TWI617823B - 非接觸式智慧電池感測系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係揭示一種非接觸式智慧電池感測系統及方法。不同於習知技術之智慧型電池感測裝置因為包含多個積體電路晶片而導致製造成本過高，本發明僅以一顆磁場感測器與一個感測器控制模組構成非接觸式智慧電池感測系統，是以本發明之非接觸式智慧電池感測系統具有結構簡單與製造成本低廉之優點。值得說明的是，當使用者應用安裝本發明之時，其僅僅需要將磁場感測器安置在鄰近電池的電源線之任一位置，然後於其智慧型手機內安裝對應的感測器控制軟體(亦即，感測器控制模組)，接著便可以利用智慧型手機完成電池的狀態等級評定程序，然後得知電池目前的等級狀態。顯然，本發明之非接觸式智慧電池感測系統又顯示出容易安裝應用之優點。

Description

非接觸式智慧電池感測系統及方法
本發明係關於感測電路之技術領域，尤指一種非接觸式智慧電池感測系統及方法。
隨著生活不斷的現代化與便利化，電池已成為人們日常生活用品不可或缺的重要部件，如機車、汽車、筆記型電腦、行動電話等都必須經由電池提供動力來源。鉛酸蓄電池因具有結構簡單、低內阻、高容量、價格低廉等優點，是以被廣泛地應用於汽車之中。一般而言，鉛酸蓄電池的使用壽命約2至4年，然而這並不能保證所有的鉛酸蓄電池都可以正常使用2年以上。因此，如何利用監控電量或壽命的方式達到避免鉛酸蓄電池無預警地失能成為汽車製造商極為重視的課題。
請參閱圖1，係顯示習知的一種智慧型電池感測裝置的架構圖。圖1所示的智慧型電池感測裝置100’係由美國專利公開號US2015/323,608所揭示，其係於架構上包括：一智慧型電池感測器(Intelligent Battery Sensor,IBS)120’、一智慧接線模組(Smart Junction Box,SJB)130’、與一多工器(MUX)140’；其中，該智慧 型電池感測器120’係耦接於電池110’與汽車之多個負載之間，例如：引擎154’、同步發電機152’、與其它負載電器156’。並且，該智慧型電池感測器120’係至少包括一電池熱管理模組(Battery Thermal Management,BTM)122’、一荷電狀態管理模組(State of Charge,SoC)124’、一健康狀態管理模組(State of Health,SoC)126’、與一處理分析模組128’。
特別地，該美國專利的發明人係特別設計一個智慧接線模組130’作為連接介面，使得所述智慧型電池感測器120’可以輕易地控制開關SW1’、開關SW2’以及開關SW3’而電性連接至汽車的多個負載。同時，為了令智慧接線模組130’能夠多工處理不同負載的感測訊號，又將一多工器140’置於該智慧型電池感測器120’與該多個負載之間。
美國專利公開號US2015/323,608所揭示的智慧型電池感測裝置100’因為可以同時監控電池110’的工作溫度、殘餘電量、與健康狀態，因此許多汽車大廠將該智慧型電池感測裝置100’與汽車的中控系統整合在一起。即使如此，本案發明人仍舊發現該智慧型電池感測裝置100’於實務的應用中顯示出以下缺陷：
(1)所述智慧型電池感測裝置100’因為至少包含3個積體電路晶片而導致製造成本過高。
(2)實際上，並非專業人員的駕駛人無法經由工作溫度與殘餘電量等資訊自行判斷是否需要更換電池；尤其，電池的殘餘電量(SoC)過低的原因有可能不是來自於電池的健康狀態不佳。
(3)該智慧型電池感測裝置100’的接線方式過於複雜，駕駛人難以自行安裝。
基於駕駛人並無法經由工作溫度與殘餘電量等資訊自行判斷是否需要更換電池，較佳的方式是令電池感測系統只需要告知駕駛人電池的目前健康狀態是屬於「良」或「不良」，或者告知駕駛人電池目前狀態為「需要更換」或「不需要更換」。有鑑於此，本案之發明人係極力加以研究發明，而終於研發完成本發明之一種非接觸式智慧電池感測系統及方法。有別於美國專利公開號US2015/323,608所揭示的智慧型電池感測裝置100’無法供非汽車專業的駕駛人自行安裝，本發明之非接觸式智慧電池感測系統除了可以供使用者自行安裝以外，更同時可以配合手機應用程式(App)將相關的電池感測資訊顯示於使用者的電子設備之上。
本發明之主要目的在於提供一種非接觸式智慧電池感測系統及方法。不同於習知技術之智慧型電池感測裝置因為包含多個積體電路晶片而導致製造成本過高，本發明僅以一顆磁場感測器與一個感測器控制模組構成非接觸式智慧電池感測系統，是以本發明之非接觸式智慧電池感測系統具有結構簡單與製造成本低廉之優點。值得說明的是，當使用者應用、安裝本發明之時，其僅僅需要將磁場感測器安置在鄰近電池的電源線之任一位置，然後於其智慧型手機內安裝對應的感測器控制軟體(亦即，感測器控制模組)，接著便可以利用智慧型手 機完成電池的狀態等級評定程序，然後得知電池目前的等級狀態。顯然，本發明之非接觸式智慧電池感測系統又顯示出容易安裝應用之優點。
為了達成上述本發明之主要目的，本案之發明人係提供所述非接觸式智慧電池感測系統的一實施例，其構成上係包括：一第一磁場感測器，係用以設置於靠近一電池的一電源線，用以感測形成於該電源線周圍的一磁場，並輸出對應的一磁場感測訊號；以及一感測器控制模組，係耦接該第一磁場感測器，用以控制該第一磁場感測器，並同時接收該磁場感測訊號；其中，該感測器控制模組係至少包括：一資料儲存單元，用以儲存該磁場感測訊號；一微處理器，係耦接該資料儲存單元，用以自該磁場感測訊號的一波形特徵找出複數個特徵參數；並且，該微處理器進一步地根據該複數個特徵參數作出該電池的一狀態等級評定；及一輸出單元，係耦接該電池等級評定單元，用以將該狀態等級評定的結果輸出至外部一電子裝置。
為了達成上述本發明之主要目的，本案之發明人係提供所述非接觸式智慧電池感測方法的一實施例，其於步驟組成上係包括：(1)以該感測器控制模組控制該第一磁場感測器量測形成於該電源線周圍的該磁場，並接收該第一磁場感測器所輸出的該磁場感測訊號； (2)自該磁場感測訊號的該波形特徵找出複數個特徵參數，並進一步地根據該複數個特徵參數作出該電池的該狀態等級評定；以及(3)透過該輸出單元將該狀態等級評定的結果輸出至外部一電子裝置。
於上述非接觸式智慧電池感測方法的實施例中，該步驟(1)與該步驟(2)之間更包括以下步驟：(1a)判斷該磁場感測訊號是否正常，若是，則執行該步驟(2)；若否，則執行步驟(1b)；(1b)以該感測器控制模組控制該第二磁場感測器量測所述外部干擾磁場；(1c)根據該外部干擾磁場與該磁場感測訊號判斷該第一磁場感測器是否處於一訊號干擾狀態，若是，則執行步驟(1d)；若否，則重複執行步驟(1)；以及(1d)調整該第一磁場感測器的位置，並重複執行該步驟(1)。
於上述非接觸式智慧電池感測方法的實施例中，該步驟(2)更包括以下詳細步驟：(21)當該磁場感測訊號的訊號準位超過所述起始訊號準位之後，即開始紀錄所述放電斜率，並同時記錄所述最大訊號強度與所述放電時間；(22)根據該放電斜率、該最大訊號強度與該放電時間確認是否該磁場感測訊號的該波形特徵符合一啟動波形特徵，若是，則執行步驟(23)；若否，則重複執行步驟(1)； (23)紀錄該充電斜率、該磁場極性、與該充電時間；(24)當該磁場感測訊號的訊號準位低於所述結束訊號準位之後，即完成所述該複數個特徵參數之紀錄；及(25)將該複數個特徵參數之中的至少一個與複數個參考參數之中的至少一個進行比對，並根據比對結果作出該電池的該狀態等級評定。
<本發明>
1‧‧‧非接觸式智慧電池感測系統
2‧‧‧電池
3‧‧‧電子控制單元
4‧‧‧可攜式電子產品
5‧‧‧嵌有顯示器的後視鏡
6‧‧‧抬頭顯示器
7‧‧‧中控顯示器
11‧‧‧第一磁場感測器
12‧‧‧感測器控制模組
121‧‧‧資料儲存單元
120‧‧‧微處理器
122‧‧‧輸出單元
21‧‧‧電源線
A‧‧‧起始訊號準位
B‧‧‧放電斜率
C‧‧‧最大訊號強度
D‧‧‧放電時間
E‧‧‧充電斜率
F‧‧‧結束訊號準位
G‧‧‧充電時間
H‧‧‧充電準位
123‧‧‧波形特徵鑑定單元
124‧‧‧比對單元
125‧‧‧電池等級評定單元
13‧‧‧屏蔽磁環
14‧‧‧第二磁場感測器
VS‧‧‧電壓感測器
RS‧‧‧內阻感測器
Rdv1‧‧‧第一電阻
Rdv2‧‧‧第二電阻
Rdv3‧‧‧第三電阻
SW‧‧‧開關
126‧‧‧輸入單元
S1~S3‧‧‧步驟
S1a~S1d‧‧‧步驟
S21~S25‧‧‧步驟
<習知>
100’‧‧‧智慧型電池感測裝置
120’‧‧‧智慧型電池感測器
130’‧‧‧智慧接線模組
140’‧‧‧多工器
154’‧‧‧引擎
152’‧‧‧同步發電機
156’‧‧‧負載電器
122’‧‧‧電池熱管理模組
124’‧‧‧荷電狀態管理模組
126’‧‧‧健康狀態管理模組
128’‧‧‧處理分析模組
110’‧‧‧電池
SW1’‧‧‧開關
SW2’‧‧‧開關
SW3’‧‧‧開關
圖1係顯示習知的一種智慧型電池感測裝置的架構圖；圖2A係顯示本發明之一種非接觸式智慧電池感測系統的第一實施例架構圖；圖2B係顯示本發明之非接觸式智慧電池感測系統的第一實施例架構圖；圖3係顯示感測器控制模組的內部架構圖；圖4係顯示磁場感測訊號之波形圖；圖5係顯示本發明之非接觸式智慧電池感測系統的第二實施例架構圖；圖6係顯示本發明之非接觸式智慧電池感測系統的第三實施例架構圖；圖7係顯示本發明之非接觸式智慧電池感測系統的第四實施例架構圖； 圖8係顯示電壓感測器與內阻感測器的架構圖；圖9A與圖9B係顯示本發明之非接觸式智慧電池感測方法的第一流程圖；圖10係顯示本發明之非接觸式智慧電池感測方法的第二流程圖；圖11係顯示磁場感測訊號的波形圖；圖12係顯示磁場感測訊號的波形圖；圖13係顯示磁場感測訊號的波形圖；圖14係顯示磁場感測訊號的波形圖；圖15係顯示磁場感測訊號的波形圖；圖16係顯示步驟(S2)之詳細步驟流程圖。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種非接觸式智慧電池感測系統及方法，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。
第一實施例
請參閱圖2A與圖2B，係顯示本發明之一種非接觸式智慧電池感測系統的第一實施例架構圖。如圖2A所示，本發明之非接觸式智慧電池感測系統1係建立於一電池2與一電子裝置之間，用以於完成該電池2的一狀態等級評定之後，將該狀態等級評定的結果輸出至外部的電子裝置。值得說明的是，若限制所述電池2為車用電池，則所述電子裝置可以是如圖2A所示的電子控制單元(Electronic Control Unit,ECU)3或者例如筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機等可攜式 電子產品4。另一方面，若限制所述電池2為車用電池，所述電子裝置也可以是如圖2B所示的嵌有顯示器的後視鏡5、抬頭顯示器6、或中控顯示器(central console display)7。相反地，若不限制所述電池2為車用電池，則電子裝置可以為筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機、或顯示器。
繼續地參閱圖2A，並請同時參閱圖3，係顯示感測器控制模組的內部架構圖。如圖1與圖2A所示，本發明之非接觸式智慧電池感測系統1係於組成上包括：一第一磁場感測器11以及一感測器控制模組12；其中，該第一磁場感測器11係包括一資料輸出單元，且該資料輸出單元可以是一有線資料傳輸單元或一無線資料傳輸單元。另一方面，該感測器控制模組12係至少包括一輸入單元126、一資料儲存單元121、一微處理器120與一輸出單元122。必須先行強調的是，雖然圖2A與圖2B係顯示該感測器控制模組12為一硬體裝置，然而本發明並非依此方式限制感測器控制模組12的實施態樣。於實際應用本發明之時，所述感測器控制模組12可以是安裝於可攜式電子產品4之中的一感測器控制軟體，也可以是安裝於電子控制單元3之中的一感測器控制韌體。
於應用本發明之時，該第一磁場感測器11被設置在靠近電池2的電源線21的任一位置，用以感測形成於該電源線21周圍的一磁場，並輸出對應於該磁場的一磁場感測訊號。另一方面，該感測器控制模組12係耦接該第一磁場感測器11，用以控制該第一磁場感測器11並同時接收該磁場感測訊號。在接收磁場感測訊號之後，微處理 器120會先自該磁場感測訊號的一波形特徵找出複數個特徵參數，然後根據該複數個特徵參數初步判斷該磁場感測訊號是否屬於正常範圍內的磁場感測訊號，之後才會將每一筆磁場感測訊號存入資料儲存單元121。接續著，該微處理器120又進一步地根據該複數個特徵參數作出該電池2的一狀態等級評定。請參考圖4所示的磁場感測訊號之波形圖，取自於該波形特徵的該些特徵參數的定義與描述係整理於下表(1)之中。
為了加速狀態等級之評定速度，可以於微處理器120之中規劃設計一波形特徵鑑定單元123、一比對單元124與一電池等級評定單元125。如熟悉微處理器或控制器實作與應用的電子工程師所熟知的，這三個單元可以韌體、軟體、函式庫(library)、或電路單元的形式配置於該微處理器120之中；並且，該波形特徵鑑定單元123係配置用以自該波形特徵找出該複數個特徵參數。進一步地，於找出該複數個特徵參數之後，該比對單元124便可以將該複數個特徵參數與複數個參考參數進行相互比對之程序。最終，該電池等級評定單元125 便可以根據該複數個特徵參數與該複數個參考參數之比對結果，進而作出所述狀態等級評定；例如：等級調升、等級調降、或維持相同等級評定。
完成狀態等級評定之後，微處理器120便會透過輸出單元122將狀態等級評定之結果輸出至使用者指定的裝置之上，例如：可攜式電子產品4。值得說明的是，本發明並不限定輸出單元122與輸入單元126之實施態樣，其可以是例如蘋果公司的lightning連接器或通用序列匯流排(Universal Serial Bus,USB)連接器等有線傳輸裝置，也可以是例如WIFI晶片或藍芽晶片等無線傳輸裝置。
第二實施例
請繼續參閱圖5，係顯示本發明之非接觸式智慧電池感測系統的第二實施例架構圖。相較於圖2A所示之述第一實施例，圖5所示之所述非接觸式智慧電池感測系統1之第二實施例的架構係更包括一屏蔽磁環13，其用以供該電源線21穿過並將該第一磁場感測器11容置於其中，藉此方式屏蔽形成於該電源線21周圍的該磁場，達到提升所述第一磁場感測器11之感測靈敏度與感測精度之功效。必須特別說明的是，圖5所示第一磁場感測器11、屏蔽磁環13、與電池2的大小並非以實際比例繪製。尤其，為了更加清楚地表示第一磁場感測器11與屏蔽磁環13的連接關係，係特別地將第一磁場感測器11與屏蔽磁環13以相較大的圖式表示。
第三實施例
請再繼續參閱圖6，係顯示本發明之非接觸式智慧電池感測系統的第三實施例架構圖。相較於圖5所示之述第二實施例，圖6所示之所述非接觸式智慧電池感測系統1之第三實施例的架構係更包括一第二磁場感測器14，其係設置於靠近該電池2的該電源線21，並位於該屏蔽磁環13的外部，用以感測一外部干擾磁場並傳輸對應的一外部磁場感測訊號至該感測器控制模組12。如此，感測器控制模組12便可以根據該外部干擾磁場與該磁場感測訊號，進而判斷是否需要調整第一磁場感測器11的擺放位置以增加磁場感測範圍或提升感測靈敏度與感測精度。並且，與第一磁場感測器11相同的是，所述第二磁場感測器14也包括一資料輸出單元，且該資料輸出單元可以是一有線資料傳輸單元或一無線資料傳輸單元。
第四實施例
請再繼續參閱圖7，係顯示本發明之非接觸式智慧電池感測系統的第四實施例架構圖。相較於圖2A所示之述第一實施例，圖7所示之所述非接觸式智慧電池感測系統1之第四實施例的架構係更包括一電壓感測器VS，其係耦接該感測器控制模組12與該電池2，用以感測該電池2之電壓。並且，由圖8所示的電壓感測器與內阻感測器的架構圖可以得知，電壓感測器VS最簡單的組成係包括：一第一電阻Rdv1與一第二電阻Rdv2；並且，內阻感測器RS的最簡單的組成包括一第三電阻Rdv3與一開關SW。簡單的說，相較於第一實施例僅具有磁場感測之功能，非接觸式智慧電池感測系統1之第四實施例更同時能夠感測電池2之電壓，並進一步地透過電壓感測數據判斷電池2 之使用狀態。於此，必須補充說明的是，感測器控制模組12也可以藉由輸入一檢測訊號至該電池2的方式，進以檢測出該電池2之內阻；其中，所述檢測訊號可以是一DC定電流或一AC電流訊號。另一方面，利用內阻感測器RS感測電池2的內阻之時，圖8所示的第一電阻Rdv1與第二電阻Rdv2係作為負載之用；如此，內阻感測器RS便可以透過負載電壓法而測得電池2之內阻。值得說明的是，當第一電阻Rdv1與第二電阻Rdv2作為電池2的(測試)負載時，電池2會輸出電流流經第三電阻Rdv3與開關SW。
由於本發明之非接觸式智慧電池感測系統1的感測器控制模組12可以是安裝於可攜式電子產品4(例如智慧型手機)之中的一感測器軟體也可以是安裝於電子控制單元3之中的一感測器韌體，因此本發明於此係同時提出一種非接觸式智慧電池感測方法。圖9A與圖9B係顯示本發明之非接觸式智慧電池感測方法的第一流程圖。如圖9A與圖9B所示，所述非接觸式智慧電池感測方法係包括以下步驟：步驟(S1)：以感測器控制模組12控制第一磁場感測器11量測形成於電源線21周圍的磁場，並接收第一磁場感測器11所輸出的磁場感測訊號；步驟(S1a)：判斷該磁場感測訊號是否正常，若是，則執行步驟(S2)；若否，則執行步驟(S1b)；步驟(S1b)：以感測器控制模組12控制該第二磁場感測器14量測所述外部干擾磁場； 步驟(S1c)：根據該外部干擾磁場與該磁場感測訊號判斷該第一磁場感測器11是否處於一訊號干擾狀態，若是，則執行步驟(S1d)；若否，則重複執行步驟(S1)；步驟(S1d)：調整該第一磁場感測器11的位置，並重複執行該步驟(S1)；步驟(S2)：自該磁場感測訊號的該波形特徵找出複數個特徵參數，並進一步地根據該複數個特徵參數作出該電池2的該狀態等級評定；以及步驟(S3)：透過該輸出單元122將該狀態等級評定的結果輸出至外部電子裝置。
必須特別說明的是，圖9A與圖9B所示的第一方法流程係用以控制如圖6所示的非接觸式智慧電池感測系統1的第三架構。於第三架構中，可以控制第一磁場感測器11與第二磁場感測器14獲得磁場感測訊號與外部干擾磁場，然後根據這兩個磁場訊號的差異(例如峰值的差異)將第一磁場感測器11調整至一個特定位置，在該特定位置上第一磁場感測器11可以增加磁場感測範圍或提高感測靈敏度與感測精度。
另一方面，如圖2A所示的第一架構與圖5所示的第二架構則可以利用圖10所示的本發明之非接觸式智慧電池感測方法的第二流程圖予以控制之。比較圖9A、圖9B、與圖10可以輕易地發現，第二方法流程的步驟組成較為簡單，僅包括前述的步驟(S1)、步驟(S2)、與步驟(S3)。請同時參考圖4的波形圖以及圖16所顯示的步驟(S2)之 詳細步驟流程圖，不管是圖9A與圖9B所示的第一方法流程或者圖10所示的第二方法流程，其步驟(S2)皆包括以下詳細步驟：步驟(S21)：當該磁場感測訊號的訊號準位超過所述起始訊號準位(A)之後，即開始紀錄所述放電斜率(B)，並同時記錄所述最大訊號強度(C)與所述放電時間(D)；步驟(S22)：根據該放電斜率(B)、該最大訊號強度(C)與該放電時間(D)確認是否該磁場感測訊號的該波形特徵符合一啟動波形特徵，若是，則執行步驟(S23)；若否，則重複執行步驟(S1)；步驟(S23)：紀錄該充電斜率(E)、該磁場極性、與該充電時間(G)；步驟(S24)：當該磁場感測訊號的訊號準位低於所述結束訊號準位(F)之後，即完成所述該複數個特徵參數之紀錄；及步驟(S25)：將該複數個特徵參數之中的至少一個與複數個參考參數之中的至少一個進行比對，並根據比對結果作出該電池2的該狀態等級評定。
必須補充說明的是，步驟(S22)之中所述的啟動波形特徵指的是電池2正常啟動後所量測得到的磁場感測訊號的波形特徵。因此，當透過步驟(S22)確認所量測到的磁場感測訊號不在合理範圍內之時，可以選擇重新量測一次磁場訊號(亦即，回到步驟(S1))，也可以調整第一磁場感測器的位置之後，再重新量測一次。若重複幾次訊號量測的動作仍無法獲得合理範圍內的磁場感測訊號，表示外界干擾訊號太強，必須利用屏蔽磁環13隔絕外界的干擾訊號。另一方面，步驟(S25)所述的複數個參考參數係整理於下列表(2)之中。
必須特別說明的是，表(2)所列各個參考參數之數值會根據不同的電池2種類而有所不同，並不是指任何電池的參考參數都會依表(2)所列為準。例如：鉛酸電池與銀合金電池的參考參數一定會不一樣。然而，本發明的技術精神著重於將自電池2量測到的放電斜率、最大訊號強度等實際參數與資料庫內所載的參考參數進行比對，藉此方式評定電池2的等級。進一步地，為了證實上述之步驟(S21)至步驟(S25)的確可以精準地完成任一種類電池2的狀態等級評定，以下將示範性地呈現不同電池樣品的磁場感測訊號的波形圖，然後完成每一顆電池的狀態等級評定。
請參閱圖11顯示之磁場感測訊號的波形圖，其中縱軸單位為mGauss，橫軸單位為20ms，其餘圖形皆使用相同標示方法。於電池2成功啟動後，便可以利用第一磁場感測器11測得如圖(a)的磁場感測訊號。進一步地，將圖(a)的磁場感測訊號放大為圖(b)之後，便能夠 自該磁場感測訊號的波形特徵找出複數個特徵參數。該些特徵參數的值係整理於下表(3)之中。
於此，必須補充說明的是，除了利用第一磁場感測器11測得磁場感測訊號以外，更同時以電壓感測器VS測得電池2之第1測試樣品的電壓值係大於12.5伏特。因此，將表(3)的測試結果與表(2)所列的參考參數分別相互比對之後，可以確認電池2之第1測試樣品屬於良品，故給予狀態等級評定為「良好」。繼續地，請參閱圖12顯示之磁場感測訊號的波形圖。利用第一磁場感測器11自電池2之第2測試樣品測得如圖(a)的磁場感測訊號；之後，將圖(a)的磁場感測訊號放大為圖(b)之後，便能夠自該磁場感測訊號的波形特徵找出複數個特徵參數。該些特徵參數的值係整理於下表(4)之中。
同樣地，再以電壓感測器VS測得電池2之第2測試樣品的電壓值係大於12.5伏特。因此，將表(4)的測試結果與表(2)所列的參考參數分別相互比對之後，給予電池2的狀態等級評定為「中古」。請再繼續參閱圖13顯示之磁場感測訊號的波形圖。利用第一磁場感測器11自電池2之第3測試樣品測得如圖(a)的磁場感測訊號；接著，將圖(a)的磁場感測訊號放大為圖(b)以後，便可以進一步地自該磁場感測訊號的波形特徵找出複數個特徵參數。該些特徵參數的值係整理於下表(5)之中。
同樣地，再以電壓感測器VS測得電池2之第3測試樣品的電壓後，發現電池2的電壓係大於12.5伏特。因此，將表(5)的測試結果與表(2)所列的參考參數分別相互比對之後，給予電池2之第3測試樣品的狀態等級評定為「中古」。進一步地，請再繼續參閱圖14顯示之磁場感測訊號的波形圖。利用第一磁場感測器11自電池2之第4測試樣品測得如圖(a)的磁場感測訊號；接著，將圖(a)的磁場感測訊號放大為圖(b)以後，便可以進一步地自該磁場感測訊號的波形特徵找出複數個特徵參數。該些特徵參數的值係整理於下表(6)之中。
同時，再以電壓感測器VS測得電池2之第4測試樣品的電壓之後，發現第4測試樣品的電壓小於12.5伏特。因此，將表(6)的測試結果與表(2)所列的參考參數分別相互比對之後，給予電池2之第4測試樣品的狀態等級評定為「不良」。最後，請再繼續參閱圖15顯示之磁場感測訊號的波形圖。利用第一磁場感測器11自電池2之第5測試樣品測得如圖(a)的磁場感測訊號；接著，將圖(a)的磁場感測訊號放大為圖(b)以後，便可以進一步地自該磁場感測訊號的波形特徵找出複數個特徵參數。該些特徵參數的值係整理於下表(7)之中。
表(7)
同時，再以電壓感測器VS測得電池2之第5測試樣品的電壓之後，發現第4測試樣品的電壓小於12.5伏特。因此，將表(7)的測試結果與表(2)所列的參考參數分別相互比對之後，給予電池2之第5測試樣品的狀態等級評定為「不良」。
如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之非接觸式智慧電池感測系統及方法；並且，經由上述可以得知本發明係具有下列之優點：
(1)不同於習知技術之智慧型電池感測裝置100’(如圖1所示)因為至少包含3個積體電路晶片而導致製造成本過高，本發明僅以一第一磁場感測器11與一感測器控制模組12構成非接觸式智慧電池感測系統1，使得本發明之非接觸式智慧電池感測系統1具有結構簡單與製造成本低廉之優點。
(2)此外，習知技術之智慧型電池感測裝置100’主要係基於電池的電流感測資料計算電池的殘餘電量(SoC)與健康狀態(SoH)；不同於前案之技術方法，本發明係利用第一磁場感測器11量測形成於電池2的電源線21周圍的磁場訊號，接著感測器控制模組12內部的微處理器120便可以自該磁場感測訊號的一波形特徵找出複數個特徵 參數，最終根據該複數個特徵參數作出電池2的狀態等級評定。因此，對於駕駛人而言，當電池2的狀態等級評定為「中古」之時，便可以考慮更換電池。可想而知，當電池2的狀態等級評定為「不良」之時，則強烈建議立即更換電池。
(3)值得說明的是，習知技術的智慧型電池感測裝置100’的接線方式過於複雜，導致駕駛人難以自行安裝。相反地，當使用者應用、安裝本發明之非接觸式智慧電池感測系統1之時，其僅僅需要將第一磁場感測器11安置在鄰近電池2的電源線21之任一位置，然後於其智慧型手機內安裝由發明人所提供的感測器控制軟體(亦即，感測器控制模組12)，接著便可以利用智慧型手機完成電池2的狀態等級評定程序，然後得知電池2目前的等級狀態。是以，本發明之非接觸式智慧電池感測系統1係又顯示出容易安裝應用之優點。
必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

Claims (13)

  1. 一種非接觸式智慧電池感測系統，係包括：一第一磁場感測器，係設置於靠近一電池的一電源線，用以感測形成於該電源線周圍的一磁場，並輸出對應的一磁場感測訊號；以及一感測器控制模組，係耦接該第一磁場感測器，用以控制該第一磁場感測器並同時接收該磁場感測訊號；其中，該感測器控制模組係至少包括：一資料儲存單元，用以儲存該磁場感測訊號；一微處理器，係耦接該資料儲存單元，用以自該磁場感測訊號的一波形特徵找出複數個特徵參數；並且，該微處理器進一步地根據該複數個特徵參數作出該電池的一狀態等級評定；及一輸出單元，係耦接該微處理器，用以將所述狀態等級評定之結果輸出至外部一電子裝置；其中，該感測器控制模組係以一感測器軟體或一感測器韌體的形式實現於該電子裝置之中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式智慧電池感測系統，其中，該電子裝置可為下列任一者：筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機、或電子控制單元。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式智慧電池感測系統，其中，該輸出單元可為下列任一者：有線傳輸單元或無線傳輸單元。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式智慧電池感測系統，其中，該微處理器係包括：一波形特徵鑑定單元，係耦接該資料儲存單元，用以自該波形特徵之中找出該複數個特徵參數；一比對單元，係耦接該波形特徵鑑定單元，用以將該複數個特徵參數與複數個參考參數相互比對；及一電池等級評定單元，係耦接該比對單元，並根據該複數個特徵參數與該複數個參考參數之比對結果作出所述狀態等級評定。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式智慧電池感測系統，其中，該複數個特徵參數係包括：起始訊號準位、最大訊號強度、放電時間、放電斜率、充電時間、充電準位、磁場極性、與結束訊號準位。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式智慧電池感測系統，更包括：一電壓感測器，係耦接該感測器控制模組與該電池，用以感測該電池之電壓。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式智慧電池感測系統，其中，藉由輸入一檢測訊號，該感測器控制模組係可檢測出該電池之內阻。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式智慧電池感測系統，更包括：一屏蔽磁環，係用以供該電源線穿過並將該第一磁場感測器容置於其中，藉此方式屏蔽形成於該電源線周圍的該磁場。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之非接觸式智慧電池感測系統，更包括：一第二磁場感測器，係設置於靠近該電池的該電源線，並位於該屏蔽磁環的外部，用以感測一外部干擾磁場並傳輸對應的一外部磁場感測訊號至該感測器控制模組。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之非接觸式智慧電池感測系統，其中，該第一磁場感測器與該第二磁場感測器係包括一資料輸出單元，且該資料輸出單元可為下列任一者：有線資料傳輸單元或無線資料傳輸單元。
  11. 一種非接觸式智慧電池感測方法，係用以控制申請專利範圍第1項至第11項之中任一項所述之非接觸式智慧電池感測系統作出該電池的狀態等級評定；該方法係包括以下步驟：(1)以該感測器控制模組控制該第一磁場感測器量測形成於該電源線周圍的該磁場，並接收該第一磁場感測器所輸出的該磁場感測訊號；(2)自該磁場感測訊號的該波形特徵找出複數個特徵參數，並進一步地根據該複數個特徵參數作出該電池的該狀態等級評定；以及(3)透過該輸出單元將該狀態等級評定的結果輸出至外部一電子裝置。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之非接觸式智慧電池感測系統，其中，該步驟(1)與該步驟(2)之間更包括以下步驟：(1a)判斷該磁場感測訊號是否正常，若是，則執行該步驟(2)；若否，則執行步驟(1b)；(1b)以該感測器控制模組控制該第二磁場感測器量測所述外部干擾磁場；(1c)根據該外部干擾磁場與該磁場感測訊號判斷該第一磁場感測器是否處於一訊號干擾狀態，若是，則執行步驟(1d)；若否，則重複執行步驟(1)；以及(1d)調整該第一磁場感測器的位置，並重複執行該步驟(1)。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之非接觸式智慧電池感測系統，其中，該步驟(2)更包括以下詳細步驟：(21)當該磁場感測訊號的訊號準位超過所述起始訊號準位之後，即開始紀錄所述放電斜率，並同時記錄所述最大訊號強度與所述放電時間；(22)根據該放電斜率、該最大訊號強度與該放電時間確認是否該磁場感測訊號的該波形特徵符合一啟動波形特徵，若是，則執行步驟(23)；若否，則重複執行步驟(1)；(23)紀錄該充電斜率、該磁場極性、與該充電時間；(24)當該磁場感測訊號的訊號準位低於所述結束訊號準位之後，即完成所述該複數個特徵參數之紀錄；及(25)將該複數個特徵參數之中的至少一個與複數個參考參數之中的至少一個進行比對，並根據比對結果作出該電池的該狀態等級評定。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI685663B (zh) * 2018-11-16 2020-02-21 旺玖科技股份有限公司 電流感測裝置及方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108363022A (zh) * 2018-05-21 2018-08-03 杭州市质量技术监督检测院 一种铅酸蓄电池健康状态的检测装置及方法
US12276703B2 (en) 2022-05-05 2025-04-15 Tda Research, Inc. Non-destructive evaluation of lithium-ion batteries

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050046584A1 (en) * 1992-05-05 2005-03-03 Breed David S. Asset system control arrangement and method
TW201112570A (en) * 2009-07-22 2011-04-01 Sony Corp Contactless cell apparatus
TW201140386A (en) * 2009-11-09 2011-11-16 Invensense Inc Handheld computer systems and techniques for character and command recognition related to human movements
US20150323608A1 (en) * 2014-05-12 2015-11-12 Hyundai Mobis Co., Ltd Intelligent battery sensor for vehicle and method of storing data in sensor
TW201607303A (zh) * 2014-07-31 2016-02-16 三星電子股份有限公司 訊息服務提供裝置以及經由該裝置提供內容的方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6462551B1 (en) * 2002-01-18 2002-10-08 Ford Global Technologies, Inc. Method and system to ensure full functionality of battery pack assembly using thermal imaging
US7445696B2 (en) * 2004-03-17 2008-11-04 Kennecott Utah Copper Corporation Monitoring electrolytic cell currents
FR2912843B1 (fr) * 2007-02-16 2009-06-26 Electricfil Automotive Soc Par Procede de diagnostic d'une batterie plomb-acide d'un vehicule automobile et systeme pour sa mise en oeuvre
US20110074432A1 (en) * 2008-06-05 2011-03-31 Cadex Electronics Inc. Methods and apparatus for battery testing
US9329579B2 (en) * 2010-11-05 2016-05-03 Scanimetrics Inc. Wireless sensor device
CN102299571A (zh) * 2011-05-24 2011-12-28 重庆大学 采集电器供电线磁场能量的装置及供电线状态监测系统
FI125515B (en) * 2013-03-01 2015-11-13 Outotec Oyj A method of measuring and arranging an electric current flowing at a single electrode of an electrolysis system
CN105229458A (zh) * 2013-03-14 2016-01-06 加州理工学院 检测电子和电化学能源单元异常
CN203930031U (zh) * 2014-06-27 2014-11-05 长沙理工大学 一种基于弱磁检测的电线电缆探测装置
CN203965526U (zh) * 2014-07-25 2014-11-26 国家电网公司 一种高压输电线路的工频电磁场检测装置
CN105137161A (zh) * 2015-07-17 2015-12-09 恒同(中国)有限公司 数字化复合功能型高压验电器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050046584A1 (en) * 1992-05-05 2005-03-03 Breed David S. Asset system control arrangement and method
TW201112570A (en) * 2009-07-22 2011-04-01 Sony Corp Contactless cell apparatus
TW201140386A (en) * 2009-11-09 2011-11-16 Invensense Inc Handheld computer systems and techniques for character and command recognition related to human movements
US20150323608A1 (en) * 2014-05-12 2015-11-12 Hyundai Mobis Co., Ltd Intelligent battery sensor for vehicle and method of storing data in sensor
TW201607303A (zh) * 2014-07-31 2016-02-16 三星電子股份有限公司 訊息服務提供裝置以及經由該裝置提供內容的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI685663B (zh) * 2018-11-16 2020-02-21 旺玖科技股份有限公司 電流感測裝置及方法

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