一種用于水下潛器的電池管理及控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池管理及控制系統(tǒng)，尤其涉及一種用于水下自主航行器的電池管理及控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著海洋探索技術(shù)的發(fā)展，對水下運載器的續(xù)航能力要求日漸提高.因此，在有限的體積下，選擇高能量密度的電池和優(yōu)化的電池組合方式成為了一種解決方案。然而電池的并聯(lián)方式往往會造成電池在充放電的過程中特性產(chǎn)生差異，容易縮短電池的壽命。同時，高能量密度的電池操作或者使用不當(dāng)，容易發(fā)生爆炸，造成水下潛器內(nèi)部昂貴的器件損壞，甚至導(dǎo)致艙體開裂漏水。因此，一套專門為水下運載器日常航行和進站充電時的電池管理及控制系統(tǒng)的設(shè)計尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于水下潛器的電池管理及控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可保證水下潛器內(nèi)部所有器件的正常工作，以及電池的安全使用。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]—種用于水下潛器的電池管理及控制系統(tǒng)，包括主控單元、若干個依次串聯(lián)的電池塊和用于給串聯(lián)電池塊充電的充電電路，每個電池塊由單體電池并聯(lián)為基本單元后再串聯(lián)而成，對每個電池塊均設(shè)有一個管理控制單元，管理控制單元包括用于采集電池塊端電壓及電流的采樣電路、短路保護電路、用于監(jiān)控電池塊溫度的溫度檢測電路、電池均衡電路、過充過放保護電路、防倒灌電路以及用于采集每個基本單元端電壓的電壓采集電路，充電電路、每個管理控制單元中的采樣電路、溫度檢測電路及電壓采集電路均與主控單元連接。
[0006]所述的電池塊的構(gòu)成如下:將單體電池的正極通過熔斷絲點焊至同一塊金屬極板上，負(fù)極直接點焊在另一塊金屬極板上實現(xiàn)若干單體電池間的并聯(lián)，構(gòu)成一個基本單元，基本單元間通過串聯(lián)形成電池塊。
[0007]所述的每個電池塊的管理控制單元還包括用于冷卻電池塊的冷卻裝置，比如風(fēng)扇。當(dāng)某一電池塊的溫度高于設(shè)定值時，主控單元控制開啟相應(yīng)冷卻裝置對電池塊進行冷卻。當(dāng)某一單體電池的溫度高于限定的最高溫度時，其熔斷絲斷開，使得該節(jié)電池從回路中斷開，其余電池正常工作，這樣通過設(shè)置冷卻裝置和熔斷絲可以實現(xiàn)對整個電池系統(tǒng)的二級保護。
[0008]當(dāng)某一基本單元的電壓超出所有電池塊中基本單元端電壓平均值的百分之十時，主控單元控制開啟該基本單元所屬電池塊的管理控制單元中的均衡電路進行均衡，直至該基本單元的電壓回到限定值。
[0009]若充電電壓超過充電截止電壓，則關(guān)斷充電總回路。在進站充電過程中，上位機可以實時監(jiān)控充電的電壓電流，根據(jù)實際需求，通過上位機調(diào)整充電的電壓電流，同時也能控制充電的開關(guān)。在水下自主航行器航行過程中，當(dāng)主控單元檢測到某節(jié)電池電壓低于放電截止電壓或者總電壓接近放電截止電壓時，主控單元發(fā)出命令，按重要性循序關(guān)斷大功率外設(shè)，同時對水下自主航行器進行拋載，使?jié)撈魃细『突厥铡?br>[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0011](1)本發(fā)明的電池管理及控制系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測電池溫度，通過熔斷絲形成獨特的串并聯(lián)方式結(jié)合設(shè)置冷卻裝置實現(xiàn)對電池系統(tǒng)的二級保護，可極大的提高電池系統(tǒng)的安全性；
[0012](2)電池管理及控制系統(tǒng)的主控單元能夠監(jiān)控所有電池的電壓值，并且根據(jù)水下潛器內(nèi)部的大功率設(shè)備的重要性進行設(shè)備的依次關(guān)斷，從而來進行電池的欠壓保護，防止電池過放導(dǎo)致電池?fù)p壞，影響設(shè)備的正常運行；
[0013](3)本發(fā)明的電池管理及控制系統(tǒng)能夠通過岸基的上位機實時監(jiān)控水下自主航行器進站充電時，電池充電的電壓電流，可以根據(jù)實際需求，通過上位機適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)充電的電壓與電流，并且能對充電電路進行開關(guān)；
[0014](4)對串并聯(lián)關(guān)系電池組中的每一節(jié)電池一并進行均衡管理，使得所有電池的充電狀態(tài)都能維持在接近的范圍內(nèi)，從而保證電池的特性一致，有利于整體電池組的壽命提尚ο
【附圖說明】
[0015]圖1是電池塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的電池管理及控制系統(tǒng)的原理示意圖。
具體實施方案
[0017]下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。
[0018]本發(fā)明的用于水下潛器的電池管理及控制系統(tǒng)包括主控單元(如STM32)、若干個依次串聯(lián)的電池塊和用于給串聯(lián)電池塊充電的充電電路，每個電池塊由單體電池并聯(lián)為基本單元后再串聯(lián)而成，如圖1所示，將單體電池的正極通過熔斷絲點焊至同一塊金屬極板上，負(fù)極直接點焊在另一塊金屬極板上實現(xiàn)若干單體電池間的并聯(lián)，構(gòu)成一個基本單元，基本單元間通過串聯(lián)形成電池塊。對每個電池塊均設(shè)有一個管理控制單元，管理控制單元包括用于采集電池塊端電壓及電流的采樣電路、短路保護電路、用于監(jiān)控電池塊溫度的溫度檢測電路、電池均衡電路、過充過放保護電路、防倒灌電路以及用于采集每個基本單元端電壓的電壓采集電路，充電電路、每個管理控制單元中的充電電路、采樣電路、溫度檢測電路及電壓采集電路均與主控單元連接。
[0019]如圖2所示，該圖展示了從供電到整個電池系統(tǒng)的充電管理及控制方式。接駁站向進站的水下自主航行器充電系統(tǒng)進行供電，電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)換并經(jīng)過隔離模塊傳給充電電路。
[0020]在充電電路與電池之間增加了防倒灌電路，以防止沒充電時或者電池電壓高于充電電路輸出電壓時發(fā)生的倒灌現(xiàn)象，避免電池電量的浪費，同時保護充電電路。具體可以采用M0S管來實現(xiàn)，如:將PM0S管的漏極和源極串聯(lián)在充電主回路上，不充電時M0S管關(guān)閉，電流無法通過；上電時，實時檢測M0S管的漏極和源極電勢，當(dāng)出現(xiàn)反向電勢時，驅(qū)動M0S管柵極關(guān)斷回路，從而起到防反充作用。
[0021]主控單元實時監(jiān)控整個充電過程的參數(shù)，包括單體電池電壓、電池塊端電壓電流和溫度，主控單元通過wifi信號傳遞給接駁站，接駁站將反饋信號傳遞給岸基上的上位機進行監(jiān)控和操作。根據(jù)實際需求，上位機可發(fā)出命令，適當(dāng)調(diào)整充電的電壓和電流，并且在不需要充電時，關(guān)斷充電回路。
[0022]當(dāng)某一電池塊的溫度高于設(shè)定值時，主控單元控制開啟相應(yīng)冷卻裝置對電池塊進行冷卻。當(dāng)某一單體電池的溫度高于限定的最高溫度時，其熔斷絲斷開，使得該節(jié)電池從回路中斷開，其余電池正常工作，這樣通過設(shè)置冷卻裝置和熔斷絲可以實現(xiàn)對整個電池系統(tǒng)的二級保護。
[0023]當(dāng)某一基本單元的電壓超出所有電池塊中基本單元端電壓平均值的百分之十時，主控單元控制開啟該基本單元所屬電池塊的管理控制單元中的均衡電路進行均衡，直至該基本單元的電壓回到限定值，使得電池之間特性和電量相差減小。
[0024]本發(fā)明的系統(tǒng)同時還設(shè)置了防過充、防過放和短路保護電路。當(dāng)某節(jié)電池電壓高于充電截止電壓時，主控單元關(guān)斷總充電回路。當(dāng)電池電壓接近或者低于放電截止電壓時，主控單元發(fā)出信號關(guān)斷大功率外設(shè)，保留潛器內(nèi)所必須的小功率設(shè)備，同時讓潛器拋載，進行上浮。短路保護防止器件損壞或者誤操作導(dǎo)致的短路現(xiàn)象，防止電池發(fā)生爆炸，損壞潛器內(nèi)貴重設(shè)備。
【主權(quán)項】
1.一種用于水下潛器的電池管理及控制系統(tǒng)，其特征在于，包括主控單元、若干個依次串聯(lián)的電池塊和用于給串聯(lián)電池塊充電的充電電路，每個電池塊由單體電池并聯(lián)為基本單元后再串聯(lián)而成，對每個電池塊均設(shè)有一個管理控制單元，管理控制單元包括用于采集電池塊端電壓及電流的采樣電路、短路保護電路、用于監(jiān)控電池塊溫度的溫度檢測電路、電池均衡電路、過充過放保護電路、防倒灌電路以及用于采集每個基本單元端電壓的電壓采集電路，充電電路、每個管理控制單元中的采樣電路、溫度檢測電路及電壓采集電路均與主控單元連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水下潛器的電池管理及控制系統(tǒng)，其特征是，所述的電池塊的構(gòu)成如下:將單體電池的正極通過熔斷絲點焊至同一塊金屬極板上，負(fù)極直接點焊在另一塊金屬極板上實現(xiàn)若干單體電池間的并聯(lián)，構(gòu)成一個基本單元，基本單元間通過串聯(lián)形成電池塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水下潛器的電池管理及控制系統(tǒng)，其特征是，所述的每個電池塊的管理控制單元還包括用于冷卻電池塊的冷卻裝置，當(dāng)某一電池塊的溫度高于設(shè)定值時，主控單元控制開啟相應(yīng)冷卻裝置對電池塊進行冷卻。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水下潛器的電池管理及控制系統(tǒng)，其特征是，當(dāng)某一基本單元的電壓超出所有電池塊中基本單元端電壓平均值的百分之十時，主控單元控制開啟該基本單元所屬電池塊的管理控制單元中的均衡電路進行均衡，直至該基本單元的電壓回到限定值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于水下潛器的電池管理及控制系統(tǒng)，包括主控單元、若干個依次串聯(lián)的電池塊和充電電路，每個電池塊具有一個管理控制單元，管理控制單元包括采樣電路、短路保護電路、溫度檢測電路、電池均衡電路、過充過放保護電路、防倒灌電路以及電壓采集電路；每個管理控制單元中的充電電路、采樣電路、溫度檢測電路及電壓采集電路均與主控單元連接。在水下自主航行器進入接駁站進行充電的過程中，電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)會傳遞給主控單元，主控單元通過wifi信號傳遞給接駁站，接駁站將反饋信號傳遞給岸基上的上位機進行監(jiān)控和操作。本發(fā)明的系統(tǒng)對電池進行二級保護，安全可靠，保證了水下潛器內(nèi)設(shè)備的正常使用，且可延長電池的壽命。
【IPC分類】H01M2/34, H02J7/00
【公開號】CN105429227
【申請?zhí)枴緾N201510945817
【發(fā)明人】楊燦軍, 林鳴威, 李德駿, 張濤, 王天磊, 張夢輝
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月16日