TWI404962B - 電池健康狀況之監測系統 - Google Patents

Description

電池健康狀況之監測系統

本發明是有關於一種監測系統，特別是一種電池健康狀況之監測系統。

查，隨著科技日新月異的發展，且為有效減少廢氣污染，目前於市場上已出現許多利用電力作為驅動行動載具的來源，所以電池的使用已可能成為未來運輸工具主要的動力來源，但單一電池是無法單獨帶動行動載具啟動，所以行動載具上之電池係以複數顆呈並聯或串聯等方式組成一電池組，以提供該行動載具足夠之電力；而目前最大使用問題在於，為確保該電池之使用率，其充電、維修、安全性等結構檢測與維護方面，一點都不能輕忽，然而鑒於電池係以複數串聯或並聯連接在一起之組合，而目前對於電池健康狀況檢測技術上，僅能顯示出電池組是否有所損壞而已，至於那一顆電池損壞，則必須藉由技術人員在成堆電池組裡一顆一顆拆解、測量，以尋找出故障電池，但此方式不但耗時且不便。

有鑒於此，已有許多業者研發出多種可檢測電池方式，茲分析如下：習知美國第4217645號專利『電池監測系統』，其採用可自動分別監測複數電池之參數，當執行遙控掃瞄時，藉由複數感測器提供該參數之類比訊號，以監測該等電池的狀態，如有任何電池之係數超過一特定值時，即會提出警示；惟，該習知雖然利用遙控掃瞄，藉以達到監測並顯示該電池之電壓狀況，但因該電池之電壓監測完全係在該電池外部為之，一旦該電池係以複數串聯與並聯而形成一電池組，且當其中之任一電池產生電壓異常狀況時，並無法確切指出係那一顆電池損壞，必須逐一拆解確認，造成使用上的不便；再者，實際使用上，電池損壞並非僅因電壓異常之因素而已，故單以外部電壓做為唯一判斷基礎，並未能完全準確檢測出電池之健康程度。

習知2美國第5808469號專利『用於電動車之電池監視器』監測複數電池之電池監測器，其利用該監測器監測出具複數電池之電池組的電壓與溫度，並選擇性地將該等電池之電壓與溫度訊號傳送至控制裝置或電容器中，此專利就監測上而言，僅是針對整顆電池進行監測而已，實無法正確判別該每一電池內部之健康與否，值得改進。

習知3美國第6031354號專利『線上電池管理與監測系統及方法』，其係利用一中央監測站與一控制器之配合而呈現對應之整體電池的測量資料及其相關之警示情形資料，藉以啟動初步維修要求，俾利解決問題；惟，此習知主要透過運算該電池之相關操作係數而決定是否啟動初步維修要求，其無法針對個別電池芯進行異常電壓或溫度之偵測及比對，加上此習知亦僅達到監測整體電池之效果而已，並無法正確檢測出個別電池芯之健康狀況。

習知4美國第6295002號專利『無線傳輸系統之電池電壓顯示裝置』，其利用一雙向無線訊號傳輸、偵測電力系統與顯示裝置之配合，進而達到電池之剩餘電力的顯示效果，其中，該電池之電力偵測狀態會於一預設時間內傳送至主要系統中加以顯示，反之如超過該預設時間而未接收偵測結果，以致無法顯示時，一錯誤訊息即會發出，表示該電池之電力已完全耗盡；明顯地，此習知僅針對該電池整體之使用剩餘電力作偵測與顯示，並非針對該電池內部之每一電池芯之使用狀況分析。

習知5美國第6819269號專利『具有電池監測系統之車輛追蹤系統及其相關方法』，其具有無線傳輸裝置及感測電路，當感測到該整體電池之電壓訊號低於預設值，該無線傳輸裝置之接收端運作將受到中斷，若要進一步詳知該電池內部之電池芯使用異常狀況，此方法即無法適用。

習知6美國第7394394號專利，其透過一直流訊號直接運用於一電池中，以使診斷該電池是否為一健康狀態，但這僅是針對電池整體使用狀況進行監測而已，且若要再進一步深入該電池之內部更細微之構件進行監測，如該電池內之每一電池芯等構件，該習知仍無法達到。

是以，上述之各習知所揭示出之各種電池檢測或偵測方法，均是利用監測裝置裝設在電池組或電池之外以進行電壓或電流等訊號之檢測而已，無法針對其內部之個別電池芯進行健康狀況之檢測；再者，電池之健康狀況並非透過單一訊號之偵測即可瞭解，且在更換上亦因電池組之串聯、並聯連接關係，所以在實際使用上欲判斷何者電池須被替換時，則必須將該電池一一測試更換，不僅無法立即且正確的執行電池之健康狀況監測，亦無法立即指示出應更換之損壞電池，增加使用上之不便，實有待改善。

因此，本發明之目的，是在提供一種電池健康狀況之監測系統，其目的是能夠快速、精確的檢測電池中之電池芯的健康狀態，以利用後續更換，更增加使用之方便性。

於是，本發明電池健康狀況之監測系統，其包含有一偵測裝置，以及一與該偵測裝置連接之監測裝置；其中，利用該偵測裝置中之複數感測件分別相對設置於電池中之電池芯上，藉以分別偵測該等電池芯之電壓與溫度訊號，且該等電壓與溫度訊號再經該偵測裝置之整合模組、中央處理器進行數據轉換處理及比對，最後再把數據及比對後之結果於該監測裝置上顯現，以供使用者明瞭該每一電池芯之使用健康狀態，以使該電池在後續更換具有快速、方便等功效，大幅增加使用之方便性。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的明白。

在本發明被詳細描述前，要注意的是，在以下的說明中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、圖2，本發明之第一較佳實施例，該電池健康狀況之監測系統1係用以監測具有複數電池芯21之電池2的使用健康狀態，該監測系統1包含有一偵測裝置 11，以及一與該偵測裝置11連接之監測裝置12；其中，該偵測裝置11具有一整合模組111，以及分別與該整合模組111相連結之中央處理器112與複數感測件113，而前述該等感測件113係相對設置於該每一電池芯21上，且該等感測件113可分別為該電池芯21進行溫度及電壓等感測，本實施例中，用以感測電池芯21溫度之該感測件113可採接觸或非接觸等態樣設於該每一電池芯21旁，至於感測電池芯21電壓之該感測件113可與該每一電池芯21連接；另，前述該等感測件113與該整合模組111連接，以便該整合模組111可將該等感測件113所匯集之電壓、溫度等多重訊號接收並匯整後，再傳送至該中央處理器112。

仍續前述，該中央處理器112具有一轉換單元1121，以及一與該轉換單元1121連接之中央處理單元1122，而前述該轉換單元1121可接收該整合模組111所匯整而輸出之電壓與溫度等訊號，以將該等訊號分別轉換為該電壓數據與該溫度數據，另外，該中央處理單元1122內預先儲存有一預設值，以使該中央處理單元1122將所得之該電壓數據與該溫度數據可與該預設值進行比對，以得出一比對結果。

再者，該監測裝置12係具有一接收該中央處理單元1122的比對結果之控制器121，以及一與該控制器121連接之顯示器122；其中，該控制器121係透過一收發單元1211以接收該中央處理單元1122之比對結果，且該收發單元1211可採無線或有線方式以與該中央處理單元1122相互連結，於本實施例中，該中央處理單元1122係以有線方式與該收發單元1211連接；再者，前述該收發單元1211係連接至一處理單元1212，且該處理單元1212更與該顯示器122相互連結，俾當該中央處理單元1122經比對後，判斷該電壓與溫度數據為異常時，即會發出一異常警示訊號，並透過該控制器121可於該顯示器122上顯示外，當然，該警示訊號係亦可以燈號、蜂鳴器或其他顯現方式，以達到警示效果，同時亦讓使用者輕易瞭解該電池2內部之健康狀況，本實施例中該顯示器122係以一儀表板為例加以說明。

參閱圖1、圖2、圖3，該監測系統1係可運用於行動載具上，而該監測裝置12與偵測裝置11間係以有線連接方式為之，亦即該行動載具之儀表板(圖中未示)即為顯示器122，而該行動載具之儀表板經由一控制電路(圖中未示)以與電池2呈有線連接，該控制電路即等同於控制器121；當使用時，該行動載具透過該電池2之電力而產生驅動，此時該電池2內之每一電池芯21的健康狀況，隨時可經由該等設於該電池芯21上之感測件113進行感應，且感應所得之溫度及電壓等訊號經該整合模組111匯集後，再傳輸至該中央處理器112之該轉換單元1121中，以將該等訊號分別轉換為數據，以使該中央處理單元1122可針對透過該轉換單元1121所得之數據與該預設值做判別、比對與分析，並得出一比對結果，且該比對結果則輸出至該控制器121上，即經由該收發單元1211接收後再傳送至該處理單元1212，並透過該顯示器122顯示出各電池芯21之狀態，此時，倘若該比對結果係呈異常，該中央處理單元1122即發送一異常警示訊號，並透過該處理單元1212於該顯示器122上亮燈顯示或產生鳴叫，以便使用者可立即從該顯示器122上明瞭在使用中之該電池芯21健康狀態，而針對異常之該電池2進行更換，增加使用之方便性。

接續前述，前述該更換後之電池2進行回收處理時，鑒於電池2僅是因為是內部少部份之電池芯21損壞，導致該電池2無法正確提供足夠之電流與電壓而已，因此若直接將該電池2丟棄，實有浪費之嫌，如配合本發明之設計，回收業者將可僅針對損壞的特定電池芯21予以更換，則該電池2即可持續延伸其使用壽命且重覆使用，大大響應現今資源再生之環保概念。

參閱圖4，本發明之第二較佳實施例，其各要件均與前第一實施例相同，而本實施例中另增加一設於該每一電池芯21相對位置上且可偵測該電池芯21之電流訊號之感測件113，是以，該每一電池芯21之電壓、溫度等訊號可受感測並整合傳輸至該中央處理器112外，該感測件113更可將偵測所得之電流訊號直接傳輸至該中央處理器112中進行訊號之轉換及比對、判別與分析，故本實施例中該等感測件113可分別針對每一電池芯21之電壓、電流及溫度等訊號提供綜合判斷因素，俾使該監測系統1能針對該電池2是否損壞，做更精確之判定。

參閱圖5、圖6，本發明之第三較佳實施例，本實施例各要件均與第一實施例相同，惟於本實施例中，該監測裝置12與偵測裝置11間係以無線連接方式為之，亦即該監測裝置12係為手持態樣，而該監測裝置12仍具有一接收該中央處理單元1122訊號之控制器121，以及一與該控制器121連接之顯示器122；是以，使用時，該整合模組111將整合匯集該等感測件113感測所得之溫度及電壓等訊號，並傳輸至該轉換單元1121以轉換成相應數據，以使該中央處理單元1122針對該等數據進行判別、比對與分析，以得出一比對結果，而該比對結果將以無線方式傳輸至該控制器121之收發單元1211，並透過該處理單元1212使其可於該顯示器122上顯示，倘若該比對結果係為異常，該中央處理單元1122即發出一異常警示訊號，經由該處理單元1212驅使該顯示器122產生燈亮或鳴叫，以便使用者可立即從該顯示器122上明瞭在使用中之該電池芯21健康狀態，一有損壞得以立即進行更換，更增加維修保養或外部使用可隨時進行監測之方便性。

參閱圖7，本發明之第四較佳實施例，本實施例係為第一、第二、第三實施例之組合，亦即該偵測裝置11所連接之監測裝置12可同時存在為有線與無線的連接偵測，亦即該偵測裝置11安裝於行動載具(圖中為示出)時，該電池2之使用狀況可直接顯示於行動載具之顯示器122上(即有線部份)，以供使用者清楚明瞭使用中之該等電池芯21的電壓、溫度與電流等訊息，因此當偵測所得之電池芯21有異常時，一異常警示將會於該顯示器122上顯示；至於，該無線手持之監測裝置12’則可於檢測維修時使用，亦即使用者不需透過行動載具之顯示器122上觀看所得數據之判斷、比對與分析結果，而是直接於手持的該監測裝置12’之顯示器122’上獲取所得數據之判斷、比對與分析結果的資訊，以做為該損壞之電池2或電池芯21更換依據，大幅增加使用之方便性。

參閱圖8，本發明之第五較佳實施例，不論前述第一、第二、第三、第四實施例之實施態樣為何，該監測系統1所監測之電池2可為複數顆組合而成一電池組A，且該等電池2得以串聯或並聯模式相互連接而成，以使該電池組A得以提供足夠之電力，而本實施例為方便說明，以下僅以第四實施例圖式為例，亦即該等電池2數目增加後，本實施例之偵測裝置11仍可針對該每一電池2之電池芯21損壞程度，確實監測並且顯示於監測裝置12上，除讓使用者可快速明瞭該等電池2之健康狀況外，該損壞之電池2或電池芯21亦可快速地被判別出予以更換。

仍續上述，該電池健康狀況之監測系統1係利用該等感測件113以一對一方式深入該電池2之電池芯21內進行多方位之檢測，俾使設於該每一電池芯21位置上之該每一感測件113能夠執行完整與正確的偵測，俾便使用者均能充份了解使用中該每一電池2內部在使用中所產生之狀態變化，使異常之電池芯21可立即快速獲得解決，因此在維修更換上無須因該其一電池芯21產生問題而更換整顆電池2或整組電池組A，故使用者僅須針對有異常問題之電池芯21進行維修與更換作業即可，不但有利減少費用支出，更能減低環境污染影響，故在使用上，該電池健康狀況之監測系統1不僅可隨時掌控該電池2之使用健康狀態，更增加安裝、使用上之便利性。

歸納前述，本發明藉該電池健康狀況之監測系統利用複數設於該每一電池芯相對位置上之感測件之設計，達到完全深入該電池中之內部且針對每一電池芯做更精確之偵測，藉以更加明瞭每一電池健康狀態，以作為後續更換之依據，同時達到在更換作業上具有快速、方便等效果，大幅增加使用之方便性，故確實能達到本發明之目的。

惟以上所述者，僅為說明本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1．．．監測系統

11．．．偵測裝置

111．．．整合模組

112．．．中央處理器

1121．．．轉換單元

1122．．．中央處理單元

113．．．感測件

114．．．收發器

12．．．監測裝置

121．．．控制器

1211．．．收發單元

1212．．．處理單元

122．．．顯示器

2．．．電池

21．．．電池芯

A．．．電池組

圖1是本發明電池健康狀況之監測系統之第一較佳實施例之示意圖；

圖2是該較佳實施例之偵測示意圖；

圖3是該較佳實施例之電池監測系統偵測模式的方塊示意圖；

圖4是本發明之第二較佳實施例之偵測示意圖；

圖5是本發明之第三較佳實施例之偵測示意圖；

圖6是該較佳實施例之電池監測系統偵測模式的方塊示意圖；

圖7是本發明之第四較佳實施例之偵測示意圖；及

圖8是本發明之第五較佳實施例之電池組偵測示意圖。

1．．．監測系統

11．．．偵測裝置

111．．．整合模組

112．．．中央處理器

1121．．．轉換單元

1122．．．中央處理單元

113．．．感測件

12．．．監測裝置

121．．．控制器

1211．．．收發單元

122．．．顯示器

1212．．．處理單元

2．．．電池

21．．．電池芯

Claims (6)

1. 一種電池健康狀況之監測系統，用以監測使用中之電池的健康狀態，前述該電池具有複數電池芯組成，而該等電池芯並受該監測系統監測，該監測系統包含有：一設於該電池內之偵測裝置，其具有一整合模組，以及分別與該整合模組相連結之中央處理器與複數感測件；其中，該等感測件相對設置於該每一電池芯上，以便分別偵測該電池芯之電壓訊號與溫度訊號，且該整合模組係將該電壓與溫度訊號予以匯集輸出；另，該中央處理器具有一轉換單元，以及一與該轉換單元連接之中央處理單元，而前述該轉換單元可接收該整合模組所輸出之該電壓與溫度等訊號，以將該等訊號分別轉換為電壓數據與溫度數據，至於該中央處理單元內預先儲存有一預設值，以使該中央處理單元將所得之該電壓數據與該溫度數據和該預設值進行比對；及一監測裝置，其與該中央處理單元連接，並該中央處理單元將所得之該電壓數據及該溫度數據與該預設值比對後而顯示出，當判斷出所得之比對結果具有異常狀況時，該中央處理單元即會發出一異常訊號傳輸至該監測裝置，且經該監測裝置予以提出一異常警示。
2. 根據申請專利範圍第1項所述電池健康狀況之監測系統，其中，該每一電池芯相對位置另設有一可偵測該電池芯之電流訊號的感測件，且該感測件偵測所得之該電流訊號直接傳輸至該中央處理器進行轉換、比對及判別。
3. 根據申請專利範圍第1項所述電池健康狀況之監測系統，其中，該監測裝置具有一接收該中央處理單元訊號之控制器，以及一與該控制器連接之顯示器。
4. 根據申請專利範圍第3項所述電池健康狀況之監測系統，其中，該控制器具有一接收該中央處理單元訊號之收發單元，以及一與該收發單元連接之處理單元。
5. 根據申請專利範圍第3項所述電池健康狀況之監測系統，其中，該顯示器可以燈號顯示異常狀況。
6. 根據申請專利範圍第1或2或3項所述電池健康狀況之監測系統，該電池可為複數顆組合而成一電池組，且該等電池相互連接而成。