軍用裝備電池使用短板解決方案—單兵多用途電源轉化器

朱煜 肖旭霖

（陸軍邊海防學院烏魯木齊校區，新疆烏魯木齊 830001）

0.引言

隨著我軍機械化的全面普及和信息化的不斷拓展，各類武器裝備層出不窮，先進智能的武器裝備極大地提升了戰斗力，而電池作為先進智能的武器裝備的“糧食”，需求越來越大，種類越來越豐富。對于邊防軍人來說，配發的武器裝備基本在高海拔寒冷的條件下使用，雖然電池的使用大大提升了裝備的機動性和實用性，但是因為戰場環境惡劣，型號眾多的裝備電池，維護保養成為一個大的難題。在高海拔低溫條件下，電池的壽命和續航能力嚴重下降，降低了武器裝備的可靠性，甚至成為制約武器裝備使用的短板問題，必須引起高度的重視。

1.武器裝備電池使用中存在的諸多問題及解決方案

在對邊防部隊調研中，發現邊防連巡邏路線長、巡邏周期長，但是北斗手持機待機時間短，導致無法發揮出北斗手持機應有的功能，有位班長建議：“能不能用我所攜帶的充電寶給我的北斗機充電，應應急！”這位班長的建議，反映了基層官兵急盼解決裝備電池續航不足的心聲。通過調查發現，武器裝備電池在實際使用中存在如下突出問題。

（1）電池類型眾多，通用性差。各級配發的武器裝備，內部電池大都使用專用的充電器和充電接口，有的電壓比較特殊，有的充電接口很少見，如果武器裝備在使用中電池壞了或者充電器壞了，就影響到了武器裝備的使用。比如我軍步兵分隊攜帶的用電裝備的種類、數量不斷增加,但接口種類繁多，主要是各類航空接口，對電壓電流的要求也各不相同。這些電源之間參數不同，接口不同導致了不能互用，也沒有一類裝備可以滿足大部分用電、供電設備之間的電能轉化問題。

（2）電池續航能力不足，保障難度大。武器裝備機械化信息化，對電池的需求廣度更大了，有的裝備不止一處安裝有電池，如果某一處忘記充電或者損壞，武器裝備就無法正常使用。武器裝備必須保持良好的戰備狀態，才能夠在關鍵時刻發揮出應有的作用。有次部隊需要進行遠程機動演練，在演練的第一天就忙著請領武器裝備，使用各式各樣專用充電器對各種類型的電池和設備進行充電，在演習使用時也格外小心，因擔心電池的續航能力不足，有些該開啟武器裝備的時候沒有開啟武器裝備，有時連不通，有時錯過時機打不上。甚至在機動途中，因為武器裝備電量不足影響到了通聯指揮，出現了不得不把發電機抬到人員車上邊走邊充電的情況。

（3）電池性能不一，維護保養難度大。從基層部隊和院校的訓練情況來看，有很多裝備因為電池的損壞而停用、棄用。武器裝備配發的電池類型多樣，所使用的材料不一，對電池的維護保養也要求不一，特別是軍械庫，保管的各類武器裝備眾多，武器裝備庫室的溫濕度與電池保管的最佳溫度大都不一致，有的武器裝備使用頻繁，有的一年只使用幾次，造成對電池的充放電不規律，致使武器裝備的各類電池因為保養不到位而出現續航能力不足或者直接不能使用的問題。

針對武器裝備電池在實際使用中出現的各類問題，我們設計了此多用途電源轉化器。此多用途電源轉化器攜帶方便，接口豐富，輸入電壓與輸出電壓可無極進行調節，即可用220V 電壓通過本設備給其他設備供電，又可使用其他電池通過本設備給電力不足的電池進行充電，又可單獨使用本設備對其他設備進行充電。對設備的供電提供了新的方案，甚至可能使作戰樣式發生變化。

2.單兵攜帶的多用途電源轉化器的可行性分析和具體設計

設計此單兵多用途電源轉化器，滿足對各類武器裝備的供電和充電需求等裝備，有下列技術要求：一是此設備能夠使用110V ～220V 的交流電進行充電和供電；二要此設備能夠使用各類汽車電瓶所產生的直流電進行供電；三是要能實現輸出電壓參數的控制，供電的功率滿足武器裝備的用電需求；四是供電接口豐富；五是轉化器要小型化，易攜帶。針對以上設計要求，提出如下設計方案：

（1）芯片的選擇。根據設想分析中提出的要求，結合供電系統設計各方面要求的綜合考慮，我們選用意法半導體公司生產的L4970A 芯片。在設計輸出電壓、電流的基礎上，增加采樣電路和顯示電路，可以隨時查看芯片的工作狀態。

（2）輸出濾波電路設計。濾波方法有多種,通過對本案電路設計和仿真結果的分析，可以發現共模干擾占主要成分。我們采取并聯對地電容和串聯扼流器的方法，構成LC 濾波器降低共模傳導干擾造成的影響。

（3）接口轉換功能的實現。由于多芯航空插口的特殊性，根據國家軍用標準確定，將系統的正負兩路輸出定義為兩芯航空插頭，并設計一套兩芯-X 芯快速接口轉換裝置（X ≤15）。另外預留出正負極直接接線處，確保各類特殊情況也能正常使用。

（4）電流和電壓的采樣檢測電路。選用INA282 為電壓輸出電流并聯監控器，電流在采樣電阻上被轉換成電壓信號，由INA282 放大后得到與輸出電流線性相關的電壓，然后送單片機進行處理計算，最后顯示輸出電流值。

（5）溫度采集電路。對于溫度采集，選用的溫度傳感器型號為DS18B20。檢測溫度范圍為-55℃～125℃，檢測分辨率為12bit，誤差為±0.5℃。傳感器接MCU 的I/O端口，外部接上拉電阻，大小為10kΩ，這使傳感器工作更加靈敏。

（6）保護電路。保護電路的任務主要是防止設備因過載而燒毀，可以通過芯片本身的功能來實現。過壓、過流和過熱保護的工作原理基本一致，由MCU 進行判斷并在一定狀態下控制繼電器斷開負載，從而達到對芯片乃至整個電路進行保護的目的。

3.該系統裝備部隊可能改變和未來展望

該裝備部隊后，對在外隨行任務的部分隊伍的指揮和保障能帶來一定程度的改變，具體表現為：

（1）武器裝備續航能力和環境適應能力大大增強。通過使用本轉換器，在動散條件下能夠較好地保障各類武器裝備的正常使用，比如在部隊機動途中，可以通過汽車電瓶進行供電，在野外駐訓，可以集中對武器裝備使用220V 交流電進行供電，在環境惡劣的高原地區單獨遂行任務保障困難時，可以應急對電量不足的用電設備進行充電。

（2）提高部隊連續作戰的戰力。裝備的使用時間增長，意味著連續作戰的能力增加了。隨著軍事科技的不斷研究，軍事斗爭樣式的不斷拓展，對分隊連續作戰的能力又提出了新的要求。其中，一個重要方面就是裝備連續作戰的能力。電量轉換的實現無疑是從新的思路拓展了各類裝備的續航能力，有望使分隊連續作戰能力再上一個臺階。

（3）對抗復雜電磁環境和各類突發狀況的能力增強了。隨著信息化的不斷發展，構成復雜電磁環境的主要因素有敵、我雙方的電子對抗，各種武器裝備所釋放的高密度、高強度、多頻譜的電磁波等。要對抗復雜電磁環境和各類突發狀況，就必須未雨綢繆，提供多種應急手段。

同時，在科學技術不斷發展的背景下，該型供電系統也要不斷在發展進化。1）增強接口通用性。主要有兩方面：①針對新的武器列裝，增加此轉換器的接口類型進行配備；②從武器裝備的設計上考慮這一情況，要盡可能少的設計裝備電源輸入接口的種類，同時對裝備的電池，預留出電源供電接口，方便直接通過此轉換器進行供電。2）改變傳統武器裝備電能的應用思路。若裝備本文的供電系統，未來對武器裝備電能儲備的計量單位就可以從宏觀、寬泛的電池個數，轉變為Ah（安×小時）等微觀、精確的計量單位。這樣就可以更細化的研究規劃武器裝備的使用規程和應急方案等。