TW201220639A - Data transmission method - Google Patents

Description

201220639 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關-種資料傳輸方法，特別關於一種在電 池管理系統與至少一相關設備之間的資料傳輸方法。 L先前技術】 充電電池是指充電次數有限的—可充電的電池，並可配 合充電器使用。充電電池作為一能源提供者，並可廣乏地、皮 使用在生活中的各種電子產品，例如，相地. 相機、各種類型的音 頻播放器（audio player)、電動玩具等，在這此電子產。中所 使用的充電電池通常是-種標準型_充電電池，;如所5 號充電電池或者7號充電電池等’這麵電電池的電能被使 用完之後，可以使用-標準的充電器對充電電池進行充電。 一般來說，由於電子產品所使用充電電池的體積相對較小以 及充電過程相對較為簡單等因素，因此，這些充電電池通常 不需要搭配使用一電池管理系統。 另外’對於一些其他的產品’例如，各種電動車（電動 自行車、電動三輪車或者電動汽車等），由於車體及附屬部 件的重量相對較大，為了維持足夠的行駛哩程，則需要體積 相對較大的充電電池以提供足夠的電能。具體地說，目前電 動車的供電系統大部分包含一充電電池、一充電器和一控制 器，其中，充電電池將對電動車上的各種電器提供一電能， 201220639 充電器將對充電電池 t，姉11麟充電電池的供 電電機的驅動及其他電器設備的運作進行控制。目前 充電器或控制器到充電電池的—連接線所使用的一標準接 頭’^有三個端子，而目前的大部分電動車中，只使用兩個 電源端子，另-個黯有被利用。

在另外-種情財，有些電鱗的充㈣池盒中具有電 池管理系統，義電池管理系統對充電電池的充/放電進行監 控s理’並與充電器或控制器進行通訊。在這種供電系統 中’充電器或控制器透過-電源線以及—通訊線（例如， RS232)與充電電池盒連接等，通訊線亦需要兩個端子，換言 之’充電器或控㈣與充電電池盒的連接線的接刪需要四 個端子’因此，在這種狀況下，電池管理系統便不能使用前 述具有三個端子的標準接頭，必須要額外定製特殊規格（四 個端子）的接頭。然而，這種特殊規格（四個端子）的接頭的 通用性較差，進而導致用戶在使用上的不便。 【發明内容】 本發明要解決的技術問題在於提供一種能夠在電池管 理系統與至少一相關設備之間進行單線雙向傳輸資料的資 料傳輸方法。 為解決上述技術問題，本發明提供一種資料傳輸方 法，可在一電池管理系統與至少一相關設備之間以一資料框 201220639 (data frame)的形式傳輸一資料，其中該電池管理系統與該至 少一相關設備之間由一單線雙向通訊線路連接，且該資料傳 輸方法包含：由一源設備透過發送該資料框的一框標頭 (frame header)，以取得該單線雙向通訊線路的一控制權，並 確定該資料框的一目標設備；將該資料框中的一具體内容的 一資料位元組從該源設備發送到該目標設備；由該源設備判 斷在一預定時間内是否收到由該目標設備返回的一確認消 息，若是’則完成該資料框的一傳輸，並釋放對該單線雙向 通訊線路的該控制權，否則重新發送該資料框。。 優點在於，透過上述方法，可以實現電池管理系統與 其他相關設備之間的單線雙向通訊，並利用現有充電埠的 空閒端子實現通訊’進而降低成本；另外，透過上述方法， 可以靈活地定義資料框，進而增加資料的安全性以及保密 性；再者，透過上述方法，使得本發明的低速通訊具有更 高的可靠性；又，充電器可根據從電池管理系統傳輸來的 具體資料内容，對不同生產廠商、不同類型的電池在不同 溫度下進行最合理的充電，可對電池進行最佳的充電及維 護，進而延長電池的壽命。 以下結合附圖和具體貫施例對本發明的技術方案進行 詳細的說明，以使本發明的特性和優點更為明顯。 【實施方式】 201220639 發㈣實關給料細的綱。雖然本發 _結合實施舰行_，但應理解這並㈣指將本發明限 定於這些實動Η目反，本㈣意在涵蓋由後_利要求項 所界定的本發明精神和範圍_定義的各種可選項、可修改 項和等同項。 如圖1所示為本發明資料傳輸方法的—應料統的具體 實施例的通訊連接示意圖。

應用系統包含-電池管理系統(BMS)i、一電池組2、— 電池充電器（CCS)3及-電動車控制器4及_上位機（pc) 監控器5。電池管理系統1管理電池組2的充放電。電池充 電器3對電池組2進行充電。電動車控制器4則由電池組2 進行供電，以軸電動車的電機及其他電動相電氣設備運 作(即使電池組2放電)。上位機監控器5觀察電池管理夺统i 的工作狀況及修改電池管理系統丨的相應參數等。其中，上 位機監控H 5並不是必須的蝴設備，其可以按照實際需要 增加到該應耗統或從該應料'統巾刪除。以，應用系統 可以根據需要包含其他類型的相關設備6。 為了管理電池組2的充放電，電池管理系統1需要與電 池充電器3'電動車控制器4等相關設備進行通訊。根據本 發明提供的資料傳輸方法，可以實現電動車中的電池管理系 統和相關設備之間透過單線進行雙向通訊。 ^ 201220639 另外’本發明中的單線雙向通訊指的是電池管理系統與 一相關設備之間透過單線進行雙向通訊，但是在異體的通訊 線路連接中，電池管理系統1可以分別透過一條通訊線與不 同的叹備相連(如圖1所示），又或者，電池管理系統i可以 透過一條匯流排與多個設備進行連接（如圖2所示）。然而， 無㈣&用哪種連接方式，電池管理系統丨與滅設備之間的 通訊都是單線雙向。 本發明資料傳輸方法的具體流程如圖3所示。 在步驟S1GG中，由—電池管理系統或—相關設備透過 發送-資料框的一框標頭取得一單線雙向通訊線路的一控 制權，並確定接收這個資料框的-目標設備。其中，為了敍 述方便’在本發明巾將電池管理L卜並可與電池管理系統 進仃通摘⑦備均稱為相關設備，細設備例如可以為圖^ 或圖2中的電池充電器3 '電動車控制器4、上位機監控器5 或其他類侧_設備6七卜，發_雜的—方稱為一 源設備，接受資料框的-方稱為—目標設^㈣地，源設 備既可以是電池管料、統，也可叹其他的綱設備，對應 地’目標設備則為其他的相關設備錢池管理系統。 在本發明巾，在電池管理系統和—糊設備之間的單線 雙向通訊線路上，謂料_形式在電池管理系統和相關設 備之間傳輪資料。在本發㈣—個具體實麵中，這個資料 201220639 框的結構如圖4所示。 在如圖4所示的實施例中，資料框包含五個部分，其中， S1部分為同步（synchronization)，S2部分為資料指標，&部 分為具體内容的資料位元組，S4部分為檢查位元組(cheek bytes) ’ S5 部分為確認位元組(acknowledgement)。 在本發明的單線雙向通訊線路上，這個資料框是以二進 位的資料位元為最小單位進行傳輸，其中’在本發明的一實 施例中’對二進位的位元丨、位元〇作如下定義： 位元1驅動單線雙向通訊線路為邏輯高並持續第—領設 時間’隨後為邏輯低並持續第二預設時間，第一預設時間大 於第二預設時間；位元0驅動單線雙向通訊線路為邏輯高並 持續第二預設時間，隨後為邏輯低並持續第四預設時間，第 二預設時間小於第四預設時間。請同時參照圖4及圖$所 示，在單線雙向通訊線路上，當邏輯高持續1〇〇〇 (+/1〇〇) y s ’接著邏輯低持續5〇〇 (+/_1〇〇) ，單線雙向通訊線路 上的這個位準邏輯表示位元1;而當邏輯高持續5〇〇(+/_1〇〇) ，接著邏輯低位準1000 (+/_1〇〇) "s時，這個位準邏輯 表示位元地’在本實_中，第1設時間為麵 (+/-100) /ZS，第二預設時間為500 (+M00) ，第三預 500 (+/-100) 10〇〇 (+/.1〇〇) "s。其中，位it G和位1皆具有·的時間容錯率。 201220639 在一實施例中’框標頭所包含的同步（si部分)指示對資 料框進行傳輸的源設備和目標設備，具體地，在所述同步中 包含單線雙向通訊線路控制位元和相關設備類型位元。 如表1所示，為本發明的一實施例中同步與其對應所指 示的έ義為二位元二進位位元，其中，最高位元指示對資料 框進行傳輸的源設備，即為單線雙向通訊線路控制位元，而 隨後的兩位元指示對資料框進行傳輸的相關設備的類型。 舉例而言，當同步為“100”時，最高位的位元丨代表 電池管理纟統作為源設備，即由電池管理纟統取得單線雙向 通線路的控制權，由電池管理系統向相關設備發送資料， 而隨後兩位元為“⑻”，指示相酸備為電池充電器、換言 之’同步為“1GG”表示由電池管理系統向電池充電器發送 資料。 _再例如同步為”，其中，同步的最高位的位元0 ‘不由相關α備取得單線雙向通訊線路的控制權 ，並向電池 管理系統發送資料’崎後兩位元為“⑻，，，指示取得單線 雙向通線路控制權的細設備為電池充電器。換言之，同 步為_表7F由電池充電器向電池管理系統發送資料。 。在實施例中，當電池管理系統和至少—個相關設備競 爭單線雙向通成線路的控卿時’由電池管理系統優先取得 單線又向通轉路的控獅。在另—實施射，當電池管理 201220639 系統透過單線雙向軌轉鼓少—個蝴設備連接時，在 二 =一預定的優先順序別確定至少-個相關設備 ，優先蝴設備’⑽先相陳備與電池管理 行資料框的傳輸。 因而’在本發明中，透過該同步便可以確定源設備和目 標設備，進而奴了資料傳輸的方向，並可以進—步確定返 傳龄向〇資料傳輸的反方向）。 同步 資料傳輸方向 ----- 確認資訊的傳輸方向 100 BMS CCS CCS-^BMS 000 CCS ^ BMS BMS CCS 101 BMS 今 PC PC今 BMS 001 PC + BMS BMS ->PC 110 BMS ^EB EB +BMS 010 EB+ BMS BMS ^EB 111 預留 預留 — 011 預留 預留 表1 表1所述的實施例中，相關設備類型位元為二位元，其 中，“00”表示相關設備為電池充電器，“01”表示相關設 備為PC監控器，“10”表示相關設備為電動車控制器。在 該實施例中，還預留了 “11” ，擴展設備，使電池管理系統 201220639 可以根據實際應用與其他新增設備進行通訊。當然，如果相 關设備類型位元的位元數更多的話，則可以設定和/或預留更 多。 透過表1及前述内容可知，根據單線雙向通訊線路控制 位元和相關設備類型位元便可以確定資料傳輸方向，即可以 確定發送資料框的源設備和接收資料框的目標設備。例如， s同步為1〇〇’時，資料波形如圖6所示，則可知，資料 是由電池管理系統傳輸給電池充電器，目標設備是電池充電 器；為當同步為“〇〇〇，，時，資料波形如圖7所示，則可知， 資料是由電池充電器傳輸給電池管理系統，目標設備是電池 管理系統。 另外，框標頭所包含圖3中的S2部分（即資料指標）， 可以指示資料框的一具體内容的一資料位元組的類型。S2部 分的具體實施例如表2所示’在本實施例中，資料框的具體 内容的資料位元組的類型用五個位元資料位元來表示，各自 的含義如表2所示。 位元4-位元〇 資料指標 ~~~~ 00000 充電階段 00001 電池狀態標誌 00010 電壓值高位元組 00011 電壓值低位元組 12 201220639 00100 電流值高位元組 00Ϊ0Ϊ 電流值低位元組 00110-11111 待定 表2 S 3部分為資料框的具體内容的資料位元組，在本實施例 中用八位元資料位元表示，各自的含義如表3所示。 名稱 内容 Charge Phase 充電階段 0x00: Idle 空閒 0x01: Pre-charge 預充電 0x02: CC定電流充電 0x03: CV定電壓充電 0x04: Pulse-charge 脈衝充電 0x05: FC浮充電 0x06: Charging end 充電完成 Battery Status Flags (8bit) 電池狀態標誌 Bit7: charge permit充電許可位 Ο-Allow 允許 1-Forbit 禁止 Bit6: Battery Under Temperature 電池低溫狀態 0-Normal正常 1-UT低溫 Bit5: 13 201220639

Battery Over Temperature 電池高溫狀態 0-Normal正常 1 -OT高溫 Bit4: Cell Under Voltage電池單格低壓狀態 0-Normal正常 1 -UV低壓 Bit3: Cell Over Voltage電池單格過壓狀態 0-Normal正常 1-OV過壓 Bit2: Cell High Voltage電池單格高壓狀態 0-Normal正常 1 -HV高壓 Bit 1: Reserve 保留 BitO: Reserve 保留 Voltage Value Data High (8bit) 電壓值高位元組 16 bit LSB: lmV/bit 範圍:〇-65.535V Voltage Value Data Low (8bit) 電壓值低位元組 Current Value Data High (8bit) 電流值高位元組 16 bit LSB: ImA/bit 範圍:〇-65.535八 Current Value Data Low (8bit) 201220639 電流值低位元組 ------- 表 3 ——- 按者 在步驟S102中，將資: 一 .1 〒的具體内容的資料 位疋組從電崎理系械相關設備發❹丨目標設備。4 所示的資料框結構為例，在步驟_中，將幻部分的 内容的資料位元_送給目標設備。 ”豆

而後，在步驟S104巾，對資料槐進行檢查，如果檢查 正確’則㈣㈣發送成功，如果檢纽㈣返时驟議 重新發送資料框。具體地，針對前述圖4中的㈣框結構， 可以私用如下方歧行檢查：源設備先對框標射的單線雙 向通訊線路控触元、相職備㈣位元和_資訊位元進 订合併（即將三位同步和五位元資料指標進行合併），而後 再將八位合併的結果與八位元具體内容的資料位元組進行 互斥反或(XNOR)㈣#，並將運算結糾為以部分 的檢查位7C組發送給目標設備。目標設備對收㈣料框做同 樣的運算’即將收到的三位同步和五位元資料指標進行合 併，即再將八位的合併結果與收到的八位元具體内容的資料 位兀組進行互斥反或（XNOR)非的運算，將運算結果與收到 的S4部分的檢查位元組進行比較，如果相同，則說明通訊 正常，收到的資料框正確，隨後由目標設備向源設備返回確 認消息；如果不相同，則代表通訊中資料發生變化，接收不 正確’目標設備不向源設備發送確認消息。 201220639 在步驟S106巾，源設備判斷在一預定時間（例如， 内是否收到由目標設備返回的確認消息，如果㈣，則轉到 步驟SH)8(完成資料㈣傳輸，並釋放對單線雙向通訊線路 的控制權）。如果在2mS内沒有_來自於目標設備的確認 消息’則認為通訊㈣或軌^現異常或出崎料傳輸錯誤 等不正常情況，此時，需要返回步驟動重新發送資料框。 =圆4所示的資料框的全部（包含si部分到s5部分） 在單線雙向通afL線路上傳輸完，則認為資料框傳輸完畢， 而後，再進行下一個資料框的傳輪。 -透過前述的資料框的結構可知，本發明可以靈活地定義 資枓框，進秘高資料傳輸的安全性以及保密性。 測 在進行龍傳輸之前，電絲_ _通赠路進行檢 單線2檢卿—直轉為高位準，舰縣核備連接到 :向通訊線路上，如果檢測到一個從高到低的跳變，並 線=:：Γ上，則可以確認此時已有設備連接到單 判斷已有設備連接辟線雙向通訊線路上時，還要 向通:路Γ雙向軌線路是否空間。因為只有在單線雙 線路進行:;閒:Γ進行資一^ 上時，則7 檢測到低位準，並且低位準持續2ms以 此時可以執行前 則可叫找線㈣觀線路空閒， 201220639 傳輪步驟。否則’需要等待’直到單線雙向通 / ^再執订前述的資料框的傳輸步驟。因此，在本發 明的-實施例中’在每—:_傳輸完後，由發送資料框的 源_發送-低位準來釋放對單線雙向通訊線路的控制權。 根據圖3 m酬可見，本發财單線雙向通訊線路 >上進行的㈣傳輪涉及資料框的發送和接收_流程，以下

»月參照圖8與圖9 ’將本發_資料框的發送和接收兩個流 程簡要說明如下。 圖8所示騎難發送的過程。_進行通訊時，在步 驟S200’先檢測單線雙向通訊線路是否空閒，如果空閒，則 進行步驟S2G2 ’關繼、續檢測。在步驟S2()2，透過發送同 步框標頭來取得單線雙向通訊線路的控制權，並確^接收資 料框的目標設備。在步驟S204，將資料框中的具體内容的資 料位兀組發送到目標設備◊在步驟S2〇6，發送資料框的框標 頭與具體内容的資料位元組的邏輯運算結果。在步驟S2〇8， 判斷是否收到目標設備返回的確認，如果收到，則在步驟 S210完成資料框的發送，並釋放單線雙向通訊線路。 如圖9所示為資料框接收的過程，開始進行通訊時，在 步驟S300，檢測單線雙向通訊線路上是否有資料框，如果 有，在步驟S302，根據資料框中由發送方發出的同步框標頭 確定源設備和目標設備。之後，在步驟S3〇4 ,由目標設備接 201220639 收具體内容的資料位元組。在步驟S306，繼續接收資料框的 框標頭與具體内容的資料位元組的邏輯運算結果。在步驟 S308，對接收到的資料框頭與具體内容的資料位元組進行相 同的邏輯運算。在步驟S310，判斷運算結果與接收的運算結 果是否相同，如果相同，則在步驟S312,由目標設備向源設 備發送確認，而後返回步驟S300，重新檢測單線雙向通訊線 路上是否有資料；如果算結果與接收的運算結果不相同，則 不進步驟步驟S312 ’而是直接返回步驟S300。 在前述實施例中，給出了具體的電池管理系統和相關設 備之間透過單線雙向通訊線路所進行的資料傳輸過程，而在 實際應用中，電池管理系統通常需要與多個相關設備連接進 行通訊，因此還可以根據實際應用的需要設置多個相關設備 的通訊優先權，當出現多個設備同時要求與電池管理系統進 行資料通訊時，根據預設的相關設備通訊優先權進一步控制 資料通訊的流程。 此外，當有新的相關設備連接到該通訊線路上時，電池 管理系統可以透過對檢測通訊線路進行檢測來得知。同理， 新的相關設備和現有相關設備與電池管理系統進行資料傳 輸的優先順相也可崎行奴，進喊各_關設備都能 夠準確有序地與電池管理系統傳輸資料。 換言之，當沒有細設備與電池管理系統連接時，通訊 201220639 線路-直轉為高鱗，t有相關設備與電池管理系統連接 並完成資料舰後，才會將單線雙向通訊線路變為低位準， 即變成空閒狀態。 本發明可以_現社料的空_子實現通訊，進而 降低成本其人根據刖文所述，本發明的資料傳輸方法發 送-個資料位7L(位元0或位元需要約l5ms時間，因此發 送-個資娜需要大約4Gms日㈣，即本發明提供的是低速 • 的通訊。因為位準的變化會受到器件實現的限制，位準低到 高或高到低的跳變’理論上是一_，但實際線路實現會有 幾到幾十微妙的時間才能達到，所以本發明的低速通訊具有 更高的可靠性。 上文具體實施方式和關僅為本發明之常用實施例。顯 然，在不脫離申請專利範圍所界定的本發明精神和發明範 圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人 • M應該理解’本發明在實際應用中可根據具體的環境和工 作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、 比例 '材料、元件、元件及其它方面有所變化。因此，在 此披露之實施例僅說明而非限制，本發明之範圍由後附申 請專利範圍及其合法等同物界定，而不限於此前之描述。 【圖式簡單說明】 圖1所示為本發明資料傳輸方法的一應用系統的具體實施 19 201220639 例的通訊連接示意圖； 圖2為本發明資料傳輸方法的一應用系統的具體實施例的 另一種通訊連接示意圖； 圖3為本發明資料傳輸方法的流程圖； 圖4為本發明-具體實施例中資料框的結構示意圖； 圖5為本發明一具體實施例中對資料中的二進位位元“Γ 和“0”的資料波形圖； 圖6為本發明資料框的框標頭一實施例的資料波形圖； 圖7為本發明資料框的框標頭另一實施例的資料波形圖； 圖8為本發明資料框發送過程流程圖； 圖9為本發明資料框接收過程流程圖。 【主要元件符號說明】 1 :電池管理系統 3:電池充電器 5:上位機監控器 S100〜S108 :步驟 S300〜S312 :步驟 S2 :資料指標 S4 :檢查位元組 2:管理電池組 4:電動車控制器 6:其他類型的相關設備 S200〜S210 :步驟 S1 ·同步 S3 :具體内容的資料位元組 S5 :確認位元組。 20

Claims (1)

1. 201220639 七、申請專利範園： 1. 一種資料傳輸方法，可在一電池管理系統與至少—相 關設備之間以一資料框（data frame)的形式傳輸—資 料，其中該電池管理系統與該至少一相關設備之間由 一單線雙向通訊線路連接’且遠資料傳輸方法包含. 由一源設備透過發送該資料框的一框標頭（frame header)，以取得該单線雙向通訊線路的一控制權，並 確定該資料框的一目標設備； 將該資料框中的一具體内容的一資料位元組從該源設 備發送到該目標設備； 由該源設備判斷在一預定時間内是否收到由該目標設 備返回的一確認消息’若是，則完成該資料框的一傳 輸’並釋放對該單線雙向通訊線路的該控制權，否則 重新發送該資料框。 2. 如申請專利範圍第1項的資料傳輸方法，其中，該資 料框以一個二進位資料位元為最小單位進行該傳輸。 3_如申請專利範圍第2項的資料傳輸方法，其中，該二 進位資料位元包含一位元1和一位元〇。 4·如申請專利範圍第3項的資料傳輸方法，其中，該位 元1驅動該單線雙向通訊線路為邏輯高並持續一第一 預设時間’隨後為邏輯低並持續一第二預設時間；該 位兀〇驅動該單線雙向通訊線路為邏輯高並持續一第 二預°又時間’隨後為邏輯低並持續一第四預設時間。 5.如申請專利範圍第1項的資料傳輸方法，其中，該框 標頭包含—同步（synchronization)，該同步指示對該資 21 201220639 料框進行該傳輸的該源設備和該目標設備。 6. 如申請專利範圍第5項的資料傳輸方法，其中，該框 標頭進一步包含一資料指標(pointer)，該資料指標指示 該資料框中該具體内容的該資料位元組的一類型。 7. 如申請專利範圍第1項的資料傳輪方法，進一步包含 對該資料框進行一檢查。 8. =申請專利朗第7項的資料傳輸方法，其中，該對 資料框進行該檢查的步驟包含： 2該源設備所發賴該㈣框的雜標軸該具體内 容的該資料位元組進行—邏輯運算制-第一運算結 果，並將該第一運算結果在該具體内容的該資料位元 組發送完之後發送給該目標設備； 對Ϊ目標設備所接收到該資料框的該框標頭與該具體 内各的該資料位元組進行該邏輯運算得到—第二運算 果Γί第一運算結果與該第二運算結果是否相同， ，，該目標設備向該源設備發送—確認消息； 9.

   備不向_設備發_確認消！ 3月專利乾圍第1項的資料傳輸方法’進-步包^ ㈣至少—個相關設備競爭該單 ，㈣f辭理系統優; m /早線又向通訊線路的該控制權。 .專利範圍第1項的資料傳輸方法，進-步包含 田X電池管理系統透過該單線雙 ，相關設備連接時，在同一時間按照一== 22 201220639 順序別確定該至少一個相關設備中的一優先相關設 備，由該優先相關設備與該電池管理系統進行該資料 框的該傳輸。 11. 如申請專利範圍第1項的資料傳輸方法，其中，該相 關設備至少包含一電池充電器、一上位機（upper computer)的監控器或一電動車控制器。 12. 如申請專利範圍第1項的資料傳輸方法，進一步包含： 檢測是否有一新的相關設備連接到該單線雙向通訊線 路上，如果有，確定由該新的相關設備和該至少一個 相關設備與該電池管理系統中的一優先相關設備。 23