车用电源的监测预警方法及装置 【技术领域】
本发明为一种车用电源的监测预警方法及装置。
背景技术
现在，人们在使用车辆时，需通过电池供应足够的启动电能，方能使启动马达运转而发动车辆；实用上，因无法事先得知该电池是否仍具有足够的启动电能，所以常常只有在启动不顺利时，才会得知电池的电能不足，或者虽本次仍可顺利启动马达，然而下次再启动时，电池却早已耗损。
再者，车用电池的寿命常视环境温度、充电条件、充电时间、及负载放电而定，影响因素极为复杂，一般电池(如以NP型电池为例)，其「放电特性」、「温度特性」、及「储藏特性」的关系如图12至图14所示；因此，在众多因素影响下，若欲避免临时无法启动车辆的窘境，实有长时间监测电池的必要。
【发明内容】
本发明的主要目的，即为提供一种设置在车辆上可长时间监测的车用电源的监测预警方法及装置，将一监测预警装置，与待测电池及启动马达并联，以单回路的方式，利用启动马达作为负载而构成一外回路式取样电路，以1/t秒为间隔时间，瞬间测得取样电压值，而间隔描绘出电压曲线，由于启动马达发动车辆时，并联端所量测到的电压波形会明显急速下降一波段再回升，而在电压曲线上形成一最低点，因此，经由此最低电压值与系统所设定的预警值相比对，即可进行电池状态地判断，并提供适时的预警显示。
本发明的另一目的，即为提供一种车用电源的监测预警方法及装置，将一监测预警装置，与待测电池及启动马达并联，以双回路的方式，长时间监测待测电源的状态，可由启动马达作为负载而构成一外回路式的取样电路，并由监测预警装置所具有的内部负载而构成一内回路式的取样电路，且通过适当的时段分配，各别交替执行不同模式的监测预警。
本发明的再一目的在于提供一种车用电源的监测预警方法及装置，将一监测预警装置，以电压曲线启动过程中的任一点作为参考点，亦即由启动开始点至发电机充电点的前的整段电压曲线范围内在所预设的取样侦测次数的任一点电压值，皆可作为侦测电池的重要参考点，而可进行电池状态的正确判断依据，并提供适时的预警显示。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种车用电源的监测预警方法，将一监测预警装置，与待测电池及启动马达并联，并利用启动马达作为负载而构成一外回路式取样电路，以1/t秒为间隔时间，作瞬间放电，而测得取样电压值及电压曲线，并将电压曲线上的最低电压值与系统设定的预警值相比对，以判断电池状态是否可继续供应足够的启动电能，并提供适时的预警显示；该监测预警方法包含以下的步骤：
(a)外回路式瞬间取样的步骤，利用启动马达作为负载，依系统的设定，以每1/t秒为间隔时间，对待测电池进行瞬间的取样侦测，以测得一取样电压值；
(b)储存数值的步骤，系统储存所测得的电压值，以得到电压曲线；
(c)数值计算的步骤，系统求得并纪录最低电压值；
(d)数值比对的步骤，系统设定有一预警值，可将最低电压值与预警值相比对，若最低电压值未达到预警值时，即表示电池的状态仍属正常，若最低电压值已达到预警值时，即表示电压曲线的最低点已达到或贯穿警戒线，此时电池的状态即属异常；
(e)结果显示的步骤，系统将步骤(c)的结果输出至可供显示的单元，且若步骤(d)的比对结果已达预警值，则即进行预警显示；
且重复上述的步骤，即可长时间监测，并可事先得知该电池是否可继续供应足够的启动电能，以达到适时预警的目的。
实用本发明的有益效果在于：启动电压曲线上的最低电压值或启动电压曲线上所预设的取样侦测次数的任一点电压值与系统所设定的预警值相比对，以判断电池状态是否具有足够的启动电能可供应下次的启动，并提供适时的预警显示。
本发明的特征、技术手段、具体功能、以及具体的实施例，继以图式、图号详细说明如后：
【附图说明】
图式说明如下：
图1为本发明方法的步骤流程方块图；
图2为本发明方法的软件流程示意图；
图3为本发明装置的硬件方块图(一)；
图3A至图3C为本发明装置实际测量的实验图表；
图4为本发明装置的硬件方块图(二)；
图5为本发明装置的硬件方块图(三)；
图6为本发明装置的硬件方块图(四)；
图7为本发明装置的较佳实施电路图；
图8为本发明方法第二实施例的步骤流程方块图；
图9、图9A及图9B为本发明方法第二实施例的软件流程示意图；
图10为本发明方法第二实施例的时段分配图；
图11为本发明装置第二实施例的电路示意图；
图12为NP型电池「放电特性」的关系示意图；
图13为NP型电池「温度特性」的关系示意图；
图14为NP型电池「储藏特性」的关系示意图。
【具体实施方式】
如图1至图7所示，在较佳实施例中，本发明方法系将一监测预警装置20，与待测电池B2及启动装置(以下说明以启动马达为代表)S1并联，以单回路的方式，利用启动马达S1作为负载而构成一外回路式取样电路，并以1/t秒为间隔取样时间，瞬间测得取样电压值，而间隔描绘出电压曲线，并将电压曲线上的最低电压值与系统所设定的预警值相比对，以进行电池状态的判断，并提供适时的预警显示。
如图1所示，为本发明方法的步骤流程方块图；其中，可知该监测预警方法包含以下的步骤：
步骤1，为「外回路式瞬间取样」的步骤，利用启动马达S1作为负载，依系统的设定，以每1/t秒为间隔时间，对待测电池B2进行瞬间的取样侦测，以测得一取样电压值；
步骤2，为「储存数值」的步骤，系统储存所测得的电压值，以得到电压曲线；
步骤3，为「数值计算」的步骤，系统求得并纪录最低电压值；
步骤4，为「数值比对」的步骤，系统设定有一预警值，可将最低电压值与预警值相比对，若最低电压值未达到预警值时，即表示电池B2的状态仍属正常，若最低电压值已达到预警值时，即表示电压曲线的最低点已达到或贯穿警戒线，此时电池B2的状态即属异常；
步骤5，为「结果显示」的步骤，系统将步骤3的结果输出至可供显示的单元，且若步骤4的比对结果已达预警值，则即进行预警显示；
且重复步骤1至步骤5，即可长时间监测，并可事先得知该电池B2是否可继续供应足够的启动电能，以达到适时预警的目的。
如图2所示，为本发明方法的软件流程示意图；其中，该软件流程10包括：
流程11，为系统开始，系统硬件中断向量地址，为软件程序的起始点；
流程12，为系统初始化，系统缓存器及输出入脚的初始化，以设定缓存器的初始值、打开中断向量及定时器，并定义每一根输出入脚的状态及初始值；
流程13，为系统设定预警值Valarm及时间参数t；
流程14，为系统定义取样项次i的初始值为0，且测得空载电压值V0；
流程15，为取样项次i的累进运算；
流程150，以l/t秒为相邻取样项次i的间隔时间，瞬间测得一取样电压值Vi；
流程151，将电压值Vi予以储存，以求得电压曲线；
流程152，为求取最小值的运算，Vi为此次电压读取值，Vmin为电压最小值，以求得电压曲线中的最低点电压值，并执行下一流程；
流程153，为电压值Vmin否为预警值Valarm的判定，若电压值Vmin小于或等于Valarm，即表示电压曲线的最低点已达到或贯穿警戒线，并接续执行流程16，若判定结果为否，即表示电池B2的状态仍属正常，则再次回到流程15，而执行下一项次的取样侦测；
流程16，为控制显示单元，以执行预警显示，并再次回到流程15，而持续执行取样侦测。
如图3所示，为本发明装置的硬件方块图(一)，该监测预警装置20，系设置在车辆上，包括一稳压电路21、一CPU(或MCU)22、一电压取样电路23、一电流负载控制电路24、及一显示电路25等，且并联于待测电源30上；其中：
该稳压电路21，为供应CPU(或MCU)22及工作电路的工作正常者，可输出平稳的电源；
该CPU(或MCU)22，为控制整体的电路动作，由侦测取样至结果输出等；
该电压取样电路23，每隔1/t秒，CPU(或MCU)22即由此向待测电源30取得电压数据，再送到CPU(或MCU)22做处理；
该显示电路25，由CPU(或MCU)22依照测量的结果，显示在LCD面板上或任何可供显示的装置上；
该待测电源30，由一电池B2及一启动马达S1所并联构成；
藉此，监测预警装置20与待测电池B2及启动马达S1并联后，即可利用启动马达S1作为负载，而构成一外回路式电路，并以1/t秒为间隔时间，瞬间测得取样电压值，而间隔描绘出电压曲线，并将电压曲线上的最低电压值与系统设定的预警值相比对，以判断电池B2状态是否可继续供应足够的启动电能，并提供适时的预警显示。
如图3A、图3B、图3C所示，为本发明装置实际测量的实验图表，以显示不同电池的电压曲线；在图3A中，电压曲线由点P1开始，点P2为车辆点火时的启动点，由于启动马达发动车辆时，并联端所量测到的电压波形会明显急速下降一波段再回升，而在电压曲线上形成一最低点点P3，因此，点P3即为最低电压值(在图3A式实验中，由光标2可知为8.88V)，点P4所形成的区间系描绘出启动马达的启动实况(此为本发明的另一特色)，且通过点P4所描绘出的曲线，即可得知启动马达的启动状态是否正常，例如：当启动三相马达时，点P4所描绘出的曲线应有三个涟形波段，若实际形成的涟形波段少于三个，即表示启动马达的启动状态已发生异常，故点P4所描绘出的波段曲线可作为判断电池B2工作状态的良窳的重要依据。P5为发电机的充电点；图3B为图3A的最低点侦测电压曲线的放大图，最低电压值由光标2可知为8.88V，由此可更为详尽的看出电压曲线的实际变化；在图3C中，最低电压值由光标2可知为1.11V，且本图所示的多排条状电压曲线变化，并无如图3A中点P4所描绘的连续式涟形波段曲线，即表示此电池启动马达的启动状态已发生异常，即电池的最低电压值已无法令启动马达启动，显示该电池已报废。
如图4所示，为本发明装置的硬件方块图(二)，该监测预警装置20，进一步可包含一电池B2极性逆向保护电路26、一声音报警警告装置电路27等；其中：
该电池极性逆向保护电路26，为避免正负极性接反所可能导致的损坏，因此，即使在电池极性逆向时，仍可确保本发明装置的安全；
该声音报警警告装置电路27，由CPU(或MCU)22依照测量的结果，在电池B2异常时(例如：老化、损坏、低电压时)，即可同时以声音提供警讯。
如图5所示，为本发明装置的硬件方块图(三)，该监测预警装置20，进一步又可包含一电源状态侦测电路28、一电表显示装置281、及一数字信号界面转换器282等；其中：
该电源状态侦测电路28，当电池B2有充电的情形时，CPU(或MCU)22可由此向待测电源30取得测试电压资料，以判断电池B2的充电状况，再送到CPU(或MCU)22做处理；
该电表显示装置281，由CPU(或MCU)22依照测量的结果，以电表显示数字指出状况；
该数字信号界面转换器282，由CPU(或MCU)22依照测量的结果，可经由界面与外界做沟通、连系；
由于本发明的监测预警装置20并联于电池B2上，因此，可由CPU(或MCU)22侦测电池B2是否有充电不良的情形；
即当有充电的情形时，并联端所量测到的电压波形会明显向上提升，另当并联端所量测到的电压波形无法达到预期的上升值时，CPU(或MCU)22即可通过电源状态侦测电路28而判断出有充电不良的状况，并将结果显示警告。
如图6所示，为本发明装置的硬件方块图(四)，该监测预警装置20，进一步又可包含一电池温度侦测电路29、一电池温度感知器291等；其中：
该电池温度侦测电路29，可由电池温度感知器291量测出电池的温度，再把资料经由CPU(或MCU)22对应电池温度的特性曲线，以计算出精密的电池容量，而避免环境因素的影响所可能导致的偏差，并修正设定的预警值(因为，环境温度会影响电池的曲线图，如图13、图14所示)。
如图7所示，为本发明装置的较佳实施电路图，其中，B3为待测电池、D4为LED指示器。
如图8至图11所示，在第二实施例中，本发明方法以双回路的方式，长时间监测待测电源30的状态，可由启动马达S1作为负载而构成一外回路式的取样电路，并由监测预警装置20所具有的内部负载而构成一内回路式的取样电路，且通过适当的时段分配，而各别交替执行不同模式的监测预警，并使其实施最佳化；如图3至图6所示，在第二实施例中，本发明装置进一步可包括一电流负载控制电路24，且该电流负载控制电路24，由CPU(或MCU)22依照软件程序，控制及调整加载电流负载，以测试待测电源30的输出电能量。
如图8所示，为本发明方法第二实施例的步骤流程方块图；其中，可知该监测预警方法执行外回路取样电路的步骤大体上与上述较佳实施例者相同，而执行内回路取样电路的步骤则包括：
步骤6，为「内回路式瞬间取样」的步骤，利用监测预警装置20所具有的内部负载，依系统的设定，每隔T2秒，由功率晶体做短时间的开关切换，对电池B2进行瞬间的大电流负载放电，而测得一取样电压值，并依系统的设定而重复N次，使系统获得N个取样电压值；
步骤7，为「数值计算」的步骤，系统计算出取样电压的平均值；
步骤8，为「数值比对」的步骤，由于「电池特性」的使然(如图12至图14所示)，其特性曲线的斜率常在末段发生急遽变化，而难以预测，因此，系统可设定有一预警值，而将步骤7所求取的平均值与的相比对，并由步骤5执行结果显示，且若步骤8的比对结果已达预警值，则即进行预警显示；
步骤9，为「间隔待测」的步骤，依系统设定的待测间隔时间T2，进行间隔计时以等待下一次的量测；
且重复上述的步骤，即可长时间监测电池B2的状态及充电状况是否异常。
如图9所示，为本发明方法第二实施例的软件流程示意图；其中，该软件流程10’包括：
流程11，为系统开始，系统硬件中断向量地址，为软件程序的起始点；
流程12，为系统初始化，系统缓存器及输出入脚的初始化，以设定缓存器的初始值、打开中断向量及定时器，并定义每一根输出入脚的状态及初始值；
流程13，为系统设定外回路预警值Valarm、内回路预警值v及时间参数t、T2；
流程14，为系统定义取样项次i的初始值为0，且测得空载电压值V0；
流程18，为待测计时，定时器开始计数待测间隔的时间T2，且执行下一流程19；
流程19，为内回路取样侦测的周期判定，若定时器所计数的待测间隔时间尚未达到系统设定的T2值时，则执行子程序A，且完成子程序A后，即再次回到流程18，继续计时，直到已达系统设定的T2值时，则执行子程序B，且完成子程序B后，即再次回到流程18，以执行下一周期的取样侦测；
该子程序A，以启动马达S1作为负载的外回路取样侦测程序，包括：
流程15，为取样项次i的累进运算；
流程150，以1/t秒为相邻取样项次i的间隔时间，瞬间测得一取样电压值Vi；
流程151，将电压值Vi予以储存，以求得电压曲线；
流程152，为求取最小值的运算，Vi为此次电压读取值，Vmin为电压最小值，以求得电压曲线中的最低点电压值，并执行下一流程；
流程153，为电压值Vmin否为预警值Valarm的判定，若电压值Vmin小于或等于Valarm，即表示电压曲线的最低点已达到或贯穿警戒线，并接续执行流程16，若判定结果为否，即表示电池B2的状态仍属正常，则再次回到流程15，而执行下一项次的取样侦测；
流程16，为控制显示单元，以执行预警显示，并再次回到流程15持续执行取样侦测，及执行下一流程18。
该子程序B，为一利用监测预警装置20内部负载的内回路取样侦测程序，包括：
流程17，为启动负载，启动功率晶体，以增加负载电流；
流程170，为电压的取样侦测，瞬间取样的侦测时间为T2，此外，系统可由电压/电流的关系式换算，而求得此时的电流，故亦可为电流的取样侦测；
流程171，为关闭负载，关闭功率晶体，以去除负载电流；
流程172，为取样侦测次数的判定，若尚未完成N次取样侦测的系统设定值时，则再次回到流程17，执行下一次的取样侦测，直到已完成N次取样侦测的系统设定值时，即执行流程173；
流程173，为计算取样电压的平均值，亦可为计算取样电流的平均值；
流程174，为数值比对，将流程173的结果与内回路预警值v相比对；
流程175，为控制显示单元，并将结果输出显示，且若流程174比对结果已达预警值，即执行预警显示，并执行下一流程18。
如图10所示，为本发明方法第二实施例的时段分配图；其中，在时间轴上，子程序A及子程序B可通过适当的时段分配，而各别交替执行不同模式的监测预警，并使其实施最佳化。
如图11所示，为本发明装置第二实施例的电路示意图，其中，Q1为功率晶体、R2为压降组件、B3为待测电池、D4为LED指示器，其中压降组件R2可视需要予以省略。
此间拟强调说明，乃在于：该t值，可为1至10000，且以1000为较佳值；该T2值，可为1000μsec以下，且较佳值为50μsec；该N值，以2至4为最佳值。
此间拟再强调说明，乃在于：上述实施例该Vmin值，设在电压曲线启动过程中的最低点，事实上，该Vmin值也可设在电压曲线启动过程中所预设侦测次数的任一点作为参考点，即如图3A所示，由启动开始点P2至发电机充电点P5的前的整段电压曲线范围内在所预设的取样侦测次数的任一点电压值，皆可作为侦测电池的重要参考点，而达到与上述实施例相同的功效，此亦为本发明的又一特点。