技术领域
[0001] 本揭露是有关于一种换电式电动车、可交换电池以及其电池绑定方法。
相关背景技术
[0002] 电动机车的ECU(Electronic Control Unit)，又称电子控制单元，是电动机车的核心部件之一，负责控制电动马达、电池、充电等系统的运行。举例来说，ECU被配置来对连接的可交换电池执行验证，并于验证通过时，控制可交换电池放电来提供电动机车行驶所需电力。然而，ECU存在一些缺点，如：(1)使电动机车的成本增加；(2)结构复杂，涉及电子元件与对应的固件等，维修难度较高；以及(3)ECU必须受电才能启动并执行验证，但可交换电池于通过验证前不会主动释放电力给电动机车，这使得电动机车必须额外配置电瓶来提供启动电力。
[0003] 对于电动机车的租赁服务，尤其是随租随还的共享机车服务，为了避免电池电量过低造成可用里程过低，维运人员必须对电量过低的共享机车进行电池更换。上述使用情境遭遇的问题是：由于可交换电池只能对已绑定的电动机车进行供电，这使得所有电池更换必须于基地事先执行绑定，才能被携带至指定的共享机车进行电池交换。上述方式无法任意选择进行电池更换的共享机车，而造成营运人员不便与效率低落。
[0004] 因此，如何提出一种可解决上述问题的换电式电动车、可交换电池以及其电池绑定方法，是目前业界亟欲投入研发资源解决的问题之一。
具体实施方式
[0058] 以下将以附图揭露本揭露的多个实施方式，为明确说明，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本揭露。也就是说，在本揭露部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图，一些习知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
[0059] 请参照图1，换电式电动车100包含车身110。车身110包含电池桶111。电池桶111内设置有电连接器131。于一些实施方式中，电池桶111内的容置空间可作为用以容置外部可交换电池800(见图3)的电池舱，而电连接器131是配置以在换电式电动车100的电力系统与可交换电池800的电连接器820(见图3)之间建立电性连接。
[0060] 请进一步参照图2与图3，于本实施方式中，换电式电动车100包含主系统120以及电池接口模块130。主系统120设置于车身110内，并包含马达121、马达控制单元122(Motor Control Unit，MCU)、DC/DC转换器(DC‑to‑DC Converter)123、仪表板124以及周边部件125(如蜂巢网络模块、蓝芽模块、锁模块、灯模块、油门模块、煞车模块等)。马达控制单元122连接马达121，并配置以控制马达121运转。马达121操作性连接至换电式电动车100的轮子，以驱动换电式电动车100行进/倒退。电池接口模块130包含上述电连接器131与NFC动态标签模块132。具体来说，电池接口模块130的电连接器131配置以可拆卸地连接可交换电池800的电连接器820，以将可交换电池800的电力传输至马达控制单元122。电连接器131还经由一或多个DC/DC转换器123而分别供电至仪表板124及周边部件125。
[0061] 可交换电池800包含电池管理系统810、电连接器820以及NFC模块830。电池管理系统810包含可协同执行的硬件(如控制器与相关电子元件)与软件(如操作系统与固件)。
[0062] 接着说明本揭露采用NFC动态标签模块132所解决的技术问题与达成的技术功效。NFC技术中，包含点对点模式(Peer‑to‑Peer Mode)与读写模式(Read/Write Mode)两种互动方式。
[0063] 点对点模式中，NFC装置与NFC装置建立点对点连线，并通过上述点对点连线进行数据传输。上述NFC装置必须外接电力，这会增加成本与电力系统复杂度。具有ECU的电动机车通常是采用此方案，而使ECU与可交换电池可通过上述点对点连线交换数据。
[0064] 读写模式中，NFC装置对NFC标签进行读写操作。具体而言，上述NFC装置为互动的发起方(Active Part)，例如为NFC读写机(Reader/Writer)，且需外接电力。上述NFC标签为互动的受方(Passive Part)，于被读写时可感应NFC装置发出的电波来获得运作所需电力，而不需外接电力。
[0065] 虽采用NFC标签具有便宜且简化电力系统的优点，但NFC标签具有无法于多个装置间传输数据与通信品质不佳等缺点。
[0066] 为解决上述问题，本揭露采用NFC动态标签模块132。NFC动态标签模块132包含有线连接模块132c、NFC天线模块132b、储存器(如快闪记忆体)132d与电性连接上述元件的控制电路132a。马达控制单元122与主系统120的其他部件通过传输线，如控制器区域网络总线(Controller Area Network Bus,CAN Bus)，连接有线连接模块132c，配置来对储存器132d进行存取(此时NFC动态标签模块132的电力来源可为马达控制单元122、DC/DC转换器
123或其他可供电部件)。可交换电池800的NFC模块830(即上述的NFC装置)配置来通过NFC天线模块132b对储存器132d进行存取。
[0067] 请进一步参照图4，于本实施方式中，NFC动态标签模块132作为储存中介，实现主系统120的部件(后面将以马达控制单元122为例)与可交换电池800之间的数据传递。
[0068] 当马达控制单元122欲将特定数据(第一数据)提供至可交换电池800时，可通过传输线将的数据写入至NFC动态标签模块132的储存器132d(步骤S410)。接着，可交换电池800的电池管理系统810可通过NFC模块830对NFC动态标签模块132执行读取来获得第一数据(步骤S420)。
[0069] 当可交换电池800欲将特定数据(第二数据)提供至马达控制单元122时，电池管理系统810可通过NFC模块830对NFC动态标签模块132执行写入来写入第二数据至NFC动态标签模块132的储存器132d(步骤S430)。接着，马达控制单元122可通过传输线由NFC动态标签模块132的储存器132d读出第二数据(步骤S440)。
[0070] 上述可传递的特定数据例如为车辆相关数据，包含但不限于里程数据、记录文件数据以及固件命令数据等。
[0071] 值得一提的是，上述步骤S410与步骤S440由于涉及马达控制单元122的操作，必须于换电式电动车100处于通电状态才能被执行。上述步骤S420与步骤S430由于可通过NFC技术提供感应电力至NFC动态标签模块132，即便换电式电动车100处于未通电状态也能被执行。
[0072] 借此，当NFC动态标签模块132受电(如换电式电动车100启动)时，马达控制单元122与可交换电池800可分别通过有线与无线手段来对NFC动态标签模块132的储存器132d进行读写。NFC动态标签模块132未受电(如换电式电动车100未通电)时，可交换电池800可通过无线手段(读取模式)来读取NFC动态标签模块132的储存器132d以执行验证，并于验证完成后允许放电至换电式电动车100，即不需要电瓶来提供启动电力。
[0073] 虽图4是由马达控制单元122通过NFC动态标签模块132与可交换电池800进行数据传递，但不以此限定数据传递端点。于一些实施方式中，马达控制单元122可替换为主系统120的其他部件(如仪表板124或周边部件125)，而实现其他部件与可交换电池800的数据传递。
[0074] 如图2所示，于本实施方式中，电连接器131与NFC动态标签模块132设置于电池桶111的底部，而整合为电池接口模块130。当可交换电池800被放置于电池桶111并电性连接电连接器131时，可交换电池800的NFC模块830与NFC动态标签模块132处于NFC通信范围内。
[0075] 请进一步参照图5，并配合参照图3与图4，本揭露还提供一种电池绑定方法，包含于未绑定的可交换电池(Floating Battery Pack)连接同一车辆群组的任意换电式电动车100时，自动绑定换电式电动车100来成为已绑定的可交换电池(Binding Battery Pack)，以允许对其供电。
[0076] 值得一提的是，于本揭露中，为了实现可交换电池800与换电式电动车100之间的验证，可交换电池800的电池管理系统810储存电池端车辆识别数据，换电式电动车100的NFC动态标签模块132的储存器132d储存车端车辆识别数据。上述车辆识别数据例如为订阅识别数据(Subscription‑ID)、用户识别数据(User‑ID)或载具识别数据(Vehicle‑ID)等具有独特性与识别性的数据。当车端车辆识别数据符合电池端车辆识别数据时，表示可交换电池800已绑定至换电式电动车100，并允许放电至换电式电动车100。电池绑定方法包含步骤S110至步骤S140。
[0077] 步骤S110：维运人员将可交换电池800(未绑定电池)电性连接至同一车辆群组的多台换电式电动车100的任一台，其中可交换电池800所储存的电池端车辆识别数据符合未绑定格式，且换电式电动车100包含储存车端车辆识别数据的NFC动态标签模块132。
[0078] 于一些实施方式中，电池端车辆识别数据与车端车辆识别数据各可以分为多个部分。多个部分中的第一部分对应车队数据或营运商数据(即对应至特定的车辆群组，车辆群组可为车队或营运商)。换句话说，第一部分，可称为前缀(Prefix)，显示获授权的换电式电动车100所属的群组的代码。举例来说，前缀为“ABC”，是代表群组为“ABC”的车辆共用车队。具有前缀为“ABC”的电池端车辆识别数据的可交换电池800可用来对任何属于“ABC”群组的换电式电动车100执行后述的电池绑定程序，并于绑定成功后进行供电。
[0079] 上述多个部分中的第二部分可称为后缀(Suffix)，其是指定特定的换电式电动车100。举例来说，第二部分可以是“123456”，其为获授权的换电式电动车100的独特序号(Unique Serial Number)，而符合已绑定格式。在另一个实施方式中，第二部分可以是暂时为一个获授权的换电式电动车100的群组填入的通用识别码(Universal Identifier)，例如“000000”或“888888”。在另一个实施方式中，第二部分可以是空值(null)或空白。需说明的是，在可交换电池800尚未被绑定至换电式电动车100之前，可交换电池800的电池端车辆识别数据的第二部分符合未绑定格式(如上述通用识别码、空值或空白)，而不包含上述独特序号。
[0080] 步骤S120：于可交换电池800电性连接换电式电动车100且处于NFC通信范围内时，可交换电池800的电池管理系统810控制NFC模块830处于读取模式，通过读取模式对换电式电动车100的NFC动态标签模块132读取以取得车端车辆识别数据。
[0081] 于一些实施方式中，可交换电池800配置以在步骤S110执行后，自动执行步骤S120。举例来说，可交换电池800的电池管理系统810配置以在侦测到可交换电池800的电连接器820与电池接口模块130的电连接器131连接时，自动执行步骤S120。
[0082] 步骤S130：于可交换电池800电性连接换电式电动车100且处于NFC通信范围内时，可交换电池800的电池管理系统810于判断车端车辆识别数据与电池端车辆识别数据各具有对应至特定的车辆群组的第一部分时执行电池绑定程序，其中电池绑定程序包含可交换电池800更新电池端车辆识别数据以符合该车端车辆识别数据。于一些实施方式中，可交换电池800为未绑定状态时才允许执行电池绑定程序，即已绑定状态下不允许执行电池绑定程序。
[0083] 举例来说，当由NFC动态标签模块132取得的车端车辆识别数据的第一部分与可交换电池800所储存的电池端车辆识别数据的第一部分相同(例如皆为“ABC”)时，可交换电池800的电池管理系统810才会执行电池绑定程序。
[0084] 具体来说，电池绑定程序包含电池管理系统810更新电池端车辆识别数据的第二部分为与车端车辆识别数据的第二部分相符合。举例来说，在执行电池绑定程序之前，车端车辆识别数据的第二部分为“123456”，而电池端车辆识别数据的第二部分为上述通用识别码(未绑定格式)。在执行电池绑定程序之后，可交换电池800的电池端车辆识别数据的第二部分会被电池管理系统810覆写为“123456”。借此，储存于可交换电池800的电池端车辆识别数据即被更新为与车端车辆识别数据相同，并代表可交换电池800被绑定至换电式电动车100。
[0085] 步骤S140：于可交换电池800的电池管理系统810判断电池端车辆识别数据符合车端车辆识别数据时，允许放电(MOS on)。
[0086] 需说明的是，电池绑定程序是在换电式电动车100处于未通电状态而执行。在可交换电池800被绑定至换电式电动车100之后，电池管理系统810即可允许可交换电池800放电。举例来说，可交换电池800可进一步包含放电开关(图未示)。电池管理系统810配置以控制放电开关开启/关闭，以允许/禁止可交换电池800放电。于一些实施方式中，放电开关为金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)，但本揭露并不以此为限。
[0087] 请进一步参照图6，并配合参照第4、5图，于一些实施方式中，本揭露的电池绑定方法可同时适用于具有ECU的换电式电动车(通过点对点模式)与具有NFC动态标签模块132的换电式电动车100(通过读取模式)。电池绑定方法还包含步骤S210至步骤S240。
[0088] 步骤S210：电池管理系统810经由切换至点对点模式的NFC模块830进行侦测程序。
[0089] 若电池管理系统810于点对点模式侦测到ECU，则尝试与换电式电动车100的ECU建立NFC无线连线(点对点连线)。上述无线连线于建立后即用来传递电池端车辆识别数据至ECU，以供ECU执行验证与电池绑定程序。
[0090] 步骤S220：若未侦测到ECU的存在，则电池管理系统810控制NFC模块830切换至读写模式。
[0091] 步骤S230：电池管理系统810控制切换至读写模式的NFC模块830进行读取程序。
[0092] 若电池管理系统810通过读取模式的NFC模块830感应到NFC动态标签模块132，并读取到车端车辆识别数据，则电池管理系统810执行验证与电池绑定程序。
[0093] 步骤S240：若未读取到NFC动态标签模块132的车端车辆识别数据，则将NFC模块830切换至点对点模式。
[0094] 于一些实施方式中，电池管理系统810于同一模式下连续尝试超过预设时间(如500毫秒、或150毫秒内三次)或超过预设尝试次数(如三十次)仍无法取得车端车辆识别数据时，控制NFC模块830切换模式。
[0095] 请进一步参照图7，并配合参照图5，于一些实施方式中，为了提升安全性，可对电池绑定方法所使用数据进行加密(包含可逆与不可逆加密)。提升安全性的电池绑定方法包含步骤S310至步骤S370。
[0096] 图7相较于图5，步骤S110包含步骤S310，步骤S120包含步骤S320，步骤S130包含步骤S330、340，电池绑定程序包含步骤S350、S360，步骤S140包含步骤S370。
[0097] 步骤S310：维运人员将未绑定的可交换电池800插入至换电式电动车100的电池桶111，以使可交换电池800电性连接电连接器131，并处于NFC动态标签模块132的通信范围内。
[0098] 步骤S320：电池管理系统810通过读取模式由NFC动态标签模块132读取标签识别数据(Tag UID)、车端车辆识别数据的不可逆车端第一部分及可逆车端车辆识别数据。上述不可逆车端第一部分例如为对车端车辆识别数据的第一部分执行不可逆加密处理所获得的加密数据。上述可逆车端车辆识别数据例如为对车端车辆识别数据执行可逆加密处理所获得的加密数据。上述不可逆加密处理可例如为杂凑(Hash)处理。上述可逆加密处理可例如为公开金钥加密、密码加密或其他可逆加密法。
[0099] 步骤S330：电池管理系统810基于自身的电池端车辆识别数据的第一部分执行相同的不可逆加密处理，来计算不可逆电池端第一部分。并且，电池管理系统810比对不可逆车端第一部分与不可逆电池端第一部分是否相符。
[0100] 若不符，则验证失败，不执行后续的电池绑定程序。
[0101] 步骤S340：若相符，电池管理系统810解密可逆车端车辆识别数据来获得车端车辆识别数据。接着执行电池绑定程序。
[0102] 举例来说，电池管理系统810基于自身储存的电池端车辆识别数据计算电池端前缀(Hash)，并将其与由NFC动态标签模块132获得的车端前缀(Hash)进行比较对。若相符，电池管理系统810进一步根据由NFC动态标签模块132获得的车端车辆识别数据(Encrypted)执行解密并计算出电池端车辆识别数据(Decrypted)。
[0103] 步骤S350：于电池绑定程序中，电池管理系统810以车端车辆识别数据的第二部分(如后缀)更新电池端车辆识别数据的第二部分，以使两者相符。
[0104] 步骤S360：于电池绑定程序中，电池管理系统810储存标签识别数据，以供识别、记录和认证。
[0105] 步骤S370：通过执行电池绑定程序，电池端车辆识别数据已与车端车辆识别数据相符。借此，电池管理系统810可完成验证并允许放电。
[0106] 请一并参阅图8，于一些实施方式中，本揭露的电池绑定方法进一步结合循环取电(Milk Run)机制，可让维运人员便捷地取得未绑定状态的可交换电池800，而可便捷地对换电式电动车100(如共享电动车)进行换电。结合循环取电的电池绑定方法还包含步骤S510至步骤S560。
[0107] 步骤S510：维运人员可于路边的换电站200a取得未绑定电池800a(状态正常及/或电量充裕)，并开始寻找有换电需求的换电式电动车100a。
[0108] 步骤S520：维运人员抵达换电式电动车100a所在位置。
[0109] 步骤S530：维运人员取出换电式电动车100a中的绑定电池800b(状态异常及/或低电量)，并以未绑定电池800a替换。接着，未绑定电池800a与换电式电动车100a执行上述验证与电池绑定程序，如步骤S110至步骤S140或步骤S310至步骤S370，以自动绑定并允许供电。
[0110] 步骤S540：维运人员将换下的绑定电池800b携带至邻近的换电站200b，并进行归还。
[0111] 步骤S550：换电站200b将绑定电池800b的数据上传至服务器300。
[0112] 步骤S560：换电站200b于判断绑定电池800b是符合循环取电机制(如用于共享电动车)的电池时，设定新的未绑定电池800a(状态正常及/或电量充裕)，并提供给维运人员。
[0113] 借此，维运人员可通过循环取电机制来快速取得未绑定的可交换电池，并便捷地对换电式电动车进行换电。
[0114] 本揭露的换电式电动车不需ECU也能实现与可交换电池的验证功能，可有效降低成本并达成相同功能。本揭露的用于上述换电式电动车的电池绑定方法可大幅提升维运人员的更换效率。
[0115] 虽然本揭露已以实施方式揭露如上，然其并不用以限定本揭露，任何熟悉此技艺者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭露的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。
