本發(fā)明屬于無人船領域，具體地說，涉及一種應用于無人船的電池管理方法和智能電源。

背景技術：

隨著主要應用于天上的無人機技術逐漸成熟，人們開始將目光投向水下，開發(fā)適用于水下的無人船。不同于無人機，無人船的主要工作環(huán)境在水里，故對無人船的各項性能有了進一步差異化的需求，為適應水下環(huán)境均需做出適宜性調(diào)整。水下的無線衰減過于嚴重，當無人船在使用時，主要通過導線傳輸通訊信號。在供電方面，一般采用安于船體的電池實現(xiàn)無人船的各項用電。基于以上無人船的使用環(huán)境及電池的實時狀況通訊方法，電池的安全保護流程需要更嚴密和快速。且對電池本身的結構功能提出了更高的要求。

有鑒于此特提出本發(fā)明。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種適用于無人船，通過電池管理板監(jiān)測電池實時輸出功率及剩余電量，并與閾值進行比較得出結果，從而實現(xiàn)電池管理和無人船控制的電池管理方法及智能電源。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用技術方案的基本構思是：

本發(fā)明的一方面提供了一種電池管理方法，用于無人船，包括以下步驟：S1、采集電池的輸出電流和/或電壓，得出電池的實時輸出功率與剩余電量；S2、將電池的實時輸出功率、剩余電量分別與預設閾值進行比較，得出比較結果；S3、依據(jù)比較結果判斷無人船的電路運行狀況和電池狀態(tài)，并依據(jù)判斷結果向無人船的地面控制端發(fā)出報警信號，同時控制無人船上浮和/或返航。

對電池的輸出電流及輸出電壓進行實時檢測，并將檢測到的值用于計算得出電池的實時輸出功率與電池的實時剩余電量，將得出的實時電池輸出功率與電池剩余電量與預設的閾值進行比較。由于電池輸出功率反應其供電端電路的用電情況，對電池輸出功率進行檢測，可以有效實現(xiàn)對供電端電路運行情況的判斷，當出現(xiàn)電池輸出功率過大的情況時，代表供電端電路可能出現(xiàn)過流狀況，有電路短路現(xiàn)象產(chǎn)生，當出現(xiàn)電池輸出功率過小的情況時，代表供電端電路可能出現(xiàn)欠壓狀況，有電路斷路現(xiàn)象產(chǎn)生，綜合判斷電池的輸出功率變化，即可對輸出端電路的狀況進行控制，此處，輸出端電路即為由電池供電的無人船的船體電路。

同上，由于電池剩余電量反映著電池的續(xù)航能力，對電池剩余電量進行實時檢測有利于了解無人船的續(xù)航時間，并進一步結合當前無人船的運行狀況，調(diào)整判斷無人船是否該返航充電或上浮報警。除此之外，當無人船進行某些大型作業(yè)動作時，對電池剩余電量進行檢測后可以對當前作業(yè)動作是否繼續(xù)進行判斷控制，避免某些作業(yè)動作的無效性，督促無人船在電池電量不足以應付目前作業(yè)動作用電量時對已經(jīng)取得的數(shù)據(jù)進行保存，防止了數(shù)據(jù)的丟失和損壞。

進一步地，在步驟S3中，所述電池的實時輸出功率隨無人船的電路運行狀況發(fā)生變化，所述電路運行狀況包括正常、過流、不可控過流、欠壓及不可控欠壓，當電路運行狀況為不可控過流及不可控欠壓時，無人船需返航維修或上浮斷電。

進一步地，步驟S3還包括，當電路運行狀況為過流或欠壓時，電池的實時輸出功率處于可控范圍內(nèi)，對電池輸出端的電流和/或電壓大小進行控制，調(diào)節(jié)電池實時輸出功率的大小，使得電路運行狀況恢復正常。

由于在無人船的運行過程中，不可避免的會出現(xiàn)一些電路的小故障，如出現(xiàn)短暫或變化微弱的過流及欠壓狀況，此時還不足以判斷為不可控過流或不可控欠壓，此類變化處于可控范圍內(nèi)，故此時僅通過控制部分輸出端電支路的電流或電壓大小，或控制部分不會對目前無人船運行造成影響的電支路間歇性通斷，以實現(xiàn)對當前電路的調(diào)節(jié)，保證電池的實時輸出功率波動較小，對電池起到了保護作用。

進一步地，步驟S2中所述閾值包括輸出功率閾值，所述輸出功率閾值包括過大功率閾值和過小功率閾值，當檢測到的電池實時輸出功率接近過小功率閾值時，判斷無人船電路運行狀況為不可控欠壓，無人船向地面控制端發(fā)出報警信號，并上浮至水面和/或返航；當實時輸出功率接近過大功率閾值時，判斷無人船電路運行狀況為不可控過流，無人船向地面控制端發(fā)出報警信號，并上浮至水面和/或切斷電池供電。

由于當檢測的電池實時輸出功率接近過大功率閾值時，判斷無人船出現(xiàn)不可控過流，可能由無人船艙內(nèi)進水引起，此時屬于緊急情況，應控制無人船迅速上浮并切斷電源，或者直接切斷電源等待救援。避免了部分電路短路可能引起的整個電路板燒壞問題。

進一步地，所述電池的剩余電量隨無人船的運行時間增長而逐漸減小，步驟S2中所述閾值還包括剩余電量閾值，所述剩余電量閾值包括第一剩余電量閾值和第二剩余電量閾值，所述第二剩余電量閾值小于第一剩余電量閾值。

進一步地，當檢測到的電池剩余電量接近第一剩余電量閾值時，無人船向地面控制端發(fā)出電量不足報警信號，當剩余電量接近第二剩余電量閾值時，無人船向地面控制端發(fā)出電量緊急報警信號并上浮至水面；地面控制端接收到電量不足報警信號后控制無人船返航充電或繼續(xù)航行，地面控制端接收到電量緊急報警信號后定位無人船位置進行打撈。

進一步地，所述輸出功率閾值和剩余電量閾值均為一范圍值。

針對剩余電量的檢測和控制，本電池管理方法設有兩個閾值，其中第二剩余電量閾值小于第一剩余電量閾值，當剩余電量接近第一剩余電量閾值時，電池還具有一定的續(xù)航能力，而當剩余電量接近更小的第二剩余電量閾值時，代表電池的電量即將耗盡，無力維持其他動作或返航，需上浮水面報警等待救援。同時，輸出功率閾值與剩余電量閾值均為一范圍值，優(yōu)選的，為該范圍值的中間值。本發(fā)明的電池管理方法通過設置閾值對電池進行管理，閾值通過技術人員經(jīng)驗和多次實驗得出設置，并可以進行間斷性調(diào)整。當無人船或電池使用時間過久，其性能發(fā)生變化時，可以對設置的閾值進行適應性調(diào)整。以保證閾值檢測的靈敏性和有效性。

進一步地，所述報警信號包含有剩余電量信息和故障原因信息，所述故障原因信息包括電池實時輸出功率過大或實時輸出功率過小。

當出現(xiàn)不可控欠壓、不可控過流及電池剩余電量不足等情況時，對無人船的地面控制端發(fā)出報警信號，報警信號包含了報警原因。地面控制端通過控制器或具有顯示屏的控制器，接收來自無人船的報警信號，并相應采取措施對無人船進行控制或救援。

本發(fā)明的另一方面公開了一種應用如上所述電池管理方法的智能電源，所述智能電源包括電池和電池管理板，所述電池管理板與電池相連，設有電壓檢測電路及電流檢測電路，還設有對檢測到的電流和電壓進行處理和判斷的控制模塊。

智能電源通過與電池設于一處的電池管理板對電池進行管理控制，合理化地利用了資源。本發(fā)明的電池管理板功能進行了擴充，可承擔一部分無人船總控制器的功能，將總控制器中的電路和電池控制功能疊加到了其中，使得該電池管理更方便。

進一步地，所述電壓檢測電路和電流檢測電路對電池的輸出電壓和/或輸出電流進行實時檢測，所述電壓檢測電路和電流檢測電路均與控制模塊相連，控制模塊接收檢測得到的電流和/或電壓數(shù)據(jù)，進行處理后得出電池的實時輸出功率和剩余電量，并與預設閾值進行比較得出比較結果，觸發(fā)無人船的控制和/或發(fā)出報警信號。

采用上述技術方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果：

本發(fā)明的電池管理方法通過設置閾值對電池的實時輸出功率及剩余電量進行監(jiān)測，再根據(jù)監(jiān)測結果控制無人船上浮或返航，同時對無人船的地面控制端發(fā)出報警信號，該設計使得無人船的電池控制更智能，有效地保護了電池和無人船整體；本發(fā)明的智能電源針對電池設置了電流檢測電路和電壓檢測電路，經(jīng)后期計算得出實時輸出功率及剩余電量，同時還設置了對電池及無人船進行控制的控制模塊，該控制模塊可添加部分無人船主控制器的功能，直接執(zhí)行實時數(shù)據(jù)與閾值進行比較后得出的結果，控制無人船上浮或返航，同時對無人船的地面控制端發(fā)出報警信號，該設計部分性地減少了由地面控制端控制無人船的繁瑣過程，直接啟用電池管理板在緊急情況下對無人船進行返航或上浮控制，使得控制更高效。

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的描述。

附圖說明

附圖作為本發(fā)明的一部分，用來提供對本發(fā)明的進一步的理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但不構成對本發(fā)明的不當限定。顯然，下面描述中的附圖僅僅是一些實施例，對于本領域普通技術人員來說，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。在附圖中：

圖1是本發(fā)明實施例中電池管理方法流程示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中電池管理板控制結構示意圖。

需要說明的是，這些附圖和文字描述并不旨在以任何方式限制本發(fā)明的構思范圍，而是通過參考特定實施例為本領域技術人員說明本發(fā)明的概念。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的智能電源或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

實施例一

如圖1所示，為電池管理方法流程示意圖。本實施例所述一種電池管理方法。該電池管理方法，主要適用于無人船的船體電池。無人船可漂浮在水面上進行工作，也可潛入水下工作。其中，當無人船潛入水下時，由于水下使用無線通信效果較差，無人船此時只能通過線纜與地面基站物理相連，以實現(xiàn)信息傳輸。為了實現(xiàn)水下的多重功能，在無人船上還設有多個用于實現(xiàn)各種不同功能的功能模塊，在長時間的水下工作過程中，無人船的多個功能模塊只靠設于船身的電池進行供電。水下環(huán)境不同于陸地，會遭遇到些意外狀況，導致內(nèi)部器件短路故障或電池續(xù)航不足。為了對電池進行有效管理，避免小意外不及時處理造成更大損失，設計了本實施例所述的電池管理方法。

該電池管理方法通過智能電源的電池管理板實現(xiàn)電池管理，首先實時檢測電池的輸出電流和/或電壓，計算得出電池的實時輸出功率與剩余電量，再與預設的閾值進行比較，通過比較結果判斷電池的狀態(tài)和無人船運行狀況，并依據(jù)判斷結果控制無人船的整體運行。通過電池的實時輸出功率與剩余電量，可以及時發(fā)現(xiàn)故障或問題，另一方面，預設有閾值保證無人船在可控的范圍內(nèi)，當超出閾值就采取控制措施及時避免了意外的發(fā)生。

其中，實時檢測的電路參數(shù)為電流和/或電壓，在每條測試通路上安裝有檢測芯片即可即時進行讀取，后續(xù)再通過檢測到的電流和電壓計算出無人船電池的實時輸出功率和剩余電量，對實時輸出功率和剩余電量的大小進行監(jiān)測實現(xiàn)電池管理：其中，電路的運行狀況包括正常、過流、不可控過流、欠壓及不可控欠壓，均通過對輸出功率大小進行劃分得出運行狀況判斷結果，具體的，當故障為不可控過流或不可控欠壓時，無人船需返航維修或上浮斷電，而電池容量變小則代表電池續(xù)航能力不足，無法進行持續(xù)的水下作業(yè)，無人船需要即時返航進行充電。

優(yōu)選的，實時檢測的電路參數(shù)為輸出功率，只需要檢測輸出功率即可，電流和電壓的變化不計入觀測范圍，節(jié)省了數(shù)據(jù)存儲和計算量。此處，電池的實時輸出功率隨無人船的電路運行狀況發(fā)生變化，運行狀況包括正常、過流、不可控過流、欠壓及不可控欠壓，當電路運行狀況為不可控過流及不可控欠壓時，電池的實時輸出功率過大或過小，無人船需返航維修或上浮斷電。而當電路運行狀況為過流或欠壓時，電池的實時輸出功率處于可控范圍內(nèi)，電路輸出端的電流和/或電壓大小進行控制，調(diào)節(jié)電池實時輸出功率的大小，使得電路運行狀況恢復正常，該種情況下無人船無需直接發(fā)出報警信號，或進行返航或上浮。

針對輸出功率和剩余電量，在控制電路板上設有閾值，包括輸出功率閾值和剩余電量閾值；其中，針對剩余電量設有兩個閾值，分別為第一剩余閾值和第二剩余閾值。第一剩余閾值較大，當剩余電量接近第一剩余閾值時，剩余電量還可支撐無人船運行一段時間，此時無人船向地面控制端發(fā)出電量不足報警信號，督促地面控制端盡快完成未完成的任務，地面控制端接收到電量不足報警信號后控制無人船返航充電或繼續(xù)航行；當剩余電量接近第二剩余閾值時，剩余電量微弱，無力支撐無人船返航，無人船向地面控制端發(fā)出電量緊急報警信號并上浮至水面，或者無人船判斷當前電池剩余電量過于微弱自動上浮至水面后才發(fā)出報警信號，在發(fā)現(xiàn)電池剩余電量微弱后首先自動上浮至水面的好處在于：上浮至水面方便了地面控制人員對無人船的定位和打撈，避免了電池剩余電量微弱時無人船失電后在水下遭遇撞擊等意外。

優(yōu)選的，在電池中設有無線通信模塊，當無人船上浮至水面且電池無法對龐大的無人船整機供電時，地面控制端可通過無線通信模塊與無人船進行通信，對其進行遠程控制，或獲取其地理位置信息。

當電池的實時輸出功率接近功率閾值時，電池管理方法向控制端發(fā)出報警信號，并控制無人船上浮至水面和/或返航。其中，功率閾值包括過大功率閾值和過小功率閾值，當實時輸出功率過大接近過大功率閾值時，判斷此時的無人船電路出現(xiàn)部分短路或過流狀況為不可控過流，無人船向地面控制端發(fā)出報警信號，并迅速上浮至水面并切斷電池供電，或直接切斷電池供電，避免造成更進一步的機器損傷；當實時輸出功率過小接近過小功率閾值時，判斷此時的無人船電路出現(xiàn)斷路欠壓狀況或部分功能模塊故障無法工作為不可控欠壓，無人船需要進行檢修，此時無人船向地面控制端發(fā)出報警信號，并上浮至水面并返航，或直接返航。

進一步地，此處所述的輸出功率閾值及剩余電量閾值均為一范圍值，當無人船電池的實時輸出功率及剩余電量處于該閾值范圍內(nèi)時，均進行對應的控制處理。

無人船發(fā)出的報警信號包含有電池剩余電量信息和故障原因信息，故障原因信息包括電池實時輸出功率過大或實時輸出功率過小。當然，此處的報警信號只是針對電路故障和電池屬性的報警信號，無人船本身還會涉及到其他類型的報警信號，如通訊受阻或水下環(huán)境意外等。

實施例二

如圖2所示，為電池管理板控制結構示意圖。本實施例所述的一種智能電源，包括電池和電池管理板，電池提供電能，電池管理板與電池一體設置，實現(xiàn)電池控制智能化。電池管理板先通過電流檢測電路和電壓檢測電路實時檢測采集電池的電流和電壓，傳輸給控制模塊進行剩余電量監(jiān)測、無人船電路輸出功率狀況控制。優(yōu)選的，電池管理板與電池可拆卸一體設計，當其中一個部件損毀時，另一個部件拆卸下來仍然可以使用。同時，該智能電源不止可用于無人船，還可通用于無人機。

電池管理板設有用于實時檢測電池輸出電壓和電流的電壓檢測電路及電流檢測電路；還設有對檢測到的電流和電壓進行判斷處理的控制模塊。

其中在控制模塊上用于實現(xiàn)中樞控制的包括控制器和開關陣列，控制器對檢測到的電流和電壓進行處理，得出判斷結果并發(fā)出指令實現(xiàn)控制，開關陣列用于對上下無人船各功能模塊的供電開關進行控制。

控制模塊上用于輔助控制的單元包括狀態(tài)反饋單元、錯誤處理單元、輸出管理單元和平衡充電單元，狀態(tài)反饋單元實時反饋智能電源的剩余電量，對剩余電量進行實時了解，有助于判斷電池的續(xù)航時間，進而確定無人船是否需要返航充電；

錯誤處理單元對電池的實時輸出功率出現(xiàn)故障進行處理，當輸出功率過大或過小，出現(xiàn)不可控過流及不可控欠壓狀況時，判斷無人船內(nèi)部的部分機構故障或無人船內(nèi)部進水，控制無人船上浮或返航進行維修或即時切斷電路或迅速上浮脫水實現(xiàn)電路保護；

輸出管理單元配合開關陣列控制無人船輸出電路端的通斷和電路參數(shù)控制，當電池的輸出功率出現(xiàn)故障并且屬于可控范圍無需返航時，即無人船電路運行狀況為欠壓或過流，進行自適應調(diào)節(jié)，通過輸出管理單元對部分電路的通斷進行控制或調(diào)整參數(shù)，實現(xiàn)了電池保護，此時無需直接控制無人船返航維修。

本實施例所述的智能電源安裝于無人船上，為無人船的各功能模塊供電，智能電源的電池管理板設有開關陣列，智能電源通過開關陣列對無人船各功能模塊的供電開關進行控制；其中，智能電源通過設于智能電源和/或無人船上的通信模塊與無人船的地面控制端實現(xiàn)通信。當智能電源的電池管理板判斷當前電池容量不足或者無人船內(nèi)部電路故障時，將狀態(tài)指令發(fā)送給無人船的通信模塊，通過無人船的通信模塊將報警信號發(fā)出給地面控制端。地面控制端通過遙控設備對無人船的運行進行控制。

進一步的，所述的電池管理板設有通信模塊，所述通信模塊為有線和/或無線通信模塊，用于發(fā)出報警信號。在電池管理板上也設有通信模塊，當該智能電源檢測到當前電池容量不足或輸出電路故障，并且需要發(fā)出報警信號時，可以通過設于電池管理板的通信模塊與地面控制端直接進行通信。

實施例三

圖中未示出，本實施例與上述實施例二的進一步限定：安裝該智能電源的無人船，一方面可以通過接收遠程的遙控信號對其上浮或返航進行控制，另一方面可以直接通過其內(nèi)部自身觸發(fā)的控制設備對無人船進行控制，無需再發(fā)回遠程信號等待地面控制端指令。

其中，控制無人船上浮或返航的具體實施方法為：智能電源發(fā)送指令給無人船總控制模塊，無人船總控制模塊實現(xiàn)上浮或返航控制。此處的無人船總控制模塊只要為通過地面基站進行的控制，外部控制設備接入地面基站實現(xiàn)對無人船的控制，地面基站只是相對無人船所述的一個概念，地面基站可設在地面上，也可設在水面上，具體可設于水面的浮標內(nèi)。

優(yōu)選的，也可以是該智能電源的電池管理板直接對無人船的上浮和返航進行控制。此時，在電池管理板上還設有緊急制動模塊，當該智能電源的電池管理板分析判斷當前的電池容量過小或者無人船內(nèi)部電路故障嚴重時，通過觸發(fā)智能電源內(nèi)部的緊急制動模塊對無人船的上浮或返航進行控制。

實施例四

如圖2所示，本實施例為對上述實施例二的進一步限定：所述電池控制板設有平衡充電電路，當無人船剩余電量不足返航，或者上浮至水面失電后，對無人船進行充電。由于本發(fā)明的電池電芯為三個，在充電時會出現(xiàn)充電不均衡的現(xiàn)象，造成損壞或故障。設置有平衡充電電路，在電池剩余電量不足時可以實現(xiàn)均衡充電，延長了智能電源的使用壽命。

實施例五

圖中未示出，本實施例為對上述實施例二的進一步限定，所述安裝有智能電源的無人船還對地面基站進行反向供電。具體地，無人船與地面基站通過線纜相連，為基站提供電能以維持地面基站的用電。

進一步地，該智能電源的電池管理板還對智能電池輸出至地面基站的供電進行調(diào)節(jié)控制，以適應調(diào)節(jié)無人船與地面基站的不同用電需求。再進一步地，當智能電源的電池剩余電量不足時，該電池管理板還可接收來自地面基站的，或接收來自其他外界設備的供電，以對電池進行充電。

以上所述僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專利的技術人員在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)，當可利用上述提示的技術內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明方案的范圍內(nèi)。