一种变电站巡检机器人电池温度控制系统及控制方法与流程

本发明属于变电站巡检机器人技术领域，特别是变电站巡检机器人电池温度控制技术领域，具体涉及一种基于内部热循环技术的变电站巡检机器人电池温度控制系统及控制方法。

背景技术：

电力巡检机器人由于其巡检覆盖范围广、检测精度高、可监控设备类型丰富、易实现自动巡检等优点而在电力行业中得到了广泛的应用，特别是在变电站等存在人员安全风险的场所，利用巡检机器人代替传统的人工巡检，在提供巡检效率的同时，可有效降低运维人员的人身安全风险。

目前，为了降低布线施工的难度，提高机器人运动的灵活性，变电站巡检机器人一般均采用车载电池供电，常用的电池类型包括磷酸铁锂电池、三元锂电池、铅酸蓄电池等化学电池。但由于化学电池固有的温度稳定性问题，导致当温度下降到一定范围内后，随着温度的降低，电池有效容量随之降低，从而影响巡检机器人的有效续航里程，此外低温还会导致巡检机器人的充电速度减缓，充电所需的时间延长。当环境气温较低时，巡检机器人车载电池的上述问题会导致机器人的出勤率降低，从而影响正常巡检任务的完成。

针对巡检机器人低温环境下电池工作异常的问题，目前采取的改进措施主要包括以下几种：在巡检机器人设计时，选用额定工作温度范围较大的电池产品，以延伸电池的有效工作温度范围；在巡检机器人充电房内设置空调系统，以控制巡检机器人充电时的环境温度；在电池仓内增加隔热保温层，一方面降低外部低温环境对电池温度的影响，另一方面起到隔振的作业。

但上述改进方法尚存在一些不足：选用宽工作温度范围的电池虽然可以在一定程度上降低低温对电池容量及充电效果的影响，但当环境温度低于所选用电池的有效工作范围时，依旧会出现电池容量下降和充电缓慢的问题，此外，宽工作温度范围的电池成本也会比普通的电池成本高；在充电房内设置空调虽然可以保证电池的充电效率不受影响，但当机器人在户外执行巡检任务时，其有效电池容量依旧会受到低温的影响，且空调的使用成本较高；在电池仓内增加保温层属于被动防护措施，其保温的时效性有限，且在高温天气时不利于电池散热，会带来安全隐患。因此如何克服现有技术的不足是目前变电站巡检机器人电池温度控制技术领域亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种变电站巡检机器人电池温度控制系统及控制方法，该方法通过布置在巡检机器人机体内部的热循环回路，实现对主控板cpu、电机驱动芯片、射频处理芯片等发热元器件工作热量的回收利用，结合主动发热模块、温度传感器、外循环回路、隔热电池仓实现对电池工作温度的控制，以保证外部低温环境下巡检机器人车载电池的有效容量及充电效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种变电站巡检机器人电池温度控制系统，包括设置在巡检机器人内部电路板上的发热元器件上的热量采集模块；

还包括隔热气管、气泵、主控模块、隔热电池仓和外部气管；

热量采集模块、气泵和隔热电池仓内部空间通过隔热气管串联；

隔热气管与外部气管之间通过两位四通换向阀相连；

外部气管的两端分别为外部进风口和外部出风口；

隔热电池仓包括密封外壳、外部隔热层、主动发热模块、温度传感器和电池；

密封外壳外包裹有外部隔热层，密封外壳内安装有主动发热模块、温度传感器和电池；密封外壳上设有两个气管连接口，通过气管连接口与隔热气管相连；

电池分别与气泵、主动发热模块电连接，用于为气泵、主动发热模块供电；

主控模块分别与气泵、两位四通换向阀、主动发热模块、温度传感器相连，用于控制气泵的转向和转速，控制切换两位四通换向阀的导通通道，控制主动发热模块的开关状态及功率，并接收温度传感器的检测数据。

进一步，优选的是，热量采集模块由金属材料制成，内部中空，且内部空腔中设有散热翅片结构，空腔两侧分别均设有气管连接口，通过气管连接口与隔热气管相连。

进一步，优选的是，所述的金属材料为纯铜、纯铝或铝合金，但不限于此。

进一步，优选的是，热量采集模块的安装面通过导热硅胶或导热硅脂粘合到电路板上的发热元器件上。

进一步，优选的是，所述的电路板包括主控板、电机驱动板和无线通信板，但不限于此。

进一步，优选的是，所述的发热元器件包括cpu、mos管、晶闸管、电机驱动芯片、电源芯片和无线通信芯片，但不限于此。

进一步，优选的是，外部隔热层的材质为玻璃纤维、石棉、岩棉、气凝胶毡或真空板，但不限于此。

进一步，优选的是，所述的主动发热模块采用ptc发热片或电热膜作为热源。

一种变电站巡检机器人电池温度控制方法，采用上述变电站巡检机器人电池温度控制系统，包括如下步骤：

步骤（1），变电站巡检机器人充电及待机过程中，若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值低于预设值范围，主控模块控制两位四通换向阀切换到内循环通道，同时控制主动发热模块工作以提供热量补充，保证隔热电池仓内的温度维持在预设值范围内；若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值高于预设值范围，主控模块控制两位四通换向阀切换到外循环回路，同时控制气泵转动以实现外循环回路内空气与外部环境中空气的循环流动，带走多余的热量；

步骤（2），变电站巡检机器人巡检作业过程中，若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值低于预设值范围，主控模块控制两位四通换向阀切换到内循环通道，同时控制气泵转动以驱动内循环通道中的空气循环流动，采集变电站巡检机器人内部电路板上的发热元器件工作过程中产生的热量，同时为发热元器件提供主动散热；若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值依旧低于预设值范围，主控模块控制主动发热模块工作以补充热量，否则主动发热模块保持关闭状态；

所述的内循环通道指两位四通换向阀的其中一个导通通道分别通过隔热气管连接隔热电池仓、气泵和热量采集模块，另外一个导通通道分别连接外部气管的外部进风口和外部出风口；所述的外循环通道指两位四通换向阀的其中一个导通通道分别连接隔热电池仓和外部进风口，另外一个导通通道连接热量采集模块和外部出风口，使得外部进风口、隔热电池仓、气泵、热量采集模块和外部进风口相连通。

进一步，优选的是，变电站巡检机器人巡检作业过程中，若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值高于预设值范围，主控模块控制两位四通换向阀切换到外循环通道，同时控制气泵转动以驱动外循环通道的空气循环流动，通过气流将热量排出到外界环境中。

本发明通过布置在巡检机器人机体内部的热循环回路，回收利用机器人内部电路板上的发热元器件工作过程中产生的热量，结合主动发热模块产生的热量，通过热循环回路中气体的循环流动将热量转移到隔热电池仓中，以控制电池的温度。

本发明气泵优选采用直流供电，供电电压优选不高于48v，用于驱动回路中的空气进行循环流动。

本发明对于隔热气管的结构没有具体限制，优选是由塑料气管和外层隔热橡塑保温管构成，用于实现回路中设备的相互密闭连接；

本发明两位四通换向阀优选采用电磁型两位四通换向阀，可通过主控模块控制其导通的通道。外部进风口和外部出风口用于实现热循环回路中空气与外部环境中空气的互通，将热循环回路中的热量转移到外部环境中；

本发明优选热量采集模块除气管连接口外，其余均密封。外部隔热层主要用于降低隔热电池仓内的热量损耗。内部电路板指为实现机器人的功能操作而集成在机器人内部的硬件电路板。

本发明热量采集模块可以为多个，也可以为1个，本发明对于此没有特殊限制。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明所提出的一种变电站巡检机器人电池温度控制系统及控制方法，通过在机器人内部设置热循环回路，回收利用机器人硬件电路板上发热元器件工作过程中产生的热量，同时利用主动发热模块进行辅助供热，有利于消除低温天气下机器人车载电池实际有效容量降低、充电异常等问题，在提高机器人低温环境适应性的基础上，实现了能源的回收利用，有利于降低辅助供热对于电池续航能力的影响。

附图说明

图1是本发明控制系统中两位四通换向阀切换到内循环通道的结构示意图；

图2是本发明控制系统中两位四通换向阀切换到外循环通道的结构示意图；

图3是隔热电池仓结构示意图；

图4是主动发热模块结构示意图。

图中：1、发热元器件，2、隔热气管，3、气泵，4、热量采集模块，5、主控模块，6、外部进风口，7、两位四通换向阀，8、外部出风口，9、隔热电池仓，10、密封外壳，11、外部隔热层，12、主动发热模块，13、温度传感器，14、电池，15、外部气管。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。

本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

实施例1

如图1~3所示，一种变电站巡检机器人电池温度控制系统，包括设置在巡检机器人内部电路板上的发热元器件1上的热量采集模块4；

还包括隔热气管2、气泵3、主控模块5、隔热电池仓9和外部气管15；

热量采集模块4、气泵3和隔热电池仓9内部空间通过隔热气管2串联；

隔热气管2与外部气管15之间通过两位四通换向阀7相连；

外部气管15的两端分别为外部进风口6和外部出风口8；

隔热电池仓9包括密封外壳10、外部隔热层11、主动发热模块12、温度传感器13和电池14；

密封外壳10外包裹有外部隔热层11，密封外壳10内安装有主动发热模块12、温度传感器13和电池14；密封外壳10上设有两个气管连接口，通过气管连接口与隔热气管2相连；

电池14分别与气泵3、主动发热模块12电连接，用于为气泵3、主动发热模块12供电；

主控模块5分别与气泵3、两位四通换向阀7、主动发热模块12、温度传感器13相连，用于控制气泵3的转向和转速，控制切换两位四通换向阀7的导通通道，控制主动发热模块12的开关状态及功率，并接收温度传感器13的检测数据。

实施例2

如图1~4所示，一种变电站巡检机器人电池温度控制系统，包括设置在巡检机器人内部电路板上的发热元器件1上的热量采集模块4；

还包括隔热气管2、气泵3、主控模块5、隔热电池仓9和外部气管15；

热量采集模块4、气泵3和隔热电池仓9内部空间通过隔热气管2串联；

隔热气管2与外部气管15之间通过两位四通换向阀7相连；

外部气管15的两端分别为外部进风口6和外部出风口8；

隔热电池仓9包括密封外壳10、外部隔热层11、主动发热模块12、温度传感器13和电池14；

密封外壳10外包裹有外部隔热层11，密封外壳10内安装有主动发热模块12、温度传感器13和电池14；密封外壳10上设有两个气管连接口，通过气管连接口与隔热气管2相连；

电池14分别与气泵3、主动发热模块12电连接，用于为气泵3、主动发热模块12供电；

主控模块5分别与气泵3、两位四通换向阀7、主动发热模块12、温度传感器13相连，用于控制气泵3的转向和转速，控制切换两位四通换向阀7的导通通道，控制主动发热模块12的开关状态及功率，并接收温度传感器13的检测数据。

热量采集模块4由金属材料制成，内部中空，且内部空腔中设有散热翅片结构，空腔两侧分别均设有气管连接口，通过气管连接口与隔热气管2相连。

所述的金属材料为纯铜、纯铝或铝合金。

一种变电站巡检机器人电池温度控制方法，采用本实施例变电站巡检机器人电池温度控制系统，包括如下步骤：

步骤（1），变电站巡检机器人充电及待机过程中，若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值低于预设值范围，主控模块控制两位四通换向阀切换到内循环通道，同时控制主动发热模块工作以提供热量补充，保证隔热电池仓内的温度维持在预设值范围内；若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值高于预设值范围，主控模块控制两位四通换向阀切换到外循环回路，同时控制气泵转动以实现外循环回路内空气与外部环境中空气的循环流动，带走多余的热量；

步骤（2），变电站巡检机器人巡检作业过程中，若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值低于预设值范围，主控模块控制两位四通换向阀切换到内循环通道，同时控制气泵转动以驱动内循环通道中的空气循环流动，采集变电站巡检机器人内部电路板上的发热元器件工作过程中产生的热量，同时为发热元器件提供主动散热；若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值依旧低于预设值范围，主控模块控制主动发热模块工作以补充热量，否则主动发热模块保持关闭状态；

所述的内循环通道指两位四通换向阀的其中一个导通通道分别通过隔热气管连接隔热电池仓、气泵和热量采集模块，另外一个导通通道分别连接外部气管的外部进风口和外部出风口；所述的外循环通道指两位四通换向阀的其中一个导通通道分别连接隔热电池仓和外部进风口，另外一个导通通道连接热量采集模块和外部出风口，使得外部进风口、隔热电池仓、气泵、热量采集模块和外部进风口相连通。

实施例3

如图1~4所示，一种变电站巡检机器人电池温度控制系统，包括设置在巡检机器人内部电路板上的发热元器件1上的热量采集模块4；

还包括隔热气管2、气泵3、主控模块5、隔热电池仓9和外部气管15；

热量采集模块4、气泵3和隔热电池仓9内部空间通过隔热气管2串联；

隔热气管2与外部气管15之间通过两位四通换向阀7相连；

外部气管15的两端分别为外部进风口6和外部出风口8；

隔热电池仓9包括密封外壳10、外部隔热层11、主动发热模块12、温度传感器13和电池14；

密封外壳10外包裹有外部隔热层11，密封外壳10内安装有主动发热模块12、温度传感器13和电池14；密封外壳10上设有两个气管连接口，通过气管连接口与隔热气管2相连；

电池14分别与气泵3、主动发热模块12电连接，用于为气泵3、主动发热模块12供电；

主控模块5分别与气泵3、两位四通换向阀7、主动发热模块12、温度传感器13相连，用于控制气泵3的转向和转速，控制切换两位四通换向阀7的导通通道，控制主动发热模块12的开关状态及功率，并接收温度传感器13的检测数据。

热量采集模块4由金属材料制成，内部中空，且内部空腔中设有散热翅片结构，空腔两侧分别均设有气管连接口，通过气管连接口与隔热气管2相连。所述的金属材料为纯铜、纯铝或铝合金。热量采集模块4的安装面通过导热硅胶或导热硅脂粘合到电路板上的发热元器件1上。

一种变电站巡检机器人电池温度控制方法，采用本实施例变电站巡检机器人电池温度控制系统，包括如下步骤：

步骤（1），变电站巡检机器人充电及待机过程中，若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值低于预设值范围，主控模块控制两位四通换向阀切换到内循环通道，同时控制主动发热模块工作以提供热量补充，保证隔热电池仓内的温度维持在预设值范围内；若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值高于预设值范围，主控模块控制两位四通换向阀切换到外循环回路，同时控制气泵转动以实现外循环回路内空气与外部环境中空气的循环流动，带走多余的热量；

步骤（2），变电站巡检机器人巡检作业过程中，若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值低于预设值范围，主控模块控制两位四通换向阀切换到内循环通道，同时控制气泵转动以驱动内循环通道中的空气循环流动，采集变电站巡检机器人内部电路板上的发热元器件工作过程中产生的热量，同时为发热元器件提供主动散热；若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值依旧低于预设值范围，主控模块控制主动发热模块工作以补充热量，否则主动发热模块保持关闭状态；

所述的内循环通道指两位四通换向阀的其中一个导通通道分别通过隔热气管连接隔热电池仓、气泵和热量采集模块，另外一个导通通道分别连接外部气管的外部进风口和外部出风口；所述的外循环通道指两位四通换向阀的其中一个导通通道分别连接隔热电池仓和外部进风口，另外一个导通通道连接热量采集模块和外部出风口，使得外部进风口、隔热电池仓、气泵、热量采集模块和外部进风口相连通。

实施例4

如图1~4所示，一种变电站巡检机器人电池温度控制系统，包括设置在巡检机器人内部电路板上的发热元器件1上的热量采集模块4；

还包括隔热气管2、气泵3、主控模块5、隔热电池仓9和外部气管15；

热量采集模块4、气泵3和隔热电池仓9内部空间通过隔热气管2串联；

隔热气管2与外部气管15之间通过两位四通换向阀7相连；

外部气管15的两端分别为外部进风口6和外部出风口8；

隔热电池仓9包括密封外壳10、外部隔热层11、主动发热模块12、温度传感器13和电池14；

密封外壳10外包裹有外部隔热层11，密封外壳10内安装有主动发热模块12、温度传感器13和电池14；密封外壳10上设有两个气管连接口，通过气管连接口与隔热气管2相连；

电池14分别与气泵3、主动发热模块12电连接，用于为气泵3、主动发热模块12供电；

主控模块5分别与气泵3、两位四通换向阀7、主动发热模块12、温度传感器13相连，用于控制气泵3的转向和转速，控制切换两位四通换向阀7的导通通道，控制主动发热模块12的开关状态及功率，并接收温度传感器13的检测数据。

热量采集模块4由金属材料制成，内部中空，且内部空腔中设有散热翅片结构，空腔两侧分别均设有气管连接口，通过气管连接口与隔热气管2相连。所述的金属材料为纯铜、纯铝或铝合金。热量采集模块4的安装面通过导热硅胶或导热硅脂粘合到电路板上的发热元器件1上。

所述的电路板包括主控板、电机驱动板和无线通信板。

所述的发热元器件1包括cpu、mos管、晶闸管、电机驱动芯片、电源芯片和无线通信芯片。

外部隔热层11的材质为玻璃纤维、石棉、岩棉、气凝胶毡或真空板。

所述的主动发热模块12采用ptc发热片或电热膜作为热源。

一种变电站巡检机器人电池温度控制方法，采用本实施例变电站巡检机器人电池温度控制系统，包括如下步骤：

步骤（1），变电站巡检机器人充电及待机过程中，若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值低于预设值范围，主控模块控制两位四通换向阀切换到内循环通道，同时控制主动发热模块工作以提供热量补充，保证隔热电池仓内的温度维持在预设值范围内；若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值高于预设值范围，主控模块控制两位四通换向阀切换到外循环回路，同时控制气泵转动以实现外循环回路内空气与外部环境中空气的循环流动，带走多余的热量；

步骤（2），变电站巡检机器人巡检作业过程中，若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值低于预设值范围，主控模块控制两位四通换向阀切换到内循环通道，同时控制气泵转动以驱动内循环通道中的空气循环流动，采集变电站巡检机器人内部电路板上的发热元器件工作过程中产生的热量，同时为发热元器件提供主动散热；若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值依旧低于预设值范围，主控模块控制主动发热模块工作以补充热量，否则主动发热模块保持关闭状态；

变电站巡检机器人巡检作业过程中，若主控模块接收到温度传感器检测到的温度值高于预设值范围，主控模块控制两位四通换向阀切换到外循环通道，同时控制气泵转动以驱动外循环通道的空气循环流动，通过气流将热量排出到外界环境中。

所述的内循环通道指两位四通换向阀的其中一个导通通道分别通过隔热气管连接隔热电池仓、气泵和热量采集模块，另外一个导通通道分别连接外部气管的外部进风口和外部出风口；所述的外循环通道指两位四通换向阀的其中一个导通通道分别连接隔热电池仓和外部进风口，另外一个导通通道连接热量采集模块和外部出风口，使得外部进风口、隔热电池仓、气泵、热量采集模块和外部进风口相连通。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。