(8) Обзор энергетических технологий для необитаемых подводных аппаратов

2.3. Характеристики источников питания

Ограниченные нелинейным сопряжением гидродинамического сопротивления и грузоподъёмности, источники питания одного типа зачастую не могут одновременно удовлетворять двум тактическим показателям АНПА - большой автономности (высокая потребность в энергии) и высокой манёвренности (высокая потребность в мощности). Поэтому, основываясь на характеристиках диаграммы Рагона (см. следующий пост), можно поделить источники энергии на энергоёмкие и мощностные типы. Кроме того, в основе проектирования гибридных энергетических систем должно лежать разумное разделение и согласование.

Энергоёмкие источники характеризуются прежде всего высокой удельной энергией и нацелены на поддержку длительных подводных крейсерских миссий и несение базовой нагрузки системы. Типичными представителями таких источников являются топливные элементы и металло-водные батареи (например, алюминий-водные и магний-водные системы) [12,28]. Топливные элементы за счёт использования высокоплотных химических топлив теоретически обеспечивают автономность, значительно превосходящую аккумуляторные батареи; металло-водные батареи используют морскую воду в качестве окислителя, что значительно снижает массу, переносимую системой. Однако такие источники питания как правило отличает медленная динамическая реакция и ограниченная пиковая выходная мощность, что затрудняет их работу при кратковременных колебаниях нагрузки [29].

Напротив, мощностные источники характеризуются высокой удельной мощностью и быстрой динамической реакцией и используются для покрытия пиковых нагрузок при запуске, разгоне, связи и гидролокационном зондировании. Литий-ионные батареи (особенно мягкие полимерные литиевые батареи) и суперконденсаторы являются типичными представителями таких источников [9]. Хотя из-за механизма интеркаляционных реакций удельная энергия литиевых батарей имеет физические ограничения, их отработанная технология и высокие скорости заряда/разряда делают их незаменимыми буферными источниками питания для АНПА при работе в сложных эксплуатационных режимах [30]. Путём разумного объединения двух типов источников в системной архитектуре можно максимизировать комплексную эффективность системы, минимизируя при этом недостатки каждой из составляющих. (..)