CN107394084B - 一种水下潜航器用锂电池组 - Google Patents

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Abstract

一种水下潜航器用锂电池组，其包括承压壳体、密封端盖、锂电池芯组；所述承压壳体与密封端盖通过螺纹配合实现紧固连接与密封，密封端盖上安装通讯接口和水密插座；承压壳体内设有半圆柱形的锂电池芯组，锂电池芯组与通讯接口和水密插座相连。本发明具有以下优点：1、空间利用率高，可实现轻量化。2、结构稳定性好，易于安装维护。3、电接触性能和防腐性能良好。

Description

一种水下潜航器用锂电池组
技术领域
本发明涉及一种水下潜航器用锂电池组，属于电池领域。
背景技术
潜航器是开展水下作业的重要平台，先进能源技术是决定其续航能力和航速的关键技术，是衡量潜航器性能优劣的重要指标。在潜航器的发展历史中，电池一路伴随它成长，相比于铅酸电池、镉镍电池、锌银二次电池等传统电池，锂离子电池由于具有高能量密度、长寿命、高安全性、低成本与免维护等优点，成为深海载人潜水器最有发展前途的能源技术之一。
由于潜航器使用环境的特殊性，电池成为其水下工作的唯一动力能源，锂离子电池作为水下动力能源，其安全性、可靠性、能量密度、有效载荷能力、安装维护性等性能及其重要。目前大多数潜航器采用水下电池被封装在耐压壳体内直接供电方式，而整个水下电池供电装置体积和重量都将非常大，极大地降低了水下作业设备的有效载荷，并且航行过程中的震动、摆动等对电池组的安全性、稳定性也是较大的考验。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种水下潜航器用锂电池组，解决了水下作业设备的载荷降低的问题，以及因航行过程中的震动、摆动等对电池组的安全性、稳定性造成影响的问题。
本发明的技术方案如下:
一种水下潜航器用锂电池组，包括承压壳体、密封端盖、锂电池芯组；所述承压壳体与密封端盖通过螺纹配合实现紧固连接与密封，密封端盖上安装通讯接口和水密插座；承压壳体内设有半圆柱形的锂电池芯组，锂电池芯组与通讯接口和水密插座相连。
其中，所述的锂电池芯组包括单元电池、U型不锈钢凹槽、前连接板、后连接板和多功能电源管理模块；所述单元电池安装在U型不锈钢凹槽内，U型不锈钢凹槽外部焊接外部加强框，U型不锈钢凹槽两侧的前连接板和后连接板通过螺栓与外部加强框锁紧，U型不锈钢凹槽的U型开口端与电池盖板相连，电池盖板的另一面设有多功能电源管理模块，多功能电源管理模块用于控制管理单元电池。
其中，所述的多功能电源管理模块包括分流器、保险丝、继电器、电源开关模块、BMS控制板，所述分流器的左端通过螺栓与L型连接片连接，分流器的右端与保险丝及正极铜排用螺栓连接，正极铜排的旁边设有负极铜排，所述继电器、电源开关模块、BMS控制板通过螺栓固定在电池盖板上，电源开关模块通过导线引出外部开关安装在密封端盖上，BMS控制板通过分流器与继电器的信号反馈实时监测电池各项参数，超出设定警戒值实现自我切断。
其中，所述的单元电池由半圆形单体电池与铜质镀银的上、下锁片通过环氧树脂绝缘板及防松铜螺丝并联而成，每个单体电池的各边缘及顶部进行灌胶封装，以加强单体电池的机械强度，单元电池之间设有绝缘电木隔板，电木隔板表面贴付阻燃海绵或硅胶垫，单元电池之间的长方形连接片均采用铜质镀银材料。
其中，所述的U型不锈钢凹槽为抽屉式舱段，U型不锈钢凹槽的截面由一条直边和一段圆弧构成，圆弧半径与承压壳体的内壁半径相匹配，U型不锈钢凹槽的圆弧面带有多个镂空圆孔；所述前连接板和后连接板均采用轻质合金板制成。
其中，所述的电池盖板包括不锈钢上盖、绝缘压条、绝缘盖板，所述不锈钢上盖带有螺纹孔，用于固定多功能电源管理模块，绝缘盖板用于盖在U型不锈钢凹槽的U型开口端，不锈钢上盖与绝缘盖板之间设有绝缘压条。
其中，所述的单体电池由一条直边和一段圆弧构成封闭半圆，半圆直径与U型不锈钢凹槽外形高度匹配；单体电池负极采用铜镀银极耳，正极采用经钝化防腐处理的铝极耳。
其中，所述的承压壳体为圆柱形轻质合金圆筒，密封端盖选用尼龙树脂等材料加工而成，承压壳体与密封端盖通过螺纹配合实现紧固连接与密封。
其中，所述的承压壳体内壁带有卡槽限位，用来固定锂电池芯组。
其中，所述的前连接板、后连接板与密封端盖通过紧固件连接，便于安装维护。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、空间利用率高，可实现轻量化。
由于所用聚合物锂离子电芯为半圆形，单体质量比能量高于圆柱形电池，并且电池单体半径与U型凹槽半径相匹配。与圆柱形电池组相比，达到相同电池总容量，空间利用率可提高22%左右，多种材料选用轻质合金材料，进一步实现电池轻量化。
2、结构稳定性好，易于安装维护。
每个单体电芯的各边缘及顶部进行灌胶封装，以加强单体电芯的机械强度；同时单元电池间的电木隔板表面贴付阻燃海绵或硅胶垫，极大地提升了电池芯组的结构稳定性。电池组结构件多处采用可分离机械配合，易于拆卸、安装及日常修护。
3、电接触性能和防腐性能良好。
单元电池之间的连接片均采用铜质镀银材料，电池正负极铜排均采用铜镀银螺杆，单体电池负极采用铜镀银极耳，正极采用经钝化防腐处理的铝极耳，使电池具有良好的电性能和防腐性能，保证特殊环境下有良好的接触性。
附图说明
图1 是本发明一种水下潜航器用锂电池组的聚合物电池芯组主视图。
图2是本发明一种水下潜航器用锂电池组的聚合物电池芯组俯视图。
图3是本发明一种水下潜航器用锂电池组的电池组前挡板布局图。
图4是本发明一种水下潜航器用锂电池组的电池组后挡板布局图。
图5是本发明一种水下潜航器用锂电池组的电池组结构布局分解简图。
图6为本发明一种水下潜航器用锂电池组的单元电池结构示意图。
图7是本发明一种水下潜航器用锂电池组的电池外壳主视图。
图中：1、分流器；2、保险丝；3、后连接板；4、负极铜排；5、正极铜排；6、继电器；7、U型不锈钢凹槽；8、电源开关模块；9、BMS控制板；10、L型连接片；11、前连接板；12、电池盖板；12a、不锈钢上盖；12b、绝缘压条；12c、绝缘盖板；13、外部加强框；14、单元电池；15、电木隔板；16、承压壳体；17、密封端盖；18、水密插座；19、通讯接口。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的效果，下面结合附图与具体实例加以说明。
实施例1
如图1-7所示，一种水下潜航器用锂电池组，包括承压壳体16、密封端盖17和锂电池芯组，承压壳体16与密封端盖17通过螺纹配合实现紧固连接与密封，密封端盖17上设有水密插座18和通讯接口19，利用导线实现锂电池芯组与外部负载相连，承压壳体16为圆柱形轻质合金筒，锂电池芯组为半圆柱形。
锂电池芯组包括多个半圆柱形单元电池14，单元电池14安装在带有穿孔的U型不锈钢凹槽7内， U型不锈钢凹槽7的截面由一条直边和一段圆弧构成，圆弧半径与承压壳体16的内壁半径相匹配；U型不锈钢凹槽7的圆弧面带有多个镂空圆孔，U型不锈钢凹槽7与不锈钢加强框13采用焊接形式，前连接板11与后连接板3通过螺栓与外部加强框13锁紧，前连接板11与后连接板3采用轻质合金板，如铝合金、镁合金、钛合金等。聚合物锂离子单元电池14由半圆形单体电池与铜质镀银的上、下锁片通过环氧树脂绝缘板及防松铜螺丝并联而成，每个单体电池的各边缘及顶部进行灌胶封装，以加强单体电池的机械强度，单元电池14之间设有绝缘电木隔板15，电木隔板15表面贴付阻燃海绵或硅胶垫，结构稳定性良好。单元电池14之间的长方形连接片均采用铜质镀银材料，单体电池在并联前进行灌胶封装成为单元电池14；每个单元电池14都通过BMS控制板9来控制管理。其中仅L型连接片10既可作连接板也可以做正极铜排。正极铜排5、负极铜排4均用可拆卸绝缘保护罩包覆，确保使用安全。
多功能电源管理模块与单元电池14之间覆有电池盖板12，由带有螺纹孔的不锈钢上盖12a、绝缘压条12b、绝缘盖板12c组成。其中分流器1的左端通过螺栓与L型连接片10连接，分流器1的右端与保险丝2及正极铜排5用螺栓连接，继电器6、电源开关模块8、BMS控制板9通过螺栓固定在不锈钢上盖12a上。BMS9通过分流器1与继电器6的信号反馈实时监测电池各项参数，超出设定警戒值实现自我切断；利用保险丝2实现双重保护，切断异常情况下负载的运行，避免控制板等器件的热失控损坏电池本体；同时电源开关模块8通过导线引出外部开关安装在密封端盖上，从外部可以直接手动控制电池供电，进行三重保护。多功能电源管理模块通过实时监控总电流、总电压、荷电状态、各单体电池及电池模块的电压和温度等电性能参数，对电池模组实行动态管理，实现自我切断与保护功能，以保障电池组在最佳状态下工作。

Claims (9)

1.一种水下潜航器用锂电池组，其特征在于：包括承压壳体（16）、密封端盖（17）、锂电池芯组；所述承压壳体（16）与密封端盖（17）通过螺纹配合实现紧固连接与密封，密封端盖（17）上安装通讯接口（19）和水密插座（18）；承压壳体（16）内设有半圆柱形的锂电池芯组，锂电池芯组与通讯接口（19）和水密插座（18）相连；
所述的锂电池芯组包括单元电池（14）、U型不锈钢凹槽（7）、前连接板（11）、后连接板（3）和多功能电源管理模块；所述单元电池（14）安装在U型不锈钢凹槽（7）内，U型不锈钢凹槽（7）外部焊接外部加强框（13），U型不锈钢凹槽（7）两侧的前连接板（11）和后连接板（3）通过螺栓与外部加强框（13）锁紧，U型不锈钢凹槽（7）的U型开口端与电池盖板（12）相连，电池盖板（12）的另一面设有多功能电源管理模块，多功能电源管理模块用于控制管理单元电池（14）。
2.根据权利要求1所述的一种水下潜航器用锂电池组，其特征在于：所述的多功能电源管理模块包括分流器（1）、保险丝（2）、继电器（6）、电源开关模块（8）、BMS控制板（9），所述分流器（1）的左端通过螺栓与L型连接片（10）连接，分流器（1）的右端与保险丝（2）及正极铜排（5）用螺栓连接，正极铜排（5）的旁边设有负极铜排（4），所述继电器（6）、电源开关模块（8）、BMS控制板（9）通过螺栓固定在电池盖板（12）上，电源开关模块（8）通过导线引出外部开关安装在密封端盖（17）上，BMS控制板（9）通过分流器（1）与继电器（6）的信号反馈实时监测电池各项参数，超出设定警戒值实现自我切断。
3.根据权利要求1所述的一种水下潜航器用锂电池组，其特征在于：所述的单元电池（14）由半圆形单体电池与铜质镀银的上、下锁片通过环氧树脂绝缘板及防松铜螺丝并联而成，每个单体电池的各边缘及顶部进行灌胶封装，以加强单体电池的机械强度，单元电池（14）之间设有绝缘电木隔板（15），电木隔板（15）表面贴付阻燃海绵或硅胶垫，单元电池（14）之间的长方形连接片均采用铜质镀银材料。
4.根据权利要求1所述的一种水下潜航器用锂电池组，其特征在于：所述的U型不锈钢凹槽（7）为抽屉式舱段，U型不锈钢凹槽（7）的截面由一条直边和一段圆弧构成，圆弧半径与承压壳体（16）的内壁半径相匹配，U型不锈钢凹槽（7）的圆弧面带有多个镂空圆孔；所述前连接板（11）和后连接板（3）均采用轻质合金板制成。
5.根据权利要求1所述的一种水下潜航器用锂电池组，其特征在于：所述的电池盖板（12）包括不锈钢上盖（12a）、绝缘压条（12b）、绝缘盖板（12c），所述不锈钢上盖（12a）带有螺纹孔，用于固定多功能电源管理模块，绝缘盖板（12c）用于盖在U型不锈钢凹槽（7）的U型开口端，不锈钢上盖（12a）与绝缘盖板（12c）之间设有绝缘压条（12b）。
6.根据权利要求3所述的一种水下潜航器用锂电池组，其特征在于：所述的单体电池由一条直边和一段圆弧构成封闭半圆，半圆直径与U型不锈钢凹槽（7）外形高度匹配；单体电池负极采用铜镀银极耳，正极采用经钝化防腐处理的铝极耳。
7.根据权利要求1所述的一种水下潜航器用锂电池组，其特征在于：所述的承压壳体（16）为圆柱形轻质合金圆筒，密封端盖（17）选用尼龙树脂材料加工而成，承压壳体（16）与密封端盖（17）通过螺纹配合实现紧固连接与密封。
8.根据权利要求7所述的一种水下潜航器用锂电池组，其特征在于：所述的承压壳体（16）内壁带有卡槽限位，用来固定锂电池芯组。
9.根据权利要求1所述的一种水下潜航器用锂电池组，其特征在于：所述的前连接板（11）、后连接板（3）与密封端盖（17）通过紧固件连接，便于安装维护。
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