一种用于水下机器人的智能电池的制作方法

1.本实用新型涉及机器人零件技术领域，具体为一种用于水下机器人的智能电池。


背景技术：

2.目前，在水下机器人领域比较先进的国家主要是欧美、日本等一些海洋强国，这些国家从上世纪60年代开始成立研究机构致力于相关技术研究和产品开发，经过多年的发展，积累了大量的技术，形成了完整的水下机器人产业。在水下机器人运动控制、各种类型水下机器人开发等方面形成了巨大的优势，处于国际先进水平。我国的水下机器人研究起步比较晚，但是经过十几年的努力也取得了一定成就，自行研发的大中型遥控无人潜水器(rov)已经在海洋资源勘测与开发、水下搜救等方面发挥了重要的作用。然而在水下智能机器人开发方面我国还处在起步阶段，远远落后于国际先进水平。因此开发水下常驻、能量利用效率高、结构简单、可靠性高的水下智能机器人十分必要，在结构设计及优化、智能无人控制系统等方面都需要长久不懈努力。
3.水下机器人电池一定程度上决定了水下机器人的性能，会影响水下机器人的作业及续航能力。传统的水下机器人电池一般集成于密封舱中，受到密封舱的严密防水保护，多数情况与控制模块共用一个密封舱，无法实现密封舱空间的充分利用，且十分不利于散热，影响水下机器人各方面性能。水下机器人电池的散热问题是一个技术难题，由于水下工作的特殊性，解决起来非常困难。续航问题是阻碍水下机器人发展的技术瓶颈，一直以来无法实现根本性的突破，引起了全行业的广泛关注。
4.当前广泛使用的水下机器人电池主要存在以下技术缺点：需要集成在密封舱中使用，无法合理利用密封舱空间；散热问题突出，影响水下机器人性能；续航能力有限，影响水下机器人活动范围，且智能化程度较低。因此需要设计相应的技术方案解决存在的技术问题。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术不足，本实用新型提供了一种用于水下机器人的智能电池，解决了当前水下机器人电池主要存在的以下技术缺点：需要集成在密封舱中使用，无法合理利用密封舱空间；散热问题突出，影响水下机器人性能；续航能力有限，影响水下机器人活动范围，且智能化程度较低。
7.(二)技术方案
8.为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种用于水下机器人的智能电池，包括电池舱，所述电池舱呈圆柱体，且电池舱内壁的外侧设置有动力电池，且动力电池内部还设置有仪器电池，所述电池舱的内部还填充有导热密封硅胶层。
9.作为本实用新型的进一步优选方式，所述电池舱的内部自上至下设置为三层电池组，且相邻电池组之间填充有导热硅胶。
10.作为本实用新型的进一步优选方式，所述智能电池管理系统包括有依次电性连接的高性能主控制器、若干个微控制器及电池包，所述高性能主控制器可以完成数据采集和电池保护等功能，所述电池包内部包括有：若干个模组、高压模块控制器，高压模块控制器包括：高压传感器、继电器、电流传感器及绝缘检测等部分，若干个所述微控制器与所述高性能主控制器电性连接，所述高压模块控制器与所述高性能主控制器电性连接，所述智能电池的高性能主控制器与外部设备为电性连接，可以进行高效通讯。
11.作为本实用新型的进一步优选方式，所述智能电池管理系统软件为分布式架构，包括从控单元、高压模块控制单元、高性能主控单元、水上控制单元，所述高性能主控单元与所述水上控制单元通过水声通讯实现连接，所述高压模块控制单元与所述高性能主控单元电性连接，所述从控单元通过通讯协议与所述高性能主控单元实现通信，且所述从控单元还电性连接有若干电池模组。
12.(三)有益效果
13.本实用新型将动力电池与仪器电池集成在一起，合理利用空间，优化电芯拓扑结构，结合使用导热硅胶，有效解决了水下机器人电池散热技术难题，开发了先进的电池管理系统，有效实现了能量和安全管理，提升水下机器人续航能力。
附图说明
14.图1为本实用新型的电池俯视结构示意图；
15.图2为本实用新型的电池剖视结构示意图；
16.图3为本实用新型的电池管理系统整体示意图；
17.图4为本实用新型的电池管理系统软件架构示意图。
18.图中，1、电池舱；2、硅胶层；3、仪器电池；4、动力电池。
具体实施方式
19.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.请参阅图1-4，本实用新型实施例提供一种技术方案：一种用于水下机器人的智能电池4，包括电池舱1，所述电池舱1呈圆柱体，且电池舱1内壁的外侧设置有动力电池4，且动力电池4的内部还设置有仪器电池3，所述电池舱1的内部还填充有导热硅胶层，电池舱1的内部自上至下设置为三层电池组且相邻电池组之间填充有导热硅胶用于隔离散热。
21.所述智能电池管理系统包括有依次电性连接的高性能主控制器、若干个微控制器及电池包，所述高性能主控制器可以完成数据采集和电池保护等功能，所述电池包内部包括有：若干个模组、高压模块控制器，高压模块控制器包括：高压传感器、继电器、电流传感器及绝缘检测等部分，若干个所述微控制器与所述高性能主控制器电性连接，所述高压模块控制器与所述高性能主控制器电性连接，所述智能电池的高性能主控制器与外部设备为电性连接，可以进行高效通讯。
22.其中，所述智能电池管理系统软件为分布式架构，包括从控单元、高压模块控制单
元、高性能主控单元、水上控制单元，所述高性能主控单元与所述水上控制单元通过水声通讯实现连接，所述高压模块控制单元与所述高性能主控单元电性连接，所述从控单元通过通讯协议与所述高性能主控单元实现通信，且所述从控单元还电性连接有若干电池模组。
23.如图1所示：该电池主要由电池舱1、硅胶层2、仪器电池3、动力电池4、电池管理系统等组成，电池舱使用导电、耐压、耐腐蚀的金属材料，将散热要求较高的动力电池4合理布置在电池舱1内壁，便于散热。将散热要求相对较低的仪器电池3布置在电池舱1中心处，在满足散热要求的前提下，合理利用电池舱1空间。电芯之间、电芯与电池舱1之间预留合理的间隙，在电池舱1内灌入导热密封硅胶，起到防水、密封、耐压的作用，用于深水环境，同时提高了电池的散热性能。该水下机器人电池配备了智能的电池管理系统，具有充放电管理、剩余能量管理、寿命预测、安全管理等功能，提升了自身的能量利用效率、耐久性和安全性能。
24.如图2所示：电池舱1内壁布置两层动力电池4，方便进行散热，电芯之间、电芯与电池舱1内壁之间留有合理的间隙，便于灌入导热密封硅胶起到防水、密封、导热的作用。为合理利用电池舱1中心空间，将仪器电池3布置在此处，正中心留有较大的间隙便于灌入更多的导热密封硅胶，提升散热性能。电芯自上而下布置三层，每层之间留有足够的间隙，在间隙中灌入导热密封胶，提升电池整体散热性能。此外该导热密封硅胶具有良好的绝缘性能，提升了电池自身的安全性能，使得整个电池能量密度高、安全可靠。
25.图3所示为水下机器人电池管理系统整体示意图：该系统包括一个高性能主控制器、若干从属微控制器、高压模块控制器、传感器等，从属微控制器主要用于单个电芯的状态监控和均衡输出控制，其中一个模组由若干个电芯组成，每个从属微控制器负责一个模组所有电芯的状态信息收集和均衡输出，电芯的电压和温度信息经过通讯传输给主控制器，完成数据收集和传输，这些信息是完成其他功能的主要数据来源。高压模块控制器主要完成电池包电流及电压信息采集、继电器执行控制、绝缘检测等功能，信息采集后通讯传输给高性能主控制器，进而实现充放电保护功等功能。该电池管理系统为分布式框架，在实现高效管理电池的同时，具有良好的可扩展性，适用于不同模组数的电池，开发成本有所降低。借助高性能主控制器可以完成一些较为复杂的运算，一定程度上提升了电池管理系统的智能化。
26.图4所示为水下机器人电池管理系统的软件架构示意图：该电池控制系统软件为一种新型的分布式架构，主要由从控单元、高压控制单元、高性能主控单元、水上控制单元等组成，使用合理的通讯协议(can通信/rs485)实现各个控制单元之间的高效信息传输。从控单元主要完成单体电芯的状态信息采集、均衡输出等功能，从控单元信息通过有效的方法传递给高性能主控单元。高压模块控制单元主要完成电池包层面的电压与电流信息采集、绝缘检测、继电器执行控制等功能，高压模块控制单元与高性能主控单元之间可以实现高效、可靠的通讯。水下控制部分可以完成电池管理系统多数的功能，对于需要依靠大数据、高算力的功能，通过水声通讯将信息传输到水上设备，由水上设备完成，水上水下设备可以实现一定容量信息量的交互。
27.本实用新型的1、电池舱；2、硅胶层；3、仪器电池；4、动力电池，部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知，本实用新型解决的问题是当前广泛使用的水下机器人电池主要存在的技术缺点：需要集成在密封舱中使用，无法合理利用密封舱空间；散热问题突出，影响
水下机器人性能；续航能力有限，影响水下机器人活动范围，且智能化程度较低。本实用新型设计专用的电池保护舱，将动力电池与仪器电池集成在一起，合理利用空间，优化电芯拓扑结构，结合使用导热硅胶，有效解决了水下机器人电池散热技术难题，开发了先进的电池管理系统，有效实现了能量和安全管理，提升了水下机器人续航能力。
28.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
29.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。