基于新能源的装备电池保障设备研究

引言：在人们的生活和工作中，电池是非常重要的电能来源，在现代武器装备中，电池同样重要，是最为重要的能源部件。现代武器中的导弹、光学仪器以及雷达、车辆控制等等都离不开电池，尤其是在信息化战争中，信息的获取以及传输都离不开电池这一重要的设备。就军用电池保障存在的一系列问题，设计一款基于新能源的装备电池保障设备，采取光伏板作为电源，能实现快速充电，同时还具备快速检查和修复故障的功能，不仅可以用于平时的模拟训练，还可以在实战中为多种电池进行充电。

1新能源装备电池构成及常见类型

1.1电池构成

近年来，我国自然资源短缺问题越来越严重，因此，新能源得以出现，而新能源电池则是一种随着新能源行业不断发展而被研发出来的一种新型电池。针对新能源电池，可以将其视作为非传统电池，是一种以太阳能、核能等新能源为电能的电池。新能源装备电池的构成包含储能模块以及光伏变或充电模块两个部分，其中，储能模块由镍镉电池或是锂电池组成，而其电解液的密度并不能代表电池充电和放电的程度，而是由充电时的电压所决定的。军队在行军的过程中，如果充电模板无法满足充电需求，则可以使用太阳能来作为电能的来源。

1.2常见类型

在新能源行业逐渐兴起的过程中，电池这种储存电能的优秀设备逐渐也被相关领域的研究人员所重视起来，目前，较为常见的几种新能源电池有铅酸蓄电池、锂电池以及镍氢蓄电池。（1）铅酸锂电池，虽然这种电池出现的时间已经非常长了，但是由于其造价非常低昂，因此，该电池在现在仍旧有较为广泛的应用；（2）锂电池，这种电池具有高能量密度以及高电压的特点，在现代社会中有着非常广泛的应用，同时其还具备充分使用的优点，因此，在大量的设备中，锂电池都被认为是首选的电池种类；（3）镍氢蓄电池，这是一种在装备电池领域有着大量应用的电池种类，其造价非常高，但是使用寿命较长，具有很高的能量密度。

2军用电池技术现状

2.1原电池

锂原电池是指以金属锂为负极的一次电池，具备单体电压高比能量高、工作电压平稳、工作温度范围宽广、贮存性能好、携带使用方便等特点。目前成熟的原电池主要包括锂/二氧化硫、锂/二氧化锰等体系。原电池的形式包括圆柱形、软包装和方形电池一般通过串并联的方式组成电池组，近几年以色列公司推出了锂/金属氧化物一次电池据称贮存寿命长达20年具有高比功率特性及大功率脉冲放电能力。（1）锂/二氧化硫，一般认为锂/二氧化硫电池比锂/二氧化锰电池具有较好的低温性能和搁置寿命。该体系电池的生产厂家较多，但由于材料的毒性以及使用不当使电势急剧下降，故该电池主要应用于军事应用。电池开路电压约3V，但低温时有电压延迟，应用该体系时需考虑到这一点。（2）锂/二氧化锰，锂/二氧化锰电池与锂/二氧化硫特点相似，但更易于实用化已应用于几种消费电器如数码相机。该电池不含有毒材料但电解质易燃。该电池的低温性能不如锂/二氧化硫电池好，但锂/二氧化锰电池在高温时性能比锂/二氧化硫电池稳定。该电池开路电压约32V几乎没有电压延迟。事实上，在较低的放电速率下电池在放电初期受极化的影响，缓慢地建立电压。如果工作负载能够控制放电过程的电压下降利用缓慢的极化能够缓解超压问题。（3）其他原电池体系，锂/二硫化铁、锂/氧化碳电池也是可用的原电池体系。这些电池一般用于商业应用而在军事领域其应用前景不如锂/二氧化锰和锂/二氧化硫电池。锂/亚硫酰氢原电池比容量很高但由于电势延迟自放电低温性能差和安全性问题使该技术尚未用于导弹系统。若能解决这些问题将具有广阔的技术前景。图2是各种电化学体系的性能比较，

2.2贮备电池

贮备型电池是一种在贮备期间，活性物质不与电解质直接接触或电解质不导电使用时注入电解液或电解质熔化从而使其具有活性的原电池。在贮存期间活性物质组分间几乎不发生化学反应电池可以长时间贮存而仅有很小的衰降，其主要用一段时间内需要提供高功率的场合。种类包括执电池。锌银贮备电池、锂/亚硫酰氯电池等。贮备电池是特殊的一次电池，正负极活性物质和电解质在贮存期间不直接接触，直到使用时才借助动力源作用于电解质，使电池激活因此也称激活电池。根据激活方式分有气体激活电池、液体激活电池和热激活电池。贮备电池的特点是电池在使用前处于惰性状态，可以贮存几年至几十年，可以使用活性高、比能量大的活性物质和腐蚀性强的电解质溶液，能适应大功率用途，可以在低温下使用，但是激活存在滞后现象。常见地贮备电池包括热电池、锌银贮备电池、锂/亚硫酰氯电池等。

2.3 二次电池

二次电池组与原电池组非常相似区别在于其能再充电。电池组的充电装置可以设计在电池组内，也可以设计在外面，与原电池一样，在长搁置武器系统中二次电池的缺点是温度适应性差和搁置衰降，其主要为遥感勘测和飞行末端供电，在贮存要求较高的武器系统中应用较少。

3基于新能源的装备电池模块设计

3.1新能源装备电池保障设备混合能源充电储能模块设计

对于装备电池来说，如果使用单一的储能模式，很难满足其对能量以及充电时间的需求。太阳能是目前应用非常多的一种清洁能源，太阳能作为一种新能源，受到了社会越来越多的关注，也在各个领域得到了很好的应用，其具有绿色、可再生的优点，利用太阳能，研发出来了光伏发电这一新型发电方式。利用混合能源结构，将大自然中的可再生能源、高比功能能源等能源进行混合使用，可以极大程度的提升装备电池的保障能力。使用太阳能电池板以及蓄电池来作为电能的来源，利用电力电路就可以实现对能量的传输。在晴天太阳光照强烈的时候，太阳能电池板可以大量地大量地吸收太阳能，并且将太阳能转换为电能并储存到蓄电池中。当外部的负载电池需要充电的时候，此时对于电流的要求比较大，可能会导致蓄电池电流段出现电压跌落，严重缩短蓄电池的使用时长。为了解决该问题，可以使用超级电容，能够有效地控制蓄电池放电电流，并且实现对电池的快速充电。储能模块的充电方式有恒压充电方式、恒流充电方式以及恒压恒流充电方式这三种：（1）恒压充电方式，即充电电压保持不变，充电电流会随着蓄电池电压的增加而不断变小，直至充电电流减小至零时，整个充电过程就随之结束；（2）恒流充电方式，在充电的时候，电流保持恒定，其实在实际充电过程中，如果蓄电池的温度上升，非常容易导致电池极板受到损伤，因此，在充电后期，应当适当地减少电流；（3）恒压恒流充电方式，在充电初期，是永恒流的方式充电，在充电后期，采取恒压的方式充电。超级电容作为一种辅助系统，可以起到改善充电电流动态性能的目的。当电池处于对外充电的状态时，超级电容也会充电，其储存的能量能够作为备用电能。而当处于对外快速充电状态的时候，超级电容则会对外放电。

3.2新能源装备电池保障设备智能监控与修复模块设计

对电池充电以及放电时的电压、电流以及稳定等进行实时的监控，能够有效地掌握电池状态，防止电池由于过热或过充等原因出现故障，系统能够及时地及时地发现此类问题并做出警报，对于保障装备电池的安全和稳定性、延长电池使用寿命有很大的帮助。智能监控与修复模块可以根据蓄电池的状态来计算当时的放电参数，可以实现对蓄电池的动态监控，同时，还具备控制充电电流、电压等功能，当蓄电池内阻增大，电池荷电能力将会随之减小，因此，通过监控其状态来恢复蓄电池的荷电能力。

使用蓄电池内阻检测法来监测电池的性能，能够起到对蓄电池内阻以及电压的有效监测，并且结合预设的蓄电池内阻值，监测蓄电池的内阻是否存在异常。在电池性能检测模块中，设置有基准电阻，能够起到自动校准的作用。测量电阻的时候，采取的是交流注入法，这种方式不会对电池产生任何损害，同时可以实现在线、快速测量。

在电路的具体实现上，采用内阻测试仪电路，其主要包含信号发生和耦合驱动部分、电池以及基准电阻部分、内阻信号处理部分。信号发生器会产生出低频的信号，利用耦合电路，使得电池产生同样的低频信号，而由于电池内部存在阻抗，交流电流则会在电池中产生相同频率的交流电压。由于电池内部的电阻较小，需要对其施加微弱的信号，如果需要对信号进行采样，则会产生较大的误差。最有效的方法就是将输出的交流电压与直流电压信号进行隔离，然后对其进行分别的处理。

3.3新能源装备电池保障设备运作模块设计

针对太阳能电池，其最大的缺点就是缺乏稳定性，所以，在设计运作模块的时候，需要重点考虑如何确保电池模块在运行的过程中可以始终保持良好的状态。基于此，使用单片机的运作模式，利用单片机设计固定参数，蓄电池在充放电的时候，能够有效地监控蓄电池的电压，然后对其进行合理的控制。一旦电压超过预定值，单片机可以做出指令，对蓄电池电压进行有效的控制，确保蓄电池处于健康的状态，保障太阳能电池的良好运行。

结语

综上所述，本文对新能源装备电池的类型以及构成进行了简要地概括，并在此基础上，就新能源装备电池保障设备的设计思路进行了阐述，得出以下结论：由于装备电池存在一定的特殊性，为了满足其使用需求，采用新能源作为电能，在电池模块的设计上，从充电储能、运作以及监控修复几方面着手，充分地考虑了新能源电池的使用安全性和使用寿命。

参考文献

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