CN113097620A - 轻量化设计的运载火箭锂离子电池组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，属于锂离子电池组领域，轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，包括电池堆、下壳体、上壳体、直撑杆、斜撑杆、液冷系统与两个内框架加强架；所述内框架加强架分别位于下壳体与上壳体的内部并通过螺栓固定安装；所述下壳体与上壳体上均一体成型有均匀分布的安装柱；所述安装柱的内侧开设有插槽，所述直撑杆与斜撑杆的两端分别与相邻的插槽插接，通过螺栓固定安装；所述下壳体、上壳体、直撑杆与斜撑杆形成电池组框架，所述电池堆安装于电池组框架的内侧。本发明，满足运载火箭的轻量化设计的同时保证整体结构的强度与稳定性，提供的散热能力能为锂离子电池组在太空时的正常使用。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池组领域，更具体地说，涉及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。
国内专利CN109065777A，一种轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，实现了运载火箭锂离子电池组高强度、轻量化设计的需求；但是其轻量化锂离子电池组，任然可以进一步轻量化，而电池组使用过程中的散热问题，并未得到解决，故而提出了轻量化设计的运载火箭锂离子电池组来解决上述问题
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，具备保证结构强度尽量轻量化与具备散热效果的优点，解决了轻量化锂离子电池组，任然可以进一步轻量化，而电池组使用过程中的散热问题，并未得到解决的问题。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，包括电池堆、下壳体、上壳体、直撑杆、斜撑杆、液冷系统与两个内框架加强架；
所述内框架加强架分别位于下壳体与上壳体的内部并通过螺栓固定安装；
所述下壳体与上壳体上均一体成型有均匀分布的安装柱；
所述安装柱的内侧开设有插槽，所述直撑杆与斜撑杆的两端分别与相邻的插槽插接，通过螺栓固定安装；
所述下壳体、上壳体、直撑杆与斜撑杆形成电池组框架，所述电池堆安装于电池组框架的内侧；
所述电池组框架位于液冷系统的内侧，所述液冷系统通过螺栓固定安装在下壳体与上壳体相背的一侧。
作为本发明进一步的方案：所述斜撑杆两端的截面形状均为半圆形，相邻的两个所述斜撑杆相邻的一端相接触，两个斜撑杆接触的一端形成完整圆形的外径与插槽的内径相匹配。
作为本发明进一步的方案：所述下壳体与上壳体相对的一侧均设置有电池堆安装槽，两个所述内框架加强架分别固定安装在两个电池堆安装槽的内侧。
作为本发明进一步的方案：所述液冷系统分为出液口、进液口与两个曲形换热管，两个所述曲形换热管分别固定安装于下壳体与上壳体相背的一侧并分别与下壳体及上壳体接触，两个所述曲形换热管的两端分别与出液口、进液口一体成型。
作为本发明进一步的方案：所述曲形换热管上一体成型有均匀分布的外接耳，所述外接耳通过螺栓固定安装在下壳体与上壳体上。
作为本发明进一步的方案：所述下壳体与上壳体相背的一侧均固定安装有防护板，两个所述曲形换热管位于两个防护板相对的一侧。
作为本发明进一步的方案：所述下壳体与上壳体的正面与背面均开设有缺口，两个曲形换热管的两端穿插于缺口的内侧。
作为本发明进一步的方案：所述下壳体与上壳体为镍基合金、钴基合金、铝合金与镁合金中的一种制成，所述防护板为碳纤维制成。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案，通过螺栓将直撑杆与斜撑杆的两端分别固定在下壳体与上壳体之间，通过下壳体、上壳体、直撑杆与斜撑杆形成电池组框架对电池堆进行安装，利用斜撑杆的斜向支撑构成三角形的稳定结构，提高电池组框架整体的稳定性，增强其整体结构强度，通过内框架加强架均匀的框架结构，让应力得到合理的释放，进一步加强下壳体与上壳体的结构稳定，同时限制定位电池堆电池堆的位置，利用液冷系统内部流动的液体来对锂离子电池组进行散热，满足运载火箭的轻量化设计的同时保证整体结构的强度与稳定性，提供的散热能力能为锂离子电池组在太空时的正常使用。
(2)本方案，相邻的斜撑杆相邻的一端相接触，形成一个完整的圆柱体，从而适配插槽，同时并互相抵消斜撑杆的作用力，提高结构的承载能力，同时减小安装柱的体积，减少材料使用，达到轻量化设计目的，满足运载火箭的使用需求。
(3)本方案，电池堆安装在电池堆安装槽的内侧，并通过内框架加强架加强稳定电池堆安装槽的结构，减少下壳体与上壳体由于开设电池堆安装槽所造成的影响，同时限制定位电池堆的位置。
(4)本方案，出液口、进液口与火箭内的液冷装置相连接，液体从曲形换热管流动与电池堆所散发的热量进行交换，达到散热效果，被加温后的液体通过传导再流到散热片里，通过火箭外部散热片辐射出去，能够控制锂离子电池组的工作不会过高，提高锂离子电池组的使用安全性，降低故障率。
(5)本方案，通过螺栓将外接耳固定在下壳体与上壳体上，进而方便工作者将曲形换热管安装在下壳体与上壳体上，方便使用者的安装使用，避免曲形换热管脱落的情况发生。
(6)本方案，通过防护板对两个曲形换热管进行防护，避免发生碰撞导致曲形换热管破裂导致液体泄漏，提高液冷系统使用的安全性。
(7)本方案，通过缺口对曲形换热管的端口进行收纳，减少锂离子电池组的凸起，以便于对锂离子电池组的安装使用，同时对曲形换热管起到一定的保护作用。
(8)本方案，下壳体与上壳体均为结构强度高与材质较轻的材料制成，实现轻量化设计的同时保证零部件与整体结构的强度，而碳纤维制成的防护板重量较轻，减小运载火箭的负担，同时具备较好的防撞击能力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明下壳体与内框架加强架的连接结构示意图；
图3为本发明上壳体的结构示意图；
图4为本发明内框架加强架的结构示意图；
图5为本发明液冷系统的结构示意图。
图中标号说明：
1、电池堆；2、下壳体；3、上壳体；4、斜撑杆；5、液冷系统；51、出液口；52、进液口；53、曲形换热管；531、外接耳；6、内框架加强架；7、直撑杆；8、插槽；9、电池堆安装槽；10、防护板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
请参阅图1～5，本发明实施例中，轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，包括电池堆1、下壳体2、上壳体3、直撑杆7、斜撑杆4、液冷系统5与两个内框架加强架6；内框架加强架6分别位于下壳体2与上壳体3的内部并通过螺栓固定安装；下壳体2与上壳体3上均一体成型有均匀分布的安装柱7；安装柱7的内侧开设有插槽8，直撑杆7与斜撑杆4的两端分别与相邻的插槽8插接，通过螺栓固定安装；下壳体2、上壳体3、直撑杆7与斜撑杆4形成电池组框架，电池堆1安装于电池组框架的内侧；电池组框架位于液冷系统5的内侧，液冷系统5通过螺栓固定安装在下壳体2与上壳体3相背的一侧，通过螺栓将直撑杆7与斜撑杆4的两端分别固定在下壳体2与上壳体3之间，通过下壳体2、上壳体3、直撑杆7与斜撑杆4形成电池组框架对电池堆1进行安装，利用斜撑杆4的斜向支撑构成三角形的稳定结构，提高电池组框架整体的稳定性，增强其整体结构强度，通过内框架加强架6均匀的框架结构，让应力得到合理的释放，进一步加强下壳体2与上壳体3的结构稳定，同时限制定位电池堆1电池堆1的位置，利用液冷系统5内部流动的液体来对锂离子电池组进行散热，满足运载火箭的轻量化设计的同时保证整体结构的强度与稳定性，提供的散热能力能为锂离子电池组在太空时的正常使用；斜撑杆4两端的截面形状均为半圆形，相邻的两个斜撑杆4相邻的一端相接触，两个斜撑杆4接触的一端形成完整圆形的外径与插槽8的内径相匹配，相邻的斜撑杆4相邻的一端相接触，形成一个完整的圆柱体，从而适配插槽8，同时并互相抵消斜撑杆4的作用力，提高结构的承载能力，同时减小安装柱7的体积，减少材料使用，达到轻量化设计目的，满足运载火箭的使用需求；下壳体2与上壳体3相对的一侧均设置有电池堆安装槽9，两个内框架加强架6分别固定安装在两个电池堆安装槽9的内侧，电池堆1安装在电池堆安装槽9的内侧，并通过内框架加强架6加强稳定电池堆安装槽9的结构，减少下壳体2与上壳体3由于开设电池堆安装槽9所造成的影响，同时限制定位电池堆1的位置。
本实施例中，通过螺栓将直撑杆7与斜撑杆4的两端分别固定在下壳体2与上壳体3之间，通过下壳体2、上壳体3、直撑杆7与斜撑杆4形成电池组框架对电池堆1进行安装，利用斜撑杆4的斜向支撑构成三角形的稳定结构，提高电池组框架整体的稳定性，增强其整体结构强度，相邻的斜撑杆4相邻的一端相接触，形成一个完整的圆柱体，从而适配插槽8，同时并互相抵消斜撑杆4的作用力，提高结构的承载能力，同时减小安装柱7的体积，减少材料使用，通过内框架加强架6均匀的框架结构，让应力得到合理的释放，电池堆1安装在电池堆安装槽9的内侧，并通过内框架加强架6加强稳定电池堆安装槽9的结构，减少下壳体2与上壳体3由于开设电池堆安装槽9所造成的影响，同时限制定位电池堆1的位置，利用液冷系统5内部流动的液体来对锂离子电池组进行散热，满足运载火箭的轻量化设计的同时保证整体结构的强度与稳定性，提供的散热能力能为锂离子电池组在太空时的正常使用。
实施例2
请参阅图1、3与5，在实施例1的基础上做了进一步的改进：
液冷系统5分为出液口51、进液口52与两个曲形换热管53，两个曲形换热管53分别固定安装于下壳体2与上壳体3相背的一侧并分别与下壳体2及上壳体3接触，两个曲形换热管53的两端分别与出液口51、进液口52一体成型；曲形换热管53上一体成型有均匀分布的外接耳531，外接耳531通过螺栓固定安装在下壳体2与上壳体3上；下壳体2与上壳体3相背的一侧均固定安装有防护板10，两个曲形换热管53位于两个防护板10相对的一侧；下壳体2与上壳体3的正面与背面均开设有缺口，两个曲形换热管53的两端穿插于缺口的内侧。
本实施例中，出液口51、进液口52与火箭内的液冷装置相连接，液体从曲形换热管53流动与电池堆1所散发的热量进行交换，达到散热效果，被加温后的液体通过传导再流到散热片里，通过火箭外部散热片辐射出去，能够控制锂离子电池组的工作不会过高，提高锂离子电池组的使用安全性，降低故障率；
通过螺栓将外接耳531固定在下壳体2与上壳体3上，进而方便工作者将曲形换热管53安装在下壳体2与上壳体3上，方便使用者的安装使用，避免曲形换热管53脱落的情况发生，通过防护板10对两个曲形换热管53进行防护，再通过缺口对曲形换热管53的端口进行收纳，减少锂离子电池组的凸起，以便于对锂离子电池组的安装使用，同时对曲形换热管53起到一定的保护作用，避免发生碰撞导致曲形换热管53破裂导致液体泄漏，提高液冷系统5使用的安全性。
工作原理：通过螺栓将直撑杆7与斜撑杆4的两端分别固定在下壳体2与上壳体3之间，通过下壳体2、上壳体3、直撑杆7与斜撑杆4形成电池组框架对电池堆1进行安装，利用斜撑杆4的斜向支撑构成三角形的稳定结构，提高电池组框架整体的稳定性，增强其整体结构强度，相邻的斜撑杆4相邻的一端相接触，形成一个完整的圆柱体，从而适配插槽8，同时并互相抵消斜撑杆4的作用力，提高结构的承载能力，同时减小安装柱7的体积，减少材料使用，通过内框架加强架6均匀的框架结构，让应力得到合理的释放，电池堆1安装在电池堆安装槽9的内侧，并通过内框架加强架6加强稳定电池堆安装槽9的结构，减少下壳体2与上壳体3由于开设电池堆安装槽9所造成的影响，同时限制定位电池堆1的位置，出液口51、进液口52与火箭内的液冷装置相连接，液体从曲形换热管53流动与电池堆1所散发的热量进行交换，达到散热效果，被加温后的液体通过传导再流到散热片里，通过火箭外部散热片辐射出去，能够控制锂离子电池组的工作不会过高，提高锂离子电池组的使用安全性，降低故障率，满足运载火箭的轻量化设计的同时保证整体结构的强度与稳定性，提供的散热能力能为锂离子电池组在太空时的正常使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，其特征在于：包括电池堆(1)、下壳体(2)、上壳体(3)、直撑杆(7)、斜撑杆(4)、液冷系统(5)与两个内框架加强架(6)；
所述内框架加强架(6)分别位于下壳体(2)与上壳体(3)的内部并通过螺栓固定安装；
所述下壳体(2)与上壳体(3)上均一体成型有均匀分布的安装柱(7)；
所述安装柱(7)的内侧开设有插槽(8)，所述直撑杆(7)与斜撑杆(4)的两端分别与相邻的插槽(8)插接，通过螺栓固定安装；
所述下壳体(2)、上壳体(3)、直撑杆(7)与斜撑杆(4)形成电池组框架，所述电池堆(1)安装于电池组框架的内侧；
所述电池组框架位于液冷系统(5)的内侧，所述液冷系统(5)通过螺栓固定安装在下壳体(2)与上壳体(3)相背的一侧。
2.根据权利要求1所述的轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，其特征在于：所述斜撑杆(4)两端的截面形状均为半圆形，相邻的两个所述斜撑杆(4)相邻的一端相接触，两个斜撑杆(4)接触的一端形成完整圆形的外径与插槽(8)的内径相匹配。
3.根据权利要求1所述的轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，其特征在于：所述下壳体(2)与上壳体(3)相对的一侧均设置有电池堆安装槽(9)，两个所述内框架加强架(6)分别固定安装在两个电池堆安装槽(9)的内侧。
4.根据权利要求1所述的轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，其特征在于：所述液冷系统(5)分为出液口(51)、进液口(52)与两个曲形换热管(53)，两个所述曲形换热管(53)分别固定安装于下壳体(2)与上壳体(3)相背的一侧并分别与下壳体(2)及上壳体(3)接触，两个所述曲形换热管(53)的两端分别与出液口(51)、进液口(52)一体成型。
5.根据权利要求4所述的轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，其特征在于：所述曲形换热管(53)上一体成型有均匀分布的外接耳(531)，所述外接耳(531)通过螺栓固定安装在下壳体(2)与上壳体(3)上。
6.根据权利要求4所述的轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，其特征在于：所述下壳体(2)与上壳体(3)相背的一侧均固定安装有防护板(10)，两个所述曲形换热管(53)位于两个防护板(10)相对的一侧。
7.根据权利要求4所述的轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，其特征在于：所述下壳体(2)与上壳体(3)的正面与背面均开设有缺口，两个曲形换热管(53)的两端穿插于缺口的内侧。
8.根据权利要求1所述的轻量化设计的运载火箭锂离子电池组，其特征在于：所述下壳体(2)与上壳体(3)为镍基合金、钴基合金、铝合金与镁合金中的一种制成，所述防护板(10)为碳纤维制成。
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2021
- 2021-03-29 CN CN202110334141.7A patent/CN113097620A/zh active Pending
Patent Citations (6)
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