TWM552486U - 電池管理系統 - Google Patents

Description

電池管理系統

本創作是關於一種電池管理系統，尤其是指一種應用於自動化搬運裝置之電池管理系統。

近年來由於3C產業的蓬勃發展，且民眾對於3C產品的操作方式也越來越純熟，因此有越來越多的人會選擇透過網路購買各種大大小小的商品，導致物流產業所需處理的貨物量逐年增加。

一般來說，物流中心為了處理大量的貨物，大都是利用自動搬運裝置來有效率的將各類貨物進行分類，而為了確保自動搬運裝置能夠持續的運作，現有的自動搬運裝置通常是設有一顆電池與一不斷電系統，藉以在電池沒電時利用不斷電系統進行供電，避免自動搬運裝置因電力不足而停止運作，甚至無法回到充電站進行充電。

承上所述，雖然現有的自動搬運裝置可以透過不斷電系統在電池沒電時提供電力，但儘管如此，電池仍需回充電站進行充電，然而在電池進行充電的過程中，自動搬運裝置並無法執行工作，相對的降低了工作效率。

有鑑於在現有的技術中，一般常見的自動搬運裝置都是利用不斷電系統在電池沒電時緊急進行供電，以使自動搬運裝置可以繼續執行搬運工作，或者回到充電站進行充電，但由於自動搬運裝置之電池始終需要進行充電，而當自動搬運裝置充電時，便無法執行搬運工作，因此會相對的影響到整體的工作效率；緣此，本創作的目的在於提供一種電池管理系統，可以有效的解決先前技術中，自動搬運裝置因電池充電而無法工作的問題。

為了達到上述目的，本創作提供了一種電池管理系統，包含一自動化搬運裝置以及至少一電池交換站。

自動化搬運裝置包含一驅動模組、一供電模組、一電量偵測模組、一控制模組以及一搬運裝置通訊模組。

供電模組係電性連接於驅動模組，並且包含一第一電池與一第二電池。電量偵測模組係電性連接於供電模組，用以偵測第一電池與第二電池之電量。

控制模組係電性連接於電量偵測模組與供電模組，以依據第一電池與第二電池之電量控制第一電池與第二電池中之一低電量者進入一直接供電模式，並控制第一電池與第二電池中之一高電量者進入一緩衝供電模式，且控制模組更在電量偵測模組偵測到第一電池與第二電池中之至少一者之電量低於一警示電量值時 產生一電池更換需求訊號。

搬運裝置通訊模組係電性連接於控制模組，用以將電池更換需求訊號發送出。

至少一電池交換站包含一充電模組、一交換站通訊模組以及一處理模組。充電模組係設有複數個待交換電池。交換站通訊模組係通訊連結於搬運裝置通訊模組，用以接收電池更換需求訊號。處理模組係電性連接於充電模組與交換站通訊模組，以依據電池更換需求訊號判斷充電模組之待交換電池中之至少一者是否已完成充電，並在確認待交換電池中之至少一者已完成充電時，透過交換站通訊模組發送一可更換訊號至搬運裝置通訊模組，以使控制模組驅使驅動模組運作而使自動化搬運裝置移動至至少一電池交換站進行電池交換。

在本創作之一實施例中，供電模組更包含一輸出控制電路，輸出控制電路係用以控制第一電池與第二電池中之一低電量者進入直接供電模式，並控制第一電池與第二電池中之一高電量者進入一緩衝供電模式。

較佳者，輸出控制電路更包含一第一切換電路與一第二切換電路，第一切換電路係電性連結於第一電池與驅動模組，第二切換電路係電性連結於第二電池與驅動模組。此外，第一切換電路包含一第一緩衝電路、一第一直通電路與一第一切換開關，第一緩衝電路與第一直通電路是分別電性連接於驅動模組，第一切換開關係選擇性地將第一緩衝電路與第一直通電路中之一 者電性連接於第一電池。

在本創作之一較佳實施例中，控制模組更包含一儲存單元，儲存單元係用以儲存警示電量值與至少一對應於至少一電池交換站之電池交換站座標。

在本創作之一較佳實施例中，控制模組更包含一計時單元，計時單元係用以計算一當前指令執行時間與一下次指令執行時間之一指令執行時間差距。

在本創作之一較佳實施例中，自動化搬運裝置更包含一定位模組，係用以定位自動化搬運裝置之位置而產生一位置座標，藉以使控制模組依據位置座標計算出自動化搬運裝置移動至至少一電池交換站之路徑。

在本創作之一較佳實施例中，電池管理系統更包含一中心主機，中心主機係通訊連結於搬運裝置通訊模組與交換站通訊模組，藉以使搬運裝置通訊模組透過中心主機通訊連結於交換站通訊模組。

在本創作之一較佳實施例中，至少一電池交換站更包含一電池更換模組，電池更換模組係在自動化搬運裝置移動至至少一電池交換站時，用以將第一電池及第二電池中之一低電量電池與待交換電池中之一充電完成電池進行交換。

在本創作之一較佳實施例中，充電模組更包含一充電控制電路，係用以對待交換電池進行充電。

如上所述，由於本創作所提供之電池管理系統可利用電量偵測模組偵測供電模組之第一電池與第 二電池之電量，並控制第一電池與第二電池中電量較高者的放電速度低於電量較低者，以使低電量者可以更快的放完電，然後當第一電池與第二電池中之至少一者的電量低於警示電量值時，詢問電池交換站是否有已充電完成之電池，進而供自動化搬運裝置將電量較低的電池與充電完成之電池進行交換，因此可有效的使自動化搬運裝置可以長時間保有電力，進而使自動化搬運裝置能持續的執行搬運工作。

100‧‧‧電池管理系統

1‧‧‧自動化搬運裝置

11‧‧‧驅動模組

12‧‧‧供電模組

121‧‧‧第一電池

122‧‧‧第二電池

123‧‧‧輸出控制電路

1231‧‧‧第一切換電路

12311‧‧‧第一緩衝電路

123111‧‧‧第一緩衝元件

12312‧‧‧第一直通電路

12313‧‧‧第一切換開關

1232‧‧‧第二切換電路

12321‧‧‧第二緩衝電路

123211‧‧‧第二緩衝元件

12322‧‧‧第二直通電路

12323‧‧‧第二切換開關

13‧‧‧電量偵測模組

14‧‧‧控制模組

141‧‧‧儲存單元

142‧‧‧計時單元

143‧‧‧處理單元

15‧‧‧定位模組

16‧‧‧搬運裝置通訊模組

2‧‧‧中心主機

3‧‧‧電池交換站

31‧‧‧充電模組

311a‧‧‧充電完成電池

311b‧‧‧充電未完成電池

312‧‧‧充電控制電路

32‧‧‧交換站通訊模組

33‧‧‧處理模組

34‧‧‧電池更換模組

S1‧‧‧電池電量訊號

S2‧‧‧電池控制訊號

S3‧‧‧電池更換需求訊號

S4‧‧‧位置訊號

R1‧‧‧電池交換區

R2‧‧‧工作區

第一圖係顯示本創作所提供之電池管理系統之系統示意圖；第二圖係顯示供電模組之電路示意圖；以及第三圖係顯示本創作之自動化搬運裝置、中心主機與電池交換站之相對位置關係示意圖。

下面將結合示意圖對本創作的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本創作的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本創作實施例的目的。

請參閱第一圖，第一圖係顯示本創作所提供之電池管理系統之系統示意圖。如圖所示，一種電池 管理系統100包含一自動化搬運裝置1、一中心主機2以及複數個電池交換站3(圖中僅以一個舉例說明)。

自動化搬運裝置1包含一驅動模組11、一供電模組12、一電量偵測模組13、一控制模組14、一定位模組15以及一搬運裝置通訊模組16。

驅動模組11係用以帶動整個自動化搬運裝置1移動，且驅動模組11例如是由馬達與滾輪等元件所組成。

供電模組12係電性連接於驅動模組11，用以供電至驅動模組11，以使驅動模組11運作；其中，供電模組12包含一第一電池121、一第二電池122與一輸出控制電路123。

請繼續參閱第二圖，第二圖係顯示供電模組之電路示意圖。如圖所示，第一電池121與第二電池122是並聯地電性連接於驅動模組11，而輸出控制電路123是設置於第一電池121、第二電池122與驅動模組11之間；其中，輸出控制電路123包含一第一切換電路1231與一第二切換電路1232。

第一切換電路1231係電性連接於第一電池121與驅動模組11，且第一切換電路1231包含一第一緩衝電路12311、一第一直通電路12312與一第一切換開關12313，第一緩衝電路12311與第一直通電路12312是分別電性連接於驅動模組11，而第一切換開關12313是選擇性的將第一緩衝電路12311與第一直通電路12312中之一者電性連接於第一電池121，且第一緩衝電路12311設有一 第一緩衝元件123111，第一緩衝元件123111在本實施例為電感，但不限於此，亦可為電容或電容與電感之組合。其中，第一電池121經由第一緩衝電路12311供電至驅動模組11之放電速度會比第一電池121經由第一直通電路12312供電至驅動模組11之放電速度慢。

第二切換電路1232係電性連接於第二電池122與驅動模組11，且第二切換電路1232包含一第二緩衝電路12321、一第二直通電路12322與一第二切換開關12323，第二緩衝電路12321與第二直通電路12322是分別電性連接於驅動模組11，而第二切換開關12323是選擇性的將第二緩衝電路12321與第二直通電路12322中之一者電性連接於第二電池122，且第二緩衝電路12321設有一第二緩衝元件123211，第二緩衝元件123211在本實施例為電感，但不限於此，亦可為電容或電容與電感之組合。其中，第二電池122經由第一緩衝電路12311供電至驅動模組11之放電速度會比第一電池121經由第一直通電路12312供電至驅動模組11之放電速度慢。

電量偵測模組13係電性連接於供電模組12，用以偵測第一電池121與第二電池122之電量而產生一對應於第一電池121之第一電池電量值與一對應於第二電池122之第二電池電量值，並將一載有第一電池電量值與第二電池電量值之電池電量訊號S1傳送出。

控制模組14係電性連接於電量偵測模組13與供電模組12，用以接收電量偵測模組13所發送之電池電量訊號S1，且控制模組14包含一儲存單元141、一 計時單元142以及一處理單元143。

儲存單元141儲存有一警示電量值與複數個電池交換站座標，而本實施例中之警示電量值為10%。計時單元142是用來計時。處理單元143是依據第一電池121與第二電池122之電量控制第一電池121與第二電池122中之一低電量者進入一直接供電模式，並控制第一電池121與第二電池122中之一高電量者進入一緩衝供電模式；其中，控制模組14是由第一電池電量值與第二電池電量值得知第一電池121與第二電池122之電量大小，並據以發送出一電池控制訊號S2至供電模組12，使輸出控制電路123依據電池控制訊號S2控制第一電池121與第二電池122中之低電量者進入直接供電模式，而高電量者進入緩衝供電模式。

在實務運用上，當第一電池121為低電量，而第二電池122為高電量時，輸出控制電路123是控制第一電池121以第一直通電路12312電性連接於驅動模組11，並控制第二電池122以第二緩衝電路12321電性連接於驅動模組11；相對的，當第一電池121為高電量，而第二電池122為低電量時，輸出控制電路123則是控制第一電池121以第一緩衝電路12311電性連接於驅動模組11，並控制第二電池122以第一直通電路12322電性連接於驅動模組11。

此外，處理單元143更在電量偵測模組13偵測到第一電池121與第二電池122中之至少一者之電量低於儲存單元141所儲存之警示電量值時，產生一電池更 換需求訊號S3。

定位模組15是電性連結於控制模組14，用以定位出一位置座標，並將一載有位置座標之位置訊號S4傳送至控制模組14。在實際運用上，定位模組15例如為室內定位組件。

搬運裝置通訊模組16係電性連接於控制模組14，用以將控制模組14所產生之電池更換需求訊號S3發送出。其中，搬運裝置通訊模組16例如為WIFI模組或其他無線通訊模組。

中心主機2是通訊連結於搬運裝置通訊模組16。在實務運用上，中心主機2是用來安排並發送工作排程至各個自動化搬運裝置1，以使各自動化搬運裝置1依據工作排程進行搬運工作。在實務上，中心主機2例如為遠端的伺服器，且電性連接於網路，藉以使搬運裝置通訊模組16透過網路連線到中心主機2。

電池交換站3包含一充電模組31、一交換站通訊模組32、一處理模組33以及一電池更換模組34。充電模組31係設有複數個待交換電池(在本實施例中為一充電完成電池311a與一充電未完成電池311b)與一充電控制電路312；其中，充電控制電路312是用來對待交換電池進行充電，並同時偵測待交換電池是否已充完電，當待交換電池已完充電時，便停止對待交換電池進行充電，而在本實施例中，充電完成電池311a為已經充完電的待交換電池，而充電未完成電池311b則是尚未完成充電的待交換電池。

交換站通訊模組32係通訊連結於中心主機2，以經由中心主機2通訊連結於搬運裝置通訊模組16，進而透過中心主機2接收電池更換需求訊號S3。

處理模組33係電性連接於充電模組31與交換站通訊模組32，以依據電池更換需求訊號S3詢問充電模組31所包含之多個待交換電池中是否有至少一者已完成充電，並在確認多個待交換電池中之至少一者已完成充電時，透過交換站通訊模組32發送一可更換訊號透過中心主機2傳送至搬運裝置通訊模組16，以使控制模組14依據位置訊號S4所載有之位置座標與儲存單元141所預先儲存之交換站位置座標計算出行進路線，以驅使驅動模組11運作而使自動化搬運裝置1移動至電池交換站3。

電池更換模組34是在處理模組33判斷自動化搬運裝置1移動至電池交換站3時，受到處理模組33之控制而將第一電池121與第二電池122中之低電量者與充電完成電池311a進行交換。

如上所述，在實際操作上，自動化搬運裝置1所裝設之第一電池121與第二電池122在一初始運作狀態下的電量值皆大於警示電量值，而控制模組14則會在電量偵測模組13偵測第一電池121與第二電池122之電量後，將第一電池121與第二電池122中之電量較高者定義為一高電量電池，並將另一者定義為一低電量電池，接著控制模組14再利用輸出控制電路123控制高電量電池以第一放電速度放電，並控制低電量電池以大於第一 放電速度之第二放電速度放電，藉以避免高電量電池與低電量電池之間的電量差距逐漸縮減。

之後當低電量電池因為持續放電而被控制模組14透過電量偵測模組13偵測到低電量電池的電量低於警示電量值時，控制模組14便會利用計時單元142計算出當前指令執行時間與下次指令執行時間之指令執行時間差距，並進一步判斷指令執行時間差距是否大於儲存單元141所儲存之判斷時距，當指令執行時間差距大於判斷時距時，控制模組14則會透過搬運裝置通訊模組16發送電池更換需求訊號S3經由中心主機2傳送至電池交換站3。然而，當指令執行時間差距小於判斷時距時，自動化搬運裝置1會繼續執行搬運指令。

接著當電池交換站3透過交換站通訊模組32接收到電池更換需求訊號S3時，處理模組33會利用充電模組31判斷複數個待更換電池中之一者是否為充電完成電池311a，然後當複數個待更換電池中之一者為充電完成電池311a時，電池交換站3發送允許更換電池訊號至自動化搬運裝置1。

在自動化搬運裝置1收到允許更換電池訊號後，控制模組14會控制驅動模組11帶動自動化搬運裝置1移動至電池交換站3，進而使電池交換站3利用電池更換模組34將低電量電池與充電完成電池311a進行交換。

另一方面，當電池交換站3接收到電池更換需求訊號S3，而複數個待更換電池中皆未有充電完成電池311a時，電池交換站3便會發送無充電完成電池訊號 置自動搬運裝置1，使控制模組14進一步判斷高電量電池之電量是否低於警示電量值。當判斷高電量電池之電量也低於警示電量值時，控制模組14則會判斷當前指令執行時間與下次指令執行時間之指令執行時間差距是否大於判斷時距。當判斷高電量電池之電量高於警示電量值，或指令執行時間差距小於判斷時距時，自動化搬運裝置1會繼續執行搬運作業。

然而，當指令執行時間差距大於判斷時距時，控制模組14會再次發送電池更換需求訊號S3至電池交換站3，而電池交換站3會利用充電模組31再次判斷複數個待更換電池中是否包含充電完成電池311a，當判斷待更換電池中之充電完成電池311a為一個時，則優先將低電量電池與充電完成電池311a進行交換，而若充電完成電池311a為二個以上時，則電池交換站3可以將高電量電池與低電量電池同時替換為充電完成電池311a。

如上所述，本創作之電池管理方法主要是對自動化搬運裝置1所設有之第一電池121與第二電池122進行控制，使電量較低者的放電速度快於電量較高者，藉以有效避免第一電池121或第二電池122的電量過於接近。然後當第一電池121或第二電池122其中至少一者之電量低於警示電量值時，再通知電池交換站3需要更換低電量電池。然而當電池交換站3未有充電完成電池311a時，則偵測電量較高之高電量電池是否低於警示電量值，進而在高電量電池之電量低於警示電量值時，使自動化搬運裝置1自動至電池交換站3更換低電量電池與 高電量電池。

請繼續參閱第三圖，第三圖係顯示本創作之自動化搬運裝置、中心主機與電池交換站之相對位置關係示意圖。如圖所示，在實際運用上，三個電池交換站3(圖中僅標示一個)是設置於一電池交換區R1內，而三個自動化搬運裝置1(圖中僅標示一個)是位在一工作區R2內。此外，中心主機2是電性連接於自動化搬運裝置1與電池交換站3。

承上所述，當自動化搬運裝置1偵測到低電量電池或高電量電池低於警示電量值時，自動化搬運裝置1是發送電池更換需求訊號S3至中心主機2，而中心主機2會再將電池更換需求訊號S3發送至電池交換站3，然而當多個電池交換站3皆回傳有充電完成電池311a時，中心主機2更可依據自動化搬運裝置1之位置與每個電池交換站3之位置，以將距離自動化搬運裝置1最近且具有充電完成電池311a之電池交換站3之資訊回傳至自動化搬運裝置1，以使自動化搬運裝置1可以移動至最近的電池交換站2進行電池交換。此外，在其他實施例中，自動化搬運裝置1亦可直接通訊連接於電池交換站3，而不需要透過中心主機2進行集中管理。

綜上所述，由於先前技術中之自動搬運裝置都是利用不斷電系統在電池沒電時緊急進行供電，以使自動搬運裝置可以繼續執行搬運工作，或者回到充電站進行充電，因此當自動搬運裝置充電時，便無法執行搬運工作，相對的影響到整體的工作效率；相較於此， 由於本創作所提供之電池管理系統可控制第一電池與第二電池中電量較高者的放電速度低於電量較低者，以使低電量者可以更快的放完電，然後當低電量電池的電量低於警示電量值時，詢問電池交換站是否有已充電完成之電池，進而供自動化搬運裝置之低電量電池進行交換，因此可有效的使自動化搬運裝置可以長時間保有電力，進而使自動化搬運裝置能持續的執行搬運工作。

上述僅為本創作較佳之實施例而已，並不對本創作進行任何限制。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本創作的技術手段的範圍內，對本創作揭露的技術手段和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本創作的技術手段的內容，仍屬於本創作的保護範圍之內。

100‧‧‧電池管理系統

1‧‧‧自動化搬運裝置

11‧‧‧驅動模組

12‧‧‧供電模組

121‧‧‧第一電池

122‧‧‧第二電池

123‧‧‧輸出控制電路

13‧‧‧電量偵測模組

14‧‧‧控制模組

141‧‧‧儲存單元

142‧‧‧計時單元

143‧‧‧處理單元

15‧‧‧定位模組

16‧‧‧搬運裝置通訊模組

2‧‧‧中心主機

3‧‧‧電池交換站

31‧‧‧充電模組

311a‧‧‧充電完成電池

311b‧‧‧充電未完成電池

312‧‧‧充電控制電路

32‧‧‧交換站通訊模組

33‧‧‧處理模組

34‧‧‧電池更換模組

S1‧‧‧電池電量訊號

S2‧‧‧電池控制訊號

S3‧‧‧電池更換需求訊號

S4‧‧‧位置訊號

Claims (10)

1. 一種電池管理系統，包含：一自動化搬運裝置，包含：一驅動模組；一供電模組，係電性連接於該驅動模組，並且包含一第一電池與一第二電池；一電量偵測模組，係電性連接於該供電模組，用以偵測該第一電池與該第二電池之電量；一控制模組，係電性連接於該電量偵測模組與該供電模組，以依據該第一電池與該第二電池之電量控制該第一電池與該第二電池中之一低電量者進入一直接供電模式，並控制該第一電池與該第二電池中之一高電量者進入一緩衝供電模式，且該控制模組更在該電量偵測模組偵測到該第一電池與該第二電池中之至少一者之電量低於一警示電量值時產生一電池更換需求訊號；以及一搬運裝置通訊模組，係電性連接於該控制模組，用以將該電池更換需求訊號發送出；以及至少一電池交換站，包含：一充電模組，係設有複數個待交換電池；一交換站通訊模組，係通訊連結於該搬運裝置通訊模組，用以接收該電池更換需求訊號；以及一處理模組，係電性連接於該充電模組與該交換站通訊模組，以依據該電池更換需求訊號判斷該充電模組之該些待交換電池中之至少一者是否已完成充 電，並在確認該些待交換電池中之至少一者已完成充電時，透過該交換站通訊模組發送一可更換訊號至該搬運裝置通訊模組，以使該控制模組驅使該驅動模組運作而使該自動化搬運裝置移動至該至少一電池交換站進行電池交換。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理系統，其中，該供電模組更包含一輸出控制電路，該輸出控制電路係用以控制該第一電池與該第二電池中之一低電量者進入一直接供電模式，並控制該第一電池與該第二電池中之一高電量者進入一緩衝供電模式。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電池管理系統，其中，該輸出控制電路更包含一第一切換電路與一第二切換電路，該第一切換電路係電性連結於該第一電池與該驅動模組，該第二切換電路係電性連結於該第二電池與該驅動模組。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電池管理系統，其中，該第一切換電路包含一第一緩衝電路、一第一直通電路與一第一切換開關，該第一緩衝電路與該第一直通電路是分別電性連接於該驅動模組，該第一切換開關係選擇性地將該第一緩衝電路與該第一直通電路中之一者電性連接於該第一電池。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理系統，其中，該控制模組更包含一儲存單元，該儲存單元係用以儲存該警示電量值與至少一對應於該至少一電池交換站之電池交換站座標。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理系統，其中，該控制模組更包含一計時單元，該計時單元係用以計算一當前指令執行時間與一下次指令執行時間之一指令執行時間差距。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理系統，其中，該自動化搬運裝置更包含一定位模組，係用以定位該自動化搬運裝置之位置而產生一位置座標，藉以使該控制模組依據該位置座標計算出該自動化搬運裝置移動至該至少一電池交換站之路徑。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理系統，更包含一中心主機，該中心主機係通訊連結於該搬運裝置通訊模組與該交換站通訊模組，藉以使該搬運裝置通訊模組透過該中心主機通訊連結於該交換站通訊模組。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理系統，該至少一電池交換站更包含一電池更換模組，該電池更換模組係在該自動化搬運裝置移動至該至少一電 池交換站時，用以將該第一電池及該第二電池中之一低電量電池與該些待交換電池中之一充電完成電池進行交換。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理系統，其中，該充電模組更包含一充電控制電路，係用以對該些待交換電池進行充電。