CN103700793A - 具有自动补偿深水压力功能的锂电池组 - Google Patents
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Abstract
一种具有自动补偿深水压力功能的锂电池组,其特征在于,包括:外箱体组件、内箱体组件、外置压力补偿器、锂电池;所述外箱体组件包括外箱体及外箱体上面设置的密封圈和上盖;所述外箱体内设有内箱体组件,所述内箱体组件包括内箱体、电池管理***、以及内箱体设有的电池卡槽;所述单体锂电池安装在间隔距离相等的电池卡槽内;所述外置压力补偿器通过输油软管与外箱体相连。本发明的目的在于克服现有电池技术与性能的不足,提供一种长寿命、高能量、安装方式灵活,有效载荷大,维护方便,可在任意水深下工作的新型锂电池组。
Description
技术领域
本发明涉及到一种具有自动补偿深水压力功能的锂电池组。
背景技术
深潜器、深海救生装备、石油钻探装备等,通常需要在数百米、乃至数千米的深海压力环境下工作。随着下潜深度的增加,电池组所受外压力也相应加大。依传统的做法,采取增加壳体材料厚度来保证箱体的结构强度。此法虽然解决了耐压强度问题,但却增加了蓄电池箱体的重量,大幅减少了潜器的有效载荷。
此前,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,且存在使用维护成本高、不可大倾角使用等缺陷。近年来,由于锂离子电池具有比功率高、比能量大、循环寿命长、安全性好、工作温度范围宽、环境适应性好(耐高温、高湿、高盐环境)、易维护、安装与使用位置不受限制、任意形状尺寸等优点,已成为当前最有应用前景的水下工作能源。
直压式电池(即:直接将电池或电池组封死在树脂胶内):一方面,一旦电池组中某个单体电池或电路出现故障时,存在不能维修的问题,只能整组报废。另一方面,当电池组中串并联数量多或电池外形尺寸大时,各电池之间的空隙没办法彻底解决;在受压时,因空隙的存在,极易造成电池组损坏,可靠性很差。
由于种种原因,一些深潜器装备的安装空间有限制,要求电池组具有灵活的安装方式。
发明内容
本发明的目的在于克服现有电池技术与性能的不足,提供一种长寿命、高能量、安装方式灵活,有效载荷大,维护方便,可在任意水深下工作的新型锂电池组。
本发明的技术方案:
一种具有自动补偿深水压力功能的锂电池组,其特征在于,包括:外箱体组件、内箱体组件、外置压力补偿器、锂电池;所述外箱体组件包括外箱体及外箱体上面设置的密封圈和上盖;所述外箱体内设有内箱体组件,所述内箱体组件是由内箱体、电池管理***、以及内箱体设有的电池卡槽;所述单体锂电池安装在间隔距离相等的电池卡槽内;所述外置压力补偿器通过输油软管与外箱体相连;
所述的外置压力补偿器结构为:将补偿皮囊置于圆柱形外壳内,所述的圆柱形外壳一端通过输油软管与外箱体相连,另一端设有导杆出入孔,并且所述导杆一端固定连接补偿皮囊,导杆另一端自由伸出,在圆柱形外壳内的导杆上外套有弹簧,圆柱形外壳上还设有进水孔。
再进一步,所述电池管理***工作时直接浸泡在压力油中。由耐压耐油电子器件制作而成。主从控模块采用一体化结构(即主从控模块布在同一电路板上),同一组电池组内设置2个管理***,实行双路同时采集,互为备用。具有在线实时监测电池组总电压、总电流、容量、各单体电池温度与鼓胀状态及故障诊断、早期预警与控制功能。
更进一步,具有自动补偿深水压力功能的新型锂电池组,还包括:进水传感器,所述进水传感器安装在外箱体内易损坏进水部位,实现进水报警功能。
更进一步,所述保险丝设置在总电路中,当电池组产生过流时,提供二级保护。
本发明的优点:
1.摒弃了传统箱体结构设计思路,采用补偿压力装置,有效载荷提高40%以上。
2.提高了蓄电池组的循环使用寿命和体积比能量,大幅延长了深潜设备的续航能力。
3.电池组安装方式灵活,维护方便,具有在任意水深下工作能力。
4.同一电池组内设置两电池管理***,双路同时采集,互为备用,有效的提高了电池组的安全性和可靠性。
附图说明
图1为电池组外形构造示意图;
图2为外箱体结构示意图;
图3为单体电池外形示意图;
图4为内箱体结构示意示意图;
图5为内箱体组装结构示意图;
图6为外置压力补偿器在未受压时的状态结构剖视图;
图7为外置压力补偿器在受压后的状态结构剖视图;
图示:1-外箱体,2-外置压力补偿器,3-水密接插件,4-单体电池,5-内箱体,6-电池管理***,7-保险丝,8-汇流条,9-补偿皮囊,10-压力油,11-输油软管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明:
如图1所示,所述外置压力补偿器2的补偿量由外箱体1所液压油10决定(通常取液压油量的7%~10%)。通过输油软管与外壳体1相连,所述输油软管11为镶嵌有金属线的软管,长度根据需要设定。1e为上盖。
如图2所示,所述外箱体1,其四个壁面及底面均采用金属板焊接而成。侧面设有水密接插件安装座1c,加油阀1a和外置压力补偿器2的接口安装座1b。通过加油阀1a往箱内充注压力油10或将压力油10放出;箱内还设有固定内箱体组件的凸台1d和压板。
如图3所示,所述单体电池4为聚合物材料体系的锂离子电池,采用特殊生产工艺处理制成耐压结构。通过铆接结构实现所述单体电池4与输出极柱4b的连接。该铆接结构上下为连接片4c,中间为单体电池的极耳。铆钉4a和极柱4b依次从连接片4c、极耳、连接片4c穿出后进行铆接。所述连接片4c、极柱4b均采用导电良好的紫铜材料制成。所述单体电池4安装在间隔距离相等的所述电池卡槽5c内。
如图4所示,所述内箱体5,其四个壁面及底面均采用金属板焊接而成。所述电池卡槽5c用螺栓固定在其内壁上;所述电池卡槽5c选用耐油塑胶材料制成,其上设间隔距离相等的凹槽。所述电池管理***6、分流器和保险丝7等固定座,均采用焊接方式焊接在内箱体5的顶部。所述定位柱5d可根据与外箱体装配时松紧度调整伸出长度(本实施例配合间隙取0.5mm),以防止内箱体5在使用过程中在外箱体1内剧烈窜动。
如图5所示,所述单体电池4依次安装在电池卡槽5c内,所述电池管理***6的温度检测线采用胶水粘贴在单体电池4的表面上,电压检测线则安装所述单体电池4的极柱4b上。所有检测线均需编号,在其连接完成后统一布放在线槽内。使用汇流条8将若干单体锂电池4的正负输出极柱4b串并联连接后,即完成电池组的电路连接。
如图6所示,电池箱体1加满压力油10后,为了消除压力油10中的气泡在加压初期引起的轻微补偿滞后问题,事先让外箱体1内的压力油形成一定大小的预内压。为防止在加注压力油过程中油压过大及预压力对补偿皮囊9可能造成的损坏,在所述补偿皮囊9的下部设置一个弹簧2a加以防护。
如图7所示,当深潜器的下潜时,电池组开始受到水的压力,海水通过外置压力补偿器2所设的进水孔2b进入,使补偿皮囊9受压,由于外箱体1为刚性体,较柔性材料制成的补偿皮囊9易变形,受到海水压力后,补偿皮囊9率先于外箱体1开始向内凹陷。于是,外置压力补偿器2压力油通过输油软管输向箱体1内,箱体1内的压力油体积被压缩,进而迫使内压增大;由此,箱体1的内压与外压瞬间达到动态平衡,从而实现压力抵消与压力补偿之功能。当深潜设备继续下潜时,水压随水深增加而增大,刚才的平衡被打破,补偿皮囊9又“感知”到水压大于内压,于是,继续向内凹陷和输油,由此,形成一个新的动态平衡,如此循环与往复,实现自动补偿功能。
所述进水传感器由设置在线路板上的两组感应触片组成,在每组感应触片的端部设有一根连接导线与箱体外的检测电路相连;所述进水传感器安装在外箱体内易损坏进水部位。两组感应触片未进水时呈开路状态(OFF),进水后呈导通状态(ON),由连接在箱体外的检测电路实现进水报警功能。
电池组的组合方法:
1.如图5所示,将铆接好的各单体锂电池4,按照串并联顺序对应安插在内箱体5所设电池卡槽5c内。将汇流条8依次与单体电池4的正负极柱4b进行连接,放上螺母进行紧固。
2.如图5所示,将管理***6与安装板装配,并固定在内箱体5相应位置上,并用螺钉锁紧。
3.如图5所示,所有检测线均需编号,在其连接完成后统一布放在线槽内。再将检测线(电压检测线、温度检测线)与管理***6相应接口进行连接。
4.如图5所示,依次将管理***6与水密插件3进行连接,总正和总负电源线与分流器及水密插件3连接。
5.当所有电气线路与机械部件连接完成后,将内箱组件5吊入外箱体1内进行组装与固定。
6.依图1所示,将输油软管11依次与外箱体1及外置压力补偿器2连接好。
7.开始往外箱体1内注入压力油10,直至油位接近箱体1的顶部边缘时,停止注油。然后,在外壳体1的上部依次放置密封圈、上盖,用紧固螺栓锁紧。
8.将加油泵输油管与加油阀1a连接后,再次打开加油阀1a,继续向电池箱体1内注入压力油10,将内部空气排尽,直至外箱体1有一定预压力时,关闭加油阀1a,停止注油。
Claims (2)
1.一种具有自动补偿深水压力功能的锂电池组,其特征在于,包括:外箱体组件、内箱体组件、外置压力补偿器、锂电池;所述外箱体组件包括外箱体及外箱体上面设置的密封圈和上盖;所述外箱体内设有内箱体组件,所述内箱体组件是由内箱体、电池管理***、以及内箱体设有的电池卡槽;所述单体锂电池安装在间隔距离相等的电池卡槽内;所述外置压力补偿器通过输油软管与外箱体相连;
所述的外置压力补偿器结构为:将补偿皮囊置于圆柱形外壳内,所述的圆柱形外壳一端通过输油软管与外箱体相连,另一端设有导杆出入孔,并且所述导杆一端固定连接补偿皮囊,导杆另一端自由伸出,在圆柱形外壳内的导杆上外套有弹簧,圆柱形外壳上还设有进水孔。
2.如权利要求1所述的一种具有自动补偿深水压力功能的锂电池组,其特征在于:所述电池组还包括进水传感器,设置在外箱体内。
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