本發(fā)明涉及一種飛行器上的艙體結構與電池設備領域，特別是一種應用于飛行器上的多功能結構電池。

背景技術：

電源系統(tǒng)一般包括供電電池、配電器、電纜網(wǎng)等設備，艙體結構包括主承力結構、設備支架等。傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)設備數(shù)量較多、單機體積大，設備占據(jù)了儀器艙段的安裝空間，使飛行器結構臃腫、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構、電源系統(tǒng)為兩個獨立的系統(tǒng)。在降低飛行器自身重量的途徑方面，通常是從飛行器結構與儀器設備兩個方面分別入手，但這種方法已經(jīng)逐漸暴露出其局限性。就儀器設備來說，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的設備機箱、電纜等寄生部件，而這些寄生部件可以占到儀器設備總質(zhì)量的50％左右。因此，如何最大限度地消除設備機箱、電纜、接插件等寄生零部件就成為一個新的技術課題。

《空間飛行器用鋰離子蓄電池儲能電源的研究進展》針對具有高比能量、低熱效應、無記憶效應的鋰離子蓄電池，從反應機理、密封設計、壽命性能、充放電管理等方面進行了論述，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的多功能結構方案研究》開展基于熱電轉(zhuǎn)換技術的多功能結構的方案研究和力學分析、傳熱分析、熱電轉(zhuǎn)換分析，實現(xiàn)利用飛行器氣動熱發(fā)動并提供電能的目標?！逗教炱鞫喙δ芙Y構的研究現(xiàn)狀及其應用前景》是對多功能結構在航天器上的研究現(xiàn)狀和應用前景進行了綜述，給出多功能結構的設計方法。

上述文獻中，飛行器電源系統(tǒng)仍作為獨立的電源系統(tǒng)進行設計，主要研究方向為新的安全的高能量密度電池材料和電池體系，而在多功能結構方面，主要是提出理論分析方法和設計方法，給出在不同領域的應用展望，并未給出可應用于飛行器上的多功能結構電池方案。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種應用于飛行器上的多功能結構電池，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，實現(xiàn)供電系統(tǒng)與結構系統(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如下技術方案予以實現(xiàn)的：

一種應用于飛行器上的多功能結構電池，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構上，作為外部飛行器的支撐梁結構；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。

在上述的一種應用于飛行器上的多功能結構電池，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邊為圓弧形狀；工字梁的一端沿豎直方向設置有深槽，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)。

在上述的一種應用于飛行器上的多功能結構電池，所述控制電池包括90個鋰離子單體電池、電纜和連接條和環(huán)氧板；90個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置有環(huán)氧板；相鄰排對應的鋰離子單體電池通過電纜固定連接，通過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。

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

在上述的一種應用于飛行器上的多功能結構電池，所述功率電池包括72個鋰離子單體電池、電纜和連接條和環(huán)氧板；72個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置有環(huán)氧板；相鄰排對應的鋰離子單體電池通過電纜固定連接，通過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。

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

在上述的一種應用于飛行器上的多功能結構電池，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。

在上述的一種應用于飛行器上的多功能結構電池，每個鋰離子單體電池兩端均通過電纜引出，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)后通過電纜引出到第四電連接器8上。

在上述的一種應用于飛行器上的多功能結構電池，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)有技術相比具有如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明采用飛行器的承載結構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構中，與承載結構、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，實現(xiàn)供電系統(tǒng)與結構系統(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”型層疊設計，實現(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，無錫焊點，簡化了焊接工藝，提高了電池組的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明多功能結構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。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述：

本發(fā)明提出的一種應用于飛行器上的多功能結構電池，采用機電一體化設計技術，將電池組、電纜、減震部件、電連接器植入到飛行器承載結構中，實現(xiàn)了結構支撐、系統(tǒng)供電一體化的多功能結構系統(tǒng)。該多功能結構電池與承載結構、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，實現(xiàn)供電系統(tǒng)與結構系統(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)明提供的多功能結構電池，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構上，作為外部飛行器的支撐梁結構；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)側的外表面上；工字梁蓋板2通過螺釘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邊為圓弧形狀；工字梁1的一端沿豎直方向設置有深槽，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個鋰離子單體電池12、電纜13和連接條14和環(huán)氧板15；90個鋰離子單體電池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置有環(huán)氧板15；相鄰排對應的鋰離子單體電池12通過電纜13固定連接，通過電纜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還包括導熱硅膠16；相鄰鋰離子單體電池12之間通過導熱硅膠16固定連接；控制電池3通過導熱硅膠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個鋰離子單體電池12、電纜13和連接條14和環(huán)氧板15；72個鋰離子單體電池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置有環(huán)氧板15；相鄰排對應的鋰離子單體電池12通過電纜13固定連接，通過電纜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還包括導熱硅膠16；相鄰鋰離子單體電池12之間通過導熱硅膠16固定連接；功率電池4通過導熱硅膠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，每個鋰離子單體電池12兩端均通過電纜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)后通過電纜13引出到第四電連接器8上。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬本領域技術人員的公知技術。