CN109065777A - 一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组 - Google Patents

一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，包括底板、支撑杆、电池堆、电连接器、盖板、支撑杆沉头螺钉、电连接器固定螺钉。底板、盖板周围有若干突出小支脚平台，小支脚平台上有与支撑杆外径匹配的沉孔，支撑杆插入沉孔，用支撑杆沉头螺钉进行固定安装，形成外壳结构。电池堆安装到底板与盖板之间形成的空间内。本发明的运载火箭锂离子电池组整体结构简单，采用高强度低密度的金属材料作为结构件，大大减轻了电池组的重量，结构件采取镂空薄壁结合加强筋的方式，实现了运载火箭锂离子电池组高强度、轻量化设计的需求，本发明的运载火箭锂离子电池组结构件比重约10％，相比其他运载火箭锂离子电池组重量减轻了约20％。

Description

一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组
技术领域
本发明属于运载火箭锂离子电池领域，具体涉及一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组。
背景技术
随着运载火箭技术的发展，对箭上电源提出了更高的使用需求。在进入空间电源技术方面，低成本、高可靠、快速维护、轻量化、小型化运载火箭电源技术是未来的主要发展方向。新型运载火箭对电源提出了更高的功率输出能力、更大的能量输出能力的使用需求。运载火箭锂离子电池组作为运载火箭子系统重要组成部分，为相关仪器设备提供能源保障。如果在不减小功率前提下，运载火箭锂离子电池组体积越小、重量越轻，就能变相提高运载火箭的载荷能力。目前，运载火箭锂离子电池组结构件比重很大，一般在30％左右，更有甚者高达50％，不满足轻量化、小型化的要求。
国内专利CN103367670B《电动汽车的轻量化电池箱体及其制造方法》为电动汽车领域的轻量化电池箱结构，其应用领域与本专利不同，结构形式也不同。CN107170936A《轻量化动力电池包》所涉及的结构形式为箱体式结构与本专利结构形式不同。
本专利所涉及的运载火箭锂离子电池组在保证其结构强度满足运载火箭力学要求的基础上，最大程度减少了电池组外壳结构重量体积占比，使得电池组结构件占比较少，相比其他运载火箭锂离子电池，重量更轻。本专利涉及的电池组结构件重量约占总重量的10％，其具有结构简单、力学强度高，抗震性能好的特点，可以满足运载火箭使用的要求。
发明内容
本发明解决的主要技术问题是：解决了运载火箭锂离子电池组轻量化和高可靠性的问题。
本发明的解决方案是：一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，包括底板、支撑杆、电池堆、电连接器、盖板、支撑杆沉头螺钉、电连接器固定螺钉。底板、盖板周围有若干突出小支脚平台，小支脚平台上有与支撑杆外径匹配的沉孔，支撑杆插入沉孔，用支撑杆沉头螺钉进行固定安装，形成外壳结构。电池堆安装到底板与盖板之间形成的空间内。所述电连接器从盖板下面向上伸出并用电连接器固定螺钉安装固定。
进一步，所述底板为高强度低密度的铝合金、锂合金或镁合金中的一种板材直接加工而成，平面薄壁厚度为0.2mm～1mm，其上有四个对外连接固定的安装孔，其中两个在安装支脚上，底板中间为下沉的电池堆安装面，整个下沉结构的表面贴聚酰亚胺膜进行绝缘处理，底板两侧有均匀分布的突出的小支脚平台上有支撑柱安装的沉孔。
优选地，底板背面为镂空结构，并在镂空位置保留有加强筋。
进一步，所述支撑杆为高强度低密度的铝合金、锂合金或镁合金中的一种材料直接加工而成，为圆柱形状，两端有螺孔，实现与底板和盖板的连接。所述电池堆，包括锂离子电池单体之间通过硅胶粘接成型，中间跨接片、总正负跨接片为镍带加工而成，厚度0.5～2mm，通过点焊焊接到锂离子电池上。
进一步，中间跨接片在电池堆的缝隙处伸出导线焊接点并向电池堆中部折弯，同样，总正负跨接片在电池堆缝隙处伸出导线焊接点并向电池堆中部折弯，该设计可以避免跨接片磨破相临单体电池的绝缘层而造成短路情况。另外，电池堆上下表面粘贴聚酰亚胺绝缘膜进行绝缘保护后再装入外壳中。
进一步，所述盖板为铝合金、锂合金或镁合金中的一种板材直接加工而成，平面薄壁厚度为0.2mm～1mm。盖板一端伸出连接器平台，大小与连接器适配，中间为下沉的电池堆安装面，整个下沉结构的表面贴聚酰亚胺绝缘膜进行绝缘处理，盖板两侧有均匀分布的突出的小支脚平台上有支撑柱安装的沉孔，沉孔的背面有同轴的沉头孔，整个背面为镂空结构，并在镂空位置保留有加强筋。
进一步，在电连接器平面上有方形沉孔，电连接器从盖板下面向上伸出，电连接器法兰座嵌入到方形沉孔中，用电连接器固定螺钉安装固定。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的运载火箭锂离子电池组采用高强度低密度的金属材料，大大减轻了电池组的重量，同时保证了运载火箭锂离子电池组高强度的需求。
(2)本发明的运载火箭锂离子电池组整体结构简单，通过硅胶实现内部电池堆的固定，结构件采取镂空减薄壁结合加强筋的方式实现高强度轻量化设计。
(3)本发明的运载火箭锂离子电池组结构件比重约10％，相比其他运载火箭锂离子电池组，重量减轻了约20％。
附图说明
图1为本发明的一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组组成示意图；
图2为本发明的底板正面结构示意图；
图3为本发明的底板背面结构示意图；
图4为本发明的支撑杆结构示意图；
图5为本发明的电池堆组成结构示意图；
图6为本发明的盖板正面结构示意图；
图7为本发明的盖板背面结构示意图；
具体实施方式
如图1所示，一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，包括底板1、支撑杆2、电池堆3、电连接器4、盖板5、支撑杆沉头螺钉6、电连接器固定螺钉7。底板1、盖板5周围有若干突出小支脚平台，小支脚平台上有与支撑杆2外径匹配的沉孔，支撑杆2插入沉孔，用支撑杆沉头螺钉6进行固定安装，形成外壳结构。电池堆3安装到底板1与盖板5之间形成的空间内。当底板1、支撑杆2和盖板5用螺钉锁紧后，电池堆3应不能从该空间中取出，同时不受到底板1和盖板2的挤压力。电池堆表面与盖板和底板之间的间隙用硅橡胶进行灌封固定。电连接器4实现电池组对外输出电流和对电池组进行电压检测等功能，其从盖板5下面向上伸出并安装到盖板5上。
如图2和图3所示，所述底板1为高强度低密度的铝合金、锂合金或镁合金中的一种板材直接加工而成，平面薄壁厚度为0.2mm～1mm，其上有四个对外连接固定的安装孔102，其中两个在安装支脚101上，底板中间的下沉结构为电池堆安装面103，其上方的边有倒角104，整个下沉结构的表面贴聚酰亚胺膜进行绝缘处理，底板1两侧有均匀分布的突出的小支脚平台106上有支撑柱安装的沉孔106，沉孔的背面有同轴的沉头孔107，背面为镂空的平面108，并在镂空平面保留有加强筋109。
如图4所示，所述支撑杆2为高强度低密度的铝合金、锂合金或镁合金中的一种材料直接加工而成，为圆柱形状，两端有螺孔201，实现与其他零件的连接。
如图5所示，所述电池堆3，包括锂离子电池301之间通过硅胶粘接成型，中间跨接片302、总正(负)跨接片304为镍带加工而成，厚度0.5～2mm，通过点焊焊接到锂离子电池301上。中间跨接片302在电池堆的缝隙处伸出导线焊接点301并向电池堆中部折弯，同样，总正(负)跨接片304在电池堆缝隙处伸出导线焊接点305并向电池堆中部折弯，该设计可以避免跨接片磨破相临单体电池的绝缘层而造成短路情况。另外，电池堆上下表面粘贴聚酰亚胺绝缘膜进行绝缘保护后再装入外壳中。所述盖板5为高强度低密度铝合金、锂合金或镁合金中的一种板材直接加工而成，平面薄壁厚度为0.2mm～1mm。
如图6和图7所示，所述盖板5一端伸出电连接器平台501，大小与连接器适配，盖板5中间的下沉结构，为电池堆安装面502，其上方的边有倒角503，整个下沉结构的表面贴聚酰亚胺绝缘膜进行绝缘处理，盖板5两侧有均匀分布的突出的小支脚平台504上有支撑柱安装的沉孔505，沉孔505的背面有同轴的沉头孔506，上面为镂空的平面507，并在镂空平面保留有加强筋508。电连接器平面501上有与电连接器4法兰座相匹配的方形沉孔509，在方形沉孔509上有一个中间通孔510，可以允许电连接器4头部穿过。

Claims (9)

1.一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，特征在于：包括底板[1]、支撑杆[2]、电池堆[3]、电连接器[4]、盖板[5]、支撑杆沉头螺钉[6]、电连接器固定螺钉[7]；
所述底板[1]、盖板[5]周围有若干突出小支脚平台；
所述小支脚平台上有与支撑杆[2]外径匹配的沉孔；
所述支撑杆[2]插入沉孔，用支撑杆沉头螺钉[6]进行固定安装，形成外壳结构；
所述电池堆[3]安装到底板[1]与盖板[5]之间形成的空间内；
所述电连接器[4]从盖板[5]下面向上伸出并用电连接器固定螺钉[7]安装固定。
2.根据权利要求1所述的一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，特征在于：所述底板[1]为铝合金、锂合金或镁合金中的一种板材直接加工而成，平面薄壁厚度为0.2mm～1mm，其上有四个对外连接固定的安装孔，其中两个在安装支脚上，底板中间为下沉的电池堆安装面，其上方的边有倒角，整个下沉结构的表面贴聚酰亚胺膜进行绝缘处理，底板两侧有均匀分布的突出的小支脚平台上有支撑柱安装的沉孔。
3.根据权利要求2所述的一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，特征在于：所述底板[1]的背面为镂空结构，并在镂空位置保留有加强筋。
4.根据权利要求1所述的一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，特征在于：所述支撑杆[2]为铝合金、锂合金或镁合金中的一种材料，为圆柱形状，两端有螺孔，实现与底板[1]和盖板[5]的连接。
5.根据权利要求1所述的一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，特征在于：所述电池堆[3]，包括锂离子电池单体之间通过硅胶粘接成型，中间跨接片、总正负跨接片为镍带加工而成，厚度0.5～2mm，通过点焊焊接到锂离子电池上。
6.根据权利要求5所述的一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，特征在于：所述中间跨接片在电池堆的缝隙处伸出导线焊接点并向电池堆中部折弯，总正负跨接片在电池堆缝隙处伸出导线焊接点并向电池堆中部折弯，电池堆上下表面粘贴聚酰亚胺绝缘膜进行绝缘保护后再装入外壳中。
7.根据权利要求1所述的一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，特征在于：所述盖板[5]为铝合金、锂合金或镁合金中的一种板材直接加工而成，平面薄壁厚度为0.2mm～1mm。
8.根据权利要求5所述的一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，特征在于：所述盖板[5]一端伸出连接器平台，大小与连接器适配，中间为下沉的电池堆安装面，整个下沉结构的表面贴聚酰亚胺绝缘膜进行绝缘处理，盖板[5]两侧有均匀分布的突出的小支脚平台上有支撑柱安装的沉孔，沉孔的背面有同轴的沉头孔，整个背面为镂空结构，并在镂空位置保留有加强筋。
9.根据权利要求5所述的一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，特征在于：所述电连接器[4]平面上有方形沉孔，电连接头部从中间的通孔穿出，电连接器法兰座嵌入到方形沉孔中。
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