CN113165551A - 调节无人机的充电的电力通信 - Google Patents

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Abstract

在实施例中，一种装置包括多个电触点，其中多个电触点中的第一电触点和第二电触点与充电设备电耦合；一个或多个可充电电池，其被配置为从经由第一电触点和第二电触点从充电设备接收的电力充电；以及电路，被配置为在一个或多个可充电电池的充电期间获得与一个或多个可充电电池相关联的电池状态信息，并基于电池状态信息生成电池充电速率数据。第一电触点和第二电触点中的至少一个被配置为将电池充电速率数据传输到充电设备，并且电池充电速率数据被配置为由充电设备用来调节一个或多个可充电电池的充电。

Description

调节无人机的充电的电力通信
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年11月6日提交的第16/182，397号美国申请的权益，其内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开总体上涉及能量存储领域，尤其但不排他地，涉及无人驾驶载具(unmannedvehicle)的能量存储技术。
背景技术
无人驾驶载具，也可称为自主载具(autonomous vehicle)，是能够在没有实际存在的人类操作员的情况下行进的载具。无人驾驶载具可以以远程控制模式、自主模式或部分自主模式操作。
当无人驾驶载具以远程控制模式操作时，位于远程位置的领航员或驾驶员可以通过经由无线链路发送给无人驾驶载具的命令来控制无人驾驶载具。当无人驾驶载具在自主模式下操作时，无人驾驶载具通常基于预先编程的导航航路点(waypoints)、动态自动化系统或这些的组合来移动。此外，一些无人驾驶载具可以在远程控制模式和自主模式两者下运行，并且在某些情况下可以同时在这两种模式下运行。例如，远程领航员或驾驶员可能希望将导航留给自主系统，同时手动执行另一项任务，作为示例，诸如操作用于接载物体的机械系统。
针对各种不同的环境而存在各种类型的无人驾驶载具。例如，存在无人驾驶载具来针对空中、地面、水下和太空中的操作。无人驾驶载具可以使用例如可充电电池中存储的电能来供电。无人驾驶载具中包括的与对可充电电池充电相关联的部件增加了无人驾驶载具的重量。提高无人驾驶载具的效率和航程(range)的设计将扩大其任务能力。
附图说明
参考以下附图描述了本发明的非限制性和非穷尽性实施例，其中除非另有说明，否则相似的附图标记在各个视图中指代相似的部分。并非元件的所有实例都必须进行标记，以免在适当的地方打乱绘图。附图不一定是按比例绘制的，重点在于说明所描述的原理。
图1是根据本公开的一些实施例的已经在充电板上着陆的演示性UAV的透视图。
图2描绘了示出根据本公开的一些实施例的与生成和使用电力通信来调节图1的UAV的充电相关联的部件的框图。
图3描绘了示出根据本公开的一些实施例的电池/BMS和CRB中包括的部件的框图。
图4描绘了示出根据本公开的一些实施例的充电单元中包括的部件的框图。
图5描绘了根据本公开的一些实施例的用于在UAV中不包括电池充电调节部件的情况下实现电池充电调节、以及使用与用于向UAV中包括的电池传输电力相同的线路/导线/导电迹线/引脚的示例过程。
图6A至图6B描绘了根据本公开的一些实施例的开关中包括的示例电路。
图7描绘了根据本公开的一些实施例的充电速率数据的示例编码方案。
图8描绘了根据本公开的一些实施例的示例充电速率数据编码波形。
具体实施方式
本文描述了用于生成和使用电力通信来调节无人机的充电的系统、装置和方法的实施例。在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文描述的技术可以在没有具体细节中的一个或多个的情况下实施，或者利用其他方法、部件、材料等来实施。在其他情况下，没有详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以避免模糊某些方面。
在整个说明书中提到“一个实施例”或“实施例”意味着结合该实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的不同地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。
本文描述的实施例包括无人机(unmanned aerial vehicle，UAV)，其是指能够在没有实际存在的人类领航员的情况下执行一些功能的任何自主或半自主载具。UAV可以采取各种形式。例如，UAV可以采取固定翼飞机、滑翔机、尾翼飞机、喷气式飞机、涵道风扇飞机、轻于空气的飞艇如软式飞艇或可操纵气球、旋翼机如直升机或多翼机、和/或扑翼机等形式。此外，术语“无人驾驶飞机”、“无人驾驶飞行器系统”(UAVS)或“无人驾驶航空系统”(UAS)也可用于指UAV。
应当理解，本文提到的“无人驾驶”飞行器(aerial vehicle)或UAV同样适用于自主和半自主飞行器。在完全自主的实现中，飞行器的所有功能都是自动化的；例如，经由响应来自各种传感器的输入和/或预定信息的实时计算机功能进行预编程或控制。在半自主实现中，飞行器的一些功能可以由人类操作员控制，而其他功能是自主执行的。此外，在一些实施例中，UAV可以被配置为允许远程操作员接管原本可以由UAV自主控制的功能。
此外，给定类型的功能可以在一个抽象级别远程控制，并在另一个抽象级别自主执行。例如，远程操作员可以控制UAV的高级导航决策，诸如指定UAV应该从一个位置行进到另一个位置(例如，从郊区的仓库行进到附近城市的递送地址)，而UAV的导航系统自主地控制更精细的导航决策，诸如在两个位置之间采取的特定路线、实现路线的特定飞行控制、以及在导航路线时避开障碍物等。
图1是根据本公开的一些实施例的已经在充电板上着陆的演示性UAV的透视图。UAV 100包括固定翼UAV，顾名思义，其具有机翼组件102，该机翼组件102当被巡航旋翼(cruise rotors)106水平推进时，可以基于机翼形状和飞行器的前进空速产生升力。例如，机翼组件102可以具有翼型横截面，以在UAV 100上产生空气动力升力。UAV 100的图示实施例也是VTOL UAV，其包括悬停旋翼112以提供垂直推进。
UAV 100还包括机身104。在一些实施例中，机身104是模块化的，并且包括电池模块、航空电子模块、任务有效载荷模块、和机身盖。这些模块可彼此可拆卸，并可彼此机械固定，以连续形成机身或UAV主体的至少一部分。
电池模块包括用于容纳一个或多个为UAV 100供电的电池的空腔。如本文所述，电池模块还包括与充电、放电和/或调节一个或多个电池相关联的电路和/或部件。航空电子模块容纳UAV 100的飞行控制电路，其可以包括处理器和存储器、通信电子和天线(例如，蜂窝收发器、Wifi收发器等)、以及各种传感器(例如，全球定位传感器、惯性测量单元(IMU)、磁罗盘等)。任务有效载荷模块容纳与UAV 100的任务相关联的设备。例如，任务有效载荷模块可以包括用于保持和释放外部附接的有效载荷的有效载荷致动器。在另一个实施例中，任务有效载荷模块可以包括用于携带相机/传感器设备(例如相机、镜头、雷达、激光雷达、污染监测传感器、天气监测传感器等)的相机/传感器设备固定器。在又一个实施例中，任务有效载荷模块可以包括附加的电池固定器，以容纳用于延长飞行时间的附加的或更大的电池。当然，任务有效载荷模块可以为各种混合使用任务提供混合使用的有效载荷能力(例如，额外的电池和相机设备)。
如图所示，UAV 100包括位于机翼组件102上的巡航旋翼106，每个巡航旋翼106可以包括用于水平推进UAV 100的马达、轴和螺旋桨。UAV 100的图示实施例还包括固定到机翼组件102的两个吊杆组件110。悬停旋翼112安装在吊杆组件110上。悬停旋翼112可各自包括马达、轴和螺旋桨，用于提供垂直推进。垂直推进单元112可在其中UAV 100正在下降(例如，至递送位置)、上升(例如，递送之后)或保持恒定高度的悬停模式期间使用。稳定器108(或尾部)可被包括在UAV 100中，以在巡航期间控制俯仰并稳定UAV的偏航(左转或右转)。在一些实施例中，在巡航期间，模式悬停旋翼112被禁用，并且在悬停模式期间，巡航旋翼106被禁用。在其他实施例中，悬停旋翼112仅在巡航模式期间低功率运行，和/或巡航旋翼106仅在悬停模式期间低功率运行。
在飞行期间，UAV 100可以通过控制其俯仰、滚转、偏航和/或高度来控制其运动的方向和/或速度。巡航旋翼106的推力用于控制空气速度。例如，稳定器108可包括用于控制UAV的偏航的一个或多个方向舵l08a，且机翼组件102可包括用于控制UAV的俯仰的升降舵和/或用于控制UAV的滚转的副翼l02a。作为另一个示例，同时增加或降低所有螺旋桨的速度可以分别导致UAV 100增加或降低其高度。
图示的固定翼UAV可能有许多变化。例如，固定翼UAV可以包括更多或更少的螺旋桨，和/或可以利用一个或多个涵道风扇(ducted fans)来推进。此外，有更多机翼的UAV(例如，有四个机翼的“x翼”构型(configuration))也是可能的。尽管图1示出了一个机翼组件102、两个吊杆组件110、两个向前推进单元106和每个吊杆组件110的六个垂直推进单元112，但是应当理解，UAV 100的其他变型可以用更多或更少的这些部件来实现。
在一些实施例中，机身104的下侧包括多个充电端子(也称为充电触点、充电耦合器、充电引脚、充电端子、充电耦合器、充电引脚等)，其被配置为将UAV 100电耦合到充电板130。UAV 100可以以相对于充电板130的任何位置、方向、旋转、平移和/或偏移降落在充电板130上，只要至少包括在机身104中的多个充电端子的子集物理接触充电板130的特定表面或部分。在图1所示的示例中，充电板130的顶表面包括充电板130的其中UAV 100可以与充电板130电接触的表面/部分。充电板130的这种顶表面也可以被称为充电板130的着陆端子(landing terminal)132或电活性或接触表面/部分。
机身104的多个充电端子可以包括例如四个充电端子，例如，并且四个充电端子中的至少任意两个和着陆端子132之间的物理接触足以在UAV 100和充电板130之间建立电连接。随着电连接的建立，充电板130可以给UAV 100中包括的电池充电，这将在下面详细讨论。
在一些实施例中，充电板130包括外壳，该外壳包括设置在着陆端子132的外周上的凸缘(lip)134。凸缘134可防止风导致UAV 100滑离充电板130。充电板130的外壳还可以包括围绕着陆端子132的裙部(skirt)。裙部可以远离充电板130的中心逐渐变细，并防止充电板130在UAV 100着陆或在有风的条件下移动。
充电板130的其他配置是可能的。例如，代替包括平坦表面的充电端子132，充电端子132可以包括非平坦表面、非连续端子、凹形、凸形和/或类似形状。可替代地，充电板130可以被省略，并且UAV 100可以被配置为经由电缆、电线、连接器等电连接到电源和/或电力传输设备。
图2描绘了示出根据本公开的一些实施例的与生成和使用电力通信来调节UAV100的充电相关联的部件的框图。在一些实施例中，UAV 100包括电耦合到电池管理系统(BMS)的一个或多个可充电电池，统称为电池/BMS 202，以及充电整流器板(CRB)204。电池/BMS 202的BMS被配置为监视与一个或多个可充电电池相关联的各种特性，并在线路206上将相应的电池状态信号通信传达到CRB 204。BMS和CRB 204中的每一个可以包括集成电路(IC)芯片，并且线路206可以包括BMS和CRB 204的芯片封装的特定引脚和连接这些特定引脚的导电迹线(或其他导电信号路径)。
BMS和CRB 204也经由一对电源线208a、208b彼此电耦合。如下文将讨论的，电力线208a、208b包括携带由充电板130提供的电力以对一个或多个可充电电池充电的极化线。电力线208a、208b包括BMS和CRB 204的芯片封装的其他特定引脚。图2中示出了与从CRB 204到充电板130、充电单元216和电源218的电力线208a、208b相关联的信号路径的其余部分。
除了在电力线208a、208b上传输用于对UAV 100进行充电的电力之外，相同的电力线208a、208b还向充电板130传输由CRB 204生成的充电速率信号。充电速率信号从充电板130通信传送到充电单元216。充电单元216被配置为处理充电速率信号，基于充电速率信号确定是否要调整提供给UAV 100的电力，并且(经由线路220)适当地向电源218发送控制信号，以调整由电源218供应给UAV 100的电力。随着供电特性的调整，电池的充电得到适当的调节。这种反馈回路在充电时段(charge session)期间持续调节电池充电。
因此，充电单元216可以调节与一个或多个可充电电池相关联的充电曲线，结束电池中的充电，延长电池的寿命，在诸如电流过高的情况下采用安全协议，对电池进行涓流充电，启动/停止UAV 100中包括的将有助于电池功能改善的部件(例如，启动UAV 100中的加热器)，和/或以其他方式调节电池的充电。因此，电池充电调节部件(例如，电路、芯片等)或功能可以在UAV 100中被排除或不存在，以节省重量、简化设计、降低成本等，同时仍然具有精细调节电池充电的能力，包括“智能”充电操作，以经由远程/单独的设备(诸如充电单元216)来减少充电时间。
电源218可以包括直流(DC)电流控制的电压源和相关联的电路。电源218也可以称为电力供应。
在一些实施例中，充电单元216包括与UAV 100分离的设备。充电板130、充电单元216和电源218可以统称为充电设备。充电板130、充电单元216和电源218可以包括单个设备或多于一个设备。例如，充电板130和充电单元216可以包括：第一设备，以及电源218为第二设备；充电单元216和电源218为第一设备，以及充电板130为第二设备；充电板130、充电单元216和电源218一起构成单个设备；或者诸如此类。
CRB 204和充电板130之间的多条线路208a、208b、212、214对应于UAV 100中包括的多个充电端子或触点。四个多个充电端子中的两个电耦合到图2中的充电板130，并且UAV100和充电板130之间的多条线路208a、208b、212、214中的四条线路中的相应两条线路(例如，线路208a和208b)被认为是电激活的。取决于UAV 100相对于充电板130的着陆位置，如果两个以上的充电端子电耦合到充电板130，则多条线208a、208b、212、214中的两个以上的线路可以是电激活的，并用于向电池300、302输送电力，且同时向充电单元216传输充电速率信息。
图3描绘了示出根据本公开的一些实施例的电池/BMS 202和CRB 204中包括的部件的框图。电池/BMS 202包括但不限于电池300、电池302、BMS 304、BMS 306、微控制器308、存储器310、开关312、整流器314和多个充电端子或触点316。电池/BMS 202可以包括附加部件，诸如加热器、加热器控制器、扬声器等，为了便于说明，未示出。
电池300、302包括要经由从充电板130在电源线208a、208b上提供的特定电压进行充电的可充电电池。电池300、302中的每一个可以包括一个或多个电池单元或电池组。电池300、302可以包括锂(Li)离子电池。虽然示出了两个电池，但是应当理解，UAV 100中可以包括少于或多于两个电池。
电池300、302中的每一个都具有相关联的BMS。BMS 304与电池304相关联，并且BMS306与电池302相关联。BMS 304和306可以包括单独的或单个的部件。在一些实施例中，BMS304、BMS 306可以包括电路、电子子部件、机电子部件、电光子部件、机械子部件等。BMS304、BMS 306被配置为监视与各个电池300、302的充电相关联的参数。基于所监视的参数，BMS 304、BMS 306中的每一个生成并经由各自的线路326、336向微控制器308发送与各自的电池300、302相关联的电池状态信号(也称为电池状态信息或数据、电池充电信息或数据)。
微控制器308被配置为根据来自BMS 304和306的电池状态信号生成充电速率信号。充电速率信号在线路206上传输到开关312。在一些实施例中，开关312包括传输开关340(也称为传输部件、充电速率信号传输开关等)，并且由充电速率信号提供的信息(例如，电池300、302的当前充电速率)被添加或编码用于由传输开关340沿着电力流动路径(例如，电力线208a、208b)传输。电力，并且更具体地，电力线208a、208b上承载的用于给电池300、302充电的电压被改变、增加或补充，以还包括充电速率数据。在一些实施例中，电压幅度以特定模式减小，如下所述。例如，通过添加特定模式的离散电压降来改变电压。
在电池300、302在当前时间点保持恒定电压的情况下，上游电力线(一直延伸到电源218)承载添加的电压降，该电压降受到电源218的转换率和/或电源218中包括的输出滤波电容器的大小的限制。因此，当前电池充电速率信息可以经由对应于电力线208a、208b(例如，CRB 204的V+和V-引脚)的充电端子316和充电板130的着陆端子传输，以由充电单元216接收。已经用于向电池300、392提供电力的电力线、引脚、电线等也用于与充电单元216通信-向充电单元216传输充电速率数据-而不需要额外的线路、引脚、电线或通信路径。以这种方式，UAV 100中包括的电池300、302的充电调节功能由除UAV 100之外的设备处理或控制。
存储器310与微控制器308通信。存储器310可以包括闪存。存储器310可以存储供微控制器308使用的数据和/或由微控制器308执行的指令或逻辑，以促进本文描述的电力通信。在可替代实施例中，可以省略存储器310。
当UAV 100在充电板130上着陆并且在多个充电端子316的两个或更多个充电端子和充电板130的着陆端子132之间建立适当的电接触时，特定电压(例如，直流(DC)电压)经由充电板130从电源218传输到这两个或更多个充电端子。电压沿着对应于与充电板130电接触的特定充电端子的特定电力线传播。继续该示例，特定电力线可以是电力线208a和208b。整流器314接收输入电压。因为事先不知道UAV 100相对于着陆端子132的方位或定位，或者多个充电端子中有多少个充电端子将与着陆端子132进行电接触，所以输入电压的极性是不确定的。整流器314被配置为确定输入电压的正确极性。极性可以是正(+)和接地，负(-)和接地，或者正(+)和负(-)。
输入电压从整流器314(现在是被极化的)传播到开关312，并且然后沿着电力线208a、20b从开关312继续传播到电池300、302中的每一个。由电源218提供的电压被提供给电池300、302，除了与通过部件和线路的传播相关的传统损耗。在提供给电池300、302之前，UAV 100不修改或以其他方式调节输入电压，因为输入电压已经包括适合于当前电池充电状态的充电调节的电压。
在一些实施例中，CRB 204可以包括电路、IC芯片、印刷电路板(PCB)等。CRB 204和电池/BMS 202的BMS可以被包括在单个IC芯片、单个PCB、不同的IC芯片、不同的PCB等中。
图4描绘了示出根据本公开的一些实施例的充电单元216中包括的部件的框图。充电单元216(也称为充电调节单元、充电控制器等)包括滤波器400、电源单元(PSU)402、微控制器404、通信收发器406、看门狗(watchdog)408和状态指示器410。微控制器404与滤波器400、通信收发器406、看门狗408和状态指示器410中的每一个进行通信。滤波器400和PSU402中的每一个连接到电力线路径(例如，电力线208a、208b)。
在一些实施例中，滤波器400包括高通滤波器(HPF)、低通滤波器(LPF)、带通滤波器、施密特触发器、控制监视处理器(CMP)等中的一个或多个。滤波器400中包括的部件中的一个或多个可以包括模拟部件。电力线208a、208b上的电压信号由滤波器400处理，以去除高频电源噪声(例如，去除10千赫(kHz)以上的分量)、去除电力线(也称为充电线)的静态DC电压、将低压数字脉冲偏移到标准逻辑电平信号值(例如，3.3伏(V)或5V)等。滤波器400可以被配置为编码在电压信号中的充电速率数据的数据解码器。编码的充电速率数据被更好地暴露或更清楚地配置，以供微控制器404使用。
PSU 402可以包括用于充电单元216的电源或者包括在充电单元216中的一个或多个部件。
微控制器404被配置为从滤波器400接收处理后的电压信号，并分析该信号以确定充电速率数据是否存在、检测到的充电速率数据是否有效、充电速率数据中指定的特定充电速率和/或与潜在充电速率数据相关联的其他特性，从而生成适当的控制信号以经由线路220传输到电源218。
通信收发器406被配置为从微控制器404接收一个或多个信号，诸如要传输到电源218的控制信号，并传输这样的信号。通信收发器406可以包括通用异步接收器传输器(UART)。
看门狗408被配置为检测和处理与微控制器404相关联的故障。例如，微控制器404可以被配置为向看门狗408发送周期性信号。如果周期性信号停止到达或者周期性信号具有超过预设参数的特性(诸如当微控制器404发生故障时)，那么看门狗408可以被配置为至少关断微控制器404、电源218或者整个充电单元216。看门狗408可以包括硬件、固件和/或软件。
状态指示器410被配置为可视地、可听地和/或以其他方式指示与微控制器404相关联的和/或电力线中编码的充电速率数据的一个或多个状态。继续上面的示例，如果微控制器404发生故障并且看门狗408已经关闭微控制404，则状态指示器410可以指示微控制器404的非操作状态。作为另一个示例，状态指示器410可以指示充电速率数据的检测等。
图5描绘了根据本公开的一些实施例的用于在UAV 100中不包括电池充电调节部件并且使用与用于向UAV 100中包括的电池300、302的电力传输相同的线路/导线/导电迹线/引脚来实现电池充电调节的示例过程500。在框502，UAV 100被定位成在充电板130上着陆。如上所述，UAV 100在充电板130上着陆，使得UAV 100的至少两个充电端子316与充电板130的着陆端子132建立电接触。
在框506，充电设备，并且特别是充电板130被配置为确定是否与UAV 100正确建立电耦合。如果电耦合不正确(框506的“否”分支)，则过程500返回到框506以重新检查正确的电耦合。如果电耦合是正确的(框506的“是”分支)，则过程500前进到框508，在框508中，电源218向电力传输路径(例如，沿着电力线208a、208b)提供电力(例如，某个幅度的DC电压)。所提供的电力适于根据预定的充电方案(例如，慢速充电、快速充电、智能充电、定时充电等)给电池300、302充电。
在框504，在与充电板130电接触的UAV 100的充电端子316处接收由电源218在框508处提供的电力。在框510，如上所述，输入电力沿着电力传输路径传播到电池300、302，从而对电池300、302充电。
随着电池充电的进行，在框512，UAV 100的BMS 304、306被配置为监视与相应电池300、302相关联的操作状态。参考图3，BMS 304(也可称为BMS半部或BMS半部1)被配置为经由BMS 304和电池300之间的电压感测线320监视、感测或检测(但不限于)与电池300相关联的电压电平，经由BMS 304和电池300之间的温度感测线322监视、感测或检测(但不限于)与电池300相关联的温度，经由电流感测线324监视、感测或检测(但不限于)与要提供给电池300的电力相关联的电流，以及经由电力线208a、208b到BMS 304的分支监视、感测或检测(但不限于)要提供给电池300的电力的特性。类似地，BMS 306(也可称为BMS半部或BMS半部2)被配置为经由BMS 306和电池302之间的电压感测线330监视、感测或检测(但不限于)与电池302相关联的电压电平，经由BMS 306和电池302之间的温度感测线332监视、感测或检测(但不限于)与电池302相关联的温度，经由电流感测线334监视、感测或检测(但不限于)与要提供给电池302的电力相关联的电流，以及经由电力线208a、208b到BMS 306的分支监视、感测或检测(但不限于)要提供给电池302的电力的特性。也可以由相应的BMS 304、306监视和/或导出与电池300、302的充电相关联的附加参数，诸如但不限于配置燃料表、做出与充电或电池平衡相关联的确定等。
回到图5，基于在框512收集和/或导出的信息，BMS 304、306中的每一个被配置为生成其相应电池300或302的电池状态信号，并在框514将这样的信号提供给微控制器308。电池状态信号也可以被称为电池信息或数据，电池充电信息或数据，或者涉及电池300、302的、可能与电池充电的性能相关的任何信息或数据。
接下来，在框516，微控制器308被配置为处理从BMS 304、306接收的电池状态信号，并生成适当的充电速率信号。充电速率信号指定要编码到电力传输路径(例如，电力线208a、208b)中的特定充电速率信息或数据。充电速率信号被提供给传输开关340。
作为响应，开关312被配置为将充电速率数据编码到电力传输路径，从而在框518处，经由(电连接的)充电端子316将充电数据数据/信号/信息上游传输到充电单元216。图6A至图6B分别描绘了根据本公开的一些实施例的包括在开关312中的示例电路600、610。
在图6A中，电路600包括二极管601、第一开关602和第二开关604。第二开关604和二极管601彼此串联连接。第一开关602与第二开关604和二极管601并联。箭头指示与提供给电池300、302的电力相关的电流方向。在一些实施例中，二极管601和第二开关604包括传输开关340。
如果第一开关602和第二开关604断开，则没有电流流动，并且电力不被传输到电池300、302。如果第一开关602闭合，则电流流经第一开关602，并且没有充电速率数据编码到电力传输路径。这是在充电速率数据编码之间的时间段期间的开关配置，这将在下面详细描述。如果从框516向传输开关340提供了充电速率信号，则第一开关602断开，且第二开关604闭合。现在电流流经第二开关604和二极管601，而不是第一开关602。二极管601被配置为迫使电源218增加其输出电压，以便保持恒定电流操作，这表现为电力传输路径中的电压信号的下降(或上升)。虽然电压与可用信号相关联，但可能存在较小电流和较高电压的混合。在一些实施例中，二极管601引起0.3至0.6伏的下降(或上升)。并且二极管601也可以称为分流二极管。
图6B的电路610包括电路600的替代物。电路610包括二极管611、第一开关612和第二开关614。第一开关612和二极管611彼此并联连接。第二开关614与第一开关612和二极管611串联连接。箭头指示与提供给电池300、302的电力相关的电流方向。
如果第一开关612和第二开关614断开，则没有电流流动，并且电力不被传输到电池300、302。如果第一开关612和第二开关614闭合，则没有充电速率数据被编码到电力传输路径。这是在充电速率数据编码之间的时间段期间的开关配置，这将在下面详细描述。如果从框516向传输开关340提供了充电速率信号，则第一开关612断开，且第二开关614闭合。现在电流流经第二开关614和二极管611。二极管611被配置为向电力传输路径中的电压添加电压下降(或上升)。在一些实施例中，二极管611引起0.3至0.6伏的下降(或上升)。二极管611也可以称为分流二极管。
图7描绘了根据本公开的一些实施例的充电速率数据的示例编码方案。图8描绘了根据本公开的一些实施例的示例充电速率数据编码波形。
在一些实施例中，使用两组脉冲对给定的充电速率数据进行编码。如图7所示，两组中的第一组包括脉冲702和704，并且两组中的第二组包括脉冲712和714。脉冲702和704彼此隔开时间740(也称为t1a)。如果脉冲702、704、712和714包括有效编码(例如，充电单元216可识别的编码)，则脉冲712和714也彼此隔开时间740。脉冲704与脉冲712隔开隔开时间742(也称为treset)。因此，第一组脉冲和第二组脉冲是相同的，以完成有效的编码。
在一些实施例中，隔开时间742包括足以不使二极管601或611过载(例如，基于二极管操作特性)并且取决于充电速率更新的期望频率的时间。例如，隔开时间742可以是300毫秒(ms)、大约300ms、大于300ms等。作为另一个示例，在600波特下使用44个音调(4个字节加上停止比特，每个字节的开始比特、奇偶校验比特)每5秒发送的充电速率更新使用总通道时间的1.5％。
在一些实施例中，时间740指示与正在提供的充电速率更新相关联的当前命令。例如，时间740被配置为在51ms到76ms之间，51ms映射到0安培(A)，并且76ms映射到25A，并且在其间以1A/ms线性插值。端值可以被箝位:49-51ms映射到0A，并且76-77ms映射到25A。时间740值在这些范围之外的脉冲可以被充电单元216忽略。
如图8所示，脉冲702、704的示例波形形状包括矩形、正方形或逐步上升和下降波形形状。多种其他波形形状中的任何一种也是可能的。脉冲702、704中的每一个的脉冲宽度801可以是1ms。脉冲702、704、712、714包括电压脉冲，其中脉冲幅度的幅度(例如，对现有电压电平的电压上升或电压下降)可以是足以与噪声和在电力传输路径中提供的电力中存在的可能的其他信号相区别的值。例如但不限于，脉冲幅度可以是0.2至3.0V。
回到图7，脉冲722、724代表两组脉冲的第一组，并且脉冲732、734代表与下一次充电速率更新相关联的两组脉冲中的第二组。脉冲722、724、732、734可以类似于脉冲702、704、712、714。隔开时间752类似于隔开时间742。时间750是根据要基于与上面针对时间740所讨论的相同映射方案进行编码的特定充电速率更新来设置的。因此，时间750可以与时间740相同(如果充电速率从与时间740相关联的最后一次充电速率更新开始没有改变)或者不同(如果充电速率从与时间740相关联的最后一次充电速率更新开始已改变)。
返回图5，在框518中传输的充电速率数据从UAV 100的充电端子316到充电板130接收，以及然后在框520中从充电板130到充电单元216接收。图8所示的脉冲802、804包括对应于在充电板130或充电单元216处接收的相应脉冲702、704(或相应脉冲712、714)的一组脉冲800。脉冲802、804之间的时间842与时间742相同。脉冲802、804的形状、宽度和/或高度可以相同、不同，或者相对于脉冲702、704没有很好地定义。作为示例，脉冲802、804(例如，Vd)的高度或幅度可以是200毫伏(mV)、1-2V等。
在框522，充电单元216的至少滤波器400被配置为执行对接收的充电速率数据的处理。如上所述，处理可以包括去除噪声、放大脉冲702、704、712、714等。
接下来，在框524，充电单元216的微控制器404被配置为确定处理后的充电速率数据是否包括有效的充电速率更新。有效性检查可以包括一个或多个检查，诸如但不限于检查时间740是否在预设范围内(例如，在49到77ms之间)、脉冲702、704和脉冲712、714之间的隔开定时是否相同、隔开时间742是否在预设范围内、脉冲702、704、712、714的幅度是否在预设范围内、接收的脉冲是否在其他方面符合预期的脉冲等。如果接收到的脉冲被认为是无效的(框524的“否”分支)，则过程500返回到框520以等待下一次充电速率更新。如果在几秒钟(或一些其他预设的超时值)内没有接收到的脉冲是有效的，则充电单元216可以被配置为超时。如果接收到的脉冲被认为是有效的(框524的“是”分支)，则过程进行到框526。
在框526，微控制器404被配置为根据接收的充电速率数据和可选的预定充电(charging)/充电(charge)方案，确定对要由电源218输出的电压电平的调整或改变(如果有的话)。例如，如果电池300、302的预定充电方案是快速充电，但是接收到的充电速率数据指示电池300、302充电不够快，则微控制器404可以命令电源218将电压电平增加一定量。
基于微控制器404在框526执行的处理或分析，微控制器404被配置为在框528处生成控制信号或命令。这种控制信号或命令被传输到电源218。作为响应，在框530，电源218被配置为输出适当的电压。在框504，UAV 100接收在框530处由电源218提供的电压。
在一些实施例中，在块518中传输充电速率信号之后，在预设时间量之后传输下一个充电速率信号。例如，可以每300ms提供充电速率更新。因此，在框532，UAV 100的微控制器308可以被配置为检查是否已经过去足够的时间来编码下一次充电速率更新。如果时间没有过去(框532的“否”分支)，则过程500返回到框532。如果足够的时间已经过去(框532的是分支)，则过程500返回到框504以提供下一次充电速率更新。这种反馈循环在整个电池充电过程中重复进行。
在一些实施例中，在此提及的充电速率信号或数据(诸如在框516处生成的、在框518处传输的、在框526处用于确定对电源输出的调整的、在框532处更新的信号/数据等)指示充电期间与电池300、302中的至少一个相关联和/或可用于充电单元216调节电池的充电的电流、电压、电池充电速率、电池状态信息或任何其他信息。因此，充电速率信号或数据也可以被称为充电数据、充电信号、电池充电数据、电池充电信号或充电命令。
以这种方式，可以生成用于调节UAV 100中包括的电池的充电的电池充电数据，并将其提供给与UAV 100分离的设备。电力通信发生在与用于为电池充电提供电力的相同的电力传输路径/线路上。充电调节部件和功能可从UAV 100中排除。
上面解释的过程是在计算机软件和硬件方面进行描述的。所描述的技术可以构成体现在有形或非暂时性机器(例如，计算机)可读存储介质中的机器可执行指令，当由机器执行时，这些指令将使机器执行所描述的操作。另外，这些过程可以体现在硬件中，诸如专用集成电路(“ASIC”)或其他。
有形机器可读存储介质包括以机器(例如，计算机、网络设备、个人数字助理、制造工具、具有一组一个或多个处理器的任何设备等)可访问的非暂时性形式提供(即，存储)信息的任何机制。例如，机器可读存储介质包括可记录/不可记录介质(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备等)。
包括摘要中描述的内容的本发明的示例性实施例的上述描述并不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。虽然本文出于说明的目的描述了本发明的具体实施例和示例，但是相关领域的技术人员将会认识到，在本发明的范围内各种修改是可能的。
根据以上详细描述，可以对本发明进行这些修改。在所附权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中公开的特定实施例。相反，本发明的范围完全由所附权利要求来确定，这些权利要求将根据权利要求解释的既定原则来解释。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
多个电触点，其中，所述多个电触点中的第一电触点和第二电触点与充电设备电耦合；
一个或多个可充电电池，被配置为从经由第一电触点和第二电触点从充电设备接收的电力充电；以及
电路，被配置为在一个或多个可充电电池的充电期间获得与一个或多个可充电电池相关联的电池状态信息，并基于电池状态信息生成电池充电速率数据，
其中，第一电触点和第二电触点中的至少一个被配置为将电池充电速率数据传输到充电设备，并且电池充电速率数据被配置为由充电设备用来调节一个或多个可充电电池的充电。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电路还被配置为将所述电池充电速率数据编码在由所述充电设备提供的电力中。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电力包括直流DC电流控制电压，其中所述电路包括与二极管串联的开关，并且其中所述开关被配置在闭合位置，并且所述二极管被配置为使得所述电池充电速率数据以特定模式作为DC电压被编码在所述电力中。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电池充电速率数据包括第一脉冲、第二脉冲、第三脉冲和第四脉冲，第一脉冲和第二脉冲隔开第一时间，第三脉冲和第四脉冲隔开第二时间，以及第二脉冲和第三脉冲隔开第三时间。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一时间指示与一个或多个可充电电池相关联的电流。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一时间和所述第二时间相同，所述电池充电速率数据被所述充电设备识别为有效数据，并且提供给所述第一电触点和所述第二电触点的电力根据所述电池充电速率数据而改变。
7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一时间和第二时间彼此不同，所述电池充电速率数据被所述充电设备识别为无效数据，并且提供给所述第一电触点和所述第二电触点的电力没有改变。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，第一电触点和第二电触点包括少于所述多个电触点中的全部。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括无人机UAV，并且所述充电设备包括充电板、充电单元和电源，并且其中当所述UAV在所述充电板上着陆时，所述第一电触点和第二电触点与所述充电板电耦合。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电路被配置为在所述电池充电速率数据之后周期性地生成新的电池充电速率数据，并且所述第一电触点和第二电触点中的至少一个被配置为将所述新的电池充电速率数据传输到所述充电设备。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置不包括电池充电调节部件或功能。
12.一种系统，包括：
充电板；
无人机UAV，包括至少一个可充电电池和多个电触点，其中所述UAV被配置为在所述充电板上着陆，并在所述充电板和所述多个电触点中的两个或更多个电触点之间建立电接触；
电源，其电耦合到充电板并被配置为向所述多个电触点中的两个或更多个电触点提供电力，其中所述电力对所述至少一个可充电电池充电；和
充电单元，其电耦合到所述充电板和所述电源，所述充电单元被配置为基于与由所述UAV生成并从所述两个或更多个电触点通信传送的、与所述至少一个可充电电池相关联的充电数据来确定和控制由所述电源提供的电力的电平。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述UAV还包括电路，其被配置为在所述至少一个可充电电池的充电期间获得与所述至少一个可充电电池相关联的电池状态信息，并基于所述电池状态信息生成充电数据。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述电路还被配置为将所述充电数据编码在由所述电源提供的电力中。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述电力包括直流DC电流控制电压，其中所述电路包括与二极管串联的开关，并且其中所述开关被配置在闭合位置，并且所述二极管被配置为使得所述充电数据以特定模式作为DC电压被编码在所述电力中。
16.根据权利要求12所述的系统，其中，所述电源包括直流DC电流控制电压源。
17.根据权利要求12所述的系统，其中，所述充电数据指示充电期间的与所述至少一个可充电电池相关联的电流、电压、电池充电速率或电池状态信息和/或可由所述充电单元用来调节所述至少一个可充电电池的充电的数据。
18.根据权利要求12所述的系统，其中，如果所述充电单元确定所述充电数据有效，则所述充电单元被配置为向所述电源提供命令，以根据所述充电数据调节提供给所述两个或更多个电触点的电力。
19.根据权利要求12所述的系统，其中，如果所述充电单元确定所述充电数据无效，则提供给所述两个或更多个电触点的电力不变。
20.根据权利要求12所述的系统，其中，所述充电板、电源和充电单元中的两个或更多个包括单一设备。
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