[發(fā)明專利]一種用于AUV的水下充電裝置及控制方法

有效

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• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN109728619B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設計）人: 李默竹;鄭榮;梁保強;張吉忠;秦寶成;于開洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

本發(fā)明涉及一種用于AUV的水下充電裝置及方法，裝置包括充電電源、測試電路、控制器、驅動器電路、IGBT功率開關、硬件保護電路、二極管、繼電器、電壓和電流傳感器。方法包括自動調(diào)節(jié)充電過程的邏輯控制和算法。本發(fā)明可以根據(jù)實際情況對充電回路的通斷以及電流值進行調(diào)節(jié)，使之可以安全可靠的為AUV電池組進行水下電能補給，避免重復收放帶來的不便。在系統(tǒng)中，控制器通過繼電器對充電回路的接通和斷開進行控制；通過PWM接口，控制驅動電路及IGBT功率開關，調(diào)節(jié)充電電流大小；硬件保護電路會在電流超限時，強行關斷IGBT，確保電路安全；測試電路通過傳感器將回路狀態(tài)送至控制器，用以判斷線路絕緣、AUV電池組接入情況、是否可以開始充電等狀態(tài)。

技術領域

本發(fā)明涉及為AUV電池組進行水下電能補給，具體的說是一種用于AUV的水下充電裝置及控制方法。

背景技術

自主式水下航行器(AUV)是一種新式的水下機器人，就技術層面來說，其主要包括防水結構設計、推進器技術、能量儲存與應用、計算機控制、數(shù)據(jù)融合處理、定位導航、遠程通信、傳感器等方面。目前，AUV可以應用于海洋資源的勘探、海洋油氣的開發(fā)等方面。因此具有很廣闊的發(fā)展前景。

能源是AUV的關鍵技術之一，其續(xù)航力、航速和負載能力均受制于可用能源，而可用能源又取決于電池類型、空間及重量等因素。目前，多數(shù)AUV采用電能作為動力，而電能來自于所攜帶的電池組。盡管能量密度較低，但考慮到成本、壽命、方便性、可維修性、安全性等因素，電池在較長時間內(nèi)仍將占據(jù)主導的地位。受此因素的制約，目前AUV在執(zhí)行一定時間的任務后就必須回收進行電能補充，否則就會危及到潛水器的安全。由于作業(yè)環(huán)境的不確定性，每次對潛水器的施放和回收都是一項十分繁瑣的工作，需要大量的工人、花費較長的時間，并且還需要合適的船只甲板配合吊放設備。因此開發(fā)一套可以對AUV進行水下充電的裝置的必要性就凸顯了出來。裝置設計上充分考慮在水下的特殊應用場合，應該能夠自動的對開始充電、結束充電以及充電過程中電流值進行控制，進而實現(xiàn)在水下完成對AUV的電能補給。這樣就可以避免由于需要充電而帶來的回收施放的問題，提高使用效率，降低使用成本。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中的不足和AUV水下電能補給的需求，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種用于AUV的水下充電裝置及控制方法。

一種用于AUV的水下充電裝置，包括：充電電路、測試電路。

所述充電電路用于通過內(nèi)部的控制器和驅動器電路控制IGBT功率開關的通斷，為連接在充電電路輸出端的AUV電池組充電。

所述測試電路連接充電電路的輸出端，用于在控制器的控制下測量充電電路的絕緣狀態(tài)、判斷電池組是否成功接入以及是否可以開始充電。

所述充電電路包括：在充電電源正極與輸出端正極之間依次連接的IGBT功率開關和第一二極管、在充電電源負極與輸出端負極之間依次連接的主繼電器和第二二極管，以及控制器和與其分別連接的驅動器電路、硬件保護電路、主繼電器，驅動器電路還連接IGBT功率開關的控制端、硬件保護電路，硬件保護電路還連接充電電路電流傳感器；

所述控制器輸出PWM方波信號驅動驅動器電路控制IGBT功率開關的通斷，為連接在輸出端的AUV電池組充電；硬件保護電路用于檢測并判斷充電回路電流值是否超限并報警給控制器、輸出關斷信號給驅動器電路關斷IGBT功率開關；主繼電器用于控制充電回路的通斷。

所述充電電源提供400V的充電電壓，并且最大的充電電流20A。

所述控制器能夠運行控制程序，提供32模擬量輸入通道，24路I/O輸出，4路8位PWM輸出。

所述驅動器電路以HCPL-316J集成門極驅動芯片為控制器件，電路驅動IGBT的最高集電極電流為150A，最高集電極、發(fā)射極電壓為1200V。

所述硬件保護電路采用比較器電路用于檢測充電回路電流值是否超限。