TWI797812B - 電子裝置的電池檢測裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明係一種電子裝置的電池檢測裝置及其方法，電池檢測裝置包括電池、第一電極、第二電極、電容感測器、電池容量感測器及檢測單元，第一電極及第二電極係設置在電池的兩側面，使得第一電極、第二電極與電池之間形成一個電容器，電容感測器則連接第一電極與第二電極，並根據電池的尺寸變化產生不同的電容量，電池容量感測器連接電池，用以量測電池之當前充電量，檢測單元連接電容器與電容感測器，並根據電容量與當前充電量，確認電池狀態是否異常，以及使用電池檢測裝置的檢測方法，確認電池狀態是否異常。

Description

電子裝置的電池檢測裝置及其方法

本發明係有關於電池檢測裝置及其方法，尤指一種安裝在電子裝置內的電池檢測裝置及其方法。

參考蘋果公司對於充電式電池的說明可知(網址：https://support.apple.com/zh-tw/HT208387)，該公司所生產的智慧型手機使用的充電式電池係為鋰離子電池，所有鋰離子電池都是消耗性組件，效果會隨著化學年齡增加而降低。隨著鋰離子電池的化學年齡增加，鋰離子電池的蓄電量會逐漸減少，而縮短裝置需要再度充電前的運作時數。意即，鋰離子電池的最大容量，即是鋰離子電池於全新品時的充電量。

又該公司的智慧型手機中提供有偵測電池健康度的內建應用程式，此內建應用程式名稱為「電池健康度」，「電池健康度」提供測量智慧型手機中電池的充電狀態，並以「最大容量」與「高峰期效能容量」，其中「最大容量」係以鋰離子電池目前的充電容量相對於全新品時的充電容量的比例。且該公司在同一網頁中說明，正常鋰離子電池的設計是在正常情況下運作時，經 500 次完整充電循環後的蓄電量可維持達原有容量的 80%，也就是鋰離子電池會因為充放電而逐漸減少期使用壽命。

由於，由於鋰的化學性質活躍，當鋰離子電池在充/放電的過程中，溫度都會上升，且這過程中都會產生一些氣體；而鋰離子電池是被鋁箔包外表密封包覆住，所以鋰離子電池在長期使用會產生膨脹，但是除了正常使用造成鋰離子電池膨脹外，非正常使用情形，也會造成電池的異常膨脹，例如：過度充電或放電或電池短路，其中造成過度充電或放電的原因，大多是鋰離子電池的保護電路晶片故障，另外造成電池短路的原因，主要是受到外部物理因素例如碰撞、摔落，導致電池結構損壞，讓電池的正負兩極接觸在一起就會形成短路，這些電池膨脹的問題，很可能會導致電池發生爆炸，而造成使用者在使用上的危險。

因此，若能進一步可以獲得電池的尺寸變化，將有助於減少電池膨脹可能帶來的危險，因此有人針對此問題提出了發明專利申請，例如臺灣發明專利公開號第202129469號(發明名稱：電池膨脹檢測，以下稱前案1)與第202129221號(發明名稱：尺寸檢測，以下稱前案2)，係公開一種電容感測器，該電容感測器可以被定位以檢測物體的尺寸變化。該感測器可以構造為使用互電容或自電容以檢測尺寸變化。其中前案1、2的說明書第0004段落皆提到「第二電容感測器，與控制器連通；以及電池組裝件，與第二電容感測器連通。第二電容感測器被程式設計以檢測電池組裝件的膨脹」。

又，前案1的說明書第0075段落、前案2的說明書第0074段落皆提到「所公開的實施例包括基本上沿著例如電池或其他類型電池的物體的長度、寬度或其他尺寸而定位的感測器。感測器構造有驅動電極和感測電極，驅動電極和傳感電極沿諸如塑膠等的薄條狀絕緣體而延伸，其中驅動電極和傳感電極通過諸如泡沫橡膠等的薄絕緣的且可壓縮材料隔開。」。

再者，前案1的說明書第0091段落、前案2的說明書第0090段落皆提到「圖8是根據本公開的實施例的電池尺寸檢測系統的示意性側視圖。如圖所示，驅動電極位於電池的一側。感測電極位於電池的另一側。浮動耦合器纏繞在電池周圍以將驅動電極和感測電極耦合，並且可以圍繞電池位於袋的內側。電池尺寸的任何變化導致耦合器移動，並且驅動電極和感測電極之間的電容耦合改變並且可以被檢測到。」

由前述可知，前案1與前案2都是以第二感測器對電池進行感測，而感測器的驅動電極、傳感電極係設在薄條狀絕緣體之內，以及兩個薄條狀絕緣體之間以可壓縮材料隔開，或者是利用浮動耦合器纏繞在電池周圍以將驅動電極和感測電極耦合，雖然此種方式可以量測到電池的尺寸變化，但是並無法確認電池的尺寸變化是單純的長期所產生膨脹，或者是過度充電/放電、電池短路，而且前案1、2的感測器結構複雜，將會使得產品厚度增加許多，也不適合目前輕薄的設計理念，或者是要改變電池原有的組裝結構，將會增加額外的成本，而且改變電池的結構將會衍生其他的安全問題，使得電池需要重新進行安規檢測，因此有必要針對此問題進行改善。

有鑑於先前技術的問題，本發明之目的係以較簡易的結構量測電池的尺寸變化，輔以量測電池之充電量進行比較，用以達到檢測電池使用狀況之目的。

根據本發明之目的，係提供一種電子裝置的電池檢測裝置，包括電池、第一電極、第二電極、電容感測器、電池容量感測器及檢測單元，其中第一電極係設置在電池之一側面，第二電極係設在電池的另一側，電池作為第一電極與第二電極之間的介質，以形成一個電容器，電容感測器則連接第一電極與第二電極，並根據電池的形狀量測產生電容量，電池容量感測器連接電池，用以量測電池之可充電量，檢測單元連接電容器與電容感測器，並根據電容量、可充電量確認電池的使用狀態。

其中，第一電極係可為電子裝置的天線的接地金屬面，而第二電極係為電子裝置的金屬底殼。或者第一電極係可為電子裝置的天線的接地金屬面，而第二電極係為電子裝置內所設的一金屬板。

其中，電池容量感測器係為電池的電池管理晶片，電池的電池管理晶片對電池監控而獲得充電流電量及當前充電量。

其中，電池容量感測器係可為電子裝置的應用程式，此應用程式可以取得充電流電量、當前充電量。

其中，發明中，檢測單元係預先儲存複數個充電比值與其對應的變形比值的比值對照表，其中充電比值的定義為電池全新品的最大充電量與電池目前充滿後的可充電量的比值，而變形比值的定義為電池最大充電量時的電容器的最大電容量(也就是最大電容量)與可充電量時的電容器的當前電容量的比值。

其中，當前充電量等於可充電量，或者當前充電量為可充電量的預定比值，而可以當前充電量計算出可充電量。

其中，預定比值為可充電量的1%~20%，較佳為可充電量的3~10%，更加為可充電量的5%。

其中，充電電流量係以充電達到可充電量的預定比值的時間內，經由外部電源充入電池的每秒電流值的平均值。

其中，檢測單元確認電池屬於異常膨脹狀態將發出警告訊息或者是切斷充電或供電。

根據本發明之目的，係提供一種電子裝置的電池檢測方法，包括下列步驟，使用電容器量測電池的尺寸變化，其中電容器係由電池一面的第一電極、電池另一面的第二電極以及電池所構成，使用電池容量感測器量測電池之當前充電量，使用檢測單元所預先儲存不同比例的充電比值與變形比值的比值對照表，利用電容量與當前充電量及比值對照表確認電池狀態，當當前充電量與電容量符合比值對照表的充電比值與變形比值範圍內，表示電池屬於正常膨脹狀態，而在當前充電量與電容量不符合比值對照表的充電比值與變形比值範圍內，則表示電池屬於異常膨脹狀態。

其中，充電比值的定義為電池全新品的最大充電量與電池目前充滿後的可充電量的比值，而變形比值的定義為電池最大充電量時的電容器的最大電容量(也就是最大電容量)與可充電量時的電容器的當前電容量的比值。

其中，當前充電量等於可充電量，即可直接計算出充電比值，或者當前充電量為達到可充電量的預定比值。

其中，當檢測單元確認電池屬於異常膨脹狀態將發出警告訊息或者是切斷充電或供電。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，但並不用於限定本發明。

本發明係一種電子裝置1的電池2檢測裝置，請參閱圖1所示，電子裝置1內包括電池2、第一電極3、第二電極4、電容感測器5、電池容量感測器6及檢測單元7，第一電極3係設置在電池2之一側面，第二電極4係設在電池2的另一側，電池2作為第一電極3與第二電極4之間的介質，以形成一個電容器，電容感測器5則連接第一電極3與第二電極4，並根據電池2的形狀量測產生電容量，電池容量感測器6連接電池2，用以量測電池2之當前充電量，檢測單元7連接電容器與電容感測器5，並根據電容量及當前充電量確認電池2的使用狀態。

在本發明之第一實施例中，請參閱圖2、3所示，電子裝置1係可為智慧型行動裝置，例如：手機或平板電腦，電子裝置1具有外殼，外殼由頂殼及底殼所組成，頂殼及底殼係由非金屬材質所製成，而第一電極3為貼附在電池2之一面的金屬板，第二電極4係為貼附在電池2之另一面的金屬板，第一電極3與頂殼之間設有液晶面板，在本發明中的圖1及圖2中省略電子裝置1內其他的零組件。

在本發明之第二實施例中，第二實施例與第一實施例之差異在於頂殼及底殼係由金屬材質所製成，且電子裝置1內設置有無線天線，第一電極3係為電子裝置1的天線的接地金屬面，並且可以貼靠在電池2上，而第二電極4係為電子裝置1的底殼，如此，第二實施例與第一實施例相較，第二實施例不需要前述的金屬板，在不需要增加電子裝置1的零組件之前提下，達到本發明之根據電池2的形狀量測產生電容量之目的。

目前的電子裝置1所使用的電池2，大多為智慧型電池2，也就是將電池2連接電池2管理晶片，用以對電池2監控供應電源狀態、短路或過電流保護、充放電管理等，因此，在該些實施例中，電池容量感測器6係為電池2的電池2管理晶片，電池2的電池2管理晶片對電池2監控而獲得當前充電量或充電電流量。

但是若電子裝置1所使用的電池2並沒有電池2管理晶片，或者電池2管理晶片沒有提供外部獲得當前充電量的資訊的方式，但是可以獲得外部充電器充入電池2的電流值大小，以及可以取得電池2當前充電量，則在該些實施例當中，電池容量感測器6係可為電子裝置1的應用程式，此應用程式係取得充電電流量及當前充電量。

在本發明中，檢測單元7係預先儲存複數個充電比值與其對應的變形比值的比值對照表70，其中充電比值的定義為電池2全新品的最大充電量與電池2目前充滿後的可充電量的比值，而變形比值的定義為電池2最大充電量時的電容器的最大電容量與可充電量時的電容器的當前電容量的比值，如下面的公式：

假設當前充電量等於可充電量，即可直接計算出充電比值與變形比值，當計算出來的充電比值與變形比值符合比值對照表70的充電比值與變形電容量範圍內，表示電池2屬於正常膨脹狀態，反之當計算出來的充電比值與變形比值不符合比值對照表70的充電比值與變形比值範圍內，則表示電池2屬於異常膨脹狀態。一般而言，電池2膨脹老化期充電量比值將會逐漸變小，而變形比值也會逐漸變小，其原因是電池2膨脹會使得電容器的充電量隨之變小。

然而，若等待電池2完全充電完成後，可能需要數個小時後，因此，在本發明中，為了可以快速評估電池2狀態，當前充電量為可充電量的預定比值，例如預定比值為可充電量的1%~20%，較佳為可充電量的3~10%，更加為可充電量的5%，以當前充電量為可充電量的5%為例，假設每秒的充電電量為1000毫安培秒(1000mAh)，到達可充電量為充電時間累計為1小時，也就是電池2的可充電量為

，另外，假設電池2全新品的充電量為

，也就是充電比值為80%。

再者，假設此時電容感測器5感測到電容器的充電量為0.8微法拉(0.8μF)，電容器在最大充電量時的電容器的最大電容量為1微法拉(1μF)，則變形比值為80%，根據比值對照表70在充電比值為大於80%時，變形電容量為大於80%，符合比值對照表70的充電比值與變形電容量範圍內，表示電池2屬於正常膨脹狀態，反之，當計算出來的充電比值與變形比值不符合比值對照表70的充電比值與變形比值範圍內

在本發明中，充電電流量係以充電到達可充電量的預定比值的時間內外部電源充入電池2的每秒電流值的平均值。在本發明中，檢測單元7確認電池2屬於異常膨脹狀態將發出警告訊息或者是切斷充電或供電。

根據本發明之目的，係提供一種電子裝置1的電池2檢測方法，包括下列步驟： (S101)使用電容器量測電池2的尺寸變化，其中電容器係由電池2一面的第一電極3、電池2另一面的第二電極4以及電池2所構成； (S102)使用電池容量感測器6量測電池2之當前充電量； (S103)經由檢測單元7以比值對照表70、電容量與及當前充電量確認電池2狀態，其中比值對照表70係預先儲存的電池2的充電比值與變形比值，且比值對照表70係儲存在檢測單元7中，檢測單元7係可為微處理器或中央處理器等具有運算能力的電子組件，當當前充電量與電容量符合比值對照表70的充電比值與變形比值範圍內，則進行步驟(S104)，否則進行步驟(S105)； (S104)表示電池2屬於正常膨脹狀態； (S105)當不符合比值對照表70的充電比值與變形比值範圍內，則表示電池2屬於異常膨脹狀態。

在本發明中，充電比值的定義為電池2全新品的最大充電量與電池2目前充滿後的可充電量的比值，而變形比值的定義為電池2最大充電量時的電容器的最大電容量與可充電量時的電容器的當前電容量的比值，如下面的公式：

在本發明中，當前充電量等於可充電量，即可直接計算出充電比值，或者當前充電量為達到可充電量的預定比值，再計算出該充電比值，預定比值為可充電量的1%~20%，較佳為可充電量的3~10%，並可由每秒的充電電量，及當前充電量為可充電量的預定比值而計算得到可充電量，電容器在最大充電量時的電容器的最大電容量，而可充電量時電容器的電容量，即為電容器當下所量測到的電容量。

再者，當檢測單元7確認電池2屬於異常膨脹狀態後，檢測單元7將發出警告訊息或者是切斷充電或供電(步驟S106)。

據上所述，本發明可以獲得電池2的膨脹狀態，而且可以進一步確認電池2的膨脹屬於正常狀態或者是異常，另外，本發明可以在增加較少的組件的前提下，達到量測電池2尺寸的目的，改善了前案的問題。

上列詳細說明係針對本發明的可行實施例之具體說明，惟前述的實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

1:電子裝置 2:電池 3:第一電極 4:第二電極 5:電容感測器 6:電池容量感測器 7:檢測單元 70:比值對照表 S101~S105:步驟流程

圖1為本發明的電路方塊示意圖。 圖2為本發明的立體分解示意圖。 圖3係本發明的剖面示意圖。 圖4係本發明之比值對照表的示意圖。 圖5係本發明之方法流程圖。

1:電子裝置

2:電池

3:第一電極

4:第二電極

5:電容感測器

6:電池容量感測器

7:檢測單元

Claims (13)

1. 一種電子裝置的電池檢測裝置，包括：一電池；一第一電極，該第一電極係設置在電池之一側面；一第二電極，該第二電極係設在電池的另一側，該電池作為該第一電極與該第二電極之間的介質，該第一電極、該電池與該第二電極形成一電容器；一電容感測器，該電容感測器則連接該第一電極與該第二電極，並根據該電池的形狀量測產生一電容量；一電池容量感測器，該電池容量感測器連接該電池，用以量測該電池之當前充電量；及一檢測單元，該檢測單元連接該電容器與電容感測器，並根據該電容量、該當前充電量進行比較，確認該電池的使用狀態；其中該檢測單元係預先儲存複數個充電比值與其對應的變形比值的一比值對照表，該充電比值的定義為該電池為全新品的最大充電量與該電池目前充滿後的可充電量的比值，而該變形比值的定義為該電池在該最大充電量時的該電容器的最大電容量與一可充電量時的該電容器的當前電容量的比值。
2. 如請求項1所述的電子裝置的電池檢測裝置，其中該第一電極為該電子裝置的一天線的一接地金屬面，而該第二電極為該電子裝置的一金屬底殼。
3. 如請求項1所述的電子裝置的電池檢測裝置，其中該第一電極為該電子裝置的天線的接地金屬面，而該第二電極為該電子裝置內所設的一金屬板。
4. 如請求項1所述的電子裝置的電池檢測裝置，其中該電池容量感測器係為該電池的一電池管理晶片，該電池的電池管理晶片對該電池監控而獲得當前充電量。
5. 如請求項1所述的電子裝置的電池檢測裝置，其中該當前充電量等於該可充電量。
6. 如請求項1所述的電子裝置的電池檢測裝置，其中該當前充電量等於該可充電量的預定比值。
7. 如請求項6所述的電子裝置的電池檢測裝置，其中該預定比值為該可充電量的1%~20%。
8. 如請求項6所述的電子裝置的電池檢測裝置，其中該充電電流量係以充電到達該可充電量的該預定比值的時間內，由一外部電源充入該電池的每秒電流值的平均值。
9. 如請求項1所述的電子裝置的電池檢測裝置，其中該檢測單元確認該電池屬於異常膨脹狀態將發出一警告訊息或者是切斷該電池的充電或供電。
10. 一種電子裝置的電池檢測方法，包括下列步驟：使用一電容器量測電池的尺寸變化，其中該電容器係由一電池一面所設的一第一電極、該電池另一面所設的一第二電極以及該電池所構成；使用一電池容量感測器量測該電池之一當前充電量； 使用一檢測單元所預先儲存不同比例的充電比值與變形比值的比值對照表、電容量與可充電量確認電池的狀態；當可充電量與電容量符合比值對照表的充電比值與變形比值範圍內，表示該電池屬於正常膨脹狀態；當可充電量與電容量不符合比值對照表的充電比值與變形比值範圍內，則表示該電池屬於異常膨脹狀態。
11. 如請求項10所述的電子裝置的電池檢測方法，其中該充電比值的定義為該電池全新品的一最大充電量與該電池目前充滿後的一可充電量的比值，而該變形比值的定義為該電池最大充電量時的該電容器的一最大電容量與該可充電量時的該電容器的該當前電容量的比值。
12. 如請求項10所述的電子裝置的電池檢測方法，其中該當前充電量等於該可充電量，即可直接計算出該充電比值，或者該當前充電量為達到可充電量的一預定比值，再計算出該充電比值。
13. 如請求項10所述的電子裝置的電池檢測方法，其中當該檢測單元確認該電池屬於異常膨脹狀態將發出一警告訊息或者是切斷充電或供電。

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