备用电池转让专利
申请号 : CN201410442001.1
文献号 : CN105322242B
文献日 : 2017-11-03
发明人 : 颜维廷
申请人 : 广达电脑股份有限公司
摘要 :
一种备用电池，包括：一电池芯、一存储介质、以及一处理器。该存储介质用于存储一计算机程序。该处理器用于执行该计算机程序，以监控该电池芯的操作状态。该处理器根据该电池芯的该操作状态，选择性地产生一个或多个输出信号。
权利要求 :
1.一种备用电池，包括：
一电池芯；
一存储介质，存储一计算机程序；以及
一处理器，执行该计算机程序，以监控该电池芯的操作状态，其中该处理器根据该电池芯的该操作状态，选择性地产生一个或多个输出信号，其中当一180天周期届满且该电池芯的剩余电量低于其最大充电量的70％时，该处理器即校正该电池芯的开路电压、自我放电速率，以及阻抗值。
2.如权利要求1所述的备用电池，其中该处理器设定该电池芯的可使用容量仅为其最大容量的80％以下，其中当该电池芯进行充电且达其最大充电量的70％时，该处理器即输出一充满指示信号。
3.如权利要求1所述的备用电池，其中当该电池芯的剩余电量低于其最大充电量的
30％时，该处理器即输出一第一等级信号。
4.如权利要求1所述的备用电池，其中当该电池芯的剩余电量低于其最大充电量的
50％时，该处理器即输出一第二等级信号。
5.如权利要求1所述的备用电池，其中当该电池芯已使用超过5年时，该处理器即输出一第三等级信号。
6.如权利要求1所述的备用电池，其中当该电池芯的电压、电流，或是温度超过一可容许值时，该处理器即输出一暂时失效信号。
7.如权利要求1所述的备用电池，其中当与该电池芯相连接的一保险丝熔毁时，该处理器即输出一永久失效信号。
8.如权利要求1所述的备用电池，其中该电池芯提供电力至一系统端，其中当该处理器接收到来自该系统端的一断电信号时，该处理器即控制该电池芯停止提供电力。
9.如权利要求1所述的备用电池，其中该处理器还控制一发光二极管，以根据这些输出信号产生对应的一闪光信号。
说明书 :
备用电池
技术领域
[0001] 本发明涉及一种备用电池，特别涉及可提升系统可靠度的智能备用电池。
背景技术
[0002] 在大型系统中，备用电池作为简易的不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)，其可于系统的交流电源供应中断时提供备载电力。然而，备用电池因为平常恒处于充满电力的状态且长时间在高温环境下工作，其电池寿命都会较一般电池明显缩减。所以，如何设计一种高可靠度且具有较长使用时间的备用电池，已成为现今工程师的一大挑战。
发明内容
[0003] 在优选实施例中，本发明提供一种备用电池，包括：一电池芯；一存储介质，存储一计算机程序；以及一处理器，执行该计算机程序，以监控该电池芯的操作状态，其中该处理器根据该电池芯的该操作状态，选择性地产生一个或多个输出信号。
[0004] 在一些实施例中，该处理器设定该电池芯的可使用容量仅为其最大容量的80％以下，其中当该电池芯进行充电且达其最大充电量的70％时，该处理器即输出一充满指示信号。在一些实施例中，当该电池芯的剩余电量低于其最大充电量的30％时，该处理器即输出一第一等级信号。在一些实施例中，当该电池芯的剩余电量低于其最大充电量的50％时，该处理器即输出一第二等级信号。在一些实施例中，当该电池芯已使用超过5年时，该处理器即输出一第三等级信号。在一些实施例中，当该电池芯的电压、电流，或是温度超过一可容许值时，该处理器即输出一暂时失效信号。在一些实施例中，当与该电池芯相连接的一保险丝熔毁时，该处理器即输出一永久失效信号。在一些实施例中，当一180天周期届满且该电池芯的剩余电量低于其最大充电量的70％时，该处理器即校正该电池芯的开路电压、自我放电速率，以及阻抗值。在一些实施例中，该电池芯提供电力至一系统端，其中当该处理器接收到来自该系统端的一断电信号时，该处理器即控制该电池芯停止提供电力。在一些实施例中，该处理器还控制一发光二极管，以根据这些输出信号产生对应的一闪光信号。
附图说明
[0005] 图1是显示根据本发明一实施例所述的备用电池的示意图；
[0006] 图2是显示根据本发明一实施例所述的备用电池的示意图；
[0007] 图3是显示根据本发明一实施例所述的备用电池的充电程序的流程图；
[0008] 图4A、4B是显示根据本发明一实施例所述的备用电池的放电程序的流程图；以及[0009] 图5是显示根据本发明一实施例所述的备用电池的校正程序的流程图。
[0010] 附图符号说明
[0011] 100、200～备用电池；
[0012] 110～电池芯；
[0013] 120～存储介质；
[0014] 130～处理器；
[0015] 140～充电开关；
[0016] 150～放电开关；
[0017] 160～检测电阻；
[0018] 170～保险丝；
[0019] 180～发光二极管；
[0020] 220～系统端；
[0021] 230～交流供应电源；
[0022] DATA～备用电池的数据传输端；
[0023] CLK～备用电池的时钟传输端；
[0024] SE～信号；
[0025] SI～系统信号；
[0026] TP～备用电池的正输出端；
[0027] TN～备用电池的负输出端
具体实施方式
[0028] 为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并结合附图详细说明如下。
[0029] 图1是显示根据本发明一实施例所述的备用电池100的示意图。备用电池100可应用于一大型系统或一销售点终端(Point of Sales，POS)系统中，并用于提供备载电力。如图1所示，备用电池100包括：一电池芯110、一存储介质120，以及一处理器130。电池芯110可包括串联的多个电力存储元件，其可用于执行一般电池充电或是电池放电的功能。存储介质120可为一寄存器或一存储器，其可用于存储一计算机程序。处理器130可用于执行存储介质120中的计算机程序，以监控电池芯110的操作状态。处理器130还可根据电池芯110的操作状态，选择性地产生一个或多个输出信号SE，以便于和备用电池100相连接的系统将能根据这些输出信号SE取得关于电池芯110的操作状态信息。
[0030] 图2是显示根据本发明一实施例所述的备用电池200的示意图。图2更详细地说明图1的备用电池的内部结构。在图2的实施例中，备用电池200包括：一电池芯110、一存储介质120、一处理器130、一充电开关140、一放电开关150、一检测电阻160，以及一保险丝170。电池芯110、存储介质120，以及处理器130的功能大致如图1的实施例所述。充电开关140和放电开关150可以各自用一金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)来实施。处理器130藉由切换充电开关140和放电开关
150来控制备用电池200的供电模式。处理器130还藉由监控检测电阻160的电压和电流来取得关于电池芯110的电压信息和电流信息。保险丝170有防止电池芯110承载过大电流而烧毁的功能。在一些实施例中，备用电池200还包括一温度计(未显示)，以取得周遭的环境温度。
150来控制备用电池200的供电模式。处理器130还藉由监控检测电阻160的电压和电流来取得关于电池芯110的电压信息和电流信息。保险丝170有防止电池芯110承载过大电流而烧毁的功能。在一些实施例中，备用电池200还包括一温度计(未显示)，以取得周遭的环境温度。
[0031] 在一些实施例中，备用电池200可连接至一系统端220。系统端220可以是一大型系统或一销售点终端系统。系统端220平常由一交流供应电源230供给电力，而当交流供应电源230突然发生断电时，备用电池200将提供备载电力给系统端220作为最后数据存储的用途。更详细而言，备用电池200的一正输出端TP和一负输出端TN均连接至系统端220，以提供断电时的一备用输出电压。另外，备用电池200的一数据传输端DATA和一时钟传输端CLK也连接至系统端220，使得系统端220和备用电池200可经由这些传输端进行通信及信号交换。由于系统端220通常是操作于密闭高温环境下，且备用电池200平常不用时都保持在电力充满状态，此种环境条件很容易减损备用电池200的使用寿命。为了克服此一缺点，本发明提供一种智能设计，其令备用电池200的处理器130可自动输出关于电池芯110的输出信号SE，因此系统端220将能分析这些输出信号SE并取得电池芯110的操作状态信息。假使电池芯
110发生老化、容量不足等问题，系统端220将可早一步得知而提前作出必要的处理。在一些实施例中，处理器130还连接至一显示器，而显示器是根据这些输出信号SE显示关于电池芯
110的操作状态信息。在另一些实施例中，处理器130还控制一发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)180，而发光二极管180是根据这些输出信号SE产生对应的一闪光信号。操作人员可藉由读取显示器、发光二极管的讯息了解是否有对备用电池200进行维修或更换的必要性。
110发生老化、容量不足等问题，系统端220将可早一步得知而提前作出必要的处理。在一些实施例中，处理器130还连接至一显示器，而显示器是根据这些输出信号SE显示关于电池芯
110的操作状态信息。在另一些实施例中，处理器130还控制一发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)180，而发光二极管180是根据这些输出信号SE产生对应的一闪光信号。操作人员可藉由读取显示器、发光二极管的讯息了解是否有对备用电池200进行维修或更换的必要性。
[0032] 以下实施例将会说明处理器130所输出的各种输出信号SE。必须理解的是，这些实施例仅为举例，并非用于限制本发明。
[0033] 处理器130所输出的输出信号SE包括：一充满指示信号、一第一等级信号、一第二等级信号、一第三等级信号、一暂时失效信号，以及一永久失效信号。为了增加安全边际，电池芯110降级使用，而处理器130可以设定电池芯110的可使用容量仅为其最大容量的80％以下。举例而言，若电池芯110的最大容量为2800mAh(毫安培*小时)，则处理器130可设定电池芯110的可使用容量为2200mAh(2200/2800＝78.6％<80％)。换言之，此时电池芯110的最大充电量即为2200mAh，而非为原本的2800mAh。当电池芯110进行充电且达其最大充电量的70％时，处理器130即输出一充满指示信号。此种70％充满指示的设计可以避免备用电池
200如传统电池长期充电至其最大充电量的95％以上，因此本发明的备用电池200将可有较长的使用寿命。在其他实施例中，亦可将70％充满指示修改为80％或60％充满指示，亦能达到类似的效果。处理器130可内建一计数器，其中当此计数器指示电池芯110已经使用超过5年时(或是已出厂超过5年)，处理器130即输出一第三等级信号(Level 3)。处理器130还可监控电池芯110的剩余电量，其中当电池芯110的剩余电量低于其最大充电量的50％时，处理器130即输出一第二等级信号(Level 2)，另外，当电池芯110的剩余电量低于其最大充电量的30％时，处理器130即输出一第一等级信号(Level 1)。以上各等级信号是用于提醒操作人员关于电池芯110的安全条件，其优先顺序由高至低是第一等级信号、第二等级信号、第三等级信号。举例而言，若处理器130输出第一等级信号，则代表电池芯110的剩余电量已不足以支撑系统端220执行最后数据存储程序，而操作人员应立即更换备用电池200以避免未来发生数据遗失。另一方面，当电池芯110的电压、电流，或是温度超过一可容许值时，处理器130即输出一暂时失效信号(Temporary Failure，TF)，这代表备用电池200应暂时不使用一阵子以待恢复正常。当与电池芯110相连接的保险丝170熔毁时，处理器130即输出一永久失效信号(Permanent Failure，PF)，此代表备用电池200发生故障而无法再供使用。以上各个监控电池状态及输出信号的步骤，均可通过在存储介质120中写入适当的计算机程序代码，再以处理器130执行此计算机程序代码而实现。在另一些实施例中，存储介质120、处理器130，以及计算机程序代码也可用特定的组合逻辑电路(Combinational Logic Circuit)及时序电路(Sequential Circuit)来实施。
200如传统电池长期充电至其最大充电量的95％以上，因此本发明的备用电池200将可有较长的使用寿命。在其他实施例中，亦可将70％充满指示修改为80％或60％充满指示，亦能达到类似的效果。处理器130可内建一计数器，其中当此计数器指示电池芯110已经使用超过5年时(或是已出厂超过5年)，处理器130即输出一第三等级信号(Level 3)。处理器130还可监控电池芯110的剩余电量，其中当电池芯110的剩余电量低于其最大充电量的50％时，处理器130即输出一第二等级信号(Level 2)，另外，当电池芯110的剩余电量低于其最大充电量的30％时，处理器130即输出一第一等级信号(Level 1)。以上各等级信号是用于提醒操作人员关于电池芯110的安全条件，其优先顺序由高至低是第一等级信号、第二等级信号、第三等级信号。举例而言，若处理器130输出第一等级信号，则代表电池芯110的剩余电量已不足以支撑系统端220执行最后数据存储程序，而操作人员应立即更换备用电池200以避免未来发生数据遗失。另一方面，当电池芯110的电压、电流，或是温度超过一可容许值时，处理器130即输出一暂时失效信号(Temporary Failure，TF)，这代表备用电池200应暂时不使用一阵子以待恢复正常。当与电池芯110相连接的保险丝170熔毁时，处理器130即输出一永久失效信号(Permanent Failure，PF)，此代表备用电池200发生故障而无法再供使用。以上各个监控电池状态及输出信号的步骤，均可通过在存储介质120中写入适当的计算机程序代码，再以处理器130执行此计算机程序代码而实现。在另一些实施例中，存储介质120、处理器130，以及计算机程序代码也可用特定的组合逻辑电路(Combinational Logic Circuit)及时序电路(Sequential Circuit)来实施。
[0034] 在一些实施例中，发光二极管180可用表一的方式来呈现不同输出信号SE：
[0035]闪光信号的闪烁频率 意义
每0.5秒一次 暂时失效信号
不亮 第三等级信号
每2秒一次 第二等级信号
每1秒一次 第一等级信号
每5秒一次 永久失效信号
每0.5秒一次 暂时失效信号
不亮 第三等级信号
每2秒一次 第二等级信号
每1秒一次 第一等级信号
每5秒一次 永久失效信号
[0036] 表一：发光二极管呈现不同输出信号
[0037] 在另一些实施例中，系统端220也可用表二的方式来呈现不同输出信号SE：
[0038]电池容量的相对百分比 意义
100％ 充满指示信号
70％ 可以执行校正程序
50％ 第二等级信号
30％ 第一等级信号
100％ 充满指示信号
70％ 可以执行校正程序
50％ 第二等级信号
30％ 第一等级信号
[0039] 表二：系统端220呈现不同输出信号
[0040] 图3显示根据本发明一实施例所述的备用电池200的充电程序的流程图。首先，在步骤S302，将备用电池200与系统端220相连接。在步骤S304，系统端220将经由数据传输端DATA传输信号，并确认是否可与备用电池200进行沟通。如果是，则在步骤S306，系统端220对备用电池200执行一预充电程序(Pre-charge)。然后，在步骤S308，系统端220对备用电池200执行一正常充电程序，并持续经由数据传输端DATA与备用电池200进行沟通(例如：系统端220可传送一系统信号SI至备用电池200，而备用电池200可传送一个或多个输出信号SE至系统端220，使得两者可互相沟通)。在步骤S310，系统端220确认是否有接到来自备用电池200的一暂时失效信号。如果是，则在步骤S312，系统端220暂时停止对备用电池200作充电，然后程序回到步骤S308。如果不是，则在步骤S314，系统端220确认是否有接到来自备用电池200的一永久失效信号。如果是，则在步骤S318，系统端220判断备用电池200已损坏而无法再供使用。如果不是，则在步骤S320，系统端220确认是否有接到来自备用电池200的一充满指示信号。如果不是，则程序回到步骤S308。如果是，则在步骤S322，系统端220判断充电程序已全部完成。另一方面，若在步骤S304中系统端220判断无法与备用电池200进行沟通，则在步骤S324，系统端220对备用电池200执行一唤醒程序。然后，在步骤S326，系统端
220再次确认是否可与备用电池200进行沟通。如果是，则程序进行至步骤S306。如果不是，则在步骤S328，系统端220确认是否备用电池200已无法沟通超过一等待时间。如果不是，则程序回到步骤S324。如果是，则在步骤S318，系统端220判断备用电池200已损坏而无法再供使用。在一些实施例中，系统端220和备用电池200可共同组成一预防断电系统，而系统端
220还包括一系统处理器和用于存储程序的一系统存储介质(未显示)，以执行本说明书中的各个步骤。
220再次确认是否可与备用电池200进行沟通。如果是，则程序进行至步骤S306。如果不是，则在步骤S328，系统端220确认是否备用电池200已无法沟通超过一等待时间。如果不是，则程序回到步骤S324。如果是，则在步骤S318，系统端220判断备用电池200已损坏而无法再供使用。在一些实施例中，系统端220和备用电池200可共同组成一预防断电系统，而系统端
220还包括一系统处理器和用于存储程序的一系统存储介质(未显示)，以执行本说明书中的各个步骤。
[0041] 图4A、4B显示根据本发明一实施例所述的备用电池200的放电程序的流程图。首先，在步骤S402，备用电池200开始进行放电。此时，备用电池200应与系统端220相连接。在步骤S404，备用电池200的处理器130确认是否有正常运作的交流供应电源230存在。如果是，则在步骤S406，系统端220对备用电池200执行一充电程序，其已于图3中作过说明。如果不是，则在步骤S408，处理器130确认电池芯110的剩余电量是否大于0％。如果不是，则在步骤S410，处理器130通知系统端220备用电池200无法使用。如果是，则在步骤S412，处理器130确认是否有接收到来自系统端220的一断电信号。如果是，则在步骤S406，处理器130即控制电池芯110停止提供电力，并由系统端220对备用电池200执行一充电程序。如果不是，则在步骤S414，处理器130经由数据传输端DATA与系统端220进行沟通(例如：系统端220可传送一系统信号SI至备用电池200，而备用电池200可传送一个或多个输出信号SE至系统端
220，使两者可互相沟通)。在一些实施例中，当系统端220已经利用备用电池200的电力完成最后数据存储程序时，系统端220即传送断电信号至备用电池200以中止放电程序。此后，备用电池200可以再回复到充电状态。在步骤S416，系统端220确认是否有接到来自备用电池
200的一暂时失效信号或一永久失效信号。若接收到暂时失效信号，则在步骤S418，系统端
220控制备用电池200暂时停止放电，然后程序回到步骤S414。若接收到永久失效信号，则在步骤S420，系统端220判断备用电池200已损坏而无法再供使用。若没有接收到任何失效信号，则在步骤S422，系统端220确认是否有接到来自备用电池200的一第一等级信号、一第二等级信号，或一第三等级信号。若接收到第二等级信号或第三等级信号或是没有接收到任何等级信号，则代表电池芯110为正常，或是已经老化，或是电量不足但尚可使用，程序均回到步骤S414。若接收到第一等级信号，则代表备用电池200的剩余电力已不足支撑最后数据存储程序，在步骤S424，系统端220关闭备用电池200。
220，使两者可互相沟通)。在一些实施例中，当系统端220已经利用备用电池200的电力完成最后数据存储程序时，系统端220即传送断电信号至备用电池200以中止放电程序。此后，备用电池200可以再回复到充电状态。在步骤S416，系统端220确认是否有接到来自备用电池
200的一暂时失效信号或一永久失效信号。若接收到暂时失效信号，则在步骤S418，系统端
220控制备用电池200暂时停止放电，然后程序回到步骤S414。若接收到永久失效信号，则在步骤S420，系统端220判断备用电池200已损坏而无法再供使用。若没有接收到任何失效信号，则在步骤S422，系统端220确认是否有接到来自备用电池200的一第一等级信号、一第二等级信号，或一第三等级信号。若接收到第二等级信号或第三等级信号或是没有接收到任何等级信号，则代表电池芯110为正常，或是已经老化，或是电量不足但尚可使用，程序均回到步骤S414。若接收到第一等级信号，则代表备用电池200的剩余电力已不足支撑最后数据存储程序，在步骤S424，系统端220关闭备用电池200。
[0042] 图5显示根据本发明一实施例所述的备用电池200的校正程序的流程图。首先，在步骤S502，备用电池200的处理器130会开始一定期校正程序。在步骤S504，处理器130确认是否一180天周期已届满且电池芯110的剩余电量低于其最大充电量的70％。举例而言，处理器130的一内建计数器可用于计算前述180天周期。如果不是，则在步骤S506，处理器130停止定期校正程序。如果是，则在步骤S508，处理器130根据电池芯110的使用时间来校正电池芯110的开路电压(Open-circuited Voltage，OCV)。在一些实施例中，若电池芯110的使用时间越长，则处理器130将降低电池芯110的开路电压，而若电池芯110的使用时间越短，则处理器130将提高电池芯110的开路电压。使用时间和开路电压的关系可由存储介质120所存储的一第一数据库来决定。然后，在步骤S510，处理器130根据一环境温度来校正电池芯110的自我放电速率(Self-discharging Rate)。在一些实施例中，若周围环境的温度越高，则处理器130将提高电池芯110的自我放电速率，而若周围环境的温度越低，则处理器130将降低电池芯110的自我放电速率。环境温度和自我放电速率的关系可由存储介质120所存储的一第二数据库来决定。接着，在步骤S512，处理器130根据环境温度和电池芯110的剩余电量来校正电池芯110的阻抗值(Impedance Value)。在一些实施例中，若周围环境的温度越低，则处理器130将提高电池芯110的阻抗值，而若周围环境的温度越高，则处理器
130将降低电池芯110的阻抗值。另外，若电池芯110的剩余电量越高，则处理器130将降低电池芯110的阻抗值，而若电池芯110的剩余电量越低，则处理器130将提高电池芯110的阻抗值。环境温度、剩余电量和阻抗值的关系可由存储介质120所存储的一第三数据库来决定。
最后，在步骤S514，处理器130重设内建计数器以重新计算180天周期，并在步骤S516，通知系统端220执行一充电程序。以上校正程序约每半年执行一次，将可确保电池芯110的相关参数维持在可接受范围。
130将降低电池芯110的阻抗值。另外，若电池芯110的剩余电量越高，则处理器130将降低电池芯110的阻抗值，而若电池芯110的剩余电量越低，则处理器130将提高电池芯110的阻抗值。环境温度、剩余电量和阻抗值的关系可由存储介质120所存储的一第三数据库来决定。
最后，在步骤S514，处理器130重设内建计数器以重新计算180天周期，并在步骤S516，通知系统端220执行一充电程序。以上校正程序约每半年执行一次，将可确保电池芯110的相关参数维持在可接受范围。
[0043] 本发明所提供的智能备用电池可根据其自身状态，自动输出相关系统端所需的电池状态信息，有利于系统端及操作人员进行判读，可减低因备用电池老化、超过使用寿命而无法正常运作的风险。另外，藉由搭配前述的充电、放电，以及校正程序，将可确保备用电池于使用时均能受到完整监控，并维持电池的良好性能。
[0044] 值得注意的是，以上所述的元件参数并非为本发明的限制条件。设计者可以根据不同需要调整这些设定值。另外，本发明的备用电池并不仅限于图1-5所图示的状态。本发明可以仅包括图1-5的任何一个或多个实施例的任何一个或多个特征。换言之，并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的备用电池当中。
[0045] 本发明的方法步骤，或特定型态或其部分，可以以程序代码的型态存在。程序代码可以包含在实体介质，如软盘、光盘、硬盘、或是任何其他机器可读取(如计算机可读取)存储介质，也不限于外在形式的计算机程序产品，其中，当程序代码被机器，如计算机载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。程序代码也可以通过一些传送介质，如电线或电缆、光纤、或是任何传输型态进行传送，其中，当程序代码被机器，如计算机接收、载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。当在一般用途处理单元实作时，程序代码结合处理单元提供一操作类似于应用特定逻辑电路的独特装置。
[0046] 在本说明书以及权利要求中的序数，例如“第一”、“第二”、“第三”等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。
[0047] 本发明虽以优选实施例公开如上，但是其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可做一些更动与润饰，因此本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。