1、课题研究目的、意义及国内外的研究现状

1.1课题研究目的及意义

海洋占地球总面积的70.8%，蕴藏着丰富的海洋资源，世界上很多国家都投入巨大的人力和物力进行海洋资源研究与开发，以美国为代表的发达国家更是把海洋开发列为国家的长远计划。认识海洋、开发海洋需要各种高技术手段，单纯依靠人力来完成工作量大和复杂的海洋开发和调查作业是非常困难的，深海海洋资源研究与开发，深海设备技术是关键，随着技术的发展，人类研究出各种各样的探测设备和技术方法，发展这些手段是建设海洋强国、捍卫国家安全和实现可持续发展的伟大目标所必不可少的。海洋作为人类尚未大规模开发的高技术领域之一，已经成为各国的重要战略目标，是近几年国际上激烈竞争的焦点之一。

AUV（Autonomous Underwater Vehicle）作为一种高效率、低成本的海洋运载工具，通常具备自主航行作业的能力，在海洋资源勘探、军事侦察和海底搜救等方面发挥着重要作用。自主式水下航行器(AUV)是一种依靠自带能源，能自主推进的无缆水下航行器，可长时间在水下自主远程航行、并可回收的无人智能小型装备平台，可以携带多种传感器、专用设备或武器，执行特殊的使命和任务。AUV 具有活动范围大、机动能力强、隐蔽能力强、环境适应性好、安全智能度高、性价比值高等优点，因此在国民经济建设和军事领域都扮演着重要的角色。基于AUV广阔的应用前景，许多国家都投入了大量人力和物力，目前正处于飞速发展的关键阶段，正成为发达国家军事海洋技术研究的前沿。

AUV的推进动力主要分为电推进和热推进，与热推进相比电推进具有噪声小、稳定性好等优点，并且动力电池还可以为其他系统供电，所以大部分AUV还是通过动力电池来提供动力。AUV需要脱离母船自主航行去完成特定的任务，而且电池储存的电能成为其水下工作的唯一动力能源，又动力能源一直都是AUV动力系统及负载设备能否正常工作、性能提升和任务拓展的关键影响因素，因此高性能水下动力电池技术已经成为当前和未来AUV发展的重点。AUV对电池的续航能力要求极高，在无法解决动力电池源头问题所带来的局限性，所以对AUV的电力管理方面的研究尤为重要，力求通过合理的电力管理，来减少不必要的电力浪费，以达到更有效率的电力利用，使得自主水下航行器的续航能力最大化。

本设计针对自主水下航行器电力管理方面的研究，制定合理的AUV电力管理策略，设计必要的变换电路和控制系统，以实现自主水下航行器自身储备的电力能源及从外界转化的电力能源的有效管理，从而解决自主水下航行器续航方面的问题。

1.2国内外研究现状

AUV的研究始于20世纪60年代早期，随着Rebikoff的SEA SP00K和美国华盛顿大学SPURV (Self—Propelled Underwater Research Vehicle)的研制成功，标志着AUV时代的开始，紧接着出现了众多的AUV如：前苏联的SKAT；日本的0SR—V；美国海军的EAVE West、RUMIC和UFSS；美国新罕布什尔州大学的EAVE EAST；法国的EPAULARD。但很不幸的是，早期大部分的AUV不是太大、效率低或造价太高就是这3个缺点的一个组合，同时由于有缆遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle，ROV)其技术要求相对简单使其在20世纪80年早期已经成熟，此时AUV技术还基本处于它的幼年时期。ROV具有一个大脑(人类操作员)连接着一个长的神经系统(脐带)和结实肌肉(液压源)的特点，而AUV则需要自己带有脑和动力源，因此过去的几十年内AUV不是昂贵的军事系统就是低造价的学术研究工具。随着计算机技术、能源和其他相关技术的快速发展，上述问题已经基本得到解决，在20世纪90年代，AUV技术已经开始走向成熟，成为能够完成指定任务的可操作系统。

AUV在海底执行任务所需要的能量都是来至自身储备的电能，而且电池的发展也是目前国内外研究的重点。20世纪后期在AUV上最先应用的动力电池主要是铅酸电池和锌银电池。铅酸电池因具有大电流放电和电压平稳等优点曾在AUV上广泛使用，也是目前主要常规潜艇的动力电源，但能量密度有限，存在一定的记忆效应。锌银电池最初被大量应用在鱼雷上，但是随着AUV对续航力的要求越来越高，锌银电池的能量密度已经很难满足要求。进入21世纪后，随着锂电池在AUV上的逐渐应用，AUV的续航力得到较大提高。GITZENDANNE等已研制出一种 UUV（Unmanned Underwater Vehicle）专用锂电池组，用来代替现有的锌银电池，该电池组容量为10 KWH，额定电压324V，由90个单体电池模块串联在一起组成。著名的Bluefin系列AUV（如图），曾参与过马航MH370的搜寻，其采用的动力电池就是锂电池。相比其他电池，锂电池能够较好地满足AUV在续航力、循环寿命、能量密度及电池尺寸等方面的要求，但是其安全性问题目前尚未得到更好的解决。在提高AUV动力电池续航力方面，燃料电池有巨大潜力，但目前尚

未实现商业化。由于AUV的内空间有限，因此燃料的存储是关键，这不仅会影响电池的续航力，还会影响动力装置本身的效率。日本的“Urashim”AUV采用燃料电池和锂电池混合动力电源，其中锂电池容量为30Ah，当负载所需功率较大燃料电池无法满足需求时就由锂电池供电。