水下机器人专用锂电池方案

针对水下机器人（ROV/AUV）专用锂电池方案，我们需要从**系统设计、电池选型、PACK结构、防水和压力适应、电池管理系统（BMS）**等多个方面综合考虑。我给你整理一个完整方案思路，适用于中小型水下机器人：

1 电池系统需求分析

1. 电压等级与容量

• 小型侦察AUV：24–48V，20–50Ah

• 中型ROV：48–72V，50–200Ah

• 大型作业型ROV：96–400V，200–500Ah

• 根据水下机器人驱动功率和续航时间确定：

• 续航时间通常要求 2–8 小时，作业时间可用电量决定。

2. 功率需求

• 例如小型AUV 500W~2kW

• 中型ROV 5~20kW

• 最大放电电流需考虑推进器、电机负载和辅助设备：

3. 环境条件

• 水下压力：0–1000m（0.1–100MPa）

• 温度：-2℃~30℃（极端情况需低温耐受）

• 防水等级：IP68，完全水密

• 防腐蚀：海水腐蚀、防电化学腐蚀

2 电芯选择

1. 化学体系

• 高能量密度，但安全性稍低

• 对应中高功率应用

• 高安全性、寿命长、耐冲击和过充过放

• 适合低温环境

• 磷酸铁锂（LiFePO₄）

• 三元锂（NCM/NCA）

• 军工/科研可考虑固态锂电池，增强安全性和耐压性能

2. 形式

• 圆柱（18650/21700）：易散热，便于模块化

• 方形（软包/硬壳）：空间利用率高，但需加强结构防水

• 模块化PACK：方便更换和维护

3 电池PACK设计

1. 机械结构

• O型圈/橡胶密封

• 压力平衡阀（适用于深潜）

• 内层承压层（耐压壳，钛合金或高强度铝合金）

• 外层防水壳（抗腐蚀涂层+密封圈）

• 双层壳体结构：

• 气密/水密设计：

2. 热管理

• 水下环境散热差，热量主要通过导热壳体传导

• 小功率可自然水冷

• 高功率可增加水冷板/导热管

3. 防护设计

• 耐压测试：100m、500m、1000m 深度等级需分别做水压试验

• 防短路、防反接、防过充过放

• 绝缘和防电化学腐蚀

4 BMS（电池管理系统）

1. 核心功能

• 电压、电流、温度实时监控

• 单体电芯均衡

• 过充、过放、过流、短路保护

• SOC/SOH计算，支持深潜任务规划

2. 特殊功能

• 水下通讯接口：CAN、RS485，可通过ROV主控读取

• 低温保护：低温充电限制

• 故障自我隔离/报警

5 防水与压力适配

1. 防水等级

• IP68标准，可长时间水下作业

• 高压水下应用（>300m）需耐压外壳设计

2. 压力适应方案

• 可选压力平衡油/硅油填充：电芯浸油平衡压力，避免外壳承压过大

• 或采用耐压壳体直接承受外水压力

6 典型设计示例（中型ROV）