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不同深度等级(100m、1000m、6000m)电池包设计

发布者:【浩博电池资讯】   发布时间:2025-11-14 15:11:32   点击量:50

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。


不同深度等级电池包设计(100m / 1000m / 6000m)完整对比方案

1. 深度工作压力换算

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。


2. 机械结构设计差异

(1)100m 级(浅海)

  • 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。


(2)1000m 级(中深海)

  • 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


(3)6000m 级(全深海)

  • 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


3. 电池设计策略

100m:标准结构即可

  • 使用常规电芯(NCM / LFP)

  • 内部常压环境

  • 普通 PACK 工艺即可


1000m:需要高可靠性设计

  • 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


6000m:最高可靠性级别

  • 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)


4. BMS(电池管理系统)设计等级划分

级别100m1000m6000m
防水等级IP68IP69K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


5. 密封设计

100m

  • 单 O 型圈即可

  • 常用材料:NBR、FKM

  • 可加防水透气阀

1000m

  • 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

6000m

  • 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


6. 散热方式

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

7. 测试与标准匹配

深度等级必做测试
100mIP68、防震、盐雾、充放电
1000m压力舱 100MPa、振动、温度循环、电气性能
6000m600MPa 压力舱、疲劳循环(300 次)、密封寿命、EMC、军工环境测试

8. 推荐典型结构图

100m 舱体结构

  • 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

1000m 舱体结构

  • 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

6000m 深海舱

  • 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


9. 总结对比表

项目100m1000m6000m
壳体材料铝 / PC7075 / 钛钛合金 TC4 高强钢
壁厚2–5mm8–20mm20–40mm+
密封单 O 圈双 O 圈金属密封
电芯常规LFPLFP / 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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  • 安全
  • 可靠
  • 环保
  • 高效
  • 高性能

    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

  • 高安全

    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。

  • 高可靠

    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。