下面给你一个按不同耐压深度等级(100m、1000m、6000m)设计的水下机器人锂电池包方案对比,涵盖结构、PACK、电芯、BMS、密封、散热、测试标准等关键点,适合作为技术方案书框架。
海水压力约:
P ≈ 深度(m)× 0.1 MPa + 0.1 MPa(大气压)
| 深度 | 外压(约) |
|---|---|
| 100m | ~ 11 MPa |
| 1000m | ~ 101 MPa |
| 6000m | ~ 601 MPa |
600 MPa 等级属于深海级耐压壳体,需要用钛合金/高强钢。
壳体材料:铝合金(6061/7075)、工程塑料(PC/PA)、玻璃纤维。
结构方式:密封舱(内置气腔)、油囊两种皆可。
典型设计:
铝合金圆筒+两端盖 O 型圈
透明 PC 舱体(用于浅海潜航器)
优点:重量轻,加工成本低。
壳体材料:铝合金 7075、钛合金 TA2/TC4、耐压玻纤复材。
结构方式:
密封耐压舱(主流)
全油浸+软壳(适用于无规则造型)
主特点:
圆柱壳体更优(应力分布均匀)
壁厚需进行有限元计算
用双 O 型圈、金属端面密封
壳体材料:**钛合金 TA6V(TC4)**为主;也可使用高强钢(但密度高)。
结构形式:
全密封耐压壳体(最安全)
全油浸补偿结构(用于轻量化需求)
设计要点:
壁厚按 >600MPa 外压设计(通常20–40 mm 甚至更高)
端盖采用金属密封(C 形密封圈)
需要高精度车削加工
典型应用:
6000m ROV、作业级 AUV
11000m(马里亚纳)也参考类似技术
使用常规电芯(NCM / LFP)
内部常压环境
普通 PACK 工艺即可
优选 LFP(磷酸铁锂)(高安全性)
电芯仍放在常压舱内,因此电芯本身无需耐压
需考虑冷水环境下低温性能(5~10°C)
内部需加绝缘固定结构,抗震等级提高
强烈建议 LFP / LTO(循环寿命 + 低温性能优)
如果采用油浸:
电芯需耐油脂
BMS 需灌封
如果采用耐压舱:
舱内常压,对电芯影响较小
需要更好的散热通道(深海水温一般 2~4°C,可外舱冷却)
| 级别 | 100m | 1000m | 6000m |
|---|---|---|---|
| 防水等级 | IP68 | IP69K | 完全密封舱内 / 全油浸 |
| 绝缘 | 常规 500V | ≥ 1000V | ≥ 1500V |
| 灌封 | 选用 | 必须 | 必须 |
| 冗余设计 | 无 | 温度+电压双采样 | 冗余采样+双 MCU(高可靠性) |
| 保护功能 | 标准 | 增强 | 军工级 |
深海级(6000m)建议使用双 MCU 航空 BMS 架构。
单 O 型圈即可
常用材料:NBR、FKM
可加防水透气阀
双 O 型圈 + 公母槽结构
端盖螺栓预紧
必要时采用压力补偿囊
金属密封:
C 型密封圈
Helicoflex 金属环
端盖采用锥面过盈结构
必须做压力舱疲劳测试
深海水温低(通常 2–6°C),散热并不困难,反而要防止电芯过冷。
| 深度 | 散热策略 |
|---|---|
| 100m | 舱体自然散热 |
| 1000m | 铝壳体+外部传热片 |
| 6000m | 钛合金散热导板,必要时加内部加热片防低温 |
| 深度等级 | 必做测试 |
|---|---|
| 100m | IP68、防震、盐雾、充放电 |
| 1000m | 压力舱 100MPa、振动、温度循环、电气性能 |
| 6000m | 600MPa 压力舱、疲劳循环(300 次)、密封寿命、EMC、军工环境测试 |
6061 铝合金外壳
端盖 + 单 O 型圈
普通 BMS 固定在内壁
内部空腔常压
7075 / TC4 圆筒
端盖:双 O 型圈
内部增设抗震支架、绝缘板
BMS 全灌封
TC4 厚壁圆筒或球形舱
金属密封端盖
BMS 双 MCU
舱内惰性气体填充
外表面采用喷砂钝化处理
如果你需要,我可以给你画示意图。
| 项目 | 100m | 1000m | 6000m |
|---|---|---|---|
| 壳体材料 | 铝 / PC | 7075 / 钛 | 钛合金 TC4 高强钢 |
| 壁厚 | 2–5mm | 8–20mm | 20–40mm+ |
| 密封 | 单 O 圈 | 双 O 圈 | 金属密封 |
| 电芯 | 常规 | LFP | LFP / LTO |
| BMS | 常规 | 航空级单 MCU | 军工级双 MCU |
| 耐压方式 | 空气舱 | 空气舱/油浸 | 空气舱/油浸 |
| 成本 | ★ | ★★ | ★★★★★ |
| 应用 | ROV/水下机器人 | AUV/潜标 | 深海探测/作业级 ROV |
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能量密度:125-160Wh/kg
充放电能力:5-10C(20-80%DOD)
温度范围:-40℃—65℃
自耗电:≤3%/月
过充电、过放电、针刺、 挤压、短路、
撞击、高温、枪击时电池不燃烧、爆炸。
动力电池循环寿命不低于2000次,
80%容量保持率;
电池管理系统可靠、稳定、适应性 强,
符合国军标要求。