一种深海潜水器电池舱用保护装置及控制方法与流程

1.本发明涉及深海潜水器能源安全技术领域，尤其是一种深海潜水器电池舱用保护装置及控制方法。


背景技术：

2.由于深海环境的特殊性，电池是目前深海潜水器唯一的能量来源。由于深海的压力以及海水的导电性等因素，深海潜水器上的电池组必须进行耐压密封处理。
3.目前，深海潜水器电池一般采用充油补偿和耐压舱这两种承压形式。耐压舱式深海潜水器电池，相较于充油补偿密封的电池，电池及控制元器件安装在耐压电池舱内，无需承受海水压力，降低了电池系统的研制难度，广泛应用于浅深度的各类潜水器中。但耐压舱作为压力容器，如电池在耐压舱内发生热失控，甚至是爆炸，将威胁到潜水器本体的安全。
4.现有技术中的深海潜水器耐压舱电池的安全监测仅仅依赖电池管理系统，当电池发生热失控时，只有报警和切断主回路的功能，不能对耐压舱起到任何保护措施，如潜水器在水下发生热失控爆炸事故时，将直接影响到潜水器本体的安全；如潜水器在陆上或母船上存放时发生热失控爆炸事故，潜水器此时已下电，电池管理系统甚至无法发出报警信息，除了影响到潜水器本体的安全以外，还将威胁到维护人员的人身安全，当深海潜水器电池在电池舱内发生了热失控故障，但电池舱内外压差还在电池舱的安全值范围内，该情况下，维护人员如开启电池舱进行检修，将会因内压的存在而发生危险。


技术实现要素：

5.本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种深海潜水器电池舱用保护装置及控制方法，从而通过电池舱保护阀和控制器提高了深海潜水器电池舱的安全性能，大大降低了危险发生的可能性。
6.本发明所采用的技术方案如下：
7.一种深海潜水器电池舱用保护装置，包括保护阀、控制器以及传感器阵列，所述保护阀与控制器电信号连接，所述控制器内部包含有控制模块，所述控制模块连接电源模块和通讯模块，所述电源模块同时与潜水器电源和自带电池电源连接，所述通讯模块分别与电池管理系统和潜水器控制系统连接，所述通讯模块同时与传感器阵列连接，所述传感器阵列包括并列排布的舱外压力传感器、舱内压力传感器、红外传感器、烟雾传感器和可燃气体传感器；
8.所述保护阀的结构为：包括阀体、阀芯、弹簧、锁紧块、连杆、拉杆、动铁芯、电磁控制模块、密封圈一、密封圈二、密封圈三、密封圈四、长销轴、短销轴、卡簧、轴套、弹垫和内六角螺钉，阀芯的端面通过密封圈一安装舱外压力传感器，传感器信号线通过阀芯中心的通孔传输信号到电池舱内；所述阀体中部插入有阀芯，并在阀芯的头部位置安装对称的锁紧块，每个锁紧块的外侧铰接连杆一端，连杆另一端铰接拉杆，所述拉杆铰接在动铁芯上，电磁控制模块通过弹垫和内六角螺钉固定安装在阀体端面上；所述阀芯外部套有弹簧。
9.其进一步技术方案在于：
10.保护阀通过阀体、阀芯、弹簧、锁紧块、连杆、拉杆、动铁芯、电磁控制模块、长销轴、短销轴、卡簧、轴套组成的电磁联动机构，电磁控制模块依靠电磁力拉动动铁芯向后运动，连杆和拉杆随即转动，带动锁紧块向两侧移动，阀芯从锁紧块中脱出，并依靠弹簧的弹力和舱内的内压压力共同作用，从阀体中弹出，实现整个保护阀的开启动作。
11.锁紧块的截面呈“c”字型结构，锁紧块的外侧中间位置向外延伸凸起，凸起处开有安装长销轴的通孔。
12.所述连杆的截面呈“凸”字型结构。
13.所述拉杆呈条状结构。
14.弹簧的外圈与阀体的内圈匹配。
15.所述控制器具备双电源供电，当潜水器下电后，可使用自带电池电源供电，对电池舱进行不间断监控和保护。
16.所述控制器可以接收潜水器控制系统的控制信号，自动打开保护阀，进行泄压。
17.一种深海潜水器电池舱用保护装置的控制方法，包括如下操作步骤：
18.首先，控制器工作，控制器的控制模块实时计算舱外压力传感器检测值p
舱外
与舱内压力传感器检测值p
舱内
的差值，当差值超过预设电池舱安全阈值，且传感器阵列中有至少一个传感器或电池管理系统发出报警，控制器将驱动保护阀进行保护动作。
19.本发明的有益效果如下：
20.本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过一套具有电磁联动机构的保护阀及控制器，实现了电池舱安全状态的实时监测和保护；同时通过双对比控制方法，提高了保护装置的可靠性问题，填补了深海潜水器电池舱无安全状态监测的空白。
21.本发明结构可靠，智能化程度高，可有效提高深海潜水器电池舱的安全性。
附图说明
22.图1为本发明深海潜水器电池舱用保护装置的原理图。
23.图2为本发明深海潜水器电池舱用保护装置中保护阀的结构爆炸图。
24.图3为本发明深海潜水器电池舱用保护装置中保护阀的主视图。
25.图4为图3中沿a-a截面的全剖视图(动作一)。
26.图5为图3中沿a-a截面的全剖视图(动作二)。
27.图6为图3中沿a-a截面的全剖视图(动作三)。
28.图7为本发明深海潜水器电池舱用保护装置控制方法的流程图。
29.其中：1、保护阀；2、控制器；3、传感器阵列；4、电池管理系统；5、潜水器电源；6、自带电池电源；7、潜水器控制系统；8、阀体；9、阀芯；10、弹簧；11、锁紧块；12、连杆；13、拉杆；14、动铁芯；15、电磁控制模块；16、密封圈一；17、密封圈二；18、密封圈三；19、密封圈四；20、长销轴；21、短销轴；22、卡簧；23、轴套；24、弹垫；25、内六角螺钉；
30.201、控制模块；202、电源模块；203、通讯模块；
31.301、舱外压力传感器；302、舱内压力传感器；303、红外传感器；304、烟雾传感器；305、可燃气体传感器。
具体实施方式
32.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
33.如图1-图7所示，本实施例的深海潜水器电池舱用保护装置，包括保护阀1、控制器2以及传感器阵列3，保护阀1与控制器2电信号连接，控制器2内部包含有控制模块201，控制模块201连接电源模块202和通讯模块203，电源模块202同时与潜水器电源5和自带电池电源6连接，通讯模块203分别与电池管理系统4和潜水器控制系统7连接，通讯模块203同时与传感器阵列3连接，传感器阵列3包括并列排布的舱外压力传感器301、舱内压力传感器302、红外传感器303、烟雾传感器304和可燃气体传感器305；
34.保护阀1的结构为：包括阀体8、阀芯9、弹簧10、锁紧块11、连杆12、拉杆13、动铁芯14、电磁控制模块15、密封圈一16、密封圈二17、密封圈三18、密封圈四19、长销轴20、短销轴21、卡簧22、轴套23、弹垫24和内六角螺钉25，阀芯9的端面通过密封圈一16安装舱外压力传感器301，传感器信号线通过阀芯9中心的通孔传输信号到电池舱内；阀体8中部插入有阀芯9，并在阀芯9的头部位置安装对称的锁紧块11，每个锁紧块11的外侧铰接连杆12一端，连杆12另一端铰接拉杆13，拉杆13铰接在动铁芯14上，电磁控制模块15通过弹垫24和内六角螺钉25固定安装在阀体8端面上；阀芯9外部套有弹簧10。
35.保护阀1通过阀体8、阀芯9、弹簧10、锁紧块11、连杆12、拉杆13、动铁芯14、电磁控制模块15、长销轴20、短销轴21、卡簧22、轴套23组成的电磁联动机构，电磁控制模块15依靠电磁力拉动动铁芯14向后运动，连杆12和拉杆13随即转动，带动锁紧块11向两侧移动，阀芯9从锁紧块11中脱出，并依靠弹簧10的弹力和舱内的内压压力共同作用，从阀体8中弹出，实现整个保护阀1的开启动作。
36.锁紧块11的截面呈“c”字型结构，锁紧块11的外侧中间位置向外延伸凸起，凸起处开有安装长销轴20的通孔。
37.连杆12的截面呈“凸”字型结构。
38.拉杆13呈条状结构。
39.弹簧10的外圈与阀体8的内圈匹配。
40.控制器2具备双电源供电，当潜水器下电后，可使用自带电池电源6供电，对电池舱进行不间断监控和保护。
41.控制器2可以接收潜水器控制系统7的控制信号，自动打开保护阀1，进行泄压。
42.本实施例的深海潜水器电池舱用保护装置的控制方法，包括如下操作步骤：
43.首先，控制器2工作，控制器2的控制模块201实时计算舱外压力传感器301检测值p
舱外
与舱内压力传感器302检测值p
舱内
的差值，当差值超过预设电池舱安全阈值，且传感器阵列3中有至少一个传感器或电池管理系统4发出报警，控制器2将驱动保护阀1进行保护动作。
44.本发明的具体结构和功能如下：
45.主要包括保护阀1、控制器2以及传感器阵列3。
46.其中，保护阀1的具体结构为：包括阀体8、阀芯9、弹簧10、锁紧块11、连杆12、拉杆13、动铁芯14、电磁控制模块15、密封圈一16、密封圈二17、密封圈三18、密封圈四19、长销轴20、短销轴21、卡簧22、轴套23、弹垫24、内六角螺钉25。
47.保护阀1通过阀体8、阀芯9、弹簧10、锁紧块11、连杆12、拉杆13、动铁芯14、电磁控
制模块15、长销轴20、短销轴21、卡簧22、轴套23组成的电磁联动机构，电磁控制模块15依靠电磁力拉动动铁芯14向后运动，连杆12和拉杆13随即转动，带动锁紧块11向两侧移动，阀芯9从锁紧块11中脱出，并依靠弹簧10的弹力和舱内的内压压力共同作用，从阀体8中弹出，实现整个保护阀1的开启动作，避免了电池舱因内压过大，导致电池舱炸毁，危及潜水器本体和维护人员的安全。
48.阀芯9嵌套在阀体8内，通过密封圈进行多道密封，由锁紧块11进行限位固定，利用弹簧10的预紧力进行锁紧，保证了阀体8的密封性能。当电磁控制模块15收到控制电源信号后，驱动电磁联动机构运动，将锁紧块11拉开，阀芯9在弹簧力的作用下从阀体8中弹出，完成保护动作。
49.其中，控制器2的具体结构为：包括控制模块201、电源模块202、通讯模块203和自带电池电源6。
50.控制器2具备双电源供电，当潜水器下电后，可使用自带电池电源6供电，对电池舱进行不间断监控和保护。
51.控制器2可以接收潜水器控制系统7的控制信号，自动打开保护阀1，进行泄压，避免人员开启电池舱进行检修时，因内压的存在而发生危险。
52.其中，传感器阵列3的具体结构为：包括舱外压力传感器301、舱内压力传感器302、红外传感器303、烟雾传感器304、可燃气体传感器305。
53.其中舱外压力传感器301安装在阀芯9上，传感器信号线通过阀芯9杆中心的通孔，传输信号到电池舱内，具有一体化紧凑设计效果，其余传感器安装在电池舱内。
54.通讯模块203接收来自传感器阵列3和电池管理系统4的数据，由控制模块综合处理后，向电磁控制模块15输出控制电源信号。控制器2还具备向潜水器控制系统7通讯的功能，将电池舱保护装置状态信息上报至潜水器控制系统7。
55.控制器2自身携带电池电源，当潜水器上电时，使用潜水器电源5进行工作；当潜水器下电后，控制器2使用自身携带的电池电源进行不间断工作。所述传感器阵列3，包括舱内外两组压力传感器、烟雾传感器304、红外传感器303、可燃气体传感器305。上述传感器阵列3由控制器2供电，并向控制器2实时传输检测数据。
56.控制过程中，由控制模块实时计算舱外压力传感器301检测值p
舱外
与舱内压力传感器302检测值p
舱内
的差值超过预设电池舱安全阈值，且传感器阵列3中有至少一个传感器或电池管理系统4发出报警，控制器2将驱动控制阀1进行保护动作。
57.本发明所述控制方法，由控制器2实时获取舱内外两组压力传感器、烟雾传感器304、温度传感器、可燃气体传感器305的数据，当舱内压力值大于舱外压力值，且差值超过电池舱内压安全阈值；同时，控制器2收到烟雾传感器304、温度传感器、可燃气体传感器305或电池管理系统4中任意一个传感器数据超过预设阈值，则控制器2向电磁控制模块15发出控制电源信号，保护装置完成保护动作。如深海潜水器电池在电池舱内发生了热失控故障，但电池舱内外压差未达到预设电池舱安全阈值，可通过潜水器控制系统7发出指令，控制保护阀开启，避免人员开启电池舱进行检修时，因内压的存在而发生危险。本发明通过保护装置及控制方法提高了深海潜水器的安全性。
58.以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。