任務管理計算機電池盒結構的設計與實現

王 博，杜文亮，周 勇

（中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710068）

0 引 言

在航空機載領域，電池作為備份電源，主要用于保障供電故障時緊急任務的運行，涉及故障時間記錄、關鍵數據銷毀以及時鐘同步等[1]。傳統的電池設計通常需要在模塊內部開辟空間來進行電池布局，但這種布局影響模塊內可實現的功能塊數量，浪費硬件資源，也給系統維護造成了諸多不便。

本文以某型無人機任務管理計算機為例，列舉傳統設計中存在的問題，而后對比分析新設計中需要注意的要素，最終提出了一種新型電池盒結構的設計方法，并通過測試驗證了該設計結構的可行性。

1 傳統電池結構的分析

任務管理計算機中，傳統的電池結構設計采取板內放置的原則，具體結構布局如圖1所示。

圖1中，方框部分即為電池所在區域?？梢钥闯?，傳統布局占據了將近1/3的板內面積，浪費了硬件資源，不利于系統擴展。

為了減重，電池結構在板內采用點封膠粘貼的方式進行固定，維護麻煩，需要將產品拆開取出模塊，用特殊的去膠工具進行拆卸。在目前的二級維護體系下，一旦出現電池故障，都需要進行返所維修。

圖1 傳統電池結構布局

由于模塊間間隔較小，傳統的設計在進行電池選擇時，必須選擇成本較高的扣式電池，才能保證安裝后的板間距離滿足產品散熱的要求，增加了產品成本。模塊在生產過程中，三防工藝會對電池造成損壞，因此包含電池的模塊需在三防完成后再對電池進行重新固定。

2 新型電池盒設計要素分析

針對上述傳統電池結構存在的問題，研究了一種新型電池盒。在新的設計過程中，主要考慮的因素有以下幾方面[2]：

（1）空間因素：電池盒應獨立于模塊，利用空余的結構區域，節省模塊的板內空間，提高模塊印制板的利用率，提升模塊的可擴展性。

（2）可靠性：任務管理計算機需要在振動、濕熱和滴雨等惡劣環境下運行，因此獨立的電池盒結構應保證在上述環境中產品功能能夠正常運行。

（3）易維護性：電池盒應易于維護，滿足外場檢修更換的要求，降低產品的返修率。

（4）通用性：電池盒應綜合不同項目的需求，考慮多方因素，使其盡可能通用化，減少重復設計。

（5）經濟性：位于模塊內的電池設計必須使用滿足模塊間距的鋰電池，而獨立的電池盒設計可根據空間大小選擇合適類型的電池，節省成本。

（6）電磁兼容性：獨立的電池盒應具有良好的電磁兼容性，在保證產品正常工作的前提下，避免電磁泄漏是設計需要參考的重要方面[3]。

3 具體結構設計

任務管理計算機內部空間如圖2所示。

圖2 任務管理計算機內部空間示意圖

由圖2可知，任務管理計算機內部可利用的安裝空間僅為前面板連接器與電源模塊之間的縫隙，即圖中的方框區域。在此基礎上，考慮電池盒的安裝方向。由于任務管理計算機底側固定著濾波器，因此可選的安裝方向僅剩箭頭所指方向，即：安裝在頂側，方向從上至下；安裝在前面板，方向從左向右。

分析兩種安裝方向，從上至下的安裝方式會破壞頂側板的密封性，影響產品在滴雨、濕熱環境下的性能，且會導致電池盒的引線與前面板進來的引線呈交叉狀，致使產品內部電磁兼容處理復雜；從左至右的安裝方式不僅可避免上述問題，而且考慮任務管理計算機在飛機上的安裝位置，前面板的安裝方式易于拆卸和維護。因此，本文設計選擇將電池盒安裝在前面板上，方向從左至右。

任務管理計算機電池盒由三部分組成：可更換單元，結構固定架以及接口連接。可更換單元設計如圖3所示。

可更換單元的主體由電池和外圍框架組成。外圍框架的大小由電池類型決定，提高了電池的選擇空間。本設計中，選擇成本較低的AA型電池。正視圖上，電池框架由表面兩個不脫螺釘固定在任務管理計算機前面板上，既有固定作用，也方便維護人員拆卸更換。在框架中，電池使用環氧樹脂固化劑灌封的形式固定。這種方式比電池擋板形式具有更好的導電絕緣性，同時避免在振動、滴雨等惡劣環境下出現故障。

結構固定架設計圖，如圖4所示。

圖3 可更換單元設計圖

圖4 結構固定架設計圖

結構固定架的主體由結構架和固定蓋組成。正視圖中固定架共有6個螺孔，其中分散在四周的4個螺孔用于使用螺釘將結構架固定在機箱上，中間2個螺孔是將可更換單元固定在結構架上。固定蓋板的作用是保證可更換單元在框架內不出現左右搖擺的情況。

接口連接主要分為兩個主要部分，即可更換單元與結構架的連接和結構架與時鐘電路的連接?？筛鼡Q單元與結構架的連接較為簡單，選用匹配的接插件即可，僅需注意接插件的公差，防止出現無法對準的情況。結構件與時鐘電路的連接則通過母板走線實現，雖消耗了母板的資源，但避免了獨立導線對整機產生的電磁兼容影響。

最終，電池盒的設計及內外視圖如圖5所示。

圖5 電池盒內外視圖

4 測試驗證

為了驗證電池盒的正確性和維護性，搭建了驗證平臺，如圖6所示。其中，地面維護設備（GME）用于電池盒更換后發出時間對準的指令，導航外設則實際完成任務管理計算機的時間校正。

圖6 電池盒功能測試框圖

飛機上電后，系統獲取導航時間，對任務管理計算機時間進行校準；工作半小時后，飛機下電；再次上電后，獲取任務管理計算機時間和導航時間。誤差在允許的范圍內，證明電池盒滿足系統功能要求。

任務管理計算機在不離位的情況下，使用簡易工具即可實現可更換單元的替換。重復上述時間設置，任務管理計算機正常工作。

5 結 論

本文以任務管理計算機為例，通過對傳統電池結構的分析，設計了一種新型電池盒，克服了之前電池結構占空間、難維護等缺陷，具有一定的通用性，對航空領域內的電池設計具有一定的借鑒意義。

[1] 伊恩·莫伊爾.飛機航空電子系統[M].北京：國防工業出版社，2015.

[2] 雷 陽.水下裝備電池盒結構設計分析[J].機械工程師，2014，（8）：217-218.

[3] 白同云.電磁兼容設計[M].北京：北京郵電大學出版社，2001：113-119.