一种活塞结构的高膨胀型电池组的制作方法

本发明属于电池组，具体涉及一种活塞结构的高膨胀型电池组，特别涉及一种活塞结构的金属锂二次电池组。

背景技术：

1、近年，无人机技术发展迅猛，对储能蓄电池的能量要求越来越高，但蓄电池重量随之增大，严重限制了无人机型号蓄电池的应用。随着金属锂二次电池技术的逐渐成熟，金属锂二次电池也可以实现一定周期内的充放电，而且比能量高达530wh/kg以上，在高比能量领域应用具有非常大的应用价值。然而，金属锂二次电池相对传统石墨负极材料缺少了锂离子嵌入的空间，因此充电过程会发生明显的体积膨胀，尤其是方形软包装的金属锂电池，其厚度膨胀一般高达8％以上。金属锂二次电池在充放电过程中，电池阵列尺寸大幅度收缩膨胀变化，无法采取常规的对所有单体电池粘接固定的或常规电池模组的机械固定的防止，否则，膨胀收缩过程单体电池与电池组外壳发生相对位移，单体电池会发生铝塑膜破坏、机械固定位置会发生膨胀破坏，甚至电池组外壳因膨胀而发生外形结构破坏。应用于无人机时，当电池模组膨胀幅度过大时，安装固定位置以及电池外壳结构受到破坏，振动对电池模组造成破坏，最终导致无人机供电失效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种超轻活塞结构的高膨胀型电池组，解决了现有金属锂电池模组膨胀收缩对外壳造成破坏的技术问题，进一步解决了现有金属锂电池模组难以实现轻量化的技术问题，本发明能够实现电池组充放电过程外形尺寸稳定的技术效果，有效避免了电池模组膨胀收缩对外壳造成的破坏。

2、为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明金属锂二次电池组内部的电池模组可实现金属锂二次电池充放电过程厚度膨胀和收缩时的自动尺寸适配，并对电池模组在三维尺寸方形实现完全固定，解决无人机用金属锂二次电池组在飞行过程中内部电池模组无法有效安装固定造成抗振能力差，充放电膨胀对电池组外壳造成破坏的问题。

4、一种活塞结构的高膨胀型电池组，包括活塞电池模组、缸体和电池组外壳；

5、活塞电池模组和缸体设于电池组外壳内部；

6、活塞电池模组包括单体电池阵列和活塞；单体电池阵列第一端与活塞固定连接，单体电池阵列第二端与电池组外壳固定连接；

7、缸体与电池组外壳固定连接；缸体设有用于容纳活塞的腔体，单体电池阵列的膨胀收缩带动活塞在腔体中进行往复运动，腔体对活塞进行限位，使活塞的往复运动为沿单体电池阵列膨胀收缩方向的直线运动。

8、进一步的，缸体和活塞电池模组中的活塞采用泡沫材料。

9、进一步的，泡沫材料为强度5～20mpa的高强度泡沫塑料；

10、所述高强度泡沫塑料包括pvc、pmi、pp、pe或eps。

11、进一步的，单体电池阵列包括若干个有序排列的单体电池，单体电池为金属锂二次电池单体；

12、活塞电池模组还包括夹板和绑线；

13、两块夹板分别设于单体电池阵列沿膨胀收缩方向的两端；绑线缠绕于单体电池阵列和夹板外侧，用于拉紧单体电池阵列两端的夹板以实现单体电池阵列的形状的固定；

14、夹板采用碳纤维材料；

15、绑线采用芳纶纤维材料。

16、进一步的，单体电池阵列的第一端和第二端为沿单体电池阵列膨胀收缩方向的两端；

17、单体电池阵列第二端和缸体分别位于电池组外壳沿单体电池阵列膨胀收缩方向的两侧；

18、单体电池阵列第一端与活塞粘接。

19、进一步的，缸体的腔体三维方向上的尺寸分别比活塞三维方向上的尺寸小0.2～0.5mm；

20、活塞伸入缸体一端的端面形状为规则形状或不规则形状。

21、进一步的，活塞伸入缸体一端的下边缘设有切除区域，切除区域用于在活塞在进入缸体的过程中对活塞进行导向。

22、进一步的，活塞电池模组中的单体电池阵列底部与电池组外壳底部接触，单体电池阵列膨胀收缩时，单体电池阵列的底部与电池组外壳底部之间产生相对滑动。

23、进一步的，电池组外壳底部的上表面粘贴有底部加热带，活塞电池模组中的单体电池阵列底部与底部加热带的接触面采用润滑液进行润滑，单体电池阵列膨胀收缩时，单体电池阵列的底部与底部加热带之间产生相对滑动；

24、单体电池阵列第一端还设有端部加热带。

25、进一步的，活塞电池模组的数量≥1；

26、缸体所设腔体的数量与活塞电池模组中活塞的数量相等，腔体与活塞一一对应。

27、本发明与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：

28、(1)本发明创造性的提出一种活塞结构的高膨胀型电池组，解决了金属锂二次电池模组使用过程中电池单体厚度大幅度膨胀收缩导致金属锂电池模组无法安装、对安装结构或电池组外壳造成破坏等关键性问题，开拓了一种适用于金属锂电池模组安装固定的方法，达到了电池组充放电过程外形尺寸稳定的技术效果。

29、(2)本发明金属锂电池模组在膨胀收缩条件下，可以实现三维方向结构的完全固定，对参与无人机飞行振动过程使用金属锂电池组具有最优的适应性能，达到了电池组飞行振动过程充放电收缩膨胀结构可靠固定的技术效果。

30、(3)本发明采用泡沫活塞结构，泡沫活塞和泡沫缸体选用强度5～20mpa的高强度泡沫塑料，相比常规金属或橡胶弹性材料具有强度高、重量轻等优点。

31、(4)本发明采用活塞结构设计，泡沫活塞会随金属锂电池模组的电池阵列膨胀伸入泡沫缸体，为电池阵列提供额外空间并规定了电池阵列的膨胀方向，有效防止电池组外壳在金属锂电池模组膨胀收缩过程中发生形变；

32、(5)本发明可以灵活调整电池组中单体电池阵列的数量，电池阵列数量的变化并不影响本发明对电池组的固定作用和对形变的限制作用；

33、(6)本发明精细设置了活塞的切除区域、尺寸等结构细节，有利于提高活塞和气缸配合的稳定性。

技术特征：

1.一种活塞结构的高膨胀型电池组，其特征在于，包括活塞电池模组(1)、缸体(2)和电池组外壳(3)；

2.根据权利要求1所述的一种活塞结构的高膨胀型电池组，其特征在于，缸体(2)和活塞电池模组(1)中的活塞采用泡沫材料。

3.根据权利要求2所述的一种活塞结构的高膨胀型电池组，其特征在于，泡沫材料为强度5～20mpa的高强度泡沫塑料；

4.根据权利要求1所述的一种活塞结构的高膨胀型电池组，其特征在于，单体电池阵列包括若干个有序排列的单体电池，单体电池为金属锂二次电池单体；

5.根据权利要求1所述的一种活塞结构的高膨胀型电池组，其特征在于，单体电池阵列的第一端和第二端为沿单体电池阵列膨胀收缩方向的两端；

6.根据权利要求1所述的一种活塞结构的高膨胀型电池组，其特征在于，缸体(2)的腔体三维方向上的尺寸分别比活塞三维方向上的尺寸小0.2～0.5mm；

7.根据权利要求1所述的一种活塞结构的高膨胀型电池组，其特征在于，活塞伸入缸体(2)一端的下边缘设有切除区域，切除区域用于在活塞在进入缸体(2)的过程中对活塞进行导向。

8.根据权利要求1所述的一种活塞结构的高膨胀型电池组，其特征在于，活塞电池模组(1)中的单体电池阵列底部与电池组外壳(3)底部接触，单体电池阵列膨胀收缩时，单体电池阵列的底部与电池组外壳(3)底部之间产生相对滑动。

9.根据权利要求1所述的一种活塞结构的高膨胀型电池组，其特征在于，电池组外壳(3)底部的上表面粘贴有底部加热带(105)，活塞电池模组(1)中的单体电池阵列底部与底部加热带(105)的接触面采用润滑液进行润滑，单体电池阵列膨胀收缩时，单体电池阵列的底部与底部加热带(105)之间产生相对滑动；

10.根据权利要求1所述的一种活塞结构的高膨胀型电池组，其特征在于，活塞电池模组(1)的数量≥1；

技术总结
本发明公开了一种超轻活塞结构的高膨胀型电池组，包括活塞电池模组、缸体和电池组外壳；活塞电池模组和缸体设于电池组外壳内部；活塞电池模组包括单体电池阵列和活塞；单体电池阵列第一端与活塞固定连接，单体电池阵列第二端与电池组外壳固定连接；缸体与电池组外壳固定连接；缸体设有用于容纳活塞的腔体，单体电池阵列的膨胀收缩带动活塞在腔体中进行往复运动，腔体对活塞进行限位，使活塞的往复运动为沿单体电池阵列膨胀收缩方向的直线运动。本发明能够实现电池组充放电过程外形尺寸稳定的技术效果，有效避免了电池模组膨胀收缩对外壳造成的破坏。

技术研发人员：沈川杰,盛良妹,李克锋,李国瑞,陈如昊,吕士银,郑奕
受保护的技术使用者：上海空间电源研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13