一种水下机器人智能型电池组检测与控制装置及其方法.pdf

本发明涉及一种水下机器人智能型电池组检测与控制装置，底座设置有电池组输入固定装置、底座上底面设有漏水传感器，下底面固定有熔断器、继电器和水密接插件，还通过螺栓连接有电池组检测电路板。其方法包括根据电池组的电压、电流、温度信息和电池舱是否漏水的信息控制电池组的供电。本发明提高电池组的使用寿命和安全性，也提高水下机器人的安全性能。

权利要求书
1.  一种水下机器人智能型电池组检测与控制装置，其特征在于：底座（1）设 置有电池组输入固定装置（2）、底座（1）上底面设有漏水传感器（4），下底面 固定有熔断器（5）、继电器（6）和水密接插件(7)，还通过螺栓连接有电池组 检测电路板（3）。

2.  根据权利要求1所述的一种水下机器人智能型电池组检测与控制装置，其特 征在于：所述底座（1）上设有多个穿线孔（9）和导向孔（8）。

3.  根据权利要求1所述的一种水下机器人智能型电池组检测与控制装置，其特 征在于：所述电池组输入固定装置（2）包括固定盘（12）和电池组输入插座（13）； 固定盘（12）上设有孔，用于插设并固定电池组输入插座（13）；电池组输入固 定装置（2）和导向孔（8）共同用于固定电池组（11）。

4.  根据权利要求1所述的一种水下机器人智能型电池组检测与控制装置，其特 征在于：所述漏水传感器（4）为圆片状，直径大于或等于底座（1）直径；其 边缘布置有互不接触的双路圆环状金手指，双路圆环状金手指分别与电池组检 测电路板（3）连接；所述漏水传感器（4）有一圆形豁口，豁口直径大于电池 组输入插座（13）直径，用于露出水密插座使其与电池电连接；所述漏水传感 器（4）的非金手指区域设有导向孔，与底座（1）上的导向孔（8）对应。

5.  根据权利要求1所述的一种水下机器人智能型电池组检测与控制装置，其特 征在于：所述电池组检测电路板（3）包括CPU以及与其连接的电源、存储器， CPU通过I/O接口与漏水传感器（4）的双路圆环状金手指连接，还通过I/O接 口与熔断器（5）、继电器（6）连接，还通过CAN接口经水密接插件(7)与上位 机连接。

6.  根据权利要求1所述的一种水下机器人智能型电池组检测与控制装置，其特 征在于：所述电池组检测电路板（3）通过电池组输入插座（13）与电池组（11）、 电流传感器、温度传感器连接。

7.  根据权利要求1所述的一种水下机器人智能型电池组检测与控制装置，其特 征在于：所述熔断器（5）和继电器（6）均经电池组输入插座（13）与电池组 （11）连接。

8.  一种水下机器人智能型电池组检测控制方法，其特征在于包括以下步骤：
电池组检测控制板（3）实时监测电池组电压、电流、电池舱内温度、漏水 传感器（4），并根据电池组电压、电流得到消耗能量进而得出电池组的SOC即 剩余能量占电池组满电能量的百分比；
当电池组SOC小于阈值A1或电池舱内温度高于阈值B1时，电池组检测控 制板（3）向水下机器人上位机发出报警信息，并关闭水下机器人的探测设备；
当电池组SOC继续下降至阈值A2或者电池舱内温度继续升高至阈值B2时， 电池组检测控制板（3）通过控制继电器（6）切断水下机器人航行推进设备， 水下机器人自动上浮至水面；
当电池组SOC继续下降至0或者电池舱内温度继续升高至阈值B3或者电池 舱漏水时，电池组检测控制板（3）通过控制继电器（6）切断水下机器人控制 设备，即电池组停止供电。

说明书一种水下机器人智能型电池组检测与控制装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种水下机器人智能型电池组检测与控制装置，具体地说是一 种利用单片机、传感器、熔断器和继电器实现水下机器人电池组工作控制的装 置及其控制方法。
背景技术
目前，进行电池组检测、控制的装置较多，但针对水下机器人的检测、控 制装置却较少见，当前的电池组检测与控制装置用于水下机器人用电池组检测、 控制，存在以下问题：不具备智能控制功能，不能通过检测信息对电池组的工 作情况进行综合评估，根据水下机器人的特点，进而控制电池组的工作情况， 提高电池组和水下机器人的安全性。水下机器人一般为无人系统，且上浮一般 需要一至几个小时，上浮后还应留有一定的电量用于水下机器人的回收。因此 判断电池组的工作情况，根据电池组SOC和温度对电池组的输出进行控制，具 有非常重要的意义。
发明内容
为解决目前电池组检测与控制装置无法在下工作的缺点，本发明提供一种 水下机器人智能型电池组检测与控制装置及其方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种水下机器人智能型电池 组检测与控制装置，底座设置有电池组输入固定装置、底座上底面设有漏水传 感器，下底面固定有熔断器、继电器和水密接插件，还通过螺栓连接有电池组 检测电路板。
所述底座上设有多个穿线孔和导向孔。
所述电池组输入固定装置包括固定盘和电池组输入插座；固定盘上设有孔， 用于插设并固定电池组输入插座；电池组输入固定装置和导向孔共同用于固定 电池组。
所述漏水传感器为圆片状，直径大于或等于底座直径；其边缘布置有互不 接触的双路圆环状金手指，双路圆环状金手指分别与电池组检测电路板连接； 所述漏水传感器有一圆形豁口，豁口直径大于电池组输入插座直径，用于露出 水密插座使其与电池电连接；所述漏水传感器的非金手指区域设有导向孔，与 底座上的导向孔对应。
所述电池组检测电路板包括CPU以及与其连接的电源、存储器，CPU通过 I/O接口与漏水传感器的双路圆环状金手指连接，还通过I/O接口与熔断器、继 电器连接，还通过CAN接口经水密接插件与上位机连接。
所述电池组检测电路板通过电池组输入插座与电池组、电流传感器、温度 传感器连接。
所述熔断器和继电器均经电池组输入插座与电池组连接。
一种水下机器人智能型电池组检测控制方法，包括以下步骤：
电池组检测控制板实时监测电池组电压、电流、电池舱内温度、漏水传感 器，并根据电池组电压、电流得到消耗能量进而得出电池组的SOC即剩余能量 占电池组满电能量的百分比；
当电池组SOC小于阈值A1或电池舱内温度高于阈值B1时，电池组检测控 制板向水下机器人上位机发出报警信息，并关闭水下机器人的探测设备；
当电池组SOC继续下降至阈值A2或者电池舱内温度继续升高至阈值B2时， 电池组检测控制板通过控制继电器切断水下机器人航行推进设备，水下机器人 自动上浮至水面；
当电池组SOC继续下降至0或者电池舱内温度继续升高至阈值B3或者电池 舱漏水时，电池组检测控制板（3）通过控制继电器（6）切断水下机器人控制 设备，即电池组停止供电。
本发明具有以下有益效果及优点：
1、具备智能控制功能，电池组检测控制板实时检测电池组电压、电流、 温度和电池舱漏水情况，通过内置程序对电池的工作情况进行判断，从而控制 电池组是否工作。
2、根据水下机器人的工作特点和电池组的检测信息，控制电池组的工作 情况，既可防止电池组在过放电、过热或电池舱漏水情况下工作，又可以在水 下电池组剩余容量较少的情况下，结束水下机器人的某些工作，提高电池组的 使用寿命和安全性，也提高水下机器人的安全性能。
3、具有电池舱漏水检测功能。水下机器人可能工作在几千米水域，电池 舱可能发生漏水。根据电池舱具备电池舱漏水检测功能，可以尽快发现电池舱 漏水情况，如电池舱漏水停止电池组工作，提高电池组安全性。
4、电池组输入固定装置由对接插座和固定盘组成。电池组输入固定装置 固定在底座上，对接端口向上，电池组底部相应位置安装对接插头和导向销， 电池组从上方向下装入，电池组的导向销穿过底座的导向孔，紧密配合使得电 池组插头与电池组输入固定装置的插座对接，完成电气联结。安装方便、可靠。
5、电池组检测控制板结构简单，体积小。本发明的内部电路构简单，电 路板直径为42mm，电路板正面元器件（平面）高度仅5mm，反面元器件最高仅 有4mm高。
6、重构性好。本发明装置中的漏水传感器、熔断器和继电器组均独立布 置，电池组检测板通过TTL高低电平进行检测、控制。有利于根据电池组输出 功率配置不同的熔断器和继电器，根据电池舱的大小配置不同的漏水传感器。
附图说明
图1为本发明的水下机器人智能型电池组控制装置的总体结构俯视图；
图2为水下机器人智能型电池组控制装置的总体结构剖视图；
图3为水下机器人智能型电池组控制装置的总体结构仰视图；
图4为水下机器人电池舱结构示意图；
图5为漏水传感器结构示意图；
图6为电池组检测控制板工作原理方框图；
图7为电池组检测控制板软件流程图；
图8为电池组检测控制板结构示意图；
其中，1底座、2电池组输入固定装置、3电池组检测控制板、4漏水传感 器、5熔断器、6继电器、7水密接插件、8导向孔、9穿线孔、10电池舱、11 电池组、12固定盘、13电池组输入插座。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明涉及一种水下机器人智能型电池组控制装置，该装置由底座、电池 组输入固定装置、电池组检测控制板、漏水传感器、熔断器和继电器组组成。 电池组输入固定装置、电池组检测控制板、漏水传感器、熔断器、继电器组均 安置在底座上。
电池组检测控制板3由供电单元（电源）、数据采集单元（I/O接口，AD接 口），主控单元（CUP）和通讯单元（CAN接口）组成。电池组检测控制板3安装 在底座1上，可以实时检测电池组的电压、电流、温度信息，通过漏水传感器 检测电池舱的漏水信息。
工作中，电池组检测控制板通过继电器组控制电池组供电，继电器组有3 个继电器，分别连接水下机器人的探测设备、航行推进设备和控制设备。
如图1～3所示，本发明是一种水下机器人智能型电池组控制装置，它包括 底座1、电池组输入固定装置2、电池组检测控制板3、漏水传感器4、熔断器5、 继电器6。电池组通过水密插头与电池组输入固定装置2的电池组输入插座13 相连，水密插座通过6×2mm2电缆依次连接熔断器5、电池组检测控制板3和继 电器6，通过水密接插件7输出。电池组检测控制板通过两根2×0.3mm2控制线 分别连接电池组11、漏水传感器4，通过三根2×0.3mm2控制线分别连接继电 器组6的3个继电器，以检测电池组电压、电池舱是否漏水及控制电池组工作。
如图1～3所示，本实施例中电池组输出接插件直接连接输入固定装置2的 输入接插件即电池组输入插座13，通过电源线依次连接电池组检测控制板3、 熔断器5和继电器6，通过19芯水密接插件7输出。电池组检测控制板3通过 电压检测线和电源线连接电池组11，以检测电池组的电压和电流；通过继电器 控制线连接继电器，以控制继电器的通断；通过漏水传感器检测线连接漏水传 感器4，以检测电池舱是否漏水；通过检测、控制线连接19芯水密插座，以连 接24V输入电源及与主控计算机进行CAN通讯。
如图2所示，电池组输入固定装置2由即电池组输入插座13和固定盘12 组成，电池组输入固定装置固定在底座上，对接端口向上，电池组底部相应位 置安装对接插头和导向销。如图4所示，电池组11从上方向下装入，电池组的 导向销穿过底座的导向孔8，紧密配合使得电池组插头与电池组输入固定装置2 的插座对接，完成电气联结，安装在电池舱10内。
漏水传感器安装于底座的上方，覆盖住整个底座。如图5所示，漏水传感 器4上靠边缘布置有不接触的双路圆环状金手指，双路圆环状金手指距离2mm， 漏水传感器通过焊接在双路环状金手指的2×0.3mm2检测线连接电池组检测控 制板。水下机器人的电池舱大多为圆筒状结构，以提高舱体的耐压强度，筒状 舱体与端盖的连接部位最容易漏水，电池组控制装置安装在筒状舱体与端盖的 连接部位的下方，当海水浸入舱体内部后最先滴落到漏水传感器的边缘上，使 得漏水传感器边缘上的两路圆环状金手指导通，此时电池组检测控制板检测到 漏水信息。
如图6所示，电池组检测控制板由4部分构成：第一部分是供电单元，由 DC-DC电源及其外围元件组成，其作用为将外部供电电源转化为系统用电源；第 二部分数据采集单元，采用电流、温度传感器把电流信号、温度信号传送给单 片机，温度传感器TCN75测量温度，多通道高精度模数转换器AD7708负责将模 拟信号转化为数字信号；第三部分主控单元，由AT90CAN128单片机及外围元件 组成，负责数据处理以及控制电池组的通断；第四部分是CAN通讯单元，负责 与上位机的通讯。电池组检测控制板可以实时检测电池组的电压、电流、温度 信息，通过漏水传感器检测电池舱的漏水信息。
如图7所示，为电池组检测控制板的软件流程图，电池组检测控制板根据 电池组的电压、电流、温度信息和电池舱是否漏水的信息控制电池组的供电， 提高电池组的使用寿命和安全性，也提高水下机器人的安全性能。
工作中，电池组检测控制板实时监测电池组电压、电流，计算电池组的消 耗能量，以此来计算电池组的SOC（剩余能量占电池组满电能量的百分比），当 电池组SOC小于某一阈值（可取20%）时，电池组检测控制板向水下机器人上一 级控制装置发出报警信息，并关闭水下机器人的探测设备。当电池组SOC继续 下降至小于某一阈值（可取10%）时，电池组检测控制板通过控制继电器组切断 水下机器人航行推进设备，水下机器人自动上浮至水面。当电池组SOC继续下 降至0时，电池组检测控制板通过控制继电器组切断水下机器人控制设备，即 电池组停止供电。
电池组检测控制板实时监测电池舱内温度；当电池舱内温度高于某一阈值 （依据电池组特性设定，可取50℃）时，电池组检测控制板向水下机器人上一 级控制装置发出报警信息，并关闭水下机器人的探测设备。当电池舱内温度继 续升高至某一阈值（可取60℃）时，电池组检测控制板通过控制继电器组切断 水下机器人航行推进设备，水下机器人自动上浮至水面。当电池舱内温度继续 升高至某一阈值（可取70℃）时，电池组检测控制板通过控制继电器组切断水 下机器人控制设备，即电池组停止供电。
电池组检测板通过漏水传感器实时检测电池舱是否漏水，当检测到电池舱 漏水时立即停止电池组供电。这些都会提高电池组的安全性能。
如图8所示，为内部电路板结构示意图。本发明的内部电路板结构简单， 通过四个安装孔与密封壳体固定。电路板1直径为42mm，电路板正面元器件（平 面）高度仅5mm，反面元器件最高仅有4mm高，电路板正/反面均焊有元器件， 体积小。