一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统和管理方法技术方案

本发明专利技术涉及水下机器人技术领域，具体说是一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统和管理方法，包括电源管理单元和电源分配单元，所述电源管理单元与锂电池组、电源分配单元、潜水器控制系统连接，还通过光电复合缆与水下基站电源连接；所述电源分配单元与潜水器控制系统、浮游体设备、底盘设备连接。本发明专利技术采用光电复合缆和电池组组成的并联供电方案，即满足潜水器正常工作时间的能量需求和最大航行功率需求，也减小了光电复合缆的线径和重量，提高了潜水器作业时的灵活性；有效地缩小了单点故障影响范围，又方便后期维护及调试，同时也有效提高了潜水器深海浮游爬行双模式探测作业的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统和管理方法
本专利技术涉及水下机器人
，具体说是一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统和管理方法。
技术介绍
传统的水下机器人虽具有较强的作业能力，但普遍都有体积大、重达数吨、研制周期长且成本高、作业效率低、风险高的问题。小型的海底浮游爬行式机器人是一种小体积、作业能力强的海底移动机器人，能够进行浮游和坐底探测作业，可搭载于其他设备共同下潜至海底，具备工作时间长、运动控制灵活、效率高、成本低等特点，可适用于当前深海环境下精细探测作业的实际需求。水下机器人探测作业过程中面临复杂海况和恶劣的工作环境，因此对可靠性和安全性有更高的要求。电源管理系统作为潜水器各个设备与电源的桥梁，其能源管理分配情况直接影响潜水器能否完成探测作业任务和安全返航。在这种情况下，小型深海浮游爬行探测作业型潜水器必须有一套成熟可靠的电源管理系统，既可以对系缆和锂电池组组成的双电源并联供电系统进行管理，又可以合理分配能源到潜水器载体各个设备，又可以方便快速安全地切换浮游和爬行两种探测作业模式。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利技术的目的在于提出一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统，包括：电源管理单元和电源分配单元；所述电源管理单元与锂电池组、电源分配单元、潜水器控制系统连接，还通过光电复合缆与水下基站电源连接；所述电源分配单元与潜水器控制系统、浮游体设备、底盘设备连接。所述电源管理单元包括降压隔离模块、充电模块、放电模块、电量检测传感器、锂电池保护板BMS、单片机和总开关；所述降压隔离模块输入端与光电复合缆连接，输出端经充电模块、放电模块与锂电池保护板BMS连接，所述锂电池保护板BMS与锂电池组连接；所述充电模块与锂电池保护板BMS之间、放电模块与锂电池保护板BMS之间均连有电量检测传感器，所述电量检测传感器与单片机连接，充电模块经单片机与潜水器控制系统连接；所述降压隔离模块输出端经总开关后作为电源管理单元的输出端，与电源分配单元连接。所述电源分配单元包括大功率设备启动电路、推进器电流传感器、第二电流传感器、浮游体电源转换板、底盘电源转换板；电源管理单元的输出端与大功率设备启动电路、浮游体电源转换板连接、底盘电源转换板连接；在电源管理单元的输出端与大功率设备启动电路的连接线路上、电源管理单元的输出端与底盘电源转换板的连接线路上，分别设有第一电流传感器、第二电流传感器；所述第一电流传感器检测信号端、第二电流传感器检测信号输出端与潜水器控制系统连接。所述大功率设备启动电路包括固态继电器QD、电阻R1～R5；所述固态继电器QD的控制输入端经电阻R1与潜水器控制系统连接，固态继电器QD的输出端作为大功率设备启动电路输出端OUT+与电源管理单元的输出端连接，固态继电器QD的输出端经并联的电阻R2～R5作为大功率设备启动电路输出端OUT-与浮游体设备的多台推进器动力电源输入端连接。所述大功率设备启动电路并联有固态继电器KM1。所述浮游体电源转换板包括过流保护熔断器F1、浮游体电源通断支路和多个浮游体电源转换支路；所述电源管理单元的输出端经浮游体电源通断支路与浮游体设备的声学定位通信装置连接，还通过流保护熔断器F1、分别经多个浮游体电源转换支路与浮游体设备连接；所述浮游体电源通断支路包括顺序连接的固态继电器K7和过流保护熔断器F8；所述浮游体电源转换支路包括顺序连接的DC/DC隔离电源模块、固态继电器和过流保护熔断器，所述过流保护熔断器输出端与浮游体设备的多台推进器控制电源输入端、摄像机、深度计、高度计、电子罗盘、摄像机俯仰云台中的至少一种连接。所述浮游体电源转换支路包括DC/DC隔离电源模块，DC/DC隔离电源模块输出端与浮游体设备的光端机、主控制板、IO扩展板中的至少一种连接。所述底盘电源转换板包括直流隔离电源模块和过流保护熔断器FU3～FU6；所述电源管理单元的输出端依次经过流保护熔断器FU3、直流隔离电源模块与底盘设备的底盘控制板、履带电机驱动器控制电输入端、摆臂电机驱动器控制电输入端、电动机械手关节电机驱动器控制电输入端中的至少一种连接；所述电源管理单元的输出端分别经过流保护熔断器FU4、过流保护熔断器FU5、过流保护熔断器FU6与底盘设备的履带电机驱动器动力电输入端、摆臂电机驱动器动力电输入端、电动机械手关节电机驱动器动力电输入端中的至少一种连接。所述电源管理单元输出端与底盘电源转换板之间串联有固态继电器KM2。一种小型深海探测作业型潜水器电源管理方法，包括以下步骤：电源管理单元的降压隔离模块将光电复合缆传输的高压直流电降压转换为直流电输出，直流电经过充电模块、锂电池保护板BMS给锂电池组充电；电源管理单元的单片机通过串口与潜水器控制系统进行通信，单片机通过接收到的潜水器控制系统串口通信指令，调节充电模块对锂电池组的充电电流和时间；电量检测传感器将锂电池组的充放电电压和充放电电流信号转换为模拟量电压信号送入单片机进行电量采集和计算，同时单片机将锂电池组的充放电电量进行周期性记录保存，且实时上传数据信息给潜水器控制系统；当多台推进器需要上电时，先将启动大功率设备启动电路中的固态继电器QD闭合；延时若干秒充电完成后，潜水器控制系统控制固态继电器KM1的触点闭合，完成多台推进器的动力电上电过程；浮游体电源转换板将电源管理单元输出直流电经多个DC/DC隔离电源模块转换为不同的直流电压分别供给浮游载体上的各个设备；当潜水器工作在爬行模式时，潜水器控制系统通过控制固态继电器KM2，将直流电接入底盘电源转接板后经DCDC隔离电源模块转换输出所需电压，供给底盘设备。本专利技术的优点与积极效果为：1.本专利技术可以在充油高压环境下使用，使得电子设备可以与油压部件封装在一起，有效减少体积和结构件数量，提高可靠性，尤其在深海环境中使用时可以大大简化机械结构设计难度。2.本专利技术通过固态继电器的组合使用可以有效地控制小型深海探测作业型潜水器电源系统连接情况，完全的将供电电源和载体设备之间隔绝，保证系统安全。3.本专利技术使用光电复合缆和锂电池组组成的并联供电方案，即满足潜水器正常工作时间的能量需求和最大航行功率需求，也减小了光电复合缆的线径和重量。提高了潜水器作业时的灵活性；当光电复合缆出现故障时，锂电池组还可以作为潜水器的应急电源。4.本专利技术可以实时监测潜水器水下工作时电池组的状态，载体设备的用电情况，同时通过潜水控制系统信息采集汇总上传至水面控制单元，为水面操纵决策提供依据，具有极高的安全性。5.本专利技术有效地对动力系统电源48V和控制系统电源24V、12V、5V进行了电气隔离，有效地减少了推进器、声学定位装置、底盘履带、摆臂、电动机械手等大功率电力电子设备对控制系统的电磁干扰，提高了潜水器控制系统的抗干扰能力。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统，其特征在于，包括：电源管理单元(1)和电源分配单元(2)；/n所述电源管理单元(1)与锂电池组、电源分配单元(2)、潜水器控制系统(3)连接，还通过光电复合缆与水下基站电源连接；/n所述电源分配单元(2)与潜水器控制系统(3)、浮游体设备、底盘设备连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统，其特征在于，包括：电源管理单元(1)和电源分配单元(2)；
所述电源管理单元(1)与锂电池组、电源分配单元(2)、潜水器控制系统(3)连接，还通过光电复合缆与水下基站电源连接；
所述电源分配单元(2)与潜水器控制系统(3)、浮游体设备、底盘设备连接。


2.根据权利要求1所述的一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统，其特征在于，所述电源管理单元(1)包括降压隔离模块(10)、充电模块(11)、放电模块(12)、电量检测传感器(13)、锂电池保护板BMS(14)、单片机(15)和总开关(16)；
所述降压隔离模块(10)输入端与光电复合缆连接，输出端经充电模块(11)、放电模块(12)与锂电池保护板BMS(14)连接，所述锂电池保护板BMS(14)与锂电池组连接；所述充电模块(11)与锂电池保护板BMS(14)之间、放电模块(12)与锂电池保护板BMS(14)之间均连有电量检测传感器(13)，所述电量检测传感器(13)与单片机(15)连接，充电模块(11)经单片机(15)与潜水器控制系统(3)连接；所述降压隔离模块(10)输出端经总开关(16)后作为电源管理单元(1)的输出端，与电源分配单元(2)连接。


3.根据权利要求1所述的一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统，其特征在于，所述电源分配单元(2)包括大功率设备启动电路(20)、推进器电流传感器(21)、第二电流传感器(22)、浮游体电源转换板(23)、底盘电源转换板(24)；
电源管理单元(1)的输出端与大功率设备启动电路(20)、浮游体电源转换板(23)连接、底盘电源转换板(24)连接；在电源管理单元(1)的输出端与大功率设备启动电路(20)的连接线路上、电源管理单元(1)的输出端与底盘电源转换板(24)的连接线路上，分别设有第一电流传感器(21)、第二电流传感器(22)；所述第一电流传感器(21)检测信号端、第二电流传感器(22)检测信号输出端与潜水器控制系统(3)连接。


4.根据权利要求3所述的一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统，其特征在于，所述大功率设备启动电路(20)包括固态继电器QD、电阻R1～R5；
所述固态继电器QD的控制输入端经电阻R1与潜水器控制系统(3)连接，固态继电器QD的输出端作为大功率设备启动电路(20)输出端OUT+与电源管理单元(1)的输出端连接，固态继电器QD的输出端经并联的电阻R2～R5作为大功率设备启动电路(20)输出端OUT-与浮游体设备的多台推进器动力电源输入端连接。


5.根据权利要求3所述的一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统，其特征在于，所述大功率设备启动电路(20)并联有固态继电器KM1。


6.根据权利要求3所述的一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统，其特征在于，所述浮游体电源转换板(23)包括过流保护熔断器F1、浮游体电源通断支路和多个浮游体电源转换支路；
所述电源管理单元(1)的输出端经...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟新宝，张运修，范云龙，欧阳赛赛，张奇峰，何震，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21