CN113300042A - 电池保持装置、系统、飞行器及锁定和更换其电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电驱动飞行器的电池保持装置，包括：用于容纳至少一个电池的电池保持件；用于在所述至少一个电池与飞行器的电驱动装置之间建立电接触的连接结构；用于将所述至少一个电池锁定在电池保持件中的主固定机构。重要的是，所述电池保持装置包括至少一个副固定机构，该副固定机构用于将所述至少一个电池锁定在电池保持件中，所述副固定机构能够独立于所述主固定机构地闭合或打开。此外，本发明还涉及一种电池系统、一种飞行器以及一种锁定和更换飞行器的电池的方法。

Description

电池保持装置、系统、飞行器及锁定和更换其电池的方法
技术领域
本发明涉及一种根据方案1的前序部分所述的用于电驱动飞行器的电池保持装置、一种根据方案6的前序部分所述的用于电驱动飞行器的电池系统、一种根据方案7的前序部分所述的飞行器、一种根据方案8的前序部分所述的用于将至少一个电池锁定在电池保持装置中的方法、以及一种根据方案9的前序部分所述的用于更换电池保持装置中的电池的方法。
背景技术
飞行器，特别是垂直起降飞行器，也称为VTOL(Vertical Take-Off andLanding)，既用于自主地或由随行的飞行员控制地运送人员，也用于远程控制地或自主地运送货物。这种飞行器越来越多的是由电驱动，或者例如以部分电气方式(混合式)驱动。对于电驱动装置(通常是电机的电驱动装置)，需要电池。
通常，电池构造成二次电池，即可充电的蓄电池，并且必须定期进行更换。在装入电池和在定期更换电池(换电池)时，安全性方面是非常重要的。特别是对于用于人员运输的飞行器，必须满足高安全性要求，这些高安全性要求可能使得大量的电池更换操作变得更加复杂。
为此，在现有技术中，例如US 2019259998A1公开了一种用于锁定电池的系统，该系统提供了一种关于电池是否以期望的方式被锁定的视觉反馈。可选地，US 2012261522A1公开了一种用于将一个或多个电池锁定在飞机中的系统。
现有技术的上述系统的缺点在于，在电池锁定系统失效时，对飞行器的电驱动装置的电力供应以及驱动装置本身可能失效。这可能导致飞行器的坠毁。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种电池保持装置、一种飞行器以及一种方法，所述电池保持装置、飞行器和方法使得能更牢固地锁定电池，尤其是更安全地更换电池。
上述目的通过根据方案1的用于电驱动飞行器的电池保持装置来实现。根据本发明的电池保持装置的有利实施方式在方案2至方案4中给出。此外，上述目的还通过根据方案6的电池系统以及根据方案7的垂直起降飞行器来实现。根据本发明的目的还通过根据方案8的用于锁定电池的方法以及根据方案9的用于更换电池的方法来实现。根据本发明的方法的有利实方式在方案10和方案11中给出。为了避免重复，这里通过引用明确地将上述方案包含在说明书中。
根据本发明的用于电驱动飞行器的电池保持装置包括用于容纳至少一个电池的电池保持件。此外，还设置有用于在所述至少一个电池与飞行器的电驱动装置之间建立电接触的连接结构。为了将所述至少一个电池锁定在电池保持件中，还设置有主固定机构。
重要的是，所述电池保持装置包括至少一个副固定机构，该副固定机构用于将所述至少一个电池锁定在电池保持件中，其中，所述副固定机构能够独立于所述主固定机构闭合或打开。
根据本发明的用于将至少一个电池锁定在电驱动飞行器的电池保持装置中的方法，包括以下方法步骤：
A将至少一个电池插入所述电池保持装置的电池保持件中，
B通过主固定机构将所述至少一个电池锁定在电池保持件中。
在方法步骤中重要的是：
C通过至少一个副固定机构将所述至少一个电池附加地锁定在所述电池保持件中，其中，所述副固定机构独立于所述主固定机构闭合。
本发明以申请人的以下认知为基础，即，电池在飞行器的电池保持装置中的装配与安全性极为相关，特别是在大量的电池更换操作的情况下，并且该安全性能够通过使用第二个、独立的副固定机构得到显著改善。通过主固定机构和副固定机构的冗余设置，在两个固定机构之一失效时，仍能确保电池被牢固地装配在电池保持装置中，从而避免飞行器发生事故。
在本说明书的范围内，术语“电池”、“二次电池”、“可充电电池”以及“蓄电池”可互换使用。根据本发明的装置以及根据本发明的方法既可以使用一次性电池，也可以使用可充电电池或其他能量存储器。
因此，根据本发明的电池保持装置和根据本发明的方法在重要方面与先前已知的方法不同：
根据本发明，所述副固定机构为附加地用于电池保持件中的电池的第二个、独立的固定机构，或者在根据本发明的方法中设置了第二个固定步骤。由此，在主电池固定机构失效时，可以防止电池失去与飞行器的驱动装置的电接触或者从电池保持装置中掉落。这种故障在飞行器的持续运行期间，即在飞行期间将是致命的，因此与安全性极为相关。
通过根据本发明的解决方案，可以以简单的方式确保即使反复更换电池，也能将电池牢固地锁定在飞行器的电池保持装置中。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述至少一个副固定机构构造为机械锁止机构或者通过形状锁合构成，特别地，构造成至少一个钩子和/或夹子。通过这种副固定机构可以以简单的方式防止电池从电池保持件中掉落。
用于建立电接触的连接结构可以设置为显式元件(explicit element)，例如构造成插头连接器。可选地，通过插入电池便可以自动地建立将所述电池连接到飞行器的电驱动装置的物理接触。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述至少一个副固定机构构造为，使得仅在副固定机构的闭合状态下，连接结构才能在所述至少一个电池与飞行器的驱动装置之间建立电接触。
特别地，所述至少一个副固定机构构造为，使得所述副固定机构能够在打开状态下阻止连接结构在所述至少一个电池与飞行器的电驱动装置之间建立电接触。由此可以以简单的方式和形式确保，只有在副固定机构正常闭合并且由此牢固地将电池锁定在电池保持装置中时，飞行器才能起飞。
所述副固定机构由此可以以各种不同的方式和形式构成，例如，所述副固定机构构造成在打开状态下阻止电池的电接触和/或与飞行器的驱动装置的连接。
可选地，所述副固定机构可以构造为，使得所述副固定机构例如通过不能释放插头连接器来阻止对用于建立电接触的插头连接器的进入。
可选地，可以设置对插头连接器的主动锁定，例如将销移动到凹槽中并阻止插接连接器发生转动。在这种情况下，只有当所有插头连接器插入后才能实现锁定。
在本发明的一个可选地优选实施方式中，所述主固定机构构造为，使得只有在所述主固定机构的闭合状态下，连接结构才能在所述至少一个电池与飞行器的电驱动装置之间建立电接触。
优选地，设置有插头连接器，以用于建立所述电池与飞行器的电驱动装置之间的电接触，并且所述副固定机构构造为，使得插接连接器索环在副固定机构的打开状态下被阻挡，例如被钩子、夹子或其他闩锁结构阻挡。由此不会建立电接触。在副固定机构正常闭合且由此牢固地将电池锁定在电池保持装置中之前，所述飞行器无法起飞。
在本发明的一个优选实施方式中，所述至少一个主固定机构构造成自动的锁定结构，并且所述至少一个副固定机构构造为要主动操作的锁定结构。由此带来的优点是，在将电池插入电池保持件中时，通过自动的主固定机构自动锁定电池。由此将电池固定在预定位置。应主动地使需要主动操作的副固定机构闭合，例如由操作人员手动地使其闭合或由机械手自动地使其闭合，从而通过主动的闭合来检查电池是否牢固地容纳在电池保持装置中。
此外，根据本发明的目的还通过用于电驱动的飞行器的电池系统来实现，所述电池系统包括至少一个电池保持装置和至少一个电池。
如本身已知的那样，所述电池保持装置包括电池保持件和用于将所述至少一个电池锁定在电池保持件中的主固定机构。
根据本发明，所述电池保持装置构造为具有至少一个副固定机构，该副固定机构用于将至少一个电池锁定在电池保持装置中。这里，所述副固定机构能够独立于所述主固定机构闭合或打开。
优选地，所述电池系统的电池保持装置具有根据本发明的电池保持装置的上述特征和优点和/或所述电池保持装置的优选实施方式的上述特征和优点。
优选地，所述电池构造为二次电池，即，可充电电池。
优选地，设置有多个电池。这些电池可以单独配置或配置成电池组。特别地，既可以单独地也可以相组合地实现这些电池的主锁定和/或副锁定。
优选地，设置有用于提供关于至少所述副固定机构是否正确完成锁定的反馈的机构。这种反馈例如可以为色彩标志，所述色彩标志仅在副固定机构的锁定状态下是可见的，和/或所述反馈可以为电子反馈和/或声音反馈，例如锁定声音形式的反馈。
根据本发明的目的同样还通过一种用于将至少一个电池锁定在电驱动飞行器的电池保持装置中的方法来实现。为此，进行以下方法步骤：
A将所述至少一个电池插入所述电池保持装置的电池保持件中，
B通过主固定机构将所述至少一个电池锁定在电池保持件中。
重要的是，在方法步骤C中，通过至少一个副固定机构将所述至少一个电池附加地锁定在所述电池保持装置的电池保持件中。
根据本发明的方法同样具有根据本发明的装置的前述优点和/或根据本发明的装置的优选实施方式的前述优点。
方法步骤C优选在方法步骤B之后进行。但同样在本发明范围内的是，主固定机构和副固定机构可以同时打开和/或闭合。因此，方法步骤C也可以与方法步骤B同时进行。
根据本发明的目的还通过一种用于更换电驱动飞行器的电池保持装置中的至少一个电池的方法来实现。为了确保不中断的、持续的运行，并且特别是为了覆盖更长的距离或者实现更长的飞行时长，对于电驱动飞行器有利的是，在飞行器临时降落时用充满电的电池更换此时至少部分放电的电池。这通常会导致大量的电池更换操作。
根据本发明的用于更换电池的方法包括以下方法步骤：
A使主固定机构释放电池保持件中的至少一个电池，
B从电池保持件中移除电池，
C将至少一个新的电池插入电池保持件中，
D通过所述主固定机构将至少一个电池锁定在电池保持件中。
重要的是，附加地设有至少一个副固定机构，在用于从电池保持件中移除电池的方法步骤B之前和/或在方法步骤A之前，在方法步骤0中使所述副固定机构打开，并且在方法步骤C之后的方法步骤E中通过所述至少一个副固定机构将所述至少一个新的电池锁定在电池保持件中。
这里，在本发明范围内的是，直接在方法步骤C之后，即在方法步骤D之前进行方法步骤E，或者与方法步骤D同时进行方法步骤E。有利的是，方法步骤E在方法步骤D之后进行。
在电池的更换操作中，优选地，将电池组插入电池保持件的导向结构中并使其到达预定的终点位置，优选地，该导向结构形成为V形轨道。优选地，电池组通过被引入到预定的终点位置而由自动的主固定机构来锁定。自动的主固定机构优选构造为电池和电池保持件的至少一侧的形状锁合结构。
在下一个步骤中，例如手动地或通过机械手来使所述副固定机构闭合。所述副固定机构在打开的状态下可以构成防止电池与飞行器的驱动装置接触的障碍。所述副固定机构优选构造为夹锁，其中，夹锁在打开状态下阻止与电池的接触。
当副固定机构闭合时，然后在电池组与飞行器的电驱动装置之间建立电接触，例如通过插头连接器建立电接触。
在接下来的一次临时降落期间，优选地，可以根据电池或电池组的电量来更换电池或电池组。为了移除电池，优选地，松开用于连接电池和飞行器的电驱动装置的插头连接器。然后可以释放通过所述副固定机构进行的锁定。在使所述主固定机构打开之后，可以移除电池组，并用新的电池组进行更换。
在根据本发明的方法的一个可选的优选实施方式中，在方法步骤C中，在将电池插入到电池保持件中时，自动地实现接通，即所谓的盲配合。
在根据本发明的方法的一个可选的优选实施方式中，在将电池插入电池保持装置的电池保持件之前和/或在更换电池之前，在一个附加的方法步骤中，在举升点处升起飞行器。特别优选地，在举升点处将飞行器一直升到使飞行器的弹性元件处于不受载状态的程度。
电池，尤其是电池组可能具有较大的重量。因此，在电池的更换操作中，根据电池或电池组的重量，可能有必要的是固定飞行器，以防止例如起落架中装入的弹簧元件不希望地弹出或收缩。为此目的，如上所述，在确定的举升点处升起飞行器，使得弹簧元件处于不受载的状态。由此，避免飞行器相对于为了更换电池而可能使用的辅助设备发生相对运动。特别地，这种升起操作使得由于移除电池而发生的质量降低不会导致被压缩的、预紧的弹簧元件自行弹出。由此，电池座将保持在恒定的工作高度上。在更换操作之后，飞行器再次下降。
在根据本发明的方法的一个优选实施方式中，随着副固定机构的闭合，设置与副固定机构的正确锁定有关的反馈，特别是视觉反馈、色彩标记、电子反馈和/或声音反馈。由此可以容易地确定电池被所述副固定机构锁定。
本发明尤其适用于电驱动的、垂直起降的飞行器的电池保持装置。特别是在城市地区操作电驱动的、垂直起降的飞行器时，可能会出现频繁的临时降落。为了确保不间断的连续运行，尤其是允许更长的飞行时长，对于电驱动的、垂直起降的飞行器有利的是，在飞行器临时降落时用充满电的电池更换此时至少部分放电的电池。这通常会导致大量的电池更换操作。根据本发明，尽管进行了大量的更换操作，仍能确保将电池装入电池保持装置中所需的安全性。
附图说明
下面参考实施例和附图来说明根据本发明的电池保持装置和根据本发明的方法其他优选特征和实施形式，其中：
图1在分图a至c中示出了根据本发明的一个示例性实施例的示意图；
图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的示意图，该示意图具有打开的副固定机构；
图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的示意图，该示意图具有闭合的副固定机构。
具体实施方式
在图1至图3中，相同的附图标记表示相同或作用相同的元件。
图1a示出了飞行器的一个局部的示意图，在当前情况下为电池保持装置。电池2插入电池保持装置1中，在当前情况下为具有九个电池的电池组。
在电池保持装置1上设置有用于在电池2和飞行器的驱动装置之间建立电连接的插头连接器3a、3b。插头连接器索环3a设置在电池保持装置1上。在电池2上设置有用于插入所述插头连接器索环3a的互补的插头连接结构。
在当前情况下，副固定机构5构造为夹子。在图1a的图示中，副固定机构5是打开的。
在图1b示出了处于插入状态下的电池2，且主固定机构4闭合。
主固定机构4在图1c中详细示出。在当前情况下，如从现有技术中已知的那样，主固定机构构造为闩锁钩。
图2示出了在方法步骤D之后电池保持装置的一个局部的示意图。
副固定机构5打开并阻止了电池2与飞行器的电驱动装置之间的插头连接器3a、3b。在当前情况下，所述副固定机构5构造成夹子。为了建立连接，也就是说为了通过插头连接器3a、3b与电池2接触，必须使夹子5闭合。
图3示出了图2部分的示意图，其中，副固定机构5闭合。
夹子5闭合，从而电池组2被锁定在电池保持件中。闭合的夹子5不再阻止插头3a与电池接通装置3b的插接连接。由此，如箭头所示，可以在电池2和飞行器的驱动装置之间建立电接触。

Claims (11)

1.一种用于电驱动飞行器的电池保持装置，包括：
电池保持件，用于容纳至少一个电池，
连接结构，用于在所述至少一个电池与飞行器的电驱动装置之间建立电接触，
主固定机构，用于将所述至少一个电池锁定在所述电池保持件中，
其中，
所述电池保持装置包括至少一个副固定机构，所述副固定机构用于将所述至少一个电池锁定在所述电池保持件中，所述副固定机构能够独立于所述主固定机构闭合或打开。
2.根据权利要求1所述的电池保持装置，其中，所述至少一个副固定机构构造成机械锁止机构和/或通过形状锁合构成，特别地，所述至少一个副固定机构构造成至少一个钩子和/或夹子。
3.根据上述权利要求之一所述的电池保持装置，其中，所述至少一个副固定机构构造成，使得仅在所述副固定机构的闭合状态下，连接结构才能在所述至少一个电池与所述飞行器的驱动装置之间建立电接触。
4.根据上述权利要求之一所述的电池保持装置，其中，所述至少一个副固定机构构造成，使得所述副固定机构能够在打开状态下阻止所述连接结构在所述至少一个电池与所述飞行器的驱动装置之间建立电接触，特别地，用于建立电接触的所述连接结构构造成多个插头连接器，并且所述副固定机构在打开状态下阻止至少一个插头连接器索环，优选地，阻止所有插头连接器索环。
5.根据上述权利要求之一所述的电池保持装置，其中，所述主固定机构构造成自动的锁定机构，并且所述至少一个副固定机构构造成要主动操作的锁定机构。
6.一种用于电驱动飞行器的电池系统，包括至少一个电池保持装置和至少一个电池，其中，所述电池保持装置为根据权利要求1至5中任一项所述的电池保持装置。
7.一种垂直起降飞行器，具有至少一个电池保持装置，所述电池保持装置用于至少一个可更换电池，其中，所述电池保持装置为根据权利要求1至5中任一项所述的电池保持装置。
8.一种用于将至少一个电池锁定在电驱动飞行器的电池保持装置中的方法，包括以下方法步骤：
A将至少一个电池插入所述电池保持装置的电池保持件中，
B通过主固定机构将所述至少一个电池锁定在所述电池保持件中，
其中，
在方法步骤中，
C通过至少一个副固定机构将所述至少一个电池附加地锁定在所述电池保持装置的所述电池保持件中。
9.一种用于更换电驱动飞行器的电池保持装置中的电池的方法，包括以下方法步骤：
A使主固定机构释放电池保持件中的至少一个电池，
B从所述电池保持件中移除电池，
C将至少一个新的电池插入所述电池保持装置，
D通过所述主固定机构将至少一个电池锁定在所述电池保持件中，
其中，附加地设置有至少一个副固定机构，在方法步骤B之前的方法步骤0中使所述副固定机构打开，并且在方法步骤C之后的方法步骤E中通过所述至少一个副固定机构将所述至少一个新的电池锁定在电池保持件中。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，在将所述电池插入所述电池保持件和/或更换所述电池之前的一个附加的方法步骤中，在举升点处升起飞行器，特别地，在举升点处将所述飞行器升到使所述飞行器的弹簧元件处于不受载状态的程度。
11.根据权利要求8至10之一所述的方法，其中，随着所述副固定机构的闭合，设置与所述副固定机构的正确锁定有关的反馈，特别地，该反馈形成为视觉反馈、色彩标记、电子反馈和/或声音反馈。
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