[发明专利]用于自主交通工具的电池管理系统

说明书

本文公开了用于在自主交通工具中的操作模式期间，管理高能量密度电池(BATT1 151)和高功率密度电池(BATT2 153)的方法、设备和电路。可以从第一电池(BATT1 151)向功率变换器元件(320)提供功率输入(VIN 451)。可以第一操作模式期间，可以从功率变换器元件(320)提供第一功率输出(VOUT 453)以向第二电池(BATT2 153)和自主交通工具供电。可以响应于确定已超过第一电池的最大放电电流门限和最小电压门限中的一个或二者，可以向功率变换器元件(320)提供控制输入以减少第一功率输出。可以响应于第一功率输出的减少，增加在所述多个操作模式中的第二操作模式期间从第二电池(BATT2 153)向自主交通工具供电的第二功率输出(VOUT 453)。

背景技术

随着无人飞行器(UA)、无人驾驶飞机(UAV)、无人机和其它形式的自主交通工具(本文通常称为“自主交通工具”或“自主交通工具群”)的使用变得越来越普遍，管理用于为自主交通工具提供动力的电池电量变得越来越重要。

许多自主交通工具(例如，多旋翼无人机、四轴直升机式无人机等等)由电动马达或者使用电力的其它马达(例如，或者混合动力驱动系统)驱动。自主交通工具的驱动系统通常由电池组进行供电。自主交通工具通常具有较高的整体能量需求，特别是对于长时间飞行和/或涉及延长的徘徊时间的飞行而言。考虑到许多预期的飞行条件的能量需求，多旋翼自主交通工具需要足够的存储能量以保持一定的时间长度。考虑到对预期状况的能量需求，固定翼自主交通工具需要足够的能量才能到达并返回其目的地。在诸如起飞、操纵等等操作期间，自主交通工具也可能具有高瞬时功率要求。高的整体能量和高的瞬时功率要求的组合，对电池设计方案和电池管理系统带来一些挑战。对于电池设计方案和管理目的而言，较高的整体能量需求和较高的瞬时功率需求会造成设计方案冲突和折衷。

在许多电池化学成分和电池设计方案中，大多数必须在能量密度和功率密度之间进行权衡。锂离子电池设计可以通过增加电极厚度来使能量密度最大化，从而允许在电池内具有更多的活性材料。但是，增加电极厚度会增加电极电阻并降低功率密度，这是因为使用这种设计方案无法快速地从电池获取电力。自主交通工具电池设计必须支持代表巡航速度(例如，对于固定翼自主交通工具)或者静止悬停(例如，对于旋翼自主交通工具)的稳定能量消耗以及支持峰值功率要求的冲突需求。使飞行时间或者距离最大化的高能量密度电池化学成分/设计，可能超过诸如设计的在峰值高功率消耗(例如，在起飞、操纵等等)期间的功率密度限制。

发明内容

各个实施例包括用于在自主交通工具中的多个操作模式期间管理高能量密度电池和高功率密度电池的方法、用于实现这些方法的设备以及电路。各个实施例可以包括：从第一电池向功率变换器元件提供功率输入；在所述多个操作模式中的第一操作模式期间，提供从功率变换器元件向第二电池和自主交通工具供电的第一功率输出；判断是否已超过第一电池的最大放电电流门限和最小电压门限中的一个或二者；响应于确定已超过第一电池的最大放电电流门限和最小电压门限中的一个或二者，向功率变换器元件提供控制输入以减少第一功率输出；响应于第一功率输出的减少，增加在所述多个操作模式中的第二操作模式期间从第二电池向自主交通工具供电的第二功率输出。

此外，一些实施例还可以包括：在所述多个操作模式中的第三操作模式期间，向第二电池提供充电功率输出；判断是否已超过第二电池的最大充电电流门限和最大电压门限中的一个或二者；响应于确定已超过第二电池的最大充电电流门限和最大电压门限中的一个或二者，向所述功率变换器元件提供控制输入以减少针对第二电池的充电功率输出；响应于针对第二电池的充电功率输出的减少，在所述多个操作模式中的第三操作模式期间向第一电池应用所述充电功率输出。