CN106741795A - 一种电池管理方法和智能电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池管理方法，用于无人船，步骤包括：采集电池的输出电流和/或电压，得出电池的实时输出功率与剩余电量；将电池的实时输出功率、剩余电量分别与预设阈值进行比较，得出比较结果；依据比较结果判断无人船的电路运行状况和电池状态，并依据判断结果向无人船的地面控制端发出报警信号，同时控制无人船上浮和/或返航。还公开了一种应用上所述电池管理方法的智能电源，包括电池和电池管理板。本发明通过电池管理板监测电池实时输出功率及剩余电量，并与阈值进行比较得出结果，从而实现电池管理和无人船控制，使得无人船的电池控制更智能，有效地保护了电池和无人船整体。
Description
技术领域
本发明属于无人船领域，具体地说，涉及一种应用于无人船的电池管理方法和智能电源。
背景技术
随着主要应用于天上的无人机技术逐渐成熟，人们开始将目光投向水下，开发适用于水下的无人船。不同于无人机，无人船的主要工作环境在水里，故对无人船的各项性能有了进一步差异化的需求，为适应水下环境均需做出适宜性调整。水下的无线衰减过于严重，当无人船在使用时，主要通过导线传输通讯信号。在供电方面，一般采用安于船体的电池实现无人船的各项用电。基于以上无人船的使用环境及电池的实时状况通讯方法，电池的安全保护流程需要更严密和快速。且对电池本身的结构功能提出了更高的要求。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种适用于无人船，通过电池管理板监测电池实时输出功率及剩余电量，并与阈值进行比较得出结果，从而实现电池管理和无人船控制的电池管理方法及智能电源。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
本发明的一方面提供了一种电池管理方法，用于无人船，包括以下步骤：S1、采集电池的输出电流和/或电压，得出电池的实时输出功率与剩余电量；S2、将电池的实时输出功率、剩余电量分别与预设阈值进行比较，得出比较结果；S3、依据比较结果判断无人船的电路运行状况和电池状态，并依据判断结果向无人船的地面控制端发出报警信号，同时控制无人船上浮和/或返航。
对电池的输出电流及输出电压进行实时检测，并将检测到的值用于计算得出电池的实时输出功率与电池的实时剩余电量，将得出的实时电池输出功率与电池剩余电量与预设的阈值进行比较。由于电池输出功率反应其供电端电路的用电情况，对电池输出功率进行检测，可以有效实现对供电端电路运行情况的判断，当出现电池输出功率过大的情况时，代表供电端电路可能出现过流状况，有电路短路现象产生，当出现电池输出功率过小的情况时，代表供电端电路可能出现欠压状况，有电路断路现象产生，综合判断电池的输出功率变化，即可对输出端电路的状况进行控制，此处，输出端电路即为由电池供电的无人船的船体电路。
同上，由于电池剩余电量反映着电池的续航能力，对电池剩余电量进行实时检测有利于了解无人船的续航时间，并进一步结合当前无人船的运行状况，调整判断无人船是否该返航充电或上浮报警。除此之外，当无人船进行某些大型作业动作时，对电池剩余电量进行检测后可以对当前作业动作是否继续进行判断控制，避免某些作业动作的无效性，督促无人船在电池电量不足以应付目前作业动作用电量时对已经取得的数据进行保存，防止了数据的丢失和损坏。
进一步地，在步骤S3中，所述电池的实时输出功率随无人船的电路运行状况发生变化，所述电路运行状况包括正常、过流、不可控过流、欠压及不可控欠压，当电路运行状况为不可控过流及不可控欠压时，无人船需返航维修或上浮断电。
进一步地，步骤S3还包括，当电路运行状况为过流或欠压时，电池的实时输出功率处于可控范围内，对电池输出端的电流和/或电压大小进行控制，调节电池实时输出功率的大小，使得电路运行状况恢复正常。
由于在无人船的运行过程中，不可避免的会出现一些电路的小故障，如出现短暂或变化微弱的过流及欠压状况，此时还不足以判断为不可控过流或不可控欠压，此类变化处于可控范围内，故此时仅通过控制部分输出端电支路的电流或电压大小，或控制部分不会对目前无人船运行造成影响的电支路间歇性通断，以实现对当前电路的调节，保证电池的实时输出功率波动较小，对电池起到了保护作用。
进一步地，步骤S2中所述阈值包括输出功率阈值，所述输出功率阈值包括过大功率阈值和过小功率阈值，当检测到的电池实时输出功率接近过小功率阈值时，判断无人船电路运行状况为不可控欠压，无人船向地面控制端发出报警信号，并上浮至水面和/或返航；当实时输出功率接近过大功率阈值时，判断无人船电路运行状况为不可控过流，无人船向地面控制端发出报警信号，并上浮至水面和/或切断电池供电。
由于当检测的电池实时输出功率接近过大功率阈值时，判断无人船出现不可控过流，可能由无人船舱内进水引起，此时属于紧急情况，应控制无人船迅速上浮并切断电源，或者直接切断电源等待救援。避免了部分电路短路可能引起的整个电路板烧坏问题。
进一步地，所述电池的剩余电量随无人船的运行时间增长而逐渐减小，步骤S2中所述阈值还包括剩余电量阈值，所述剩余电量阈值包括第一剩余电量阈值和第二剩余电量阈值，所述第二剩余电量阈值小于第一剩余电量阈值。
进一步地，当检测到的电池剩余电量接近第一剩余电量阈值时，无人船向地面控制端发出电量不足报警信号，当剩余电量接近第二剩余电量阈值时，无人船向地面控制端发出电量紧急报警信号并上浮至水面；地面控制端接收到电量不足报警信号后控制无人船返航充电或继续航行，地面控制端接收到电量紧急报警信号后定位无人船位置进行打捞。
进一步地，所述输出功率阈值和剩余电量阈值均为一范围值。
针对剩余电量的检测和控制，本电池管理方法设有两个阈值，其中第二剩余电量阈值小于第一剩余电量阈值，当剩余电量接近第一剩余电量阈值时，电池还具有一定的续航能力，而当剩余电量接近更小的第二剩余电量阈值时，代表电池的电量即将耗尽，无力维持其他动作或返航，需上浮水面报警等待救援。同时，输出功率阈值与剩余电量阈值均为一范围值，优选的，为该范围值的中间值。本发明的电池管理方法通过设置阈值对电池进行管理，阈值通过技术人员经验和多次实验得出设置，并可以进行间断性调整。当无人船或电池使用时间过久，其性能发生变化时，可以对设置的阈值进行适应性调整。以保证阈值检测的灵敏性和有效性。
进一步地，所述报警信号包含有剩余电量信息和故障原因信息，所述故障原因信息包括电池实时输出功率过大或实时输出功率过小。
当出现不可控欠压、不可控过流及电池剩余电量不足等情况时，对无人船的地面控制端发出报警信号，报警信号包含了报警原因。地面控制端通过控制器或具有显示屏的控制器，接收来自无人船的报警信号，并相应采取措施对无人船进行控制或救援。
本发明的另一方面公开了一种应用如上所述电池管理方法的智能电源，所述智能电源包括电池和电池管理板，所述电池管理板与电池相连，设有电压检测电路及电流检测电路，还设有对检测到的电流和电压进行处理和判断的控制模块。
智能电源通过与电池设于一处的电池管理板对电池进行管理控制，合理化地利用了资源。本发明的电池管理板功能进行了扩充，可承担一部分无人船总控制器的功能，将总控制器中的电路和电池控制功能叠加到了其中，使得该电池管理更方便。
进一步地，所述电压检测电路和电流检测电路对电池的输出电压和/或输出电流进行实时检测，所述电压检测电路和电流检测电路均与控制模块相连，控制模块接收检测得到的电流和/或电压数据，进行处理后得出电池的实时输出功率和剩余电量，并与预设阈值进行比较得出比较结果，触发无人船的控制和/或发出报警信号。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的电池管理方法通过设置阈值对电池的实时输出功率及剩余电量进行监测，再根据监测结果控制无人船上浮或返航，同时对无人船的地面控制端发出报警信号，该设计使得无人船的电池控制更智能，有效地保护了电池和无人船整体；本发明的智能电源针对电池设置了电流检测电路和电压检测电路，经后期计算得出实时输出功率及剩余电量，同时还设置了对电池及无人船进行控制的控制模块，该控制模块可添加部分无人船主控制器的功能，直接执行实时数据与阈值进行比较后得出的结果，控制无人船上浮或返航，同时对无人船的地面控制端发出报警信号，该设计部分性地减少了由地面控制端控制无人船的繁琐过程，直接启用电池管理板在紧急情况下对无人船进行返航或上浮控制，使得控制更高效。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明实施例中电池管理方法流程示意图；
图2是本发明实施例中电池管理板控制结构示意图。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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智能电源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”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1所示，为电池管理方法流程示意图。本实施例所述一种电池管理方法。该电池管理方法，主要适用于无人船的船体电池。无人船可漂浮在水面上进行工作，也可潜入水下工作。其中，当无人船潜入水下时，由于水下使用无线通信效果较差，无人船此时只能通过线缆与地面基站物理相连，以实现信息传输。为了实现水下的多重功能，在无人船上还设有多个用于实现各种不同功能的功能模块，在长时间的水下工作过程中，无人船的多个功能模块只靠设于船身的电池进行供电。水下环境不同于陆地，会遭遇到些意外状况，导致内部器件短路故障或电池续航不足。为了对电池进行有效管理，避免小意外不及时处理造成更大损失，设计了本实施例所述的电池管理方法。
该电池管理方法通过智能电源的电池管理板实现电池管理，首先实时检测电池的输出电流和/或电压，计算得出电池的实时输出功率与剩余电量，再与预设的阈值进行比较，通过比较结果判断电池的状态和无人船运行状况，并依据判断结果控制无人船的整体运行。通过电池的实时输出功率与剩余电量，可以及时发现故障或问题，另一方面，预设有阈值保证无人船在可控的范围内，当超出阈值就采取控制措施及时避免了意外的发生。
其中，实时检测的电路参数为电流和/或电压，在每条测试通路上安装有检测芯片即可即时进行读取，后续再通过检测到的电流和电压计算出无人船电池的实时输出功率和剩余电量，对实时输出功率和剩余电量的大小进行监测实现电池管理：其中，电路的运行状况包括正常、过流、不可控过流、欠压及不可控欠压，均通过对输出功率大小进行划分得出运行状况判断结果，具体的，当故障为不可控过流或不可控欠压时，无人船需返航维修或上浮断电，而电池容量变小则代表电池续航能力不足，无法进行持续的水下作业，无人船需要即时返航进行充电。
优选的，实时检测的电路参数为输出功率，只需要检测输出功率即可，电流和电压的变化不计入观测范围，节省了数据存储和计算量。此处，电池的实时输出功率随无人船的电路运行状况发生变化，运行状况包括正常、过流、不可控过流、欠压及不可控欠压，当电路运行状况为不可控过流及不可控欠压时，电池的实时输出功率过大或过小，无人船需返航维修或上浮断电。而当电路运行状况为过流或欠压时，电池的实时输出功率处于可控范围内，电路输出端的电流和/或电压大小进行控制，调节电池实时输出功率的大小，使得电路运行状况恢复正常，该种情况下无人船无需直接发出报警信号，或进行返航或上浮。
针对输出功率和剩余电量，在控制电路板上设有阈值，包括输出功率阈值和剩余电量阈值；其中，针对剩余电量设有两个阈值，分别为第一剩余阈值和第二剩余阈值。第一剩余阈值较大，当剩余电量接近第一剩余阈值时，剩余电量还可支撑无人船运行一段时间，此时无人船向地面控制端发出电量不足报警信号，督促地面控制端尽快完成未完成的任务，地面控制端接收到电量不足报警信号后控制无人船返航充电或继续航行；当剩余电量接近第二剩余阈值时，剩余电量微弱，无力支撑无人船返航，无人船向地面控制端发出电量紧急报警信号并上浮至水面，或者无人船判断当前电池剩余电量过于微弱自动上浮至水面后才发出报警信号，在发现电池剩余电量微弱后首先自动上浮至水面的好处在于：上浮至水面方便了地面控制人员对无人船的定位和打捞，避免了电池剩余电量微弱时无人船失电后在水下遭遇撞击等意外。
优选的，在电池中设有无线通信模块，当无人船上浮至水面且电池无法对庞大的无人船整机供电时，地面控制端可通过无线通信模块与无人船进行通信，对其进行远程控制，或获取其地理位置信息。
当电池的实时输出功率接近功率阈值时，电池管理方法向控制端发出报警信号，并控制无人船上浮至水面和/或返航。其中，功率阈值包括过大功率阈值和过小功率阈值，当实时输出功率过大接近过大功率阈值时，判断此时的无人船电路出现部分短路或过流状况为不可控过流，无人船向地面控制端发出报警信号，并迅速上浮至水面并切断电池供电，或直接切断电池供电，避免造成更进一步的机器损伤；当实时输出功率过小接近过小功率阈值时，判断此时的无人船电路出现断路欠压状况或部分功能模块故障无法工作为不可控欠压，无人船需要进行检修，此时无人船向地面控制端发出报警信号，并上浮至水面并返航，或直接返航。
进一步地，此处所述的输出功率阈值及剩余电量阈值均为一范围值，当无人船电池的实时输出功率及剩余电量处于该阈值范围内时，均进行对应的控制处理。
无人船发出的报警信号包含有电池剩余电量信息和故障原因信息，故障原因信息包括电池实时输出功率过大或实时输出功率过小。当然，此处的报警信号只是针对电路故障和电池属性的报警信号，无人船本身还会涉及到其他类型的报警信号，如通讯受阻或水下环境意外等。
实施例二
如图2所示，为电池管理板控制结构示意图。本实施例所述的一种智能电源，包括电池和电池管理板，电池提供电能，电池管理板与电池一体设置，实现电池控制智能化。电池管理板先通过电流检测电路和电压检测电路实时检测采集电池的电流和电压，传输给控制模块进行剩余电量监测、无人船电路输出功率状况控制。优选的，电池管理板与电池可拆卸一体设计，当其中一个部件损毁时，另一个部件拆卸下来仍然可以使用。同时，该智能电源不止可用于无人船，还可通用于无人机。
电池管理板设有用于实时检测电池输出电压和电流的电压检测电路及电流检测电路；还设有对检测到的电流和电压进行判断处理的控制模块。
其中在控制模块上用于实现中枢控制的包括控制器和开关阵列，控制器对检测到的电流和电压进行处理，得出判断结果并发出指令实现控制，开关阵列用于对上下无人船各功能模块的供电开关进行控制。
控制模块上用于辅助控制的单元包括状态反馈单元、错误处理单元、输出管理单元和平衡充电单元，状态反馈单元实时反馈智能电源的剩余电量，对剩余电量进行实时了解，有助于判断电池的续航时间，进而确定无人船是否需要返航充电；
错误处理单元对电池的实时输出功率出现故障进行处理，当输出功率过大或过小，出现不可控过流及不可控欠压状况时，判断无人船内部的部分机构故障或无人船内部进水，控制无人船上浮或返航进行维修或即时切断电路或迅速上浮脱水实现电路保护；
输出管理单元配合开关阵列控制无人船输出电路端的通断和电路参数控制，当电池的输出功率出现故障并且属于可控范围无需返航时，即无人船电路运行状况为欠压或过流，进行自适应调节，通过输出管理单元对部分电路的通断进行控制或调整参数，实现了电池保护，此时无需直接控制无人船返航维修。
本实施例所述的智能电源安装于无人船上，为无人船的各功能模块供电，智能电源的电池管理板设有开关阵列，智能电源通过开关阵列对无人船各功能模块的供电开关进行控制；其中，智能电源通过设于智能电源和/或无人船上的通信模块与无人船的地面控制端实现通信。当智能电源的电池管理板判断当前电池容量不足或者无人船内部电路故障时，将状态指令发送给无人船的通信模块，通过无人船的通信模块将报警信号发出给地面控制端。地面控制端通过遥控设备对无人船的运行进行控制。
进一步的，所述的电池管理板设有通信模块，所述通信模块为有线和/或无线通信模块，用于发出报警信号。在电池管理板上也设有通信模块，当该智能电源检测到当前电池容量不足或输出电路故障，并且需要发出报警信号时，可以通过设于电池管理板的通信模块与地面控制端直接进行通信。
实施例三
图中未示出，本实施例与上述实施例二的进一步限定：安装该智能电源的无人船，一方面可以通过接收远程的遥控信号对其上浮或返航进行控制，另一方面可以直接通过其内部自身触发的控制设备对无人船进行控制，无需再发回远程信号等待地面控制端指令。
其中，控制无人船上浮或返航的具体实施方法为：智能电源发送指令给无人船总控制模块，无人船总控制模块实现上浮或返航控制。此处的无人船总控制模块只要为通过地面基站进行的控制，外部控制设备接入地面基站实现对无人船的控制，地面基站只是相对无人船所述的一个概念，地面基站可设在地面上，也可设在水面上，具体可设于水面的浮标内。
优选的，也可以是该智能电源的电池管理板直接对无人船的上浮和返航进行控制。此时，在电池管理板上还设有紧急制动模块，当该智能电源的电池管理板分析判断当前的电池容量过小或者无人船内部电路故障严重时，通过触发智能电源内部的紧急制动模块对无人船的上浮或返航进行控制。
实施例四
如图2所示，本实施例为对上述实施例二的进一步限定：所述电池控制板设有平衡充电电路，当无人船剩余电量不足返航，或者上浮至水面失电后，对无人船进行充电。由于本发明的电池电芯为三个，在充电时会出现充电不均衡的现象，造成损坏或故障。设置有平衡充电电路，在电池剩余电量不足时可以实现均衡充电，延长了智能电源的使用寿命。
实施例五
图中未示出，本实施例为对上述实施例二的进一步限定，所述安装有智能电源的无人船还对地面基站进行反向供电。具体地，无人船与地面基站通过线缆相连，为基站提供电能以维持地面基站的用电。
进一步地，该智能电源的电池管理板还对智能电池输出至地面基站的供电进行调节控制，以适应调节无人船与地面基站的不同用电需求。再进一步地，当智能电源的电池剩余电量不足时，该电池管理板还可接收来自地面基站的，或接收来自其他外界设备的供电，以对电池进行充电。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种电池管理方法，用于无人船，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集电池的输出电流和/或电压，得出电池的实时输出功率与剩余电量；
S2、将电池的实时输出功率、剩余电量分别与预设阈值进行比较，得出比较结果；
S3、依据比较结果判断无人船的电路运行状况和电池状态，并依据判断结果向无人船的地面控制端发出报警信号，同时控制无人船上浮和/或返航。
2.根据权利要求1所述的电池管理方法，其特征在于：在步骤S3中，所述电池的实时输出功率随无人船的电路运行状况发生变化，所述电路运行状况包括正常、过流、不可控过流、欠压及不可控欠压，当电路运行状况为不可控过流及不可控欠压时，无人船需返航维修或上浮断电。
3.根据权利要求2所述的电池管理方法，其特征在于：步骤S3还包括，当电路运行状况为过流或欠压时，电池的实时输出功率处于可控范围内，对电池输出端的电流和/或电压大小进行控制，调节电池实时输出功率的大小，使得电路运行状况恢复正常。
4.根据权利要求2所述的电池管理方法，其特征在于：步骤S2中所述阈值包括输出功率阈值，所述输出功率阈值包括过大功率阈值和过小功率阈值，当检测到的电池实时输出功率接近过小功率阈值时，判断无人船电路运行状况为不可控欠压，无人船向地面控制端发出报警信号，并上浮至水面和/或返航；
当实时输出功率接近过大功率阈值时，判断无人船电路运行状况为不可控过流，无人船向地面控制端发出报警信号，并上浮至水面和/或切断电池供电。
5.根据权利要求1所述的电池管理方法，其特征在于：所述电池的剩余电量随无人船的运行时间增长而逐渐减小，步骤S2中所述阈值还包括剩余电量阈值，所述剩余电量阈值包括第一剩余电量阈值和第二剩余电量阈值，所述第二剩余电量阈值小于第一剩余电量阈值。
6.根据权利要求5所述的电池管理方法，其特征在于：当检测到的电池剩余电量接近第一剩余电量阈值时，无人船向地面控制端发出电量不足报警信号，当剩余电量接近第二剩余电量阈值时，无人船向地面控制端发出电量紧急报警信号并上浮至水面；地面控制端接收到电量不足报警信号后控制无人船返航充电或继续航行，地面控制端接收到电量紧急报警信号后定位无人船位置进行打捞。
7.根据权利要求4-6任一所述的电池管理方法，其特征在于：所述输出功率阈值和剩余电量阈值均为一范围值。
8.根据权利要求3或6所述的电池管理方法，其特征在于：所述报警信号包含有剩余电量信息和故障原因信息，所述故障原因信息包括电池实时输出功率过大或实时输出功率过小。
9.一种应用如权利要求1-8任一所述电池管理方法的智能电源，其特征在于：所述智能电源包括电池和电池管理板，所述电池管理板与电池相连，设有电压检测电路及电流检测电路，还设有对检测到的电流和电压进行处理和判断的控制模块。
10.根据权利要求9所述的智能电源，其特征在于：所述电压检测电路和电流检测电路对电池的输出电压和/或输出电流进行实时检测，所述电压检测电路和电流检测电路均与控制模块相连，控制模块接收检测得到的电流和/或电压数据，进行处理后得出电池的实时输出功率和剩余电量，并与预设阈值进行比较得出比较结果，触发无人船的控制和/或发出报警信号。
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