[发明专利]一种小型自治水下机器人电源管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及水下机器人电源管理，具体地说是一种小型自治水下机器人电源分配与监测系统。

背景技术

随着人们对海洋资源的探索与开发日益频繁，水下机器人作为一种有效载体得到了长足的发展。对于近海、河流、湖泊与水库等相对较浅的地域，小型自治水下机器人（以下简称小型AUV）以其便携性、易用性、低成本等特点，在水下环境监测与水下侦查等方面得到了广泛的应用。

由于小型AUV的体积重量和工作模式限制，现阶段的小型AUV在水下工作时几乎都采用自带可充电电池组提供能源，而且电池组的大小也受到严格的限制，只有当其回到岸上的时候，才会使用脐带来提供电源并且同时为小型AUV电池组充电。在这种情况下，小型AUV必须有一套成熟可靠的电源管理系统，既可以管理自身电池组的能量分配，又可以方便的在水下工作模式和水面工作模式下快捷安全的切换。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种小型AUV电源管理系统，对小型AUV水下作业时自带电池组的能源使用进行管理，同时可以使小型AUV在水面连接脐带时能够切换到充电模式，并使用脐带电源为系统供电。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种小型自治水下机器人电源管理系统，其特征在于包括：电源控制电路与电源分配电路、电池组连接；

电源控制电路：用于进行AUV的电源分配，并能够监测整个AUV的实时电流；与中央控制系统通过CAN接口进行通信；当AUV上岸时能够与外部脐带电缆连接并对电池组进行充电；

电源分配电路：将电源控制电路输出的电压经转换供给中央控制系统和推进系统；

电池组：为电源管理系统内的主电源，给电源控制电路供电；

所述电源分配电路包括固态继电器和中央控制系统电源转换电路；固态继电器的输出端正极与电源控制电路的电压输出端连接，输出端负极与推进系统的电源输入端连接；固态继电器的控制端与中央控制系统的推进系统控制输出端连接；中央控制系统电源转换电路的输入端与电源控制电路的另一电压输出端连接，输出端与电源控制电路的一个电压输入端连接。

所述电源控制电路包括单片机、电源转换电路、传感器和多个继电器；与电池组并联的电压传感器串联电流传感器后与电源分配电路的固态继电器的输出端正极连接；继电器的两路线圈控制端都通过电阻、二极管分别与外部脐带电缆的输入端ON和OFF连接，还分别通过干簧管与干电池正极连接；继电器的一个输出端与继电器的控制端连接，控制继电器输出端的通断,另一端悬空；继电器输出端与中央控制系统电源转换电路的输入端连接；继电器为两个并联的继电器，每个继电器的开关的一对输入端与中央控制系统电源转换电路的输出端连接，开关的另一对输入端与脐带电缆的正电压输入连接，开关的输出端通过二极管与单片机电源转换电路输入端连接，每个继电器的两个控制线圈分别与脐带电缆的两个输入端连接。

电源转换电路包括单片机电源转换电路、CAN电源转换电路和电压传感器电源转换电路；单片机电源转换电路的输入端与继电器的开关输出经二极管的一端连接，输出端与单片机电源端连接，该输出端还与CAN电源转换电路、电压传感器电源转换电路、安全状态检测电路的电源端连接。

所述安全状态检测电路包括温度检测电路、电压检测电路、电流检测电路和漏水检测电路。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明通过继电器的组合使用可以有效地控制小型AUV系统的电源连接情况，完全的将电池组和载体设备之间隔绝，保证系统的安全。

2.本发明使用舱体内部干簧管磁开关和外部手动开关协同控制继电器，使得外部脐带电源和自带电池组之间可以独立的对载体供电，同时可以保证在插拔脐带的时候，至少有一路电源与系统相连，使得系统可以一直维持正常的工作状态。

3.本发明可以实时监测水下工作状态下载体的电池组状态、载体设备的用电情况和电池组所在舱体内的实时温度，同时通过CAN总线传递给载体的中央控制单元，为中央控制单元的决策提供依据，具有极高的安全性。

4.本发明有效地对推进系统电源、控制系统电源和观测系统电源进行了隔离，通过中央控制系统的协调可以对各个用电部分进行独立的控制。

5.对小型AUV水下作业时自带电池组的能源使用进行管理，同时可以使小型AUV在水面连接脐带时能够切换到充电模式，并单独使用脐带电源或者与电池组一起为系统供电。

附图说明

图1为本发明的电源管理系统功能示意图；