CN111584813A - 一种水下机器人应急模块电源和级联电源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水下机器人应急模块电源和级联电源，包括模块化的电芯、电芯组，以及用于级联的电芯组固定框架和输出接头；通过采用电极连接条对电芯进行串联、并联或串并联混合的连接方式，按使用需求构成多种输出电压、输出电流的电芯组，同时电芯组的安装规格和尺寸一致，实现了为水下机器人提供模块化的应急电源，提高维护效率的功能；本发明通过将电芯组级联、将应急电源级联对输出功率进行扩容，满足了水下机器人的改造升级需求；本发明通过BMS系统对电源的运行状况进行监测和管理，提高了应急电源的可靠性；本发明的对称性和密封性能良好，满足水下机器人的使用要求，提高了水下机器人在水下作业的可靠性和安全性。

Description

一种水下机器人应急模块电源和级联电源
技术领域
本发明属于电源技术领域，具体涉及一种水下机器人应急模块电源和级联电源。
背景技术
水下机器人是代替人类潜入水中完成极限探测任务、进行海洋开发的重要工具，水下机器人在深水作业时，常规电源故障或者失效会导致水下作业无法完成，引发安全事故等严重问题，所以水下机器人需要进行电源冗余配置，即配置应急电源以保证水下机器人在常规电源发生故障期间的不间断运行。
另一方面，要提高水下机器人的维护效率，降低备件成本，也需要将应急电源模块化、通用化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种水下机器人应急模块电源和级联电源，用于为水下机器人提供模块化的应急电源，提高维护效率。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种水下机器人应急模块电源，包括盖板、壳体、输出接口和Z个级联的第i电芯组，i∈{1，2，…，Z}，Z≥1且Z为自然数；其中第i电芯组包括一对第i固定框架母头和第i固定框架公头、固定在第i固定框架母头和第i固定框架公头之间的XZ个第j电芯，j∈{1Z，2Z，…，XZ}，XZ≥1且XZ为自然数，以及分别设置在第i固定框架母头和第i固定框架公头中的TZ个第k电极连接条，k∈{1Z，2Z，…，TZ}，1≤TZ≤XZ且TZ为自然数；XZ个第j电芯均匀排列在以壳体的中心为圆心的同心圆上；TZ个第k电极连接条分别与XZ个第j电芯的电极有序连接使XZ个第j电芯串联或并联或串并联混合连接；第i+1电芯组和第i电芯组通过第i+1固定框架母头与第i固定框架公头配合连接，第i+1固定框架母头的配合面上设有定位凹槽，第i固定框架公头的配合面上设有与定位凹槽配合的定位凸台；Z个级联的第i电芯组插装在壳体中，第Z固定框架公头可拆卸式固定在壳体的底面上，第1固定框架母头可拆卸式固定在盖板上，用于防止Z个级联的第i电芯组在壳体内滑动、扭转；盖板固定在壳体的端头的开口处；输出接口包括输出接口母头、用于与输出接口母头配合连接的输出接口公头、用于与输出接口公头配合连接的短接插头，输出接口母头穿墙式固定在盖板上，输出接口公头穿墙式固定在壳体的底面上用于级联模块电源；输出接口的各接触件分别连接Z个级联的第i电芯组的输出电极用于输出电源。
按上述方案，第j电极连接条连接第j电芯的负极和第j+1电芯的正极，使第j电芯与第j+1电芯串联。
按上述方案，第k电极连接条连接第j电芯的正极和第j+1电芯的正极，第k+1电极连接条连接第j电芯的负极和第j+1电芯的负极，使第j电芯与第j+1电芯并联。
进一步的，T＝2，第1Z电极连接条连接第1Z电芯的正极、第2Z电芯的正极、…、第XZ电芯的正极，第2Z电极连接条连接第1Z电芯的负极、第2Z电芯的负极、…、第XZ电芯的负极，使第1Z电芯、第2Z电芯、…、第XZ电芯并联。
按上述方案，还包括支撑杆，支撑杆的两端分别穿墙式固定在第1固定框架母头和第Z固定框架公头上，中间穿过每一层固定框架母头和固定框架公头，用于支撑Z个级联的第i电芯组，防止电芯组中的电芯受到压力。
按上述方案，第i电芯组还包括分别设置在第i固定框架母头和第i固定框架公头中的各一个绝缘层，绝缘层覆盖在电极连接条和电芯的电极外部，用于防止电芯短路。
进一步的，还包括BMS模块，BMS模块固定在在第1固定框架母头的绝缘层与盖板之间；BMS模块包括设在各电芯的电极处的电压传感器，电压传感器用于采集电芯的输出电压并通过BMS模块进行数据处理后发送给上位机。
进一步的，还包括通信接口，通信接口穿墙式固定在盖板上，通信接口的接触件与BMS模块的信号收发端连接。
进一步的，BMS模块还包括温度传感器，温度传感器设置在各电芯的外表面，用于采集电芯的温度信息并通过BMS模块进行数据处理后发送给上位机。
一种级联电源，由多个水下机器人应急模块电源顺次连接而成，相邻的水下机器人应急模块电源之间通过成对的输出接口母头和输出接口公头可拆卸地固定连接。
本发明的有益效果为：
1.本发明的一种水下机器人应急模块电源和级联电源通过采用电极连接条对电芯进行灵活的串联、并联或串并联混合的连接方式，按使用需求构成多种输出电压、输出电流的电芯组，同时电芯组的安装规格和尺寸一致，实现了为水下机器人提供模块化的应急电源，提高维护效率的功能。
2.本发明通过将电芯组级联、将应急电源级联对输出功率进行扩容，满足了水下机器人的改造升级需求。
3.本发明通过BMS模块对电源的运行状况进行监测和管理，提高了应急电源的可靠性。
4.本发明的对称性和密封性能良好，满足水下机器人的使用要求，提高了水下机器人在水下作业的可靠性和安全性。
附图说明
图1是本发明实施例的立体图。
图2是本发明实施例的三面投影图。
图3是本发明实施例的立体装配图。
图4是本发明实施例的电芯组的立体图。
图5是本发明实施例的方案1的电芯组的立体装配图。
图6是本发明实施例的方案1的级联模块的电路原理图。
图7是本发明实施例的方案2的电极连接条的连接图。
图8是本发明实施例的方案3的电极连接条的连接图。
图中：1.盖板；2.壳体；3.输出接口母头；4.输出接口公头；5.通信接口；6.BMS模块；7.第1电芯组；8.第2电芯组；9.第1固定框架母头；10.第1固定框架公头；11.第2固定框架母头；12.第2固定框架公头；13.电芯；14.电极连接条；15.绝缘层；16.支撑杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
方案1：参见图1至图4，本发明的实施例为圆柱形的模块电源，包括盖板1、壳体2、输出接口母头3、输出接口公头4、短接插头、通信接口5、BMS模块6，以及级联的第1电芯组7和第2电芯组8；其中输出接口母头3、输出接口公头4、短接插头、通信接口5均为水下专用接插件，用于满足水下使用要求。
参见图4和图5，其中第1电芯组7包括一对第1固定框架母头9和第1固定框架公头10、4个电芯13和2个电极连接条14；第1固定框架母头9和第1固定框架公头10采用ABS或尼龙材质注塑成型，设有4个与电芯13配合的圆孔来定位电芯13；电芯13固定在第1固定框架母头9和第1固定框架公头10之间，采用长寿命、使用安全的IFR60180磷酸铁锂锂离子电池，设为第1电芯、第2电芯、第3电芯、第4电芯；电极连接条14为镀锡紫铜带状圆环，设有与电芯13配合的圆孔来定位电芯13，并通过金属标准件固定电芯13；设第1电极连接条固定在第1固定框架母头9中，第2电极连接条固定在第1固定框架公头10中；第1电芯、第2电芯、第3电芯、第4电芯均匀排列在以壳体2的中心为圆心的同心圆上；第1电极连接条连接第1电芯的正极、第2电芯的正极、第3电芯的正极、第4电芯的正极，第2电极连接条连接第1电芯的负极、第2电芯的负极、第3电芯的负极、第4电芯的负极，使第1电芯、第2电芯、第3电芯、第4电芯并联。
第2电芯组8的组成和结构与第1电芯组7相同，包括一对第2固定框架母头11和第2固定框架公头12，固定在第2固定框架母头11和第2固定框架公头12之间的第5电芯、第6电芯、第7电芯、第8电芯，以及设置在第2固定框架母头11中的第3电极连接条，和设置在第2固定框架公头12中的第4电极连接条；第5电芯、第6电芯、第7电芯、第8电芯均匀排列在以壳体2的中心为圆心的同心圆上；第3电极连接条连接第5电芯的正极、第6电芯的正极、第7电芯的正极、第8电芯的正极，第4电极连接条连接第5电芯的负极、第6电芯的负极、第7电芯的负极、第8电芯的负极，使第5电芯、第6电芯、第7电芯、第8电芯并联。
第2电芯组8和第1电芯组7通过第2固定框架母头11与第1固定框架公头10配合连接，第2固定框架母头11的配合面上设有定位凹槽，第1固定框架公头10的配合面上设有与定位凹槽配合的定位凸台；第1电芯组7和第2电芯组8级联并插装在壳体2中，第2固定框架公头12可拆卸式固定在壳体2的底面上，第1固定框架母头9可拆卸式固定在盖板1上，用于防止级联的电芯组在壳体2内滑动、扭转；第1电芯组7的第2电极连接条与第2电芯组8的第3电极连接条连接，使第2电芯组8与第1电芯组7串联。
参见图4和图5，第1电芯组7和第2电芯组8之间设有支撑杆16，支撑杆16为螺杆；支撑杆16两端分别穿墙式固定在第1固定框架母头9和第2固定框架公头12上，中间穿过第1固定框架公头10和第2固定框架母头11，用于支撑级联的第1电芯组7和第2电芯组8，防止电芯组中的电芯受到压力。
第1固定框架母头9、第1固定框架公头10、第2固定框架母头11和第2固定框架公头12中各设有一个绝缘层15，绝缘层15覆盖在电极连接条和电芯的电极外部，用于防止电芯短路。
BMS模块6(Battery Management System，电池管理系统)设置在第1固定框架母头的绝缘层与盖板之间；BMS模块6包括设在第1电芯～第8电芯的两端电极处的9路电压传感器、设置在各电芯外表面的温度传感器；电压传感器用于采集每个电芯的输出电压，并发送到BMS模块6进行数据处理；温度传感器用于采集每个电芯的温度信息，并发送到BMS模块6进行数据处理；通信接口5穿墙式固定在盖板1上，通信接口5的触点1和触点2分别与BMS模块6的信号收发端CANH和CANL连接，用于通过CAN总线将BMS模块6处理后的数据发送给上位机并接受上位机的指令。
盖板1固定在壳体2的端头的开口处，输出接口母头3穿墙式固定在盖板1上，输出接口公头4穿墙式固定在壳体2的底面上，输出接口公头4用于与输出接口母头3对接，短接插头用于与输出接口公头4对接；参见图6，输出接口母头3的触点1连接第1电芯组7的第1电极连接条用于输出电源正极，输出接口公头4的触点1连接第2电芯组8的第4电极连接条用于输出电源负极，输出接口母头3的触点2与输出接口公头4的触点2短接，短接插头的触点1与触点2短接；当不需要级联本发明的模块电源时，将短接插头对接在壳体2的底面的输出接口公头4上，使输出接口母头3输出第2电芯组8与第1电芯组7的串联电压；当需要级联本发明的模块电源时，将模块电源顺次连接，后一个模块电源的输出接口母头3与前一个模块电源的输出接口公头4对接，并在最后一级模块电源的输出接口公头4上对接短接插头，使第一级模块电源的输出接口母头3输出串联的模块电源的电压，4个模块电源串联的标称电压为25.6V。
方案2：在第1电芯组7中将方案1中的电极连接条的连接方式替换为：第1电极连接条连接第1电芯的正极和第2电芯的正极，第2电极连接条连接第1电芯的负极和第2电芯的负极，使第1电芯与第2电芯并联；第3电极连接条连接第3电芯的正极和第4电芯的正极，第4电极连接条连接第3电芯的负极和第4电芯的负极，使第3电芯与第4电芯并联；电极连接条的外形及与电芯连接方式参见图7。
方案3：在第1电芯组7中将方案1中的电极连接条的连接方式替换为：第1电极连接条连接第1电芯的负极和第2电芯的正极，第2电极连接条连接第2电芯的负极和第3电芯的正极，第3电极连接条连接第3电芯的负极和第4电芯的正极，使第1电芯、第2电芯、第3电芯、第4电芯串联。第1电极连接条和第2电极连接条的外形及连接方式参见图8。
根据使用需求的不同，对应改变电极连接条的形状、改变电极连接条与电芯的连接方式，可以得到所需输出电压和电流的电芯组，进而得到所需的模块电源和级联电源。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下机器人应急模块电源，其特征在于：包括盖板、壳体、输出接口和Z个级联的第i电芯组，i∈{1，2，…，Z}，Z≥1且Z为自然数；
其中第i电芯组包括一对第i固定框架母头和第i固定框架公头、固定在第i固定框架母头和第i固定框架公头之间的XZ个第j电芯，j∈{1Z，2Z，…，XZ}，XZ≥1且XZ为自然数，以及分别设置在第i固定框架母头和第i固定框架公头中的TZ个第k电极连接条，k∈{1Z，2Z，…，TZ}，1≤TZ≤XZ且TZ为自然数；
XZ个第j电芯均匀排列在以壳体的中心为圆心的同心圆上；TZ个第k电极连接条分别与XZ个第j电芯的电极有序连接使XZ个第j电芯串联或并联或串并联混合连接；
第i+1电芯组和第i电芯组通过第i+1固定框架母头与第i固定框架公头配合连接，第i+1固定框架母头的配合面上设有定位凹槽，第i固定框架公头的配合面上设有与定位凹槽配合的定位凸台；
Z个级联的第i电芯组插装在壳体中，第Z固定框架公头可拆卸式固定在壳体的底面上，第1固定框架母头可拆卸式固定在盖板上，用于防止Z个级联的第i电芯组在壳体内滑动、扭转；
盖板固定在壳体的端头的开口处；输出接口包括输出接口母头、用于与输出接口母头配合连接的输出接口公头、用于与输出接口公头配合连接的短接插头，输出接口母头穿墙式固定在盖板上，输出接口公头穿墙式固定在壳体的底面上用于级联模块电源；输出接口的各接触件分别连接Z个级联的第i电芯组的输出电极用于输出电源。
2.根据权利要求1所述的一种水下机器人应急模块电源，其特征在于：第j电极连接条连接第j电芯的负极和第j+1电芯的正极，使第j电芯与第j+1电芯串联。
3.根据权利要求1所述的一种水下机器人应急模块电源，其特征在于：第k电极连接条连接第j电芯的正极和第j+1电芯的正极，第k+1电极连接条连接第j电芯的负极和第j+1电芯的负极，使第j电芯与第j+1电芯并联。
4.根据权利要求3所述的一种水下机器人应急模块电源，其特征在于：T＝2，第1Z电极连接条连接第1Z电芯的正极、第2Z电芯的正极、…、第XZ电芯的正极，第2Z电极连接条连接第1Z电芯的负极、第2Z电芯的负极、…、第XZ电芯的负极，使第1Z电芯、第2Z电芯、…、第XZ电芯并联。
5.根据权利要求1所述的一种水下机器人应急模块电源，其特征在于：还包括支撑杆，支撑杆的两端分别穿墙式固定在第1固定框架母头和第Z固定框架公头上，中间穿过每一层固定框架母头和固定框架公头，用于支撑Z个级联的第i电芯组，防止电芯组中的电芯受到压力。
6.根据权利要求1所述的一种水下机器人应急模块电源，其特征在于：第i电芯组还包括分别设置在第i固定框架母头和第i固定框架公头中的各一个绝缘层，绝缘层覆盖在电极连接条和电芯的电极外部，用于防止电芯短路。
7.根据权利要求6所述的一种水下机器人应急模块电源，其特征在于：还包括BMS模块，BMS模块固定在在第1固定框架母头的绝缘层与盖板之间；BMS模块包括设在各电芯的电极处的电压传感器，电压传感器用于采集电芯的输出电压并通过BMS模块进行数据处理后发送给上位机。
8.根据权利要求7所述的一种水下机器人应急模块电源，其特征在于：还包括通信接口，通信接口穿墙式固定在盖板上，通信接口的接触件与BMS模块的信号收发端连接。
9.根据权利要求7所述的一种水下机器人应急模块电源，其特征在于：BMS模块还包括温度传感器，温度传感器设置在各电芯的外表面，用于采集电芯的温度信息并通过BMS模块进行数据处理后发送给上位机。
10.一种级联电源，其特征在于：由多个权利要求1至9中任意一项所述的水下机器人应急模块电源顺次连接而成，相邻的水下机器人应急模块电源之间通过成对的输出接口母头和输出接口公头可拆卸地固定连接。
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