CN116805188A - 飞行器和操作飞行器功率系统模块的方法 - Google Patents

飞行器和操作飞行器功率系统模块的方法 Download PDF

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CN116805188A CN202310018326.6A CN202310018326A CN116805188A CN 116805188 A CN116805188 A CN 116805188A CN 202310018326 A CN202310018326 A CN 202310018326A CN 116805188 A CN116805188 A CN 116805188A
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Abstract

一种飞行器和方法，包括功率分配网络和可放电功率系统模块的集合。可放电功率系统模块可以包括底盘、可替换的可放电能量模块的集合和能量管理模块，可替换的可放电能量模块选择性地互连在底盘内，能量管理模块具有控制器模块，控制器模块被配置成基于功率消耗子系统的相应子集的能量需求，在飞行器操作期间可操作地控制来自能量模块的集合的功率分配。

Description

飞行器和操作飞行器功率系统模块的方法
(一个或多个)相关申请的交叉引用
本申请要求2022年3月24日提交的印度专利申请No.202211016656的优先权和权益，其全部内容并入本文中。
技术领域
本公开涉及一种用于操作飞行器的功率分配以满足用于飞行器的飞行计划的功率需求的方法和系统。本公开还涉及一种操作用于一队飞行器的能量管理系统的方法。
背景技术
电功率分配系统管理从能源到消耗所分配电功率的电负载的功率分派。例如，现代飞行器将电功率用于与航空电子设备、马达和其它电子设备相关的电负载。主功率源或补充功率源可以为期望的飞行计划提供电功率。
发明内容
在一个方面中，本公开涉及一种飞行器，包括限定功率消耗子系统集合的功率分配网络和可放电功率系统模块的集合，可放电功率系统模块的集合中的每个与向功率消耗子系统的相应子集供应功率关联。可放电功率系统模块进一步包括底盘、可替换的可放电能量模块的集合和能量管理模块，所述可替换的可放电能量模块选择性地互连在底盘内，所述能量管理模块具有控制器模块，所述控制器模块被配置成基于功率消耗子系统的相应子集的能量需求，在飞行器操作期间可操作地控制来自能量模块的集合的功率分配。所述可放电功率系统模块的集合中的每个可以可操作地在其它可放电功率系统模块之间共享功率。
在另一方面中，本公开涉及一种操作飞行器的可放电功率系统模块的方法，所述可放电功率系统模块具有可替换的可放电能量模块的集合，所述可替换的可放电能量模块选择性地互连以限定至少一个功率系统模块功率输出，所述方法包括：在具有控制器模块的能量管理模块处接收分别与所述可放电功率系统模块关联并由其可操作地供电的功率消耗子系统集合的功率需求；响应于接收到所述功率需求，选择性地对容纳在所述可放电功率系统模块的底盘中的可替换的可放电能量模块的至少一子集进行放电，以满足所述功率需求；由所述能量管理模块估计用于飞行器飞行操作的剩余部分的累计飞行操作功率需求；由所述能量管理模块将所述累计飞行操作功率需求与所述可放电功率系统模块的可放电功率量进行比较；当所述可放电功率系统模块的所述可放电功率量大于用于所述飞行器飞行操作的剩余部分的估计的累计飞行操作功率需求时，由所述能量管理模块基于所述比较来确定存在过剩的可放电功率量；以及在飞行器巡航阶段、飞行器进场阶段或飞行器着陆阶段中的至少一个期间，在所述可放电功率系统模块和其它可放电功率系统模块之间可操作地共享功率，以便降低在飞行器操作之间要替换的飞行器的能量模块的数量。
在一个方面中，本公开涉及一种操作一队飞行器的能量管理系统的方法，所述方法包括：由能量管理系统的控制器模块接收用于所述一队飞行器的期望飞行计划数据库，其至少限定所述一队飞行器中每个的期望飞行计划和所述一队飞行器中每个的位置；由控制器模块接收限定至少可放电能量模块的集合的可替换功率源库存数据库；估计用于所述一队飞行器的期望飞行计划的至少一子集的能量需求；至少基于可替换功率源库存数据库和期望飞行计划数据库的期望飞行计划的子集，确定可放电能量模块的集合是否可位于所述一队飞行器的至少一子集的相应位置；以及基于可放电能量模块的集合可位于所述一队飞行器的至少一子集的相应位置的确定，由能量管理系统生成功率源库存分配计划，其分派用于所述一队飞行器的期望飞行计划的至少一子集的可放电能量模块的子集。
本发明提供一组技术方案，如下。
技术方案1.一种飞行器，包括：
功率分配网络，限定功率消耗子系统的集合；以及
可放电功率系统模块的集合，所述可放电功率系统模块的集合中的每个与向所述功率消耗子系统的相应子集供应功率关联，并且进一步包括：
底盘；
可替换的可放电能量模块的集合，其选择性地互连在所述底盘内；以及
能量管理模块，其具有控制器模块，所述控制器模块被配置成基于所述功率消耗子系统的所述相应子集的所述能量需求，在飞行器操作期间可操作地控制来自所述能量模块的集合的所述功率分配；
其中，所述可放电功率系统模块的集合中的每个能可操作地在其他可放电功率系统模块之间共享功率。
技术方案2.如技术方案1所述的飞行器，其中，飞行器操作是飞行器飞行操作或飞行器飞行阶段中的至少一个。
技术方案3.如技术方案2所述的飞行器，其中，在飞行器巡航阶段、飞行器进场阶段和飞行器着陆阶段中的至少一个期间，所述可放电功率系统模块的集合中的每个能可操作地在其他可放电功率系统模块之间共享功率。
技术方案4.如技术方案3所述的飞行器，其中，所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的所述能量管理模块被进一步配置成以下中的至少一个：预测当前飞行器飞行操作的剩余部分的累计飞行操作功率需求或估计所述当前飞行器飞行操作的剩余部分的累计飞行操作功率需求，并将所述累计飞行操作功率需求与所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的可放电功率量进行比较。
技术方案5.如技术方案4所述的飞行器，其中，所述控制器模块被进一步配置成当所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的所述可放电功率量大于所述当前飞行器飞行操作的剩余部分的预测或估计的累计飞行操作功率需求中的至少一个时，基于所述比较来确定所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块存在过剩的可放电功率量。
技术方案6.如技术方案5所述的飞行器，其中，所述控制器模块被进一步配置成可操作地将所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的所述过剩的可放电功率量与所述可放电功率系统模块的集合中的另一个模块共享，以至少部分地对所述可放电功率系统模块的集合中的所述另一个模块的所述能量模块的集合中的一个模块再充电。
技术方案7.如技术方案6所述的飞行器，其中，所述控制器模块被进一步配置成可操作地将来自所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的功率与所述可放电功率系统模块的集合中的至少一个其他模块共享，使得所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块基本上对所述能量模块的集合进行放电。
技术方案8.如技术方案6或7所述的飞行器，其中，所述控制器模块进一步配置成可操作地将来自所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的功率与所述可放电功率系统模块的集合中的至少一个其他模块共享，直到所述可放电功率系统模块的集合中的至少一个其他模块被再充电。
技术方案9.如技术方案6或7所述的飞行器，其中，所述控制器模块被进一步配置成可操作地将来自所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的功率与所述可放电功率系统模块的集合中的至少一个其他模块共享，以便降低在飞行器操作之间要替换的所述飞行器的能量模块的数量。
技术方案10.如技术方案1或2所述的飞行器，其中，所述能量模块的集合包括电池组、蓄电池、超级电容器、燃料电池或氢电池的至少一子集。
技术方案11.如技术方案1或2所述的飞行器，其中，可放电功率系统模块的至少一子集被进一步配置成同时向多通道功率输出进行输出。
技术方案12.如技术方案1或2所述的飞行器，其中，能量模块的至少一子集在飞行器操作期间是可弹出的。
技术方案13.一种操作飞行器的可放电功率系统模块的方法，所述可放电功率系统模块具有可替换的可放电能量模块的集合，所述可替换的可放电能量模块选择性地互连以限定至少一个功率系统模块功率输出，所述方法包括：
在具有控制器模块的能量管理模块处接收分别与所述可放电功率系统模块关联并由其可操作地供电的功率消耗子系统的集合的功率需求；
响应于接收到所述功率需求，选择性地对容纳所述可放电功率系统模块的底盘中的所述可替换的可放电能量模块的集合的至少一子集进行放电，以满足所述功率需求；
由所述能量管理模块估计用于飞行器飞行操作的剩余部分的累计飞行操作功率需求；
由所述能量管理模块将所述累计飞行操作功率需求与所述可放电功率系统模块的可放电功率量进行比较；
当所述可放电功率系统模块的所述可放电功率量大于用于所述飞行器飞行操作的剩余部分的估计累计飞行操作功率需求时，由所述能量管理模块基于所述比较来确定存在过剩的可放电功率量；以及
在飞行器巡航阶段、飞行器进场阶段和飞行器着陆阶段中的至少一个期间，在所述可放电功率系统模块和其他可放电功率系统模块之间可操作地共享功率，以便降低在飞行器飞行操作之间要替换的所述飞行器的能量模块的数量。
技术方案14.如技术方案13所述的方法，其中，在所述可放电功率系统模块和其他可放电功率系统模块之间可操作地共享功率包括可操作地共享功率，直到所述可放电功率系统模块基本上对所述能量模块的集合放电。
技术方案15.如技术方案13或14所述的方法，其中在所述可放电功率系统模块和其它可放电功率系统模块之间可操作地共享功率包括可操作地共享功率，直到所述其它可放电功率系统模块的所述可再充电能量模块的集合被再充电。
技术方案16.如技术方案13或14所述的方法，进一步包括：在飞行操作期间从所述飞行器中弹出至少一个基本放电的能量模块。
技术方案17.如技术方案13或14所述的方法，其中所述飞行器飞行操作的剩余部分包括飞行计划的至少两个航段。
技术方案18.如技术方案13或14所述的方法，其中可操作地共享功率进一步包括确定在飞行器目的地的替换能量模块的容量，并且可操作地共享功率以对由所述替换能量模块的容量可替换的所述能量模块的子集放电。
技术方案19.如技术方案18所述的方法，其中，确定替换能量模块的容量进一步包括估计可再充电替换能量模块的再充电，并且预测可再充电替换能量模块的至少一子集将被再充电。
技术方案20.如技术方案18所述的方法，其中，可操作地共享功率基于确定的容量优先对所述可放电功率系统模块或所述其他可放电功率系统模块中的至少一个的可再充电能量模块的至少一子集进行再充电。
附图说明
在附图中：
图1是根据本文描述的各个方面的飞行器和飞行器功率分配系统的俯视示意图。
图2是根据本文描述的各个方面的图1的飞行器的功率分配系统的方面的示意图示。
图3是根据本文描述的各个方面的用于诸如图1飞行器之类的一队飞行器的能量管理系统的示意图示。
图4是根据本文描述的各个方面的图3的能量管理系统的示意性系统图示。
图5是根据本文描述的各个方面的演示操作飞行器的可放电功率系统模块的方法的示例流程图。
图6是根据本文描述的各个方面的演示操作用于一队飞行器的能量管理系统的方法的示例流程图。
具体实施方式
本公开的方面可以在用于通过可替换或可放电能量模块来操作功率分配的任何环境、设备或方法、与通过可替换或可放电能量模块来管理功率分配关联或管理功率分配的系统、利用通过可替换或可放电能量模块进行功率分配的交通工具等中实现。
如本文所使用的，术语元件“集”或“集合”可以为任何数量的元件，包括仅一个。而且，如本文所使用的，虽然传感器或系统能被描述为“感测”或“测量”相应的值，但是感测或测量能包括确定指示相应值或与相应值相关的值，而不是直接感测或测量该值本身。感测的值或测量的值能被进一步提供给附加组件。例如，该值能被提供给控制器模块或处理器，并且控制器模块或处理器能对该值执行处理，以确定代表所述值的电特性或代表值。
附加地，虽然本文能使用诸如“电压”、“电流”和“功率”之类的术语，但是对于本领域技术人员来说，显然这些术语在描述电路或电路操作的方面时能被相互关联。
所有方向参考(例如，径向、轴向、上、下、向上、向下、左、右、侧向、前、后、顶部、底部、上方、下方、垂直、水平、顺时针、逆时针)仅用于标识目的，以帮助读者理解本公开，并不构成限制，特别是对其位置、取向或使用。除非另外指示，否则连接参考(例如，附接、耦合、连接和接合)要被广义地解释，并且能包括元件集合之间的中间构件和元件之间的相对移动。因此，连接参考不一定推断两个元件被直接连接并且彼此成固定关系。在非限制性示例中，连接或断开能被选择性地配置成提供、启用、禁用等相应元件之间的电连接。非限制性示例功率分配母线连接或断开能通过开关、母线连结逻辑或被配置成启用或禁用母线下游功率负载的通电的任何其它连接器来启用或操作。附加地，如本文所使用的，“电连接”或“电耦合”能包括有线或无线连接。示例性附图仅用于图示的目的，并且此处所附的附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小能变化。
附加地，如本文所使用的，“控制器”或“控制器模块”能包括配置或适于为可操作组件提供指令、控制、操作或任何形式的通信以实现其操作的组件。控制器模块能包括任何已知的处理器、微控制器或逻辑装置，包括但不限于：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、全授权数字引擎控制(FADEC)、比例控制器(P)、比例积分控制器(PI)、比例微分控制器(PD)、比例积分微分控制器(PID控制器)、硬件加速逻辑控制器(例如用于编码、解码、转码等)，等等，或者它们的组合。控制器模块的非限制性示例能被配置成或适于运行、操作或以其它方式执行程序代码以实现操作或功能结果，包括执行各种方法、功能性、处理任务、计算、比较、感测或测量值等，以启用或实现本文描述的技术操作或操作。操作或功能结果能基于一个或多个输入、存储的数据值、感测或测量的值、真或假指示等。虽然描述“程序代码”，但是可操作或可执行指令集的非限制性示例能包括具有执行特定任务或实现特定抽象数据类型的技术效果的例程、程序、对象、组件、数据结构、算法等。在另一个非限制性示例中，控制器模块还能包括由处理器可访问的数据存储组件，包括存储器，无论是瞬态、易失性或非瞬态还是非易失性存储器。
存储器的附加非限制性示例能包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存或一种或多种不同类型的便携式电子存储器，(诸如盘、DVD、CD-ROM、闪存驱动器、通用串行总线(USB)驱动器等)或这些类型存储器的任何合适的组合。在一个示例中，程序代码能以由处理器可访问的机器可读格式存储在存储器内。附加地，存储器能存储由处理器在提供指令、控制或操作以实现功能或可操作结果中可访问的各种数据、数据类型、感测或测量的数据值、输入、生成或处理的数据等，如本文所描述的。在另一个非限制性示例中，控制模块能包括将第一值与第二值进行比较，并且基于那个比较的满足来操作或控制附加组件的操作。例如，当感测的、测量的或提供的值与另一个值(包括存储的或预定的值)比较时，那个比较的满足能导致可由控制器模块控制的动作、功能或操作。如所使用的，术语比较的“满足(“satisfies”或者“satisfaction”)”在本文中用于意味着第一值满足第二值，诸如等于或小于第二值，或者在第二值的值范围内。将理解，这种确定可以容易地变更为通过正/负比较或真/假比较来满足。示例比较能包括将感测或测量的值与阈值或阈值范围进行比较。
如本文所使用的，可控开关元件或“开关”是能被可控制成在第一操作模式和第二操作模式之间切换的电装置，在第一操作模式中，开关被“闭合”，意图将电流从开关输入传送至开关输出，在第二操作模式中，开关被“打开”，意图防止电流在开关输入和开关输出之间传送。在非限制性示例中，连接或断开(诸如由可控制开关元件启用或禁用的连接)能被选择性地配置成提供、启用、禁用等相应元件之间的电连接。
本公开能在任何电功率分配环境中实现。能包括本公开的方面的电路环境的非限制性示例能包括飞行器功率系统架构、陆地交通工具功率系统架构、水上交通工具功率架构、无人驾驶交通工具等。
如图1中所示，飞行器10被示出具有至少一个推进系统，示意性示出为左推进系统12和右推进系统14。备选地，飞行器10能具有更少或附加的推进系统。左推进系统12和右推进系统14可以基本相同，并且能进一步包括至少一个功率源，诸如第一电机器或发电机18。在本公开的另一个非限制性方面中，左推进系统12和右推进系统14可以是电马达，并且通过将电力或电功率转换成推进力来提供推进。飞行器被示出进一步具有功率消耗组件集合、功率消耗系统20或子系统等。功率消耗系统20的非限制性示例能包括但不限于致动器负载、飞行关键负载、非飞行关键负载和推进系统12、14，如本文说明的。
功率消耗系统20通过功率分配系统30或功率分配网络(包括例如功率传输线路22或汇流条)以及功率分配节点16进行电耦合。在这个意义上，功率分配系统30能限定功率消耗系统集合20。功率分配系统30能进一步包括至少一个功率系统模块24，该功率系统模块24被配置成或适于选择性地向功率分配系统30供应电功率、至少部分主功率、补充功率、冗余功率、备用功率、应急功率等。在一个非限制性示例中，功率系统模块24能包括可放电功率分配系统30。在另一个非限制性示例中，功率系统模块24能向功率分配系统30供应主电功率或补充电功率。
将理解到，图1中的公开的所示的方面仅为功率分配系统30的一个非限制性示例，并且除所示出的方面和配置之外，本公开还考虑许多其它可能的方面和配置。此外，图1中描绘的各种组件的数量和放置也是与本公开关联的方面的非限制性示例。例如，在一个非限制性示例中，功率系统模块24能以特定的功率消耗系统20或功率消耗系统20的子集被配置、适配或近似定位。在这个意义上，功率系统模块的集合24中的一个或多个能与向功率消耗系统20的相应集合或子集供应功率关联。功率系统模块的集合24能与直接(例如，通过直接向功率消耗系统20供应功率)或间接(例如，通过经由其它功率系统模块24共享功率供应，或通过功率分配系统30)向功率消耗系统20的相应集合或子集供应功率关联。在这个意义上，例如，一个或多个功率系统模块24能可控地向特定的关联或目标功率消耗系统20(诸如一个或多个相应推进系统12、14)供应功率。
示例功率分配管理功能可包括但不限于，例如取决于可用功率分配供应、功率分配容量、电负载功能性的关键性或飞行器操作模式，选择性地启用或禁用向特定电负载或功率消耗系统20递送功率。飞行器操作模式或飞行器操作的非限制性示例能包括飞行器飞行阶段，包括但不限于飞行器起飞阶段、飞行器巡航阶段、飞行器进场阶段、飞行器着陆阶段或飞行器地面操作。能包括附加的管理功能。此外，能包括用于向电负载提供功率的附加功率源，诸如应急功率源、冲压空气涡轮系统、发电机、辅助功率单元(APU)、电池等，并且所述附加功率源能替代或补充所描述的电功率源。
将理解，虽然本公开的方面被示出在图1的飞行器环境中，但本公开并不限于此，并且具有到非飞行器应用中的电功率系统(诸如，其它移动应用和非移动工业、商业和住宅应用)的一般应用。例如，虽然本描述针对飞行器中的功率系统架构，但是本公开的方面能进一步应用于在其它非紧急操作(诸如起飞、着陆或巡航飞行操作)中提供功率、补充功率、应急功率、基本功率等。将理解到，本公开的所示方面仅是飞行器10的一个非限制性示例，并且除了所示出的方面和配置之外，本公开还考虑许多其它可能的方面和配置。
此外，图1中描绘的各种组件的数量和放置也是与本公开关联的方面的非限制性示例。例如，虽然已经以飞行器的相对位置图示了各种组件(例如，飞行器10的机翼上的功率消耗系统20等)，但是本公开的方面不限于此，并且基于它们的示意性描绘，所述组件不限于此。可以设想附加的飞行器10配置。
现参考图2，示出能在飞行器10中利用的示例性功率分配系统30的示意图示。功率分配系统30被示出为具有功率系统模块的集合24。可以包括本公开的方面，其中例如每个功率系统模块24可以包括能量模块32(标记为“E1”、“E2”等)集合、能量管理模块34和背板36。可以包括本公开的非限制性方面，其中功率系统模块24组件的至少一子集能被附接、紧固或以其它方式包含在功率系统模块24的框架或底盘50内。
能量模块32集合能包括一个或多个可替换能量模块、一个或多个电可放电能量模块或其组合。如本文所使用的，“可替换的”指代物理上可移除的方面，其描述一个或多个能量模块32如何能够独立地从功率系统模块24移除，并且用另一个能量模块32的类似或相似种类的交换来替换。可以包括本公开的方面，其中功率系统模块24、能量模块32或其组合被设计成便于由用户或自动化系统移除或替换，无需相当大的努力。诸如锁、系带、机械紧固件、钩、杠杆等方面可便于移除或替换特征，同时将能量模块32可靠地保持在移除或替换之外。在这个意义上，能量模块32集合能选择性地与底盘50互连。
另外，能量模块32的非限制性示例能包括但不限于“可放电”或“可再充电”的电能量源，例如燃料电池、电池组、蓄电池、可再充电电池或可再充电电池组、电容器或电容器组、超级电容器或超级电容器组、燃料电池、氢电池或连续或半连续的功率转换或供应装置，诸如太阳能电池、风力涡轮或任何其它电功率源。在这个意义上，功率系统模块24能包括可放电功率系统模块24。如所图示，在单个功率系统模块24内能利用各种不同或相异的能量模块32(例如，参见E1与E7相比的示意性形状)。功率系统模块24的方面能被配置成或适于从每个相应的能量模块32接收个体的功率供应，并且利用每个个体的功率供应，或者例如组合来自能量模块32的集合或子集的个体的功率供应，以形成一个或多个电功率输出40。
虽然图示单个功率输出40，但可包括本公开的方面，其中单个功率系统模块24能被配置成或适于提供多个功率输出40、多通道功率输出40或具有不同或相异电特性的功率输出40。本公开的方面可以包括例如被配置成提供同时功率输出40的多通道功率输出40。具有不同或相异功率输出的功率输出40的非限制性示例可包括交流(AC)功率、直流(DC)功率、一相或多相电流、一个或多个电压电平或其组合。在本公开的一个非限制性方面中，背板36能被配置成或适于提供一个或多个功率输出40，以及功率转换、逆变等。
能量管理模块34能被配置成可操作地控制来自能量模块32的集合或子集的功率分配，以满足功率需求，诸如飞行器10操作期间、飞行器飞行操作期间、飞行器飞行阶段期间等的功率需求。在所示的示例中，功率需求信号38能被提供给功率系统模块24或能量管理模块34中的至少一个，指示满足一个或多个电负载或功率消耗系统20的电期望所需的功率。在这个意义上，能量管理模块34能包括具有处理器和存储器的控制器模块，并且能被配置成通过背板36可控地操作或选择性地放电能量模块32的集合或子集，以便以满足功率需求38的电形式或电特性向功率输出40供应功率。如所述，个体的功率系统模块24的功率需求38能与功率消耗系统20或功率消耗子系统的特定集合或子集关联，或者分别被指配为目标是功率消耗系统20或功率消耗子系统的特定集合或子集。
可包括本公开的方面，其中能与个体的功率系统模块24共享功率供应或在个体的功率系统模块24之间共享功率供应。如所示，多个功率系统模块24能选择性地互连(例如通过虚线框中所示的开关48)，并且操作成使得第一功率系统模块24可以向第二功率系统模块24递送功率供应。如所示，这种可操作共享能通过具有处理器44和存储器46的控制器模块42可控地实现或启用。在一个非限制性示例中，控制器模块42能包括或能被并入能量管理模块34的控制器模块中，如本文描述的。在另一个非限制性示例中，可操作地共享能响应于本文描述的功率需求38(诸如，当第一功率系统模块24的功率需求38降低或降低时，当第二功率系统模块24的功率需求38升高或增加时，或其组合时)可控地实现或启用。
在这样的示例中，第一功率系统模块24可选择性地对能量模块32集合中的一个或多个进行放电，以对第二功率系统模块24中的一个或多个能量模块32进行再充电。在这个意义上，功率分配系统30或功率系统模块24能在飞行器巡航阶段、飞行器进场阶段、飞行器着陆阶段、各阶段的组合等中的至少一个期间在其它功率系统模块24之间可操作地共享功率。
在本公开的另外非限制性示例中，功率系统模块24的集合中的一个功率系统模块(诸如第一功率系统模块24)的能量管理模块34或其控制器模块42能被进一步配置成预测当前飞行器飞行操作的剩余部分的累计飞行操作功率需求38。在本公开的另一个非限制性示例或备选非限制性示例中，功率系统模块24的集合中的一个功率系统模块(诸如第一功率系统模块24)的能量管理模块34能被进一步被配置成估计当前飞行器10飞行操作的剩余部分的累计飞行操作功率需求38。如本文所使用的，飞行的剩余部分的“累计飞行操作功率需求”可以包括预测或估计的功率消耗系统20预期消耗的总功率量，直到飞行器已经着陆或滑行到目的地点。“累计”功率需求的非限制性示例能进一步包括附加或缓冲功率需求38，以便在调度和预测或估计中提供灵活性。
在这种意义上，功率系统模块24的集合中的一个功率系统模块的能量管理模块34或其控制器模块42能将预测或估计的累计飞行操作功率需求38与功率系统模块24的可放电功率量进行比较。在示例中，所述控制器模块34可被进一步配置成当一个或多个功率系统模块24的可放电功率量大于当前飞行器飞行操作的剩余部分的预测或估计的累计飞行操作功率需求38时，基于所述比较来确定所述相应功率系统模块24或多个功率系统模块24的存在过剩的可放电功率量。可以包括本公开的非限制性示例，其中可以通过相应能量模块32中的一个或多个的功率感测、估计过去的放电等来包括相应功率系统模块24的可放电功率量。
基于上述比较，如果存在相应功率系统模块24的过剩的可放电功率量，则能量管理模块34或其控制器模块42能被进一步配置成将相应功率系统模块24的过剩的可放电功率量与功率系统模块24集合中的另一个可操作地共享，以至少部分地对另一个功率系统模块24的能量模块32集合中的一个或多个再充电。在这些非限制性示例中，第一功率系统模块24能可操作地与另一个功率系统模块24共享功率，直到例如第一功率系统模块24基本上对能量模块32的集合或子集放电。在非限制性示例中，如本文所使用的，对能量模块32的“基本放电”能包括耗尽或放电能量模块32，直到剩余少于百分之五的存储的能量电荷。在另一个非限制性示例中，如本文所使用的，对能量模块32的“基本放电”能包括耗尽或放电能量模块，直到剩余少于百分之十的存储的能量电荷。在又一个非限制性示例中，第一功率系统模块24能可操作地与另一个功率系统模块24共享功率，直到例如第二功率系统模块24或其能量模块32的集合或子集被再充电。
在又一个非限制性示例中，第一功率系统模块24能可操作地与另一个功率系统模块24共享功率，以便降低在飞行器操作之间要替换的飞行器10整体或功率系统模块24的能量模块32的数量。换句话说，第一功率系统模块24能可操作地与另一个功率系统模块24共享功率，以可控地限制、降低或以其它方式最小化在未来替换或地面维护操作期间要替换的可替换能量模块32的总数。
图3是用于一队飞行器10、110(诸如图1中的飞行器10)的能量管理系统100的示意图示。虽然在机场126处图示本公开的示例方面，但是本公开的非限制性方面可应用于利用能量模块32的任何位置。如所示，机场126能包括在机场126的范围内飞行的飞行器10，包括但不限于起飞或降落、经过的飞行器10或甚至位于地面的飞行器110，诸如已经到达机场126作为目的地的飞行器110、获得维护动作的飞行器110、准备未来飞行计划的飞行器110或其组合。在又一个非限制性示例中，包括示出为汽车120的非飞行器交通工具，以作为能利用能量管理系统100或者利用本文描述的功率系统模块24的功率分配系统两者的另一个示例装置。
机场126能进一步包括充电站124，其用于对能量模块32进行充电、再充电或以其它方式存储。如所示，充电站能电耦合到功率源122(诸如基于地面的功率电网等)以提供用于对能量模块32充电或再充电的能量。作为非限制性示例，放电的能量模块132被图示为包括在充电站124中，以传达充电站124能包括或存储充电能量模块32以及包括放电的或当前正充电的能量模块132。
而且，如非限制性示例中所示，机场126的地面上的飞行器110包括能被包括在功率系统模块24中(为简洁起见，未示出)的充电能量模块32以及放电的能量模块132两者，所述放电的能量模块132能在下一次飞行计划之前被移除或替换。例如，维护或基于地面的工人能移除放电的能量模块132，将它们运输到充电站124的空隔间进行再充电，并且将充电能量模块132从充电站124运输回飞行器110。
飞行器10、110、汽车120、充电站124等全都能与能量管理系统100通信连接(例如，示出使用无线传输)。虽然示出无线传输，但是能包括任何有线或无线通信介质、传输、数据转移协议、互联网传输等，以使得能够或以其它方式使与能量管理系统100的通信可操作。
图4是根据本文描述的各个方面的图3的能量管理系统100的示意性系统图示。如所示，能量管理系统100能包括估计模块102、预测模块104、能量容量确定模块106、功率源库存分配计划模块108、具有处理器144和存储器146的控制器模块142等的任意组合。如所示，控制器模块142可以类似于之前描述的控制器模块42。
能量管理系统100能与若干其它系统组件交互。组件之间的通信由箭头图示。在一个非限制性示例中，能量管理系统100能与飞行计划数据库130交互或通信。飞行计划数据库130能包括例如一个或多个飞行器10、110(诸如一队飞行器10、110)在一段时间内的期望飞行计划。在另一个非限制性示例中，飞行计划数据库130能至少包括或限定一队飞行器10、110中的每个的期望飞行计划和一队飞行器10、110中的每个的位置。
在另一个非限制性示例中，能量管理系统100能与能量需求数据库140交互或通信。能量需求数据库140能包括与飞行器10、110模型中的至少一个的预测的、估计的或以其它方式已知的能量需求相关的信息或数据、飞行计划信息(例如，位置源和目的地之间的飞行航段(leg))、个体的飞行器系统或子系统能量需求(例如，某些推进系统、某些计算机系统等)或与飞行相关的信息。与飞行相关的示例信息能包括非限制性方面，诸如重量估计或预测、当前天气信息、历史或预测天气信息、清单信息等。如本文所使用的，“能量需求”可包括功率量数量、电功率或与功率相关的另一个特性，诸如，与飞行计划能量需求相关的能量模块32信息或数据。
在另一个非限制性示例中，能量管理系统100能与位置数据库150交互或通信。位置数据库150能包括或限定例如与特定位置相关的能量管理系统100数据，所述特定位置包括但不限于机场126、充电站124位置、在相应位置处的充电站充电或存储容量等。
在又一个非限制性示例中，能量管理系统100能与可替换功率源库存数据库160交互或通信。可替换功率源库存数据库160能包括与可替换功率源相关的信息或数据，诸如由一队交通工具、汽车120、飞行器10、110等利用的能量模块32、132。在非限制性示例中，每个能量模块32、132能进一步包括与能量模块32、132的充电状态162或当前位置164相关的数据或信息。充电状态162的非限制性示例能包括当前充电或放电速率、当前充电水平、与能量模块32、132相关的任何健康监测数据等或其组合。
能量模块32、132的当前位置164的非限制性示例能包括指配或配给给特定交通工具、汽车120、飞行器10、110或充电站124、那个相应交通工具、汽车120、飞行器10、110或充电站124的位置，或甚至更精确的位置信息(诸如充电站124或存储舱位置)或飞行器10、110的功率系统模块24中的特定安装位置(例如，推进指配功率系统模块24的第三模块、第三行、第二列等)等。在这个意义上，可替换功率源库存数据库160能限定与能量模块32、132的集合相关的特定信息或数据。
能量管理系统100能从飞行计划数据库130、能量需求数据库140、位置数据库150、可替换功率源库存数据库160等的至少一子集接收信息或数据。在操作期间，能量管理系统100或其控制器模块142能估计一队交通工具(诸如一队飞行器10、110)的期望飞行计划的至少一子集的能量需求。在一个非限制性示例中，能利用估计模块102或预测模块104来估计或预测期望飞行计划集合的累计能量需求。估计或预测能量需求可以至少部分基于由限定期望飞行计划集合的飞行计划数据库130接收的数据、从限定期望飞行计划出发和到达信息的位置数据库150接收的数据以及在那些相应的出发和到达位置处的能量管理系统100能力、从能量需求数据库140接收以估计或预测期望飞行计划的能量需求(例如，基于已知飞行器系统或子系统信息)的数据、从限定可用能量模块32、132放置和容量信息的可替换功率源库存数据库160接收的数据或其组合。
在这种意义上，能量管理系统100能接收上面提到的信息或数据或其子集，并估计或预测所述一队的期望飞行计划集合的能量需求。基于那个估计或预测的能量需求，能量管理系统100能比较或确定那个估计或预测的能量需求如何与当前可替换功率源库存或未来可替换功率源库存相关。在非限制性示例中，可以通过能量容量确定模块106至少基于可替换功率源库存数据库160信息或数据来确定、比较、预测、估计当前可替换功率源库存或未来可替换功率源库存，或者其某种组合。
如本文所使用的，“当前可替换功率源库存”可包括由能量管理系统100或可替换功率源库存数据库160限定或跟踪的能量模块32、132集合的当前状态，而“未来可替换功率源库存”可包括或结合能量模块32、132的方面，所述能量模块能被充电或再充电，或者在期望飞行计划实施或出发时，将通过运输到达，诸如从到达的飞行器10、110或汽车120到达。
理解的是，在这种比较或确定那个估计或预测的能量需求与当前可替换功率源库存或未来可替换功率源库存如何相关期间，仅期望飞行计划的子集能找到所需能量的充足配给。进一步设想，在一些实例中，基于所需能量的充足或不充足配给，能配置、更新、更改或以其它方式修改期望飞行计划的集合或子集。在这个意义上，该比较或确定能进一步确定能量模块32、132的至少一子集(当前可替换功率源库存、未来可替换功率源库存或其组合)能满足期望飞行计划的至少一子集的确定、需求等，并且能指配、配给、定位等期望飞行计划的子集的相应能量模块32、132。换句话说，该比较或确定能确定足够量、数量、数目等的能量模块32、132可定位用于期望飞行计划的特定子集，使得那些期望飞行计划能在满足或超过那些相应期望飞行计划的能量需求的同时而操作。
响应于确定足够量、数量、数目等的能量模块32、132可定位用于期望飞行计划的特定子集，能量管理系统100能例如通过功率源库存分配计划模块108生成功率源库存分配计划，定位、指配、配给等用于相应的期望飞行计划相应的能量模块32、132。在这个意义上，能量管理系统100产生或生成分配计划，其使得能够根据期望或现在指配的飞行计划分配能量模块32、132。在非限制性示例中，所产生或生成的功率源库存分配计划能包括对于操作期望飞行计划的一队飞行器10、110，在期望飞行计划将需要能量模块32、132时的能量模块32、132的当前或预测位置、相应能量模块32、132的电荷或充电状态等。
功率源库存分配计划或能量管理系统100可包括或输出一个或多个指南、报告、指令或操作手册，其用于使得能够根据功率源库存分配计划分派能量模块32、132集合。在非限制性示例中，功率源库存分配计划或能量管理系统100能输出位置计划170的集合，诸如功率源库存分配计划中涉及或利用的每个相应位置的位置计划170。在该示例中，人员、职员、工人等能对于那个相应位置，操作充电站124，移动或分配能量模块32、132等，以便根据功率源库存分配计划来适应、完成、启用或以其它方式操作该位置。
在非限制性示例中，功率源库存分配计划或能量管理系统100能包括或输出交通工具计划180的集合，诸如功率源库存分配计划中涉及或利用的一队中每个相应交通工具、汽车120、飞行器10、110等的交通工具计划180。在这个示例中，根据功率源库存分配计划，人员、职员、工人等可以替换、交换、装载或卸载指配或配给的能量模块32、132等。在另一个非限制性示例中，交通工具计划180能在一段操作时间内为期望飞行计划或行驶计划的多个行驶航段提供指导。在这个意义上，可以利用交通工具计划180的集合，以便根据功率源库存分配计划来适应、完成、启用或以其它方式操作特定交通工具。
在又一个非限制性示例中，功率源库存分配计划或能量管理系统100可包括或输出充电站计划190的集合，诸如到达需要被充电或再充电的位置并且在功率源库存分配计划中涉及或利用的能量模块32、132(包括特定能量模块32、132)的列表、清单、指配和期望等。在该示例中，人员、职员、工人等能根据功率源库存分配计划替换、交换、装载或卸载在相应位置从充电站124集合进出的指配或配给的能量模块32、132等。在另一个非限制性示例中，交通工具计划180能在一段充电或再充电时间或充电或再充电操作期间，为多个能量模块32、132提供指导。在这个意义上，可以利用充电站计划190的集合，以便根据功率源库存分配计划来适应、完成、启用或以其它方式操作特定充电站。
图5是根据本文描述的各个方面的演示操作交通工具(诸如飞行器10、110)的可放电功率系统模块24的方法200的示例流程图。操作飞行器10、110的可放电功率系统模块24的方法200，可放电功率系统模块24具有选择性地互连以限定至少一个功率系统模块功率输出40的可替换可放电能量模块32、132的集合，所述方法包括在210处，在具有控制器模块的能量管理模块34处接收分别与可放电功率系统模块24关联并由可放电功率系统模块24可操作地供电的功率消耗子系统20的集合的功率需求38。方法200可包括在220处，例如响应于接收到功率需求38，选择性地对容纳在可放电功率系统模块24的底盘50中的可替换可放电能量模块32、132的至少一子集进行放电，以满足功率需求38。
可包括本公开的非限制性方面，其中方法200包括在230处，由能量管理模块34估计飞行器10、110飞行操作的剩余部分的累计飞行操作功率需求38。在另一个非限制性方面中，方法200可包括在240处，由能量管理模块34将累计飞行操作功率需求与可放电功率系统模块24的可放电功率量进行比较。在本公开的又一非限制性方面中，方法200可包括在250处，当可放电功率系统模块24的可放电功率量大于对于飞行器10、110飞行操作的剩余部分的估计累计飞行操作功率需求时，由能量管理模块34基于比较来确定存在过剩的可放电功率量。在本公开的又一非限制性方面中，方法200能包括在飞行器10、110巡航阶段、飞行器10、110进场阶段或飞行器10、110着陆阶段中的至少一个期间，在可放电功率系统模块24和其它可放电功率系统模块24之间可操作地共享功率，以便降低在飞行器10、110操作之间要替换的飞行器10、110的能量模块32、132的数量。
所描绘的序列仅用于说明性目的，并不意味着以任何方式限制方法200，因为理解的是，方法200的部分能以不同的逻辑次序进行，能包括附加或中间部分，或者所描述的方法部分能被分成多个部分，或者所描述的方法部分能被省略，而不偏离所描述的方法。例如，在本公开的一个非限制性方面中，方法200可包括在可放电功率系统模块24和其它可放电功率系统模块之间可操作地共享功率，直到可放电功率系统模块24基本上对能量模块32、132的集合放电。在本公开的另一个非限制性方面中，方法200能包括在可放电功率系统模块24和其它可放电功率系统模块24之间可操作地共享功率包括可操作地共享功率，直到其它可放电功率系统模块24的可再充电能量模块32、132的集合被再充电。
在本公开的又一个非限制性示例方面中，方法200能进一步包括在飞行操作期间从飞行器10、110中弹出至少一个基本放电的能量模块32、132。弹出放电的能量模块32、132的非限制性示例能包括弹出完全放电的能量模块32、132，以降低飞行器10、110的重量，降低与携带放电或部分放电的能量模块32、132关联的风险，消除经历故障的能量模块32、132，例如，如由能量模块32、132健康系统或电池健康系统等或其组合所确定的。
在另一个非限制性示例方面中，飞行器10、110飞行操作的剩余部分包括飞行计划的至少两个航段。在这个意义上，飞行器10、110能包括、被确定为装载或被指示为装载足够数量的能量模块32、132以完成多于一个飞行计划航段，例如，以避免航段之间的目的地可能没有足够的功率源库存或充电能量模块32、132库存来替换用尽或放电的能量模块32、132。
在本公开的又一个非限制性示例方面中，可操作地共享功率进一步包括确定在飞行器10、110目的地(诸如机场126或其它位置)的替换能量模块32、132的容量，并可操作地共享功率以对由替换能量模块32、132的容量可替换的能量模块32、132的子集进行放电。在方法200的又一个非限制性方面中，确定替换能量模块32、132的容量能进一步包括估计例如由充电站124对可再充电替换能量模块32、132的再充电，并且预测可再充电替换能量模块32、132的至少一子集将被再充电，例如，到将需要它们来满足期望飞行计划的时候。在该方法的又一个非限制性示例中，可操作地共享功率能基于所确定的容量优先对可放电功率系统模块24或其它可放电功率系统模块24中的至少一个的可再充电能量模块32、132的至少一子集进行再充电。
图6是根据本文描述的各个方面的演示操作一队飞行器10、110的能量管理系统100的方法300的示例流程图。方法300的非限制性方面能包括在310处，由能量管理系统100的控制器模块142接收一队交通工具或飞行器10、110的期望飞行计划数据库130，所述期望飞行计划数据库130至少限定一队交通工具或飞行器10、110中的每个的期望飞行计划和一队交通工具或飞行器10、110中的每个的位置。
方法300的非限制性方面能进一步包括在320处，由控制器模块142接收可替换功率源库存数据库160，所述数据库至少限定可放电能量模块32、132的集合。在本公开的又一个非限制性方面中，方法300能包括在330处，例如由估计模块102估计一队交通工具或飞行器10、110的期望飞行计划的至少一子集的能量需求。虽然描述“估计”，但是本公开的非限制性方面能附加地或备选地包括例如由预测模块104预测一队交通工具或飞行器10、110的期望飞行计划的至少一子集的能量需求。
在本公开的又一个非限制性方面中，方法300可包括在340处，至少基于可替换功率源库存数据库160和期望飞行计划数据库130的期望飞行计划子集，确定可放电能量模块32、132的集合是否可位于一队交通工具或飞行器10、110的至少一子集的相应位置。附加地或备选地，基于位置数据库150确定可放电能量模块32、132的集合是否可位于一队交通工具或飞行器10、110的至少一子集的相应位置。在本公开的又一个非限制性示例中，位置数据库或其中包含的信息能被包括在可替换功率源库存数据库160中。
在方法300的又一个非限制性方面中，在350处，基于确定可放电能量模块32、132的集合可位于一队交通工具或飞行器10、110的至少一子集的相应位置，由能量管理系统100生成功率源库存分配计划，例如，通过功率源库存分配计划模块108，为一队交通工具或飞行器10、110的期望飞行计划的至少一子集分派可放电能量模块32、132的子集。
所描绘的顺序仅用于说明性目的，并不意味着以任何方式限制方法300，因为理解的是，方法的部分可按不同的逻辑次序进行，可包括附加或中间部分，或者方法的所描述部分可被划分成多个部分，或者方法的所描述部分可被省略，而不减损所描述方法。例如，方法300的非限制性方面可进一步包括根据功率源库存分配计划将可放电能量模块32、132的集合装载到一队交通工具或飞行器10、110的至少一子集上。
在本公开的另一个非限制性方面中，所述方法300可包括根据相应的飞行计划和功率源库存分配计划来使一队飞行器10、110的至少一子集飞行。在本公开的又一个非限制性方面中，所述方法300可包括更新可替换功率源库存数据库160以反映所分派的功率源库存分配计划的可放电能量模块32、132的子集。在本公开的又一个非限制性方面中，方法300可包括其中接收至少限定一队飞行器10、110的至少一子集的期望多航段飞行计划以及相应飞行计划的每个航段的位置的期望飞行计划数据库130。
在本公开的又一个非限制性方面中，方法300可包括其中估计包括估计期望多航段飞行计划的每个航段的能量需求，以及确定可放电能量模块32、132集合是否可位于相应飞行计划的每个航段的相应位置的至少一子集处。在本公开的方面的又一个非限制性示例中，方法300可包括其中生成功率源库存分配计划包括分派用于相应多航段飞行计划额可放电能量模块32、132的子集。
在本公开的又一个非限制性方面中，方法300可包括其中分派用于相应多航段飞行计划的可放电能量模块32、132的子集包括分派用于相应多航段飞行计划的第一航段的可放电能量模块32、132的第一子集，以及分派用于相应多航段飞行计划的第二航段的可放电能量模块32、132的第二子集。在本公开的又一个非限制性方面中，方法300可包括其中可放电能量模块32、132的第一子集满足相应多航段飞行计划的第一航段的估计能量需求，并且其中可放电能量模块32、132的第二子集满足相应多段飞行计划的第二航段的估计能量需求。
在本公开的又一个非限制性方面中，方法300可包括其中可放电能量模块32、132的第一子集满足用于相应多航段飞行计划的第一航段的估计能量需求，并且至少部分满足用于相应多航段飞行计划的第二航段的估计能量需求。在本公开的又一个非限制性方面中，所述方法300可包括由能量管理系统100生成用于操作充电站124的集合的充电计划190，以对能量模块32、132的放电的子集进行再充电，使得放电的能量模块32、132的子集根据功率源库存分配计划在相应位置被再充电并可用。在本公开的又一个非限制性方面中，方法300可包括其中所述期望飞行计划数据库130限定用于一队交通工具或飞行器10、110中的每个的期望飞行计划的时间数据，并且其中生成功率源库存分配计划根据一队飞行器10、110的期望飞行计划的至少一子集的时间数据分派可放电能量模块32、132的子集。
在本公开的又一个非限制性方面中，方法300可包括其中所述可替换功率源库存数据库160进一步限定可放电能量模块32、132的集合中的每个的充电状态162，并且其中确定可放电能量模块32、132的集合是否可位于相应位置处包括基于所述充电状态162来估计可放电能量模块32、132的集合中的每个在相应位置处的再充电时间。在本公开的又一个非限制性方面中，所述方法300可包括由能量管理系统100基于可放电能量模块32、132的集合的充电状态162生成用于操作充电站124的集合以对能量模块32、132的放电的子集再充电的充电计划190，使得放电的能量模块32、132的子集根据功率源库存分配计划在相应位置处被再充电和可用。
在本公开的又一个非限制性方面中，所述方法300可包括生成一队飞行器10、110的至少一子集的更新的期望飞行计划，以基于在不同目的地重新分派可放电能量模块32、132优先对能量模块32、132的选择性放电。在这个意义上，能量模块32、132的优先放电能被用于在缺少能量模块32、132或者需要附加能量模块32、132的位置重新分派能量模块32、132。在本公开的又一个非限制性方面中，方法300可包括其中所述可替换功率源库存数据库160进一步限定可放电能量模块32、132的集合中每个的位置，并且由能量管理系统100生成用于在不同目的地平衡重新分派所述可放电能量模块32、132的重新分派计划。
在本公开的又一个非限制性方面中，所述方法300可包括由所述控制器模块142接收与一队飞行器10、110的期望飞行计划相关的天气数据库，以及由所述能量管理系统100至少部分基于所述天气数据库，生成分派用于一队飞行器10、110的期望飞行计划的至少一子集的可放电能量模块32、132子集的功率源库存分配计划。在本公开的又一个非限制性方面中，所述方法300可包括基于包括至少一个完整飞行计划的更新的期望飞行计划数据库130，并且基于反映至少一个完整飞行计划的可放电能量模块32、132的集合的更新的可替换功率源库存数据库160，生成更新的功率源库存分配计划。
在本公开的又一个非限制性方面中，所述方法300可包括至少基于分派可放电能量模块32、132的子集的所生成的功率源库存分配计划，生成用于一队飞行器10、110的至少一子集的更新的期望飞行计划数据库130。在本公开的又一个非限制性方面中，所述方法300可包括基于在飞行期间至少一个可放电能量模块32、132从至少一个飞行器10、110的弹出，生成更新的功率源库存分配计划。在本公开的又一个非限制性方面中，方法300可以在时间基础上重复，在一段时间(例如，每小时或每天)之后重复，或者可以随着对相应数据库130、140、150、160中的至少一个的更新而可重复，并且能生成新的功率源库存分配计划。
除了上述图中所示的方面和配置外，本公开还考虑了许多其它可能的方面和配置。
本文公开的方面提供一种利用可替换能量模块的飞行器和一种被利用来规划和分派能量模块的能量管理系统，以满足一队交通工具的飞行计划的能量需求。技术效果在于，上述方面使得能够设计、估计、预测、启用和实现在跨许多位置、交通工具、操作员和分派考虑的一队交通工具(诸如飞行器)中利用可替换能量模块。在上述方面能实现的一个优点是，上述方面使得能够基于几个因素智能地利用能量需求。一个这样的考虑可包括利用高能量密度能量模块用于合适的应用，管理能量模块使用和利用以确保长的操作寿命或最大性能等。
本公开的方面的另一个优点可包括用于相应的专用功率消耗系统或子系统的专用功率系统模块24。功率系统模块24到功率消耗系统的这种分派能进一步确保特定能量模块32、132的恰当或定制的利用，其中最适合交通工具的可操作效率。又一个优点可包括考虑特定交通工具的未来行驶计划或飞行计划，并为驾驶员试驾审查和实现提出对于能量模块或用途的建议。
本公开的方面的又一个优点可包括使用定制的或模块化的功率能量模块或功率系统模块，其重量取决于飞行或行驶计划，而不是固定能量或重量系统。换句话说，行驶计划所需的能量重量可与所需的能量成比例或可变地相关，而不是固定的超重。本公开的又一个非限制性优点可以包括由于即插即用替换能量模块系统而降低的停机时间或维护时间。本公开的方面的又一个非限制性优点是易于实现和利用可互换的健康监测、修理和替换单独和独立的能量模块。
本公开的又一个优点是适于跨多个系统、平台和交通工具利用公共能量模块设计和配置。
在尚未描述的程度上，各个方面的不同特征和结构可根据需要相互组合使用。一个特征不能在所有方面中示出并不意味着被解释为它不能，而是为了描述的简洁起见。因此，不同方面的各种特征可根据需要被混合和匹配以形成新的方面，不管新的方面是否被明确描述。本文描述的特征的组合或置换被本公开所覆盖。
本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本公开，并且还使本领域的技术人员能够实践本公开，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合方法。本公开的可取得专利范围由权利要求书来限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它示例包括与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则它们意在处于权利要求书的范围之内。
本公开的各种特性、方面和优点还能被体现在本公开的方面的任何排列中，包括但不限于以下列举方面中所限定的技术解决方案：
1.一种飞行器，包括限定功率消耗子系统集合的功率分配网络以及可放电功率系统模块的集合，可放电功率系统模块的集合中的每个与向功率消耗子系统的相应子集供应功率关联，并且进一步包括底盘、选择性地互连在底盘内的可替换的可放电能量模块的集合以及具有控制器模块的能量管理模块，所述控制器模块被配置成基于功率消耗子系统的相应子集的能量需求，在飞行器操作期间可操作地控制来自能量模块的集合的功率分配，其中可放电功率系统模块的集合中的每个能可操作地在其它可放电功率系统模块之间共享功率。
2.根据任何前述条款所述的飞行器，其中，飞行器操作是飞行器飞行操作或飞行器飞行阶段中的至少一个。
3.根据任何前述条款所述的飞行器，其中，在飞行器巡航阶段、飞行器进场阶段或飞行器着陆阶段中的至少一个期间，所述可放电功率系统模块的集合中的每个能可操作地在其它可放电功率系统模块之间共享功率。
4.根据任何前述条款所述的飞行器，其中，可放电功率系统模块的所述集合中的一个模块的所述能量管理模块被进一步配置成以下中的至少一个：预测当前飞行器飞行操作的剩余部分的累计飞行操作功率需求或估计所述当前飞行器飞行操作的剩余部分的累计飞行操作功率需求，并将所述累计飞行操作功率需求与所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的可放电功率量进行比较。
5.根据任何前述条款所述的飞行器，其中，所述控制器模块被进一步配置成当所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的所述可放电功率量大于所述当前飞行器飞行操作的剩余部分的预测或估计的累计飞行操作功率需求中的至少一个时，基于所述比较来确定所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块存在过剩的可放电功率量。
6.根据任何前述条款所述的飞行器，其中，所述控制器模块被进一步配置成可操作地将所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的所述过剩的可放电功率量与所述可放电功率系统模块的集合中的另一个模块共享，以至少部分地对所述可放电功率系统模块的集合中的所述另一个模块的所述能量模块的集合中的一个模块再充电。
7.根据任何前述条款所述的飞行器，其中，所述控制器模块被进一步配置成可操作地将来自所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的功率与所述可放电功率系统模块的集合中的至少一个其它模块共享，使得所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块基本上对所述能量模块的集合进行放电。
8.根据任何前述条款所述的飞行器，其中，所述控制器模块进一步配置成可操作地将来自所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的功率与所述可放电功率系统模块的集合中的至少一个其它模块共享，直到所述可放电功率系统模块的集合中的至少一个其它模块被再充电。
9.根据任何前述条款所述的飞行器，其中，所述控制器模块被进一步配置成可操作地将来自所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的功率与所述可放电功率系统模块的集合中的至少一个其它模块共享，以便降低在飞行器操作之间要替换的所述飞行器的能量模块的数量。
10.根据权利要求1所述的飞行器，其中，所述能量模块的集合包括电池组、蓄电池、超级电容器、燃料电池或氢电池的至少一子集。
11.根据任何前述条款所述的飞行器，其中，可放电功率系统模块至少一子集被进一步配置成同时输出多通道功率输出。
12.根据任何前述条款所述的飞行器，其中，能量模块的至少一子集在飞行器操作期间是可弹出的。
13.一种操作飞行器的可放电功率系统模块的方法，所述可放电功率系统模块具有可替换的可放电能量模块的集合，所述可替换的可放电能量模块选择性地互连以限定至少一个功率系统模块功率输出，所述方法包括：在具有控制器模块的能量管理模块处接收分别与所述可放电功率系统模块关联并由其可操作地供电的功率消耗子系统集合的功率需求；响应于接收到所述功率需求，选择性地对容纳所述可放电功率系统模块的底盘中的可替换的可放电能量模块的至少一子集进行放电，以满足所述功率需求；由所述能量管理模块估计用于飞行器飞行操作的剩余部分的累计飞行操作功率需求；由所述能量管理模块将所述累计飞行操作功率需求与所述可放电功率系统模块的可放电功率量进行比较；当所述可放电功率系统模块的所述可放电功率量大于用于所述飞行器飞行操作的剩余部分的估计累计飞行操作功率需求时，由所述能量管理模块基于所述比较来确定存在过剩的可放电功率量；以及在飞行器巡航阶段、飞行器进场阶段或飞行器着陆阶段中的至少一个期间，在所述可放电功率系统模块和其它可放电功率系统模块之间可操作地共享功率，以便降低在飞行器操作之间要替换的飞行器的能量模块的数量。
14.根据任何前述条款所述的方法，其中，在所述可放电功率系统模块和其它可放电功率系统模块之间可操作地共享功率包括可操作地共享功率，直到所述可放电功率系统模块基本上对所述能量模块的集合放电。
15.根据任何前述条款所述的方法，其中，在所述可放电功率系统模块和其它可放电功率系统模块之间可操作地共享功率包括可操作地共享功率，直到所述其它可放电功率系统模块的所述可再充电能量模块的集合被再充电。
16.根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：在飞行操作期间从所述飞行器中弹出至少一个基本放电的能量模块。
17.根据任何前述条款所述的方法，其中，所述飞行器飞行操作的剩余部分包括飞行计划的至少两个航段。
18.根据任何前述条款所述的方法，其中，可操作地共享功率进一步包括确定在飞行器目的地的替换能量模块的容量，并且可操作地共享功率以对由所述替换能量模块的容量可替换的所述能量模块的子集放电。
19.根据任何前述条款所述的方法，其中，确定替换能量模块的容量进一步包括估计可再充电替换能量模块的再充电，并且预测可再充电替换能量模块的至少一子集将被再充电。
20.根据任何前述条款所述的方法，其中，可操作地共享功率基于确定的容量优先对所述可放电功率系统模块或所述其它可放电功率系统模块中的至少一个的可再充电能量模块的至少一子集进行再充电。
21.一种操作用于一队飞行器的能量管理系统的方法，所述方法包括：由所述能量管理系统的控制器模块接收用于所述一队飞行器的期望飞行计划数据库，所述期望飞行计划数据库至少限定用于所述一队飞行器中的每个的期望飞行计划和所述一队飞行器中的每个的位置；由控制器模块接收至少限定可放电能量模块的集合的可替换功率源库存数据库；估计用于所述一队飞行器的所述期望飞行计划的至少一子集的能量需求；至少基于可替换功率源库存数据库和期望飞行计划数据库的期望飞行计划的子集，确定可放电能量模块的集合是否可位于所述一队飞行器的至少一子集的相应位置处；以及基于可放电能量模块的集合可位于所述一队飞行器的至少一子集的相应位置的确定，由能量管理系统生成功率源库存分配计划，其分派用于所述一队飞行器的期望飞行计划的至少一子集的可放电能量模块的子集。
22.根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：根据功率源库存分配计划将可放电能量模块的集合装载到所述一队飞行器的至少一子集上。
23.根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：根据相应的飞行计划和功率源库存分配计划来使所述一队飞行器的至少一子集飞行。
24.根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：更新可替换功率源库存数据库以反映所分派的功率源库存分配计划的可放电能量模块的子集。
25.根据任何前述条款所述的方法，其中，接收期望飞行计划数据库包括接收至少限定用于所述一队飞行器的至少一子集的期望多航段飞行计划以及相应飞行计划的每个航段的位置的期望飞行计划数据库。
26.根据任何前述条款所述的方法，其中，估计包括估计用于期望多航段飞行计划的每个航段的能量需求，以及确定可放电能量模块的集合是否可位于相应飞行计划的每个航段的相应位置的至少一子集处。
27.根据任何前述条款所述的方法，其中，生成功率源库存分配计划包括分派用于相应多航段飞行计划的可放电能量模块的子集。
28.根据任何前述条款所述的方法，其中，分派用于相应多航段飞行计划的可放电能量模块的子集包括分派用于相应多航段飞行计划的第一航段的可放电能量模块的第一子集，以及分派用于相应多航段飞行计划的第二航段的可放电能量模块的第二子集。
29.根据任何前述条款所述的方法，其中，可放电能量模块的第一子集满足用于相应多航段飞行计划的第一航段的估计能量需求，并且其中可放电能量模块的第二子集满足用于相应多段飞行计划的第二航段的估计能量需求。
30.根据任何前述条款所述的方法，其中，可放电能量模块的第一子集满足用于相应多航段飞行计划的第一航段的估计能量需求，并且至少部分满足用于相应多航段飞行计划的第二航段的估计能量需求。
31.根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：由能量管理系统生成用于操作充电站集合的充电计划，以对能量模块的放电的子集进行再充电，使得放电的能量模块的子集根据功率源库存分配计划在相应位置处被再充电并可用。
32.根据任何前述条款所述的方法，其中，所述期望飞行计划数据库限定所述一队飞行器中的每个的期望飞行计划的时间数据，并且其中生成功率源库存分配计划根据所述一队飞行器的期望飞行计划的至少一子集的时间数据分派可放电能量模块的子集。
33.根据任何前述条款所述的方法，其中，所述可替换功率源库存数据库进一步限定可放电能量模块的集合中的每个的充电状态，并且其中确定可放电能量模块的集合是否可位于相应位置处包括基于所述充电状态来估计可放电能量模块的集合中的每个在相应位置处的再充电时间。
34.根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：由能量管理系统基于可放电能量模块的集合的充电状态生成用于操作充电站集合以对能量模块的放电的子集再充电的充电计划，使得放电的能量模块的子集根据功率源库存分配计划在相应位置处被再充电和可用。
35.根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：生成所述一队飞行器的至少一子集的更新的期望飞行计划，以基于在不同目的地重新分派可放电能量模块优先对能量模块的选择性放电。
36.根据任何前述条款所述的方法，其中，所述可替换功率源库存数据库进一步限定可放电能量模块的集合中的每个的位置，并且由能量管理系统生成用于在不同目的地平衡重新分派所述可放电能量模块的重新分派计划。
37.根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：由所述控制器模块接收与所述一队飞行器的期望飞行计划相关的天气数据库，以及由所述能量管理系统至少部分基于所述天气数据库，生成分派用于所述一队飞行器的期望飞行计划的至少一子集的可放电能量模块子集的功率源库存分配计划。
38.根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：基于包括至少一个完整飞行计划的更新的期望飞行计划数据库，并且基于反映至少一个完整飞行计划的可放电能量模块的集合的更新的可替换功率源库存数据库，生成更新的功率源库存分配计划。
39.根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：至少基于分派可放电能量模块子集的所生成的功率源库存分配计划，生成用于所述一队飞行器的至少一子集的更新的期望飞行计划数据库。
40.根据任何前述条款所述的方法，进一步包括：基于在飞行期间至少一个可放电能量模块从至少一个飞行器的弹出，生成更新的功率源库存分配计划。

Claims (10)

1.一种飞行器，包括：
功率分配网络，限定功率消耗子系统的集合；以及
可放电功率系统模块的集合，所述可放电功率系统模块的集合中的每个与向所述功率消耗子系统的相应子集供应功率关联，并且进一步包括：
底盘；
可替换的可放电能量模块的集合，其选择性地互连在所述底盘内；以及
能量管理模块，其具有控制器模块，所述控制器模块被配置成基于所述功率消耗子系统的所述相应子集的所述能量需求，在飞行器操作期间可操作地控制来自所述能量模块的集合的所述功率分配；
其中，所述可放电功率系统模块的集合中的每个能可操作地在其它可放电功率系统模块之间共享功率。
2.如权利要求1所述的飞行器，其中，飞行器操作是飞行器飞行操作或飞行器飞行阶段中的至少一个。
3.如权利要求2所述的飞行器，其中，在飞行器巡航阶段、飞行器进场阶段和飞行器着陆阶段中的至少一个期间，所述可放电功率系统模块的集合中的每个能可操作地在其它可放电功率系统模块之间共享功率。
4.如权利要求3所述的飞行器，其中，所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的所述能量管理模块被进一步配置成以下中的至少一个：预测当前飞行器飞行操作的剩余部分的累计飞行操作功率需求或估计所述当前飞行器飞行操作的剩余部分的累计飞行操作功率需求，并将所述累计飞行操作功率需求与所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的可放电功率量进行比较。
5.如权利要求4所述的飞行器，其中，所述控制器模块被进一步配置成当所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的所述可放电功率量大于所述当前飞行器飞行操作的剩余部分的预测或估计的累计飞行操作功率需求中的至少一个时，基于所述比较来确定所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块存在过剩的可放电功率量。
6.如权利要求5所述的飞行器，其中，所述控制器模块被进一步配置成可操作地将所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的所述过剩的可放电功率量与所述可放电功率系统模块的集合中的另一个模块共享，以至少部分地对所述可放电功率系统模块的集合中的所述另一个模块的所述能量模块的集合中的一个模块再充电。
7.如权利要求6所述的飞行器，其中，所述控制器模块被进一步配置成可操作地将来自所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的功率与所述可放电功率系统模块的集合中的至少一个其它模块共享，使得所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块基本上对所述能量模块的集合进行放电。
8.如权利要求6或7所述的飞行器，其中，所述控制器模块进一步配置成可操作地将来自所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的功率与所述可放电功率系统模块的集合中的至少一个其它模块共享，直到所述可放电功率系统模块的集合中的至少一个其它模块被再充电。
9.如权利要求6或7所述的飞行器，其中，所述控制器模块被进一步配置成可操作地将来自所述可放电功率系统模块的集合中的一个模块的功率与所述可放电功率系统模块的集合中的至少一个其它模块共享，以便降低在飞行器操作之间要替换的所述飞行器的能量模块的数量。
10.一种操作飞行器的可放电功率系统模块的方法，所述可放电功率系统模块具有可替换的可放电能量模块的集合，所述可替换的可放电能量模块选择性地互连以限定至少一个功率系统模块功率输出，所述方法包括：
在具有控制器模块的能量管理模块处接收分别与所述可放电功率系统模块关联并由其可操作地供电的功率消耗子系统的集合的功率需求；
响应于接收到所述功率需求，选择性地至少对容纳所述可放电功率系统模块的底盘中的所述可替换的可放电能量模块的集合的子集进行放电，以满足所述功率需求；
由所述能量管理模块估计用于飞行器飞行操作的剩余部分的累计飞行操作功率需求；
由所述能量管理模块将所述累计飞行操作功率需求与所述可放电功率系统模块的可放电功率量进行比较；
当所述可放电功率系统模块的所述可放电功率量大于用于所述飞行器飞行操作的剩余部分的估计累计飞行操作功率需求时，由所述能量管理模块基于所述比较来确定存在过剩的可放电功率量；以及
在飞行器巡航阶段、飞行器进场阶段和飞行器着陆阶段中的至少一个期间，在所述可放电功率系统模块和其它可放电功率系统模块之间可操作地共享功率，以便降低在飞行器飞行操作之间要替换的所述飞行器的能量模块的数量。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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