水下航行器电池组可靠性研究

摘 要: 为了提高水下航行器的动力可靠性, 从水下航行器用锂离子动力电池组的连接方式入手, 分析了串联和并联复合连接方式的可靠性, 计算出可靠性最高的电池连接方式。研究结果表明, 先并联后串联的连接方式在实际应用中具有更高的可靠性。最后探讨了并联电池组在共载模式下的可靠性, 这种模式的建立对实际应用中水下航行器动力可靠性的提高具有一定的参考价值。

关键词: 水下航行器; 锂离子电池; 电池组; 可靠性; 共载模式

0 引言

水下航行器电动力推进系统与热动力推进系统相比具有以下优点: 1) 电动力推进系统在航行时不会受到背压的影响; 2) 自噪声较小, 有利于声自导装置的工作; 3) 在航行中没有燃料的消耗, 航行稳定性较好; 4) 动力电池电源还可以对航行器的其他用电系统供电[1]。电动力推进系统的上述优点, 使得其一度发展较快。但是为保证水下航行器的航速和航程, 比能量高、比功率大、使用寿命长的电池是研究的重点[2]。直流电源系统供电的可靠性直接影响各种用电系统的安全运行[3]。近年对动力电池的可靠性研究主要集中在在线监控等方面, 例如对动力电池组荷电状态以及健康状态的研究。这种方法实用可行, 但是成本较高, 忽略了动力电池组由于自身连接方式不同而造成的可靠性差异[4]。在电池技术没有质的突破的前提下, 对电池组连接可靠性的研究将有助于电池在使用过程中发挥最大的效能[5], 进而提高水下航行器的安全性能。文章以某型水下航行器的动力系统为例, 分析了因电动力系统中电池组连接方式不同对其可靠性的影响, 并以工程实际为背景, 讨论了共载模式下简单并联系统的可靠性及其对复杂系统的意义。

1 水下航行器电池组方案

2 电池组模型

3 电池组连接可靠性

4 共载模式下电池组的可靠性

(以上内容详见《鱼雷技术》2015年第23卷第3期P214~217)

5 结论

通过上文中某水下航行器电池组模型的建立和连接可靠性计算, 以及共载模式下并联电池组的可靠度计算, 可以得到如下的3个结论:

1) 可以通过改变单体电池的连接方式, 使电池组系统的可靠性大于单体电池的可靠性;

2) 通过对电池组连接可靠性的讨论, 得到先并联后串联的系统可靠性高于先串联后并联以及串并混联的系统的可靠性。

3) 共载模式下, 服从指数分布的单体电池的可靠性不仅随着时间变化, 也与每个单体电池所承受的载荷有关。