Аккумуляторы на подлодках

[Влад Мак]

 Копался в Интернете и попалась статья "аккумуляторы на подлодках".

"На протяжении многих лет подводные лодки оснащались генераторами постоянного тока. Однако уже с конца 1960-х гг. в Нидерландах, Великобритании, Франции, Швеции и Германии стали переходить на синхронные генераторы переменного тока со встроенными выпрямителями. Такие генераторы требуютменее сложного технического обслуживания, обладают большей надежностью, хорошо сочетаются с высокооборотными дизелями новых конструкций, имеют более высокий кпд и меньший удельный вес. Так, если у выпускавшихся в ФРГ в 1960-х гг. генераторов постоянного тока фирмы AEG мощность была 550 л. с. при удельном весе 4,8 кг/л. с., то у созданного в 1982 г. фирмой «Сименс» генератора переменного/постоянного тока для подлодки проекта TR1700 мощность составляет 1645 л. с. при удельном весе 3,2 кг/л. с.

Гребные электродвигатели современных подлодок обычно характеризуются мощностью 4700—5400 л. с. На подводных лодках следующего поколения проекта 212 установлен гребной электродвигатель «пермасин» фирмы «Сименс», в системе возбуждения которого применены постоянные магниты, выполненные на основе материалов из редкоземельных элементов. По сравнению с обычными двигателями равной мощности «пермасин» имеет на 40 % меньшую массу и на 60 % меньший объем. Компьютерное моделирование электродвигателя позволило оптимизировать его конструкцию по параметрам электрической эффективности и виброакустическим характеристикам. Кроме того, новая система распределения электроэнергии, оптимизированная по числу потребителей и снижению потерь при передаче, обеспечила значительное увеличение подводной автономности подлодки.

Самым «узким» местом дизель-электрических подводных лодок и по сей день остаются аккумуляторные батареи. В период Первой мировой войны для зарядки разряженной за 1—1,5 часа батареи требовалось 6—8 часов. Прошло 20 лет, и мало что изменилось. Для зарядки среднеразряженной аккумуляторной батареи на лучших отечественных подводных лодках типа С требовались те же 8 часов, а полностью разряженной — более 10. После Второй мировой войны повышение емкости каждого элемента обеспечивалось увеличением числа пластин за счет уменьшения их толщины, системой охлаждения элементов пресной водой и перемешивания электролита. Все это несколько увеличило срок службы батарей и сократило время зарядки. Но и сейчас свинцово-кислотные батареи составляют 20—25 % массы подводной лодки. Они работают при температуре около 30 °С, могут находиться в эксплуатации шесть лет и более, характеризуются удельной энергоемкостью от 22 Вт·ч/кг при часовом режиме разрядки до 55 Вт·ч/кг при 100-часовом режиме разрядки. Аккумуляторная батарея строящейся германской подлодки проекта 212 выполняется в виде двух групп, каждая из которых включает 144 свинцово-кислотных аккумулятора. Батарея способна обеспечить движение лодки с максимальной скоростью 20 узлов в течение нескольких часов. Аккумуляторы могут работать в тандеме с топливными элементами электрохимического генератора, обеспечивая стабильное функционирование аккумуляторов в оптимальном режиме разрядки, в результате чего срок их службы увеличивается с четырех—шести до шести—восьми лет."

После Второй мировой войны на подводных лодках стали устанавливать серебряно-цинковые аккумуляторы. По сравнению со свинцово-кислотными они обладали гораздо большей удельной емкостью: массовой Вт·ч/кг — до 3 раз, объемной Вт·ч/дм3 — в 2 раза. Кроме этого, серебряно-цинковые аккумуляторы позволяют получать большие токи при кратковременных режимах разрядки, постоянное до конца разряда напряжение и малую скорость саморазряда. Их достоинством является и то, что они не полностью заливаются электролитом и таким образом не выплескивают его при гораздо больших кренах и дифференте. В настоящее время серебряно-цинковые батареи имеют гарантированный срок службы 3 года, или 300 циклов зарядки, энергоемкость около 130 Вт·ч/кг. Однако они в 4 раз дороже, чем свинцово-кислотные. Для изготовления аккумуляторной батареи для одной дизель-электрической подводной лодки уходит порядка 14,5 т серебра."http://submarine.itishistory.ru/1_lodka_28.php

Неизвестно, когда написана статья , но как оказалось -"серебряно-цинковые батареи имеют гарантированный срок службы 3 года, или 300 циклов зарядки, энергоемкость около 130 Вт·ч/кг. Однако они в 4 раз дороже, чем свинцово-кислотные", т.е. серебрянно-цинковые не дороже литиевых, более ёмкие некоторых образцов (пальчикового а123), при большей удельной мощности.

"Основным препятствием к достижению более высоких скоростей подводного хода продолжала оставаться очень большая удельная масса электроэнергетической установки и особенно ееаккумуляторной части, несмотря на то, что аккумулятор ные батареи постоянно совершенствовались и к 1960 г. по удельной емкости (Вт o ч/кг) превосходили батареи периода войны на 30 %. Определенные надежды связывались с серебряно-цинковымиаккумулятор ами, которые по сравнению со свинцово-кислотными обладали гораздо большей удельной емкостью и меньшими габаритами. Кроме того, серебряно-цинковые аккумуляторы позволяли получать большие токи при кратковременных режимах разрядки, постоянное до конца разряда напряжение и малую скорость саморазряда. Их достоинством являлось и то, что они не полностью заливались электролитом, что упрощало управление подводной лодкой, так как исключалось выплескивание электролита при кренах и дифферентах. В свинцово-кислотномаккумулятор е уровень электролита не допускает наклон элементов более 45-50°, а серебряно-цинковый может нормально работать в любом горизонтальном и вертикальном положении, поскольку электролит не выливается из-за его малого количества и герметичной пробки, установленной в корпусе элемента." http://otvety.google.ru/otvety/thread?tid=428decc61e2bdaa1

"Мы производим широкий ряд аккумуляторов, которые хорошо зарекомендовали себя при использовании на?атомных подводных лодках, и?как основные источники тока, на?дизель-электрических подводных лодках. Аккумуляторы построены по  технологии плоских или трубчатых электродов.
    Имеется более 30?одобренных вариантов конструкций, созданных по?технологии Одиночных пластин или Двух ярусного размещения, со?Свинцовыми или медными отрицательными электродами от 10?до 30?кВт∙ ч на?аккумулятор
    Малый объем технического обслуживания
    Исключительные разрядные характеристики
        Быстрое восстановление заряда
        Низкое выделение водорода
        Дополнительное оборудование
            Система мониторинга
            Элиминатор водорода"
http://www.proelectro2.ru/products/id_2367
А .Сорока, как мне помнится, служил на подлодке по этой части.
Что там за конструкция аккумулятора была, не помните?

[Alex_Soroka]

На ПЛ СССР стояли обычные свинцовые АКБ.

Выглядит примерно так одна банка (почти в рост человека):

[_claw]

у нас народ на дачи бочки из под них приспособил делать. там корпус  из текстолита - прочный, легкий, квадратный и вечный. одни плюсы
по крайней мере на АПЛ такие стояли, какие на дизелях, не в курсе.

[Влад Мак]

На ПЛ СССР стояли обычные свинцовые АКБ.
Выглядит примерно так одна банка (почти в рост человека):

Да же и не знаю, где они "такие обычные, в рост человека", ещё применялись.
А сколько циклов выдерживали или такая статистика не велась ?

[Alex_Soroka]

На ПЛ СССР стояли обычные свинцовые АКБ.
Выглядит примерно так одна банка (почти в рост человека):

Да же и не знаю, где они "такие обычные, в рост человека", ещё применялись.
А сколько циклов выдерживали или такая статистика не велась ?

статистики не знаю.
но АКБ служили не один десяток лет - там по конструкции - на 1000 циклов точно хватало.

[Alex_Soroka]

по крайней мере на АПЛ такие стояли, какие на дизелях, не в курсе.

Свинцовые АКБ для "лодочных" применений стандартизованы - т.е что на АПл что на "дизеле" стояли одинаковые "банки".

[Влад Мак]

статистики не знаю.
но АКБ служили не один десяток лет - там по конструкции - на 1000 циклов точно хватало.

А , что за конструкция, в училище проходили ?

[_claw]

На ПЛ СССР стояли обычные свинцовые АКБ.
Выглядит примерно так одна банка (почти в рост человека):

Да же и не знаю, где они "такие обычные, в рост человека", ещё применялись.
А сколько циклов выдерживали или такая статистика не велась ?

статистики не знаю.
но АКБ служили не один десяток лет - там по конструкции - на 1000 циклов точно хватало.

рожковый ключ 27х30 случайно упавший на свинцовые контакты такой батарейки сгорал мгновенно со снопом искр.

[Alex_Soroka]

статистики не знаю.
но АКБ служили не один десяток лет - там по конструкции - на 1000 циклов точно хватало.

А , что за конструкция, в училище проходили ?

Да обычная
как во всех Opz(стационарных тяговых) батареях современных, только баки из текстолита а не стекла.
Ничего там интересного не было - аккумы как аккумы.
Кипят сильно при заряде, когда старая батарея...

[Влад Мак]

Да обычная
как во всех Opz(стационарных тяговых) батареях современных..

Насколько я в курсе, Opz - не все одинаковые по плюсовому электроду.
Там была решётчатая или трубчатая конструкция ?

[Lev007]

В тему, цитирую
==ОСНАЩЕНИЕ НЕАТОМНЫХ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК ЛИТИЙ-ИОННОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ Что касается применения литий-ионных аккумуляторных батарей (АБ) на НАПЛ, то в настоящее время во всем мире ставка делается именно на них. Высокие значения напряжения и разрядной мощности при умеренных массогабаритных характеристиках, исключительно малый саморазряд даже при высокой температуре, отсутствие «эффекта памяти» и потребности в обслуживании в процессе эксплуатации, а также большой циклический срок службы выгодно отличают литий-ионные АБ, от свинцово-кислотных. Конструкция литий-ионных аккумуляторных батарей включает положительный электрод, состоящий из смеси оксидов металла, нанесенных на подложку из алюминиевой фольги, и отрицательный электрод, состоящий из слоя графитовой смеси, нанесенного на подложку из медной фольги (рис. 11). Электролитом служит раствор солей лития в смешанном карбонатном растворителе. Анод и катод с сепаратором сворачиваются на оправке в рулон, помещаемый в цилиндрический или прямоугольный металлический корпус; проволочные выводы от каждого из электродов привариваются к контактным площадкам на корпусе. Далее корпус герметично заваривается, затем аккумулятор через специальное технологическое отверстие заполняется электролитом и отверстие герметизируется. После этого выполняется заряд аккумулятора, в течение которого происходит формование катода. В процессе эксплуатации аккумулятора при заряде ионы лития поглощаются графитовым слоем анода, при разряде – слоем оксидов металла катода. Процессы поглощения и выхода ионов лития сопровождаются незначительным изменением объема электродов, что обеспечивает большой циклический срок службы аккумулятора. Сверхмалая подводная лодка (ПЛСМ) ВМС США для транспортировки личного состава сил специальных операций типа Advanced SEAL Delivery System (ASDS) имеет водоизмещение 60 т, длину 19,8 м, ширину 2,4 м, мощность главного гребного электродвигателя 40 кВт (рис. 12). Электропитание всех систем СМПЛ обеспечивается литий-ионной аккумуляторной батареей (рис. 13), размещенной под прочным корпусом в двух титановых контейнерах длиной 1,8 и диаметром 0,64 м. Отдельный элемент батареи имеет следующие характеристики: масса 6,5 кг; высота 364 мм; толщина 42 мм; ширина 161 мм; объем 2,4 л; напряжение 3,8 В; емкость 340 А·ч; энергия 1300 Вт·ч; удельная энергия 205 Вт·ч / кг. Принцип сборки батареи из отдельных аккумуляторов показан на рис. 13. Полумодуль батареи состоит из 9 аккумуляторов, соединенных последовательно и имеет энергию 11 кВт·ч (масса 63 кг). Модуль батареи состоит из 18 аккумуляторов соединенных последовательно и имеет энергию 22 кВт·ч (масса 130 кг). Два модуля, соединенных последовательно, имеют энергию 44 кВт·ч (масса 270 кг) при напряжении 150 В. Далее два модуля соединяются параллельно и имеют энергию 88 кВт·ч при напряжении 150 В. Характеристики батареи в целом следующие: энергия 88 кВт·ч; масса 550 кг; длина 1,64 м; диаметр 0,64 м; напряжение максимальное 150 В; напряжение минимальное 102,5 В; максимальный ток разряда 100 А; номинальный ток разряда 40 А; количество циклов заряд-разряд 220; срок службы 6 лет; температурный диапазон - 18 – +60° С. Как видно из приведенных фактов иначе, как революцией в корабельной энергетике это назвать трудно. В апреле этого года в Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете состоялся семинар-презентация разработок и продукции фирмы SAFT (Франция) под названием «Литий-ионные системы питания для больших подводных аппаратов». От российской стороны в семинаре приняли участие специалисты ряда заинтересованных организаций, а с французской стороны с докладом выступили представители фирмы SAFT Бертран Дотфей – директор по продажам отделения «Космос и оборонительные системы» и Ален Коаду – менеджер по новым оборонительным системам. В докладе, в частности, были представлены сравнительные оценки двух НАПЛ одинаковых обводов, водоизмещением примерно по 2000 т, оснащенных традиционной свинцово-кислотной и новой литий-ионной АБ. Из рис. 14 видно, что при одинаковых объемах, отводимых для размещении АБ и обслуживающих ее систем, на малых скоростях хода (около 5 уз.) НАПЛ, оснащенная литий-ионной батареей (синий цвет) имеет преимущество по дальности хода в 2,75 раза по сравнению с НАПЛ, оснащенной лучшей свинцово-кислотной АБ (красный цвет). На больших скоростях хода (18 уз.) это преимущество проявляется еще более явно (в 4 раза!). В таблице 1 приводятся дополнительные данные, подтверждающие преимущества литий-ионной АБ. Они выдерживают хранение в разряженном состоянии в течение нескольких лет. Конструкция литий-ионных аккумуляторов и батарей позволяет выдерживать большие механические (взрывные) нагрузки. Стоимость одного Вт·ч для литийионного аккумулятора в 15-25 раз ниже, чем свинцово-кислотного в расчете на один цикл. Все подводники знают, какого труда стоит электрикам уход за свинцово-кислотной АБ, когда, лежа в неудобной позе на специальной тележке в аккумуляторной яме, надо буквально каждый элемент пропустить через свои руки (протирать крышки баков, измерять уровень и плотность электролита, и многое другое). Литий-ионная АБ практически не требует ухода, блок ее элементов похож на типовой шкаф с радиоэлектронной аппаратурой (всегда сухой, чистый, не выделяющий газов). Применение батарей из литий-ионных аккумуляторов позволит улучшить весовые и объемные удельные энергетические характеристики энергоустановок НАПЛ по сравнению с батареями на базе свинцово-кислотных аккумуляторов, существенно продлить срок службы, уменьшить себестоимость и эксплуатационную стоимость изделий, повысить пожаро-взрывобезопасность НАПЛ. Особое преимущество литий-ионной АБ состоит в возможности полного отказа от такого, казалось бы, привычного и неотъемлемого конструктивного элемента НАПЛ как аккумуляторная яма с обслуживающими ее многочисленными системами. Литий-ионную АБ можно размещать конформно в любых отсеках и даже в неудобных объемах (внутри прочного корпуса и снаружи). В итоге можно только представить, какими неограниченными возможностями могла бы обладать подводная лодка типа «Лада», если к уже имеющимся ее неоспоримым достоинствам добавилась бы литий-ионная энергетика, один многоцелевой АНПА и один управляемый по оптоволоконному кабелю НПА связи типа «Flying Plug». Практически бесшумные, обладающие мощным торпедным и ракетным оружием, с подводной автономностью до 10 суток и скоростью подводного хода до 25 уз, в совокупности с развернутыми в Океане перспективными системами освещения обстановки на базе автономных гидроакустических комплексов, развернутыми подводными прецизионными навигационными сетевыми системами, а также оптоволоконными и гидроакустическими сетевыми системами связи, 10 – 15 НАПЛ типа «Лада» могли бы обеспечить надежную оборону всего дальневосточного побережья России. Надо спешить, времени у нас осталось мало. ВЫВОДЫ 1. Можно считать уже стабильной тенденцией разработку во многих развитых странах средств базирования АНПА на подводных лодках, что существенно повышает их боевые возможности. Ведущие страны разрабатывают подводные лодки специального назначения или модернизируют существующие для обеспечения базирования НПА. Идея базирования АНПА на подводных лодках существенным образом повлияла на их архитектуру. В настоящее время реализуются две концепции базирования: а) концепция «сухого базирования», когда АНПА хранится и обслуживается внутри прочного корпуса лодки или внутри специальных прочных контейнеров (например, модернизированных пусковых ракетных шахт ПЛАРБ); б) концепция «мокрого базирования», когда АНПА в течение всего срока автономности подводной лодки хранится вне прочного корпуса в специально отведенном месте, заполненном забортной водой. Каждая из этих концепций имеет свои достоинства и недостатки. 2. Технология базирования АНПА на подводных лодках дала импульс для развития следующих технических и радиоэлектронных средств, наличие которых позволяет говорить о появлении единой новой суперсистемы – «подводная лодка – АНПА». В состав такой системы могут входить: – гидроакустические системы приведения АНПА к подводной лодке; – гидроакустические навигационные системы с ультракороткой базой; – гидроакустические системы связи между АНПА и подводной лодкой; – различные механизмы (манипуляторы и захваты) и обслуживающие их системы для обеспечения старта аппарата и его возвращения на подводную лодку; – средства передачи энергии для заряда аккумуляторной батареи АНПА (контактные и индукционные); – средства заправки компонентами топлива для АНПА с электрохимическими генераторами и тепловыми двигателями, а также системы хранения этих компонентов на борту подводной лодки; – средства обеспечения информационного обмена между АНПА и подводной лодкой (когда аппарат находится на борту); – средства обеспечения информационного обмена между АНПА и подводной лодкой (когда аппарат находится в воде вблизи подводной лодки). Здесь имеются в виду высокочастотные гидроакустические, электромагнитные и оптоэлектронные (лазерные) модемы; – средства обеспечения приема на борт подводной лодки аварийного аппарата. 3. В настоящее время для оснащения автономных подводных объектов, к каким относятся АНПА и подводные лодки, литийионным аккумуляторным батареям по сути дела нет альтернативы. Нет никаких объективных противопоказаний их применения на НАПЛ, они уже несколько лет производятся в России и нужна только добрая воля для того, чтобы неатомные стали еще сильнее. 4. С точки зрения большой стратегии, можно констатировать, что всего 10 – 15 НАПЛ типа «Лада», имеющих на борту АНПА и литий-ионную аккумуляторную батарею, развернутые в Северо-Западной части Тихого океана, могут полностью дезавуировать всю стратегию литоральной войны, которую так лелеет Пентагон.==
Взято отсюда http://transforms.ru/sovremennye-podvodnye-lodki/preimuschestva-neatomnyh-podvodnyh-lodok.-chast-3.html