專利名稱：充放電能量顯示裝置與測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種充放電能量顯示裝置與測(cè)量方法，特別是本發(fā)明的顯示裝置與方法可精確地算出蓄電池的電能量值，并可通過(guò)數(shù)字以顯示。
近幾年來(lái)，由于科技的進(jìn)步神速，導(dǎo)致一些高科技的產(chǎn)物體積是越做越小，越來(lái)越輕薄，為的是讓人攜帶方便，如筆記型電腦、移動(dòng)電話、CD、PDA、VCD……等攜帶型電子裝置，其主要電源是來(lái)自具有高度的空間運(yùn)用彈性及機(jī)動(dòng)性并可二次充放電的二次電池，一般人稱之的蓄電池；但通常為了避免電源供應(yīng)突然中斷，而導(dǎo)致電子裝置中資料的消失或無(wú)法使用，電子裝置都會(huì)將蓄電池所剩下的電能量檢測(cè)出來(lái)，并予以顯示。但是大部份都以階段式或百分比的模糊方式表達(dá)，以致讓使用者無(wú)法知道到底蓄電池還有多少的實(shí)際電能量。
另外，已知技術(shù)還有一個(gè)問(wèn)題是有關(guān)于蓄電池的充電器，現(xiàn)今的充電器，并沒(méi)有任何廠牌的充電器以實(shí)際的數(shù)值顯示蓄電池已完成多少的充電量，也沒(méi)有任何廠牌的充電器顯示出該蓄電池還有多少的電能量。依已知技術(shù)，充電器的充電方式大約分成三種1、定電壓充電法充電器提供蓄電池的定電壓源，即當(dāng)蓄電池充電到和定電壓源相同電壓時(shí)，充電電流自然停止，蓄電池充電完成；2、定電流充電法此方法較定電壓法為佳，可提供蓄電池穩(wěn)定的充電電流，但缺點(diǎn)是充電電路成本較高，必須具有一電壓偵測(cè)電路，當(dāng)蓄電池的端電壓到達(dá)額定的電壓值時(shí)，才可切斷充電電源，停止充電；3、脈沖充電法將充電電源以特定頻率切換，用脈沖電源對(duì)蓄電池充電，可使蓄電池的化學(xué)特性活化，增加蓄電池使用壽命。
依已知技術(shù)各種方法所實(shí)施的充電器，都會(huì)以蓄電池最后的端電壓判斷是否達(dá)到額定電壓，以作為停止充電的條件，換言之，充電程序一定會(huì)停止。然，已知技術(shù)沒(méi)有規(guī)定充電的起始電壓為何，所以其實(shí)每次充電進(jìn)入蓄電池的電能量，并不一定，有時(shí)多有時(shí)少，即使電池老化了，使用者也無(wú)所查覺(jué)，使用者往往因此沒(méi)有去作電池放電的動(dòng)作，或者常常不清楚電池有沒(méi)有電就再次充電，一切都是因?yàn)橐阎潆娖髟谶M(jìn)行充電時(shí)沒(méi)有提供蓄電池電能量顯示，讓使用者不能得到可據(jù)以判斷的資訊，因而對(duì)專家的勸告存疑，所謂電池會(huì)老化、電池有記憶效應(yīng)、對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，并不能在短時(shí)間內(nèi)得到證實(shí)，因?yàn)檎麄€(gè)過(guò)程太慢了。
由上述所知，如何讓使用者進(jìn)行充電時(shí)更容易的清楚蓄電池的電能量現(xiàn)況，以便對(duì)所剩下的電能量做最適當(dāng)?shù)姆峙渑c利用，便成為本發(fā)明所欲解決的課題。
本發(fā)明的主要目的在提供一種可精確地計(jì)算出蓄電池的充放電能量值并顯示的充放電能量顯示裝置與方法。
本發(fā)明的次要目的在提供一種適用于任何使用蓄電池的電子產(chǎn)品中可隨時(shí)顯示該蓄電池剩余電能量的顯示方法。
本發(fā)明的另一目的在提供一種具有在蓄電池進(jìn)行充電時(shí)可隨時(shí)顯示該蓄電池充電所累積的電能量的充電器。
在本發(fā)明較佳實(shí)施例的充放電能量顯示裝置與方法中，以一個(gè)固定的周期取樣，獲得蓄電池的充放電電流與端電壓，然后，再計(jì)算取樣電能量W＝(P0+P1)T/2，算出取樣一次的充放電的電能量值是多少，而蓄電池充放電的電能量值是一直將取樣的充放電的電能量值累加或累減上去，而得到的，再將此蓄電池充放電的實(shí)際電能量值以例如數(shù)字方式顯示出來(lái)。
即本發(fā)明的目的可以按下述方式實(shí)現(xiàn)，一種電能量顯示裝置，電氣連接于一蓄電池的充放電回路中，該電能量顯示裝置是由轉(zhuǎn)換器、控制器與顯示器所組成的電路，其特征為前述控制器通過(guò)前述轉(zhuǎn)換器可在一取樣周期中取樣獲得蓄電池的端電壓值與前述充放電回路的電流值，以計(jì)算出電功率值，且前述控制器累計(jì)由前述取樣周期中電功率均值所計(jì)算的電能量值，并將累計(jì)總和的電能量值顯示于前述顯示器中。
本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于電功率值為前述蓄電池的端電壓值與前述充放電回路的電流值的乘積，且在前述取樣周期中計(jì)算的電能量值為前述取樣周期與前述電功率均值的乘積，而當(dāng)前述控制器判斷蓄電池為充電，則前控制器累加每次取樣周期計(jì)算的電能量值。電功率值為前述蓄電池的端電壓值與前述充放電回路的電流值的乘積，且在前述取樣周期中計(jì)算的電能量值為前述取樣周期與前述電功率均值的乘積，而當(dāng)前述控制器判斷蓄電池為放電，則前述控制器累減每次取樣周期計(jì)算的電能量值?？刂破鬟B接一切換開(kāi)關(guān)，當(dāng)前述控制器檢測(cè)前述切換開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，前述控制器會(huì)切換前述顯示器的顯示內(nèi)容。控制器連接一歸零開(kāi)關(guān)，當(dāng)前述控制器檢測(cè)前述歸零開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，前述控制器重置累計(jì)的電能量總和為零值。本發(fā)明實(shí)施于一充電器產(chǎn)品或電子裝置或蓄電池裝置中。
本發(fā)明關(guān)于測(cè)量方法的目的可以按下述實(shí)現(xiàn)，一種充放電能量測(cè)量方法，用于計(jì)算一蓄電池持續(xù)在充放電回路中的電能量值，其特征在于該電能量計(jì)算方法包含在一取樣周期中，取樣前述蓄電池的端電壓值與前述充放電回路的電流值，以計(jì)算電功率值；計(jì)算前述取樣周期中的電功率均值；以及累計(jì)電能量值，該電能量值為前述取樣周期與電功率均值的乘積。
本發(fā)明充放電能量測(cè)量方法的進(jìn)一步特征在于前述電功率值為前述電壓值與前述電流值的乘積。
配合本發(fā)明較佳實(shí)施例所實(shí)施的充電器產(chǎn)品，使用者可根據(jù)顯示的實(shí)際電能量值，能清楚的知道每次出充進(jìn)去多少電能量，而對(duì)于每次充電能量的細(xì)微變化與蓄電池放電的變化，使用者自然能掌握資訊，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行充放電。如在電子裝置產(chǎn)品上提供本發(fā)明電能量顯示裝置，則每次蓄電池充多少電，用了多少電，也都清清楚楚，而不會(huì)有太早充電的情形發(fā)生了。


圖1是蓄電池充電功率與充電時(shí)間的特征曲線圖；圖2是本發(fā)明充放電能量顯示裝置與蓄電池充放電回路的電路框圖；圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的電路框圖；圖4是本發(fā)明充放電量顯示方式的流程圖；圖5是本發(fā)明充放電量顯示裝置的電路圖。
本發(fā)明充放電能量顯示裝置與方法其諸多優(yōu)點(diǎn)與特征將從下述詳細(xì)說(shuō)明及所附圖式中得到進(jìn)一步的了解。
首先請(qǐng)參閱圖1所示，為蓄電池充電功率與充電時(shí)間的特征曲線圖。在實(shí)際上充電器對(duì)蓄電池的充電過(guò)程中，如圖1所示，當(dāng)充電時(shí)間越長(zhǎng)，蓄電池獲得充電電功率P會(huì)越來(lái)越少，并無(wú)法保持一定值，而造成此現(xiàn)象的原因，大致上與下列幾點(diǎn)有關(guān)蓄電池的溫度狀況；蓄電池的材質(zhì)；蓄電池的老化等。
然而，計(jì)算電能量的公式W＝PT中，其電功率P是指在時(shí)間T之內(nèi)為一定值，所以欲計(jì)算一段時(shí)間T之內(nèi)蓄電池的充電電能量并不能直接采用此W＝PT的計(jì)算方式，因?yàn)樾铍姵氐某潆姽β蔖在時(shí)間T之內(nèi)不是定值，無(wú)法精確求得電能量W。
在本發(fā)明充放電能量顯示方法中，蓄電池的充電電能量計(jì)算方式是采取樣時(shí)間T0內(nèi)，由充放電的取樣電壓與電流計(jì)算電功率P0與P1，逐次累加或累減取樣的電能量值。請(qǐng)配合圖1，本發(fā)明計(jì)算蓄電池的充放電電能量W，是以梯形面積趨近電功率P在取樣周期T0內(nèi)的電能量，即W＝(P0+P1)T0/2。
假設(shè)取樣周期T0＝0.01秒，而蓄電池的充電電流I＝1mA，而蓄電池的充電電壓在t1與t2時(shí)，取樣蓄電池的端電壓分別為V0＝3V，V1＝2.9V，則取樣時(shí)間的充電電能量W以微瓦小時(shí)為單位計(jì)算如下W＝(P0+P1)T0/2；P＝VIW＝[10-3(3+2.9)/2](0.01/3600)W＝0.00081947微瓦小時(shí)因此，在蓄電池的充放電期間，根據(jù)本發(fā)明計(jì)算電能量的方式，蓄電池持續(xù)的充電電能量或放電電能量即為取樣計(jì)算電能量值的累加或累減。
請(qǐng)參閱圖2所示，顯示本發(fā)明充放電能量顯示裝置連接于蓄電池充放電回路的電路方塊圖。依已知技術(shù)，充電器電源10可為定電壓源或定電流源，而對(duì)蓄電池40提供充電電能量。在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，充放電能量顯示裝置主要包含轉(zhuǎn)換器20、控制器30及顯示器50，其中轉(zhuǎn)換器20為一A/D轉(zhuǎn)換器，通過(guò)在蓄電池充放電回路中串聯(lián)一電阻器70，A/D轉(zhuǎn)換器直接取樣出蓄電池兩端電壓VAD0與VAD1，并轉(zhuǎn)換電壓值VAD0及VAD1為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由資料匯流排60提供給該控制器30。
控制器30經(jīng)資料匯流排60可取得電壓VAD0與電壓VAD1的數(shù)字資料，并執(zhí)行一計(jì)算判斷程序。在蓄電池40被置入充電器的電池槽中，便形成蓄電池充放電回路，控制器30在固定的取樣周期中可取得電壓VAD0與電壓VAD1的值，進(jìn)而判斷充電器的充放電動(dòng)作并累計(jì)蓄電池40的電能量。同時(shí)，控制器30將判斷與計(jì)算的結(jié)果輸出至顯示器50顯示。
請(qǐng)參閱圖3本發(fā)明另一實(shí)施例的充放電能量顯示裝置連接于蓄電池充放電回路的電路方塊圖。在此一實(shí)施例中，充放電能量顯示裝置包含轉(zhuǎn)換器20、控制器30及顯示器50，其中轉(zhuǎn)換器20為一A/D轉(zhuǎn)換器，用以轉(zhuǎn)換蓄電池40的端電壓，且該轉(zhuǎn)換器20并配合一電流感應(yīng)器80串聯(lián)于蓄電池的充放電回路中，且電流感應(yīng)器80經(jīng)由資料匯流排90提供蓄電池40的充放電流值給控制器30。
控制器30通過(guò)電流感應(yīng)器80與A/D轉(zhuǎn)換器可取樣蓄電池40的端電壓電流值資料，并執(zhí)行一計(jì)算判斷程序。在蓄電池40被置入充電器的電池槽中，便形成蓄電池充放電回器，控制器30在固定的取樣周期中可取得蓄電池40的端電壓與充放電電流值，而判斷充電器的充入電動(dòng)作并累計(jì)蓄電池的電能量。同時(shí)，控制器30將判斷與計(jì)算的結(jié)果輸出至顯示器50顯示。
在本發(fā)明此一實(shí)施例中，充放電能量顯示裝置的電流感應(yīng)器80可由National Semiconductor公司生產(chǎn)的商業(yè)用途的感應(yīng)器產(chǎn)品所實(shí)施，其產(chǎn)品IC編號(hào)LM3822及LM3824。該感應(yīng)器產(chǎn)品測(cè)量±1A電流準(zhǔn)確度高達(dá)2％，且是以脈沖寬度調(diào)變(PWM)準(zhǔn)確輸出電流量值及電流方向，并輕易連接微控制器30。
在圖2與圖3所示的本發(fā)明實(shí)施例中，控制器30可連接一切換開(kāi)關(guān)100及一歸零開(kāi)關(guān)110，控制器30可檢測(cè)切換開(kāi)關(guān)100的動(dòng)作，以切換顯示在顯示器50的內(nèi)容，例如，使用者連續(xù)按壓切換開(kāi)關(guān)100，控制器30可依序切換顯示內(nèi)容為電壓值、電流值及電能量值；另外，控制器30可檢測(cè)歸零開(kāi)關(guān)110的動(dòng)作，以重置累計(jì)的充入電能量值為零。在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，顯示器50也可利用一選單，提供使用者直接選擇所需的內(nèi)容，例如以數(shù)字方式準(zhǔn)確顯示電能量值、電壓值及電流值。
接著請(qǐng)參閱圖4，顯示本發(fā)明充放電能量顯示方式的流程圖。在本發(fā)明充放電能量顯示裝置中，控制器30執(zhí)行的計(jì)算判斷程序包含程序210檢測(cè)歸零開(kāi)關(guān)110是否有動(dòng)作；若有，則到程序220，否則至程序230；程序220將累計(jì)的電能量值歸零；程序230取樣充放電回路的電壓、電流值在圖2所示的實(shí)施例中，由轉(zhuǎn)換器20轉(zhuǎn)換電壓VAD0與VAD1，以取得充電器電壓與蓄電池端電壓值；在圖3所示的實(shí)施例中，通過(guò)電流感應(yīng)器80與轉(zhuǎn)換器20可取得蓄電池端電壓值及充放電電流值。
程序240充放電判斷在圖2所示的實(shí)施例中，當(dāng)VAD0＞VAD1時(shí)，表示充電器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，則到程序250；當(dāng)VAD0＜VAD1時(shí)，表示蓄電池進(jìn)行放電，則至程序260；而在圖3所示的實(shí)施例中，可通過(guò)界定電流感應(yīng)器80正電流方向?yàn)樾铍姵剡M(jìn)行充電，則到程序250；反之，電流感應(yīng)器80測(cè)得負(fù)電流方向?yàn)樾铍姵剡M(jìn)行放電，則至程序260。
程序250控制顯示器50顯示蓄電池正在進(jìn)行充電的信息，并累加取樣的電能量值的后續(xù)程序270，其中圖2所示的實(shí)施例中，每次的取樣要獲得充電電流為VAD1/R以及蓄電池端電電壓VAD0-VAD1，根據(jù)W＝(P0+P1)T0/2的計(jì)算方式，將可計(jì)算出取樣電能量值，而加以累加，其總和即為蓄電池持續(xù)充電所累積的電能量值。
另外，圖2所示的實(shí)施例中，每次取樣正電流方向?yàn)槌潆婋娏饕约靶铍姵囟穗妷海鶕?jù)W＝(P0+P1)T0/2的計(jì)算方式，求出此次取樣的電功率P1值，再配合上次取樣的電功率P0值，而求出取樣電能量值，加以累加，其總和即為蓄電池持續(xù)充電所累積的電能量值。
程序260控制顯示器50顯示蓄電池正在放電的信息，并累減取樣的電能量值的后續(xù)程序270，其中圖2所示的實(shí)施例中，每次取樣可獲得放電電流為VAD1/R以及蓄電池端電壓VAD1-VAD0，根據(jù)W＝(P0+P1)T0/2的計(jì)算方式，求出此次取樣電能量值，加以累減，其總和即為蓄電池持續(xù)放電所消耗的電能量值。
程序270延遲一個(gè)取樣周期T0后，回到程序210。
根據(jù)本發(fā)明圖2與圖3所實(shí)施的充放電能量顯示裝置，使用者按壓歸零開(kāi)關(guān)110后，控制器30會(huì)重置累計(jì)的充放電能量值為零，重新執(zhí)行上述計(jì)算判斷程序，因此，控制器30由顯示器50顯示，累加電能量總和，即為該蓄電池持續(xù)充電累積的電能量值總和，而顯示器50顯示累減電能量值總和，即為該蓄電池持續(xù)放電消耗的電能量值總和。如此，使用者便可清楚準(zhǔn)確掌握蓄電池的充放電狀態(tài)。
如圖5所示，為本發(fā)明充放電能量顯示裝置較佳實(shí)施例的電路圖。其中，控制器30由編號(hào)U1 EM78447集成電路所實(shí)施，其為一通用程序控制器，可同時(shí)電氣連接接收多個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)SW1與SW2的電位變化，按鈕開(kāi)關(guān)SW1與SW2分別實(shí)施切換開(kāi)關(guān)100及歸零開(kāi)關(guān)110，編號(hào)U1 EM78447集成電路并且程序化執(zhí)行圖4所示的計(jì)算判斷程序，而由編號(hào)U2集成電路所實(shí)施的A/D轉(zhuǎn)換器20獲得蓄電池40的端電壓。另外，編號(hào)IR1為一LCD裝置，實(shí)施顯示器50；編號(hào)M1為充電器電源10。
根據(jù)本發(fā)明此一實(shí)施例，A/D轉(zhuǎn)換器20直接取樣蓄電池40兩端的電壓，所以控制器30在程序250與程序260中，計(jì)算蓄電池40的端電壓分別為VAD0-VAD1或VAD1-VAD0，而電流為VAD1/R1；再根據(jù)W＝(P0+P1)T0/2的計(jì)算方式，求出此次取樣電能量值，加以累計(jì)并將計(jì)算結(jié)果顯示于LCD顯示器50中。
在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施例之后，熟悉該項(xiàng)技術(shù)人士可清楚的了解，并在不脫離下述申請(qǐng)專利范圍與精神下可進(jìn)行各種變化與改變，而且本發(fā)明不受限于說(shuō)明書(shū)的實(shí)施例的實(shí)施方式，例如，本發(fā)明充放電能量顯示裝置與方法可實(shí)施至市售的充電器或一般電子產(chǎn)品上，如CD隨身聽(tīng)、手機(jī)、PDA等，或是實(shí)施于蓄電池產(chǎn)品本身上，使其具有顯示本身電能量的功能。
權(quán)利要求
1.一種電能量顯示裝置，電氣連接于一蓄電池的充放電回路中，該電能量顯示裝置是由轉(zhuǎn)換器、控制器與顯示器所組成的電路，其特征為前述控制器通過(guò)前述轉(zhuǎn)換器可在一取樣周期中取樣獲得蓄電池的端電壓值與前述充放電回路的電流值，以計(jì)算出電功率值，且前述控制器累計(jì)由前述取樣周期中電功率均值所計(jì)算的電能量值，并將累計(jì)總和的電能量值顯示于前述顯示器中。
2.如權(quán)利要求1所述的電能量顯示裝置，其特征在于電功率值為前述蓄電池的端電壓值與前述充放電回路的電流值的乘積，且在前述取樣周期中計(jì)算的電能量值為前述取樣周期與前述電功率均值的乘積，而當(dāng)前述控制器判斷蓄電池為充電，則前控制器累加每次取樣周期計(jì)算的電能量值。
3.如權(quán)利要求1所述的電能量顯示裝置，其特征在于電功率值為前述蓄電池的端電壓值與前述充放電回路的電流值的乘積，且在前述取樣周期中計(jì)算的電能量值為前述取樣周期與前述電功率均值的乘積，而當(dāng)前述控制器判斷蓄電池為放電，則前述控制器累減每次取樣周期計(jì)算的電能量值。
4.如權(quán)利要求1所述的電能量顯示裝置，其特征在于控制器連接一切換開(kāi)關(guān)，當(dāng)前述控制器檢測(cè)前述切換開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，前述控制器會(huì)切換前述顯示器的顯示內(nèi)容。
5.如權(quán)利要求1所述的電能量顯示裝置，其特征在于控制器連接一歸零開(kāi)關(guān)，當(dāng)前述控制器檢測(cè)前述歸零開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，前述控制器重置累計(jì)的電能量總和為零值。
6.如權(quán)利要求1所述的電能量顯示裝置，其特征在于實(shí)施于一充電器產(chǎn)品中。
7.如權(quán)利要求1所述的電能量顯示裝置，其特征在于實(shí)施于一電子裝置中。
8.如權(quán)利要求1所述的電能量顯示裝置，其特征在于實(shí)施于一蓄電池裝置中。
9.一種充放電能量測(cè)量方法，用于計(jì)算一蓄電池持續(xù)在充放電回路中的電能量值，其特征在于該電能量計(jì)算方法包含在一取樣周期中，取樣前述蓄電池的端電壓值與前述充放電回路的電流值，以計(jì)算電功率值；計(jì)算前述取樣周期中的電功率均值；以及累計(jì)電能量值，該電能量值為前述取樣周期與電功率均值的乘積。
10.如權(quán)利要求9所述的充放電能量測(cè)量方法，其特征在于前述電功率值為前述電壓值與前述電流值的乘積。
全文摘要
本發(fā)明的充放電能量顯示裝置與測(cè)量方法,以一個(gè)固定的周期取樣,獲得蓄電池的充放電電流與端電壓,然后,再計(jì)算取樣電能量W=(P0+P1)T/2,算出取樣一次的充放電的電能量值是多少,而蓄電池充放電的電能量值是一直將取樣的充放電的電能量值累加或累減上去而得到的,再將此蓄電池充放電的實(shí)際電能量值以例如數(shù)字方式顯示出來(lái)。
文檔編號(hào)G01R31/36GK1387279SQ01115720
公開(kāi)日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2001年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月21日
發(fā)明者鄭秋豪 申請(qǐng)人:孕龍科技股份有限公司