На конференции по использованию НПА «Unmanned Underwater Vehicle Showcase 2000», состоявшейся 27 — 28 сентября 2000 г. в Океанографическом центре (Southampton, Ве­ликобритания), был представлен доклад со­трудников Океанографического института (WHOI; Woods Hole, шт. Миннесота, США) об испытаниях литий-ионной АБ на НПА типа ABE, принадлежащем этому институту.

При строительстве на НПА были уста­новлены три группы герметичных гелевых свинцовых АБ. В состав каждой группы вхо­дили 24 элемента размера J с номинальным напряжением 48 В на каждую группу. Каж­дая группа обладала разрядной энергией в начале срока службы АБ ок. 1,8 кВт'час, в конце— ок. 1,2 кВт'час. Предпочтение ак­кумуляторам размера J было отдано в силу их низкой стоимости, высоких надежности и прочности, простоты процесса заряда, отсут­ствия необходимости в постоянном обслужи­вании, допустимости разряда большим током при низкой температуре окружающей среды.

В 2000 г. с целью увеличения автономнос­ти на НПА типа ABE были установлены ли­тий-ионные АБ взамен применявшихся до этого свинцовых.

При переходе на литий-ионные аккумуля­торы предпочтение было отдано аккумулято­рам размера D (34 X 61 мм) производства фирмы Eagle-Picher в силу удобства их раз­мещения, приемлемой стоимости и высоких разрядных характеристик. В общей сложнос­ти на НПА были установлены 378 аккуму­ляторов, включенных в виде трех главных не­зависимых групп. В состав каждой из этих групп входят четырнадцать соединенных пос­ледовательно подгрупп по девять параллель­ных аккумуляторов в каждой.

Разрядное напряжение в отличие от обыч­ных аккумуляторов — не строго постоянное, а монотонно снижающееся в процессе разряда. Максимально допустимое напряжение заряжен­ного аккумулятора 4,2 В; в процессе разряда оно может снижаться до 2,9 В (однако запас отда­ваемой энергии при разряде ниже 3,0 В весь­ма незначителен); при случайном разряде ниже 2,9 В аккумулятор выходит из строя.

В связи с этой опасностью НПА оснаща­ется встроенной системой наблюдения и кон­троля CMS (Control and Monitoring System), которая срабатывает, если разрядное напря­жение становится ниже 3,0 В на аккумулятор. Таким образом, каждая из трех групп АБ обеспечивает разрядное напряжение 58,8 — 42,0 В. Каждый из 378 аккумуляторов отда­ет разрядную емкость ок. 4,0 А·час.

К другим средствам защиты, помимо сис­темы CMS, относятся: плавкий предохрани­тель в цепи разряда каждого из 378 аккуму­ляторов; блокирующий диод в цепи подклю­чения каждой из трех групп АБ к общей шине для предотвращения возникновения уравни­тельных токов между группами.

Система CMS не допускает избыточного за­ряда и глубокого разряда каждого из элементов. Она состоит из трех основных подсистем: контроля напряжения на каждом из девяти ак­кумуляторов подгруппы; гальванической развяз­ки между АБ и измерительными цепями; ава­рийного отключения нагрузки при сни­жении напряжения на любом из аккуму­ляторов до 3,0 В либо при подъеме тем­пературы АБ выше 40°С.

Схема подключения системы CMS к одной из трех главных групп АБ по­казана на рисунке. Показанный на схе­ме резистор 0,02 Ом служит для конт­роля (по падению напряжения на нем) силы зарядного/разрядного тока груп­па АБ.

В процессе выполнения НПА зада­ния система CMS каждые 10 сек. проверяет напряжение на каждом из 126 аккумуляторов, входящих в каждую из трех групп, и прекра­щает выполнение программы в случае сниже­ния напряжения до минимального предела 42 В на любой из групп. В период между по­гружениями НПА выполняется подзаряд АБ с индивидуальным контролем силы зарядно­го тока (номинальное значение 5 А) на каж­дой из трех групп. В случае подъема темпера­туры АБ в процессе заряда до 40°С система CMS ограничивает силу зарядного тока на время, пока температура не упадет ниже это­го уровня.

В общей сложности за все время эксплуа­тации НПА типа ABE совершил более 50 исследовательских погружений. В 1999 г. он был использован для картографирования грунта в районе юго-восточной тихоокеанской возвышенности (районе активной подводной тектонической и вулканической деятельнос­ти), выполнив 19 погружений со сбором ба­тиметрических, магнитометрических, темпера­турных и оптических данных, а также данных об электропроводности морской воды.

Как было указано выше, в 2000 г. на НПА типа ABE были установлены литий-ионные АБ, и он был использован для выполнения картографирования района EMF (Endeavour Main Field) на глубине 2200 м. Именно там ранее были обнаружены выходы высокотемпе­ратурных, насыщенных солями геотермальных вод — очаги исключительно интенсивного раз­вития жизни на большой глубине при темпе­ратуре воды до 90°С. В этом районе было вы­полнено 10 погружений.

Исключительным по длительности было погружение №51. В течение ок. 30 час. «при­донного» времени НПА выполнил подробное обследование параллельными галсами участ­ка грунта размером ок. 650 X 300 м. Протя­женность каждого из галсов составляла ок. 300 м, расстояние между ними — 20 м. НПА «перекрыл» обследуемый участок пя­тью последовательными сериями галсов, прой­дя над грунтом в общей сложности 58,9 км.

Суммарные показатели работы НПА более чем в пять раз превысили аналогичные пока­затели при погружениях, выполнявшихся ра­нее со свинцовыми АБ на борту.

Испытания показали, что литий-ионная АБ обеспечивает длительность работы НПА типа ABE до 33 час. при мощности нагрузки, лежащей в интервале 100 — 400 Вт.

Была подтверждена высокая эффектив­ность литий-ионных АБ при использовании на борту гражданских подводных объектов. Их высокая стоимость в значительной степе­ни окупается многократным увеличением ав­тономности.

(по материалам доклада Bradley A.M., Duester A.R., Liberatore S.P., Yoerger D.R. «Extending the Endurance of a Operational Scientific AUV using Lithium-Ion Batteries»)

Проекты

• НПА типа ABE

Организации

• Eagle-Picher
• Океанографический институт WHOI; Woods Hole
• Океанографический центр Southampton

Заметки

• Unmanned Underwater Vehicle Showcase 2000
• CMS (Control and Monitoring System) - системой наблюдения и кон­троля
• EMF (Endeavour Main Field) - картографирования района

Источники

• «Unmanned Underwater Vehicle Showcase 2000», Conference Proceedings
• Дайджест зарубежной прессы. Выпуск 31