CN208386179U - 水下滑翔机电池单元、水下滑翔机电池组及水下滑翔机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下滑翔机电池单元、水下滑翔机电池组及水下滑翔机。该电池组包括：锂原电池、二极管和锂离子超级电容器；所述锂原电池的负极与所述锂离子超级电容器的负极、所述二极管的正极以及负极输出端相连；所述锂原电池的正极与所述锂离子超级电容器的正极、所述二极管的负极以及正极输出端相连，达到高能量密度、可较大倍率脉冲放电并且低自放电率的技术效果。

Description

水下滑翔机电池单元、水下滑翔机电池组及水下滑翔机

技术领域

本实用新型实施例涉及水下滑翔机技术，尤其涉及一种水下滑翔机电池单元、水下滑翔机电池组及水下滑翔机。

背景技术

水下滑翔机是一种新型的水下机器人，由于其利用净浮力和姿态角调整获得推进力，只在调整净浮力和姿态角时消耗少量能源，能源消耗极小，并且具有效率高、长续航的特点。虽然水下滑翔机的航行速度较慢，但其制造成本和维护费用低、可重复使用、并大量投放等特点，满足了长时间、大范围海洋探索的需要。

随着科技的进步，水下滑翔机的功耗不断降低，里程不断增加。目前水下滑翔机的能源主要来源于各种类型的电池组，其中锂电池因其能量密度高，被广泛应用于水下滑翔机的能源系统。

目前水下滑翔机使用的锂电池组大致分为两类，一类是可充电的锂离子电池组；另一类是不可充电的锂原电池组。

锂离子电池组具有较高的能量密度，较大的持续放电倍率，可反复充电，综合使用成本较低。目前水下滑翔机的功耗很小，任务时间可达到半年以上，锂离子电池组自放电的问题就不得不考虑进来，任务中锂离子电池组自放电消耗的能量已经占到水下滑翔机消耗的能量的较大比例，导致水下滑翔机的续航里程大打折扣。而且锂离子电池在锂电池中的能量密度相比锂原电池较低，这样在有限的体积和重量的情况下，不能进一步较大幅度的提高电池组的能量密度。

为了较大幅度的提升能量密度，提高水下滑翔机的工作时长和续航里程，部分水下滑翔机采用功率型锂原电池组来提升能量密度，这样可以发挥锂原电池长寿命，低自放电率的特点，有效的提升水下滑翔机的工作时长和续航里程。但是为了兼顾姿态调整或进行水面通信的较大倍率的情况，并不能使用能量密度更高的容量型锂原电池组，也就无法在有限空间尽最大可能提高电池组的容量。

结合水下滑翔机多数时间消耗极小的能量和在变换姿态或进行通信时需要较大脉冲电流的工作特点，水下滑翔机需要的是一种高能量密度、可较大倍率脉冲放电，并且低自放电率的电池组。

实用新型内容

本实用新型提供一种水下滑翔机电池单元、水下滑翔机电池组及水下滑翔机，以实现高能量密度和高瞬时功率的供能。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种水下滑翔机电池单元，该单元包括：锂原电池、二极管和锂离子超级电容器；

所述锂原电池的负极与所述锂离子超级电容器的负极、所述二极管的正极以及负极输出端相连；所述锂原电池的正极与所述锂离子超级电容器的正极、所述二极管的负极以及正极输出端相连。

可选的，所述锂原电池是锂硫电池、锂锰电池或锂铁电池。

可选的，所述锂离子超级电容器的数量为至少一个。

可选的，所述锂离子超级电容器数量为两个，其连接关系为串联或并联；所述锂离子超级电容器数量为至少三个，其连接关系为串联和/或并联。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种水下滑翔机电池组，该电池组包括，至少两个第一方面任一项所述的水下滑翔机电池单元的组合。

可选的，所述水下滑翔机电池单元数量为两个时，所述水下滑翔机电池单元之间为串联关系。

可选的，所述水下滑翔机电池单元数量为两个时，所述水下滑翔机电池单元之间为并联关系。

可选的，所述水下滑翔机电池单元数量为至少三个时，所述水下滑翔机电池单元之间的连接关系为串联和/或并联。

第三方面，本实用新型实施例提供了一种水下滑翔机，该水下滑翔机包括第一方面任一项所述的水下滑翔机电池单元。

可选的，该水下滑翔机包括第二方面任一项所述的水下滑翔机电池组。

本实用新型通过使用高容量型锂原电池、锂离子超级电容器与二极管的组合，解决了现有电池供能装置不符合水下滑翔机供能需求的问题，达到电池组具有高能量密度、低自放电率且较大倍率脉冲电流的技术效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的水下滑翔机电池单元的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的具有两个锂离子超级电容器SPC的水下滑翔机电池单元结构示意图；

图3为本实用新型实施例一提供的具有两个锂离子超级电容器SPC的水下滑翔机电池单元结构示意图；

图4本实用新型实施例一提供的具有三个锂离子超级电容器SPC的水下滑翔机电池单元结构示意图；

图5为本实用新型实施例二提供的具有两个水下滑翔机电池单元的水下滑翔机电池组的结构示意图；

图6为本实用新型实施例二提供的具有两个水下滑翔机电池单元的水下滑翔机电池组的结构示意图；

图7为本实用新型实施例二提供的具有三个水下滑翔机电池单元的水下滑翔机电池组的结构示意图；

图8为本实用新型实施例三提供的水下滑翔机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的水下滑翔机电池单元的结构示意图，本实施例可适用于水下滑翔机供能技术情况，具体包括如下结构：锂原电池BAT、二极管D和锂离子超级电容器SPC。

所述锂原电池BAT的负极与所述锂离子超级电容器SPC的负极、所述二极管D的正极以及负极输出端B-相连；所述锂原电池BAT的正极与所述锂离子超级电容器SPC的正极、所述二极管D的负极以及正极输出端B+相连。

其中，锂原电池BAT是一种以锂金属或锂合金为阳极材料，使用非水电解质溶液的电池，锂电池与锂离子电池不一样的是，前者是一次电池，后者是充电电池，具有高能量密度的特点。超级电容器是利用双电层原理的电容器，它是储能过程是可逆的一种电化学元件，可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个电容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。锂离子超级电容器SPC正极采用与超级电容相同的双电层理论，快速吸附的物理反应，是实现高功率的重要原因，负极锂离子可多方向插入大大提高锂离子插入速率，保证产品的高功率特性。锂离子超级电容器SPC相对于电池而言，正极不存在高活性的过渡金属氧化物，具有安全性。二极管D是一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过，可以采用普通二极管，也可以采用齐纳二极管。

具体的，二极管D用于防止锂原电池BAT过放电；在水下滑翔机电池单元的放电电流未超过锂原电池BAT允许的最大放电电流时，电池单元的放电电流由锂原电池BAT和锂离子超级电容器SPC共同放电提供；在水下滑翔机电池单元的放电电流超过锂原电池BAT允许的最大放电电流时，锂原电池BAT电压被拉低，此时锂离子超级电容器SPC电压比锂原电池BAT电压高，电池单元的放电电流主要由锂离子超级电容器SPC放电提供；当锂离子超级电容器SPC放电完成后，锂离子超级电容器SPC电压比锂原电池BAT电压低，且锂原电池BAT电压升高，此时锂原电池BAT对锂离子超级电容器SPC进行充电，以便下次锂离子超级电容器SPC放电使用。

可选的，锂原电池BAT是锂硫电池、锂锰电池或锂铁电池。

可选的，锂离子超级电容器SPC的数量为至少一个。

其中，锂离子超级电容器SPC的容量与数量的选择取决于水面通信时的电流与持续时间或水下滑翔机姿态调整。

可选的，锂离子超级电容器SPC数量为两个，其连接关系为串联或并联；锂离子超级电容器SPC数量为至少三个，其连接关系为串联和/或并联。

图2和图3为本实用新型实施例一提供的具有两个锂离子超级电容器SPC的水下滑翔机电池单元结构示意图，图4本实用新型实施例一提供的具有三个锂离子超级电容器SPC的水下滑翔机电池单元结构示意图。如图2所示，该水下滑翔机电池单元的两个锂离子超级电容器SPC为串联关系，如图3所示，该水下滑翔机电池单元的两个锂离子超级电容器SPC为并联关系，如图4所示，该水下滑翔机电池单元的三个锂离子超级电容器SPC，其中，两个锂离子超级电容器SPC为串联关系，而且二者的串联组合与另一个锂离子超级电容器SPC为并联关系。

锂离子超级电容器SPC根据锂原电池BAT电压的高低绝确定串联的数量，电压越高串联数量越多，电压越低，串联数量越少；锂离子超级电容器SPC根据脉冲电流的大小持续的时间确定并联的数量，当脉冲电流越大持续时间越长时，锂离子超级电容器SPC并联的数量越多，当脉冲电流越小持续时间越少时，锂离子超级电容器SPC的并联数量越少。

本实用新型通过使用锂原电池、锂离子超级电容器与二极管的组合，解决了现有电池供能装置不符合水下滑翔机供能需求的问题，达到电池组具有高能量密度、低自放电率且较大倍率脉冲电流的技术效果。

实施例二

本实施例可适用于水下滑翔机供能技术情况，具体包括如下结构：至少两个上述实施例任一项所述的水下滑翔机电池单元的组合。

图5和图6为本实用新型实施例二提供的具有两个水下滑翔机电池单元的水下滑翔机电池组的结构示意图，图7为本实用新型实施例二提供的具有三个水下滑翔机电池单元的水下滑翔机电池组的结构示意图。

可选的，如图5所示，水下滑翔机电池单元数量为两个时，水下滑翔机电池单元之间为串联关系。

可选的，如图6所示，水下滑翔机电池单元数量为两个时，水下滑翔机电池单元之间为并联关系。

可选的，如图7所示，水下滑翔机电池单元数量为至少三个时，两个水下滑翔机电池单元为串联关系，而且二者的串联组合与另一个水下滑翔机电池单元为并联关系。

本实用新型通过使用水下滑翔机电池单元的组合，实现多种功率输出，解决了现有电池供能装置不符合水下滑翔机供能需求的问题，达到电池组具有高能量密度、低自放电率且较大倍率脉冲电流的技术效果。

实施例三

图8为本实用新型实施例三提供的水下滑翔机的结构示意图，本实施例可适用于水下滑翔机供能技术情况，水下滑翔机310具体包括如下结构：上述实施例任一项所述的水下滑翔机电池单元320或水下滑翔机电池组320。

其中，水下滑翔机电池单元320或水下滑翔机电池组320设置于水下滑翔机310中，是水下滑翔机310的供能模块。

本实用新型通过使用锂原电池、锂离子超级电容器与二极管的组合，解决了现有电池供能装置不符合水下滑翔机供能需求的问题，达到电池组具有高能量密度、低自放电率且较大倍率脉冲电流的技术效果。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种水下滑翔机电池单元，其特征在于，包括：

锂原电池、二极管和锂离子超级电容器；

所述锂原电池的负极与所述锂离子超级电容器的负极、所述二极管的正极以及负极输出端相连；所述锂原电池的正极与所述锂离子超级电容器的正极、所述二极管的负极以及正极输出端相连。

2.根据权利要求1所述的水下滑翔机电池单元，其特征在于，其中，所述锂原电池是锂硫电池、锂锰电池或锂铁电池。

3.根据权利要求1所述的水下滑翔机电池单元，其特征在于，所述锂离子超级电容器的数量为至少一个。

4.根据权利要求3所述的水下滑翔机电池单元，其特征在于，所述锂离子超级电容器数量为两个，其连接关系为串联或并联；所述锂离子超级电容器数量为至少三个，其连接关系为串联和/或并联。

5.一种水下滑翔机电池组，其特征在于，包括：

至少两个权利要求1-4任一项所述的水下滑翔机电池单元的组合。

6.根据权利要求5所述的水下滑翔机电池组，其特征在于，所述水下滑翔机电池单元数量为两个时，所述水下滑翔机电池单元之间为串联关系。

7.根据权利要求5所述的水下滑翔机电池组，其特征在于，所述水下滑翔机电池单元数量为两个时，所述水下滑翔机电池单元之间为并联关系。

8.根据权利要求5所述的水下滑翔机电池组，其特征在于，所述水下滑翔机电池单元数量为至少三个时，所述水下滑翔机电池单元之间的连接关系为串联和/或并联。

9.一种水下滑翔机，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的水下滑翔机电池单元。

10.一种水下滑翔机，其特征在于，包括权利要求5-8任一项所述的水下滑翔机电池组。