[發明專利]一種能量可回收水下航行器的電源管理系統

有效

• 申請號: 202010884831.5
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111987787B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 湯繼強;寧夢月;余世城;王浩安
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02J7/36
• 分類號: H02J7/36;H02J7/32;B63G8/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種能量可回收水下航行器的電源管理系統，該系統包括電池組和電源管理電路；所述電池組為水下航行器提供工作所需的電能，包括兩組可充電鋰電池；所述電源管理電路用以實現能量的回收和處理，包括能量回收電路、整流電路、升壓電路、電壓檢測電路和自動切換電路。本發明能夠將水下航行器在行進過程中由殼體振動和水流摩擦產生的能量，通過整流和升壓轉化為電能存儲在電池組中；電壓檢測電路實時檢測電池組電壓，并輸出控制信號至自動切換電路，以實現兩組電池的輪流充放電。本發明可以保證能量的有效使用，提高水下航行器的續航能力。

技術領域

本發明涉及水下航行器領域，尤其涉及一種能量可回收水下航行器的電源管理系統。

背景技術

水下航行器是一種航行于水下的航行體，包括載人水下航行器和無人水下航行器。無論是在民用還是在軍用上，水下航行器都扮演著重要的角色，它能夠完成水下勘探、偵測甚至是軍事上的進攻防守等任務?，F如今水下航行器已成為人類探索海底空間的重要技術手段。

水下航行器通常采用自帶的可充電電池供電，通過電源管理系統實現電源的分配、監測等功能。電源管理系統的重量、體積和續航能力是實際應用中重點考慮的問題，為完成水下復雜的任務，需要盡可能提高水下航行器水下工作的時間，因此續航能力已成為限制水下航行器發展的重要因素之一。

現有的技術中，水下航行器電源充電完成后，按照相應的要求下水工作，但是電源的儲能有限，水下航行器需要在有限的時間內完成工作。為了延長電源的續航能力，往往需要增大水下航行器電源體積和重量，這將會占用過多空間，不利于空間利用，價格也比較貴；同時為了更緊湊的分配有限的電能，需要復雜的電源管理系統，增加了設計的難度，也降低了系統的可靠性；水下航行器航行過程中水流壓力和摩擦消耗了大量能量，也在一定程度上降低了能量使用的效率。

發明內容

本發明的目的是：為了保證能量的有效使用，提高水下航行器的續航能力，本發明提供一種能量可回收水下航行器的電源管理系統，該系統能夠將水下航行器在行進過程中由殼體振動和水流摩擦產生的能量，通過整流和升壓轉化為電能存儲在電池組中；電壓檢測電路實時檢測電池組電壓，并輸出控制信號至自動切換電路，以實現兩組電池的輪流充放電。

本發明的技術方案：一種能量可回收水下航行器的電源管理系統，該系統包括電池組和電源管理電路。其中：

所述電池組為水下航行器提供工作所需的電能，包括兩組可充電鋰電池，其中一組為主電池，是供電的主要電源；另一組為副電池，主要負責能量回收，同時在主電池能量不足時作為輔助電源供電。兩組電池通過電源管理電路實現輪流充放電。

所述電源管理電路用以實現能量的回收和處理，包括能量回收電路、整流電路、升壓電路、電壓檢測電路和自動切換電路。

所述能量回收電路用于收集殼體振動和水流摩擦產生的能量，并將其轉化為電能輸出。能量回收電路采用PVDF壓電材料設計，當壓電薄膜在環境中受到一定頻率的震動時，電極輸出端會產生正弦小電壓，該電壓作為輸入信號進入整流電路中。

所述整流電路用于將所述能量回收電路產生的交流電進行整流并轉換為直流電。因為能量回收電路產生的電壓很小，采用傳統的二極管整流電路功率損耗很大，將導致能量收集的效率非常低，整流電路利用AD8436 AJCP-WP芯片設計，采用單電源模式，能量回收電路輸出的正弦小電壓連接到整流電路的ACIN輸入端，IGND端連接一個額外的旁路以抑制環境噪聲，引腳CAVG接一個470pF的電容以使內部環路保持穩定，將3.3μF電容接到輸出和FET輸入緩沖的同相輸入口以得到平均整流值。

所述升壓電路用以實現DC-DC升壓，將整流電路DC OUT端輸出的直流小電壓連接到升壓電路的輸入端口，通過該電路將電壓升至電池組充電所需的電壓值，為減小體積，升壓電路采用非隔離型電感升壓模塊。