Устройство для зарядки аккумуляторной батареи автономного необитаемого подводного аппарата

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи размещено в трех конструктивных блоках. В первом конструктивном блоке размещены первичный преобразователь энергии и первичная обмотка второго трансформатора, причем первый блок установлен на донном причальном устройстве стационарно, связан с береговым источником электроэнергии кабельной линией или содержит автономный источник электроэнергии в виде, например, радиоизотопного термоэлектрического генератора. Во втором конструктивном блоке размещены вторичная обмотка второго трансформатора, второй преобразователь энергии, второй регулятор тока заряда со вторым блоком управления зарядным током, коммутатор, вторая аккумуляторная батарея, автономный инвертор напряжения с блоком управления и первичная обмотка трансформатора. Второй конструктивный блок установлен на донном причальном устройстве, фиксируется в нем за счет сил гравитации и может быть извлечен из донного причального устройства для подъема на поверхность с целью проведения регламентных или ремонтных работ. В третьем блоке, устанавливаемом на автономном необитаемом подводном аппарате, расположены вторичная обмотка трансформатора, выпрямитель, второй конденсатор, сглаживающий реактор и регулятор тока заряда с блоком управления зарядным током. Такое выполнение устройства позволило повысить надежность процесса зарядки аккумуляторной батареи и эффективность использования автономного необитаемого подводного аппарата при организации его длительного подводного базирования. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к устройствам с использованием полупроводниковых приборов для зарядки электрической аккумуляторной батареи автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) при базировании аппарата на стационарном объекте, установленном под водой на грунте, преимущественно на донном причальном устройстве (ДПУ). Применение ДПУ для зарядки аккумуляторной батареи АНПА является актуальным, когда аппарат предназначен для выполнения многократных миссий без всплытия на поверхность в пределах ограниченной морской акватории, например, охраны порта, мониторинга донной обстановки или водной среды. Донное причальное устройство с помощью специального подводного кабеля, имеющего силовые и информационные связи, подключается к специальному береговому посту, управляющего работой АНПА и ДПУ, при этом одной из основных задач ДПУ является обеспечение процесса зарядки аккумуляторной батареи АНПА.

Известны донные причальные устройства, предназначенные для подводной зарядки аккумуляторной батареи АНПА. [Илларионов Г.Ю., Щербатюк А.Ф., Кушнерик А.Г., Квашнин А.Г. Донные причальные устройства для автономных необитаемых подводных аппаратов. // Двойные технологии-2011.-№1.-с. 28-43].

Например, донное причальное устройство для АНПА «REMUS» осуществляет зарядку аккумуляторных батарей аппарата с помощью контактных соединителей. Устройство содержит электроприводы, предназначенные для перемещения и герметизации контактов клемм блока зарядки. После того, как аппарат входит в ДПУ, реализуется сложная последовательность операций, обеспечивающая точную фиксацию аппарата и соединение электрических контактов ДПУ и АНПА с требуемой герметизацией. Указанная сложность приводит к снижению надежности комплекса ДПУ-АНПА.

Известно также устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта от судовой сети переменного тока. [Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта. Патент РФ 2543507. Авт. Герасимов В.А., Филоженко А.Ю., Чепурин П.И. Опубл. 10.03.2015, Бюл. №7]

Элементы устройства размещены в трех конструктивных блоках, где в первом конструктивном блоке, устанавливаемом на судне, находится выпрямитель напряжения питания устройства от судовой сети, во втором конструктивном блоке, выполненным с возможностью погружения под воду, помещены конденсатор, автономный инвертор напряжения с блоком управления, первичная обмотка трансформатора повышенной частоты, первый и второй измерительные преобразователи температуры, в третьем конструктивном блоке, устанавливаемом на подводном объекте, расположены вторичная обмотка трансформатора повышенной частоты, второй выпрямитель, второй конденсатор, регулятор тока заряда, сглаживающий реактор, измерительные преобразователи параметров зарядки аккумуляторной батареи, а также блок управления зарядным током.

Известное устройство имеет следующие недостатки. Второй конструктивный блок, который опускается под воду на глубину погружения подводного объекта, связан с судном кабелем. Поэтому на морском волнении вертикальные перемещения судна будут приводить к соответствующим изменениям глубины погружения второго конструктивного блока. Для успешной и безопасной стыковки второго конструктивного блока с подводным объектом с целью зарядки аккумуляторных батарей последнего необходимо применять специальные спускоподъемные устройства с функцией стабилизации второго конструктивного блока на заданной глубине. Эти устройства сложные, имеют большие массу и габариты. Учитывая, что обеспечивающее судно подвержено еще и дрейфу, который за счет механической связи также передается на второй конструктивный блок и не компенсируется работой спускоподъемного механизма, можно сделать вывод о низкой надежности работы указанного комплекса в условиях морского волнения. Перерыв в работе и ожидание благоприятных погодных условий, соответствующих гарантированной точной и безопасной стыковке подводного объекта со вторым конструктивным блоком, снижает эффективность решения поставленных перед подводным объектом задач и приводит к значительным материальным издержкам. Кроме этого, в ряде случаев перед подводным объектом ставятся задачи, решаемые в ограниченном районе и, при базировании подводного объекта на обеспечивающем судне, такие свойства как мобильность и неограниченный район работы здесь остаются не востребованными.

Известно устройство для зарядки аккумуляторной батареи автономного необитаемого подводного аппарата при его базировании на донном причальном устройстве [Устройство для зарядки аккумуляторной батареи автономного необитаемого подводного объекта. Патент РФ 2611068. Авт. Герасимов В.А., Илларионов Г.Ю. Опубл.21.02.2017, Бюл. №6].

Известное устройство для зарядки аккумуляторной батареи АНПА содержит однофазный автономный инвертор повышенной частоты с блоком управления этим инвертором, конденсатор, подсоединенный параллельно входу инвертора, отдельно выполненные первичную и вторичную обмотки трансформатора повышенной частоты, первый и второй измерительные преобразователи температуры, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора и проводом первичной обмотки трансформатора повышенной частоты соответственно, а выходы измерительных преобразователей температуры соединены с входами блока управления автономным инвертором, причем выход блока управления инвертором подключен на управляющий вход инвертора, кроме этого устройство содержит выпрямитель, сглаживающий реактор, блок управления зарядным током, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, выходы которых подключены на входы блока управления зарядным током, регулятор тока заряда, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления зарядным током, второй конденсатор, подключенный параллельно входным зажимам регулятора тока заряда, к которым подсоединены также выходные клеммы выпрямителя, измерительный преобразователь зарядного тока включен между первым выходным зажимом регулятора тока заряда и первым из двух выходных зажимов устройства, к которым подключены заряжаемая аккумуляторная батарея АНПА и входные зажимы измерительного преобразователя выходного напряжения, а второй выходной зажим регулятора тока заряда соединен со вторым выходным зажимом устройства через сглаживающий реактор, при этом первичная обмотка трансформатора повышенной частоты подключена к выходу автономного инвертора, а вторичная обмотка этого трансформатора соединена с входом выпрямителя, устройство также содержит второй регулятор тока заряда со вторым блоком управления зарядным током, выход которого соединен с управляющим входом второго регулятора тока заряда, второй сглаживающий реактор, вторые измерительные преобразователи зарядного тока и напряжения, коммутатор и вторую аккумуляторную батарею, при этом первый выход второго регулятора тока заряда через второй измерительный преобразователь зарядного тока соединен с одним из двух входных выводов коммутатора, к которым подсоединен также второй измерительный преобразователь напряжения, а второй выход второго регулятора тока заряда соединен со вторым входным выводом коммутатора через второй сглаживающий реактор, выходные выводы коммутатора соединены с входными выводами второй аккумуляторной батареи, выходные выводы которой подключены к входу автономного инвертора, кроме этого устройство содержит первичный преобразователь энергии.

Элементы устройства размещены в трех отдельных конструктивных блоках, где в первый конструктивный блок, выполненный с возможностью погружения под воду, установлен первичный преобразователь энергии, во второй конструктивный блок, выполненный с возможностью погружения под воду, помещены конденсатор, однофазный автономный инвертор с блоком управления инвертором, первый и второй измерительные преобразователи температуры, первичная обмотка трансформатора повышенной частоты, вторая аккумуляторная батарея, коммутатор, второй регулятор тока заряда с вторым блоком управления зарядным током, второй сглаживающий реактор, а также вторые измерительные преобразователи напряжения и зарядного тока. В третьем конструктивном блоке, устанавливаемом на АНПА, расположены вторичная обмотка трансформатора повышенной частоты, выпрямитель, второй конденсатор, регулятор тока заряда с блоком управления зарядным током, сглаживающий реактор, а также измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства

Первый и второй конструктивные блоки размещаются под водой на стационарном объекте, установленном под водой на грунте, при этом выходные выводы первичного преобразователя энергии соединены с входными клеммами второго регулятора тока заряда, а вход первичного преобразователя энергии подключается кабелем к береговому источнику электроэнергии или первичный преобразователь энергии может содержать автономный источник электроэнергии в виде, например, радиоизотопного термоэлектрического генератора.

Известное устройство имеет следующие недостатки

Первый и второй конструктивные блоки с установленными в них электронными блокам и связями между ними размещены на донном причальном устройстве, которое установлено под водой стационарно на грунте. Постановка ДПУ на морском дне представляет сложную инженерно-техническую задачу, требующую проведения подводных геологических изысканий, оценку механических свойств грунта в месте предполагаемой установки ДПУ, планировку площадки на донном грунте с последующей установкой и фиксацией ДПУ. Вместе с тем, указанные первый и второй конструктивные блоки нуждаются в периодическом обслуживании с выполнением регламентных или ремонтных работ, своевременность проведения которых обеспечивает надежность зарядки аккумуляторных батарей АНПА и заданные эксплуатационные показатели комплекса АНПА-ДПУ в целом. В известном устройстве выполнение полного перечня таких работ с подъемом ДПУ является чрезвычайно сложным и дорогостоящим мероприятием.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание устройства, обеспечивающего увеличение надежности зарядки аккумуляторной батареи АНПА и повышение эксплуатационных показателей комплекса АНПА-ДПУ при организации длительного подводного базирования аппарата.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для зарядки аккумуляторной батареи АНПА, содержащее однофазный автономный инвертор повышенной частоты с блоком управления этим инвертором, конденсатор, подсоединенный параллельно входу инвертора, отдельно выполненные первичную и вторичную обмотки трансформатора повышенной частоты, первый и второй измерительные преобразователи температуры, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора и проводом первичной обмотки трансформатора повышенной частоты соответственно, а выходы измерительных преобразователей температуры соединены с входами блока управления автономным инвертором, причем выход блока управления инвертором подключен на управляющий вход инвертора, кроме этого устройство содержит выпрямитель, сглаживающий реактор, блок управления зарядным током, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, выходы которых подключены на входы блока управления зарядным током, регулятор тока заряда, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления зарядным током, второй конденсатор, подключенный параллельно входным зажимам регулятора тока заряда, к которым подсоединены также выходные клеммы выпрямителя, измерительный преобразователь зарядного тока включен между первым выходным зажимом регулятора тока заряда и первым из двух выходных зажимов устройства, к которым подключены заряжаемая аккумуляторная батарея АНПА и входные зажимы измерительного преобразователя выходного напряжения, а второй выходной зажим регулятора тока заряда соединен со вторым выходным зажимом устройства через сглаживающий реактор, при этом первичная обмотка трансформатора повышенной частоты подключена к выходу автономного инвертора, а вторичная обмотка этого трансформатора соединена с входом выпрямителя, устройство также содержит второй регулятор тока заряда со вторым блоком управления зарядным током, выход которого соединен с управляющим входом второго регулятора тока заряда, второй сглаживающий реактор, вторые измерительные преобразователи зарядного тока и напряжения, коммутатор, вторую аккумуляторную батарею, при этом первый выход второго регулятора тока заряда через второй измерительный преобразователь зарядного тока соединен с одним из двух входных выводов коммутатора, к которым подсоединен также второй измерительный преобразователь напряжения, а второй выход второго регулятора тока заряда соединен со вторым входным выводом коммутатора через второй сглаживающий реактор, выходные выводы коммутатора соединены с входными выводами второй аккумуляторной батареи, выходные выводы которой подключены к входу автономного инвертора, кроме этого устройство содержит первичный преобразователь энергии, при этом элементы устройства размещены в трех отдельных конструктивных блоках, где в первый конструктивный блок, выполненный с возможностью погружения под воду, установлен первичный преобразователь энергии, во второй конструктивный блок, выполненный с возможностью погружения под воду, помещены конденсатор, однофазный автономный инвертор с блоком управления инвертором, первый и второй измерительные преобразователи температуры, первичная обмотка трансформатора повышенной частоты, вторая аккумуляторная батарея, коммутатор, второй регулятор тока заряда со вторым блоком управления зарядным током, второй сглаживающий реактор, а также вторые измерительные преобразователи напряжения и зарядного тока в третьем конструктивном блоке, устанавливаемом на АНПА, расположены вторичная обмотка трансформатора повышенной частоты, выпрямитель, второй конденсатор, регулятор тока заряда с блоком управления зарядным током, сглаживающий реактор, а также измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, причем первый и второй конструктивные блоки размещаются под водой на донном причальном устройстве, установленном стационарно под водой на грунте, а вход первичного преобразователя энергии подключается кабелем к береговому источнику электроэнергии или первичный преобразователь энергии может содержать автономный источник электроэнергии в виде, например, радиоизотопного термоэлектрического генератора, дополнительно введены второй трансформатор повышенной частоты с разделяющимися первичной и вторичной обмотками и второй преобразователь энергии, при этом первичная обмотка второго трансформатора повышенной частоты размещена в первом конструктивном блоке, и ее выводы подключены к выходным клеммам первичного преобразователя энергии, а вторичная обмотка второго трансформатора повышенной частоты и второй преобразователь энергии установлены во второй конструктивный блок, выводы вторичной обмотки второго трансформатора повышенной частоты соединены с входными клеммами второго преобразователя энергии, выходы которого подключены на вход второго регулятора тока заряда, при этом первый конструктивный блок стационарно установлен на донном причальном устройстве, расположенном под водой на грунте, а второй конструктивный блок устройства выполнен с возможностью подъема на поверхность путем извлечения его из донного причального устройства, в котором этот блок удерживается за счет гравитационной силы.

Выполнение функциональной задачи - «увеличение надежности зарядки аккумуляторной батареи АНПА и повышение эксплуатационных показателей комплекса АНПА-ДПУ при организации длительного подводного базирования аппарата» обеспечивается следующими отличительными признаками предлагаемого решения.

Первый признак - «… в устройство для зарядки аккумуляторной батареи АНПА… введены второй трансформатор повышенной частоты с разделяющимися первичной и вторичной обмотками и второй преобразователь энергии, при этом первичная обмотка второго трансформатора повышенной частоты размещена в первом конструктивном блоке, и ее выводы подключены к выходным клеммам первичного преобразователя энергии, а вторичная обмотка второго трансформатора повышенной частоты и второй преобразователь энергии установлены во второй конструктивный блок, выводы вторичной обмотки второго трансформатора повышенной частоты соединены с входными клеммами второго преобразователя энергии, выходы которого подключены на вход второго регулятора тока заряда» - обеспечивает бесконтактную передачу электроэнергии во второй конструктивный блок, который выполняет преобразование и передачу электроэнергии на борт АНПА для зарядки его аккумуляторных батарей, что позволяет беспрепятственно разъединять первый и второй конструктивные блоки.

Второй признак - «… первый конструктивный блок стационарно установлен на донном причальном устройстве, расположенном под водой на грунте, а второй конструктивный блок устройства выполнен с возможностью подъема на поверхность путем извлечения его из донного причального устройства, в котором этот блок удерживается за счет гравитационной силы» -обеспечивает возможность подъема второго конструктивного блока на поверхность, например, на борт обеспечивающего судна для выполнения периодических регламентных или ремонтных работ, что способствует надежности зарядки аккумуляторной батареи АНПА и повышает эксплуатационные показатели комплекса АНПА-ДПУ при организации длительного подводного базирования аппарата.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в следующем. Отличительные признаки предлагаемого решения обеспечивают надежную работу устройства для зарядки аккумуляторной батареи АНПА за счет своевременного планового выполнения регламентных или ремонтных работ, устраняющих агрессивное влияние морской воды и результаты биологического обрастания. Повышение эффективности и эксплуатационных показателей устройства для зарядки аккумуляторных батарей АНПА определяется упрощением процедуры подъема второго конструктивного блока на борт обеспечивающего судна и последующей его установке на штатное место в стационарном, установленном на морском дне причальном устройстве, а также снижением материальных затрат на выполнение этой операции по сравнению с устройством-прототипом.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем и пригодно для использования.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для зарядки аккумуляторной батареи АНПА.

Устройство для зарядки аккумуляторной батареи 1 АНПА 2 состоит из первого 3, второго 4 и третьего 5 конструктивных блоков.

В третьем конструктивном блоке 5, устанавливаемом на АНПА 2, расположены вторичная обмотка 6 трансформатора повышенной частоты, выпрямитель 7, второй конденсатор 8, регулятор 9 тока заряда с блоком 10 управления зарядным током, сглаживающий реактор 11, а также измерительные преобразователи 12 и 13 зарядного тока и выходного напряжения устройства соответственно.

Вторичная обмотка 6 трансформатора повышенной частоты через выпрямитель 7 подключена к входным выводам регулятора 9 тока заряда, куда подсоединен также второй конденсатор 8. Первый из двух выходных выводов регулятора 9 тока заряда подсоединен к первому выводу аккумуляторной батареи 1 через измерительный преобразователь 12 зарядного тока, а второй выходной вывод регулятора 9 тока заряда подсоединен ко второму выводу аккумуляторной батареи 1 через сглаживающий реактор 11. К выводам аккумуляторной батареи 1 подключен также измерительный преобразователь 13 напряжения, выходы измерительного преобразователя 12 зарядного тока и измерительного преобразователя 13 напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами блока 10 управления зарядным током, выход которого подключен к управляющему входу регулятора 9 тока заряда.

Во втором конструктивном блоке 4, выполненным с возможностью работать под водой, помещены первичная обмотка 14 трансформатора повышенной частоты, первый 15 и второй 16 измерительные преобразователи температуры, автономный инвертор 17 с блоком 18 управления автономным инвертором 17, конденсатор 19, вторая аккумуляторная батарея 20, коммутатор 21, второй измерительный преобразователь 22 зарядного тока, второй измерительный преобразователь 23 напряжения, второй блок 24 управления зарядным током, второй сглаживающий реактор 25, второй регулятор 26 тока заряда, второй преобразователь 27 энергии и вторичная обмотка 28 второго трансформатора повышенной частоты. Второй конструктивный блок 4 установлен на ДПУ и имеет приспособления, позволяющие с помощью специальных технических средств извлекать его из ДПУ и поднимать на поверхность, на борт обеспечивающего судна.

Первый выходной вывод второго регулятора 26 тока заряда через второй измерительный преобразователь 22 зарядного тока соединен с первой из двух входных клемм коммутатора 21, к которым также подсоединен второй измерительный преобразователь 23 напряжения, а второй выходной вывод второго регулятора 26 тока заряда подсоединен ко второй входной клемме коммутатора 21 через второй сглаживающий реактор 25. Выходные N выводов коммутатора 21 соединены с N входными выводами второй аккумуляторной батареи 20, выходные выводы которой подсоединены к входу автономного инвертора 17, куда подключен также конденсатор 19, а выводы вторичной обмотки 28 второго трансформатора повышенной частоты через второй преобразователь 27 энергии подключены к входным клеммам второго регулятора 26 тока заряда.

В первом конструктивном блоке 3, также выполненном с возможностью погружения под воду, установлен первичный преобразователь 29 энергии и первичная обмотка 30 второго трансформатора повышенной частоты, при этом выходные выводы первичного преобразователя 29 энергии соединены с выводами первичной обмотки 30 второго трансформатора повышенной частоты, а вход первичного преобразователя 29 энергии подключается кабелем к береговому источнику электроэнергии или первичный преобразователь энергии может содержать автономный источник электроэнергии в виде, например, радиоизотопного термоэлектрического генератора. Первый конструктивный блок 3 размещается стационарно на донном причальном устройстве 31, установленном под водой на грунте.

Устройство для зарядки аккумуляторной батареи 1 АНПА 2 работает следующим образом. При установленном втором конструктивном блоке 4 на донном причальном устройстве 31 стыковочные поверхности контактных стенок первичной 30 и вторичной 28 обмоток второго трансформатора находятся на минимальном расстоянии друг от друга, а оси указанных обмоток совпадают. Функционирование взаимосвязанных компонентов, входящих в состав первичного преобразователя 29 энергии, обеспечивает получение на его выходе высокочастотного напряжения, которое подводится к первичной обмотке 30 второго трансформатора повышенной частоты с обеспечением необходимых защитных функций. При этом за счет магнитной связи между обмотками трансформатора осуществляется бесконтактная передача электроэнергии от первичного преобразователя 29 энергии на второй преобразователь 27, в котором выполняется нормализация параметров переданной электроэнергии.

Для осуществления зарядки аккумуляторной батареи АНПА должны быть совмещены контактные стенки первичной 14 и вторичной 6 обмоток трансформатора повышенной частоты. Передача электрической энергии происходит за счет магнитной связи между этими обмотками, и эффективность передачи энергии будет тем больше, чем меньше расстояние между стыковочными поверхностями контактных стенок и чем точнее совпадают оси обмоток трансформатора. Необходимое приведение АНПА 2 с третьим конструктивным блоком 3 ко второму конструктивному блоку 4, расположенному на ДПУ 31, которое установлено стационарно под водой на грунте, выполняется известными методами с обеспечением их взаимной фиксации. [Илларионов Г.Ю., Сиденко К.С, Угроза из глубины: XXI век. - Хабаровск: КГУП «Хабаровская краевая типография», 2011. - 304 с.: ил. (стр. 236-245)].

Аккумуляторная батарея современных АНПА собирается, как правило, на основе литий-ионных аккумуляторов. Зарядка таких батарей обычно осуществляется током I3, значение которого в амперах численно равно емкости батареи в ампер-часах. Этот режим сочетает достаточно малое время зарядки, т.е. оперативную подготовку АНПА к выполнению своих задач, с получением высоких энергетических характеристик полностью заряженной аккумуляторной батареи. Время быстрого заряда составляет, в среднем, t3=3 часа. Таким образом, для аккумуляторной батареи АНПА емкостью, например, С=150 А⋅ч и номинальным напряжением полного заряда примерно U=60 В необходимая для заряда электрическая энергия составит Е=I3⋅U⋅t3=150⋅60⋅3=27 кВт⋅ч с возможностью отдачи этой энергии за требуемое время t3=3 часа. Приведенный пример соответствует использованию в АНПА литий-ионной аккумуляторной батареи типа 14ЛИКГП-150С.

Вместе с тем, при использовании в устройстве для зарядки аккумуляторной батареи автономного источника электроэнергии в виде радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ), экономически и технически оправданным будет применение такого генератора с электрической мощностью не более 100…200 ватт, [http://security-corp.org/space/21371-riteg-prozaichnye-teplo-i-elektrichestvo-dlya-kosmicheskih-apparatov.html].Использование источника электроэнергии такой малой мощности приведет к увеличению времени заряда аккумуляторной батареи АНПА до нескольких сотен часов. По очевидным причинам подобную проблему, обусловленную ограничениями на значение передаваемой мощности, вносит и применение для электроснабжения устройства кабельного питания с берега с использованием длинной электрической линии. Следовательно, в устройстве должно выполняться накопление электроэнергии в течение сравнительно продолжительного промежутка времени, чтобы в последствии в нужный момент использовать накопленную электроэнергию для зарядки аккумуляторных батарей АНПА за требуемое короткое время. Эта особенность достигается за счет применения в заявляемом устройстве второй аккумуляторной батареи 20.

В течение времени, когда АНПА 2 с заряженной батареей 1 отсоединен от второго конструктивного блока 4 и оправлен для выполнения заданной миссии, осуществляется зарядка второй аккумуляторной батареи 20.

Напряжение с выхода второго преобразователя 27 энергии поступает на вход второго регулятора 26 тока заряда, который выполняет необходимое регулирование за счет широтно-импульсной модуляции напряжения на своем выходе с использованием сигналов обратных связей по току заряда аккумуляторной батареи 20 (сигнал с выхода измерительного преобразователя 22) и по выходному напряжению устройства (сигнал с выхода измерительного преобразователя 23). Реактор 25 сглаживает пульсации тока заряда аккумуляторной батареи 20 до допустимого уровня.

Алгоритм работы блока 24 управления зарядным током обеспечивает заряд аккумуляторной батареи 20 в соответствии с требованиями, предъявляемыми к этому процессу применительно к конкретному типу батареи. Например, для заряда литий-ионных аккумуляторных батарей заряд должен выполняться в два этапа. Первый этап - поддержание постоянства зарядного тока. Когда напряжение батареи, увеличивающееся по мере заряда, достигает заданного номинального значения, процесс заряда переходит на второй этап. На этом этапе регулятор 26 тока заряда поддерживает неизменным заданное номинальное значение напряжения аккумуляторной батареи при уменьшающемся зарядном токе с последующим отключением процесса заряда при падении тока заряда до определенного минимального значения (например, 10% от номинального тока).

Указанный процесс обеспечивается работой взаимосвязанных компонентов второго конструктивного блока 4, представляющих собой локальную замкнутую систему автоматического регулирования с обратными связями по току заряда и по выходному напряжению устройства.

Ток зарядки с выхода регулятора 26 подводится к входным выводам аккумуляторной батареи 20 через коммутатор 21, который представляет собой набор ключей с встроенным контроллерным управлением. Коммутатор 21 имеет N выходных выводов и обеспечивает последовательное подключение на зарядку N отдельных секций аккумуляторной батареи 20 таким образом, что по мере выполнения полной зарядки каждой секции осуществляется полный заряд всей аккумуляторной батареи 20 с требуемыми значениями напряжения и накопленной энергией от источника питания с ограниченными значениями напряжения и электрической энергии. Зарядка каждой секции аккумуляторной батареи по отдельности позволяет в максимально возможной степени оптимизировать параметры ее зарядки. После окончания зарядки батареи 20, устройство готово к выполнению зарядки аккумуляторной батареи 1 АНПА 2.

После приведения АНПА 2 ко второму конструктивному блоку 4 и совмещении стыковочных поверхностей первичной 14 и вторичной 6 обмоток высокочастотного трансформатора возможна бесконтактная передача электрической энергии от аккумуляторной батареи 20 на борт АНПА 2 для зарядки его аккумуляторной батареи 1. Для осуществления этого процесса включается в работу автономный инвертор 17, который под действием сигнала с выхода блока 18 управления инвертором вырабатывает знакопеременные импульсы напряжения с коэффициентом заполнения, близким к единице (из полного интервала управления 180 электрических градусов исключается некоторая малая величина «мертвого времени»), которые поступают на первичную обмотку 14 трансформатора и трансформируются на вторичную обмотку 6. При этом эффективность передачи энергии равна максимально возможной для конкретного взаимного расположения первичной и вторичной обмоток трансформатора повышенной частоты.

Напряжение вторичной обмотки 6 трансформатора повышенной частоты через выпрямитель 7 поступает на вход регулятора 9. Параллельно входу регулятора 9 подключен второй конденсатор 8, который сглаживает пульсации напряжения на выходе выпрямителя 7. Выбранное соотношение между витками первичной 14 и вторичной 6 обмоток обеспечивает определенную амплитуду напряжения на вторичной обмотке 6 и, соответственно, практически такую же величину максимального напряжения на выходе регулятора 9 зарядного тока, которое необходимо иметь для полного заряда аккумуляторной батареи 1.

Алгоритм работы блока 10 управления зарядным током, являющийся аналогичным алгоритму работы блока 24, обеспечивает заряд аккумуляторной батареи 1. Здесь также осуществляется заряд литий-ионных аккумуляторных батарей в два этапа: первый этап - поддержание постоянства зарядного тока и второй этап - поддержание неизменным заданного номинального значения напряжения аккумуляторной батареи при уменьшающемся зарядном токе с последующим отключении процесса заряда при падении тока заряда до определенного минимального значения (например, 10% от номинального тока).

Указанный процесс обеспечивается работой взаимосвязанных компонентов третьего конструктивного блока 5, представляющих собой локальную замкнутую систему автоматического регулирования с обратными связями по току заряда и по выходному напряжению устройства.

Измерительные преобразователи температуры 15 и 16, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора 17 и проводом первичной обмотки 14 трансформатора повышенной частоты служат для ограничения тепловых нагрузок на указанные тепловыделяющие элементы. Эти перегрузки могут возникать при чрезмерном увеличении выходного тока инвертора 17 в случае неточного совмещения стыковочных поверхностей первичной 14 и вторичной 6 обмоток трансформатора или ухудшении условий охлаждения в месте расположения второго конструктивного блока 4. Выходы преобразователей температуры 15 и 16 соединены с входами блока 18 управления автономным инвертором. Алгоритм работы блока 18 обеспечивает изменение скважности импульсов управления автономным инвертором 17 таким образом, чтобы уменьшить ток инвертора и ограничить нагрев указанных тепловыделяющих элементов на допустимом уровне.

Устройство для зарядки аккумуляторной батареи автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА), содержащее однофазный автономный инвертор повышенной частоты с блоком управления этим инвертором, конденсатор, подсоединенный параллельно входу инвертора, отдельно выполненные первичную и вторичную обмотки трансформатора повышенной частоты, первый и второй измерительные преобразователи температуры, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора и проводом первичной обмотки трансформатора повышенной частоты соответственно, а выходы измерительных преобразователей температуры соединены с входами блока управления автономным инвертором, причем выход блока управления инвертором подключен на управляющий вход инвертора, кроме этого устройство содержит выпрямитель, сглаживающий реактор, блок управления зарядным током, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, выходы которых подключены на входы блока управления зарядным током, регулятор тока заряда, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления зарядным током, второй конденсатор, подключенный параллельно входным зажимам регулятора тока заряда, к которым подсоединены также выходные клеммы выпрямителя, измерительный преобразователь зарядного тока включен между первым выходным зажимом регулятора тока заряда и первым из двух выходных зажимов устройства, к которым подключены заряжаемая аккумуляторная батарея АНПА и входные зажимы измерительного преобразователя выходного напряжения, а второй выходной зажим регулятора тока заряда соединен со вторым выходным зажимом устройства через сглаживающий реактор, при этом первичная обмотка трансформатора повышенной частоты подключена к выходу автономного инвертора, а вторичная обмотка этого трансформатора соединена с входом выпрямителя, устройство также содержит второй регулятор тока заряда со вторым блоком управления зарядным током, выход которого соединен с управляющим входом второго регулятора тока заряда, второй сглаживающий реактор, вторые измерительные преобразователи зарядного тока и напряжения, коммутатор, вторая аккумуляторная батарея, при этом первый выход второго регулятора тока заряда через второй измерительный преобразователь зарядного тока соединен с одним из двух входных выводов коммутатора, к которым подсоединен также второй измерительный преобразователь напряжения, а второй выход второго регулятора тока заряда соединен со вторым входным выводом коммутатора через второй сглаживающий реактор, выходные выводы коммутатора соединены с входными выводами второй аккумуляторной батареи, выходные выводы которой подключены к входу автономного инвертора, кроме этого устройство содержит первичный преобразователь энергии, при этом элементы устройства размещены в трех отдельных конструктивных блоках, где в первый конструктивный блок, выполненный с возможностью погружения под воду, установлен первичный преобразователь энергии, во второй конструктивный блок, выполненный с возможностью погружения под воду, помещены конденсатор, однофазный автономный инвертор с блоком управления инвертором, первый и второй измерительные преобразователи температуры, первичная обмотка трансформатора повышенной частоты, вторая аккумуляторная батарея, коммутатор, второй регулятор тока заряда со вторым блоком управления зарядным током, второй сглаживающий реактор, а также вторые измерительные преобразователи напряжения и зарядного тока, в третьем конструктивном блоке, устанавливаемом на АНПА, расположены вторичная обмотка трансформатора повышенной частоты, выпрямитель, второй конденсатор, регулятор тока заряда с блоком управления зарядным током, сглаживающий реактор, а также измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, причем первый и второй конструктивные блоки размещаются под водой на донном причальном устройстве, установленном стационарно под водой на грунте, вход первичного преобразователя энергии подключается кабелем к береговому источнику электроэнергии или первичный преобразователь энергии может содержать автономный источник электроэнергии в виде, например, радиоизотопного термоэлектрического генератора, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены второй трансформатор повышенной частоты с разделяющимися первичной и вторичной обмотками и второй преобразователь энергии, при этом первичная обмотка второго трансформатора повышенной частоты размещена в первом конструктивном блоке и ее выводы подключены к выходным клеммам первичного преобразователя энергии, а вторичная обмотка второго трансформатора повышенной частоты и второй преобразователь энергии установлены во второй конструктивный блок, выводы вторичной обмотки второго трансформатора повышенной частоты соединены с входными клеммами второго преобразователя энергии, выходы которого подключены на вход второго регулятора тока заряда, при этом первый конструктивный блок стационарно закреплен на донном причальном устройстве, установленном под водой на грунте, а второй конструктивный блок устройства выполнен с возможностью подъема на поверхность путем извлечения его из стационарного донного причального устройства, в котором этот блок удерживается за счет гравитационной силы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении аккумуляторных батарей, в частности батарей на основе литий-ионных аккумуляторов для космических аппаратов.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение зарядки мобильного устройства сильным током с уменьшением его тепловых потерь.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), функционирующих на низкой околоземной орбите.

Изобретение относится к способу и системе управления электрическим током (ЕСМ) в по меньшей мере одном электролизере, имеющем по меньшей мере два электрода, находящихся в контакте с электролитической средой, множество сенсорных средств для измерения тока, проходящего через один или более электродов, при этом указанные сенсорные средства расположены внутри по меньшей мере одной панели ЕСМ, установленной в одном или более работающих электролизерах.

Использование – в области электротехники. Технический результат - повышение прочности, влагозащищенности и надежности работы конструкции, упрощение процесса эксплуатации, уменьшение габаритов устройства.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение управления питанием, которое подается через множество батарей, имеющих различную плотность энергии и соединенных друг с другом для управления работой приводного тела.

Использование – в области электротехники. Технический результат – оптимизация ограничения зарядки/разрядки аккумуляторной батареи в низкотемпературном состоянии.

Использование – в области электротехники. Технический результат – предотвращение деградации аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автотранспортных средствах на электрической тяге. Техническим результатом является повышение энергетического КПД зарядных систем.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для ускоренного заряда никель-кадмиевых батарей, формирования и восстановления их емкости при вводе в эксплуатацию, техническом обслуживании, регламентных работах.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи размещено в трех конструктивных блоках. В первом конструктивном блоке размещены первичный преобразователь энергии и первичная обмотка второго трансформатора, причем первый блок установлен на донном причальном устройстве стационарно, связан с береговым источником электроэнергии кабельной линией или содержит автономный источник электроэнергии в виде, например, радиоизотопного термоэлектрического генератора. Во втором конструктивном блоке размещены вторичная обмотка второго трансформатора, второй преобразователь энергии, второй регулятор тока заряда со вторым блоком управления зарядным током, коммутатор, вторая аккумуляторная батарея, автономный инвертор напряжения с блоком управления и первичная обмотка трансформатора. Второй конструктивный блок установлен на донном причальном устройстве, фиксируется в нем за счет сил гравитации и может быть извлечен из донного причального устройства для подъема на поверхность с целью проведения регламентных или ремонтных работ. В третьем блоке, устанавливаемом на автономном необитаемом подводном аппарате, расположены вторичная обмотка трансформатора, выпрямитель, второй конденсатор, сглаживающий реактор и регулятор тока заряда с блоком управления зарядным током. Такое выполнение устройства позволило повысить надежность процесса зарядки аккумуляторной батареи и эффективность использования автономного необитаемого подводного аппарата при организации его длительного подводного базирования. 1 ил.

Наверх