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

0、概述

熱電池是一種融鹽固體電池。貯存時(shí)電解質(zhì)為不導(dǎo)電的固體，使用時(shí)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(chǔ)備電池。又稱熱激活儲(chǔ)備電池(heatactivatedreservebattery)。

在產(chǎn)品開發(fā)過程中某型號(hào)熱電池(簡(jiǎn)稱TA熱電池)在研制過程中多次出現(xiàn)了電池在放電時(shí)電壓出現(xiàn)異常波動(dòng)的現(xiàn)象。電池放電的曲線圖如圖2、圖3所示。經(jīng)過對(duì)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(gè)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(jì)采用的是通用的設(shè)計(jì)方式，與另一型熱電池(簡(jiǎn)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(dòng)的現(xiàn)象，電池堆兩端的墊片也沒有出現(xiàn)燒傷現(xiàn)象。

對(duì)比TA熱電池和QT熱電池的異同點(diǎn)：在研制過程中，兩種電池的試驗(yàn)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(jiǎn)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(shí)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(dòng)。當(dāng)電池堆電壓較低時(shí)電池堆兩端的墊片起到絕緣作用，無(wú)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(dòng)的原因是：電池的電壓太高，放電時(shí)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(dòng)。

對(duì)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(shí)，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(shí)上、下固定板及鋼帶連接處有灼燒痕跡，同時(shí)伴隨外電壓的波動(dòng)。當(dāng)保溫層的厚度太薄或受到損壞時(shí)，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(dòng)。

2、采取措施

通過上面的分析，在試驗(yàn)中通過加強(qiáng)電堆絕緣性的設(shè)計(jì)觀察是否可以解決電壓異常波動(dòng)的問題。具體的設(shè)計(jì)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(yàn)驗(yàn)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(dòng)。在單元電池的抽樣試驗(yàn)(2臺(tái)電池)和例試試驗(yàn)(6臺(tái)電池)中也沒有出現(xiàn)異常波動(dòng)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(duì)電池的絕緣性設(shè)計(jì)的改進(jìn)，并進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果沒有出現(xiàn)電壓異常波動(dòng)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(dòng)的問題。