一种具有储能及强化散热功能的水下航行器电池舱制造技术

本发明专利技术提供一种具有储能及强化散热功能的水下航行器电池舱，解决现有常见的散热技术措施很难应用于水下航行器电池舱中的问题。具有储能及强化散热功能的水下航行器电池舱包括电池舱壳体、电池组单元、定位支撑单元、换热管、以及热电转换单元；电池组单元包括多个电池以及多个电池架；每个电池架上均开设有多个电池安装孔，且每个电池架上均同轴开设有换热管安装孔；多个电池架沿轴向依次通过定位支撑单元安装在电池舱壳体内；多个电池通过电池安装孔安装在电池架上；换热管通过换热管安装孔安装在电池架上，内部通以循环流动的冷却工质；热电转换单元包括热电转换以及储能元件，其中，热电转换元件安装在换热管外壁面上并与电池架接触。电池架接触。电池架接触。

【技术实现步骤摘要】
一种具有储能及强化散热功能的水下航行器电池舱


[0001]本专利技术属于水下航行器动力电池
，具体涉及一种具有储能及强化散热功能的水下航行器电池舱。

技术介绍

[0002]水下航行器是海洋资源开发和利用的有效工具，在科研、军事、工业等领域得到了越来越广泛的应用。
[0003]由于电力推进系统结构较简单，基本不受环境背压影响，目前水下航行器均采用电力推进系统。水下航行器需要串联与并联大量高比能、高比功率的电池，以满足水下航行器的动力需求。然而，水下航行器电池舱长期工作在一个紧凑密封的空间当中，电池在工作过程中由于焦耳热和熵变因素大量放热，电池成组工作产生的热量如无有效措施释放，会造成电池舱内部局部热量累积，尤其以电池组径向中心位置温度上升现象尤为明显。电池组局部温差过大，严重影响电池的最佳工作性能，严重的情况会导致电池组工作故障甚至个别电池发生融毁事故，对水下航行器的长期可靠工作产生严重影响。
[0004]由于水下航行器电池舱的工作环境处于水下密闭环境当中，且对于安装空间、重量、能量消耗功率及系统可靠性等设计因素有着严格要求与限制，常见的散热技术措施通常很难应用于水下航行器电池舱中，因而采用结构设计简单、易于安装维护的散热系统对水下航行器电池组具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有常见的散热技术措施很难应用于水下航行器电池舱中的不足之处，而提供一种具有储能及强化散热功能的水下航行器电池舱。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案是：
[0007]一种具有储能及强化散热功能的水下航行器电池舱，其特殊之处在于：包括电池舱壳体、电池组单元、定位支撑单元、换热管、以及热电转换单元；
[0008]所述电池组单元包括多个电池以及多个电池架；
[0009]每个电池架上均开设有多个电池安装孔，且每个电池架上均同轴开设有换热管安装孔；其中多个电池安装孔可按一定规律开设在电池架上，比如：多个电池安装孔呈六边形布置；
[0010]所述多个电池架沿轴向依次通过定位支撑单元安装在电池舱壳体内；多个电池通过电池安装孔安装在电池架上；
[0011]所述换热管通过换热管安装孔安装在电池架上，且换热管材料选用高导热材料，其内通过引流装置通以循环流动的冷却工质，冷却工质循环带走热量，对水下航行器电池组工作过程中产生的累积热量进行强制冷却；
[0012]所述热电转换单元包括热电转换元件以及储能元件，其中，热电转换元件安装在换热管外壁面上并与电池架紧密接触，实现耗散热能量的回收，热电转换效应产生的电流
储存于外置的储能元件中。
[0013]进一步地，为了有效利用有限的空间，并且在不增加电池舱整体重量的前提下实现能量回收及再利用，所述热电转换元件为环形；
[0014]所述换热管外壁面对应于电池架的位置开设有与环形热电转换元件相适配的环形安装槽；
[0015]所述环形热电转换元件位于所述环形安装槽内与环形安装槽的槽底、槽壁紧密配合，其外壁面与所述换热管安装孔的孔壁紧密配合，以提升转换效率；环形热电转换元件轴向长度上与电池架、换热管的接触表面积可根据所选取的热电转换材料热量利用率进行调整，进而确定符合水下航行器使用工况的电池架厚度，将耗散掉的热量以电能形式回收储存，并再次利用。
[0016]进一步地，同一截面上，换热管的横截面面积与所有电池横截面面积之和比范围为1/20～1/2，具体可根据水下航行器工况要求选取，保证换热管能够利用冷却工质将电池组在工作过程中内部积聚的热量带出，快速释放。
[0017]进一步地，为了确保电池组单元不会发生径向和轴向的位移，并且结构简单，所述定位支撑单元包括相互配合的电池组导轨以及导轨槽；
[0018]所述电池组导轨安装在各个电池架上，不仅能将各个电池架间的位置固定，还能将电池架安装在电池舱壳体上；所述导轨槽设置在电池舱壳体内壁面。定位支撑单元的数量根据其承载的重量确定，为了确保支撑可靠，最好对称设置一对定位支撑单元，共同将电池组单元、换热管以及热电转换元件安装在电池舱壳体内。
[0019]进一步地，所述多个电池错置安装在电池安装孔内。电池以串
‑
并联连接方式，每层错置排列安装于电池架上，每层电池安装好以后利用电池架夹紧，并利用四根独立的长螺杆及螺母零件通过电池架上预设的螺栓安装孔进行固定安装，以确保电池不会发生偏移。
[0020]进一步地，为了均衡支撑，并确保结构稳定，所述多个电池架等间距设置。
[0021]进一步地，所述储能元件为蓄电池，用于为水下航行器的小功率组件供应电能。
[0022]电池舱壳体端部设置有与其他舱段连接螺钉孔，通过螺钉与水下航行器其他工作舱段安装连接，并保证有效密封。
[0023]本专利技术的优点是：
[0024]1.本专利技术将内通循环冷却工质的高导热材料换热管置于电池组径向中心位置处能将积聚的热量快速释放即强制散热，将电池的最高温度控制在最佳工作温度范围内，同时利用热电转换材料，在不额外增加散热系统整体重量及功率消耗的前提下，将工作过程中耗散掉的热量收集转换为可存储的重复利用的电能，降低水下航行器动力电池组整体功耗设计冗余。
[0025]2.本专利技术将液冷强制换热管及热电转换材料集成为一体，不仅能够最大程度上对水下航行器动力电池舱径向中心部位的温度进行有效控制，还能保证电池组温度的均匀性，同时实现热电转换效应所产生的电能回收利用。换热管内强制换热所使用的循环冷却工质可以是水或各种导热系数较高的流体，换热循环系统功耗较小，热电效应产生所回收的电能可以重新利用于此强制换热循环或其他功耗需求较小场合，并不会因此降低水下航行器整体功耗要求。
[0026]3.本专利技术结构设计简单紧凑，易于安装维护，且散热效果显著，可以广泛应用于水下航行器及各类水下装置，同时适用于散热空间狭小，散热手段局限性较高，各类元器件功率消耗控制严格的场合。
[0027]4.本专利技术提供了一种强化对流换热装置，通过对电池舱段关键零部件的结构、设置方式以及各零部件之间的相互配合工作方式等进行改进，与现有技术相比，能够良好解决水下航行器电池舱在密闭环境工作条件下的散热问题，改善密闭环境工作条件下水下航行器电池舱热量累积问题，实现水下航行器动力电池长期可靠工作，并能在此过程中利用热电转换效应，实现对耗散热能量的回收储能，实现再利用。
附图说明
[0028]图1是本专利技术的结构示意图；
[0029]图2是图1中电池舱壳体结构的剖面图；
[0030]图3是图1中电池架结构示意图；
[0031]图4是图1中电池组导轨结构示意图；
[0032]图5是图1中换热管结构示意图；
[0033]图6是图1中环形热电转换元件结构示意图；
[0034]附图标记如下：
[0035]1‑
电池舱壳体，1a
‑
导轨槽，1b
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有储能及强化散热功能的水下航行器电池舱，其特征在于：包括电池舱壳体、电池组单元、定位支撑单元、换热管、以及热电转换单元；所述电池组单元包括多个电池以及多个电池架；每个电池架上均开设有多个电池安装孔，且每个电池架上均同轴开设有换热管安装孔；所述多个电池架沿轴向依次通过定位支撑单元安装在电池舱壳体内；多个电池通过电池安装孔安装在电池架上；所述换热管通过换热管安装孔安装在电池架上，内部通以循环流动的冷却工质；所述热电转换单元包括热电转换以及储能元件，其中，热电转换元件安装在换热管外壁面上并与电池架接触。2.根据权利要求1所述具有储能及强化散热功能的水下航行器电池舱，其特征在于：所述热电转换元件为环形；所述换热管外壁面对应于电池架的位置开设有与环形热电转换元件相适配的环形安装槽；所述环形热电转换元件位于所述环形安装槽内，其外壁面与所述换热管安装孔的孔壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：田文龙，张继铭，卢丞一，毛昭勇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：