夾組設計的工序與線材成本，並且可小型化與輕量化該非對稱式電池檢測裝置。
為了能更進一步瞭解本創作為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本創作之詳細說明與圖式，相信本創作之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。
茲有關本創作之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。
請參見圖1A、圖1B與圖2所示，揭示一非對稱式電池檢測裝置10。所述非對稱式電池檢測方式係有別於現有對稱式的四線式電池檢測方式。換言之，現有對稱式的四線式係以各兩線的方式電性連接待測電池的正、負電極，相較於此，本創作非對稱式的電池檢測係以非相同線數的方式電性連接待測電池的正、負電極。
以三線式的非對稱式電池檢測為例，可以兩線的方式電性連接待測電池的正電極，以一線的方式電性連接待測電池的負電極。又或者，可以兩線的方式電性連接待測電池的負電極，以一線的方式電性連接待測電池的正電極。
為方便與清楚說明，在本創作的實施例中皆以三線式的非對稱式電池檢測為例說明。該非對稱式電池檢測裝置10包含一第一線路部11、一第二線路部12、一第三線路部13、一第一連接件17、一第二連接件18以及一檢測電路19。其中該第一連接件17與該第二連接件18可以夾組的方式夾固於該電池單元20上，例如鱷魚夾；或者，該第一連接件17與該第二連接件18可以套環(o-ring)的方式套接於該電池單元20上。在下文中，以鱷魚夾的方式為例，說明該第一連接件17與該第二連接件18係以夾組的方式夾固於該電池單元20上。
有別於現有技術的電池檢測器為四線式架構，本創作該非對稱式電池檢測裝置10具有一本體100，其中所述檢測電路19係設置於該本體100內。如圖1A所示之實施例，該第一連接件17係透過該第一線路部11與該第三線路部13連接於設置於該本體100內的該檢測電路19，該第二連接件18係透過該第二線路部12連接於設置於該本體100內的該檢測電路19，以形成非對稱式的方式夾固於待檢測的該電池單元20上，以對該電池單元20進行檢測。
如圖1B所示之實施例，該第一連接件17係透過該第一線路部11連接於設置於該本體100內的該檢測電路19，該第二連接件18係透過該第二線路部12與該第三線路部13連接於設置於該本體100內的該檢測電路19，以形成非對稱式的方式夾固於待檢測的該電池單元20上，以對該電池單元20進行檢測。
具體而言，透過檢測該電池單元20一電池內電阻值RB ，以檢測出該電池單元20的老化程度。其中該電池內電阻值RB 係為該電池單元20的一正電極端B+與一負電極端B− 之間的等效電阻值大小。
再者，本創作該非對稱式電池檢測裝置10所檢測的結果可透過無線或有線的方式，傳送至使用者或操作者的終端裝置，以提供使用者或操作者對該電池單元20進行檢測的操作與檢測結果的監控。
請參見圖3A所示，為本創作該非對稱式電池檢測裝置10的第一實施例。在此實施例中，該電池單元20之該正電極端B+係由具有該第一線路部11與該第三線路部13的該第一連接件17，亦即為一正電極連接件所夾持固定並形成電性連接，另外該負電極端B− 係由具有該第二線路部12的該第二連接件18，亦即為一負電極連接件所夾持固定並形成電性連接。換言之，在本實施例中，該第一連接件17(連接該第一線路部11與該第三線路部13)係夾固於該電池單元20的該正電極端B+上，該第二連接件18(連接該第二線路部12)係夾固於該電池單元20的該負電極端B− 上，對應圖1A的連接方式。
為簡化與清楚說明，該電池單元20係以等效的電池內電壓串聯連接電池內電阻表示，其中所述電池內電壓的大小為一電池內電壓值VB ，所述電池內電阻的大小為一電池內電阻RB ，並且該非對稱式電池檢測裝置10係以檢測該電池單元20的該電池內電阻值RB 。該非對稱式電池檢測裝置10包含前述記載的該第一線路部11、該第二線路部12、該第三線路部13以及該第一連接件17、該第二連接件18之外，更包含所述檢測電路19，該檢測電路19包含一檢測致能單元14與一控制單元16。
該第一線路部11包括一第一端111與一第二端112，且該第一端111與該第二端112之間具有一第一電阻值R11。該第一電阻值R11係與該第一線路部11的長度成正比，而與該第一線路部11的截面積成反比，亦即，R11∝L1/A1，其中L1表示該第一線路部11的長度，A1表示該第一線路部11的截面積。該第一線路部11的該第一端111電性連接該電池單元20的該正電極端B+。
該第二線路部12包括一第一端121與一第二端122，且該第一端121與該第二端122之間具有一第二電阻值R12。該第二電阻值R12係與該第二線路部12的長度成正比，而與該第二線路部12的截面積成反比，亦即，R12∝L2/A2，其中L2表示該第二線路部12的長度，A2表示該第二線路部12的截面積。該第二線路部12的該第一端121電性連接該電池單元20的該負電極端B− 。
該第三線路部13包括一第一端131與一第二端132，且該第一端131與該第二端132之間具有一第三電阻值R13。在本實施例中，由於該第三線路部13作為開路電壓的量測之用，即該第三線路部13係提供所量測到的開路電壓為一線路電壓值，因此，該第三線路部13之該第三電阻值R13與檢測該電池內電阻值RB 並無直接相關，因此可忽略該第三電阻值R13的影響。該第三線路部13的該第一端131連接該第一線路部11的該第一端111以及該電池單元20的該正電極端B+。該第三線路部13的該第二端132連接該檢測電路19，容後詳述。
該檢測致能單元14包含一第一端141、一第二端142、一二極體143、一電阻144以及一開關145。其中該檢測致能單元14係提供該第一端141的電壓為一第一檢測電壓值，提供該第二端142的電壓為一第二檢測電壓值。該二極體143用以提供防止迴路電流逆流。該電阻144用以提供迴路電流的檢測之用，其具有一檢測電阻值R144。在本實施例中，該開關145可為一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)，然不以此為限制。
該開關145串聯連接該二極體143與該電阻144，以形成串聯電路結構。其中該檢測致能單元14的該第一端141電性連接該第一線路部11的該第二端112。該檢測致能單元14的該第二端142電性連接該第二線路部12的該第二端122，並且進一步連接一共參考點(common reference)，其電壓大小為一共參考點電位VCR 。在本實施例中，該共參考點電位VCR 係為相對於電路之正電壓的一參考零電位，即VCR =0，然不以此為限制。如圖3A所示該實施例，該檢測致能單元14的該第一端141係為該二極體143的陽極(anode)，該檢測致能單元14的該第二端142係為該開關145，即N型MOSFET的源極(source)。
該控制單元16電性連接該檢測致能單元14，其中該控制單元16可包含一微控制器(microcontroller unit, MCU)、一微處理器(microprocessor, µP)或為一可程式化特定用途的積體電路(application-specific integrated circuit, ASIC)。具體而言，如圖3A所示該實施例，該控制單元16電性連接該檢測致能單元14的該開關145的閘極(gate)。該控制單元16進一步接收在該第三線路部13的該第二端132所量測出的一第一量測電壓值Vm1與在該一線路部11的該第二端112所量測出的一第二量測電壓值Vm2，以及接收該電阻144兩端的一第一電阻電壓值V144+ 與一第二電阻電壓值V144− 。
須加以說明的是，若該電阻144與該二極體143的連接位置互換，亦即該電阻144串聯連接該二極體的陽極，則上述該第一電阻電壓值V144+ 的大小則等於該第二量測電壓值Vm2，換言之，可減少一個電壓點的量測資訊。然而對該第二量測電壓值Vm2、該第一電阻電壓值V144+ 以及該第二電阻電壓值V144− 進行量測，並且將其量測結果提供給該控制單元16，對本創作而言係可輕易達成，因此不以上述電壓量測的位置為限制本實施例之應用。其中當該控制單元16導通該檢測致能單元14的該開關145時，該控制單元16根據該電池內電壓值VB 、該第二電阻值R12、該檢測電阻值R144、該第一量測電壓值Vm1以及該第一電阻電壓值V144+ (或該第二量測電壓值Vm2)與該第二電阻電壓值V144− ，計算出該電池單元20的該電池內電阻值RB ，容後詳述。
在本實施例中，連接該電池單元20之該正電極端B+的該第一線路部11與該第三線路部13中，其中該第三線路部13係用以作為量測該第一量測電壓值Vm1之用，亦可稱為電壓線路部；而該第一線路部11則用以提供迴路電流的流經路徑，亦可稱為電流線路部。惟該第一線路部11與該第三線路部13的作用亦可對調使用，不以上述作用為限，亦即該第一線路部11可用以作為電壓線路部之用，以量測該第二量測電壓值Vm2，反之，該第三線路部13可用以作為電流線路部之用，以提供迴路電流的流經路徑。
該非對稱式電池檢測裝置10尚未進行該電池單元20的檢測之前，該檢測致能單元14係為禁能的狀態，亦即，該控制單元16截止該檢測致能單元14的該開關145，因此，當該開關145為截止狀態時，該檢測致能單元14內部的電氣迴路係為開迴路(open loop)的狀態。
當該非對稱式電池檢測裝置10用以提供對該電池單元20進行檢測時，該控制單元16係致能該檢測致能單元14。換言之，當啟動對該電池單元20進行檢測時，該控制單元16係產生一控制信號Sc至該開關145的閘極，以控制該開關145導通，因此，致能該檢測致能單元14，使得該檢測致能單元14內部的電氣迴路係為閉迴路(closed loop)的狀態。
當該檢測致能單元14致能導通時，配合該電池單元20的電池內電壓提供驅動該閉迴路的該電池內電壓VB ，該檢測致能單元14、該第一線路部11、該第二線路部12以及該電池單元20所形成的一電氣迴路則產生一迴路電流I。以下，針對該非對稱式電池檢測裝置10對該電池單元20提供內電阻檢測的原理進行說明。
根據該檢測致能單元14側的電壓、電流關係，可得該迴路電流I： I=(V144+ −V144− )/R144 (1) 其中，V144+ 表示該電阻144的正電壓值，V144− 表示該電阻144的負電壓值，R144表示該檢測電阻值R144。
此外，根據該電池單元20側的電壓、電流關係，可得： Vm1−VCR =VB −(RB +R12)×I (2) 進一步整理(2)式，可得： RB =(VB +VCR −Vm1)/I−R12 (3) 其中，RB 表示該電池內電阻值RB ，VB 表示該電池內電壓值VB ，VCR 表示該共參考點電位，Vm1表示該第一量測電壓值Vm1，I表示該迴路電流I，R12表示該第二電阻值R12。
根據(1)式與(3)式，亦即將(1)式代入(3)式，可得： RB =[(VB +VCR −Vm1)/(V144+ −V144− )]×R144−R12 (4)
上述(4)式之該電池內電阻值RB 大小的計算，可由該控制單元16計算。具體而言，該電池內電壓值VB 的大小可根據該檢測致能單元14為禁能(即該開關145為截止)時，該電池單元20之該正電極端B+與該負電極端B− 兩端之間的開路電壓值(由於迴路電流I=0)得知，該第二電阻值R12的電阻值大小可根據該第二線路部12的長度、截面積以及電阻係數計算得知，或者若當該第一線路部11與該第二線路部12的長度、截面積以及電阻係數設計皆相同時，該第二電阻值R12的電阻值大小則與該第一電阻值R11的電阻值大小相同，亦即，該第二電阻值R12的電阻值可由迴路上的電壓、電流求即，即R12=R11=(Vm1-Vm2)/I。該檢測電阻值R144的大小可設計為已知。該第一量測電壓值Vm1，以及該第一電阻電壓值V144+ (或該第二量測電壓值Vm2)與該第二電阻電壓值V144− 可經由量測得到。此外，若將該共參考點電位VCR 設計為相對於電路之正電壓的該參考零電位，即VCR =0，則(4)式可簡化為： RB =[(VB −Vm1)/(V144+ −V144− )]×R144−R12 (5)
再者，若該第二線路部12採用超導體材料或金屬銅材料，則該第二線路部12可提供微阻抗甚至零阻抗，因此該第二電阻值R12可視為零，如此(5)式更可簡化為： RB =[(VB −Vm1)/(V144+ −V144− )]×R144 (6)
綜上所述，該控制單元16可根據開路檢測求得的該電池內電壓值VB 的大小、經設計的該檢測電阻值R144和/或該第二電阻值R12以及所量測出的該第一量測電壓值Vm1、該第一電阻電壓值V144+ (或該第二量測電壓值Vm2)與該第二電阻電壓值V144− ，根據(6)式準確地求出該電池單元20之該電池內電阻值RB 的大小，以檢測該電池單元20的使用狀況與老化程度。
請參見圖3B所示，為本創作該非對稱式電池檢測裝置10的第二實施例。與圖3A所示的實施例最大的差異在於，在第二實施例中，該電池單元20之該正電極端B+係由具有該第一線路部11的該第一連接件17，亦即為該正電極連接件所夾持固定並形成電性連接，另外該負電極端B− 係由具有該第二線路部12與該第三線路部13的該第二連接件18，亦即為該負電極連接件所夾持固定並形成電性連接。換言之，在本實施例中，該第一連接件17(連接該第一線路部11)係夾固於該電池單元20的該正電極端B+上，該第二連接件18(連接該第二線路部12與該第三線路部13)係夾固於該電池單元20的該負電極端B− 上，對應圖1B的連接方式。
為簡化與清楚說明，該電池單元20係以等效的電池內電壓串聯連接電池內電阻表示，其中所述電池內電壓的大小為一電池內電壓值VB ，所述電池內電阻的大小為一電池內電阻RB ，並且該非對稱式電池檢測裝置10係以檢測該電池單元20的該電池內電阻值RB 。該非對稱式電池檢測裝置10包含前述記載的該第一線路部11、該第二線路部12、該第三線路部13以及該第一連接件17、該第二連接件18之外，更包含所述檢測電路19，該檢測電路19包含一檢測致能單元14與一控制單元16。
該第一線路部11包括一第一端111與一第二端112，且該第一端111與該第二端112之間具有一第一電阻值R11。該第一電阻值R11係與該第一線路部11的長度成正比，而與該第一線路部11的截面積成反比，亦即，R11∝L1/A1，其中L1表示該第一線路部11的長度，A1表示該第一線路部11的截面積。該第一線路部11的該第一端111電性連接該電池單元20的一正電極端B+。
該第二線路部12包括一第一端121與一第二端122，且該第一端121與該第二端122之間具有一第二電阻值R12。該第二電阻值R12係與該第二線路部12的長度成正比，而與該第二線路部12的截面積成反比，亦即，R12∝L2/A2，其中L2表示該第二線路部12的長度，A2表示該第二線路部12的截面積。該第二線路部12的該第一端121電性連接該電池單元20的一負電極端B− 。
該第三線路部13包括一第一端131與一第二端132，且該第一端131與該第二端132之間具有一第三電阻值R13。在本實施例中，由於該第三線路部13作為開路電壓的量測之用，即該第三線路部13係提供所量測到的開路電壓為一線路電壓值，因此，該第三線路部13之該第三電阻值R13與檢測該電池內電阻值RB 並無直接相關，因此可忽略該第三電阻值R13的影響。該第三線路部13的該第一端131連接該第二線路部12的該第一端121以及該電池單元20的該負電極端B− 。該第三線路部13的該第二端132連接該檢測電路19，容後詳述。
該檢測致能單元14包含一第一端141、一第二端142、一二極體143、一電阻144以及一開關145。其中該檢測致能單元14係提供該第一端141的電壓為一第一檢測電壓值，提供該第二端142的電壓為一第二檢測電壓值。該二極體143用以提供防止迴路電流逆流。該電阻144用以提供迴路電流的檢測之用，其具有一檢測電阻值R144。在本實施例中，該開關145可為一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)，然不以此為限制。
該開關145串聯連接該二極體143與該電阻144，以形成串聯電路結構。其中該檢測致能單元14的該第一端141電性連接該第一線路部11的該第二端112，並且進一步連接一共參考點(common reference)，其電壓大小為一共參考點電位VCR 。在本實施例中，該共參考點電位VCR 係為相對於電路之負電壓的一參考零電位，即VCR =0，然不以此為限制。該檢測致能單元14的該第二端142電性連接該第二線路部12的該第二端122。如圖3B所示該實施例，該檢測致能單元14的該第一端141係為該二極體143的陽極(anode)，該檢測致能單元14的該第二端142係為該開關145，即N型MOSFET的源極(source)。
該控制單元16電性連接該檢測致能單元14，其中該控制單元16可包含一微控制器(microcontroller unit, MCU)、一微處理器(microprocessor, µP)或為一可程式化特定用途的積體電路(application-specific integrated circuit, ASIC)。具體而言，如圖3B所示該實施例，該控制單元16電性連接該檢測致能單元14的該開關145的閘極(gate)。該控制單元16進一步接收在該第二線路部12的該第二端122所量測出的一第一量測電壓值Vm1與在該第三線路部13的該第二端132所量測出的一第二量測電壓值Vm2，以及接收該電阻144兩端的一第一電阻電壓值V144+ 與一第二電阻電壓值V144− 。
須加以說明的是，若該電阻144與該二極體143的連接位置互換，亦即該電阻144串聯連接該二極體的陽極，則上述該第一電阻電壓值V144+ 的大小則等於該共參考點電位VCR ，換言之，可減少一個電壓點的量測資訊。然而對該共參考點電位VCR 、該第一電阻電壓值V144+ 以及該第二電阻電壓值V144− 進行量測，並且將其量測結果提供給該控制單元16，對本創作而言係可輕易達成，因此不以上述電壓量測的位置為本實施例之應用。其中當該控制單元16導通該檢測致能單元14的該開關145時，該控制單元16根據該電池內電壓值VB 、該第一電阻值R11、該檢測電阻值R144、該第一量測電壓值Vm1以及該第一電阻電壓值V144+ (或該共參考點電位VCR )與該第二電阻電壓值V144− ，計算出該電池單元20的該電池內電阻值RB ，容後詳述。
在本實施例中，連接該電池單元20之該負電極端B− 的該第二線路部12與該第三線路部13中，其中該第三線路部13係用以作為量測該第二量測電壓值Vm2之用，亦可稱為電壓線路部；而該第二線路部12則用以提供迴路電流的流經路徑，亦可稱為電流線路部。惟該第二線路部12與該第三線路部13的作用亦可對調使用，不以上述作用為限，亦即該第二線路部12可用以作為電壓線路部之用，以量測該第一量測電壓值Vm1，反之，該第三線路部13可用以作為電流線路部之用，以提供迴路電流的流經路徑。
該非對稱式電池檢測裝置10尚未進行該電池單元20的檢測之前，該檢測致能單元14係為禁能的狀態，亦即，該控制單元16截止該檢測致能單元14的該開關145，因此，當該開關145為截止狀態時，該檢測致能單元14內部的電氣迴路係為開迴路(open loop)的狀態。
當該非對稱式電池檢測裝置10用以提供對該電池單元20進行檢測時，該控制單元16係致能該檢測致能單元14。換言之，當啟動對該電池單元20進行檢測時，該控制單元16係產生一控制信號Sc至該開關145的閘極，以控制該開關145導通，因此，致能該檢測致能單元14，使得該檢測致能單元14內部的電氣迴路係為閉迴路(closed loop)的狀態。
當該檢測致能單元14致能導通時，配合該電池單元20的電池內電壓提供驅動該閉迴路的該電池內電壓VB ，該檢測致能單元14、該第一線路部11、該第二線路部12以及該電池單元20所形成的一電氣迴路則產生一迴路電流I。以下，針對該非對稱式電池檢測裝置10對該電池單元20提供內電阻檢測的原理進行說明。
根據該檢測致能單元14側的電壓、電流關係，可得該迴路電流I： I=(V144+ −V144− )/R144 (7) 其中，V144+ 表示該電阻144的正電壓值，V144− 表示該電阻144的負電壓值，R144表示該檢測電阻值R144。
此外，根據該電池單元20側的電壓、電流關係，可得： VCR −Vm2=VB −(RB +R11)×I (8) 進一步整理(8)式，可得： RB =(VB +Vm2−VCR )/I−R11 (9) 其中，RB 表示該電池內電阻值RB ，VB 表示該電池內電壓值VB ，VCR 表示該共參考點電位，Vm2表示該第二量測電壓值Vm2，I表示該迴路電流I，R11表示該第一電阻值R11。
根據(7)式與(9)式，亦即將(7)式代入(9)式，可得： RB =[(VB +Vm2−VCR )/(V144+ −V144− )]×R144−R11 (10)
上述(10)式之該電池內電阻值RB 大小的計算，可由該控制單元16計算。具體而言，該電池內電壓值VB 的大小可根據該檢測致能單元14為禁能(即該開關145為截止)時，該電池單元20之該正電極端B+與該負電極端B− 兩端之間的開路電壓值(由於迴路電流I=0)得知，該第一電阻值R11的電阻值大小可根據該第一線路部11的長度、截面積以及電阻係數計算得知，或者若當該第一線路部11與該第二線路部12的長度、截面積以及電阻係數設計皆相同時，該第一電阻值R11的電阻值大小則與該第二電阻值R12的電阻值大小相同，亦即，該第一電阻值R11的電阻值可由迴路上的電壓、電流求即，即R11=R12=(Vm1-Vm2)/I。該檢測電阻值R144的大小可設計為已知。該第一量測電壓值Vm1，以及該第一電阻電壓值V144+ (或該共參考點電位VCR )與該第二電阻電壓值V144− 可經由量測得到。此外，若將該共參考點電位VCR 設計為相對於電路之負電壓的該參考零電位，即VCR =0，則(10)式可簡化為： RB =[(VB +Vm2)/(V144+ −V144− )]×R144−R11 (11)
再者，若該第一線路部11採用超導體材料或金屬銅材料，則該第一線路部11可提供微阻抗甚至零阻抗，因此該第一電阻值R11則可視為零，如此(11)式更可簡化為： RB =[(VB +Vm2)/(V144+ −V144− )]×R144 (12)
綜上所述，該控制單元16可根據開路檢測求得的該電池內電壓值VB 的大小、經設計的該檢測電阻值R144和/或該第一電阻值R11以及所量測出的該第一量測電壓值Vm1、該第一電阻電壓值V144+ (或該共參考點電位VCR )與該第二電阻電壓值V144− ，根據(12)式準確地求出該電池單元20之該電池內電阻值RB 的大小，進而檢測出該電池單元20的使用狀況與老化程度。
再者，該非對稱式電池檢測裝置10所檢測的結果可透過無線或有線的方式，傳送至使用者或操作者的終端裝置，以提供使用者或操作者對該電池單元20進行檢測的操作與檢測結果的監控。
請參見圖4A與圖4B所示，其中圖4B為圖4A中所標示A處的局部放大圖。本創作該非對稱式電池檢測裝置10係採用被動測試的方式檢測該電池單元20的該電池內電阻值RB ，透過該控制單元16導通該檢測致能單元14的該開關145，使迴路瞬間導通，並利用該電池單元20本身的放電電壓Sv行為進行計算。連續三次對該電池單元20進行單負載放電，單次波形的週期為3.5毫秒，包含該電池單元20的放電週期為1.5毫秒以及等待電壓回升週期為2毫秒。並且每次單負載放電間隔0.5秒，總共只需要1.5秒的時間即可完成該電池單元20的檢測，藉此，可大幅地提高測試響應速度，降低測試時間。
在本創作中，該控制單元16包含一微控制器(MCU)、一記憶體(memory)、一類比數位轉換器(A/D converter)、一數位類比轉換器(D/A converter)、一輸入單元或一輸出單元。該記憶體連接該微控制器，係以儲存電池檢測所需的資料。其中，該記憶體可為唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、快閃記憶體(FLASH)或電子抹除式可程式化唯讀記憶體(EEPROM)，然不以該等記憶元件為限制。該類比數位轉換器連接該微控制器，係以將類比資料轉換為數位資料。該數位類比轉換器連接該微控制器，係以將數位資料轉換為類比資料。該輸入單元連接該微控制器，係以輸入電池檢測所需的資料。該輸出單元連接該微控制器，係以輸出電池檢測結果的資料。
該控制單元16係連接一資訊輸出輸入裝置或一資訊控制裝置。該控制單元係可以單向或雙向，以近端或遠端，或以無線或有線的連接方式連接該控制單元16，與該控制單元16進行資訊的通訊。其中該資訊輸出輸入裝置係為一智慧型手機(smart phone)、一平板電腦(tablet computer)、一筆記型電腦(laptop computer)、一個人數位助理(personal digital assistant, PDA)、一鍵盤、一印表機、一桌上型電腦(desktop computer)、一實體伺服器(physical server)或一雲端伺服器(cloud server)，然不以該等裝置為限制。該資訊控制裝置係為一智慧型手機、一平板電腦、一筆記型電腦、一個人數位助理、一鍵盤、一桌上型電腦、一實體伺服器或一雲端伺服器，然不以該等裝置為限制。
該資訊輸出輸入裝置或該資訊控制裝置所處理的資訊內容包含一電池廠商資訊、一電池規格資訊、一測試結果資訊、一測試日期時間資訊、一測試地點資訊、一安裝地點資訊或一測試人員資訊，然不以上述該等資訊為限制，只要與電池檢測有關的資訊，皆為本創作之應用範疇。舉例來說，上述資訊內容具體地可包含：電池充電狀態(state of charge, SOC)、電池健康狀態(state of health, SOH)、電池開迴路電壓(open circuit voltage, OCV)、電池安培小時數值(Ampere-hour, Ah)、電池瓦時數值(Watt-hour, Wh)、保留/儲能容量(reserve capacity, RC)、日本工業標準(JIS)的日規電池型號、常溫起動電流(cranking ampere, CA)、海事起動電流(marine cranking ampere, MCA)、美國汽車工程師學會(SAE)的美規冷起動電流(cold cranking ampere, CCA)、歐盟標準(EN)的歐規冷起動電流(cold cranking ampere, CCA)、德國標準組織(DIN)的德規冷起動電流(cold cranking ampere, CCA)、電池廠牌型號、汽車廠牌型號、汽車辨識碼(vehicle identification number, VIN)…等等。
綜上所述，本創作係具有以下之特徵與優點：
1、根據開路檢測求得的該電池內電壓值VB 的大小、經設計的該檢測電阻值R144和/或該第一電阻值R11、該第二電阻值R12以及所量測出的該第一量測電壓值Vm1、該第二量測電壓值Vm2、該第一電阻電壓值V144+ 以及該第二電阻電壓值V144− ，可精準地計算出該電池單元20的該電池內電阻值RB 。
2、採用被動測試的方式進行檢測，達到測試響應快，大幅地縮短測試時間與運算時間，並且降低系統運算耗電量。
3、所述非對稱式的架構若以三線式的設計為例，因電氣的接點數相較現有四線式架構的電氣的接點數減少，相對地降低接觸故障的機率，也減少接觸不良所造成檢測失準發生的機率，同時降低夾組設計的工序與線材成本，並且可小型化與輕量化該非對稱式電池檢測裝置。
惟，以上所述，僅為本創作較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本創作之特徵並不侷限於此，並非用以限制本創作，本創作之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本創作申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本創作之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本創作之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
10‧‧‧非對稱式電池檢測裝置
100‧‧‧本體
11‧‧‧第一線路部
111‧‧‧第一端
112‧‧‧第二端
12‧‧‧第二線路部
121‧‧‧第一端
122‧‧‧第二端
13‧‧‧第三線路部
131‧‧‧第一端
132‧‧‧第二端
14‧‧‧檢測致能單元
141‧‧‧第一端
142‧‧‧第二端
143‧‧‧二極體
144‧‧‧電阻
145‧‧‧開關
16‧‧‧控制單元
17‧‧‧第一連接件
18‧‧‧第二連接件
19‧‧‧檢測電路
R11‧‧‧第一電阻值
R12‧‧‧第二電阻值
R13‧‧‧第三電阻值
R144‧‧‧檢測電阻值
20‧‧‧電池單元
30‧‧‧四線式電池檢測器
31‧‧‧正極夾持件
32‧‧‧負極夾持件
33‧‧‧電壓量測器
34‧‧‧電流量測器
40‧‧‧待測電池
I‧‧‧迴路電流
RB‧‧‧電池內電阻值
VB‧‧‧電池內電壓值
B+‧‧‧正電極端
B−‧‧‧負電極端
Vt‧‧‧測試電壓
VCR‧‧‧共參考點電位
Vm1‧‧‧第一量測電壓值
Vm2‧‧‧第二量測電壓值
V144+‧‧‧第一電阻電壓值
V144−‧‧‧第二電阻電壓值
RX‧‧‧待測電阻值
Sc‧‧‧控制信號
Pc‧‧‧電流脈衝
Sv‧‧‧放電電壓
圖1A：為本創作非對稱式電池檢測裝置用於檢測待測電池單元的第一實施例之連接示意圖。 圖1B：為本創作非對稱式電池檢測裝置用於檢測待測電池單元的第二實施例之連接示意圖。 圖2：為本創作非對稱式電池檢測裝置夾固於待測電池單元之連接示意圖。 圖3A：為本創作非對稱式電池檢測裝置的第一實施例之電路圖。 圖3B：為本創作非對稱式電池檢測裝置的第二實施例之電路圖。 圖4A：為本創作非對稱式電池檢測裝置進行檢測之波形示意圖。 圖4B：為圖4A之局部放大圖。 圖5：為現有四線式電池檢測器用於檢測待測電池之連接示意圖。 圖6A：為現有四線式電池檢測器進行檢測之波形示意圖。 圖6B：為圖6A之局部放大圖。

Claims (15)

  1. 一種非對稱式電池檢測裝置，係以檢測一電池單元的一電池內電阻值，該非對稱式電池檢測裝置包含： 一第一線路部，具有一第一電阻值； 一第二線路部，具有一第二電阻值； 一第三線路部，連接該第一線路部或該第二線路部，且連接該電池單元的任一電極端，以檢測出一線路電壓值；及 一檢測電路，包含： 一檢測致能單元，連接該第一線路部與該第二線路部，分別檢測出一第一檢測電壓值與一第二檢測電壓值；該檢測致能單元包含： 一電阻，提供一檢測電阻值，分別檢測出該電阻兩端的一第一電阻電壓值與一第二電阻電壓值；及 一控制單元，連接該檢測致能單元，且接收該第一檢測電壓值、該第二檢測電壓值、該第一電阻電壓值以及該第二電阻電壓值； 其中當該控制單元導通該檢測致能單元時，該控制單元根據該電池單元的一電池內電壓值、該線路電壓值、該第一檢測電壓值、該第二檢測電壓值、該檢測電阻值、該第一電阻電壓值、該第二電阻電壓值以及該第一電阻值與該第二電阻值，計算出該電池內電阻值。
  2. 如請求項1所述之非對稱式電池檢測裝置，其中該檢測致能單元更包含： 一開關，串聯連接該電阻，所述串聯電路結構的該檢測致能單元連接於該第一線路部與該第二線路部之間； 其中該控制單元連接該開關，提供一控制信號至該開關，以控制該開關的導通與截止；該控制信號導通該開關，以導通該檢測致能單元。
  3. 如請求項1所述之非對稱式電池檢測裝置，其中該檢測致能單元更包含： 一二極體；及 一開關，串聯連接該二極體與該電阻，所述串聯電路結構的該檢測致能單元連接於該第一線路部與該第二線路部之間； 其中該控制單元連接該開關，提供一控制信號至該開關，以控制該開關的導通與截止；該控制信號導通該開關，以導通該檢測致能單元。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之非對稱式電池檢測裝置，其中： 該第一線路部，包括一第一端與一第二端，且兩端之間具有該第一電阻值；該第一線路部的該第一端連接該電池單元的一正電極端； 該第二線路部，包括一第一端與一第二端，且兩端之間具有該第二電阻值；該第二線路部的該第一端連接該電池單元的一負電極端； 該第三線路部，包括一第一端與一第二端；該第三線路部的該第一端連接該第一線路部的該第一端以及該電池單元的該正電極端，該第三線路部的該第二端檢測出該線路電壓值； 該檢測致能單元具有一第一端與一第二端；其中該檢測致能單元的該第一端連接該第一線路部的該第二端，以檢測出該第一檢測電壓值，該檢測致能單元的該第二端連接該第二線路部的該第二端，以檢測出該第二檢測電壓值。
  5. 如請求項4所述之非對稱式電池檢測裝置，其中該第二線路部的材質為一超導體材料或一金屬銅材料。
  6. 如請求項4所述之非對稱式電池檢測裝置，其中當該第二檢測電壓值為一參考零電位時，該電池內電阻值為： RB =[(VB −Vm1)/(V144+ −V144− )]×R144−R12； 其中，RB 表示該電池內電阻值，VB 表示該電池內電壓值，Vm1表示該線路電壓值，V144+ 表示該第一電阻電壓值，V144− 表示該第二電阻電壓值，R144表示該檢測電阻值，R12表示該第二電阻值。
  7. 如請求項1至3中任一項所述之非對稱式電池檢測裝置，其中： 該第一線路部，包括一第一端與一第二端，且兩端之間具有該第一電阻值；該第一線路部的該第一端連接該電池單元的一正電極端； 該第二線路部，包括一第一端與一第二端，且兩端之間具有該第二電阻值；該第二線路部的該第一端連接該電池單元的一負電極端； 該第三線路部，包括一第一端與一第二端；該第三線路部的該第一端連接該第二線路部的該第一端以及該電池單元的該負電極端，該第三線路部的該第二端檢測出該線路電壓值； 該檢測致能單元具有一第一端與一第二端；其中該檢測致能單元的該第一端連接該第一線路部的該第二端，以檢測出該第一檢測電壓值，該檢測致能單元的該第二端連接該第二線路部的該第二端，以檢測出該第二檢測電壓值。
  8. 如請求項7所述之非對稱式電池檢測裝置，其中該第一線路部的材質為一超導體材料或一金屬銅材料。
  9. 如請求項8所述之非對稱式電池檢測裝置，其中當該第一檢測電壓值為一參考零電位時，該內電阻值為： RB =[(VB +Vm2)/(V144+ −V144− )]×R144−R11； 其中，RB 表示該電池內電阻值，VB 表示該電池內電壓值，Vm2表示該線路電壓值，V144+ 表示該第一電阻電壓值，V144− 表示該第二電阻電壓值，R144表示該檢測電阻值，R11表示該第一電阻值。
  10. 如請求項1所述之非對稱式電池檢測裝置，更包含： 一第一連接件，連接該第一線路部，以供電性連接該電池單元的一電極端；及 一第二連接件，連接該第二線路部，以供電性連接該電池單元的另一電極端； 其中該第一連接件或該第二連接件進一步連接該第三線路部。
  11. 如請求項1至3中任一項所述之非對稱式電池檢測裝置，其中該控制單元包含： 一微控制器； 一記憶體，連接該微控制器，係以儲存電池檢測所需的資料； 一類比數位轉換器，連接該微控制器，係以將類比資料轉換為數位資料； 一數位類比轉換器，連接該微控制器，係以將數位資料轉換為類比資料； 一輸入單元，連接該微控制器，係以輸入電池檢測所需的資料；及 一輸出單元，連接該微控制器，係以輸出電池檢測結果的資料。
  12. 如請求項11所述之非對稱式電池檢測裝置，其中該控制單元係連接一資訊輸出輸入裝置或一資訊控制裝置； 其中，上述連接的方式包括：以單向或雙向連接，以近端或遠端連接，或以無線或有線連接。
  13. 如請求項12所述之非對稱式電池檢測裝置，其中該資訊輸出輸入裝置係為一智慧型手機、一平板電腦、一筆記型電腦、一個人數位助理、一鍵盤、一印表機、一桌上型電腦、一實體伺服器或一雲端伺服器。
  14. 如請求項12所述之非對稱式電池檢測裝置，其中該資訊控制裝置係為一智慧型手機、一平板電腦、一筆記型電腦、一個人數位助理、一鍵盤、一桌上型電腦、一實體伺服器或一雲端伺服器。
  15. 如請求項12所述之非對稱式電池檢測裝置，其中該資訊輸出輸入裝置或該資訊控制裝置所處理的資訊內容包含一電池廠商資訊、一電池規格資訊、一測試結果資訊、一測試日期時間資訊、一測試地點資訊、一安裝地點資訊或一測試人員資訊。
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