熱電池的絕緣性設計分析

摘 要 熱電池是一種廣泛運用于武器裝備的化學電源，近年來隨著用戶對熱電池各項技術指標不斷提高，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。

關鍵詞 熱電池 絕緣性 設計分析

中圖分類號：TM246 文獻標識碼：A

0 概述

熱電池是一種融鹽固體電池。貯存時電解質為不導電的固體，使用時用電發火頭或撞針機構引燃其內部的加熱藥劑，使電解質熔融成為離子導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），其一般結構形式如圖1所示：

在產品開發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了電池在放電時電壓出現異常波動的現象。電池放電的曲線圖如圖2、圖3所示。經過對異常放電的熱電池進行解剖，發現電池堆兩端的保溫墊片及電發火頭墊片都有不同程度的燒傷的現象。個別熱電池的激活電發火頭用的導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了電壓掉電情況。

1 機理分析

該型熱電池的單元電池結構設計采用的是通用的設計方式，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電壓異常波動的現象，電池堆兩端的墊片也沒有出現燒傷現象。

對比TA熱電池和QT熱電池的異同點：在研制過程中，兩種電池的試驗環境條件相同；TA熱電池的放電指標為：電壓：100+5-20V；電流：4A。QT熱電池的放電指標為：電壓：31+3-2V；電流4A。兩種電池電池堆的結構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：當電池堆電壓過高時造成兩端的墊片和電發火頭的墊片被擊穿，電池堆通過導線（激活電發火頭的導線）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，無法形成內回路。

通過兩種電池的放電現象及電池堆狀態的類比分析，TA熱電池出現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，在電池內部形成的回路瞬間放電從而導致外電路電壓的波動。

對電池堆結構的進一步分析，當電池電壓達到一定程度時，發現電池堆通過上、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。當保溫層的厚度太薄或受到損壞時，電池堆可以通過導線（激活電發火頭的導線）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，在試驗中通過加強電堆絕緣性的設計觀察是否可以解決電壓異常波動的問題。具體的設計如圖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）在保溫層與導線（激活電發火頭的導線）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熱電池產品的研制過程中采取上述措施后，電池的電壓沒有再出現異常波動。在單元電池的抽樣試驗（2臺電池）和例試試驗（6臺電池）中也沒有出現異常波動的現象，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電壓掉電情況。

4 結論

通過對電池的絕緣性設計的改進，并進行了驗證試驗，結果沒有出現電壓異常波動的現象。因此，通過改進電池堆的絕緣性，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

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