飞行器电池系统和包括飞行器电池系统的飞行器技术方案

用于无人驾驶和有人驾驶的电动飞行器的电池模块包括两个平面衬底，其间固定有电化学电池单元以形成承重结构组件，从该承重结构组件可以构造具有更大耐久性的飞行器。电池单元可以被取向为垂直或平行于衬底，并且在后一种情况下，衬底可以包括将电池单元配合到其中的槽。可以通过粘合剂、焊接、焊合等以及通过机械张紧器将电池单元固定到衬底上。可以将电池模块形成为诸如机翼之类的飞行器部件的形状。公开了飞行器的臂和其他部件由这种电池模块构成的多旋翼飞行器。

Aircraft Battery System and Aircraft Including Aircraft Battery System

Battery modules for unmanned and manned electric vehicles include two planar substrates, in which electrochemical cell units are fixed to form load-bearing structural components from which more durable aircraft can be constructed. The cell may be oriented vertically or parallel to the substrate, and in the latter case, the substrate may include a slot in which the cell is fitted. Battery cells can be fixed to the substrate by adhesives, welding, bonding, and mechanical tensioners. Battery modules can be formed into the shape of aircraft components such as wings. The arms and other components of the aircraft are disclosed as multi-rotor aircraft consisting of such battery modules.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】飞行器电池系统和包括飞行器电池系统的飞行器相关申请的交叉引用本申请要求于2016年9月25日提交的题为“飞行器能量存储系统(AircraftEnergyStorageSystem)”的美国临时专利申请号62/399,431的优先权、以及于2016年9月25日提交的题为“多旋翼飞行器(MultirotorAircraft)”的美国临时专利申请号62/399,470的优先权、以及于2017年3月9日提交的题为“多旋翼飞行器电池架构(MultirotorAircraftBatteryArchitecture)”的美国临时专利申请号62/469,201的优先权，以及于2017年3月9日提交的题为“用于电动飞行器和无人机的结构与成型电池(StructuralandProfiledBatteryforElectricAircraftandDrones)”的美国临时专利申请号62/469,262的优先权、以及于2017年3月9日提交的题为“用于电动飞行器和UAV的结构电池(StructuralBatteryforElectricAircraftandUAVs)”的美国临时专利申请号62/469,324的优先权，五个全部通过引用整体并入本文。
本专利技术属于电动飞行器领域，并且更具体地涉及包括电池模块的承重复合结构，该电池模块使这些飞行器更轻并且能够存储更大量的能量以获得更大的耐久性。
技术介绍
目前，电动飞行器既为人类运输也为更熟悉的无人驾驶飞行器系统(UAS)而存在，其有时也被称为无人驾驶空中交通工具(UAV)或仅仅就称为“无人机”，在本文中其将被统称为电动飞行器。如燃烧燃料提供功率的飞行器一样，电动飞行器受到它们能承载的能量和自身重量的限制。因此，电动飞行器设计寻求最小化飞行器重量并最大化电源的存储的能量含量(通常是电池集合)。改进针对飞行器的以Wh/kg测量的存储的能量含量与质量比(有时称为比能)将允许飞行器承载更大的有效载荷、在空中维持更长时间、穿越更远的距离或这些的某种组合。一类UAV是多旋翼飞行器。目前的商用多旋翼飞行器(具有四个旋翼的四轴飞行器是常见示例)实现了大约20-30分钟级的悬停耐久性。这些耐久性由于这些交通工具的高功率要求和相对低的单元质量/总交通工具质量比的组合而受到限制，部分由于所需的高功率电池单元的低能量密度。通过增加飞行器比能来改进电动飞行器的所有应用，飞行器比能实现了电池单元的较低放电率，而这通常改进了电池单元的寿命。今天的多旋翼飞行器通常共享共同的设计：三个或更多个旋翼，每个旋翼由其自己的电机提供动力，与交通工具的质心相距一定距离，全部由在质心处或在其附近的中央能量存储系统(通常为锂离子聚合物型电池)供电。然而，一些替代设计将分离的电池放置在电机/旋翼对下方的机舱中。通常由塑料或复合材料制成的壳体或梁在每个旋翼和中心毂之间支撑结构载荷，其可以包括有效载荷和/或能量存储系统。导线或印刷电路板(PCB)通常被用来将电流从中央能量存储系统承载到若干电机。用于电动交通工具的电池组已经在主汽车制造商中变得普遍，并且使用电池组或电池单元来为现有结构提供刚性或提供碰撞吸收的许多专利已被提交。换言之，在一些先前的申请中，电池的结构已被用来增强现有的承重结构，但在任何情况下，电池结构都未用作唯一的承重结构。
技术实现思路
用于在电动飞行器中使用的本专利技术的示例性电池模块包括第一平面衬底，基本上平行于第一平面衬底配置的第二平面衬底，以及被固定到第一和第二平面衬底之间的多个电化学电池单元。在这些实施例的一些中，第一和第二平面衬底各自限定平面，并且电池单元被布置成其纵轴平行于平面衬底的平面。在这些实施例的一些中，第一平面衬底包括矩形槽阵列，并且电池单元与槽啮合。即，电池单元纵向配合到槽中，并且在一些实例中突出穿过槽。在进一步的实施例中，第一和第二平面衬底各自限定平面，并且电池单元被布置成其纵轴垂直于平面衬底的平面。在这些实施例的一些中，第一平面衬底包括孔口，并且一些电池单元被配置穿过那些孔口，其中孔口的尺寸适合于电池单元的横截面，使得圆柱形电池单元将与圆形孔口啮合。在各种实施例中，平面衬底包括PCB，但是可以使用其他轻质衬底。简单的电池模块可以由平坦的且矩形的平面衬底装配，但是电池模块也可以由非矩形平面衬底构成。被设计成适合复杂体积的电池模块可以由具有不同形状(诸如翼型肋)的平面衬底来创建。可以将平面衬底形成为诸如机身表面的弯曲表面。也可以将平面衬底形成为具有多旋翼飞行器的覆盖区域或平面形状。在示例性电池模块的各种实施例中，第一平面衬底包括金属层，金属层具有由金属层中的间隙限定在其中的隔离部分，其中第一平面衬底包括多个端子，每个端子被配置用于实现到多个电化学电池单元中的一个的电连接。例如，平面衬底可以是具有图案化铜层的PCB。端子可以包括例如被限定在金属层内并且紧邻穿过PCB的孔的接合焊盘。在这些实施例的一些中，接合焊盘由熔丝电连接到金属层。而且，在端子包括孔的一些实施例中，多个电池单元的电池单元穿过孔诸如通过金属带与衬底的金属层电接触，该金属带被配置穿过孔并且电连接到电池单元和金属层二者。在备选实施例中，平面衬底可以在两侧上或仅在一侧上和/或在嵌入层上具有金属层。金属层既可以将电流从电池单元传导到电机和其他组件，也可以传达监视和控制信号。用于示例性电池模块的合适的电池单元包括18650格式，但是可以采用其他圆柱形和非圆柱形电池单元。在各种实施例中，利用粘合剂将电池单元固定到一个或两个平面衬底上，粘合剂将每个电池单元粘附到相应的衬底上。在这些实施例中的一些实施例中，电池单元的罐的底部平坦地粘靠平面衬底，而在其他实施例中，将沿着罐的长度的纵向线粘附到平面衬底，或者可以将电池单元插入穿过平面衬底中的孔口并且粘附在由两者的交叉所限定的圆周上。同样地，平面衬底可以包括电池单元配合在其中的矩形槽，并且电池单元可以沿着矩形的至少长边粘附到平面衬底。可以使用导电粘合剂，并且可以使用焊接和焊合来代替粘合剂。电池单元的顶盖也可以可选地被粘附、焊合或焊接到平面衬底上。在连结是导电的情况下，到顶盖的连结可以用作金属层和电池单元的正极之间的连接；到罐的肩部、侧面或底部的连结可以提供另一金属层和电池单元的负极之间的连接。电连接也可以以其他方式来实现，诸如已经指出过的带或导线之类的。在进一步的实施例中，相反通过被附接到两个平面衬底的张紧器来将电池单元固定在平面衬底之间，其中张紧器跨在两个平面衬底之间以向电池单元提供压缩载荷。张紧器还可以与通过粘合剂的接合、焊合或焊接结合使用。各种实施例可以包括被配置在平面衬底中的一个平面衬底或两者上或配置在次衬底上的一个或多个分立组件。分立组件可以包括例如传感器、连接器和集成电路(IC)。仅作为两个示例，IC可以包括充电控制器或微控制器。用于在电动飞行器中使用的本专利技术的其他示例性电池模块由第一平面衬底、基本上平行于第一平面衬底配置的第二平面衬底和被固定到第一和第二平面衬底及其之间的多个电化学电池单元组成或基本上由其组成。本专利技术的其他示例性电池模块包括许多基本平行的平面衬底和被固定到多个平面衬底的每两个相邻平面衬底及其之间的电化学电池单元层，或者由其组成或基本上由其组成，其中平面衬底包括金属层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在电动飞行器中使用的电池模块，所述模块包括：第一平面衬底；基本上平行于所述第一平面衬底配置的第二平面衬底；以及被固定到所述第一平面衬底和所述第二平面衬底并且在所述第一平面衬底和所述第二平面衬底之间的多个电化学电池单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.25 US 62/399,431;2016.09.25 US 62/399,470;1.一种用于在电动飞行器中使用的电池模块，所述模块包括：第一平面衬底；基本上平行于所述第一平面衬底配置的第二平面衬底；以及被固定到所述第一平面衬底和所述第二平面衬底并且在所述第一平面衬底和所述第二平面衬底之间的多个电化学电池单元。2.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述第一平面衬底和所述第二平面衬底各自限定平面，并且其中所述电化学电池单元被布置成其纵轴平行于所述平面衬底的所述平面。3.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中所述第一平面衬底包括基本上矩形的槽，并且所述电化学电池单元与所述槽啮合。4.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述第一平面衬底和所述第二平面衬底各自限定平面，并且其中所述电化学电池单元被布置成其纵轴垂直于所述平面衬底的所述平面。5.根据权利要求4所述的电池模块，其中所述第一平面衬底包括孔口，并且所述多个电化学电池单元中的一些电化学电池单元被配置穿过所述孔口。6.根据权利要求1-4中任一项或权利要求5所述的电池模块，其中所述第一平面衬底包括金属层，所述金属层具有通过所述金属层中的间隙被限定在所述金属层中的隔离部分，其中所述第一平面衬底包括多个端子，每个端子被配置用于实现到所述多个电化学电池单元中的一个电化学电池单元的电连接。7.根据权利要求6所述的电池模块，其中所述第一平面衬底上的所述金属层被配置在所述第一平面衬底的背离所述多个电化学电池单元的一侧上，并且所述多个端子中的端子包括穿过所述第一平面衬底的孔。8.根据权利要求7所述的电池模块，其中所述端子还包括被限定在第一印刷电路板的所述金属层中的接合焊盘，并且其中所述接合焊盘由熔丝电连接到所述第一印刷电路板的所述金属层。9.根据权利要求7所述的电池模块，其中所述多个电化学电池单元的电化学电池单元通过所述第一平面衬底的所述端子的所述孔来与所述第一平面衬底的所述金属层电接触。10.根据权利要求9所述的电池模块，其中所述电化学电池单元通过金属带穿过所述孔来与所述金属层电接触，所述金属带被配置穿过所述孔并且被电连接到所述电化学电池单元和所述金属层二者。11.根据权利要求1-9中任一项或权利要求10所述的电池模块，其中所述第一平面衬底和所述第二平面衬底具有非矩形覆盖区域。12.根据权利要求11所述的电池模块，其中所述覆盖区域包括翼型肋。13.根据权利要求11所述的电池模块，其中所述覆盖区域包括多旋翼飞行器覆盖区域。14.根据权利要求1-12中任一项或权利要求13所述的电池模块，其中所述电化学电池单元利用粘合剂被固定到所述第一平面衬底，所述粘合剂将每个电池单元粘附到所述第一平面衬底。15.根据权利要求1-13中任一项或权利要求14所述的电池模块，其中所述多个电化学电池单元的所述电化学电池单元通过被附接到所述第一平面衬底和所述第二平面衬底两者的张紧器而被固定在所述第一平面衬底和所述第二平面衬底之间，其中所述张紧器跨越所述第一平面衬底和所述第二平面衬底之间，以向所述电化学电池单元提供压缩载荷。16.根据权利要求1-14中任一项或权利要求15所述的电池模块，还包括被配置在所述第一平面衬底上的分立电气组件。17.根据权利要求1-15中任一项或权利要求16所述的电池模块，还包括风扇，所述风扇被配置为在所述多个电化学电池单元之间移动空气。18.根据权利要求1-16中任一项或权利要求17所述的电池模块，其中所述第一平面衬底和所述第二平面衬底包括印刷电路板。19.根据权利要求1-17中任一项或权利要求18所述的电池模块，其中所述电化学电池单元包括18650格式。20.根据权利要求1-18中任一项或权利要求19所述的电池模块，其中所述电化学电池单元利用粘合剂、焊物或焊料被固定到所述平面衬底。21.一种用于在电动飞行器中使用的电池模块，所述模块基本上由下列部分组成：第一平面衬底；基本上平行于所述第一平面衬底配置的第二平面衬底；以及被固定到所述第一平面衬底和所述第二平面衬底并且在所述第一平面衬底和所述第二平面衬底之间的多个电化学电池单元。22.一种用于在电动飞行器中使用的电池模块，所述模块包括：基本上平行的多个平面衬底；以及被固定到所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·S·戈雷，
申请(专利权)人：探索未知航空航天公司，
类型：发明
国别省市：美国,US