TWM461241U - 嵌入式控制電路與應用其之電池管理系統 - Google Patents

Description

嵌入式控制電路與應用其之電池管理系統

本創作是有關於嵌入式電路之技術，尤其是有關於一種嵌入式控制電路與應用其之電池管理系統。

嵌入式控制電路指的是一種可以完全嵌入受控器件內部，並為特定應用而設計的專用電腦系統。嵌入式控制電路通常用於控制、監視或輔助設備、機器之運作，其與個人電腦這樣的通用電腦系統的不同之處在於，嵌入式控制電路通常執行的是帶有特定要求的預先定義的任務。由於嵌入式控制電路只針對幾項特殊的任務，因此設計人員能夠對它進行最佳化、減小尺寸與降低成本。然而，當嵌入式控制電路在銷售後，若需要修改其預先定義的任務之設定時，必須要透過修改/更新其韌體來達成，因而造成設計人員的不便。

本創作所提供的一種嵌入式控制電路包括有一記憶單元與一處理單元。所述之記憶單元用以儲存一對照表。此對照表記錄有多組參數，每組參數對應一物理量，且每組參數對應嵌入式控制電路之一輸入腳位。電性耦接處理單元係電性耦接上述輸入腳位與上述記憶單元，並用以依據上述至少一組參數所定義的物理量來量測上述至少一輸入腳位所接收的訊號，以取得一對應物理量。此外，處理單元還用以依據一外部控制裝置之一參數設定命令修改上述對照表。

本創作所提供的一種電池管理系統包括有一嵌入式控制電路與一電池單元。所述嵌入式控制電路又包括有一記憶單元與一處理單元。所述記憶單元用以儲存一對照表。此對照表記錄有多組參數，每組參數對應一物理量，且每組參數對應上述嵌入式控制電路之一輸入腳位。所述處理單元係電性耦接上述輸入腳位與上述記憶單元，並用以依據上述至少一組參數所對應的物理量來量測上述至少一輸入腳位所接收的訊號，以取得一對應物理量。此外，處理單元還用以依據一外部控制裝置之一參數設定命令修改上述對照表。至於上述之電池單元，其係電性耦接上述嵌入式控制電路。

本創作因在記憶單元中儲存一對照表，而此對照表記錄有多組參數，每組參數定義有一種物理量的一預設值，不同組的參數所定義之物理量的種類可為不同，且每組參數係對應其中一輸入腳位。因此，處理單元可以依據上述至少一組參數所定義的物理量來量測上述至少一輸入腳位所接收的訊號，以取得所量測之訊號的對應物理量，進而據以從對照表中查找出上述參數定義的任務之設定，進而控制一或多個輸出腳位的操作，或由處理單元執行一或多個程序。而由於上述處理單元還用以透過資料傳輸介面接收參數設定命令，並可依據參數設定命令而修改其中一組參數中的至少一個預設值，因此當嵌入式控制電路銷售後若需要修改輸入腳位、物理量的屬性與預設值、所應執行之任務等等設定時，便不需要透過銷售廠商之專業人員修改/更新其韌體，免去將產品送回原廠或請原廠專業人員前來的麻煩，使用者只需自行由資料傳輸介面修改對照表便可輕易完成。

10‧‧‧電池管理系統

20‧‧‧電池單元

21、22‧‧‧電池串

21-1~21-Q‧‧‧電池

100‧‧‧嵌入式控制電路

110‧‧‧記憶單元

112‧‧‧對照表

120‧‧‧處理單元

130‧‧‧資料傳輸介面

141、142~N‧‧‧輸入腳位

151、152~M‧‧‧輸出腳位

160‧‧‧指示裝置

160-1~160-K‧‧‧指示燈

170‧‧‧充電裝置

180‧‧‧預設腳位

200‧‧‧外部控制裝置

202‧‧‧應用軟體

204‧‧‧輸入介面

CMD‧‧‧參數設定命令

OUT‧‧‧電池單元之輸出

圖1繪示有依照本創作一實施例之一嵌入式控制電路。

圖2繪示有依照本創作一實施例之一電池管理系統。

圖1繪示有依照本創作一實施例之一嵌入式控制電路。在圖1中，標示100即表示上述之嵌入式控制電路，而標示200則表示外部控制裝置(如一電腦)。嵌入式控制電路100包括有多個輸入腳位(如標示141、142~N所示)、多個輸出腳位(如標示151、152~M所示)、記憶單元110、處理單元120與資料傳輸介面130，其中N與M皆為自然數。記憶單元110用以儲存對照表112，例如下列表1所示。

此對照表112記錄有多組參數，分別對應多組預先定義的任務之設定，每組參數定義有一種物理量的一預設值，且不同組的參數所定義之物理量的種類可為不同，其中 可定義之物理量包括但不限於電壓、電流、電量、或溫度。每組參數更定義一對應之任務。舉例來說，每組參數係對應其中一輸入腳位，如表1第1欄所設定之腳位。表1第2欄設定致能或禁能該組參數之任務，以設定是否執行該對應之任務。表1第3欄可設定儲存該組參數之物理量的預設值之暫存器位址。表1第4欄可設定該物理量的屬性，如電壓、電流、電量、或溫度。表1第5欄可設定該物理量的預設值。表1第6欄可設定當相應於該組參數之該物理量的預設值達成時所應執行之任務。對照表112之欄位設定與欄位數目並不以此為限，一般具有通常知識者可視需要進行更動。當然，處理單元120必須具備可量測對照表112所記錄之各組參數所定義之不同物理量的功能，以及執行各組參數之任務的功能。在另一實施例中，對照表112之參數亦可設定為根據多個腳位之物理量(例入該參數對應的輸入腳位與多個預設腳位，見後述)，以執行預先定義的任務。

資料傳輸介面130用以電性耦接外部控制裝置200，並用以接收外部控制裝置200所傳送之參數設定命令CMD(詳後述)。處理單元120係電性耦接輸入腳位141~N、輸出腳位151~M、記憶單元110與資料傳輸介面130，並用以依據上述至少一組參數所定義的物理量來量測上述至少一輸入腳位所接收的訊號，以取得所量測之訊號的對應物理量。舉例來說，以表1所示之對照表112記錄有多組參數，其中第一組 參數對應輸入腳位141，其定義之物理量屬性為電壓，那麼處理單元120便可量測該組參數所對應的輸入腳位(即輸入腳位141)所接收的訊號，以取得一對應電壓值。第二組參數對應輸入腳位142，其定義之物理量屬性為電量，那麼處理單元120便可量測該組參數所對應的輸入腳位(即輸入腳位142)所接收的訊號之電流值，對時間做積分，以取得一對應電量值。在另一實施例中，若所量測之電量為一電池之電量，亦可量測其電壓而透過對照一放電曲線(discharge curve)得知其對應之電量值，或量測電池之電解液pH值而得知其對應之電量值。同理，第三組參數對應輸入腳位143，其定義之物理量屬性為溫度，處理單元120便可量測該組參數所對應的輸入腳位(即輸入腳位143)所接收的訊號，以取得一對應溫度值。

在取得每一對應物理量後，處理單元120便將該物理量與對應之該組參數中的預設值進行比較，以執行該組參數所設定之任務。各組參數所設定之任務可以包括由嵌入式控制電路100輸出一或多個訊號，或由處理單元120執行一或多個程序。舉例來說，以表1所示之對照表112記錄有多組參數，其中第一組參數定義之任務為若輸入腳位141之電壓高於預設值(如40V)則輸出腳位152輸出一高電位訊號，例如可以輸出該訊號以點亮一指示燈以警示電壓過高。第二組參數定義之任務為若輸入腳位142之電量低於預設值(如60%)則處理單元120執行一程序，例如可以對一電池進行充電。亦可如 第三組參數定義之任務所示，由多個輸出腳位輸出多個訊號。

此外，處理單元120還用以透過資料傳輸介面130去接收參數設定命令CMD，以依據參數設定命令CMD修改其中一組參數中的至少一個設定值。如此一來，當嵌入式控制電路100銷售後若需要修改輸入腳位、物理量的屬性與預設值、所應執行之任務等等設定時，便不需要透過銷售廠商之專業人員修改/更新其韌體，使用者只需自行由資料傳輸介面修改對照表112便可輕易完成。

值得一提的是，在此例中，外部控制裝置200可以具有輸入介面204，並安裝有應用軟體202。所述之應用軟體202係用以透過輸入介面204取得使用者所輸入之參數設定命令CMD，並將取得之參數設定命令CMD透過外部控制裝置200傳送至資料傳輸介面130。處理單元120可根據資料傳輸介面130收到之參數設定命令CMD修改/更新對照表112參數中的設定值。另外，上述之外部控制裝置200可以是採用一桌上型電腦裝置、一可攜式電腦裝置或是一可攜式行動裝置來實現，而上述之每一輸出腳位皆可以是採用一通用輸入/輸出腳位(General Purpose Input/Output,GPIO)來實現。嵌入式控制電路100可以是一晶片。

圖2繪示有依照本創作一實施例之一電池管理系統。在圖2中，標示與圖1中之標示相同者表示為相同的物件或訊號。請參照圖2，標示10即表示上述之電池管理系統，此 電池管理系統10主要包括有指示裝置160、電池單元20以及圖1所示之嵌入式控制電路100，其中標示OUT係表示電池單元20之輸出。而如圖2所示，嵌入式控制電路100之輸入腳位141~N係電性耦接電池單元20，而嵌入式控制電路100之輸出腳位151~M中的部分輸出腳位係電性耦接指示裝置160，部分其他輸出腳位可電性耦接其他周邊裝置如可降低溫度之控溫模組(未圖示)或可對外通訊之通訊模組(未圖示)。此指示裝置160係用以依據電性耦接的輸出腳位的電位而提供指示訊號。舉例來說，指示裝置160可以是包括有多個指示燈(如標示160-1~160-K所示，其中K為自然數)，每一指示燈係電性耦接嵌入式控制電路100之其中一輸出腳位，以依據所電性耦接之輸出腳位的電位而點亮或熄滅。以上述表1所示之對照表112為例，其中第一組參數定義之任務為若輸入腳位141之電壓高於預設值則輸出腳位152輸出一高電位訊號，該輸出腳位152可電性耦接一指示燈160-2以點亮一指示燈以警示電壓過高。第三組參數定義之任務為若輸入腳位143之溫度高於預設值則輸出腳位151輸出一高電位訊號，該輸出腳位151可電性耦接一指示燈160-1以點亮一指示燈以警示溫度過高。在一實施例中，輸入腳位141~N可電性耦接電池單元20以量測電壓、電流、或電量，或電性耦接一溫度測量裝置(未圖示)以量測電池單元20之溫度。

較佳地，電池管理系統10更可以是包括有充電裝置170。此充電裝置170係電性耦接至處理單元120與電池單元20。此外，對照表112其中一組參數所定義之物理量可為電量，以量測該電池單元20之電量狀態，即當前電池單元20內所含電量，其係以百份比表示充電程度。當處理單元120由前述方法取得一對應電量值，且此對應電量值係大於對照表112其中一組參數所定義之一第一預設值時，處理單元120便控制充電裝置170停止對電池單元20充電。反之，當上述對應電量值係小於對照表112其中一組參數所定義之一第二預設值時，處理單元120便控制充電裝置170保持對電池單元20充電，如表1第二組參數之例所示。

在另一實施例中，電池管理系統10更可以包括一可降低電池單元20之溫度的控溫模組(未圖示)，其可電性耦接輸出腳位151~M中的部分輸出腳位，在電池單元20溫度過高時進行降溫(例如啟動一風扇)。以上述表1所示之對照表112為例，其中第三組參數定義之任務為若輸入腳位143之溫度高於預設值則輸出腳位154輸出一高電位訊號，該輸出腳位154可電性耦接該控溫模組以啟動該控溫模組進行降溫。當然，嵌入式控制電路100的其中一個輸入腳位可以對應電性耦接一溫度量測裝置(未圖示)，以便處理單元120透過此溫度量測裝置進行溫度之量測，例如是量測電池單元20之溫度。在另一實施例中，上述各輸出腳位輸出之訊號可電性耦接一對外通 訊之通訊模組(未圖示)，將該等訊號透過有線或無線通訊方式傳送至一遠端系統之通訊接收器，以便從遠端系統監測電池管理系統10。在另一實施例中，使用者可直接將不需要的功能所對應之參數設定為禁能，如表1第2欄所示。

另外，若電池單元20內部包括有多個電池串，例如是包括有二個電池串(分別以標示21與22來表示之)，且每一電池串包括有多個串接的電池(如標示21-1~21-Q、22-1~22-J所示，其中Q與J皆為自然數)，那麼嵌入式控制電路100更可以包括有多個預設腳位(其數目為電池串總數減一)。以此例來說，電池單元20內部包括有電池串21與22，而嵌入式控制電路100更包括有預設腳位180。對照表112之參數可設定為比較一輸入腳位與預設腳位180之電壓值，且該組參數所對應之輸入腳位與預設腳位180係分別電性耦接電池串21與電池串22(其電性耦接關係亦可相反)。另外，處理單元120亦電性耦接電池單元20。當處理單元120透過該組參數所對應之輸入腳位與預設腳位180而取得之二筆電壓值的差值小於一預設值(如1V)時，處理單元120便控制電池單元20將電池串21與22並聯耦接至電池單元20之輸出OUT。反之，當處理單元120透過該組參數所對應之輸入腳位與預設腳位180而取得之二筆電壓值的差值大於上述預設值時，處理單元120便控制電池單元20將電池串21與22中電壓較高者耦接至電池單元20之輸出OUT。

本創作之電池管理系統10可應用於使用電池動力的電動載具(electric vehicle)如電動汽車、電動腳踏車、電動船等等，亦可用於不斷電系統(UPS，Uninterruptible Power Supply)或各種電子產品的電源系統中。

綜上所述，本創作因在記憶單元中儲存一對照表，而此對照表記錄有多組參數，每組參數定義有一種物理量的一預設值，不同組的參數所定義之物理量的種類可為不同，且每組參數係對應其中一輸入腳位。因此，處理單元可以依據上述至少一組參數所定義的物理量來量測上述至少一輸入腳位所接收的訊號，以取得所量測之訊號的對應物理量，進而據以從對照表中查找出上述參數定義的任務之設定，進而控制一或多個輸出腳位的操作，或由處理單元執行一或多個程序。而由於上述處理單元還用以透過資料傳輸介面接收參數設定命令，並可依據參數設定命令而修改其中一組參數中的至少一個預設值，因此當嵌入式控制電路銷售後若需要修改輸入腳位、物理量的屬性與預設值、所應執行之任務等等設定時，便不需要透過銷售廠商之專業人員修改/更新其韌體，免去將產品送回原廠或請原廠專業人員前來的麻煩，使用者只需自行由資料傳輸介面修改對照表便可輕易完成。

100‧‧‧嵌入式控制電路

110‧‧‧記憶單元

112‧‧‧對照表

120‧‧‧處理單元

130‧‧‧資料傳輸介面

141、142~N‧‧‧輸入腳位

151、152~M‧‧‧輸出腳位

200‧‧‧外部控制裝置

202‧‧‧應用軟體

204‧‧‧輸入介面

CMD‧‧‧參數設定命令

Claims (14)

1. 一種嵌入式控制電路，包括：一記憶單元，用以儲存一對照表，該對照表記錄有多組參數，每組參數對應一物理量，且每組參數對應該嵌入式控制電路之一輸入腳位；以及一處理單元，電性耦接該些輸入腳位與該記憶單元，並用以依據上述至少一組參數所對應的物理量來量測上述至少一輸入腳位所接收的訊號，以取得一對應物理量，該處理單元還用以依據一外部控制裝置之一參數設定命令修改該對照表。
2. 如申請專利範圍第1項所述之嵌入式控制電路，其中當該輸入腳位之該對應物理量符合該組參數之一預設條件時，該嵌入式控制電路之至少一輸出腳位輸出一訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之嵌入式控制電路，其中當該輸入腳位之該對應物理量符合該組參數之一預設條件時，該處理單元執行至少一程序。
4. 如申請專利範圍第1項所述之嵌入式控制電路，其中當該輸入腳位之該對應物理量與該嵌入式控制電路之多個預設腳位之多個對應物理量符合該組參數之一預設條件時，該嵌入式控制電路之至少一輸出腳位輸出一訊號或該處理單元執行至少一程序。
5. 一種電池管理系統，包括：一嵌入式控制電路，包括：一記憶單元，用以儲存一對照表，該對照表記錄有多組參數，每組參數對應一物理量，且每組參數對應該嵌入式控制電路之一輸入腳位；以及一處理單元，電性耦接該些輸入腳位與該記憶單 元，並用以依據上述至少一組參數所對應的物理量來量測上述至少一輸入腳位所接收的訊號，以取得一對應物理量，該處理單元還用以依據一外部控制裝置之一參數設定命令修改該對照表；以及一電池單元，電性耦接該嵌入式控制電路。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電池管理系統，其中當該輸入腳位之該對應物理量符合該組參數之一預設條件時，該嵌入式控制電路之至少一輸出腳位輸出一訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電池管理系統，其中該輸入腳位電性耦接該電池單元，且其中一指示裝置依據該輸出腳位之訊號而提供一指示訊號。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電池管理系統，其中該輸入腳位電性耦接一溫度測量裝置，且其中一控溫模組依據該輸出腳位之訊號而對該電池單元進行降溫。
9. 如申請專利範圍第5項所述之電池管理系統，其中當該輸入腳位之該對應物理量符合該組參數之一預設條件時，該處理單元執行至少一程序。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電池管理系統，其中該輸入腳位電性耦接該電池單元，且其中該處理單元控制一充電裝置對該電池單元進行充電或停止充電。
11. 如申請專利範圍第5項所述之電池管理系統，其中當該輸入腳位之該對應物理量與該嵌入式控制電路之多個預設腳位之多個對應物理量符合該組參數之一預設條件時，該嵌入式控制電路之至少一輸出腳位輸出一訊號或該處理單元執行至少一程序。
12. 如申請專利範圍第11項所述之電池管理系統，其中該電池單元包括一第一電池串與一第二電池串，每一電池串包括有多個串接的電池，且該輸入腳位與該等預設腳位之一係 分別耦接該第一電池串與該第二電池串，當該第一電池串與該第二電池串之電壓值之差值小於一預設值時，該處理單元控制該電池單元將該第一電池串與該第二電池串並聯耦接至該電池單元之一輸出。
13. 如申請專利範圍第11項所述之電池管理系統，其中該電池單元包括一第一電池串與一第二電池串，每一電池串包括有多個串接的電池，且該輸入腳位與該等預設腳位之一係分別耦接該第一電池串與該第二電池串，當該第一電池串與該第二電池串之電壓值之差值大於一預設值時，該處理單元控制該電池單元將該第一電池串與該第二電池串中電壓較高者耦接至該電池單元之一輸出。
14. 如申請專利範圍第5項所述之電池管理系統，其中該電池管理系統位於一電動載具、一電源系統、或一不斷電系統之中。