训练用水雷电池设计*

李 荣 刘正奇 李 响

(海军蚌埠士官学校 蚌埠 233012)



训练用水雷电池设计*

李 荣 刘正奇 李 响

(海军蚌埠士官学校 蚌埠 233012)

水雷电池是价格昂贵的一次性非标准专用电池,部队训练单位存在补充和购买困难的现象。采用电源变换技术,以可充电锂离子电池为核心的水雷训练用替代电池,可以解决因水雷电池不足而影响训练的问题。测试结果表明:替代电池可以满足水雷引信的供电需要,并能通过检测设备的实装测试,能够满足水雷检测训练的需求。

水雷; 替代电池; DC/DC变换器

Class Number TJ61+7

1 引言

在日常战备训练中水雷的训练使用频度很高,导致水雷电池的大量消耗。由于水雷电池是非标准专用电池,购买和补充的难度较大,而且水雷电池采用的是一次性锂电池组,价格昂贵。因此,在部队训练单位存在因水雷电池得不到及时补充而影响正常训练的情况,如何解决这个问题尤为迫切。从提高训练效率和节约经费的角度考虑,研制一种训练用的水雷替代电池模块就显得非常必要。本文提出了以可充电锂离子电池为核心,采用电源变换技术,设计某型水雷训练用替代电池的方法。

2 替代电池模块设计思路

对水雷替代电池模块的基本要求:

1) 可循环充电使用;

2) 电源组数、每组电压值均与原电池模块相同;

3) 各组电源允许最大电流应大于该组电源实际负载电流的最大值;

4) 静态功耗尽可能小;

5) 外形尺寸应符合原水雷电池的安装要求;

6) 降低成本。

某型水雷电池模块的电路如图1所示。

从图中可以看出,该电池模块共有11组电池组成6路直流电源输出。所以,为了使水雷电路能正常工作,替代电池模块也必须有6路直流电源,虽然不必采用11组电池来组成电池模块,但如果与原电池模块一样简单地采用多组可充电池组合,则至少要用6组电池,这样会存在以下缺点:

1) 每组电池由多只单体电池串联组合而成,6组电源中的单体电池数太多,其中任一单体电池故障都会造成整个电池模块的故障,使故障率增高。

2) 使用中6组电源不可能同时耗尽电能,当其中某一组电能用尽时,其余5组尚有余电,造成电池容量的浪费[1]。

3) 充电时需要6组电源同时充电,必然造成充电电源电路复杂,而且充电时多组电池也很难同时充满,就会造成同一电池模块中有的电池组过充电而另一些电池组充不满的问题,从而影响电池模块的使用寿命[2]。

4) 大量单体电池的组合必然造成外形尺寸偏大,致使原有安装空间难以安装。

考虑到以上因素,在设计中采用6组电源共用一组电池的方案:共用一组可充电池,6组电源分别采用DC/DC变换器输出6组不同电压,满足水雷引信的供电需求。

图1 某型水雷电池模块电路图

3 替代电池模块设计方案

3.1 电路总体设计

替代电池模块的结构如图2所示。

图2 替代电池模块的组成框图

替代电池模块采用一组可充电锂离子电池作为供电电源,同时采用4路DC/DC变换电路,分别提供与原水雷电池对应的-14.6V、+7.2V、-7.2V模拟电源、+7.2V数字电源共4组电源;供电电源电压采用14.6V,这样原+14.6V输出就可以直接从电源电压引出,从而可减少一路DC/DC变换电路[3];因为发火电源与数字正电源共地,且发火电源电压为6.0V,仅比数字正电源7.2V低1.2V,因此可以对数字正电源经两只硅二极管降压后得到发火电源电压,考虑到发火电源仅在点燃电点火头的瞬间才工作,实际通电时间非常短,为此,在经二极管降压后的发火电源输出端并联一只大容量的电容器,利用电容器存储的电量可以在点火瞬间提供较大的电流,这样就可以满足输出电流的要求[4～5]。

3.2 电路接地设计

电路中模拟电源与可充电锂离子电池共地,“DC/DC变换器1”～“DC/DC变换器3”可采用普通非隔离型超小型可调DC/DC变换器,调整3组DC/DC变换器的输出电压分别为-14.6V、+7.2V、-7.2V,每组DC/DC变换器额定输出电流规格可以取该组水雷电路的最大工作电流。由于模拟电源都是为小功率放大电路供电,因而每组输出电流都较小,采用额定功率为5W～10W的DC/DC变换器可以满足使用要求[6～8]。

数字正电源和发火电源与模拟电源不共地,因而必须采用隔离型DC/DC变换器。+7.2V数字正电源的输出电流要求与以上模拟电源中采用相同的DC/DC变换器,可采用额定功率为5W～10W的隔离型DC/DC变换器。

3.3 电池选择

电池的选择要考虑到电池的体积和成本,锂离子电池的比能量在常用可充电电池中是最高的,因此采用锂离子电池作为电源,使其在有限的体积下获得尽可能长的供电时间。考虑到电池体积、容量、价格对电池选择的影响,具体的原则是:采用四只单体锂离子电池串联组合;电池组合后的几何尺寸连同4路DC/DC变换器一起应能全部装入水雷原电池模块盒内;在上述前提下应选用较大的电池容量,充电一次能满足连续20h的使用时间[9～10]。

4 结语

水雷电池在部队的日常训练中被大量消耗,很多情况下因水雷电池不能及时补充而影响正常的训练。从提高训练效率和节约经费的角度出发,分析原有水雷电池的参数要求,以可充电锂离子电池为核心,采用电源变换技术,设计制作了某型水雷训练用替代电池,满足了日常的训练需求。

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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

李荣,男,硕士,讲师,研究方向:水下目标探测与平台设计。

TJ61+7

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.041