CN106299504A - 一种适用真空环境的高压锂离子电池模块 - Google Patents

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顾洪仁
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Abstract

一种适用真空环境的高压锂离子电池模块，绝缘板组件完全覆盖锂离子电池组的外表面，对锂离子电池组进行绝缘隔离，电池屏蔽箱体包裹绝缘板组件，对锂离子电池组进行电磁屏蔽。本发明结构简单，操作方便，能够防止帕邢击穿，保证电池模块安全度过低气压阶段，并且适用真空环境，具有多重绝缘安全防护功能，保证了航天器锂离子电池组安全稳定运行。

Description

一种适用真空环境的高压锂离子电池模块
技术领域
本发明涉及一种适用真空环境的高压锂离子电池模块。
背景技术
随着航天科技的不断发展，越来越多的航天器被发射到广阔的外太空，航天器的功能越来越多样，重量越来越大，因此对能源的要求也越来越高，从传统的28V平台母线电压到天宫1号100V平台电压，锂离子电池组的电压越来越高，未来可能高达几百甚至上千伏。然而，在从地面到空间的过程中，航天器通常经历从外部环境到真空环境的压力过渡，这种压力的变化通常只需要几分钟的时间，10-2Pa和10+2Pa之间的压力范围非常关键，接近“帕邢最低值”，导致极低的耐电强度，帕邢击穿可以出现在电压低于350V的空气中，而对于一些电离能低的惰性气体和混合物，甚至电压低于80V时帕邢击穿也会出现，而一旦发生帕邢击穿，对于航天器来说都是致命的，将会造成重大损失。因此，设计一种适用真空环境并且能够安全度过低气压范围的高压锂离子电池模块，具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种适用真空环境的高压锂离子电池模块，能够保证电池模块安全度过低气压阶段，并且其绝缘强度能够保证电池组总电压2500V的情况下在真空环境中长期稳定运行。
为了达到上述目的，本发明提供一种适用真空环境的高压锂离子电池模块，包含：
锂离子电池组；
绝缘板组件，其完全覆盖锂离子电池组的外表面，对锂离子电池组进行绝缘隔离；
电池屏蔽箱体，其包裹绝缘板组件，对锂离子电池组进行电磁屏蔽。
所述的锂离子电池组包含：多个纵向排布的单体电池，单体电池之间通过金属跨接片）连接；所述的单体电池采用全密封金属壳结构，密封漏率≤1.0×10-7Pa·m3·s-1。
所述的锂离子电池组还具有绝缘硅胶层，其填满单体电池的上部空间。
所述的绝缘板组件包含多块绝缘板，每块绝缘板分别覆盖锂离子电池组的一侧外表面，所述的绝缘板采用环氧板，或者聚酰亚胺绝缘板。
所述的电池屏蔽箱体包含屏蔽顶板、屏蔽底板、以及分别连接屏蔽顶板和屏蔽底板的多个屏蔽侧板；屏蔽顶板、屏蔽底板和屏蔽侧板采用铝、铝合金、镁铝合金、铝锂合金、镁锂合金及碳纤维中的一种或几种材料。
所述的高压锂离子电池模块不使用电连接器，在某一组相邻的绝缘板和屏蔽侧板上分别设置有多个线缆出口，用于锂离子电池组的线缆走线。
所述的高压锂离子电池模块在纵向上未设置线缆出口的某一组相邻的绝缘板和屏蔽侧板之间设置松紧度调节板。
所述的高压锂离子电池模块还包含多个继电器，其设置在电池屏蔽箱体上，该继电器连接锂离子电池组，保证在航天器进入真空前保持断开状态，电池模块电压不高于300V。
本发明结构简单，操作方便，能够防止帕邢击穿，并且适用真空环境，具有多重绝缘安全防护功能，保证了航天器锂离子电池组安全稳定运行。
附图说明
图1是本发明提供的一种适用真空环境的高压锂离子电池模块的结构示意图。
具体实施方式
以下根据图1具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种适用真空环境的高压锂离子电池模块，包含：
锂离子电池组；
绝缘板组件，其完全覆盖锂离子电池组的外表面，对锂离子电池组进行绝缘隔离；
电池屏蔽箱体，其包裹绝缘板组件，对锂离子电池组进行电磁屏蔽。
所述的锂离子电池组包含：多个纵向排布的单体电池6，单体电池6之间通过金属跨接片9连接；每个单体电池6连接有电压采集线和均衡线缆，一个单体电池6单独连接充电线进行充电，或者多个单体电池6共同连接充电线进行集中充电；所述的金属跨接片9采用铜、铜镀镍、银等金属材料；所述的单体电池6采用全密封金属壳结构，密封漏率≤1.0×10- 7Pa·m3·s-1。
所述的绝缘板组件包含多块绝缘板3，每块绝缘板3分别覆盖锂离子电池组的一侧外表面；在本实施例中，绝缘板组件包含6块绝缘板3，将锂离子电池组的六个外表面完全覆盖；所述的绝缘板3采用环氧板、聚酰亚胺绝缘板或者其他导热绝缘材料制成的板材。
所述的电池屏蔽箱体包含屏蔽顶板1、屏蔽底板7、以及分别连接屏蔽顶板1和屏蔽底板7的多个屏蔽侧板2（本实施例中，采用4块屏蔽侧板2）；屏蔽顶板1、屏蔽底板7和屏蔽侧板2采用铝、铝合金、镁铝合金、铝锂合金、镁锂合金及碳纤维中的一种或几种材料，屏蔽顶板1、屏蔽底板7和屏蔽侧板2均有电磁屏蔽的作用；屏蔽顶板1、屏蔽底板7和屏蔽侧板2相互之间通过紧固件连接固定。
为了最大限度防止高压电弧放电现象，本发明提供的高压锂离子电池模块不使用电连接器，在某一组相邻的绝缘板3和屏蔽侧板2上分别设置有多个线缆出口10，用于锂离子电池组中正负极电流输出、充电、采样及均衡等线缆走线。电池组电流输出采用独立线缆端子的“甩头”方式，连接线缆的接插端11不与模块结构有接触。
所述的锂离子电池组还具有绝缘硅胶层8，其填满单体电池6的上部空间，覆盖单体电池6以及线缆与绝缘板3之间的空隙，排除空气，起到绝缘的作用；填胶过程中需要多次进真空罐或真空箱抽真空，真空度≤150pa，目的是尽量排除填胶后内部残余空气，防止绝缘硅胶凝固后内部出现大量气泡，影响绝缘性能。
在纵向上未设置线缆出口的某一组相邻的绝缘板3和屏蔽侧板2之间设置松紧度调节板4；方形单体电池的宽度变化很小，但是厚度差异略大，在配组时，要求纵向紧密度适中，不能太松，而仅仅依靠结构件是无法保证电池组的紧密度的，需要在纵向一侧加入松紧度调节板，另外，电池组在装配前需要预紧，通过对配组电池两侧加压，测量电池组总厚度，松紧度调节板4的厚度取决于结构件预留厚度与预紧时测量的厚度差，一般在1-3mm。本发明提供的高压锂离子电池模块还包含多个继电器5，其设置在电池屏蔽箱体上，该继电器5连接锂离子电池组，保证在航天器进入真空前保持断开状态，电池模块电压不高于300V；继电器的个数取决于锂离子电池组总电压值，当锂离子电池组电压低于300V时，不需接入继电器，当锂离子电池组电压为300V～600V，此时在最中间接入1个继电器即可，此时最高电压为≤300V，当锂离子电池组电压在600V～900V，则需要接入2个继电器，依此类推，在轨运行的高压锂离子电池模块最高电压可达2500V以上。
本发明能够保证电池模块安全度过低气压阶段，并且其绝缘强度能够保证电池组总电压2500V的情况下在真空环境中长期稳定运行，结构简单，操作方便，能够防止帕邢击穿，并且适用真空环境，具有多重绝缘安全防护功能，保证了航天器锂离子电池组安全稳定运行。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种适用真空环境的高压锂离子电池模块，其特征在于，包含：
锂离子电池组；
绝缘板组件，其完全覆盖锂离子电池组的外表面，对锂离子电池组进行绝缘隔离；
电池屏蔽箱体，其包裹绝缘板组件，对锂离子电池组进行电磁屏蔽。
2.如权利要求1所述的适用真空环境的高压锂离子电池模块，其特征在于，所述的锂离子电池组包含：多个纵向排布的单体电池（6），单体电池（6）之间通过金属跨接片（9）连接；所述的单体电池（6）采用全密封金属壳结构，密封漏率≤1.0×10-7Pa·m3·s-1。
3.如权利要求2所述的适用真空环境的高压锂离子电池模块，其特征在于，所述的锂离子电池组还具有绝缘硅胶层（8），其填满单体电池（6）的上部空间。
4.如权利要求1所述的适用真空环境的高压锂离子电池模块，其特征在于，所述的绝缘板组件包含多块绝缘板（3），每块绝缘板（3）分别覆盖锂离子电池组的一侧外表面。
5.如权利要求4所述的适用真空环境的高压锂离子电池模块，其特征在于，所述的绝缘板（3）采用环氧板，或者聚酰亚胺绝缘板。
6.如权利要求1所述的适用真空环境的高压锂离子电池模块，其特征在于，所述的电池屏蔽箱体包含屏蔽顶板（1）、屏蔽底板（7）、以及分别连接屏蔽顶板（1）和屏蔽底板（7）的多个屏蔽侧板（2）。
7.如权利要求6所述的适用真空环境的高压锂离子电池模块，其特征在于，所述的屏蔽顶板（1）、屏蔽底板（7）和屏蔽侧板（2）采用铝、铝合金、镁铝合金、铝锂合金、镁锂合金及碳纤维中的一种或几种材料。
8.如权利要求1所述的适用真空环境的高压锂离子电池模块，其特征在于，所述的高压锂离子电池模块不使用电连接器，在某一组相邻的绝缘板（3）和屏蔽侧板（2）上分别设置有多个线缆出口（10），用于锂离子电池组的线缆走线。
9.如权利要求1所述的适用真空环境的高压锂离子电池模块，其特征在于，所述的高压锂离子电池模块在纵向上未设置线缆出口的某一组相邻的绝缘板（3）和屏蔽侧板（2）之间设置松紧度调节板（4）。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的适用真空环境的高压锂离子电池模块，其特征在于，所述的高压锂离子电池模块还包含多个继电器（5），其设置在电池屏蔽箱体上，该继电器（5）连接锂离子电池组，保证在航天器进入真空前保持断开状态，电池模块电压不高于300V。
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