[发明专利]一种UUV电池组智能化级联扩展架构及级联扩展方法

说明书

本发明提供一种UUV电池组智能化级联扩展架构及级联扩展方法，解决现有电池组级联操作先决条件要求较高、操作过程较为复杂、安全性较差，同时扩展使用形式单一，不适合多套电池组的灵活配置的问题。本发明通过总线式通讯、自动ID分配、自动压差检测及电量平衡、串并联自主切换等手段，可实现多组电池的安全、智能化级联扩展。本发明采用星形拓扑结构，控制方法简单，具备可适应任意扩展节点数量的控制指令码表生成规范，理论扩展节点可达128个，任意节点电池组故障诊断和故障隔离方便，扩展形式多样，可充分保障UUV电池组的使用安全性和扩展灵活性。

技术领域

本发明属于UUV电池控制技术领域，具体涉及一种UUV电池组智能化级联扩展架构及级联扩展方法。

背景技术

近年来，以UUV(无人低速水下航行器)为主体的无人水下设备在军民领域水下应用中逐渐崭露头角；UUV是一种能够在水下长时间自主运动的智能化装备，它可以携带多种探测器、传感器等装备载荷，执行水下任务，比如：在民用领域的应用包括水下勘探、水下打捞、应急救援、科学考察、水下考古、辅助作业、管线铺设等。随着UUV执行任务的多样性日趋复杂，其水下工作时间及携带载荷的不确定性越来越大，那么随之而来的是对供电电池的要求越来越高，当UUV离开发射平台后，电池是UUV主要的能量来源，也是其自身动力系统及负载设备能否正常工作的主要影响因素；UUV电池决定着其整体性能的实现，也是其能否顺利执行长时间、大范围作业任务的前提。在新型电池出现之前，目前各类电池的能量密度已无法大幅提高，受自身携带有效载荷能力的限制，UUV也不可能无限制大幅增加携带电池组的数量，因此，对中小型UUV而言，若能根据水下任务和装备载荷用电量的要求，灵活配置电池容量或供电电压，就能有效增加UUV的水下续航时间，大幅提高UUV的作业效率。

目前，电池级联的研究均集中在电池保护电路、单体保护芯片、电池组电量均衡、电源管理系统等方向。常见电池组级联扩展形式一般可分为提高输出电压的串联形式和增大输出电流的并联形式两种，对自带电源变换装置的UUV而言，一般的扩展模式是采用并联方式提高电池容量或者是采用串联方式提高电池输出电压；由于电量平衡的需求，直接并联的方式会因不同电池组的内阻差异和各组电池之间的初始电压差，从而形成自放电回路，因此该方式对级联操作的先决条件要求较高，操作过程较为复杂，且安全性较差，同时扩展使用形式单一，不适合多套电池组的灵活配置，无法满足中小型UUV根据水下任务类型和装备载荷用电要求灵活配置电池容量或供电电压的需求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有电池组级联操作先决条件要求较高、操作过程较为复杂、安全性较差，同时扩展使用形式单一，不适合多套电池组的灵活配置的问题，而提供了一种UUV电池组智能化级联扩展架构及级联扩展方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种UUV电池组智能化级联扩展架构，其特殊之处在于：包括n个电池组，n为大于1的整数；

每个电池组包括电池芯体以及基于ARM控制器且具备CAN总线通讯接口的监测管理电路；监测管理电路上设置有单向均衡电路和具有独立输出控制的固态开关；电池组的输出连接UUV载荷；n个电池组采用星形拓扑结构物理连接；

其中，监测管理电路用于采集电池芯体信息，并通过CAN总线与UUV控制系统连接；

UUV控制系统根据UUV作业时间及不同载荷设备的供电需求，通过控制n个固态开关的通断，改变电池组级联模式；

电池组物理连接后，当各监测管理电路检测电池组之间的电压差大于安全值时，单向均衡电路自动进行电量平衡，确保电池组级联的安全性。

进一步地，每个电池组与UUV控制系统之间签订电池组级联应用层通讯协议；所述电池组级联应用层通讯协议基于可自检及主从应答原则设计，电池组级联应用层通讯协议包含电池组CAN总线通讯协议和控制指令码表生成规范。