熱電池的絕緣性設(shè)計分析

摘 要 熱電池是一種廣泛運用于武器裝備的化學(xué)電源，近年來隨著用戶對熱電池各項技術(shù)指標(biāo)不斷提高，高電壓熱電池的運用越來越廣泛。本文通過對高電壓熱電池絕緣性的設(shè)計分析，解決在實際工作過程中高電壓熱電池的電壓異常波動問題。

關(guān)鍵詞 熱電池 絕緣性 設(shè)計分析

中圖分類號：TM246 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 概述

熱電池是一種融鹽固體電池。貯存時電解質(zhì)為不導(dǎo)電的固體，使用時用電發(fā)火頭或撞針機(jī)構(gòu)引燃其內(nèi)部的加熱藥劑，使電解質(zhì)熔融成為離子導(dǎo)體而被激活的一種儲備電池。又稱熱激活儲備電池（heat activated reserve battery），其一般結(jié)構(gòu)形式如圖1所示：

在產(chǎn)品開發(fā)過程中某型號熱電池（簡稱TA熱電池）在研制過程中多次出現(xiàn)了電池在放電時電壓出現(xiàn)異常波動的現(xiàn)象。電池放電的曲線圖如圖2、圖3所示。經(jīng)過對異常放電的熱電池進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)電池堆兩端的保溫墊片及電發(fā)火頭墊片都有不同程度的燒傷的現(xiàn)象。個別熱電池的激活電發(fā)火頭用的導(dǎo)線引出處的墊片燒有缺口。

從放電的曲線圖中可以看出，電池在放電過程中突然出現(xiàn)了電壓掉電情況。

1 機(jī)理分析

該型熱電池的單元電池結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的是通用的設(shè)計方式，與另一型熱電池（簡稱QT熱電池）類似。然而QT熱電池在放電過程中并沒有出現(xiàn)電壓異常波動的現(xiàn)象，電池堆兩端的墊片也沒有出現(xiàn)燒傷現(xiàn)象。

對比TA熱電池和QT熱電池的異同點：在研制過程中，兩種電池的試驗環(huán)境條件相同；TA熱電池的放電指標(biāo)為：電壓：100+5-20V；電流：4A。QT熱電池的放電指標(biāo)為：電壓：31+3-2V；電流4A。兩種電池電池堆的結(jié)構(gòu)簡化示意圖類似如圖4所示。

從電池堆的示意圖中可以看出：當(dāng)電池堆電壓過高時造成兩端的墊片和電發(fā)火頭的墊片被擊穿，電池堆通過導(dǎo)線（激活電發(fā)火頭的導(dǎo)線）形成回路，由于該回路的瞬間放電造成外電路的電壓的異常波動。當(dāng)電池堆電壓較低時電池堆兩端的墊片起到絕緣作用，無法形成內(nèi)回路。

通過兩種電池的放電現(xiàn)象及電池堆狀態(tài)的類比分析，TA熱電池出現(xiàn)電壓異常波動的原因是：電池的電壓太高，放電時擊穿電池堆兩端的墊片，在電池內(nèi)部形成的回路瞬間放電從而導(dǎo)致外電路電壓的波動。

對電池堆結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步分析，當(dāng)電池電壓達(dá)到一定程度時，發(fā)現(xiàn)電池堆通過上、下固定板及鋼帶形成類似的回路，此時上、下固定板及鋼帶連接處有灼燒痕跡，同時伴隨外電壓的波動。當(dāng)保溫層的厚度太薄或受到損壞時，電池堆可以通過導(dǎo)線（激活電發(fā)火頭的導(dǎo)線）直接形成回路，造成電壓的波動。

2 采取措施

通過上面的分析，在試驗中通過加強(qiáng)電堆絕緣性的設(shè)計觀察是否可以解決電壓異常波動的問題。具體的設(shè)計如圖5所示：

（1）在電池堆兩端的墊片之間加兩片厚云母絕緣墊圈。（2）在電發(fā)火頭與上、下固定板之間各加一片云母絕緣墊圈。（3）在保溫層與導(dǎo)線（激活電發(fā)火頭的導(dǎo)線）之間一片云母絕緣帶。（4）在電堆的保溫層中加云母絕緣帶。

3 試驗驗證

在TA熱電池產(chǎn)品的研制過程中采取上述措施后，電池的電壓沒有再出現(xiàn)異常波動。在單元電池的抽樣試驗（2臺電池）和例試試驗（6臺電池）中也沒有出現(xiàn)異常波動的現(xiàn)象，放電曲線圖見圖6。從放電的曲線圖中可以看出，電池在放電過程中沒有再出現(xiàn)電壓掉電情況。

4 結(jié)論

通過對電池的絕緣性設(shè)計的改進(jìn)，并進(jìn)行了驗證試驗，結(jié)果沒有出現(xiàn)電壓異常波動的現(xiàn)象。因此，通過改進(jìn)電池堆的絕緣性，有效地解決了TA熱電池放電過程中的電壓異常波動的問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸瑞生.熱電池[M].國防工業(yè)出版社，2005.

[2] 黃伯云.熱電池的研究進(jìn)展[J].電池，1997.27（4）：185-187.

[3] 魏宇，趙桂山.熱電池新型負(fù)極材料鋰硼合金的研究與應(yīng)用[J].電源技術(shù)，2000.