CN109088039A - 一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置,该装置极柱对外导电连接为双螺孔结构,可以提高连接的可靠性,避免导电单点失效故障;导电连接端面相对传统电池增大了导电接触面积,降低了大电流放电过程的压降和温升;两个对外导电连接螺孔为斜对角结构,可以在不降低连接平整性的基础上实现水平方向锂电池之间的互联,为后续电池组装配工艺的可行性提供保障。该装置顶盖设置有注液孔,注液孔采用聚四氟乙烯的密封柱通过轴向受力使得横向变形并填充到注液孔内的多个环形刻痕中,实现注液孔的密封;注液孔采用螺钉密封方式,在运载火箭领域具有极大的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池,特别是一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置。
背景技术
随着技术发展,高倍率锂离子电池应运而生,锂离子电池的应用范围越来越广泛。高倍率锂离子电池具有相对传统锌银电池,其比能量、比功率、循环性能、使用性能都占有较大优势。因此,高倍率锂离子电池在运载火箭领域逐渐取代锌银电池,为运载火箭的控制系统、测量系统等提供直流电源。运载火箭用高倍率锂电池具有大电流放电的特点,放电倍率可高达到80C,要求尽量减小回路的内阻。然而传统方形电池的极柱结构大部分为螺纹导电,极柱连接处电阻较大,在大电流放电情况下,极柱连接处压降大,同时极柱温度过高造成安全隐患。运载火箭用高倍率锂电池为控制系统等供电,其供电是否正常直接影响火箭发射任务的成败,传统方形锂电池的极柱形式存在单点失效的故障模式,而且难以消除。此外,传统方形锂电池长时间存放可能发生气胀,导致其结构发生变形,因此需要设计一种密封可靠但又能方便拆卸的结构,以排除电池内部气体的目的。
CN101593819B《锂离子电池的极柱密封装置》和CN102290544B《一种大容量锂离子动力电池极柱密封结构》主要针对锂离子电池的极柱的密封,本专利主要是针对大功率极柱的结构;CN102891279A《一种锂离子电池极柱及其与顶盖的连接结构》涉及大功率极柱,其为两个独立极柱实现一路输出,本专利为一个极柱上设计有两个螺孔,实现对外牢固连接和低压降输出;CN105810856A《一种双极柱锂电池顶盖》中,每路输出通过向外突出的极柱对外连接,与本专利的向内的螺纹孔实现对外连接不同。因此,未发现与本发明结构相似的专利报道。
发明内容
本发明解决的主要技术问题是:解决了运载火箭高倍率锂电池极柱电压降高、极柱高热、单点失效以及锂电池气胀排气等问题。
本发明的解决方案是:一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置,包括电池顶盖、正极柱、固定螺柱、密封柱、螺钉、密封支撑层、外密封绝缘层、内密封绝缘层、负极柱、阻流垫。所述正极柱和负极柱分别安装在电池顶盖两侧的通孔内,从下往上依次为正极柱、负极柱、内密封绝缘层、电池顶盖、外密封绝缘层、密封支撑层、螺钉;所述电池顶盖中间的通孔为注液孔,注液孔内部从下到上依次为阻流垫、密封柱、固定螺柱。
上述,正极柱和负极柱分别安装在电池顶盖两侧的通孔内,内密封绝缘层和外密封绝缘层实现极柱与顶盖之间的绝缘。正极柱、负极柱、顶盖、密封支撑层通过一体注塑形成获得内密封绝缘层和外密封绝缘层,并用螺钉涂强化胶后将极柱固定到顶盖上。正极柱和负极柱顶部为导电连接面,上面设置两个大小一样的螺纹盲孔且为斜对角结构,增大导电接触面积,减少放电过程的极柱部分的压降和温升,解决单点失效故障模式。
进一步,电池顶盖中间的通孔为注液孔,注液孔内部设置密封柱为聚四氟乙烯材料,利用聚四氟乙烯冷流性特点,用固定螺钉向下挤压密封柱后,密封柱横向变形,并与注液孔内壁贴紧,并挤入注液孔的环状刻痕,形成多处线密封结构,加强注液孔的密封,底部的阻流垫防止密封柱从注液孔流出而造成密封失效。此外,该结构可以方便拆卸,释放电池内部的气体。固定螺柱螺纹侧面开槽,在密封压紧状态聚四氟乙烯部分被挤入槽内,形成自锁定结构,具有较好的抗振动性能。当电池发生气胀时,可在有保护气氛中拧松固定螺柱,释放电池内部的气体。
本发明与现有技术相比的优点在于:
(1)本发明的极柱主要通过平面接触导电,导电接触面积大,接触内阻小,当承受大倍率放电电流时,产热量小。
(2)本发明中极柱采用斜对角的导电连接双螺孔结构,一方面避免极柱连接单点失效,提高导电连接的可靠性,另一方优化了电池组装配匹配性。
(2)本发明的注液孔密封采用固定螺钉轴向挤压聚四氟乙烯密封柱,使密封柱发生横向形变而使得密封柱的材料挤入密封孔内,并形成可靠的密封结构。
附图说明
图1为本发明的一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置的结构组成示意图;
图2为本发明的顶盖结构示意图;
图3为本发明的正极柱、负极柱结构示意图。
图4为本发明的固定螺柱结构示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置示意图示意图,所述极柱顶盖装置,包括电池顶盖1、正极柱2、固定螺柱3、密封柱4、螺钉5、密封支撑层6、外密封绝缘层7、内密封绝缘层8、负极柱9、阻流垫10。正极柱2和负极柱9分别安装在电池顶盖1两侧的通孔内,从下往上依次为正极柱2(负极柱9)、内密封绝缘层8、电池顶盖1、外密封绝缘层7、密封支撑层6、螺钉5,正极柱2、负极柱9、顶盖1、密封支撑层6通过一体注塑形成厚度为0.2mm~2mm厚的内密封绝缘层8和外密封绝缘层7,并用螺钉5涂强化胶配合顶部的密封支撑层6将极柱固定到顶盖1上,强化胶类型为双组份硅酮、双组份改性丙烯酸脂、改性环氧胶、双组份改性硅胶其中的一种或几种。所述密封支撑层6对角上有两个安装孔,与正极柱和负极柱的安装孔配合。所述电池顶盖1中间的通孔为注液孔,注液孔内部从下到上依次为阻流垫10、密封柱4、固定螺柱3,密封柱4为聚四氟乙烯材料,具有冷流性,固定螺钉向下挤压密封柱后,密封柱发生变形,底部的阻流垫10防止密封柱从注液孔流出造成密封失效,密封柱横向变形,并与注液孔内壁贴紧,并挤入注液孔的环状刻痕,形成多处线密封结构,加强注液孔的密封,该结构同时可以方便拆卸,释放电池内部的气体。所述阻流垫10为不锈钢或铝合金材料,厚度0.2mm~2mm,大小大于顶盖上注液孔的最小孔径。
如图2所示,本发明的顶盖结构示意图,所述电池顶盖1,采用铝合金或不锈钢材料加工而成,两边为通孔结构为极柱安装孔1-1,中间的通孔为注液孔1-2。所述极柱安装孔1-1实现正极柱2和负极柱9的固定安装。所述注液孔结构,分为上部分1-3、中部分1-4和下部分1-5:上部分1-3为螺纹孔结构;中部分1-4直径不大于螺纹孔最小的直径,内壁沿着轴向分布有环状刻痕1-6(轴向高度0.2mm~1mm,深度0.2mm~1mm),刻痕数量1~5个;下部分1-5孔径比中部分孔径小,在中部分下端形成环形台阶。
如图3所示,本发明的正极柱2、负极柱9结构示意图,正极柱2为纯铝材料,包括导电连接面2-1、结构安装面2-2以及极耳焊接面2-5;导电连接面2-1呈跑道形状,上面有两个大小一样的螺纹盲孔2-3且为斜对角结构;结构安装面2-2上有两个斜对角的螺纹盲孔2-4;下端前后平面为锂离子电池极耳焊接面2-5,可通过焊接方式将锂离子电池极耳焊接到极柱上。负极柱9为纯铜材料,其结构特征与正极柱2相同。
如图4所示,本发明的固定螺柱3结构事业图,所述固定螺钉3,一端有旋紧用的一字或十字开槽3-1,固定螺钉为全螺纹3-2,在螺纹面上轴向的开槽3-3,其在密封压紧状态聚四氟乙烯部分被挤入槽内,形成自锁定结构,具有较好的抗振动性能。
Claims (11)
1.一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置,其特征在于:包括电池顶盖[1]、正极柱[2]、固定螺柱[3]、密封柱[4]、螺钉[5]、密封支撑层[6]、外密封绝缘层[7]、内密封绝缘层[8]、负极柱[9]、阻流垫[10];
所述正极柱[2]和负极柱[9]分别安装在电池顶盖[1]两侧的通孔内,从下往上依次为正极柱[2]、负极柱[9]、内密封绝缘层[8]、电池顶盖[1]、外密封绝缘层[7]、密封支撑层[6]、螺钉[5];所述电池顶盖[1]中间的通孔为注液孔,注液孔内部从下到上依次为阻流垫[10]、密封柱[4]、固定螺柱[3]。
2.根据权利要求1所述的一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置,其特征在于:所述电池顶盖[1]采用铝合金或不锈钢材料加工而成,其上包括与极柱适配的正极柱安装孔、负极柱安装孔和注液孔结构。
3.根据权利要求1所述的一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置,其特征在于:所述注液孔结构分为上、中、下三部分:上部分为螺纹孔结构;中部分直径小于或等于螺纹孔最小的直径,内壁沿着轴向分布有环状刻痕,刻痕数量1~5个;下部分孔径比中部分孔径小,在中部分下端形成环形台阶。
4.根据权利要求3所述的一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置,其特征在于:所述环状刻痕的轴向高度0.2mm~1mm,深度0.2mm~1mm。
5.根据权利要求1所述的一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置,其特征在于:所述正极柱[2]采用纯铝加工而成;正极柱包括导电连接面、结构安装面以及极耳焊接面;正极柱顶部为导电连接面,为跑道形状,有两个大小一样的螺纹盲孔且为斜对角结构;正极片中部为结构安装面,结构安装面有两个斜对角的螺纹盲孔结构;下端前后平面为锂离子电池极耳焊接面,可通过焊接方式将锂离子电池极耳焊接到极柱上。
6.根据权利要求1所述的一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置,其特征在于:所述负极柱[9]为纯铜材料,其结构特征与正极柱相同。
7.根据权利要求1所述的一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置,其特征在于:所述密封柱[4]为聚四氟乙烯材料。
8.根据权利要求1所述的一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置,其特征在于:所述固定螺钉[3]为全螺纹,并在轴向有开槽,一端有旋紧用的一字或十字开槽。
9.根据权利要求1所述的一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置,其特征在于:所述密封支撑层[6]对角上有两个安装孔。
10.根据权利要求1所述的一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置,其特征在于:所述螺钉[5]螺纹涂强化胶后拧紧,强化胶类型为双组份硅酮、双组份改性丙烯酸脂、改性环氧胶、双组份改性硅胶其中的一种或几种。
11.根据权利要求1所述的一种运载火箭用高倍率锂电池极柱顶盖装置,其特征在于:所述外密封绝缘层[7]和内密封绝缘层[8]为聚四氟乙烯材料,与正极柱[2]、负极柱[9]等一体注塑成型,厚度在0.2~2mm之间;所述阻流垫[10]为不锈钢或铝合金材料,厚度0.2mm~2mm,大小大于顶盖上注液孔的最小孔径。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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