[發明專利]用于自主交通工具的電池管理系統

在審

• 申請號: 201680053326.8
• 申請日: 2016-07-25
• 公開（公告）號: CN108367685A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: W·H·馮諾瓦克;L·S·艾里什
• 申請（專利權）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: B60L11/18
• 分類號: B60L11/18;B64C39/02;H02J1/10
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 張立達;王英

本文公開了用于在自主交通工具中的操作模式期間，管理高能量密度電池(BATT1 151)和高功率密度電池(BATT2 153)的方法、設備和電路。可以從第一電池(BATT1 151)向功率變換器元件(320)提供功率輸入(VIN 451)。可以第一操作模式期間，可以從功率變換器元件(320)提供第一功率輸出(VOUT 453)以向第二電池(BATT2 153)和自主交通工具供電。可以響應于確定已超過第一電池的最大放電電流門限和最小電壓門限中的一個或二者，可以向功率變換器元件(320)提供控制輸入以減少第一功率輸出。可以響應于第一功率輸出的減少，增加在所述多個操作模式中的第二操作模式期間從第二電池(BATT2 153)向自主交通工具供電的第二功率輸出(VOUT 453)。

背景技術

隨著無人飛行器(UA)、無人駕駛飛機(UAV)、無人機和其它形式的自主交通工具(本文通常稱為“自主交通工具”或“自主交通工具群”)的使用變得越來越普遍，管理用于為自主交通工具提供動力的電池電量變得越來越重要。

許多自主交通工具(例如，多旋翼無人機、四軸直升機式無人機等等)由電動馬達或者使用電力的其它馬達(例如，或者混合動力驅動系統)驅動。自主交通工具的驅動系統通常由電池組進行供電。自主交通工具通常具有較高的整體能量需求，特別是對于長時間飛行和/或涉及延長的徘徊時間的飛行而言。考慮到許多預期的飛行條件的能量需求，多旋翼自主交通工具需要足夠的存儲能量以保持一定的時間長度。考慮到對預期狀況的能量需求，固定翼自主交通工具需要足夠的能量才能到達并返回其目的地。在諸如起飛、操縱等等操作期間，自主交通工具也可能具有高瞬時功率要求。高的整體能量和高的瞬時功率要求的組合，對電池設計方案和電池管理系統帶來一些挑戰。對于電池設計方案和管理目的而言，較高的整體能量需求和較高的瞬時功率需求會造成設計方案沖突和折衷。

在許多電池化學成分和電池設計方案中，大多數必須在能量密度和功率密度之間進行權衡。鋰離子電池設計可以通過增加電極厚度來使能量密度最大化，從而允許在電池內具有更多的活性材料。但是，增加電極厚度會增加電極電阻并降低功率密度，這是因為使用這種設計方案無法快速地從電池獲取電力。自主交通工具電池設計必須支持代表巡航速度(例如，對于固定翼自主交通工具)或者靜止懸停(例如，對于旋翼自主交通工具)的穩定能量消耗以及支持峰值功率要求的沖突需求。使飛行時間或者距離最大化的高能量密度電池化學成分/設計，可能超過諸如設計的在峰值高功率消耗(例如，在起飛、操縱等等)期間的功率密度限制。

發明內容

各個實施例包括用于在自主交通工具中的多個操作模式期間管理高能量密度電池和高功率密度電池的方法、用于實現這些方法的設備以及電路。各個實施例可以包括：從第一電池向功率變換器元件提供功率輸入；在所述多個操作模式中的第一操作模式期間，提供從功率變換器元件向第二電池和自主交通工具供電的第一功率輸出；判斷是否已超過第一電池的最大放電電流門限和最小電壓門限中的一個或二者；響應于確定已超過第一電池的最大放電電流門限和最小電壓門限中的一個或二者，向功率變換器元件提供控制輸入以減少第一功率輸出；響應于第一功率輸出的減少，增加在所述多個操作模式中的第二操作模式期間從第二電池向自主交通工具供電的第二功率輸出。

此外，一些實施例還可以包括：在所述多個操作模式中的第三操作模式期間，向第二電池提供充電功率輸出；判斷是否已超過第二電池的最大充電電流門限和最大電壓門限中的一個或二者；響應于確定已超過第二電池的最大充電電流門限和最大電壓門限中的一個或二者，向所述功率變換器元件提供控制輸入以減少針對第二電池的充電功率輸出；響應于針對第二電池的充電功率輸出的減少，在所述多個操作模式中的第三操作模式期間向第一電池應用所述充電功率輸出。