具備電容量回報功能的電池的製作方法
2023-05-02 04:04:51
專利名稱：具備電容量回報功能的電池的製作方法
技術領域：
本發明與二次電池有關，特別是關於一種內建電容量偵測功能，並可將檢測結果對外傳送的電池。
背景技術：
可攜式電腦或攜帶式電腦日漸普及，廣泛地被應用於各種戶外工作場合，在這些戶外工作場合中，無法使用一般性電源供給，必須採用內置的電池組供應電源。雖然目前電池技術不斷進展，由早期鎳鎘電池、鎳氫電池不斷演變至今日的鋰離子、鋰聚合物電池，使電池電容量不斷提升，但是電腦軟、硬體技術的演進，使得可攜式電腦所消耗的電功率也不斷提升。目前的可攜式電腦在一般應用軟體操作環境下，僅有數小時的持續力，若是搭配必須運算大量數據的軟體，持續時間更短。對於一般商務人士的需求而言，可攜式電腦多為方便攜帶工作資料及工作平臺，實際操作場合容易取得一般家用電力供應。但是對於特殊工作需求，例如軍事用途、工程施工以及野地探勘等工作，一般家用電力的取得十分困難，因此為了能讓可攜式電腦持續運作，必須事先準備足夠的備用電池組以及緊急充電裝置。
一般小型電子裝置所採用的乾電池為業界共通規格，因此對於乾電池所設計的電池電力檢測裝置，可一體適用於不同廠牌的乾電池。然而對於可攜式電腦的電池組而言，除了工作電壓近似之外，不同型號的電池組之外型、重量以及電極接點設計皆不相同，必須配合不同的可攜式電腦設計進行搭配，因此使得此種電池組無法設計共通之充電裝置或是電池電力檢測裝置，目前可攜式電腦電池組進行充電或是電池電力量測必須透過可攜式電腦主機進行，將電池組安裝於可攜式電腦上，開機後搭配可攜式電腦內部之檢測電路及軟體判斷電池電力容量。
此外，可攜式電腦運作過程中，內部各種電子元件可能產生相當多的噪聲反饋至電源系統中，在此種充滿噪聲的電路環境中，對於電池的電力容量測作業勢必產生相當多的誤差。
對於必須同時檢測大量的電池組，針對不同電池組的堪用狀況進行管理，此種必須透過安裝於電腦主機，不斷進行開、關機動作的設計，將非常不便。
綜上所述，目前仍缺乏可攜式電腦專屬的電池電力量測裝置，使得可攜式電腦使用者僅能得知正在使用中的電池組容量信息，對於其餘備用電池的狀況難以得知，必須透過繁複程序對可攜式電腦開、關機以及拆換電池才能得知。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種具備電容量回報功能的電池，該電池可自行進行電容量檢測，並將檢測結果以無線方式傳輸至電腦主機，不需安裝於電腦主機上即可進行電容量檢測，以避免檢測過中受到電腦主機運作所產生的噪聲影響。
因此，為達上述目的，本發明所揭露的一種具備電容量回報功能的電池，用以將電容量數據及電池參數傳送至電腦主機，其包含有一電池核心模塊，包含有至少一電池核心(cell)，以提供電力需求；一控制器，依據內建程序代碼運作，執行電容量檢測作業；一電力檢測元件(gas gauge)，與該控制器連接，用以量測該電池核心模塊的電力狀態，將結果傳輸至該控制器；及一無線傳輸模塊，連接於該控制器，用以接受該電腦主機的啟動信號，以啟動該控制器進行電容量檢測作業，並將該電力檢測元件的檢測結果以無線方式傳輸至該電腦主機。
為配合本發明所揭露的具備電容量回報功能的電池，本發明更提供一種回報電池電容量的方法，其步驟為啟動一控制器以控制一電力檢測元件及一無線傳輸模塊。使該控制器進入待機狀態，該電力檢測元件暫停運作，該無線傳輸模塊停止對外發送信號，僅能接收外來的信號，以降低電力消耗。由一主機傳輸端發出一啟動信號，經由該無線傳輸模塊進行接收以觸發該控制器啟動。以該控制器控制該電力檢測元件，對該電池核心模塊進行檢測。將檢測結果透過該無線傳輸模塊傳送至該主機傳輸端。
圖1為本發明第一較佳實施例的應用示意圖；圖2為第一較佳實施例的系統方塊圖；圖3為第一較佳實施例的系統流程圖；圖4為本發明第二較佳實施例的應用示意圖；圖5為第二較佳實施例的系統方塊圖；圖6和圖7為第二較佳實施例的系統流程圖，分別為該具備電容量回報功能的電池及該主機傳輸端的運作流程。
具體實施例方式
請參閱圖1及圖2所示，為本發明第一較佳實施例的系統方塊圖，為一具備電容量回報功能的電池100，安裝於一電腦主機內，於本實施例中，該電腦主機為一可攜式電腦200，電池100由一控制器110進行控制，依據內建程序代碼運作，以執行各項預設指令，以進行電容量及電池參數檢測並將結果回報至一可攜式電腦200的主機傳輸端210。
控制器110與一電池核心模塊120、一電力檢測元件130(gas gauge)及一無線傳輸模塊140連接，其中電池核心模塊120包含有至少一電池核心121(cell)，用以提供電源，以提供可攜式電腦200的電力需求，該電池核心模塊120同時供應控制器110、電力檢測元件130及無線傳輸模塊140運作所需的電力。
電力檢測元件130用以檢測電池核心模塊120的電力狀態及各項電池參數，將量測結果傳輸至控制器110，以估算電池核心模塊120的電容量，並監控電池核心模塊120的運作狀態。
由於電池核心模塊120的輸出電壓並非為定值，而是隨著電容量的減少，由最大電壓依據一特定曲線逐漸遞減，此一曲線可由實驗測得。其實驗方法將電池核心模塊120進行充電及放電程序，量測電壓及電流隨著時間變化，將數據記錄下來後轉換為一電壓與電容量的關係曲線。將此一曲線相關資料輸入控制器110，則可經由電池核心模塊120的電壓變化評估剩餘電容量。
電力檢測元件130檢測電池核心模塊120的電壓後，將模擬數據經過轉換為數位訊號，傳輸至控制器110。控制器110可將該電壓與預先輸入的電壓/電容量關係曲線進行比對，找出電池核心模塊120所剩餘的電容量，經由無線傳輸模塊140將電容量相關信息透過無線傳輸傳送至對該可攜式電腦200傳輸。
由於無線傳輸模塊140在發送信號時，會不斷消耗電力，該控制器110在讀取該電力檢測元件130所檢測的電壓數據並進行運算比對過程中，亦需消耗電力，而此一電力來源由該電池核心模塊120所供應。為了避免電力消耗，本發明在不需電池容量信息時，採取待機狀態，以降低電力的消耗。
本發明第一較佳實施例所揭露的具備電容量回報功能的電池100，由內建的電力檢測單元130對該電池核心模塊120進行電容量狀況檢測，而非由該主機傳輸端210進行量測，避免該可攜式電腦200在運作過程中產生的電壓波形噪聲，幹擾量測結果，使得本發明相較於已知可攜式電腦，在電容量偵測上有較佳的準確度，以更精確的估計該可攜式電腦200可運作的時間，避免電力中斷而使運作中的程序資料流失。
請再參閱圖3所示，為運用本發明偵測電池電容量的系統流程圖。該回報電池電容量的方法的步驟為啟動偵測作業(步驟301)，使該具備電容量回報功能的電池100處於可隨時回報電池容量的狀態。接著使該控制器110進入待機狀態(步驟302)。為了降低該控制器110、該無線傳輸模塊140及該電力檢測元件130的電力消耗，在不需量測該電池核心模塊120的電力時，該控制器110處需待機狀態(步驟302)，以將所消耗的電功率降低至最小的程度，在待機狀態(步驟302)，該電力檢測元件130暫停量測該電池核心模塊120的電壓，而該無線傳輸模塊140亦停止對外發送信號，僅能接收外來之無線傳輸信號140，以觸發該控制器。
當需要量測電池電容量時，可由一主機發出啟動信號，經由該無線傳輸模塊140進行接收該啟動信號(步驟303)，觸發該控制器110啟動，此時該控制器110可將該啟動信號經過比對，判斷是否為該可攜式電腦200所發出的啟動信號(步驟304)。若是確認為來自該可攜式電腦200的啟動信號，則進行電容量檢測作業(步驟305)，則此時該控制器110控制該電力檢測元件130對該電池核心模塊120進行電壓檢測(步驟306)，接著將所得數據經由模擬數字轉換後輸入該控制器110，使該控制器110對量測結果進行計算、比對(步驟307)，將該電池核心模塊120的電容量及電壓相關信息經由該無線傳輸模塊140傳輸至該可攜式電腦200(步驟308)，再度進入待機狀態(步驟302)。則使用者可透過該主機得知該電池核心模塊120的相關信息，例如電容量、電壓等，一般而言，電容量通常以百分比表示，將經過完全充電後的電池核心模塊120的電容量定義為100％，該電池核心模塊120完全放電之後的電容量則定義為0％。若觸發該控制器110的信號並非該主機所發出的啟動信號，則該控制器110繼續維持待機狀態(步驟302)。
此外，該控制器110除了具備電壓與電容量關係曲線的數據資料之外，亦可透過一內建或是外接的內存，例如電流可消除可程序只讀存儲器(EEPROM)紀錄各項電池參數，例如電流保護臨界值和延遲時間、電池平衡驅動、電源模式和功能組態等參數，透過電力檢測元件130監控各項參數的變化，以控制器110控制電池核心模塊的穩定運作。在操作環境影響電池特性時，例如在及高溫或及低溫的情況下，則可透過可攜式電腦200依據環境變化傳送新的電池參數，修正內存內部的數據資料。而電池100與電腦主機200聯機的過程中，亦可隨時監控各項參數，了解各項參數是否符合操作環境的對電池特性的影響，若是這些電池參數出現錯誤、異常變化時亦可透過電腦主機200傳送正確的數據供控制器110進行修正。
當然，控制器110亦可單純作為該電力檢測元件130及該無線傳輸模塊140的控制，而將電壓比對、電容量運算或是電池參數的數據資料儲存等作業，完全經由該可攜式電腦200處理，簡化控制器100的功能設計以降低電池200成本。
本發明除了用於偵測一可攜式電腦內部電池的電容量的外，亦可應用於外部電池容量的偵測，不需拆換即可偵測備用電池，以供使用者確實掌握電池儲備狀態。
請參閱圖4及圖5所示，為本發明第二較佳實施例所提供之具備電容量回報功能的電池400，該各具備電容量回報功能的電池400包含有一控制器410、一電池核心模塊420、一電力檢測元件430及一無線通訊模塊440。於本實施例中，該電池核心模塊420的相關資料，例如電壓及電容量相關曲線儲存於該主機傳輸端210，且該主機傳輸端210可同時儲存不同特性的電池核心模塊420之資料，以針對不同型號的電池進行電容量檢測。該無線通訊模塊440為採用藍芽通訊協議(Bluetooth Portocol)，目前藍芽通訊協議已廣泛應用於各種3C產品之中，新一代的可攜式電腦或個人數字助理皆內建藍芽通訊裝置，是以採取藍芽通訊協議可提高具備電容量回報功能的電池400與該可攜式電腦200的兼容性。
該可攜式電腦200除了可以針對內部的具備電容量回報功能的電池400進行檢測之外，亦可針對外部之具備電容量回報功能的電池400進行檢測，而位於外部之具備電容量回報功能的電池400可以為不同型號，因此該各電池核心模塊420亦會有不同的電氣特性，相關資料可預先儲存於該主機傳輸端210，在依據不同的電池核心模塊420讀取相關資料。
請再參閱圖6所示，為該具備電容量回報功能的電池400之運作流程圖，啟動偵測作業(步驟501)，接著使該控制器410進入待機狀態(步驟502)，當該藍芽通訊模塊440接收到詢問信號時(步驟503)，由該控制器410判斷是否為可攜式電腦200所傳送的詢問信號(步驟504)。若確認為該可攜式電腦200所傳送的詢問信號，則透過該藍芽通訊模塊440傳送一包含電池型號信息之響應信號(步驟505)，接著啟動電容量檢測作業(步驟506)，，利用該電力檢測元件130量測該電池核心模塊420的電力狀態(步驟507)，將量測結果透過該藍芽傳輸模塊440傳輸至該可攜式電腦200(步驟508)，進入待機狀態(步驟502)。若該控制器410判斷該訊問信號並非該可攜式電腦200所傳送的詢問信號時，則再度進入待機狀態(步驟502)。
請再參閱圖7所示，為該可攜式電腦200於偵測過程中之流程示意圖。啟動偵測程序後(步驟601)，由該主機傳送一詢問信號(步驟602)，等待是否有偵測到響應信號(步驟603)。
傳送該詢問信號之後無法接收到響應信號，則表示傳送範圍內無供使用的電池，則直接結束偵測程序(步驟604)。
傳送該詢問信號之後偵測到響應信號，則進一步辨識該響應信號，比對是否於資料庫的電池型號符合(步驟605)。若資料庫中無符合的電池型號，則直接結束偵測程序(步驟604)。若該響應信號與資料庫中的電池型號符合，則由資料庫中讀取該電池核心模塊420的相關資料，並發送啟動信號使該控制器410進行電池電容量偵測作業(步驟606)。
接收該電力檢測元件430量測所得的數據(步驟607)，進行計算、比對，輸出該電池核心模塊120的電容量及電壓等數據資料(步驟608)，並將多個電池核心模塊120之使用狀態加以記錄匯整，以提供使用者運用電池時做為參考。
權利要求
1.一種具備電容量回報功能的電池，用以將電容量數據傳送至一主機傳輸端，其特徵在於包含有一電池核心模塊，包含有至少一電池核心(cell)，以提供電力需求；一控制器，依據內建程序代碼運作，執行電容量檢測作業；一電力檢測元件(gas gauge)，與該控制器連接，用以量測該電池核心模塊的電力狀態，將結果傳輸至該控制器；及一無線傳輸模塊，連接於該控制器，可接受該主機傳輸端的啟動信號，而啟動該控制器進行電容量檢測作業，並將該電力檢測元件的量測結果，傳輸至該主機。
2.如權利要求1所述的具備電容量回報功能的電池，其特徵在於該第無線傳輸模塊採用藍芽通訊協議(Bluetooth Protocol)。
3.一種回報電池電容量的方法，其特徵在於包括下列步驟(a)啟動一控制器，利用該控制器控制一電力檢測元件及一無線傳輸模塊；(b)使該控制器進入待機狀態，該電力檢測元件暫停運作，該無線傳輸模塊停止對外發送信號，僅能接收外來的信號；(c)由一主機傳輸端發出啟動信號，經由該無線傳輸模塊進行接收該啟動信號，觸發該控制器啟動；(d)進行電容量檢測作業，以該電力檢測元件對一電池核心模塊進行檢測；(e)將電容量檢測作業結果傳送至該主機傳輸端。
4.如權利要求3所述的回報電池電容量的方法，其特徵在於該電池核心模塊由至少一電池核心(cell)所構成。
5.如權利要求3所述的回報電池電容量的方法，其特徵在於該無線傳輸模塊採用藍芽通訊協議。
6.如權利要求3所述的回報電池電容量的方法，其特徵在於還包含有一步驟，以該控制器判斷該啟動信號是否由該主機傳輸端所發出。
7.如權利要求3所述的回報電池電容量的方法，其特徵在於還包含有一步驟，以該控制器進行計算比對該電力檢測元件的檢測結果，決定該電池核心模塊的電容量。
8.如權利要求3所述的回報電池電容量的方法，其特徵在於還包含有一步驟，以該主機傳輸端進行計算比對該電力檢測元件的檢測結果，以決定該電池核心模塊的電容量。
9.如權利要求3所述的回報電池電容量的方法，其特徵在於還包含有一步驟，以該無線傳輸模塊對該主機傳輸端發出一響應信號。
10.如權利要求9所述的回報電池電容量的方法，其特徵在於該響應信號包含有該電池核心模塊的型號信息。
11.如權利要求9所述的回報電池電容量的方法，其特徵在於該電池核心模塊由至少一電池核心(cell)所構成。
12.如權利要求9所述的回報電池電容量的方法，其特徵在於該無線傳輸模塊採用藍芽通訊協議。
13.如權利要求9所述的回報電池電容量的方法，其特徵在於還包含有一步驟，以判斷該控制器該詢問信號是否由該主機傳輸端所發出。
14.如權利要求9所述的回報電池電容量的方法，其特徵在於還包含有一步驟，以該控制器進行計算比對該電力檢測元件的檢測結果，決定該電池核心模塊的電容量。
15.如權利要求9所述的回報電池電容量的方法，其特徵在於還包含有一步驟，以該主機傳輸端進行計算比對該電力檢測元件的檢測結果，以決定該電池核心模塊的電容量。
16.一種偵測電池電容量的系統，其特徵在於包含有一可攜式電腦，具有無線傳輸功能，可利用無線傳輸方式收發一信號；一電池，具有一電池核心模塊、一控制器、一電力檢測元件及一無線傳輸模塊；其中該電池核心模塊包含有至少一電池核心，以提供電力需求；該控制器依據內建程序代碼運作，執行一電容量檢測作業；該電力檢測元件與該控制器連接，用以量測該電池核心模塊的電力狀態，將結果傳輸至該控制器；該無線傳輸模塊連接於該控制器，可接受該可攜式電腦發出的啟動信號，而啟動該控制器進行該電容量檢測作業，並將該電力檢測元件的量測結果，無線傳輸至該可攜式電腦。
17.如權利要求16所述的偵測電池電容量的系統，其特徵在於可攜式電腦與該無線傳輸模塊採用藍芽通訊協議進行信號傳輸。
全文摘要
本發明揭示了一種具備電容量回報功能的電池，用以將電容量數據傳送至電腦主機，其包含有電池核心模塊，用以提供電力需求；控制器，依據內建程序代碼運作，執行電容量檢測作業；電力檢測元件(gas gauge)，與控制器連接，用以檢測電池核心模塊的電力狀態及內部參數，將結果傳輸至該控制器；以及無線傳輸模塊，連接於控制器，用以接收電腦主機發出的啟動信號，啟動控制器進行電容量檢測作業，並將電力檢測元件的檢測結果以無線方式傳輸至電腦主機。
文檔編號H01M10/42GK1988243SQ200510120919
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月22日 優先權日2005年12月22日
發明者林孟鬱 申請人:佛山市順德區順達電腦廠有限公司, 神基科技股份有限公司