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    本發明充放電電量顯示裝置及其方法，係包含有一個具有類比訊號轉數位訊號轉換功能並載有充放電電量顯示方法之晶片，經由一控制單元選定所需載入電池芯之充放電曲線及容量關係參數後，由該晶片將一電源單元搭配一穩壓單元所得之直流電經由類比轉數位方式(ADC)加以取樣，並與該晶片載入之電池芯之充放電曲線及容量關係參數比較後，得知現有電源單元之準確電量後，將該電量資訊透過一顯示單元傳達予使用者知悉；本發明經由類比轉數位方式提供一種更為穩定、精確，且可將電量顯示區間細分為更多電量顯示區間的裝置及其方法，用以解決傳統電量顯示裝置不利使用者掌握電量、行駛時間、並有效警示使用者之缺陷。
    公开号:TW201322529A
    申请号:TW100141968
    申请日:2011-11-17
    公开日:2013-06-01
    发明作者:yan-ming Zeng；zhi-shu Huang；Xian-Xin Jian
    申请人:Isuda Recreation & Sports Co Ltd；
    IPC主号:Y02E60-00
    专利说明:
    充放電電量顯示裝置及其方法
    　　本發明涉及一種電量顯示方式，尤指一種兼具電池充放電量顯示及電池充放電保護方法及其裝置。
    　　坊間常見的電池或電動車所使用的電池，內包含有至少一電池組，做為驅動負載或馬達的電力來源，然，因各電池製造商依不同材料及需求製成各種不同特性及電量的電池，如鋰錳電池、鋰鐵電池、鋰三元素電池等，各電動車生產商大多限定其中一種電池做為該電動車驅動電力來源，並依該種電池特性做為設計電池殘量顯示之標的，於使用者而言，卻易因其隨著電池使用時儲存電量減少，甚或是因電量顯示區間過大，而產生不易掌握電量、難以確認是否足以行駛至目的地，甚或是發生中途熄火之困擾。
    　　現有傳統做為電動車電量顯示之裝置大多電量指示燈僅具有三顆：綠燈(FULL) 、橘燈(HALF)、紅燈(EMPTY)，再者，各廠商所用電池規格不同，故其內阻值不同，也將有所區隔，大多依該電動車所使用電池組設定兩警戒值：橘燈警戒值(Low值)及紅燈警戒值(LowLow值)，惟，相較於燃油式汽機車油量顯示以多格式顯示外，電動車之電池組易因使用次數折損該電池壽命，又只具有三燈號之電量顯示方式，明顯不足以精確顯示電量，使用者於騎乘過程無法估算尚可行駛距離，更甚者，傳統式電量顯示器易於電池電量偵測發生異常，致使由橘燈警示後經轉紅燈警示達停止供電時間過短，未能充份達到提示使用者之功能，徒增使用者半途熄火之風險。
    　　因為傳統式電量顯示器皆以DC方式計算電量，若以48V電池為例，其滿電位約於54.4V截止電壓約在42V，其電壓差約在12.4V，若以10LED顯示其電量，將其取11級距後，每一級距之電壓差僅約1.13V左右，若再考慮使用中電流湧浪的發生，將因為電量取樣範圍過小且電動車使用過程中電流較不穩定導致判讀錯誤率較高。
    　　傳統電量顯示器以現有電量與橘燈警戒值(Low值)及紅燈警戒值(LowLow值)做為電量高低比較，故需裝設多個運算放大器(Operational Amplifier，簡稱OPAmp)，用以做為電量比較之用，一旦需要提高一個電量顯示級距，則需新增運算放大器的個數，除提高成本外，也將增加電路所需空間。
    　　綜上所述，傳統電量顯示器具有以下缺點：
    　1.僅以三燈號表示現有電池電量，電量顯示間隔過大，造成使用者不利評估已耗電量或已充電量。
    　2.隨電池使用壽命減損或因電流不穩誤判，導致該橘燈警戒值(Low值)及紅燈警戒值(LowLow值)之間易有間隔時間過短，造成未成有效提示使用者之功能。
    　3.傳統電量顯示器以DC方式做為電量級距取樣之標的，卻因其可供取樣之範圍較小，一旦欲提高顯示級距數，將因取樣頻率不適當及電壓不穩定性極易發生電量誤判之情事，而導致失去供使用者判讀之可靠性。
    　4.因現有電量顯示器大多僅具有三燈號，且大多一旦轉為紅燈警戒值(LowLow值)時，皆已不具有足夠電力驅動該電動車，甚或時間過短，為能提供使用者具充份時間為其應變或行駛至下一充電點，足見未能達到有效提示使用者之責。
    　5.傳統電量顯示器若提高電量顯示級距，需另外增設運算放大器，將因此提高電路設置成本及電路所需空間。
    　　本發明一種充放電電量顯示裝置及其方法，其程序相較於傳統電量顯示器以DC電流做為取樣標的，本發明係將該DC電流以一類比訊號轉數位訊號(ADC)將其電量以類比轉數位方式做為判定電量之標的，若以8bit類比轉數位轉換器轉換5V為例，該電壓經由類比訊號轉數位信號轉換器(ADC)轉換後，其可供樣之取電量顯示級距最高可達256個，可藉此提高電量判別之精確度，並避免因以直流方式判讀時，易因取樣間隔過小，一旦電力不穩容易發生誤判之情事。
    　　本發明為解決傳統電量顯示器之不足，係提供一種充放電電量顯示裝置，其包括有一晶片、一控制單元、一電源單元、一穩壓單元以及一顯示單元，該晶片具有類比訊號轉數位訊號轉換功能(ADC)，並載入有電量顯示暨充放電保護程式，該控制單元具有可供複數個選擇模式，並與該晶片電性連接，該電源單元與該晶片電性連接，該穩壓單元包含一第一電阻、一第二電阻以及一電容，該穩壓單元一端與該晶片電性連接，一端與該電源單元電性連接，另 一端與接地端電性連接，該第一電阻一端與該電源單元電性連接，該第二電阻一端與該第一電阻及晶片電性連接，該電容一端與第一電阻及第二電阻電性連接，另一端與第二電阻另一端及接地端電性連接，該顯示單元包含一顯示器及一第三電阻，該顯示器與該第三電阻一端電性連接，該顯示單元一端與該晶片電性連接，該顯示單元另一端與電源單元電性連接。
    　　本發明更提供一種充放電電量顯示方法，該程式包括有以下步驟：
    　　一選擇步驟，選定套用何種電池芯之參數；一第一執行步驟，輸入選定該電池芯之充放電曲線及容量關係參數；一第一判斷步驟，依偵側電流流向判斷執行充電程序或放電程序；以及，一第二執行步驟，截斷充放電路徑及電量顯示電源。
    　　其中，該第一判斷步驟所述之充電程序更包含有以下步驟：
    　　一第一確認步驟，電池組充電電壓取樣；一第二判斷步驟，判斷電壓取樣是否正確；一第三判斷步驟，判斷電池組是否過充；一第二確認步驟，判斷電池組已充電容量；以及，一第三確認步驟，決定顯示單元顯示值或顯示充電電量。
    　　其中，該第一判斷步驟所述之放電程序更包含有以下步驟：
    　　一第四確認步驟，電池組已放電電壓取樣；一第四判斷步驟，判斷電壓取樣是否正確；一第五判斷步驟，判斷電池組是否過放；一第五確認步驟，判斷電池組殘存容量；以及，一第六確認步驟決定顯示單元顯示值或顯示殘存電量。
    　　綜上所述，本發明充放電電量顯示裝置及其方法具有以下特點：
    　1.經由類比訊號轉數位訊號取樣方式做為現有電量判斷，可以更多燈號表示現有電池電量，避免因習知電量顯示器因電量顯示間隔過大，造成使用者不利評估用電量及已充電量。
    　2.以選定電池芯之電池組其充放電曲線及容量之關係做為電量顯示之判斷標的，可據以改進因電池使用壽命減損或因電流或電壓取樣不一致而誤判，導致該橘燈警戒值(Low值)及紅燈警戒值(LowLow值)後其易有間隔時間過短，造成未成有效提示使用者之功能。
    　3.本發明一種充放電電量顯示裝置及其方法係以類比訊號轉數位訊號取樣方式做為電量級距取樣之標的，除可使取樣之範圍更小，也因以類比訊號轉數位訊號取樣的做法，免去傳統直流取樣法因取樣頻率過小及電壓穩定性極易發生電量誤判之情事，而更能提供使用者判讀之可靠性。
    　4.因本發明係以選定內建於晶片內的電池芯之電池組其充放電曲線及容量之關係做為電量顯示之判斷標的，搭配具有更多段精確顯示現有電量的方式，將藉此排除傳統電量顯示器一旦轉為紅燈警戒值(LowLow值)時，因未考量各電池芯放電曲線及容量特性，導致大多已不具有足夠電力驅動該電動車，甚或時間過短，未能提供使用者具充份時間為其應變或行駛至下一充電點之困擾。
    　　請參閱圖1及圖2所示，本發明充放電電量顯示裝置係包括一晶片21、一控制單元22、一電源單元23、一穩壓單元24，以及一顯示單元25；其中
    　　該晶片21具有類比訊號轉數位訊號轉換器(圖未示出)之功能(ADC)，並載入有充放電電量顯示方法。
    　　該控制單元22具有可供複數個選擇模式，並與該晶片21電性連接，本實施例之控制單元22係以具有00、01、10、11四種設定模式之多段開關(圖未示出)做為範例。
    　　該電源單元23一端與晶片21電性連接，本實施例之電源單元23係以內含控制電路之電池組(圖未示出)做為範例。
    　　該穩壓單元24包含一第一電阻241、一第二電阻242及一電容243；該穩壓單元24一端與該晶片21電性連接，一端與電源單元23電性連接，另一端與接地端244電性連接；該第一電阻241一端與電源單元23電性連接；該第二電阻242一端與第一電阻241及晶片21電性連接；該電容243一端與第一電阻241及第二電阻242電性連接，另一端與第二電阻242另一端及接地端244電性連接，本穩壓單元24之功能除了具有穩壓之功能外，亦兼具有分壓之功能。
    　　該顯示單元25包含一顯示器251及一第三電阻252，該顯示器251與該第三電阻252一端電性連接，該顯示單元25一端與該晶片21電性連接，該顯示單元25另一端與該電源單元23電性連接，本實施例之顯示器251係以十個發光二極體(LED)做為範例。
    　　使用者可依該裝設之電池芯種類以該多段開關選定適合模式，例如：設為00則為選定鋰錳電池模式、設為01則為選定鋰鐵電池模式、設為10則為選定鋰三元素電池模式，並由電源單元23供電予顯示單元25、晶片21以及穩壓單元24，該控制單元22所選定之模式將驅動該晶片21套用選定該電池芯之充放電曲線及容量關係參數，該晶片21亦可依因高低電位差所產生之電流流向判定應該執行充電或放電程序，藉由該晶片21所設有之類比訊號轉數位訊號轉換器(ADC)，將電源單元23之電壓經由類比傳數位訊號轉換後加以取樣，並以該取樣值經該套用選定該電池芯之充放電曲線及容量關係參數得知該電源單元23現有電量、是否過充、是否過放電、電池組已充電或殘存電量，並將該得知之電源單元23電量透過顯示單元25點亮對應電量之發光二極體個數，得以傳達予使用者。
    　　本發明一種充放電電量顯示裝置，其中，該晶片21具有類比訊號轉數位訊號轉換功能及於內部記憶體內建至少一電池芯之充放電曲線及容量關係參數的內部資料，可藉由與該穩壓單元24搭配作用，使該電源單元23所輸出之直流電，經由類比訊號轉數位訊號轉換得一數位訊號，並經偵側取樣該數位訊號後，可得一取樣值，由該取樣值判斷電源單元23現有電量，因本發明經數位信號取樣值做為判定電量之標的，若以5V電流為例，該電流經8bit類比轉數位轉換器轉換後並經取樣，可據以區分為256個區間，遠較於以直流做為判定電量之界定模式，更可精細區分顯示。
    　　本發明充放電電量顯示裝置及其方法具有精確且穩定判斷電量之優勢，然，為進一步避免部份使用者因延用內燃式機車駕駛習慣，錯估電量所能行駛時間之可能，本發明更可於設定顯示電量區間時，多增設一電量計算區間，若該顯示單元25以內含十個LED及一第三電阻252做為範例，透過該晶片21設定，可將該電源單元23之電池組(圖未示出)滿電位分為十一個電量區間，則該電池組若為100%滿電狀態時，則該十個LED則為全亮，若該電池組為60%電量時，則點亮五個LED，依序熄滅對應電量所示之LED，若該LED皆已全部熄滅當下，該電池組尚存有10%的殘存電量，以利於使用者做為緊急應變之用，除具有警示使用者之機制，經由增設電量區間提供及早警示外，更貼近一般使用內燃式機車之駕駛習慣，有利於將電動車輛與內燃式車輛於使用者端的習慣與經驗接軌。
    　　請參閱圖3所示，本發明更提供一種充放電電量顯示方法，包括有以下步驟：
    S1：選擇步驟，選定套用何種電池芯之參數；
    S2：第一執行步驟，套用選定該電池芯之充放電曲線及容量關係參數；
    S3：第一判斷步驟，依偵側電流流向判斷執行充電程序或放電程序；
    S4：第二執行步驟，截斷充放電路徑及電量顯示電源。
    　　該步驟S1可藉由控制單元22所設定之模式加以選定不同電池芯之電池組種類，以利後續程序設定，該步驟S2將依步驟S1所選定之電池芯種類依該電池芯充放電曲線與電池組容量關聯設定讀取該內部資料，步驟S3將依外部電路之電流流向，據以判斷該電源單元23之電池組正在經由負載(圖未示出)進行放電程序，或經由外部電源(圖未示出)進行充電程序後，據以分別執行充電程序或放電程序，步驟S4待完成充電程序或放電程序後，截斷該電源單元23的電池組(圖未示出)之充電或放電路徑及顯示單元25的電源。
    　　其中，步驟S3所述之充電程序更包含有以下步驟：
    S5：第一確認步驟，電池組已充電電壓取樣；
    S6：第二判斷步驟，判斷電壓取樣是否正確；
    S7：第三判斷步驟，判斷電池組是否過充；
    S8：第二確認步驟，判斷電池組已充電容量；
    S9：第三確認步驟，決定顯示單元顯示值或顯示充電電壓。
    　　該步驟S5將該電源單元23的電池組提供之直流電源經類比訊號轉數位訊號轉換器(ADC)轉換為數位訊號，並以該數位訊號做為取樣標的進行取樣，其後將該取樣值存入晶片21內之暫存器(圖中未示)，若於晶片21內之暫存器已有之前步驟S5便已存入之至少一取樣值，則該步驟S6便會將步驟S5取得之取樣值與步驟S2之放電曲線及容量之關係及先前存入暫存器內之取樣值相互比較，並得知該取樣值是否正確及與放電曲線及容量之關係比較的結果，若為正確則繼續執行下一步驟S7，若不正確則回到步驟S5執行，該步驟S8用以確認外部電路所連接電源單元23之電池組是否過充，若尚未過充則進行下一步驟S9，若為過充則執行步驟S4，該步驟S8確認外部電路所連接電源單元23之電池組經充電後的現有電量，該步驟S9將步驟S8所得之電量值以顯示單元25傳達與使用者知悉，並重新執行步驟S1。
    　　其中，步驟S3所述之放電程序更包含有以下步驟：
    S10：第四確認步驟，電池組已放電電壓取樣；
    S11：第四判斷步驟，判斷電壓取樣是否正確；
    S12：第五判斷步驟，判斷電池組是否過放；
    S13：第五確認步驟，判斷電池組殘存容量；
    S14：第六確認步驟，決定顯示單元顯示值或顯示殘存電壓。
    　　該步驟S10將該電源單元23之電池組提供之直流電源經類比訊號轉數位訊號轉換器(ADC)轉換為數位訊號，並以該數位訊號做為取樣標的進行取樣，其後將該取樣值存入晶片21內之暫存器(圖中未示)，若於晶片21內之暫存器已有之前步驟S10便已存入之至少一取樣值，則該步驟S11便會將步驟S10取得之取樣值與步驟S2之放電曲線及容量之關係及先前存入暫存器內之取樣值相互比較，並得知該取樣值是否正確及與放電曲線及容量之關係比較的結果，若為正確則繼續執行下一步驟S12，若不正確則回到步驟S10執行，該步驟S12用以確認外部電路所連接電源單元23之電池組是否過放，若尚未過放則進行下一步驟S14，若為過放則執行步驟S4，該步驟S13確認外部電路所連接電源單元23之電池組經放電後現有電量，該步驟S14將步驟S13所得之電量值以顯示單元25傳達與使用者知悉，並重新執行步驟S1。
    　　惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例，因本發明具有精準電量判斷的功能，也可做為電動自行車、電動汽機車、不斷電系統等具有充放電電電顯示需求之設備所使用，當不能限定本發明實施之範圍及應用領域，凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍。
    21．．．晶片
    22．．．控制單元
    23．．．電源單元
    24．．．穩壓單元
    241．．．第一電阻
    242．．．第二電阻
    243．．．電容
    244．．．接地端
    25．．．顯示單元
    251．．．顯示器
    252．．．第三電阻
    S1．．．選擇步驟
    S2．．．第一執行步驟
    S3．．．第一判斷步驟
    S4．．．第二執行步驟
    S5．．．第一確認步驟
    S6．．．第二判斷步驟
    S7．．．第三判斷步驟
    S8．．．第二確認步驟
    S9．．．第三確認步驟
    S10．．．第四確認步驟
    S11．．．第四判斷步驟
    S12．．．第五判斷步驟
    S13．．．第五確認步驟
    S14．．．第六確認步驟
    圖1：係本發明電路單元示意圖。
    圖2：係本發明電路示意圖。
    圖3：係本發明充放電電量顯示方法流程圖。
    21．．．晶片
    22．．．控制單元
    23．．．電源單元
    24．．．穩壓單元
    25．．．顯示單元
    权利要求:
    Claims (7)
    [1] 一種充放電電量顯示裝置，包括有一晶片、一控制單元、一電源單元、一穩壓單元以及一顯示單元；其中該晶片具有類比訊號轉數位訊號轉換功能(ADC)，並載入有電量顯示暨充放電保護程式；該控制單元具有可供複數個選擇模式，並與該晶片電性連接；該電源單元與該晶片電性連接；該穩壓單元一端與該晶片電性連接，一端與該電源單元電性連接，另一端與接地端電性連接；該顯示單元一端與該晶片電性連接，該顯示單元另一端與該電源單元電性連接。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之充放電電量顯示裝置，其中，該穩壓單元包含一第一電阻、一第二電阻及一電容，該第一電阻一端與該電源單元電性連接，該第二電阻一端與該第一電阻及該晶片電性連接，該電容一端與該第一電阻及該第二電阻電性連接，另一端與該第二電阻另一端及該接地端電性連接。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述之充放電電量顯示裝置，其中，該顯示單元包含一顯示器及一第三電阻，該顯示器與該第三電阻一端電性連接。
    [4] 如申請專利範圍第3項所述之充放電電量顯示裝置，其中，該顯示單元為至少三以上之LED或一LCD模組。
    [5] 一種充放電電量顯示方法，其包括：一選擇步驟，選定套用何種電池芯之參數；一第一執行步驟，套用選定該電池芯之充放電曲線及容量關係參數；一第一判斷步驟，依偵側電流流向判斷執行充電程序或放電程序；一第二執行步驟，截斷充放電路徑及電量顯示電源。
    [6] 如申請專利範圍第5項所述之充放電電量顯示方法，其中，該充電程序包括有：一第一確認步驟，電池組已充電電壓取樣；一第二判斷步驟，判斷電壓取樣是否正確；一第三判斷步驟，判斷電池組是否過充；一第二確認步驟，判斷電池組已充電容量；一第三確認步驟，決定顯示單元顯示值或顯示充電電壓。
    [7] 如申請專利範圍第5項所述之充放電電量顯示方法，其中，該放電程序包括有：一第四確認步驟，電池組已放電電壓取樣；一第四判斷步驟，判斷電壓取樣是否正確；一第五判斷步驟，判斷電池組是否過放；一第五確認步驟，判斷電池組殘存容量；一第六確認步驟，決定顯示單元顯示值或顯示殘存電壓。
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