[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及太阳能充电及无线充电技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。本发明具体通过如下技术方案实现。