一种高比能水下电池装置的制作方法

1.本发明涉及锂电池装置，特别涉及一种水下潜航用大功率、高比能电池装置。


背景技术：

2.高比能电池是上世纪70年代率先进入商用市场的固体正极电池，该电池具有突出优点：1，质量比能高，低倍率放电比能量超过700wh/kg,是其他锂原电池的两倍以上；2，安全性能好，氟化碳分解温度高达400℃，是锂原电池中安全性最好的体系；3，贮存性能好，可以长期贮存，自放电率小，年自放电率不超过2%。但是由于其放电特点，其放电过程中伴随着发热，同时体积膨胀会对约束其膨胀的封装外壳造成较大的应力。
3.高比能电池工作时会产生大量的热量及体积膨胀。针对放电过程中产生的大量热量一般要设计热管理模块冷却电源模块，同时针对电芯放电过程中产生的体积膨胀设计具有足够强度或预留足够膨胀空间的的封装模块来克服体积膨胀产生的较大应力。
4.为克服上述特殊高比能电池工作时会产生大量的热量及体积膨胀等问题，一般都采用较低放电倍率设计电池组、采用主动散热热管理模块及较大尺寸机械结构装置克服膨胀应力，不仅结构复杂、成本高、尺寸重量大且可靠性较低，难以满足潜航器对电池装置高比能、小尺寸、低重量的要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的是满足高比能电池工作时热管理要求并克服体积膨胀，提供一种结构更紧凑、质量更轻的高比能、可模块化组装的电池装置。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高比能水下电池装置，包括封装外壳模块以及设置在封装外壳模块内的电源模块和热管理模块三部分，所述的封装外壳模块由带前端板和后端板的圆筒舱段以及填充在圆筒舱段内部空余体积的冷却液构成，前端板和后端板通过上部两个通孔导出电源总正与总负电缆，通过下部两个通孔导出穿舱线缆，前端板和后端板通过凹槽内的o型密封圈与圆筒舱段形成活塞静密封；所述的电源模块由多组锂氟化碳软包电芯构成，沿软包电芯厚度方向在两侧都贴有软垫，软包电芯的四周设置有辅助定位用固定块，前端板和后端板通过螺杆及非标焊接螺母将软包电芯与固定块固定在一起；热管理模块中冷却液吸收电芯的热量，再通过圆筒舱段与外部水体进行换热。
7.所述的一种高比能水下电池装置，其通孔内涂密封胶进行固化密封。
8.所述的一种高比能水下电池装置，其后端板有四个突出的螺纹圆柱体与圆筒舱段内部突出的挡块通孔相配合，通过标准螺母进行紧固。
9.所述的一种高比能水下电池装置，其冷却液优选地选用氟化液。
10.所述的一种高比能水下电池装置，其固定块下部设置有容纳电芯铝塑膜封边的凹槽。
11.本发明的有益效果在于：1，提供一种可模块化组装的大功率电池装置；
2，高比能电池装置利用外部环境特点进行被动对流换热进行散热；3，高比能电池装置通过内部均布的前端板避免电芯局部温升过高并大大减弱因电芯体积膨胀传导至封装外壳上的压应力，实现电池装置整体结构紧凑、外形尺寸小、重量轻。
附图说明
12.图1是本发明的外形结构示意图；图2是图1中a-a方向的剖视图；图3是图1中b-b方向的剖视图；图4是本发明后端板的结构示意图；图5是图4中a-a方向的剖视图；图6是图4中b-b方向的剖视图；图7是本发明固定块主视方向的结构示意图；图8是本发明固定块侧视方向的结构示意图。
13.各附图标记为：1—锂氟化碳软包电芯，2—软垫，3—固定块，4—前端板，5—后端板，6—螺杆，7—非标焊接螺母，8—标准螺母，9—圆筒舱段，10—o型密封圈，11—冷却液。
具体实施方式
14.结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明如下。
15.图1、图2和图3所示是本发明的基本实施例。包括锂氟化碳软包电芯1、软垫2、固定块3、前端板4、后端板5、螺杆6、非标焊接螺母7、标准螺母8、圆筒舱段9、o型密封圈10、冷却液11等主要零部件，分为电源模块、热管理模块、封装外壳模块三部分。所述多组锂氟化碳软包电芯1串联组成电源模块，其总正接口与总负接口通过导线穿过前端板4和后端板5的通孔输出电能，导线穿过通孔后，通孔中涂密封胶进行固化密封；所述冷却液11及圆筒舱段9构成热管理模块；所述软垫2、固定块3、前端板4、后端板5、螺杆6、非标焊接螺母7、标准螺母8、圆筒舱段9与o型密封圈10构成封装外壳模块；封装外壳模块中软包电芯1沿厚度方向在两侧都贴有软垫2，软垫2可承受软包电芯的膨胀挤压并通过自身压缩减小传导至螺杆6及端板上的膨胀应力，软包电芯1的四周都有固定块3辅助定位，前端板4和后端板5通过螺杆6及非标焊接螺母7将软包电芯1与固定块3固定在一起；热管理模块中的冷却液11吸收电芯的热量，再通过圆筒舱段9与外部水体进行换热。前端板4和后端板5上部两个通孔导出电源总正与总负电缆，通过下部两个通孔导出穿舱线缆，端板上凹槽可装配o型密封圈10后与圆筒舱段9形成活塞静密封。
16.所述的后端板5上有四个突出的螺纹圆柱与圆筒舱段9内部突出的挡块通孔相配合，再通过标准螺母8进行紧固。
17.参照图4～图8，结合本发明结构、技术原理对本发明显著效果作进一步说明如下：所述电源模块包含31组串联的锂氟化碳软包电芯1，串联后通过前端板4及后端板5上部两个通孔导出电源总正与总负电缆, 导线穿过通孔后,通孔中涂密封胶进行固化密封。
18.所述热管理模块中的冷却液11优选地选用氟化液，氟化液浸没所有电芯并吸收电
芯的热量，再通过圆筒舱段9与外部水体进行换热。
19.所述封装外壳模块中软垫2长宽与电芯相同，压缩后厚度为0.5mm；电芯四周的固定块3厚度为电芯厚度与两块压缩后软垫2厚度之和，4个固定块3上部的通孔与紧固螺杆6相配合进行定位，固定块3下部凹槽可以容纳软包电芯的铝塑膜封边。
20.前端板4及后端板5上的密封凹槽装配o型密封圈10后与圆筒舱段9形成活塞静密封，前端板4与后端板5上4个沉孔可装配非标焊接螺母7后通过焊接进行紧固与密封。
21.圆筒舱段9远离挡块的一端为活塞静密封的母接头，母接头上下各有一个用于装配限位销钉的通孔；圆筒舱段9靠近挡块的一端为活塞静密封的公接头，母接头上下各有一个用于装配限位销钉的沉孔。
22.本发明提供的锂电池壳体装置，可以将锂氟化碳软包电芯1在高倍率放电过程中所释放的大量热量快速导出至圆筒舱段9上，并通过舱段外圆筒与外界水体进行对流换热，将电芯的温度控制在一定的范围内；同时利用自身结构特点缓冲软包电芯在放电时由于体积膨胀造成的内应力,避免内应力过大所导致的紧固封装结构受损； 通过外部机械接口之间的串联进行模块化装配后，将内部电池组进行串联或并联后可以满足不同系统的能量需求。
23.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种高比能水下电池装置，包括封装外壳模块以及设置在封装外壳模块内的电源模块和热管理模块，其特征在于：所述的封装外壳模块由带前端板（4）和后端板（5）的圆筒舱段（9）以及填充在圆筒舱段（9）内的冷却液（11）构成，前端板（4）和后端板（5）通过上部通孔导出电缆，通过下部通孔导出穿舱线缆，前端板（4）和后端板（5）通过凹槽内的o型密封圈（10）与圆筒舱段（9）形成活塞静密封；所述的电源模块由多组锂氟化碳软包电芯（1）构成，沿软包电芯厚度方向在两侧贴有软垫（2），软包电芯（1）的四周设置有辅助定位用固定块（3）。2.根据权利要求1所述的一种高比能水下电池装置，其特征在于，所述的通孔内涂密封胶进行固化密封。3.根据权利要求1所述的一种高比能水下电池装置，其特征在于，所述的后端板（5）通过带螺纹圆柱体与圆筒舱段（9）内的挡块通过标准螺母（8）进行紧固。4.根据权利要求1所述的一种高比能水下电池装置，其特征在于，所述的冷却液（11）为氟化液。5.根据权利要求1所述的一种高比能水下电池装置，其特征在于，所述的固定块（3）下部设置有容纳电芯铝塑膜封边的凹槽。

技术总结
本发明公开了一种高比能水下电池装置，包括电芯、软垫、固定块、前端板、后端板、螺杆、非标焊接螺母、标准螺母及圆筒舱段、O型密封圈及冷却液等主要零部件；分为电源模块、热管理模块、紧固封装模块三部分；本发明结构简单、可靠，导热性能良好，可根据需求进行模块化安装，整体功率/质量比值大。整体功率/质量比值大。整体功率/质量比值大。


技术研发人员：罗升 张一驰 吴磊 徐言哲 宁瑞琦
受保护的技术使用者：武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所）
技术研发日：2022.02.18
技术公布日：2022/4/12