【技術實現步驟摘要】
本申請涉及水下無線充電，尤其涉及一種輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統。
技術介紹
1、水下航行器能夠執行各項水下任務，隨著對海洋資源的開發和利用，其重要性日益顯現。水下航行器通過在海底自行對接補給基站進行充電，能夠有效提升續航能力和作業隱蔽性，具有巨大的應用價值。在水下航行器和補給基站之間通常采用水下無線充電方式，由于水下無線充電技術無需物理接觸，能夠避免由于充電接口的暴露而引起的短路和漏電等隱患，在水下無線對接充電中具有極佳的應用前景。
2、水下航行器通常利用鋰離子電池作為能量來源。如圖1所示，水下航行器上高性能的鋰離子電池的充電過程主要分為兩個階段：恒流充電階段和恒壓充電階段。恒流充電階段是指充電器對鋰離子電池進行充電時，保持電流維持在一個恒定值進行充電。恒壓充電階段是指在恒流充電階段，鋰離子電池隨著電流的輸入電壓逐漸上升，當鋰離子電池達到一定的充電量后，充電器進行恒壓模式，直至充電電流降至接近零，鋰離子電池完成充電。但是，這種充電方式存在以下問題：
3、第一，在充電器傳輸功率較大時，由于充電器件的體積和重量過大，使充電器件不僅占用了水下航行器的艙內空間和浮力，而且充電器件的發熱還會成為水下航行器的大功率充電的障礙；
4、第二，名稱為《用于無人機無線充電的接收端及其輕量化處理方法》，申請號為cn202311451005.1的中國專利技術專利中提出了一種耦合器的輕量化方法，但所提方法面向的是無人機應用場景，且局限于對耦合器結構的設計，并沒有與電池相結合。
5、因此，有必要提出
6、需要說明的是，在上述
技術介紹
部分公開的信息僅用于加強對本申請的背景的理解，因此可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。
技術實現思路
1、本申請實施例提供一種水下航行器恒流恒壓電池充電系統，該系統包括：
2、電源控制模塊，所述電源控制模塊包括相連接的電源單元和控制單元；
3、逆變器模塊，所述逆變器模塊分別與所述電源單元和所述控制單元連接；
4、初級側拓撲模塊，所述初級側拓撲模塊包括恒流輸出配置下的第一同軸開關，s-s拓撲補償電容和初級側線圈構成的第一回路，以及恒壓輸出配置下的所述第一同軸開關，lcc-s拓撲補償電感、lcc-s拓撲并聯補償電容、lcc-s拓撲串聯補償電容，第二同軸開關和所述初級側線圈構成的第二回路；
5、次級側拓撲模塊，所述次級側拓撲模塊包括由次級側線圈，次級側補償電容和等效負載構成的次級側回路；
6、其中，所述初級側線圈和所述次級側線圈通過電磁感應的方式進行連接；
7、所述第一同軸開關分別與所述逆變器模塊和所述控制單元連接。
8、本申請的一示例性實施例中，所述電源單元包括電流供給子單元和電流采集子單元；
9、所述電源供給子單元的一端與所述電流采集子單元連接，所述電源供給子單元的另一端與所述逆變器模塊連接；
10、所述電流采集子單元的另一端與所述控制單元連接。
11、本申請的一示例性實施例中，水下航行器的電池充電過程包括恒流充電模式和恒壓充電模式，所述恒流充電模式采用所述恒流輸出配置，所述恒壓充電模式采用所述恒壓輸出配置；
12、先以所述恒流充電模式對所述電池進行充電，當所述電池的電壓達到切換閾值時，進入所述恒壓充電模式，直至充電電流降至為零，充電過程完成。
13、本申請的一示例性實施例中，在所述恒流充電模式時，所述初級側拓撲模塊切換成所述第一回路，所述初級側拓撲模塊和所述次級側拓撲模塊構成s-s拓撲電路；
14、在所述恒壓充電模式時，所述初級側拓撲模塊切換成所述第二回路，所述初級側拓撲模塊和所述次級側拓撲模塊構成lcc-s拓撲電路。
15、本申請的一示例性實施例中，利用所述控制單元讀取的所述電流采集子單元的電流采樣值來判斷所述電池的電壓是否到達所述切換閾值，若達到所述切換閾值，則所述控制單元通過控制所述逆變器模塊將所述初級側拓撲模塊切換成所述第二回路。
16、本申請的一示例性實施例中，所述s-s拓撲電路的補償參數包括所述初級側線圈和所述次級側線圈的互感系數，所述s-s拓撲補償電容和次級側補償電容。
17、本申請的一示例性實施例中，所述lcc-s拓撲電路的補償參數包括：所述互感系數、所述lcc-s拓撲補償電感、所述lcc-s拓撲并聯補償電容、所述lcc-s拓撲串聯補償電容和所述次級側補償電容。
18、本申請的一示例性實施例中，所述互感系數的表達式為：
19、
20、其中，m表示初級側線圈和次級側線圈的互感系數，uin表示逆變器的輸入電壓，ω0表示逆變器的工作頻率，iout表示次級側輸出電流；
21、所述s-s拓撲補償電容的表達式為：
22、
23、其中，cp1表示s-s拓撲補償電容，lp表示初級側線圈自感；
24、所述次級側補償電容的表達式為：
25、
26、其中，cs表示次級側補償電容，ls表示次級側線圈自感。
27、本申請的一示例性實施例中，所述lcc-s拓撲補償電感的表達式為：
28、
29、其中，lf表示lcc-s拓撲補償電感，uout表示次級側輸出電壓；
30、所述lcc-s拓撲并聯補償電容的表達式為：
31、
32、其中，cp2表示lcc-s拓撲并聯補償電容；
33、所述lcc-s拓撲串聯補償電容的表達式為：
34、
35、其中，cp3表示lcc-s拓撲串聯補償電容。
36、本申請的一示例性實施例中，所述第一同軸開關為單刀雙擲開關，所述第二同軸開關為單刀單擲開關。
37、有益效果：
38、本申請提供一種水下航行器恒流恒壓電池充電系統，至少具有以下有益效果：
39、(1)本申請通過在初級側拓撲模塊設計第一回路和第二回路，利用s-s拓撲具備負載無關的恒流輸出特性和lcc-s拓撲具備負載無關的恒壓輸出特性，僅通過對初級測拓撲模塊的控制就能夠實現水下航行器在進行無線充電時恒流模式和恒壓模式的切換；
40、(2)本申請構成的s-s拓撲電路和lcc-s拓撲電路中，次級側拓撲模塊均只有一個次級側補償電容，用來補償次級側線圈自感，從而能夠顯著減小水下航行器內充電器件的體積和重量，減少發熱量。
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1.一種輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，該系統包括：
2.根據權利要求1所述輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，所述電源單元包括電流供給子單元和電流采集子單元；
3.根據權利要求2所述輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，水下航行器的電池充電過程包括恒流充電模式和恒壓充電模式，所述恒流充電模式采用所述恒流輸出配置，所述恒壓充電模式采用所述恒壓輸出配置；
4.根據權利要求3所述輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，在所述恒流充電模式時，所述初級側拓撲模塊切換成所述第一回路，所述初級側拓撲模塊和所述次級側拓撲模塊構成S-S拓撲電路；
5.根據權利要求4所述輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，利用所述控制單元讀取的所述電流采集子單元的電流采樣值來判斷所述電池的電壓是否到達所述切換閾值，若達到所述切換閾值，則所述控制單元通過控制所述逆變器模塊將所述初級側拓撲模塊切換成所述第二回路。
6.根據權利要求5所述輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，所述S
7.根據權利要求6所述輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，所述LCC-S拓撲電路的補償參數包括：所述互感系數、所述LCC-S拓撲補償電感、所述LCC-S拓撲并聯補償電容、所述LCC-S拓撲串聯補償電容和所述次級側補償電容。
8.根據權利要求7所述輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，所述互感系數的表達式為：
9.根據權利要求8所述輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，所述LCC-S拓撲補償電感的表達式為：
10.根據權利要求1所述輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，所述第一同軸開關為單刀雙擲開關，所述第二同軸開關為單刀單擲開關。
...【技術特征摘要】
1.一種輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，該系統包括：
2.根據權利要求1所述輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，所述電源單元包括電流供給子單元和電流采集子單元；
3.根據權利要求2所述輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，水下航行器的電池充電過程包括恒流充電模式和恒壓充電模式，所述恒流充電模式采用所述恒流輸出配置，所述恒壓充電模式采用所述恒壓輸出配置；
4.根據權利要求3所述輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，在所述恒流充電模式時，所述初級側拓撲模塊切換成所述第一回路，所述初級側拓撲模塊和所述次級側拓撲模塊構成s-s拓撲電路；
5.根據權利要求4所述輕量化水下航行器恒流恒壓電池充電系統，其特征在于，利用所述控制單元讀取的所述電流采集子單元的電流采樣值來判斷所述電池的電壓是否到達所述切換閾值，若達到所述切換閾值，則所述控制單元通過控制所述逆變器模塊將所述初...
【專利技術屬性】
技術研發人員：程博，田文龍，龐圣釗，毛昭勇，董墨研，李波，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：
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