專利名稱：具有壓力補(bǔ)償裝置的潛用智能鋰電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到一種具有壓力補(bǔ)償裝置的潛用智能鋰電池組，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
深海裝備如深潛器、深潛運(yùn)載器、深海救生裝備、石油鉆探裝備等，通常需要在幾百米、乃至數(shù)千米的深海壓力環(huán)境下工作，隨著裝備下潛深度的增加，電池組所受的壓力也相應(yīng)加大。如果按照傳統(tǒng)的做法，依靠增加箱體殼體厚度來(lái)保證箱體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、密封性等，勢(shì)必會(huì)增加蓄電池組的體積和重量，加大自身能源消耗，從而影響裝備的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性等。目前水下裝備電源大都使用銀鋅二次電池，其使用壽命僅30余次，且維護(hù)成本高，遠(yuǎn)不能滿足裝備的長(zhǎng)壽命、高功率、高安全、低成本的使用要求。同時(shí)，該電池在使用過(guò)·程中，因其內(nèi)部為液態(tài)電解液，在電池箱體受到較大外壓時(shí)，存在安全隱患。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的克服傳統(tǒng)潛用二次蓄電池技術(shù)與性能的不足，提供一種長(zhǎng)壽命、高比量，高安全性、低成本，可滿足深潛裝備需求的智能型潛用鋰電池組。本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種具有壓力補(bǔ)償裝置的潛用智能鋰電池組，其特征在于，包括箱體及箱體內(nèi)的若干串并聯(lián)的單體鋰電池、箱體內(nèi)的電池管理系統(tǒng)、以及由箱體、加油閥、水密插座、補(bǔ)償皮囊和單向閥組成的壓力補(bǔ)償裝置；每個(gè)單體鋰電池頂端固設(shè)有正極耳、負(fù)極耳及由極耳、極柱、連接片組成的極柱鉚接結(jié)構(gòu)，以及將多個(gè)單體電池極柱相互連在一起的匯流排；箱體側(cè)面設(shè)置通信水密插座、電源水密插座，箱體底部設(shè)置用于往箱體內(nèi)充注與排放補(bǔ)償壓力油的加油閥；所述補(bǔ)償皮囊設(shè)置在箱體上方且和箱體圍成一個(gè)密閉空間，補(bǔ)償皮囊四周設(shè)計(jì)成皺褶結(jié)構(gòu)形式；所述單向閥設(shè)置在補(bǔ)償皮囊的頂部。所述電池管理系統(tǒng)包括DSP處理器、電壓采集模塊、溫度采集模塊、電源處理模塊、數(shù)據(jù)存取模塊和CAN通訊模塊。所述的一種具有壓力補(bǔ)償裝置的潛用智能鋰電池組的制備方法，其特征在于，在單體鋰電池側(cè)邊熱復(fù)合之前，采取多次抽真空，真空壓強(qiáng)維持在-O. OSMpa以下，并且采用反復(fù)壓實(shí)工藝，壓強(qiáng)控制在8kg/cm2 12kg/cm2，保證單體鋰電池表面沒(méi)有能摸到的氣泡；進(jìn)一步，具有壓力補(bǔ)償裝置的潛用智能鋰電池組，還包括安裝在充油箱體內(nèi)的若干串并聯(lián)的單體鋰電池、電池固定支架、連接件、匯流排等，采用連接件和鉚釘，將單體鋰電池極耳與輸出極柱鉚接在一起，實(shí)現(xiàn)大電流充放電功能。所述單體鋰電池采用聚合物體系，經(jīng)特殊生產(chǎn)工藝處理，制成耐壓結(jié)構(gòu)。再進(jìn)一步，具有壓力補(bǔ)償裝置的潛用智能鋰電池組，還包括安裝在補(bǔ)償壓力油中，由耐壓電子元器件制作而成的電池管理系統(tǒng)。更進(jìn)一步，具有壓力補(bǔ)償裝置的潛用智能鋰電池組，還包括補(bǔ)償壓力油，所述補(bǔ)償壓力油選用性能優(yōu)異的12烷基苯絕緣油。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型采用耐壓新型鋰電池組，大幅提高了蓄電池組的循環(huán)使用壽命、體積和重量比能，有效地提升了裝備的動(dòng)力性、安全性與經(jīng)濟(jì)性。摒棄了傳統(tǒng)箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，采用補(bǔ)償壓力裝置，使箱體減重達(dá)30%以上。采用智能化管理電池組，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組電壓、溫度、容量、電流等功能，以及故障檢測(cè)、分析、定位與報(bào)警功能，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理功能，大幅提高了蓄電池組的安全性和可操控性。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、組裝與維修方便。

圖I為電池箱外形構(gòu)造示意圖；圖2為單體聚合物鋰電池示意圖，左為主視圖，右為側(cè)視圖；圖3為單體電池鉚接方式示意圖；圖4為電池組在未充注補(bǔ)償壓力油的狀態(tài)結(jié)構(gòu)剖視圖；圖5為電池組在常壓下充滿補(bǔ)償壓力油的狀態(tài)結(jié)構(gòu)剖視圖；圖6為電池組在高壓下補(bǔ)償壓力油的狀態(tài)結(jié)構(gòu)剖視圖；圖7為補(bǔ)償壓力油中的電池組(磷酸鐵鋰電池)在高壓狀態(tài)下的放電曲線。圖示1_箱體，2-通信水密插座，3-電源水密插座，4-緊固螺栓，5-防護(hù)罩，6-單向閥，7-補(bǔ)償皮囊，8-加油閥，9-補(bǔ)償壓力油，10單體鋰電池。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型基于下述原理當(dāng)壓力容器中的液體受壓時(shí)，處于液體中物體的每個(gè)表面上的點(diǎn)所受壓力的大小是相等的。進(jìn)一步，根據(jù)力的可傳遞性原理，只要物體內(nèi)部沒(méi)有空隙，物體任意一點(diǎn)的受力大小相等，方向相反，即合力為零。換而言之，處于受壓液體中的物體，只要其內(nèi)部沒(méi)有空隙，是不會(huì)被壓壞的。如圖2所示，所述單體鋰電池10為耐壓新型聚合物體系鋰電池，采用疊片工藝制成。所述單體鋰電池10的外殼為鋁塑復(fù)合膜，頂端設(shè)有正極耳、負(fù)極耳。在制造過(guò)程中，一方面，在正負(fù)極膜片沖切及熱復(fù)合等工序，采取滾壓去毛刺工藝，有效控制毛刺高度在6微米以下，防止受壓時(shí)，毛刺刺穿隔膜產(chǎn)生內(nèi)部短路；另一方面，采用凝膠技術(shù)，使電解液與活性材料界面之間充分滲透，有效避免界面之間有游離的液態(tài)物質(zhì)存在。更進(jìn)一步，在單體鋰電池側(cè)邊熱復(fù)合之前，采取多次抽真空(真空壓強(qiáng)-O. OSMpa以下)和反復(fù)壓實(shí)工藝(平板模壓，壓強(qiáng)控制在8kg/cm2 12kg/cm2)，進(jìn)一步消除電池內(nèi)部的空隙，提高耐壓性能。所述壓力補(bǔ)償油9選用12烷基苯絕緣油，克服了采用傳統(tǒng)液壓油(又稱壓力油)對(duì)單體鋰電池10鋁塑復(fù)合膜外殼的溶解和腐蝕及應(yīng)力開(kāi)裂的不良影響。該絕緣油是毒性最低的合成油之一，具有優(yōu)良的電氣和耐熱性能、抗氧老化性能，吸氣性較好、介電強(qiáng)度高等特點(diǎn)。所述管理系統(tǒng)，采用耐壓電子元器件制作而成，如電解電容采用貼片陶瓷電容取代等?？刂齐娐钒迳纤性骷附?，均采用無(wú)鉛錫焊接，以消除金屬鉛對(duì)絕緣油的催化老化影響。如圖I所示，所述金屬箱體1，其四個(gè)壁面及底面均采用金屬板焊接而成，箱體I內(nèi)部設(shè)置有鋰電池組，箱體I側(cè)面設(shè)置通信水密插座2，箱體I底面 設(shè)置加油閥8，通過(guò)加油閥8往鋰電池箱內(nèi)充注補(bǔ)償壓力油9或?qū)⒀a(bǔ)償壓力油9排出。所述補(bǔ)償皮囊7，材質(zhì)為耐油橡膠材料，皮囊四周設(shè)計(jì)成皺褶結(jié)構(gòu)形式，以增加補(bǔ)償能力。皮囊四周皺褶量，由補(bǔ)償油量的數(shù)量決定。所述單向閥6設(shè)置在補(bǔ)償皮囊7的頂部。為保護(hù)柔性補(bǔ)償皮囊7不被異物劃傷和電池箱體的密封性，在補(bǔ)償皮囊7的上方還設(shè)置的防護(hù)罩5，防護(hù)罩5上開(kāi)有許多小孔，是為了增加透氣和減輕重量。如圖3所示，單體鋰電池10的輸出極柱采用鉚接緊固方式，該鉚接結(jié)構(gòu)采取上下為連接片，極耳夾在中間。鉚釘依次從連接片、極耳、連接片穿出后進(jìn)行鉚接。鉚接緊固方式的優(yōu)點(diǎn)接觸電阻小，大電流放電性能好。如圖4所示，在常壓下，將鉚接好的各單體鋰電池10，按照串并聯(lián)順序分別插入電池固定支架所設(shè)卡槽內(nèi)，再將相鄰的單體電池10的正負(fù)極柱上用匯流排進(jìn)行連接，采用螺母緊固方式，完成箱體內(nèi)電池組的串并聯(lián)電氣連接。將管理系統(tǒng)安裝在金屬箱體I的內(nèi)壁上，用螺釘鎖緊。將檢測(cè)線(電壓檢測(cè)線、溫度檢測(cè)線)焊接到管理系統(tǒng)和通信水密插座2對(duì)應(yīng)所設(shè)連接端子上，完成檢測(cè)電路連接；將電源線分別連接到電池組總正和總負(fù)的輸出極柱上及電源水密插座3對(duì)應(yīng)所設(shè)連接端子上，并用螺母進(jìn)行緊固，以完成充放電路的連接，。當(dāng)電氣線路連接完成后，可開(kāi)始往電池箱體I內(nèi)充注補(bǔ)償壓力油9，直至油位接近金屬箱體I的頂部時(shí)，停止注油。然后，依次將補(bǔ)償皮囊7、防護(hù)罩5與金屬殼體I進(jìn)行裝配，并用緊固螺栓4與螺母鎖緊。打開(kāi)單向閥6排出空氣，連接好加油管路，打開(kāi)加油閥8，繼續(xù)向電池箱體I內(nèi)注補(bǔ)償壓力油9，如圖5所示，直至補(bǔ)償皮囊7向上鼓起到防護(hù)罩5項(xiàng)端，且單向閥6不再冒出空氣時(shí)，停止注油，關(guān)閉單向閥6和加油閥8。為防止蓄電池箱內(nèi)壓過(guò)大損壞箱體，需再次將加油閥8打開(kāi)，放電一定量的補(bǔ)償壓力油8。隨著潛水器的下潛深度增加，蓄電池箱受到的外壓逐漸加大，由于金屬箱體I及單向閥6是剛性體，而補(bǔ)償皮囊7為柔性材料極易變形，受壓后，補(bǔ)償皮囊7會(huì)先于金屬箱體I的壁從中間開(kāi)始逐漸往下凹陷(如圖6所示)，蓄電池箱內(nèi)的補(bǔ)償壓力油9受壓，體積被壓縮(補(bǔ)償壓力油在一定壓力環(huán)境條件下會(huì)被壓縮，壓縮量大概為7% 10% )，進(jìn)而產(chǎn)生內(nèi)壓，從而實(shí)現(xiàn)壓力抵消與壓力補(bǔ)償之功能。由于在此變化過(guò)程中，箱體I及箱體I內(nèi)的零部件沒(méi)有參與體積的變化，補(bǔ)償壓力油9的體積壓縮部分是通過(guò)補(bǔ)償皮囊7受壓后向下凹陷來(lái)彌補(bǔ)，故蓄電池箱體I與電池10不會(huì)產(chǎn)生表觀變形與性能損傷。當(dāng)潛水器的上浮時(shí)，電池箱體所受水壓逐漸減小，內(nèi)壓也逐漸釋放，補(bǔ)償壓力油9體積逐漸恢復(fù)。當(dāng)潛水器的全部完成上浮時(shí)，補(bǔ)償皮囊7又恢復(fù)到如圖5所示常壓下的初始狀態(tài)。[0040]本實(shí)用新型經(jīng)過(guò)78Mpa(相當(dāng)于7950米水深壓力下)的耐壓試驗(yàn)(試驗(yàn)加壓速度以5Mpa/10分鐘遞增)，在壓力達(dá)50Mpa時(shí)，電池組開(kāi)始放電，然后，采取一邊加壓一邊放電的方式，直至壓力達(dá)78Mpa時(shí)停止加壓，并在此壓力下，將電池組完全放電結(jié)束試驗(yàn)。試驗(yàn) 結(jié)束后，經(jīng)檢查電池組及蓄電池箱體，外觀完好，放電曲線如圖7所示。
權(quán)利要求1.一種具有壓力補(bǔ)償裝置的潛用智能鋰電池組，其特征在于，包括箱體內(nèi)若干串并聯(lián)的單體鋰電池與電池管理系統(tǒng)、以及由箱體、加油閥、水密插座、補(bǔ)償皮囊、單向閥和防護(hù)罩組成的壓力補(bǔ)償裝置； 所述單體鋰電池的正負(fù)極耳上設(shè)有極柱，極柱通過(guò)鉚接結(jié)構(gòu)鉚接在單體鋰電池所設(shè)極耳上；箱體內(nèi)電池組的電氣連接則通過(guò)相鄰單體電池頂端所設(shè)極柱之間用匯流排連接完成； 所述箱體側(cè)面設(shè)置通信水密插座和電源水密插座，箱體底部設(shè)置用于往箱體內(nèi)充注與排放補(bǔ)償壓力油的加油閥； 所述補(bǔ)償皮囊設(shè)置在箱體上方，且和箱體圍成一個(gè)密閉空間，補(bǔ)償皮囊四周設(shè)計(jì)成皺褶結(jié)構(gòu)形式；所述單向閥設(shè)置在補(bǔ)償皮囊的頂部； 所述電池管理系統(tǒng)包括DSP處理器、電壓采集模塊、溫度采集模塊、電源處理模塊、數(shù)據(jù)存取模塊和CAN通訊模塊。
專利摘要具有壓力補(bǔ)償裝置的潛用智能鋰電池組屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。該電池組箱體內(nèi)設(shè)置若干串并聯(lián)的單體鋰電池與電池管理系統(tǒng)、以及由箱體、加油閥、水密插 座、補(bǔ)償皮囊、單向閥和防護(hù)罩組成的壓力補(bǔ)償裝置；所述單體鋰電池的正負(fù)極耳上設(shè)有極柱，極柱通過(guò)鉚接結(jié)構(gòu)鉚接在單體鋰電池所設(shè)極耳上；箱體內(nèi)電池組的電氣連接則通過(guò)相鄰單體電池頂端所設(shè)極柱之間用匯流排連接完成；所述補(bǔ)償皮囊設(shè)置在箱體上方，且和箱體圍成一個(gè)密閉空間，補(bǔ)償皮囊四周設(shè)計(jì)成皺褶結(jié)構(gòu)形式；所述單向閥設(shè)置在補(bǔ)償皮囊的頂部，蓄電池箱體與鋰電池不會(huì)產(chǎn)生表觀變形與性能損傷，本實(shí)用新型提供一種長(zhǎng)壽命、高比量，高安全性、低成本，可滿足深潛裝備需求的智能型潛用鋰電池組。
文檔編號(hào)H01M2/10GK202534715SQ20122015468
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
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