CN108808069B - 一种深海耐压锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海耐压锂离子电池，包括：上盖、密封橡胶圈、中框、拉杆、压板一、底盖、电池单元、管理系统、压板二，所述压板一与所述底盖套接，所述底盖凹槽处设有所述管理系统，所述管理系统通过所述压板二固定于所述底盖凹槽处，所述底盖通过所述密封橡胶圈与所述中框密封连接，所述中框内设有所述电池单元，所述电池单元与所述管理系统连接所述中框通过所述密封橡胶圈与所述压板二固定连接，所述上盖通过所述密封橡胶圈与所述中框密封连接，所述拉杆贯穿所述底盖与所述中框与所述上盖固定连接。本发明的优点：能够方便快捷的为大深度水下航行器提供动力，并且能够实时监控电池模块的工作状态。

Description

一种深海耐压锂离子电池

技术领域

本发明涉及一种锂离子动力电池技术领域，尤其是能够为大深度水下航行器或其他水下设备提供动力来源的锂离子电池，具体是一种深海耐压锂离子电池。

背景技术

进入21世纪在之后，陆地资源开发殆尽的困境逐渐凸显，为了解决这一问题，人类将目光瞄准了储藏在海底1000m到6000m的丰富的海底资源如：多金属结核、海底热液硫化物矿、天然气水化物等。为了能够深入深海海底高效、快速地查明矿区资源就必须依赖深海运载器技术，大深度水下航行器就是其中的一个不可缺少的高科技设备之一。

水下航行器由于具有活动范围大、机动能力强、隐蔽能力强、环境适应性好、安全智能度高、性价比值高等优点，因此在国民经济建设和军事领域都扮演着重要的角色。

然而，由于水下航行器使用环境的特殊性，电池成为其水下工作的唯一动力能源。用于水下行器动力电池的主要有：铅酸电池、锌银电池、锂离子电池、氢氧燃料电池、溶解氧海水电池、铝/双氧水半燃料电池。虽然铅酸电池技术成熟、成本低廉、可大功率放电、电压平稳、安全性好等特点，但是它的比能量底，只有30-40Wh/kg，远远不能满足现在水下航行器的需求；银锌电池能大电流放电，但是由于要消耗银，所以成本较高。氢氧燃料电池有能量密度高、无需充电、燃料补充迅速、可长时间工作等特点，但是系统十分复杂，除了电池组外，还必须有氢气储存和输送系统、氧气储存和输送系统、控制管理系统等，这就导致整个系统的比能量较低；另一方面，氢气的储存和使用存在较大的安全隐患。溶解氧海水电池比能量高、寿命长、成本低、安全可靠，但是由于海水中溶解氧的浓度较低，海水溶解氧电池的输出功率较小，只适用于低功率、长航程水下航行器或者为航行器上的小功率仪器设备等提供动力，限制了它在大功率水下航行器上的广泛应用。锂离子电池具有比能量高、单体电池的工作电压高、循环寿命长、无记忆性、自放电小等优点，目前是水下航行器主要使用的电池之一。

对于大深度水下航行器来说，如果采用密闭式结构，那么就需要将壳体厚度加大才能满足承压要求，这样就加大了航行器的自重，降低了有效负载。所以对于大深度水下航行器一般都做成透水结构的。当航行器外壳为透水壳体时，航行器内部包括电池在内的设备都需要承受很大的静水压力。同时，由于深海环境比较恶劣，必须实时监测航行器内部电池模块的工作状态，避免发生事故。所以，对于这种在大深度环境下工作的航行器电池，必须保证它具有较好的承压能力，同时还能够实时监测它的工作状态。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种深海耐压锂离子电池，能够有效的为大深度水下航行器提供动力，并且能够实时监测该电池模块的工作状态。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种深海耐压锂离子电池，包括：上盖、密封橡胶圈、中框、拉杆、压板一、底盖、电池单元、管理系统、压板二，所述压板一与所述底盖套接，所述底盖凹槽处设有所述管理系统，所述管理系统通过所述压板二固定于所述底盖凹槽处，所述底盖通过所述密封橡胶圈与所述中框密封连接，所述中框内设有所述电池单元，所述电池单元与所述管理系统连接，所述中框一侧设有调压阀与排气阀，所述调压阀与排气阀分别连接所述电池单元，所述中框通过所述密封橡胶圈与所述压板二固定连接，所述上盖通过所述密封橡胶圈与所述中框密封连接，所述拉杆贯穿所述底盖与所述中框与所述上盖固定连接，所述上盖一侧分别设有充放电接口与所述通信接口，所述充放电接口连接所述电池单元，所述通信接口连接所述管理系统。

对本发明进一步的描述，所述电池单元内设有与所述调压阀配合使用的油液。

对本发明进一步的描述，所述调压阀为单向阀，其核心为一个软橡胶帽。

对本发明进一步的描述，所述管理系统由模块温度采集单元、并联模块电压采集单元、总电压/电流采集单元、电池组均衡单元、通信单元、充电控制单元及供电单元组成。

对本发明进一步的描述，所述模块温度采集单元由温度传感器及开关电路组成，温度传感器分别安装在并联模块电压采集单元中，并将数据上传给主控单元。

对本发明进一步的描述，所述并联模块电压采集单元由采样滤波电路、专用处理芯片组成，检测并联模块电压采集单元状态以及为电池组均衡提供参考，其数据将被实时上传至主控单元。

对本发明进一步的描述，所述总电压/电流采集单元由采样滤波电路、专用处理芯片组成，并将数据实时上传至主控单元。

对本发明进一步的描述，所述电池模块均衡单元由控制电路及放电元件组成，该电池模块的均衡方式为被动均衡，均衡单元与并联模块电压采集单元配合使用。

对本发明进一步的描述，所述充电控制单元由驱动电路及开关器件组成。

对本发明进一步的描述，所述主控单元主要由MCU构成，MCU用以判断或上传以上单元所获得的数据，并对电池模块当前的状态进行识别。

与现有技术相比，本发明的优点：能够方便快捷的为大深度水下航行器提供动力，并且能够实时监控电池模块的工作状态。

附图说明

图1为本发明的锂离子电池模块的总体图；

图2为本发明的锂离子电池模块内部结构图；

图3为本发明的安放锂离子电池单元的中框结构图；

图4为本发明的锂离子电池模块的上盖图；

图5为本发明的电池模块的底盖图；

图6本发明的管理系统结构图。

附图标记：1-上盖、2-橡胶圈、3-中框、4拉杆、5-压板一、6-底盖、7-调压阀、8-排气阀、9-充放电接口、10-通信接口、11-电池单元、12-管理系统、13-压板二。

具体实施方式

下面将结合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作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。

实施例1，如图1至图6所示：

一种深海耐压锂离子电池，包括：上盖1、密封橡胶圈2、中框3、拉杆4、压板一5、底盖6、电池单元11、管理系统12、压板二13，压板一5与底盖6套接，底盖6凹槽处设有管理系统12，管理系统12通过压板二13固定于底盖6凹槽处，底盖6通过密封橡胶圈2与中框3密封连接，中框3内设有电池单元12，电池单元12与管理系统12连接，中框3一侧设有调压阀7与排气阀8，调压阀7与排气阀8分别连接电池单元11，中框3通过密封橡胶圈2与压板二13固定连接，上盖1通过密封橡胶圈2与中框3密封连接，拉杆4贯穿底盖6与中框3与上盖1固定连接，上盖1一侧分别设有充放电接口9与通信接口10，充放电接口9连接电池单元12，通信接口10连接管理系统12。

电池单元12内设有与调压阀7配合使用的油液。

调压阀7为单向阀，其核心为一个软橡胶帽。

管理系统12由模块温度采集单元、并联模块电压采集单元、总电压/电流采集单元、电池组均衡单元、通信单元、充电控制单元及供电单元组成。

模块温度采集单元由温度传感器及开关电路组成，温度传感器分别安装在并联模块中，用以探测其内部温度，并将数据上传给主控单元，用于评估并联模块状态。

并联模块电压采集单元由采样滤波电路、专用处理芯片组成。该单元用以探测并联模块电压，该数据主要用于检测并联模块状态以及为电池组均衡提供参考，其数据将被实时上传至主控单元。

总电压/电流采集单元由采样滤波电路、专用处理芯片组成，该单元用以探测电池模块输出端口的总电压/电流，并将该数据实时上传至主控单元，该数据主要用于判断电池模块整体状态。

电池模块均衡单元由制电路及放电元件组成，该电池模块的均衡方式为被动均衡，均衡单元与并联模块电压采集单元配合使用，工作时，将电压高于平均值的并联模块与放电电阻连接，以热能的形式放掉多余的能量，从而减少各并联模块间的容量差异。

充电控制单元由驱动电路及开关器件组成，主要用于打开或闭合充电回路，在充电过程中，若发生并联模块过压、温度超出正常状态、过流等情况时，控制单元将发送控制信号，切断充电回路以保证电池组安全。

主控单元主要由MCU构成，MCU用以判断或上传以上单元所获得的数据，并对电池模块当前的状态进行识别。

在本实施例中，当上述电池模块(电池单元11、管理系统12)需要充电时采用专用充电器通过充放电接口9、通信接口10与其相连，打开充电设备开关，设置充电电压、电流数据，确认后打开输出开关即对电池模块(电池单元11、管理系统12)进行充电，当管理系统12检测到有某一个并联模块的电压超过限制电压时，充电器即断开充电回路，管理系统12同时断开电池模块内部充电回路，做到双重保护，当充电结束时充电器会发出声光报警；当在充电过程中发生电池模块(电池单元11、管理系统12)温度过高、电流过大、充电电压过高等状况时，同样触发双重保护机制以保障安全，在发生异常时，充电器会发出不同于电池模块(电池单元11、管理系统12)充满的声光报警。电池模块(电池单元11、管理系统12)在充电过程中，若各并联模块间的电压差大于管理系统设定的启动值时，均衡模式启动，通过放电的方式使各并联模块的电压达到一致，该模式有助于电池模块延长寿命和使得电池模块充分充满。

电池模块安装至产品后正常的使用过程中，上述电池模块(电池单元11、管理系统12)处于放电状态，管理系统12会实时将电池状态数据上传至总线，以供主机设备读取；在使用过程中，若电池模块(电池单元11、管理系统12)出现过热、过流、并联模块电压异常等情况时，管理系统会通过CAN协议向总线发送异常状态。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种深海耐压锂离子电池，包括：上盖(1)、密封橡胶圈(2)、中框(3)、拉杆(4)、压板一(5)、底盖(6)、电池单元(11)、管理系统(12)、压板二(13)，其特征在于，所述压板一(5)与所述底盖(6)套接，所述底盖(6)凹槽处设有所述管理系统(12)，所述管理系统(12)通过所述压板二(13)固定于所述底盖(6)凹槽处，所述底盖(6)通过所述密封橡胶圈(2)与所述中框(3)密封连接，所述中框(3)内设有所述电池单元(11)，所述电池单元(11)与所述管理系统(12)连接，所述中框(3)一侧设有调压阀(7)与排气阀(8)，所述调压阀(7)与排气阀(8)分别连接所述电池单元(11)，所述中框(3)通过所述密封橡胶圈(2)与所述压板二(13)固定连接，所述上盖(1)通过所述密封橡胶圈(2)与所述中框(3)密封连接，所述拉杆(4)贯穿所述底盖(6)且拉杆(4)均与所述中框(3)和所述上盖(1)固定连接，所述上盖(1)一侧分别设有充放电接口(9)与通信接口(10)，所述充放电接口(9)连接所述电池单元(11)，所述通信接口(10)连接所述管理系统(12)。

2.根据权利要求1所述的一种深海耐压锂离子电池，其特征在于，所述电池单元(11)内设有与所述调压阀(7)配合使用的油液。

3.根据权利要求1所述的一种深海耐压锂离子电池，其特征在于，所述调压阀(7)为单向阀，其核心为一个软橡胶帽。

4.根据权利要求1所述的一种深海耐压锂离子电池，其特征在于，所述管理系统(12)由模块温度采集单元、并联模块电压采集单元、总电压/电流采集单元、电池组均衡单元、通信单元、充电控制单元及供电单元组成。

5.根据权利要求4所述的一种深海耐压锂离子电池，其特征在于，所述模块温度采集单元由温度传感器及开关电路组成，温度传感器分别安装在并联模块电压采集单元中，并将数据上传给主控单元。

6.根据权利要求4所述的一种深海耐压锂离子电池，其特征在于，所述并联模块电压采集单元由采样滤波电路、专用处理芯片组成，检测并联模块电压采集单元状态以及为电池组均衡提供参考，其数据将被实时上传至主控单元。

7.根据权利要求4所述的一种深海耐压锂离子电池，其特征在于，所述总电压/电流采集单元由采样滤波电路、专用处理芯片组成，并将数据实时上传至主控单元。

8.根据权利要求4所述的一种深海耐压锂离子电池，其特征在于，所述电池组均衡单元由控制电路及放电元件组成，该电池组的均衡方式为被动均衡，电池组均衡单元与并联模块电压采集单元配合使用。

9.根据权利要求4所述的一种深海耐压锂离子电池，其特征在于，所述充电控制单元由驱动电路及开关器件组成。

10.根据权利要求5所述的一种深海耐压锂离子电池，其特征在于，所述主控单元主要由MCU构成，MCU用以判断或上传以上单元所获得的数据，并对电池组当前的状态进行识别。

Images