Военные технологии аккумулирования энергии. Военные аккумуляторы


Военные технологии аккумулирования энергии » Военное обозрение

Военные внимательно следят за появлением новых технологий, в частности, за появлением продвинутых батарей, микрогенераторов, топливных элементов, источников солнечной энергии, суперкондесаторов, которые предназначены для аккумулирования энергии.

Полный боевой комплект солдат весит немало, однако боевые задачи предполагают в настоящее время и ношение большого количества новейших электронных устройств. Применение более эффективного оборудования и технологий умного управления энергопотреблением в значительной степени облегчили бы массу этого снаряжения. Поэтому возникла необходимость поиска и изучения новых технологических разработок. В свою очередь, в наиболее продвинутых программах военной модернизации, центральное место занимает выработка и управление электроэнергией.

Процессы стандартизации и интеграции в НАТО крайне сложны, потому как не существует единого натовского стандарта соединительных устройств или напряжения в системах обеспечения деятельности солдата. Поэтому, как правило, разработчики свои основные усилия направляют на разработку распределенных и централизованных систем энергосбережения.

Распределенная система характеризуется тем, что каждая отдельная часть оборудования оснащена собственной батареей, а связь с остальными частями осуществляется исключительно для передачи данных. Централизованная система характеризуется тем, что комплект аккумуляторов, который в нее входит, интегрирован в ранцевую энергетическую систему, и представляет собой единое целое с персональной электроникой.

Благодаря централизованной системе возможно уменьшение нагрузки на человека, а также объема логистических операций, которое достигается за счет использования вместо нескольких батарей единого перезаряжаемого блока, являющегося источником энергии для оборудования. Чтобы использование их было эффективным, необходимо, чтобы все устройства имели одинаковое напряжение, либо имели собственные системы регулирования мощности или же блок управления энергопотреблением. Использование централизованных энергосхем больше подходит для использования в современных технологиях, в частности, в электронных тканях и плоских кабельных проводках.

Потребителем электроэнергии в настоящее время становится также и стрелковое оружие. Ни для кого уже не является новинкой оптические прицелы, лазерные указатели, устройства подсветки, усилители изображения и тепловизоры. Многие военные также не исключают возможности модернизации и доработки вооружения через встроенные средства передачи данных и энергопитания. Так, к примеру, программа модернизации солдатского снаряжения LAND 125 Австралии включает улучшенную винтовку Steyr F88, оснащенную батарейным блоком, который снабжает энергией дополнительные устройства.

ISSE DE&S (Управление по интегрированным солдатским системам МО Великобритании) и компанией ABSL Power Systems совместными усилиями были разработаны легкие батареи для радиостанций с ультракоротким диапазоном BOWMAN, которые имеют больший срок службы. Батареи основаны на соединении литий-монофторид углерода, в последнее время находящего все большее применение.

В химических реакциях батарей используется кислород, в результате чего вырабатывается электроэнергия. Свинцово-кислотные аккумуляторы, к примеру, кислород вырабатывается благодаря электролиту с серной кислотой. В литиево-воздушных батареях кислород получается из атмосферы, за счет чего снижается масса батареи. В теории, литиево-воздушные батареи получают большую энергетическую плотность, равную 1000 Вт/ч на 1 килограмм элемента, но на практике батареи такого типа пока не достигают этой плотности. Помимо этого, такие батареи не способны дать высокой выходной мощности, и на практике перезаряжаемые модели еще не реализованы. К тому же, существуют определенные проблемы со сроком эксплуатации и безопасностью, потому как литий является высокореактивным веществом и может взрываться или воспламеняться при повреждениях или неосторожном обращении.

Британским МО в настоящее время осуществляется программа RBDS, которая имеет своей целью снижение нагрузки на солдата до 25 килограммов. В основу ее положены разработки персонального энергосбережения и электронных систем. Конечным результатом должно стать создание интегрированной архитектуры энергетических и электронных систем, которая будет полагаться на основной источник питания, имеющий энергетическую плотность порядка 600-800 Вт/ч на килограмм. Первые прототипы были созданы в 2011 году, а рабочие образцы могут появиться уже через несколько лет.

Программа RBDS предусматривает рассмотрение применения различных концепций с целью достичь ступенчатых изменений энергетической плотности энергоисточников.

Надо сказать, что ученые и промышленные группы занимаются исследованиями различных технологий, в частности, программных агентов, которые способны совершать интеллектуальное управление энергосбережением, а также топливные элементы, химические перспективные составы, фотогальванистические массивы, аккумулирование энергии, электронные ткани и микродвигатели.

Так, в рамках одной из программ МО Великобритании проводится изучение биомеханического аккумулирования энергии, которое заключается в том, что движение тела используется для выделения энергии, которая и используется для обеспечения работы персональной радиостанции. Исследовательская работа «Солнечный солдат» занимается изучением многоуровневого фотогальванического устройства, подающего энергию для устройств. Помимо этого, существует и еще одно направление исследовательской работы, которое направлено на разработку быстроразвертываемых печатных антенн, которое можно носить на теле и с их помощью аккумулировать радиочастотную энергию. Необходимость большой мощности в определенные короткие временные промежутки заставляет обращать внимание и на перспективные суперконденсаторы.

Большое количество исследований по продвинутым батареям сосредоточено на использовании литиево-воздушных систем, о которых мы упоминали выше. Ввиду того, что применение практических литиево-воздушных систем нерационально, в последние несколько лет в мире появились новые батареи, имеющие литий-ионный состав. Ими являются литий-железофосфатные безопасные батареи, которые обладают высокой пиковой мощностью и высокой энергетической плотностью. Среди производителей таких батарей ведущие позиции занимают американская компания A123 Sуstems и канадская Phostech Lithium. Особенность новых батарей заключается в том, что они обладают гораздо большей энергоплотностью, поэтому при перезарядке смогут обеспечить уменьшение логистических задач.

Существует и еще одно направление в развитии аккумуляторов, которое заключается в слиянии двух технологий – конденсатора и батареи. Конденсатор – это пара проводников, которые разделены диэлектриками. Между этими проводниками накапливается разность потенциалов, которая представляет собой электрический статический заряд. Когда положительный и отрицательный полюса соединяются, конденсатор разряжается. Электроемкость измеряется в фарадах, но в последнее время появились мультифарадные конденсаторы, которые содержат большой электрический заряд в небольшом объеме, могут быстро разряжаться и перезаряжаться. Недостатком их является неспособность сохранять заряд долгое время. Благодаря таким своим характеристикам суперконденсаторы могут дополнить аккумуляторы в тех случаях, когда необходима высокая импульсивная мощность на небольшой временной промежуток.

Использование энергии как единого целого очень важно, независимо от типа силовой архитектуры. До настоящего времени солдаты уже научились более разумно использовать энергию, управляя энергопотреблением при помощи включения и выключения оборудования. Вместе с тем, автоматические системы управления дадут возможность продлить срок службы батарей и снизить уровень рабочей нагрузки.

Особенно важно эффективное управление энергопотреблением для солдат в боевой обстановке. К примеру, в Афганистане, пехотинцы и связисты, которые проводят двухсуточное патрулирование по пересеченной местности, могут носить до 11 килограмм батарей. При этом практически половина массы аккумуляторов используется для защиты, в то время как для метровой радиостанции используется всего 39 процентов. Остальные 22 процента делятся между универсальной батареей, высокочастотной радиостанцией, коммерческими элементами.

Для того чтобы уменьшить вес аккумуляторов, по заказу британских военных компанией ABSL Power Systems Ltd было разработано новое устройство, которое способно извлекать остаток энергии из неперезаряжаемых севших батарей. Устройство, названное SPC, помимо извлечения энергии из батарей, может проделывать то же самое и с другими возможными источниками энергии. Данное устройство можно подсоединить к аккумуляторам транспортных средств и передать необходимое количество энергии в перезаряжаемое устройство. Кроме того, прибор можно подсоединить к солнечной панели, тогда оно превратится в зарядное устройство для батарей.

На поле боя уже давно используются переносные генераторы, оснащенные двигателями внутреннего сгорания небольших размеров. Такие генераторы экономичны и надежны, но переносить их непросто ввиду немаленького веса. Это стало причиной того, что ученые и промышленность занялись разработками миниатюрного генератора или даже микрогенератора. Первый тип устройства очень близки к двигателям беспилотников, и в скором времени могут появиться на рынке. Что касается второго типа, то это микроэлектромеханические системы, которые изготавливаются с использованием технологии получения полупроводников.

Так, компанией Cubewano проводятся разработки, направленные на создание устройств, которые при небольшом весе (порядка 10 килограммов) имели бы выходную мощность в 2 кВт. Такое устройство могло бы обеспечить энергией группу из 8-12 солдат на 72 часа. Роторные двигатели Sonic от данной компании используют искровое зажигание, и могут работать на различном топливе.

Что касается двигателей внутреннего сгорания MEMS (микроэлектромеханические системы), то по ним еще ведутся исследования, направленные на решение вопросов герметизации, смесеобразования, смазки, зажигания, диагностики двигателя, управления тепловыделением и компоновки дополнительных систем.

Роторные двигатели MEMS, разработанные в университете Беркли, способны выработать около 26 милливатт энергии. Такая же программа существует и в Кембриджском университете. Помимо этого, в Беркли также проводятся разработки минироторного двигателя, который смог бы вырабатывать 10-100 Вт. Такие двигатели могли бы прийти на смену аккумуляторам.

Что касается топливных генераторов, то они уже долгое время находятся в центре внимания военных. Это обусловлено более высокой, по сравнению с химическими составами, энергетической плотностью топлива. Топливные элементы способны вырабатывать энергию, пока к ним поступает воздух и топливо. Некоторое время казалось, что такие элементы потеснят аккумуляторы, став более предпочтительными портативными источниками энергии. Но на практике этого не случилось ввиду проблем со снабжением их топливом. Помимо этого, проблема заключается и в снабжении их водородом, необходимым для соединения с кислородом и выработки тока. Водород очень проблематично перевозить, потому как он взрывоопасен и обладает низкой энергетической плотностью. Хранение его в жидком состоянии также сопряжено с определенными проблемами, поскольку для этого требуются очень низкие температуры и высокое давление. Все эти характеристики делают водород очень непрактичным для использования, особенно на поле боя.

Топливные элементы вполне могут работать на керосине или дизельном топливе, но для этого необходима дополнительная обработка нефтепродуктов, а необходимое для этого оборудование чрезвычайно дорогое.

В конечном итоге все эти проблемы привели к тому, что на данный момент основные разработки топливных элементов для военных сосредоточены на использовании алкогольного топлива, в частности, этанола и метанола.

Топливные элементы находятся в центре двух разработок британской лаборатории оборонной технологии и науки: программы RBDS-CV по снижению нагрузки на солдата и персонального источника энергии Personal Power Source.

В разработке PPS принимают участие компании Qinetiq и ABSL, которые работают над созданием двух систем с топливными элементами: Strand A и Strand B. Первая система предназначена для выделения мощности порядка 7,2 кВт на протяжении двух суток. Ее использование возможно в силовой портативной электронике и коммуникационном оборудовании, в частности, BOWMAN C4I и FIST. Вес источника составляет порядка 1,4 килограмма, а сам он обладает энергетической мощностью 250 кВт в час на килограмм.

Компании занимаются совместными разработками и вторым источником, который представляет собой объединение аккумулятора и топливных элементов. Протоннообменная мембрана в качестве источника водорода использует твердый бесцветный гидрид бора-азота. Вес второго источника составит около 6,3 килограммов, а его энергетическая мощность будет равна 220 кВт в час на килограмм.

Существует и еще один перспективный топливный элемент, предложенный компанией SFC Energy – это легкое портативное устройство для военного использования под названием JENNY 600S. В нем использована технология прямого окисления метанола. Носить его можно на теле, а также использовать для проведения работ дистанционных устройств.

В настоящее время определить, какая из всех перечисленных технологий является лучшей, невозможно. Все они находятся в процессе развития и совершенствования, и вполне возможно, что в будущем возможно появление устройств, которые будут сочетать в себе данные технологии.

Использованы материалы:http://www.army-guide.com/rus/article/article_2317.html

topwar.ru

Разработки энергетических систем для пехоты » Военное обозрение

Солдаты подсоединяют кабели к вспомогательному распределительному центру энергоснабжения в Афганистане

Усилия по доставке все более технологичных систем в дислоцированные подразделения привели к увеличивающемуся потоку электрифицированных приложений, хлынувшему из боевых лабораторий на поле боя и способствующего тому, что стандартизация и унифицированность энергосистем уже не определяется только лишь коммерческими компонентами.

Целью Научно-исследовательского бронетанкового центра TARDEC американской армии является стимулирование промышленного партнерства касательно коммерциализации электрических военных технологий и поощрение унифицированности между оборонным и внутренним рынками. (Далее, электрические технологии – различные устройства и способы выработки электрической энергии)

Технологии литий-ионных и других продвинутых аккумуляторов начались, например, как инвестиции армии в технологические решения по аккумулированию для боевых машин. По заявлению TARDEC в настоящее время уровень компонентной унифицированности между военными и гражданскими грузовиками достигает 65 - 70%.

К 2020 году модернизация транспортных средств и разработка новых систем возглавят список капиталоемких оборонных инвестиций, при этом они все в большей степени будут интегрировать электрические технологии. Наземные боевые машины являются в НИОКР той категорией в которой их активно стремятся перевести с двигателей внутреннего сгорания (ICE) к гибридным (HEV) или полностью электрическим (EV) двигателям и трансмиссиям.

Приложения для построения сетевой структуры армии, как, например, перспективная программа сбора разведывательной информации американской армии - автоматизированная система сбора, обработки и распределения разведывательной информации DCGS-A (Distributed Common Ground System), армейский смартфон Joint Battle Command - Platforms (DCGS-A или Blue Force Tracking) или солдатская информационная система на базе планшета NETT WARRIOR, точно также потребуют постоянного развития электрических систем в соответствии с принципом оборонного финансирования "готовность по наилучшей цене".

Силовые передачи транспортных средств

Интегрированные силовые установки для военных наземных машин стали основным элементом проектов следующего поколения. Требования к перспективным машинам, например, требования к машинам по американским программам JLTV и GCV не только улучшили баллистическую защиту и защищенность шасси от СВУ, но улучшили эргономику экипажа и возможности оперативного управления. Эти компоненты в свою очередь требуют улучшенной ветроники (электроники транспортного средства). Способность выполнять в будущем свои задачи означает, что двигатели, трансмиссии и системы распределения мощности перспективных пехотных машин будут становиться все в большей степени электрическими.

Разработки энергетических систем для пехотыКвадроцикл MV800 4 x 4 ATV от компании Polaris Industries

После установки в 2007 году двигателей модельного ряда PATRIOT, отличающихся электрическим прямым впрыском топлива, на свои квадроциклы MV800 4 x 4, компания Polaris Industries сосредоточилась на разработке гибридных электрических силовых агрегатов для своей линейки военных и спортивных внедорожников. Двигатель PATRIOT объемом 760 см3 и мощностью 40 л.с. был изначально разработан в сотрудничестве с австралийской фирмой Orbital и предназначался в качестве гибридной концепции, которая могла бы давать почти в два раза больше лошадиных сил по сравнению с традиционными дизельными двигателями. В двигателе PATRIOT применяется технология прямого искрового воспламенения, он работает не только на стандартных топливах STANAG и MIL-STD JP5, но также и на обычном бензине и обычном дизельном топливе американских стандартов.

Трансмиссия EX-DRIVE от компании QinetiQ

Согласно двухгодичному контракту стоимостью 449,9 миллиона долларов, выданному в 2011 году команде разработчиков BAE Systems и Northrop Grumman, компания QinetiQ поставит трансмиссионные системы E-X-DRIVE для той части этапа технологической разработки программы GCV за которую ответственна фирма BAE. QinetiQ является поставщиком базовой трансмиссионной технологии, базирующейся на ее гибридной электроприводной системе, для прототипа машины GCV. Основными особенностями системы E-X-DRIVE является исключение механической связи между двигателем, ходовой частью и трансмиссией за счет использования электрических подсистем. Это позволяет менять местами положение таких ключевых компонентов силового агрегата, как, например двигатель и трансмиссия. Отпадает необходимость в линейной схеме, повышается гибкость при выборе источников энергии и их размещении в шасси машины. Эти кон-фигурации также позволяют применять перспективные и нестандартных размеров топливные эле-менты, аккумуляторы и другие системы аккумулирования энергии.

Другим претендентом на проект GCV является команда, которую возглавляет компания General Dynamics в качестве основного подрядчика, и в которую входят ее партнеры Lockheed Martin, Detroit Diesel и Raytheon.

Широкая линейка военных аккумуляторов и тактических зарядных устройств от Bren-TronicsHYBRIDRIVE от компании BAE Systems

Компания BAE Systems разработала свою собственную движительную систему HYBRIDRIVE на базе дизельного двигателя, генератора, электродвигателя и системы аккумулирования энергии. Они подсоединены к цифровой системе управления, которая подобно E-X-DRIVE, упрощает конструктивное решение по разъединению и позволяет размещать компоненты силовой цепи где угодно. Фактически, силовые установки HYBRIDRIVE полностью исключают такую систему как трансмиссия, как и в приводе Oshkosh PROPULSE (описан ниже) здесь задействована рекуперативная тормозная система, в которой сам приводной двигатель замедляет машину и одновременно часть подзаряда поставляет для системы аккумулирования энергии.

PROPULSE от Oshkosh

Привод PROPULSE, устанавливаемый на грузовые машины HEMTT A3 Oshkosh, имеет модульную схему гибридной силовой передачи, которая по отдельности подает энергию на специальные электродвигатели каждого дифференциала. Дизельный двигатель приводит в действие электрогенератор мощностью 335 кВт, который напрямую передает электроэнергию на колеса. Утверждается, что система исключает необходимость в гидротрансформаторе, трансмиссии, раз-даточной коробке и коленвале привода, и при этом имеет повышенное КПД и меньшее число движущихся частей.

APD (Autonomus Platform Demonstrator – автономная платформа-демонстратор)

Система Q-DRIVE от компании Quantum Fuel Systems Technologies представляет собой схожее решение, основанное на высокоэффективной сменной архитектуре силовой установки. Система Q-DRIVE также отличается своей модульностью, которая позволяет получать различные альтернативные схемы размещения компонентов в машине и менять конструкцию шасси. Прототип перспективной патрульной машины, финансируемый TARDEC и получивший обозначение CERV (Clandestine Extended Range Vehicle - автомобиль скрытого перемещения с увеличенным запасом хода), базируется на силовом приводе Q-DRIVE установленном на легкое, низкорасположенное шасси. Такая комбинация снижает акустические и радиолокационные сигнатуры, повышающие незаметность транспортного средства. В рамках более ранней программы по патрульной машине компания AeroVironment под руководством DARPA разработала прототип для американского корпуса морской пехоты.

CERV базируется на новом гибридном дизель-электрическом шасси. Дизельный двигатель объемом 1,4 литра совмещен с электродвигателем мощностью в 100 киловатт. Суммарный крутящий момент силового агрегата просто запредельный, почти 7000 Ньютонов на метр! Благодаря этому автомобиль может преодолевать 60-градусный подъем, а максимальная скорость багги составляет 130 км/ч. При этом расход топлива на 25% меньше расхода топлива аналогичной машины с обычным ДВС.

Joint Electric Tactical Vehicle (JETV)Автомобиль скрытого перемещения с увеличенной дальностью CERV (Clandestine Extended Range Vehicle)

APD (Autonomus Platform Demonstrator – автономная платформа-демонстратор) - это полностью электрифицированный бронированный прототип наземного мобильного робота. Запланированы испытания обоих прототипов CERV и APD в новой армейской лаборатории мощности и энергии, которая открылась в апреле 2012 года, как часть так называемой инициативы GVSET (Ground Vehicle Systems Engineering and Technology - проектирование и технология систем наземных транспортных средств) проводимой бронетанковым центром TARDEC.

Компания Bren-Tronics – крупный производитель военных аккумуляторных батарей и зарядных устройств, который поставил свыше 1 000 000 литий-ионных батарей и 100 000 зарядных устройств армиям по всему миру. Компания является крупным игроком в этой области благодаря постоянным исследованиям и конструктивным модернизациям, она предоставляет солдатам самые современные технологии гарантирующие безопасность и наилучшие характеристики.

Литий-ионный аккумулятор BB-2590/U

С 1973 года компания Bren-Tronics устанавливает стандарты в сфере портативных устройств энергоснабжения, поставляемых в американские ВС. В качестве одного из производителей аккумуляторных систем компания поставляет вооруженным силам основные и вспомогательные аккумуляторы, переносные и возимые зарядные устройства военных стандартов, а также кабели, соединители и адаптеры. Она производит военные литий-ионные аккумуляторы BB-2590/U (см. фото) имеющие встроенную системную управляющую шину, которая упрощает подсоединение к базовому оборудованию.

Установленный на транспортное средство или в пеших порядках, источник энергии EMILY 2200 от SFC Energy работает бесшумно, надежно, продолжительное время, при этом нет необходимости вмешательства пользователя. Устройство на топливных элементах работает как генератор повышенной надежности и снабжает энергией независимо от погоды и климата мобильное оборудование, например средства связи, системы навигации и ночного видения и другие бортовые системы.

Топливный элемент SFC EMILY 2200

Вспомогательная электрическая энергия

Продвинутые концепции военных машин интегрируют выработку энергии и силовые компоненты в бортовые системы. Также в них предусматривается возможность использования вспомогательных источников энергии во время работы. Вспомогательные источники энергии обеспечивают дополнительную мощность не только для важной ветроники (бортовые системы автоматизации боевых и рабочих процессов боевых машин), информационного обмена в движении и многофункциональной информационно-управляющей системы, но также обеспечивают резервную мощность для систем защиты экипажа, включая системы пожаротушения. ОБТ MERKAVA 4, например, оборудован полностью электрифицированной башней, разработанной фирмой El-Op (дочерняя компания Elbit Systems), также как современной СУО и комплексом активную защиты TROPHY от Rafael. Он также отличается модернизированным дизельным двигателем V-12, что дает повышение мощности примерно на 25% по сравнению с предыдущими решениями.

Военные системы выработки и распределения энергии существуют самых разных размеров, форм и параметров, но все они играют важную роль в операциях защиты и обеспечения своих сил, как в стационарных, так и подвижных вариантах. Портативное вспомогательное оборудование вы-работки энергии (генераторные установки или ВСУ) стали критическим тактическим ресурсом в сетевых операциях, в сильной степени зависящих от небольших компьютеризированных тактических устройств и беспилотных воздушных, наземных и подводных аппаратов. Они также устанавливаются на подвижных наземных объектах, которые все больше становятся перегруженными переносными настольными компьютерами, серверами, маршрутизаторами, коммутационными устройствами и цифровыми средствами связи, они также обеспечивают предполетную энергетическую подготовку авиационных систем.

Конечно, не стоит забывать, что даже оцифрованные бойцы не могут бриться в темноте, и такое прозаичное применение как освещение, кондиционирование и отопление военных баз также является мощным стимулом поставки и развертывания в войсках энергетических установок.

Генераторные установки FEPS компании Rolls-Royce

Подразделение Distribution Generation Systems компании Rolls-Royce производит линейку тактических вспомогательных силовых установок созданных для удовлетворения потребностей будущих экспедиционных сил, действующих в тяжелых условиях, включая обслуживание поставок все увеличивающейся сложной электрической мощности для сетецентрических операций и защиты войск. Боевые переносные электрогенераторы от Rolls-Royce оптимизированы для использования в качестве ВСУ для тяжелых условий работы. В генераторных установках FEPS (Field Electric Power Source) этой компании применяется технология генератора переменного тока на постоянных магнитах. Эти генераторы с цифровым управлением вырабатывают энергию с регулируемой скоростью вращения, они могут работать в тяжелых внешних условиях, при экстремальных температурах и высотах. Эти генераторы также существенно снижают объем материально-технического снабжения или логистическую нагрузку.

Компания Dewey Electronics поставляет тактические дизель-генераторы для Минобороны США. В этих переносных генераторных установках совмещены дизельный двигатель, электрогенератор и технологии систем аккумулирования энергии; они имеют улучшенную акустическую, тепловую и электромагнитную защиту с целью снижения различного рода излучений в боевых условиях. Они также являются чрезвычайно легкими, компания Dewey называет свои тактические генераторы 2KVV самыми легкими переносными дизель-генераторами переменного и постоянно-го тока во всем военном имуществе США.

Генератор CRUX от Exelis

По сообщениям, генераторы CRUX (Create, Regulate, Utilize, eXport – создавать, регулировать, использовать, экспортировать) от Exelis работают непрерывно до 8 часов на менее чем одном баке дизельного топлива в суровых пустынных условиях. Сообщается, что расширенный модельный ряд подобных изделий представляет собой первые генераторные установки, которые снабжают военные машины количеством энергии буксируемого генератора при небольшой логистической нагрузке традиционного генератора переменного тока.

Компания G&M Power Plant, которая поставляет генераторные установки британскому Минобороны, производит энергетическое оборудование с выходной мощностью от 40 кВт до 2 МВт и поставляет стандартное и специализированное оборудование по спецификациям конечного потребителя.

Тактические аккумуляторы

Поскольку большая часть тактической энергии вырабатывается аккумуляторами, эта часть цепочки снабжения электроэнергией также является темой продолжающихся НИОКР проводимых поставщиками военного оборудования. Аккумуляторы также являются ключом к боевым действиям, включая тактических роботов и средства связи; их значение и использование может возрасти в таких программах по будущему солдату, как, например SOLDIER WARRIOR (SWAR) часть GSE (Ground Soldier Ensemble - программа по экипировке наземного солдата), где предлагаемые электрическое вооружение и робототехника, например экзоскелеты и роботизированные вьючные мулы наподобие концепции SEGMULE от QinetiQ USA (прежде инициатива компании Applied Perception для морской пехоты), могли бы сыграть важную роль в значительном повышении потенциала боевых возможностей отдельного пехотинца.

В то время как обсуждаются возможности будущих оборонительных систем транспортных средств, в которых используются электрическая броня и снижение сигнатур с помощью электрических полей, эти возможности (касательно энергопотребления) также могут быть вполне применимы на уровне пехотинца. Ведутся испытания прототипов солдатского экзоскелета, например американской системы HULC и французской HERCULE с электроприводом (первая тестируется для пехотного компонента американской программы GSE).

НИОКР следующего поколения включают разработку структурной аккумуляторной техноло-гии, например большие усилия в их разработку вкладывает компания BAE Systems. Как подразумевает ее название, структурная аккумуляторная технология встраивает аккумуляторную мощность прямо в архитектуру электрических и электронных систем. Может это покажется менее очевидным, но исследования по структурным аккумуляторам являются частью разработок по конструкционной броне, в которой микропроцессоры напрямую встроены в "умные" борта для обеспечения таких данных как мониторинг окружающих условий или обнаружения вторжения.

За счет интегрирования энергоснабжения от аккумуляторов с другими компонентами, эта технология обещает снижение общей массы систем и логистических ограничений при поставках войскам на передовую аккумуляторов, зарядных устройств и адаптеров. Находясь на ранних стадиях разработки, прототипы, тем не менее, уже позволили встроить структурные аккумуляторы, базирующиеся на том, что компания BAE описывает как "химия никелевых аккумуляторов" и работающие десятилетиями (в противоположность сроку службы литиевых аккумуляторов измеряющемуся годами), в такие композиционные материалы, как, например, углеволокно и стекло-пластик, где они работали в качестве источников энергии для БПЛА.

После окончания разработки такие аккумуляторы могут работать весь срок эксплуатации платформы при значительном снижении массы, функционировать в тандеме с солнечными батареями и совместно формировать единое самоподдерживающееся энергоснабжение для продвинутых солдатских систем и тактической робототехники. В ближайшем будущем, однако, высоковольтные 4 кВт батареи, первоначально разработанные компанией Saft для гибридных наземных пилотируемых машин от BAE для закрытой в настоящее время американской программы FCS, останутся в рамках ведущихся программ по электрическим машинам и солдатским технологиям.

Зарядное устройство военных аккумуляторов Bren-Tronics PP-8498/U

Компания Bren-Tronics, мировой производитель продвинутых переносных энергосистем для военных систем, используемых США, НАТО и правительственными структурами во всем мире, применяет современное инженерное проектирование, лучшие готовые компоненты и самые емкие топливные элементы. Эти дополнительные переносные зарядные системы очень востребованы, их носят солдаты по всему миру.

SFC Power Manager 3G

За счет объединения интеллектуальных энергетических решений JENNY 600S и SFC Power Manager 3G (на фото) от компании SFC Energy образуется высокоэффективная энергетическая система. JENNY плюс SFC Power Manager будут перезаряжать несколько аккумуляторов и запитывать силовое оборудование одновременно. Решение компании SFC создает энергосистему, которая имеет максимальную мощность и функциональную гибкость при минимальной массе.

Каким бы не было будущее, сегодняшние тактические батареи и зарядные устройства достаточно сложны, это четко дают понять программы по перезаряжаемым батареям управления по энергосистемам американской армии и программы под руководством офиса по энергосистемам корпуса морской пехоты. Публикуются расширенные руководства определяющие подробно работу, управление и уничтожение переносных солдатских энергосистем, зарядных аппаратов и адаптеров устройств для ключевых боевых систем, которые включают радиостанции SINCGARS, устройства ночного видения AN/PVS, ночные прицелы DRAGON и программируемые радиостанции AN/PRC (эти примеры кстати входят в стандартное снаряжение американской армии).

Армейская лаборатория энергоснабжения наземных систем (GSPEL)

Если прогнозы Пентагона о том, что одна треть всех боевых систем будет автоматическими к 2015 году, верны, тогда продолжающиеся инвестиции в разработку электрических технологий для питания и управления этими системами должны расти в геометрической прогрессии.

Перспективные военное оборудование и экипировка призванные удовлетворить нужды экспедиционных наземных сил, например Ground Soldier Ensemble (чей компонент SWAR играет важную роль в изучении потенциала интерфейса солдат-машина), будут становиться все более энергозатратными по мере развития будущих возможностей. Это привело к созданию новых организаций призванных удовлетворить подобные потребности.

Структура армейской лаборатории энергоснабжения наземных систем (GSPEL)

В апреле 2012 года Научно-исследовательский бронетанковый центр TARDEC открыл специализированное учреждение в Детройте. Основная функция армейской лаборатории энергоснабжения наземных систем GSPEL (Ground Systems Power and Energy Laboratory) – осуществлять надзор над разработкой и производством энергетических возможностей для пехотинца. Из восьми лабораторий этого комплекса самой важной является лаборатория PEVEL (Power and Energy Vehicle Environmental Laboratory), которая проводит полные исследования прототипов перспективных на-земных транспортных систем. Управление по экспедиционным энергосистемам американского корпуса морской пехоты является еще одной американской боевой лабораторией энергетических систем, тогда как инженерные войска сухопутных сил, которые участвуют в строительстве и восстановлении свыше 400 электрических подстанций в Афганистане и Ираке, представляют собой крупнейшего единого провайдера (крупнее всех остальных вместе взятых) электрической инфраструктуры для всего американского экспедиционного контингента.

В известной степени, старое изречение о том, что пехота двигается на своих животах до сих пор верно, за исключением того, что эта метафора сегодня не совсем применима к нижней части машины типа MRAP, которая оборудована бортовыми системами имеющими «неутолимую жажду» в электрической энергии.

Использованы материалы:Military Technologywww.bren-tronics.comwww.qinetiq.comwww.qtww.com

topwar.ru

Авиационные щелочные аккумуляторы | Авиация

В настоящее время в гражданской авиации находят применение щелочные аккумуляторы: серебряно-цинковые, кадмиево-никеле­вые, железо-никелевые и др.

У серебряно-цинковых аккумуляторов активным веществом для положительных пластин является перекись серебра, а для отри­цательных пластин — металлический цинк. Электролитом служит раствор едкого калия в дистиллированной воде плотностью 1,4 г/см3.

При разряде аккумулятора происходит восстановление перекиси серебра до металлического серебра и окисление цинка до окиси или гидроокиси цинка. Восстановление перекиси серебра идет в две ступени:

на первой ступени перекись серебра восстанавливается до оки­си серебра:

Ag20, + Zn + Н,0 + КОН — Ag.,0 + Zn(OH), + КОН;

на второй ступени окись серебра восстанавливается до метал­лического серебра:

Ag20 -I — Zn + Н,0 + КОН — Ag + Zn (ОН), + КОН.

При заряде процессы идут в обратных направлениях.

Из реакций следует, что плотность электролита при работе се­ребряно-цинкового аккумулятора остается почти постоянной. Одна­ко исследования показали, что при разряде большими токами плот­ность электролита несколько повышается, а при длительных ре­жимах разряда — уменьшается. Уровень электролита в элементе также может уменьшаться по мере разряда аккумулятора.

О степени разряженности серебряно-цинкового аккумулятора нельзя судить по плотности электролита, так как между ними определенной связи нет. Э. д. с. и напряжение серебряно-цинкового аккумулятора изменяются в процессе заряда-разряда в соответст­вии с двухступенчатым протеканием реакции.

Например, э. д. с. нормально заряженного аккумулятора равна 1,82—1,88 в, а на второй ступени разряда снижается до 1,58—1,60 в. Это объясняется переходом перекиси серебра Ag202 в окись серебра Ag20, обладающую более низким потенциалом.

На рис. 8 даны зависимости напряжения серебряно-цинкового аккумулятора от емкости, а на рис. 9 его внешняя характеристика.

На рис. 8 прямая 2 характеризует разряд полностью заряжен­ного серебряно-цинкового аккумулятора. В момент образования слоя Ag20 на поверхности пластин разряд аккумулятора опреде­ляется линией 3.

Подпись: Рис. 8. Характеристики разряда серебряно-цинкового аккумулятора: / — при заряде; 2 — при разряде; 3—при разряде большими тонами Основная часть емкости аккумулятора отдается при напряже­нии второй ступени, и поэтому номинальной величиной э. д. с. элемента считается величина 1,56 в.

Емкость серебряно-цинкового ак­кумулятора практически не зависит от величин разрядных токов. Только при токах разряда, в десятки раз больших номинального, емкость ак­кумулятора заметно уменьшается.

На рис. 10 кривая 1 характеризует разрядные емкости аккумулятора при токах 0—40 а, а кривая 2 — при то­ках 20—200 а.

Авиационная серебряно-цинковая аккумуляторная батарея состоит из 15

Авиационные щелочные аккумуляторы

Авиационные щелочные аккумуляторы

Рис. 10. Зависимость емко­сти серебряно-цинкового ак — к мулятора от величины (раз­рядного тока:

/ — при токах разряда 0—

2 — при токах разряда 0—200а

 

Авиационные щелочные аккумуляторы

последовательно соединенных Рис. И. Устройство акку-

аккумуляторов, размещенных мулятора СЦС-45:

в общем контейнере. Каждый 1~ ~

r г бумага; 3 — отрицательная пласти-

аккумулятор СЦС-45 имеет 17 на; 4 — капроновый мешочек,

положительных И 18 отрнца — 5 — положительная пластина

тельных пластин, опущенных в прозрачный пластмассовый сосуд с электролитом (рис. 11). Пластина электролита состоит из тон­кого слоя активной массы, в которую запрессованы остов и токо- отвод, изготовленные из тонких серебряных проволочек. Каждая отрицательная пластина 3 обертывается сначала тонкой фильтро­ванной бумагой 2, а затем тремя-четырьмя слоями целлофана 1. Положительная пластина 5 обертывается фильтрованной бумагой, помещается в капроновый мешочек и располагается между отри­цательными пластинами. Целлофан и капрон выполняют здесь роль сепараторов.

Токоотводы одноименных пластин припаиваются к двум полым болтам-борнам, расположенным на крышке аккумулятора. В центре крышки имеется отверстие для заливки электролита и выхода газов, в которое ввертывается вентильная пробка.

Контейнер изготовлен из листовой нержавеющей стали с отки­дывающейся на петлях крышкой. На внутренней стороне крышки закреплена изоляционная панель с контактными пружинами, ко — 20

торые обеспечивают хороший контакт с соответствующими борца­ми. На крышке расположен контрольный разъем. Провода к нему подпаиваются от каждого пружинного контакта. С помощью спе­циального пульта, подсоединенного к разъему, проверяется э. д. с. и напряжение каждого аккумулятора и всей батареи.

На контейнере имеется специальный штепсельный разъем для подключения батареи к сети.

Э. д. с. полностью заряженной батареи 15-СЦС-45 равна 27,3—28,2 в, а номинальное напряжение (на второй ступени раз­ряда) 22,5 в. Внутреннее сопротивление данной батареи равно’ 0,02—0,04 ом.

Серебряно-цинковые аккумуляторы батареи обладают высокой удельной энергией (до 112 вт-ч/кг, у 12-САМ-28 она равна 12 вт-ч/кг), высоким коэффициентом использования активных масс. Серебряно-цинковый аккумулятор в 3 раза легче свинцового аккумулятора и отдает в 3 раза больше энергии, чем свинцовый аккумулятор того же веса.

ooobskspetsavia.ru

Заброшенная 19-я орудийная батарея » Военное обозрение

Почти сто лет назад постановлением Военного Совета на мысе Курона, на западном берегу Балаклавской бухты для защиты Севастополя построили четырехорудийную батарею. Этот самый южный форпост оборонительной линии города способен был достать крейсеры и линкоры на расстоянии до 20 километров.

Однако свою основную задачу по борьбу с противником на море батарея фактически не выполняла. Осенью 1941 года все четыре орудия были повернуты в сторону берега и 6 месяцев почти беспрерывно работали по наступающим на Севастополь частям Вермахта.

Эту батарею немцы так и не смогли взять, сколько не пытались. Свое сопротивление защитники батареи полностью прекратили 30 июня 1942 года, отступив вместе с остальными обороняющими Севастополь частями Красной Армии.

Уничтожили батарею только в 2002 году. Вырезали и вывезли весь металл, оставив зиять бетонные проемы отнюдь не войска Вермахта. Это сделали наши сознательные граждане.(Всего 19 фото)

Заброшенная 19-я орудийная батарея

1. В репортаже я расскажу о героической истории батареи во время Великой Отечественной Войны и покажу то, что от нее осталось сегодня.

2. Строительство батареи началось в 1913-1914 гг, по постановлению Военного Совета от 14 апреля 1912 г. юго-западнее Балаклавской бухты. Руководителем работ был полковник Петров. К приходу советской власти батарея была готова на 75%. В советское время она была достроена и вооружена 152 мм орудиями, снятыми со списанных кораблей. Первоначально нумерация батареи была иной - она называлась батареей №10.

3. Вид на батарею со скалы Мытилино. Прекрасно видно насколько удачным был выбор ее месторасположения - сектор обстрела составлял внушительный угол, она находится почти на самом обрыве, имея лишь с одной стороны просторный подход, что можно назвать минусом. Именно месторасположение батареи во многом предопределило ее неприступность во время обороны Севастополя 1941-1942 годов.

4. Батарея, располагавшаяся на горе справа от выхода из Балаклавской бухты, была установлена на бетонном основании и имела погреба для боезапаса и бруствер, прикрывавший личный состав и орудия от огня противника с моря.

5. Брустверная часть представляет собой казематированные помещения, в которых размещался личный состав, вспомогательные помещения и т.д. Сейчас здесь любят резвиться подростки и ночевать бомжи

6. Выше я указал, что батарея была четырехорудийной. Это относится к ее довоенной истории - до и во время войны здесь действительно было четыре 152-мм орудия, располагавшихся вряд

7. Еще до войны батарея была переименована в 19-ю, а ее первым командиром стал Г. Александер, впоследствии командир легендарной 30-й батареи. Командиром 19-й во время войны был капитан М. С. Драпушко, военкомом - старший политрук Н. А. Казаков. Именно именем Драпушко очень часто называют эту батарею помимо ее номера. Первоначально батарея имела обстрел 130 градусов, обладая скорострельностью до 10 выстрелов в минуту. Планировка батареи стандартная, за исключением того, что ее правофланговый каземат расположен выше по склону и подбрустверная галерея имеет изгиб и дополнительный трап.

8. Справа от скалы мы видим еще две орудийных позиции - они послевоенной постройки. Хотя это утверждение неоднозначно. По некоторым данным и воспоминаниям, два морских орудия в 1942 году были установлены за скалой на временных основаниях. Это косвенно подтверждается тем, что на казематах Форта "Южный", захваченных немецкими войсками в ноябре 1941 года, видны попадания 6-дюймовых снарядов и если прорисовать директрису стрельбы орудий батареи, то форт "Южный" в этот сектор (130 градусов) не попадает. Кроме того, на немецких снимках 1942 года явно видны следы взорванного сооружения. Однако установить, что это были за орудия не удалось. Основание одной из поздних орудийных позиций

9. Современные орудийные позиции имеют казематированные обслуживающие помещения у своего основания. Они предназначались для обслуживания орудия, а также его заряжания/разряжения во время боя

10. Подорудийные казематы "основных позиций"

11. Батарея была оборудована несколькими наблюдательными пунктами и дальномером. Один из них находится немного ниже по склону и спускаться к нему не очень просто, особенно в мокрую погоду

12. Перила и колючка оказались металлистам ненужными

13. Вход в главные казематы батареи. Помещений много, внутри невероятно сыро, холодно и много плесени. Вырезано все, что только можно. Но из-за особой сырости, бомжи здесь не живут, а значит, и современной грязи нет

14. Истлевшие дверные петли

15. Вход в одно из казематных помещений. Здесь еще есть немного света, позволяя делать снимки

16. С каждым метром все прохладнее. За дверью направо начинается полная темень.

17. Фото удается сделать с надцатого раза. Камера в упор отказывается фокусироваться, поэтому дальше только ручная фокусировка.

18. Все, здесь уже кромешная темень. Фонарь взять не догадался, поэтому подсвечиваю вспышкой своей 50-ки, в промежутках света вручную фокусируюсь и наугад снимаю со вспышкой. Кое-что получилось

19. Дизельгенераторная. Чуть не убился о трубу, торчащую из потолка

20. Лестница наверх. Там свет

21. Наконец-то выбрался. Там, за этими стенами я ходил 10 минут назад

22. Там, в казематах, в одном месте далеко вверху мелькнула точка света. Видимо эта щель и была ее источником

23. Радиопрозрачный колпак локатора орудийной наводки. Появился вместе с орудиями Б-13 при восстановлении батареи после войны.

24. Его стенки сделаны из материала, похожего на стеклопластик. Видимо она здесь появилась в самом конце жизни батареи. Кстати, после войны батарея была восстановлена и несла службу по охране военно-морской базы Черноморского Флота. А в 1999 году была подготовлена под списание. То, что произошло дальше, характерно для нашего времени.

25. Рубка управляющего огнем

26. Остатки металла, вырванного с мясом, на орудийной площадкеВ конце репортажа хотелось бы вернуться к героической истории батареи во время Великой Отечественной Войны.Осенью 1941-го началась оборона Севастополя. 6 ноября прогремели первые залпы девятнадцатой батареи, которой командовал капитан М.С.Драпушко. Первыми под снаряды батарейных орудий попали позиции немецких войск у деревни Шули (Терновка), где оборону держал второй полк морской пехоты Красной армии.13 ноября гитлеровцы заняли господствующие над Балаклавой высоты, вплоть до горы Спилия и Генуэзской крепости. Шестидюймовые орудия батареи от позиций немцев отделяло расстояние в тысячу метров. Командование береговой обороны в полной мере использовало возможность батареи наносить удары по тылам противника. Пленные немцы с ужасом рассказывали о кошмаре в Алсу, где огнем батареи были уничтожены два батальона вермахта. Для борьбы с батареей специально были подтянуты тяжелые орудия, минометы. Штурмовики обрушили на нее град авиабомб. Дуэль продолжалась до 21 ноября.У каждого орудия расчет из 12 человек. На руках из погребов подавали пудовые заряды, 52-килограммовые снаряды. Высокая скорострельность преимущество морских орудий перед полевыми. Но обеспечивали режим стрельбы живые люди. Они трудились на пределе и даже за пределами сил.Орудия батареи не имели бронеколпаков, не имели также зенитного прикрытия. Подразделение капитана Драпушко несло потери в личном составе. Горели маскировочные сети, пузырилась краска на раскаленных стволах. Порой на батарею за сутки обрушивались до 300 снарядов, сотни мин. Немцы были уверены: “Кентавр-1″, как они называли 19-ю батарею, уничтожен. Но бойцы “Кентавра” ночами под брезентом при свечах ремонтировали искореженные орудия и с первыми лучами солнца вновь открывали огонь по врагу.Генерал-майор И.Е.Петров — командующий Приморской армией — в декабре 1941 года писал: “…Героическая батарея Драпушко, принявшая на себя главный удар неприятеля на этом направлении, остановила наступление немцев, отстояла важный район…”Генерал-майор П.А.Моргунов дал команду: снарядов не жалеть! В критический момент батарею взорвать и уходить!Под огнем противника, без тяжелой техники батарейцы, спасая орудия, протащили многие километры морские 152-мм орудия, и батарея вновь заговорила уже с новой позиции у 7-го километра Балаклавского шоссе.17 декабря начался второй штурм города. На новой позиции батарея вела снайперский огонь. В приказе командующего флотом 23 февраля 1942 г. сказано:Третий штурм начался 7 июня 1942 года. 16 июня авиабомба, попавшая в командный пункт, оборвала жизнь командира батареи Марка Семеновича Драпушко.А 30 июня, выпустив последние снаряды, взорвав последние орудия, батарейцы отошли на мыс Херсонес с покидающей разрушенный пылающий Севастополь Красной Армией. (по материалам Подземный Севастополь)

topwar.ru

Современный солдат. Часть 4 » Военное обозрение

Потребность военных в электроэнергии не снижается и как следствие растет спрос на легкие и более эффективные аккумуляторные батареи

Больше энергии

На рынке систем современного солдата одной из доминирующих тенденций является улучшение массогабаритных характеристик аккумуляторных батарей с целью снижения нагрузки на спешенного солдата при одновременном максимальном повышении их емкости, необходимой для снабжения энергией всех потребителей.

На конференции SETAF (Soldier Equipment Technology Advancement Forum), проведенной в марте 2016 года в Лондоне, выступавшие представители немецких, британских и американских вооруженных сил много говорили о текущих усилиях, направленных на снижение носимой солдатом массы и одновременное повышение уровней критически важных на поле боя мобильности и защите. Подполковник Муди из директората ведения ближних боевых действий британского министерства обороны заявил на конференции SETAF, что максимальный масса снаряжения для разведывательных патрулей была определена в 40 кг, в тоже время результаты исследований показывают, что при проведении наступательных операций, особенно в населенных пунктах, солдаты должны носить не более 25 кг.

Отметив, что солдаты, действовавшие в Афганистане, имели, как правило, боевую нагрузку 58 кг, подполковник Муди заявил о том, что травмы костно-мышечного аппарата уже много лет остаются значительной проблемой для вооруженных сил. «Если мы повышаем массу, когнитивная (познавательная) работа снижается, а солдаты получают сужение поля зрения, а это в свою очередь влияет на живучесть. Мы должны уменьшить комплект снаряжения, носимый солдатом, для того, чтобы он мог выполнять свою работу и лучше владеть боевой обстановкой», – продолжил он.

Подобное мнение было поддержано американцами, которые заметили, что добавление аккумуляторов, увеличивающее продолжительность выполнения боевой задачи солдатом, неизбежно означает повышение массы концептуальных решений для будущего военнослужащего, включая работы американской армии по программе Nett Warrior. Один из них рассказал в частности о том, как природные условия Афганистана способствовали росту недоверия к системе пополнения запасов. Солдаты соглашались носить дополнительные аккумуляторы и магазины с патронами на случай, если они не смогут пополнить запасы из-за недоступности воздушного судна и географических ограничений (районы восточного Афганистана труднодоступны для вертолетов из-за больших высот). «Иногда солдаты не верят в надежность установленной цепочки снабжения. Если я могу припрятать дополнительные магазины и коробку с боеприпасами и аккумуляторами, я так и сделаю. Мы себе самые худшие враги во многих случаях и некоторые не хотят ломать установившийся порядок», – добавил Муди.

Экипировка

По словам бывшего руководителя одного из проектов в исполнительном управлении солдатских программ американской армии Ричарда Хансена, основной комплект Nett Warrior весит всего 1,6 кг и состоит из радиостанции AN/PRC-154A от General Dynamics/Thales, смартфона Samsung Galaxy S5, приемника GPS от Rockwell Collins AN/PSN-13 DAGR (Defence Advanced Global Positioning System Receiver) и централизованной аккумуляторной системы. В американской армии характеризуют Nett Warrior как систему, позволяющую пехотным отделениям штурмовым группам и отдельным солдатам «с высокой точностью и скоростью определять местоположение самодельных бомб, групп противника или объекты особой важности». «Nett Warrior повышает живучесть спешенных солдат за счет быстрого обмена информацией о предполагаемых позициях противника или заложенных зарядах и снайперах между устройствами конечного пользователя, а также помогает предотвратить братоубийство, предоставляя позиции своих моторизованных и спешенных сил», – пояснил Хансен.

На данный момент армия получила 7000 комплектов и должно быть изготовлено еще 10000 штук, они пойдут на оснащение подразделений армии и USSOCOM (американское командование силами специальных операций). По плану в следующие несколько лет для вооруженных сил США будет изготовлено в общей сложности 60000 комплектов. Существующие решения по энергоснабжению в системе Nett Warrior включают систему энергоснабжения отделения Squad Power Manager 5590 и универсальную модульную зарядную станцию Modular Universal Battery Charger (MUBC), обе производства компании Thales.

Универсальная модульная зарядная станция Modular Universal Battery Charger

Хансен касательно зарядной станции MUBC сказал, что она прекрасно послужит в качестве замены большому количеству самых разных зарядных устройств, эксплуатирующихся в американской армии. В связи с этим американская армия выдала компании Thales контракт стоимостью 49 миллионов долларов на поставку универсальной зарядной станции Universal Battery Charger, варианта MUBC, которая будет развернута на уровне взвода и отделения. Впрочем, представитель Thales пояснил, что дальнейшее уменьшение размеров позволит в ближайшем будущем оснастить подобными устройствами каждого солдата. UBC будет способна обеспечивать операции взвода и отделения более 72 часов с возможностью заряда различных систем энергоснабжения, включая литий-ионные аккумуляторы.

Американская компания Protonex также участвует в программе Nett Warrior, а также в других подобных программах, включая программу по боевой экипировке TALOS (Tactical Assault Light Operator Suit) командования специальными операциями. Она занимается в том числе и вопросами снижения массогабаритных и энергогенерирующих характеристик аккумуляторных батарей, а также вопросами снижения энергопотребительских характеристик систем оперативного управления и владения обстановкой. «Также быстро развиваются системы энергоснабжения, питающие эти многочисленные устройства. Конформные аккумуляторы, носимые и облегающие, обеспечивают повышенную мощность без кучи традиционных батарей, а системы управления энергоснабжением позволяют многочисленные несовместимые устройства запитывать от аккумуляторов и даже заряжать аккумуляторы от различных источников, включая солнечные панели... Система Nett Warrior использует легкий аккумулятор для энергоснабжения как коммерческих, так и военных компонентов, и включает возможность на ходу заряжать этот аккумулятор. Как таковой он используется спешенной пехотой и спецподразделениями, которым на продолжительные периоды времени необходимо отвязываться от настенных розеток и бортовой сети транспортных средств», – пояснил представитель компании.

Американская армия одной из первых приняла на вооружение устройства конечного пользователя, способные предоставлять солдатам на поле боя большие объемы информации. На фото сотрудник военно-медицинской службы американской армии использует свое устройство для проверки медицинских записей

Компания Protonex спроектировала систему Squad Power Manager 622, представляющую собой многопортовый диспетчер электропитания, в котором реализованы функции управления и определения приоритетов использования энергии. В зависимости от боевой нагрузки, определяемой данной конкретной задачей, это устройство доступно в ручной и переносной конфигурациях. По словам представителя компании, Squad Power Manager специально создавалось для того, чтобы предложить «легкое, компактное и прочное решение по интеллектуальному управлению энергопотреблением, которое может выдержать суровые условия войсковой эксплуатации. Это устройство напрямую запитывает фактически любое (портативное) военное оборудование, заряжает аккумуляторы и интеллектуальным образом подстраивается к меняющимся условиям и требованиям боевой задачи». На блоке размещаются шесть силовых портов, позволяющих заряжать одновременно шесть различных устройств, а также дисплей, показывающий информацию о состоянии батареи. К двум портам из шести можно также подключать первичные гальванические элементы, автомобильные аккумуляторы или солнечные панели. Кроме того, имеются дополнительные опции: обеспечение возможности работы устройства в воде, предупреждающие светодиодные индикаторы показывают критически низкий заряд аккумуляторов, а также встроенная функция для анализа результатов выполненных действий и планирования задачи.

Многопортовый диспетчер электропитания Squad Power Manager 622

Компания Protonex также предлагает свой диспетчер электропитания Vest Power Manager 402, о которой компания сообщает, что это «удобное в эксплуатации решение, позволяющее использовать и управлять любым источником энергии для распространенных военных устройств». Vest Power Manager имеет меньшие размеры по сравнению с системой Squad Power Manager, у него всего 4 силовых порта, а дисплей позволяет управлять энергопотреблением. «Имея подобное устройство, солдат может начать выполнять свою задачу, уверенный в том, что каждый аккумулятор в его комплекте полностью заряжен. VPM-402 обеспечивает на ходу заряжание аккумуляторов от солнечных панелей, бортовой сети машин, а фактически от любого другого источника», – заявляют в компании.

Современный солдат. Часть 4Диспетчер электропитания Vest Power Manager 402 американской компании ProtonexВсе большее количество оптико-электронных устройств используется солдатом на оружии и не только, а это требует все больше аккумуляторов и других источников энергии

Вычислительные мощности

Американское Управление перспективных исследований и разработок Министерства обороны (DARPA) также работает над аккумуляторной системой следующего поколения, предназначенной повысить мощность и эффективность систем оперативного управления и владения обстановкой во время выполнения боевых задачи. Компания IBM в сентябре 2015 года получила контракт стоимостью 10 миллионов долларов на изучение архитектуры, параллелизма, устойчивости, локальности, алгоритмов, концепций моделирования и тестирования, которые будут способствовать повышению нынешних вычислительных возможностей с 1 гигафлопса до 75 гигафлопс на Ватт (мера измерения производительности компьютеров). По данным DARPA, программа стремится «повысить энергоэффективность развернутых встраиваемых систем, обеспечивая большие вычислительные мощности и, следовательно, большую эффективность с точки зрения военных». Вычислительные мощности критически важны почти для всех военных систем, но их повышение ограничено доступной мощностью и ограничениями, связанными с рассеиванием тепла. Это большая проблема для встраиваемых приложений, таких как системы пехотинца, беспилотников или системы командования и управления на подводных лодках. «Подобные вычислительные мощности могут быть увеличены, если увеличится объем вычислений, которые могут быть выполнены на один ватт энергии», – написано в пресс-релизе DARPA, в котором также говорится о том, что текущие исследования определили потребность современных войсковых операций в вычислительной мощности, по меньшей мере, 50 гигафлопс/ватт.

Тем временем, израильская армия заключила контракт с компанией Arotech на поставку своим пехотным подразделениям 70000 литий-ионных аккумуляторов начиная с 2016 года. Контракт стоимостью 8,5 миллионов долларов на поставку литий-ионных аккумуляторов и зарядных устройств позволит сделать качественный скачок в сфере оперативного управления боевых подразделений израильской армии.

Впрочем, господин Хансен заметил, что потребности в аккумуляторных мощностях в будущем оперативном пространстве будут существенно лучше контролироваться за счет расширенного применения смарфтонов и других устройств конечного пользователя, которые позволяют на одной платформе выполнять несколько задач. Говоря о текущей деятельности в рамках программы Nett Warrior, он сказал, что в перспективные варианты экипировки в скором времени могут быть включены такие системы, как например устройства для навигации при прыжке с парашютом, снайперских баллистических вычислений, ухода за ранеными, перевода с иностранных языков и обнаружения тепловых признаков заметности, а также многие другие.

Наконец, подполковник Вест из американского Командования по разработке доктрины и боевой подготовке заявил на конференции SETAF, что самое эффективное снижение массы для пехотинца будет достигнуто за счет внедрения беспроводной технологии, которая позволит объединить в сеть и снабжать энергией самые разные системы и устройства, носимые современным солдатом. Кроме того, подполковник Вест призвал к международному сотрудничеству по внедрению стандартизованных коннекторов и аккумуляторов, позволяющих повысить взаимодействие во всем боевом пространстве в соответствии с растущими потребностями многонациональных операций.

Человеческий фактор

Наконец, вооруженные силы многих стран в настоящее время начали обращать особое внимание на человеческие факторы, связанные с системами современного солдата; широкое признание получает оптимизированное эргономичное снаряжение, а также методики наилучшей подготовки солдат к конкретным боевым задачам.

По словам подполковника Веста, «человеческое измерение» – это одна из сфер, о которой никогда не говорили много. «Мы должны исправить положение дел», – предостерег он делегатов лондонской конференции SETAF, приведя в качестве примера снайперов и спецподразделения, где большое внимание уделяется человеческому фактору и эргономике.

При описании подготовки снайперов подполковник Вест рассказал о том, что в научно-исследовательском центре в Натике изучалось применение «успокаивающих методик» с целью стабилизации сердцебиения солдата перед выстрелом, а также способы повышения уровня самоосознания и производительности на поле боя. Подобные работы включали моделирование и обучающие модели, предназначенные для определения самых эффективных средств контроля эмоций и иной поведенческой активности во время боевой операции.

Касательно нынешней программы по высокоточной снайперской винтовке Modular Handgun System Precision Sniper Rifle, которая также включает требования по модульным рукояткам, Вест заметил, что у солдат разный размер рук. Кроме того, он считает, что важно защиту органов слуха реализовывать в зависимости от физических параметров каждого солдата.

В модульную пистолетную систему, учитывающую эргономические и человеческие факторы, вводятся модульные рукоятки под руки разных размеров и предпочтения стрелка

Успокоение

Королевский проектный колледж заключил с британским министерством обороны контракт на изучение эргономики следующего поколения и человеческих факторов, связанных с перспективными солдатскими технологиями. В начальных работах рассматривалась возможность использования колебания грудной клетки с целью выработки энергии для охлаждения, хотя источник в минобороны обеспокоен вкладываемыми инвестициями. «Если вы масштабируете эту технологию до 110000 комплектов экипировки, тогда вложенные деньги начнут работать. Достижимо ли это?» – задал он вопрос и добавил: «Необходимо продвигать вперед контроль биометрических параметров».

В январе британская лаборатория оборонной науки и техники объявила о том, что начала поиск партнеров по проведению исследовательского проекта по изучению человеческих факторов применительно к спешенному солдату. В общей сложности было выделено 56,8 миллиона долларов на четырехлетнюю программу, в которой примут участие ученые, военные и производственники. Программа получила название Dismounted Soldier System Engine Room (движущая сила системы спешенного солдата), в ней будет сделан акцент на поставке интегрированной солдатской системы в рамках британской инициативы Future Soldier Vision, первый этап которой (Vertus Pulse 1) выполняется в настоящее время в 16-й воздушно-штурмовой бригаде и 36-й бригаде «коммандос».

По данным британской лаборатории, эта концепция даст возможность поставщикам иметь представление того, как будет выглядеть солдат в будущем, что позволит упростить разработку оружия следующего поколения и интеграцию носимых систем энергоснабжения и обработки данных.

Для перевозки тяжелых грузов в труднодоступной местности специальные подразделения на протяжении многих лет использовали вьючных животных, включая ослов и лошадей

Перемены

Современная военная доктрина отличается тем, что вооруженные силы вне зависимости от их развитости всегда будут стремиться поспеть за быстро развивающимся оперативным пространством. И здесь особую проблему испытывают большие традиционные армии, которые не столь вольны и гибки в процессе закупки вооружения и снаряжения, как специальные подразделения.

Спешенные боевые подразделения продолжают готовиться в городских условиях, поскольку в военных ведомствах озабочены ростом числа конфликтов в населенных пунктах

Впрочем, промышленность и правительственные организации стараются изменить этот процесс за счет реализации таких флагманских программ, как например амбициозный проект USSOCOM по легкой тактической экипировке TALOS, который является примером модульного подхода, позволяющего большему числу компаний принять участие на различных этапах этого проекта.

Повышение уровня межведомственного и международного взаимодействия в настоящее время становятся типичными для боевых действий и боевой подготовки. Несомненно, способность сотрудничать и взаимодействовать поможет правительствам, пытающимся разработать больше быстро развертываемых решений для современного солдата, справиться со следующей угрозой.

Использованы материалы:www.shephardmedia.comwww.socom.milwww.harris.comwww.baesystems.comwww.saabgroup.comwww.darpa.milwww.protonex.comwww.wikipedia.orgru.wikipedia.org

topwar.ru

Доклад - Свинцово-кислотные аккумуляторы - Военная кафедра

Определение свинцово-кислотных аккумуляторов и их классификация.

Активные вещества аккумулятора сосредоточены в электролите и положительных и отрицательных электродах, а совокупность этих веществ называется электрохимической системой. В свинцово-кислотных аккумуляторных батареях электролитом является раствор серной кислоты, активным веществом положительных пластин — двуокись свинца РbО2, отрицательных платин — свинец Рb.

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде. Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции, к которым в конце заряда добавляется реакция электролиза воды, сопровождающаяся выделением кислорода на положительном электроде и водорода — на отрицательном.

Химическая реакция:

Анод:

Катод:

Элемент свинцово-кислого аккумулятора состоит из положительных и отрицательных электродов, сепараторов (разделительных решеток) и электролита. Положительные электроды представляют собой свинцовую решётку, а активным веществом является окись свинца (PbO2 ). Отрицательные электроды также представляют собой свинцовую решётку, а активным веществом является губчатый свинец (Pb). На практике в свинец решёток добавляют сурьму в количестве 1-2 % для повышения прочности. Электроды погружены в электролит, состоящий из разбавленной серной кислоты (h3 SO4 ). Наибольшая проводимость этого раствора при комнатной температуре (что означает наименьшее внутреннее сопротивление и наименьшие внутренние потери) достигается при его плотности 1,26 г/см3. Однако на практике, часто в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29 −1,31 г/см3. (Это делается потому, что при разряде свинцово-кислотного аккумулятора плотность электролита падает, и температура его замерзания, т.о, становится выше, разряженный аккумулятор может не выдержать холода.)

В новых версиях свинцовые пластины (решетки) заменяют вспененным карбоном, покрытым тонкой свинцовой пленкой, а жидкий электролит может быть желирован силикагелем до пастообразного состояния.

· Удельная энергоемкость (Вт·ч/кг): около 30-40 Вт·ч/кг.

· Удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): около 60-75 Вт·ч/дм³.

· ЭДС: 2,1 В.

· Рабочая температура: от минус 40 до плюс 40

Для того чтобы было легче разобраться в многообразии, свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, следует знать об их делении на группы по режиму их эксплуатации и по технологии изготовления. Это поможет понять, как правильно подобрать аккумуляторную батарею для решения конкретных задач, как правильно выбрать режимы заряда и разряда, какие внешние факторы и как будут влиять на ее работу в процессе эксплуатации.

По режиму эксплуатации аккумуляторные батареи делятся на три группы:

1. Батареи для работы в буферном режиме, когда батарея работает в буфере с основным источником напряжения, например, сетевым блоком питания. При этом основное ее назначение — резервный источник питания. Периоды разряда батареи по сравнению с периодами заряда непродолжительны. Большую часть времени она постоянно подзаряжается. В буферном режиме работают батареи резервного питания базовых станций мобильной связи, АТС, сетевые коммутаторы провайдеров Интернет, источники бесперебойного питания персональных компьютеров и серверов (UPS) и т. д.

2. Батареи для работы в циклическом режиме, который характерен их разрядом в течение какого-то времени и последующим зарядом. Циклический режим работы аккумуляторных батарей используется гораздо реже, чем буферный. Примером такого режима можно назвать работу электротранспорта и устройств с автономным питанием: в течение рабочего дня происходит разряд тяговых батарей или батарей питания, а после его окончания эти батареи ставят на заряд.

3. Батареи для работы в смешанном режиме, например автомобильные батареи.

По конструкции свинцово-кислотные аккумуляторные батареи можно разделить на батареи с жидким электролитом — обслуживаемые и необслуживаемые — и батареи с регулируемыми клапанами (VRLA — Valve Regulated Lead Acid batteries) — с увлажненными сепараторами и с гелевым электролитом.

В различной технической литературе можно встретить такие названия батарей, как SLA — Sealed Lead Acid batteries — герметичные свинцово-кислотные батареи, относящиеся к VRLA батареям. Хотя это не вполне соответствует истине: абсолютно герметичных батарей не существует по той причине, что во всех них используются клапаны для снижения внутрикорпусного давления. Очень часто, подчеркивая это, вместо термина «герметичные батареи» употребляют термин «герметизированные батареи». Встречается также название Gelcell — торговая марка гелевых батарей. Стартерные батареи иногда сокращенно называют SLI, что расшифровывается как Start, Light, Ignition — пуск, освещение, зажигание.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи до сих пор остаются самыми надежными, долговечными и не требующими высоких эксплуатационных затрат химическими источниками тока. В настоящее время производятся и активно эксплуатируются аккумуляторные батареи трех поколений:

1. Батареи первого поколения — батареи с жидким электролитом открытого или закрытого типа, имеющие емкость от 36 до 5328 Ач и срок службы от 10 до 20 и более лет. Батареи открытого типа не имеют крышек, и электролит непосредственно соприкасается с открытым воздухом. Основные затраты при их эксплуатации — это затраты на обслуживание, связанные с необходимостью частой доливки дистиллированной воды, и расходы на содержание хорошо вентилируемых помещений, в которых их устанавливают. Батареи закрытого типа имеют специальные пробки, обеспечивающие задержку аэрозоли серной кислоты. Пробки для заливки электролита и добавления воды при эксплуатации вывинчиваются. Батареи закрытого типа могут быть и необслуживаемыми: от производителя они поставляются залитыми и заряженными, и в течение срока службы нет необходимости доливки воды, т. к. конструкция пробок таких батарей обеспечивает удержание ее паров в виде конденсата. Кроме использования в качестве стационарных, батареи закрытого типа являются основным типом батарей, используемых в автотракторной технике в качестве стартерных и тяговых.

2. Батареи второго поколения, которыми являются герметизированные гелевые батареи. В них вместо жидкого электролита используется гелеобразный, представляющий собой желе, полученное в результате смешивания раствора серной кислоты с загустителем (обычно это двуокись кремния SiO2 — силикагель). Технология производства гелевых батарей получила название GEL. Гелевые батареи в течение всего срока эксплуатации не нуждаются в обслуживании, их нельзя вскрывать. Для их подзаряда необходимо использовать зарядные устройства, обеспечивающие нестабильность напряжения заряда не хуже ±1 % для предотвращения обильного газовыделения. Такие аккумуляторные батареи критичны к температуре окружающей среды.

3. Батареи третьего поколения — это герметизированные батареи с абсорбированным сепараторами электролитом. Часто их называют батареями, собранными по AGM-технологии. AGM — Absorbed in Glass Mat, т. е. технология, при которой электролит абсорбирован в сепараторах из стекловолокна, размещенных между электродами. Такой сепаратор представляет собой пористую систему, в которой капиллярные силы удерживают электролит. При этом количество электролита дозируется так, чтобы мелкие поры были заполнены, а крупные оставались свободными для свободной циркуляции выделяющихся газов. По своим свойствам AGM батареи подобны гелевым, за исключением того, что газообразование в них существенно меньше, и меньшее влияние на их работу оказывает температура окружающей среды. Как и для гелевых аккумуляторных батарей, для них требуются зарядные устройства, обеспечивающие нестабильность напряжения заряда не хуже ±1 %.

К сожалению, в России герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы не производятся.

Конструкция батарей различных фирм, их выпускающих, может иметь свои особенности, например, особую конструкцию сепараторов или решеток или применение специфических добавок при изготовлении пластин. Часто при обозначении типа аккумуляторной батареи указывают ее маркировку, которая определяется конструкцией положительных пластин.

При изготовлении свинцово-кислотных аккумуляторных батарей применяют химические добавки. Например, к свинцу добавляют сурьму (доля в сплаве 1...10 %), которая обеспечивает более прочный электрический контакт активного материала с решеткой, предотвращает его осыпание, что позволяет увеличить срок службы аккумуляторных батарей. Кроме свинцово-сурьмяных, используют также свинцово-кальциевые сплавы, позволяющие сделать пластины более легкими и прочными при сохранении высоких электрических и механических характеристик.

Правильный подбор металлов, химикатов и добавок помогает достичь компромисса и баланса между высокой энергетической плотностью, длительностью срока хранения, увеличением срока службы и безопасностью при эксплуатации. Высокой энергетической плотности можно достичь сравнительно легко, например, добавив вместо кобальта никель. Емкость батареи при этом возрастет, снизится ее стоимость, но при этом ухудшится и безопасность ее эксплуатации. Начинающие свой бизнес компании могут во главу угла поставить максимально возможную емкость выпускаемых батарей, пренебрегая всем остальным. Но производители с высокой репутацией на рынке, такие, как EXIDE, FIAMM, HOPPECKE, Panasonic, Varta и другие, на первое место всегда ставят безопасность своей продукции и продают только безопасные и надежные аккумуляторные батареи.

Большинство типов свинцово-кислотных аккумуляторных батарей имеют элементы призматической формы. Поэтому прямоугольные корпуса для них изготавливаются из пластмасс. Хотя некоторые типы батарей VRLA производятся на основе цилиндрических элементов, сохраняя все преимущества последних. Они обеспечивают более высокую стабильность работы элементов, больший ток разряда, лучшую температурную стабильность по сравнению с батареями, собранными из призматических элементов.

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы (SLA)

Свинцово-кислотный аккумулятор, изобретеный французским врачом Gaston Plantй в 1859, был первым заряжаемым аккумулятором для коммерческого использования. Сегодня заливаемые свинцово-кислотные аккумуляторы используются в автомобилях и оборудовании, требующих отдачи большой мощности. В более портативном приборах используются герметичные аккумуляторы или аккумуляторы с клапаном давления, некоторые из которых продаются под торговой маркой «gelcell».

В отличие от обычного (негерметичного, примеч. Переводчика) свинцово-кислотного аккумулятора, SLA аккумулятор разработан с низким потенциалом перезаряда для предохранения аккумулятора от достижения потенциала, при котором во время заряда происходит выделение газа и начинается водное истощение. Поэтому SLA аккумулятор имеет длительный срок хранения, но никогда не заряжается до своего полного потенциала. Среди заряжаемых аккумуляторов, SLA имеет самую низкую плотность энергии.

SLA аккумуляторы обычно используется в случаях, когда требуется большая мощность, вес не критичен, а стоимость должна быть низкой. Диапазон значений емкости для портативных приборов лежит в диапазоне от 1 до 30 A*час, а область применения — инвалидные кресла, блоки бесперебойного питания и резервное освещение. SLA аккумуляторами также комплектуются некоторые переносные сотовые телефоны и видеокамеры. Из-за низкого саморазряда и минимальных требований по обслуживанию, SLA аккумуляторы – наиболее предпочтительный выбор для медицинских инструментов. Большие SLA аккумуляторы для стационарных применений имеют емкость от 50 до 200 A*час.

SLA аккумуляторы не подвержены эффекту памяти. Без всякого вреда допускается оставлять аккумулятор в зарядном устройстве на плавающем заряде в течение длительного времени. Сохранение заряда — лучшее среди заряжаемых аккумуляторов. Принимая во внимание, что NiCd аккумуляторы саморазряжаются за три месяца на 40 % от запасенной энергии, SLA аккумуляторы саморазряжаются на то же самое количество за один год. Эти аккумуляторы недороги, но стоимость их эксплуатации может быть выше, чем у NiCd, если в течение срока эксплуатации требуется большое количество циклов разряда / заряда.

Для SLA аккумуляторов не приемлем режим быстрого заряда. Типовое время заряда — от 8 до 16 часов. SLA аккумулятор должен всегда храниться в заряженном состоянии. Хранение его в разряженном состоянии вызывает сульфатацию, которая делает их заряд трудным, если не невозможным (Заряд SLA Аккумулятора).

В отличие от NiCd, SLA аккумуляторы не любят глубокие циклы разряда. Глубокий разряд вызывает дополнительное напряжение, подобное напряжению механического устройства. Фактически, каждый цикл разряда / заряда отнимает у аккумулятора небольшое количество емкости. Эта потеря очень небольшая, если аккумулятор находится в хорошем состоянии, но становится более ощутима, как только емкость понижается ниже 80 % от номинальной. Это справедливо и для аккумуляторов других электрохимических систем, но в различной степени. Чтобы ослабить влияние глубокого разряда, можно использовать SLA аккумулятор немного большего размера.

В зависимости от глубины разряда и температуры эксплуатации, SLA аккумулятор обеспечивает от 200 до 500 циклов разряда / заряда. Основная причина относительно небольшого количества циклов разряда / заряда — расширение положительных пластин, которое является результатом химической реакции внутри аккумулятора. Это явление наиболее сильно проявляется при более высоких температурах. Применение циклов заряда / разряда не устраняет этот процесс. Однако, имеются методы улучшения состояние SLA аккумуляторов.

SLA аккумуляторы обладают относительно низкой плотностью энергии по сравнению с другими аккумуляторами, и вследствие этого непригодны для компактных устройств. Это становится особенно критичным при низких температурах, так как способность отдавать большой ток в нагрузку при низких температурах значительно уменьшеньшается. Как это ни парадоксально, SLA аккумулятор весьма хорошо заряжается с чередующимися импульсами разряда. В течение этих импульсов, ток разряда может достигать значения более, чем 1C.

Из-за высокого содержания свинца, SLA аккумуляторы при неправильной утилизации экологически вредны, но в меньшей степени, чем NiCd.

Методы заряда аккумуляторных батарей

Заряд свинцово-кислотных аккумуляторных батарей

Алгоритм заряда свинцово-кислотных батарей отличается от алгоритма заряда никель-кадмиевых батарей — более критичным является ограничение напряжения, чем ограничение тока заряда. Время заряда герметичных свинцово-кислотных батарей составляет 12… 16 ч. Если увеличить ток и применить методы многоступенчатого заряда, его можно сократить до 10 ч и менее. Зарядить герметичные свинцово-кислотные батареи так же быстро, как никель-кадмиевые, нельзя.

Вообще, свинцово-кислотные батареи, как и никель-кадмиевые, по назначению можно разделить на две большие группы:

1. Батареи, используемые как основной источник питания, для которых характерны повторяющиеся циклы заряд/разряд, т. е. батареи циклического применения.

2. Батареи, используемые в резервных источниках питания, например в ИБП, и работающие в буферном режиме.

Соответственно этому делению различаются и возможные методы их заряда: для первой группы применяются методы заряда при постоянном напряжении заряда и при постоянных значениях напряжения и тока заряда, а для второй — метод двухступенчатого заряда при постоянном напряжении заряда и метод компенсирующего заряда (струйной подзарядки).

Метод заряда при постоянном напряжении заряда

Метод заряда при постоянном напряжении заряда является основным методом для батарей, работающих в циклическом режиме. При таком методе к выводам батареи прикладывается постоянное напряжение из расчета 2,45 В на элемент при температуре воздуха 20...25 °С. Величина этого напряжения может для различных типов батарей от разных производителей незначительно отличаться. В технической документации на аккумуляторные батареи четко указывают значение напряжения заряда и информацию по его поправкам для тех случаев, когда температура окружающей среды отличается от нормальной (25 °С).

Заряд считается завершенным, если ток заряда остается неизменным в течение трех часов. Если не осуществлять контроль над постоянством напряжения на батарее, может наступить ее перезаряд. В результате электролиза, из-за того, что негативные пластины перестают активно поглощать кислород, вода электролита начинает разлагаться на кислород и водород, испаряясь из батареи. Уровень электролита в батарее снижается, что приводит к ухудшению протекания в ней химических реакций, и ее емкость будет уменьшаться, а срок службы — сокращаться. Поэтому заряд таким методом должен протекать при обязательном контроле напряжения и времени заряда, что позволит увеличить срок службы батареи.

На этот метод заряда следует обратить внимание, как на самый простой. Ранее в отечественной литературе при заряде негерметичных свинцово-кислотных батарей считалось нормой производить их заряд начальным током, равным 0,1С в течение 8… 12 часов при напряжении заряда из расчета 2,4 В на элемент батареи.

При заряде при постоянном напряжении, зарядное устройство должно иметь таймер для отключения батареи по окончании заряда или другое устройство, обеспечивающее контроль времени или степени заряда батареи и выдающее сигнал отключения управляющему устройству. Это позволит избежать как ее недостаточного заряда, так и перезаряда. Следует помнить, что

прерывание заряда сокращает срок службы аккумуляторной батареи.

Нельзя заряжать полностью заряженную батарею — перезаряд может привести к ее порче. При цикличной эксплуатации батареи время заряда не должно превышать 24 часов.

Метод заряда при постоянных значениях напряжения и тока заряда

Используя метод заряда при постоянном напряжении и токе заряда, сначала выставляют ток заряда, равный 0,4С, а затем контролируют величину напряжения, которое к концу заряда при комнатной температуре 20...25 °С должно составлять 2,45 В на элемент. Время заряда составляет 6… 12 часов в зависимости от степени разряда батареи.

Метод двухступенчатого заряда при постоянном напряжении заряда

Метод двухступенчатого заряда при постоянном напряжении заряда, как и следует из его названия, происходит в два этапа: сначала заряд при более высоком напряжении заряда, а затем заряд при более низком напряжении заряда (струйный или компенсирующий заряд). В структурную схема зарядного устройства, работающего по этому методу, входят источник питания, два ключа напряжения: повышенного SW1 и пониженного — SW2, а также цепь контроля тока заряда, обеспечивающая управление работой зарядного устройства.

Заряд начинается с подачи на батарею повышенного напряжения заряда через ключ SW1. При этом ток начала заряда выбирают, как правило, равным 0,15С, а время первого этапа заряда — 10 ч. По мере заряда батареи ток заряда уменьшается, и, когда его значение достигнет определенной величины, произойдет выключение ключа SW1 и включение ключа SW2. Зарядное устройство перейдет в режим струйной подзарядки малым током (обычно 0,05С).

При двухступенчатом заряде начальный ток первого этапа не должен превышать значения 0,4С, а ток струйной подзарядки — 0,15С

Как было сказано выше, такой метод заряда используется в системах резервного питания: в источниках бесперебойного питания компьютеров и аппаратуры связи, в системах аварийного освещения и т. д. Его важным преимуществом является сокращенное время заряда батареи при переходе из рабочего режима в дежурный, до состояния струйной (компенсационной) подзарядки при малой величине тока заряда.

Данный метод нельзя применять, если батарея работает в буфере с нагрузкой (т. е. если нагрузка соединена с ней параллельно).

Метод компенсирующего заряда

Метод компенсирующего заряда, который называют также методом струйной подзарядки, обычно применяют на заключительной стадии процесса заряда. Однако применяют его и как самостоятельный метод заряда при заряде свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, работающих в дежурном режиме. В источнике бесперебойного питания аккумуляторная батарея играет роль вторичного — резервного источника питания и большую часть времени работает в дежурном режиме.

В таком источнике в случае сбоя основного источника в работу вступает аккумуляторная батарея. Если ее разряд был непродолжительным, и емкость снизилась незначительно, то для заряда будет достаточен компенсирующий заряд батареи, который обеспечит постепенное восстановление ее рабочей емкости. Однако при глубоком разряде потребуется применение другого зарядного устройства, способного обеспечить достаточно высокий ток заряда. В случае глубокого разряда и последующей за ним струйной подзарядке может произойти сулъфатация пластин батареи со всеми вытекающими последствиями.

При таком методе заряда следует также учесть, что длительный заряд при незначительных колебаниях напряжения заряда существенно снижает срок службы батареи. Поэтому должна быть предусмотрена его стабилизация. Отклонение напряжения заряда от нормы не должно превышать ±1 %. Кроме того, поскольку зарядные характеристики зависимы от температуры окружающей среды, зарядное устройство должно иметь схему термокомпенсации.

Нельзя утверждать, что компенсирующий заряд столь полезен для свинцово-кислотных батарей, потому что этот метод обычно используют в двух случаях: при их незначительном разряде и для подзарядки заряженных батарей с целью компенсации их саморазряда.

Для свинцово-кислотных аккумуляторов недопустим недостаточный заряд, т. к. это приводит к сульфатации отрицательных пластин, недопустим и перезаряд, вызывающий коррозию положительных пластин. При компенсирующем заряде, если он продлится слишком долго, начнется перезаряд батареи и, кроме того, будет происходить выкипание электролита

Метод плавающего заряда

Заряд называется плавающим в том случае, если аккумуляторная батарея подключена параллельно нагрузке, и он происходит постоянно. При такой схеме включения особые требования предъявляются к выпрямителю источника питания. Его выходной ток складывается из тока заряда аккумуляторной батареи и тока нагрузки. Нагрузочная способность источника питания должна быть настолько высокой, чтобы его выходное напряжение при максимальном токе нагрузки оставалось практически неизменным. Напряжение плавающего заряда выбирают из расчета 2,23...2,3 В на элемент батареи при температуре 20 «С. При изменении температуры в пределах -30...50 °С оно может изменяться от 2,55 до 2,15В соответственно. Источник питания должен быть стабилизированным, и колебания напряжения не должны превышать 30 мВ на элемент.

Метод многоступенчатого заряда

Зарядное устройство многоступенчатого заряда производит его в три ступени: заряд постоянным током, основной заряд и компенсирующий заряд. Заряд постоянным током протекает примерно в течение 5 ч и обеспечивает заряд батареи до 70 % ее емкости, оставшиеся 30 % емкости она „добирает“ в течение медленного основного заряда. Основной заряд длится следующие 5 ч, и именно он обеспечивает „здоровье“ аккумуляторной батареи. Его можно сравнить с коротким отдыхом после сытного обеда, предшествующего работе. Если батарея зарядилась не полностью, она постепенно начнет терять способность достигать состояния полного заряда, и ее емкость уменьшится. Третья ступень зарядного цикла — струйная подзарядка, которая компенсирует саморазряд полностью заряженной батареи.

Восстановительный заряд

В случае, если произошел глубокий разряд батареи, необходимо срочно произвести ее восстановительный заряд. Сделать это следует как можно быстрее, т. к. хранение сильно разряженной свинцово-кислотной батареи приводит к сульфатации ее пластин и снижению емкости или вообще к ее выходу из строя.

Восстановительный заряд проводят при постоянном напряжении заряда и начальном токе заряда, равном 0,1...0,25С в течение 24 часов.

Если батарея сульфатирована, она плохо „берет“ заряд. При незначительной сульфатации с ней можно бороться. Для этого используют метод заряда асимметричным током. Принцип его прост: параллельно аккумуляторной батарее подключают нагрузку, и заряд происходит импульсами тока. Во время действия импульса зарядного тока происходит заряд батареи, а когда он не действует, батарея разряжается на нагрузку.

О выборе значения напряжения заряда и влиянии температуры окружающей среды

При заряде важную роль играет правильный выбор максимального напряжения заряда на элементе батареи. Его типовое значение составляет 2,30...2,45 В. В случае, если применяется метод медленного заряда, а также, если комнатная температура превышает 30 °С, рекомендуется выбирать напряжение заряда, равным 2,35 В на элемент батареи. А если используется метод быстрого заряда, и комнатная температура ниже 30 °С, то его величина должна составлять 2,40...2,45 В на элемент.

Ступень компенсирующего заряда зарядного цикла начинается сразу после завершения полного заряда батареи. При этом рекомендуемое значение напряжения заряда для батарей, допускающих низкое внутрикорпусное давление, составляет 2,25...2,30 В. Чаще всего выбирают его компромиссное значение — 2,27 В. Для правильного выбора значения этого напряжения необходимо учитывать температуру окружающей среды: при ее высоких значениях требуется его немного уменьшить, а при низких — увеличить. В хороших зарядных устройствах, предназначенных для эксплуатации в широком диапазоне температур, имеется специальная схема, контролирующая температуру окружающей среды и обеспечивающая установку напряжения компенсирующего заряда в соответствии с ее значением.

Если при выборе напряжения заряда правильно учитывать температуру окружающей среды, то срок службы батареи можно увеличить при температуре 30 °С примерно на 5 %, при 35 °С — на 10 %, при 40 °С — на 15 % относительно выбора постоянного напряжения заряда, соответствующего температуре 25 °С, при более высоких температурах.

Вопросы, связанные с эксплуатацией свинцово-кислотных батарей

Проблемой, о которой следует упомянуть, является неравномерное старение элементов одной батареи. Со временем внутри батарей образуются воздушные мешки, в некоторых происходит

избыточное выделение водорода, другие испытывают недостаток кислорода. Хотя элементы батареи соединены последовательно, контролировать в процессе заряда состояние каждого из них невозможно. При наличии в батарее элемента с пониженной емкостью, падение напряжения на нем наибольшее, поскольку он обладает наибольшим внутренним сопротивлением. Если в батарее имеется неисправный элемент с внутренним замыканием пластин, то напряжение на нем близко к нулю. В результате этого напряжение заряда между элементами батареи распределяется неравномерно: для какого-либо элемента приложенное напряжение может быть больше или меньше требуемого. Поэтому батарея начинает разрушаться — наиболее „слабые“ элементы выходят из строя быстрее, нарушается режим заряда исправных элементов, что влечет за собой и выход их из строя.

Всплески напряжения, которые прикладываются к батарее во время заряда, также создают проблемы для свинцово-кислотных батарей, особенно для батарей с жидким электролитом, оснащенных вентиляционными клапанами (VRLA). Пики этого напряжения способствуют перезаряду и выделению водорода, а спады — глубокому разряду и кислородному голоданию. Происходит истощение электролита.

Емкость батареи можно оценить двумя способами: по плотности электролита и по напряжению на батарее под нагрузкой. Естественно, что способ оценки емкости по плотности электролита пригоден только для обслуживаемых батарей.

Часто встречаются сообщения и рекомендации по применению заряда свинцово-кислотных батарей импульсным током. Несмотря на то, что при таком заряде уменьшается коррозия элементов батареи, единого мнения у специалистов о пользе данного способа заряда нет. Можно говорить о некоторых позитивных сторонах такого заряда и то, если его производить правильно. Но в целом результаты заряда импульсным током непредсказуемы.

Герметичные свинцово-кислотные батареи необходимо хранить в заряженном состоянии. Каждые шесть месяцев их надо подзаряжать. Для этого применяют цикл основного заряда (заряд при постоянном (неизменяющемся) напряжении). Его цель — не допустить падения напряжения на батарее менее 2,10 В на элемент. Требования к режиму заряда для батарей от различных производителей могут отличаться. В течение цикла заряда следует выдерживать рекомендуемые временные интервалы, необходимые для остывания батареи.

Путем измерения напряжения холостого хода (без нагрузки) на батарее можно примерно оценить степень ее разряда. Например, напряжение 2,11 В на элементе при комнатной температуре свидетельствует о степени ее заряда не менее чем на 50 %. Если напряжение превышает этот порог, значит, батарея находится в хорошем состоянии, и для ее ввода в эксплуатацию необходим всего лишь один полный цикл заряда. При падении напряжения холостого хода до 2,10 В и ниже, для восстановления емкости батареи потребуется провести несколько циклов заряд/разряд (контрольно-тренировочные циклы). Измеряя напряжение, следует учитывать температуру хранения, если она отличается от комнатной: при более низких температурах напряжение холостого хода незначительно возрастает, при более высоких — наоборот, снижается.

При получении свинцово-кислотных батарей от поставщиков, службы контроля покупателей (предприятий и организаций) не принимают батареи, у которых напряжение на элементе составляет менее 2,10 В. В разряженных батареях активнее происходит процесс сульфатации пластин, которая снижает их емкость. Для новых батарей восстановление емкости возможно, однако это потребует использования специального оборудования, наличие которого делает их обслуживание более дорогостоящим и которого у пользователей обычно нет. Именно поэтому такие батареи и отбраковываются.

При заряде свинцово-кислотных батарей всегда необходимо использовать ограничитель тока (например, реостат). Пытаясь восстановить емкость, их заряжают током полного заряда.

Если в течение 24 часов заряда батарея до нормального состояния не заряжена, ее восстановление невозможно.

Применение свинцово-кислотных батарей наиболее предпочтительно в источниках бесперебойного питания (ИБП, англоязычная аббревиатура — UPS, Uninterruptible Power Supply). При их длительной подзарядке в режиме холостого хода (компенсирующий заряд) рекомендуется периодически устанавливать; повышенный ток заряда. Такой заряд обеспечивает полный заряд батареи и предотвращает сульфатацию ее пластин. При этом напряжение на батарее в течение нескольких часов будет выше, чем определено производителем в ее технических характеристиках. В случае нарушения такого режима заряда повышается ее температура, и существует опасность выкипания электролита. Поскольку в герметичных батареях возможность доливки электролита исключена, это может привести к необратимому выходу ее из строя.

Для увеличения срока службы батареи ее необходимо периодически разряжать. Для этого проводят контрольно-тренировочный цикл: батарею разряжают до емкости не менее 10 %, а затем снова заряжают. Полный ее разряд недопустим, т. к. каждый глубокий разряд приводит к снижению емкости батареи.

В процессе экспериментов производители исследуют различные режимы заряда. Срок службы свинцово-кислотных батарей с жидким электролитом можно увеличить, если полностью заряженную батарею, работающую без нагрузки в дежурном режиме, не заряжать, а для компенсации саморазряда применять струйную подзарядку. При этом снижается коррозия ее элементов. Такой способ неприменим, если батарея работает в качестве источника электроэнергии в буфере, например, с генератором, и ей необходима постоянная подзарядка.

В случае утечки электролита из корпуса батареи, при возникновении в нем трещин от удара электролит следует немедленно смыть водой. При попадании его в глаза или на кожу, их следует промывать чистой водой в течение 15 мин, а затем обратиться к врачу. Для нейтрализации кислоты в воду можно добавить немного пищевой соды.

Независимо от типа необслуживаемых свинцово-кислотных аккумуляторных батарей можно сформулировать общие требования по их эксплуатации:

1. Напряжение зарядного устройства, измеряемое на зажимах аккумулятора, должно соответствовать рекомендуемому (зависит от типа аккумулятора и температуры) и поддерживаться с точностью не хуже ±1 %. При этом зарядный ток, протекающий через полностью заряженный аккумулятор, в зависимости от интенсивности саморазряда, может иметь значение в пределах от единиц до сотен миллиампер на каждые 100 ампер-часов емкости. Как правило, рекомендуется эксплуатировать аккумуляторы при постоянном напряжении порядка 2,25...2,35 В на один элемент. Точное значение напряжения зависит от типа аккумулятора и рабочей температуры. Заряд батареи следует производить при выходном напряжении зарядного устройства из расчета 2,4...2,5 В на элемент с последующим переходом в режим компенсирующего заряда. Такой способ дает ощутимый выигрыш во времени заряда лишь при использовании мощного зарядного устройства, способного обеспечить начальный ток заряда порядка 0,2С.

2. При эксплуатации аккумуляторов в широком диапазоне температур, необходимо обеспечить автоматическую регулировку напряжения компенсирующего заряда от температуры в соответствии с рекомендациями производителя. Обычно такая зависимость нелинейна и составляет -2...-5 мВ/ °С на один элемент (знак минус означает, что при повышении температуры напряжение должно уменьшаться). Такая мера не устраняет полностью отрицательного воздействия изменений температуры на аккумуляторную батарею, но существенно его снижает.

3. В зависимости от конструкции аккумуляторов зарядный ток в амперах не должен превышать 0,1...0, ЗС.

Аккумуляторные батареи в автомобиле

Аккумуляторные батареи, устанавливаемые в автомобилях работают в особенных условиях: высокие пусковые токи разряда, питание электроприборов автомобиля на стоянке, заряд от автомобильного генератора, работа в широком диапазоне температур, подверженность тряске и вибрации. Так как выходное напряжение генератора зависит от частоты вращения двигателя, для обеспечения постоянного напряжения заряда служит регулятор напряжения.

Кроме регулятора напряжения в цепи аккумуляторной батареи включено и реле обратного тока. Его назначение — переключать нагрузку (приборы системы зажигания, освещения, сигнализации и т. д.) на работу от аккумуляторной батареи в том случае, если генератор не обеспечивает минимально необходимого напряжении для их работы. Например, при очень малых оборотах холостого хода, при отрыве или слабом натяжении ремня генератора.

Аккумуляторная бaтapeя всегда является нагрузкой генератора, Если ее отключить при работающем двигателе, напряжение генератора резко „скакнет“ вверх, что может стать причиной выхода автомобильных электронных устройств (бортовой компьютер, электронный коммутатор системы зажигания и т. д.) из строя. Поэтому там, где это предусмотрено, следует проверять регулировку реле обратного тока.

Особые условия эксплуатации автомобильных батарей налагают особые требования по их эксплуатации. При повреждении мастики, герметизирующей корпус батареи, батарею следует разрядить и слить из нее электролит для предотвращения взрыва гремучей смеси.

Не реже одного раза в две недели следует:

• очищать батарею от пыли и грязи, протирать чистой ветошью, смоченной в растворе нашатырного спирта или соды, места, облитые электролитом;

• проверять качество ее крепления, плотность установки контактов;

• очищать клеммы и выводы батареи и смазывать их техническим вазелином;

• прочищать вентиляционные отверстия в пробках и крышках;

• проверять уровень электролита в обслуживаемых батареях и при необходимости доводить его до нормы доливкой дистиллированной воды. Доливка электролитом недопустима.

Двенадцать вариантов уничтожения нового АКБ

Приведем наиболее часто встречающиеся нарушения правил эксплуатации:

  1. Заряд током чрезмерно большой силы, превышающим нормальный в несколько раз. Перегрев электролита, коробление электродов, реже — разрушение сепараторов, осыпание активной массы и т.п. Это обычно происходит при форсированных режимах заряда с использованием мощных зарядных устройств, особенно в условиях неконтролируемого заряда.
  2. Повышенное напряжение в бортовой сети автомобиля приводит к систематическому перезаряду. Снижается уровень электролита, повышается его плотность. Если долить до нормального уровня электролит, а не дистиллированную воду, аккумулятор очень быстро приходит в негодность. Если ничего не доливать, то сульфатация электродов обеспечена, обнаженные элементы электродов быстро корродируют, активная масса, особенно положительных пластин, набухает, выкрашивается, теряет механическую прочность, оплывает.Аккумулятор быстро снижает емкость, электролит становится мутным. В таких ситуациях аккумулятор может стать совершенно непригодным к эксплуатации.
  3. Перегрев аккумулятора. Известно, что при повышении температуры электролита выше +35 градусов активизируются процессы износа электродов, а если температура повышается еще выше, то ресурс аккумулятора сокращается катастрофически быстро. Эта ситуация нередка, например когда оставили автомобиль на солнце под тентом темного цвета.
  4. Загрязнение электролита. Аккумулятор необходимо протирать чистой мягкой тряпкой, смоченной в нашатырном спирте или растворе кальцинированной соды. Если хотя бы очень небольшая часть загрязняющих веществ попадает в электролит — аккумулятор обречен.
  5. Добавление в электролит недистиллированной воды. Это довольно частая ситуация когда нет под рукой качественной дистиллированной воды, и доливают в электролит просто чистую воду. Электроды выходят из строя, а аккумулятор идет на склад вторсырья.
  6. Еще быстрее выходит из строя новая батарея, если для нее приготовить электролит на основе технической серной кислоты.
  7. Короткое замыкание может вывести АКБ моментально. Чаще всего это происходит при неосторожном обращении с инструментом вблизи батареи, или в результате повреждения изоляции силового кабеля.
  8. Пониженное напряжение бортовой сети — весьма распространенная ситуация.Аккумуляторная батарея хронически разряжена, понижена плотность электролита. Нередки случаи запредельных разрядов, например, после пуска двигателя стартером. Снижаются основные энергетические характеристики батареи, особенно в зимний период. Систематический недозаряд может привести к переполюсовке аккумулятора при эксплуатации.
  9. Размораживание аккумуляторной батареи. Моноблок лопается, электролит вытекает после оттаивания. Это происходит в сильные морозы при снижении плотности электролита ниже допустимых значений.Обычно такое происходит, если долить дистиллированную воду в электролит и не принять ни каких мер для того, чтобы она перемешалась с электролитом, или после нескольких безуспешных попыток пуска стартером холодного двигателя, оставив на морозе глубоко разряженный АКБ.
  10. Применение мощного пускового устройства. Если применять мощный неспециализированный источник тока для пуска холодного двигателя, то можно моментально „взорвать“ аккумуляторную батарею. При подключении этого устройства к батарее сила тока заряда может быть настолько большой, что электролит бурно вскипает, и вентиляционные отверстия не в состоянии сбросить выделяющиеся газы.
  11. Запредельный разряд стартерными токами. Часто при затруднённом пуске двигателя аккумулятор разряжают до такой степени, что якорь стартера перестает проворачиваться. Такие глубокие разряды приводят к тому, что пластины очень быстро коробятся, осыпаются, и батарея выходит из строя.

12. Повышенная плотность электролита. По разным причинам в аккумуляторе расходуется вода, понижается уровень и повышается плотность электролита, и если не доливать дистиллированную воду аккумулятор разрушится.

www.ronl.ru


Смотрите также