一种仿蝠鲼潜水器多源俘能-分布式储能系统及方法

本发明属于水下能源系统，具体涉及一种仿蝠鲼潜水器多源俘能-分布式储能系统及方法。

背景技术：

1、传统的以螺旋桨推进的无人水下航行器逐渐无法满足日益复杂的海洋勘测任务。近年来，设计具有高推进性能、高机动性、低噪声等特点的新型无人水下航行器成为国内外研究的热点。海洋生物拥有独特的运动方式，使其在巡游状态下具有推进效率高、机动性强、能量利用率高等优点。仿蝠鲼潜水器以蝠鲼为仿生对象，根据其生物组织结构与行为特性，突破新概念水动力学设计方法，是一种具备多模态运用方式的新概念仿生潜水器。

2、在海洋环境俘能和储能方面，国内外已发展了多种海洋环境能源俘获技术并进行了工程应用。如美国自主水下系统研究所及加州大学研制太阳能驱动潜航器与无人船；美国asv?global公司研制风力发电无人船等。我国在无人潜航器俘能技术也进行了深入的研究，天津大学、哈尔滨工程大学等开展了太阳能俘获技术研究。当前国内外相关俘能技术研究集中在单模态潜水器的应用且俘能方式较为单一。对于太阳能与风能俘能方式，只能用于水面之上，无法满足潜水器在水下工作时的俘能需求，限制了潜水器的长时作业能力，亟需研制一种多源俘能系统以实现潜水器的长时自持。此外对于多模态下多源俘能-分布式储能技术研究尚未有工程应用报道。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：

2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种仿蝠鲼潜水器多源俘能-分布式储能系统，基于多源俘能-分布式储能技术，实现了多模态过程中持续俘能的输入，并建立低电先充的分布式高效储能策略，解决了现有技术中无法兼并潜水器在水上和水下工作时俘能需求的问题。

3、本发明的技术方案是：一种仿蝠鲼潜水器多源俘能-分布式储能系统的控制方法，其特征在于具体步骤如下：

4、s1.通过电池管理系统bms监测仿蝠鲼潜水器实际功率，判断当前仿蝠鲼潜水器所处工作模态；

5、s2.根据当前仿蝠鲼潜水器工作模态，切换对应的俘能模式；

6、s3.通过bms实时分析仿蝠鲼潜水器各锂电池组电量分布，选取荷电状态最低的锂电池组，优先对其充电；

7、s4.将s3所述选电池组内的单体锂电池按照荷电状态从低到高排列，遵循低电先充的分布式存储策略依次对锂电池进行充电；

8、s5.通过bms对锂电池组整体效能进行评估，满足下个周期多模态工作需求后停止充电。

9、本发明的进一步技术方案是：所述仿蝠鲼潜水器的工作模态包括：

10、仿蝠鲼潜水器实际功率为15～25w，处于水面漂浮模态；

11、仿蝠鲼潜水器实际功率为35～45w，处于弓形滑翔模态；

12、仿蝠鲼潜水器实际功率为1900～2100w，处于扑翼机动模态。

13、本发明的进一步技术方案是：所述s2中各工作模态相对应的俘能模式为：

14、仿蝠鲼潜水器处于水面漂浮模态时，附着于潜水器背部的太阳能发电装置与腹部的海流能发电装置将自主俘获太阳能与海流能；

15、仿蝠鲼潜水器处于弓形滑翔模态时，海流能发电装置持续收集潜水器表面的海流能，潜水器内部的温差能浮力驱动装置与海水进行冷热交换俘获温差能。

16、仿蝠鲼潜水器处于扑翼机动模态时，海流能发电装置持续收集潜水器表面的海流能。

17、本发明的进一步技术方案是：所述仿蝠鲼潜水器中设置有两个位于腹中的常规锂电池组和位于双翼中的两个柔性锂电池组；根据各锂电池组实时电压与电流数据评估电池组荷电状态，将其从低到高排列，选取荷电状态最低的锂电池组，优先对其充电。

18、本发明的进一步技术方案是：所述s4中低电先充的分布式存储策略为：

19、s41.将s3所述选锂电池组中的单体锂电池根据荷电状态进行排列，按照从低到高的顺序依次对单体锂电池充电；

20、s42.当s3所述选锂电池组充电至荷电状态达到50％时，返回s3重新选择荷电状态最低的锂电池组；循环前述操作，当四个锂电池组的荷电状态均达到50％时，执行s43；

21、s43.对后充至50％的锂电池组继续充电至荷电状态达到90％，返回s3重新选择荷电状态最低的锂电池组；循环前述操作，当四个锂电池组的荷电状态均达到90％时，执行s5。

22、本发明的进一步技术方案是：所述s5中对锂电池组整体效能的评估为：

23、若四个锂电池组的整体效能能够满足下个周期多模态工作需求，则停止充电；

24、若四个锂电池组的整体效能无法满足下个周期多模态工作需求，则返回s41继续充电，直至满足需求，四个锂电池组的荷电状态均不得超过95％。

25、一种仿蝠鲼潜水器多源俘能-分布式储能系统，其特征在于：包括搭载于潜水器背部用于俘获太阳能的太阳能发电装置，搭载于潜水器腹部用于俘获海流能的海流能发电装置，与海水进行冷热交换俘获温差的温差发电装置，电池管理系统bms及设置于潜水器内的锂电池组；

26、通过所述电池管理系统bms监测仿蝠鲼潜水器的实际功率，判断当前所处工作模态，根据当前工作模态，切换俘能模式；并通过bms实时分析各锂电池组的电量分布，选取荷电状态最低的锂电池组，优先对其充电。

27、本发明的进一步技术方案是：所述仿蝠鲼潜水器中设置有两个位于腹中的常规锂电池组和位于双翼中的两个柔性锂电池组。

28、一种仿蝠鲼潜水器多源俘能-分布式储能系统的充电方法，其特征在于：

29、步骤1.通过bms分析仿蝠鲼潜水器各锂电池组实时电压与电流数据，评估电池组荷电状态，将其从低到高排列，选取荷电状态最低的锂电池组，优先对其充电；

30、步骤2.将所选锂电池组中的单体锂电池根据荷电状态进行排列，按照从低到高的顺序依次对单体锂电池充电；

31、步骤3.当所选锂电池组充电至荷电状态达到50％时，返回步骤1重新选取荷电状态最低的锂电池组；重复执行步骤1-3，当四个锂电池组的荷电状态均达到50％时，执行步骤4；

32、步骤4.对最后充电至50％的锂电池组继续充电至荷电状态达到90％，返回步骤1重新选取荷电状态最低的锂电池组；当四个锂电池组的荷电状态均达到90％时，执行步骤5；

33、步骤5：通过bms对锂电池组整体效能的进行评估，若满足下个周期多模态工作需求，则停止充电；若不满足，则继续充电。

34、本发明的进一步技术方案是：所述对锂电池组整体效能的评估原则为，

35、若四个锂电池组的整体效能能够满足下个周期多模态工作需求，则停止充电；

36、若四个锂电池组的整体效能无法满足下个周期多模态工作需求，则返回步骤1继续充电，直至满足需求，四个锂电池组的荷电状态均不得超过95％。

37、有益效果

38、本发明的有益效果在于：本发明提出一种仿蝠鲼潜水器多源俘能-分布式储能系统，基于多源俘能-分布式储能技术，解决多种海洋可再生能源形式间协同俘能问题，突破潜水器多源自主俘能关键技术，实现多模态过程中持续俘能输入，并建立低电先充的分布式高效储能策略，保障潜水器长时自持作业要求。

39、与现有技术相比，本发明的优势在于：实现潜水器在多种模态下的多源俘能技术，在水面漂浮模态，利用太阳能-海流能协同俘能，在周期性弓形滑翔模态过程中，与海水进行冷热交换俘获温差能，实现温差能变浮力驱动，提升潜水器滑翔续航能力。相比仅采用光能或风能俘能的单模态潜水器，具有更为高效的持续俘能输入能力，并且能够满足潜水器水面、水下多模态工作时的俘能需求。此外，分布式储能技术相比于现有储能方式更加安全、高效，能够充分满足潜水器多模态长时自持作业要求。