本發(fā)明涉及一種海洋機(jī)器人領(lǐng)域，具體地說是一種海洋機(jī)器人電子設(shè)備不間斷電源系統(tǒng)及故障處理方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)水下機(jī)器人不間斷電源供電方法為：在電子設(shè)備供電電源上通過二極管并聯(lián)一電壓稍低的應(yīng)急電源(如電子設(shè)備供電電源電壓為24VDC，應(yīng)急電源電壓為18～21.6VDC)，當(dāng)電子設(shè)備供電電源故障時(shí)，應(yīng)急電源自動(dòng)為電子設(shè)備供電，保證電子設(shè)備正常運(yùn)行。這種方法主要有以下局限性：

(1)應(yīng)急電源不能進(jìn)行充電，一般選擇一次電池模塊，使用后需更換；

(2)如應(yīng)急電源啟動(dòng)，則海洋機(jī)器人將結(jié)束當(dāng)前使命任務(wù)，進(jìn)入應(yīng)急處理模式(結(jié)束任務(wù)上浮至水面，發(fā)送無線電示位信息等待回收)，該航次任務(wù)失敗。

(3)應(yīng)急電源不能只能在供電電源故障時(shí)工作，不能作為調(diào)試電源使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種海洋機(jī)器人電子設(shè)備不間斷電源系統(tǒng)及其故障處理方法。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種海洋機(jī)器人電子設(shè)備不間斷電源系統(tǒng)，包括：

主電源電池組，內(nèi)部包括電池管理模塊；連接主電源電池組輸出控制開關(guān)，用于提供主動(dòng)力電源；

主電源電池組輸出控制開關(guān)，連接24V隔離DC/DC電源模塊輸入控制開關(guān)；用于在主電源電池組與24V隔離DC/DC電源模塊之間形成供電電路；還連接控制計(jì)算機(jī)；用于在控制計(jì)算機(jī)的控制下通斷；

24V隔離DC/DC電源輸入控制開關(guān)，連接24V隔離DC/DC電源模塊，用于接收主動(dòng)力電源給24V隔離DC/DC電源模塊；還連接控制計(jì)算機(jī)；用于在控制計(jì)算機(jī)的控制下通斷；

24V隔離DC/DC電源模塊，分別連接24V隔離DC/DC電源模塊輸入控制開關(guān)、用電設(shè)備、鉛酸電池模塊；用于將主動(dòng)力電源轉(zhuǎn)換為用電設(shè)備供電電源輸出給用電設(shè)備、以及為鉛酸電池模塊充電；

鉛酸電池模塊，用于存儲(chǔ)24V隔離DC/DC電源模塊輸出的電能、以及24V隔離DC/DC電源模塊無供電電源輸出時(shí)為用電設(shè)備提供電能；

空氣開關(guān)，分別連接24V隔離DC/DC電源模塊、鉛酸電池模塊；用于為鉛酸電池模塊提供輸出短路保護(hù)，并將空氣開關(guān)的通斷狀態(tài)反饋至24V隔離DC/DC電源模塊；

控制計(jì)算機(jī)，通過CAN通訊網(wǎng)絡(luò)分別連接主電源電池組內(nèi)部的電池管理模塊、24V隔離DC/DC電源模塊；用于控制主電源電池組、24V隔離DC/DC電源模塊工作。

所述24V隔離DC/DC電源模塊包括：輸入EMC模塊、控制電路、斬波模塊、主變壓器、輸出整流模塊、蓄電池充電模塊；所述輸入EMC模塊、斬波模塊、主變壓器、輸出整流模塊、蓄電池充電模塊依次連接，控制電路分別連接斬波模塊、蓄電池充電模塊，輸出整流模塊分別連接用電設(shè)備、蓄電池充電模塊，蓄電池充電模塊連接鉛酸電池模塊；所述24V隔離DC/DC電源模塊對(duì)輸入的主動(dòng)力電源進(jìn)行濾波、斬波、整流處理輸出用電設(shè)備供電電源，還用于通過蓄電池充電模塊給鉛酸電池模塊充電。

所述輸入EMC模塊中包含共模、差模濾波器。

所述控制電路采用電流型諧振電源控制器。

所述斬波模塊中的功率器件采用MOS管和推動(dòng)電路。

所述輸出整流模塊中功率器件采用肖特基二極管、尖峰吸收電路。

所述蓄電池充電模塊包括電池充電電路和電池接口電路；電池充電電路連接鉛酸電池模塊，用于控制充電電壓、電流，從而實(shí)現(xiàn)恒流均充、恒壓減流、降壓浮充的三階段充電；電池接口電路由直流繼電器和大容量二極管組成，使24V隔離DC/DC電源模塊無電壓輸出時(shí)，無延時(shí)地給用電設(shè)備提供電能。

所述24V隔離DC/DC電源模塊輸入控制開關(guān)為常閉開關(guān)；所述24V隔離DC/DC電源模塊內(nèi)部包括檢測電路，用于接收空氣開關(guān)反饋的通斷狀態(tài)，并在系統(tǒng)開機(jī)檢測空氣開關(guān)的通斷。

所述空氣開關(guān)為手動(dòng)開關(guān)，自帶反饋觸點(diǎn)。

一種海洋機(jī)器人電子設(shè)備不間斷電源故障處理方法，包括以下步驟：

S1：檢測主電源電池組是否有輸出，同時(shí)上報(bào)主電源電池組輸出狀態(tài)；若無輸出，則表明主電源電池組故障；若有輸出，則表明主電源電池組無故障；

S2：若主電源電池組無故障，則檢測24V隔離DC/DC電源模塊是否有輸出；若有輸出，則表明24V隔離DC/DC電源模塊無故障；若無輸出，則表明24V隔離DC/DC電源模塊故障，同時(shí)24V隔離DC/DC電源模塊上報(bào)故障字至控制計(jì)算機(jī)；若此時(shí)主電源電池組輸出狀態(tài)正常，則控制計(jì)算機(jī)通過24V隔離DC/DC電源輸入控制開關(guān)重啟24V隔離DC/DC電源模塊；

S3：再次檢測24V隔離DC/DC電源模塊是否有輸出；若有輸出，則表明24V隔離DC/DC電源模塊的故障消失；若無輸出，則表明24V隔離DC/DC電源模塊故障，24V隔離DC/DC電源模塊上報(bào)故障字至控制計(jì)算機(jī)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

1.免維護(hù)。本發(fā)明采用的鉛酸電池模塊并聯(lián)在24V隔離DC/DC電源模塊上，海洋機(jī)器人正常工作時(shí)即為鉛酸電池模塊充電。海洋機(jī)器人長期不使用時(shí)，斷開鉛酸電池模塊輸出手動(dòng)開關(guān)，鉛酸電池模塊即與負(fù)載斷開。鉛酸電池模塊不需進(jìn)行充放電維護(hù)。

2.不需替換。傳統(tǒng)的應(yīng)急電源不能進(jìn)行充電，一般選擇一次電池模塊，使用后需更換。鉛酸電池使用后不需拆卸更換。

3.方便調(diào)試。在主電源電池組不上電情況下，鉛酸電池模塊可以為電子設(shè)備供電，進(jìn)行設(shè)備調(diào)試。因?yàn)榇藭r(shí)主電源電池組不上電，更能保證調(diào)試人員人身安全。

4.提高海洋機(jī)器人航次成功率。當(dāng)24V隔離DC/DC電源模塊誤保護(hù)、誤 動(dòng)作無輸出時(shí)，鉛酸電池模塊可以為電子設(shè)備供電，通過控制計(jì)算機(jī)重啟24V隔離DC/DC電源模塊，如故障消失，海洋機(jī)器人可以繼續(xù)執(zhí)行使命任務(wù)，提高海洋機(jī)器人的執(zhí)行使命任務(wù)的成功率。

5.應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明裝置不但可以應(yīng)用于海洋機(jī)器人，還可以應(yīng)用于其他自主運(yùn)行水下設(shè)備。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中海洋機(jī)器人電子設(shè)備不間斷電源的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中24V隔離DC/DC電源模塊工作原理示意圖；

圖3為本發(fā)明中海洋機(jī)器人的供電結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中海洋機(jī)器人電子設(shè)備不間斷電源故障處理方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明是一種海洋機(jī)器人電子設(shè)備不間斷電源，它包括A主電源電池組(含電池管理系統(tǒng))、B主電源電池組輸出控制開關(guān)、C 24V隔離DC/DC電源模塊、D 24V隔離DC/DC電源模塊輸入控制開關(guān)、E鉛酸電池模塊、F空氣開關(guān)和G控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成。在系統(tǒng)正常工作情況下，主電源電池組正常輸出且24V隔離DC/DC電源模塊正常工作，為控制計(jì)算機(jī)供電，并為鉛酸電池模塊充電。當(dāng)主電源電池組出現(xiàn)故障斷電或24V隔離DC/DC電源模塊出現(xiàn)故障無輸出時(shí)，鉛酸電池模塊為控制計(jì)算機(jī)供電，保證電子設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)24V隔離DC/DC電源模塊將故障字通過CAN通訊網(wǎng)絡(luò)上報(bào)控制計(jì)算機(jī)?？刂朴?jì)算機(jī)重啟24V隔離DC/DC電源模塊，如故障消失，則繼續(xù)當(dāng)前使命，否則結(jié)束使命。

鉛酸電池模塊的作用為在24V隔離DC/DC電源模塊無輸出時(shí)為電子設(shè)備供電，鉛酸電池模塊需滿足以下條件：

鉛酸電池模塊輸出電流、電壓滿足電子設(shè)備供電需求；

鉛酸電池模塊的輸出功率容量決定了電子設(shè)備的工作時(shí)間，所以應(yīng)滿足海 洋機(jī)器人電子設(shè)備電源無輸出情況下電子設(shè)備工作時(shí)間要求，即滿足海洋機(jī)器人應(yīng)急處理和等待回收的能源需求。在正常工作的情況下，24V隔離DC/DC電源模塊為電子設(shè)備供電，并為鉛酸電池模塊充電，需保證鉛酸電池模塊的充電電流、充電電壓不大于鉛酸電池模塊的充電電流和充電電壓。

如圖2所示，為24V隔離DC/DC電源模塊原理示意圖。它由輸入EMC模塊、控制電路、斬波模塊、主變壓器、輸出整流模塊、蓄電池充電模塊構(gòu)成。輸入EMC模塊中包含共模、差模濾波器，用以滿足設(shè)備對(duì)電磁兼容性的要求；控制電路采用電流型諧振電源控制器，該控制器可以使電源工作在ZVS(零電壓開關(guān))狀態(tài)，降低損耗、減小干擾；斬波模塊中的功率器件采用MOS管，配合成熟的推動(dòng)電路，可以使電源工作在較高的開關(guān)頻率，從而減小了電源的體積；變壓器作用為電壓變換，采用高性能鐵氧體材料繞制，在滿足可靠性的前提下，保證小體積，低損耗；輸出整流模塊中功率器件采用肖特基二極管，導(dǎo)通壓降低，損耗小，同時(shí)配合尖峰吸收電路再提高電路可靠性的同時(shí)，也降低了電路的電磁干擾。以上模塊構(gòu)成了隔離DC/DC電源模塊的主電路，用來給設(shè)備以及通過蓄電池充電模塊給鉛酸電池模塊充電。蓄電池充電模塊由電池充電電路和電池接口電路組成，電池充電電路用來控制電池的充電電壓、電流，從而實(shí)現(xiàn)恒流均充、恒壓減流、降壓浮充的三階段充電，從而延長電池的使用壽命，電池接口電路由直流繼電器和大容量二極管組成，保證在24V隔離DC/DC電源模塊無電壓輸出時(shí)，瞬間無延時(shí)切入供電電路保證設(shè)備正常工作。

24V隔離DC/DC電源模塊輸入控制開關(guān)的作用是，當(dāng)24V隔離DC/DC電源模塊因設(shè)備保護(hù)無輸出時(shí)，通過控制計(jì)算機(jī)控制開關(guān)通斷，重啟24V隔離DC/DC電源模塊。為提高系統(tǒng)可靠性，該開關(guān)應(yīng)選擇常閉開關(guān)。

空氣開關(guān)的作用為鉛酸電池模塊的輸出短路保護(hù)，并且在系統(tǒng)不使用時(shí)斷開鉛酸電池模塊輸出，保證鉛酸電池模塊不過放電?？諝忾_關(guān)的工作電流應(yīng)大于電池組正常工作輸出電流?？諝忾_關(guān)為手動(dòng)開關(guān)，自帶反饋觸點(diǎn)，空氣開關(guān)的通斷狀態(tài)反饋至24V隔離DC/DC電源模塊的檢測電路，在海洋機(jī)器人開機(jī)檢 測時(shí)可以查看空氣開關(guān)通斷。

一般來說，海洋機(jī)器人的供電結(jié)構(gòu)如圖3所示。主電源電池組為海洋機(jī)器人提供主動(dòng)力電源，主動(dòng)力電源的電壓一般為幾十伏到幾百伏不等，24V隔離DC/DC電源模塊將主動(dòng)力電源轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備供電電源，一般為直流24伏。主動(dòng)力電源還為推進(jìn)電機(jī)控制器提供能源動(dòng)力。一般情況下，當(dāng)24V隔離DC/DC電源模塊無輸出時(shí)，鉛酸電池模塊為電子設(shè)備供電，海洋機(jī)器人進(jìn)入應(yīng)急處理模式，停止當(dāng)前使命任務(wù)。因?yàn)?4V隔離DC/DC電源模塊無輸出的可能原因有24V隔離DC/DC電源模塊損壞、24V隔離DC/DC電源模塊誤保護(hù)多種情況，所以控制計(jì)算機(jī)重啟24V隔離DC/DC電源模塊可能消除故障，可以提高海洋機(jī)器人處理故障的能力和執(zhí)行使命任務(wù)的成功率。

以上述典型供電結(jié)構(gòu)的海洋機(jī)器人為例，說明一種海洋機(jī)器人電子設(shè)備不間斷電源故障處理流程，方法流程圖如圖4所示。24V隔離DC/DC電源模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測自身工作狀態(tài)，當(dāng)24V隔離DC/DC電源模塊無電壓輸出時(shí)，上報(bào)故障字至控制計(jì)算機(jī)。如果此時(shí)電池管理系統(tǒng)上報(bào)電池組輸出正常，控制計(jì)算機(jī)通過24V隔離DC/DC電源模塊輸入控制開關(guān)重啟24V隔離DC/DC電源模塊。如24V隔離DC/DC電源模塊輸出正常(故障字消失)，則海洋機(jī)器人繼續(xù)執(zhí)行使命，否則停止執(zhí)行使命，進(jìn)入應(yīng)急處理模式，等待回收海洋機(jī)器人。