一种巡检机器人智能充电方法及充电装置与流程

1.本发明涉及变电站巡检机器人的智能充电技术领域，尤其涉及一种巡检机器人智能充电方法及充电装置。


背景技术：

2.目前对变电站巡检机器人充电技术的研究，主要是寻找到输出电能稳定与有效功率之间的平衡点，以及如何处理充电时会出现的干扰因素和如何控制快速充电工作。其次是如何保障充电设备及充电过程的安全，这其中包括了充电时对设备及过程的监控和控制管理等。还有就是如何管理和应用整个充电系统。最后充电技术不仅要针对现在，还要面向未来，要考虑巡检机器人与电网连接后的安全问题和多线程控制问题，以及充电设备自动化智能化的发展，目前变电站巡检机器人充电方面还存在以下问题：
3.(1)充电过程中，充电功率无法调节，充电时间过长，致使巡检效率低下；
4.(2)充电结束条件仅靠电池电压判断，容易引起过充，影响电池使用寿命；
5.(3)充电过程中，充电设备和电池设备缺乏交互，致使充电状态在线无法获取，存在安全隐患。
6.现有技术中进一步提出了一种变电站巡检机器人自动充电技术研究中实现方案，该充电技术面临的问题主要集中在机器人对于充电设备的寻找和对接，以及如何克服有线式充电固有的技术缺陷者两大方面。
7.目前变电站巡检机器人充电系统的整个工作过程，大致可以分为四个步骤，即机器人定位充电位置，充电对接公头寻找对接母头，公母头对接进行充电，充电完成系统复位，充电系统工作的流程示意图如图1所示。
8.该充电系统工作具体的流程是：当机器人的电量严重不足时，它会自主定位导航充电桩系统的工作区域并移动到该区域。到达目标区域后，机器人会通过无线模块告诉充电桩请求充电，使充电桩开始工作。充电桩收到请求命令后，充电桩控制板就开始工作，首先控制滑台丝杆电机水平移动，通过红外对管在移动的过程中去寻找机器人身上的充电母头。当机器人端的红外发射管和充电桩端的红外接收管对上，丝杆电机就停止运动，此时代表充电桩对接公头寻找到机器人对接母头，并准备充电。若在滑台丝杆电机水平移动过程中，充电桩对接公头没有寻找到机器人对接母头，则充电桩会给机器人发送位置寻找丢失信号，机器人将会重新定位。在充电桩对接公头寻找到机器人对接母头之后，滑台丝杆电机停止运动，并且伸缩电机伸出，将对接公头送到机器人的对接母头内，实现对接；然后在控制继电器导通，使电路闭合，通过公头上的铜片与母头上的铜片接触充电，此时单片机将实时检测充电情况。当机器人充电完成之后，机器人会给充电桩系统发送充电完成信号，充电桩系统就会断开继电器，将伸缩电机缩回，滑台步进电机也会回到初始位置，等待下次任务指令。机器人离开充电桩去完成充电前的任务或开始新的任务。该充电方法仍然存在如下缺陷：
9.(1)充电过程中，充电功率无法调节，充电时间过长，致使巡检效率低下；
10.(2)充电结束条件紧靠电池电压判断，容易引起过充，影响电池使用寿命；
11.(3)充电过程中，充电设备和电池设备缺乏交互，致使充电状态在线无法获取，存在安全隐患。


技术实现要素：

12.基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种巡检机器人智能充电方法及充电装置，以解决现有技术中充电系统存在的充电效率低下、充电过程中存在安全隐患、以及对电池的冲击和过充现象等问题。
13.为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种巡检机器人智能充电方法，包括步骤：
14.s1、判断充电公母头是否对接成功，若对接失败，则重新对接，若对接成功，则执行步骤s2；
15.s2、根据充电设备发送的充电设备状态报文，判断是否符合充电条件，当符合充电条件时，执行步骤s3；
16.s3、向ac/dc充电模块发送充电预启动命令，并在所述ac/dc充电模块输出电压与电池端电压接近时，闭合充电设备侧的直流输出接触器；
17.s4、控制充电设备对电池执行充电操作；
18.s5、充电结束，向所述ac/dc充电模块发送关机命令，然后再断开直流输出接触器。
19.进一步的，所述判断充电公母头是否对接成功，包括根据是否能够检测到电池的电压判断是否对接成功，若能够检测到电池的电压，则对接成功，若否，则对接失败。
20.进一步的，所述充电设备状态报文，包括充电设备最大输出能力报文和充电设备输出准备就绪状态报文。
21.进一步的，向ac/dc充电模块发送充电预启动命令，包括控制所述ac/dc充电模块以电池端电压 5v启动所述ac/dc充电模块。
22.进一步的，所述控制充电设备对电池执行充电操作，包括：
23.s41、向充电设备发送电池充电总状态和电池充电总需求报文；
24.s42、接收所述充电设备充电状态报文是否超时，若否，则执行步骤s43，若是，则执行步骤s47；
25.s43、向充电设备发送电池电压、温度、soc信息；
26.s44、判断充电是否结束，或是否收到充电设备的中止充电报文，若其中任意一项满足，则执行步骤s45，若均不满足，则执行步骤s41；
27.s45、向所述充电设备发送中止充电报文；
28.s46、判断是否收到所述充电设备的中止充电报文，若是，则充电结束，若否，则执行步骤s45，若接收超时，则执行步骤s47；
29.s47、充电阶段失败告警。
30.根据本发明的另一个方面，提供了一种巡检机器人智能充电装置，包括对接控制模块、充电参数配置模块、充电预启动模块、充电控制模块、充电结束控制模块；其中，
31.所述对接控制模块，判断充电公母头是否对接成功，若对接失败，则控制所述充电公母头重新对接；
32.所述充电参数配置模块，根据充电设备发送的充电设备状态报文，判断是否符合充电条件；
33.所述充电预启动模块，向ac/dc充电模块发送充电预启动命令，并在所述ac/dc充电模块输出的电压与电池端电压接近时，闭合充电设备侧的直流输出接触器；
34.所述充电控制模块，控制充电设备对电池执行充电操作；
35.所述充电结束控制模块，在充电结束后，向所述ac/dc充电模块发送关机命令，然后再断开直流输出接触器。
36.进一步的，所述对接控制模块，根据是否能够检测到电池的电压判断是否对接成功，若能够检测到电池的电压，则对接成功，若否，则对接失败。
37.进一步的，所述充电设备状态报文，包括充电设备最大输出能力报文和充电设备输出准备就绪状态报文。
38.进一步的，所述充电预启动模块，向ac/dc充电模块发送充电预启动命令，包括控制所述ac/dc充电模块以电池端电压 5v启动所述ac/dc充电模块。
39.进一步的，所述充电控制模块，还包括：
40.报文交互模块，向充电设备发送电池充电总状态和电池充电总需求报文，以及向所述充电设备发送中止充电报文；
41.超时判断模块，接收所述充电设备充电状态报文是否超时；
42.通信模块，向充电设备发送电池电压、温度、soc信息；
43.充电结束判断模块，判断充电是否结束，或是否收到充电设备的中止充电报文；以及判断是否收到所述充电设备的中止充电报文；
44.告警模块，充电阶段失败告警。
45.综上所述，本发明提供了一种巡检机器人智能充电方法及充电装置，在启动交互，启动充电，结束充电阶段进行控制判断，同时在正式充电阶段之前增加预启阶段，实现了充电过程的全流程控制，增加了充电过程中的信息交互，取得了如下有益的技术效果：
46.通过在充电设备中增加小功率ac/dc整流模块，将交流转换为直流，使充电输出功率可调节，缩短充电时长，有效的解决充电效率低下的问题；同时在充电设备和电池设备之间增加通信接口，增强信号交互，实时获取充电状态和电池状态信息，有效避免充电过程中存在的安全隐患；本发明所提供的充电方法，在启动交互，启动充电，结束充电方面进行控制判断，有效地避免了对电池的冲击和过充现象，延长电池使用寿命。
附图说明
47.图1是现有技术中变电站巡检机器人自动充电方法的流程图；
48.图2是本发明巡检机器人智能充电方法的流程图；
49.图3是本发明充电电压电流采样电路的电路结构图；
50.图4是本发明充电系统的整体框架图；
51.图5是本发明巡检机器人智能充电方法中正式充电阶段的流程图；
52.图6是本发明巡检机器人智能充电装置的整体框架图。
具体实施方式
53.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
54.下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种巡检机器人智能充电方法，该充电方法的流程图如图2所示，可以由电池管理系统bms实现。包括如下步骤：
55.s1、判断充电公母头是否对接成功，若对接失败，则重新对接。判断充电公母头是否对接成功，可以根据是否能够检测到电池的电压来进行判断。充电过程中充电电流和充电电压的采样非常重要。一方面，充电公头和充电母头是否对接成功，可以通过充电电流电压采样进行判断。当充电公头和充电母头对接成功后，可以采集到被充电池的当前电压。因此，在对接过程中，如果充电控制模块检测到了电压信号，并通过判断是当前电池的电压，那么就可以知道充电公头和充电母头已经对接成功，可以启动充电过程了。另一方面，在电池充电的过程中，不仅可以实时了解电池的充电情况，如果充电电流过大或者充电电压过高等情况，充电控制板能够及时快速地做出相关反应，保护电池和充电系统不会受到损坏。本实施例中所提供的充电电压电流采样电路的电路结构图如图3所示。根据图3所示，充电电流电压采集电路的大致工作流程为：充电电流从端子pc的2号脚流入电流传感器芯片acpl-c87中，然后通过该芯片再将充电电流输入给电池端的正极进行充电，电池端的负极与充电电流负极相连，完成这一整套充电回路，端子pc的5号脚6号脚分别接电池正、负极。当充电电流进入芯片acpl-c87时，芯片内部的工作电路就会把通过的电流值转换成对应的电压值从7号脚输出给充电控制板，这一过程就是充电电流的采集检测过程。在电池输入端前，设计一个并联电路，并联电路的内容为两个色环电阻，计算并采集其中一个色环电阻的电压值，通过计算推导出整个并联电路的电压值，这样就可以知道电池端的电压值，即充电电压值，这一过程就是充电电压的采集检测过程。至此，这个电路就完成了电池充电电流和充电电压数值的采集和实时检测。此处给出了电流和电压采集的一个可选的实施例，也可以在系统中设置其他本领域常见的电路构成的充电电流和电压的采集和检测电路。
56.若判断充电公母头对接成功，继续执行下述步骤。
57.s2、充电设备和bms进入充电参数配置阶段，在此阶段，充电设备向bms发送充电设备最大输出能力报文，bms根据充电机最大输出能力判断是否能够进行充电，其中也可以包括电池充电准备就绪状态，充电设备输出准备就绪状态。根据该实施例，在充电控制模块与电池组之间增加can通信接口，能够实时获取电池状态信息，增强充电过程中的信息交互。当判断符合充电条件时，继续执行下述步骤。
58.s3、充电参数配置完成后，向ac/dc充电模块发送预启动命令，因为已经检测到电池组端电压，此时充电控制板以电池端电压 5v启动充电模块，等到充电模块电压爬升到与电池端电压接近时，再闭合充电设备侧的直流输出接触器，避免给电池造成冲击。根据该实施例，利用小功率直流模块给变电站巡检机器人进行充电，需要在原来的基础上增加ac/dc整流模块，为了控制功率调节，以及和电池组进行实时交互，需要在充电控制模块与整流模块，充电控制模块和电池组之间增加两路can通信，该充电系统的整体框架图如图4所示。
59.s4、预启动完成后，进入正式充电阶段，bms实时向充电设备发送电池充电需求，充电设备根据电池充电需求来调整充电电压和充电电流以保证充电过程正常进行。在充电过程中，充电机和bms相互发送各自的充电状态，除此之外，bms向充电机发送蓄电池状态信息如电压、温度等。该步骤进一步包括如下步骤，其流程图如图5所示：
60.s411、向充电机发送电池充电总状态和电池充电总需求报文；
61.s412、接收所述充电机充电状态报文是否超时，若否，则执行步骤s413，若是，则执行步骤s417；
62.s413、向充电机发送电池电压、温度、soc信息；
63.s414、判断充电是否结束，或是否收到充电机的中止充电报文，若其中任意一项满足，则执行步骤s415，若均不满足，则执行步骤s411；
64.s415、向所述充电机发送中止充电报文；
65.s416、判断是否收到所述充电机的中止充电报文，若是，则充电结束，若否，则执行步骤s415，若接收超时，则执行步骤s417；
66.s417、充电阶段失败告警。
67.在该正式充电阶段中，与以上步骤相对应的，充电机执行如下步骤以实现正式充电：
68.s421、判读是否收到电池充电总状态和电池充电总需求报文；若是，则执行步骤s422；若否，则向所述bms发送充电机充电准备报文；若等待超时，则执行步骤s427；
69.s422、向bms发送充电机充电状态；
70.s423、判断接收电池充电需求报文、电池充电总状态信息是否超时，若否，则执行步骤s424；若是，则执行步骤s427；
71.s424、判断充电是否结束或接收到bms中止充电报文，若是，则执行步骤s425；若否，则执行步骤s422；
72.s425、向bms发送充电机中止充电报文；
73.s426、判断是否收到bms中止充电报文，若是，则充电结束；若否，则执行步骤s425；若等待超时，则执行步骤s427；
74.s427、充电阶段失败告警。
75.s5、充电结束阶段。bms根据充电过程是否正常、电池状态是否达到bms自身设定的充电结束条件以及是否收到机器人监控发送的停止充电命令来判断是否结束充电，充电结束时，首先向ac/dc充电模块发送关机命令，停止输出功率，然后再断开直流输出接触器，这样避免对继电器进行带电流切换。在此阶段bms向充电机发送充电过程中的充电关键统计数据，包括：初始soc、终止soc、电池最低电压和最高电压信息。
76.根据本发明的另一个实施例，提供了一种巡检机器人智能充电装置，该装置的整体框架图如图6所示，包括巡检机器人智能充电装置，包括对接控制模块、充电参数配置模块、充电预启动模块、充电控制模块、充电结束控制模块。对接控制模块，判断充电公母头是否对接成功，若对接失败，则控制所述充电公母头重新对接。充电参数配置模块，根据充电设备发送的充电设备状态报文，判断是否符合充电条件。充电预启动模块，向ac/dc充电模块发送充电预启动命令，并在所述ac/dc充电模块输出的电压与电池端电压接近时，闭合充电设备侧的直流输出接触器。所述充电控制模块，控制充电设备对电池执行充电操作。所述
充电结束控制模块，在充电结束后，向所述ac/dc充电模块发送关机命令，然后再断开直流输出接触器。上述各个模块的功能实现以及原理与本发明第一个实施例所提供的充电方法相同，在此不再赘述。
77.综上所述，本发明涉及一种巡检机器人智能充电方法及充电装置，通过在启动交互，启动充电，结束充电阶段进行控制判断，同时在正式充电阶段之前增加预启阶段，实现了充电过程的全流程控制，增加了充电过程中的信息交互，有效地解决了充电效率低下的问题，避免了充电过程中存在的安全隐患；以及通过在启动交互，启动充电，结束充电方面进行控制判断，有效地避免了对电池的冲击和过充现象，延长电池使用寿命。
78.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。