本發(fā)明涉及一種適用真空環(huán)境的高壓鋰離子電池模塊。
背景技術(shù)：
隨著航天科技的不斷發(fā)展，越來越多的航天器被發(fā)射到廣闊的外太空，航天器的功能越來越多樣，重量越來越大，因此對能源的要求也越來越高，從傳統(tǒng)的28V平臺母線電壓到天宮1號100V平臺電壓，鋰離子電池組的電壓越來越高，未來可能高達幾百甚至上千伏。然而，在從地面到空間的過程中，航天器通常經(jīng)歷從外部環(huán)境到真空環(huán)境的壓力過渡，這種壓力的變化通常只需要幾分鐘的時間，10-2Pa和10+2Pa之間的壓力范圍非常關(guān)鍵，接近“帕邢最低值”，導致極低的耐電強度，帕邢擊穿可以出現(xiàn)在電壓低于350V的空氣中，而對于一些電離能低的惰性氣體和混合物，甚至電壓低于80V時帕邢擊穿也會出現(xiàn)，而一旦發(fā)生帕邢擊穿，對于航天器來說都是致命的，將會造成重大損失。因此，設計一種適用真空環(huán)境并且能夠安全度過低氣壓范圍的高壓鋰離子電池模塊，具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種適用真空環(huán)境的高壓鋰離子電池模塊，能夠保證電池模塊安全度過低氣壓階段，并且其絕緣強度能夠保證電池組總電壓2500V的情況下在真空環(huán)境中長期穩(wěn)定運行。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種適用真空環(huán)境的高壓鋰離子電池模塊，包含：
鋰離子電池組；
絕緣板組件，其完全覆蓋鋰離子電池組的外表面，對鋰離子電池組進行絕緣隔離；
電池屏蔽箱體，其包裹絕緣板組件，對鋰離子電池組進行電磁屏蔽。
所述的鋰離子電池組包含：多個縱向排布的單體電池，單體電池之間通過金屬跨接片）連接；所述的單體電池采用全密封金屬殼結(jié)構(gòu)，密封漏率≤1.0×10-7Pa·m3·s-1。
所述的鋰離子電池組還具有絕緣硅膠層，其填滿單體電池的上部空間。
所述的絕緣板組件包含多塊絕緣板，每塊絕緣板分別覆蓋鋰離子電池組的一側(cè)外表面，所述的絕緣板采用環(huán)氧板，或者聚酰亞胺絕緣板。
所述的電池屏蔽箱體包含屏蔽頂板、屏蔽底板、以及分別連接屏蔽頂板和屏蔽底板的多個屏蔽側(cè)板；屏蔽頂板、屏蔽底板和屏蔽側(cè)板采用鋁、鋁合金、鎂鋁合金、鋁鋰合金、鎂鋰合金及碳纖維中的一種或幾種材料。
所述的高壓鋰離子電池模塊不使用電連接器，在某一組相鄰的絕緣板和屏蔽側(cè)板上分別設置有多個線纜出口，用于鋰離子電池組的線纜走線。
所述的高壓鋰離子電池模塊在縱向上未設置線纜出口的某一組相鄰的絕緣板和屏蔽側(cè)板之間設置松緊度調(diào)節(jié)板。
所述的高壓鋰離子電池模塊還包含多個繼電器，其設置在電池屏蔽箱體上，該繼電器連接鋰離子電池組，保證在航天器進入真空前保持斷開狀態(tài)，電池模塊電壓不高于300V。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能夠防止帕邢擊穿，并且適用真空環(huán)境，具有多重絕緣安全防護功能，保證了航天器鋰離子電池組安全穩(wěn)定運行。
附圖說明
圖1是本發(fā)明提供的一種適用真空環(huán)境的高壓鋰離子電池模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下根據(jù)圖1具體說明本發(fā)明的較佳實施例。
如圖1所示，本發(fā)明提供一種適用真空環(huán)境的高壓鋰離子電池模塊，包含：
鋰離子電池組；
絕緣板組件，其完全覆蓋鋰離子電池組的外表面，對鋰離子電池組進行絕緣隔離；
電池屏蔽箱體，其包裹絕緣板組件，對鋰離子電池組進行電磁屏蔽。
所述的鋰離子電池組包含：多個縱向排布的單體電池6，單體電池6之間通過金屬跨接片9連接；每個單體電池6連接有電壓采集線和均衡線纜，一個單體電池6單獨連接充電線進行充電，或者多個單體電池6共同連接充電線進行集中充電；所述的金屬跨接片9采用銅、銅鍍鎳、銀等金屬材料；所述的單體電池6采用全密封金屬殼結(jié)構(gòu)，密封漏率≤1.0×10-7Pa·m3·s-1。
所述的絕緣板組件包含多塊絕緣板3，每塊絕緣板3分別覆蓋鋰離子電池組的一側(cè)外表面；在本實施例中，絕緣板組件包含6塊絕緣板3，將鋰離子電池組的六個外表面完全覆蓋；所述的絕緣板3采用環(huán)氧板、聚酰亞胺絕緣板或者其他導熱絕緣材料制成的板材。
所述的電池屏蔽箱體包含屏蔽頂板1、屏蔽底板7、以及分別連接屏蔽頂板1和屏蔽底板7的多個屏蔽側(cè)板2（本實施例中，采用4塊屏蔽側(cè)板2）；屏蔽頂板1、屏蔽底板7和屏蔽側(cè)板2采用鋁、鋁合金、鎂鋁合金、鋁鋰合金、鎂鋰合金及碳纖維中的一種或幾種材料，屏蔽頂板1、屏蔽底板7和屏蔽側(cè)板2均有電磁屏蔽的作用；屏蔽頂板1、屏蔽底板7和屏蔽側(cè)板2相互之間通過緊固件連接固定。
為了最大限度防止高壓電弧放電現(xiàn)象，本發(fā)明提供的高壓鋰離子電池模塊不使用電連接器，在某一組相鄰的絕緣板3和屏蔽側(cè)板2上分別設置有多個線纜出口10，用于鋰離子電池組中正負極電流輸出、充電、采樣及均衡等線纜走線。電池組電流輸出采用獨立線纜端子的“甩頭”方式，連接線纜的接插端11不與模塊結(jié)構(gòu)有接觸。
所述的鋰離子電池組還具有絕緣硅膠層8，其填滿單體電池6的上部空間，覆蓋單體電池6以及線纜與絕緣板3之間的空隙，排除空氣，起到絕緣的作用；填膠過程中需要多次進真空罐或真空箱抽真空，真空度≤150pa，目的是盡量排除填膠后內(nèi)部殘余空氣，防止絕緣硅膠凝固后內(nèi)部出現(xiàn)大量氣泡，影響絕緣性能。
在縱向上未設置線纜出口的某一組相鄰的絕緣板3和屏蔽側(cè)板2之間設置松緊度調(diào)節(jié)板4；方形單體電池的寬度變化很小，但是厚度差異略大，在配組時，要求縱向緊密度適中，不能太松，而僅僅依靠結(jié)構(gòu)件是無法保證電池組的緊密度的，需要在縱向一側(cè)加入松緊度調(diào)節(jié)板，另外，電池組在裝配前需要預緊，通過對配組電池兩側(cè)加壓，測量電池組總厚度，松緊度調(diào)節(jié)板4的厚度取決于結(jié)構(gòu)件預留厚度與預緊時測量的厚度差，一般在1-3mm。本發(fā)明提供的高壓鋰離子電池模塊還包含多個繼電器5，其設置在電池屏蔽箱體上，該繼電器5連接鋰離子電池組，保證在航天器進入真空前保持斷開狀態(tài)，電池模塊電壓不高于300V；繼電器的個數(shù)取決于鋰離子電池組總電壓值，當鋰離子電池組電壓低于300V時，不需接入繼電器，當鋰離子電池組電壓為300V～600V，此時在最中間接入1個繼電器即可，此時最高電壓為≤300V，當鋰離子電池組電壓在600V～900V，則需要接入2個繼電器，依此類推，在軌運行的高壓鋰離子電池模塊最高電壓可達2500V以上。
本發(fā)明能夠保證電池模塊安全度過低氣壓階段，并且其絕緣強度能夠保證電池組總電壓2500V的情況下在真空環(huán)境中長期穩(wěn)定運行，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能夠防止帕邢擊穿，并且適用真空環(huán)境，具有多重絕緣安全防護功能，保證了航天器鋰離子電池組安全穩(wěn)定運行。
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權(quán)利要求來限定。