[发明专利]将电池组连接至外部总线的方法和多功能电池开关

说明书

本公开涉及将电池组连接至外部总线的方法和多功能电池开关。公开了一种多功能电池开关和经由多功能电池开关将电池组连接至外部总线的方法。多功能电池开关具有多功能控制器、多个开关、电感器、以及电阻器。经由来自多功能控制器的开关命令对多个开关中的每个开关进行独立控制。电感器、电阻器、以及多个开关被布置成限定降压‑升压转换器，以根据来自多功能控制器的开关命令对电池组与外部总线之间的电力传输进行选择性地调节。

技术领域

本公开涉及诸如适合于飞行器使用的电池电力系统和方法。

背景技术

高海拔、耐用长、太阳能动力飞行器的构思已经被许多航空器研究项目所证明。太阳能电力系统通常依赖于通过诸如最大功率点(MPP)跟踪器的控制线路与电池网(或类似电池系统)对接的太阳能板阵列。

MPP跟踪器提供在操作中调整被供应至太阳能板阵列的负载阻抗的电路组件来实现太阳能阵列的最大功率输出。然后，将太阳能阵列的功率总输出存储至电池网的电池组/组件。然而，最大功率点(MPP)跟踪器及其他电池电力系统导致整体系统产生额外的重量与复杂性。

存在对能够克服现有技术的不足的太阳能和电池电力系统及方法的需求。诸如耐用长的太阳能动力飞行器等超轻飞行器应用可以采用这种轻便、有效的电池组和电池组组件。

发明内容

本公开涉及诸如适合于飞行器使用的电池电力系统和方法。

根据第一方面，提供一种利用多功能电池开关将电池组选择性地连接至外部总线的方法，多功能电池开关包括与多个开关操作地耦接的多功能控制器，多个开关与电阻器和电感器被布置成限定降压-升压转换器，方法包括：测量通过电阻器的电流，以获得电流测量；测量跨电池组的电压，以获得电池电压测量；测量跨外部总线的电压，以获得总线电压测量；计算电池电压测量与总线电压测量之间的差分电压测量；根据电流测量、电池电压测量、总线电压测量、以及差分电压测量，经由多功能控制器生成一个或多个开关命令；并且经由开关命令对多个开关中的每个开关进行独立控制，以调节电池组与外部总线之间的电力传输。

在特定方面，一个或多个开关命令被布置成控制多个开关以促进仅充电操作和仅放电操作。

在特定方面，方法进一步包括下列步骤：使用至少一种脉冲宽度调制(PWM)控制技术对一个或多个开关命令进行调制，以实现对电力传输的升压或降压电压调整。

在特定方面，方法进一步包括下列步骤：控制多个开关中的至少一个开关操作为理想二极管，以(1)防止在仅放电操作期间电流流入电池组；并且(2)防止在仅充电操作期间电流从电池组流出。

在特定方面，电池组是具有多个能切换电池模块的能重新配置的电池组，多个能切换电池模块被串联地电性布置成限定限定输出电压的电池串，多个能切换电池模块中的每个能切换电池模块包括电池单元和电池开关，其中，电池开关被配置为：(1)当电池开关处于第一位置时，将电池单元电连接至电池串，以增加输出电压；并且(2)当电池开关处于第二位置时，使电池单元从电池串电性旁路。

在特定方面，方法进一步包括下列步骤：经由多功能控制器生成开关命令，以经由多个开关实现对能重新配置的电池组的输出电压的精细调整；并且对电池开关进行控制，以经由多个能切换电池模块实现对可重新电池组的输出电压的粗略调整。

根据第二方面，多功能电池开关用于将电池组选择性地连接至外部总线，多功能电池开关包括：多功能控制器；多个开关，其中，经由来自多功能控制器的开关命令对多个开关中的每个开关进行独立控制；电感器；以及电阻器，其中，电感器、电阻器、以及多个开关被布置成限定降压-升压转换器，以根据来自多功能控制器的开关命令对电池组与外部总线之间的电力传输进行选择性地调节。

在特定方面，多功能控制器被配置为控制多个开关，以促进仅充电操作和仅放电操作。