专利名称：电池组的残余电容量的测量校正装置与方法
技术领域：
本发明涉及一种电池组的残余电容量的测量校正装置与方法，特别是利用充放电时机的设计得到正确的最低电量位置。
背景技术：
在使用可携式电子设备时，电池容量是关系使用时间的重要参考依据，使用者往往通过显示屏幕上的电池容量指针提供的信息得知电池容量。而此电池容量的指针更是通过系统内部电路侦测电池容量，或通过接口要求电池组残余容量信息，经数据总线传至系统，并配合系统内的电源管理机制于不同的电量下产生不同的处理手段。举例来说，如微软的窗口操作系统系于电池电力剩下全部电量的百分的十时
发出低电量(battery low)信息，更于电力剩下全部电量的百分之四时，强制电脑系统进入待机模式(standby mode)或是休眠模式(sleepmode)。
但是，可能在电池多次充放电后因为电池的记忆效应(memoryeffect)或累积误差造成电池残余电量的侦测值与显示值的误差，如果电池容量的侦测出现误差，或是缺少校正机制时，整个系统的电源管理将出现严重的危害，如系统低电量的侦测错误使系统没有实时进入待机模式或是数据保存的模式，而造成系统损毁。
如图1显示在理想电压内充放电的曲线图，其中显示在理想状态下，电池的充电与放电的曲线在全充电电压(Full Charge Voltage)与全放电电压(End of Discharge Voltage)之间来回，电池容量可由全放电电压充电到全充电电压，亦能由全充电电压放电至全放电电压。
而图2则显示在来回重复充放电时，因为电池记忆效应、累积误差及其它因素，将产生电量测量误差、温度校正误差，或自身放电校正误差，如图中所示的实线与虚线来看，在连续充放电时，充放电的曲线将慢慢偏离全充电电压(电量100%)与全放电电压(电量0%)，误差也可能愈来愈大，导致电池容量的测量误差也愈大。
图3显示因为上述误差更导致充电无法到达全充电电压，放电亦无法达到全放电电压的情况，造成电池实际上充满电与放完电的状态并非与系统(尤指电脑系统)认定的状态一致，因而导致系统因为错误电力的判断而发生损坏。图4为公知技术电池充放电误差致使系统判断错误的曲线图，图式的全充电电压为电池容量在100%的位置，全放电电压为电池容量在
0%的位置。然而在电池多次充放电之后，且如图中所示点a所指的位
置，在未放完电时即进行充电，如此重复多次，将使电池在电量的判断产生误差，而如果最低电量的位置设定错误，可能减少电池寿命，甚至因为电量判断错误而损坏系统。
举例来说，如电脑系统中的Windows⑧操作系统于残余电量剩下10%时发出低电力警告信息(battery low alarm)，如图中点b所示，而于残余电量剩下4%时发出电量耗尽警告信息(battery dead alarm),如图中点c所示，此时为了保护电脑系统所暂存的数据，将自动进入待机模式(standby mode)。因此，如果电池电量因为前述的误差而判断错误，将可能造成系统来不及进入待机模式而损毁，或是其它因为电力判断错误产生的问题。
发明内容
一般显示于可携式装置系统中电池电量的指标并没有考虑电池残余效应，仅以预设的电池电量作为该系统(或是其中操作系统)判断电池电量是否到达充满，低电量或是电量耗尽的状态，进而驱使系统进入正常模式或是待机模式，然而， 一旦判断的电量并非实际的电池电量时，将导致系统错误。本发明所提供的电池组的残余电容量的测量校正装置与方法主要是针对充放电过程中电池剩余电量的残余效应提出的解决方案，主要是利用不同于公知技术的充放电时机的设计，并于系统进入待机阶段时，仍继续放电至全放电电压，并再重置一最小电量为零，以此为基准可判断出更精确的电池电量。
为实现上述目的，本发明提供一种电池组的残余电容量的测量校
正方法，包括有
测量一电池组的电量；
一系统因电量耗尽而进入一待机模式；
判断该系统是否连接一充电单元；
若该系统无连接该充电单元，则停止放电；
若该系统连接该充电单元，则执行内部放电；以及
当测量该电池组的电量至一全放电电压时，重置一最小电量为零，
作为测量该电池组电量的一基准点。
本发明另提供一种电池组的残余电容量的测量校正方法，包括有测量一电池组的电量；
当该电池组的电量到达一低电量电压时，通过一微控制单元对一
6系统发出一第一警示信号；
当该电池组的电量到达一电量耗尽电压时，通过该微控制单元对 该系统发出一第二警示信号，该系统进入一待机模式；
该微控制单元判断侦测是否该系统有连接一充电单元；
若该系统没有连接该充电单元，则停止放电，并同时关闭一充电
开关；
若该系统有连接该充电单元，则执行内部放电；
当该电池组的电量到达一全放电电压时， 一电池保护单元执行一 重置步骤，设定一最小电量为零，以作为测量该电池组电量的一基准 点；以及
该充电单元对该电池组充电。
本发明还提供了一种电池组的残余电容量的测量校正装置，包括
有
一电池组；
一电池保护单元，电性连接于该电池组，用以防止该电池组免于 过充电、过放电与过电流的损害，并用于重置该电池组的一最小电量；
一充电开关，电性连接该电池保护单元，用于控制一充电单元对 该电池组充电的电路；
一放电开关，电性连接该电池保护单元，用于控制该电池组放电 的电路；
一微控制单元，电性连接该电池保护单元，用以侦测该校正装置 是否有连接该充电单元，并产生一或多个电量信息；以及
一内部放电开关，电性连接该电池组与该微控制单元，控制该电 池组放电至一全放电电压。
本发明所揭露的电池组的残余电容量侦测的校正装置的较佳实施 例包括有一电池组，并电性连接至一电池保护单元，并用于重置该电 池组的一最小电量，更包括一充电开关，能用于控制一充电单元对该 电池组充电，接着有一放电开关，用于控制电池组放电的电路，再包 括一微控制单元，此微控制单元电性连接电池保护单元，用以侦测校 正装置是否有连接充电单元，并能根据电量产生不同的电量信息，包 括低电量警示与电量耗尽警示等，另有一内部放电开关，连接电池组 与微控制单元，能控制电池组放电至一全放电电压。
而其校正方法的较佳实施例步骤是先测量电池组的电量，当系统 因电量耗尽而进入待机模式时，会判断系统是否连接充电单元，若系 统并没有连接充电单元，则将停止放电，等到系统连接到充电单元时， 则开始内部放电，直到测量电池组的电量至一全放电电压时，重置一最小电量为零，作为测量该电池组电量的一基准点。
其中较佳实施例是于电池组的电量到达低电量电压时，将通过微 控制单元对系统发出警示信号，接着若电池组的电量到达电量耗尽电
压时，则会通过微控制单元对系统发出另一警示信号，表示系统进入 待机模式。同样地，若系统并无连接充电单元，此时不会放电，若微 控制单元判断系统有连接充电单元，则执行内部放电，并于电池组的 电量到达全放电电压时，其中的电池保护单元将执行一重置步骤，设 定最小电量为零，以作为测量该电池组电量的一基准点，此时才开始 对电池组充电。
本发明所设计的充放电时机可以让电池组达到全放电电压，故能 完全发挥电池的效能，更能测量及显示准确的残余电力。
综上所述，本发明提供的电池组的残余电容量的测量校正装置与 方法，主要是通过电池组的充放电行为产生校正的目的，于电池组电 量到达电量耗尽时，即使有连接外接电源，仍持续放电至全放电电压， 并重置最小电量，使之后的电量测量能更准确。
图1为公知技术于理想电压内充放电的曲线图2为公知技术电池充放电产生误差的曲线图3为公知技术电池充放电产生误差的曲线图4为公知技术电池充放电误差致使系统判断错误的曲线图5为利用本发明的方法的充放电曲线图6为本发明电池组的残余电容量的测量校正装置的实施例示意
图7显示本发明电池组的残余电容量的测量校正方法流程图； 图8显示本发明电池组的残余电容量的测量校正方法实施例的流 程图。
主要元件附图标记说明
点a， b, c, d, d，， e， f， g, h 电池组61 电池保护单元63 充电单元65 微控制单元67 测量单元69 开关601, 603， 605 电阻607
通讯端子609, 61具体实施例方式
一般应用于可携式装置时，尤其是针对可携式的电脑系统，如笔 记型电脑、个人数字助理、移动通讯设备等，电力的使用是格外地重 要，而使用者又更倚赖系统中的操作系统所表示的残余电量指针，但 是显示于系统中电池电量的指标并无考虑电池残余效应，仅以预设的 电池电量作为系统(或是其中的操作系统)判断电池电量是否到达充 满，低电量或是电量耗尽的状态，进而驱使系统进入正常模式或是待 机模式。然而， 一旦判断的电量并非实际的电池电量时，将导致系统 错误。本发明所提供的电池组的残余电容量的测量校正装置与方法主 要是针对充放电过程中电池剩余电量的残余效应提出的解决方案，主 要是利用不同于公知技术的充放电时机的设计，并于系统进入待机阶 段时，仍继续放电至全放电电压，并再重置一最小电量为零，以此为 基准可判断出更精确的电池电量。
图5所示为利用本发明提供的方法的充放电曲线图，其中纵轴表 示电池组的电量，100%为该电池组在全充电电压的状态，0%则表示该 电池组在全放电电压的状态，横轴为时间轴，当中曲线表示在各时间 点的电池组容量状态。
当中点d与d'为未到达电量耗尽阶段(deadc叩acity)时即进行充 电的曲线，本发明所设计的充放电时机在电量未达耗尽且连接到外接 电源时，将仍进行充电，如点d与点d，之后的电压曲线向上；点e则 表示电池组容量进入电量耗尽的阶段，此时系统接收到电池组电量耗 尽的信号时，将产生电池耗尽或相关的警示内容，或以声响、画面警 示系统使用者，而系统或是其中的操作系统随即进入一待机模式或是 电源休眠的状态。
点f表示在待机模式中该电池组(或未显示图中的电源管理系统) 并未连接到充电单元的时间。举例来说，笔记型电脑需通过外部电源 转接器(adapter),而此时内部电池已到达电量耗尽的电压，却没有接 上外部电源。系统在点f所表示的时间则将维持一个待机所需的微小电 力，并无刻意放电；而点g表示系统有连接到充电单元，此时，系统 则先于点g与点h间进行放电，直到点h所表示的全放电电压(End of Discharge Voltage),并且于点h的时刻，系统将重置(reset) —表示电 池组电量0%的最小电量，以消除电池组在待机前重复充放电产生的电 力残余效应或是电池记忆效应所造成的电力测量误差，并接着以此重 置的最小电量作为基准，使系统能精确测量电池组的电量，并且目的 是能将准确的残余电力显示于一残余电量显示系统(Remaining capacity display system)中。之后，因为充电单元的电力支持，则进行充电的程序，如点h之后所显示电压向上的曲线。
因为上述经过本发明所设计的充放电时机可以让电池组达到全放 电电压，故能完全发挥电池的效能，更能测量及显示准确的残余电力。
本发明为一种电池组的残余电容量的测量校正装置与方法，特别 是利用充放电时机的设计得到正确的最低电量位置。
第六图所示为实现上述充放电时机的电池组的残余电容量的测量 校正装置的实施例，此实施例可为应用于使用电池的可携式装置(如 笔记型电脑、个人数字助理、移动通讯设备等)中的电源管理系统。
图中显示由一或多个电池元(cell)组成的电池组(pack) 61，尤 其是锂电池组，电池组61通过所电性连接的电池保护单元63所保护， 主要是通过当中的电路设计防止电池组61免于过充电(overcharge)、 过放电(over discharge)与过电流(over current)产生的损害，比如当 电池组61发生过充电的时候，电池保护单元63将关闭充电开关603， 以停止充电；当电池组61发生过放电，或是有大电流产生时，电池保 护单元63则关闭放电开关601，以停止放电。并且，当电池组放电至 全放电电压时，利用此电池保护单元63重置该电池组61的最小电量。
图中的电池组61更电性连接至充电单元65，系统通过此处所示 的充电单元连接外部电源，如市电，但是充电单元65并非一直连接置 此电源管理系统，而是视情况连接。通过一电性连接电池保护单元63、 充电单元65与电池组61的充电开关603控制充电单元65对电池组61 充电的电路，当需要充电时，电池保护单元63将开启(on)充电开关 603，使充电电流通过，进而对电池组61进行充电。
而另有一电性连接电池保护单元63、充电单元65与电池组61的 放电开关601，用于控制电池组61放电的电路，当需要进行放电时， 或是对系统负载(load)供电时，将通过电池保护单元63开启(on) 放电开关601进行放电。
电源管理系统更包括一微控制单元67，此微控制单元67电性连 接电池保护单元63，上述充电开关603受控于微控制单元67，于系统 进入待机模式且系统已连接充电单元65时，微控制单元67即控制关 闭充电开关603，使充电单元65无法对电池组61充电，系统时序运作 直到电量到达全放电电量时，才开始充电。主要目的是通过信号控制 充电的时机，依据系统不同状态产生停止充电的信号，或开始充电的 信号。
此微控制单元67可用以侦测是否有连接充电单元65，并通过测 量单元69所测量电池组61的电量产生一或多个电量信息，包括通过 显示系统显示的残余电量，包括到达低电量电压时的警示信息，亦包 括电量到达电量耗尽电压的警示信息。微控制单元67通过图中所示的通讯端子609与611将电量信息传递置系统中的中央处理单元(CPU)。 于一实施例中，微控制单元67由测量单元69得知电池组61的电 量，测量单元69通过经过电阻器的压降或是电流测量电池组61的电 量。而微控制单元67更电性连接一内部放电开关605，此内部放电开 关605连接一电阻607，并跨接于电池组61的两极，主要是微控制单 元67借以控制电池组61于电量耗尽并且有连接充电单元65时，主动 放电至全放电电压。特别的是，电阻607的电阻值将左右内部主动放 电的速率。
上述微控制单元67主要是本发明借以控制各个时间点的充电与 放电时机，以此达到更准确测量电池组61容量的目的。
图7显示本发明电池组的残余电容量的测量校正方法流程图，步 骤S701表示在本电池运作的际持续通过上述测量单元测量电池组的电 量，并且微控制单元亦随时由测量单元得知电池组的电量状态，根据 各种电量状态产生不同的充放电程序。
当系统进入待机模式时，表示电池组电量到达电量耗尽电压(步 骤S703)，此时，系统亦停止放电，实施例通过电池保护单元关闭放电 开关。同时，微控制单元判断是否有连接充电单元？(步骤S705)，若 是没有连接充电单元，则关闭充电开关，维持电池组于待机模式(步 骤S707)。
步骤S709表示，若是微控制单元侦测到有充电单元连接此电源管 理系统，则将开启内部放电开关，开始内部放电的程序，如通过当中 的电阻器放电。另外，在实际运作时，电阻值的大小需要考虑放电速 率(到达全放电电压的时间不能太长)与系统温度的变化(放电太快 造成温度过高)，以得到适当的电阻值。接着，将持续放电至全放电电 压，也就是电池组电量为0%的位置(步骤S711)。
系统于此时将重置此电池组的最小电量为0 (步骤S713)，才开始 充电(步骤S715)。另外，当充电到达一全充电电压，设定此时电压为 100%，为另一基准点，以确保残余电力侦测的正确性。
图8则显示此校正方法的较佳实施例的流程。电池管理模块将于 流程中持续不断地测量电池容量(步骤S801)，并随时由微控制单元通 过测量单元判断是否到达低电量电压？(步骤S803)，如在此微控制单
元设定有低于一特定电量值则对系统发出低电量警示信号(步骤 S805)，在低电量警示后， 一般来说，此系统仍可持续运作，而微控制 单元仍随时判断电池组电量是否到达电量耗尽电压？(步骤S807)，当 到达电量耗尽电压时，微控制单元将以不同的形式产生警示，并通知 系统进入待机模式(步骤S809)或是其它类似的电源模式。
步骤进入S811，此时，微控制单元仍会以微小电力持续运作，并随时通过负载的量来判断系统是否连接充电单元？若是并未连接充电 单元，则进入不充电模式，系统保持在待机状态之下(步骤S813);但 是，若侦测到系统连接有充电单元，微控制单元将开启一内部放电开 关进行内部放电程序(步骤S815),并同时判断是否到达全放电电压？
(步骤S817)。
此时放电的速率将试整体系统而定，参考系统温度、电力状况等， 若无到达全放电电压，即使有连接充电单元，微控制单元仍是控制不
充电，包括控制关闭充电开关，并且持续放电(步骤S819)，直到电池 组的电量到达全放电电压时，此时系统将电量进行重置(reset),设定 最小电量为0 (步骤S821),以消除各种电池效应产生的误差，同时将 开始充电(步骤S823)。之后，当充电到达全充电电压，系统将重置， 设定一最大电量为100%,并作为测量电量的另一基准点，以确保残余 电力侦测的正确性。
但是以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即局限本发 明的专利保护范围，故凡运用本发明说明书及图示内容所为的等效结 构变化，均同理包含于本发明的保护范围内，特此说明。
权利要求
1. 一种电池组的残余电容量的测量校正方法，其特征在于，包括有测量一电池组的电量；一系统因电量耗尽而进入一待机模式；判断该系统是否连接一充电单元；若该系统无连接该充电单元，则停止放电；若该系统连接该充电单元，则执行内部放电；以及当测量该电池组的电量至一全放电电压时，重置一最小电量为零，作为测量该电池组电量的一基准点。
2. 如权利要求1所述的电池组的残余电容量的测量校正方法，其 特征在于所述的系统为一使用该电池组的电脑系统。
3. 如权利要求1所述的电池组的残余电容量的测量校正方法，其 特征在于，于进入该待机模式时，该电池保护单元关闭一放电开关。
4. 如权利要求1所述的电池组的残余电容量的测量校正方法，其 特征在于，若该系统无连接该充电单元，则关闭一内部放电开关，停 止放电，并同时关闭一充电开关。
5. 如权利要求1所述的电池组的残余电容量的测量校正方法，其 特征在于，若该系统连接该充电单元，则开启一内部放电开关，则开 始执行内部放电。
6. 如权利要求1所述的电池组的残余电容量的测量校正方法，其 特征在于，当该系统进入该待机模式，且该系统已连接该充电单元时， 使用一微控制单元关闭一充电开关，使该充电单元无法对该电池组充 电。
7. 如权利要求1所述的电池组的残余电容量的测量校正方法，其 特征在于，当测量该电池电量至该全放电电压时，开始对该电池组充 电。
8. 如权利要求7所述的电池组的残余电容量的测量校正方法，其 特征在于，当测量该电池组的电量至一全充电电压时，重置一最大电 量为100%，作为测量该电池组电量的另一基准点。
9. 一种电池组的残余电容量的测量校正方法，其特征在于，包括有测量一电池组的电量；当该电池组的电量到达一低电量电压时，通过一微控制单元对一 系统发出一第一警示信号；当该电池组的电量到达一电量耗尽电压时，通过该微控制单元对 该系统发出一第二警示信号，该系统进入一待机模式；该微控制单元判断侦测是否该系统有连接一充电单元；若该系统没有连接该充电单元，则停止放电，并同时关闭一充电开关；若该系统有连接该充电单元，则执行内部放电；当该电池组的电量到达一全放电电压时， 一电池保护单元执行一 重置步骤，设定一最小电量为零，以作为测量该电池组电量的一基准 点；以及该充电单元对该电池组充电。
10. 如权利要求9所述的电池组的残余电容量的测量校正方法， 其特征在于所述的系统为一使用该电池组的电脑系统。
11. 如权利要求9所述的电池组的残余电容量的测量校正方法， 其特征在于，于进入该待机模式时，该电池保护单元关闭一放电开关。
12. 如权利要求9所述的电池组的残余电容量的测量校正方法， 其特征在于，该电池保护单元于开启该充电开关时，该充电单元对该 电池组充电。
13. 如权利要求9所述的电池组的残余电容量的测量校正方法， 其特征在于，若该系统无连接该充电单元，该微控制单元关闭一内部 放电开关，停止放电，同时关闭该充电开关。
14. 如权利要求9所述的电池组的残余电容量的测量校正方法， 其特征在于，若该系统连接该充电单元，该微控制单元开启一内部放 电开关，开始执行内部放电。
15. 如权利要求9所述的电池组的残余电容量的测量校正方法， 其特征在于，当充电至一全充电电压时，重置一最大电量为100%，作 为测量该电池组电量的另I基准点
16. —种电池组的残余电容量的测量校正装置，其特征在于，包括有一电池组；一电池保护单元，电性连接于该电池组，用以防止该电池组免于过充电、过放电与过电流的损害，并用于重置该电池组的一最小电量;一充电开关，电性连接该电池保护单元，用于控制一充电单元对 该电池组充电的电路；一放电开关，电性连接该电池保护单元，用于控制该电池组放电 的电路；一微控制单元，电性连接该电池保护单元，用以侦测该校正装置 是否有连接该充电单元，并产生一或多个电量信息；以及一内部放电开关，电性连接该电池组与该微控制单元，控制该电 池组放电至一全放电电压。
17. 如权利要求16所述的电池组的残余电容量的测量校正装置， 其特征在于，更包括一电性连接该电池组与该微控制单元的一电量测 量单元，用以测量该电池组的电量。
18. 如权利要求16所述的电池组的残余电容量的测量校正装置， 其特征在于，更包括一电性连接该电池组的电阻，用以控制该电池组 的放电速率。
19. 如权利要求16所述的电池组的残余电容量的测量校正装置， 其特征在于所述的微控制单元具有一或多个通讯端口，借以耦接至一 电脑系统。
20. 如权利要求19所述的电池组的残余电容量的测量校正装置， 其特征在于所述的微控制单元通过该通讯端口传送该电量信息，包括 该电池组的电量到达一低电量电压或一电量耗尽电压的警示信号。
21. 如权利要求16所述的电池组的残余电容量的测量校正装置， 其特征在于所述的充电开关受控于该微控制单元，于该系统未进入该 待机模式，且该系统己连接该充电单元时，该微控制单元即关闭该充 电开关，使该充电单元无法对该电池组充电。
全文摘要
一种电池组的残余电容量的测量校正装置与方法，主要是通过充放电的时机设定，让此校正装置能在每次电池组放电至一全放电电压时进行重置为零的动作，能精确地测量电量并显示出来，其中主要实施例是包括一电池组，并一电性连接电池组的电池保护单元，此电池保护单元于该电池组电量到达一全放电电压时，能重置该电池组的最小电量，校正装置更包括有控制充电单元对电池组的充电时机的充电开关，与控制电池组放电时机的放电开关，再包括一微控制单元，用以侦测校正装置是否有连接充电单元，并能产生电量信息，再包括一内部放电开关，能控制电池组放电至全放电电压。
文档编号G01R31/36GK101477176SQ20081000042
公开日2009年7月8日 申请日期2008年1月4日 优先权日2007年12月3日
发明者奥藤忠司 申请人:加百裕工业股份有限公司;英属维京群岛商先进智慧工业有限公司