一种卫星用的锂离子蓄电池组的制作方法

1.本发明涉及锂离子蓄电池领域，特别是涉及一种卫星用的锂离子蓄电池组。


背景技术：

2.锂离子蓄电池组作为卫星的储能电源，属于卫星的关键单机，是卫星在地影期的唯一能量来源，锂离子蓄电池组的性能好坏直接决定着卫星的在轨寿命，锂离子蓄电池组相比较于镉镍电池，氢镍电池具有能量密度高，循环寿命长，应用温度范围广等特点，目前已经成为卫星的主流储能电源。
3.航天卫星用锂离子蓄电池组有趋向于高压大功率的趋势，如果按照单模块设计，会导致单体电池堆积，散热性能差的问题，且不利于在卫星上的安装以及重量均布；不同型号卫星因载荷功率及安装空间不同，需求的蓄电池组容量及尺寸也不同，针对不同型号卫星，蓄电池组无法通用；因此需求蓄电池组进行模块化设计，且模块之间可以进行不同方向的叠加，以满足不同卫星之间不同载荷功率及安装空间的需求。
4.随着航天卫星用锂离子蓄电池组功率增大，随之带来的是产热量的增大，采用叠层设计对散热及加热设计要求较高，现有设计方案中上下层电池间温度梯度过大，影响电池组性能及寿命。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种卫星用的锂离子蓄电池组,能够满足卫星电池大功率的需求同时，减少安装空间，改善热均衡状态。
6.根据本发明的一种卫星用的锂离子蓄电池组，包括：
7.方形的盒体，所述盒体具有盒室，所述盒室的顶部设有上槽孔，所述盒室的底部设有下槽孔，所述盒体的至少一侧面设有上连接板和下连接板，所述上连接板平行所述盒体的上顶面向外延伸设置，所述下连接板平行所述盒体的下底面向外延伸设置，所述上连接板和所述下连接板上下相对构成卡装空位，所述上连接板能够与上层重叠放置所述盒体的所述下连接板固定连接；
8.若干单体电池，所述单体电池竖向设置在所述盒室内，所述单体电池的上端插装在所述上槽孔中，并通过导热硅胶粘接，所述单体电池的下端插装在所述下槽孔中，并通过导热硅胶粘接；
9.中间连接板，所述中间连接板的两板面均设有连接组件，所述连接组件能够卡装在所述卡装空位内，所述中间连接板能够通过所述连接组件与所述盒体连接；
10.第一导热硅胶垫，所述第一导热硅胶垫和所述盒体的顶部外表面匹配，覆盖在所述盒体的顶部外表面；
11.第二导热硅胶垫，所述第二导热硅胶垫和所述盒体的底部外表面匹配，覆盖在所述盒体的底部外表面；
12.加热膜，具有第一加热面和第二加热面，所述第一加热面和所述第一导热硅胶垫匹配，所述第二加热面和所述第二导热硅胶垫匹配。
13.根据本发明实施例的卫星用的锂离子蓄电池组，至少具有如下有益效果：
14.1、本发明的蓄电池组模块可以进行上下、左右方向上的模块化叠加，能满足不同型号卫星不同安装空间的需求，组合后可以实现leo轨道不同的功率输出，能满足不同型号卫星不同功率的需求，通用化、模块化程度更高。
15.2、本发明蓄电池组模块在左右方向通过中间连接板进行叠加，这种连接方式的优点是：标准模块可以在两侧方向保留安装脚，标准模块在不做组合的时候够独立安装在卫星上使用，在做组合使用的时候增加中间连接支架即可实现连接，使用方式更为灵活，且通过中间连接板和螺栓进行组合强度更高，可满足卫星发射的力学环境要求，可靠性更高。
16.3、本发明的蓄电池组为模块化组合设计，模块或组合后模块可以分开安装在星体上，相比较于单模块设计，散热性能更好，安全性更高。
17.4、本发明通过导热硅胶将单体电池的上下端分别粘接在上槽孔和下槽孔中，提高了单体电池的散热面积。此外，单体电池与槽孔之间预留间隙,通过导热硅胶粘接，可以释放单体电池在循环充放电过程中的膨胀力。
18.5、在单层电池组上下叠层设置的时候，第一导热硅胶垫和第二导热硅胶垫可以达到绝缘和填充单层电池组之间的换热面间隙，增强换热的效果。
19.6、在锂离子蓄电池组进行上下叠加的时候，将加热膜设置在两盒体之间，在卫星处于地影期时，加热膜启动产生热量，加热膜被夹设在两组盒体之间，通过两组盒体上设置的导热硅胶垫，将加热膜产生的热量传递到导热硅胶垫并均匀的为每一只单体电池加热，这种加热方式使电池组在加热时温度差更小，也更安全。
20.根据本发明的一些实施例，所述盒体包括上盖板、下盖板、左侧板、右侧板、前端板和后端板，所述盒体由上盖板、下盖板、左侧板、右侧板、前端板和后端板拼装而成。
21.根据本发明的一些实施例，所述左侧板上设有所述上连接板和所述下连接板，所述上连接板沿所述左侧板的上边向外延伸设置，所述下连接板沿所述左侧板的下边向外延伸设置。
22.根据本发明的一些实施例，所述右侧板上设有所述上连接板和所述下连接板，所述上连接板沿所述右侧板的上边向外延伸设置，所述下连接板沿所述右侧板的下边向外延伸设置。
23.根据本发明的一些实施例，所述上连接板上设有若干上安装孔，所述下连接板上设有和所述上安装孔相对的下安装孔。
24.根据本发明的一些实施例，还包括第一连接件，所述上盖板的外缘设有若干第一连接孔，所述第一连接孔和所述上安装孔相对，所述第一连接件穿过所述第一连接孔和所述上安装孔连接。
25.根据本发明的一些实施例，还包括第二连接件，所述下盖板的外缘设有若干第二连接孔，所述第二连接孔和所述下安装孔相对，所述第二连接件穿过所述第二连接孔和所述下安装孔连接。
26.根据本发明的一些实施例，还包括第一聚酰亚胺膜，所述第一导热硅胶垫和所述盒体的顶部外表面之间设有所述第一聚酰亚胺膜；以及
27.第二聚酰亚胺膜，所述第二导热硅胶垫和所述盒体的底部外表面之间设有所述第二聚酰亚胺膜。
28.根据本发明的一些实施例，所述上盖板、下盖板、左侧板、右侧板、前端板和后端板均为镁合金材料制成，所述上盖板、下盖板、左侧板、右侧板、前端板和后端板的外表面均设有微弧氧化层。
29.根据本发明的一些实施例，所述连接组件包括至少一块条形块，所述条形块竖向设置在所述中间连接板的板面上，所述条形块的长度与所述卡装空位的高度相配，所述条形块能够卡装在所述卡装空位内，所述条形块上设有与所述盒体连接的第三连接孔。
30.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
31.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
32.图1为本发明实施例卫星用的锂离子蓄电池组的结构示意图；
33.图2为本发明实施例卫星用的锂离子蓄电池组的爆炸结构示意图；
34.图3为本发明实施例上盖板的结构示意图；
35.图4为本发明实施例下盖板的结构示意图；
36.图5为本发明实施例右侧板的结构示意图；
37.图6为本发明实施例左侧板的结构示意图；
38.图7为本发明实施例中间连接板的结构示意图；
39.图8为本发明实施例卫星用的锂离子蓄电池组上下叠加的结构示意图；
40.图9为本发明实施例卫星用的锂离子蓄电池组左右叠加的结构示意图；
41.图10为本发明实施例卫星用的锂离子蓄电池组上下、左右叠加的结构示意图。
42.附图标记：
43.100、单体电池；
44.200、盒体；210、上盖板；211、上槽孔；212、第一连接孔；220、下盖板；221、下槽孔；223、第二连接孔；230、左侧板；240、右侧板；250、前端板；260、后端板；270、第一减重孔；
45.310、上连接板；311、上安装孔；320、下连接板；321、下安装孔；330、卡装空位；340、加强筋；
46.400、中间连接板；410、连接组件；411、第三连接孔；420、第二减重孔；
47.500、汇流排；
48.610、第一导热硅胶垫；620、第二导热硅胶垫；
49.710、第一聚酰亚胺膜；720、第二聚酰亚胺膜；
50.800、加热膜。
具体实施方式
51.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描
述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
53.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
54.如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
55.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
56.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
57.如图1和图2所示，根据本发明实施例的卫星用的锂离子蓄电池组，包括：
58.方形的盒体200，盒体200具有盒室，盒室的顶部设有上槽孔211，盒室的底部设有下槽孔221，盒体200的至少一侧面设有上连接板310和下连接板320，上连接板310平行盒体200的上顶面向外延伸设置，下连接板320平行盒体200的下底面向外延伸设置，上连接板310和下连接板320上下相对构成卡装空位330，上连接板310能够与上层重叠放置盒体200的下连接板320固定连接；
59.若干单体电池100，单体电池100竖向设置在盒室内，单体电池100的上端插装在上槽孔211中，并通过导热硅胶粘接，单体电池100的下端插装在下槽孔221中，并通过导热硅胶粘接；
60.中间连接板400，中间连接板400的两板面均设有连接组件410，连接组件410能够卡装在卡装空位330内，中间连接板400能够通过连接组件410与盒体200连接；
61.第一导热硅胶垫610，第一导热硅胶垫610和盒体200的顶部外表面匹配，覆盖在盒体200的顶部外表面；
62.第二导热硅胶垫620，第二导热硅胶垫620和盒体200的底部外表面匹配，覆盖在盒体200的底部外表面；
63.加热膜800，具有第一加热面和第二加热面，第一加热面和第一导热硅胶垫610匹配，第二加热面和第二导热硅胶垫620匹配。
64.具体的实施例中，单体电池100为21700型圆柱电池，也可以是18650或其他型号圆柱形电池。盒体200的成型方式不限，可以是各个模块组合而成。
65.单体电池100按照规定的串并联排布方式，单体电池100的上端插装在上槽孔211中，并通过导热硅胶粘接，单体电池100的下端插装在下槽孔221中，并通过导热硅胶粘接。
66.本发明通过导热硅胶将单体电池100的上下端分别粘接在上槽孔211和下槽孔221中，提高了单体电池100的散热面积。
67.此外，单体电池100在充放电的过程中，体积会发生膨胀或收缩，通过单体电池100导热硅胶粘接在槽孔中，可以释放单体电池100在循环充放电过程中的膨胀力。
68.第一导热硅胶垫610覆盖在盒体200的顶部外表面，可以是直接与盒体200的顶部外表面接触，如果盒体200的顶部外表面还会设置其他的附件，比如汇流排500等附件，第一导热硅胶垫610将汇流排500等附件覆盖其中，并对汇流排500等附件之间的间隙进行填充，增加叠层电池组的导热面积，提高散热效果。单体电池100的顶端可以穿过上槽孔211和第一导热硅胶垫610直接接触，提高散热效果。
69.同样的，第二导热硅胶垫620覆盖在盒体200的底部外表面，可以是直接与盒体200的底部外表面接触，如果盒体200的底部外表面还会设置其他的附件，比如汇流排500等附件，第二导热硅胶垫620将汇流排500等附件覆盖其中，并对汇流排500等附件之间的间隙进行填充。单体电池100的底端可以穿过下槽孔221和第二导热硅胶垫620直接接触，提高散热效果。
70.相较于现有方案因上下层间的绝缘要求，设计时上下层间均有间隙，这些间隙也会阻碍了热量的传递(太空中没有空气，无法进行对流散热，只能进行辐射和传导散热)，本设计采用导热硅胶粘接将单体电池100粘接在上槽孔211和下槽孔221中，并通过导热硅胶垫填充上下层模块间及下模块到星体间的空隙，提高了电池与盖板之间、上层模块与下层模块之间、下层模块与星体间的散热面积，优化了散热路径，减小了上下层电池间的温度差，散热效果更好。
71.在本实施例中，盒体200由上盖板210、下盖板220、左侧板230、右侧板240、前端板250和后端板260拼装而成。其中，上连接板310可以通过左侧板230和/或右侧板240的上边和向外翻折成型，也可以由上盖板210向外延伸的方式成型。下连接板320可以通过左侧板230和/或右侧板240的下边和向外翻折的形状成型，也可以由下盖板220向外延伸的方式成型。
72.如图7所示，中间连接板400的宽度与盒体200的高度相配，中间连接板400可以和卡装空位330的长度相等也可以不等，具体根据连接位置确定。中间连接板400的两板面均设有连接组件410，两个连接组件410可以分别和左右叠加的两个盒体200的侧面连接固定。中间连接板400的宽度与盒体200的高度相配，可以在盒体200在左右叠加的时候，将两个盒体200装配在一起，完成左右叠加。
73.具体的如图8所示，当蓄电池组上下方向叠加时，将加热膜800夹设在两个盒体200之间，具体是放置在两个盒体200之间的第一导热硅胶垫610和第二导热硅胶垫620之间，再将两个盒体200上下叠加固定。
74.相比与现有技术中，将加热膜布置于电池组四周，加热时外部电池与内部电池温度差异较大；本设计将加热膜布置于上下层间的导热硅胶垫之间；可以实现绝缘的同时，加热膜产生的热量会传递到硅胶垫并均匀的为每一只电池加热，这种加热方式使电池组在加热时温度差更小，也更安全。
75.在本实施例中，为了提高安装强度，盒体200的左右两侧面均设有上连接板310和下连接板320，同时在盒体200的前后两端面也设有辅助连接板(在一些实施例中也可以不设)。在其他实施例中，上连接板310和下连接板320可以只在盒体200的一个侧面设置即可。
76.单个蓄电池组有左侧板230、右侧板240、前端板250和后端板260支撑结构，强度较
高，可以实现多个锂离子蓄电池组的在上下方向的叠加。
77.上述组合形式适用于卫星星板安装面积不大，高度空间充足的情况，该组合可提供2*500w左右的功率输出；
78.如图9所示，当蓄电池模块在左右方向叠加时，具体的连接方式为：先将中间连接板400一侧的连接组件410卡装在卡装空位330中，再通过连接件将连接组件410与盒体200固定连接在一起；之后，再将中间连接板400另一侧的连接组件410卡装另一个盒体200的卡装空位330中，按照同样的方式连接，从而完成在左右方向上的叠加。
79.上述组合形式适用于蓄电池组在卫星星板安装高度空间不足但底部安装面积充足的情况，可提供2*500w左右地功率输出。在其他的一些实施例中，可根据需求进行多个模块的组合。
80.如图10所示，单个电池模块先在上下方向上进行叠加后，然后在左右方向上通过中间连接板400进行叠加，适用于星体安装空间足够大时，该组合形式高度集成化，可提供4*500w左右的功率输出。
81.在本发明的一些实施例中，盒体200包括上盖板210、下盖板220、左侧板230、右侧板240、前端板250和后端板260，盒体200由上盖板210、下盖板220、左侧板230、右侧板240、前端板250和后端板260拼装而成。在本实施例中，各个模块单独制造，之后在再将各个模块拼装为一体。这种方式生产比较简单，降低生产成本。
82.在本发明的一些实施例中，如图6所示，左侧板230上设有上连接板310和下连接板320，上连接板310沿左侧板230的上边向外延伸设置，下连接板320沿左侧板230的下边向外延伸设置。
83.具体的，上连接板310由左侧板230的上边向外翻折的成型，下连接板320由左侧板230的下边向外翻折的成型。这里所说的向外翻折是相对与盒室向外。上连接板310和下连接板320与左侧板230可以一次性成型，成型比较简单。
84.如图5所示，右侧板240上设有上连接板310和下连接板320，上连接板310沿右侧板240的上边向外延伸设置，下连接板320沿右侧板240的下边向外延伸设置。
85.具体的，上连接板310由右侧板240的上边向外翻折的成型，下连接板320由右侧板240的下边向外翻折的成型，可以一次性成型，成型比较简单。
86.在本发明的一些实施例中，上连接板310上若干上安装孔311，下连接板320上设有和上安装孔311相对的下安装孔321。
87.在进行上下叠加的时候，将两个盒体200重叠放置，使得上方的盒体200的下连接板320与下方的盒体200上连接板310重叠，并使得上安装孔311和下安装孔321对齐，之后再通过连接件如螺栓等，将上下两个蓄电池组固定连接一起。
88.在本发明的一些实施例中，还包括第一连接件，具体为连接螺栓，上盖板210的外缘设有若干第一连接孔212，第一连接孔212和上安装孔311相对，第一连接件穿过第一连接孔212和上安装孔311连接。
89.在安装上盖板210的时候，将上盖板210的第一连接孔212和上安装孔311对齐，之后通过连接件锁紧固定。
90.另外，在本发明中，第一连接孔212、上安装孔311以及下安装孔321均是相对设置，因此在进行上下叠加的时候，可以使用同一个连接件连接固定。简化锂离子蓄电池组的结
构，减少配件的使用，降低锂离子蓄电池组的整体质量。
91.为了加强锂离子蓄电池组的连接的稳定性，可以沿上盖板210的外缘四周都设置第一连接孔212，相应的在前端板250和后端板260上设置对应的连接孔。
92.在本发明的一些实施例中，如图1结合图4所示，还包括第二连接件(具体为连接螺栓)，下盖板220的外缘设有若干第二连接孔223，第二连接孔223和下安装孔321相对，第二连接件穿过第二连接孔223和下安装孔321连接。
93.在安装下盖板220的时候，将下盖板220的第二连接孔223和下安装孔321对齐，之后通过连接件锁紧固定。
94.另外，在本发明中，第二连接孔223、上安装孔311以及下安装孔321均是相对设置，因此在进行上下叠加的时候，可以使用同一个连接件连接固定。简化锂离子蓄电池组的结构，减少配件的使用，降低锂离子蓄电池组的整体质量。
95.为了加强锂离子蓄电池组的连接的稳定性，可以沿下盖板220的外缘四周都设置第二连接孔223，相应的在前端板250和后端板260上设置对应的连接孔。
96.在本发明的一些实施例中，还包括第一聚酰亚胺膜710，第一导热硅胶垫610和盒体200的顶部外表面之间设有第一聚酰亚胺膜710；以及
97.第二聚酰亚胺膜720，第二导热硅胶垫620和盒体200的底部外表面之间设有第二聚酰亚胺膜720。
98.聚酰亚胺膜具有优异的绝缘、耐穿刺性能和阻燃性能，通过在第一导热硅胶垫610和盒体200的顶部外表面之间设有第一聚酰亚胺膜710。可以提高第一导热硅胶垫610的绝缘与阻燃性能。
99.通过在第二导热硅胶垫620和盒体200的底部外表面之间设有第二聚酰亚胺膜720。可以提高第二导热硅胶垫620的绝缘与阻燃性能。
100.在本发明的一些实施例中，上盖板210、下盖板220、左侧板230、右侧板240、前端板250和后端板260均为镁合金材料制成，保证单层电池组的轻量化的同时，具有良好的传热通道。
101.上盖板210、下盖板220、左侧板230、右侧板240、前端板250和后端板260的外表面均设有微弧氧化层。表面经过微弧氧化处理，形成微弧氧化层，可以将盒体200的半球发射率提高至0.85以上。
102.在本发明的一些实施例中，连接组件410包括至少一块条形块，条形块竖向设置在中间连接板400的板面上，条形块的长度与卡装空位330的高度相配，条形块能够卡装在卡装空位330内，条形块上设有与盒体200连接的第三连接孔411。
103.在具体实施例中，如图7所示，中间连接板400的两个板面上分别设有两块条形块，两块条形块靠近中间连接板400的两端设置，盒体上200设有和连接孔411对应的扩展安装孔，条形块卡装在卡装空位330中以后，通过螺栓件将条形块固定在卡装空位330中。
104.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
105.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。