一种军用单兵携带电池充放电系统的制作方法

本发明涉及电源设备技术领域，具体的，涉及一种军用单兵携带电池充放电系统。

背景技术：

随着科技的进步，徒步士兵使用的电子装备越来越多，所负载的压力也越来越大，要减轻负载，就要减小这些系统的质量，这就要求不仅电子系统本身要具有更大的效率，而且电池要更轻便。便携稳定的电池充放电系统可为军用笔记本、单兵装备、军用通信后备电源、图传设备、测距设备、军用通信装置、军用便携式能源、警用手持设备和特种机器人等设备供电需求，保障作战场景下的多种能源需求。

由于使用人群及使用环境的特殊性，使得单兵作战备用电池必须具备适合长期复杂环境下的特殊要求，需要能够保证长时间、持续稳定的给单兵作战设备进行供电；中国发明专利说明书cn201710927248.6公开了一种军用智能组合电源系统，将各类能源接入并存储至蓄电池中，该套系统主要作用为不同类型能量接入；其不足之处是体积较大，系统较为复杂，不满足单兵作战的场景的携带和灵活组合的需求；此外，单兵作战备用电池应该能够根据用户个体的需求，进行单独的设计，实现根据不同应用场景的需求“量身定制”，灵活组配为不同应用场景的供电电源。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种军用单兵携带电池充放电系统，实现单兵作战中蓄电池的便携和安全使用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种军用单兵携带电池充放电系统，所述军用单兵携带电池充放电系统包括扩展接口模块、自动绝缘模块、电池模块、mosfet管、多路pwm输出电路、电压检测电路、均衡电压输出控制模块、电流检测电路、快速充电模块和运行状态显示模块，所述扩展接口模块与所述电池模块连接，所述自动绝缘模块用于自动封闭电池充放电系统的接线端子，所述mosfet管向所述电池模块供电和充电，所述电流检测电路向所述快速充电模块提供输入，所述快速充电模块通过所述多路pmu输出电路控制所述mosfet管，所述电压检测模块向所述均衡电压输出控制模块输入，所述运行状态显示模块显示所述均衡电压输出控制模块和所述快速充电模块的运行状态。

优选地，所述mosfet管与所述电池模块单独连接，所述均衡电压输出控制模块和所述快速充电模块均可控制mosfet管在一个周期内进行所述mosfet管交替的导通和关断。

优选地，所述电池充放电系统配置有三种运行状态，所述运行状态包括充电状态、放电状态和自动封闭状态，所述电池充放电系统配置有控制旋钮，所述控制旋钮有三个档位分别对应所述电池充放电系统的三种运行状态；所述电流检测模块向所述均衡电压控制模块提供的电流进行电池运行状态的辨识；所述电流检测模块提供的电流大于0时电池为充电状态；所述电流检测模块提供的电流小于0时电池为放电状态；所述电流检测模块提供的电流等于0时电池为自动封闭状态。

优选地，所述电池模块通过串联组成电池组，每个电池均配置了mosfet管开关和熔断器；所述电池模块使用三元锂电池，所述电池模块的电压可经过便携式逆变设备变为220v交流电源。

优选地，所述扩展接口模块为通用接口，所述扩展接口模块在电池的两侧。

优选地，所述单兵作战电池充放电系统的采集电压的n个单电池模块的电压值un，计算单个电池模块的电压最大值umax和电压最小值umin；计算差值umax-umin是否能够大于阈值时进行调用阈值调整策略，差值小于阈值时不做任何处理；所述差值umax-umin大于调节阀值a时，启动均衡电压流程，调节一个周期t内各个mos管的导通时间。

优选地，所述均衡电压输出控制模块利用pid进行脉宽调整，所采集到的电池电压高的调整导通时间降低，所采集到的电压低的调整导通时间增长。

优选地，所述快速充电模块的将总充电时长t设置为五个阶段充电时间t1、t2、t3、t4和t5；计算最短充电时间情况下五个阶段的充电电流i1、i2、i3、i4、i5与各个阶段的限制时间t1、t2、t3、t4、t5进行充电，判定端电压是否大于限定值t，大于限制值按照下一阶段电流进行充电。

优选地，所述运行状态显示模块显示状态包括正常和故障，所述正常状态包括充电、放电和为自动封闭状态，所述故障状态包括过电压、过电流和低电量。

优选地，所述自动绝缘模块采用橡胶对电池充放电系统接线端子进行绝缘，所述绝缘模块包括橡胶绝缘盖板、滑道、自动按钮、手动旋钮，所述自动绝缘模块通过弹力控制橡胶绝缘盖板的对所述电池充放电系统的接线端子进行绝缘。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明利用五阶快速充电方式，不单实现抑制极化效应，而且将电池充电速度提高至安全充电的最快速度、实现单兵作战过程中设备的快速度的补充蓄电池电能。

(2)本发明利用均衡放电方式，根据电压的差值不断调整各个单体电池的充电速度，保证电池的电压均衡，降低在单兵使用过程中由于各个电池内阻不同而引起的电池放电不均情况，降低电池过热和损坏风险。

(3)本发明中各个单体电池加入了扩展接口，多个电源的串并联可实现不同电压等级不同容量的组合，实现根据不同的需求“量身定制”，灵活组配为不同应用场景的供电电源。

(4)本发明中利用弹力实现自动绝缘，单独对充放电接口进行橡胶绝缘，提升了蓄电池的安全性，保障单兵作战过程中不会因为电池绝缘引起被电击和漏电的风险。

附图说明

图1为本发明的军用单兵携带电池充放电系统的结构示意图；

图2为本发明的双向充放电电路图；

图3为本发明的单兵作战电池充放电系统充电流程图；

图4为本发明专利的充电过程的五阶段充电示意图；

图5为本发明专利的自动绝缘装置原理图。

图5中标记示意为：1.滑道，2.弹簧，3.橡胶绝缘板，4.自动按钮，5.手动按钮，6.接线端子，7.固定端。

具体实施方式

为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。

如图1所示，图1是本发明的军用单兵携带电池充放电系统的结构。图中的电池充放电系统包括扩展接口模块、自动绝缘模块、电池模块、mosfet管、多路pwm输出电路、电压检测电路、均衡电压输出控制模块、电流检测电路、快速充电模块和运行状态显示模块，所述扩展接口模块与所述电池模块连接，所述自动绝缘模块用于自动封闭电池充放电系统的接线端子，所述mosfet管向所述电池模块供电和充电，所述电流检测电路向所述快速充电模块提供输入，所述快速充电模块通过所述多路pmu输出电路控制所述mosfet管，所述电压检测模块向所述均衡电压输出控制模块输入，所述运行状态显示模块显示所述均衡电压输出控制模块和所述快速充电模块的运行状态。

图2为双向充放电电路图；电路中mosfet管与电池模块单独连接；所述电池共8块，8个mosfet管控制。所述均衡电压输出控制模块和快速充电模块均可控制mosfet管在一个周期内进行mosfet管交替的导通和关断；所述pwm信号包括了驱动电路，直接驱动mosfet的控制极，所述控制极控制该条线路的通断，进而控制充放电过程；将能量输出给负载之前，需要经过扩展接口，该接口与其他电池充放电系统连接实现扩展。

所述电池充放电系统括三种运行状态；所述运行状态包括充电状态、放电状态和自动封闭状态；所述电池充放电系统配置了控制旋钮按钮，所述旋钮有三个档位分别对应电池的三种运行状态。

所述电流检测模块向均衡电压控制模块提供的电流值可以用于电池运行状态的辨识；电流大于0时电池为充电状态；电流小于0时电池为放电状态；电流等于0时为自动封闭状态。

所述单体电池通过串联组成电池组，每个电池均配置了mosfet管开关和熔断器，与mosfet串联安装在一起。

所述单体电池使用三元锂电池，所述单体电池串联组成的电池组的军用标准电压；所述标准电压可经过便携式逆变设备变为220v交流电源。

所述电池充放电系统采用隐藏轮，所述隐藏轮用于平地运输模式下电池移动。

所述扩展接口模块为通用接口，在电池的两侧，采用并联方式连接提高电池容量。

图3为单兵作战电池充放电系统充电流程图；系统运行后进行初始化，并配置8个电池的pwm控制占空比a1＝a2＝a3＝a4＝a5＝a6＝a7＝a8；所述单兵作战电池充放电系统的充放电流程如下：

步骤s1：采集电压的n个单电池模块的电压值un；

步骤s2：计算单个电池模块的电压最大值umax；

步骤s3：计算单个电池模块的电压最小值umin；

步骤s4：计算差值umax-umin是否能够大于阈值时进行调用阈值调整策略，差值小于阈值时不做任何处理；

步骤s5：所述差值umax-umin大于调节阀值a时，启动均衡电压流程，调节一个周期t内各个mos管的导通时间。

所述均衡电压输出控制模块的均衡电压流程为：

步骤s6：启动pid控制器进行脉宽调整；

步骤s6：对于电池电压高的调整导通时间降低；

步骤s7：对于电压低的调整导通时间增长；

步骤s8：对于在均衡范围内的电池不做任何处理；

步骤s9：调节完成后重新对比差值，判断是否继续调整。

图4为充电过程的五阶段充电示意图，充电过程包括5个阶段，根据各个阶段的时间与电流进行划分；所述快速充电模块的充电步骤如下：

步骤s10：配置电池的电容cb、电阻rb、初始电压uin和五个阶段充电时间t1、t2、t3、t4和t5；

步骤s11：设置总充电时长t＝t1+t2+t3+t4+t5；

步骤s12：根据电池的额定电压u、充电时长t和容量s确定第五阶段充电电流i5；

s＝u-uin-i5*rb(1)

步骤s13：设置第一阶段充电电流i1；

步骤s14：计算最短充电时间情况下第二、三、四阶段的充电电流i2、i3、i4；

步骤s15：根据五个阶段充电电流i1、i2、i3、i4、i5与各个阶段的限制时间t1、t2、t3、t4、t5进行充电；

步骤s16：判定端电压是否大于限定值t，大于限制值按照下一阶段电流i进行充电。

所述运行状态显示模块用于显示电池充放电系统的运行状态；所述运行状态包括正常和故障；所述正常状态包括充电、放电和为自动封闭状态；所述故障状态包括过电压、过电流和低电量。

图5是自动绝缘装置原理图。所述自动绝缘模块采用橡胶对电池充放电系统接线端子进行绝缘。橡胶绝缘盖板3只可以在滑道1内运行，弹簧2一端连接固定端7，弹簧2另一端连接橡胶绝缘盖板3。当自动按钮4按下状态，橡胶绝缘盖板3在弹力作用下直接将接线端子6绝缘，自动按4未按下状态，将会卡住橡胶绝缘盖板3，可通过手动按钮5绝缘调节，所述自动绝缘的步骤如下：

步骤s17：判断自动按钮4是否打开；

步骤s18：在自动按钮4打开状态情况下，自动通过弹簧2将所述电池充放电系统的接线端子6外部的橡胶绝缘盖板3封闭；

步骤s19：在自动按钮4未打开状态情况下，可以根据所述电池充放电系统的工作状态通过手调方式将接线端子6外部的橡胶绝缘盖板3封闭。

本发明的单兵携带电池充放电系统与现有技术相比有如下的积极效果：

1.能够快速度的补充蓄电池电能；

2.能够提高充电过程的电压均衡；

3.能够通过弹力自动对电池充放电系统接线端子进行绝缘；

4.灵活性高、易于扩展。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。