使用光学估计的电源监控系统技术方案

描述了用于对电池的电荷状态或健康状态进行光学监控的系统和对应方法。例如，所述电池监控系统可以包括成像设备，所述成像设备捕获所述电池的单元的图像并基于观察到的随时间的尺寸变化（例如，相对于参考标记）来确定所述单元的电荷状态。也可以针对因热应变引起的尺寸变化来校正所述观察到的尺寸变化。另外，可以通过比较所述单元中的每一个随时间的所述尺寸变化来确定所述电池的各个单元的健康状态。此外，可以例如基于所述电池的预期运行持续时间和/或基于当前的电荷状态或健康状态而以各种频率捕获所述图像。

Power monitoring system using optical estimation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用光学估计的电源监控系统优先权本申请要求2017年3月29日提交的名称为“PowerSupplyMonitoringSystemUsingOpticalEstimation”的美国申请No.15/472,639的权益，该申请全文以引用方式并入本文。
技术介绍
电池越来越多地用于车辆（诸如电动汽车）和飞行器（包括自主或无人驾驶飞行器）。当使用电池作为车辆的主电源时，希望了解电池的电荷状态以避免车辆意外断电并失控。用于测量电池的电荷状态的现有系统可能会给车辆增加额外的部件、重量和复杂性。因此，希望能够在部件、重量和复杂性增加最小的情况下监控电池的电荷状态。附图简要说明参考附图描述具体实施方式。在附图中，附图标记的最左边的数字标识首先出现附图标记的图形。在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的部件或特征。图1是根据一种实施方式的飞行器的俯视图的示意图。图2是根据一种实施方式的电源监控系统的示意图。图3是根据一种实施方式的另一个电源监控系统的示意图。图4是根据一种实施方式的电池的电荷状态序列的示意图。图5A至图5B是根据一种实施方式的示出示例性电池电荷状态监控过程的流程图。图6A至图6B是根据一种实施方式的示出示例性电池健康状态监控过程的流程图。图7是根据一种实施方式的示出示例性电池监控频率确定过程的流程图。图8是根据一种实施方式的示出示例性飞行器控制系统的各种部件的框图。虽然本文以实例的方式描述了实施方式，但本领域技术人员将认识到，这些实施方式不限于所描述的实例或附图。应当理解，附图和对其的详细描述并非旨在将实施方式限制为所公开的特定形式，相反，其意图是覆盖落入由所附权利要求限定的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。本文使用的标题仅用于组织目的，并不意味着用于限制说明书或权利要求的范围。如贯穿本申请所使用的，词语“可以”以允许的意义使用（即，意味着具有潜力），而不是以强制的意义使用（即，意味着必须）。类似地，词语“包括/包含(include/including/includes)”意味着包括但不限于。具体实施方式本公开描述了用于监控电源的电荷状态和/或健康状态的电源监控系统和对应方法。例如，电源（例如电池，其包括一个或多个堆叠的电化学单元）可以是飞行器的部件。电池可以定位在插座或壳体内，并且壳体可以包括一个或多个参考标记，该一个或多个参考标记各自与电池的对应的电化学单元（例如，对应的电化学单元的边缘）对齐。监控系统可以包括成像设备，该成像设备捕获堆叠的电化学单元和对应的参考标记的图像。可以使用图像识别技术来识别堆叠的电化学单元的边缘和对应的参考标记。至少部分地基于所捕获图像内的所识别的边缘和参考标记，可以使用距离估计技术来确定一个或多个电化学单元的尺寸（例如，物理大小）和/或尺寸变化（例如，物理大小的增加或减少）。可以使用所确定的尺寸和/或尺寸变化来估计电池的一个或多个电化学单元的电荷状态和/或健康状态。在一些实施例中，监控系统还可以包括光源，以便于成像设备捕获电化学单元和对应的参考标记的图像。例如，光源可以是与成像设备分开的部件，也可以形成成像设备的一部分。光源可以提供可见光谱中的光、红外光谱中的光、其他波长的光或它们的组合。另选地或除此之外，壳体可以包括一个或多个开口或透明/半透明表面，以允许来自壳体环境的自然光、环境光或外部光进入而便于捕获图像。在其他实施例中，作为对壳体上的一个或多个参考标记的补充或替代，可以使用一个或多个应变仪来确定电池的一个或多个电化学单元的尺寸变化。例如，堆叠的电化学单元可以通过一个或多个保持器（例如，带、条带、夹具等）保持在壳体内的适当位置，该一个或多个保持器向这些单元施加目标压力以在两者间导电。保持器可以是顺应性的以允许这些单元在充电和放电期间膨胀和收缩，同时基本上保持施加到这些单元的目标压力。一个或多个应变仪可以定位在保持器上以测量保持器的尺寸变化，从而测量这些单元的尺寸变化。除此之外或另选地，可以将一个或多个应变仪应用于每个电化学单元，以便测量每个单元的尺寸变化。可以使用所测量的尺寸变化来估计电池的一个或多个电化学单元的电荷状态和/或健康状态。此外，监控系统可以确定因温度变化引起的一个或多个电化学单元的尺寸变化的一部分（例如，热应变）。例如，监控系统可以包括与电化学单元中的一个或多个相关联的温度传感器。可以测量温度并将其与一个或多个单元的所捕获的图像或应变仪测量值相关联，从而可以确定因温度或温度变化引起的尺寸变化。除此之外或另选地，成像设备和/或光源可以利用红外光，在这种情况下，可以根据所捕获的图像的红外或热成像数据确定与所捕获的图像相关联的温度。然后，可以校正一个或多个单元的所确定的尺寸和/或尺寸变化以补偿热应变。电池的电化学单元的电荷状态一般可以指电化学单元的电荷水平，例如在0%（无电荷）和100%（全电荷）之间。在一些实施例中，可以例如通过至少参考已知电荷状态下单元的已知尺寸，根据单元的所确定尺寸来确定电化学单元的电荷状态。另外，可以例如通过至少参考单元的尺寸随时间的已知变化率，根据单元的尺寸随时间的变化来确定电化学单元的电荷状态。例如，在全电荷状态和零电荷状态之间可以观察到电源（或电源的各个单元）的总尺寸的约2%至3%的尺寸变化。另外，尺寸变化可以随着电荷状态而近似线性地增加或减少。在一些实施例中，电源可以表现出大于或小于电源（或电源的各个单元）的总尺寸的约2%至3%的尺寸变化。电化学单元的健康状态一般可以指单元相对于其理想规格的状况，例如，在0%（不满足其任何理想规格）和100%（完全满足其所有理想规格）之间。健康状态可以包括一个或多个参数，诸如容量、电阻、阻抗、电导、电压等。在一些实施例中，可以根据单元随时间的尺寸变化与其他类似单元随时间的相应尺寸变化和/或其他具有理想规格的类似单元的已知尺寸变化之间的比较来确定电化学单元的健康状态。例如，可以将在充电和/或放电期间相对于其他类似单元的物理尺寸的相应变化表现出更大的物理尺寸变化的单元确定为具有较低的健康状态（例如，容量减少）。在另外的实施例中，监控系统可以以确定的频率（例如，每5-10秒或其他频率）捕获图像或接收应变仪测量值。所确定的频率可以基于电池的预期运行持续时间（例如，30分钟）。除此之外或另选地，监控系统可以以变化的频率捕获图像或接收应变仪测量值。例如，监控系统可以以所确定的第一频率捕获图像或接收数据，并且在电池的电荷状态达到或超过所确定的阈值时，监控系统可以以所确定的第二频率捕获图像或接收数据。更具体地，如果电池正在放电并且已经超过阈值电荷状态20%，则监控系统可以增加捕获图像或接收数据的频率。同样，如果电池正在充电并且已经超过阈值电荷状态20%，则监控系统可以减少捕获图像或接收数据的频率。监控频率的其他阈值、阈值数量以及相关联的增加或减少也可以用本文描述的监控系统和方法来实现。图1示出了根据一种实施方式的飞行器100的俯视图的示意图。如图所示，飞行器100包括围绕飞行器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池监控系统，其包括：/n电池，所述电池包括多个堆叠单元；/n壳体，所述壳体配置为接纳所述电池，所述电池的第一端耦合至所述壳体的安装表面，并且所述壳体包括与所述电池的第二端相关联的至少一个参考标记，所述第二端与所述第一端相对；/n成像设备，所述成像设备配置为捕获包括所述电池的所述第二端和所述至少一个参考标记的图像；以及/n控制器，所述控制器与所述成像设备通信，所述控制器配置为至少：/n指示所述成像设备在第一时间捕获包括所述电池的所述第二端和所述至少一个参考标记的第一图像；/n至少部分地基于所述第一图像来确定所述电池的所述第二端相对于所述至少一个参考标记的第一位置；/n指示所述成像设备在第二时间捕获包括所述电池的所述第二端和所述至少一个参考标记的第二图像；/n至少部分地基于所述第二图像来确定所述电池的所述第二端相对于所述至少一个参考标记的第二位置；/n确定所述第一位置和所述第二位置之间的位置差；以及/n至少部分地基于所述位置差来计算所述电池的电荷状态。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170329 US 15/4726391.一种电池监控系统，其包括：
电池，所述电池包括多个堆叠单元；
壳体，所述壳体配置为接纳所述电池，所述电池的第一端耦合至所述壳体的安装表面，并且所述壳体包括与所述电池的第二端相关联的至少一个参考标记，所述第二端与所述第一端相对；
成像设备，所述成像设备配置为捕获包括所述电池的所述第二端和所述至少一个参考标记的图像；以及
控制器，所述控制器与所述成像设备通信，所述控制器配置为至少：
指示所述成像设备在第一时间捕获包括所述电池的所述第二端和所述至少一个参考标记的第一图像；
至少部分地基于所述第一图像来确定所述电池的所述第二端相对于所述至少一个参考标记的第一位置；
指示所述成像设备在第二时间捕获包括所述电池的所述第二端和所述至少一个参考标记的第二图像；
至少部分地基于所述第二图像来确定所述电池的所述第二端相对于所述至少一个参考标记的第二位置；
确定所述第一位置和所述第二位置之间的位置差；以及
至少部分地基于所述位置差来计算所述电池的电荷状态。


2.根据权利要求1所述的电池监控系统，其进一步包括：
温度传感器，所述温度传感器配置为感测所述电池的温度；并且
其中所述控制器进一步配置为至少：
在所述第一时间从所述温度传感器接收所述电池的第一温度；
在所述第二时间从所述温度传感器接收所述电池的第二温度；以及
确定所述第一温度和所述第二温度之间的温度差；并且
其中至少部分地基于所述温度差来进一步计算所述电池的所述电荷状态。


3.根据权利要求1或2中任一项所述的电池监控系统，其中所述壳体进一步包括多个参考标记，所述多个参考标记中的每个参考标记与所述电池的所述多个堆叠单元中的相应单元相关联。


4.根据权利要求3所述的电池监控系统，其中：
所述第一图像在所述第一时间包括所述多个堆叠单元和所述多个参考标记；并且
所述第二图像在所述第二时间包括所述多个堆叠单元和所述多个参考标记；并且
其中所述控制器进一步配置为至少：
至少部分地基于所述第一图像来确定所述多个堆叠单元中的每一个相对于所述多个参考标记中的相应参考标记的相应第一位置；
至少部分地基于所述第二图像来确定所述多个堆叠单元中的每一个相对于所述多个参考标记中的相应参考标记的相应第二位置；
确定所述多个堆叠单元中的每一个在相应第一位置和相应第二位置之间的相应位置差；以及
至少部分地基于相应位置差来计算所述多个堆叠单元中的每一个的相应电荷状态。


5.一种监控装置，其包括
电源，所述电源包括至少一个电化学单元；
插座，所述插座配置为接纳所述电源，所述至少一个电化学单元耦合至所述插座；
成像设备，所述成像设备配置为捕获所述至少一个电化学单元的图像；以及
控制器，所述控制器与所述成像设备通信，所述控制器配置为至少：
指示所述成像设备在第一时间捕获所述至少一个电化学单元的第一图像；
至少部分地基于所述第一图像来确定所述至少一个电化学单元的第一尺寸；以及
至少部分地基于所述第一尺寸来计算所述电源的电荷状态或健康状态中的至少一个。


6.根据权利要求5所述的监控装置，其中所述控制器进一步配置为至少：
指示所述成像设备在第二时间捕获所述至少一个电化学单元的第二图像；
至少部分地基于所述第二图像来确定所述至少一个电化学单元的第二尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：C崔，BM施维策尔，
申请(专利权)人：亚马逊科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US