本發(fā)明涉及一種飛行器上的艙體結(jié)構(gòu)與電池設(shè)備領(lǐng)域，特別是一種應(yīng)用于飛行器上的多功能結(jié)構(gòu)電池。

背景技術(shù)：

電源系統(tǒng)一般包括供電電池、配電器、電纜網(wǎng)等設(shè)備，艙體結(jié)構(gòu)包括主承力結(jié)構(gòu)、設(shè)備支架等。傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量較多、單機(jī)體積大，設(shè)備占據(jù)了儀器艙段的安裝空間，使飛行器結(jié)構(gòu)臃腫、布線凌亂、重量較大，制約了飛行器性能的提升。

目前，傳統(tǒng)飛行器上使用的艙體結(jié)構(gòu)、電源系統(tǒng)為兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。在降低飛行器自身重量的途徑方面，通常是從飛行器結(jié)構(gòu)與儀器設(shè)備兩個(gè)方面分別入手，但這種方法已經(jīng)逐漸暴露出其局限性。就儀器設(shè)備來(lái)說(shuō)，其自身的小型化固然可以減輕一些質(zhì)量，但卻不能減少與之相關(guān)的設(shè)備機(jī)箱、電纜等寄生部件，而這些寄生部件可以占到儀器設(shè)備總質(zhì)量的50％左右。因此，如何最大限度地消除設(shè)備機(jī)箱、電纜、接插件等寄生零部件就成為一個(gè)新的技術(shù)課題。

《空間飛行器用鋰離子蓄電池儲(chǔ)能電源的研究進(jìn)展》針對(duì)具有高比能量、低熱效應(yīng)、無(wú)記憶效應(yīng)的鋰離子蓄電池，從反應(yīng)機(jī)理、密封設(shè)計(jì)、壽命性能、充放電管理等方面進(jìn)行了論述，給出了飛行器上電源分系統(tǒng)的初步研究方案?！痘跓犭娂夹g(shù)的多功能結(jié)構(gòu)方案研究》開(kāi)展基于熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的多功能結(jié)構(gòu)的方案研究和力學(xué)分析、傳熱分析、熱電轉(zhuǎn)換分析，實(shí)現(xiàn)利用飛行器氣動(dòng)熱發(fā)動(dòng)并提供電能的目標(biāo)?！逗教炱鞫喙δ芙Y(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景》是對(duì)多功能結(jié)構(gòu)在航天器上的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景進(jìn)行了綜述，給出多功能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。

上述文獻(xiàn)中，飛行器電源系統(tǒng)仍作為獨(dú)立的電源系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要研究方向?yàn)樾碌陌踩母吣芰棵芏入姵夭牧虾碗姵伢w系，而在多功能結(jié)構(gòu)方面，主要是提出理論分析方法和設(shè)計(jì)方法，給出在不同領(lǐng)域的應(yīng)用展望，并未給出可應(yīng)用于飛行器上的多功能結(jié)構(gòu)電池方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種應(yīng)用于飛行器上的多功能結(jié)構(gòu)電池，有效減少了電池殼體、電池安裝支架、電池間連接電纜等寄生零部件，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的減重，并有效減少安裝空間和裝配工作量。

本發(fā)明的上述目的是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種應(yīng)用于飛行器上的多功能結(jié)構(gòu)電池，包括工字梁、工字梁蓋板、控制電池、功率電池、第一電連接器、第二電連接器、第三電連接器和第四電連接器；其中，工字梁固定在外部飛行器艙體結(jié)構(gòu)上，作為外部飛行器的支撐梁結(jié)構(gòu)；控制電池豎直安裝在工字梁的一端；功率電池豎直安裝在工字梁的另一端；第一電連接器和第二電連接器分別軸向垂直安裝在控制電池內(nèi)側(cè)的外表面上；第三電連接器和第四電連接器分別軸向垂直安裝在功率電池內(nèi)側(cè)的外表面上；工字梁蓋板的形狀與工字梁水平截面形狀一致，工字梁蓋板固定安裝在工字梁的上表面。

在上述的一種應(yīng)用于飛行器上的多功能結(jié)構(gòu)電池，所述工字梁水平截面為工字型，工字型水平截面兩端的外側(cè)邊為圓弧形狀；工字梁的一端沿豎直方向設(shè)置有深槽，即控制電池安裝空間，工字梁的另一端沿豎直方向設(shè)置有深槽，即功率電池安裝空間；控制電池豎直安裝在控制電池安裝空間內(nèi)，功率電池豎直安裝在功率電池安裝空間內(nèi)。

在上述的一種應(yīng)用于飛行器上的多功能結(jié)構(gòu)電池，所述控制電池包括90個(gè)鋰離子單體電池、電纜和連接條和環(huán)氧板；90個(gè)鋰離子單體電池均勻分成9排鋰離子單體電池組，9排鋰離子單體電池組等距水平平行放置；每排鋰離子單體電池組中的鋰離子單體電池通過(guò)連接條定位固定連接，每排鋰離子單體電池組中的鋰離子單體電池均為并聯(lián)；每3排鋰離子單體電池組組成鋰離子電池層，每3排鋰離子單體電池組的排列方式為“Z”字折疊方式，相鄰鋰離子電池層之間設(shè)置有環(huán)氧板；相鄰排對(duì)應(yīng)的鋰離子單體電池通過(guò)電纜固定連接，通過(guò)電纜連接的鋰離子單體電池為串聯(lián)；控制電池中鋰離子單體電池的串并聯(lián)連接方式為9串10并。

在上述的一種應(yīng)用于飛行器上的多功能結(jié)構(gòu)電池，所述控制電池還包括導(dǎo)熱硅膠；相鄰鋰離子單體電池之間通過(guò)導(dǎo)熱硅膠固定連接；控制電池通過(guò)導(dǎo)熱硅膠固定安裝在控制電池安裝空間底端的上表面。

在上述的一種應(yīng)用于飛行器上的多功能結(jié)構(gòu)電池，所述功率電池包括72個(gè)鋰離子單體電池、電纜和連接條和環(huán)氧板；72個(gè)鋰離子單體電池均勻分成9排鋰離子單體電池組，9排鋰離子單體電池組等距水平平行放置；每排鋰離子單體電池組中的鋰離子單體電池通過(guò)連接條定位固定連接，每排鋰離子單體電池組中的鋰離子單體電池均為并聯(lián)；每3排鋰離子單體電池組組成鋰離子電池層，每3排鋰離子單體電池組的排列方式為“Z”字折疊方式，相鄰鋰離子電池層之間設(shè)置有環(huán)氧板；相鄰排對(duì)應(yīng)的鋰離子單體電池通過(guò)電纜固定連接，通過(guò)電纜連接的鋰離子單體電池為串聯(lián)；功率電池中鋰離子單體電池的串并聯(lián)連接方式為9串8并。

在上述的一種應(yīng)用于飛行器上的多功能結(jié)構(gòu)電池，所述功率電池還包括導(dǎo)熱硅膠；相鄰鋰離子單體電池之間通過(guò)導(dǎo)熱硅膠固定連接；功率電池通過(guò)導(dǎo)熱硅膠固定安裝在功率電池安裝空間底端的上表面。

在上述的一種應(yīng)用于飛行器上的多功能結(jié)構(gòu)電池，所述的鋰離子單體電池采用LiFePO4電池體系，電池能量密度為115Wh/Kg，電壓3.15V，容量2.5Ah。

在上述的一種應(yīng)用于飛行器上的多功能結(jié)構(gòu)電池，每個(gè)鋰離子單體電池兩端均通過(guò)電纜引出，控制電池中所有鋰離子單體電池的兩端引出到第一電連接器5上，功率電池中所有鋰離子單體電池的兩端引出到第三電連接器上；9組鋰離子單體電池組串聯(lián)后通過(guò)電纜引出，控制電池中9組鋰離子單體電池組串聯(lián)后通過(guò)電纜引出到第二電連接器6上，功率電池中9組鋰離子單體電池組串聯(lián)后通過(guò)電纜引出到第四電連接器8上。

在上述的一種應(yīng)用于飛行器上的多功能結(jié)構(gòu)電池，所述的工字梁、工字梁蓋板的材料為鋁合金。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明采用飛行器的承載結(jié)構(gòu)梁與供電電池的集成一體化布局方案，將電池組、電纜、減震部件、電連接器植入到飛行器承載結(jié)構(gòu)中，與承載結(jié)構(gòu)、供電電池相互分立的傳統(tǒng)方案相比，有效減少了電池殼體、電池安裝支架、電池間連接電纜等寄生零部件，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的減重，并有效減少安裝空間和裝配工作量；

(2)本發(fā)明在控制電池和功率電池中的鋰離子單體電池組安裝方式中采用了“Z”型層疊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電池組在異型小空間內(nèi)的有效植入，串并聯(lián)全部采用交流焊接，無(wú)錫焊點(diǎn)，簡(jiǎn)化了焊接工藝，提高了電池組的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明多功能結(jié)構(gòu)電池方案組成示意圖；

圖2為本發(fā)明工字梁示意圖；

圖3為本發(fā)明工字梁上蓋板示意圖；

圖4為本發(fā)明控制電池鋰離子單體電池串并聯(lián)連接圖；

圖5為本發(fā)明功率電池鋰離子單體電池串并聯(lián)連接圖；

圖6為本發(fā)明控制電池與功率電池內(nèi)部組裝圖；

圖7為本發(fā)明控制電池和功率電池電氣連接示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述：

本發(fā)明提出的一種應(yīng)用于飛行器上的多功能結(jié)構(gòu)電池，采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，將電池組、電纜、減震部件、電連接器植入到飛行器承載結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)支撐、系統(tǒng)供電一體化的多功能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。該多功能結(jié)構(gòu)電池與承載結(jié)構(gòu)、供電電池相互分立的傳統(tǒng)方案相比，有效減少了電池殼體、電池安裝支架、電池間連接電纜等寄生零部件，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的減重，并有效減少安裝空間和裝配工作量。

如圖1所示，本發(fā)明提供的多功能結(jié)構(gòu)電池，包括：工字梁1、工字梁蓋板2、控制電池3、功率電池4，電連接器5、電連接器6、電連接器7、電連接器8和螺釘9；其中，工字梁1固定在外部飛行器艙體結(jié)構(gòu)上，作為外部飛行器的支撐梁結(jié)構(gòu)；控制電池3豎直安裝在工字梁1的一端；功率電池4豎直安裝在工字梁1的另一端；第一電連接器5和第二電連接器6分別軸向垂直安裝在控制電池3內(nèi)側(cè)的外表面上；第三電連接器7和第四電連接器8分別軸向垂直安裝在功率電池4內(nèi)側(cè)的外表面上；工字梁蓋板2通過(guò)螺釘9固定安裝在工字梁1的上表面。所述的工字梁1、工字梁蓋板2的材料為鋁合金。

如圖2所示為工字梁示意圖，由圖可知，工字梁1水平截面為工字型，工字型水平截面兩端的外側(cè)邊為圓弧形狀；工字梁1的一端沿豎直方向設(shè)置有深槽，即控制電池安裝空間10，工字梁1的另一端沿豎直方向設(shè)置有深槽，即功率電池安裝空間11；控制電池3豎直安裝在控制電池安裝空間10內(nèi)，功率電池4豎直安裝在功率電池安裝空間11內(nèi)。

如圖3所示為工字梁上蓋板示意圖，由圖可知，工字梁蓋板2的形狀與工字梁1水平截面形狀一致，工字梁蓋板2固定安裝在工字梁1的上表面。

如圖4所示為控制電池鋰離子單體電池串并聯(lián)連接圖，如圖5所示為功率電池鋰離子單體電池串并聯(lián)連接圖，如圖6為控制電池與功率電池內(nèi)部組裝圖，由圖可知，控制電池3包括90個(gè)鋰離子單體電池12、電纜13和連接條14和環(huán)氧板15；90個(gè)鋰離子單體電池12均勻分成9排鋰離子單體電池組，9排鋰離子單體電池組等距水平平行放置；每排鋰離子單體電池組中的鋰離子單體電池12通過(guò)連接條14定位固定連接，每排鋰離子單體電池組中的鋰離子單體電池12均為并聯(lián)；每3排鋰離子單體電池組組成鋰離子電池層，每3排鋰離子單體電池組的排列方式為“Z”字折疊方式，相鄰鋰離子電池層之間設(shè)置有環(huán)氧板15；相鄰排對(duì)應(yīng)的鋰離子單體電池12通過(guò)電纜13固定連接，通過(guò)電纜13連接的鋰離子單體電池12為串聯(lián)；控制電池3中鋰離子單體電池12的串并聯(lián)連接方式為9串10并。

控制電池3還包括導(dǎo)熱硅膠16；相鄰鋰離子單體電池12之間通過(guò)導(dǎo)熱硅膠16固定連接；控制電池3通過(guò)導(dǎo)熱硅膠16固定安裝在控制電池安裝空間10底端的上表面。

功率電池4包括72個(gè)鋰離子單體電池12、電纜13和連接條14和環(huán)氧板15；72個(gè)鋰離子單體電池12均勻分成9排鋰離子單體電池組，9排鋰離子單體電池組等距水平平行放置；每排鋰離子單體電池組中的鋰離子單體電池12通過(guò)連接條14定位固定連接，每排鋰離子單體電池組中的鋰離子單體電池12均為并聯(lián)；每3排鋰離子單體電池組組成鋰離子電池層，每3排鋰離子單體電池組的排列方式為“Z”字折疊方式，相鄰鋰離子電池層之間設(shè)置有環(huán)氧板15；相鄰排對(duì)應(yīng)的鋰離子單體電池12通過(guò)電纜13固定連接，通過(guò)電纜13連接的鋰離子單體電池12為串聯(lián)；功率電池4中鋰離子單體電池12的串并聯(lián)連接方式為9串8并。

功率電池4還包括導(dǎo)熱硅膠16；相鄰鋰離子單體電池12之間通過(guò)導(dǎo)熱硅膠16固定連接；功率電池4通過(guò)導(dǎo)熱硅膠16固定安裝在功率電池安裝空間11底端的上表面。

控制電池3、電連接器5、電連接器6共同提供飛行器控制電能量輸出，控制電池的電壓為28.5V、容量為23Ah。功率電池4、電連接器7、電連接器8共同提供飛行器功率電能量輸出，功率電池的電壓為28.5V、容量為18Ah。

如圖7所示為控制電池和功率電池電氣連接示意圖，由圖可知，每個(gè)鋰離子單體電池12兩端均通過(guò)電纜13引出，控制電池3中所有鋰離子單體電池12的兩端引出到第一電連接器5上，功率電池4中所有鋰離子單體電池12的兩端引出到第三電連接器7上；9組鋰離子單體電池組串聯(lián)后通過(guò)電纜13引出，控制電池3中9組鋰離子單體電池組串聯(lián)后通過(guò)電纜13引出到第二電連接器6上，功率電池4中9組鋰離子單體電池組串聯(lián)后通過(guò)電纜13引出到第四電連接器8上。

本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。