分離式電池狀態警報器及其小型電池狀態檢知器的製作方法
2024-03-24 10:26:05
專利名稱：分離式電池狀態警報器及其小型電池狀態檢知器的製作方法
技術領域：
本發明關於一種電池狀態警報器，尤指一種一對一及多對一分離式 電池狀態警報器。
背景技術：
請參閱圖8所示，為一種單機式手動檢測電池狀態檢測器，其令一 檢測主機40透過一電線41連接二電極夾具42，使用者將此兩電極夾具 42夾設於電池43正極及負極的兩電極431位置，再操作檢測主機40上 的按鍵，以判斷目前電池的狀態。
由於手動檢測緩不濟急，因此有人提出自動監測設備，誠如中國臺 灣公告第564956號《多蓄電池組實時監測設備》新型專利，其提出一種 可檢測多顆蓄電池狀態特性的實時監測設備，請配合參閱圖9所示，包 含有
一數據收集分析單元50，用以分析及顯示該電池組的狀態特性；
複數數據擷取模塊，包含一主數據擷取模塊51及數個從數據擷取模 塊52，該主數據擷取模塊51連接至上述數據收集分析單元50，將從數 據擷取模塊52回傳數據傳送至該數據收集分析單元50;以及
複數感測模塊53，用以感測該電池組參數，又該感測模塊53分別對 應連接至主/從數據擷取模塊51、 52，故可將感測數據透過從主/從數 據擷取模塊51、 52回傳至數據收集分析單元50。
由此一新型專利可知，該新型多電池組54實時監測設備乃針對複數
8電池541進行檢測及分析，如圖所示，由複數電池541串聯而成的單一 電池組54，需要先將一感測模塊連接至對應電池組54上，再連接至一主 數據擷取模塊51 ，最後由一數據收集分析單元50透過該主數據擷取模塊 51取得所有該電池組54的狀態特性；但該電池組54的其中一電池541 損壞時，將無法量測此一電池組54其它電池狀態。再如圖10所示，若 應用於複數串聯電池組54上，則需要更多傳感器53及主/從數據擷取 模塊51、 52。然而，目前工廠中設置電池541或電池組54位置分散，若 採用此一監視設備，在各組件的設置位置及聯機上將相當麻煩，實用性 不高。
發明內容
有鑑於上述習知技術的缺點，本發明主要目的在於提供一種多對一 分離式電池狀態警報器，當應用於複數電池監測時，能大量減少監測組 件，讓設置上更加容易。
欲達上述目的所使用的主要技術手段為令該多對一分離式電池狀態
警報器包含有
至少一小型電池狀態檢測器，是於一外殼內設置有一檢測暨通訊電 路，而該外殼的外部設置兩個與內部檢測暨通訊電路電連接的電極端子， 以供連接至待測電池的正極及負極；其中該檢測暨通訊電路將兩電極檢 測訊號轉換並處理後，將電池狀態信息對外傳送；
一警報主機，與上述各電池狀態檢測器聯機，以相互傳送訊號，該 警報主機是於一殼體內設有一通訊暨警報電路，以儲存並判斷各電池狀 態檢測器回傳電池狀態信息是否異常，若是則發出警報。
9上述本發明僅以單一警報主機與於電池上的電池狀態檢測器構成聯 機；如此一來，各電池僅需要裝設一個小型電池狀態檢知器，該警報主 機即能取得所有電池狀態，並於電池狀態異常時發出警報，通知現場人 員到場處理；再者，若電池因應不同應用而與其它電池串聯使用，由於
電池狀態檢知器仍與單一電池兩極連接，而不因多顆串接電池的其中一
電池損壞，而無法再檢測；所以，本發明提供簡單安裝及方便使用等諸 多功效。
圖1為本發明第一較佳實施例，是使用於複數電池上的示意立體圖。 圖2為本發明第二較佳實施例，是使用於複數電池上的示意立體圖。 圖3為圖1電池串接的立體示意圖。 圖4為電池狀態檢知器的電路方塊圖。 圖5為警報主機的電路方塊圖。
圖6為本發明一對一通訊架構的聯機數據交換程序的時序圖。
圖7A為本發明多對一通訊架構的一種聯機交握程序的聯機示意圖。
圖7B為本發明多對一通訊架構的另一種聯機交握程序的聯機示意圖。
圖8為習用單機式電池狀態檢測器的使用立體外觀圖。 圖9為中國臺灣公告第564956號《多蓄電池組實時監測設備》新型 專利圖2。
圖10為中國臺灣公告第564956號《多蓄電池組實時監測設備》新 型專利圖3。主要組件符號說明
10電池狀態檢測器11外殼 -
12檢測暨通訊電路121電力檢測單元
122環境狀態檢知單元123第一處理單元
124第一通訊單元13電極端子
20警報主機21通訊暨警報電路
211第二通訊單元212第二處理單元
213輸出單元214輸入單元
215連結
30電池31電極
40檢測主機41電線
42電極夾具43電池
431電極50數據收集分析單元
51主數據擷取模塊52從數據擷取模塊
53感測模塊54電池組
541電池
具體實施例方式
請參閱圖1所示，為本發明第一較佳實施使用狀態立體圖，其包含
有
至少一小型電池狀態檢測器10，分別設置於對應的電池30上，其是 於一外殼11內設置有一檢測暨通訊電路，.而該外殼11的外部設置兩個 與內部檢測暨通訊電路電連接的電極端子13，以供連接至待測電池30的正極及負極兩電極31;其中該檢測暨通訊電路將兩電極31檢測訊號轉換 並處理後，將電池狀態信息對外傳送；及
一警報主機20，與上述各電池狀態檢測器10聯機，以相互傳送訊號， 該警報主機是於一殼體21內設有一通訊暨警報電路，以儲存並判斷各電 池狀態檢測器10回傳電池狀態信息是否異常，若是則發出警報；於本實
施例中，該警報主機20是以有線方式與各電池狀態檢測器10連接，此 外也可以無線方式聯機，如圖2所示。
請配合圖3所示，上述複數電池30可獨立設置，也可進一步串聯連 接成一電池組，均不影響上述本發明的連接關係，故不必改變本發明該 警報主機20與複數電池狀態檢測器10連接方式。
請進一步參閱圖4所示，為各電池狀態檢測器10的檢測暨通訊電路 12的電路方塊圖，其包含有
一電力檢測單元121，至少包含有一電阻性負載及一電子開關，該電 阻性負載透過電子開關與兩電極端子電連接；
一環境狀態檢知單元122，至少包含一環境狀態檢知器，如壓力檢知 器、溫度檢知器、溼度檢知器、酸鹼度檢知器或氧氫檢知器，供設於電 池30附近；
一第一處理單元123，與該電力檢測單元121及環境狀態檢知單元 122電連接，並內建一電池狀態測試程序，以控制該電力檢測單元121的 電子開關，藉由該電阻性負載取得待測電池的電力狀態數據；此一第一 處理單元123可為處理器或單晶片等組件；
一第一通訊單元124，與該第一處理單元123電連接，以將第一處理 單元123輸出數據處理並轉換成對應通訊協議數據，以有線或無線方式 對外發送；其中該有線方式包含有RS-232、 USB、 RJ45等，而無線方式
12則包含有藍牙、RF、 IR等。
由上述電路可知，該第一處理單元123可隨時取得電池30環境狀態 值及電池電力狀態，且可透過第一通訊單元124對外將該些數據對外傳 送。
再請配合參閱圖5所示，為上述警報主機20通訊暨警報電路21的 電路方塊圖，其包含有
一第二通訊單元211，與各電池狀態檢測器10的第一通訊單元124 聯機，以取得來自各電池狀態檢測器IO傳送的電池環境狀態值及電池電 力狀態；
一第二處理單元212，與該第二通訊單元211電連接，以取得各電池 狀態檢測器10傳送的電池環境狀態值及電池電力狀態；
一輸出單元213，連接至該第二處理單元212的輸出端，以將其輸出 的環境狀態值、電池電力狀態及異常訊息予以輸出，如可以顯示、語音 或不同燈號方式輸出，故可包含有顯示器、印表機、蜂鳴器或LED燈； 另該輸出單元又可進一步包含有一電連接埠 (如RS-232、 USB、 RJ45、 藍牙、RF、 IR等)，以供外部裝置連接(如計算機、網際網路、充電器)； 及
一輸入單元214，連接至該第二處理單元212的輸入端，其可為一按 鍵、滑鼠等，供設定第二處理單元212參數。
由上述可知，第二處理單元212可透過第二通訊單元211向電池狀 態檢測器10取得所有電池30的電力狀態及其環境狀況，再進一步將相 關狀態的數值或警示內容由輸出單元213表示，達到警示效果，讓現場 人員可快速得知目前現場龜池狀態；再者，由於輸出單元213可包含有 一與該第二處理單元212連接的電連接埠 215，故可與外部裝置電連接，而進一步將目前取得的數據匯整輸出至外部裝置供備存。
請配合參閱圖6，為警報主機20與複數電池狀態檢知器10進行數據 交換程序。於執行數據交換程序前，首先該警報主機20先與各電池狀態 檢知器IO要先完成初步交握聯機程序以確認彼此存在，當確認完畢後， 警報主機20存儲有各電池狀態檢知器10的識別碼，而各電池狀態檢知 器IO也儲存有警報主機代碼；以下即說明雙方進行聯機數據交換程序兩 種方式。
當該電池狀態檢知器10的兩電極端子電連接至電池30後，即等待 警報主機20回複數據請求，由於警報主機20發出的回覆數據請求包含 警報主機20的代碼及指定電池狀態檢知器10的識別碼，故當電池狀態 檢知器IO先確認請求中的識別碼與聯機預儲存識別相同後，再連同其識 別碼將環境狀態值及電池狀態值回傳，當該警報主機20收到此回傳數據， 即可由其中的識別碼得知已取得該電池狀態檢知器10的電池狀態值及環 境狀態值。所以，此一數據交換程序是由警報主機20主動詢問，被詢問 到的電池狀態檢知器10才回傳其檢知數據，又該警報主機20啟動詢問 功能，可由使用者以輸入單元214啟動，或是警報主機20周期性輪詢所 有電池狀態檢知器。
請配合參閱圖7A所示，為警報主機20與二電池狀態檢知器10進行 第一種聯機及數據傳送的動作示意圖，即由警報主機20同時對所有電池 狀態檢知器10發出聯機請求，並對先回復者進行交握聯機程序後，於進 行交握聯機程序時若有其它電池狀態檢知器回復，則不予接受，直到完 成目前與回復電池狀態檢知器10的聯機為止。
諳參閱圖7B，也可由複數電池狀態檢知器10對警報主機20主動發 出交握聯機請求，同樣警報主機20在同一時間僅對其中一發出請求者進行交握聯機程序，直到完成後再與另一電池狀態檢知器io進行聯機。
再者，上述第一處理單元123的電池狀態測試程序，'包含有以下步
驟
一取得電池初始電壓步驟，是將該電池未開始量測前的電壓值；
一取得加載時電池化學反應平衡的第一電壓步驟，是將一負載在第 一周期時間串接至該電池的電極端子，使該電池放電，待該電池達到化 學反應平衡時，即量測其電壓值；
一取得化學反應平衡的第二電壓步驟，即在第二周期時間內將負載 自該電池移除，並於第一周期的回覆時間量測該電池的電壓值；
一取得化學反應平衡的第三電壓步驟，即為第三周期內仍持續將負 載移除，並在第二周期的回覆時間量測電池的平衡電壓；及
一判斷電池老化步驟，即取上述各周期所量測的電壓值，並利用其 間的相對差值計算出電池的動態內電阻，之後即可以該電壓差值與該內 電阻值與電池的標準值作一比較，若該電壓差值小於標準值且內電阻值 大於標準值，則該檢測電池即為老化狀態，反之，則為可用狀態。
又，上述第二周期回復時間較第一回復時間長，而第二周期也較第 一周期長，其中第一周期可設為0.1ms ls或lms，而上述第一回復時間 可為0.2ms ls或0.5ms 5s，第二回復時間周期可為0.6ms 10s或為 60ms 100s。
由上述說明可知，各電池狀態檢知器的電力狀態數據包含有電池電 壓、電池電流、冷啟動電流(Cold Cranking Ampere; CCA)、安培小時 (ampere-hour)、啟動電流/海事啟動電流(CA/MCA)、充電狀態、瓦 特小時(watt-hour; WH)。
由上述說明可知，本發明主要是將小型電池狀態檢知器直接設置於電池上，與警報主機構成一分離式設計，再以有線或無線方式構成雙方 聯機；如此一來，各電池上設有小型電池狀態檢知器可整合為一具有反 應其電力狀態的電池，令該警報主機與各小型電池狀態檢知器取得聯機 後，即能獲得所有電池的電力狀態，並於電池狀態異常時發出警報，通 知現場人員到場處理；再者，若電池因應不同應用而與其它電池串聯使
用，由於電池狀態檢知器仍與單一電池兩極連接，而不因多顆串接電池
的其中一電池損壞，而無法再檢測；所以，本發明提供簡單安裝及方便 使用等諸多功效。
權利要求
1、一種分離式電池狀態警報器，其包含有至少一電池狀態檢測器，是於一外殼內設置有一檢測暨通訊電路，而該外殼的外部設置兩個與內部檢測暨通訊電路電連接的電極端子，以供連接至待測電池的正極及負極；其中該檢測暨通訊電路將兩電極檢測訊號轉換並處理後，將電池狀態信息對外傳送；及一警報主機，與上述各電池狀態檢測器聯機，以相互傳送訊號，該警報主機是於一殼體內設有一通訊暨警報電路，以儲存並判斷各電池狀態檢測器回傳電池狀態信息為異常，於判斷結果為異常則發出警報。
2、 如權利要求l所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於該檢 測暨通訊電路包含有一電力檢測單元，至少包含有一電阻性負載及一電子開關，該電阻 性負載透過電子開關與兩電極端子電連接；一第一處理單元，與該電力檢測單元電連接，並內建一電池狀態測 試程序，以控制該電力檢測單元的電子開關，藉由該電阻性負載取得待 測電池的電力狀態數據；一第一通訊單元，與該第一處理單元電連接，以將第一處理單元輸 出數據處理並轉換成對應通訊協議數據後對外傳送。
3、 如權利要求2所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於該電 池狀態測試程序包含有一取得電池初始電壓步驟，是將該電池未開始量測前的電壓值； 一取得加載時電池化學反應平衡的第一電壓步驟，是將一負載在第一周期時間串接至該電池的電極端子，使該電池放電，待該電池達到化學反應平衡時，即量測其電壓值；一取得化學反應平衡的第二電壓步驟，即在第二周期時間內將負載 自該電池移除，並於第一周期的回覆時間量測該電池的電壓值；一取得化學反應平衡的第三電壓步驟，即為第三周期內仍持續將負載移除，並在第二周期的回覆時間量測電池的平衡電壓；一判斷電池老化步驟，即取上述各周期所量測的電壓值，並利用其 間的相對差值計算出電池的動態內電阻，之後即可以該電壓差值與該內 電阻值與電池的標準值作一比較，若該電壓差值小於標準值且內電阻值 大於標準值，則該檢測電池目前為老化狀態，反之，則為可用狀態。
4、 如權利要求3所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於該第二周期回復時間較第一回復時間長，而第二周期也較第一周期長。
5、 如權利要求4所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於該第一周期設為0.1ms ls或lms;而該第一回復時間為0.2ms ls或0.5ms 5s; 又，該第二回復時間周期為0.6ms 10s或為60ms 100s。
6、 如權利要求3所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於該電 力狀態數據包含有電池電壓、電池電流、冷啟動電流、安培小時、啟動 電流/海事啟動電流、充電狀態或瓦特小時。
7、 如權利要求3至6中任一項所述的分離式電池狀態警報器，其特 徵在於進一步包含有一環境狀態檢知單元，與該第一處理單元電連接。
8、 如權利要求7所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於該環境狀態檢知器為壓力檢知器、溫度檢知器、溼度檢知器、酸鹼度檢知器 或氧氫檢知器。
9、 如權利要求2所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於該第一處理單元可為處理器或單晶片。
10、 如權利要求8所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於該警報主機的通訊暨警報電路包含有一第二通訊單元，與各電池狀態檢測器的第一通訊單元聯機，以取 得來自各電池狀態檢測器傳送的電池環境狀態值及電池電力狀態；一第二處理單元，與該第二通訊單元電連接，以取得各電池狀態檢 測器傳送的電池環境狀態值及電池電力狀態；一輸出單元，連接至該第二處理單元的輸出端，以將其輸出的環境 狀態值、電池電力狀態及異常訊息予以輸出；一輸入單元，連接至該第二處理單元的輸入端，其可為一按鍵、鼠 標等，供設定第二處理單元參數。
11、 如權利要求10所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於該 輸出單元是以顯示、語音或不同燈號方式輸出環境狀態值、電池電力狀 態及異常訊息。
12、 如權利要求10所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於進 一步包含有一與該第二處理單元電連接的電連接埠，供外部裝置連接。
13、 如權利要求10所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於進 一步包含有一與第二處理單元連接的電連接埠 。
14、 如權利要求13所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於該電連接埠為RS-232、 USB、 RJ45、藍牙、RF或IR。
15、 如權利要求ll所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於各 電池狀態檢測器的第一通訊單元是以有線或無線方式與該警報主機的第 二通訊單元聯機。
16、 如權利要求15所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於各 電池狀態檢測器的第一處理單元進一步內建有一數據傳送程序，該程序包含以下步驟與警報主機進行聯機交握程序； 等待該警報主機傳送一回報數據請求；於收到此一回報數據請求後，將目前電池狀態及環境狀態數據回傳 至該警報裝置。
17、 如權利要求16所述的分離式電池狀態警報器，其特徵在於該 警報主機內建有一數據傳送程序，該程序包含以下步驟與一電池狀態檢測器進行聯機交握程序；發送一回報數據請求至電池狀態檢測器；等待電池狀態檢測器回傳電池狀態及環境狀態數據；及 將電池狀態及環境狀態數據輸出至輸出裝置。
18、 一種小型電池狀態檢知器，包含有一外殼，其上設有兩外露電極端子，供連接至待測電池的正極及負極；一檢測暨通訊電路，設於該外殼內，並與該外殼的兩電極端子電連 接，以透過兩電極端子檢測電池電力狀態，將檢測訊號轉換並處理後， 將電池狀態信息對外傳送。
19、 如權利要求18所述的小型電池狀態檢知器，其特徵在於該檢 測暨通訊電路包含有一電力檢測單元，至少包含有一電阻性負載及一電子開關，該電阻 性負載透過電子開關與兩電極端子電連接；一處理單元，與該電力檢測單元電連接，並內建一電池狀態測試程 序，以控制該電力檢測單元的電子開關，藉由該電阻性負載取得待測電 池的電力狀態數據；一通訊單元，與該處理單元電連接，以將該處理單元輸出數據處理 並轉換成對應通訊協議數據後對外傳送。
20、 如權利要求19所述的小型電池狀態檢知器，其特徵在於該電 池狀態測試程序包含有一取得電池初始電壓步驟，是將該電池未開始量測前的電壓值；一取得加載時電池化學反應平衡的第一電壓步驟，是將一負載在第 一周期時間串接至該電池的電極端子，使該電池放電，待該電池達到化 學反應平衡時，即量測其電壓值；一取得化學反應平衡的第二電壓步驟，即在第二周期時間內將負載 自該電池移除，並於第一周期的回覆時間量測該電池的電壓值；一取得化學反應平衡的第三電壓步驟，即為第三周期內仍持續將負 載移除，並在第二周期的回覆時間量測電池的平衡電壓；一判斷電池老化步驟，即取上述各周期所量測的電壓值，並利用其 間的相對差值計算出電池的動態內電阻，之後即可以該電壓差值與該內 電阻值與電池的標準值作一比較，若該電壓差值小於標準值且內電阻值 大於標準值，則該檢測電池目前為老化狀態，反之，則為可用狀態。
21、 如權利要求20所述的小型電池狀態檢知器，其特徵在於該第 二周期回復時間較第一回復時間長，而第二周期也較第一周期長。
22、 如權利要求21所述的小型電池狀態檢知器，其特徵在於該第 一周期設為0.1ms ls或lms;而該第一回復時間為0.2ms ls或0.5ms 5s; 又，該第二回復時間周期為0.6ms 10s或為60ms 100s。
23、 如權利要求20所述的小型電池狀態檢知器，其特徵在於該電 力狀態數據包含有電池電壓、電池電流、冷啟動電流、安培小時、啟動 電流/海事啟動電流、充電狀態或瓦特小時。
24、 如權利要求18至23中任一項所述的小型電池狀態檢知器，其特徵在於進一步包含有一環境狀態檢知單元，'與該處理單元電連接。
25、 如權利要求24所述的小型電池狀態檢知器，其特徵在於該環境狀態檢知器為壓力檢知器、溫度檢知器、溼度檢知器、酸鹼度檢知器 或氧氫檢知器。
26、 如權利要求19所述的小型電池狀態檢知器，其特徵在於該處理單元可為處理器或單晶片。
27、 如權利要求18所述的小型電池狀態檢知器，其特徵在於各電池狀態檢知器的通訊單元為有線或無線通訊模塊。
全文摘要
本發明關於一種分離式電池狀態警報器及其小型電池狀態檢知器，是將一電池狀態檢知器直接設置於一電池上，令其與電池兩電極連接，取得電池電力狀態數據，再與單一臺警報主機構成一分離式聯機架構；如此一來，該警報主機既能透過各電池上電池狀態檢知器而取得所有電池電力狀態，並判斷電池狀態異常時發出警報，通知現場人員到場處理；再者，也可直接將複數電池串聯使用，不影響檢知警報的正常工作；所以，本發明提供簡單安裝及方便使用等諸多功效。
文檔編號G01R31/36GK101498765SQ20081000698
公開日2009年8月5日 申請日期2008年1月28日 優先權日2008年1月28日
發明者盛賢芳 申請人:昶懋國際有限公司