CN110098359A - 一种运载火箭锂离子电池组用复合支撑层结构 - Google Patents

一种运载火箭锂离子电池组用复合支撑层结构 Download PDF

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Abstract

一种运载火箭锂离子电池组用复合支撑层结构，该结构是将支撑泡沫、缓冲板、支撑板、整平板依次粘接形成一种复合层。整个复合层总厚度高于应用电池组极柱的高度。该结构应用于运载火箭锂离子电池组内部方形单体电池高度方向的可靠固定，上层支撑泡沫为低密度的聚苯乙烯泡沫材料，与应用电池组极柱形状、跨接片形状、压接端子形状以及安全阀形状等相匹配，并在上表面设置走线槽，实现应用电池组内部导线的走线和固定，同时可以防止应用电池组内部跨接片错误连接造成短路或在爆炸，在运载火箭领域具有极大的推广应用价值。

Description

一种运载火箭锂离子电池组用复合支撑层结构
技术领域
本发明涉及一种运载火箭锂锂离子电池组用复合支撑层结构，特别是一种运载火箭锂锂离子电池组内部为方形锂离子单体电池顶部用以固定单体电池的一种复合支撑层结构。
背景技术
随着科学技术发展，锂离子电池的应用范围越来越广泛。在运载领域，传统锌银电池性能逐渐不能满足未来型号的需求，在比能量、比功率、循环性能、使用性能等方面都不如锂离子电池。因此，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。
方形锂离子电池单体是运载火箭常用的一种结构形式，该结构形式的锂离子单体电池具有较高的可靠性，然而该结构形式的单体电池的接线柱为凸出的裸露结构，在单体电池成组过程中需要进行跨接，该过程容易发生跨接错误从而造成短路，甚至产生严重的安全性问题。锂离子电池一般需要通过测量单体电池电压以确保电池充放电的安全性，监控导线的走线成困难，走线不规范可能导致监控导线与金属外壳摩擦而损坏。此外，运载火箭用锂离子电池组相对其他应用领域，要求具有更高的力学强度和更轻的重量。
中国专利CN106450074A《软包动力锂离子电池模组支撑框板》涉及的支撑框板ABS树脂和聚碳酸脂注塑而成，支撑框板上设置有条形通孔，条形通孔贯有导热板，该板主要实现软包装动力电池堆的固定和散热；CN105006536A《一种方向锂离子电池壳体内用支架及其使用方法》涉及的支架安装在单体电池内部减缓单体电池循环过程中发生S形变，从而提升电池的循环性能。CN105489822A《一种新型锂离子电池模组的连接固定结构》涉及的是锂离子电池模组生产过程采用的焊接辅助工装。CN104332571B《车用蓄电池的固定架》涉及的固定架主要满足蓄电池组的方便固定、拆卸以及散热作用。
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力学高可靠性、生产过程错接的安全隐患以及运载火箭要求电池组轻质量等问题。
本发明的解决方案是：一种运载火箭锂离子电池组用复合支撑层结构，包括支撑泡沫、缓冲板、支撑板、整平板，依次粘接形成的一种复合层，复合层厚度大于应用电池组内部单体电池的极柱的高度。
进一步，所述支撑泡沫，材质为力学强度较高密度较低的聚苯乙烯泡沫，其上设置极柱孔用以让单体电池极柱通过，设置跨接片槽实现跨接片的防差错安装、导线规范走线，设置端子槽、集线区、总输出口、走线槽等实现导线的走线，设置安全阀孔位实现单体电池安全阀的顺利开启和支持泡沫的顺利安装。
进一步，所述缓冲板为弹性较好的橡胶板，缓冲板上分布有跑道形状孔，允许单体电池极柱部分穿过。所述支撑板，材质刚度较大的非金属板材，支撑板上分布有跑道形状孔，允许单体电池极柱部分穿过。所述整平板为弹性较好的橡胶板，整平板上分布有跑道形状孔，允许单体电池极柱部分穿过，整平板与应用电池组单体电池极柱盖板所在位置的壳体直接接触，可以允许整平板之下的单体电池存在一定的高度差。
进一步，复合支撑结构安装完成后，底部整平板将应用电池组内部若干个单体电池的高度差整平，支撑板将整平板的非均匀力均匀地向上传递给缓冲板，缓冲板再次分配仍然存在的非均匀力，将传递力更均匀地分配给支持泡沫，有效防止支撑泡沫局部过应力而造成永久性变形。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的复合支撑层结构包括支撑泡沫、缓冲板、支撑板、整平板，依次粘接形成的一种复合层，兼顾有重量轻、支撑固定抗力学性能好的特点。
(2)本发明支撑泡沫的结构设计具有防差错的特点，防止生产过程跨接片连接错误造成安全隐患。
(3)本发明支撑泡沫的结构设计具有导线走线槽，可以规范锂离子单体电池的走线布线，防止导线走线不规范造成导线断裂或磨损。
附图说明
图1为本发明的符合支撑层结构应用安装结构示意图；
图2为本发明的电池组内部单体电池的结构示意图；
图3为本发明运载火箭锂离子电池组用复合支撑层结构组成示意图；
图4为本发明的支撑泡沫结构示意图；
图5为本发明的缓冲板结构示意图；
图6为本发明的支撑板结构示意图；
图7为本发明的整平板结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明复合支撑层结构应用安装示意图，复合支撑层结构安装到应用电池组电池堆的上部，涉及单体电池接线柱部分全部嵌入复合支撑层内部，复合支撑层整体厚度高于单体电池接线柱高度。
如图2所示，本发明应用电池组内部锂离子单体电池的结构，锂离子单体电池为方形结构，接线柱高度为h6，接线柱导电安装平面到电池壳体距离为h7，接线柱直径为D2，安全阀的直径为D3。
如图3所示，本发明一种运载火箭锂离子电池组用复合支撑层结构示意图，所述复合支撑层结构，包括支撑泡沫1、缓冲板2、支撑板3、整平板4，依次粘结形成的一种复合层。复合支撑结构中，底部整平板4将应用电池组内部若干个单体电池的高度差整平，支撑板将整平板的非均匀力均匀地向上传递给缓冲板，缓冲板再次分配仍然存在的非均匀力，将传递力更均匀地分配给支持泡沫，有效防止支撑泡沫局部过应力而造成永久性变形。
如图4为支撑泡沫1，材质为聚苯乙烯泡沫，密度为30kg/m3～50kg/cm3，压缩强度不小于200kpa，熔结性不小于60N，支撑泡沫厚度为h1。支撑泡沫包括有极柱孔101、跨接片槽102、端子槽103、走线槽104、总输出开槽105、集线区106、安全阀孔位107。极柱孔101为通孔，与电池组内部单体电池极柱位置相对应，直径大小允许极柱顺利通过并略大于极柱跨接时所用安装套筒的直径。跨接片槽102仅设置在应用电池组跨接片存在的位置，深度至少满足应用应用电池组跨接片的安装，宽度至少满足应用跨接片安装后的宽度，跨接片槽支撑泡沫底面的距离为h5；端子槽103仅设置在应用电池组压接端子存在的位置，深度至少满足应用电池组压接端子的安装，宽度至少满足应用压接端子安装后的宽度。走线槽104将应用电池组的端子槽联通到达集线区。安全阀孔位，设置在应用电池组单体电池安全阀的位置，其深度应至少满足支撑泡沫正常安装到应用电池组。总输出开槽105仅仅设置在应用电池组功率总输出压接端子的位置，深度至少满足应用电池组总输出压接端子的安装，宽度至少满足应用电池组总输出压接端子安装后的宽度。集线区106设置在应用电池组输出口附近，集线区实现应用电池组内部冗余长度导线的放置和分配。安全阀孔位107直径为D4，与单体电池安全阀直径相匹配，深度满足安全阀正常安装的要求。
如图5为缓冲板2，材质为弹性较好的橡胶板，一般为三元乙丙橡胶、氟橡胶、航空橡胶、硅橡胶等其中的一种，厚度h2在0.4mm～4mm之间，缓冲板本体201上分布有跑道形状孔202，位置与应用电池组单体电池位置匹配，跑道形状孔大小允许应用电池组单体电池极柱部分穿过，但不允许应用电池组单体电池壳体部分穿过。
如图6为支撑板3，材质刚度较大的非金属板材，一般为环氧玻璃布层压板、酚醛层压板、聚酰亚胺板、尼龙板等其中的一种，厚度h3在0.4～4mm之间，支撑板本体301上分布有跑道形状孔302，位置与应用电池组单体电池位置匹配，跑道形状孔大小允许应用电池组单体电池极柱部分穿过，但不允许应用电池组单体电池壳体部分穿过。
如图7为整平板4，材质为弹性较好的橡胶板，一般为三元乙丙橡胶、氟橡胶、航空橡胶、硅橡胶等其中的一种，厚度h4在0.4mm～4mm之间，整平板本体401上分布有跑道形状孔402，位置与应用电池组单体电池位置匹配，跑道形状孔大小允许应用电池组单体电池极柱部分穿过，但不允许应用电池组单体电池壳体部分穿过，整平板与应用电池组单体电池极柱盖板所在位置的壳体直接接触，可以允许整平板之下的单体电池存在一定的高度差。
如图2、图4～图7所示，尺寸h6≤h1+h2+h3+h4；尺寸h7≥h2+h3+h4+h5；
尺寸D1≥D2且D1大小满足拧紧工具的外径；尺寸D3≤D4。

Claims (6)

1.一种运载火箭锂离子电池组用复合支撑层结构，其特征在于：包括支撑泡沫[1]、缓冲板[2]、支撑板[3]、整平板[4]依次粘接形成的一种复合层，复合层厚度大于应用电池组内部单体电池的极柱的高度。
2.根据权利要求1所述的一种运载火箭锂离子电池组用复合支撑层结构，其特征在于：所述支撑泡沫[1]，材质为聚苯乙烯泡沫，密度为30kg/m3～50kg/cm3，压缩强度≥200kpa，熔结性≥60N。
3.根据权利要求1所述的一种运载火箭锂离子电池组用复合支撑层结构，其特征在于：所述支撑泡沫[1]，包括极柱孔、跨接片槽、端子槽、集线区、总输出口、走线槽、安全阀孔位；
所述极柱孔为通孔，与电池组内部单体电池极柱位置相对应，直径大小允许极柱顺利通过并略大于极柱跨接时所用安装套筒的直径。
所述跨接片槽仅设置在应用电池组跨接片存在的位置，深度至少满足应用应用电池组跨接片的安装，宽度至少满足应用跨接片安装后的宽度；
所述端子槽仅设置在应用电池组压接端子存在的位置，深度至少满足应用电池组压接端子的安装，宽度至少满足应用压接端子安装后的宽度；
所述集线区设置在应用电池组输出口附近，集线区实现应用电池组内部冗余长度导线的放置和分配；
所述总输出口仅仅设置在应用电池组功率总输出压接端子的位置，深度至少满足应用电池组总输出压接端子的安装，宽度至少满足应用电池组总输出压接端子安装后的宽度；
所述走线槽将应用电池组的端子槽联通到达集线区。
安全阀孔位，设置在应用电池组单体电池安全阀的位置，其深度应至少满足支撑泡沫正常安装到应用电池组。
4.根据权利要求1所述的一种运载火箭锂离子电池组用复合支撑层结构，其特征在于：所述缓冲板[2]为弹性较好的橡胶板，一般为三元乙丙橡胶、氟橡胶、航空橡胶、硅橡胶其中的一种，厚度在0.4mm～4mm之间，缓冲板上分布有跑道形状孔，位置与应用电池组单体电池位置匹配，跑道形状孔大小允许应用电池组单体电池极柱部分穿过，不允许应用电池组单体电池壳体部分穿过。
5.根据权利要求1所述的一种运载火箭锂离子电池组用复合支撑层结构，其特征在于：所述支撑板[3]，材质刚度较大的非金属板材，一般为环氧玻璃布层压板、酚醛层压板、聚酰亚胺板、尼龙板其中的一种，厚度在0.4～4mm之间，支撑板上分布有跑道形状孔，位置与应用电池组单体电池位置匹配，跑道形状孔大小允许应用电池组单体电池极柱部分穿过，不允许应用电池组单体电池壳体部分穿过。
6.根据权利要求1所述的一种运载火箭锂离子电池组用复合支撑层结构，其特征在于：所述整平板[4]为弹性较好的橡胶板，一般为三元乙丙橡胶、氟橡胶、航空橡胶、硅橡胶中的一种，厚度在0.4mm～4mm之间，整平板上分布有跑道形状孔，位置与应用电池组单体电池位置匹配，跑道形状孔大小允许应用电池组单体电池极柱部分穿过，但不允许应用电池组单体电池壳体部分穿过，整平板与应用电池组单体电池极柱盖板所在位置的壳体直接接触，可以允许整平板之下的单体电池存在一定的高度差。
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