间隔式锂电池保护箱的设计--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

间隔式锂电池保护箱的设计

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：李新1 叶凡2 范根3 赵宪忱4 许强5 黄唐含6

[导读] 摘要：锂电池是无人机完成巡检任务的动力系统，国家对全面规范无人机巡检管理出台了相应的管理条例和方法。

        （中国南方电网有限责任公司超高压输电公司曲靖局 655000）
        摘要：锂电池是无人机完成巡检任务的动力系统，国家对全面规范无人机巡检管理出台了相应的管理条例和方法。本文设计了一种间隔式锂电池保护箱，是延长锂电池使用寿命和安全作业的务实之举。
        关键词：锂电池；管理方法；间隔式保护箱
        一、前言
        随着中国南方电网超高压输电公司曲靖局“机巡+人巡”运维模式的大力推进，各单位相继采购了大量的无人机及配套动力锂电池。目前，曲靖局部分无人机锂电池已经出现电芯异常或损坏等现象，曾经导致无人机在空中作业过程中电池突然失效引发无人机坠机事件，造成无人机设备损坏，降低机巡设备可用率。
        班组人员在携带无人机前往现场开展作业时锂电池多摆放在单纯的防爆箱中，但防爆箱内部全部贯通，多块锂电池在运输过程中会不断颠簸、碰撞、挤压，多次之后电池就可能鼓包、报废，甚至发生自燃事故。
        鉴于目前市面上尚无根据无人机锂电池型号专门制定的防震、防爆保护箱，针对锂电池运输过程中存在的问题急需研制一种间隔式无人机锂电池保护箱，解决锂电池运输途中存在的难题。
        二、锂电池保护知识
        锂电池的保护（可充电）由其自身的特性决定。锂电池主要由电芯和保护板PCM两大模块构成，电芯就像锂电池的心脏，保护板相当于锂电池的大脑。
        锂电池的结构和组成决定了锂电池不能过分充放电、碰撞和挤压，也不能暴露在超高低温环境中，所以锂电池内部组件有精致的保护板和电流保险安全装置。锂是一种非常活跃的金属，金属锂电池在运输过程中一旦遇到过度颠簸、碰撞、针刺和挤压，电池中的锂就会剧烈反应产生大量热量，从而引发周围物质着火。另一个方面，锂电池内阻极小，锂电池在碰撞下会可能短路，也会瞬间产生大量热能，引起电池爆炸。飞机不准托运锂电池，也是这个原因。破损的锂电池更是会对生命财产带来高度风险。班组人员在携带无人机前往现场开展作业时锂电池必须加以保护。此外，建议每3个月对锂电池进行一次充放电，以保持电池的活性。
        三、间隔式锂电池保护箱的总体设计目标
        研制一种间隔式无人机锂电池防保护箱，结合无人机锂电池尺寸定制模型，在防爆箱内用防震、阻燃保护材料规划好卡槽，可以紧凑插入相应数量的无人机锂电池，存取方便，携带方便。能存放不同规格电池，避免在运输途中的颠簸、碰撞，完美解决锂电池运输、存放问题。锂电池保护箱应具有防水、抗压、耐高低温的特点。根据实际经验和设计目标，提出如表1所示的设计要求。
        表1箱体总体设计要求

        四、间隔式锂电池保护箱的设计细节
        （一）箱体材料特点
        箱体采用强度工程塑料（即工程增强型ABS）材质，其强度大于普通ABS材料。工程增强型ABS的优良特性表现在：①良好的力学性能，除耐冲击性外，可在极低的温度下使用，对锂电池的保护作用大，成型加工性能好；②具有较大的温度容忍度，可在-40~ 100℃的温度范围内连续使用，在-40℃时仍能表现出很好的韧性；③ABS加强型工程塑料电绝缘性好，几乎不受温度湿度频率的影响，可在大多数环境下使用；④化学性能好，几乎不吸水。不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，与绝大多数化学药品不反应。质地纯净，无毒性。因此，选用增强型ABS工程塑料制作间隔式锂电池保护箱体，从材质上就具有极高的耐低温表现，抗压、防水、密封。此外，还能保证箱体表面的磨砂质感和美观程度。
        （二）箱体结构及外观设计
        开展日常巡视作业距公司有一定的距离，且很多时候用一对锂电池无法完成作业任务，要求必须携带的备用电池，故此对间隔式锂电池保护箱的容量有一定的要求。根据表1所示的箱体结构及设计要求，为了增强锂电池保护箱的抗压性能，箱体外表面采用倒圆角设计，前后侧边和设计上下盖双加强筋，有效防止箱体内部或者外部受到挤压、撞击而破损，保证了箱体更加坚固耐用。

        图1锂电池保护箱箱体结构及外观
        （三）箱体精细化设计亮点
        （1）自动平衡气阀
        主要作用是平衡箱子内外气压，众所周知，锂电池保护箱箱体是密封的，当箱子内外气压不一样时候，就有可能打不开箱子，这时候就需要通过进（出）气，使气压平衡。比如从飞机或高山作业下来，可以随时自动调节气压温度，代替手工旋转拧松自动平衡气阀，使箱内外气压平衡。消除海拨高度及温度的变化引起箱体内外气压、温度差异，能有效防止箱体无法打开变形、爆裂、潮湿等情况发生。
        （2）经典式箱扣
        箱扣的作用是在箱体与扣件联接箱体与箱盖合起来时起到扣紧、密封作用。防止倒置、倾斜或侧放时箱盖打开，锂电池洒落在外的情况发生。锂电池保护箱箱扣采用经典式，使用方便、牢固、紧固，开启关闭使用快速便利。采用经典式箱扣从外观上满足视觉美观感受，操作简易、坚固耐用、锁扣抓力强，能有效防止箱盖自开情况发生。
        （3）防水密封条
        发泡点胶是工业生产中的应用较为广泛的一种工艺，锂电池保护箱采用点胶发泡密封条。制作过程是按箱盖、箱体预留的接触上沿槽内嵌入点胶发泡密封条，使橡胶发泡与预留槽密实复合。该类密封条具有良好弹性和抗压缩变形、耐老化特性，有较宽的使用温度范围（-40℃~120℃），具有减震、防水、防尘、隔音、装饰等功用，对使用人员及箱体本身也有保护作用。特别强调的是，防水密封效果达IP67级，能有效防止胶条脱落磨损漏水等情况的发生。
        （4）双安全锁孔设计
        锂电池保护箱采用双安全锁孔设计。安全锁孔在传统锁孔上进行升级，具有防水、轻质和便捷性。在防水防腐蚀防异物方面也有明显的优势，双安全锁孔从最大程度上减少了锁芯被撬的风险。无论是野外作业还是锂电池入库保管都能有效防止电池保护箱破坏的情况发生。

        图2 间隔式锂电池保护箱成品图
        （5）其他设计细节
        ①采用人体工学包胶提手手柄。电池保护箱装上电池之后还是有一定的重量，为了使用方便，充分考虑工作人员提箱的感受，设计采用人体工学包胶提手手柄。手柄承重200KG以上，包胶手感舒适；②采用高档透明标签挡板。可插入电池识别标签，对锂电池的型号、数量等作简单标记。有效防止多个电池保护箱混乱的情况发生，提高电池领取和管理的工作效率；③采用42倍鸡蛋海绵、方格珍珠设计。高密度的鸡蛋海绵在锂电池块上层覆盖，给锂电池更好的缓冲和保护作用。方格手撕海绵能有效防止海绵太软造成产品设备抗压性能降低，如果出现空档情况，可以直接填入方块海绵，保证内部不会出现空孔损害对锂电池的保护。④采用304不锈钢铰链铰。箱盖与箱体之间用304不锈钢铰链，铰链直径粗大、不锈、耐热强度高，有效铰接箱体的两个主要部分，确保牢固、灵活。
        五、小结
        锂电池是航拍无人机中无可争议的重要组成部分。要完成无人机巡检的任务，必须有电池的支持，携带备用电池作业，是不可避免的状态，只有做好了充足的准备，才能保证巡检航拍任务顺利完成。因此管理好锂电池，维护电池寿命和确保安全势在必行。本文设计的间隔式锂电池保护箱（图2）能对锂电池起到很好的保护作用，期待能在同行中推广锂电池的保护经验，群策群力为国家电网正常运行出谋献策。
        参考文献：
        [1]张晓瑛.锂电池在植保无人机中的应用研究[J].当代农机，2017（05）：73-75.
        [2]潘俊晖.无人机蓄电池使用维护工艺技术[J].现代制造技术与装备，2018（10）：166-167.
        [3]张志祥，肖铎，王佳斌.多旋翼燃料电池无人机能量管理策略研究[J].信息技术与网络安全，2018，37（01）：122-126.