CN109802479A - 一种auv中电池切换管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种AUV中电池切换管理系统及方法，包括AD检测模块连接电池模块，用于采集电池电压；单片机主控模块连接AD检测模块，接收AD检测模块发送的电池电压的数字量信号，单片机主控模块连接继电器模块，根据接收的电池电压的数字量信号判断当前电池模块状态，发送控制信号给继电器模块，控制继电器模块的通断，完成供电线路切换。本发明当给AUV航行体设备供电的航行体电池或给载荷设备供电的载荷电池一方出现故障时，通过电池切换管理系统将电池自动切换到另一方，继续为相应的设备应急供电，确保航行体基本功能的运作，同时航行体返航。这种两组电池互为备用的方式极大的提高了供电系统的可靠性，保障了AUV的正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及电源管理领域，具体地说是一种AUV中电池切换管理系统及方法。
背景技术
在AUV中为防止航行体设备与载荷设备之间的电磁干扰，往往将航行体电池与载荷电池独立配置，与载体航行相关的航行体设备由航行体电池供电，承载的载荷设备由载荷电池供电，即电气完全隔离。由于AUV有时需要长时间在水下航行，所以当电池电量过低或者出现故障无法对设备正常供电时，会导致AUV中的设备无法正常工作，严重的会使AUV失去动力与外部通信，造成载体丢失。
为保证整个AUV系统的可靠性，将二者之间变为相互备用的关系，当航行体电池或载荷电池出现故障时，由另一个电池对相应的设备进行应急供电，同时航行体返航。这样，可以省去传统不间断电源(UPS)，为AUV节省了宝贵的内部空间，也免去了对UPS的维护工作。
然而，当两组电气完全隔离的电池之间直接进行供电切换时，对用电设备而言，会导致一定时间的供电间断，再加上电池的预放电时间(电池预放电一般为2s左右，预放电过程输出电压不稳定)，往往使供电间断时间持续几秒钟，这样就容易造成用电设备工作中断。因此，需要开发一种小体积、高效率、低功耗的电池切换管理系统，保证电池切换时供电设备工作的连续性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种AUV中电池切换管理系统及方法，解决AUV的供电管理问题。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种AUV中电池切换管理系统，包括AD检测模块连接电池模块，用于采集电池电压的模拟量，并将模拟量转化为数字量；单片机主控模块连接AD检测模块，接收AD检测模块发送的电池电压的数字量信号，单片机主控模块连接继电器模块，根据接收的电池电压的数字量信号判断当前电池模块状态，发送控制信号给继电器模块，控制继电器模块的通断，完成供电线路切换。
所述单片机主控模块包括微处理芯片，外设输入接口、输出接口、JATG下载接口和FLASH。
所述继电器模块为磁保持继电器。
还包括储能模块连接电池模块，对电池切换过程中出现的供电间断情况补充供电。
所述储能模块由Cuk斩波电路和超级电容组成；
Cuk斩波电路，用于实现电压的变换；
超级电容，用于补充切换瞬间电流的间断。
所述电池模块包括航行体电池和载荷电池。
一种AUV中电池切换管理方法，包括以下步骤：
步骤1：由AD检测模块采集航行体电池和载荷电池的输出电压，发送到单片机主控模块；
步骤2：单片机主控模块判断航行体电池是否存在异常，如果是，则控制继电器模块动作，将供电电源切换到载荷电池对航行体设备供电，同时返航，否则执行步骤3；
步骤3：判断载荷电池是否存在异常，如果是，则继电器动作，将供电电源切换到航行体电池对载荷设备供电，同时返航；否则返回步骤1。
所述异常为故障和/或电池电量低。
在供电电源切换过程中，启动储能模块，维持供电的连续性。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明航行体电池和载荷电池互为备用，能够很好的保证AUV中设备的正常供电，避免出现由于电池故障或电量过低无法给计算机及AUV中用电设备正常供电导致航行体失去动力与外部通信的情况，保证AUV的安全航行。
2.本发明采用磁保持继电器的方式，使航行体电池和载荷电池之间的电气完全隔离，避免了航行体设备和载荷设备之间的电磁干扰，较大的提高了系统的安全性；
3.本发明利用Cuk斩波电路和超级电容可以很好的解决电池切换瞬间电流不连续的问题。
附图说明
图1为本发明的系统总体示意图；
图2为本发明的单片机主控模块的原理示意图；
图3为本发明的电池模块的原理示意图；
图4为本发明的继电器模块的原理示意图；
图5为本发明的系统流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，为本发明的系统总体示意图。
本发明主要应用于AUV中，对供电电池起到管理的作用。本发明中的AUV电池切换管理系统主要包括五个部分，单片机主控模块、AD检测模块、电池模块、继电器模块和储能模块。单片机主控模块处理检测回来的电池电压值，当电池出现故障时控制继电器模块完成电池供电切换；AD检测模块采集电池的电压值，并将采集的电压信号传送给单片机主控模块；电池模块负责对AUV上的用电设备进行供电，正常情况时航行体电池对航行体设备供电，载荷电池对载荷设备供电；继电器模块利用磁保持继电器，当电池出现故障时完成供电线路切换；储能模块利用Cuk电路和超级电容，保证继电器切换瞬间对设备供电的连续性。
如图2所示，为本发明的单片机主控模块的原理示意图。
单片机主控模块采用Atmel公司的Atmega1280芯片，接收由AD芯片传送的电池电压信号值，并对该信号进行分析，判断电池是否存在故障或电池电量过低的情况。若航行体电池出现故障，则控制磁保持继电器工作，切换到载荷电池对航行体设备供电模式；若载荷电池出现故障，则控制磁保持继电器工作，切换到航行体电池对载荷设备供电模式。
如图3所示，为本发明的电池模块的原理示意图。
电池模块包括航行体电池和载荷电池两部分。正常情况下，由航行体电池对航行体设备进行供电，载荷电池对载荷设备进行供电。当航行体电池出现故障时，单片机控制磁保持继电器动作，切断该路电池供电同时转换到载荷电池对航行体设备供电。当载荷电池出现故障时，单片机同样控制磁保持继电器动作，转换供电电路使航行体电池对载荷设备供电。
如图4所示，为本发明的继电器模块的原理示意图。
继电器模块采用磁保持继电器的方式，航行体电池和载荷电池只有一个可以对用电设备进行供电，保证了电池之间的电气隔离。当航行体电池出现故障时，磁保持继电器动作使航行体电池与航行体设备之间的线路断开，载荷电池与航行体设备之间的线路闭合，由载荷电池对航行体设备供电；当载荷电池出现故障时，磁保持继电器动作使载荷电池与载荷设备之间的线路断开，航行体电池与载荷设备之间的线路闭合，航行体电池对载荷设备供电。这样就达到了两个电池互为备用的效果。
如图5所示，为本发明的系统流程图。
AD模块采集航行体电池和载荷电池的输出电压，由单片机模块判断电池是否存在故障。若航行体电池存在故障，则单片机控制磁保持继电器动作，切换到载荷电池对航行体设备供电，同时航行体返航；如航行体电池无故障，则判断载荷电池是否存在故障。若载荷电池存在故障，则单片机控制磁保持继电器动作，切换到航行体电池对载荷设备供电，同时航行体返航；若载荷电池无故障，则继续用AD模块检测航行体电池和载荷电池的电压，如此循环。
Claims (9)
1.一种AUV中电池切换管理系统，其特征在于：包括AD检测模块连接电池模块，用于采集电池电压的模拟量，并将模拟量转化为数字量；单片机主控模块连接AD检测模块，接收AD检测模块发送的电池电压的数字量信号，单片机主控模块连接继电器模块，根据接收的电池电压的数字量信号判断当前电池模块状态，发送控制信号给继电器模块，控制继电器模块的通断，完成供电线路切换。
2.根据权利要求1所述的AUV中电池切换管理系统，其特征在于：所述单片机主控模块包括微处理芯片，外设输入接口、输出接口、JATG下载接口和FLASH。
3.根据权利要求1所述的AUV中电池切换管理系统，其特征在于：所述继电器模块为磁保持继电器。
4.根据权利要求1所述的AUV中电池切换管理系统，其特征在于：还包括储能模块连接电池模块，对电池切换过程中出现的供电间断情况补充供电。
5.根据权利要求4所述的AUV中电池切换管理系统，其特征在于：所述储能模块由Cuk斩波电路和超级电容组成；
Cuk斩波电路，用于实现电压的变换；
超级电容，用于补充切换瞬间电流的间断。
6.根据权利要求1或4所述的AUV中电池切换管理系统，其特征在于：所述电池模块包括航行体电池和载荷电池。
7.根据权利要求1～6任一项所述系统的电池切换管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：由AD检测模块采集航行体电池和载荷电池的输出电压，发送到单片机主控模块；
步骤2：单片机主控模块判断航行体电池是否存在异常，如果是，则控制继电器模块动作，将供电电源切换到载荷电池对航行体设备供电，同时返航，否则执行步骤3；
步骤3：判断载荷电池是否存在异常，如果是，则继电器动作，将供电电源切换到航行体电池对载荷设备供电，同时返航；否则返回步骤1。
8.根据权利要求7所述的AUV中电池切换管理方法，其特征在于，所述异常为故障和/或电池电量低。
9.根据权利要求7所述的AUV中电池切换管理方法，其特征在于，在供电电源切换过程中，启动储能模块，维持供电的连续性。
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