訓練用水雷電池設計*

李 榮 劉正奇 李 響

(海軍蚌埠士官學校 蚌埠 233012)

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訓練用水雷電池設計*

李 榮 劉正奇 李 響

(海軍蚌埠士官學校 蚌埠 233012)

水雷電池是價格昂貴的一次性非標準專用電池,部隊訓練單位存在補充和購買困難的現象。采用電源變換技術,以可充電鋰離子電池為核心的水雷訓練用替代電池,可以解決因水雷電池不足而影響訓練的問題。測試結果表明:替代電池可以滿足水雷引信的供電需要,并能通過檢測設備的實裝測試,能夠滿足水雷檢測訓練的需求。

水雷; 替代電池; DC/DC變換器

Class Number TJ61+7

1 引言

在日常戰備訓練中水雷的訓練使用頻度很高,導致水雷電池的大量消耗。由于水雷電池是非標準專用電池,購買和補充的難度較大,而且水雷電池采用的是一次性鋰電池組,價格昂貴。因此,在部隊訓練單位存在因水雷電池得不到及時補充而影響正常訓練的情況,如何解決這個問題尤為迫切。從提高訓練效率和節約經費的角度考慮,研制一種訓練用的水雷替代電池模塊就顯得非常必要。本文提出了以可充電鋰離子電池為核心,采用電源變換技術,設計某型水雷訓練用替代電池的方法。

2 替代電池模塊設計思路

對水雷替代電池模塊的基本要求:

1) 可循環充電使用;

2) 電源組數、每組電壓值均與原電池模塊相同;

3) 各組電源允許最大電流應大于該組電源實際負載電流的最大值;

4) 靜態功耗盡可能小;

5) 外形尺寸應符合原水雷電池的安裝要求;

6) 降低成本。

某型水雷電池模塊的電路如圖1所示。

從圖中可以看出,該電池模塊共有11組電池組成6路直流電源輸出。所以,為了使水雷電路能正常工作,替代電池模塊也必須有6路直流電源,雖然不必采用11組電池來組成電池模塊,但如果與原電池模塊一樣簡單地采用多組可充電池組合,則至少要用6組電池,這樣會存在以下缺點:

1) 每組電池由多只單體電池串聯組合而成,6組電源中的單體電池數太多,其中任一單體電池故障都會造成整個電池模塊的故障,使故障率增高。

2) 使用中6組電源不可能同時耗盡電能,當其中某一組電能用盡時,其余5組尚有余電,造成電池容量的浪費[1]。

3) 充電時需要6組電源同時充電,必然造成充電電源電路復雜,而且充電時多組電池也很難同時充滿,就會造成同一電池模塊中有的電池組過充電而另一些電池組充不滿的問題,從而影響電池模塊的使用壽命[2]。

4) 大量單體電池的組合必然造成外形尺寸偏大,致使原有安裝空間難以安裝。

考慮到以上因素,在設計中采用6組電源共用一組電池的方案:共用一組可充電池,6組電源分別采用DC/DC變換器輸出6組不同電壓,滿足水雷引信的供電需求。

圖1 某型水雷電池模塊電路圖

3 替代電池模塊設計方案

3.1 電路總體設計

替代電池模塊的結構如圖2所示。

圖2 替代電池模塊的組成框圖

替代電池模塊采用一組可充電鋰離子電池作為供電電源,同時采用4路DC/DC變換電路,分別提供與原水雷電池對應的-14.6V、+7.2V、-7.2V模擬電源、+7.2V數字電源共4組電源;供電電源電壓采用14.6V,這樣原+14.6V輸出就可以直接從電源電壓引出,從而可減少一路DC/DC變換電路[3];因為發火電源與數字正電源共地,且發火電源電壓為6.0V,僅比數字正電源7.2V低1.2V,因此可以對數字正電源經兩只硅二極管降壓后得到發火電源電壓,考慮到發火電源僅在點燃電點火頭的瞬間才工作,實際通電時間非常短,為此,在經二極管降壓后的發火電源輸出端并聯一只大容量的電容器,利用電容器存儲的電量可以在點火瞬間提供較大的電流,這樣就可以滿足輸出電流的要求[4～5]。

3.2 電路接地設計

電路中模擬電源與可充電鋰離子電池共地,“DC/DC變換器1”～“DC/DC變換器3”可采用普通非隔離型超小型可調DC/DC變換器,調整3組DC/DC變換器的輸出電壓分別為-14.6V、+7.2V、-7.2V,每組DC/DC變換器額定輸出電流規格可以取該組水雷電路的最大工作電流。由于模擬電源都是為小功率放大電路供電,因而每組輸出電流都較小,采用額定功率為5W～10W的DC/DC變換器可以滿足使用要求[6～8]。

數字正電源和發火電源與模擬電源不共地,因而必須采用隔離型DC/DC變換器。+7.2V數字正電源的輸出電流要求與以上模擬電源中采用相同的DC/DC變換器,可采用額定功率為5W～10W的隔離型DC/DC變換器。

3.3 電池選擇

電池的選擇要考慮到電池的體積和成本,鋰離子電池的比能量在常用可充電電池中是最高的,因此采用鋰離子電池作為電源,使其在有限的體積下獲得盡可能長的供電時間。考慮到電池體積、容量、價格對電池選擇的影響,具體的原則是:采用四只單體鋰離子電池串聯組合;電池組合后的幾何尺寸連同4路DC/DC變換器一起應能全部裝入水雷原電池模塊盒內;在上述前提下應選用較大的電池容量,充電一次能滿足連續20h的使用時間[9～10]。

4 結語

水雷電池在部隊的日常訓練中被大量消耗,很多情況下因水雷電池不能及時補充而影響正常的訓練。從提高訓練效率和節約經費的角度出發,分析原有水雷電池的參數要求,以可充電鋰離子電池為核心,采用電源變換技術,設計制作了某型水雷訓練用替代電池,滿足了日常的訓練需求。

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Training Mine Battery Design

LI Rong LIU Zhengqi LI Xiang

(Bengbu Navy Petty Officer Academy, Bengbu 233012)

Mine battery is one-time nonstandard battery and very expensive. It’s difficult for training institution to acquire enough mine battery for training. The training battery that has the lithium battery and DC/DC as its core can be used to solve the problem. The test indicates that the training battery can be used as power supply for mine fuse and pass all the test of detection device.

mine, substitute battery, DC/DC convertor

2014年12月7日,

2015年1月24日

李榮,男,碩士,講師,研究方向:水下目標探測與平臺設計。

TJ61+7

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.041