4.水下机器人的动力与能源.docx

第一篇：水下机器人的结构
第三章：水下机器人的能源与动力
上节课重点
＞水下机器人设计方法与目标
＞水下机器人的重量特征
＞水下机器人耐压舱壁厚的设计
型官源与动力的选择一核动力
无缆（载人或无人）潜水器的能源绝大部分采用蓄电池。亦有采
用核动力、燃料电池、柴油机等动力源的。带缆潜水器则多数是从水
面提供直流或交流充源。
美国从1952年就开始研制水下核动力装置。核动力装置最初用钠, 后来用压水堆，其主要特点是闭回路不需要空气。可以在水下长期工 作。其单轴功率可达30000hp。但应用于潜水器的主要矛盾是要小型 化。美国的NRI核动力潜水器，排水量400t,造价为9900万美元。 .（国际潜艇工程公司）新研制的核动力潜水器功率只有20kw。
采用核动力可以大大提高潜水器的航速与续航力。但是必须解决 小型化以及高昂的造价问题，故不易推广。
能源与动力的选择一电池
美国国家科学院的报告指出，水下使用电池能源有以下优点：
1、结构简单，全部元件可以组装在电池箱内。
2、可以在海水压力下工作，节省耐压壳重，而且压力对电池
性能影响很小，相反地压力会使电解液的导电率增加(铅酸电池增
加5%,银锌电池增加2%),在多孔电极处或电极中压力减小了
气体的体积，从而使电极表面有更多可利用的电解液，也就有效地
增大了电流密度，同时压力还可以使功率增大。
3、由于无运动部件，故无噪声振动。
4、可以在比海水低很多或高很多的温度下工作。
5、可靠性好，一个单体电池出毛病，只影响输出，可以继续 工作。
6、一般电池在市场上可以买到，无需付发展改进的费用。
雪酸电池
1、能量密度（单位重量的 能量）和比能量（单位容积 的能量）较低。
2、功率水平一般都不超过 每磅几十瓦，每立方英尺几 千瓦。
£•<》*冲走锂
一般电池的最高能量密 度出现在低放电率的情况下, 高放电率会减小电池可能提 供的总能量。下图是某潜艇 用电池容量与放电时间的关 系O
锌电池
银锌电池的特点是容量 高，短时间内可以施放出 大容量，缺点是价格昂贵， 充电时间要求长。
银锌电池的放电特性与
铅酸电池有很大差别，大
(A)国金爱赛
部分时间电压相当稳定,
放电时间00
图4-2三种二次电池放电过程中的电压曲线
就是在开始时有一段初始
高压，在使用时应加以注 意，如右图所示。
型
阳
阴
电解液
温度
开路 电压 (V)
典型 工作
理论 能量 密度 (W山 /kg)
实际能量 密度
最大功率 密度
费用.
(美元
使用
典型 的充
备注
式
极
极
CC)
电压 (V)
(W力 /kg)
(W 4
/dm3)
(W
/kg)
(W
/dm3)
/kW
•h)
寿命
放电 次数
Ka ftx ilB 普铅，
船
二氧
化铅
硫酸
-40
〜60


〜2・1
176
〜253
11
〜22
24
〜73
33
〜66
73
(60)
2〜14 年
1,500
普通的铅酸电 池目前用于汽 车、潜艇等
银镉
镉
镇、氧 化物
氢氧
化钾
-40
〜60


〜1. 3
231
26
〜33
43 〜61
33
92

(700)
4〜6 年
1,000
2,000
完全封好的现 成电池
银锌
锌
氧化 银
氢氧 化钾、 氧化 锌
18
〜60


〜L6
452
66 〜176
109.
〜342
374
439

(800)
6〜
18月
10〜
200
容量大，放电率 高，工作寿命 短,价格高
锂电池
锂电池是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂合 金和锂离子、锂聚合物）的电池。锂电池大致可分为两类:
锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池通常是不可充电的, 且内含金属态的锂。锂离子电池不含有金属态的锂，并且 是可以充电的。
锂离子电池单体电压高、自放电率低、比能量高、循 环寿命比较长，适合于各种电流密度放电；一次Li / S0CI2电池，比能量是银锌电池的2-3倍，可支持AUV运行 40-60小时，缺点是造价高，对环境有害，适用于小电流 放电，安全问题是一个技术上的难题。