CN202534715U

CN202534715U - 具有压力补偿装置的潜用智能锂电池组

Info

Publication number: CN202534715U
Application number: CN2012201546832U
Authority: CN
Inventors: 戴国群
Original assignee: BEIJING SHENZHOU YUANWANG TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: BEIJING SHENZHOU YUANWANG TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2022-04-12

Abstract

具有压力补偿装置的潜用智能锂电池组属于锂离子电池技术领域。该电池组箱体内设置若干串并联的单体锂电池与电池管理系统、以及由箱体、加油阀、水密插座、补偿皮囊、单向阀和防护罩组成的压力补偿装置；所述单体锂电池的正负极耳上设有极柱，极柱通过铆接结构铆接在单体锂电池所设极耳上；箱体内电池组的电气连接则通过相邻单体电池顶端所设极柱之间用汇流排连接完成；所述补偿皮囊设置在箱体上方，且和箱体围成一个密闭空间，补偿皮囊四周设计成皱褶结构形式；所述单向阀设置在补偿皮囊的顶部，蓄电池箱体与锂电池不会产生表观变形与性能损伤，本实用新型提供一种长寿命、高比量，高安全性、低成本，可满足深潜装备需求的智能型潜用锂电池组。

Description

具有压力补偿装置的潜用智能锂电池组

技术领域

本实用新型涉及到一种具有压力补偿装置的潜用智能锂电池组，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

深海装备：如深潜器、深潜运载器、深海救生装备、石油钻探装备等，通常需要在几百米、乃至数千米的深海压力环境下工作，随着装备下潜深度的增加，电池组所受的压力也相应加大。如果按照传统的做法，依靠增加箱体壳体厚度来保证箱体的结构强度、密封性等，势必会增加蓄电池组的体积和重量，加大自身能源消耗，从而影响装备的动力性与经济性等。

目前水下装备电源大都使用银锌二次电池，其使用寿命仅30余次，且维护成本高，远不能满足装备的长寿命、高功率、高安全、低成本的使用要求。同时，该电池在使用过程中，因其内部为液态电解液，在电池箱体受到较大外压时，存在安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的：

克服传统潜用二次蓄电池技术与性能的不足，提供一种长寿命、高比量，高安全性、低成本，可满足深潜装备需求的智能型潜用锂电池组。

本实用新型的技术方案：一种具有压力补偿装置的潜用智能锂电池组，其特征在于，包括：箱体及箱体内的若干串并联的单体锂电池、箱体内的电池管理系统、以及由箱体、加油阀、水密插座、补偿皮囊和单向阀组成的压力补偿装置；每个单体锂电池顶端固设有正极耳、负极耳及由极耳、极柱、连接片组成的极柱铆接结构，以及将多个单体电池极柱相互连在一起的汇流排；

箱体侧面设置通信水密插座、电源水密插座，箱体底部设置用于往箱体内充注与排放补偿压力油的加油阀；所述补偿皮囊设置在箱体上方且和箱体围成一个密闭空间，补偿皮囊四周设计成皱褶结构形式；所述单向阀设置在补偿皮囊的顶部。所述电池管理系统包括DSP处理器、电压采集模块、温度采集模块、电源处理模块、数据存取模块和CAN通讯模块。

所述的一种具有压力补偿装置的潜用智能锂电池组的制备方法，其特征在于，在单体锂电池侧边热复合之前，采取多次抽真空，真空压强维持在-0.08Mpa以下，并且采用反复压实工艺，压强控制在8kg/cm²～12kg/cm²，保证单体锂电池表面没有能摸到的气泡；

进一步，具有压力补偿装置的潜用智能锂电池组，还包括：安装在充油箱体内的若干串并联的单体锂电池、电池固定支架、连接件、汇流排等，采用连接件和铆钉，将单体锂电池极耳与输出极柱铆接在一起，实现大电流充放电功能。所述单体锂电池采用聚合物体系，经特殊生产工艺处理，制成耐压结构。

再进一步，具有压力补偿装置的潜用智能锂电池组，还包括：安装在补偿压力油中，由耐压电子元器件制作而成的电池管理系统。

更进一步，具有压力补偿装置的潜用智能锂电池组，还包括：补偿压力油，所述补偿压力油选用性能优异的12烷基苯绝缘油。

本实用新型的优点：

本实用新型采用耐压新型锂电池组，大幅提高了蓄电池组的循环使用寿命、体积和重量比能，有效地提升了装备的动力性、安全性与经济性。

摒弃了传统箱体结构设计思路，采用补偿压力装置，使箱体减重达30％以上。

采用智能化管理电池组，实现在线实时监测电池组电压、温度、容量、电流等功能，以及故障检测、分析、定位与报警功能，数据存储与管理功能，大幅提高了蓄电池组的安全性和可操控性。

结构简洁、组装与维修方便。

附图说明

图1为电池箱外形构造示意图；

图2为单体聚合物锂电池示意图，左为主视图，右为侧视图；

图3为单体电池铆接方式示意图；

图4为电池组在未充注补偿压力油的状态结构剖视图；

图5为电池组在常压下充满补偿压力油的状态结构剖视图；

图6为电池组在高压下补偿压力油的状态结构剖视图；

图7为补偿压力油中的电池组(磷酸铁锂电池)在高压状态下的放电曲线。

图示：1-箱体，2-通信水密插座，3-电源水密插座，4-紧固螺栓，5-防护罩，6-单向阀，7-补偿皮囊，8-加油阀，9-补偿压力油，10单体锂电池。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

本实用新型基于下述原理：当压力容器中的液体受压时，处于液体中物体的每个表面上的点所受压力的大小是相等的。进一步，根据力的可传递性原理，只要物体内部没有空隙，物体任意一点的受力大小相等，方向相反，即合力为零。换而言之，处于受压液体中的物体，只要其内部没有空隙，是不会被压坏的。

如图2所示，所述单体锂电池10为耐压新型聚合物体系锂电池，采用叠片工艺制成。所述单体锂电池10的外壳为铝塑复合膜，顶端设有正极耳、负极耳。在制造过程中，一方面，在正负极膜片冲切及热复合等工序，采取滚压去毛刺工艺，有效控制毛刺高度在6微米以下，防止受压时，毛刺刺穿隔膜产生内部短路；另一方面，采用凝胶技术，使电解液与活性材料界面之间充分渗透，有效避免界面之间有游离的液态物质存在。更进一步，在单体锂电池侧边热复合之前，采取多次抽真空(真空压强-0.08Mpa以下)和反复压实工艺(平板模压，压强控制在8kg/cm²～12kg/cm²)，进一步消除电池内部的空隙，提高耐压性能。

所述压力补偿油9选用12烷基苯绝缘油，克服了采用传统液压油(又称压力油)对单体锂电池10铝塑复合膜外壳的溶解和腐蚀及应力开裂的不良影响。该绝缘油是毒性最低的合成油之一，具有优良的电气和耐热性能、抗氧老化性能，吸气性较好、介电强度高等特点。

所述管理系统，采用耐压电子元器件制作而成，如：电解电容采用贴片陶瓷电容取代等。控制电路板上所有元器件焊接，均采用无铅锡焊接，以消除金属铅对绝缘油的催化老化影响。

如图1所示，所述金属箱体1，其四个壁面及底面均采用金属板焊接而成，箱体1内部设置有锂电池组，箱体1侧面设置通信水密插座2，箱体1底面设置加油阀8，通过加油阀8往锂电池箱内充注补偿压力油9或将补偿压力油9排出。

所述补偿皮囊7，材质为耐油橡胶材料，皮囊四周设计成皱褶结构形式，以增加补偿能力。皮囊四周皱褶量，由补偿油量的数量决定。所述单向阀6设置在补偿皮囊7的顶部。

为保护柔性补偿皮囊7不被异物划伤和电池箱体的密封性，在补偿皮囊7的上方还设置的防护罩5，防护罩5上开有许多小孔，是为了增加透气和减轻重量。

如图3所示，单体锂电池10的输出极柱采用铆接紧固方式，该铆接结构采取上下为连接片，极耳夹在中间。铆钉依次从连接片、极耳、连接片穿出后进行铆接。铆接紧固方式的优点：接触电阻小，大电流放电性能好。

如图4所示，在常压下，将铆接好的各单体锂电池10，按照串并联顺序分别插入电池固定支架所设卡槽内，再将相邻的单体电池10的正负极柱上用汇流排进行连接，采用螺母紧固方式，完成箱体内电池组的串并联电气连接。

将管理系统安装在金属箱体1的内壁上，用螺钉锁紧。将检测线(电压检测线、温度检测线)焊接到管理系统和通信水密插座2对应所设连接端子上，完成检测电路连接；将电源线分别连接到电池组总正和总负的输出极柱上及电源水密插座3对应所设连接端子上，并用螺母进行紧固，以完成充放电路的连接，。

当电气线路连接完成后，可开始往电池箱体1内充注补偿压力油9，直至油位接近金属箱体1的顶部时，停止注油。然后，依次将补偿皮囊7、防护罩5与金属壳体1进行装配，并用紧固螺栓4与螺母锁紧。

打开单向阀6排出空气，连接好加油管路，打开加油阀8，继续向电池箱体1内注补偿压力油9，如图5所示，直至补偿皮囊7向上鼓起到防护罩5项端，且单向阀6不再冒出空气时，停止注油，关闭单向阀6和加油阀8。为防止蓄电池箱内压过大损坏箱体，需再次将加油阀8打开，放电一定量的补偿压力油8。

随着潜水器的下潜深度增加，蓄电池箱受到的外压逐渐加大，由于金属箱体1及单向阀6是刚性体，而补偿皮囊7为柔性材料极易变形，受压后，补偿皮囊7会先于金属箱体1的壁从中间开始逐渐往下凹陷(如图6所示)，蓄电池箱内的补偿压力油9受压，体积被压缩(补偿压力油在一定压力环境条件下会被压缩，压缩量大概为7％～10％)，进而产生内压，从而实现压力抵消与压力补偿之功能。由于在此变化过程中，箱体1及箱体1内的零部件没有参与体积的变化，补偿压力油9的体积压缩部分是通过补偿皮囊7受压后向下凹陷来弥补，故蓄电池箱体1与电池10不会产生表观变形与性能损伤。

当潜水器的上浮时，电池箱体所受水压逐渐减小，内压也逐渐释放，补偿压力油9体积逐渐恢复。当潜水器的全部完成上浮时，补偿皮囊7又恢复到如图5所示常压下的初始状态。

本实用新型经过78Mpa(相当于7950米水深压力下)的耐压试验(试验加压速度以5Mpa/10分钟递增)，在压力达50Mpa时，电池组开始放电，然后，采取一边加压一边放电的方式，直至压力达78Mpa时停止加压，并在此压力下，将电池组完全放电结束试验。试验结束后，经检查电池组及蓄电池箱体，外观完好，放电曲线如图7所示。

Claims

1.一种具有压力补偿装置的潜用智能锂电池组，其特征在于，包括：箱体内若干串并联的单体锂电池与电池管理系统、以及由箱体、加油阀、水密插座、补偿皮囊、单向阀和防护罩组成的压力补偿装置；

所述单体锂电池的正负极耳上设有极柱，极柱通过铆接结构铆接在单体锂电池所设极耳上；箱体内电池组的电气连接则通过相邻单体电池顶端所设极柱之间用汇流排连接完成；

所述箱体侧面设置通信水密插座和电源水密插座，箱体底部设置用于往箱体内充注与排放补偿压力油的加油阀；

所述补偿皮囊设置在箱体上方，且和箱体围成一个密闭空间，补偿皮囊四周设计成皱褶结构形式；所述单向阀设置在补偿皮囊的顶部；

所述电池管理系统包括DSP处理器、电压采集模块、温度采集模块、电源处理模块、数据存取模块和CAN通讯模块。