一種auv智能充電裝置及充電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于AUV充電領(lǐng)域，尤其涉及一種采用二次鋰電池作為能源裝備的AUV智能充電裝置及充電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)，隨著人類不斷認(rèn)識海洋、開發(fā)利用海洋資源和保護(hù)海洋的進(jìn)程，無人潛器(Unmanned Underwater Vehicle)這一高新技術(shù)得到迅速發(fā)展，其被認(rèn)為是成功完成各種水下任務(wù)希望之星，也是無人作戰(zhàn)系統(tǒng)中的主角，而水下智能機(jī)器人(AutonomousUnderwater Vehicle-AUV)因其智能化水平高，可自主完成各項(xiàng)軍事任務(wù)，受到各個(gè)海洋強(qiáng)國的重視，是無人潛器技術(shù)中的重中之重?，F(xiàn)在AUV—般都采用二次電池作為其能源供給設(shè)備，鋰電池因其能量密度高、技術(shù)相對成熟、市面大量供應(yīng)經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)被用于AUV中。但是受到AUV自身體積的限制，其一次下水?dāng)y帶的能源總量有限，在能量耗盡之前需要返回母船或上岸進(jìn)行能源的補(bǔ)給。
[0003]目前AUV能源補(bǔ)給采用市面上容易采購的充電器來完成AUV電池的充電。由于AUV所攜帶的電池組不同，所以必須為其配備相應(yīng)的充電器，這樣多個(gè)充電器勢必會增加AUV維護(hù)的復(fù)雜性。在充電的過程中，為確保設(shè)備安全需要有人全程看守以應(yīng)對突發(fā)狀態(tài)，這樣也增加了人力成本。所以開發(fā)一套具有操作簡單、接口豐富、智能高效可遠(yuǎn)程干預(yù)的鋰電池充電器具有實(shí)際的工程價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種易于實(shí)現(xiàn)、成本低的AUV智能充電裝置。本發(fā)明的目的還包括提供一種通用性好、穩(wěn)定性高，并且能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程操控的AUV智能充電方法。
[0005]—種AUV智能充電裝置，包括主電源模塊、電壓電流控制模塊、接口選擇模塊、輔助電源模塊、充電設(shè)置模塊、無線通訊模塊、智能控制器模塊和電壓電流溫度檢測模塊；
[0006]主電源模塊輸出端與電壓電流控制模塊的電源輸入端連接，電壓電流控制模塊的輸出端與接口選擇模塊的電源輸入端連接；輔助電源模塊的輸出端與智能控制器模塊的電源輸入端連接，充電設(shè)置模塊和電壓電流溫度檢測模塊分別與智能控制器模塊的信號輸入端連接，智能控制器模塊的控制信號輸出端分別與電壓電流控制模塊和接口選擇模塊的控制信號輸入端連接；無線通訊模塊與智能控制器模塊通過TTL232連接。
[0007]一種AUV智能充電裝置，還可以包括:
[0008]1、主電源模塊采用變壓器和整流器將市電轉(zhuǎn)變成70VDC ;電壓電流控制模塊包括降壓斬波變換器和大電流繼電器，電壓電流控制模塊的控制端采用PWM信號；接口選擇模塊采用大功率單刀雙擲繼電器，輸出兩路電源，接口選擇模塊的控制端采用TTL電平信號；輔助電源模塊將市電轉(zhuǎn)變成24VDC ;充電設(shè)置模塊包括按鈕；無線通訊模塊用于與上位機(jī)的監(jiān)控端無線通訊；智能控制器模塊7采用ARM單片機(jī)，含有相關(guān)控制算法程序；電壓電流溫度檢測模塊采用采樣電阻獲得電壓、電流和溫度信息，送到智能控制器模塊。
[0009]2、上位機(jī)是裝有監(jiān)控軟件的通用終端設(shè)備或?qū)Ｓ迷O(shè)備，通用終端設(shè)備包括電腦或手機(jī)。
[0010]—種AUV智能充電方法，包括以下步驟，
[0011 ] 步驟一:將接口選擇模塊的輸出端與AUV電池組連接，AUV電池組的輸出端與電壓電流溫度檢測模塊連接；AUV電池組包括電池組1和電池組2
[0012]步驟二:無線通訊模塊與上位機(jī)建立無線連接；
[0013]步驟三:通過充電設(shè)置模塊或者上位機(jī)設(shè)置每個(gè)充電端口的最大充電電壓和電流；
[0014]步驟四:通過充電設(shè)置模塊或者上位機(jī)設(shè)置充電端口的上電順序以及AUV電池組的充電順序；
[0015]步驟五:通過充電設(shè)置模塊或者上位機(jī)發(fā)送開始充電指令；
[0016]步驟六:智能控制器模塊對電池組1進(jìn)行充電控制；
[0017]步驟七:在電池組1充電過程中判斷是否接收到來自充電設(shè)置模塊或者上位機(jī)發(fā)送的充電干預(yù)指令，如果是則進(jìn)行下一步，如果不是，進(jìn)行步驟十；
[0018]步驟八:根據(jù)接收的充電干預(yù)指令，修改充電參數(shù)，如果充電干預(yù)指令為結(jié)束電池組1，則進(jìn)行下一步；如果充電干預(yù)指令不是結(jié)束電池組1，根據(jù)修改后的充電參數(shù)，返回步驟六；
[0019]步驟九:判斷充電干預(yù)指令是否為切換到電池組2充電，如果是則轉(zhuǎn)入步驟十一，如果不是，則轉(zhuǎn)入步驟十五；
[0020]步驟十:判斷電池組1是否充電完成，如果是，則進(jìn)行下一步；如果不是，則返回步驟六；
[0021]步驟^^一:智能控制器模塊對電池組2進(jìn)行充電控制；
[0022]步驟十二:在電池組2充電過程中，檢測是否收到來自充電設(shè)置模塊或者上位機(jī)發(fā)送的充電干預(yù)指令，如果是，進(jìn)行下一步，否則，轉(zhuǎn)入步驟十四；
[0023]步驟十三:接收充電干預(yù)指令，修改充電參數(shù)，如果充電干預(yù)指令為結(jié)束電池組2充電，則進(jìn)行步驟十五；如果充電干預(yù)指令不是結(jié)束電池組2充電，則根據(jù)修改后的充電參數(shù)，返回步驟十一；
[0024]步驟十四:判斷電池組2是否充電完成，如果充電完成，進(jìn)行下一步；否則，返回步驟i ；
[0025]步驟十五:發(fā)送充電結(jié)束指令，結(jié)束充電。
[0026]—種AUV智能充電方法，還可以包括:
[0027]1、步驟六和步驟^^一中充電控制的具體過程為:
[0028](1)讀取充電參數(shù)，包括:每個(gè)電池組的最大充電電壓、最大充電電流及電池組的充電順序；
[0029](2)根據(jù)充電所確定的順序打開單刀雙擲繼電器連接電池組；
[0030](3)讀取電池組電壓、電流及充電裝置內(nèi)的溫度；
[0031](4)判斷是否出現(xiàn)故障，如果出現(xiàn)故障轉(zhuǎn)入步驟，如果沒有出現(xiàn)故障，進(jìn)行下一步；
[0032](5)根據(jù)所設(shè)置的充電參數(shù)和實(shí)際的電池電壓和充電電流采用智能控制點(diǎn)算法計(jì)算充電控制所需的PWM信號的占空比，并輸出PWM信號；
[0033](6)記錄充電過程數(shù)據(jù)。
[0034]2、智能控制器模塊包含充電電壓控制回路和充電電流控制回路，輸出控制所需的PWM信號，具體過程為:
[0035]a、輸入最大充電電壓Vmax(t)、當(dāng)前時(shí)刻電池電壓V(t)及上一時(shí)刻電壓的偏差值Ve (t-1)，由Vmax-V計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的偏差值Ve (t)，由Ve (t)和Ve (t-1)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的偏差變化率Vee(t);
[0036]b、輸入Ve(t)和Vee(t)到充電電壓控制回路中的Η)控制器，經(jīng)控制函數(shù)運(yùn)算輸出PWM信號的占空比的變化量Δ 1 ；
[0037]c、輸入最大充電電壓Imax(t)、該時(shí)刻電池電壓I(t)及上一時(shí)刻電壓的偏差值Ie (t-1)，由Imax-1計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的偏差值Ie(t)，由Ie(t)和Ie(t_l)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的偏差變化率lee (t)；
[0038]d、輸入Ie(t)和Iee(t)到充電電流控制回路的控制器，經(jīng)控制函數(shù)運(yùn)算輸出PWM信號的占空比的變化量A2 ;
[0039]e、比較Δ 1和Δ 2，取二者最小值計(jì)算PWM信號的占空比，并輸出到降壓斬波變換器調(diào)節(jié)充電電壓和電流。
[0040]有益效果:
[0041]本發(fā)明充電裝置與程序軟件配合，完全實(shí)現(xiàn)智能化，可根據(jù)AUV電池組的配置情況設(shè)置參數(shù)，充電過程可無需人工操作，使用方便；
[0042]實(shí)現(xiàn)了一個(gè)充電裝置完成對AUV所有電池組的充電補(bǔ)充，簡化AUV系統(tǒng)的充電維護(hù)；
[0043]具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，操作人員無需在現(xiàn)場就可實(shí)現(xiàn)對充電過程全程監(jiān)控，給操作人員更靈活的工作空間。
【附圖說明】
[0044]圖1是AUV智能充電裝置整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0045]圖2是AUV智能充電裝置充電策略流程圖；
[0046]圖3是AUV智能充電裝置與上位機(jī)監(jiān)控程序無線通訊的程序流程圖；
[0047]圖4是AUV智能充電裝置充電控制程序流程圖；
[0048]圖5是AUV智能充電裝置充電控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0050]本發(fā)明的目的是:提出一種通用性好、穩(wěn)定性高、易于實(shí)現(xiàn)、實(shí)用性強(qiáng)、成本低廉且能夠遠(yuǎn)程操控的AUV智能充電裝置，以解決現(xiàn)有充電設(shè)備及方案的不足。
[0051]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0052]提供了一種AUV智能充電裝置，包括:主電源模塊1、電壓電流控制模塊2、接口選擇模塊3、輔助電源模塊4、充電設(shè)置模塊5、無線通訊模塊6、智能控制器模塊7、電壓電流溫度檢測模塊8和AUV電池組9。其中所述的主電源模塊輸出端與電壓電流控制模塊的電源輸入端連接，電壓電流控制模塊的輸出端與接口選擇模塊的電源輸入端連接，接口選擇模塊的輸出端與AUV電池組連接，電池組的輸出端與電壓電流溫度檢測模塊連接；所述的輔助電源模塊的輸出端與智能控制器模塊的電源輸入端連接，充電設(shè)置模塊、電壓電流溫度檢測模塊與智能控制器模塊的信號輸入端連接，電壓電流控制模塊、接口選擇模塊的控制信號輸入端與智能控制器模塊的信號輸出端連接；無線通訊模塊與智能控制器模塊通過TTL232 連接。
[0053]上述的主電源模塊采用變壓器和整流器將市電(220VAC)轉(zhuǎn)變成70VDC。
[0054]上述的電壓電流控制模塊采用降壓斬波變換器和大電流繼電