李 榮 劉正奇 李 響

(海軍蚌埠士官學(xué)校 蚌埠 233012)

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訓(xùn)練用水雷電池設(shè)計(jì)*

李 榮 劉正奇 李 響

(海軍蚌埠士官學(xué)校 蚌埠 233012)

水雷電池是價(jià)格昂貴的一次性非標(biāo)準(zhǔn)專用電池,部隊(duì)訓(xùn)練單位存在補(bǔ)充和購買困難的現(xiàn)象。采用電源變換技術(shù),以可充電鋰離子電池為核心的水雷訓(xùn)練用替代電池,可以解決因水雷電池不足而影響訓(xùn)練的問題。測(cè)試結(jié)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(cè)設(shè)備的實(shí)裝測(cè)試,能夠滿足水雷檢測(cè)訓(xùn)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(zhàn)備訓(xùn)練中水雷的訓(xùn)練使用頻度很高,導(dǎo)致水雷電池的大量消耗。由于水雷電池是非標(biāo)準(zhǔn)專用電池,購買和補(bǔ)充的難度較大,而且水雷電池采用的是一次性鋰電池組,價(jià)格昂貴。因此,在部隊(duì)訓(xùn)練單位存在因水雷電池得不到及時(shí)補(bǔ)充而影響正常訓(xùn)練的情況,如何解決這個(gè)問題尤為迫切。從提高訓(xùn)練效率和節(jié)約經(jīng)費(fèi)的角度考慮,研制一種訓(xùn)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(shù),設(shè)計(jì)某型水雷訓(xùn)練用替代電池的方法。

2 替代電池模塊設(shè)計(jì)思路

對(duì)水雷替代電池模塊的基本要求:

1) 可循環(huán)充電使用;

2) 電源組數(shù)、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(yīng)大于該組電源實(shí)際負(fù)載電流的最大值;

4) 靜態(tài)功耗盡可能小;

5) 外形尺寸應(yīng)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(jiǎn)單地采用多組可充電池組合,則至少要用6組電池,這樣會(huì)存在以下缺點(diǎn):

1) 每組電池由多只單體電池串聯(lián)組合而成,6組電源中的單體電池?cái)?shù)太多,其中任一單體電池故障都會(huì)造成整個(gè)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(shí)耗盡電能,當(dāng)其中某一組電能用盡時(shí),其余5組尚有余電,造成電池容量的浪費(fèi)[1]。

3) 充電時(shí)需要6組電源同時(shí)充電,必然造成充電電源電路復(fù)雜,而且充電時(shí)多組電池也很難同時(shí)充滿,就會(huì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方案

3.1 電路總體設(shè)計(jì)

替代電池模塊的結(jié)構(gòu)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(shí)采用4路DC/DC變換電路,分別提供與原水雷電池對(duì)應(yīng)的-14.6V、+7.2V、-7.2V模擬電源、+7.2V數(shù)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?yàn)榘l(fā)火電源與數(shù)字正電源共地,且發(fā)火電源電壓為6.0V,僅比數(shù)字正電源7.2V低1.2V,因此可以對(duì)數(shù)字正電源經(jīng)兩只硅二極管降壓后得到發(fā)火電源電壓,考慮到發(fā)火電源僅在點(diǎn)燃電點(diǎn)火頭的瞬間才工作,實(shí)際通電時(shí)間非常短,為此,在經(jīng)二極管降壓后的發(fā)火電源輸出端并聯(lián)一只大容量的電容器,利用電容器存儲(chǔ)的電量可以在點(diǎn)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(shè)計(jì)

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(diào)DC/DC變換器,調(diào)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(guī)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(shù)字正電源和發(fā)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(shù)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(shí)間?？紤]到電池體積、容量、價(jià)格對(duì)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(lián)組合;電池組合后的幾何尺寸連同4路DC/DC變換器一起應(yīng)能全部裝入水雷原電池模塊盒內(nèi);在上述前提下應(yīng)選用較大的電池容量,充電一次能滿足連續(xù)20h的使用時(shí)間[9～10]。

4 結(jié)語

水雷電池在部隊(duì)的日常訓(xùn)練中被大量消耗,很多情況下因水雷電池不能及時(shí)補(bǔ)充而影響正常的訓(xùn)練。從提高訓(xùn)練效率和節(jié)約經(jīng)費(fèi)的角度出發(fā),分析原有水雷電池的參數(shù)要求,以可充電鋰離子電池為核心,采用電源變換技術(shù),設(shè)計(jì)制作了某型水雷訓(xùn)練用替代電池,滿足了日常的訓(xùn)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(biāo)探測(cè)與平臺(tái)設(shè)計(jì)。

TJ61+7

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.041