一种无人水下航行器的异构多模智能电源管理系统及方法技术方案

本发明专利技术提出一种无人水下航行器的异构多模智能电源管理系统及方法。该系统包括太阳能可控充电电路、无线可控充电电路、充电口电路、锂电池组充放电切换电路、自适应匹配输出电路、MCU（微程序控制器）控制电路。其中太阳能可控充电电路、无线可控充电电路和充电口电路共同实现对锂电池组的太阳能和无线的多模充电；锂电池组充放电切换电路使得锂电池组中的单体锂电池进行循环充、放电；自适应匹配输出电路实现不同电压的输出；MCU控制电路负责给出控制信号，控制整个电源管理系统有序工作。该系统能有效提高无人水下航行器的续航力、稳定性以及适配性。

【技术实现步骤摘要】
一种无人水下航行器的异构多模智能电源管理系统及方法
本专利技术涉及太阳能充电及无线充电
，特别是涉及一种应用于无人水下航行器的异构多模智能电源管理系统及方法。
技术介绍
无人水下航行器作为无人运载平台的一个重要分支，在军用领域和民用领域发挥着重要作用。过去30年，众多海洋强国所制造的无人水下航行器已超过9000艘，用以完成各种水下任务。这些无人水下航行器已经在救援、搜索、科考等领域展现出自身优越性。2016年我国首个便携式水下无人自主航行器亮相珠海航展，该无人水下自主航行器采用便携式设计，布放回收简便快捷；操作简单，学习周期短；模块化设计，扩展性强，可以很方便地搭载包括CTD（温盐湿仪）、DVL（多普勒速度仪）、摄像机、侧扫声呐、多波束成像声呐、长基线/超短基线信标等各类水下设备；安全性高，具备超深、超时停车、超出范围报警、紧急情况抛载等安全功能；具有卫星定位指示功能，确保安全回收。同时该无人水下航行器可应用于海洋物理、化学参数测量、浅海地形地貌勘测、浅海石油管线检测以及江河湖泊、水库、大坝水下勘察。通过加装各类设备可进行水下考古（加装侧扫声呐、多波束成像声呐）、水下搜索与救援（加装摄像机、多波束成像声呐）、港口地质勘察（加装摄像机、多波束成像声呐）、环境监测（加装水质传感器）等。随着无人水下航行器的广泛应用，能源成为限制其续航能力及可持续作业能力的主要因素。现在无人水下航行器的能源主要是锂电池组，因此为锂电池组选择合适的充电以及管理系统十分必要。目前大部分无人水下航行器仍然采用有线充电的方式为锂电池组充电，由于无人水下航行器在水下工作的特点，这种有线充电的方式会破坏水下航行器的密闭性，同时在充电的时候需要回收航行器，增加了操作成本。除了有线充电之外，太阳能充电也被应用于无人水下航行器，我国太阳能丰富，有近7成的国土面积日照量超过2000小时，但是单独的太阳能充电方式在阴雨天等天气环境下无法使用，无法使无人水下航行器全天候工作。与此同时，目前无人水下航行器所使用的锂电池组主要是由多个单体锂电池并联在一起构成的，这种锂电池结合方式在增大电池容量以及简化充放电电路结构的同时，也不可避免引入了危险，只要多个并联的单体锂电池中的其中一个发生故障，则整个锂电池组就会无法使用，从而影响无人水下航行器的工作，除此之外锂电池组中的单体锂电池要求规格参数一致，无形中增加了电池成本。另外目前无人水下航行器使用的锂电池组的输出电压一定，只能应用在特定的应用场景，面对不同的应用场景以及携带的不同负载，目前的锂电池组及其管理系统无法胜任。因此能够解决上述缺点的智能电源管理系统对无人水下航行器的应用和发展具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为搭载有各种探测设备的无人水下航行器提供高续航力、高稳定性、高适配性的多模（无线-太阳能）智能电源管理系统及方法。本专利技术的无人水下航行器的异构多模智能电源管理系统，其能够对锂电池组进行充、放电智能管理。在锂电池组充电阶段，考虑到有线充电和太阳能充电的缺陷，采用无线充电和太阳能充电结合的多模充电方式为无人水下航行器进行充电，在太阳能充足的情况下进行太阳能充电，在夜间和阴雨天等环境下进行无线充电，这种多模充电方式在保证无人水下航行器的全天候工作能力的同时，有效避免了对航行器船体密闭性的破坏以及回收船体的操作程序。本专利技术具体通过如下技术方案实现。一种无人水下航行器的异构多模智能电源管理系统，包括太阳能可控充电电路、无线可控充电电路、充电口电路、锂电池组充放电切换电路、自适应匹配输出电路、MCU控制电路；其中太阳能可控充电电路、无线可控充电电路和充电口电路共同实现对锂电池组进行充电；充放电切换电路使得锂电池组中的单体锂电池进行循环充、放电；自适应匹配输出电路实现不同电压的输出；MCU控制电路负责给出控制信号，控制整个电源管理系统的工作。进一步的，太阳能可控充电电路包括太阳能电池板、高边电流检测电路、低边电流检测电路、电压检测电路、模数转换电路、升/降压开关电源电路和数字电位器，能够实现最大功率点跟踪。进一步的，无线可控充电电路包括数模转换电路、功率放大电路、发射线圈、接收线圈、整流滤波电路和升/降压开关电源电路，能够将无线交流信号转换为任意直流电压输出。进一步的，太阳能可控充电电路和无线可控充电电路共同构成多模充电方式完成对锂电池组的充电，在实现全天候工作的同时也能够使得无人水下航行器无需回收，在水中完成智能充电。进一步的，锂电池组充放电切换电路包括n路切换电路，n为正整数；单路切换电路由两个三极管、一个场效应管构成，n路切换电路组合在一起配合n节单体锂电池组成的锂电池组构成异构化锂电池组，实现锂电池组中单体锂电池在MCU控制电路的控制下通过多模充电方式进行循环充、放电，同时该异构锂电池组对单体锂电池的规格、电压没有要求，能对锂电池组中不同电压的锂电池进行充、放电。进一步的，自适应匹配输出电路包括顺次连接的模拟电位器、电路由升/降压开关电源电路和数码管；能根据应用场景的不同，通过改变模拟电位器阻值的大小来改变整个智能电源系统的输出电压。本专利技术的无人水下航行器的异构多模智能电源管理系统，采用异构锂电池组代替原并联锂电池组。由于目前无人水下航行器为了提高续航力所使用的并联锂电池组同样存在缺陷，因此该智能电源管理系统采用异构锂电池组代替原并联锂电池组，所谓异构锂电池组，就是在相关电路的控制下使得锂电池组中的单体锂电池能够循环充、放电，这种异构化锂电池组能有效避免并联锂电池组的缺陷，当其中某个单体锂电池发生故障时，不影响整个锂电池组的工作，有效提高了无人水下航行器工作的稳定性。除此之外，异构锂电池组在相关电路的控制下能够实现对不同规格参数、不同电压的单体锂电池进行充放电管理，相比对单体锂电池要求严格的并联锂电池组，这种异构锂电池组更具灵活性，能够灵活使用单体锂电池构成锂电池组，降低电池成本。本专利技术无人水下航行器的异构多模智能电源管理系统，其特征在于该智能电源管理系统搭载自适应匹配输出电路，在锂电池组放电阶段，自适应匹配输出电路能够根据无人水下航行器工作环境以及负载的不同而改变锂电池组输出电压，提高适配性。进一步的，所述太阳能可控充电电路由太阳能电池板、高边电流检测电路、低边电流检测电路、电压检测电路、模数转换电路、升/降压开关电源电路、数字电位器构成。模数转换电路实时检测太阳能电池板的输入电压、电流，以及通过升/降压开关电源电路后输出的电压、电流，数字电位器接入升/降压开关电源电路的反馈电阻的位置，MCU控制电路给出控制信号，控制改变数字电位器的电阻值从而改变反馈电阻值，使得输出电压改变。采用扰动观察法，MCU控制电路通过数字电位器改变输出电压，计算此时的太阳能输入功率，直到太阳能电池板的输入功率达到最大值，实现太阳能电池板的最大功率点跟踪。进一步的，所述无线可控充电电路由数模转换电路、功率放大电路、发射线圈、接收线圈、整流滤波电路、升/降压开关电源电路构成。MCU控制电路给出控制信号控制数模转换电路产生一个一定频率的正弦波，正弦波经功率放大电路放大后通过发射线圈发射出去，接收线圈接收到发射线圈的能量后通过整流滤波电路以及稳压电路后输出为直流稳定电压。进一步的，所述锂电池组充放电切换电路由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人水下航行器的异构多模智能电源管理系统，其特征在于包括太阳能可控充电电路、无线可控充电电路、充电口电路、锂电池组充放电切换电路、自适应匹配输出电路、MCU控制电路；其中太阳能可控充电电路、无线可控充电电路和充电口电路共同实现对锂电池组进行充电；充放电切换电路使得锂电池组中的单体锂电池进行循环充、放电；自适应匹配输出电路实现不同电压的输出；MCU控制电路负责给出控制信号，控制整个电源管理系统的工作。

【技术特征摘要】
1.一种无人水下航行器的异构多模智能电源管理系统，其特征在于包括太阳能可控充电电路、无线可控充电电路、充电口电路、锂电池组充放电切换电路、自适应匹配输出电路、MCU控制电路；其中太阳能可控充电电路、无线可控充电电路和充电口电路共同实现对锂电池组进行充电；充放电切换电路使得锂电池组中的单体锂电池进行循环充、放电；自适应匹配输出电路实现不同电压的输出；MCU控制电路负责给出控制信号，控制整个电源管理系统的工作。2.根据权利要求1所述的一种无人水下航行器的异构多模智能电源管理系统，其特征在于太阳能可控充电电路包括太阳能电池板、高边电流检测电路、低边电流检测电路、电压检测电路、模数转换电路、升/降压开关电源电路和数字电位器，能够实现最大功率点跟踪。3.根据权利要求1所述的一种无人水下航行器的异构多模智能电源管理系统，其特征在于无线可控充电电路包括数模转换电路、功率放大电路、发射线圈、接收线圈、整流滤波电路和升/降压开关电源电路，能够将无线交流信号转换为任意直流电压输出。4.根据权利要求1所述的无人水下航行器的异构多模智能电源管理系统，其特征在于所述太阳能可控充电电路和无线可控充电电路共同构成多模充电方式完成对锂电池组的充电，在实现全天候工作的同时也能够使得无人水下航行器无需回收，在水中完成智能充电。5.根据权利要求1所述的一种无人水下航行器的异构多模智能电源管理系统，其特征在于锂电池组充放电切换电路包括n路切换电路，n为正整数；单路切换电路由两个三极管、一个场效应管构成，n路切换电路组合在一起配合n节单体锂电池组成的锂电池组构成异构化锂电池组，实现锂电池组中...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦岗，苗鸿昊，曹燕，赵明剑，徐振龙，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44