架空线路行走机器人电池加热管理系统及控制方法与流程

1.本发明涉及一种架空线路行走机器人电池加热管理系统及控制方法。

背景技术：

2.为了解决高压、超高压、特高压输电线路覆冰问题或者其他问题，可用于巡检、除冰专业等作业的输电线路行走机器人势在必行，但是目前行走机器人使用过程中，存在以下诸多问题；目前在架空线路行走机器人使用环境一般为高空环境，高空环境温度低，使用普通低温电芯的电池在0℃以下无法充电，而采用特殊低温电芯的电池体积大、重量大、成本高；其次，温度0℃以下时，需要对电池进行加热，电池内部电芯并没有全部达到0℃以上就开启充电，导致电芯出现损坏，降低了电池的容量和使用寿命；再次，目前的架空线路行走机器人中，并没有把机器人返航里程、返航时间、当前电量、当前温度、当前电压等因素综合起来建立起一个电池电量预警模型，会增加机器人因电池电量耗尽而滞留在架空线上的风险；另外，目前的架空线路行走机器人提前加热时，并未能根据实际情况实现何时加热，可能会导致过早加热而引起能量浪费或者机器人无法返航的问题；并且，目前的架空线路行走机器人提前加热时，并未能根据实际情况实现多大功率加热，可能会导致过大功率加热而引起能量浪费或者机器人无法返航的问题；并且，当电池任意电芯温度处于0℃以下时，目前bms均不会主动关闭充电mos管，会增加电池直接进行低温充电继而损坏电芯的风险；然后，目前机器人都是抵达充电点之后才进行电池加热，增加了充电时间，降低了整个机器人的巡检作业效率；同时返航时不能合理利用电池的剩余电量，降低了电池电量的利用率；另外，目前架空线路行走机器人进行充电时，都是充电设备和电池建立连接之后，充电设备同时给电池充电和负载供电，0℃以下时会损坏电池。

技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提供了一种架空线路行走机器人电池加热管理系统，采用电池加热的方式对电池进行加热管理从而让电芯处于合理充电温度范围之内，可以保护电池，减小机器人总体积、总重量、总成本，可以解决目前架空线路行走机器人低温状态下电池无法充电，强行充电甚至会损坏电芯的问题。
4.本发明的另一个目的是提供一种电池加热的控制方法，该方法在机器人返航时充上电之后，先不给电池充电，而是先给电池加热，等电池内部电芯温度达到合理充电范围之后，再给电池充电，能够有效保护电池，延长电池使用寿命，可以解决目前架空线路行走机器人低温状态下返航充电时，本身所存储的电量不足以达到电池本身加热的效果，强行加热甚至可能会出现电池过放的隐患。
5.本发明采用以下技术方案：架空线路行走机器人电池加热管理系统，所述架空线路行走机器人通过行走机构在通过杆塔架设的架空线路上行走对架空线路进行巡检和/或作业，所述架空线路行走机器人通过设置在杆塔上面的固定充电位置的充电设备进行充电，所述架空线路行走机器人
上设有用于存储以及释放电量的电池，所述电池加热管理系统包括：设于所述架空线路行走机器人上用于存储电池的电池仓；设在所述电池仓内用于加热电池的加热膜；用于采集电池表面温度的温度传感器；用于对电池进行通信控制的主控制板，设于所述架空线路行走机器人，所述主控制板与所述温度传感器电性连接，所述主控制板根据所述温度传感器的信号控制所述加热膜加热或停止加热；无线通信模块，用于使所述充电设备和所述架空线路行走机器人之间无线通信连接，所述架空线路行走机器人上的主控制板通过所述无线通信模块获取所述充电设备的信息；以及，用于确认所述架空线路行走机器人当前位置的定位系统，通过确认的所述架空线路行走机器人当前位置信息计算返程的里程数；所述架空线路行走机器人通过所述主控制板获取充电设备的信息，所述主控制板和所述主控制板信号连接，所述主控制板根据所述主控制板的数据控制所述架空线路行走机器人返回充电位置。
6.优选的，还包括上位机，与所述架空线路行走机器人通信连接，用于向所述架空线路行走机器人下发任务指令。
7.优选的，所述加热膜被配置硅橡胶加热膜。
8.优选的，所述加热膜被配置为紧贴电池左侧、右侧、下侧布置，所述加热膜被配置为面积尺寸与电池的左侧、右侧、下侧对应一致，所述温度传感器被配置为放置位置紧贴电池上表面。
9.优选的，还包括用于控制加热膜开关的开关驱动板，所述开关驱动板为使用pwm控制的开关驱动板，所述主控制板与所述开关驱动板电性连接，所述主控制板根据所述温度传感器的信号控制开关驱动板开启或关闭所述加热膜。
10.优选的，所述主控制板与电池bms通信。
11.优选的，还包括设在所述电池仓内用于使电池保温的保温棉，所述保温棉被配置为分别紧贴电池仓内表面布置。
12.优选的，所述无线通信模块包括设在充电设备的无线模块和设在所述架空线路行走机器人的主控制板的无线模块，两者通过蓝牙或者433m无线进行通信。
13.优选的，所述架空线路行走机器人设有与所述电池电性连接的用于给电池充电的机器人侧充电口，所述电池有充电口和放电口，所述架空线路行走机器人侧充电口与所述电池的充电口连接，充电设备端充电口与充电设备输出口连接。
14.优选的，还包括用于确认所述架空线路行走机器人是否到充电位置的充电限位开关。
15.本发明还涉及一种应用于如上所述的电池加热管理系统的控制方法，包括步骤1：判断当温度传感器值t1低于0℃时，主控制板与电池进行通信，读取电池bms信息，解析电池bms采样的各个电芯的温度，比较获取最低电芯温度t2和电池当前电压u1；步骤2：判断当t2低于0℃时，t1是否小于t2，若否，则继续执行步骤3；若是，则执行
步骤4；步骤3：计算电池目前温度与电池能够正常充电温度的温度差
△
t，确保充电时电芯最低温度在5℃，即加热温度差
△
t=
ꢀ‑
t2 +5；步骤4：计算电池目前温度与电池能够正常充电温度的温度差
△
t，确保充电时电芯最低温度在5℃，即加热温度差
△
t=
ꢀ‑
t1 +5。
16.优选的，所述电池加热控制方法包括：步骤1：读取温度传感器值t1，继续执行步骤2；步骤2：判断t1是否低于0℃，若否，则执行步骤1；若是，则执行步骤3；步骤3：主控制板与电池进行通信，读取电池bms信息，解析电池bms采样的各个电芯的温度，比较获取最低电芯温度t2和电池当前电压u1，继续执行步骤4；步骤4：判断t2是否低于0℃，若否，则继续执行步骤3；若是，则执行步骤5；步骤5：判断t1是否小于t2，若否，则继续执行步骤6；若是，则执行步骤7；步骤6：计算电池目前温度（即t1与t2比较的较小值）与电池能够正常充电温度的温度差
△
t，确保充电时电芯最低温度在5℃，即加热温度差
△
t=
ꢀ‑
t2 +5，继续执行步骤8；步骤7：计算电池目前温度与电池能够正常充电温度的温度差
△
t，确保充电时电芯最低温度在5℃，即加热温度差
△
t=
ꢀ‑
t1 +5，继续执行步骤8；步骤8：计算当前电池由目前温度加热到电池充电温度所需的能量，加热总能量为w1=cm
△
t/α，c为电池电芯材料的比热容，m为电池的总质量，α为电池仓保温系数，继续执行步骤9；步骤9：电池的左侧、下方、右侧共3块加热膜，定义单块加热膜的额定加热功率为p3，计算加热膜额定功率下加热所需的加热时间t3，t3=w1/p3/3。继续执行步骤10；步骤10：切断电池充电回路防止零下情况下充电设备给电池电芯进行充电；继续执行步骤11；步骤11：读取定位信息，解析机器人目前所处位置，计算机器人距离充电位置的里程s，继续执行步骤12；步骤12：读取机器人运行速度v，计算返航运动时间t1=s/v；设定机器人运动平均功率值为p1；继续执行步骤13；步骤13：根据已解析的机器人目前所处位置，计算需要穿越杆塔的数量为n；设定机器人穿越单个杆塔的时间为t2；机器人穿越单个杆塔的平均功率值为p2；继续执行步骤14；步骤14：计算机器人此刻返航的总时间t，t=t1+n*t2；继续执行步骤15；步骤15：计算机器人此刻返航的总功耗w2，w2=p1*t1+p2*n*t2；继续执行步骤16；步骤16：计算机器人此刻返航所需的电量q1，q1=w2/u1；继续执行步骤17；步骤17：主控制板与电池进行通信，读取电池bms信息，读取电池的当前电量q2，继续执行步骤18；步骤18：计算机器人电池当前的富余电量q3，q3=q2-q1，继续执行步骤19；步骤19：计算机器人电池当前的富余能量w3，w3=q3*u1，继续执行步骤20；步骤20：判断此刻机器人前进方向是返回充电位置方向还是远离充电位置方向，若机器人前进方向是远离充电位置方向，则执行步骤26；若机器人前进方向是返回充电位
置方向，则执行步骤21；步骤21：判断q3是否小于15%，若否，则继续执行步骤22；若是，则执行步骤23；步骤22：继续执行当前任务，即上位机（即远端电脑端）下发的巡检和/或除冰任务；步骤23：主控制板上报此时的电池温度、电芯温度、电池电量、返航里程、电池电量、富余电量信息给上位机，对上位机进行电池电量预警，继续执行步骤24；步骤24：等待上位机下发返航指令，若是，则继续执行步骤25；若否，则继续执行步骤23；步骤25：收到上位机下发的返航指令，调转机器人前进方向，继续执行步骤26；步骤26：判断此时电池的富余电量是否大于5%；若是，则执行步骤27；若否，则执行步骤31；步骤27：判断此时返航总时间t是否小于电池加热时间t3；若是，则执行步骤28；若否，则执行步骤26；步骤28：判断此时机器人电池当前的富余能量w3是否小于电池加热所需总能量w1；若是，则执行步骤29；若否，则执行步骤30；步骤29：计算主控制板的pwm输出占空比d，d=w3/w1，继续执行步骤32；步骤30：若主控制板的pwm输出占空比d=100%，继续执行步骤32；步骤31：若主控制板的pwm输出占空比d=0%，继续执行步骤35；步骤32：负责放大驱动能力的驱动板的供电电压为24v，驱动板的输出电压为u2，u2=24*d，继续执行步骤33；步骤33：单加热膜的加热功率p4与输入电压成正比，p4=d*p3，继续执行步骤34；步骤34：开启电池加热，对电池进行预热，继续执行步骤36；步骤35：停止电池加热，继续执行步骤36；步骤36：判断机器人充电位置限位开关是否闭合，该限位开关是机器人到达充电位置就会触发闭合，若否，则继续执行步骤26；若是，则执行步骤37；步骤37：主控制板通过无线通信模块与充电设备进行通信，读取充电设备信息并解析，继续执行步骤38；步骤38：判断充电设备输出端是否有输出充电电流，若否，则继续执行步骤37；若是，则执行步骤39；步骤39：主控制板调整输出占空比d=100%，加热膜处于额定功率输出，开启电池加热，继续执行步骤40；步骤40：切断电池放电回路，只用充电装置对所述架空线路行走机器人进行供电，继续执行步骤41；步骤41：判断此时电池的所有电芯温度是否都大于5℃，若否，则继续执行步骤41；若是，则执行步骤42；步骤42：判断此时电池上表面温度传感器的温度是否大于5℃，若否，则继续执行步骤42；若是，则执行步骤43；步骤43：对电池充电，实时检测并上传电池电量。
17.优选的，所述步骤1中，每过1分钟循环读取一次t1；
所述步骤11中，每过30秒循环读取定位信息；所述步骤12中，每过30秒循环读取机器人运行速度v。
18.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：1、当检测到电池表面以及电池任意电芯存在0℃以下低温的情况，与电池通信，切断给电池电芯的充电回路，能够在电池低温情况下保护电池电芯，防止机器人回到充电点位之后，物理充电口建立连接之后，充电设备直接在电池处于0℃以下给电池进行充电而损坏电池电芯，降低直接进行低温充电的风险，延长电池使用寿命；2、机器人在线路上巡检作业途中，通过定位系统实时检测当前位置，换算此刻的返航里程和返航所需电量，能够保证机器人电池电量足够满足机器人返航，极大降低因为电池电量问题导致机器人无法安全返航，从而引发滞留在架空线上的风险；3、当电池富余电量低于阈值时，且机器人运动方向远离杆塔上的充电位置，向上位机进行电池电量预警，能够协助上位机进行合理的任务分配，确保能够在安全返航的前提下完成指定任务；4、机器人开启加热时，能够根据当前电池电量与电池加热所需能量之间的数量关系，进行计算，实时调整电池加热功率，能够防止电池加热使用过多能量而影响机器人安全返航；能够充分利用电池的剩余能量，并提高电池加热效率；5、根据电池当前温度，换算电池加热所需要的能量，在加热功率一定的情况下，来实时换算机器人返航时何时进行加热，能够最大化利用电池本身能量，不会因为过早加热而浪费能量，不会因为过早加热而耗尽电池能量；还能够满足机器人安全返航的前提下，提前开启电池加热，提高电池充电效率，继而提高机器人巡检效率；6、当机器人通过检测实时位置换算得出的返航里程小于设定阈值时，判断当前电池富余容量是否满足开启电池加热的阈值；如果能满足，则开启电池加热，若不能满足，则实时循环判断该条逻辑，可能在返航里程为
½
设定阈值里程时，能开启电池加热；能够在机器人返航途中，电池满足条件下，提前开启加热；能够最大化的利用电池能量，提高电池能量使用率；能够提前开启加热，减少机器人在充电站进行电池加热的时间，提高机器人充电效率，降低整个机器人的巡检作业时间，提高机器人的利用率；7、机器人抵达充电限位点，检测到充电设备有充电电流之后，控制电池关闭放电，通过外部充电设备直接给加热膜供电，从而实现对电池进行加热；加热电池过程中，能够保持电池当前电量，减少电池回温后的充电时间，增加机器人的整体利用率；同时降低了加热过程中电池耗尽电量甚至过放的风险，延长电池的使用寿命；8、电池上表面温度、电池所有电芯温度都需要满足5℃以上，才能打开电池充电mos管和放电mos管，进行电池充电；本发明通过关闭和打开mos管判断条件存在5℃的回差，能够防止继电器频繁开启关闭，降低继电器的故障率，延长继电器的使用寿命。
附图说明
19.图1为本发明实施例提供的机器人电池加热系统的硬件结构连接图。
20.图2为本发明实施例提供的机器人电池加热系统的工作流程逻辑控制图。
21.图3-6为图2的局部放大图。
具体实施方式
22.为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
23.本实施例的架空线路行走机器人电池加热管理系统，一般在线路巡检作业机器人的应用场景中使用较多，其中，所述机器人通过行走机构在通过多个杆塔架设的架空线路上行走对架空线路进行巡检和/或作业，所述机器人通过设置在杆塔上面的固定充电位置的充电设备进行充电，所述机器人上设有用于存储以及释放电量的电池，所述电池加热管理系统主要包括电池加热部分和辅助控制部分，具体包括：设于所述机器人上用于存储电池的电池仓；设在所述电池仓内用于加热电池的加热膜；用于采集电池表面温度的温度传感器；用于对电池进行通信控制的主控制板，所述主控制板与所述温度传感器电性连接，所述主控制板根据所述温度传感器的信号控制所述硅胶加热膜加热或停止加热；无线通信模块，用于使所述充电设备和所述机器人之间无线通信连接，所述机器人上的主控制板通过所述无线通信模块获取所述充电设备的信息；以及，用于确认所述机器人当前位置的定位系统，通过确认的所述机器人当前位置信息计算返程的里程数；设于所述机器人的主控制板，所述机器人通过所述主控制板获取充电设备的信息，所述主控制板和所述主控制板信号连接，所述主控制板根据所述主控制板的数据控制所述机器人返回充电位置。
24.该线路巡检作业机器人实际应用场景应用在输电线路的地线上，结合可见光红外、驱动电机、机械臂等外设进行输电线路及杆塔的巡检和作业，能够降低人工巡检作业的危险性、繁琐性、误检率，该架空线路行走机器人电池加热管理系统能够保证普通电池在0℃以下能够实现快速充电，以及尽可能的提高电池放电使用率，保证机器人能够安全返航，应用场景中主要形成机器人本体端、杆塔充电站、近端后台、远端服务器。
25.1、机器人本体端（1）机器人本体挂在输电线路的地线上，主要功能是通过主动轮在地线上移动，继而实现巡检、除冰、作业等功能；（2）机器人本体的通信：通过2.4g/5.8gwifi与近端后台、各杆塔上的充电站进行通信；通过4g/5g公网与客户的远端服务器进行通信；（3）机器人本体的供电：机器人通过锂电池进行续航，与充电站系统交互后进行充电；2、杆塔充电站（1）充电站固定安装在杆塔上，主要功能是通过接触方式给机器人本体进行充电；（2）充电站通过太阳能电池板供电，铅酸电池进行储能，铅酸电池通过逆变给充电器供能；（3）充电站通过2.4g/5.8gwifi与近端后台、机器人本体端进行通信;3、近端后台（1）近端后台布置在杆塔底下附近50-100m范围内，主要功能是现场调试、收集机
器人本体端数据、现场紧急控制；（2）近端后台可以采用市电供电或者移动电源式供电；（3）近端后台通过2.4g/5.8gwifi与机器人本体端、各杆塔上的充电站进行通信;4、远端服务器（1）远端服务器一般设置在客户室内，主要功能是远端数据采集、任务下发、报警上送；（2）远端服务器通过4g/5g公网与机器人本体端进行通信。
26.具体的，结合附图1，该架空线路行走机器人电池加热管理系统中，电池加热部分包括：电池仓、保温棉、加热膜、开关驱动板、锂电池、主控制板（即mcu）、充电站充电设备。
27.电池仓采用基本密闭的电池仓，可以允许有有些出线孔。
28.保温棉采用玻璃棉，紧贴于电池仓内壁六个面，用于加热膜进行加热时的保温，减少热量通过空气和电池仓的外溢，提高加热效率。
29.开关驱动板在mcu经驱动电路的控制下，开启关闭加热膜的电源线，继而控制加热。
30.加热膜采用硅橡胶加热膜，一共3块，分别与电池左侧、下侧、右侧的面积相同，紧贴电池安装布置。
31.电池采用锂电池，采用普通低温电芯，即0℃以下电池能够进行放电，但是不能进行充电，锂电池使用时放置于布满保温棉的电池仓内部；同时锂电池采用软包形式，内部含有bms和电芯，每个电芯表面均有温度探头采集温度回传到bms。锂电池与mcu通过串口进行通信，获取电池电量、电压、充放电电流、电芯温度等信息。
32.电池bms上包含充电mos管和放电mos管，其中充电mos管能够实现开关电芯的充电回路，放电mos管能够实现开关电芯的放电回路。
33.充电站充电设备固定在杆塔上，目前采用是无线充电，也可以采用接触式充电。
34.辅助控制部分包括：定位系统、充电限位开关、无线通信模块、温度传感器。
35.定位系统采用gps，安装在机器人的本体上，通过网口与mcu进行通信，可以用来获取机器人当前经纬度，与之前积累的数据进行比对换算，确认机器人位于哪两个杆塔之间，计算距离充电点返航里程数。
36.充电限位开关是触碰式机械限位开关，安装在机器人的充电机构上，只有充电站上的装置才能触碰，继而mcu确认机器人已经到达充电位置。
37.无线通信模块分为两部分，一部分是机器人控制板上的板载无线模块，另一部分是充电设备上无线模块，两者通过433m或者2.4g无线进行通信，板载无线模块通过串口与主控制mcu进行通信。
38.温度传感器探头紧贴电池上表面，采集电池上表面的温度，通过串口与mcu进行通信。
39.在本发明实例中，参见图2-6，本发明提供的基于上述电池加热管理系统可以采用如下控制方法实现：步骤1：该架空线路行走机器人在架空线路上巡检行走作业时，每过1分钟循环读取一次紧贴着机器人上的电池的上表面的温度传感器值t1；继续执行步骤2；步骤2：判断温度传感器值t1是否小于0℃，若否，则执行步骤1；若是，则执行步骤
3；步骤3：mcu与电池进行通信，读取电池bms信息，解析电池bms采样的各个电芯的温度，比较获取最低电芯温度t2和电池当前电压u1；继续执行步骤4；步骤4：判断最低电芯温度t2是否低于0℃；若否，则继续执行步骤3；若是，则执行步骤5；步骤5：判断温度传感器值t1是否小于最低电芯温度t2；若否，则继续执行步骤6；若是，则执行步骤7；步骤6：计算目前温度与电池能够正常充电温度的温度差
△
t，确保充电时电芯最低温度在5℃，即加热温度差
△
t=
ꢀ‑
t2+5，继续执行步骤8；步骤7：计算目前温度与电池能够正常充电温度的温度差
△
t，确保充电时电芯最低温度在5℃，即加热温度差
△
t=
ꢀ‑
t1+5，继续执行步骤8；步骤8：因电池绝大部分为电芯，电池电芯材料的比热容为c，电池的总质量为m，电池仓保温系数为α，计算当前电池由目前温度加热到电池充电温度所需的能量，加热总能量为w1=cm
△
t/α，继续执行步骤9；步骤9：单块加热膜的额定加热功率为p3，加热系统有左、下、右共3块加热膜，计算加热膜额定功率下加热所需的加热时间t3，t3=w1/p3/3；继续执行步骤10；步骤10：关断电池充电回路mos管，切断充电回路，防止零下情况下，充电设备给电池电芯进行充电；继续执行步骤11；步骤11：每过30秒循环读取gps信息，解析机器人目前所处位置，计算机器人距离杆塔上面充电点的里程s，继续执行步骤12；步骤12：每过30秒循环读取机器人运行速度v，计算返航运动时间t1=s/v；根据经验，机器人架空线上默认运动平均功率值采用固定值p1，继续执行步骤13；步骤13：根据已解析的机器人目前所处位置，计算需要穿越杆塔的数量为n；根据经验，机器人穿越单个杆塔的时间采用固定值t2；根据经验，机器人穿越单个杆塔的平均功率值采用固定值p2；继续执行步骤14；步骤14：计算机器人此刻返航的总时间t，t=t1+n*t2；继续执行步骤15；步骤15：计算机器人此刻返航的总功耗w2，w2=p1*t1+p2*n*t2；继续执行步骤16；步骤16：计算机器人此刻返航所需的电量q1，q1=w2/u1；继续执行步骤17；步骤17：mcu与电池进行通信，读取电池bms信息，读取电池的当前电量q2；继续执行步骤18；步骤18：计算机器人电池当前的富余电量q3，富余电量=当前电量-返航所需电量，即q3=q2-q1；继续执行步骤19；步骤19：计算机器人电池当前的富余能量w3，w3=q3*u1；继续执行步骤20；步骤20：判断此刻机器人前进方向是返回充电点方向还是远离充电点方向；若机器人前进方向是远离充电点方向，则执行步骤26；若机器人前进方向是返回充电点方向，则执行步骤21；步骤21：判断此刻富余电量q3是否小于15%；若否，则继续执行步骤22；若是，则执行步骤23；步骤22：继续执行当前任务；
步骤23：mcu上报此时的电池温度、电芯温度、电池电量、返航里程、电池电量、富余电量等信息给上位机，对上位机进行电池电量预警。继续执行步骤24；步骤24：等待上位机下发返航指令；若是，则继续执行步骤25；若否，则继续执行步骤23；步骤25：收到上位机下发的返航指令，调转机器人前进方向；继续执行步骤26；步骤26：判断此时电池富余电量是否大于5%；若是，则执行步骤27；若否，则执行步骤31；步骤27：判断此时返航总时间t是否小于电池加热时间t3；若是，则执行步骤28；若否，则执行步骤26；步骤28：判断此时机器人电池当前的富余能量w3是否小于电池加热所需总能量w1；若是，则执行步骤29；若否，则执行步骤30；步骤29：富余能量w3与需加热能量w1的比值d，即为mcu的pwm输出占空比d；继续执行步骤32；步骤30：mcu的pwm输出占空比d=100%。继续执行步骤32；步骤31：mcu的pwm输出占空比d=0%。继续执行步骤35；步骤32：负责放大驱动能力的驱动板的供电电压为24v，驱动板的输出电压为u2，u2=24*d；继续执行步骤33；步骤33：单加热膜的加热功率p4与输入电压成正比，p4=d*p3；继续执行步骤34；步骤34：开启电池加热，对电池进行预热；继续执行步骤36；步骤35：停止电池加热；继续执行步骤36；步骤36：判断机器人充电点限位开关是否闭合，该限位开关是机器人到达充电位置就会触发闭合；若否，则继续执行步骤26；若是，则执行步骤37；步骤37：mcu通过板载无线模块（板载433m无线模块），与充电设备端的无线模块进行通信，读取充电设备信息并解析；继续执行步骤38；步骤38：判断充电设备输出端是否有输出充电电流；若否，则继续执行步骤37；若是，则执行步骤39；步骤39：mcu调整输出占空比d=100%，加热膜处于额定功率输出，开启电池加热；继续执行步骤40；步骤40：关闭电池放电mos管，切断电池放电回路，此时只用外部充电设备对整个机器人进行供电，保持电池容量，以便电池等下能够更快充满，充分利用时间；继续执行步骤41；步骤41：判断此时电池的所有电芯温度是否都大于5℃；若否，则继续执行步骤41；若是，则执行步骤42；步骤42：判断此时电池上表面温度传感器的温度是否大于5℃；若否，则继续执行步骤42；若是，则执行步骤43；步骤43：打开电池充电mos管和放电mos管，开始进行对电池充电，实时检测并上传电池电量。
40.本实施例所采用的技术方案具有以下优点：1、mcu在电池表面及电芯在0℃以下时控制电池关闭充电mos管，切断电池内部电
芯的充电回路，电池无法充电；只有在电池及电芯均达到0℃及以上一定温度时，才能控制电池打开充电mos管，外部充电设备才能对电池电芯进行充电；2、实时通过gps等定位信息确认机器人当前位置，计算机器人此刻返航里程，根据当前平均速度，计算机器人此刻返航时间，继而估算出机器人返航所需的能量和电池电量；结合当前电池电量，得出电池的富余电量；通过电池富余电量能对机器人进行电池电量预警，把电池电量实时控制融入为机器人巡检作业任务的一部分；3、mcu在电池表面及电芯在0℃以下时，实时计算电池需要提高的温度值，继而换算完成加热整个电池所需要的能量。该能量与电池本身剩余能量作比较，返航途中根据电池能量与需加热能量的线性关系，实时调整电池加热功率，能够最大化的利用电池剩余容量，在满足机器人安全返航前提下实现高效加热；4、电池表面及电芯在0℃以下时，电池需要提高的温度值固定，完成加热整个电池所需要的能量是确定的，在加热膜加热功率一定的情况下，加热时间是确定的；机器人的返航时间只有在小于该加热时间情况下，电池开启加热才能够连续不间断进行加热，否则可能因为电池电量不足中断加热，甚至机器人因电池能量耗尽挂在线上的问题；5、在机器人返航途中使用电池进行提前加热，以便在返航途中能够利用电池的残余电量对电池本体进行加热，合理条件下最大化利用电池，也能减少在充电站的加热时间，提高充电效率；6、机器人抵达充电站之后，电池表面及电芯在0℃以下时进行充电并加热时，充电设备检测到电池电压开启充电后，控制电池关断放电mos管，利用外部充电设备直接对电池进行加热，直到电池表面及电芯均在0℃以上一定温度时，才控制电池打开充电mos管和放电mos管。
41.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.架空线路行走机器人电池加热管理系统，所述机器人通过行走机构在通过杆塔架设的架空线路上行走对架空线路进行巡检和/或作业，所述机器人通过设置在杆塔上面的固定充电位置的充电设备进行充电，所述机器人上设有用于存储以及释放电量的电池，其特征在于，所述电池加热管理系统包括：设于所述机器人上用于存储电池的电池仓；设在所述电池仓内用于加热电池的加热膜；用于采集电池表面温度的温度传感器；用于对电池进行通信控制的主控制板，所述主控制板与电池bms通信，所述主控制板与所述温度传感器信号连接，所述主控制板根据所述温度传感器的信号通过开关驱动板控制所述硅胶加热膜加热或停止加热；以及，无线通信模块，用于所述充电设备和所述机器人的主控制板之间无线电性连接，所述主控制板通过所述无线通信模块获取所述充电设备的信息；定位系统，用于确认所述机器人当前位置，通过确认的所述机器人当前位置信息计算所述机器人返回至充电位置的里程数。2.根据权利要求1所述的架空线路行走机器人电池加热管理系统，其特征在于，还包括用于控制加热膜开关的开关驱动板，所述开关驱动板为通过pwm控制的开关驱动板，所述主控制板与所述开关驱动板连接，所述主控制板根据所述温度传感器的信号控制开关驱动板开启或关闭所述硅胶加热膜。3.根据权利要求1所述的架空线路行走机器人电池加热管理系统，其特征在于，还包括设在所述电池仓内或电池仓外用于使电池保温的保温棉，所述保温棉被配置为分别紧贴电池仓内部六个面布置。4.根据权利要求1所述的架空线路行走机器人电池加热管理系统，其特征在于，所述无线通信模块包括设在充电设备的无线模块和设在所述主控制板的无线模块，两者通过蓝牙或者433m无线通信。5.根据权利要求1所述的架空线路行走机器人电池加热管理系统，其特征在于，所述机器人设有与所述电池电性连接的用于给电池充电的机器人侧充电口，所述电池有充电口和放电口，所述机器人侧充电口与所述电池的充电口连接，充电设备端充电口与充电设备输出口连接。6.应用于如权利要求1至5任一项所述的架空线路行走机器人电池加热管理系统的控制方法，其特征在于，包括：步骤1：判断当温度传感器值t1低于0℃时，主控制板与电池进行通信，读取电池bms信息，解析电池bms采样的各个电芯的温度，比较获取最低电芯温度t2和电池当前电压u1；步骤2：判断当t2低于0℃时，t1是否小于t2，若否，则继续执行步骤3；若是，则执行步骤4；步骤3：计算电池目前温度与电池能够正常充电温度的温度差
△
t，确保充电时电芯最低温度在5℃，即加热温度差
△
t=
ꢀ‑
t2 +5；步骤4：计算电池目前温度与电池能够正常充电温度的温度差
△
t，确保充电时电芯最低温度在5℃，即加热温度差
△
t=
ꢀ‑
t1 +5。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：步骤5：计算电池由目前温度加热到电池充电温度所需的能量，加热总能量为w1=cm
△
t/α，c为电池电芯材料的比热容，m为电池的总质量，α为电池仓保温系数，定义电池的左侧、下方、右侧共3块加热膜，定义单块加热膜的额定加热功率为p3，计算加热膜额定功率下加热所需的加热时间t3，t3=w1/p3/3；步骤6：切断电池充电回路，防止零下情况下充电设备给电池电芯进行充电；步骤7：读取定位系统的定位信息，解析机器人目前所处位置，计算机器人距离充电位置的里程s；步骤8：读取机器人运行速度v，计算返航运动时间t1=s/v；步骤9：设定机器人运动平均功率值为p1，根据已解析的机器人目前所处位置，计算需要穿越杆塔的数量为n；设定机器人穿越单个杆塔的时间为t2；机器人穿越单个杆塔的平均功率值为p29，计算机器人此刻返航的总时间t，t=t1+n*t2，计算机器人此刻返航的总功耗w2，w2=p1*t1+p2*n*t2，计算机器人此刻返航所需的电池电量q1，q1=w2/u1；步骤10：主控制板与电池进行通信，读取电池bms信息，读取电池的当前电量q2；步骤11：计算机器人电池当前的富余电量q3，q3=q2-q1；步骤12：计算机器人电池当前的富余能量w3，w3=q3*u1；步骤13：判断此刻机器人前进方向是返回充电位置方向还是远离充电位置方向，若机器人前进方向是返回充电位置方向，则判断当q3小于15%时，主控制板上报此时的电池温度、电芯温度、电池电量、返航里程、电池电量、富余电量信息给上位机，对上位机进行电池电量预警。8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：步骤14：判断此刻机器人前进方向是返回充电位置方向还是远离充电位置方向，若机器人前进方向是远离充电位置方向，则判断此时电池富余电量是否大于5%；若是，则执行步骤15；若否，则执行步骤19；步骤15：判断此时返航总时间t是否小于电池加热时间t3；若是，则执行步骤16；若否，则执行步骤14；步骤16：判断此时机器人电池当前的富余能量w3是否小于电池加热所需总能量w1；若是，则执行步骤17；若否，则执行步骤18；步骤17：计算主控制板的pwm输出占空比d，d=w3/w1，继续执行步骤20；步骤18：主控制板的pwm输出占空比d=100%，继续执行步骤20；步骤19：主控制板的pwm输出占空比d=0%，继续执行步骤23；步骤20：负责放大驱动能力的驱动板的供电电压为24v，驱动板的输出电压为u2，u2=24*d，继续执行步骤21；步骤21：单加热膜的加热功率p4与输入电压成正比，p4=d*p3，继续执行步骤22；步骤22：开启电池加热，对电池进行预热；步骤23：停止电池加热。9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：步骤24：判断机器人充电位置限位开关是否闭合，判断机器人是否到达充电位置，若是，则控制板通过无线通信模块与充电设备端进行通信，读取充电信息并解析；
步骤25：判断充电设备输出端是否有输出充电电流，若是，则执行步骤26；步骤26：主控制板调整输出占空比d=100%，加热膜处于额定功率输出，开启电池加热。10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：步骤27：切断电池放电回路，只用充电装置对所述机器人进行供电，继续执行步骤28；步骤28：判断此时电池的所有电芯温度是否都大于5℃，若是，则执行步骤29；步骤29：判断此时电池上表面温度传感器的温度是否大于5℃，若是，则执行步骤30；步骤30：对电池充电，实时检测并上传电池电量。

技术总结

本发明提供了一种架空线路行走机器人电池加热管理系统及控制方法，可以解决目前架空线路行走机器人低温状态下电池无法充电，强行充电甚至会损坏电芯的问题。所述电池加热管理系统包括设于机器人上用于存储电池的电池仓；设在所述电池仓内用于加热电池的加热膜；用于采集电池表面温度的温度传感器；用于对电池进行通信控制的主控制板；无线通信模块，用于使所述充电设备和所述架空线路行走机器人之间无线通信连接；以及，定位系统和主控制板。定位系统和主控制板。定位系统和主控制板。