[發明專利]一種水下航行器電池裝置

在審

• 申請號: 201710815032.0
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107732360A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 彭健;羅凱;許海雨
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/617;H01M10/625;H01M10/6552;H01M10/6567;H01M10/659;H01M2/10
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技術領域

本專利涉及水下航行器領域，特別是水下航行器電池裝置領域。

背景技術

隨著我國海洋開發戰略與海權維護的巨大需求，各類型水上水下海洋航行器發展迅速。新型電動力水下航行器因為具有低噪聲、無航跡、大航深等諸多優點而逐漸取代傳統熱動力水下航行器。為了滿足水下航行器的動力要求，其動力能源通常由大量高能電池串/并聯組成。

水下航行器動力電池裝置在長時間進行大電流放電過程中將產生能量積累效應，對電池裝置安全使用的影響是非常嚴重的。熱量累積效應將會導致電池溫度迅速升高，對電池伏安特性有著很大的影響；而單體電池間溫度分布的不均勻性將破壞電池組放電一致性，從而嚴重影響電池組整體輸出性能；如果電池內部熱量聚積過度將導致電池本身發生變形，泄放，甚至爆炸等危險。

隨著動力電池功率和使用時間的增大，單一的傳統散熱方式已難以滿足水下航行器電池熱管理的需求，必須考慮采用高效的冷卻方式來保證電池裝置的安全可靠。利用石蠟等相變材料相變時吸收大量潛熱的特性，開發高效的、結構緊湊的、成本相對較低的帶有相變材料冷卻系統的動力電池裝置運用于動力電池裝置散熱，相較于傳統散熱方式具有明顯優勢。

發明專利CN101546843A公開了一種利用相變材料冷卻的電池裝置。該裝置在動力電池外部加裝殼體，電池和殼體之間填充相變材料并用絕緣橡膠密封，再在電池箱體上開設通風孔散熱。發明專利CN105914311A公開了一種集合風冷，熱管和相變材料儲能為一體的梯形箱體式電動汽車電池裝置。

上述兩種設計方案都是運用于電動汽車的電池裝置方案，不適用于水下航行器電池裝置，而且兩種方案都存在不足之處。第一種方案雖然采用了相變材料吸收熱量，但僅通過通風孔散熱，無法迅速的將熱量排出整個電池裝置。第二種方案雖然利用熱管將熱量從電池裝置中帶出，但是風冷裝置在水下航行器狹小空間中并不適用，效率低下。

發明內容

本發明的目的在于提供一種水下航行器電池裝置方案，以滿足特定的水下動力電池散熱需求。利用高效相變儲能材料與熱管裝置，并結合水冷散熱方式，得到一種水下航行器電池裝置方案。

本發明達成目的的技術方案是：一種水下航行器電池裝置，包括水冷箱體、電池箱體、電池架、電池和熱管；電池箱體內用鋁基ABS工程塑料制成的電池架固定電池組，電池組安裝在電池架上的電池孔中，在電池孔之間的間隙處分布著熱管孔，用于安裝散熱熱管，電池架與箱體間隔出的空間由相變材料填充；在電池箱上端安置水冷箱體，水冷箱體上有對應電池箱熱管大小和位置的熱管孔，該熱管孔需做密封處理，同時在水冷箱體上設置入水口與出水口，以便完成水冷循環。

所述的水冷箱體和電池箱體外形為圓柱狀，電池架外形為正六邊形。

所述的相變材料是熔點在45℃附近的石蠟與石墨的混合物，其中石蠟的質量分數為85％。

本發明的工作過程和原理是：首先，電池箱體中填充的相變材料將電池組散發的熱量吸收，并由于相變潛熱的特性使得各個電池間保持溫度均勻分布，電池箱體熱管孔中的熱管將吸收于相變材料中的熱量傳導至電池箱體上方的水冷箱體中，水冷箱體中流動的液態水不斷對熱管進行強迫對流換熱，最終將熱量帶出水下航行器電池裝置。

相比現有技術，本發明具有如下優點：

在電池組周圍填充相變材料，排除了原先電池組周圍不利于散熱的空氣，這樣有利于提高電池與外界的散熱效率。

利用高效率熱管將相變材料存儲的熱量快速散發出電池箱體，進入上端水冷箱體，水冷散熱效率遠高于風冷散熱，且更加符合水下環境的實際運用。

附圖說明

圖1水下航行器電池裝置外觀簡圖

圖2試下航行器電池裝置A-A截面視圖

圖3水下航行器電池裝置B-B截面視圖

圖4電池架軸測圖

具體實施方式

圖1-4示出，本發明的具體實施方式是一種水下航行器電池裝置，包括水冷箱體、電池箱體、電池架、電池和熱管。

一種水下航行器電池裝置，主要包含水冷箱體2和電池箱體1兩個部分；其中電池箱體1包括：電池架5置于電池箱體1中間位置，電池架5上面分布著21個電池孔6，21個3.6V高能鋰電池8置于電池孔6中，在電池孔6之間間隙處分布著12個熱管孔7，12根散熱熱管9置于熱管孔7之中，另一端插入水冷箱體2的熱管孔10中；電池架5與電池箱體1間隔出的空間為相變材料填充區域11。