任务管理计算机电池盒结构的设计与实现

王 博，杜文亮，周 勇

（中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710068）

0 引 言

在航空机载领域，电池作为备份电源，主要用于保障供电故障时紧急任务的运行，涉及故障时间记录、关键数据销毁以及时钟同步等[1]。传统的电池设计通常需要在模块内部开辟空间来进行电池布局，但这种布局影响模块内可实现的功能块数量，浪费硬件资源，也给系统维护造成了诸多不便。

本文以某型无人机任务管理计算机为例，列举传统设计中存在的问题，而后对比分析新设计中需要注意的要素，最终提出了一种新型电池盒结构的设计方法，并通过测试验证了该设计结构的可行性。

1 传统电池结构的分析

任务管理计算机中，传统的电池结构设计采取板内放置的原则，具体结构布局如图1所示。

图1中，方框部分即为电池所在区域。可以看出，传统布局占据了将近1/3的板内面积，浪费了硬件资源，不利于系统扩展。

为了减重，电池结构在板内采用点封胶粘贴的方式进行固定，维护麻烦，需要将产品拆开取出模块，用特殊的去胶工具进行拆卸。在目前的二级维护体系下，一旦出现电池故障，都需要进行返所维修。

图1 传统电池结构布局

由于模块间间隔较小，传统的设计在进行电池选择时，必须选择成本较高的扣式电池，才能保证安装后的板间距离满足产品散热的要求，增加了产品成本。模块在生产过程中，三防工艺会对电池造成损坏，因此包含电池的模块需在三防完成后再对电池进行重新固定。

2 新型电池盒设计要素分析

针对上述传统电池结构存在的问题，研究了一种新型电池盒。在新的设计过程中，主要考虑的因素有以下几方面[2]：

（1）空间因素：电池盒应独立于模块，利用空余的结构区域，节省模块的板内空间，提高模块印制板的利用率，提升模块的可扩展性。

（2）可靠性：任务管理计算机需要在振动、湿热和滴雨等恶劣环境下运行，因此独立的电池盒结构应保证在上述环境中产品功能能够正常运行。

（3）易维护性：电池盒应易于维护，满足外场检修更换的要求，降低产品的返修率。

（4）通用性：电池盒应综合不同项目的需求，考虑多方因素，使其尽可能通用化，减少重复设计。

（5）经济性：位于模块内的电池设计必须使用满足模块间距的锂电池，而独立的电池盒设计可根据空间大小选择合适类型的电池，节省成本。

（6）电磁兼容性：独立的电池盒应具有良好的电磁兼容性，在保证产品正常工作的前提下，避免电磁泄漏是设计需要参考的重要方面[3]。

3 具体结构设计

任务管理计算机内部空间如图2所示。

图2 任务管理计算机内部空间示意图

由图2可知，任务管理计算机内部可利用的安装空间仅为前面板连接器与电源模块之间的缝隙，即图中的方框区域。在此基础上，考虑电池盒的安装方向。由于任务管理计算机底侧固定着滤波器，因此可选的安装方向仅剩箭头所指方向，即：安装在顶侧，方向从上至下；安装在前面板，方向从左向右。

分析两种安装方向，从上至下的安装方式会破坏顶侧板的密封性，影响产品在滴雨、湿热环境下的性能，且会导致电池盒的引线与前面板进来的引线呈交叉状，致使产品内部电磁兼容处理复杂；从左至右的安装方式不仅可避免上述问题，而且考虑任务管理计算机在飞机上的安装位置，前面板的安装方式易于拆卸和维护。因此，本文设计选择将电池盒安装在前面板上，方向从左至右。

任务管理计算机电池盒由三部分组成：可更换单元，结构固定架以及接口连接。可更换单元设计如图3所示。

可更换单元的主体由电池和外围框架组成。外围框架的大小由电池类型决定，提高了电池的选择空间。本设计中，选择成本较低的AA型电池。正视图上，电池框架由表面两个不脱螺钉固定在任务管理计算机前面板上，既有固定作用，也方便维护人员拆卸更换。在框架中，电池使用环氧树脂固化剂灌封的形式固定。这种方式比电池挡板形式具有更好的导电绝缘性，同时避免在振动、滴雨等恶劣环境下出现故障。

结构固定架设计图，如图4所示。

图3 可更换单元设计图

图4 结构固定架设计图

结构固定架的主体由结构架和固定盖组成。正视图中固定架共有6个螺孔，其中分散在四周的4个螺孔用于使用螺钉将结构架固定在机箱上，中间2个螺孔是将可更换单元固定在结构架上。固定盖板的作用是保证可更换单元在框架内不出现左右摇摆的情况。

接口连接主要分为两个主要部分，即可更换单元与结构架的连接和结构架与时钟电路的连接。可更换单元与结构架的连接较为简单，选用匹配的接插件即可，仅需注意接插件的公差，防止出现无法对准的情况。结构件与时钟电路的连接则通过母板走线实现，虽消耗了母板的资源，但避免了独立导线对整机产生的电磁兼容影响。

最终，电池盒的设计及内外视图如图5所示。

图5 电池盒内外视图

4 测试验证

为了验证电池盒的正确性和维护性，搭建了验证平台，如图6所示。其中，地面维护设备（GME）用于电池盒更换后发出时间对准的指令，导航外设则实际完成任务管理计算机的时间校正。

图6 电池盒功能测试框图

飞机上电后，系统获取导航时间，对任务管理计算机时间进行校准；工作半小时后，飞机下电；再次上电后，获取任务管理计算机时间和导航时间。误差在允许的范围内，证明电池盒满足系统功能要求。

任务管理计算机在不离位的情况下，使用简易工具即可实现可更换单元的替换。重复上述时间设置，任务管理计算机正常工作。

5 结 论

本文以任务管理计算机为例，通过对传统电池结构的分析，设计了一种新型电池盒，克服了之前电池结构占空间、难维护等缺陷，具有一定的通用性，对航空领域内的电池设计具有一定的借鉴意义。

[1] 伊恩·莫伊尔.飞机航空电子系统[M].北京：国防工业出版社，2015.

[2] 雷 阳.水下装备电池盒结构设计分析[J].机械工程师，2014，（8）：217-218.

[3] 白同云.电磁兼容设计[M].北京：北京邮电大学出版社，2001：113-119.