水下AUV推进器锂电池完整方案（兼顾“耐压油侵式/油补偿式”和“耐压壳体式”两种路线），包含：需求定义→化学体系→电气/热/机械与防水→BMS与安全→充放电与接口→典型算例（逐位计算）→测试与交付清单。可直接用于方案立项与样机设计。

1. 任务与边界条件

• 推进负载：单/双推进器，连续 0.8–6 kW，峰值可到 8–10 kW（冲刺/抗流）

• 续航：3–12 h（海流/巡航工况），留 15–25% 余量

• 深度等级：100–1000 m+（每 10 m 约 +1 bar；1000 m≈约 101 bar 绝对压）

• 环境：海水、盐雾、高湿；温度 0–30 ℃（海水常温），甲板装卸/低温启动

• 充电方式：甲板舱外插、靠港换包、停泊站湿式插拔/感应充电（选配）

• 接口：SubConn/Seacon/Teledyne 等湿插连接器或耐压干插接头

2. 化学体系与单体选型

• 首选 LFP（磷酸铁锂）：热稳定性高、循环寿命长（>3000–6000 次），对海上安全最友好；能量密度略低但 AUV通常可接受。

• 备选 NMC：对极限体积/质量敏感的高速平台可选；需更严格热管理与失效阻断设计。

• 单体形式：方形 100–280 Ah 或高一致性 21700 圆柱模组；深海油侵式更偏好方形大Ah减少并联支路。

• 一致性：出厂 OCV/IR/容量分档，建群档案；对并包/串并系统尤为重要。

3. 系统电压与拓扑

• 48 V：小型AUV/单推进 ≤1.5 kW；维护便利，安全边界更宽。

• 96–144 V（推荐中大型）：10–30 kW 级推进/双推进母线电流更小、线损更低。

• 拓扑：优先单串大Ah（如 30s1p/30s2p），减少并联均流压力；多子包并联时必须有分支电流检测+接入判据。

4. 结构路线对比（两条成熟路径）

4.1 耐压壳体式（Pressure Vessel, PV）

• 壳体材质：钛合金Ti-6Al-4V或 6061-T6 铝（阳极氧化+涂层）；圆筒/球形应力更优

• 优点：与常规电池一致，维护/更换方便，电芯处于常压

• 缺点：深海壁厚重、成本高；大体积对整流/航姿有影响

• 密封：双O圈+端盖拉环/法兰；设爆破片/泄压阀，内置凝露控制（干燥剂/加热）

4.2 油侵/油补偿式（Pressure-Tolerant）

• 介质：硅油/PAO；外壳非耐压（轻薄），依靠等压油补偿抵消外压

• 优点：极致轻量，深度可拓展，不需厚重压力壳

• 难点：材料相容性（电芯包封材、粘结剂、线缆护套）、浸油下散热与绝缘、维护工艺（抽真空、注油、除气泡）

• 要点：电芯模组局部疏油/屏蔽、选择油中绝缘耐压≥系统电压×2，布置浮动活塞/补偿囊以容纳热胀冷缩

5. 电气与BMS架构

• 主回路：电芯→模组→BMS→主正/主负接触器→预充支路→主熔断器→推进器逆变器/母线

• 测量：单体电压（±5 mV）、T探头≥每并列柱+关键热点、母线霍尔/分流（±1%）

• 保护：过/欠压、充/放过流、短路、过热/过冷、绝缘监测（IMD，96 V以上强烈推荐）

• 均衡：被动≥80–150 mA；中大容量建议主动均衡或包间均衡DC/DC（选配）

• 通信：CAN2.0A/B（J1939/自定义）到推进控制器与任务计算机；故障上报与低电返航策略

• 水侵/泄漏监测：电池舱电导式/电阻式漏水探头；烟雾/气体（可选）

6. 热管理与海水工况

• 海水换热优势：外部换热极强，但壳体式内部可能热瓶颈，需散热路径（导热垫/铜排+壳体）

• 油侵式：油体导热+流动性好，但需避开电芯极耳局部热点；油品黏度低温上升要评估

• 温差控制：模组内 ΔT ≤ 8 ℃；低温工作配 PTC/薄膜加热；停航补电时控制充电温度窗口

7. 防护与材料

• 腐蚀/电化学：异种金属接触隔离，必要时牺牲阳极；外螺纹/裸金属涂防腐脂

• 连接器：选湿插等级或带保护帽；信号侧用 M12/M9 不锈材

• 绝缘距离：油侵式按介质介电强度换算爬电与间隙；壳体式参照常压设计

• 标定接地：系统单点接地/浮地策略统一，避免海水回路造成杂散电流

8. 充电与码头运维

• 甲板充电：干式连接器+互锁（HVIL）；充电电流常规 0.5–0.8 C，快充 1 C（需热管理）

• 停泊站/水下：湿插充电口（防误插/导向锥）；或感应充电（效率与发热评估）

• 软件策略：低温/高温降流；回收功率限压避免回灌过压；**SOC 10–90%**寿命友好

9. 典型配置算例

例1：中型AUV，双推进（96 V LFP，24 kWh）

• 假设：每台推进器连续 2 kW，两台合计 4 kW；峰值 6 kW；续航 6 h

• 任务能量 = 连续功率 × 续航

• 4 kW × 6 h = 24 kWh（4×6=24；单位 kWh）

• 选电压：96 V 标称（降低母线电流）

• 选化学：LFP 单体 3.2 V

• 串数 S = 96.0 / 3.2 = 30.0 → 30 串

• 容量设定：目标 250 Ah → 包能量 = 96.0 V × 250 Ah = 24,000 Wh = 24.0 kWh

• 并数 P（若用 125 Ah 单体）= 250 / 125 = 2.0 → 30s2p

• 单体数量 = 30 × 2 = 60 节

• 工作电流：

• 连续 I = 4,000 W / 96 V = 41.66… A（取 ≈42 A）

• 峰值 I = 6,000 W / 90 V（低压端估计）= 66.66… A（取 ≈66–67 A）

• 倍率：连续 42 A / 250 Ah = 0.168 C（≈0.17 C），峰值 ≈0.27 C（很温和，利于寿命）

• 预充示例（母线电容 C=10 mF，目标预充电流 10 A）：

• R = V / I = 96 / 10 = 9.6 Ω

• τ = R × C = 9.6 × 0.01 = 0.096 s；充到 90% 约 ≈0.22 s（实际需考虑接触器吸收与功率额定）

例2：小型AUV，单推进（48 V LFP，3.36 kWh）

• 假设：推进连续 0.8 kW，峰值 1.5 kW；续航 4 h

• 任务能量 = 0.8 kW × 4 h = 3.2 kWh；留 5% 余量→目标 ≥3.36 kWh

• 选电压：48 V

• LFP 3.2 V 单体

• 串数 S = 48.0 / 3.2 = 15.0 → 15 串

• 容量：选 70 Ah → 包能量 = 48.0 × 70 = 3,360 Wh = 3.36 kWh

• 并数（若用 35 Ah 单体）= 70 / 35 = 2.0 → 15s2p；单体数 30 节

• 工作电流：

• 连续 I = 800 W / 48 V = 16.66… A（≈16.7 A）

• 峰值 I = 1,500 W / 45 V（低压端估计）= 33.33… A（≈33.3 A）

• 预充示例（C=5 mF，目标 5 A）：

• R = 48 / 5 = 9.6 Ω

• τ = 9.6 × 0.005 = 0.048 s；t_90% ≈ 0.11 s

10. 关键器件与参数

• 接触器：≥（系统电压×1.25）/（峰值电流×10 s耐受），例 120 V / 200–300 A 等级

• 熔断器：gR/aR半导体保护，按I²t与短路电流整定；靠近电池端布置

• IMD：绝缘监测阈值按 ≥500 Ω/V（96 V → ≥48 kΩ）或按企业标准

• 线缆/母线：按压降（≤2–3%）与温升校核；96 V 60–80 A 级常用 16–25 mm²（视长度）

• 连接器：湿插主电源 ≥ 100 V / 100 A 等级，盲插导向与密封帽必备

• 压力/泄放：壳体式设爆破片；油侵式设补偿囊与防回油阀

• 传感：温度、漏水、电压/电流、腔体压力/湿度（可选）

11. 安全与标准

• IEC 62619（工业用二次锂电，电芯/电池安全）

• UN 38.3（运输）

• GB/T 37394-2019（机器人用锂电安全，可比照执行）

• EMC/环境：依整机方案做盐雾、振动、冲击、低气压、温湿循环

• 功能安全：关键故障（过压/过流/过温/漏水）进入降额→返航→断开序列

12. 验证与试验

1. 耐压与密封：壳体水压测试至额定深度×1.25–1.5；油侵式做抽真空–充油–气泡检

2. 热与功率循环：海水换热工况下长时满负载，ΔT、壳体外表温升记录

3. 电安全：外部短路、反接、过充/过放、回灌限压、绝缘监测报警

4. 环境：盐雾 240–720 h、振动谱（船体/AUV谱）、跌落（甲板操作）

5. 故障演练：漏水触发→降额返航；单体失配→均衡策略；通信失联→安全停机

13. 交付清单

• 电芯与模组支架（隔热/阻燃/导热垫）

• BMS（单体采样、均衡、CAN、接触器驱动）

• 主接触器×2（主/备，可选）、预充继电器与电阻、主/分支熔断器

• IMD、温度/漏水传感、压力补偿件

• 壳体（钛/铝）或油侵系统（油、补偿囊、相容密封件）

• 连接器（湿插/干插）、线缆与穿舱件

• 干燥剂/加热片、爆破片/压力阀

• 充电接口/停泊站对接件，充电器（岸基/船上）