军用装备电池使用短板解决方案—单兵多用途电源转化器

朱煜 肖旭霖

（陆军边海防学院乌鲁木齐校区，新疆乌鲁木齐 830001）

0.引言

随着我军机械化的全面普及和信息化的不断拓展，各类武器装备层出不穷，先进智能的武器装备极大地提升了战斗力，而电池作为先进智能的武器装备的“粮食”，需求越来越大，种类越来越丰富。对于边防军人来说，配发的武器装备基本在高海拔寒冷的条件下使用，虽然电池的使用大大提升了装备的机动性和实用性，但是因为战场环境恶劣，型号众多的装备电池，维护保养成为一个大的难题。在高海拔低温条件下，电池的寿命和续航能力严重下降，降低了武器装备的可靠性，甚至成为制约武器装备使用的短板问题，必须引起高度的重视。

1.武器装备电池使用中存在的诸多问题及解决方案

在对边防部队调研中，发现边防连巡逻路线长、巡逻周期长，但是北斗手持机待机时间短，导致无法发挥出北斗手持机应有的功能，有位班长建议：“能不能用我所携带的充电宝给我的北斗机充电，应应急！”这位班长的建议，反映了基层官兵急盼解决装备电池续航不足的心声。通过调查发现，武器装备电池在实际使用中存在如下突出问题。

（1）电池类型众多，通用性差。各级配发的武器装备，内部电池大都使用专用的充电器和充电接口，有的电压比较特殊，有的充电接口很少见，如果武器装备在使用中电池坏了或者充电器坏了，就影响到了武器装备的使用。比如我军步兵分队携带的用电装备的种类、数量不断增加,但接口种类繁多，主要是各类航空接口，对电压电流的要求也各不相同。这些电源之间参数不同，接口不同导致了不能互用，也没有一类装备可以满足大部分用电、供电设备之间的电能转化问题。

（2）电池续航能力不足，保障难度大。武器装备机械化信息化，对电池的需求广度更大了，有的装备不止一处安装有电池，如果某一处忘记充电或者损坏，武器装备就无法正常使用。武器装备必须保持良好的战备状态，才能够在关键时刻发挥出应有的作用。有次部队需要进行远程机动演练，在演练的第一天就忙着请领武器装备，使用各式各样专用充电器对各种类型的电池和设备进行充电，在演习使用时也格外小心，因担心电池的续航能力不足，有些该开启武器装备的时候没有开启武器装备，有时连不通，有时错过时机打不上。甚至在机动途中，因为武器装备电量不足影响到了通联指挥，出现了不得不把发电机抬到人员车上边走边充电的情况。

（3）电池性能不一，维护保养难度大。从基层部队和院校的训练情况来看，有很多装备因为电池的损坏而停用、弃用。武器装备配发的电池类型多样，所使用的材料不一，对电池的维护保养也要求不一，特别是军械库，保管的各类武器装备众多，武器装备库室的温湿度与电池保管的最佳温度大都不一致，有的武器装备使用频繁，有的一年只使用几次，造成对电池的充放电不规律，致使武器装备的各类电池因为保养不到位而出现续航能力不足或者直接不能使用的问题。

针对武器装备电池在实际使用中出现的各类问题，我们设计了此多用途电源转化器。此多用途电源转化器携带方便，接口丰富，输入电压与输出电压可无极进行调节，即可用220V 电压通过本设备给其他设备供电，又可使用其他电池通过本设备给电力不足的电池进行充电，又可单独使用本设备对其他设备进行充电。对设备的供电提供了新的方案，甚至可能使作战样式发生变化。

2.单兵携带的多用途电源转化器的可行性分析和具体设计

设计此单兵多用途电源转化器，满足对各类武器装备的供电和充电需求等装备，有下列技术要求：一是此设备能够使用110V ～220V 的交流电进行充电和供电；二要此设备能够使用各类汽车电瓶所产生的直流电进行供电；三是要能实现输出电压参数的控制，供电的功率满足武器装备的用电需求；四是供电接口丰富；五是转化器要小型化，易携带。针对以上设计要求，提出如下设计方案：

（1）芯片的选择。根据设想分析中提出的要求，结合供电系统设计各方面要求的综合考虑，我们选用意法半导体公司生产的L4970A 芯片。在设计输出电压、电流的基础上，增加采样电路和显示电路，可以随时查看芯片的工作状态。

（2）输出滤波电路设计。滤波方法有多种,通过对本案电路设计和仿真结果的分析，可以发现共模干扰占主要成分。我们采取并联对地电容和串联扼流器的方法，构成LC 滤波器降低共模传导干扰造成的影响。

（3）接口转换功能的实现。由于多芯航空插口的特殊性，根据国家军用标准确定，将系统的正负两路输出定义为两芯航空插头，并设计一套两芯-X 芯快速接口转换装置（X ≤15）。另外预留出正负极直接接线处，确保各类特殊情况也能正常使用。

（4）电流和电压的采样检测电路。选用INA282 为电压输出电流并联监控器，电流在采样电阻上被转换成电压信号，由INA282 放大后得到与输出电流线性相关的电压，然后送单片机进行处理计算，最后显示输出电流值。

（5）温度采集电路。对于温度采集，选用的温度传感器型号为DS18B20。检测温度范围为-55℃～125℃，检测分辨率为12bit，误差为±0.5℃。传感器接MCU 的I/O端口，外部接上拉电阻，大小为10kΩ，这使传感器工作更加灵敏。

（6）保护电路。保护电路的任务主要是防止设备因过载而烧毁，可以通过芯片本身的功能来实现。过压、过流和过热保护的工作原理基本一致，由MCU 进行判断并在一定状态下控制继电器断开负载，从而达到对芯片乃至整个电路进行保护的目的。

3.该系统装备部队可能改变和未来展望

该装备部队后，对在外随行任务的部分队伍的指挥和保障能带来一定程度的改变，具体表现为：

（1）武器装备续航能力和环境适应能力大大增强。通过使用本转换器，在动散条件下能够较好地保障各类武器装备的正常使用，比如在部队机动途中，可以通过汽车电瓶进行供电，在野外驻训，可以集中对武器装备使用220V 交流电进行供电，在环境恶劣的高原地区单独遂行任务保障困难时，可以应急对电量不足的用电设备进行充电。

（2）提高部队连续作战的战力。装备的使用时间增长，意味着连续作战的能力增加了。随着军事科技的不断研究，军事斗争样式的不断拓展，对分队连续作战的能力又提出了新的要求。其中，一个重要方面就是装备连续作战的能力。电量转换的实现无疑是从新的思路拓展了各类装备的续航能力，有望使分队连续作战能力再上一个台阶。

（3）对抗复杂电磁环境和各类突发状况的能力增强了。随着信息化的不断发展，构成复杂电磁环境的主要因素有敌、我双方的电子对抗，各种武器装备所释放的高密度、高强度、多频谱的电磁波等。要对抗复杂电磁环境和各类突发状况，就必须未雨绸缪，提供多种应急手段。

同时，在科学技术不断发展的背景下，该型供电系统也要不断在发展进化。1）增强接口通用性。主要有两方面：①针对新的武器列装，增加此转换器的接口类型进行配备；②从武器装备的设计上考虑这一情况，要尽可能少的设计装备电源输入接口的种类，同时对装备的电池，预留出电源供电接口，方便直接通过此转换器进行供电。2）改变传统武器装备电能的应用思路。若装备本文的供电系统，未来对武器装备电能储备的计量单位就可以从宏观、宽泛的电池个数，转变为Ah（安×小时）等微观、精确的计量单位。这样就可以更细化的研究规划武器装备的使用规程和应急方案等。