具有尋址與分時通訊功能的電池管理系統的製作方法
2023-10-06 00:01:04 2
本發明涉及一種電池管理系統，特別是一種具有尋址與分時通訊(time-division communication)功能的電池管理系統，該電池管理系統具有複數傳感器，且複數傳感器可以通訊連接於控制器，該尋址功能可以是按鈕式手動尋址或串電壓式自動尋址，該分時通訊功能可以是群組式分時通訊。
背景技術：
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現有技術如美國公告第US8253378號專利(專利家族有中國專利CN101849340、歐盟專利EP2201660、日本專利JP5330397、韓國專利KR101107999及PCT專利WO2009051415)，主要公開的技術是利用一個開關模塊(switch module 120)連接一個微處理器(microprocessor 150)及一個電池模塊(battery module 110)，藉由微處理器(microprocessor 150)控制開關模塊(switch module 120)以分時方式(time-division manner)利用電壓傳感器(voltage sensor 130)量測各電池的電壓值，如現有技術的圖2所示。再者，開關模塊(switch module 120)、電池模塊(battery module 110)及電壓傳感器(voltage sensor 130)可以組成一個模塊(module 1)，微處理器(microprocessor 150)可以連接複數模塊(modules 1-k)，如現有技術的圖4所示。由於電壓傳感器(voltage sensor 130)的數量受限於微處理器(microprocessor 150)，電池的總數量也受限於微處理器(microprocessor 150)，因此，現有技術的擴充性仍有改良的需求。
技術實現要素：
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對於以上現有技術的缺陷及改進的需求，本發明目的(一)在於，提供一種具有尋址與分時通訊功能的電池管理系統，包括控制器及複數傳感器，各傳感器具有按鈕及通訊埠，且複數傳感器可以通訊連接於該控制器；其中該控制器可以發出複數尋址命令，逐次按壓複數傳感器的按鈕可以尋址各傳感器，各傳感器依據所接受的尋址命令控制各通訊埠的通訊周期，藉此複數傳感器與該控制器可以進行分時通訊。
對於以上現有技術的缺陷及改進的需求，本發明目的(二)在於，提供一種具有尋址與分時通訊功能的電池管理系統，包括控制器及複數傳感器，各傳感器具有串電壓量測電路及通訊埠，且複數傳感器可以通訊連接於該控制器；其中該控制器可以發出複數尋址命令，比對各傳感器的串電壓與各尋址命令的電壓值可以尋址各傳感器，各傳感器依據所接受的尋址命令控制各通訊埠的通訊周期，藉此複數傳感器與該控制器可以進行分時通訊。
本發明所具有的有益效果(一)在於，本發明的電池管理系統的尋址方式是利用按壓各傳感器的按鈕，以接受尋址命令，所以使用者可以任意排列組合複數傳感器的地址，並可以節省設定時間。
本發明所具有的有益效果(二)在於，本發明的電池管理系統的通訊方式是分時通訊，複數傳感器不會同時與控制器通訊，可以減少能量的耗損。
本發明所具有的有益效果(三)在於，本發明的複數傳感器可以群組式分時通訊，各群組通訊所需要的能量不超出控制器所能負荷的能量，因此複數傳感器的數量不會受限於控制器所能負荷的能量，具有較佳的擴充性。
本發明所具有的有益效果(四)在於，本發明的電池管理系統的另一尋址方式是利用比對各傳感器的串電壓與各尋址命令的電壓值自動尋址各傳感器，使用者無需手動設定各傳感器的地址，可以節省設定時間。
本發明的特徵、技術手段、具體功能、以及具體的實施例，繼以圖式、圖號詳細說明如後。
附圖說明：
圖1是本發明較佳實施例的立體分解示意圖。
圖2是本發明較佳實施例的另一立體分解示意圖。
圖3是本發明本發明較佳實施例的功能方塊圖。
圖4是本發明較佳實施例第一群組傳感器的分時通訊示意圖。
圖5是本發明較佳實施例第二群組傳感器的分時通訊示意圖。
圖6及圖7是本發明較佳實施例複數傳感器的尋址流程。
圖8是本發明第二實施例的立體分解圖。
圖9是本發明第二實施例的另一立體分解圖。
圖10是本發明第二實施例的功能方塊圖。
圖11是本發明第三實施例的立體分解圖。
圖12及圖13是本發明第三實施例的功能方塊圖。
圖14是本發明第三實施例的串電壓量測示意圖。
圖15及圖16是本發明第三實施例複數傳感器的尋址流程。
具體實施方式：
請參閱圖1至圖3所示，在較佳實施例中，本發明的電池管理系統包括控制器10、複數傳感器S1-Sn及通訊線纜組件W；控制器10具有分時計數器T及通訊埠P，分時計數器T用以提供控制器10計時；傳感器S1具有處理器M1、電池偵測電路D1、通訊埠P1及按鈕B1，傳感器S2具有處理器M2、電池偵測電路D2、通訊埠P2及按鈕B2，以此類推，傳感器Sn具有處理器Mn、電池偵測電路Dn、通訊埠Pn及按鈕Bn；通訊線纜組件W可以串接通訊埠P至通訊埠Pn，以通訊連接控制器10與複數傳感器S1-Sn；當控制器10發出尋址命令C1時，按壓按鈕B1，處理器M1可以開啟通訊埠P1，以接收尋址命令C1並尋址傳感器S1，處理器M1依據尋址命令C1控制通訊埠P1的通訊周期；當控制器10發出尋址命令C2時，按壓按鈕B2，處理器M2可以開啟通訊埠P2，以接收尋址命令C2並尋址傳感器S2，處理器M2依據尋址命令C2控制通訊埠P2的通訊周期；以此類推，控制器10發出尋址命令Cn時，按壓按鈕Bn，處理器Mn可以開啟通訊埠Pn，以接收尋址命令Cn並尋址傳感器Sn，處理器Mn依據尋址命令Cn控制該通訊埠Pn的通訊周期；藉此傳感器S1可以依據通訊埠P1的通訊周期與控制器10進行分時通訊，傳感器S2可以依據通訊埠P2的通訊周期與控制器10進行分時通訊，以此類推，傳感器Sn可以依據通訊埠Pn的通訊周期與控制器10進行分時通訊。
列舉說明複數通訊埠P1-Pn的控制方式如後：處理器M1藉由開關SW1或訊號線路控制通訊埠P1的開啟與關閉，以控制通訊埠P1的通訊周期；處理器M2藉由一開關SW2或一訊號線路控制通訊埠P2的開啟與關閉，以控制通訊埠P2的通訊周期；以此類推，處理器Mn藉由開關SWn或訊號線路控制通訊埠Pn的開啟與關閉，以控制通訊埠Pn的通訊周期。
列舉說明複數尋址命令C1-Cn的內容如後：各尋址命令的內容具有群組數據、位置數據及周期數據，尋址命令C1可以設定傳感器S1所屬的群組、傳感器S1所在的位置及通訊埠P1的通訊周期；尋址命令C2可以設定傳感器S2所屬的群組、傳感器S2所在的位置及通訊埠P2的通訊周期；以此類推，尋址命令Cn可以設定傳感器Sn所屬的群組、傳感器Sn所在的位置及通訊埠Pn的通訊周期。
請參閱圖4至圖5所示，為了說明本發明尋址後的分時工作命令階段，以四個傳感器S1-S4為例(但不限於)：傳感器所屬的群組及傳感器所在的位置以傳感器(群組,位置)表示，將傳感器S1尋址為傳感器(1,1)，傳感器S2尋址為傳感器(1,2)，將傳感器S3尋址為傳感器(2,1)，傳感器S3尋址為傳感器(2,1)，將傳感器S4尋址為傳感器(2,2)；傳感器1與傳感器2為第一群組，當分時計數器T的時間為01:10，處理器M1藉由開關SW1開啟通訊埠P1，處理器M2藉由開關SW2開啟通訊埠P2，處理器M3藉由開關SW3關閉通訊埠P3，且處理器M4藉由開關SW4關閉通訊埠P4，控制器10與第一群組的傳感器1,2可以進行通訊；傳感器3與傳感器4為第二群組，當分時計數器T的時間為01:20，處理器M1藉由開關SW1關閉通訊埠P1，處理器M2藉由開關SW2關閉通訊埠P2，處理器M3藉由開關SW3開啟通訊埠P3，且處理器M4藉由開關SW4開啟通訊埠P4，控制器10與第二群組的傳感器3,4可以進行通訊。
請參閱圖4至圖7所示，複數傳感器S1-Sn的尋址流程例如(但不限於)：步驟1，啟動控制器10的內部分時計數器T；步驟2，控制器10發出第X尋址命令Cx，X等於1至n，n是控制器10可以串接傳感器的總數，第X尋址命令Cx的內容包括：群組數據、位置數據及周期數據；步驟3，按壓第X傳感器的按鈕Bx，則開啟第X傳感器的開關SWx或訊號線路；步驟4，第X傳感器接收並記錄第X尋址命令Cx的內容；步驟5，第X傳感器回應第X承認(Acknowledging x；ACKx)，第X承認具有唯一的身份(Unique ID x；UIDx)，例如：第X傳感器的產品序號；步驟6，控制器10確認第X傳感器的尋址，其中步驟6具有步驟61至步驟63；在步驟61中，控制器10收到第X傳感器回應的第X承認(ACKx)；在步驟62中，控制器10記錄該尋址命令Cx的內容與第X傳感器的身份(UIDx)；在步驟63中，控制器10響應接受此次尋址以及第X傳感器延遲進入周期的時間(DTx)，該延遲進入周期的時間(DTx)可以減少控制器10與第X傳感器的同步性誤差；步驟7，第X傳感器依據第X延遲進入周期時間(DTx)以及第X周期信息開啟及關閉第X傳感器的開關SWx或訊號線路；步驟8，控制器10判斷X是否等於n，若控制器10判斷X不等於n，則回到步驟2，繼續下一個傳感器的尋址；若控制器10判斷X等於n，則執行步驟9，進入分時工作命令階段。
列舉說明複數傳感器S1-Sn響應複數承認(ACKx)的方式如後：其中處理器M1接收並儲存尋址命令C1後，處理器M1可以響應承認(ACK1)，控制器10接收並儲存承認(ACK1)，以確認傳感器S1的尋址；處理器M2接收並儲存尋址命令C2後，處理器M2可以響應承認(ACK2)，控制器10接收並儲存承認(ACK2)，以確認傳感器S2的尋址；以此類推，處理器Mn接收並儲存尋址命令Cn後，處理器Mn可以響應承認(ACKn)，控制器10接收並儲存承認(ACKn)，以確認傳感器Sn的尋址。
列舉說明複數承認(ACKx)的內容如後：承認(ACK1)具有唯一的身份(UID1)，身份(UID1)可以是傳感器S1的產品序號；承認(ACK2)具有唯一的身份(UID2)，身份(UID2)可以是傳感器S2的產品序號；以此類推，承認(ACKn)具有唯一的身份(UIDn)，身份(UIDn)可以是傳感器Sn的產品序號。
列舉說明控制器10與複數傳感器S1-Sn的同步性方式如後：傳感器S1具有定時器T1，控制器10可以響應傳感器S1一個延遲進入周期的時間(DT1)；傳感器S2具有定時器T2，控制器10可以響應傳感器S2一個延遲進入周期的時間(DT2)；以此類推，傳感器Sn具有定時器Tn，控制器10可以響應傳感器Sn一個延遲進入周期的時間(DTn)；藉此，控制器10可以減少分時計數器T與各定時器T1-Tn的同步性誤差。
列舉說明傳感器總數(n)的第一種設定方式如後：控制器10具有按鈕B，逐次按壓按鈕B，控制器10可以逐次發出複數尋址命令C1-Cn，並以按壓按鈕B的次數決定控制器10可以串接傳感器的總數。
列舉說明傳感器總數(n)的第二種設定方式如後：控制器10具有一個預設的傳感器總數(X)，控制器10可以依據複數傳感器S1-Sn的尋址狀態逐次發出複數尋址命令C1-Cn，X等於1至n，以決定控制器10可以串接複數傳感器S1-Sn的總數。
請參閱圖8至圖10所示，第二實施例大致與較佳實施例相同，變化僅在於：控制器10的通訊埠P進一步可以通訊連接管理端50，其中管理端50具有使用者介面51，使用者介面51可以設定傳感器總數(X)，管理端50可以發出傳感器總數(X)至控制器10，控制器10可以依據複數傳感器S1-Sn的尋址狀態逐次發出複數尋址命令C1-Cn，X等於1至n，以決定控制器10可以串接複數傳感器S1-Sn的總數。
請參閱圖1至圖3與圖8至圖10所示，通訊線纜組件W可以具有複數通訊線纜W1-Wn，通訊線纜W1可以串接通訊埠P與通訊埠P1，其餘通訊線纜W2-Wn可以各別串接其餘通訊埠P2-Pn，以通訊連接控制器10與複數傳感器S1-Sn；電池偵測電路D1可以電性連接一個連接埠J1，連接埠J1可以連接電池偵測線纜Z1，電池偵測線纜Z1具有一對電池偵測端子Z1a-Z1b；電池偵測電路D2可以電性連接一個連接埠J2，連接埠J2可以連接電池偵測線纜Z2，電池偵測線纜Z2具有一對電池偵測端子Z2a-Z2b；以此類推，電池偵測電路Dn可以電性連接一個連接埠Jn，連接埠Jn可以連接一電池偵測線纜Zn，電池偵測線纜Zn具有一對電池偵測端子Zna-Znb。
列舉說明複數傳感器S1-Sn省略複數連接埠J1-Jn的方式如後：電池偵測電路D1可以電性連接電池偵測線纜Z1，電池偵測線纜Z1具有一對電池偵測端子Z1a-Z1b；電池偵測電路D2可以電性連接電池偵測線纜Z2，電池偵測線纜Z2具有一對電池偵測端子Z2a-Z2b；以此類推，電池偵測電路Dn可以電性連接電池偵測線纜Zn，電池偵測線纜Zn具有一對電池偵測端子Zna-Znb。
請參閱圖11至圖13所示，在第三實施例中，本發明的電池管理系統包括控制器10、複數傳感器S1-Sn及通訊線纜組件W；控制器10具有分時計數器T及通訊埠P，分時計數器T用以提供控制器10計時；複數傳感器S1-Sn各別偵測複數電池K1-Kn的電壓，傳感器S1具有處理器M1、串電壓量測電路V1及通訊埠P1，傳感器S2具有處理器M2、串電壓量測電路V2及通訊埠P2，以此類推，傳感器Sn具有處理器Mn、串電壓量測電路Vn及通訊埠Pn；通訊線纜組件W可以串接通訊埠P至通訊埠Pn，以通訊連接控制器10與複數傳感器S1-Sn；控制器10可以發出複數尋址命令C1-Cn；其中處理器M1可以開啟該通訊埠P1，以接收尋址命令C1，若串電壓量測電路V1所量測的串電壓小於尋址命令C1的電壓值，處理器M1接收尋址並依據尋址命令C1控制通訊埠P1的通訊周期；處理器M2可以開啟通訊埠P2，以接收尋址命令C2，若串電壓量測電路V2所量測的串電壓小於尋址命令C2的電壓值，處理器M2接收尋址並依據尋址命令C2控制通訊埠P2的通訊周期；以此類推，處理器Mn可以開啟通訊埠Pn，以接收尋址命令Cn，若串電壓量測電路Vn所量測的串電壓小於尋址命令Cn的電壓值，處理器Mn接收尋址並依據尋址命令Cn控制通訊埠Pn的通訊周期；藉此傳感器S1可以依據通訊埠P1的通訊周期與控制器10進行分時通訊，傳感器S2可以依據通訊埠P2的通訊周期與控制器10進行分時通訊，以此類推，傳感器Sn可以依據通訊埠Pn的通訊周期與控制器10進行分時通訊。
列舉說明複數通訊埠P1-Pn的控制方式如後：處理器M1可以控制通訊埠P1的開啟與關閉，以控制通訊埠P1的通訊周期；處理器M2可以控制通訊埠P2的開啟與關閉，以控制通訊埠P2的通訊周期；以此類推，處理器Mn可以控制通訊埠Pn的開啟與關閉，以控制通訊埠Pn的通訊周期。
列舉說明複數尋址命令C1-Cn的內容如後：各尋址命令的內容具有群組數據、位置數據及周期數據，尋址命令C1可以設定傳感器S1所屬的群組、傳感器S1所在的位置及通訊埠P1的通訊周期；尋址命令C2可以設定傳感器S2所屬的群組、傳感器S2所在的位置及通訊埠P2的通訊周期；以此類推，尋址命令Cn可以設定傳感器Sn所屬的群組、傳感器Sn所在的位置及通訊埠Pn的通訊周期。
請參閱圖14所示，複數串電壓量測電路V1-Vn的串電壓量測方式例如但不限於：若串接四個傳感器S1-S4，且傳感器S1-S4各別連接的電池電壓為Vx，則串聯四個電池K1-K4的電壓為4Vx，且通訊埠P1-P4的參考電壓為4Vx；其中串電壓量測電路V1所量測的串電壓為：4Vx(通訊埠P1的參考電壓)–3Vx(處理器M1的參考電壓，例如串聯電池K2、電池K3及電池K4的電壓)＝Vx；串電壓量測電路V2所量測的串電壓為：4Vx(通訊埠P2的參考電壓)–2Vx(處理器M2的參考電壓，例如串聯電池K3與電池K4的電壓)＝2Vx；串電壓量測電路V3所量測的串電壓為：4Vx(通訊埠P3的參考電壓)–Vx(處理器M3的參考電壓，例如串聯電池K4的電壓)＝3Vx；串電壓量測電路V4所量測的串電壓為：4Vx(通訊埠P4的參考電壓)–0(處理器M4的參考電壓，例如接地)＝4Vx。第三實施例的尋址方式例如但不限於：傳感器所屬的群組及傳感器所在的位置以傳感器(群組,位置)表示，將傳感器S1尋址為傳感器(1,1)，傳感器S2尋址為傳感器(1,2)，將傳感器S3尋址為傳感器(2,1)，傳感器S3尋址為傳感器(2,1)，將傳感器S4尋址為傳感器(2,2)，尋址後的複數傳感器S1-S4可以進入分時工作命令階段。
請參閱圖11至圖13與圖15至圖16所示，複數傳感器S1-Sn的尋址流程例如但不限於：步驟1a，啟動控制器10的內部分時計數器T；步驟2a，控制器10發出第X尋址命令Cx，X等於1至n，n是控制器10可以串接傳感器的總數，第X尋址命令Cx的內容包括：電壓值、群組數據、位置數據及周期數據；步驟3a，第X傳感器開啟通訊，以接收第X尋址命令Cx；步驟4a，第X傳感器判斷所量測的串電壓(String Voltage)是否小於該尋址命令Cx的電壓值，若判斷結果為否，則回到步驟3a，由其它傳感器尋址；若判斷結果為是，則執行步驟5a，第X傳感器接受該尋址命令Cx並回復唯一的身份(UIDx)，例如：第X傳感器的產品序號；步驟6a，控制器10收到第X傳感器的身份(UIDx)並回復一個延遲進入周期時間(DTx)給第X傳感器；步驟7a，控制器10判斷傳感器尋址數是否等於n，若判斷結果為否，則回到步驟2a，繼續其它傳感器的尋址；若判斷結果為是，則執行步驟71，進入分時工作命令階段。
列舉說明複數尋址命令C1-Cn的內容如後：各尋址命令的內容具有群組數據、位置數據及周期數據，尋址命令C1可以設定傳感器S1所屬的群組、傳感器S1所在的位置及通訊埠P1的通訊周期；尋址命令C2可以設定傳感器S2所屬的群組、傳感器S2所在的位置及通訊埠P2的通訊周期；以此類推，尋址命令Cn可以設定傳感器Sn所屬的群組、傳感器Sn所在的位置及通訊埠Pn的通訊周期。
列舉說明控制器10與複數傳感器S1-Sn的同步性方式如後：傳感器S1具有定時器T1，控制器10可以響應傳感器S1一個延遲進入周期的時間(DT1)；傳感器S2具有定時器T2，控制器10可以響應傳感器S2一個延遲進入周期的時間(DT2)；以此類推，傳感器Sn具有定時器Tn，控制器10可以響應傳感器Sn一個延遲進入周期的時間(DTn)；藉此，控制器10可以減少分時計數器T與各定時器T1-Tn的同步性誤差。