[发明专利]一种用于AUV的水下充电装置及控制方法

说明书

本发明涉及一种用于AUV的水下充电装置及方法，装置包括充电电源、测试电路、控制器、驱动器电路、IGBT功率开关、硬件保护电路、二极管、继电器、电压和电流传感器。方法包括自动调节充电过程的逻辑控制和算法。本发明可以根据实际情况对充电回路的通断以及电流值进行调节，使之可以安全可靠的为AUV电池组进行水下电能补给，避免重复收放带来的不便。在系统中，控制器通过继电器对充电回路的接通和断开进行控制；通过PWM接口，控制驱动电路及IGBT功率开关，调节充电电流大小；硬件保护电路会在电流超限时，强行关断IGBT，确保电路安全；测试电路通过传感器将回路状态送至控制器，用以判断线路绝缘、AUV电池组接入情况、是否可以开始充电等状态。

技术领域

本发明涉及为AUV电池组进行水下电能补给，具体的说是一种用于AUV的水下充电装置及控制方法。

背景技术

自主式水下航行器(AUV)是一种新式的水下机器人，就技术层面来说，其主要包括防水结构设计、推进器技术、能量储存与应用、计算机控制、数据融合处理、定位导航、远程通信、传感器等方面。目前，AUV可以应用于海洋资源的勘探、海洋油气的开发等方面。因此具有很广阔的发展前景。

能源是AUV的关键技术之一，其续航力、航速和负载能力均受制于可用能源，而可用能源又取决于电池类型、空间及重量等因素。目前，多数AUV采用电能作为动力，而电能来自于所携带的电池组。尽管能量密度较低，但考虑到成本、寿命、方便性、可维修性、安全性等因素，电池在较长时间内仍将占据主导的地位。受此因素的制约，目前AUV在执行一定时间的任务后就必须回收进行电能补充，否则就会危及到潜水器的安全。由于作业环境的不确定性，每次对潜水器的施放和回收都是一项十分繁琐的工作，需要大量的工人、花费较长的时间，并且还需要合适的船只甲板配合吊放设备。因此开发一套可以对AUV进行水下充电的装置的必要性就凸显了出来。装置设计上充分考虑在水下的特殊应用场合，应该能够自动的对开始充电、结束充电以及充电过程中电流值进行控制，进而实现在水下完成对AUV的电能补给。这样就可以避免由于需要充电而带来的回收施放的问题，提高使用效率，降低使用成本。

发明内容

针对现有技术中的不足和AUV水下电能补给的需求，本发明所采用的技术方案是：一种用于AUV的水下充电装置及控制方法。

一种用于AUV的水下充电装置，包括：充电电路、测试电路。

所述充电电路用于通过内部的控制器和驱动器电路控制IGBT功率开关的通断，为连接在充电电路输出端的AUV电池组充电。

所述测试电路连接充电电路的输出端，用于在控制器的控制下测量充电电路的绝缘状态、判断电池组是否成功接入以及是否可以开始充电。

所述充电电路包括：在充电电源正极与输出端正极之间依次连接的IGBT功率开关和第一二极管、在充电电源负极与输出端负极之间依次连接的主继电器和第二二极管，以及控制器和与其分别连接的驱动器电路、硬件保护电路、主继电器，驱动器电路还连接IGBT功率开关的控制端、硬件保护电路，硬件保护电路还连接充电电路电流传感器；

所述控制器输出PWM方波信号驱动驱动器电路控制IGBT功率开关的通断，为连接在输出端的AUV电池组充电；硬件保护电路用于检测并判断充电回路电流值是否超限并报警给控制器、输出关断信号给驱动器电路关断IGBT功率开关；主继电器用于控制充电回路的通断。

所述充电电源提供400V的充电电压，并且最大的充电电流20A。

所述控制器能够运行控制程序，提供32模拟量输入通道，24路I/O输出，4路8位PWM输出。

所述驱动器电路以HCPL-316J集成门极驱动芯片为控制器件，电路驱动IGBT的最高集电极电流为150A，最高集电极、发射极电压为1200V。

所述硬件保护电路采用比较器电路用于检测充电回路电流值是否超限。