TWI473379B - 電池管理系統之傳送接收器 - Google Patents

Description

電池管理系統之傳送接收器

　　本發明是有關於一種電池管理系統，特別是一種電池管理系統之傳送接收器。

　　請參閱台灣新型專利申請第100218018號「電源管理系統」，該電源管理系統包括多個電池、一電池檢測單元與至少一調整單元。其中，電池檢測單元耦接多個電池，且其電池檢測單元包括一訊號處理器與一感應電阻。其中，訊號處理器以通過感應電阻之一電流方向導致該感應電阻兩端之電壓差，判斷多個電池之電量增減，並根據多個電池之相鄰兩電池之電壓差與一參考電壓之比較結果回應輸出一調整訊號。各調整單元，分別耦接至電池檢測單元與多個電池之兩相鄰電池之中間，接收調整訊號以調整多個電池之相鄰兩電池之電壓差，但習知電源管理系統並無抵抗高壓之設計，若發生高壓故障時，該電源管理系統會因通過電流過大而燒毀。

　　本發明的主要目的在於提供設置於電池模組內之傳送器及接收器，接收器以電阻分壓的方式可避免接收器接收過大電壓而燒毀，而傳送器藉由交叉偶合電路使得傳送速率增快。
　　本發明之一種電池管理系統之傳送接收器包含一第一電路及複數個第二電路，該第一電路，設置於一第一電池模組內，並具有一第一傳送器及一第一接收器，該第一傳送器具有一第一差動對、一第一交叉偶合電路、一第一輸出端及一第二輸出端，該第一交叉偶合電路電性連接該第一差動對，該第一輸出端及該第二輸出端電性連接該第一差動對及該第一交叉偶合電路，該第一接收器具有一第一接收端、一第二接收端、一第一運算放大器、一第二運算放大器及一第一比較器，該第一運算放大器及該第二運算放大器電性連接該第一接收端及該第二接收端，該第一比較器電性連接該第一運算放大器及該第二運算放大器，各該第二電路分別設置於各第二電池模組內，並具有一第二傳送器及一第二接收器，該第二接收器具有一第三接收端、一第四接收端、一第三運算放大器、一第四運算放大器及一第二比較器，該第三接收端電性連接該第一輸出端，該第四接收端電性連接該第二輸出端，該第三運算放大器及該第四運算放大器電性連接該第三接收端及該第四接收端，該第二比較器電性連接該第三運算放大器及該第四運算放大器，該第二傳送器具有一第二差動對、一第二交叉偶合電路、一第三輸出端及一第四輸出端，該第二交叉偶合電路電性連接該第二差動對，該第三輸出端電性連接該第二差動對、該第二交叉偶合電路及該第一接收端，該第四輸出端電性連接該第二差動對、該第二交叉偶合電路及該第二接收端，本發明藉由該第一電路之該第一傳送器及該第一接收器與該第二電路之該第二傳送器及該第二接收器，使得該第一電路及該第二電路可互相快速地傳送及接收資料，可避免每一電池模組中之量測單元與控制單元因訊號電位差異而無法進行溝通，而傳送速率可達2 Mbps，且本發明之架構可適用於電池模組的電壓在15~34V之範圍。

請參閱第1圖，為本發明之一實施例，一種電池管理系統之傳送接收器100包含一第一電路110及複數個第二電路120。該第一電路110設置於一第一電池模組(圖未示)內，並具有一第一傳送器130及一第一接收器140。各該第二電路120分別設置於各第二電池模組(圖未示)內，並具有一第二傳送器150及一第二接收器160。該第二接收器160電性連接該第一傳送器130，該第二傳送器150電性連接該第一接收器140。該第一電路110及該第二電路120可互相傳輸資料，例如電壓訊號。

該電池管理系統之傳送接收器100更包括一量測單元A1與一控制單元B1，該量測單元A1及該控制單元B1設置於該第一電池模組內。該量測單元A1輸出訊號給該第一傳送器130，且該控制單元B1接收該第一接收器140所輸出之訊號。

請參閱第2圖，該第一電路110之該第一傳送器130具有一第一輸出端130a、一第二輸出端130b、一第一差動對131、一第一交叉偶合電路(cross-coupled circuit)132、一第一緩衝器133、一第二緩衝器134、一第一電晶體135及一第二電晶體136，該第一交叉偶合電路132電性連接該第一差動對131，該第一輸出端130a及該第二輸出端130b電性連接該第一差動對131及該第一交叉偶合電路132，該第一差動對131具有一第一差動電晶體131a及一第二差動電晶體131b，該第一交叉偶合電路132具有一第三電晶體132a及一第四電晶體132b，該第三電晶體132a之汲極端132c電性連接該第一差動電晶體131a之汲極端131c、該第四電晶體132b之閘極端132f及該第一輸出端130a，該第四電晶體132b之汲極端132e電性連接第二差動電晶體131b之汲極端131e、該第三電晶體132a之閘極端132d及該第二輸出端130b。當該第一差動電晶體131a之閘極端131d的電壓及該第二差動電晶體131b之閘極端131f的電壓相異時，流經該第一差動電晶體131a的電流及流經該第二差動電晶體131b的電流產生改變，因此，藉由該第一交叉偶合電路132，該第一差動電晶體131a之汲極端131c的電壓及該第二差動電晶體131b之汲極端131e的電壓會快速改變為高電位或低電位，而由該第一輸出端130a及該第二輸出端130b輸出一組無相位差之差動訊號。在本實施例中，該第一緩衝器133之輸入端133a電性連接該第一差動電晶體131a之汲極端131c及該第三電晶體132a之汲極端132c，該第一緩衝器133之輸出端133b電性連接該第一輸出端130a，該第二緩衝器134之輸入端134a電性連接該第二差動電晶體131b之汲極端131e及該第四電晶體132b之汲極端132e，該第二緩衝器134之輸出端134b電性連接該第二輸出端130b，該第一電晶體135之汲極端135a及該第一電晶體135之閘極端135b電性連接該第一差動電晶體131a之汲極端131c及該第三電晶體132a之汲極端132c，該第二電晶體136之汲極端136a及該第二電晶體136之閘極端136b電性連接該第二差動電晶體131b之汲極端131e及該第四電晶體132b之汲極端132e。該第一電晶體135、該第二電晶體136、該第一緩衝器133及該第二緩衝器134可使該第一輸出端130a的電壓及該第二輸出端130b的電壓更快速的升高或下降至高電位或低電位。
　　請參閱第3圖，該第一電路110之該第一接收器140具有一第一接收端140a、一第二接收端140b、一第一運算放大器141、一第二運算放大器142、一第一電阻143a、一第二電阻143b、一第三電阻143c、一第一回授電阻144、一第四電阻145a、一第五電阻145b、一第六電阻145c、一第二回授電阻146及一第一比較器147，該第一運算放大器141及該第二運算放大器142電性連接該第一接收端140a及該第二接收端140b，該第一比較器147電性連接該第一運算放大器141及該第二運算放大器142。在本實施例中，該第一電阻143a電性連接該第一接收端140a及該第一運算放大器141之負極端141a，該第二電阻143b電性連接該第二接收端140b及該第一運算放大器141之正極端141b，該第三電阻143c電性連接該第一運算放大器141之正極端141b，該第一回授電阻144電性連接該第一運算放大器141之負極端141a及該第一運算放大器141之輸出端141c，該第四電阻145a電性連接該第二接收端140b及該第二運算放大器142之負極端142a，該第五電阻145b電性連接該第一接收端140a及該第二運算放大器142之正極端142b，該第六電阻145c電性連接該第二運算放大器142之正極端142b，該第二回授電阻146電性連接該第二運算放大器142之負極端142a及該第二運算放大器142之輸出端142c，該第一比較器147之二輸入端147a分別電性連接該第一運算放大器141之輸出端141c及該第二運算放大器142之輸出端142c。由於相異之電池模組的電路之間並不共地，於相異之電池模組的電路之間傳送資料會有電位差的問題存在，因此該第一接收器140藉由該第一運算放大器141、該第一電阻143a、該第二電阻143b、該第三電阻143c、該第一回授電阻144、該第二運算放大器142、該第四電阻145a、該第五電阻145b、該第六電阻145c及該第二回授電阻146，將該第一接收端140a及該第二接收端140b所接收到的電壓訊號降壓，再由該第一比較器147輸出所需之訊號。
　　請參閱第4圖，各該第二電路120之該第二傳送器150具有一第三輸出端150a、一第四輸出端150b、一第二差動對151、一第二交叉偶合電路152、一第三緩衝器153、一第四緩衝器154、一第五電晶體155及一第六電晶體156，該第二交叉偶合電路152電性連接該第二差動對151，該第三輸出端150a電性連接該第二差動對151、該第二交叉偶合電路152及該第一接收端140a，該第四輸出端150b電性連接該第二差動對151、該第二交叉偶合電路152及該第二接收端140b，該第二傳送器150之該第二差動對151具有一第三差動電晶體151a及一第四差動電晶體151b，該第二交叉偶合電路152具有一第七電晶體153a及一第八電晶體153b，該第七電晶體153a之汲極端153c電性連接該第三差動電晶體151a之汲極端151c、該第八電晶體153b之閘極端153e及該第三輸出端150a，該第八電晶體153b之汲極端153e電性連接第四差動電晶體151b之汲極端151e、該第七電晶體153a之閘極端153d及該第四輸出端150b。該第三輸出端150a及該第二輸出端150b輸出一組無相位差之差動訊號至該第一接收器140之該第一接收端140a及該第二接收端140b。在本實施中，該第三緩衝器153之輸入端153a電性連接該第三差動電晶體151a之汲極端151c及該第七電晶體153a之汲極端153c，該第三緩衝器153之輸出端153b電性連接該第三輸出端150a，該第四緩衝器154之輸入端154a電性連接該第四差動電晶體151b之汲極端151e及該第八電晶體153b之汲極端153e，該第四緩衝器154之輸出端154b電性連接該第四輸出端150b，該第五電晶體155之汲極端155a及該第五電晶體155之閘極端155b電性連接該第三差動電晶體151a之汲極端151c及該第七電晶體153a之汲極端153c，該第六電晶體156之汲極端156a及該第六電晶體156之閘極端156b電性連接該第四差動電晶體151b之汲極端151e及該第八電晶體153b之汲極端153e。該第二傳送器150與該第一傳送器130具有相同功效，該第五電晶體155、該第六電晶體156、該第三緩衝器153及該第四緩衝器154可使該第三輸出端150a的電壓及該第四輸出端150b的電壓更快速的升高或下降至高電位或低電位。
　　請參閱第5圖，各該第二電路120之該第二接收器160具有一第三接收端160a、一第四接收端160b、一第三運算放大器161、一第四運算放大器162、一第七電阻163a、一第八電阻163b、一第九電阻163c、一第三回授電阻164、一第十電阻165a、一第十一電阻165b、一第十二電阻165c、一第四回授電阻166及一第二比較器167，該第三接收端160a電性連接該第一輸出端130a，該第四接收端160b電性連接該第二輸出端130b，該第三運算放大器161及該第四運算放大器162電性連接該第三接收端160a及該第四接收端160b，以接收該第一輸出端130a及該第二輸出端130b所輸出之差動訊號，該第二比較器167電性連接該第三運算放大器161及該第四運算放大器162，該第七電阻163a電性連接該第三接收端160a及該第三運算放大器161之負極端162a，該第八電阻163b電性連接該第四接收端160b及該第三運算放大器161之正極端161b，該第九電阻163c電性連接該第三運算放大器161之正極端161b，該第三回授電阻164電性連接該第三運算放大器161之負極端161a及該第三運算放大器161之輸出端161c，該第十電阻165a電性連接該第四接收端160b及該第四運算放大器162之負極端162a，該第十一電阻165b電性連接該第三接收端160a及該第四運算放大器162之正極端162b，該第十二電阻165c電性連接該第四運算放大器162之正極端162b，該第四回授電阻166電性連接該第四運算放大器162之負極端162a及該第四運算放大器162之輸出端162c，該第二比較器167之二輸入端167a分別電性連接該第三運算放大器161之輸出端161c及該第四運算放大器162之輸出端162c。該第二接收器160藉由該第三運算放大器161、該第七電阻163a、該第八電阻163b、該第九電阻163c、該第三回授電阻164、該第四運算放大器162、該第十電阻165a、該第十一電阻165b、該第十二電阻165c及該第四回授電阻166將該第三接收端160a及該第四接收端160b所接收到的電壓訊號降壓，再由該第二比較器167輸出所需之訊號，此外，該第一接收器140及該第二接收器160之該些電阻皆為可耐 高壓電阻。因此，當該第一接收器140及該第二接收器160發生過壓故障時，可避免第一接收器140及該第二接收器160燒毀。

請再參閱第1圖，在本實施例中，該第二電路120另具有一第三傳送器170及一第三接收器180，該第三接收器180電性連接另一第二電路120之該第二傳送器150，該第三傳送器170電性連接另一第二電路120之該第二接收器160，以使該第二電路120與另一第二電路120互相傳送資料，例如電壓訊號。

電池管理系統更包括多個量測單元A2與多個控制單元B2，該一個量測單元A2與該一個控制單元B2個別設置於該每一個第二電池模組內。各該量測單元A2輸出訊號給該第二傳送器150及第三傳送器170，且各該控制單元B2接收該第二接收器160及第三接收器180所輸出之訊號。藉由該量測單元A2與控制單元B2，該些第二電路120之任一者的資料可傳送至其他任一者。

本發明藉由該第一電路110之該第一傳送器130及該第一接收器140與該第二電路120之該第二傳送器150及該第二接收器160，使得該第一電路110及該第二電路120可互相快速地傳送及接收資料，可避免每一電池模組中之量測單元與控制單元因訊號電位差異而無法進行溝通，而傳送速率可達2Mbps，且本發明之架構可適用於電池模組的電壓在15~34V之範圍。

本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

100．．．電池管理系統之傳送接收器

110．．．第一電路

120．．．第二電路

130．．．第一傳送器

130a．．．第一輸出端

130b．．．第二輸出端

131．．．第一差動對

131a．．．第一差動電晶體

131b．．．第二差動電晶體

131c．．．汲極端

131d．．．閘極端

131e．．．汲極端

131f．．．閘極端

132．．．第一交叉偶合電路

132a．．．第三電晶體

132b．．．第四電晶體

132c．．．汲極端

132d．．．閘極端

132e．．．汲極端

132f．．．閘極端

133．．．第一緩衝器

133a．．．輸入端

133b．．．輸出端

134．．．第二緩衝器

134a．．．輸入端

134b．．．輸出端

135．．．第一電晶體

135a．．．汲極端

135b．．．閘極端

136．．．第二電晶體

136a．．．汲極端

136b．．．閘極端

140．．．第一接收器

140a．．．第一接收端

140b．．．第二接收端

141．．．第一運算放大器

141a．．．負極端

141b．．．正極端

141c．．．輸出端

142．．．第二運算放大器

142a．．．負極端

142b．．．正極端

142c．．．輸出端

143a．．．第一電阻

143b．．．第二電阻

143c．．．第三電阻

144．．．第一回授電阻

145a．．．第四電阻

145b．．．第五電阻

145c．．．第六電阻

146．．．第二回授電阻

147．．．第一比較器

147a．．．輸入端

150．．．第二傳送器

150a．．．第三輸出端

150b．．．第四輸出端

151．．．第二差動對

151a．．．第三差動電晶體

151b．．．第四差動電晶體

151c．．．汲極端

151d．．．閘極端

151e．．．汲極端

151f．．．閘極端

152．．．第二交叉偶合電路

152a．．．第七電晶體

152b．．．第八電晶體

152c．．．汲極端

152d．．．閘極端

152e．．．汲極端

152f．．．閘極端

153．．．第三緩衝器

153a．．．輸入端

153b．．．輸出端

154．．．第四緩衝器

154a．．．輸入端

154b‧‧‧輸出端

155‧‧‧第五電晶體

155a‧‧‧汲極端

155b‧‧‧閘極端

156‧‧‧第六電晶體

156a‧‧‧汲極端

156b‧‧‧閘極端

160‧‧‧第二接收器

160a‧‧‧第三接收端

160b‧‧‧第四接收端

161‧‧‧第三運算放大器

161a‧‧‧負極端

161b‧‧‧正極端

161c‧‧‧輸出端

162‧‧‧第四運算放大器

162a‧‧‧負極端

162b‧‧‧正極端

162c‧‧‧輸出端

163a‧‧‧第七電阻

163b‧‧‧第八電阻

163c‧‧‧第九電阻

164‧‧‧第三回授電阻

165a‧‧‧第十電阻

165b‧‧‧第十一電阻

165c‧‧‧第十二電阻

166‧‧‧第四回授電阻

167‧‧‧第二比較器

167a‧‧‧輸入端

170‧‧‧第三傳送器

180‧‧‧第三接收器

A1‧‧‧量測單元

A2‧‧‧量測單元

B1‧‧‧控制單元

B2‧‧‧控制單元

第1圖：依據本發明之一實施例，一種電池管理系統之傳送接收器之方塊示意圖。
第2圖：依據本發明之一實施例，一第一傳送器之電路圖。
第3圖：依據本發明之一實施例，一第一接收器之電路圖。
第4圖：依據本發明之一實施例，一第二傳送器之電路圖。
第5圖：依據本發明之一實施例，一第二接收器之電路圖。

100．．．電池管理系統之傳送接收器

110．．．第一電路

120．．．第二電路

130．．．第一傳送器

140．．．第一接收器

150．．．第二傳送器

160．．．第二接收器

170．．．第三傳送器

180．．．第三接收器

A1．．．量測單元

A2．．．量測單元

B1．．．控制單元

B2．．．控制單元

Claims (10)

1. 一種電池管理系統之傳送接收器，其包含：一第一電路，設置於一第一電池模組內，並包括：一第一傳送器，其包括一第一差動對、一第一交叉偶合電路、一第一輸出端及一第二輸出端，該第一交叉偶合電路電性連接該第一差動對，該第一輸出端及該第二輸出端電性連接該第一差動對及該第一交叉偶合電路；以及一第一接收器，其包括一第一接收端、一第二接收端、一第一運算放大器、一第二運算放大器及一第一比較器，該第一運算放大器及該第二運算放大器電性連接該第一接收端及該第二接收端，該第一比較器電性連接該第一運算放大器及該第二運算放大器；以及複數個第二電路，分別設置於複數個第二電池模組內，各該第二電路包括：一第二接收器，其包括一第三接收端、一第四接收端、一第三運算放大器、一第四運算放大器及一第二比較器，該第三接收端電性連接該第一輸出端，該第四接收端電性連接該第二輸出端，該第三運算放大器及該第四運算放大器電性連接該第三接收端及該第四接收端，該第二比較器電性連接該第三運算放大器及該第四運算放大器；以及一第二傳送器具有一第二差動對、一第二交叉偶合電路、一第三輸出端及一第四輸出端，該第二交叉偶合電路電性連接該第二差動對，該第三輸出端電性連接該第二差動對、該第二交叉偶合電路及該第一接收端，該第四輸出端電性連接該第二差動對、該第二交叉偶合電路及該第二接收端。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理系統之傳送接收器，其中該第一傳送器之該第一差動對具有一第一差動電晶體及一第二差動電晶體，該第一交叉偶合電路具有一第三電晶體及一第四電晶體，該第三電晶體之汲極端電性連接該第一差動電晶體之汲極端、該第四電晶體之閘極端及該第一輸出端，該第四電晶體之汲極端電性連接第二差動電晶體之汲極端、該第三電晶體之閘極端及該第二輸出端。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電池管理系統之傳送接收器，其中該第一傳送器另具有一第一緩衝器及一第二緩衝器，該第一緩衝器之輸入端電性連接該第一差動電晶體之汲極端及該第三電晶體之汲極端，該第一緩衝器之輸出端電性連接該第一輸出端，該第二緩衝器之輸入端電性連接該第二差動電晶體之汲極端及該第四電晶體之汲極端，該第二緩衝器之輸出端電性連接該第二輸出端。
4. 如申請專利範圍第2項所述之電池管理系統之傳送接收器，其中該第一傳送器另具有一第一電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體之汲極端及該第一電晶體之閘極端電性連接該第一差動電晶體之汲極端及該第三電晶體之汲極端，該第二電晶體之汲極端及該第二電晶體之閘極端電性連接該第二差動電晶體之汲極端及該第四電晶體之汲極端。
5. 如申請專利範圍第1項所之電池管理系統之傳送接收器，其中該第一接收器另具有一第一電阻、一第二電阻、一第三電阻、一第一回授電阻、一第四電阻、一第五電阻、一第六電阻及一第二回授電阻，該第一電阻電性連接該第一接收端及該第一運算放大器之負極端，該第二電阻電性連接該第二接收端及該第一運算放大器之正極端，該第三電阻電性連接該第一運算放大器之正極端，該第一回授電阻電性連接該第一運算放大器之負極端及該第一運算放大器之輸出端，該第四電阻電性連接該第二接收端及該第二運算放大器之負極端，該第五電阻電性連接該第一接收端及該第二運算放大器之正極端，該第六電阻電性連接該第二運算放大器之正極端，該第二回授電阻電性連接該第二運算放大器之負極端及該第二運算放大器之輸出端，該第一比較器之二輸入端分別電性連接該第一運算放大器之輸出端及該第二運算放大器之輸出端。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理系統之傳送接收器，其中該第二傳送器之該第二差動對具有一第三差動電晶體及一第四差動電晶體，該第二交叉偶合電路具有一第七電晶體及一第八電晶體，該第七電晶體之汲極端電性連接該第三差動電晶體之汲極端、該第八電晶體之閘極端及該第三輸出端，該第八電晶體之汲極端電性連接第四差動電晶體之汲極端、該第七電晶體之閘極端及該第四輸出端。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電池管理系統之傳送接收器，其中該第二傳送器另具有一第三緩衝器及一第四緩衝器，該第三緩衝器之輸入端電性連接該第三差動電晶體之汲極端及該第七電晶體之汲極端，該第三緩衝器之輸出端電性連接該第三輸出端，該第四緩衝器之輸入端電性連接該第四差動電晶體之汲極端及該第八電晶體之汲極端，該第四緩衝器之輸出端電性連接該第四輸出端。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電池管理系統之傳送接收器，其中該第二傳送器另具有一第五電晶體及一第六電晶體，該第五電晶體之汲極端及該第五電晶體之閘極端電性連接該第三差動電晶體之汲極端及該第七電晶體之汲極端，該第六電晶體之汲極端及該第六電晶體之閘極端電性連接該第四差動電晶體之汲極端及該第八電晶體之汲極端。
9. 如申請專利範圍第1項所之電池管理系統之傳送接收器，其中該第二接收器另具有一第七電阻、一第八電阻、一第九電阻、一第三回授電阻、一第十電阻、一第十一電阻、一第十二電阻及一第四回授電阻，該第七電阻電性連接該第三接收端及該第三運算放大器之負極端，該第八電阻電性連接該第四接收端及該第三運算放大器之正極端，該第九電阻電性連接該第三運算放大器之正極端，該第三回授電阻電性連接該第三運算放大器之負極端及該第三運算放大器之輸出端，該第十電阻電性連接該第四接收端及該第四運算放大器之負極端，該第十一電阻電性連接該第三接收端及該第四運算放大器之正極端，該第十二電阻電性連接該第四運算放大器之正極端，該第四回授電阻電性連接該第四運算放大器之負極端及該第四運算放大器之輸出端，該第二比較器之二輸入端分別電性連接該第三運算放大器之輸出端及該第四運算放大器之輸出端。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理系統之傳送接收器，其中該第二電路另具有一第三傳送器及一第三接收器，該第三接收器電性連接另一第二電路之該第二傳送器，該第三傳送器電性連接另一第二電路之該第二接收器，該電池管理系統更包括多個量測單元與多個控制單元，該一個量測單元與該一個控制單元個別設置於該每一個第二電池模組內，各該量測單元輸出訊號給該第二傳送器及第三傳送器，且各該控制單元接收該第二接收器及第三接收器所輸出之訊號，藉由該量測單元與控制單元，該些第二電路之任一者的資料可傳送至其他任一者。