CN103700793B - 具有自动补偿深水压力功能的锂电池组 - Google Patents

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Abstract

一种具有自动补偿深水压力功能的锂电池组，其特征在于，包括：外箱体组件、内箱体组件、外置压力补偿器、锂电池；所述外箱体组件包括外箱体及外箱体上面设置的密封圈和上盖；所述外箱体内设有内箱体组件，所述内箱体组件包括内箱体、电池管理系统、以及内箱体设有的电池卡槽；所述单体锂电池安装在间隔距离相等的电池卡槽内；所述外置压力补偿器通过输油软管与外箱体相连。本发明的目的在于克服现有电池技术与性能的不足，提供一种长寿命、高能量、安装方式灵活，有效载荷大，维护方便，可在任意水深下工作的新型锂电池组。

Description

具有自动补偿深水压力功能的锂电池组
技术领域
本发明涉及到一种具有自动补偿深水压力功能的锂电池组。
背景技术
深潜器、深海救生装备、石油钻探装备等，通常需要在数百米、乃至数千米的深海压力环境下工作。随着下潜深度的增加，电池组所受外压力也相应加大。依传统的做法，采取增加壳体材料厚度来保证箱体的结构强度。此法虽然解决了耐压强度问题，但却增加了蓄电池箱体的重量，大幅减少了潜器的有效载荷。
此前，水下装备电源大都使用银锌二次电池，其使用寿命仅30余次，且存在使用维护成本高、不可大倾角使用等缺陷。近年来，由于锂离子电池具有比功率高、比能量大、循环寿命长、安全性好、工作温度范围宽、环境适应性好(耐高温、高湿、高盐环境)、易维护、安装与使用位置不受限制、任意形状尺寸等优点，已成为当前最有应用前景的水下工作能源。
直压式电池(即：直接将电池或电池组封死在树脂胶内)：一方面，一旦电池组中某个单体电池或电路出现故障时，存在不能维修的问题，只能整组报废。另一方面，当电池组中串并联数量多或电池外形尺寸大时，各电池之间的空隙没办法彻底解决；在受压时，因空隙的存在，极易造成电池组损坏，可靠性很差。
由于种种原因，一些深潜器装备的安装空间有限制，要求电池组具有灵活的安装方式。
发明内容
本发明的目的在于克服现有电池技术与性能的不足，提供一种长寿命、高能量、安装方式灵活，有效载荷大，维护方便，可在任意水深下工作的新型锂电池组。
本发明的技术方案：
一种具有自动补偿深水压力功能的锂电池组，其特征在于，包括：外箱体组件、内箱体组件、外置压力补偿器、锂电池；所述外箱体组件包括外箱体及外箱体上面设置的密封圈和上盖；所述外箱体内设有内箱体组件，所述内箱体组件是由内箱体、电池管理系统、以及内箱体设有的电池卡槽组成；所述单体锂电池安装在间隔距离相等的电池卡槽内；所述外置压力补偿器通过输油软管与外箱体相连；
所述的外置压力补偿器结构为：将补偿皮囊置于圆柱形外壳内，所述的圆柱形外壳一端通过输油软管与外箱体相连，另一端设有导杆出入孔，并且所述导杆一端固定连接补偿皮囊，导杆另一端自由伸出，在圆柱形外壳内的导杆上外套有弹簧，圆柱形外壳上还设有进水孔。
再进一步，所述电池管理系统工作时直接浸泡在压力油中。由耐压耐油电子器件制作而成。主从控模块采用一体化结构(即主从控模块布在同一电路板上)，同一组电池组内设置2个电池管理系统，实行双路同时采集，互为备用。具有在线实时监测电池组总电压、总电流、容量、各单体锂电池温度与鼓胀状态及故障诊断、早期预警与控制功能。
更进一步，具有自动补偿深水压力功能的新型锂电池组，还包括：进水传感器，所述进水传感器安装在外箱体内易损坏进水部位，实现进水报警功能。
更进一步，所述保险丝设置在总电路中，当电池组产生过流时，提供二级保护。
本发明的优点：
1.摒弃了传统箱体结构设计思路，采用补偿压力装置，有效载荷提高40％以上。
2.提高了蓄电池组的循环使用寿命和体积比能量，大幅延长了深潜设备的续航能力。
3.电池组安装方式灵活，维护方便，具有在任意水深下工作能力。
4.同一电池组内设置两电池管理系统，双路同时采集，互为备用，有效的提高了电池组的安全性和可靠性。
附图说明
图1为电池组外形构造示意图；
图2为外箱体结构示意图；
图3为单体锂电池外形示意图；
图4为内箱体结构示意示意图；
图5为内箱体组装结构示意图；
图6为外置压力补偿器在未受压时的状态结构剖视图；
图7为外置压力补偿器在受压后的状态结构剖视图；
图示：1-外箱体，2-外置压力补偿器，3-水密接插件，4-单体锂电池，5-内箱体，6-电池管理系统，7-保险丝，8-汇流条，9-补偿皮囊，10-压力油，11-输油软管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
如图1所示,所述外置压力补偿器2的补偿量由外箱体1所液压油10决定(通常取液压油量的7％～10％)。通过输油软管与外壳体1相连，所述输油软管11为镶嵌有金属线的软管，长度根据需要设定。1e为上盖。
如图2所示，所述外箱体1，其四个壁面及底面均采用金属板焊接而成。侧面设有水密接插件安装座1c，加油阀1a和外置压力补偿器2的接口安装座1b。通过加油阀1a往箱内充注压力油10或将压力油10放出；箱内还设有固定内箱体组件的凸台1d和压板。
如图3所示，所述单体锂电池4为聚合物材料体系的锂离子电池，采用特殊生产工艺处理制成耐压结构。通过铆接结构实现所述单体锂电池4与输出极柱4b的连接。该铆接结构上下为连接片4c，中间为单体锂电池的极耳。铆钉4a和极柱4b依次从连接片4c、极耳、连接片4c穿出后进行铆接。所述连接片4c、极柱4b均采用导电良好的紫铜材料制成。所述单体锂电池4安装在间隔距离相等的所述电池卡槽5c内。
如图4所示，所述内箱体5，其四个壁面及底面均采用金属板焊接而成。所述电池卡槽5c用螺栓固定在其内壁上；所述电池卡槽5c选用耐油塑胶材料制成，其上设间隔距离相等的凹槽。所述电池管理系统6、分流器和保险丝7等固定座，均采用焊接方式焊接在内箱体5的顶部。所述定位柱5d可根据与外箱体装配时松紧度调整伸出长度(本实施例配合间隙取0.5mm)，以防止内箱体5在使用过程中在外箱体1内剧烈窜动。
如图5所示，所述单体锂电池4依次安装在电池卡槽5c内，所述电池管理系统6的温度检测线采用胶水粘贴在单体锂电池4的表面上，电压检测线则安装所述单体锂电池4的极柱4b上。所有检测线均需编号，在其连接完成后统一布放在线槽内。使用汇流条8将若干单体锂电池4的正负输出极柱4b串并联连接后，即完成电池组的电路连接。
如图6所示,电池箱体1加满压力油10后，为了消除压力油10中的气泡在加压初期引起的轻微补偿滞后问题，事先让外箱体1内的压力油形成一定大小的预内压。为防止在加注压力油过程中油压过大及预压力对补偿皮囊9可能造成的损坏，在所述补偿皮囊9的下部设置一个弹簧2a加以防护。
如图7所示，当深潜器的下潜时，电池组开始受到水的压力，海水通过外置压力补偿器2所设的进水孔2b进入，使补偿皮囊9受压，由于外箱体1为刚性体，较柔性材料制成的补偿皮囊9易变形，受到海水压力后，补偿皮囊9率先于外箱体1开始向内凹陷。于是，外置压力补偿器2压力油通过输油软管输向箱体1内，箱体1内的压力油体积被压缩，由于压力油的压缩模量很小，很小的形变就能立刻使内压增大；这样，箱体1的内压与外压瞬间达到动态平衡，从而实现压力补偿功能，避免了箱体产生形变而受损。当深潜设备继续下潜时，水压随水深增加而增大，刚才的平衡被打破，补偿皮囊9又“感知”到水压大于内压，于是，继续向内凹陷和输油，由此，形成一个新的动态平衡，如此循环与往复，实现自动补偿功能。
所述进水传感器由设置在线路板上的两组感应触片组成，在每组感应触片的端部设有一根连接导线与箱体外的检测电路相连；所述进水传感器安装在外箱体内易损坏进水部位。两组感应触片未进水时呈开路状态(OFF)，进水后呈导通状态(ON)，由连接在箱体外的检测电路实现进水报警功能。
电池组的组合方法：
1.如图5所示，将铆接好的各单体锂电池4，按照串并联顺序对应安插在内箱体5所设电池卡槽5c内。将汇流条8依次与单体锂电池4的正负极柱4b进行连接，放上螺母进行紧固。
2.如图5所示，将管理系统6与安装板装配，并固定在内箱体5相应位置上，并用螺钉锁紧。
3.如图5所示，所有检测线均需编号，在其连接完成后统一布放在线槽内。再将检测线(电压检测线、温度检测线)与管理系统6相应接口进行连接。
4.如图5所示，依次将管理系统6与水密插件3进行连接,总正和总负电源线与分流器及水密插件3连接。
5.当所有电气线路与机械部件连接完成后，将内箱组件5吊入外箱体1内进行组装与固定。
6.依图1所示，将输油软管11依次与外箱体1及外置压力补偿器2连接好。
7.开始往外箱体1内注入压力油10，直至油位接近箱体1的顶部边缘时，停止注油。然后，在外壳体1的上部依次放置密封圈、上盖，用紧固螺栓锁紧。
8.将加油泵输油管与加油阀1a连接后，再次打开加油阀1a，继续向电池箱体1内注入压力油10，将内部空气排尽，直至外箱体1有一定预压力时，关闭加油阀1a，停止注油。

Claims (2)

1.一种具有自动补偿深水压力功能的锂电池组，其特征在于，包括：外箱体组件、内箱体组件、外置压力补偿器、锂电池；所述外箱体组件包括外箱体及外箱体上面设置的密封圈和上盖；所述外箱体内设有内箱体组件，所述内箱体组件是由内箱体、电池管理系统、以及内箱体设有的电池卡槽组成；所述单体锂电池安装在间隔距离相等的电池卡槽内；所述电池卡槽用螺栓固定在内箱体内壁上；电池管理系统的固定座、分流器的固定座和保险丝的固定座，均采用焊接方式焊接在内箱体上；定位柱能根据内箱体与外箱体装配时的间隙大小调整伸出长度进行定位，以防止内箱体在使用过程中在外箱体内剧烈窜动；所述电池管理系统的温度检测线用胶水粘贴在单体锂电池的表面上，电压检测线则安装在所述单体锂电池的极柱上；所有检测线均需编号，在其连接完成后统一布放在线槽内；所述电池管理系统主从控模块采用布在同一电路板上的一体化结构，同一组电池组内设置2个电池管理系统，实行双路同时采集，互为备用；所述外置压力补偿器通过输油软管与外箱体相连。
2.如权利要求1所述的一种具有自动补偿深水压力功能的锂电池组，其特征在于：所述电池组还包括进水传感器，设置在外箱体内；所述进水传感器由设置在线路板上的两组感应触片组成，在每组感应触片的端部设有一根连接导线与箱体外的检测电路相连；两组感应触片未进水时呈开路状态，进水后呈导通状态，由连接在箱体外的检测电路实现进水报警功能。
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