[发明专利]一种海洋设备供电系统、控制方法

说明书

本发明公开了一种海洋设备供电系统、控制方法，属于海洋设备监测技术领域，用于海洋设备的供电，包括浮标主控单元、电源管理单元、电池单元、发电机单元、检测单元和负载单元；电池单元包括二次锂电池组及其锂电均衡管理模块、多个超级电容组及其电容均衡管理模块和一次锂电池组，负载单元包括多个负载；浮标主控单元通过串口连接电源管理单元，电池单元和发电机单元连接电源管理单元，电源管理单元向各负载供电，各负载向检测单元反馈信息，检测单元通过SPI总线与电源管理单元连接。太阳能电池和温差能发电机为水面和定深悬停时补充能源，优先为二次锂电池组补充能源，当其电量达到80%后，依次开启超级电容充电开关，直至全部充满。

技术领域

本发明涉及海洋设备监测技术领域，特别涉及一种海洋设备供电系统、控制方法。

背景技术

海洋占地球表面积71%，是人类的一个巨大资源宝库，也是人类生命支持系统的重要组成部分。海洋观测浮标系统是开发海洋、综合利用海洋资源必备的综合性设备，是当今构成全天候海洋立体观测体系中的一个重要组成部分，其中自持式剖面浮标是深远海观测网络中不可或缺的部分。浮标的种类超过了20种，都是通过改变自身排水体积实现上浮下潜，其主要依靠内部携带的电池供电。随着传感器技术的发展，剖面测量浮标搭载的传感器种类越来越多，虽然锂电池等能源技术也有跨越式发展，但是仍不能满足研究者对更长工作周期、更多测量参数的需求。按照能耗方面来分，浮标内部部件大致可分为大功率持续型（如液压泵电机）、大功率短时型（如卫星通信机）、小功率型（如气泵电机）、微功率型（如CTD传感器）等几大类。

近年来，国内外针对自持式剖面浮标能量消耗方面开展了大量的研究，包括上浮阶段多次排油的低功耗控制算法、浮标能耗分析与低功耗设计、低功耗悬停控制算法等方面，还有通过改进内部结构携带更多电池以及温差能发电或蓄能辅助排油等方面研究。以上开展的研究虽然能提高浮标的工作寿命，但是没有开展如何充分有效利用浮标能量密度的研究。而且，能源管理策略主要用于电力领域或新能源汽车领域，对于浮标不具备参考价值。

电池组主要分为能量型一次锂电池（最大放电电流200mA，3.6V19AH）、功率型一次锂电池（最大放电电流2A，3.6V13AH）、二次锂电池（最大放电电流10A）、铅酸蓄电池、碱性电池等。首先，由于浮标搭载能力有限，排除了使用铅酸蓄电池和碱性电池；其次，能量型一次锂电池虽然自身能量密度高，但由于无法满足大功率部件的能耗需求；最后，二次锂电池虽然可以多次充电，但是自身漏电流较大，不适用于长期无能源补充的工作环境；因此，国内外浮标基本上采用功率型一次锂电池组作为浮标能量来源。

当前，在电池技术无法实现历史性突破和浮标搭载能力有限的情况下，如何有效利用能量型一次锂电池能量密度高的优势以及温差能发电机和太阳能电池产生的能源，是提高浮标能量密度一个重要方面。

发明内容

本发明提出了一种海洋设备供电系统、控制方法，解决单一功率型一次锂电池组造成能量密度低的问题，有效延长浮标工作寿命。

一种海洋设备供电系统，包括浮标主控单元、电源管理单元、电池单元、发电机单元、检测单元和负载单元；

所述电池单元包括二次锂电池组及其锂电均衡管理模块、多个超级电容组及其电容均衡管理模块和一次锂电池组，所述发电机单元包括太阳能电池板和温差能发电机，所述负载单元包括多个负载；

浮标主控单元通过串口连接电源管理单元，电池单元和发电机单元连接电源管理单元，电源管理单元向各负载供电，各负载向检测单元反馈信息，检测单元通过SPI总线与电源管理单元连接。

优选地，所述浮标主控单元由浮标运动控制模块及传感器组成，安装在浮标内，浮标主控单元对电源管理单元提出供电需求，并接收电源管理单元反馈的各负载的电压和电流数据，通过对安装在浮标内的各负载进行供电和断电控制实现对浮标上升、下潜、悬停动作的控制，并根据电源管理单元的数据反馈进行各负载的能耗模型更新。