用于自主交通工具的电池管理系统技术方案

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)。

Battery management system for autonomous vehicles

This article discloses the methods, equipment and circuits for the management of high energy density battery (BATT1 151) and high power density battery (BATT2 153) during the operation mode in the autonomous vehicle. Power input can be provided from the first battery (BATT1 151) to the power converter element (320) (VIN 451). During the first operation mode, the first power output (VOUT 453) can be supplied from the power converter element (320) to supply the power to the second battery (BATT2 153) and the independent vehicle. In response to the determination of one or two of the maximum discharge current threshold and minimum voltage threshold of the first battery, a control input can be provided to the power converter element (320) to reduce the first power output. In response to the reduction of the first power output, the second power output (VOUT 453) is supplied from the second battery (BATT2 153) to the autonomous traffic tool during the second operation mode of the plurality of operating modes.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于自主交通工具的电池管理系统
技术介绍
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。
技术实现思路
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。在一些实施例中，所述多个操作模式中的第三操作模式可以包括以下模式中的一种：外部充电模式和再生充电模式。在一些实施例中，所述第一电池包括高能量密度电池，并且所述第二电池包括高功率密度电池。在一些实施例中，所述高能量密度电池可以包括以下电池中的一种：锂离子电池、空气铝电池、燃料电池、太阳能电池、以及一次锂电池，所述高功率密度电池可以包括以下电池中的一种：双层超级电容器、铅酸电池、以及磷酸铁锂电池。在一些实施例中，所述第一电池可以是高能量密度电池，并且所述第二电池可以是高功率密度电池。在一些实施例中，所述多个操作模式中的第一操作模式可以包括平移飞行模式和徘徊飞行模式中的一个。在一些实施例中，所述多个操作模式中的第二操作模式可以包括起飞模式和着陆模式中的一个。一种用于根据各个实施例，管理自主交通工具中的多个操作模式期间的高能量密度电池和高功率密度电池的功率控制元件，可以包括：耦合到第一电池、第二电池和自主交通工具的功率变换器元件。在各个实施例中，所述功率变换器元件可以在所述多个操作模式中的第一操作模式期间，从第一电池接收第一功率输入，向第二电池和所述自主交通工具提供第一功率输出。所述功率控制元件还可以包括耦合到功率变换器元件的处理器。在各个实施例中，所述处理器可以配置有处理器可读指令以执行上面所描述的方法的操作。在各个实施例中，一种用于管理自主交通工具中的多个操作模式期间的高能量密度电池和高功率密度电池的电路，可以包括功率变换器元件和第一电流差放大器电路。第一电流差放大器可以被配置为将第一电池电流信号与最大放电电流门限进行比较，响应于超过该最大放电电流门限，输出第一电池电流差信号。在一些实施例中，用于管理多个操作模式期间的高能量密度电池和高功率密度电池的所述电路还可以包括第一电压差放大器电路，后者可以被配置为将第一电池中的第一电池电压信号与第一电池的最小电压门限进行比较，响应于超过该最小电压门限，输出第一电池电压差信号。在一些实施例中，用于管理多个操作模式期间的高能量密度电池和高功率密度电池的所述电路还可以包括控制信号电路，后者被配置为响应于第一电池电流差信号和第一电池电压差信号中的一个或二者的输出，向所述功率变换器元件提供控制输入以减少第一功率输出。在一些实施例中，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所述自主交通工具供电的第二功率输出。在一些实施例中，用于管理多个操作模式期间的高能量密度电池和高功率密度电池的电路还可以包括电流感测电路，后者可以被配置为感测第一电池中的第一电池电流，响应于感测到第一电池电流，输出第一电池电流信号。在一些实施例中，第一电池电流差信号可以与第一电池电流信号和最大放电电流门限之间的差值成比例。在一些实施例中，该电压差信号可以与第一电池电压和所述最小电压门限之间的差值成比例。在一些实施例中，用于管理多个操作模式期间的高能量密度电池和高功率密度电池的电路还可以包括第二电流差放大器电路，后者可以被配置为将第二电池电流信号与最大充电电流门限进行比较，响应于在向第二电池输出充电功率的所述多个操作模式中的第三操作模式期间超过了所述最大充电电流门限，输出第二电池电流差信号。在一些实施例中，所述电路还可以包括第二电压差放大器电路，后者可以被配置为将第二电池中的第二电池电压与第二电池的最大电压门限进行比较，响应于在所述多个操作模式中的第三操作模式期间超过了所述最小电压门限，输出第二电压差信号。在一些实施例中，所述控制电路可以被配置为响应于第二电池电流差信号和第二电池电压差信号中的一个或二者的输出，向所述功率变换器元件提供所述控制输入以减少针对第二电池的所述充电输出。在一些实施例中，可以响应于针对第二电池的所述充电输出的减少，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输出。在一些实施例中，所述功率变换器元件可以包括以下元件中的一种或二者：部分时间降压变换器、冲跳升压(buck-boost)变换器、全时升压变换器；线性限流器；功率调节器；以及双向功率变换器。附图说明被并入本文并且构成本说明书一部分的附图，描绘了本专利技术的示例性实施例，并且连同上面给出的概括描述以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于管理自主交通工具中的多个操作模式期间的功率的方法，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，从所述功率变换器元件提供第一功率输出以向第二电池和所述自主交通工具供电；判断是否已超过所述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；响应于确定已超过所述第一电池的所述最大放电电流门限和所述最小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所述第一功率输出；以及响应于所述第一功率输出的所述减少，增加在所述多个操作模式中的第二操作模式期间从所述第二电池向所述自主交通工具供电的第二功率输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.16 US 14/855,4751.一种用于管理自主交通工具中的多个操作模式期间的功率的方法，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，从所述功率变换器元件提供第一功率输出以向第二电池和所述自主交通工具供电；判断是否已超过所述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；响应于确定已超过所述第一电池的所述最大放电电流门限和所述最小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所述第一功率输出；以及响应于所述第一功率输出的所述减少，增加在所述多个操作模式中的第二操作模式期间从所述第二电池向所述自主交通工具供电的第二功率输出。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述多个操作模式中的第三操作模式期间，向所述第二电池提供充电功率输出；判断是否已超过所述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；响应于确定已超过所述第二电池的所述最大充电电流门限和所述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所述第二电池的所述充电功率输出；以及响应于针对所述第二电池的所述充电功率输出的所述减少，在所述第三操作模式期间向所述第一电池应用所述充电功率输出。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第三操作模式包括以下模式中的一种：外部充电模式和再生充电模式。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电池包括高能量密度电池，并且所述第二电池包括高功率密度电池。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述高能量密度电池包括以下电池中的一种：锂离子电池、空气铝电池、燃料电池、太阳能电池、以及一次锂电池，以及其中，所述高功率密度电池包括以下电池中的一种：双层超级电容器、铅酸电池、以及磷酸铁锂电池。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一操作模式包括平移飞行模式和徘徊飞行模式中的一个。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二操作模式包括起飞模式和着陆模式中的一个。8.一种用于管理自主交通工具中的多个操作模式期间的功率的功率控制元件，包括：功率变换器元件，其被配置为耦合到自主交通工具中的第一电池和第二电池，所述功率变换器元件被配置为在所述多个操作模式中的第一操作模式期间，从所述第一电池接收第一功率输入并且向所述第二电池和所述自主交通工具提供第一功率输出；以及耦合到所述功率变换器元件的处理器，其配置有处理器可读指令以执行以下操作：判断是否已超过所述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；以及响应于确定已超过所述第一电池的所述最大放电电流门限和所述最小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所述第一功率输出，其中，响应于所述第一功率输出的所述减少，增加在所述多个操作模式中的第二操作模式期间从所述第二电池向所述自主交通工具供电的第二功率输出。9.根据权利要求8所述的功率控制元件，其中，所述处理器还配置有处理器可读指令以用于：判断在将充电功率输出到所述第二电池的所述多个操作模式中的第三操作模式期间，是否已超过所述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；以及响应于确定已超过所述第二电池的所述最大充电电流门限和所述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所述第二电池的所述充电功率输出，其中，响应于针对所述第二电池的所述充电功率输出的所述减少，在所述多个操作模式中的所述第三操作模式期间向所述第一电池应用所述充电功率输出。10.根据权利要求9所述的功率控制元件，其中，所述第三操作模式包括以下模式中的一种：外部充电模式和再生充电模式。11.根据权利要求8所述的功率控制元件，其中，所述第一电池包括高能量密度电池，并且所述第二电池包括高功率密度电池。12.根据权利要求11所述的功率控制元件，其中，所述高能量密度电池包括以下电池中的一种：锂离子电池、空气铝电池、燃料电池、太阳能电池、以及一次锂电池，以及其中，所述高功率密度电池包括以下电池中的一种：双层超级电容器、铅酸电池、...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·H·冯诺瓦克，L·S·艾里什，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US