分层式大容量蓄电池组控温装置

1.本实用新型涉及航天应用领域的一种可应用大容量蓄电池组的控温装置，特别是针对对于星内空间受限、蓄电池组重量和体积较大，难以统一布置在同一个平面上的情况。


背景技术：

2.目前国内卫星上的电源多为锂离子蓄电池组，一个蓄电池组往往具有30～60个单体，正常的工作温度范围为0℃～30℃，蓄电池组内部各个单体之间的温差需要小于3℃，不同模块间的温差需要小于5℃。同时，由于电池单体内部为化学电解液，热容量很大，造成电池的热惯性很大，在对单体进行主动加热控制时，温度响应滞后性明显，容易超过电池的工作温度上限。
3.目前国内小型航天器上蓄电池组的容量一般在100ah以下，蓄电池组的重量、体积均较小，对安装空间的需求也较小，可以安装在一块卫星舱板上。当电池单体容量达到50ah，蓄电池组容量达到200ah以上，蓄电池组重量超过70kg以后，为了方便结构的安装，蓄电池组就需要进行分模块设计，由此就带来了模块间温度一致性的问题，各个模块均需要主动加热器进行温度控制，增加了资源的消耗，并且每个模块均需要有独立的散热面，整星的外包络尺寸也将随之增加。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供分层式大容量蓄电池组控温装置，通过“z”型热管连接后，上下两个模块可以共用下层蜂窝板下表面的散热面，在只控制一块散热面的情况下就可以实现对两组模块的控温，减少对加热器资源的需求。
5.本实用新型的技术方案是：分层式大容量蓄电池组控温装置，包括上层电池模组、下层电池模组、上层蜂窝板、下层蜂窝板、上层扩热板、下层扩热板、z形热管和散热面；
6.所述上层电池模组安装在上层扩热板上表面，上层扩热板安装在上层蜂窝板上表面；
7.所述下层电池模组安装在下层扩热板上表面，下层扩热板安装在下层蜂窝板上表面；
8.所述z形热管上端面连接于上层蜂窝板下表面与上层电池模组正对应的位置，z形热管下端面连接于下层蜂窝板上表面的下层电池模组侧边；
9.所述下层蜂窝板下表面设置有散热面，所述散热面的安装位置上方正对应下层电池模组和z形热管下端面。
10.进一步的，所述散热面的大小为上层电池模组安装面面积与下层电池模组安装面面积之和。
11.进一步的，所述散热面表面喷涂散热白漆。
12.进一步的，所述上层扩热板和下层扩热板厚度为2.8-3.2mm，采用铝合金材质。
13.进一步的，所述上层电池模组由50ah锂离子蓄电池单体5并5串组成，所述下层电
池模组由50ah锂离子蓄电池单体5并6串组成。
14.本实用新型的有益效果是：整个系统结构紧凑、占用空间较小，大容量的电池组无需整体安装在一块蜂窝板上。
15.通过在电池模块下铺设扩热板，单个模块内部电池单体的温差小，小于3℃。
16.通过“z”型热管连接上下两个扩热板后，两个模块间的温差小，小于5℃。
17.通过“z”型热管连接后，上下两个模块可以共用下层蜂窝板下表面的散热面，在只控制一块散热面的情况下就可以实现对两组模块的控温，减少对加热器资源的需求。
附图说明
18.图1为下层电池模组的结构示意图；
19.图2为上层电池模组的结构示意图；
20.图3为电池组底面镂空设计示意图；
21.图4为z型热管、扩热板、电阻模块相对位置示意图；
22.图5为分层式大容量蓄电池组控温装置整体结构示意图；
23.图6为分层式大容量蓄电池组控温装置整体结构示意图。
24.图中：1为上层电池模组，2为下层电池模组，3为上层蜂窝板，4为下层蜂窝板，5为上层扩热板，6为下层扩热板，7为z形热管，8为散热面，9为电池组底面镂空。
具体实施方式
25.下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
26.本方案针对250ah大容量蓄电池组控温展开，每个电池单体的容量为50a，共分为两层结构，下层包括6
×
5个电池单体，上层为5
×
5个电池单体，受限于卫星舱内的布局空间，只有下层蓄电池模块具有独立的散热面，上层的模块无法设计散热面。
27.如图1、2、3所示，锂离子蓄电池组额定容量为250ah，由2个蓄电池模块串联组成，下层模块由50ah锂离子蓄电池单体5并6串组成，上层模块由50ah锂离子蓄电池单体5并5串组成。蓄电池组由于特殊的组装工艺，安装面为镂空设计，接触面积非常小，所以在每个模块下方要铺设3mm厚扩热板。
28.本方案中分层式大容量蓄电池组控温装置，具体名称如下，包括上层电池模组1、下层电池模组2、上层蜂窝板3、下层蜂窝板4、上层扩热板5、下层扩热板6、z形热管7和散热面8。安装位置示意图如图4、5、6所示。
29.所述上层电池模组1安装在上层扩热板5上表面，上层扩热板5安装在上层蜂窝板3上表面。所述下层电池模组2安装在下层扩热板6上表面，下层扩热板6安装在下层蜂窝板4上表面。上层扩热板和下层扩热板厚度3mm，采用铝合金材质。
30.所述z形热管7上端面连接于上层蜂窝板3下表面与上层电池模组1正对应的位置，z形热管7下端面连接于下层蜂窝板4上表面的下层电池模组2侧边。
31.所述下层蜂窝板4下表面设置有散热面8，所述散热面8的安装位置上方正对应下层电池模组2和z形热管7下端面。所述散热面8的大小为上层电池模组1安装面面积与下层电池模组2安装面面积之和。散热面面积要适中，太大电池的温度会偏低，太小电池组的温度会偏高。所述散热面8表面喷涂散热白漆，白漆型号为ks-1。
32.整个系统结构紧凑、占用空间较小，大容量的电池组无需整体安装在一块蜂窝板上。通过在电池模块下铺设扩热板，单个模块内部电池单体的温差小，小于3℃。通过“z”型热管连接上下两个扩热板后，两个模块间的温差小，小于5℃。通过“z”型热管连接后，上下两个模块可以共用下层蜂窝板下表面的散热面，在只控制一块散热面的情况下就可以实现对两组模块的控温，减少对加热器资源的需求。
33.该系统设备的最佳使用状态为结构紧凑、内部空间狭小，但需要大容量蓄电池组的小型化卫星上。
34.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。


技术特征：
1.分层式大容量蓄电池组控温装置，其特征在于：包括上层电池模组(1)、下层电池模组(2)、上层蜂窝板(3)、下层蜂窝板(4)、上层扩热板(5)、下层扩热板(6)、z形热管(7)和散热面(8)；所述上层电池模组(1)安装在上层扩热板(5)上表面，上层扩热板(5)安装在上层蜂窝板(3)上表面；所述下层电池模组(2)安装在下层扩热板(6)上表面，下层扩热板(6)安装在下层蜂窝板(4)上表面；所述z形热管(7)上端面连接于上层蜂窝板(3)下表面与上层电池模组(1)正对应的位置，z形热管(7)下端面连接于下层蜂窝板(4)上表面的下层电池模组(2)侧边；所述下层蜂窝板(4)下表面设置有散热面(8)，所述散热面(8)的安装位置上方正对应下层电池模组(2)和z形热管(7)下端面。2.根据权利要求1所述的分层式大容量蓄电池组控温装置，其特征在于：所述散热面(8)的大小为上层电池模组(1)安装面面积与下层电池模组(2)安装面面积之和。3.根据权利要求1或2所述的分层式大容量蓄电池组控温装置，其特征在于：所述散热面(8)表面喷涂散热白漆。4.根据权利要求1所述的分层式大容量蓄电池组控温装置，其特征在于：所述上层扩热板(5)和下层扩热板(6)厚度为2.8-3.2mm，采用铝合金材质。5.根据权利要求1所述的分层式大容量蓄电池组控温装置，其特征在于：所述上层电池模组(1)由50ah锂离子蓄电池单体5并5串组成，所述下层电池模组(2)由50ah锂离子蓄电池单体5并6串组成。

技术总结
本实用新型公开了分层式大容量蓄电池组控温装置，上层电池模组安装在上层扩热板上表面，上层扩热板安装在上层蜂窝板上表面；下层电池模组安装在下层扩热板上表面，下层扩热板安装在下层蜂窝板上表面；Z形热管上端面连接于上层蜂窝板下表面与上层电池模组正对应的位置，Z形热管下端面连接于下层蜂窝板上表面的下层电池模组侧边；下层蜂窝板下表面设置有散热面，散热面的安装位置上方正对应下层电池模组和Z形热管下端面。通过“Z”型热管连接后，上下两个模块可以共用下层蜂窝板下表面的散热面，在只控制一块散热面的情况下就可以实现对两组模块的控温，减少对加热器资源的需求。减少对加热器资源的需求。减少对加热器资源的需求。


技术研发人员：元晓川 李晓莉 王慧元 汤素超 周世龙
受保护的技术使用者：中国科学院微小卫星创新研究院
技术研发日：2022.07.07
技术公布日：2022/12/23