CN104967197A - 潜航器无线充电装置 - Google Patents

Abstract

一种潜航器无线充电装置，该装置包括：谐振电路，用于接收或输出电能；与谐振电路连接的整流逆变模块，整流逆变模块与电池模块连接，控制电池模块充电或放电；电池模块由电池管理模块和机载电池组成，整流逆变模块的直流输出端正负极分别与电池管理模块的输入端正负极连接，电池管理模块的正负极输出端与机载电池的正负极连接；电池管理模块的数据输出端与控制与通讯定位模块中的CPU模块数据输入端连接。本发明提供的潜航器无线充电装置，具备充放电功能，多个潜航器之间可相互通过充放电输送电能，能确保工作潜航器的长时间续航工作，大大提高工作效率，可以有效的保证无人潜航器的密闭性和续航能力，具有卓越安全性、可靠性和高效性。

Description

潜航器无线充电装置

技术领域

本发明涉及涉及高频电磁无线充电潜航器领域，尤其是一种潜航器无线充电装置。

背景技术

目前自航式潜航器用的能源有银锌蓄电池、燃料电池和半燃料电池等，使用过程中需要经常补充、维护、更换，该类潜航器存在一定程度的续航能力和安全密闭性不足的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种潜航器无线充电装置，可以解决续航能力和安全密闭性不足的缺陷，具备充放电功能，多个潜航器之间可相互通过充放电输送电能，能确保工作潜航器的长时间续航工作，大大提高工作效率，可以有效的保证无人潜航器的密闭性和续航能力，具有卓越安全性、可靠性和高效性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种潜航器无线充电装置，该装置包括：

谐振电路，用于接收或输出电能；

与谐振电路连接的整流逆变模块，整流逆变模块与电池模块连接，控制电池模块充电或放电；

电池模块由电池管理模块和机载电池组成，整流逆变模块的直流输出端正负极分别与电池管理模块的输入端正负极连接，电池管理模块的正负极输出端与机载电池的正负极连接；

电池管理模块的数据输出端与控制与通讯定位模块中的CPU模块数据输入端连接。

整流逆变模块为四个栅极构成桥式电路，第一逆变桥S1，S4和第二逆变桥S2，S3的输入端分别机载电池的正负极连接，逆变桥电力电子器件栅极G1、逆变桥电力电子器件栅极G2、逆变桥电力电子器件栅极G3和逆变桥电力电子器件栅极G4分别与控制与通讯定位模块的PWM驱动芯片连接。

控制与通讯定位模块中，通讯定位模块与CPU模块连接，CPU模块与PWM驱动芯片连接。

电池管理模块中，场效应管F1及F2、芯片DS2762及其外围电路，构成电池管理模块，防止电池过流损坏、电池电压电流及电量等参数检测。

本发明设计的无线充电装置安装在潜航器的头部，水面母舰及潜航器之间通过控制与通讯定位模块进行通讯，识别彼此位置与状态，并完成对接充电。当潜航器作为充电潜航器工作在放电方式下时，机载电池中存储的电能经整流逆变模块逆变成高频电流，并通过谐振电路以高频电磁波形式向工作潜航器发射，经充电潜航器与工作潜航器谐振电路之间的电磁感应，由工作潜航器接收后，再经过整流逆变模块整流滤波成直流电流后，对电池模块充电。

本发明设计的潜航器无线充电装置具备充放电控制功能，既可以工作在放电模式，也可以工作在充电模式，能根据需求实现充放电模式切换，同时控制充放电频率及电压和电流的大小，以高效、安全地对潜航器进行充电。

电池管理模块具备电池和电量监测报警功能，当电量小于报警设定值时，电池管理模块向控制与通讯定位模块发出信号，并由控制与通讯定位模块向水面母舰发出充电请求，引导充电潜航器前来充电，在充电过程中，当检测到电池电量达到设定值时，电池管理模块向控制与通讯定位模块发出停止充电信号，控制充电潜航器与工作潜航器停止充电，结束充电并实现分离。

控制与通讯定位模块，由北斗卫星导航系统控制，具有定位和短报文通信功能，为接收卫星通讯信号，潜航器安装有水面浮标式卫星天线。当潜航器需要充电时，由控制与通讯定位模块向水面母舰发出充电请求信息，同时将位置信息通知母舰，母舰根据请求信息，迅速派出备用充电潜航器，与工作潜航器建立联系并完成对接充电，必要时潜航器可浮出水面进行对接充电，此种电能管理方式能确保工作潜航器的长时间续航工作，大大提高工作效率。

本发明可以解决续航能力和安全密闭性不足的缺陷，具备充放电功能，多个潜航器之间可相互通过充放电输送电能，能确保工作潜航器的长时间续航工作，大大提高工作效率，可以有效的保证无人潜航器的密闭性和续航能力，具有卓越安全性、可靠性和高效性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明谐振电路和整流逆变电路的示意图；

图3为本发明整流逆变电路的连接示意图；

图4为本发明电池管理模块的连接示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种潜航器无线充电装置，该装置包括：

安装于潜航器头部的谐振电路1，用于接收或输出电能；

与谐振电路1连接的整流逆变模块2，整流逆变模块2与电池模块连接，控制电池模块充电或放电；

电池模块由电池管理模块3和机载电池4组成，整流逆变模块2的直流输出端正负极分别与电池管理模块3的输入端正负极连接，电池管理模块3的正负极输出端与机载电池4的正负极连接；

电池管理模块3的数据输出端与控制与通讯定位模块5中的CPU模块数据输入端连接。

如图2所示，谐振电路1的线圈部分L1带有硅钢片铁芯，当充电潜航器和需要充电的工作潜航器对接充电时，两组线圈构成共同构成一个变压器，充电潜航器和工作潜航器谐振电路的线圈分别为变压器的原边和副边，采用带硅钢片铁芯的电感线圈可大大提高电能传送功率。

整流逆变模块2为四个栅极构成桥式电路，第一逆变桥S1，S4和第二逆变桥S2，S3的输入端分别机载电池4的正负极连接，逆变桥电力电子器件栅极G1、逆变桥电力电子器件栅极G2、逆变桥电力电子器件栅极G3和逆变桥电力电子器件栅极G4分别与控制与通讯定位模块5的PWM驱动芯片连接。

整流逆变模块2的工作方式由控制与通讯定位模块5进行控制，在充电潜航器与工作潜航器对接充电时，充电潜航器的整流逆变模块工作为逆变方式，工作潜航器的整流逆变模块工作为整流方式。

充电潜航器在接收到充电指令及工作潜航器的位置信息后，前往工作潜航器的位置，与工作潜航器汇合并完成充电位置对接，充电潜航器的调整整流逆变电路2的工作方式为逆变方式，工作潜航器的调整整流逆变电路2的工作方式为整流方式；充电潜航器的机载电池4直流电压经整流逆变模块2逆变为正弦交流电压，流经充电潜航器谐振电路1，再经充电潜航器与工作潜航器的谐振电路线圈部分L1构成的变压器线圈间的电磁感应，在工作潜航器谐振电路1感应产生交流电压，并通过工作潜航器整流逆变模块2整流滤波，变换为直流电压，经电池管理模块3对工作潜航器的机载电池4进行充电，实现无线充电。

水面母舰安装有同样的无线充电装置，潜航器与母舰对接充电的方式与此相同。

如图3所示，控制与通讯定位模块5中，通讯定位模块与CPU模块连接，CPU模块与PWM驱动芯片连接。采用北斗定位系统，PWM驱动芯片采用航天华讯四代双模双通道射频芯片，CPU模块采用ATmega128，可按照芯片要求连接和配置外围电路。

在充电过程中，充电潜航器的整流逆变模块2工作在逆变方式下，充电潜航器的控制与通讯模块5的CPU模块经PWM驱动芯片向电力电子器件栅极G1—G4发出PWM逆变控制信号，整流逆变模块2开始PWM逆变，将机载电池4的直流电压逆变为高频电压信号，通过谐振电路1的电磁感应，传送至工作潜航器的谐振电路1。

而工作潜航器的整流逆变模块2在整流方式下，工作潜航器的控制与通讯模块5的CPU模块经PWM驱动芯片向电力电子器件栅极G1—G4发出PWM整流控制信号，整流逆变模块2开始PWM整流，将谐振电路高频电压信号整流滤波为直流电压，给工作潜航器机载电池4充电。

如图4所示，电池管理模块3中，场效应管F1及F2、芯片DS2762及其外围电路，构成电池管理模块3，防止电池过流损坏、电池电压电流及电量等参数检测。

当电池管理模块3检测到工作潜航器电量小于设定值时，电池管理模块3通过输出端口向控制与通讯定位模块5发送充电请求信号，再由控制与通讯定位模块5将充电请求信号与潜航器定位信息发送至水面母舰，此时，工作潜航器可暂停作业，并原地等待充电；水面母舰向处于备用状态的充电潜航器发送充电指令及工作潜航器的位置信息，充电潜航器在接收到指令信号后，与工作潜航器汇合并对接充电。

芯片DS2762集成有数字温度传感器和A/D转换器，可自动将电压、温度测量值存入DS2762内部寄存器，控制与通讯定位模块5的CPU模块在其完成采样、A/D转换、锁存后，读取寄存器的内容。DQ为芯片DS2762输出端子，控制与通讯定位模块5的CPU模块通过接口连接至芯片DS2762 的DQ端子，读取芯片DS2762的电量、温度数据。当工作潜航器的机载电池4电量低于设定值时，其控制与通讯定位模块向水面母舰发送充电请求信号及定位信息。

机载电池4采用18650型锂电池，规格为24V/20Ah。

充电潜航器对工作潜航器的充电工作完成后，充电潜航器控制与通讯定位模块发出充电结束信号，潜航器结束充电并脱离，工作潜航器继续作业，充电潜航器回到母舰补充电能。水面母舰安装有多套相同的无线充电装置，可供多台潜航器同时进行无线充电工作。

Claims (4)

1.一种潜航器无线充电装置，其特征在于该装置包括：

谐振电路（1），用于接收或输出电能；

与谐振电路（1）连接的整流逆变模块（2），整流逆变模块（2）与电池模块连接，控制电池模块充电或放电；

电池模块由电池管理模块（3）和机载电池（4）组成，整流逆变模块（2）的直流输出端正负极分别与电池管理模块（3）的输入端正负极连接，电池管理模块（3）的正负极输出端与机载电池（4）的正负极连接；

电池管理模块（3）的数据输出端与控制与通讯定位模块(5)中的CPU模块数据输入端连接。

2.根据权利要求1所述的潜航器无线充电装置，其特征在于：整流逆变模块（2）为四个栅极构成桥式电路，第一逆变桥S1，S4和第二逆变桥S2，S3的输入端分别机载电池（4）的正负极连接，逆变桥电力电子器件栅极G1、逆变桥电力电子器件栅极G2、逆变桥电力电子器件栅极G3和逆变桥电力电子器件栅极G4分别与控制与通讯定位模块(5)的PWM驱动芯片连接。

3.根据权利要求1所述的潜航器无线充电装置，其特征在于：控制与通讯定位模块(5)中，通讯定位模块与CPU模块连接，CPU模块与PWM驱动芯片连接。

4.根据权利要求1所述的潜航器无线充电装置，其特征在于：电池管理模块（3）中，场效应管F1及F2、芯片DS2762及其外围电路，构成电池管理模块（3），防止电池过流损坏、电池电压电流及电量等参数检测。