CN1387279A - 充放电能量显示装置与测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明的充放电能量显示装置与测量方法,以一个固定的周期取样,获得蓄电池的充放电电流与端电压,然后,再计算取样电能量W=(P0+P1)T/2,算出取样一次的充放电的电能量值是多少,而蓄电池充放电的电能量值是一直将取样的充放电的电能量值累加或累减上去而得到的,再将此蓄电池充放电的实际电能量值以例如数字方式显示出来。

Description

充放电能量显示装置与测量方法

本发明是关于一种充放电能量显示装置与测量方法，特别是本发明的显示装置与方法可精确地算出蓄电池的电能量值，并可通过数字以显示。

近几年来，由于科技的进步神速，导致一些高科技的产物体积是越做越小，越来越轻薄，为的是让人携带方便，如笔记型电脑、移动电话、CD、PDA、VCD……等携带型电子装置，其主要电源是来自具有高度的空间运用弹性及机动性并可二次充放电的二次电池，一般人称之的蓄电池；但通常为了避免电源供应突然中断，而导致电子装置中资料的消失或无法使用，电子装置都会将蓄电池所剩下的电能量检测出来，并予以显示。但是大部份都以阶段式或百分比的模糊方式表达，以致让使用者无法知道到底蓄电池还有多少的实际电能量。

另外，已知技术还有一个问题是有关于蓄电池的充电器，现今的充电器，并没有任何厂牌的充电器以实际的数值显示蓄电池已完成多少的充电量，也没有任何厂牌的充电器显示出该蓄电池还有多少的电能量。依已知技术，充电器的充电方式大约分成三种：

1、定电压充电法：充电器提供蓄电池的定电压源，即当蓄电池充电到和定电压源相同电压时，充电电流自然停止，蓄电池充电完成；

2、定电流充电法：此方法较定电压法为佳，可提供蓄电池稳定的充电电流，但缺点是充电电路成本较高，必须具有一电压侦测电路，当蓄电池的端电压到达额定的电压值时，才可切断充电电源，停止充电；

3、脉冲充电法：将充电电源以特定频率切换，用脉冲电源对蓄电池充电，可使蓄电池的化学特性活化，增加蓄电池使用寿命。

依已知技术各种方法所实施的充电器，都会以蓄电池最后的端电压判断是否达到额定电压，以作为停止充电的条件，换言之，充电程序一定会停止。然，已知技术没有规定充电的起始电压为何，所以其实每次充电进入蓄电池的电能量，并不一定，有时多有时少，即使电池老化了，使用者也无所查觉，使用者往往因此没有去作电池放电的动作，或者常常不清楚电池有没有电就再次充电，一切都是因为已知充电器在进行充电时没有提供蓄电池电能量显示，让使用者不能得到可据以判断的资讯，因而对专家的劝告存疑，所谓电池会老化、电池有记忆效应、对使用者来说，并不能在短时间内得到证实，因为整个过程太慢了。

由上述所知，如何让使用者进行充电时更容易的清楚蓄电池的电能量现况，以便对所剩下的电能量做最适当的分配与利用，便成为本发明所欲解决的课题。

本发明的主要目的在提供一种可精确地计算出蓄电池的充放电能量值并显示的充放电能量显示装置与方法。

本发明的次要目的在提供一种适用于任何使用蓄电池的电子产品中可随时显示该蓄电池剩余电能量的显示方法。

本发明的另一目的在提供一种具有在蓄电池进行充电时可随时显示该蓄电池充电所累积的电能量的充电器。

在本发明较佳实施例的充放电能量显示装置与方法中，以一个固定的周期取样，获得蓄电池的充放电电流与端电压，然后，再计算取样电能量W＝(P0+P1)T/2，算出取样一次的充放电的电能量值是多少，而蓄电池充放电的电能量值是一直将取样的充放电的电能量值累加或累减上去，而得到的，再将此蓄电池充放电的实际电能量值以例如数字方式显示出来。

即本发明的目的可以按下述方式实现，一种电能量显示装置，电气连接于一蓄电池的充放电回路中，该电能量显示装置是由转换器、控制器与显示器所组成的电路，其特征为：前述控制器通过前述转换器可在一取样周期中取样获得蓄电池的端电压值与前述充放电回路的电流值，以计算出电功率值，且前述控制器累计由前述取样周期中电功率均值所计算的电能量值，并将累计总和的电能量值显示于前述显示器中。

本发明的进一步特征在于电功率值为前述蓄电池的端电压值与前述充放电回路的电流值的乘积，且在前述取样周期中计算的电能量值为前述取样周期与前述电功率均值的乘积，而当前述控制器判断蓄电池为充电，则前控制器累加每次取样周期计算的电能量值。电功率值为前述蓄电池的端电压值与前述充放电回路的电流值的乘积，且在前述取样周期中计算的电能量值为前述取样周期与前述电功率均值的乘积，而当前述控制器判断蓄电池为放电，则前述控制器累减每次取样周期计算的电能量值。控制器连接一切换开关，当前述控制器检测前述切换开关动作时，前述控制器会切换前述显示器的显示内容。控制器连接一归零开关，当前述控制器检测前述归零开关动作时，前述控制器重置累计的电能量总和为零值。本发明实施于一充电器产品或电子装置或蓄电池装置中。

本发明关于测量方法的目的可以按下述实现，一种充放电能量测量方法，用于计算一蓄电池持续在充放电回路中的电能量值，其特征在于该电能量计算方法包含：在一取样周期中，取样前述蓄电池的端电压值与前述充放电回路的电流值，以计算电功率值；计算前述取样周期中的电功率均值；以及累计电能量值，该电能量值为前述取样周期与电功率均值的乘积。

本发明充放电能量测量方法的进一步特征在于前述电功率值为前述电压值与前述电流值的乘积。

配合本发明较佳实施例所实施的充电器产品，使用者可根据显示的实际电能量值，能清楚的知道每次出充进去多少电能量，而对于每次充电能量的细微变化与蓄电池放电的变化，使用者自然能掌握资讯，在适当的时候进行充放电。如在电子装置产品上提供本发明电能量显示装置，则每次蓄电池充多少电，用了多少电，也都清清楚楚，而不会有太早充电的情形发生了。

附图说明：

图1是蓄电池充电功率与充电时间的特征曲线图；

图2是本发明充放电能量显示装置与蓄电池充放电回路的电路框图；

图3是本发明另一实施例的电路框图；

图4是本发明充放电量显示方式的流程图；

图5是本发明充放电量显示装置的电路图。

本发明充放电能量显示装置与方法其诸多优点与特征将从下述详细说明及所附图式中得到进一步的了解。

首先请参阅图1所示，为蓄电池充电功率与充电时间的特征曲线图。在实际上充电器对蓄电池的充电过程中，如图1所示，当充电时间越长，蓄电池获得充电电功率P会越来越少，并无法保持一定值，而造成此现象的原因，大致上与下列几点有关：蓄电池的温度状况；蓄电池的材质；蓄电池的老化等。

然而，计算电能量的公式W＝PT中，其电功率P是指在时间T之内为一定值，所以欲计算一段时间T之内蓄电池的充电电能量并不能直接采用此W＝PT的计算方式，因为蓄电池的充电功率P在时间T之内不是定值，无法精确求得电能量W。

在本发明充放电能量显示方法中，蓄电池的充电电能量计算方式是采取样时间T0内，由充放电的取样电压与电流计算电功率P0与P1，逐次累加或累减取样的电能量值。请配合图1，本发明计算蓄电池的充放电电能量W，是以梯形面积趋近电功率P在取样周期T0内的电能量，即W＝(P0+P1)T0/2。

假设取样周期T0＝0.01秒，而蓄电池的充电电流I＝1mA，而蓄电池的充电电压在t1与t2时，取样蓄电池的端电压分别为V0＝3V，V1＝2.9V，则取样时间的充电电能量W以微瓦小时为单位计算如下：

W＝(P0+P1)T0/2；P＝VI

W＝[10-3(3+2.9)/2](0.01/3600)

W＝0.00081947微瓦小时

因此，在蓄电池的充放电期间，根据本发明计算电能量的方式，蓄电池持续的充电电能量或放电电能量即为取样计算电能量值的累加或累减。

请参阅图2所示，显示本发明充放电能量显示装置连接于蓄电池充放电回路的电路方块图。依已知技术，充电器电源10可为定电压源或定电流源，而对蓄电池40提供充电电能量。在本发明的一种实施例中，充放电能量显示装置主要包含转换器20、控制器30及显示器50，其中转换器20为一A/D转换器，通过在蓄电池充放电回路中串联一电阻器70，A/D转换器直接取样出蓄电池两端电压VAD0与VAD1，并转换电压值VAD0及VAD1为数字信号，经由资料汇流排60提供给该控制器30。

控制器30经资料汇流排60可取得电压VAD0与电压VAD1的数字资料，并执行一计算判断程序。在蓄电池40被置入充电器的电池槽中，便形成蓄电池充放电回路，控制器30在固定的取样周期中可取得电压VAD0与电压VAD1的值，进而判断充电器的充放电动作并累计蓄电池40的电能量。同时，控制器30将判断与计算的结果输出至显示器50显示。

请参阅图3本发明另一实施例的充放电能量显示装置连接于蓄电池充放电回路的电路方块图。在此一实施例中，充放电能量显示装置包含转换器20、控制器30及显示器50，其中转换器20为一A/D转换器，用以转换蓄电池40的端电压，且该转换器20并配合一电流感应器80串联于蓄电池的充放电回路中，且电流感应器80经由资料汇流排90提供蓄电池40的充放电流值给控制器30。

控制器30通过电流感应器80与A/D转换器可取样蓄电池40的端电压电流值资料，并执行一计算判断程序。在蓄电池40被置入充电器的电池槽中，便形成蓄电池充放电回器，控制器30在固定的取样周期中可取得蓄电池40的端电压与充放电电流值，而判断充电器的充入电动作并累计蓄电池的电能量。同时，控制器30将判断与计算的结果输出至显示器50显示。

在本发明此一实施例中，充放电能量显示装置的电流感应器80可由National Semiconductor公司生产的商业用途的感应器产品所实施，其产品IC编号LM3822及LM3824。该感应器产品测量±1A电流准确度高达2％，且是以脉冲宽度调变(PWM)准确输出电流量值及电流方向，并轻易连接微控制器30。

在图2与图3所示的本发明实施例中，控制器30可连接一切换开关100及一归零开关110，控制器30可检测切换开关100的动作，以切换显示在显示器50的内容，例如，使用者连续按压切换开关100，控制器30可依序切换显示内容为电压值、电流值及电能量值；另外，控制器30可检测归零开关110的动作，以重置累计的充入电能量值为零。在本发明的一种实施例中，显示器50也可利用一选单，提供使用者直接选择所需的内容，例如：以数字方式准确显示电能量值、电压值及电流值。

接着请参阅图4，显示本发明充放电能量显示方式的流程图。在本发明充放电能量显示装置中，控制器30执行的计算判断程序包含：

程序210：检测归零开关110是否有动作；若有，则到程序220，否则至程序230；

程序220：将累计的电能量值归零；

程序230：取样充放电回路的电压、电流值：

在图2所示的实施例中，由转换器20转换电压VAD0与VAD1，以取得充电器电压与蓄电池端电压值；在图3所示的实施例中，通过电流感应器80与转换器20可取得蓄电池端电压值及充放电电流值。

程序240：充放电判断：

在图2所示的实施例中，当VAD0＞VAD1时，表示充电器对蓄电池进行充电，则到程序250；当VAD0＜VAD1时，表示蓄电池进行放电，则至程序260；

而在图3所示的实施例中，可通过界定电流感应器80正电流方向为蓄电池进行充电，则到程序250；反之，电流感应器80测得负电流方向为蓄电池进行放电，则至程序260。

程序250：控制显示器50显示蓄电池正在进行充电的信息，并累加取样的电能量值的后续程序270，其中图2所示的实施例中，每次的取样要获得充电电流为VAD1/R以及蓄电池端电电压VAD0-VAD1，根据W＝(P0+P1)T0/2的计算方式，将可计算出取样电能量值，而加以累加，其总和即为蓄电池持续充电所累积的电能量值。

另外，图2所示的实施例中，每次取样正电流方向为充电电流以及蓄电池端电压，根据W＝(P0+P1)T0/2的计算方式，求出此次取样的电功率P1值，再配合上次取样的电功率P0值，而求出取样电能量值，加以累加，其总和即为蓄电池持续充电所累积的电能量值。

程序260：控制显示器50显示蓄电池正在放电的信息，并累减取样的电能量值的后续程序270，其中图2所示的实施例中，每次取样可获得放电电流为VAD1/R以及蓄电池端电压VAD1-VAD0，根据W＝(P0+P1)T0/2的计算方式，求出此次取样电能量值，加以累减，其总和即为蓄电池持续放电所消耗的电能量值。

程序270：延迟一个取样周期T0后，回到程序210。

根据本发明图2与图3所实施的充放电能量显示装置，使用者按压归零开关110后，控制器30会重置累计的充放电能量值为零，重新执行上述计算判断程序，因此，控制器30由显示器50显示，累加电能量总和，即为该蓄电池持续充电累积的电能量值总和，而显示器50显示累减电能量值总和，即为该蓄电池持续放电消耗的电能量值总和。如此，使用者便可清楚准确掌握蓄电池的充放电状态。

如图5所示，为本发明充放电能量显示装置较佳实施例的电路图。其中，控制器30由编号U1 EM78447集成电路所实施，其为一通用程序控制器，可同时电气连接接收多个按钮开关SW1与SW2的电位变化，按钮开关SW1与SW2分别实施切换开关100及归零开关110，编号U1 EM78447集成电路并且程序化执行图4所示的计算判断程序，而由编号U2集成电路所实施的A/D转换器20获得蓄电池40的端电压。另外，编号IR1为一LCD装置，实施显示器50；编号M1为充电器电源10。

根据本发明此一实施例，A/D转换器20直接取样蓄电池40两端的电压，所以控制器30在程序250与程序260中，计算蓄电池40的端电压分别为VAD0-VAD1或VAD1-VAD0，而电流为VAD1/R1；再根据W＝(P0+P1)T0/2的计算方式，求出此次取样电能量值，加以累计并将计算结果显示于LCD显示器50中。

在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉该项技术人士可清楚的了解，并在不脱离下述申请专利范围与精神下可进行各种变化与改变，而且本发明不受限于说明书的实施例的实施方式，例如，本发明充放电能量显示装置与方法可实施至市售的充电器或一般电子产品上，如CD随身听、手机、PDA等，或是实施于蓄电池产品本身上，使其具有显示本身电能量的功能。

Claims (10)

1、一种电能量显示装置，电气连接于一蓄电池的充放电回路中，该电能量显示装置是由转换器、控制器与显示器所组成的电路，其特征为：

前述控制器通过前述转换器可在一取样周期中取样获得蓄电池的端电压值与前述充放电回路的电流值，以计算出电功率值，且前述控制器累计由前述取样周期中电功率均值所计算的电能量值，并将累计总和的电能量值显示于前述显示器中。

2、如权利要求1所述的电能量显示装置，其特征在于：电功率值为前述蓄电池的端电压值与前述充放电回路的电流值的乘积，且在前述取样周期中计算的电能量值为前述取样周期与前述电功率均值的乘积，而当前述控制器判断蓄电池为充电，则前控制器累加每次取样周期计算的电能量值。

3、如权利要求1所述的电能量显示装置，其特征在于：电功率值为前述蓄电池的端电压值与前述充放电回路的电流值的乘积，且在前述取样周期中计算的电能量值为前述取样周期与前述电功率均值的乘积，而当前述控制器判断蓄电池为放电，则前述控制器累减每次取样周期计算的电能量值。

4、如权利要求1所述的电能量显示装置，其特征在于：控制器连接一切换开关，当前述控制器检测前述切换开关动作时，前述控制器会切换前述显示器的显示内容。

5、如权利要求1所述的电能量显示装置，其特征在于：控制器连接一归零开关，当前述控制器检测前述归零开关动作时，前述控制器重置累计的电能量总和为零值。

6、如权利要求1所述的电能量显示装置，其特征在于：实施于一充电器产品中。

7、如权利要求1所述的电能量显示装置，其特征在于：实施于一电子装置中。

8、如权利要求1所述的电能量显示装置，其特征在于：实施于一蓄电池装置中。

9、一种充放电能量测量方法，用于计算一蓄电池持续在充放电回路中的电能量值，其特征在于该电能量计算方法包含：

在一取样周期中，取样前述蓄电池的端电压值与前述充放电回路的电流值，以计算电功率值；

计算前述取样周期中的电功率均值；以及

累计电能量值，该电能量值为前述取样周期与电功率均值的乘积。

10、如权利要求9所述的充放电能量测量方法，其特征在于前述电功率值为前述电压值与前述电流值的乘积。

Images