一种auv智能充电装置及充电方法
【技术领域】
[0001]本发明属于AUV充电领域，尤其涉及一种采用二次锂电池作为能源装备的AUV智能充电装置及充电方法。
【背景技术】
[0002]21世纪，随着人类不断认识海洋、开发利用海洋资源和保护海洋的进程，无人潜器(Unmanned Underwater Vehicle)这一高新技术得到迅速发展，其被认为是成功完成各种水下任务希望之星，也是无人作战系统中的主角，而水下智能机器人(AutonomousUnderwater Vehicle-AUV)因其智能化水平高，可自主完成各项军事任务，受到各个海洋强国的重视，是无人潜器技术中的重中之重。现在AUV—般都采用二次电池作为其能源供给设备，锂电池因其能量密度高、技术相对成熟、市面大量供应经济性好等优点被用于AUV中。但是受到AUV自身体积的限制，其一次下水携带的能源总量有限，在能量耗尽之前需要返回母船或上岸进行能源的补给。
[0003]目前AUV能源补给采用市面上容易采购的充电器来完成AUV电池的充电。由于AUV所携带的电池组不同，所以必须为其配备相应的充电器，这样多个充电器势必会增加AUV维护的复杂性。在充电的过程中，为确保设备安全需要有人全程看守以应对突发状态，这样也增加了人力成本。所以开发一套具有操作简单、接口丰富、智能高效可远程干预的锂电池充电器具有实际的工程价值。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种易于实现、成本低的AUV智能充电装置。本发明的目的还包括提供一种通用性好、稳定性高，并且能够进行远程操控的AUV智能充电方法。
[0005]—种AUV智能充电装置，包括主电源模块、电压电流控制模块、接口选择模块、辅助电源模块、充电设置模块、无线通讯模块、智能控制器模块和电压电流温度检测模块；
[0006]主电源模块输出端与电压电流控制模块的电源输入端连接，电压电流控制模块的输出端与接口选择模块的电源输入端连接；辅助电源模块的输出端与智能控制器模块的电源输入端连接，充电设置模块和电压电流温度检测模块分别与智能控制器模块的信号输入端连接，智能控制器模块的控制信号输出端分别与电压电流控制模块和接口选择模块的控制信号输入端连接；无线通讯模块与智能控制器模块通过TTL232连接。
[0007]一种AUV智能充电装置，还可以包括:
[0008]1、主电源模块采用变压器和整流器将市电转变成70VDC ;电压电流控制模块包括降压斩波变换器和大电流继电器，电压电流控制模块的控制端采用PWM信号；接口选择模块采用大功率单刀双掷继电器，输出两路电源，接口选择模块的控制端采用TTL电平信号；辅助电源模块将市电转变成24VDC ;充电设置模块包括按钮；无线通讯模块用于与上位机的监控端无线通讯；智能控制器模块7采用ARM单片机，含有相关控制算法程序；电压电流温度检测模块采用采样电阻获得电压、电流和温度信息，送到智能控制器模块。
[0009]2、上位机是装有监控软件的通用终端设备或专用设备，通用终端设备包括电脑或手机。
[0010]—种AUV智能充电方法，包括以下步骤，
[0011 ] 步骤一:将接口选择模块的输出端与AUV电池组连接，AUV电池组的输出端与电压电流温度检测模块连接；AUV电池组包括电池组1和电池组2
[0012]步骤二:无线通讯模块与上位机建立无线连接；
[0013]步骤三:通过充电设置模块或者上位机设置每个充电端口的最大充电电压和电流；
[0014]步骤四:通过充电设置模块或者上位机设置充电端口的上电顺序以及AUV电池组的充电顺序；
[0015]步骤五:通过充电设置模块或者上位机发送开始充电指令；
[0016]步骤六:智能控制器模块对电池组1进行充电控制；
[0017]步骤七:在电池组1充电过程中判断是否接收到来自充电设置模块或者上位机发送的充电干预指令，如果是则进行下一步，如果不是，进行步骤十；
[0018]步骤八:根据接收的充电干预指令，修改充电参数，如果充电干预指令为结束电池组1，则进行下一步；如果充电干预指令不是结束电池组1，根据修改后的充电参数，返回步骤六；
[0019]步骤九:判断充电干预指令是否为切换到电池组2充电，如果是则转入步骤十一，如果不是，则转入步骤十五；
[0020]步骤十:判断电池组1是否充电完成，如果是，则进行下一步；如果不是，则返回步骤六；
[0021]步骤^^一:智能控制器模块对电池组2进行充电控制；
[0022]步骤十二:在电池组2充电过程中，检测是否收到来自充电设置模块或者上位机发送的充电干预指令，如果是，进行下一步，否则，转入步骤十四；
[0023]步骤十三:接收充电干预指令，修改充电参数，如果充电干预指令为结束电池组2充电，则进行步骤十五；如果充电干预指令不是结束电池组2充电，则根据修改后的充电参数，返回步骤十一；
[0024]步骤十四:判断电池组2是否充电完成，如果充电完成，进行下一步；否则，返回步骤i ；
[0025]步骤十五:发送充电结束指令，结束充电。
[0026]—种AUV智能充电方法，还可以包括:
[0027]1、步骤六和步骤^^一中充电控制的具体过程为:
[0028](1)读取充电参数，包括:每个电池组的最大充电电压、最大充电电流及电池组的充电顺序；
[0029](2)根据充电所确定的顺序打开单刀双掷继电器连接电池组；
[0030](3)读取电池组电压、电流及充电装置内的温度；
[0031](4)判断是否出现故障，如果出现故障转入步骤，如果没有出现故障，进行下一步；
[0032](5)根据所设置的充电参数和实际的电池电压和充电电流采用智能控制点算法计算充电控制所需的PWM信号的占空比，并输出PWM信号；
[0033](6)记录充电过程数据。
[0034]2、智能控制器模块包含充电电压控制回路和充电电流控制回路，输出控制所需的PWM信号，具体过程为:
[0035]a、输入最大充电电压Vmax(t)、当前时刻电池电压V(t)及上一时刻电压的偏差值Ve (t-1)，由Vmax-V计算当前时刻的偏差值Ve (t)，由Ve (t)和Ve (t-1)计算当前时刻的偏差变化率Vee(t);
[0036]b、输入Ve(t)和Vee(t)到充电电压控制回路中的Η)控制器，经控制函数运算输出PWM信号的占空比的变化量Δ 1 ；
[0037]c、输入最大充电电压Imax(t)、该时刻电池电压I(t)及上一时刻电压的偏差值Ie (t-1)，由Imax-1计算当前时刻的偏差值Ie(t)，由Ie(t)和Ie(t_l)计算当前时刻的偏差变化率lee (t)；
[0038]d、输入Ie(t)和Iee(t)到充电电流控制回路的控制器，经控制函数运算输出PWM信号的占空比的变化量A2 ;
[0039]e、比较Δ 1和Δ 2，取二者最小值计算PWM信号的占空比，并输出到降压斩波变换器调节充电电压和电流。
[0040]有益效果:
[0041]本发明充电装置与程序软件配合，完全实现智能化，可根据AUV电池组的配置情况设置参数，充电过程可无需人工操作，使用方便；
[0042]实现了一个充电装置完成对AUV所有电池组的充电补充，简化AUV系统的充电维护；
[0043]具有远程监控功能，操作人员无需在现场就可实现对充电过程全程监控，给操作人员更灵活的工作空间。
【附图说明】
[0044]图1是AUV智能充电装置整体结构框图；
[0045]图2是AUV智能充电装置充电策略流程图；
[0046]图3是AUV智能充电装置与上位机监控程序无线通讯的程序流程图；
[0047]图4是AUV智能充电装置充电控制程序流程图；
[0048]图5是AUV智能充电装置充电控制原理图。
【具体实施方式】
[0049]下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0050]本发明的目的是:提出一种通用性好、稳定性高、易于实现、实用性强、成本低廉且能够远程操控的AUV智能充电装置，以解决现有充电设备及方案的不足。
[0051]本发明的技术解决方案是:
[0052]提供了一种AUV智能充电装置，包括:主电源模块1、电压电流控制模块2、接口选择模块3、辅助电源模块4、充电设置模块5、无线通讯模块6、智能控制器模块7、电压电流温度检测模块8和AUV电池组9。其中所述的主电源模块输出端与电压电流控制模块的电源输入端连接，电压电流控制模块的输出端与接口选择模块的电源输入端连接，接口选择模块的输出端与AUV电池组连接，电池组的输出端与电压电流温度检测模块连接；所述的辅助电源模块的输出端与智能控制器模块的电源输入端连接，充电设置模块、电压电流温度检测模块与智能控制器模块的信号输入端连接，电压电流控制模块、接口选择模块的控制信号输入端与智能控制器模块的信号输出端连接；无线通讯模块与智能控制器模块通过TTL232 连接。
[0053]上述的主电源模块采用变压器和整流器将市电(220VAC)转变成70VDC。
[0054]上述的电压电流控制模块采用降压斩波变换器和大电流继电