CN107187565B - 一种水下在线充电的***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下在线充电的***及方法，该***与水下待充电装置连接，包括：位置采集装置、水上控制器、水下充电装置及设置在水下待充电装置上的受电插头；水下充电装置包括水下控制器、***传感器及送电接头；位置采集装置采集水下充电装置和水下待充电装置的位置信息；***传感器采集水下充电装置的水下深度和离地高度信息；水上控制器分别与位置采集装置、水下充电装置连接，用于根据位置信息和***传感器采集信息调整水下充电装置位置，直至与水下待充电装置间的距离在预设范围内，将水下充电信号发送至水下控制器，以控制送电接头与受电插头连接形成充电电路。因此，采用本发明提供的***或方法能够实现水下在线充电，提高工作效率。

Description

一种水下在线充电的***及方法
技术领域
本发明涉及海洋技术领域，特别是涉及一种为水下运载器和海洋设备提供水下在线充电的***及方法。
背景技术
目前，水下运载器包括深海空间站、自治水下机器人等，海洋设备包括海洋潜标、海洋浮标、海底地震仪等，均为电池供电，续航能力有限。因此，在水下运载器及海洋设备电池电量耗尽前必须回收，充电后方能再次施放投入工作。但是这种工作方式存在很大缺点：每次回收过程均存在巨大风险，海况恶劣时可能会造成运载器或设备的损坏；每次的回收和再施放需要占用大量的时间，工作效率低下，即现有的海洋技术并不能够为水下运载器或者海洋设备提供水下在线充电的装置或者方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种水下在线充电的***及方法，能够实时调整水下充电装置的位置，保证准确无误的与水下运载器或者海洋设备连接，实现水下在线充电，同时避免回收再施放过程中产生的巨大风险，也大大提高了工作效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种水下在线充电的***，所述***与水下待充电装置连接；所述***包括：位置采集装置、水上控制器、水下充电装置以及受电插头；其中，所述受电插头设置在所述水下待充电装置上；
所述位置采集装置，用于采集所述水下充电装置的第一三维位置坐标信息和所述水下待充电装置的第二三维位置坐标信息；
所述水下充电装置，包括水下控制器、***传感器以及送电接头；所述***传感器，用于采集所述水下充电装置的水下深度信息和离地高度信息；所述送电接头，与所述受电插头连接，用于与所述受电插头连接形成充电电路；所述水下控制器，与所述送电接头连接，用于控制所述送电接头的伸缩；
所述水上控制器，分别与所述位置采集装置、所述水下充电装置连接，用于根据所述第一三维位置坐标信息、所述第二三维位置坐标信息、所述水下深度信息以及所述离地高度信息，调整所述水下充电装置的位置，直至所述水下充电装置与所述水下待充电装置之间的距离在预设范围内，还用于当所述水下充电装置与所述水下待充电装置之间的距离在预设范围内时，输出水下充电信号，并将所述水下充电信号发送至所述水下控制器，以控制所述送电接头伸出，与所述受电插头连接形成充电电路。
可选的，所述***还包括水上电源变换电路；
所述水上电源变换电路，用于将母船交流动力电变换为适用于远距离传输的第一充电电源；
所述水上控制器，还与所述水上电源变换电路连接，用于将所述水下充电信号发送至所述水上电源变换电路上，以控制将所述第一充电电源传输到所述水下充电装置中；其中，所述水上控制器和所述水上电源变换电路设置在母船上。
可选的，所述***还包括母船铠装电缆；所述母船铠装电缆，分别与所述水上控制器、所述水上电源变换电路和所述水下充电装置连接。
可选的，所述位置采集装置包括声学定位控制器、第一水声应答器以及第二水声应答器；所述第一水声应答器设置所述水下充电装置上；第二水声应答器设置所述水下待充电装置上；所述声学定位控制器设置在所述母船上；
所述声学定位控制器，与所述第一水声应答器连接，用于获取所述水下充电装置的第一三维位置坐标信息；
所述声学定位控制器，与所述第二水声应答器连接，用于获取所述水下待充电装置的第二三维位置坐标信息；
所述声学定位控制器，与所述水上控制器连接，用于将所述第一三维位置坐标信息和所述第二三维位置坐标信息发送到所述水上控制器。
可选的，所述水下充电装置还包括：水下电源变换电路；
所述水下电源变换电路，与所述母船铠装电缆连接，用于接收所述第一充电电源，并将接收到的所述第一充电电源进行转换，得到适用于所述水下待充电装置充电时所需的第二充电电源；
所述水下控制器，还分别与所述送电接头、所述水下电源变换电路连接，用于根据所述水下充电信号，输出连接信号和传输信号，并将所述连接信号发送至所述送电接头，以控制所述送电接头伸出，与所述受电插头连接；将所述传输信号发送至所述水下电源变换电路，以控制所述第二充电电源从所述水下电源变换电路传输到所述送电接头上。
可选的，所述水下充电装置还包括：充电电缆；所述充电电缆，一端连接所述送电接头，另一端连接水下电源变换电路，用于将所述第二充电电源通过所述充电电缆传输到所述送电接头上。
可选的，所述水下充电装置还包括：第一对接辅助模块；
所述第一对接辅助模块，设置在靠近所述送电接头位置的充电电缆上；所述第一对接辅助模块包括送电接头声学换能器、送电接头辅助灯、送电接头机械锁紧装置以及送电接头强电磁锁紧装置；其中，所述送电接头声学换能器，用于发送所述送电接头的第一位置信息；所述送电接头辅助灯，用于发送所述送电接头的第二位置信息；所述送电接头机械锁紧装置和所述送电接头强电磁锁紧装置，用于当所述受电插头***所述送电接头后，将所述送电接头和所述受电插头锁死，当充电完毕后，将所述送电接头和所述受电插头解锁脱离；
所述水下控制器，还与所述第一对接辅助模块连接，用于控制所述对接辅助模块的开启与关闭。
可选的，所述***还包括：第二对接辅助模块和航行控制器；
所述第二对接辅助模块，设置在所述水下待充电装置内，包括声学水听器和光学传感器；所述声学水听器，与所述送电接头声学换能器连接，用于采集所述送电接头的第一位置信息；所述光学传感器连接，与所述送电接头辅助灯，用于采集所述送电接头的第二位置信息；
所述航行控制器，设置在所述水下待充电装置上，分别与所述第二对接辅助模块、所述受电插头连接，用于接收所述送电接头的第一位置信息和所述送电接头的第二位置信息，并根据所述送电接头的第一位置信息和所述送电接头的第二位置信息，调整所述受电插头的位置，直至所述受电插头***所述送电接头中。
可选的，所述水下充电装置还包括：外壳，密封舱、配重块；
所述外壳采用不锈钢焊接加工而成；
所述外壳的内部设有所述第一水声应答器、所述***传感器、所述密封舱以及所述配重块；所述密封舱的内部设有所述水下控制器和所述水下电源变换电路；所述外壳的外部设有所述对接辅助模块、所述充电电缆和所述送电接头。
本发明还提供了一种水下在线充电的方法，所述方法包括：
获取所述水下充电装置的第一三维位置坐标信息和所述水下待充电装置的第二三维位置坐标信息；
实时获取所述水下充电装置的水下深度信息和离地高度信息；
根据所述第一三维位置坐标信息、所述第二三维位置坐标信息以及所述水下充电装置的水下深度信息和离地高度信息，调整所述水下充电装置的位置，直至所述水下充电装置与所述水下待充电装置之间的距离在预设范围内；
当所述水下充电装置与所述水下待充电装置之间的距离在预设范围内时，输出水下充电信号；
根据所述水下充电信号，控制所述送电接头与所述受电插头连接，形成充电电路。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种水下在线充电的***及方法，所述***与水下待充电装置连接；所述***包括：位置采集装置、水上控制器、水下充电装置以及受电插头；其中，所述受电插头设置在所述水下待充电装置上；所述位置采集装置，用于采集所述水下充电装置的第一三维位置坐标信息和所述水下待充电装置的第二三维位置坐标信息；所述水下充电装置，包括所述水下控制器、***传感器以及送电接头；所述***传感器，用于采集所述水下充电装置的水下深度信息和离地高度信息；所述送电接头，与所述受电插头连接，用于与所述受电插头连接形成充电电路；所述水下控制器，与所述送电接头连接，用于控制所述送电接头的伸缩；所述水上控制器，分别与所述位置采集装置、所述水下充电装置连接，用于根据所述第一三维位置坐标信息、所述第二三维位置坐标信息以及所述水下充电装置的水下深度信息和离地高度信息，调整所述水下充电装置位置，直至所述水下充电装置与所述水下待充电装置之间的距离在预设范围内，用于当所述水下充电装置与所述水下待充电装置之间的距离在预设范围内时，输出水下充电信号，并将所述水下充电信号发送至所述水下控制器，以控制所述送电接头伸出，与所述受电插头连接形成充电电路。因此，采用本发明提供的***或者方法能够实时调整水下充电装置的位置，保证准确无误的与水下运载器或者海洋设备连接，实现水下在线充电，同时也避免回收再施放过程中产生的巨大风险，大大提高了工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例水下在线充电的***主要结构示意图；
图2为本发明实施例水下在线充电的***结构示意图；
图3为本发明实施例水下充电装置结构示意图；
图4为本发明实施例水下待充电运载器结构示意图；
图5为本发明实施例水下在线充电***的工作示意图；
图6为本发明实施例水下在线充电***水下部分工作示意图；
图7为本发明实施例水下在线充电方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种水下在线充电的***及方法，能够实时调整水下充电装置的位置，保证准确无误的与水下运载器或者海洋设备连接，实现水下在线充电，同时大大提高工作效率，避免回收再施放过程中产生的巨大风险。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例水下在线充电的***主要结构示意图，如图1所示，本发明提供的***与水下待充电装置5连接，所述***包括：位置采集装置1、水上控制器2、水下充电装置3、受电插头4。其中，所述受电插头4设置在所述水下待充电装置5上。
所述位置采集装置1，用于采集所述水下充电装置3的第一三维位置坐标信息和所述水下待充电装置5的第二三维位置坐标信息。
所述水下充电装置3，包括所述水下控制器301、***传感器302以及送电接头303。
所述***传感器302，用于实时采集所述水下充电装置3的水下深度信息和离地高度信息。
所述送电接头303，与所述受电插头4连接，用于与所述受电插头4连接形成充电电路。
所述水下控制器301，与所述送电接头303连接，用于控制所述送电接头303的伸缩。
所述水上控制器2，分别与所述位置采集装置1、所述水下充电装置3连接，用于根据所述第一三维位置坐标信息、所述第二三维位置坐标信息、所述水下深度信息以及所述离地高度信息，实时调整所述水下充电装置3位置，直至所述水下充电装置3与所述水下待充电装置5之间的距离在预设范围内，还用于当所述水下充电装置3与所述水下待充电装置5之间的距离在预设范围内时，输出水下充电信号，并将所述水下充电信号发送至所述水下控制器301，以控制所述送电接头303伸出，与所述受电插头4连接，形成充电电路。
图2为本发明实施例水下在线充电的***结构示意图，如图2所示，本发明提供的***与水下待充电装置5连接，所述***包括：位置采集装置1、水上控制器2、水下充电装置3、受电插头4、水上电源变换电路6、母船铠装电缆7、第二对接辅助模块8、航行控制器9以及母船动力定位***10。
水下待充电装置5包括充电电池501。
本发明实施例提供的***需要母船支撑。
母船配备动力定位***10，用于在水下充电装置3与水下待充电运载器5对接、充电的过程中，由母船动力定位***保证母船低速、匀速、直线航行或停泊。
本发明实施例中的水下待充电装置5可以为待充电水下航行控制器，待充电深水空间站、待充电有人水下运载器或待充电无人水下运载器。
其中，所述位置采集装置1包括声学定位控制器101、第一水声应答器102以及第二水声应答器103。所述第一水声应答器102设置在所述水下充电装置3上；第二水声应答器103设置在所述水下待充电装置5上；所述声学定位控制器101设置在母船上。
所述声学定位控制器101，与所述第一水声应答器102连接，用于获取所述水下充电装置3的第一三维位置坐标信息。
所述声学定位控制器101，与所述第二水声应答器103连接，用于获取所述水下待充电装置5的第二三维位置坐标信息。
所述声学定位控制器101，与所述水上控制器2连接，用于将所述第一三维位置坐标信息和所述第二三维位置坐标信息发送到所述水上控制器2。
所述水下充电装置3，包括所述水下控制器301、***传感器302以及送电接头303。***传感器302，用于实时采集所述水下充电装置3的水下深度信息和离地高度信息。送电接头303，与所述受电插头4连接，用于与所述受电插头4连接形成充电电路。水下控制器301，与所述送电接头303连接，用于控制所述送电接头303的伸缩。
水上控制器2，分别与所述位置采集装置1、所述水下充电装置3连接，用于根据所述第一三维位置坐标信息、所述第二三维位置坐标信息、所述水下深度信息以及所述离地高度信息，实时调整所述水下充电装置3的位置，直至所述水下充电装置3与所述水下待充电装置5之间的距离在预设范围内，还用于当所述水下充电装置3与所述水下待充电装置5之间的距离在预设范围内时，输出水下充电信号，并将所述水下充电信号发送至所述水下控制器301，以控制所述送电接头303伸出，与所述受电插头4连接，形成充电电路。
所述受电插头4设置在所述水下待充电装置5上。
所述水上电源变换电路6，用于将母船交流动力电变换为适用于远距离传输的第一充电电源。
所述水上控制器2，还与所述水上电源变换电路6连接，用于将所述水下充电信号发送至所述水上电源变换电路6上，以控制将所述第一充电电源传输到所述水下充电装置3中。其中，所述水上控制器2和所述水上电源变换电路6设置在母船上。
所述母船铠装电缆7，分别与所述水上控制器2、水上电源变换电路6以及所述水下充电装置3连接，用于传输信号和传输电源。
所述水下充电装置3，还包括水下电源变换电路304、充电电缆305以及第一对接辅助模块306。
所述水下控制器301，还分别与所述***传感器302、所述母船铠装电缆7连接，用于所述水下深度信息和离地高度信息通过所述母船铠装电缆7发送到所述水上控制器2内，用于通过所述母船铠装电缆7接收所述水上控制器2输出的所述水下充电信号。
所述水下电源变换电路304，与所述母船铠装电缆7连接，用于接收所述第一充电电源，并将接收到的第一充电电源进行转换，得到所述水下待充电装置5充电所需的第二充电电源。
所述水下控制器301，还分别与所述送电接头303、所述水下电源变换电路304连接，用于根据所述水下充电信号，输出连接信号和传输信号，并将所述连接信号发送至所述送电接头303，以控制所述送电接头303伸出，与所述受电插头4连接。将所述传输信号发送至所述水下电源变换电路304，以控制所述第二充电电源从所述水下电源变换电路304传输到送电接头303上。
所述充电电缆305，一端连接所述送电接头303，另一端连接水下电源变换电路304，用于将所述第二充电电源通过充电电缆305传输到所述送电接头303上。
所述第一对接辅助模块306，设置在靠近所述送电接头303位置的充电电缆305上，包括送电接头声学换能器3061、送电接头辅助灯3602、送电接头机械锁紧装置3603以及送电接头强电磁锁紧装置3604(图中未示出)。
所述水下控制器301，还与所述所述第一对接辅助模块306连接，用于控制所述第一对接辅助模块306的开启与关闭，具体为当所述水下控制器301接收到水下充电信号时，所述水下控制器301控制所述送电接头303伸出，第一对接辅助模块306的开启；当充电结束后，第一对接辅助模块306的关闭，所述送电接头303缩回。
送电接头声学换能器3061，用于发送所述送电接头的第一位置信息。
送电接头辅助灯3602，用于发送所述送电接头的第二位置信息。
所述送电接头机械锁紧装置3603和所述送电接头强电磁锁紧装置3604，用于当所述受电插头4***所述送电接头303后，将所述送电接头303和所述受电插头4锁死；当充电完毕后，将所述送电接头303和所述受电插头4解锁脱离。
所述第二对接辅助模块8，设置在所述水下待充电装置，包括声学水听器801和光学传感器802(图中未示出)。
所述声学水听器801，与所述送电接头声学换能器3601连接，用于获取所述送电接头的第一位置信息。
所述光学传感器802，与所述送电接头辅助灯3602连接，用于获取所述送电接头的第二位置信息。
所述航行控制器9，设置在所述水下待充电装置5上，分别与所述第二对接辅助模块8、所述受电插头4连接，用于接收所述送电接头的第一位置信息和所述送电接头的第二位置信息，并根据所述送电接头的第一位置信息和所述送电接头的第二位置信息，调整所述受电插头4位置直至所述受电插头4***所述送电接头303中。
另外，所述水下充电装置3还包括外壳、密封舱以及配重块。
所述外壳采用不锈钢焊接加工而成。
所述配重块，用于增加所述水下充电装置3的重量。
在外壳的内部设有所述第一水声应答器102、所述第一辅助模块306、所述***传感器302、所述密封舱以及所述配重块。其中，所述水下控制器301和所述水下电源变换电路304设置在所述密封舱内。
在所述外壳的外部设有所述充电电缆305和所述送电接头303。
为了对本发明提供的***进行解释说明，下面提供一个具体的实施例。
本发明实施例提供的一种水上在线充电的***需要母船支撑，所述***主要包括母船声学定位***、船上测控单元、水下充电装置3、受电插头4、水下待充电运载器5、母船铠装电缆7、第二对接辅助模块8。航行控制器9以及母船动力定位***10等。
所述母船声学定位***包括声学定位控制器101、第一声学应答器102以及第二声学应答器103。
所述船上测控单元包括水上控制器2和水上电源变换电路6。
所述母船铠装电缆7，分别与所述水上控制器2、水上电源变换电路6以及所述水下充电装置3连接，用于传输信号和传输电源。
母船铠装电缆7是调查船通用配置，用于将经过变换后的电源传送至水下充电装置3。母船铠装电缆7可以是光电复合缆或同轴铠装缆，优选为光电复合缆。
图3为本发明实施例水下充电装置结构示意图。如图3所示，水下充电装置3由水下控制器301、***传感器302、送电接头303(为了清楚看出水下充电装置3与水下待充电装置5之间的连接关系，将送电接头303放置在图4，详见图4所示)、水下电源变换电路304、充电电缆305、第一对接辅助模块306(为了清楚看出水下充电装置3与水下待充电装置5之间的连接关系，将第一对接辅助模块306放置在图4，详见图4所示)、配重块307、配重拖体(外壳)307、承重连接头309、密封舱310(图中未示出)、水下调制解调器311(图中未示出)等组成。第一声学应答器102设置在水下充电装置3上。
所述母船铠装电缆7与水下充电装置3中的承重连接头309相连接，所述母船铠装电缆7，还负责牵引水下充电装置3。
所述配重拖体308采用不锈钢焊接加工，配重拖体308内部设有所述第一水声应答器102、所述***传感器302、所述密封舱310以及所述配重块308。所述水下控制器301、所述水下电源变换电路304以及水下调制解调器311设置在所述密封舱310的内部。所述充电电缆305、所述第一辅助模块306和所述送电接头303设置在所述配重拖体308的外部。
图4为本发明实施例水下待充电运载器结构示意图。如图4所示，第二声学应答器103、受电插头4、第二对接辅助模块8、航行控制器9、充电电池501设置在水下待充电运载器5上。所述水下充电装置3，通过充电电缆305、送电接头303与受电插头4连接，为水下待充电运载器5充电。
所述水下充电装置3包括一个或者多个所述充电电缆305，每根充电电缆305配备一套送电接头303。
所述充电电缆305具有一定的长度、硬度和抗拉性能，根据需要水下控制器301可以配置不同的传输电压。
水下控制器301，与所述送电接头303连接，用于控制所述送电接头303的伸缩。
所述送电接头303，用于与受电插头4对接，对接成功后将电能以无线形式传输给水下待充电运载器5。
待充电水下运载器5，包含水下航行控制器、深水空间站，、有人水下运载器、无人水下运载器等。所述待充电水下运载器5，可以是动态航行的，也可以是坐底不动的。
所述第一水声应答器102，与母船声学定位***中的声学定位控制器101配套使用，用于精确定位水下充电装置3所在三维位置坐标。
所述第二水声应答器103，与母船声学定位***中的声学定位控制器101配套使用，用于精确定位水下待充电运载器5所在三维位置坐标。
所述***传感器302，包括深度传感器、高度传感器等，用于通过深度传感器、高度传感器采集所述水下充电装置3的水下深度信息和离地高度信息。
所述水下控制器301，与所述***传感器302连接，用于获取水下深度信息和离地高度信息。
所述水下控制器301，与所述水下调制解调器311连接，用于将水下深度信息和离地高度信息进行编码调制，得到处理后的信息。
所述水下控制器301，与所述母船铠装电缆7连接，用于通过母船铠装电缆7将处理后的信息发送给水上控制器2。
所述水上电源变换电路6，用于将母船交流动力电变换为适于远距离传输的电源，降低传输损耗，得到第一充电电源。优选地，母船交流动力电为380VAC，水上电源变换电路6输出的电源为1000VDC。
所述水上控制器2，与所述母船铠装电缆7连接，用于接收并解码所述处理后的信息，得到水下深度信息和离地高度信息。
所述水上控制器2，还与声学定位控制器101连接，用于获取水下充电装置3所在三维位置坐标和水下待充电运载器5所在三维位置坐标。
所述水上控制器2，还用于根据水下深度信息、离地高度信息、水下充电装置3所在三维位置坐标和水下待充电运载器5所在三维位置坐标，输出控制命令，并通过母船铠装电缆7发送至水下控制器301，以调整所述水下充电装置3的位置，直至所述水下充电装置3与所述水下待充电装置5之间的距离在预设范围内，当所述水下充电装置3与所述水下待充电装置5之间的距离在预设范围内时，输出水下充电信号，并将所述水下充电信号发送至所述水下控制器301，以控制所述送电接头303伸出，与所述受电插头4连接，形成充电电路。
其中控制命令包括充电电源开启与关闭、送电接头灯光开启与关闭、送电接头声学***开启与关闭、送电接头锁紧与解锁、送电接头电磁***开启与关闭等。
水下控制器301接收控制命令并控制水下待充电运载器的充电电压和充电电流大小以及控制充电电缆305和第一对接辅助模块306的动作。
水上控制器2，还可以实时感知水下充电装置3的位置、姿态、充电电压、充电电流等信息，操作员和驾驶员通过这些信息控制母船航速、航向等。
所述水上控制器2，还与所述水上电源变换电路6连接，用于将所述控制命令发送至所述水上电源变换电路6上，以控制将第一充电电源通过母船铠装电缆7传输到所述水下电源转换电路304中。
水下电源变换电路306，将第一充电电源进行变换，变换为适用于水下待充电运载器5充电所需的电源和水下充电装置3所需的电源。优选地，经过母船铠装电缆7传输至水下充电装置3的电源为1000VDC，水下电源变换电路306输出的电源为5VDC、12VDC、24VDC、36VDC、48VDC等。
所述水下控制器301，还分别与所述送电接头303、所述水下电源变换电路304连接，用于根据所述控制命令，输出连接信号和传输信号，并将所述连接信号发送至所述送电接头303，以控制所述送电接头303伸出，与所述受电插头4连接；还用于将所述传输信号发送至所述水下电源变换电路304，以控制所述第二充电电源从所述水下电源变换电路304传输到送电接头303上。
所述第一对接辅助模块306包括送电接头声学换能器3601、送电接头辅助灯3062、送电接头机械锁紧装置3063、送电接头强电磁锁紧装置3064、拉力传感器3605等。
送电接头声学换能器3061和送电接头辅助灯3602是为了便于受电插头4顺利***送电接头303中。
送电接头机械锁紧装置3603、强电磁锁紧装置3604的功能是受电插头4顺利***送电接头303后，将送电接头303和受电插头4锁死，充电完毕后两者解锁脱离。送电接头机械锁紧装置3603、强电磁锁紧装置3604均在断电时自动解锁。
拉力传感器3605是实时感知受电插头4顺利插送电接头303后的拉力情况，若超过负荷紧急情况下，水下控制器301可以命令送电接头机械锁紧装置3603和强电磁锁紧装置3604解锁甚至断电解锁。
第二对接辅助模块8包括声学水听器801、光学传感器802等，安装于水下待充电运载器5及受电插头4上。声学水听器801的功能是接收送电接头声学换能器3601产生的声波信号，光学传感器802的功能是接收送电接头辅助灯3602发出的照明信号，并把所有接收到声波信号和照明信号均传送至航行控制器9。
航行控制器9，用于根据声波信号和照明信号，获取受电插头4与送电接头303之间的相对位置关系信息，并根据相对位置关系信息调整水下待充电运载器5速度、位置和姿态，实现送电接头303与受电插头4自动对接。
所述受电插头4，在水下待充电运载器5正常航行期间收纳于水下待充电运载器5内部，需要充电时伸出水下待充电运载器5体外。
所述受电插头4，在与送电接头303对接后，将电能传送至水下待充电运载器5给充电电池501供电。
在水下充电装置3与水下待充电运载器5对接、充电过程中，母船声学定位***实时接收第一声学应答器102和第二声学应答器103的信号，确定水下充电装置3与水下待充电运载器5的位置、深度。
母船配备动力定位***10，用于在在水下充电装置3与水下待充电运载器5对接、充电过程中，母船动力定位***保证母船低速、匀速、直线航行或停泊。
图5为本发明实施例水下在线充电***的工作示意图。图6为本发明实施例水下在线充电***水下部分工作示意图，如图5和图6所示，水下在线充电***的工作流程为：
1、母船航行至水下待充电运载器5所在海域附近。
2、母船与水下待充电运载器5联系，通知水下待充电运载器5低速航行，准备充电。
3、第二声学应答器103发送声学定位信息，母船通过声学定位控制器101实时获取水下待充电运载器5的位置信息与深度信息。
4、船载测控单元通过母船铠装电缆8与水下充电装置3连接，进行测试；测试正常，母船低速航行，并将水下充电装置3施放至船尾海水中。
5、第一声学水声应答器发送声学定位信息，母船通过声学定位控制器101实时接收并感知水下充电装置3的位置信息与深度信息。
6、放母船铠装电缆8，直至水下充电装置3抵达与水下待充电运载器5大致相同的深度。
7、船载测控单元发送命令，命令水下充电装置3放出充电电缆305。
8、将母船调整到与水下待充电运载器5相同航向、大致相同航速、处于大致相同位置。
9、第一对接辅助模块306开启，送电接头声学换能器3061持续发射既定频率的声学脉冲，送电接头辅助灯3602开启光照明。
10、水下待充电运载器5上受电插头4伸出水下待充电运载器5体外。
11、水下待充电运载器5上的第二对接辅助传感器8开启，包括声学水听器801、光学传感器802等，声学水听器801接收送电接头声学换能器3601产生的声波信号，光学传感器802接收送电接头辅助灯3602发送的光照明信号，并将声波信号和光照明信号均传送至航行控制器9。
11、水下待充电运载器5上的航行控制器9接收声波信号和光照明信号，并根据声波信号和光照明信号，获取受电插头4与送点接头303之间的相对位置关系信息，并根据所述相对位置关系信息，调整水下待充电运载器5速度、位置和姿态，实现送电接头303与受电插头4自动对接。
12、当送电接头303与受电插头4对接成功后，送电接头机械锁紧装置3603和强电磁锁紧装置3604将送电接头303与受电插头4锁紧。
13、水下充电装置3以既定模式为水下待充电运载器5充电。
14、充电结束后，充电电缆306断电，送电接头机械锁紧装置3603和强电磁锁紧装置3604将送电接头303与受电插头4解锁。
15、受电插头4缩回水下待充电运载器5体内。
16、船载测控单元发送命令，命令水下充电装置3回收充电电缆305。
17、母船回收母船铠装电缆7及水下充电装置3。
与现有技术相比，本发明提供的***优点为：
第一、采用本发明实施例提供的***或者方法能够实时调整水下充电装置的位置，保证准确无误的与水下运载器或者海洋设备连接，实现水下在线充电，同时也大大提供工作效率，避免回收再施放过程中产生的巨大风险。
第二、本发明实施例使用母船通过水下充电装置为水下待充电装置进行充电，母船动力充足，母船铠装电缆传输能力强，水下充电装置最大充电功率可达100kW，大大缩短充电时间。
第三、本发明实施例使用母船通过水下充电装置为水下待充电装置进行充电，母船动力充足，母船铠装电缆传输能力强，水下充电装置可以同时为多个水下待充电运载器进行充电，大大提高充电效率。
第四、本发明实施例使用母船通过水下充电装置为水下待充电装置进行充电，母船动力充足，母船铠装电缆传输能力强，水下充电装置可以为深水空间站等超大型水下运载器充电。
第五、母船配备声学定位***，可以实时定位水下充电装置与水下待充电装置的相对位置信息，母船根据相对位置信息调整船速与航向，提高对接速度。
第六、水下充电装置实时上传充电状态信息，母船可实时了解充电状态信息，以便应对突发状况。
为实现上述目的，本发明还提供了一种水下在线充电的方法。
图7为本发明实施例水下在线充电方法的流程示意图，如图7所示，本发明提供的方法具体包括以下步骤：
步骤701：获取所述水下充电装置的第一三维位置坐标信息和所述水下待充电装置的第二三维位置坐标信息；
步骤702：实时获取所述水下充电装置的水下深度信息和离地高度信息；
步骤703：根据所述第一三维位置坐标信息、所述第二三维位置坐标信息以及所述水下充电装置的水下深度信息和离地高度信息，调整所述水下充电装置的位置，直至所述水下充电装置与所述水下待充电装置之间的距离在预设范围内；
步骤704：当所述水下充电装置与所述水下待充电装置之间的距离在预设范围内时，输出水下充电信号；
步骤705：根据所述水下充电信号，控制所述送电接头与所述受电插头连接，形成充电电路。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种水下在线充电的***，其特征在于，所述***与水下待充电装置连接；所述***包括：位置采集装置、水上控制器、水下充电装置以及受电插头；其中，所述受电插头设置在所述水下待充电装置上；
所述位置采集装置，用于采集所述水下充电装置的第一三维位置坐标信息和所述水下待充电装置的第二三维位置坐标信息；
所述水下充电装置，包括水下控制器、***传感器以及送电接头；所述***传感器，用于采集所述水下充电装置的水下深度信息和离地高度信息；所述送电接头，与所述受电插头连接，用于与所述受电插头连接形成充电电路；所述水下控制器，与所述送电接头连接，用于控制所述送电接头的伸缩；
所述水上控制器，分别与所述位置采集装置、所述水下充电装置连接，用于根据所述第一三维位置坐标信息、所述第二三维位置坐标信息、所述水下深度信息以及所述离地高度信息，调整所述水下充电装置的位置，直至所述水下充电装置与所述水下待充电装置之间的距离在预设范围内，还用于当所述水下充电装置与所述水下待充电装置之间的距离在预设范围内时，输出水下充电信号，并将所述水下充电信号发送至所述水下控制器，以控制所述送电接头伸出，与所述受电插头连接形成充电电路；
所述***需要母船支撑；所述***还包括母船动力定位***；所述母船动力定位***用于在水下充电装置与水下待充电装置对接、充电的过程中，保证母船低速、匀速、直线航行或停泊。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括水上电源变换电路；
所述水上电源变换电路，用于将母船交流动力电变换为适用于远距离传输的第一充电电源；
所述水上控制器，还与所述水上电源变换电路连接，用于将所述水下充电信号发送至所述水上电源变换电路上，以控制将所述第一充电电源传输到所述水下充电装置中；其中，所述水上控制器和所述水上电源变换电路设置在母船上。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述***还包括母船铠装电缆；所述母船铠装电缆，分别与所述水上控制器、所述水上电源变换电路和所述水下充电装置连接。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述位置采集装置包括声学定位控制器、第一水声应答器以及第二水声应答器；所述第一水声应答器设置所述水下充电装置上；第二水声应答器设置所述水下待充电装置上；所述声学定位控制器设置在所述母船上；
所述声学定位控制器，与所述第一水声应答器连接，用于获取所述水下充电装置的第一三维位置坐标信息；
所述声学定位控制器，与所述第二水声应答器连接，用于获取所述水下待充电装置的第二三维位置坐标信息；
所述声学定位控制器，与所述水上控制器连接，用于将所述第一三维位置坐标信息和所述第二三维位置坐标信息发送到所述水上控制器。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述水下充电装置还包括：水下电源变换电路；
所述水下电源变换电路，与所述母船铠装电缆连接，用于接收所述第一充电电源，并将接收到的所述第一充电电源进行转换，得到适用于所述水下待充电装置充电时所需的第二充电电源；
所述水下控制器，还分别与所述送电接头、所述水下电源变换电路连接，用于根据所述水下充电信号，输出连接信号和传输信号，并将所述连接信号发送至所述送电接头，以控制所述送电接头伸出，与所述受电插头连接；将所述传输信号发送至所述水下电源变换电路，以控制所述第二充电电源从所述水下电源变换电路传输到所述送电接头上。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述水下充电装置还包括：充电电缆；所述充电电缆，一端连接所述送电接头，另一端连接水下电源变换电路，用于将所述第二充电电源通过所述充电电缆传输到所述送电接头上。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述水下充电装置还包括：第一对接辅助模块；
所述第一对接辅助模块，设置在靠近所述送电接头位置的充电电缆上；所述第一对接辅助模块包括送电接头声学换能器、送电接头辅助灯、送电接头机械锁紧装置以及送电接头强电磁锁紧装置；其中，所述送电接头声学换能器，用于发送所述送电接头的第一位置信息；所述送电接头辅助灯，用于发送所述送电接头的第二位置信息；所述送电接头机械锁紧装置和所述送电接头强电磁锁紧装置，用于当所述受电插头***所述送电接头后，将所述送电接头和所述受电插头锁死，当充电完毕后，将所述送电接头和所述受电插头解锁脱离；
所述水下控制器，还与所述第一对接辅助模块连接，用于控制所述对接辅助模块的开启与关闭。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述***还包括：第二对接辅助模块和航行控制器；
所述第二对接辅助模块，设置在所述水下待充电装置内，包括声学水听器和光学传感器；所述声学水听器，与所述送电接头声学换能器连接，用于采集所述送电接头的第一位置信息；所述光学传感器连接，与所述送电接头辅助灯，用于采集所述送电接头的第二位置信息；
所述航行控制器，设置在所述水下待充电装置上，分别与所述第二对接辅助模块、所述受电插头连接，用于接收所述送电接头的第一位置信息和所述送电接头的第二位置信息，并根据所述送电接头的第一位置信息和所述送电接头的第二位置信息，调整所述受电插头的位置，直至所述受电插头***所述送电接头中。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述水下充电装置还包括：外壳，密封舱、配重块；
所述外壳采用不锈钢焊接加工而成；
所述外壳的内部设有所述第一水声应答器、所述***传感器、所述密封舱以及所述配重块；所述密封舱的内部设有所述水下控制器和所述水下电源变换电路；所述外壳的外部设有所述对接辅助模块、所述充电电缆和所述送电接头。
10.一种水下在线充电的方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-9任意一项所述的水下在线充电的***，所述方法包括：
获取所述水下充电装置的第一三维位置坐标信息和所述水下待充电装置的第二三维位置坐标信息；
实时获取所述水下充电装置的水下深度信息和离地高度信息；
根据所述第一三维位置坐标信息、所述第二三维位置坐标信息以及所述水下充电装置的水下深度信息和离地高度信息，调整所述水下充电装置的位置，直至所述水下充电装置与所述水下待充电装置之间的距离在预设范围内；
当所述水下充电装置与所述水下待充电装置之间的距离在预设范围内时，输出水下充电信号；
根据所述水下充电信号，控制所述送电接头与所述受电插头连接，形成充电电路。
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