TW201840096A - 電池電力延續裝置及電池電力延續方法 - Google Patents

Abstract

本發明的電池電力延續裝置包括開關裝置及處理電路。處理電路在啟動模式時，控制開關裝置使快速儲能模組並聯連接電池；在依據觸發信號進入充電模式時，控制開關裝置使快速儲能模組斷開與電池的並聯連接。藉由電池供電系統停止運轉時即產生觸發信號而對快速儲能模組充電，使電池供電系統啟動時，因並聯足夠電量之快速儲能模組作輔助，而減低電池本身在啟動時的被抽載電能，進而延長電池使用壽命，並使電池在較低電能狀態下，仍能達成正常啟動功能，而可真正用盡電池電能。藉由電池性能偵測，讓使用者更能放心地用盡電池所有可用之電能。

Description

電池電力延續裝置及電池電力延續方法

本發明係與電池供電系統有關，特別是指一種電池電力延續裝置及電池電力延續方法。

目前，車輛若發生欠電壓(啟動電池沒電)時，車輛是無法被原有的啟動系統啟動，因此，啟動系統需進行跨接啟動(jump start)，跨接啟動是在啟動系統的電池的兩電極端並聯另一電池，以使啟動裝置有足夠的電壓值來做觸發。

這種跨接啟動的方式不僅麻煩，還可能會因為電池的電極接錯而發生危險。

再者，車輛上任何需要使用電池的電子裝置啟動瞬間都會讓電池的電壓瞬間下降，因此，如何穩定電池的電壓來延長電子裝置及點火系統壽命，以及如何增長電池的壽命也亟待解決。

為了解決上述問題，已知在CN103812166專利申請案中揭露有一種車用啟動電源，其藉由將電池串聯一受控開關並且並聯一超級電容，且在電池剩餘電能少於設定值時斷開該受控開關，並在接到車輛啟動信號時，才閉合該受控開關並使蓄電池對超級電容充電，以實現二次啟動。然而，在這種車用啟動電源中，由於係在電池電力不足時，以受控開關來斷開電池與系統之連結以及電池與電容之並聯，來保留電池的電力，並在二次啟動信號產生時，閉合該受控開關並使電池用剩餘電能對超級電容充電；將會有電池組同時擔負啟動又要對超級電容進行充電之雙重負載，反而使電池抽載加劇而加速退化，或是無法有足夠電力同時啟動並對超級電容充電之問題。

有鑑於上述缺失，本發明的目的在於提供一種電池電力延續裝置及方法，以使電池供電系統能藉由電池電力延續裝置來達成輔助電池啟動的目的，且系統正常運作時還可達到穩定啟動電池電壓的功效，進而延長啟動電池和車載電子裝置的壽命。

本發明另一目的在於提供一種能降低電池巔峰抽載負荷、延長電池使用壽命、且能準確偵測電池壽命狀態而能實現用盡電池電能的電池電力延續裝置，俾讓使用者可以放心地在用盡電池電能前才更換電池，減少因電池提早更換所造成的電池資源浪費與環境污染。

為達成上述目的，本發明的電池電力延續裝置應用於一電池供電系統，且包括一開關裝置及一處理電路。開關裝置供控制一快速儲能模組與一啟動電池間的連接。處理電路用以因應多種操作模式而切換該開關裝置的動作，包括在啟動模式時，控制該開關裝置使快速儲能模組並聯連接啟動電池。又，在依據一觸發信號進入充電模式時，控制開關裝置，使快速儲能模組斷開與啟動電池的並聯連接，且其中，該觸發信號是依據該電池供電系統的一運轉停止信號而產生。

為達成上述目的，本發明還提供一種電池電力延續方法，其包括一並聯步驟及一充電步驟。並聯步驟用以在啟動模式時，控制開關裝置，供使快速儲能模組與啟動電池並聯連接。充電步驟用以在依據觸發信號進入充電模式時，控制開關裝置，使快速儲能模組斷開與啟動電池的並聯連接，且可用啟動電池作為電力來源，透過處理電路對快速儲能模組進行充電，直到快速儲能模組達到一可啟動電壓值。且其中，該觸發信號是依據該電池供電系統的一運轉停止信號而產生。在進一步觀點中，在以觸發信號使電池與快速儲能模組並聯之後，可以立即以電池對快速儲能模組充電達一可啟動電壓，也可以在快速儲能模組低於一電壓值時才對其充電。

又，為了達成本發明之另一目的，本發明所揭電池電力延續裝置還包含一量測電路，用以偵測並比較該電池於不同次啟動時的被抽載電性變化，並在該電池符合一低被抽載電能條件時，產生一更換警示。

藉由上述裝置與方法，當系統停止運轉時，觸發信號可使處理電路將該啟動電池與快速儲能模組斷開並聯，並可讓該電池對快速儲能模組進行充電達一可啟動電壓，待啟動時才又並聯電池與快速儲能模組，以使電池供電系統可藉由快速儲能模組的電力來輔助啟動。因而於再次啟動時，電池不用如習知技術般還要對快速儲能模組充電，而是立即讓該足夠電量的快速模組作為電池啟動電池供電系統負載之輔助，將能減少電池被瞬間加劇抽載，而確保快速儲能模組輔助啟動成功，且降低該電池因起動時被劇烈抽載所導致老化或退化的情形與速度，而能達到前面所述延長啟動電池和車載電子裝置壽命的目的。又，藉由在系統正常運轉時亦使快速儲能模組並聯該電池，也可使啟動電池電壓維持穩定，而達到穩壓的效果。

又，藉由在停車後即讓該電池對該快速儲能模組進行充電，本發明在正常模式下儲能模組已預先充電儲能，因此僅需少量的電池電能即足以滿足啟動需求，再加上電池性能之偵測與警示，將可以使該電池使用到一足以對該快速儲能模組充電到可啟動電壓的真正最少剩餘電能下限狀態，才進行更換，因此可真正放心地實現用盡電池所有可用電能之功能，進而改善習知只量測電池內阻大小又沒有快速儲能模組之並聯啟動，即在電池還沒到達真正無法使用之狀態即被更換之資源浪費。有關本發明所提供之電池電力延續裝置的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

以下，茲配合各圖式列舉對應之較佳實施例來對本發明的電池電力延續裝置的組成構件及達成功效來作說明。然各圖式中電池電力延續裝置的構件、尺寸及外觀僅用來說明本發明的技術特徵，而非對本發明構成限制。

如圖1所示，該圖是本發明電池電力延續裝置搭配電池供電系統的方塊圖。本發明的電池電力延續裝置10連接電池供電系統30，本實施例中，電池供電系統30是車輛啟動系統，電池電力延續裝置10則用於啟動電池33的供電輔助。電池供電系統30包括啟動馬達31及一啟動電池33，啟動馬達31連接啟動電池33。在正常啟動模式時，啟動馬達31都是藉由啟動電池33供應電力來達到啟動的目的，進而帶動引擎運轉。其中，電池供電系統30已是業界所週知的技術，於此不再贅述。

電池電力延續裝置10主要包括一處理電路11及一開關15，另外也可以再包含一快速儲能模組13在內。處理電路11的一輸入端111連接電池供電系統30的啟動電池33。快速儲能模組13連接處理電路11的一輸出端113。開關15連接處理電路11的輸出端113、快速儲能模組13及電池供電系統30的啟動電池33。

處理電路11依據一觸發信號透過開關15斷開快速儲能模組13與啟動電池33的連接，並對快速儲能模組13進行充電，直到快速儲能模組13的電壓值到達一啟動電壓值。在本發明的一實施例中，處理電路11可以是硬體、韌體或是儲存在記憶體而由微處理器或是數位信號處理器所載入執行的軟體或機器可執行程式碼。若是採用硬體來實現，則處理電路11可以是由單一整合電路晶片所達成，也可以由多個電路晶片所完成，但本發明並不以此為限制。上述多個電路晶片或單一整合電路晶片可採用特殊功能積體電路(ASIC)或可程式化邏輯閘陣列(FPGA)來實現。而上述記憶體可以是例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體或是快閃記憶體等等。

在本發明的一實施例中，處理電路11包括一升降壓(buck-boost)模組115，用以調整輸入端111的電壓值，並輸出電壓至輸出端113。本實施例中，升降壓模組115用以提高輸入端111電壓值，也就是讓輸出端113的電壓值高於輸入端111的電壓值，以對快速儲能模組13充電。此外，對快速儲能模組13充電也可以選用其他充電電路，例如升壓模組或其他電路，故不以升降壓模組為限。

在本發明的一實施例中，快速儲能模組13是一超級電容，超級電容的充放電速度較啟動電池33快且壽命也較啟動電池33長，因此，超級電容能在短時間內累積到啟動時所需的電壓。但快速儲能模組13不以超級電容為限。

於此實施例，觸發信號藉由一觸發開關17來提供，觸發開關17連接處理電路11，觸發信號在觸發開關17導通時產生並提供給處理電路11，處理電路11依據觸發信號命令開關15斷開啟動電池33及快速儲能模組13的連接，然後對快速儲能模組13進行充電。但實務中，觸發信號也可以藉由其他觸發電路或其他形式來提供給處理電路11，因此，觸發信號的產生及提供不以本實施例所述為限。

本實施例中，開關15可以是一繼電器(Relay)、電晶體或由電子電路所構成，因此，開關15不以單一開關元件為限。

處理電路11還可用以偵測啟動電池33的性能狀態，並對應產生提醒(或警示信息)。啟動電池33的性能狀態包括輸出電壓、電池內阻及電池壽命百分比等。產生的提醒可以包括例如透過顯示器、燈或揚聲器等來進行。顯示器可顯示啟動電池33的性能狀態，燈可透過不同可見光顏色來做提醒啟動電池33的性能狀態，不同可見光可以例如紅、黃及綠等。

以上說明本發明的電池電力延續裝置的組成，隨後，詳述本發明的電池電力延續裝置的運作及功效。

請續參照圖1，當電池供電系統30能正常啟動，表示啟動電池33的電壓值足以讓電池供電系統30的啟動馬達31運作時，因此，正常啟動時，開關15依據電池供電系統30的一啟動信號導通，而讓啟動電池33及快速儲能模組13形成電性並聯連接。其中，啟動信號可以是電池供電系統30直接提供或是電池供電系統30提供給處理電路11，再由處理電路11提供給開關15。啟動信號是業界所週知透過電池供電系統30的啟動開關(圖中未繪示)來產生，故於此不贅述。

導通的開關15使啟動電池33與快速儲能模組13形成並聯(parallel)連接關係，並聯連接關係使快速儲能模組13的電壓值大致與啟動電池33的電壓值相同，此時，處理電路11沒有對快速儲能模組13進行充電。如此，本發明的電池電力延續裝置10可透過快速儲能模組13做為穩壓的效果，而進入穩壓模式，以有效提升車用電子產品的穩定度及使用壽命，並可延長車輛點火系統的壽命。

其中，快速儲能模組13具有較啟動電池33更快的充放電能力，因此，快速儲能模組13能快速累積至較高的電壓值。

當啟動電池33的電壓值過低，這個現象也被稱為欠電壓，表示電池供電系統30不能正常啟動，因此，電池電力延續裝置 10的充電模式可輔助啟動電池供電系統30來做啟動。

請續參照圖1，在充電模式中，處理電路11依據觸發信號透過開關15斷開啟動電池33與快速儲能模組13之間的電性連接，並透過剩餘的啟動電池33的電力來對快速儲能模組13進行充電，以使快速儲能模組13能累積至較高的電壓值，如此，電池供電系統30需要瞬間的大電流，也就是啟動時可以優先從快速儲能模組13汲取，所以啟動電池33不會因快速抽取大電流而提早折損壽命。

充電模式的運作是透過觸發開關17使處理電路11進入該充電模式，接著，處理電路11依據觸發信號控制關關15形成開路狀態，開路狀態是指啟動電池33和快速儲能模組13沒有形成並聯連接，因此，快速儲能模組13可以透過處理電路11的升降壓模組115來被啟動電池33充電，並將其電壓值提升至一可啟動汽車的電壓值，然後，處理電路11依據啟動信號控制開關15形成導通狀態，導通狀態是指啟動電池33和快速儲能模組13形成並聯連接，所以，導通的開關15製造途徑供快速儲能模組13對電池供電系統30提供瞬間高電流以便啟動汽車。最後，在電池供電系統30啟動後，本發明的電池電力延續裝置10就會進入前述穩壓。

因為開關15導通，使得啟動電池33與快速儲能模組13形成並聯連接，因此，電池供電系統30進行啟動時，電池供電系統30可藉由快速儲能模組13的高電壓值來做啟動，以達成啟動的目的。

舉例來說，正常啟動電池33的額定電壓值為12.6伏特，表示電池供電系統30可以正常啟動，若啟動電池33的電壓值剩下11伏特或以下，啟動電池33瞬間放電的電力不足，也就是啟動電池33無法供應足夠的啟動電流給啟動馬達31，因此，本發明的電池電力延續裝置10在快速對快速儲能模組13充電之後，使其啟動電壓值拉升至14伏特，將可以做為啟動馬達31的啟動電力或啟動電池33的輔助電力。

在一實施例中，車輛在正常運行期間，啟動電池33與快速儲能模組13亦並聯，啟動電池33會被充電，因此，啟動電池33的電壓值應維持在14伏特左右，此時，快速儲能模組13也可以維持在14伏特左右，因此可達到穩定啟動電池33電壓的目的。

如前面已述及者，觸發信號的產生及提供並不以本實施例所述為限。又，前面之運作說明亦已載明本發明之主要技術思想，在於透過一觸發信號來使啟動電池33與快速儲能模組13斷開，而使快速儲能模組13被進行充電，並在啟動時及啟動成功後之運轉時保持並聯，而進行一輔助啟動及穩壓模式功能。因此，除了在電池供電系統30啟動失敗時，透過按壓觸發開關17來提供觸發信號給處理電路11，以使處理電路11進入包含救車之充電模式，也可以在一變形例中，讓處理電路11在電池供電系統30啟動失敗時，自動接收到啟動失敗信號而產生觸發信號，並據以自動進入該充電模式，而不用再透過按壓觸發開關17來進入充電模式。

除此之外，如同先前所述，當電池供電系統30啟動後沒有運轉時，可讓快速儲能模組13進行充電，但本發明不限於此。在本發明另一變形例中，也可讓車子在啟動行駛完而熄火停止運轉時，即讓電池電力延續裝置10自動進入該充電模式，如此一來，當車子沒有行駛運轉時，處理電路11可根據電池供電系統30的一運轉停止信號而產生觸發信號，使得快速儲能模組13在電池供電系統30停止運轉時，自動斷開與啟動電池33之並聯，並被啟動電池33充電，以等待要啟動車子時，即能快速因啟動信號而進入並聯狀態，並提供更為充足的電力來輔助啟動電池23的啟動，確保能成功啟動車子。

又，雖然快速儲能模組13在啟動後之平時運轉時仍與啟動電池33維持並聯關係有穩壓之功效，但也可以在一變形例中選擇平時運轉時不並聯，但在運轉停止後對快速儲能模組進行充電，而不影響本發明之功效。又，在另一變形例中，也可以在運轉停止後，選擇先不對快速儲能模組進行充電，而是待其電力狀況符合一需要充電條件時才被啟動電池33充電，此在平時運轉模式有並聯快速儲能模組時可以如此作，而仍能達成本發明之目的與功效。又，以上之實施例雖舉汽車之啟動電池33為例來進行啟動之輔助，然而，本發明所揭啟動用電池供電系統的電池電力延續裝置，不以汽車之啟動電池為限，該電池電力延續裝置也可以被應用在各種配置啟動電池而需要較大電力來起動電動機的各種可能裝置，例如無線吸塵器、柴油發電機等，或是以電池供電但瞬間需要較大電流等大負載的電池供電系統。因此，所謂啟動僅是一代表詞，其實際上包含任何需要較大電流之狀況與系統，因而在此所稱啟動電池包含非啟動用的電池。

請合併參照圖1及圖2，圖2是依照本發明一實施例所繪示的電池電力延續方法的步驟流程圖，可用於圖1所示的電池電力延續裝置10，但本發明不限於此。首先，於步驟S210中，可透過處理電路11判斷是否接收到觸發信號。若步驟S210的判斷結果為否，表示處理電路11未接收到觸發信號，故可透過處理電路11執行如步驟S220所示的並聯步驟。於步驟S220中，可在平時運轉模式與啟動模式時，透過處理電路11控制開關15，供使快速儲能模組13與啟動電池33並聯連接。相對地，若步驟S210的判斷結果為是，表示處理電路11接收到觸發信號，故可透過處理電路11執行如步驟S230所示的充電步驟。於步驟S230中，可依據觸發信號進入充電模式時，透過處理電路11控制開關15，使快速儲能模組13斷開與啟動電池33的並聯連接，且以啟動電池33作為電力來源，透過處理電路11對快速儲能模組13進行充電，直到快速儲能模組13達到一可啟動電壓值。附帶一提的，上述的並聯步驟(即步驟S220)與充電步驟(即步驟S230)係因應各種操作模式而被切換。另外，關於電池電力延續方法的其他實施細節，可由圖1的相關說明中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

前面有提到處理電路11還可用以偵測啟動電池33的性能狀態，並對應產生提醒(或警示信息)，以下即針對電池性能偵測方式進一步舉一具體實施例。在本發明的另一實施例中，電池電力延續裝置還具備電池狀態偵測功能，以確保使用者能在啟動電池33完全喪失電力前之適當時機汰換啟動電池33。請參照圖3，圖3是依照本發明另一實施例所繪示的電池電力延續裝置搭配電池供電系統的方塊圖。電池電力延續裝置20連接電池供電系統30，其中圖3的電池供電系統30類似於圖1的電池供電系統30，故可參酌上述圖1的相關說明，在此不再贅述。

類似於圖1的電池電力延續裝置10，圖3的電池電力延續裝置20同樣可包括處理電路11、開關15以及快速儲能模組13，其中圖3的處理電路11、開關15以及快速儲能模組13可分別參酌上述圖1的相關說明，在此不贅述。相較於圖1的電池電力延續裝置10，圖3的電池電力延續裝置20還可包括量測電路24，但本發明不限於此，在本發明的其他實施例中，量測電路24也可整合至處理電路11中。

量測電路24耦接快速儲能模組13、啟動電池33以及處理電路11。量測電路24可用來量測啟動電池33的開路電壓(open circuit voltage)、啟動電池33的內阻值。除此之外，量測電路24還可用來量測啟動馬達31(亦即負載)被啟動時的負載電壓或稱抽載電壓(包括峰值及均值)、負載電流或稱抽載電流(包括峰值及均值)以及啟動時間長度，也可在啟動時單獨測量啟動電池33或快速儲能模組的抽載電流、抽載電壓等，並可依據所測量的抽載電流、電壓、啟動時間等，算出啟動電能。而且，量測電路24也可以用以測量快速儲能模組的充電電壓等。量測電路24可採用業界所週知的電壓量測電路、電流量測電路及阻值量測電路來實現，故在此不再贅述。

根據本發明的觀點，啟動電池性能的判斷主要是在本發明所揭電池電力延續裝置之架構下進行判斷。根據其中一實施例的觀點，可以先量測快速儲能模組13及啟動電池33兩者至少其中之一用以提供啟動馬達31所需的啟動電能，因此處理電路11可透過量測電路24所量測到的上述資訊(例如啟動電池33的開路電壓、啟動電池33的內阻值、啟動馬達31被啟動時的負載電壓及負載電流以及啟動時間長度、以及啟動電池的抽載電流、抽載電壓)來估測啟動馬達31的啟動電能以及啟動電池33所提供的輸出電能，且處理電路11可根據啟動電池33的輸出電能與啟動馬達31的啟動電能間的比例來判斷啟動電池33的性能狀態，或是單以啟動電池33的輸出電能在不同次啟動時之比值是否低於一特定值來作比較。

在一以啟動電能及電池33之抽載電能作判斷的例子中，可以理解的是，隨著啟動電池33循環地充放電，啟動電池33的性能會逐漸下降而導致其所能提供的輸出電能會逐漸減少。根據本發明之觀點，由於啟動時快速儲能模組13都會與啟動電池並聯，在此架構下則在啟動馬達31的啟動電能不變的情況下，快速儲能模組13所須提供的輸出電能勢必逐漸增加。因此，藉由計算啟動電池33的輸出電能佔啟動馬達31的啟動電能的比例，可更精確地估測出啟動電池33的性能狀態。詳細說明如下。

請合併參照圖3及圖4，圖4是依照本發明一實施例所繪示的電池電力延續方法的啟動模式及量測啟動模式的步驟流程圖，可用於圖3所示的電池電力延續裝置20及檢測啟動電池33的性能狀態，但本發明不限於此。首先，於步驟S410中，當電池供電系統30中的啟動電池33被更換之後，或是此電池電力延續裝置20剛被啟用時，處理電路11將變數N歸零。接著，於步驟S412中，可透過量測電路24來量測啟動電池33的開路電壓以及啟動電池33的內阻值。之後，於步驟S420中，處理電路11可根據啟動信號來判斷啟動馬達31是否啟動。若步驟S420結果為否，表示啟動馬達31未啟動，則回到步驟S412。若步驟S420結果為是，表示啟動馬達31被啟動，則處理電路11可設定變數N=N+1，如步驟S422所示。

接著，於步驟S430中，處理電路11可判斷變數N是否為1。若變數N為1，表示啟動電池33為首次供電給啟動馬達31，此時電池電力延續裝置20進入一量測啟動模式，且處理電路11控制開關15，以使啟動電池33斷開與快速儲能模組13的並聯連接，並以啟動電池33的輸出電能做為啟動馬達31的啟動電能，如步驟S440所示。換句話說，當啟動電池33首次供電給啟動馬達31時，啟動馬達31的啟動電能僅由啟動電池33來提供，其等效電路如圖5A所示，其中E表示啟動電池33的開路電壓，r_TH 表示啟動電池33的內阻值，V_L 表示啟動馬達31的電壓(即負載電壓)，I_L 表示啟動馬達31的電流(即負載電流)，而R_L 表示啟動馬達31的阻抗值。此時所測得的啟動電能，因係在一量測啟動模式下，因而為單獨由啟動電池所提供者。當然，在一變形例中，也可以設計成只由快速儲能模組提供啟動並測量，或是由啟動電池與快速儲能模組一起提供而測量，故綜而言之如前面所述，可用快速儲能模組13及啟動電池33兩者至少其中之一來提供啟動馬達31所需的啟動電能。

之後，於步驟S442中，可透過量測電路24來量測啟動馬達31被啟動時的負載電壓V_L (t)、負載電流I_L (t)以及啟動時間長度T，其中負載電壓V_L (t)及負載電流I_L (t)為隨時間改變的變數。然後，於步驟S444中，可透過處理電路11根據所量測到的負載電壓V_L (t)、負載電流I_L (t)以及啟動時間長度T來計算啟動馬達31的啟動電能J_L ，如式(1)所示，其中式(1)的運算子＊表示乘積運算(Convolution)。在步驟S444結束後，處理電路11已取得啟動馬達31的啟動電能，並回到步驟S412。

式(1)

在本發明的一實施例中，量測電路24可根據啟動馬達31的負載電壓或負載電流來偵測啟動馬達31的啟動時間長度。請合併參照圖5A及圖5B，圖5B是依照本發明一實施例所繪示的啟動馬達31被啟動時的負載電壓V_L 及負載電流I_L 的時序示意圖，其中橫軸表示時間，縱軸表示電壓值或電流值。如同先前所述，啟動馬達31需要瞬間的巨大電流(即負載電流I_L )來啟動，因此量測電路24可根據所量測到的負載電流I_L 的大小而估算出啟動馬達31的啟動時間長度T(如圖5B所示)。除此之外，當啟動馬達31啟動時，負載電流I_L 在流經啟動電池33的內阻(其阻值為r_TH )時會在此內阻的兩端產生壓降，導致負載電壓V_L 降低，因此量測電路24也可根據所量測到的負載電壓V_L 的大小而估算出啟動馬達31的啟動時間長度T(如圖5B所示)。

請重新合併參照圖3及圖4，於步驟S430中，若變數N不為1，表示電池電力延續裝置20運作在啟動模式且啟動電池33並非首次供電給啟動馬達31，此時處理電路11可控制開關15，以使快速儲能模組13並聯連接啟動電池33以共同提供啟動馬達31的啟動電能，如步驟S450所示。換句話說，當啟動電池33並非首次供電給啟動馬達31時，啟動馬達31的啟動電能將由啟動電池33及快速儲能模組13來共同提供，其等效電路如圖6所示，其中E表示啟動電池33的開路電壓，r_TH 表示啟動電池33的內阻值，C表示快速儲能模組13的電容值，r_C 表示快速儲能模組13的電阻值(可忽略)，V_L 表示啟動馬達31的電壓(即負載電壓)，I_L 表示啟動馬達31的電流(即負載電流)，而R_L 表示啟動馬達31的阻抗值。其中，如前面所述一變形例，該啟動電能也可以是等到此一正常啟動模式下才測得，亦即當N=2時測量啟動電池33與快速儲能模組13的共同啟動輸出，以作為前面所提的啟動電能，並作為評估啟動電池性能的基礎之一。

之後，於步驟S452中，可透過量測電路24來量測啟動馬達31被啟動時的負載電壓。然後，於步驟S454中，可透過處理電路11根據快速儲能模組13的電容值C、開路電壓E以及負載電壓V_L 來計算快速儲能模組13所提供的輸出電能(或稱被抽載電能)J_C ，如式(2)所示，且處理電路11可根據式(1)的啟動電能J_L 及式(2)所示的快速儲能模組13的輸出電能J_C 來計算啟動電池33所提供的輸出電能(或稱啟動電池被抽載電能)J_E ，如式(3)所示。

式(2)

式(3)

接著，於步驟S456中，處理電路11可計算啟動電池33的輸出電能J_E 佔啟動馬達31的啟動電能J_L 的比例。然後，於步驟S458中，處理電路11可根據上述比例來判斷啟動電池33的性能狀態是否正常。若步驟S458的判斷結果為正常，則回到步驟S412，以等待下一次啟動馬達31被啟動的啟動電池33的性能檢測運作。若步驟S458的判斷結果為異常，則處理電路11可產生警示信息，如步驟S460所示。

在本發明的一實施例中，於步驟S458中，當輸出電能J_E 佔啟動電能J_L 的比例小於第一臨界值時，處理電路11可判斷啟動電池33的性能狀態為異常，並於步驟S460中產生警示信息。在本發明的一實施例中，處理電路11可將上述警示信息傳送並顯示在顯示器上，但本發明並不限於此。在本發明的其他實施例中，處理電路11也可透過燈光或揚聲器等來警示使用者。

在本發明的一實施例中，處理電路11也可根據輸出電能J_E 佔啟動電能J_L 的不同比例，而產生不同的警告信息。舉例來說，當輸出電能J_E 佔啟動電能J_L 的比例小於第一臨界值但大於第二臨界值時，處理電路11可發出啟動電池33的啟動能力不足(或電池壽命即將終了)之警示信息，其中第一臨界值大於第二臨界值。另外，當輸出電能J_E 佔啟動電能J_L 的比例小於上述第二臨界值時，處理電路11可發出啟動電池33的啟動能力嚴重不足(或立即更換電池)之警示信息。上述的第一臨界值及第二臨界值可依實際應用或設計需求來進行設定。

在本發明的一實施例中，處理電路11也可根據輸出電能J_E 佔啟動電能J_L 的比例，而在顯示器上顯示啟動電池33尚能對啟動馬達31進行啟動的次數，以做為提醒使用者更換啟動電池33的參考依據。

在本發明的一實施例中，處理電路11也可根據所量測到的啟動電池33的內阻值r_TH 以及輸出電能J_E 佔啟動電能J_L 的比例來一起判斷啟動電池33的性能狀態。舉例來說，當上述比例小於第一臨界值，且內阻值r_TH 大於參考電阻值時，處理電路11可判斷啟動電池33的性能狀態為異常並產生警示信息。

由於本發明是在啟動馬達31被啟動時對啟動電池33的性能狀態進行檢測，因此處理電路11所檢測到的啟動電池33的性能狀態，乃是反映出啟動電池33於當下對啟動馬達31進行放電的實際性能狀態。故相較於一般採用手持式電池分析儀對電池實施短時間及小電流的放電所偵測到的電池的性能狀態，本發明所提出的啟動電池33的性能狀態檢測運作可更準確地檢測出實際運作下的啟動電池33的性能狀態，以確保使用者能在啟動電池33完全喪失電力前的適當時機汰換啟動電池33。

又，對於啟動電池33之性能警示，在上述實施例中係以啟動電池之輸出電能J_E ，與總啟動電能J_L 之比例，低於一預設值之低被抽載電能條件作為判斷，且啟動電池之輸出電能可以直接測得，或藉由量測快速電容之輸出電能，再推算出啟動電池33的輸出電能。然而在進一步變形例中，該電池性能之警示也可以藉由其他數據之比較而得。例如，該低被抽載電能條件可以是指該該電池被抽載電能與該快速儲能模組被抽載電能的比值小於一特定值；也可以是指本發明所揭電池電力延續裝置第一次使用時所測得電池被抽載電能，與最近一次該電池被抽載電能的比值小於一特定值，作為判斷基準。或者，也可以只以啟動電池33符合一低被抽載電能條件時，即發送警示信息。該低被抽載電能條件。其量測如前述，只是比較數據不同，因而其細節就不再贅述。

另外，如前所述，也可以單獨量測快速儲能模組之被充電電壓是否能達到一特定可啟動電壓值，來作為啟動電池剩餘電量是否該發出警示之判斷。又，根據本實施例之另一觀點，該啟動電池的性能也可以直接以該啟動電池之被抽載電流值低於一特定值來作判斷。因此，總而言之，搭配本發明所揭之快速儲能模組與啟動電池之並聯模式，並藉由測量啟動電池之被抽載電性，除了可以將啟動電池用到最極致而可能達原使用壽命2~4倍甚至更長之外，並能在用盡之前適時提醒使用者更換啟動電池。

最後，強調，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

10、20‧‧‧電池電力延續裝置

11‧‧‧處理電路

111‧‧‧輸入端

113‧‧‧輸出端

115‧‧‧升降壓模組

13‧‧‧快速儲能模組

15‧‧‧開關

17‧‧‧觸發開關

24‧‧‧量測電路

30‧‧‧電池供電系統

31‧‧‧啟動馬達

33‧‧‧啟動電池

C‧‧‧快速儲能模組的電容值

E‧‧‧啟動電池的開路電壓

I_L‧‧‧啟動馬達的電流

S210、S220、S230、S410、S412、S420、S422、S430、S440、S442、S444、S450、S452、S454、S456、S458、S460‧‧‧步驟

T‧‧‧啟動時間長度

r_C‧‧‧快速儲能模組的電阻值

r_TH‧‧‧啟動電池的內阻值

V_L‧‧‧啟動馬達的電壓

R_L‧‧‧啟動馬達的阻抗值

圖1是依照本發明一實施例所繪示的電池電力延續裝置搭配電池供電系統的方塊圖。 圖2是依照本發明一實施例所繪示的電池電力延續方法的步驟流程圖。 圖3是依照本發明另一實施例所繪示的電池電力延續裝置搭配電池供電系統的方塊圖。 圖4是依照本發明一實施例所繪示的電池電力延續方法的啟動模式的步驟流程圖。 圖5A是依照本發明一實施例所繪示的啟動馬達與啟動電池的等效電路示意圖。 圖5B是依照本發明一實施例所繪示的啟動馬達被啟動時的負載電壓及負載電流的時序示意圖。 圖6是依照本發明一實施例所繪示的啟動馬達、快速儲能模組與啟動電池的等效電路示意圖。

Claims (19)

1. 一種電池電力延續裝置，包括： 一開關裝置，供控制一快速儲能模組與一電池間的連接；及 一處理電路，用以因應多種操作模式而切換該開關裝置之動作，包括在該電池供電系統啟動時之一啟動模式時，控制該開關裝置使該快速儲能模組並聯連接該電池；以及在收到一觸發信號進入一充電模式時，控制該開關裝置，使該快速儲能模組斷開與該電池的並聯連接，且其中，該觸發信號是依據該電池供電系統的一運轉停止信號而產生。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電池電力延續裝置，其中，在該充電模式中，該處理電路並以該電池為電力來源，對該快速儲能模組進行充電，直到該快速儲能模組達到一可啟動電壓值。
3. 如申請專利範圍第2項所述的電池電力延續裝置，其中，在該充電模式中，該處理電路是在該快速儲能模組的電壓低於一特定值時，才以該電池為電力來源，對該快速儲能模組進行充電，直到該快速儲能模組達到一可啟動電壓值。
4. 如申請專利範圍第2項所述的電池電力延續裝置，其中，該處理電路包括一升降壓模組，且該可啟動電壓值大於該電池的殘留電壓值。
5. 如申請專利範圍第1項所述的電池電力延續裝置，還包含該快速儲能模組，且在該電池供電系統運轉中之一平時運轉模式時，該處理裝置亦控制該開關裝置使該快速儲能模組並聯連接該電池。
6. 如申請專利範圍第1項所述的電池電力延續裝置，其中，該運轉停止信號為該電池供電系統之一啟動失敗信號。
7. 如申請專利範圍第1項所述的電池電力延續裝置，還包含：一量測電路，用以偵測該電池供電系統啟動時該電池的被抽載電性，而供判斷出電池性能狀態；以及一警示裝置，用以在該電池符合一低被抽載電能條件時產生警示。
8. 如申請專利範圍第7項所述的電池電力延續裝置，其中： 該量測電路包含用以偵測該電池供電系統啟動時由該電池與該快速儲能模組至少其中之一所測得的被抽載啟動電能，並用以於該延續裝置之該啟動模式下偵測該電池被抽載電能；而且，該低被抽載電能條件是指啟動時該電池被抽載電能與該啟動電能的比值小於一特定值。
9. 如申請專利範圍第8項所述的電池電力延續裝置，其中： 該量測電路根據該快速儲能模組的一電容值、該電池的開路電壓以及該負載電壓來計算該快速儲能模組所提供的一輸出電能，且根據該啟動電能及該快速儲能模組的該輸出電能來計算該電池的該輸出電能。
10. 如申請專利範圍第7項所述的電池電力延續裝置，其中： 該量測電路還用以於該延續裝置之該啟動模式下偵測該電池被抽載電能與該快速儲能模組被抽載電能；而且，該低被抽載電能條件是指該電池被抽載電能與該快速儲能模組被抽載電能的比值小於一特定值，或該電池首次搭配該快速儲能模組時之被抽載電能與最近一次該電池被抽載電能的比值小於一特定值。
11. 如申請專利範圍第7項所述的電池電力延續裝置，其中該該電池被抽載電性是指被抽載電流，且該低被抽載電能條件是指該被抽載電流的一特定電流值，或是該電池首次與該快速儲能模組搭配使用時之初次電流值與最近一次電流值之比值。
12. 如申請專利範圍第2項所述的電池電力延續裝置，該處理電路還包含一量測電路，用以偵測該快速儲能模組之電壓；以及一警示裝置，用以在無法將該快速儲能模組充電到一特定值時發出警示。
13. 一種電池電力延續方法，包括： 一並聯步驟，用以在一電池供電系統啟動時之一啟動模式時，透過一處理電路控制一開關裝置，供使一快速儲能模組與一電池並聯連接；及 一充電步驟，用以在收到一觸發信號進入一充電模式時，透過該處理電路控制該開關裝置，使該快速儲能模組斷開與該電池的並聯連接； 且其中，該觸發信號是依據該電池供電系統的一運轉停止信號而產生。
14. 如申請專利範圍第13項所述之電池電力延續方法，其中，在該充電步驟中，還包含一以該電池作為電力來源，對該快速儲能模組進行充電，直到該快速儲能模組達到一可啟動電壓值的步驟，且可選擇性地在該快速儲能模組的電壓低於一特定值時，才被充電。
15. 如申請專利範圍第13項所述的電池電力延續方法，更包括： 偵測該快速儲能模組及該啟動電池至少其中一者提供一負載啟動所需的一啟動電能； 估測該電池於該啟動模式下所提供的一輸出電能；以及 根據該電池的該輸出電能與該啟動電能間的一比例來判斷該動電池的性能狀態，當該比例小於一第一臨界值時，提供一警示信息。
16. 如申請專利範圍第15項所述的電池電力延續方法，其中該估測該啟動電能的步驟包括： 在一初次啟用之量測啟動模式下，控制該開關裝置，以使該電池斷開與該快速儲能模組的並聯連接，而以該電池的該輸出電能做為該啟動電能；以及 偵測該負載的一負載電壓、一負載電流以及一啟動時間長度，而據以計算該啟動電能。
17. 如申請專利範圍第15項所述的電池電力延續方法，其中所述估測該電池的該輸出電能的步驟包括： 偵測該電池的一開路電壓； 在該啟動模式下，控制該開關裝置，以使該快速儲能模組並聯連接該電池以共同提供該啟動電能； 偵測該負載啟動時的一負載電壓； 根據該快速儲能模組的一電容值、該開路電壓以及該負載電壓來計算該快速儲能模組所提供的一輸出電能；以及 根據該啟動電能及該快速儲能模組的該輸出電能來計算該電池的該輸出電能。
18. 如申請專利範圍第14項所述的電池電力延續方法，更包括一用以偵測該快速儲能模組之電壓的步驟，以及一用以在無法將該快速儲能模組充電到一特定電壓值時發出警示的警示步驟。
19. 如申請專利範圍第13項所述之電池電力延續方法，其中還包含一偵測該電池於各次啟動時之被抽載電流之偵測步驟；以及一在該被抽載電流低於一特定電流值，或是該電池首次與該快速儲能模組搭配使用時之初次抽載電流值與最近一次抽載電流值之比值低於一特定值時，發出警示的警示步驟。