一种用于水下潜器的电池管理及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于水下潜器的电池管理及控制系统，包括主控单元、若干个依次串联的电池块和充电电路，每个电池块具有一个管理控制单元，管理控制单元包括采样电路、短路保护电路、温度检测电路、电池均衡电路、过充过放保护电路、防倒灌电路以及电压采集电路；每个管理控制单元中的充电电路、采样电路、温度检测电路及电压采集电路均与主控单元连接。在水下自主航行器进入接驳站进行充电的过程中，电池的电压、电流、温度等参数会传递给主控单元，主控单元通过wifi信号传递给接驳站，接驳站将反馈信号传递给岸基上的上位机进行监控和操作。本发明专利技术的系统对电池进行二级保护，安全可靠，保证了水下潜器内设备的正常使用，且可延长电池的寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池管理及控制系统，尤其涉及一种用于水下自主航行器的电池管理及控制系统。
技术介绍
随着海洋探索技术的发展,对水下运载器的续航能力要求日渐提高.因此，在有限的体积下,选择高能量密度的电池和优化的电池组合方式成为了一种解决方案。然而电池的并联方式往往会造成电池在充放电的过程中特性产生差异，容易缩短电池的寿命。同时，高能量密度的电池操作或者使用不当，容易发生爆炸，造成水下潜器内部昂贵的器件损坏，甚至导致舱体开裂漏水。因此，一套专门为水下运载器日常航行和进站充电时的电池管理及控制系统的设计尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于水下潜器的电池管理及控制系统，该系统可保证水下潜器内部所有器件的正常工作,以及电池的安全使用。本专利技术采用的技术方案如下：一种用于水下潜器的电池管理及控制系统，包括主控单元、若干个依次串联的电池块和用于给串联电池块充电的充电电路，每个电池块由单体电池并联为基本单元后再串联而成，对每个电池块均设有一个管理控制单元，管理控制单元包括用于采集电池块端电压及电流的采样电路、短路保护电路、用于监控电池块温度的温度检测电路、电池均衡电路、过充过放保护电路、防倒灌电路以及用于采集每个基本单元端电压的电压采集电路，充电电路、每个管理控制单元中的采样电路、温度检测电路及电压采集电路均与主控单元连接。所述的电池块的构成如下：将单体电池的正极通过熔断丝点焊至同一块金属极板上，负极直接点焊在另一块金属极板上实现若干单体电池间的并联，构成一个基本单元，基本单元间通过串联形成电池块。所述的每个电池块的管理控制单元还包括用于冷却电池块的冷却装置，比如风扇。当某一电池块的温度高于设定值时,主控单元控制开启相应冷却装置对电池块进行冷却。当某一单体电池的温度高于限定的最高温度时，其熔断丝断开，使得该节电池从回路中断开，其余电池正常工作，这样通过设置冷却装置和熔断丝可以实现对整个电池系统的二级保护。当某一基本单元的电压超出所有电池块中基本单元端电压平均值的百分之十时，主控单元控制开启该基本单元所属电池块的管理控制单元中的均衡电路进行均衡，直至该基本单元的电压回到限定值。若充电电压超过充电截止电压,则关断充电总回路。在进站充电过程中,上位机可以实时监控充电的电压电流,根据实际需求,通过上位机调整充电的电压电流，同时也能控制充电的开关。在水下自主航行器航行过程中，当主控单元检测到某节电池电压低于放电截止电压或者总电压接近放电截止电压时,主控单元发出命令,按重要性循序关断大功率外设,同时对水下自主航行器进行抛载,使潜器上浮和回收。与现有技术相比,本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术的电池管理及控制系统，可以实时监测电池温度，通过熔断丝形成独特的串并联方式结合设置冷却装置实现对电池系统的二级保护，可极大的提高电池系统的安全性；(2)电池管理及控制系统的主控单元能够监控所有电池的电压值，并且根据水下潜器内部的大功率设备的重要性进行设备的依次关断，从而来进行电池的欠压保护，防止电池过放导致电池损坏，影响设备的正常运行；(3)本专利技术的电池管理及控制系统能够通过岸基的上位机实时监控水下自主航行器进站充电时，电池充电的电压电流，可以根据实际需求,通过上位机适当的调节充电的电压与电流,并且能对充电电路进行开关；(4)对串并联关系电池组中的每一节电池一并进行均衡管理,使得所有电池的充电状态都能维持在接近的范围内,从而保证电池的特性一致,有利于整体电池组的寿命提高。附图说明图1是电池块的结构示意图。图2是本专利技术的电池管理及控制系统的原理示意图。具体实施方案下面结合附图进一步说明本专利技术。本专利技术的用于水下潜器的电池管理及控制系统包括主控单元(如STM32)、若干个依次串联的电池块和用于给串联电池块充电的充电电路，每个电池块由单体电池并联为基本单元后再串联而成，如图1所示，将单体电池的正极通过熔断丝点焊至同一块金属极板上，负极直接点焊在另一块金属极板上实现若干单体电池间的并联，构成一个基本单元，基本单元间通过串联形成电池块。对每个电池块均设有一个管理控制单元，管理控制单元包括用于采集电池块端电压及电流的采样电路、短路保护电路、用于监控电池块温度的温度检测电路、电池均衡电路、过充过放保护电路、防倒灌电路以及用于采集每个基本单元端电压的电压采集电路，充电电路、每个管理控制单元中的充电电路、采样电路、温度检测电路及电压采集电路均与主控单元连接。如图2所示，该图展示了从供电到整个电池系统的充电管理及控制方式。接驳站向进站的水下自主航行器充电系统进行供电,电压经过转换并经过隔离模块传给充电电路。在充电电路与电池之间增加了防倒灌电路，以防止没充电时或者电池电压高于充电电路输出电压时发生的倒灌现象，避免电池电量的浪费，同时保护充电电路。具体可以采用MOS管来实现，如：将PMOS管的漏极和源极串联在充电主回路上,不充电时MOS管关闭,电流无法通过；上电时，实时检测MOS管的漏极和源极电势,当出现反向电势时,驱动MOS管栅极关断回路,从而起到防反充作用。主控单元实时监控整个充电过程的参数,包括单体电池电压、电池块端电压电流和温度，主控单元通过wifi信号传递给接驳站，接驳站将反馈信号传递给岸基上的上位机进行监控和操作。根据实际需求，上位机可发出命令，适当调整充电的电压和电流，并且在不需要充电时，关断充电回路。当某一电池块的温度高于设定值时,主控单元控制开启相应冷却装置对电池块进行冷却。当某一单体电池的温度高于限定的最高温度时，其熔断丝断开，使得该节电池从回路中断开，其余电池正常工作，这样通过设置冷却装置和熔断丝可以实现对整个电池系统的二级保护。当某一基本单元的电压超出所有电池块中基本单元端电压平均值的百分之十时，主控单元控制开启该基本单元所属电池块的管理控制单元中的均衡电路进行均衡，直至该基本单元的电压回到限定值，使得电池之间特性和电量相差减小。本专利技术的系统同时还设置了防过充、防过放和短路保护电路。当某节电池电压高于充电截止电压时，主控单元关断总充电回路。当电池电压接近或者低于放电截止电压时，主控单元发出信号关断大功率外设，保留潜器内所必须的小功率设备，同时让潜器抛载，进行上浮。短路保护防止器件损坏或者误操作导致的短路现象，防止电池发生爆炸，损坏潜器内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于水下潜器的电池管理及控制系统，其特征在于，包括主控单元、若干个依次串联的电池块和用于给串联电池块充电的充电电路，每个电池块由单体电池并联为基本单元后再串联而成，对每个电池块均设有一个管理控制单元，管理控制单元包括用于采集电池块端电压及电流的采样电路、短路保护电路、用于监控电池块温度的温度检测电路、电池均衡电路、过充过放保护电路、防倒灌电路以及用于采集每个基本单元端电压的电压采集电路，充电电路、每个管理控制单元中的采样电路、温度检测电路及电压采集电路均与主控单元连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于水下潜器的电池管理及控制系统，其特征在于，包括主控
单元、若干个依次串联的电池块和用于给串联电池块充电的充电电路，每
个电池块由单体电池并联为基本单元后再串联而成，对每个电池块均设有
一个管理控制单元，管理控制单元包括用于采集电池块端电压及电流的采
样电路、短路保护电路、用于监控电池块温度的温度检测电路、电池均衡
电路、过充过放保护电路、防倒灌电路以及用于采集每个基本单元端电压
的电压采集电路，充电电路、每个管理控制单元中的采样电路、温度检测
电路及电压采集电路均与主控单元连接。
2.根据权利要求1所述的用于水下潜器的电池管理及控制系统,其特
征是，所述的电池块的构成如下：将单体电池的正极通过熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨灿军，林鸣威，李德骏，张涛，王天磊，张梦辉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33