CN116646641A - 电池热管理***及方法 - Google Patents

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埃内斯托·比利亚努埃瓦
纳撒尼尔·马丁
乔本·贝维特
乔纳森·瓦格纳
凯文·维特
布里安·乌兹南斯基
奥斯汀·纽曼
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Abstract

本公开内容涉及电池热管理***及方法。电池热管理***包括电池组、循环子***和热交换器。该***可以可选地包括冷却***、储存器、去离子过滤器、电池充电器和控制器。

Description

电池热管理***及方法
本发明申请是申请日为2020年4月23日、申请号为202080045865.3(国际申请号为PCT/US2020/029617)以及发明名称为“电池热管理***及方法”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年4月23日提交的美国临时申请第62/837,504号的权益，该美国临时申请通过引用整体并入本文。
本申请涉及于2019年5月10日提交的美国申请第16/409,653号、于2019年9月17日提交的美国申请第16/573,837号，上述两个美国申请中的每一个通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及电池技术领域，并且更具体地，涉及电池技术领域中的新的且有用的电池热管理***和方法。
背景技术
电动交通工具使用电池电力来实现交通工具功能，诸如推进和支持***。现代电池技术需要在放电期间进行仔细的热管理，以防止不期望的热事件干扰最佳电力递送并且在一些情况下损坏电池和/或交通工具本身。电池的热管理不充分可能危及交通工具、交通工具的乘员、旁观者和/或周围环境。另外，通常期望以快速且有效的方式对电池进行充电，这必须与由于这种充电过程在电池内产生的热相平衡。在电动交通工具***设计受到对重量、复杂性和/或安全性(诸如航空)的严格约束的情况下，这些挑战变得复杂。
因此，在电池技术领域中需要创建新的且有用的电池热管理***和方法。本发明提供了这样的新的且有用的***和方法。
发明内容
根据本公开，提供了一种用于电动飞行器的操作的方法，所述方法由执行机器可读指令的一个或更多个控制器执行，所述电动飞行器包括电池组以及用于对工作流体进行循环以冷却所述电池组的机载循环***，所述方法包括：从用户接收飞行计划，所述飞行计划包括飞行距离；基于所述飞行距离和电池组的热质量，确定针对所述电池组的起飞温度阈值；在所述电动飞行器连接至非机载循环***时，通过控制工作流体循环通过所述非机载循环***以及通过所述机载循环***来将所述电池组冷却至所述起飞温度阈值或者冷却至低于所述起飞温度阈值；以及在将所述电池组冷却至所述起飞温度阈值或者冷却至低于所述起飞温度阈值之后，根据所述飞行计划控制所述飞行器。
附图说明
图1描绘了电池热管理***的变型。
图2描绘了飞行器与地面站之间的电池热管理***的元件的示例布置。
图3A和图3B描绘了分别连接至第一电池组和第二电池组的机载泵的第一示例电连接配置和第二示例电连接配置。
图4描绘了电池热管理方法的变型的流程图。
图5A和图5B分别描绘了电池热管理***的机载元件的示例布置。
图6A和图6B分别描绘了电池热管理***变型的流体连接的示例布置和电力连接的示例布置。
图7A和图7B分别描绘了第二电池热管理***变型的流体连接的示例布置和电力连接的示例布置。
图8A和图8B分别描绘了电池温度曲线的第一示例和第二示例。
图9A、图9B和图9C分别描绘了电池单元和机载热交换器的第一示例布置、第二示例布置和第三示例布置。
图10A、图10B和图10C分别描绘了容错泵架构的第一示例、第二示例和第三示例。
图11A描绘了电池组内的电池单元的示例布置。
图11B描绘了示例电池组架构中的热事件中的热传播。
图12描绘了调节***的示例布置。
图13A是分布在飞行器周围的交通工具部件的顶视图表示。
图13B是分布在飞行器周围的交通工具部件的侧视图表示。
图13C是分布在飞行器的乘客区域周围的交通工具部件的侧视图表示。
图13D是分布在飞行器周围的交通工具部件的顶视图表示。
图14描绘了S100的示例的流程图。
图15描绘了电池热管理方法的变型的流程图。
图16描绘了电池热管理方法的变型的流程图。
图17描绘了电池热管理***的变型。
图18描绘了用于电池热管理***的变型的集成的充电和调节连接器的示例。
图19A和图19B分别描绘了悬停配置和前进配置下的交通工具的示例。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施方式的描述并非旨在将本发明限制于这些优选实施方式，而是使得本领域的任何技术人员能够制造和使用本发明。
1.概述
电池热管理***100包括电池组110、循环子***120和热交换***130。循环子***包括泵122和流体歧管124，并且可以可选地包括软管联接器126和锁止机构128。***100可以可选地包括冷却***190、储存器150、去离子过滤器160、电池充电器170和控制器180。***100可以另外地或替选地包括任何其他合适的部件。***100的示例在图1中示出。
***100用于管理电池组的热状态。热状态可以包括电池组内的温度分布、电池组的平均温度、电池组的温度上升速率或温度下降速率、以及/或者对全部或部分电池组和/或热联接元件的温度相关特性进行量化的任何其他合适的度量。
***100还可以用于使工作流体在电池组内循环(例如，以实现电池组内的温度均匀性、以加热或冷却电池组等)。工作流体可以是可以被加热和/或冷却并且流过循环子***的闭合回路或断开回路以在各种部件(包括例如外部环境)之间传递热的任何合适的流体。工作流体可以另外地或替选地是用于在***100的电池组的各部分与/或热交换器之间交换热的任何合适的流体介质。例如，工作流体可以是水、水/乙二醇混合物(例如，50/50、70/30、80/20等)、制冷剂(例如，R134a)、油、空气、流体冷却剂、矿物油、任何其他合适的气体或气体混合物、以及/或者任何其他合适的流体。在变型中，工作流体可以是无害的、天然的或可生物降解的流体，以使泄漏或溢出对环境的影响最小化。在变型中，工作流体可以是非传导的(例如，矿物油)，这可以消除使电子设备短路的可能性以及/或者使得能够进行电池单元114的泛流冷却(例如，在完全浸没的配置中)。在一些示例中，***100可以被配置成使用于各种目的的多种工作流体循环(例如，用于冷却电池组的第一工作流体与用于加热电池组的第二工作流体以并行方式循环，其中，第一工作流体和第二工作流体可以根据热管理***的需要在不同的时间进行循环等)。
***100还可以用于检测和管理电池组内的热事件。热事件可以包括电池组的一部分达到的任何非标称温度。例如，热事件可以包括电池组的一个或更多个电池单元114中的热失控，其中，在一个或更多个电池单元内发生不受控的、正反馈放热反应。热事件还可以包括热传播，其中，非标称(例如，尖峰、升高等)温度从初始不受影响的一个电池单元传播到多个电池单元。然而，热事件可以另外地或替选地包括电池组内需要缓解以确保适当的电池组操作(例如，充电、放电、存储等)的任何其他温度相关的事件。
在各个实施方式中，电池热管理***可以结合若干个相关***使用以及/或者包括若干个相关***。这样的相关***可以包括飞行器、飞行器子***(例如，动力***子***、推进子***、航空电子子***等)、基于地面的交通工具(例如，汽车、机车等)、陆基基础设施(例如、空中交通管制***、基于地面的维护***等)和/或任何其他合适的***。
在***100的变型中，电池热管理***的部件分布在交通工具与基础设施设备之间(图2和图17中示出的示例)。交通工具优选地包括电池组、循环子***的一部分，并且可以包括机载泵。基础设施设备优选地包括非机载(offboard)热交换器(例如，冷凝器和/或蒸发器)和循环子***的补充部分，并且可以包括非机载泵和储存器。在具体示例中，交通工具不包括热调节***——诸如主动冷却***、制冷***或其他主动除热***——的重型部件(例如，重量超过交通工具卸载重量的5％、10％、20％等的部件)，其中，未被包括的部件被布置在基础设施设备内。
该分布用于使得能够进行对位于交通工具上的电池组的热调节，而不需要交通工具在操作(例如，飞行、驾驶、穿越水等)期间运送用于热调节的部件。这使得热交换器能够在交通工具操作期间被留下(例如，由于部件数和重量减少而使得能够进行更有效的交通工具操作)。这种分布还使得能够使用更大的或更复杂的热交换器，以使得能够对交通工具上的电池组进行快速充电。基础设施设备可以是静态的(例如，作为基本上永久的基础设施的一部分固定在地面上)或者移动的(例如，可以运送到服务区以在充电或其他热调节期间连接至交通工具的可移动/可牵引的挂车)。
如图4所示，电池热管理方法200可以包括：确定电池组的温度设定点S100；以及将电池组温度调节到温度设定点S150。该方法可以另外地或替选地包括：确定电池组的温度S200；以及重新分布电池组内的热S250。方法200可以另外地或替选地包括任何其他合适的过程。
方法200用于管理与交通工具相关联的电池组的热状态。方法200还可以用于实现与***100类似的***的任何一个或多个部件的功能，如本文描述的或以其他方式适当地限定的。
方法200优选地使用与***100基本上类似的***来实施和/或执行；然而，方法200可以由具有可以用于电池组热管理的任何其他合适的部件的任何其他合适的***来实施和/或执行。
电池热管理***100和/或方法200优选地结合飞行器来实施(例如，该***可以包括飞行器)；在其中电池热管理***分布在交通工具与基础设施设备之间的变型中，交通工具优选地为飞行器。特别地，飞行器优选地为旋翼飞行器，但是可以另外地或替选地包括任何合适的飞行器。旋翼飞行器优选地为具有多个飞行器推进***(例如，旋翼组件、旋翼***等)、能够在前进布置105(示例在图19Β中示出)与悬停布置106(示例在图19A中示出)之间操作的倾转旋翼飞行器。然而，旋翼飞行器可以替选地为：具有一个或更多个旋翼组件或推进***的固定翼飞行器；具有一个或更多个旋翼组件的直升机(例如，其中，至少一个旋翼组件或飞行器推进***基本上轴向地定向以提供水平推力)；以及/或者任何其他合适的旋翼飞行器或由旋翼推动的交通工具。旋翼飞行器优选地包括全电动动力***(例如，电池供电的电动马达)以驱动一个或更多个旋翼组件，但是可以另外地或替选地包括混合动力***(例如，包括内燃发电机的气电混合动力***)、内燃机动力***(例如，包括燃气涡轮发动机、涡轮螺旋桨发动机等)以及任何其他合适的动力***。
飞行器可以具有任何合适的质量(例如，空载质量、装载质量、最大起飞质量等)并且具有任何合适的质量分布(或重量分布)。飞行器质量可以为：1kg、5kg、10kg、50kg、100kg、500kg、1000kg、1250kg、1500kg、1750kg、2000kg、2250kg、2500kg、2750kg、3000kg、5000kg、1000kg、20000kg、小于1500kg、1500kg至2000kg、2000kg至3000kg、3000kg至5000kg、5000kg至10000kg、大于10000kg、由上面提及的值界定的任何合适的范围、和/或任何其他适当的质量。飞行器优选地为乘客运送工具，其被配置成运送1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、10个、超过10个和/或任何合适数目的乘客，然而飞行器可以替选地为无人驾驶飞行器、远程操作载客飞行器和/或任何其他合适的飞行器。
在特定示例中，电池热管理的各部分被集成至于2019年5月10日提交的美国申请第16/409,653号中所描述的电动倾转旋翼飞行器中，该美国申请通过引用整体并入本文。然而，可以使用任何其他合适的飞行器。
电池热管理***的机载部分优选地位于交通工具101中、安装在交通工具101上以及与交通工具101一起运送。电池热管理***的机载部分优选地被集成至飞行器中(例如，***可以包括飞行器)，但是可以另外地或替选地与任何其他合适的交通工具(例如，踏板车、汽车等)一起使用。
在电池热管理***的特定示例中，该***的各部分被集成至包括多个可倾转旋翼组件(例如，六个可倾转旋翼组件)的电动倾转旋翼飞行器中。电动倾转旋翼飞行器可以作为固定翼飞行器、旋翼飞行器操作并且可以以固定翼状态与旋翼状态之间的任何阈限配置操作(例如，其中，多个可倾转旋翼组件中的一个或更多个以部分旋转状态的方式定向)。该示例中的电动倾转旋翼飞行器的控制***可以用于命令和控制固定翼布置与旋转翼布置内以及/或者固定翼布置与旋转翼布置之间的多个可倾转旋翼组件。
如本文所利用的与制冷***、制冷循环、低于环境的冷却(sub-ambient cooling)或其他相关的术语“压缩机”是通过减小其容积来增加气体(例如，气体、蒸汽、液体-蒸汽混合物等)的压力的机械装置。压缩机可以为：容积式压缩机、旋转式压缩机(例如，叶片、螺杆、液环、涡旋、叶片等)、往复式压缩机(例如，隔膜、双作用、单作用等)、动态压缩机(例如，离心式、轴向式、混流式、斜式、气泡式等)和/或任何其他合适类型的压缩机。在示例中，压缩机可以加压、压缩和/或运送可压缩流体，而泵可以加压和/或运送可压缩流体和/或不可压缩流体(例如，水、水/乙二醇混合物、油等)。
如本文所利用的与***100、方法200或其他的各部分相关的术语“主动冷却”可以是指施加从电池组或其他电力源供应的电能或机械能以从热端点去除热(例如，与使用很少的能量或不使用能量的被动冷却相反)。特别地，主动冷却可以是指在***和/或部件与工作流体之间使用强制对流热传递(例如，与自然对流/自由对流和/或辐射相反)。主动冷却可以包括通过风扇或鼓风机的强制空气、强制液体和热电冷却器(TEC)以及/或者其他主动冷却机制。
如本文所利用的与***100、方法200或其他的各部分相关的术语“旋翼”可以是指旋翼、螺旋桨和/或任何其他合适的旋转空气动力学致动器。虽然旋翼可以是指使用铰接式毂或半刚性毂(例如，其中，叶片与毂的连接可以是铰接式的、柔性的、刚性的以及/或者以其他方式连接)的旋转空气动力学致动器并且螺旋桨可以是指使用刚性毂(例如，其中，叶片与毂的连接可以是铰接式的、柔性的、刚性的和/或以其他方式连接)的旋转空气动力致动器，但是在本文使用时没有明确或暗示这种区别，并且“旋翼”的使用可以是指任一配置，以及铰接式叶片或刚性叶片的任何其他合适的配置，以及/或者与中心构件或毂进行叶片连接的任何其他合适的配置。同样，“螺旋桨”的使用可以是指任一配置，以及铰接式叶片或刚性叶片的任何其他合适的配置，以及/或者与中心构件或毂进行叶片连接的任何其他合适的配置。因此，倾转旋翼飞行器可以被称为倾转螺旋桨飞行器、倾转螺桨飞行器以及/或者以其他方式适当地提及或描述的。
如本文所利用的术语“基本上”可以意指：精确地、大约地、在预定阈值内(例如，在1％内、5％内、10％内等)、预定容差以及/或者具有任何其他合适的含义。
2.益处
该技术的变型可以提供若干益处和/或优点。
首先，该技术的变型可以通过在交通工具外基础设施设备102处布置热调节***的主要部分来减少交通工具质量。对于等效的交通工具质量，这还可以实现较高的总能量容量，并且因此增加续航距离(range)和/或电力输出(例如，通过用附加的电池组质量件替换将以其他方式与交通工具一起承载的热调节***的各部分)。这还可以使得能够使用更强大的热交换器，这是因为热交换器重量不再受交通工具的运送能力的限制。例如，可以使用与机载热交换器相比可以与外部环境交换相应更大量的热的热交换器来使得能够进行快速(例如，更高的热产生)充电，并且然后在操作期间被交通工具留下(例如，在基础设施设备处)。减小机载制冷部件的尺寸和/或从交通工具中消除制冷部件可以使得能够进行对电池热管理***的更紧密的封装和/或容积限制，这可以避免热管理部件侵占舱室空间。另外地，消除机载风扇和/或压缩机就消除了这种装置的声学影响，从而降低了舱室噪音，减少了交通工具的总(外部)声学曲线，以及/或者提高了乘客舒适度。在变型中，通过将飞行期间由电池单元(电池组的电池单元)产生的过多的热排放至电池组热质量件(例如，其他电池单元、电池组外壳、电池组电子设备等)中以将电池单元温度保持为低于电池单元分离和/或降解温度，可以实现机载制冷部件去除。
其次，该技术的变型可以利用交通工具环境和操作特性以在操作期间调节电池组，而无需主动加热或低于环境的冷却。例如，在交通工具操作期间随着电池组放电而产生的热可以分布在电池组内(例如，经由主动循环以使电池组的热质量件上的温度均衡、经由电池组中的电池单元之间的被动传导等)以将电池组温度升高到期望的温度设定点(例如，操作设定点；经由废热利用来实现电池组内的均匀性)。在另一示例中，可以使用交通工具周围的气流将热从电池组对流离开(例如，经由与电池组相邻的直接气流、经由通过联接至循环子***或电池组本身的机载部分的辐射冷却器的气流等)以将电池组温度降低到期望的温度设定点。
第三，该技术的变型可以根据动态任务目标在交通工具操作期间智能地管理电池组的热状态。例如，该技术可以通过下述来自动地响应任务目标从“进行至目的地”(例如，正常操作)到“紧急着陆”的变化：停止工作流体通过循环子***的主动循环以保留用于推进操作和控制操作的电池组能量。在另一示例中，该技术可以通过调节循环工作流体的流速来自动地响应飞行曲线(例如，直到目的地的剩余距离、直到目的地的剩余时间、剩余飞行曲线的放电要求或电力要求等)的变化，以根据新的期望的温度分布(例如，基于新的飞行曲线动态确定的)将电池组内的热重新分布在电池组的热质量件之间。
第四，该技术的变型可以通过防止、预测、检测和/或减轻交通工具的电池组中的热事件来增强交通工具的安全特性。通过工作流体的主动循环可以重新分布电池组内的热以使相同或不同的电池组内的电池单元之间的温度变化最小化(示例在图11Β中示出)，从而降低电池单元内的热失控的可能性。另外地，经由循环工作流体传递热的电池单元减少了在电池组的电池单元之间的传导性的热传递(例如，作为使温度均衡的手段)的需要，使得所述电池单元能够彼此隔热，从而降低热失控将传播到同一电池组内的其他电池单元的可能性。例如，通过在放电期间使工作流体在电池组内循环(例如，交通工具操作)，该技术可以防止热事件(例如，通过防止电池组的任何一部分超过标称温度、通过促进电池组内的温度均匀性等)。在另一示例中，该技术可以预测热事件(例如，基于来自联接至电池组和/或循环子***的温度传感器的温度数据)并且主动调节(例如，增加)循环工作流体的流速(例如，通过机载泵)，以防止热事件的发生或恶化(例如失控)。在另一示例中，该技术可以响应于检测到成功的紧急着陆或停止(例如，其中，不再需要推进***)而自动地将电力转移至热事件缓解(例如，通过以最高的可实现的流速操作机载泵)，以使得交通工具能够安全地离开(例如，所谓的乘客和/或工作人员)或者交通工具周围的环境能够安全地撤离(vacate)(例如，所谓的旁观者)。然而，这种变型可以通过电池热管理另外适当地增强交通工具的安全特性。
第五，该技术的变型可以利用以特定交通工具类型(例如，飞行器)方式的行程的限定持续时间和其他特性来以高精度预测能量消耗(例如，以及相关联的热产生)，并且相应地改善电池热管理。例如，具有限定且已知的机载能量容量(例如，存储在一个或更多个电池组中)的飞行器具有与其性能特性(例如，空气动力学行为、速度、推进动力、阻力、质量等)相关联的、对于给定的行程(例如，飞行)不会动态改变的操作包络，这是因为所述性能特性可以是精确已知的，并且外部因素是比在其他上下文中以更高确定性已知的(例如，诸如在汽车上下文中，可以精确地测量天气参数，但是路线和/或目的地不会动态地改变)。因此，这种变型可以将相应更大数目的精确已知的先验数据作为行程期间电池组的预测温度曲线的因素，并且在行程开始之前相应地调节电池组(例如，在行程参数大幅度改变的情况下，无需使用动态电池调节***行驶)。在特定示例中，基于在行程(例如，飞行)期间估计的电池组热产生以及电池组和/或循环子***的热质量来确定电池起飞温度设定点，从而确保电池组在行程期间不会超过热限制和/或性能限制。
然而，***的变型可以另外地或替选地提供任何其他合适的益处和/或优点。
3.***
电池热管理***100包括电池组110、循环子***120和热交换***130。循环子***包括：泵122和流体歧管124，并且可以可选地包括软管联接器126和锁止机构128。***100可以可选地包括冷却***190、储存器150、去离子过滤器160、电池充电器170和控制器180。***100可以另外地或替选地包括任何其他合适的部件。***100的示例在图1中示出。
电池组用于存储能量以在使用期间为交通工具操作供电。电池组还可以用于释放所存储的能量(例如，在为交通工具操作供电的过程中)。由电池组存储的能量优选地以化学势能的形式存储，并且以电能的形式释放；然而，能量可以另外地或替选地以任何合适的形式存储和/或释放。电池组的操作可以包括电池组的充电、电池组的放电和/或电池组的充电的保持(例如，能量存储)；然而，电池组的操作可以包括电池组的任何其他合适的用途。
电池组与交通工具101集成在一起，并且可以布置在交通工具内、布置在交通工具上或者以其他方式适当地联接至交通工具。因此，电池组随着交通工具移动与交通工具一起移动(例如，被运送)。该***可以包括任何合适数目的电池组。该***可以包括：每个推进***一个电池组、与多个推进***相关联的一个电池组、与多个电池组相关联的一个推进***、交通工具上的多个电池组(例如，2个、3个、4个、超过4个等)、用于交通工具的单个电池组、以及/或者与任何数目的飞行器部件相关联的任何其他合适数目的电池组。电池组可以具有任何合适的布置，并且可以位于机身、尾翼、机翼、舱室(例如，乘客区域下方)、尾部、机舱和/或任何其他合适的区域中。优选地，电池围绕飞行器的中心对称分布，但是可以另外地或替选地与乘客区域、另一电池、旋翼盘、旋翼盘平面和/或任何其他合适的交通工具部件偏移预定距离(例如，1米、2米、＞2米等)，以及/或者以其他方式围绕交通工具分布。例如，该***可以包括为相关联的电动马达提供动力的每个推进单元(或其他合适的负载)一个电池组。在另一示例中，***可以包括连接至每个推进单元(例如，具有单个电池组和包括多个马达的单个集成动力***的机动车辆)的单个电池组。在另外的示例中，该***可以包括：比推进单元数目大的数目个电池组；比推进单元的数目小的数目个电池组；以及/或者任何合适数目的电池组。电池组可以以任何合适的方式与交通工具的供电部件互连(例如，其中，多个电池组连接至每个供电部件以用于容错电力网络中的冗余)。
电池组可以包括以任何合适的布置(例如，并行、串行等)的协同地构成电池组的多个电池单元。
电池组及其电池单元可以使用各种电池化学物质来以可充电的方式存储电化学能量。例如，电池组为铝离子电池、碳电池(例如，单碳电池、双碳电池等)、液流电池(例如，钒氧化还原电池、锌溴电池、锌铈电池等)、铅酸电池(例如，深循环电池、VRLA电池、AGM电池、胶体电池等)、玻璃电池、锂离子电池(例如，锂离子锂钴氧化物电池、锂离子锰氧化物电池、锂离子聚合物电池、磷酸铁锂电池、锂硫电池、钛酸锂电池、薄膜锂离子电池、锂陶瓷电池等)、镁离子电池、金属-空气电化学电池(例如，锂-空气电池、铝-空气电池、锗-空气电池、钙-空气电池、铁-空气电池、钾离子电池、硅-空气电池、锌-空气电池、锡-空气电池、钠-空气电池、铍-空气电池等)、熔盐电池、镍镉电池(例如，排气式电池单元镍镉电池)、镍氢电池、镍铁电池、镍金属氢化物(NiMH)电池、镍锌电池、有机自由基电池、聚合物基电池、多硫化溴电池、钾离子电池、可充电碱性电池、可充电燃料电池、砂型电池、硅空气电池、银锌电池、银钙电池、钠离子电池、钠硫电池、固态电池、高铁酸盐阴极电池(例如，超铁电池)、锌离子电池、以及/或者利用任何其他合适的化学物质以存储和释放电能的任何其他合适的电池。另外地或替选地，电池组可以包括电容式能量存储单元，诸如电容器、超级电容器以及/或者用于以可控制的方式存储电能和释放电能的任何其他合适的装置。
电池组可以包括任何合适的能量存储容量，其可以为＜10kWh、10kWh、25kWh、35kWh、50kWh、80kWh、100kWh、150kWh、＞150kWh、由上面提及的值限定的任何合适的范围和/或任何其他合适的存储容量。优选地，电池组(和/或电池组内的单个电池单元)的充电率被限制为2C，但是可以替选地为＜1C、1C、1.5C、2.5C、3C、5C、＞5C和/或任何其他合适的充电率。
电池单元可以具有任何合适的电特性和/或电力特性。电池单元可以在任何合适的电压(例如，2.4V、4.2V、标称、最大值、最小值等)、充电电流、放电电流、C倍率、能量容量、温度范围下操作以及/或者具有任何其他合适的特性。在特定示例中，电池组中的每个电池单元以串行方式布置。在第二特定示例中，电池组中的两组电池单元(串行的)以并行方式布置。电池组中的电池单元协同地生成电池组电压，其可以为：＜100V、240V、350V、400V、450V、600V、＞600V、由上面提及的值界定的任何范围以及/或者任何其他合适的电池组电压。
电池组内部的电池单元可以具有任何合适的几何形状和/或布置。电池单元可以为圆柱形的、纽扣式的、棱柱形的、袋式的和/或任何其他合适的几何形状。电池单元优选地布置为多个电池单元阵列，但是可以以单个阵列布置或者以其他方式布置。电池组可以包括相同阵列中的电池单元之间(例如，在电池单元之间交错)、相邻电池单元阵列(例如，在阵列之间交错)和/或任何其他合适的电池单元组之间的隔热件116。隔热件116可以由任何合适的材料诸如聚氨酯、纤维素、玻璃纤维、碳纤维、聚苯乙烯、金属、塑料以及/或者任何其他合适的隔热材料制成。包括隔热件的电池组配置的示例在图9C中示出。在特定示例中，电池单元阵列可以包括每个电池组和/或机载热交换器的12个电池单元、24个电池单元、28个电池单元、32个电池单元、36个电池单元和/或任何其他合适数目的电池单元。
循环子***优选地与电池单元的顶部、底部和/或侧部(圆柱形面、弓形面、宽面和/或窄面)热接口。循环子***优选地经由机载热交换器与电池单元热接口，但是可以替选地通过任何其他合适的部件与电池单元接口。热接口可以布置成：在电池单元阵列的与隔热件相对的侧部上、与隔热件相邻、侧部上具有隔热件的底部上、底部上具有隔热件的侧部上、在电池单元阵列之间互相交叉、在电池单元之间互相交叉；以及/或者以其他方式相对于电池单元和/或隔热件布置。
电池热管理***的循环子***用于增加电池组内的温度均匀性(例如，在电池单元之间)。增加温度均匀性可以包括减少电池组的不同区域(例如，电池单元)之间的温度差异。在其中电池组处于均匀温度或接近均匀温度的情况下，循环子***还可以用于均匀地或几乎均匀地调节电池组的温度(例如，调节电池组温度)。循环子***还可以用于使工作流体循环通过电池组和/或邻近电池组循环。循环子***还可以用于存储由电池组产生的热。循环子***可以包括工作流体在其中循环的流体包络、机载泵、储存器、热交换器(例如，机载和/或非机载)和非机载泵。
流体包络用于在工作流体在电池热管理***的部件之间循环时容纳该工作流体。包络可以包括管道、罐、阀、调节器和/或任何其他合适的流体处理部件。例如，包络可以包括流体歧管(例如，分配歧管)和冷板部(volume)。包络可以由可以在工作流体与***的其他部件(例如，热交换器、电池组等)和/或外部环境(例如，靠近电池组的气流)之间传递热的任何合适的材料制成。包络可以是不隔热的、部分隔热的(例如，沿***的一部分)、或者与环境状况/周围状况隔热。包络可以由任何合适的材料诸如金属、塑料、聚合物、刚性材料、非刚性材料或者其任何合适的组合构成。包络的材料被优选地选择成符合工作流体的性质/要求(例如，以避免腐蚀或其他有害相互作用、避免高温状况和/或低温状况下的降解、满足循环子***的压力要求、使循环子***中的压头损失最小化等)，但是可以另外地或替选地以任何合适的基础进行选择。
循环子***优选地包括机载泵，其用于使工作流体循环通过电池组(例如，经由机载热交换器、经由冷板)。该***优选地包括每个电池组至少一个机载泵；因此，多个电池组优选地与相应的多个机载泵相关联。然而，该***可以包括用于两个电池组一个泵以及/或者任何其他合适数目的机载泵。机载泵优选地布置在交通工具内，并且如图2所示以与交通工具和基础设施设备之间的接口连接并行的方式连接至包络。更优选地，机载泵被布置成靠近一个或更多个电池组(示例在图5A至图5B、图6A至图6B以及图7A至图7B中示出)，这可以减少将泵流体地连接至电池组所需的工作流体和/或流体歧管部件的所需的质量/容积。机载泵可以集成至电池组中、与电池组分开、集成至储存器中、靠近软管联接器以及/或者以其他方式实施。机载泵优选地布置在其所服务的电池组之间(例如，物理地在所述电池组之间；在沿流体冷却剂回路的中间位置处)，但是可以替选地布置在电池组的侧部、在单独的交通工具部件中，或者在任何其他合适的位置处。
机载泵还可以用于使工作流体以限定的流速循环通过电池组，其中，限定的流速由机载泵控制器确定。机载泵优选地根据循环子***与基础设施设备断开连接时交通工具上的工作流体的体积(例如，较小体积)来确定尺寸(例如，物理地确定尺寸、根据最大泵送速度和功率要求等确定尺寸)。例如，机载泵可以比非机载泵更小、更轻和/或功率更小，这是因为机载泵优选地不用于在调节期间(例如，当循环子***连接至基础设施设备并且因此连接至热交换器时)使工作流体循环。然而，机载泵可以另外地或替选地以其他方式适当地确定尺寸。
机载泵优选地以并行方式连接至包络(示例在图2和图11A中示出)，使得机载泵可以在由组合的电池热管理***进行调节期间保持空闲(例如，其中，交通工具连接至包括热交换器的基础设施设备)。在示例中，机载泵限定了与在交通工具和基础设施设备分离时该交通工具上的工作流体的体积匹配的泵送速度范围，并且在其中交通工具附接至基础设施设备以调节机载泵的情况下不使用机载泵而使用非机载泵(例如，针对组合的***和工作流体体积的更大泵送要求而确定尺寸或以其他方式配置)。在第一变型中，机载泵流体地连接至两个电池组并且位于所述两个电池组之间(例如，与电池组共面、布置在电池组侧部的投影内等)，从而使所需的管的长度最小化。在第二变型中，机载泵位于机翼中(例如，两个泵——每个机翼中定位一个)，这可以确保流体歧管不会侵占舱室空间。然而，可以以其他方式布置机载泵。
在替选变型中，机载泵可以是由源自废热(例如，由电池组在放电期间产生的废热、在操作期间由一个或更多个电动马达产生的废热等)的温度差驱动的被动(例如，未供电)泵。循环子***可以被布置成产生这样的温度差，以便建立工作流体通过包络的对流回路；例如，包络可以布置在交通工具内以在第一位置处将热排放至环境，并且引导工作流体(例如，重力地)围绕封闭的、热驱动的循环。然而，在这些变型中机载泵可以以其他方式适当地被配置成使工作流体被动地循环。
机载泵可以是任何适当类型的泵，例如：液下泵、非液下泵、容积式泵(例如，旋转式、往复式、线性式)、脉冲泵、速度泵、离心泵、轴流泵、齿轮泵、螺旋泵、螺杆泵、罗茨泵、蠕动泵、柱塞泵、三缸式柱塞泵、径流泵、无阀泵、螺旋轴泵和/或任何其他合适类型的泵。机载泵可以具有任何合适的最大流速，其可以基于下述进行限制：供应电力、循环子***的物理限制、电子控制；以及/或者以其他方式限定。机载泵的最大流速可以为：＜5L/min、5L/min、10L/min、20L/min、40L/min、60L/min、80L/min、100L/min、＞100L/min、由上面提及的值限定的任何范围、和/或任何其他合适的流速。机载泵可以接受任何合适的供应电力。输入电源可以为AC或DC，并且具有任何合适的供应电压，诸如：12VDC、24VDC、48VDC、96VDC、120VAC、240VAC、与电池组相同的电压以及/或者任何其他合适的供应电压。机载泵电源可以具有任何合适的最大连续功率或峰值功率，诸如：＜25W、25W、50W、100W、250W、350W、500W、1kW、2.5kW、5kW、10kW、＞10kW、由上面提及的值限定的任何合适的范围、和/或任何其他合适的功率。
泵控制器用于在各种模式包括故障安全模式之间操作泵(例如，机载泵)。在故障安全模式下，泵可以响应于检测到非标称状态(例如，热事件)而以高流速操作，以使工作流体循环通过电池组，并且从而减轻现有的热事件以及/或者防止热事件在电池组中的多个电池单元之间传播。可以通过下述来触发进入故障安全模式：检测到电池组的一个或更多个电池单元中的热事件、对机载泵控制器的冗余部分(例如，两个控制模块中之一)的电力丢失、检测到对热事件的前兆状况、通信丢失以及/或者任何其他合适的触发事件。泵控制器可以调节泵PRM、流速、压力(例如，泵压头)、电力状态(例如，接通/关断)和/或任何其他合适的泵参数。
泵控制器可以集成至电池电子设备中、集成至泵中、或者与泵和电池电子设备分开。泵控制器可以被定位成靠近泵、靠近电池组、靠近交通工具控制器(例如，飞行计算机)、在电池组与泵之间、在两个电池组之间以及/或者以其他方式布置。
泵控制器优选地是容错的，使得机载泵即使在其中电池组的全部或部分已经故障(例如，由于热事件、由于对***的其他损伤)并且停止递送电力的情况下也能够有效地操作。容错可以通过使用机载泵控制器和机载泵与单个电池组之间的冗余连接为机载泵控制器和机载泵供电来实现；容错可以另外地或替选地使用从多个电池组到机载泵控制器和机载泵的冗余连接来实现。
在容错配置的特定示例中，如图3A所示，机载泵由电池组的两个不同的半部经由并行的多组三相绕组供电(例如，同一电池组的每个电隔离子集为泵的不同相位组供电)。在容错配置的第二特定示例中，机载泵由第一电池组和第二电池组经由不同组的三相绕组供电，其示例在图3Β中示出。
在容错配置中，机载泵的故障安全运行模式可以包括在与两组三相绕组中的一组相关联的电池组的电池单元中的一个电池单元中发生热事件的情况下在另一组三相绕组上操作泵。泵可以响应于如上所述的各种触发事件而进入故障安全模式(例如，高流速)，所述各种触发事件包括：对并行的马达驱动电子设备子***中的一者的电力丢失(例如，由于热事件中断对并行的马达驱动电子设备子***中的一者的电力递送)；接收到来自电池电子设备的故障触发(例如，响应于检测到的与可能的热事件相关联的电涌或下垂(droop)而产生)；以及/或者任何其他合适的触发事件。
在容错配置的变型中，泵控制器由2019年9月17日提交的美国申请第16/573,837号中所描述的架构冗余地供电，该美国申请通过引用整体并入本文。在该变型的特定示例中，泵控制器被冗余地供电以及/或者通信地连接至第一开关组和第二开关组。每个开关组310从多个飞行控制器接收控制数据。第一开关组连接至第一电池组，并且第二开关组连接至第二电池组。示例在图10A至图10C中示出。
容错配置可以包括容错数据和/或到任何合适的交通工具部件的电力连接/来自任何合适的交通工具部件的电力连接。交通工具部件可以包括一个或更多个：任务显示器、无线电广播设备、控制器、数据记录器或数据采集装置、车辆导航***(VNS)、一个或更多个舱室***(例如，飞行器的舱室内的供电装置、控制飞行器的舱室的环境参数的供电装置等)、航空电子设备网关、空气数据臂、电池管理***(BMS)、加热、通风和空气调节(HVAC)部件、接收器、逆变器(例如，四逆变器、标准逆变器等)、飞行装置(例如，对控制表面诸如副翼、襟翼、舵翼、起落架等进行控制的飞行装置)、交通工具传感器(例如，运动学传感器诸如IMU；光学传感器诸如摄像装置；声学传感器诸如麦克风和雷达；温度传感器；烟雾探测器；消防绳传感器；高度计；压力传感器；以及/或者任何其他合适的传感器)以及任何其他合适的交通工具上的部件。交通工具部件可以另外地或替选地包括：传感器融合模块、飞行路径矢量模块、数据获取卡、数据采集卡和以太网无线电模块。
冗余的交通工具部件可以以任何适当的几何形状或关系分布。冗余的交通工具部件可以：线性地分布(例如，与俯仰轴或侧倾轴平行或者沿俯仰轴或侧倾轴对准，如图13A所示；另外地或替选地倾斜或者以其他方式定向等)；布置在单个平面内(例如，在舱室上方或下方、跨越机翼、沿由偏航轴和侧倾轴限定的平面、或任何任意的平面)；远离交通工具部件的预定距离(例如，偏移＞1m；偏移2m；偏移5m；0.5m至30m之间的距离；或者距乘客、旋翼、燃料箱、电池、起落架等的任何适当距离)分布；以及/或者相对于开关、开关组或飞行部件分布或并置(例如，在1米内、1米至3米内、相邻下述的同一壳体或电气外壳、在下述的同一壳体或电气外壳内：开关、部件的实体诸如马达或马达逆变器、一组飞行部件、一组非关键飞行***、如图13D所示的质心、压力中心等)。控制器优选地间隔开最小距离，其中，该最小距离(例如，1米、50cm、＞1米、任何适当的最小距离)基于下述来确定：针对交通工具的电弧路径或者传导路径(例如，距传导路径、传导路径的相对侧的最小距离、相对于飞行计算机到传导路径的距离间隔开一定距离等)；或者例如在不太可能受到相同/相似损坏源影响的区域(例如，驾驶舱的前方、乘客下方、行李后方、交通工具后方)中的撞击生存性(例如，由碰撞测试、建模或与下述相关的历史数据确定：火灾和防火屏蔽、***部件、减压(decompression)、闪电、电荷中和、鸟击、用户撞击、其他损坏源等)，并且该最小距离可以另外地或替选地可以为基于空间约束、用户安全(如图13C所示)、可访问性、布线长度(例如，相对于标准电缆和/或线长度等所确定的)的或者以其他方式布置。另外地或替选地，飞行计算机可以以任何适当的方式任意地布置成3维。在图13Β所示的第一示例中，存在位于驾驶舱前方的一个控制器、位于乘客下方的一个控制器、位于行李舱后方的一个控制器、以及位于交通工具的尾部(或尾翼)的一个控制器。在第二示例中，在传导路径(或公共接地)的相对侧上存在有至少一个控制器。
循环子***可以包括非机载泵，其用于使工作流体152循环通过热交换器和电池组以对电池组进行调节。非机载泵可以另外地或替选地用于在流体地连接至循环子***的同时使工作流体循环通过流体歧管。非机载泵可以另外地或替选地用于使工作流体循环通过非机载热交换器以对工作流体进行调节。非机载泵优选地为基础设施设备102的部件，该基础设施设备102在交通工具外并且在调节期间连接至交通工具；然而，非机载泵可以另外地或替选地为电池热管理***的独立部件。非机载泵可以：独立于机载泵操作；与机载泵结合操作(例如，增加工作流体的压力和/或流速)；以及/或者以其他方式操作。非机载泵可以与机载泵相同或不同——非机载泵可以是相同/不同的类型、相同/不同的尺寸、相同/不同的功率以及/或者以其他方式实施。非机载泵可以由电池充电器、外部电力源、电池组供电，以及/或者以其他方式供电。非机载泵可以与机载泵以串行或并行方式布置，以及/或者可以存在以串行/并行方式布置的多个非机载泵。
在一些变型中，***可以包括机载泵和非机载泵两者；在替选变型中，***可以仅包括机载泵(例如，其中，当交通工具联接至基础设施设备时，机载泵可以以隔离方式使工作流体循环通过电池组以及以组合方式使工作流体循环通过电池组和热交换器，并且其中，机载泵被适当地确定尺寸以使工作流体循环通过隔离的循环子***和组合的循环子***两者)，或者***仅是非机载泵(例如，其中，在其中交通工具未联接至基础设施设备的情况下，工作流体可以例如经由由来自电池组的废热驱动的对流而被动地循环)。
在变型中，非机载泵可以具有与机载泵相同的尺寸以及/或者被配置成以与机载泵基本上相同的流速使工作流体循环(例如，使工作流体在50％、25％、15％、10％、5％、2％、1％和/或完全相等的流速内循环)。替选地，非机载泵可以以比机载泵更大的流速循环工作流体，可以大于机载泵，可以小于机载泵，和/或可以以其他方式配置。
在第一变型中，机载泵和非机载泵使相同的工作流体循环。在第二变型中，机载泵和非机载泵使不同的工作流体循环。在第二变型的第一示例中，非机载泵将工作流体注入机载***中，其中，在非机载冷却之前排出机载工作流体，然后在飞行之前重新引入机载工作流体。在第二变型的第二示例中，非机载泵使第二工作流体平行于机载***循环(例如，其中，机载工作流体与非机载工作流体热连接但流体地隔离)。在第三变型中，不存在非机载泵。
循环子***可以可选地包括一个或更多个流体歧管(或分配歧管)，其用于容纳工作流体并且流体地连接流体包络的其余部件。流体歧管可以流体地连接和/或终止于以串行和/或并行的任何组合的方式连接的机载泵、机载热交换器、流体联接器、储存器和/或任何其他合适的部件。优选地，流体歧管：将机载泵的出口连接至机载热交换器的入口、将机载热交换器的出口连接至泵的入口、将机载热交换器的入口连接至基础设施设备的出口(和/或流体联接器的入口)、将机载热交换器的出口连接至基础设施设备的入口(和/或流体联接器的出口)；以及/或者将上面提及的连接中的任一者连接至储存器。流体歧管可以包括管道、罐、阀、调节器和/或任何其他合适的流体处理部件。流体歧管可以是不隔热的、部分隔热的(例如，沿***的一部分)、或者与环境状况/周围状况隔热。流体歧管可以由任何合适的材料诸如金属、塑料、聚合物、刚性材料、非刚性材料或者其任何合适的组合构成。流体歧管的材料被优选地被选择成对应于工作流体的性质/要求(例如，以避免腐蚀或其他有害相互作用、避免高温状况和/或低温状况下的降解、满足循环子***的压力要求、使循环子***中的压头损失最小化等)，但是可以另外地或替选地以任何合适的基础进行选择。
循环子***可以可选地包括储存器(示例在图5A和图5Β中示出)，在变型中其用于保存工作流体，其中，热管理是封闭***并且工作流体不与环境交换(例如，其中，工作流体不是空气)。储存器优选地为***的基础设施设备(例如，基于地面的部分)的部件，但是在一些变型中，代替基于地面的储存器或除了基于地面的储存器之外，***可以包括机载储存器。储存器可以由任何合适的金属诸如塑料、复合材料和/或任何其他合适的材料构成。针对储存器的材料选择可以实现各种优点。可以选择材料(例如铝、金属等)以使得能够通过交通工具框架/交通工具本体进行到周围环境的被动散热。材料可以被选择成使得能够进行储存器的任意布置——塑料(例如，吹塑成型、注塑成型)可以以低成本提供高程度的几何变化，而复合材料可以使重量最小化和/或用作交通工具的结构元件。
另外地，存储器可以用作储热器(向***添加热质量)。储热器的容积(和/或相关联的工作流体的质量)可以基于热容量(例如，对于包含在储存器内的工作流体的比热)与所添加的流体质量之间的范围折衷来选择。在变型中，泵可以基于起飞前的温度设定点和/或其他行程参数在开始行程之前选择性地增加/减少包含在储存器内的工作流体的质量，从而确保针对不同行程的最佳的效率和/或范围。
循环子***可以可选地包括软管联接器，其用于将交通工具上的工作流体流体地连接至交通工具外基础设施(例如，非机载冷却***)。优选地，软管联接器建立干连接(使由于连接/断开连接的泄漏最小)，但是可以替选地建立湿连接和/或任何其他合适的流体连接。流体联接器可以为：有螺纹的或无螺纹的、有性别的或无性别的、锥形的或非锥形的，流体联接器可以可选地包括垫圈，可以可选地包括弹簧加载阀(例如，干连接)，以及/或者可以具有任何其他合适的特征。软管联接器可以包括：凸轮锁、快速连接件、快速断开连接件、法兰联接器、软管链接件、快速联接器、storz、卡箍连接件、杆锁以及/或者任何其他合适的软管联接器类型。软管联接器可以为任何合适的材料，诸如黄铜、不锈钢、铝、塑料以及/或者具有任何适当的材料饰面(例如，耐腐蚀性等)的任何其他材料。软管联接器可以包括交通工具侧(与交通工具集成，连接到循环子***)和交通工具外侧(例如，机械地连接至基础设施设备102)。在第一变型中，交通工具外侧的软管联接器可以与充电连接器172(例如，充电手柄的一部分，如图18的示例所示)集成。在第一示例中，同时建立流体连接和电连接。在第二示例中，流体连接可以与电连接分开地接合/脱离。在第二变型中，交通工具侧的软管联接器与电连接器分开。在第三变型中，***包括一组流入软管联接器和一组流出软管联接器，使得工作流体能够通过循环子***进行往返循环。电池热管理***可以包括任何合适数目的软管联接器：例如每个飞行器、泵、电池组、储存器、充电站、电连接器、充电器有一个、两个、三个、四个、多于四个的软管联接器；以及/或者合适数目的软管联接器。
循环子***可以可选地包括锁止机构(例如，互锁)，其用于将交通工具外基础设施与交通工具(例如，机载循环子***)流体地断开连接。锁止机构可以为电气互锁、机械互锁、流体互锁、截止阀以及/或者任何其他合适的机构。锁止机构可以通过任何合适的致动机构手动地或自动地操作。致动可以为机电的(例如，电磁阀、偏置打开、偏置关闭等)、手动的(例如，用户操作的)、机械的(例如，弹簧加载的、依靠流体压力/流量来产生从打开到闭合的状态变化等)以及/或者以其他方式操作。优选地，如果满足下述解联接条件则锁止机构自动地将流体线解联接：例如如果：流速超过绝对阈值；流速不同于(例如，通过BMS、泵控制器、控制器等)控制的流速；传入流体的温度超过绝对阈值；传入流体的温度与期望温度相差预定的量(例如，＞5摄氏度(℃))；非机载工作流体的成分与交通工具上的工作流体的成分不匹配(例如，机载50/50水乙二醇与非机载80/20)；***接收用于激活锁止机制的用户输入(例如，点击按钮、音频输入等)；以及/或者满足任何其他合适的解联接条件。锁止机构可以布置在相对于飞行器和/或循环子***的任何合适的位置处。优选地，锁止机构被布置成靠近软管联接器和/或与软管联接器集成，但是可以替选地布置在每个机载热交换器处、靠近机载泵入口以及/或者具有任何其他合适的布置。在特定示例中，锁止机构是与软管联接器集成的电磁阀(示例在图5A中示出)，并且被配置成响应于满足解联接条件而与软管联接器解联接。
循环子***可以可选地包括去离子过滤器，其用于从工作流体中去除可以在电池冷却、调节期间引入的和/或以其他方式引入的离子。离子过滤器优选地位于交通工具外(例如，在交通工具外基础设施中)以减少交通工具质量/复杂性，这是因为在一些变型中不需要连续的离子过滤，然而去离子过滤器可以替选地位于交通工具上的循环子***的任何适当部分中。工作流体可以连续地、在电池充电期间、周期性地、在电池调节期间(例如，当流体地连接至交通工具外基础设施时)以及/或者以任何其他合适的时间通过去离子过滤器。在变型中，离子过滤器可以降低冷却剂的传导性，这可以降低泄漏情况下短路的可能性。
热交换***130用于分配、传递、去除(例如，排放)热和/或以其他方式管理热。热交换***可以在热源与散热器之间交换热。热源优选地为***的生热部件(例如，电池单元、电池组、控制电子设备等)，但是可以为任何其他合适的热源。散热器可以为：工作流体、另一电池组部件(例如，电池组壳体、电池单元等)、另一电池组、飞行器部件(例如，支承结构等)、舱室(例如，舱室环境、舱室中的空气量)、周围环境以及/或者任何其他合适的散热器。
热交换***130优选地热连接和流体连接至循环子***，但是可以仅热连接至循环子***、与循环子***热隔离或流体隔离、或者以其他方式连接至循环子***。热交换***130优选地热连接至电池组(和/或其中的电池单元)，但是可以另外地或替选地流体连接至电池组或者以其他方式连接至电池组。热交换***130可以包括用于每个电池单元、电池单元阵列、电池单元阵列对、电池组或其他电池单元子群的一个或更多个机载热交换器。电池单元阵列内的电池单元可以以串行方式、以并行方式或其组合热连接至热交换器。机载热交换器可以热连接至一个或更多个电池单元阵列。电池组内的电池单元阵列可以以串行方式(例如，通过单个流体路径)、以并行方式或其任何合适组合热连接至热交换器。
热交换***可以包括一个或更多个热交换器、歧管和/或其他部件。热交换器的示例和/或热交换部件的示例可以包括：冷凝器、蒸发器、散热器、冷板(或冷却板)、热板(或加热板)、双管热交换器、壳管式热交换器、板式热交换器、板壳式热交换器、绝热轮热交换器、翅片板式热交换器、枕板式热交换器、废热回收单元、相变热交换器、直接接触式热交换器(例如，气体-流体、不混溶液体-液体、固体-液体或固体-气体等)、微通道热交换器、空气盘管、螺旋盘管热交换器、螺旋热交换器以及/或者任何其他合适类型或布置的热交换器、以及/或者任何其他合适的热交换部件。
热交换***130可以包括一个或更多个：布置在飞行器上的机载热交换器、布置在飞行器外的非机载热交换器以及/或者其他热交换器。
机载热交换器优选地用于跨电池组和/或电池组中的电池单元分配热。机载热交换器可以替选地用于：加热电池单元、冷却电池单元、增加电池组的热质量、从电池单元中去除热以暂时将热存储在工作流体中(例如，在行程期间，从而增加***的热容量等)、用作电池单元与工作流体之间的热接口、增加电池组的结构刚性(例如，用作结构构件或者用作壳体的一部分)以及/或者执行其他功能。替选地，机载热交换器可以用于将热能传递至机载冷却***(例如，散热器、主动冷却***等)。在一个示例中，机载热交换器在飞行期间从飞行器去除(例如，排放)小于阈值量或比例的电池产生的热(例如，飞行期间从飞行器外去除小于90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、10％、5％等)。在第二示例中，机载热交换器被动地从飞行器中去除电池产生的热(例如，使用散热器、使用飞行器部件作为散热器等)。在第三示例中，机载热交换器主动地从飞行器中去除电池产生的热。
热交换***130可以包括：每个电池组单个机载热交换器；每个电池组多个机载热交换器(例如，每个电池单元阵列一个机载热交换器、每个电池单元一个机载热交换器)；以及/或者每个电池组、电池单元阵列或电池单元任何其他合适数目的机载热交换器。多个机载热交换器可以为：堆叠的(例如，与电池单元堆叠、与电池单元阵列堆叠)、彼此相邻布置(例如，在平面内)、交错以及/或者以其他方式布置。
机载热交换器可以通过侧部冷却、底部冷却和/或泛流冷却(例如，使用非传导的工作流体、使用矿物油工作流体)与电池单元接口。机载热交换器优选地包括多个冷却通道(例如，以串行方式和/或以并行方式)，其可以具有任何合适的厚度。优选地，使热交换器通道厚度最小化，以提高封装和/或热效率：厚度可以为：＜0.5mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7mm、10mm、＞10mm、由上面提及的值界定的任何范围以及/或者任何其他合适的厚度。机载热交换器可以由任何合适的材料构成，这些材料可以为刚性的、柔性的、金属(例如，铜、钢、铝、钛、高温塑料等)、热界面材料(例如，导热膏)以及/或任何其他合适的材料。机载热交换器可以具有任何合适的结构。
机载热交换器的示例包括：冷板(例如，冷却板)型热交换器，其将热从电池单元传递至冷板的腔内的工作流体；固体导热板；柔性热交换器；热管、散热器、热管、翅片、扩展表面和/或另一热交换器。在第一特定变型中(其示例在图9A中示出)，圆柱形电池单元可以由非刚性热交换器进行侧部冷却。在第二特定变型中(其示例在图9B中示出)，电池单元由热交换器进行底部冷却。
机载热交换器可以具有与下述有关的任何合适的关系或布置：电池单元、电池单元阵列子集、电池单元阵列、电池组和/或任何其他合适的部件。例如，机载热交换器可以热接触下述中的全部或一部分：电池单元的窄面(例如，电池单元侧)、电池单元的宽面、电池单元的边缘以及/或者电池单元或电池单元阵列的任何其他合适的部分。优选地，机载热交换器允许使工作流体通过该机载热交换器循环，通过传导从电池单元去除热。替选地，机载热交换器可以通过强制对流、自由对流或辐射作为主要的热传递模式与电池交换(例如，去除)热。机载热交换器优选地与电池组永久地集成，但是可以替选地与电池组可移除地集成(例如，以增加或减少包络和/或电池组的热质量)。
电池组(电池组的电池单元)与机载热交换器之间的热接口可以被配置成：在电池单元之间重新分布热能；在同一阵列的电池单元之间重新分布热能；在同一电池组内的电池单元的阵列之间重新分布热能；在电池组之间重新分布热能；冷却电池组(或电池单元)；加热电池组(或电池单元)；以及/或者将热能从电池组(或电池单元)传递至循环子***，但是可以以其他方式配置。在特定示例中，循环子***包括位于电池组内部的、将电池组热连接至工作流体的机载热交换器。在第一特定示例中，机载热交换器为冷板，其可以以多种方式发挥作用，诸如：加热电池单元、在电池单元之间重新分布热、冷却电池单元、从电池单元传递热以暂时将热存储在工作流体中(例如，在行程期间，从而增加***的热容量等)以及/或者执行其他功能。在特定变型中，电池组与机载热交换器之间的热接口可以为粘合剂、结合剂、热界面材料(TIM)和/或其他部件。在特定示例中，机载热交换器为胶合至电池单元底部的冷板，从而确保热接触(例如，在没有气隙或具有最小气隙的情况下)并且增加结构刚性(即，冷板可以充当结构元件以及/或者将载荷传递至碳结构/交通工具框架)。
热交换***130的非机载热交换器优选地用于在工作流体与外部环境之间交换热、从飞行器(例如，飞行器外)去除热、从循环***去除热以及/或者以其他方式管理热。在第一变型中，热交换器直接将热从工作流体交换至周围空气(例如，通过强制对流)。在第二变型中，非机载热交换器通过将工作流体热连接至低于环境的冷却***(例如，制冷循环)来间接地将热交换至外部环境。根据电池组的期望温度设定点，非机载热交换器可以冷却工作流体和/或加热工作流体。因为非机载热交换器优选地为基础设施设备的部件，因此热交换器的类型和配置优选地不受与交通工具相关联的可用空间和/或质量预算的限制。
非机载热交换器优选地为基础设施设备的一部分，并且优选地不与交通工具集成。非机载热交换器优选地为主动式热交换器(例如，其中，工作流体主动地流过结构以增加从工作流体到外部环境诸如空气的热传递，其中，外部流体诸如空气主动地流动以增加到工作流体的热传递或从工作流体的热传递等)，但是可以另外地或替选地为将热传递至工作流体或从工作流体传递至外部流体介质(例如，空气)的被动式热交换器(例如，散热器)。非机载热交换器可以包括：冷凝器、蒸发器、散热器、制冷***、冷却***以及/或者任何其他合适的部件。
在第一变型中，可以在交通工具外(非机载)基础设施设备中布置制冷***，从而使得交通工具能够在没有制冷***的一个或更多个部件的质量的情况下操作。制冷***可以包括一个或更多个制冷部件，诸如：压缩机、热交换器(中冷器、调节器、蒸发器等)、风扇、空气管道、热膨胀阀(TXV)、干燥器、制冷剂(例如，储存器或一定体积的流体)、制冷剂歧管以及/或者任何其他合适的元件。在交通工具外设备中包括一个或更多个制冷部件可以减少(例如，交通工具上的部件所需的功率、尺寸、体积和/或成本)以及/或者消除在飞行器上的部件中包括这样的部件的需要。在第一变型的特定示例中，交通工具包括小型机载压缩机和较大的机载压缩机。在第一变型的第二特定示例中，交通工具不包括热连接至循环子***的机载压缩机。
在第二变型中，热交换***130可以包括冷却***190，其用于从工作流体中去除热能从而对电池进行调节。优选地，冷却***位于飞行器外(例如，与飞行器分开且不同；例如，为非机载热交换器或其部件)作为交通工具外基础设施的一部分，然而冷却***可以替选地位于飞行器上(例如，飞行器上的小型冷却***和飞行器外的大型冷却***)，以及/或者以其他方式放置。冷却***优选地为经由制冷循环进行冷却的低于环境的冷却***，并且可以包括任何合适的制冷部件，诸如：压缩机192、非机载热交换器(中冷器、冷凝器、蒸发器等)、风扇、空气管道、热膨胀阀194(TXV)、干燥器、制冷剂(例如，储存器或一定体积的流体)、制冷剂歧管以及/或者任何其他合适的元件。在交通工具外设备中包括一个或更多个冷却部件可以减少(例如，交通工具上的部件所需的功率、尺寸、体积和/或成本)以及/或者消除在飞行器上的部件中包括这样的部件的需要。在特定示例中，***包括小型机载压缩机和大型非机载压缩机。在第一变型的第二特定示例中，交通工具不包括热连接至循环子***的机载压缩机。在第三示例中，在电池调节之前(例如，在飞行器着陆之前)，在非机载冷却***中冷却大量工作流体。在第三示例中，电池热管理不限于制冷循环的最大冷却功率或热排放，而是依赖于储存器的热容量来调节电池组，这可以使得能够进行更有效的冷却(例如，经由工作流体与电池单元之间的较大的温度差)。在第四示例中，用来自制冷***外的冷却的工作流体替换交通工具上的工作流体，从而增加机载储存器的热容量。然而，非机载冷却***可以替选地包括超于环境的冷却***以及/或者具有任何其他合适的冷却部件的任何其他合适的冷却***。
***可以包括电池电子设备112，诸如电池管理***(BMS)。电池电子设备可以联接至一个或更多个电池组(例如，以1:1、1:Ν或Ν:1的电池电子设备与电池组的关系)。电池电子设备用于监控电池组的状态。电池组的状态可以包括：充电状态(SoC)、健康状态(SoH)、电力状态(SoP)、安全状态(SoS)、温度(例如，电池组的温度、电池单元的温度、电池单元阵列的温度、工作流体的温度、电池单元的温度分布等)以及/或者任何其他合适的特性。电池电子设备还可以用于向电池热管理***的其他部件报告电池组的状态。电池电子设备还可以用于控制电池组的充电和/或放电(例如，基于来自交通工具操作者的命令或计算机化的交通工具操作***的命令)。电池电子设备可以另外地用于控制交通工具上或交通工具外的再循环***和/或冷却***。
电池电子设备可以包括一个或更多个传感器。电池电子设备的传感器用于在操作期间测量电池组的参数。传感器可以测量下述参数：电池组的电气相关参数(例如，流过电池组的电流、电池组的电压、电池组的充电状态等)；电池组的热参数(例如，电池组中的任何合适的点处的温度、电池组外部的温度、电池组中或电池组周围的任何合适的点处的温度变化率等)；工作流体通过电池组的流速(例如，通过散热器)；以及/或者任何其他合适的参数。可以利用任何合适的传感器类型或模态(例如，电流探头、分流器、热电偶、热敏电阻等)来测量上面提及的参数。电池电子设备可以包括通信模块(有线的或无线的)，该通信模块被配置成通信地连接至机载泵、交通工具控制器、交通工具外基础设施(例如，非机载泵、电池充电器、非机载冷却***等)以及/或者任何其他合适的交通工具部件/端点。
可以通过与电池单元114相同的***和/或不同的冷却部件对电池电子设备进行冷却。电池电子设备可以为空气冷却的、连接至单独的散热器、热连接至机身以及/或者以其他方式与电池单元分开冷却——从而减少电池热管理***上的热负荷。电池电子设备可以由其所控制的电池组供电以及/或者由单独的电池组供电。
电池热管理***可以可选地包括充电站，其用于向电池组供应电能。充电站可以与非机载冷却***集成或者可以是单独的。电连接器(也被称为充电器)和软管联接器可以集成至单个设备(例如，充电手柄)中，或者可以是单独的装置。可以存在任何合适数目的充电站，诸如每个飞行器、电池组、泵、软管联接器一个或更多个充电站，或者可以存在多个飞行器、电池组、泵以及/或者与单个充电站相关联的软管联接器。在第一变型中，***包括单个充电器(例如，具有+/-侧)和单个(非机载侧)软管联接器(例如，具有单独的入口管和出口管)，其可以连接至：交通工具的后方、交通工具的前方、交通工具的侧部、交通工具的机翼以及/或者其他合适的端点。在第二变型中，***包括两个(非机载侧)软管联接器(例如，具有单独的入口管和出口管)，其可以连接至：交通工具的前方/后方、交通工具的左侧/右侧、交通工具的左侧机翼/右侧机翼以及/或者其他合适的交通工具端点。
电池热管理***可以可选地包括授权机制，其用于确保授权的冷却***和/或充电***可以对交通工具进行充电/冷却。在第一变型中，授权***是机械的。在第一变型的第一示例中，专有密钥解锁流体联接器。在第一变型的第二示例中，流体联接器具有专有接口。在第二变型中，授权***是数字化的。在第二变型的第一示例中，非机载流体联接器压头或非机载充电和/或冷却设备将其标识符发送至控制器(例如，机载控制器)，该控制器对非机载充电/冷却***进行验证(例如，使用机载数据库、使用中央管理***、使用专有云***等)，并且该控制器响应于验证而开始冷却/充电(例如，通过启动泵、解锁流体联接器等)。在第二示例中，非机载充电和/或冷却***以与第一示例相同或类似的方式对飞行器进行验证。
在特定示例中，电池热管理***包括一组机载部件和非机载部件。该示例的一组机载部件包括一个或更多个电池组、循环子***的一部分、机载泵和机载泵控制器，并且不包括热交换器或储存器。在该示例中，一组机载部件与eVTOL飞行器集成。该示例的一组非机载部件(例如，基础设施设备)包括热交换器、循环子***的可以连接至机载部分以使得能够调节一个或更多个电池组的另一部分、非机载泵、非机载泵控制器以及储存器。在特定示例中，交通工具不包括循环子***或热调节***的重型部件(例如，重量超过卸载交通工具重量的5％、10％、20％等的部件)，诸如压缩机或制冷单元。
***可以包括控制器。控制器可以跨多个节点(例如，交通工具上的计算节点和联接至基础设施设备的节点)分布或者集中在单个点(例如，与***的可控部件通信联接的集中式控制器，诸如机载泵控制器、非机载泵控制器等)处。控制器用于基于输入数据执行命令指令以控制电池热管理***的元件。在示例中，控制器可以执行或实施方法200的全部或部分；然而，控制器可以另外地或替选地执行或实施如本文描述的或以其他方式适当限定的***部件的任何合适的功能。
***可以可选地包括气体释放(例如，通风)以从流体歧管和/或流体包络的任何合适部分排出气态下的加压的或未加压的工作流体(或其他气体)。在变型中，工作流体蒸发可以通过利用工作流体的蒸发潜热来防止热事件的传播以及/或者增加***的热容量。气体释放机制(通风口、阀、膜破裂等)可以包括在下述中：电池组(例如，电池组侧部、电池组末端)、机载散热器、流体歧管(例如，与泵相邻)、储存器、泵；以及/或者在流体包络中的任何其他合适的位置处。在变型中，可以通过使更多的工作流体(例如，冷却剂)可用于改变相(例如，使蒸发潜热蒸发并捕获蒸发潜热)来减轻热事件(例如，热失控)，这可以使得能够进行更大的热吸收而不需要将热重新分布至***的其他部分(例如，通过气体释放机制排出的气体的内部能量不会保留在***中)。在第一示例中，流速可以增加(例如，泵送RPM、将冷却剂朝向经历热事件的一个或更多个电池单元重定向、将冷却剂朝向预期的热事件重定向、从储存器泵送更多冷却剂等)，以使得能够增加流体用于相变的可用性。在第二示例中，将通过相变(例如，蒸发)吸收的热从***中去除/排放。在第三特定示例中，通过相变(例如，蒸发)吸收的热保留在***中，并且可以重新分布至工作流体(例如，在储存器中，在液相下)、其他电池单元和/或其他合适的端点。然而，可以使用工作流体或其他机制以其他方式减轻热事件。
优选实施方式的***及其变型可以至少部分地体现和/或实现为被配置成接收存储计算机可读指令的计算机可读介质的机器。所述指令优选地由计算机可执行部件执行，该计算机可执行部件优选地与***集成和/或为***的一部分。计算机可读介质可以存储在任何合适的计算机可读介质诸如RAM、ROM、闪存存储器、EEPROM、光学装置(CD或DVD)、硬盘驱动器、软盘驱动器或任何合适的装置上。计算机可执行部件优选地为通用处理器或专用处理器，但是任何合适的专用硬件或硬件/固件组合装置可以替选地或另外地执行指令。
4.方法
如图4所示，方法200包括：确定电池组的温度设定点S100；以及将电池组温度调节到温度设定点S150。该方法可以另外地或替选地包括：确定电池组的温度S200；以及基于电池组的温度来重新分布电池组内的热S250。方法200可以另外地或替选地包括任何其他合适的过程。
块S100包括确定电池组的温度设定点。块S100用于确定电池组应当被调节到的目标温度。块S100优选地在交通工具离开基础设施设备之前执行，使得基础设施设备的主动调节部件可以用于对电池组进行调节(例如，根据块S150的一个或更多个变型)，但是块S100可以另外地或替选地在任何其他合适的时间执行。块S100优选地由与***100的控制器基本上类似的控制器自动地执行，但是可以以其他方式由合适***的任何合适部件和/或与这种***相关联的实体(例如，人类操作者)适当地执行。
温度设定点优选地为起飞温度设定点，但是可以另外地或替选地为操作设定点或任何其他合适的设定点。
块S100优选地基于交通工具的行程配置文件来执行。行程配置文件可以包括持续时间、行程范围、交通工具重量、在各种操作模式(例如，悬停、前进/巡航、过渡、起飞、着陆等)下花费的时间、环境温度(例如，沿行程的位置的温度)、电池参数(例如，寿命、容量、电池单元类型/型号、当前温度、当前SoC、SoP、SoH等)、交通工具重量、货物重量、重量分布以及/或者任何其他合适的参数。电池参数可以针对单个电池单元来确定、对于具有相似参数的电池单元可以是通用的、可以针对电池组来确定、对于具有相似参数的电池组可以是通用的或者以其他方式确定。在其中交通工具为飞行器的示例中，行程配置文件可以包括飞行计划(例如，针对一次或更多次飞行或飞行的航程)以及/或者任何其他飞行数据(例如，天气数据、空中交通数据等)。行程配置文件可以从用户、用户装置、机载控制器、远程***和/或其他合适的端点接收，并且可以包括任何其他合适的参数集。
块S100可以包括确定针对行程(例如，飞行)的期望的电力消耗。可以基于行程配置文件、电力消耗模型和/或其他信息来确定期望的电力消耗。在第一变型中，可以基于物理交通工具模型来确定期望的电力消耗，该物理交通工具模型可以基于测试数据或历史行程数据理论地或经验性地确定(例如，对于交通工具，对于车队)。在第二变型中，可以从针对行程配置文件的查找表/图表和/或物理交通工具模型中选择期望的电力消耗。在第三变型中，可以基于被训练成输出期望的电力消耗的机器学习模型来确定期望的电力消耗。然而，可以以其他方式确定针对行程的期望的电力消耗。
块S100可以包括基于电池模型来确定行程(例如，飞行)期间的期望的热产生。期望的热产生可以为：热产生率、飞行位置之间产生的热、热量产生的速率和/或其他热量产生参数。可以选择(例如，从查找表选择)、计算(例如，根据等式、通过电池模型等计算)或以其他方式确定期望的热产生。可以基于测试数据(例如，针对电池单元、针对电池组的经验测试)、针对给定电池组的历史飞行数据、预定模型(例如，从制造商或电池特征实体接收到的预定模型等)生成或者以其他方式生成电池模型。可以预先确定电池模型、基于电池单元类型(例如，类别、制造商、型号等)选择所使用的电池模型或者以其他方式确定电池模型。电池模型可以基于下述确定期望的热产生：起始电池组温度(例如，在所有电池单元上被平均的温度、在用于电池组的单个温度传感器处测量的温度、工作流体的温度等)；估计的充电状态(例如，起飞时)；为电池组或每个电池单元估计的健康状态(SoH)；对于行程(例如，根据飞行器模型或模拟、查找表等确定的行程)的期望的电力消耗(例如，总电力消耗，随时间序列的、电力消耗率等)、电池规格以及/或者任何其他合适的参数。在第一变型中，对于给定的输入参数，从查找表/图表中选择期望的热产生。在第二变型中，基于被训练成输出期望的电力消耗的机器学习模型来确定期望的热产生。然而，可以以其他方式确定行程(例如，飞行)期间的期望的热产生。
块S100可以包括：基于期望的热产生来确定电池组的期望的温度上升。温度上升可以为整个行程(例如，飞行)内的绝对温度上升、对于任务的每个区段(例如，飞行的每个航程)的温度上升、增加速率或另一参数。可以基于下述来确定期望的温度上升：电池组的热质量(例如，比热)、工作流体的比热(例如，对于已知体积和/或温度的工作流体)以及/或者行程期间期望的热损失(例如，到环境的期望的热耗散、到交通工具的其余部分的热耗散、到舱室的热耗散、来自热源/散热器等的热耗散)。电池组的热质量可以为：通过测试经验性地确定、理论地建模(例如，计算)来确定、基于充电和/或放电期间的历史温度变化来确定、从数据库检索以及/或者以其他方式确定。电池组的热质量可以为：电池组的绝对热质量、电池组的可用热质量(例如，电池组在达到最大电池温度之前可以吸收的热的量、如下面讨论的、给定的当前电池组温度和/或估计的起飞时的电池组温度)以及/或者其他热参数。
基于期望的热上升，块S100可以可选地包括确定电池单元与工作流体之间的期望的温度差，其可以包括：假设固定的偏移(例如，相同的温度、2℃的差等)；基于材料性质和流速、使用历史数据/测试数据对温度瞬变动态地建模；以及/或者以其他方式确定期望的温度差。然而，可以以其他方式确定电池组和/或电池单元的期望的温度上升。
块S100可以包括从电池温度要求中抵消期望的温度上升以确定温度设定点。电池温度要求可以为下述最大电池(电池组或电池单元)温度：＞65℃、65℃、60℃、55℃、50℃、45℃、40℃、＜45℃、由上面提及的值界定的任何范围；以及/或者任何其他合适的温度。可以基于测试数据、电池规格、电池效率范围、电池寿命(例如，电池开始降解时的温度)、电池SoH、电池SoC、热失控的可能性(例如，在给定的充电状态下、针对给定的电池化学物质的绝对阈值、电池制造商要求、保修要求等)、安全裕度、飞行计划(例如，其中，为飞行中的每个航程或飞行序列中的每个飞行选择不同的电池温度要求)确定电池温度要求以及/或者以其他方式确定电池温度要求。在特定示例中，可以从电池温度要求中减去飞行期间的期望的温度变化以获得温度设定点。
块S100可以包括基于电池SoC(例如，当前SoC、起飞时的期望SoC、飞行期间的期望的SoC曲线)调节电池的温度设定点，其用于减少或减轻热失控在高的电池SoC下传播的风险。调节温度设定点可以包括：确定给定SoC下热事件的可能性和期望的电力消耗，该期望的电力消耗基于当前SoC、起飞SoC、冷却速率、热重新分布速率、估计的充电期间产生的热和/或任何其他合适的参数来确定。确定热事件的可能性可以基于特定SoC下热传播的概率、查找表、机器学习模型和/或其他合适的技术来确定。可以针对行程配置文件一次、通过期望的行程配置文件的时间序列模型、针对期望的行程配置文件周期性地、针对行程配置文件/SoC的连续函数近似，预测热事件的可能性，以及/或者以其他方式预测热事件的可能性。在第一示例中，对于10英里的行程，电池的温度设定点被确定为40℃。电池组具有95％的SoC。考虑到高SoC，块S100将温度设定点向下调节到30℃以确保热事件无法传播。
因为交通工具优选地针对低质量进行优化并且因此优选地缺乏主动调节设备，因此优选地根据计算出的行程期间的温度变化(例如，基于行程配置文件计算的)来确定温度设定点。然而，温度设定点可以基于期望的飞行器部件温度(例如，机翼温度、机舱温度、毂温度、舱室温度)(其中，电池组可以用作热源)、其他部件热产生和/或其他参数来确定。例如，行程配置文件可以包括交通工具的起飞重量、行程距离、以及所估计的在行程的每个阶段的飞行时间及相关联的期望的电力消耗。在该示例中，块S100可以包括：基于行程配置文件(例如，包括飞行计划)计算飞行期间电池组的放电特性；以及计算飞行期间的所期望的温度上升并且确定飞行前的温度设定点，使得电池组温度保持在预定范围内(例如，确定为防止发生热事件)。在相关示例中，确定温度设定点的基础可以另外地或替选地包括交通工具质量(装载的或卸载的)、交通工具的阻力曲线、能量排放曲线以及/或者量化交通工具行驶(例如，行程)的各方面的任何其他合适的预定的或动态确定的时间序列。
在第二变型中，可以启发式地确定温度设定点(例如，基于飞行计划)。
在第三变型中，可以预先确定电池组的温度设定点(例如，绝对最大值、静态设定点等)。
在第四变型中，可以基于用户输入来确定温度设定点。
在第五变型中，可以根据查找表(例如，将飞行参数诸如飞行长度或飞行器重量与温度设定点或期望的温度上升相关联)来确定温度设定点。
在第六变型中，可以通过训练的神经网络确定温度设定点。然而，温度设定点可以以其他方式确定。
在第七变型中，可以基于与电池组的特定化学物质相关联的最佳放电温度(例如，电力递送最大限度有效时的温度或温度范围)确定温度设定点。温度设定点可以等于最佳放电温度，但是由于放电期间电池组的升温而可以另外地或替选地小于最佳放电温度，使得电池组在行程期间在期望的时间段内(例如，在最大化的时间段内、在与较高风险的交通工具操作诸如起飞和/或着陆等相关的时间段内)处于最佳放电温度。然而，温度设定点可以另外地或替选地以其他方式适当地确定。块S100的示例在图14中示出。
在第八变型中，期望的温度上升可以为负的(例如，温度变化、温度降低等)。
块S150包括将电池组温度调节到温度设定点。在变型中，可以根据满足温度设定点的电池组温度来调节交通工具操作(例如，起飞或飞行)。块S150用于调节电池组，这可以包括加热和/或冷却电池组，以避免在交通工具操作期间需要主动温度控制并且使电池组的性能最大化。温度设定点优选地为起飞温度设定点，但是可以另外地或替选地为操作设定点或任何其他合适的设定点。块S150优选地在交通工具部件(例如，电池组和机载循环子***)联接至交通工具外部件(例如，非机载循环子***、热交换器、非机载泵等)时执行，这优选地在对行程的交通工具操作(例如，飞行)之前；然而，块S150可以另外地或替选地在任何其他合适的时间执行。S150优选地在电池组充电期间(例如，到预定的SOC)执行，但是可以另外地或替选地独立于电池组充电来执行(例如，在飞行器落地时仅对电池组进行冷却；飞行器仅在达到起飞温度设定点之后起飞；等)。
在变型中，块S150可以包括将循环子***连接至非机载冷却***，这可以手动地(例如，由用户)执行、自动地(例如，机器人连接和/或机电连接)执行以及/或者以其他方式执行。
在变型中，块S150可以包括使用非机载泵通过组合的机载和非机载循环子***主动使工作流体循环，使得在热交换器与环境之间交换热(例如，以接受热或者将热排放至环境)以及在电池组与工作流体之间交换热(例如，以将电池组加热或冷却到设定点温度)。在替选变型中，块S150可以包括允许电池组被动冷却到环境温度(例如，其中，温度设定点基本上等于环境温度并且确定电池组将在开始行程和操作交通工具之前被动地达到与环境的热平衡)。在第三变型中，S150可以包括通过使流体循环通过循环子***来将电池组冷却或加温到充电温度范围，以及/或者将电池组温度保持在充电温度范围内。在该变型中，S150可以可选地包括在充电完成后将电池组冷却或加温到起飞温度设定点。
块S150可以包括控制非机载冷却***操作，其可以在下述处被控制：在BMS(例如，机载BMS)处、在电池电子设备处、在交通工具控制器处、在充电站处、交通工具外、交通工具上以及/或者在任何其他合适的端点处。块S150可以包括控制循环子***(例如，使工作流体循环)，这可以可选地包括调节通过泵(例如，机载泵和/或非机载泵)的流速。块S150可以包括主动地使工作流体循环，并且可以可选地包括(主动地)使第二工作流体(例如，制冷剂)循环。块S150可以包括从工作流体中主动地去除热，例如使用非机载制冷***(例如，包括压缩机、TXV、蒸发器和冷凝器；示例在图12中示出)。在特定示例中，S150控制工作流体在电池调节期间的流速以与行程(例如，起飞、着陆、向前飞行)期间的流速(例如，连续的、稳态泵操作等)基本上相同。
在特定示例中，在货物(例如，乘客)装载/卸载期间和/或电池充电期间可以降低电池组温度。卸载、装载、电池充电和/或调节的周转时间可以为：小于3分钟、5分钟、7分钟、10分钟、12分钟、15分钟、20分钟、35分钟、30分钟、45分钟、1小时、大于1小时、由上面提及的值界定的任何范围以及/或者任何其他合适的周转时间。交通工具周转时间期间的温度下降可以为：＜5℃、5℃、10℃、15℃、25℃、30℃、35℃、＞35℃、由上面提及的值界定的任何范围以及/或者任何其他合适的温度变化。在第一示例中，电池组温度在同时充电和调节期间降低(例如，连续地、单调地等)(如图8A和图8Β中的示例所示)。在第二示例中，温度在同时充电和调节期间增加和/或保持不变，并且随后降低。在第三示例中，电池温度在调节期间降低为低于温度设定点，并且然后在随后的充电和调节期间随后保持在温度设定点处或低于温度设定点。
在第一示例中，与块S150或其他情况同时进行的电池充电可以包括：将电池组电连接至充电器(例如，经由电连接器)；基于针对行程配置文件的期望的电力消耗和电池电力容量确定SoC阈值；确定满足充电条件(例如，SoC等于或大于SoC阈值)；响应于满足充电条件而停止对电池组进行充电；以及/或者将电池组与充电器断开电连接。
块S150可以可选地包括将循环子***与非机载冷却***断开连接，这可以手动地(例如，由用户)进行以及/或者经由锁止机构自动地进行(示例在图15中示出)。在包括流体锁止机构的***的变型中，块S150可以包括确定满足流体循环(例如，通过BMS、交通工具控制器、充电器或其他端点)的条件(例如，解联接条件)并且作为响应将非机载冷却***与机载冷却***断开连接(例如，在流体锁止机构处)。所述条件可以为：完成电池调节、流速不匹配(例如，由BMS控制的流速与测量的流速之间)、流动温度不匹配(例如，期望的流动温度与测量的流动温度之间)以及/或者任何其他合适的流体循环的条件。
块S200包括确定电池组的瞬时温度。块S200用于确定电池组的温度以用于调节电池组的温度(例如，朝向如根据块S100的一个或更多个变型确定的设定点温度向下调节以避免热事件的风险或发生热事件等)。块S200可以包括：直接测量电池组的瞬时温度(例如，使用温度传感器)；推断或估计电池组的温度(例如，基于另一传感器(其不是温度传感器)的输出、根据电池组的热模型等)；计算电池组的温度(例如，基于电池组的输出电力)；以及/或者以其他方式适当地确定温度。所确定的温度可以为电池组内物理点(例如，任意点、联接至传感器输入端的点等)处的温度、电池组内(例如，以逐个电池单元的分辨率、以与逐个电池单元相比更精细或更粗糙的分辨率等)的温度分布(例如，三维分布)、电池组内的点的温度变化率、电池组内温度变化率的分布以及/或者温度的任何其他合适的量化或衍生量。
块S200可以在电池调节期间执行(例如，根据块S150的一个或更多个变型)；例如，可以测量电池组的瞬时温度以确定电池组是否达到确定的温度设定点。块S200还可以在交通工具操作(例如，飞行、行驶、穿越水等)期间进行；例如，块S200可以包括监测温度和/或温度相关的数据，以确定使用期间电池组的热状态。
块S200可以包括检测热事件。检测热事件可以包括基于温度测量或温度变化率测量来确定温度和/或温度上升率已经超过阈值。块S200可以包括：除了直接测量温度或其他火灾探测措施(例如，烟雾探测器、消防绳等)之外或者替选地直接测量温度或其他火灾探测措施，还基于指示热事件(例如，电流尖峰或回动、电力波动等)的信号来推断热事件。例如，块S200可以包括基于测量的多个相邻电池单元中的温度上升速率来检测电池组中的多个电池单元之间的热传播异常。在另一示例中，块S200可以包括基于由内部短路导致的输出电流回动来检测电池组中的热事件。然而，块S200可以包括以其他方式适当地检测热事件。
块S200可以包括预测热事件。可以基于电池组的热模型来预测热事件，并且块S200可以包括基于交通工具操作数据(例如、飞行数据、行程数据等)确定热事件可能发生(例如，与高于阈值的可量化概率相关联)。例如，块S200可以包括基于指示已经发生了紧急着陆的飞行数据(例如，震动传感器读取、来自飞行计算机的消息等)来预测热失控是可能的。
块S200可以可选地包括将热事件和/或当前温度通知给用户、飞行员、远程服务器、第三方。可以以任何合适的时间进行通知，所述任何合适的时间可以为：在行程之前、在调节期间、在电池充电期间、在行程期间(例如，周期性地、连续地等)、响应于热事件检测；以及/或者以任何其他合适的时间进行通知。示例在图16中示出。
块S200可以可选地包括基于温度控制交通工具，这可以包括：如果温度在预定温度范围内(例如，低于绝对电池最大值、在与期望的温度曲线的阈值偏差内、没有当前热事件等)，则继续行程计划执行；响应于温度超过阈值而减少/切断从电池组汲取电力、执行紧急着陆、在行程期间动态地调整行程计划；以及/或者以其他方式控制交通工具。
块S200可以另外地或替选地包括以任何其他合适的方式确定热事件。
块S250包括基于电池组的温度来重新分布电池组内的热。块S250用于利用整个电池组的热质量来吸收由电池组的一部分中的热事件产生的过多的热。S250块还可以用于实现电池组内的温度均匀性。块S250还可以用于防止发生热事件(例如，将热从故障电池单元中运送出去以防止热失控)以及/或者热事件的恶化(例如，将热从经历热失控的电池单元中运送出去以防止传播)。S250可以由机载泵、非机载泵以及/或者任何其他合适的泵来执行。
块S250可以包括控制机载泵的流速，该机载泵可操作成使工作流体循环通过机载循环子***的封闭的机载部分。块S250可以包括：基于接收到的数据(例如，热事件数据、飞行数据、行程数据等)来确定流速；并且控制机载泵(例如，通过泵控制器)以实施所确定的流速。
块S250优选地在远离(例如，并且解联接)基础设施设备的交通工具操作期间执行，并且因此优选地不包括对电池组的主动调节(例如，以冷却整个电池组、以加温整个电池组)，而是优选地包括在电池组的热质量上重新分布电池组的热(例如，将过多的热从一个电池单元运送至在标称温度下或低于标称温度的另外的一个或多个电池单元)。然而，块S250可以另外地或替选地包括在机载***与环境之间交换热(例如，通过机载循环子***的散热器部分)而无需使用专用的、高吞吐量的热交换器诸如与基础设施设备集成的热交换器。
块S250可以响应于检测到的作为针对交通工具的故障安全和/或容错操作的机制的热事件或其他***故障来执行。例如，块S250可以包括响应于检测到的热事件而以最大流速操作机载泵。
块S250可以基于上下文数据来执行。例如，上下文数据可以包括飞行信息，诸如高度和估计的执行紧急着陆之前所需的时间段和电力分布，并且块S250可以包括：基于电池组中的剩余能量(用于为机载泵供电)和上下文数据来确定最大允许流速；以及以所确定的最大允许流速操作机载泵。在相关示例中，块S250可以包括：在机载能量将被更好地用于为推进***供电(例如，使得飞行器即使在遭受对电池组的损坏时也能够安全着陆)的情况下，防止尽管发生热事件也激活机载泵。
块S250可以基于预测的热事件来执行。例如，块S250可以包括响应于预测到可能发生热失控(例如，基于检测到硬着陆、震动传感器的输出、紧急开关正在被交通工具操作者激活等)而以最大流速预先操作机载泵。
块S250可以可选地包括检测循环子***中的泄漏。块S250可以：响应于检测到泄漏而自动地停止泵以使流体损失的量和/或电气短路的可能性最小化；发送通知(例如，向飞行器内的用户、飞行员、中央管理***等)；或者以其他方式减轻泄漏引起的故障。泄漏检测可以利用电阻、电容和/或光学传感器以及/或者任何其他合适的传感器组。泄漏可以被检测为：从流体包络中损失的工作流体体积(例如，基于传感器测量的时间序列)高于预定损失阈值(例如，0.5L、1L等)；工作流体电阻率的变化(例如，增加、减少)；检测到断开电路(例如，通过使电流通过工作流体)；以及/或者以其他方式确定。
在第一变型中，块S250在行程期间从由电池组和循环子***协同限定的热***中没有去除大量的热。在第一示例中，在行程期间，产生的热(或总热)的小于50％、25％、10％、5％、3％、1％被排放。
在第二变型中，块S250在行程期间从电池组和/或交通工具***没有去除大量的热。在第一示例中，在行程期间，产生的热或总热的少于10％、5％、1％被去除。在第二示例中，在行程期间，电池组的温度(例如，净温度、最高单个电池单元温度等)单调地增加(例如，温度变化率可以是均匀的或不均匀的，但是严格地大于零；连续等)。在第三示例中，在行程期间，包含在电池组的热***和工作流体内的热能连续地增加(例如，温度变化率可以是均匀的或不均匀的，但是严格地大于零)。
在第三变型中，块S250在行程期间从电池组和/或交通工具***去除热。
在第四变型中，块S250在行程期间连续地重新分布热。在特定示例中，工作流体以泵、机载热交换器和/或流体歧管(或包络)的最大流速(例如，绝对最大值、最大连续流速)循环。在第二特定示例中，行程期间的循环流速与电池调节期间的循环基本上相同例如在50％以内、25％以内、10％以内、5％以内、3％以内、1％以内、精确地相同以及/或者以其他方式等效。
在第一特定示例中，主动加热和/或主动冷却包括对工作流体应用机械功以在工作流体与电池组之间产生稳态温度差(例如，大于5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、50℃等的稳态温度差)。在第二特定示例中，在行程期间不存在对电池组的主动热去除和/或主动冷却，并且在行程之后存在对电池的主动热去除和/或主动冷却。在第三特定示例中，不存在对电池组和循环子***的共同热***(例如，包括流体歧管和飞行器上一定体积的工作流体)的主动冷却。在第三特定示例中，环境与包括电池组和循环子***的共同热***之间没有强制对流(例如，限于辐射、自然对流和传导的热交换)。
虽然为了简明而省略，但是优选实施方式包括各种***部件和/或方法块的每种组合和置换，其可以以任何合适的置换或组合进行组合以及/或者全部或部分地从优选实施方式的变型中省略。
如本领域技术人员将从前面的详细描述以及从附图和权利要求书中认识到的，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，可以对本发明的优选实施方式进行修改和改变。

Claims (19)

1.一种用于电动飞行器的操作的方法，所述方法由执行机器可读指令的一个或更多个控制器执行，所述电动飞行器包括电池组以及用于对工作流体进行循环以冷却所述电池组的机载循环***，所述方法包括：
从用户接收飞行计划，所述飞行计划包括飞行距离；
基于所述飞行距离和电池组的热质量，确定针对所述电池组的起飞温度阈值；
在所述电动飞行器连接至非机载循环***时，通过控制工作流体循环通过所述非机载循环***以及通过所述机载循环***来将所述电池组冷却至所述起飞温度阈值或者冷却至低于所述起飞温度阈值；以及
在将所述电池组冷却至所述起飞温度阈值或者冷却至低于所述起飞温度阈值之后，根据所述飞行计划控制所述飞行器。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在冷却所述电池组的同时对所述电池组进行充电，其中，冷却所述电池组包括降低电池组温度。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括在根据所述飞行计划控制所述飞行器的同时，使用机载泵使所述工作流体循环通过所述电池组。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述起飞温度阈值还包括：
基于所述飞行距离来确定针对所述飞行计划的期望的电力消耗；
基于所述期望的电力消耗和电池热模型来计算针对所述电池组的期望的热变化；以及
基于所述期望的热变化和一组电池热限制来确定所述起飞温度阈值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述电池组的充电状态来确定所述起飞温度阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述飞行计划期间控制所述飞行器包括基于针对飞行的每个航程的不同电池温度要求来控制所述工作流体循环通过所述机载循环***。
7.一种热管理***，包括：
电动飞行器，所述电动飞行器包括电池组以及用于对工作流体进行循环以冷却所述电池组的机载循环***；
非机载循环***；以及
一个或更多个控制器，所述一个或更多个控制器包括机器可读指令以执行操作，所述操作包括：
从用户接收飞行计划，所述飞行计划包括飞行距离；
基于所述飞行距离和电池组的热质量，确定针对所述电池组的起飞温度阈值；
通过控制工作流体循环通过所述非机载循环***以及通过所述机载循环***来将所述电池组冷却至所述起飞温度阈值或者冷却至低于所述起飞温度阈值；以及
在将所述电池组冷却至所述起飞温度阈值或者冷却至低于所述起飞温度阈值之后，根据所述飞行计划控制所述飞行器。
8.根据权利要求7所述的***，其中，所述操作还包括在冷却所述电池组的同时对所述电池组进行充电，其中，冷却所述电池组包括降低电池组温度。
9.根据权利要求7所述的***，其中，所述操作还包括在根据所述飞行计划控制所述飞行器的同时，使用机载泵使所述工作流体循环通过所述电池组。
10.根据权利要求7所述的***，其中，确定所述起飞温度阈值还包括：
基于所述飞行距离来确定针对所述飞行计划的期望的电力消耗；
基于所述期望的电力消耗和电池热模型来计算针对所述电池组的期望的热变化；以及
基于所述期望的热变化和一组电池热限制来确定所述起飞温度阈值。
11.根据权利要求7所述的***，其中，基于所述电池组的充电状态来确定所述起飞温度阈值。
12.根据权利要求7所述的***，还包括：
锁止机构，所述锁止机构用于将所述机载循环***与所述非机载循环***流体地断开连接；以及
自动致动机构，所述自动致动机构用于基于预定解联接条件的检测来致动所述锁止机构。
13.根据权利要求12所述的***，其中，所述解联接条件选自包括以下的组：所述工作流体的流速不同于指令流速、传入的温度与期望温度相差大于预定量、或者所述机载循环***中工作流体的成分不同于所述非机载循环***中流体的成分。
14.根据权利要求7所述的***，还包括机载泵和非机载泵，其中，所述非机载泵用于在不使用所述机载泵的情况下使所述工作流体循环通过所述非机载循环***以及通过所述机载循环***。
15.根据权利要求7所述的***，还包括机载泵和非机载泵，其中，所述非机载泵用于与所述机载泵结合来使所述工作流体循环通过所述非机载循环***以及通过所述机载循环***。
16.根据权利要求7所述的***，还包括：
非机载电池充电器；以及
集成的充电和调节连接器，所述集成的充电和调节连接器用于同时在所述机载循环***与所述机载循环***之间建立流体连接以及在所述非机载电池充电器与所述电池之间建立电连接。
17.根据权利要求7所述的***，还包括：
非机载电池充电器；以及
集成的充电和调节连接器，所述集成的充电和调节连接器用于同时在所述机载循环***与所述机载循环***之间建立流体连接以及在所述非机载电池充电器与所述电池之间建立电连接。
18.根据权利要求7所述的***，其中，所述操作还包括：
重新分布所述电池组内的热。
19.根据权利要求7所述的***，其中，在所述飞行计划期间控制所述飞行器包括基于针对飞行的每个航程的不同电池温度要求来控制所述工作流体循环通过所述机载循环***。
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