太阳能电力系统及其方法技术方案

一种太阳能电力系统，其包括太阳能板、负载和电池组群。负载包括可操作地与螺旋桨耦合的电动机。电池组群包括一个或更多个电压可控电池组，所述一个或更多个电压可控电池组中的每一个包括多个电池单元。该电压可控电池组具有与多个电池单元电耦合的刚性印刷电路板，该刚性印刷电路板包括互连连接器，其与第二电压可控电池组的对应的互连连接器电耦合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】太阳能电力系统及其方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年5月13日提交的题为“SolarPowerSystemandMethodThereof”(“太阳能电力系统及其方法”)的美国临时专利申请号62/335,818的优先权，其全部通过参考并入本文。
本专利技术总体上涉及一种太阳能供电飞行器，其包括电池/太阳能控制器和智能可控电池组的阵列，其尤其用于太阳能供电飞行器，更具体地涉及用于太阳能供电飞行器的电力系统，该电力系统包括一个或更多个电池/太阳能控制器和智能可控电池组的阵列，其尤其用于太阳能供电飞行器。本专利技术不限于上述飞行器应用，而是显示了对所述应用特别有用的性能。
技术介绍
过去，许多空中交通工具研究项目已经证明了高空长续航时间太阳能供电飞行器的概念。先前建造和飞行的现有技术的示例是AeroVironment(航空环境公司)飞行器，在Helios(太阳神号)中达到顶点。其中大部分在Hibbs等人的美国专利号5,804,284中进行了描述(以下称Hibbs专利)。Hibbs专利示出了一个非常大的翼展飞行器，使用沿着非常高的纵横比机翼分布的太阳能采集和其他质量(mass)。这允许使用非常轻的翼梁，和在夜间消耗非常低的功率的简单、干净的设计。可以理解的是，夜间电力使用尤其重要，因为存储系统非常繁重。这意味着，即使在夜间提供少量的电力，也必须收集大量的太阳能。在Hibbs专利中给出的示例中，白天必须收集2.5瓦时的电力，以便在夜间提供1瓦时的电力。最近，瑞士远程实验太阳能供电固定翼飞行器阳光动力2号(SolarImpulseII)致力于实现首次环绕地球的航行。阳光动力2号装备了17,248个光伏电池，覆盖机翼顶部、机身和尾翼，总面积为269.5平方米(额定峰值为66千瓦)。阳光动力号使用由太阳能板供电的四个电动机和四个41千瓦时锂离子电池，锂离子电池为每个电动机提供13千瓦(17.4马力(HP))。现有的太阳能电力系统通常依赖于通过最大功率点跟踪器接合到网格或电池系统的太阳能阵列，所述最大功率点跟踪器具有电路组件，该电路组件调节以来自阵列的最大功率被提供给太阳能阵列的负载阻抗或者调节被提供给太阳能阵列的负载阻抗以得到来自阵列的最大功率。然而，这些跟踪器很重、成本高并且减损了来自太阳能阵列的总输出功率。此外，典型的大规模电池系统包括串联连接的电池单元的并联串，这些并联串在相同的电压下工作。现有系统不提供足以控制电压可控组的组级监测和规模控制。另外，这些组通常通过母线和/或线束并联连接，这导致重量和复杂性增加。而且，典型的系统不能控制各种并联串输出电压，并且不能平衡源电流与次级元件。最后，现有的封装电池群减损了整体组的比能密度，并且因此在考虑生产率的同时，不能设计用于支持长续航时间的飞行器。因此，需要一种太阳能电力系统的存在，该太阳能电力系统能够通过提供对电池组和太阳能板的改进的控制来克服现有技术的缺陷。这种太阳能电力系统可以与太阳能供电飞行器一起使用，诸如长续航时间太阳能供电飞行器。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，一种太阳能电力系统，其包括：第一太阳能板和第二太阳能板；负载，该负载包括可操作地与螺旋桨耦合的电动机；第一电池组群和第二电池组群，所述第一电池组群和第二电池组群中的每一个包括一个或更多个电压可控电池组，所述一个或更多个电压可控电池组中的每一个包括多个电池单元；第一源开关和第二源开关，其中第一源开关在第一电池组群和负载之间内联(in-line)电耦合，并且其中第二源开关在第二电池组群和负载之间内联电耦合；以及控制器，其可操作地耦合到所述第一源开关和所述第二源开关中的每一个，所述控制器经配置以选择性地激活或停用所述第一源开关和所述第二源开关中的每一个。在某些方面，所述第一电池组群并联电耦合到所述第一太阳能板。在某些方面，所述第二电池组群并联电耦合到所述第二太阳能板。在某些方面，控制器基于第一电池组群或第二电池组群的荷电状态选择性地激活或停用所述第一源开关和所述第二源开关。在某些方面，控制器基于第一太阳能板或第二太阳能板的最大功率点选择性地激活或停用所述第一源开关和所述第二源开关。在某些方面，控制器选择性地激活所述第一源开关和所述第二源开关两者，以将第一电池组群和第二电池组群设置为相同的电压。在某些方面，控制器在夜间操作期间将第一电池组群和第二电池组群设置为相同的电压。在某些方面，第一电池组群或第二电池组群的一个或更多个电压可控电池组相互并联电耦合。在某些方面，所述一个或更多个电压可控电池组的第一电压可控电池组包括与多个电池单元电耦合的刚性印刷电路板。在某些方面，刚性印刷电路板包括互连连接器，以与第二电压可控电池组的相应的互连连接器电耦合。在某些方面，所述一个或更多个电压可控电池组的第一电压可控电池组包括第一刚性印刷电路板和与多个电池单元电耦合的第二刚性印刷电路板，其中多个电池组定位在所述第一刚性印刷电路板和所述第二刚性印刷电路板之间。在某些方面，所述一个或更多个电压可控电池组的第一电压可控电池组包括具有电源连接器集合、接地连接器集合和数据连接器集合的刚性印刷电路。在某些方面，第一太阳能板定位在第一翼板上并且第二太阳能板定位在第二翼板上。根据本专利技术的第二方面，一种太阳能电力系统，其包括：太阳能板；负载，该负载包括可操作地与螺旋桨耦合的电动机；电池组群，所述电池组群包括一个或更多个电压可控电池组，所述一个或更多个电压可控电池组中的每一个包括多个电池单元，其中所述一个或更多个电压可控电池组中的至少一个包括与多个电池单元电耦合的刚性印刷电路板，该刚性印刷电路板包括互连连接器，以与第二电压可控电池组的相应的互连连接器电耦合。在某些方面，太阳能电力系统进一步包括源开关和可操作地连接到所述源开关的控制器，其中所述源开关在电池组群和负载之间内联电耦合，并且其中控制器经配置以选择性地激活或停用所述源开关。在某些方面，控制器至少部分地基于(a)电池组群的荷电状态或(b)太阳能板的最大功率点来选择性地激活或停用所述源开关。在某些方面，所述一个或更多个电压可控电池组中的至少一个被设置为目标电压以跟踪太阳能板的最大功率点，诸如第一太阳能板或第二太阳能板。在某些方面，所述一个或更多个电压可控电池组中的至少一个包括与多个电池单元电耦合的第二刚性印刷电路板，其中多个电池单元定位在所述第一刚性印刷电路板和所述第二刚性印刷电路板之间。在某些方面，所述一个或更多个电压可控电池组中的至少一个包括集成环境控制系统。根据本专利技术的第三方面，一种用在太阳能电力系统中的电压可控电池组，其包括：多个电池单元；多个互连连接器，以与另一个电压可控电池组电耦合，其中多个互连连接器包括第一电源连接器、第二电源连接器、第一接地连接器、第二接地连接器、第一数据连接器和第二数据连接器；以及刚性印刷电路板，其与多个电池单元和多个互连连接器中的每一个电耦合；其中所述第一电源连接器、所述第一接地连接器和所述第一数据连接器定位在所述刚性印刷电路板的第一侧上，并且其中所述第二电源连接器、所述第二接地连接器和所述第二数据连接器定位在所述刚性印刷电路板的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对。在某些方面，电压可控电池组进一步包括与多个电池单元电耦合的第二刚性印刷电路板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能电力系统，包括：第一太阳能板和第二太阳能板；负载，所述负载包括可操作地与螺旋桨耦合的电动机；第一电池组群和第二电池组群，所述第一电池组群和第二电池组群中的每一个包括一个或更多个电压可控电池组，所述一个或更多个电压可控电池组中的每一个包括多个电池单元；第一源开关和第二源开关，其中所述第一源开关在所述第一电池组群和所述负载之间内联电耦合，并且其中所述第二源开关在所述第二电池组群和所述负载之间内联电耦合；以及控制器，其可操作地耦合到所述第一源开关和所述第二源开关中的每一个，所述控制器经配置以选择性地激活或停用所述第一源开关和所述第二源开关中的每一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.13 US 62/335,8181.一种太阳能电力系统，包括：第一太阳能板和第二太阳能板；负载，所述负载包括可操作地与螺旋桨耦合的电动机；第一电池组群和第二电池组群，所述第一电池组群和第二电池组群中的每一个包括一个或更多个电压可控电池组，所述一个或更多个电压可控电池组中的每一个包括多个电池单元；第一源开关和第二源开关，其中所述第一源开关在所述第一电池组群和所述负载之间内联电耦合，并且其中所述第二源开关在所述第二电池组群和所述负载之间内联电耦合；以及控制器，其可操作地耦合到所述第一源开关和所述第二源开关中的每一个，所述控制器经配置以选择性地激活或停用所述第一源开关和所述第二源开关中的每一个。2.根据权利要求1所述的太阳能电力系统，其中所述第一电池组群并联电耦合到所述第一太阳能板。3.根据权利要求2所述的太阳能电力系统，其中所述第二电池组群并联电耦合到所述第二太阳能板。4.根据权利要求3所述的太阳能电力系统，其中所述控制器基于所述第一电池组群或所述第二电池组群的荷电状态来选择性地激活或停用所述第一源开关和所述第二源开关。5.根据权利要求3所述的太阳能电力系统，其中所述控制器基于所述第一太阳能板或所述第二太阳能板的最大功率点来选择性地激活或停用所述第一源开关和所述第二源开关。6.根据权利要求3所述的太阳能电力系统，其中所述一个或更多个电压可控电池组中的至少一个被设置为目标电压以跟踪所述第一太阳能板或所述第二太阳能板的所述最大功率点。7.根据权利要求3所述的太阳能电力系统，其中所述控制器选择性地激活所述第一源开关和所述第二源开关两者，以将所述第一电池组群和所述第二电池组群设置为相同的电压。8.根据权利要求7所述的太阳能电力系统，其中所述控制器经配置以在夜间操作期间将所述第一电池组群和所述第二电池组群设置为相同的电压。9.根据权利要求1所述的太阳能电力系统，其中所述第一电池组群或第二电池组群的所述一个或更多个电压可控电池组互相并联电耦合。10.根据权利要求1所述的太阳能电力系统，其中所述一个或更多个电压可控电池组的第一电压可控电池组包括与所述多个电池单元电耦合的刚性印刷电路板。11.根据权利要求4所述的太阳能电力系统，其中所述刚性印刷电路板包括互连连接器，以与第二电压可控电池组的对应的互连连接器电耦合。12.根据权利要求1所述的太阳能电力系统，其中所述一个或更多个电压可控电池组的第一电压可控电池组包括第一刚性印刷电路板和与所述多个电池单元电耦合的第二刚性印刷电路板，其中所述多个电池单元定位在所述第一刚性印刷电路板和所述第二刚性印刷电路板之间。13.根据权利要求1所述的太阳能电力系统，其中所述一个或更多个电压可控电池组的第一电压可控电池组包括具有电源连接器集合、接地连接器集合、和数据连接器集合的刚性印刷电路。14.根据权利要求1所述的太阳能电力系统，其中所述第一太阳能板定位在第一翼板上并且第二太阳能板定位在第二翼板上。15.一种太阳能电力系统，其包括：太阳能板；负载，所述负载包括可操作地与螺旋桨耦合的电动机；电池组群，所述电池组群包括一个或更多个电压可控电池组，所述一个或更多个电压可控电池组中的每一个包括多个电池单元，其中所述一个或更多个电压可控电池组中的至少一个包括与所述多个电池单元电耦合的刚性印刷电路板，所述刚性印刷电路板包括互连连接器，以与第二电压可控电池组的相应的互连连接器电耦合。16.根据权利要求15所述的太阳能电力系统，进一步包括源开关和可操作地耦合到所述源开关的控制器，其中所述源开关在所述电池组群和所述负载之间内联电耦合，并且其中所述控制器经配置以选择性地激活或停用所述源开关。17.根据权利要求15所述的太阳能电力系统，其中所述电池组群并联电耦合到所述太阳能板。18.根据权利要求15所述的太阳能电力系统，其中所述控制器至少部分地基于(a)所述电池组群的荷电状态或(b)所述太阳能板的最大功率点来选择性地激活或停用所述源开关。19.根据权利要求15所述的太阳能电力系统，其中所述一个或更多个电压可控电池组中的至少一个被设置为目标电压以跟踪所述太阳能板的最大功率点。20.根据权利要求15所述的太阳能电力系统，其中所述一个或更多个电压可控电池组中的所述至少一个包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·S·埃尔曼特劳特，
申请(专利权)人：极光飞行科学公司，
类型：发明
国别省市：美国,US