CN108602565B - 太阳能电力系统及其方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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“Solar Power System and MethodThereof”(“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。

技术领域

本发明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。本发明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。

背景技术

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(Solar Impulse II)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。

发明内容

根据本发明的第一方面，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。

根据本发明的第二方面，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。

根据本发明的第三方面，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，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，刚性印刷电路板以串联配置电耦合多个电池单元。

在某些方面，刚性印刷电路板包括处理器和多个开关，其中处理器经配置以通过选择性地控制多个开关中的每一个来电耦合所述多个电池单元以实现目标电压。

在某些方面，刚性印刷电路板包括处理器和多个开关，其中处理器经配置以，通过选择性地控制多个开关中的每一个来(1)以串联配置电耦合第一多个电池单元和(2)以并联配置电耦合第二多个电池单元，以实现目标电压。

根据本发明的第四方面，一种太阳能供电飞行器，其包括：太阳能板；负载总线，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所述多个电池单元电耦合的刚性印刷电路板，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。

在某些方面，太阳能供电飞行器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，其中源开关在电池组群和负载总线之间内联电耦合，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，所述电池组群并联电耦合到所述太阳能板。

在某些方面，所述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。

根据本发明的第五方面，一种用在太阳能供电飞行器中的电压可控电池组，其包括：多个电池单元，其可操作地与多个太阳能板耦合；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，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。

附图说明

本文描述的装置、系统和方法的前述和其他目的、特征和优点将从以下对其特定实施例的描述中变得明显，如附图中所示，其中相同的参考数字指代相同的结构。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本文所述的装置、系统和方法的原理上。

图1a说明了示例固定翼太阳能供电飞行器。

图1b说明了示例多旋翼太阳能供电飞行器。

图2说明了根据本发明的一个方面的电池组群。

图3a和图3b说明了适用于太阳能供电飞行器的改进的能量存储系统。

图4a和图4b分别说明了适用于太阳能供电飞行器的电力分配切换单元系统的白天和夜间操作系统图。

图5说明了使用电力分配切换单元系统管理电池/太阳能电池组的示例算法。

图6a和图6b分别示出了具有轴向圆柱形电池单元和棱柱形电池单元的互连电池组，其可以与改进的能量存储系统结合使用。

具体实施方式

本文描述的是一种用于存储和管理太阳能的系统和方法。

本文提及的所有文献均全部通过参考并入本文。除非另有明确说明或从文本中清楚，否则单数形式的项的参考应理解为包括复数形式的项，反之亦然。除非另有说明或从上下文中清楚，否则语法连词旨在表达结合的条款、句子、单词等的任何和所有分离的和连接的组合。因此，术语“或”通常应理解为表示“和/或”等。

除非本文另有指示，否则本文中对数值范围的描述并非旨在限制，而是单独地指代落入该范围内的任何值和所有值，并且在这样的范围内的每个单独的值，如同它在此文中被单独地记载一样，被并入说明书中。当伴随数值时，词语“约”、“大约”等应被解释为指示本领域普通技术人员可以理解的偏差，以针对预期目的而令人满意地进行操作。值的范围和/或数值在本文中仅作为示例提供，并且不构成对所描述的实施例的范围的限制。本文提供的任何和所有示例或示例性语言(“例如”，“诸如”等)的使用仅旨在更好地说明实施例，而不是对实施例的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应被解释为指示对于实施例的实践是必不可少的任何未要求保护的元素。

在以下描述中，应理解诸如“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“侧面”、“前面”、“后面”等术语是方便描述的词语，并且不应被解释为限制性术语。术语“电路(circuit)”和“电路系统(circuitry)”是指物理电子部件(即，硬件)，以及可以配置硬件、由硬件执行、和/或以其他方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。如本文所使用的，例如，特定的处理器和存储器在执行第一组的一行或更多行代码时可以包括第一“电路”，并且在执行第二组的一行或更多行代码时可以包括第二“电路”。

如本文所使用的，术语“空中交通工具”和“飞行器”是指能够飞行的机器，包括但不限于固定翼飞行器、无人驾驶空中交通工具、可变翼飞行器和垂直起降(VTOL)飞行器。VTOL飞行器可以包括固定翼飞行器(例如，鹞式战斗机)、旋翼飞行器(例如，直升机)、倾转旋翼/倾斜翼飞行器、多旋翼飞行器等。

如本文所使用的，术语“和/或”是指通过“和/或”连接的列表中的任何一个或更多个项目。作为一个示例，“x和/或y”意味着三元素集合{(x)，(y)，(x,y)}中的任何元素。换言之，“x和/或y”意味着“x和y中的一个或两者”。作为另一个示例，“x、y和/或z”意味着七元素集合{(x)，(y)，(z)，(x，y)，(x，z)，(y，z)，(x，y，z)}中的任何元素。换言之，“x、y和/或z”意味着“x、y和z中的一个或更多个”。

如本文所使用的，术语“处理器”意味着在硬件、有形地体现的软件中实施或在两者中实施的处理装置、设备、程序、电路、部件、系统和子系统，而不管它是否可编程。如本文所使用的术语“处理器”包括但不限于：一个或更多个计算装置、硬连线电路、信号修改型装置和系统、用于控制系统的装置和机器、中央处理单元、可编程装置和系统、现场可编程门阵列、专用集成电路、片上系统、包括分立元件和/或电路的系统、状态机、虚拟机、数据处理器、处理设施、以及前述的任何组合。例如，处理器可以是任何类型的通用微处理器或微控制器、数字信号处理(DSP)处理器、专用集成电路(ASIC)。处理器可以耦合到存储器装置或与存储器装置集成。存储器装置可以是任何合适类型的计算机存储器或任何其他类型的电子存储介质，例如，像只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、高速缓冲存储器、光盘只读存储器(CDROM)、电光存储器、磁光存储器、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、计算机可读介质等。

图1a说明了示例太阳能供电飞行器100a的透视图。太阳能供电飞行器100a可以是固定翼飞行器，其具有一个或更多个旋翼组件116(例如，由电动机114轴向驱动的一个或更多个螺旋桨106)、一个或更多个翼板102(或其他飞行表面)、尾翼112、机身110和/或将尾翼112连接到翼板102的纵向吊杆(boom)部分104。机身110和/或纵向吊杆部分104可以被提供作为单个结构，或者被提供作为单独的结构。一个或更多个电动机114可以定位在例如机身110内、翼板102上或太阳能供电飞行器100a上的其他地方。

虽然太阳能供电飞行器100a被说明为具有单个螺旋桨106，但是应当理解的是，可以提供附加的螺旋桨106。例如，一个或更多个螺旋桨106可以被提供在翼板102的每一侧上。螺旋桨106可以由电动机直接或间接地通过变速器和相关的传动装置驱动。在某些方面，单个电动机可以经配置以通过变速器或其他传动装置配置驱动多个螺旋桨106；但是，如果需要，可以为每个螺旋桨106提供专用的电动机。螺旋桨106和电动机可以附接到翼板102(例如，在翼肋处)、机身110、纵向吊杆部分104等。因此，一个或更多个电动机可以定位在，例如，机身110中或在沿着翼板102的翼展的可适用地方或其组合。电动机优选地是直流(“DC”)无刷电动机，但是可以使用其他电动机类型来满足特定需要。

尾翼112可包括第一尾板和第二尾板，第一尾板和第二尾板可彼此垂直布置。然而，可以调节第一尾板和第二尾板之间的角度。在一些实施例中，尾翼112和翼板102可以配备有传统的空气动力学后缘控制表面，诸如副翼、改变机翼弯度的襟翼等。

太阳能供电飞行器100a通过其一个或更多个太阳能板108和/或一个或更多个电池组群200接收电力。如所说明的，一个或更多个太阳能板108可以定位在，尤其是翼板102上。附加的太阳能板108可以被提供在尾翼112、机身110和/或纵向吊杆部分104中的一个或更多个上。例如，太阳能板108可以定位在机翼或机翼表面的顶部表面或前缘处。一个或更多个电池组群200可以分布在太阳能供电飞行器100a的整个内部，以便保持重量分布。

如本文所使用的，“太阳能板”是指经配置以收集太阳能的一个或更多个光伏电池的阵列。太阳能板108可以采用以下一种或更多种太阳能电池类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、串状带状(string ribbon)太阳能电池、薄膜太阳能电池(TFSC)、碲化镉(CdTe)太阳能电池、铜铟镓硒(CIS/CIGS)太阳能电池等。为了减小总重量并提高可靠性和耐用性，采用轻质和/或柔性太阳能板(例如，薄膜太阳能板)是有利的。

太阳能供电飞行器100a还可以包括嵌入式导体，其可以在整个太阳能供电飞行器100a中传送电力和/或数据信号。例如，嵌入式导体可以形成为导体夹层组件，诸如由共同拥有的美国专利号8,937,254，标题为“Apparatus and Method for an AircraftConductor Sandwich Assembly Embedded to an Aircraft Structure”(“用于嵌入飞行器结构的飞行器导体夹层组件的设备和方法”)中更详细地描述。在一些实施例中，太阳能供电飞行器100a可包括，如Parks等人于2016年4月21日提交的美国专利公开号US20160311545A1中描述的一个或更多个枢轴翼(pivoting wing)配置，和/或Parks的美国专利号8,356,770B2中描述的一个或更多个枢轴尾部，其中的每个全部通过参考并入本文。

如将讨论的，太阳能供电飞行器100a还可包括交通工具管理系统，其可操作以控制太阳能供电飞行器100a和/或一个或更多个有效载荷(payload)的各种功能。如本文所使用的，“有效载荷”是指一个或更多个传感器、通信包、武器系统、仪器、天线、相机、雷达、导航系统、飞行控制系统或其他货物。例如，导航和飞行控制系统可以与惯性导航系统(“INS”)通信耦合，惯性导航系统与惯性测量单元和全球定位系统(“GPS”)接收器、机载数据存储装置(例如，硬盘驱动器、闪存等等)、无线通信装置或实际上任何其他所需服务通信耦合。GPS提供绝对无漂移的定位值，其可用于重置INS解决方案，或者可以通过使用数学算法(诸如卡尔曼滤波器)与其协调。一个或更多个有效载荷可被配置成有效载荷吊舱，其经由万向节系统可旋转地且可枢转地耦合到机身110(或另外的结构部件，诸如翼板102或纵向吊杆部分104)并且被配置在太阳能供电飞行器100a的下侧以使得有效载荷吊舱能够向下定向以监测地面上的物体。

一个或更多个有效载荷还可以容纳情报、监测和侦察(“ISR”)有效载荷，其可以用于收集数据和/或监测区域。例如，太阳能供电飞行器100a可以配备有一个或更多个相机、音频装置和其他传感器。由太阳能供电飞行器100a收集的任何视频或其他数据可以动态地(例如，连续地实时地或接近实时地)被无线传送到地面控制站。太阳能供电飞行器100a可以进一步配备成将所述视频和数据存储到机载数据存储装置。在其他方面，一个或更多个有效载荷可以包括作为通信中继器或路由器操作的硬件。例如，太阳能供电飞行器100a可以经由机载天线从远程定位装置(例如，卫星、通信塔或甚至另一个太阳能供电飞行器)接收信号。然后，太阳能供电飞行器100a可以将来自远程定位装置的信息中继到在地面上靠近太阳能供电飞行器100a的终端用户。同样，为了促进双向通信，太阳能供电飞行器100a可以从地面上的终端用户接收信息并将其中继到远程定位装置。电动机、有效载荷和控制系统中的每个都是电负载，因为其需要电力来运行。

虽然图1a说明了固定翼太阳能供电飞行器100a，但是本主题公开不限于特定的飞行器配置。图1b说明了示例多旋翼太阳能供电飞行器100b，其可配置有一个或更多个太阳能板108和电力分布系统300a、300b。如图所说明，多旋翼太阳能供电飞行器100b可包括机体118、起落架120(例如，滑撬或轮式起落架)、多个吊杆122和多个旋翼组件116。一个或更多个太阳能板108可以定位在机体118上以形成单个平面板(例如，布置在单个平面中的四个板，如图1b所说明)。然而，在其他实施例中，多个平面板(例如，多个非平行平面板)或柔性太阳能板(或柔性太阳能板阵列)可以定位在机体上并且经配置以符合机体118的形状/轮廓。机体118可以与多个吊杆122中的每个吊杆的近端耦合，使得多个吊杆122的远端从机体118径向延伸(例如，如所说明的，当在“X”布置中从顶部观察时)。机体118和多个吊杆122可以被制造为单一的单元，或者作为彼此耦合的单独部件。多个吊杆122中的每一个的远端可以与旋翼组件116耦合，旋翼组件116中的每一个被说明为与电动机114耦合的螺旋桨106以驱动/旋转螺旋桨106。电动机114可以是经由电子速度控制器(ESC)控制的电动机。虽然电动机114被说明为定位在吊杆122的远端处，但是电动机114(或单个电动机114)可以替代地定位在机体118中并且经配置以，经由电动机114和一个或更多个螺旋桨106之间的变速箱和/或驱动轴，来驱动(旋转)一个或更多个螺旋桨106。

虽然多旋翼太阳能供电飞行器100b被说明为具有带有四个吊杆122的机体118(每个吊杆122在吊杆122的远端处具有单个旋翼组件116)，但是本领域技术人员将理解可以采用附加的或更少的吊杆122和/或旋翼组件116来实现所需的功能。此外，虽然每个吊杆122被说明为仅具有单个旋翼组件116，但是可以在每个吊杆122的远端处提供多个旋翼组件116。例如，横向构件可以定位在每个吊杆122的远端处，并且被布置为将旋翼组件116彼此间隔开(例如，垂直于吊杆122的长度)以防止螺旋桨106之间的干扰。多旋翼太阳能供电飞行器100b可配备有一个或更多个有效载荷吊舱124，如关于太阳能供电飞行器100a所讨论的，一个或更多个有效载荷吊舱124包括，例如，一个或更多个相机、音频装置和其他传感器以提供ISR功能。虽然沿着周长说明了有效载荷吊舱124，但是有效载荷吊舱124可以经由万向节系统可旋转地且可枢转地耦合到机体118的下侧(或诸如吊杆122的其他结构部件)，以使有效载荷吊舱124能够更容易向下定向以监测地面上的物体。

太阳能供电飞行器100a、100b可以配备有一个或更多个电池组群200以向各种电负载提供电力，如图2所说明。每个电池组群200通常包括彼此电耦合的多个电池组202，其限定了电源线204、接地线206，并且在需要的地方的数据通信线208。接地线206可以电耦合到等电位点310(例如，接地)。数据通信线208可以被屏蔽，以便减轻尤其是电源线204的电磁干扰(EMI)。数据通信线208可以耦合到一个或更多个传感器214或监测或控制，例如，用于每个电池组202(诸如每个电池单元212)的健康参数和/或操作参数(例如，温度、湿度、电压等)的装置。

电池组202通常包括一个或更多个电池单元212(例如，圆柱形电池单元212a、棱柱形电池单元212b等)。一个或更多个电池单元212可以是，例如，锂离子电池；然而，可以考虑其他电池单元类型。一个或更多个电池单元212可以以串联配置被电布置，其中可以增加和减少电连接的电池单元212的数量(即，电池单元212被电添加/移除到该串联配置)以控制电池组202在其输出端子两端的输出电压和功率，从而产生可变输出电压电池组202。在某些实施例中，如下所述，一个或更多个电池单元212可以以串联配置、并联配置或其组合电连接以实现期望的电压和/或功率。

可以使用具有一个或更多个继电器和/或其他开关装置的印刷电路板(PCB)来控制电添加到电池组202电路或从电池组202电路移除的电池单元212的数量，一个或更多个继电器和/或其他开关装置可以经由电池组控制器控制，所述电池组控制器可以是处理器控制的。PCB的一个或更多个继电器和/或其他开关装置还可以电连接、断开和/或重新连接电池单元212，以实现串联配置、并联配置或其组合。为此，电池组202还可以包括电池组控制器，以监测和控制电池组202中的电池单元212。例如，电池组控制器可以包括处理器，该处理器包含算法，以读取单个电池组202的信息，并且基于与经由数据通信线208接收到的与电负载304的负载要求有关的信息，配置电池组202以最佳地适应电负载304的负载要求，所述负载要求可以是恒定的或可变的。

因此，单元可以串联、并联或以其组合的方式自动连接(或重新连接)以实现目标电压和额定功率。例如，如果电池组202在物理上包括50个电池单元212，则每个电池单元212被标称额定为1伏特和0.1mA(尽管每个电池单元212可能具有其他电压和电流)，但是电池组202的电压可以是以1伏特(0.1mA)增量从0到50伏特(0到5A)被动态调节(例如，当电池单元212被串联电添加或移除时)。然而，连接不必限于串联连接。在另一示例中，第一组25个电池单元212可以串联连接，而第二组25个电池单元212可以串联连接。然后，第一组电池单元212和第二组电池单元212可以彼此并联电连接，以产生5A的25伏特的电池。

电池组群200内的电池组202优选地经由一个或更多个互连连接器集合210彼此并联电连接，以促进将电力和/或数据信号从一个电池组202传递到另一个电池组202。如图所说明，一个或更多个互连连接器集合210中的每一个包括第一连接器210a(例如，阴连接器)和第二连接器210b(例如，阳连接器)，其被配置成彼此匹配。例如，当布置成一排时，电力和/或数据信号可以从电池组群200的一端(例如，近端)经由互连连接器集合210传输到电池组群200的相对端(例如，远端)，互连连接器集合210中的每个可以提供通路(passthrough)功能。因此，如图所说明，电池组202能够将电源轨(例如，电源线204、接地线206)和数据通信线208与内联(in-line)连接集成，使得电池组202可以彼此附接以形成连续的电源和数据路径，以用于馈送负载并与控制器302交互。因此，每个电池组群200可以根据需要被扩展和压缩(例如，可以连接或断开附加电池组202)。换句话说，电力和/或数据信号跨越电池组群200被运送，从而仅需要电池组群200的一端处的线束连接。因此，具有这种电池组群200的能量存储系统提供快速电气和机械集成。此外，电池组202可以被批量制造，从而避免了对昂贵、复杂且可能不可靠的线束的需求。

在某些方面，太阳能供电飞行器100a可以基于电力需求将一个或更多个太阳能板108产生的电力分配(或重新分配)到指定的电池组群200或多个电池组群200，无论组件是否位于相同位置。例如，如果在机翼(或其他飞行表面)的前缘上的太阳能板108正在发电，但是通常与前缘上的太阳能板108相关联的电池组群200处于满容量，则电力可以被分布到不同的电池组群200(或者前缘上的电池组群200的电压可以用不同的电池组群200(诸如耗尽的电池组群200)进行调平)。同样地，太阳能供电飞行器100a可以将来自电池组群200的电力分配或重新分配到一个或更多个电负载304。为此，太阳能供电飞行器100a可以采用电力分布系统300a、300b，其在整个太阳能供电飞行器100a、100b的组件中动态地维持和/或重新分布电力。

图3a和图3b说明了适用于太阳能供电飞行器的改进的能量存储系统。具体地，图3a说明了太阳能阵列和直接被绑定到具有一组一个或更多个并联电池串的电池系统的负载，而图3b说明了一个或更多个太阳能阵列和通过开关网络连接到并联电池串的一个或更多个电力负载。传统的大规模电池系统不足以控制电压可控电池组202。此外，传统电池组通过一个或更多个母线或线束连接，这从重量和复杂性的角度来看都是次优的。而且，通常的电池系统也不能控制各种并联串的输出电压，并且不能平衡源电流与次级元件。然而，如本文所教导的，智能可控电池组202的阵列和太阳能板108可以由控制器302或电力分配切换单元308控制。能量存储系统300a、300b促进扩展操作和管理由太阳能板108收集的电力。能量存储系统300a、300b的各种组件可以在整个太阳能供电飞行器100a中分布，以分布能量存储系统300的重量并且在太阳能供电飞行器100a的局部损坏的情况下减轻灾难性损失。

转到图3a，改进的能量存储系统300a被说明为具有一个或更多个电池组群200，其可操作地与控制器302、一个或更多个太阳能板108和一个或更多个电负载304(或到其的输出)耦合。如图所说明的，一个或更多个电池组群200优选地彼此并联电连接。然而，可以采用可替代的布置来实现特定需要(例如，期望的电压/功率)。可以由处理器控制的控制器302监测一个或更多个电池组群200(以及单独地，每个电池组202)、一个或更多个太阳能板108和一个或更多个电负载304中的每一个。例如，响应于输入参数(例如，来自太阳能供电飞行器100a、100b交通工具管理系统312的指令)，控制器302可以调整电负载304和/或调整(或重新分配)来自一个或更多个电池组群200的电力以满足电负载304的需要。

另外，因为电池组202中每一个都能够提供可变的输出电压，所以控制器302可以调节电池组202的电压以考虑电池组202源和所需负载之间的传输损耗，以便调节在电负载304处的电压。控制器302可以通过单工或冗余通信总线两者与能量存储系统300中的电池组202中的每一个通信。在某些方面，控制器302可以采用一个或更多个控制区域网络(CAN)总线。控制器302可以进一步具有为单个太阳能板108设置目标电压，同时读取它们的电流输出以平衡单个电池组202的输出的能力，以避免一个电池组202产生比另一个电池组202大得多的电流。

历史上，太阳能电力系统会依赖于太阳能板，太阳能板通过最大功率点跟踪器接合到网格或电池系统，所述最大功率点跟踪器包含电路组件，该电路组件调节以来自阵列的最大功率被提供给太阳能板的负载阻抗或者调节被提供给太阳能板的负载阻抗以得到来自阵列的最大功率。这些跟踪器通常很重、成本高并且减损了太阳能板的总输出功率。然而，使用与电池系统中的太阳能板108直接配合的受控可变输出电池组202能够直接控制太阳能板108的太阳能板电压和最大功率点，这在运行一个电动机或多个电动机以驱动交通工具时发生。因此，本太阳能供电飞行器100a进一步提供了经由电力分配切换单元308从一个或更多个电源(例如，电力系统集合402)为母线供电的灵活性。

转到图3b，改进的能量存储系统300b被说明为具有一个或更多个电池组群200、一个或更多个太阳能板108、多个电动机306以及与电力分配切换单元308可操作地耦合的一个或更多个其他电负载304。如图所说明，交通工具管理系统312耦合到每个电池组群200的数据通信线208，该每个电池组群200彼此并联电连接。因此，交通工具管理系统312能够经由例如CAN总线监测每个电池组202的状态。电力分配切换单元308选择性地将一个或更多个太阳能板108和一个或更多个电池组群200中的每一个与母线连接和/或断开，该母线将电力传送到太阳能供电飞行器100a的各个部件(例如，电动机306和其他电负载304(诸如有效载荷、航空电子设备等))。

所公开的电力分配切换单元308还通过移除最大功率点跟踪器而提供显著的重量和可靠性优点。更具体地，为了使效率最大化，电池阵列的子部分可能需要在控制太阳能板108的部分的同时彼此隔离，上述所有同时仍然驱动(一个或更多个)电动机。

图4a和图4b说明了示例电力分配切换单元系统400的白天(即，太阳升起)和夜间(即，太阳落下)的操作系统图。通过添加一组并联的单刀单掷(SPST)源开关404(诸如固态或机械开关)，单个的电力系统集合402(例如，一个或更多个电池组202或电池组群200和一个或更多个太阳能板108的集合)或其部分可以驱动电动机，而其他电力系统集合402正在充电。为了在哪个电力系统集合402馈送电负载304(例如，电动机306)之间切换，即将开始的(oncoming)电力系统集合402被电压均衡到，例如，电动机母线。

一旦被均衡的即将开始的源开关被闭合并且即将结束的(offgoing)源开关被断开。该切换至少部分地基于哪个电力系统集合402处于最高荷电状态被完成，以便在白天对电池阵列进行调平。然后，电力系统集合402的即将结束的电池组202能够将其电压改变到其局部太阳能板108的最大功率点。在晚上，电力系统集合402能够一起放电，以便最小化总系统放电率和最大化电池阵列的输出能量。

电力分配切换单元系统400通常包括多个电力系统集合402，每个电力系统集合402具有，例如，电池组群200和并联电耦合到电池组群200的一个或更多个太阳能板108。虽然描述了电池组群200，但是电力分配切换单元系统400和相关联的方法可以同样地应用于单个的电池组202。如图所说明，电力系统集合402中的每一个的负端子电耦合到等电位点310(例如，接地)，而电力系统集合402中的每一个的正端子电耦合到电负载304，电负载304也电耦合到等电位点310。如上所述，电负载304可以包括，例如，一个或更多个电动机306。如图所说明，电力系统集合402中的每一个的正端子通过多个源开关404独立地且选择性地被控制。换句话说，可以选择性地激活或停用一个或更多个源开关404，以分别地将一个或更多个电力系统集合402(例如，经由母线)连接到电力负载304或从电力负载304断开。源开关404可以是一个或更多个电控开关装置或继电器，包括但不限于机电继电器、簧片继电器、固态继电器等。图4a说明了包括被调节到群最大功率点电压的多个电力系统集合402的日间操作系统图，而图4b说明了夜间操作系统图，其中电力系统集合402被调节到相同的电压。也就是说，在夜间操作期间，源开关404中的每一个被激活，从而完成电路以便将电池组群200设置为相同的电压。

在某些方面，太阳能供电飞行器100a的每个组件(例如，机身110、翼板102等)可以采用自给自足的电力系统来在太阳能供电飞行器100a局部损坏的情况下限制故障传播。也就是说，太阳能供电飞行器100a的每个子系统可以由单独的电力系统集合402馈电。然而，电力分配切换单元系统400还可以经配置以在整个太阳能供电飞行器100a中传输或重新分配电力以减轻硬件功能失常或损坏时的故障。例如，如果特定电力系统集合402损坏或以其他方式不可用，则电力分配切换单元系统400可以断开该受损电力系统集合402(或其组件)并从不同电力系统集合402分配电力。此外，来自各种电力系统集合402的电力可以至少部分地基于电力系统集合402的荷电状态和/或最大功率点电压被分配或重新分配给一个或更多个电力负载304。在某些方面，可以将一个或更多个电压可控电池组202设置为目标电压以跟踪太阳能板108(诸如第一太阳能板或第二太阳能板)的最大功率点。

图5说明了使用电力分配切换单元系统400管理电池组和太阳能板的示例算法500。该过程在步骤502开始，于是继续执行到步骤504。在步骤504，电力分配切换单元系统400识别切换或以其他方式重新分配电耦合到电负载304的电力系统集合402的需要。在步骤506，电力分配切换单元系统400确定哪个或哪些电力系统集合402将电耦合到电负载304。在步骤508，电力分配切换单元系统400将即将开始的(一个或更多个)电力系统集合402(例如，即将在线的(一个或更多个)电力系统集合402)的电压与即将结束的(一个或更多个)电力系统集合402(例如，即将离线的(一个或更多个)电力系统集合402)的电压进行均衡。在步骤510，电力分配切换单元系统400闭合(激活)用于即将开始的(一个或更多个)电力系统集合402的源开关404。在步骤512，电力分配切换单元系统400断开(停用)用于即将结束的(一个或更多个)电力系统集合402的源开关404。在步骤514，电力分配切换单元系统400将(一个或更多个)电力系统集合402返回到它们的最大功率点。在步骤516，算法500可以退出以及继续执行到步骤518，其中该过程在步骤518结束。替代地，算法500可以返回到步骤504。该过程可以重复直到由操作员或另一个控制系统终止。

图6a和图6b分别说明了根据本发明的一个方面的互连电池组202，其具有轴向圆柱形电池单元212a和棱柱形电池单元212b。历史上，封装电池单元212群会降低整个电池组的比能密度。此外，当前的方法并不合适，因为它们的设计没有考虑长续航时间飞行器和生产率。然而，如本文所公开的，电池组202可以以一种或更多种改进的配置被制造，包括圆柱形互连电池组202a和棱柱形互连电池组202b。所公开的电池组202提供非常低的封装重量，为集成电路系统提供安装位置，并促进快速自动化构造过程。

例如，互连电池组202可以包括一个或更多个刚性弯曲PCB，其中刚性部分可以通过柔性电路部分连接在一起。为了增加结构完整性，可以将缠绕材料缠绕在电池单元212群周围。电池单元212可以是锂电池(例如，锂聚合物、锂离子等)。电池组202优选地足够柔韧以考虑太阳能供电飞行器100a或其部件(例如，翼板102)的弯曲。

PCB还可以包括经由一个或更多个传感器214监测和控制电池组202内的电池单元212的电路系统。例如，PCB可以提供增加或减少给定电池组202中电连接的电池单元212的数量的电路系统，以通过使用固态或机械开关动态地断开和/或重新连接，来实现目标电压/功率。例如，PCB可以采用以网格方式布置的导体迹线(或者根据需要与电池单元212电耦合)，其中开关在各个连接中的每一个之间被内联定位。

如果电池单元212上可获得电接头(tab)618(诸如焊接接头或其他类似端子)，则电接头618可以穿过顶部PCB 602(或底部PCB 604，如适用)并且可以直接被焊接到刚性PCB。保护器608可以由塑料或类似材料形成，并且用于固定、支撑或以其他方式保持电池单元212以及用于刚性安装板。另外，单独的保护器零件可以安装在刚性PCB的顶部和底部，以保护安装到刚性PCB的电路系统，并提供安装位置以将电池组202安装到结构(例如，太阳能供电飞行器100a、100b的机身或机体)。

在某些方面，保护器608可以被制造为密封的立方体、长方体或被定尺寸以接收电池组202的电气部件的其他形状，以减轻灰尘、湿气和其他污染。然而，密封保护器608可以被提供有一个或更多个通气孔以允许气流通过。每个互连连接器集合210的阳部件和阴部件可以定位在板的相对侧(例如，顶部PCB602)上，这使得电池组202能够与其他电池组202接合以形成阵列(例如，电池组群200)。然而，互连连接器集合210可以不同地布置，以考虑电池组群200内的电池组202的不同布置。例如，定位在拐角处的电池组202可以包括在垂直地相邻侧的每个互连连接器集合210的阳部件和阴部件。

图6a中说明了示例圆柱形互连电池组202a，其具有顶部PCB 602、底部PCB604和垂直地定位在顶部PCB 602和底部PCB 604之间的多个圆柱形电池单元212a。刚性PCB 602、604经由例如在负极触点处安装到刚性PCB 602、604的的小弹簧触点，与圆柱形电池单元212a的正极端子和负极端子电接触。弹簧触点可以用于减轻设计复杂性(例如，增加设计公差)。

顶部PCB 602被提供有多个互连连接器集合210，其包括但不限于电源互连连接器集合612a、612b，接地互连连接器集合616a、616b，以及数据互连连接器集合614a、614b。互连连接器集合210中的每个集合可以包括阳部件和相应的阴部件，阴部件经配置以与定位在不同的圆柱形互连电池组202a(例如，相邻的圆柱形互连电池组202a)上的阳部件电耦合。相同圆柱形互连电池组202a上的阴部件和阳部件(例如，经由顶部PCB 602)彼此电耦合并且电耦合到互连电池组202a的(一个或更多个)适当端子或(一个或更多个)端口(例如，正极端子、负极端子、电池监测器、电池控制器等)。因此，互连连接器集合210提供通路，使得无论圆柱形互连电池组202a的操作状态如何都传输电力或数据。例如，在圆柱形互连电池组202a功能失常的情况下，通路连接器绕过功能失常的圆柱形互连电池组202a。圆柱形互连电池组202a可以进一步被提供有顶部保护器608和底部保护器610，其保护内部部件(例如，PCB 602、PCB 604、圆柱形电池单元212a和各种连接器)。

图6b中说明了示例棱柱形互连电池组202b。如图所说明，棱柱形互连电池组202b可以在结构上类似于图6a的圆柱形互连电池组202a，但是底部PCB 604可以在某种程度上被省略，棱柱形电池单元212b的导体(例如，电接头618)仅位于棱柱形电池单元212b的一侧(例如，顶侧)。然而，底部保护器610可以经配置以将附加的结构支撑提供到棱柱形互连电池组202b的下侧。

如图所说明，棱柱形互连单元可以采用刚性PCB，其中电池单元212b使用离开(exit)电池单元212b的电接头618附接到顶部PCB 602。电池单元212b可以是，例如，袋式(pouch-style)锂聚合物电池。底部保护器610可以被提供有单独的槽，以分别保持棱柱形电池单元212b中的每个。因此，电池单元212b可以驻留在具有由塑料或类似材料制成的每个单元有单独槽的结构中。顶部PCB 602附接到底部保护器610，并且附加的塑料或类似的盖子可以附接在顶部PCB 602上方或者通过顶部PCB 602附接到支撑结构以建立单个集成单元。

在圆柱形互连电池组202a或棱柱形互连电池组202b任一者中，保护器608、610可以提供通风孔和集成环境控制系统，其由耦合到顶部PCB 602的处理器620控制。集成环境系统是为电池组202的需求定制的。为此，保护器608、610可以进一步被提供有一个或更多个传感器214，以监测每个棱柱形电池单元212b的健康参数和/或操作参数(例如，温度、湿度等)。也就是说，顶部PCB 602包括用于监测和控制棱柱形电池单元212b的阵列/串的电路系统。单元支持用于在制造期间机械地保持和定位单元，同时还对海拔高度以上的电池提供反压力。电池支撑的复杂度取决于制造过程。

本文引用的任何专利、专利出版物或文章均全部通过参考并入本文。应当理解的是，上述方法和系统是以示例方式而非限制性地来阐述的。对于本领域普通技术人员来说，许多变化、添加、省略和其他修改是明显的。另外，上述说明书和附图中的方法步骤的顺序或呈现并不旨在要求执行所述步骤的顺序，除非特定顺序被明确要求或以其他方式从上下文中清楚。因此，虽然已经示出和描述了特定实施例，但是对于本领域技术人员来说明显的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变和修改，并且旨在形成由所附权利要求限定的本发明的一部分，其将在法律允许的最广泛意义上被解释。

Claims (27)

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，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，并且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；

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

电池组控制器，其被配置为监测所述电池组群并且单独地监测每个电压可控电池组、所述太阳能板和所述负载；并且控制每个电压可控电池组中的所述电池单元，其中控制所述电池单元包括以串联、并联或其组合形式自动连接或移除电池单元以实现所述电压可控电池组的目标电压和额定功率，其中所述控制器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，所述控制器被配置为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，其中所述控制器被配置为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，其中所述控制器被配置为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配置为设置所述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，其中所述控制器被配置为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，其中所述控制器被配置为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。

11.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。

12.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太阳能供电飞行器的第一翼板上并且第二太阳能板定位在所述太阳能供电飞行器的第二翼板上。

13.根据权利要求1所述的太阳能电力系统，其中所述系统包括飞行器；并且其中所述负载包括负载总线。

14.一种太阳能电力系统，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对应的互连连接器电耦合；以及

电池组控制器，其被配置为监测所述电池组群并且单独地监测每个电压可控电池组、所述太阳能板和所述负载；并且控制每个电压可控电池组中的所述电池单元，其中控制所述电池单元包括以串联、并联或其组合形式自动连接或移除电池单元以实现所述电压可控电池组的目标电压和额定功率。

15.根据权利要求14所述的太阳能电力系统，进一步包括源开关，并且其中所述控制器可操作地耦合到所述源开关，

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

其中所述控制器被配置为选择性地激活或停用所述源开关。

16.根据权利要求14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。

17.根据权利要求14所述的太阳能电力系统，进一步包括可操作地耦合到所述控制器的源开关，并且其中所述控制器被配置为至少部分地基于(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。

18.根据权利要求14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配置为设置所述目标电压以跟踪所述太阳能板的最大功率点。

19.根据权利要求14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与所述多个电池单元电耦合的第一刚性印刷电路板和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。

20.根据权利要求14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集成环境控制系统。

21.根据权利要求14所述的太阳能电力系统，其中所述系统包括飞行器；并且其中所述负载包括负载总线。

22.一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，其用于与另一个电压可控电池组电耦合，其中所述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，其与所述多个电池单元和所述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，其中所述电压可控电池组被配置为由电池组控制器监测；并且所述电压可控电池组中的所述多个电池单元被配置为是由所述电池组控制器可控的；其中控制所述电池单元包括以串联、并联或其组合形式自动连接或移除电池单元。

23.根据权利要求22所述的电压可控电池组，其包括与所述多个电池单元电耦合的第一刚性印刷电路板和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。

24.根据权利要求22所述的电压可控电池组，其中所述刚性印刷电路板以串联配置电耦合所述多个电池单元。

25.根据权利要求22所述的电压可控电池组，其中所述刚性印刷电路板包括处理器和多个开关，其中所述处理器被配置为选择性地控制所述多个开关中的每一个以电耦合所述多个电池单元以实现目标电压。

26.根据权利要求22所述的电压可控电池组，其中所述刚性印刷电路板包括处理器和多个开关，其中所述处理器被配置为通过选择性地控制所述多个开关中的每一个来(1)以串联配置电耦合第一多个电池单元和(2)以并联配置电耦合第二多个电池单元，以实现目标电压。

27.根据权利要求22所述的电压可控电池组，其中所述太阳能电力系统包括飞行器；并且其中所述多个电池单元与多个太阳能板可操作地耦合。

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