[发明专利]一种胞元式航天多功能结构锂电池

说明书

本发明公开了一种胞元式航天多功能结构锂电池，包括用于提供承载能力的外部支撑结构，所述外部支撑结构包括呈夹心结构的上盖板、格栅式框架和下盖板，且所述格栅式框架中设有栅格式电池舱，所述栅格式电池舱中安装有用于实现蓄电池组功能的多块单体电池。本发明采用呈夹心结构的上盖板、格栅式框架和下盖板构成的外部支撑结构提供承载能力，内部以栅格式电池舱中安装有用于实现蓄电池组功能的多块单体电池作为基本单元实现蓄电池组功能，实现了具备承载和供/蓄电功能，有利于实现包括卫星在内的航天器电池和舱体结构的小型化、一体化和紧凑化。

技术领域

本发明涉及航天器电源技术，具体涉及一种胞元式航天多功能结构锂电池。

背景技术

航天结构因发射资源限制，需要设计得尽量轻质且体积小。多功能结构锂电池将结构承载、供电-蓄电等多种功能集合到统一个结构体内，可以极大地节省设备冗余重量和体积，提高整体的功能质量比和功能体积比，满足航天器平台设计要求。

然而，如申请号为201610307086.1的中国专利文献公开了一种电能与力学环境管理多功能结构，其记载的传统结构锂电池未与舱板进行一体化设计，且单体电池需要先组装成为具有保护壳体的电池组，再对电池组进行组装。这种多级组装方式不仅设计复杂度较高，且会引入冗余的电池组保护壳体质量，因此结构性能仍有提升空间。如申请号为201610303836.8 的中国专利文献公开了一种用于微小卫星系统的多功能舱壁结构，记载了一种多功能结构舱板，直接将电池组嵌入舱板“日”字型内部空间，但没有规范化的基本组集单元，且对被嵌入结构具有过多约束，导致其仅适用于微小卫星，不具备广泛的拓展性，需要对结构锂电池的结构系统、电路系统、电磁兼容、负压防护、绝缘和接地保护等方面进行系统性的重新设计。

总体而言，传统结构锂电池存在下述缺点：

（1）结构系统设计方面：①传统结构锂电池构型采用“电池-电池组-结构电池”多层组集方式，带来较多的冗余质量；②传统结构锂电池对框架结构构型要求严格，不具有良好的扩展能力，应用范围有限；③传统结构锂电池中每个单体电池的组装方式存在差异，无法保证每块单体电池在组合后具有相同的力学、热传导环境；

（2）电路系统设计方面：①传统结构锂电池只具备基本的电池组功能，没有在电路设计中实现对内部电压和温度变化的反馈。②航天器处于在轨卫星状态，不能进行电池修复和替换，而传统结构锂电池没有实现对单体电池的严格筛选，剔除不合格和不一致的单体电池，并对筛选后的电池进行匹配和分组。③传统结构锂电池的电池组组集和检测系统连接过程中，没有对电路连接方式进行合理设计，无法避免电路中的单点失效和保证电路各分支的阻抗均衡。

（3）电磁兼容设计方面：传统结构锂电池没有对强电流闭合回路走线方式进行系统考虑，当所围成的面积较大时，容易引入附加电磁力矩，从而破坏卫星整体的力矩平衡关系。

（4）负压防护设计方面：由于电池内部仍存在少量气体，内部存在一定气压，而太空环境下气压接近于零，因此内部气压大于环境压力，会引入负压作用，导致电池膨胀。而固态软包单体电池外层的铝塑膜包装不具备抵抗膨胀能力。传统结构锂电池往往对单体电池外附加碳纤维保护外壳进行负压防护，从而引入附加质量；

（5）接地保护设计方面：短路故障指结构锂电池内部正极与负极或地线搭接而引起的电池组短时电流迅速增大，温度升高，造成度电池功能丧失，甚至造成单体电池泄漏和爆炸。传统结构锂电池没有进行电路短路故障进行保护，无法保证单体电池及其连接附件的可靠绝缘处理。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种胞元式航天多功能结构锂电池，本发明采用呈夹心结构的上盖板、格栅式框架和下盖板构成的外部支撑结构提供承载能力，内部以栅格式电池舱中安装有用于实现蓄电池组功能的多块单体电池作为基本单元实现蓄电池组功能，实现了具备承载和供/蓄电功能，有利于实现包括卫星在内的航天器电池和舱体结构的小型化、一体化和紧凑化。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：