熱電池新型隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)計及表面溫度研究

＊夏 陶

（貴州梅嶺電源有限公司 貴州 563000）

熱電池新型隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)計及表面溫度研究

＊夏 陶

（貴州梅嶺電源有限公司 貴州 563000）

在社會不斷發(fā)展過程中，熱電池作為一種儲能電池，其隨著社會的發(fā)展得到了較為廣泛的應(yīng)用，但是，在實(shí)際應(yīng)用過程中，熱電池因?yàn)槠浔砻鏈囟戎率蛊湓趹?yīng)用過程中受到了一定的限制，尤其是軍事領(lǐng)域的應(yīng)用。針對這一現(xiàn)象，本文主要對熱電池新型隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)計以及表面溫度進(jìn)行了研究，支撐未來新型武器系統(tǒng)的發(fā)展。

熱電池；新型隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)計；表面溫度

引言

當(dāng)前，現(xiàn)有的隔熱材料已經(jīng)脫離實(shí)際需求，己越來越難以滿足新型導(dǎo)彈、航天飛行器，以及其他軍事和民用等領(lǐng)域提出的更加嚴(yán)格的要求。因此，不少西方發(fā)達(dá)國家在新型隔熱材料方面，投入大量的經(jīng)費(fèi)，開展了深入的研究，并取得了許多重要的研究成果，部分隔熱材料如利用納米技術(shù)研發(fā)的氣凝膠及其隔熱復(fù)合材料已在導(dǎo)彈、航空航天以及民用等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

但是，國外在高性能隔熱材料方面的許多研究成果始終對我國保密，而國內(nèi)在新型高效隔熱材料方面的水平與國外還存在一定的差距，這些都嚴(yán)重阻礙了我國航空航天、軍事以及民用領(lǐng)域的發(fā)展。因此，面對日益復(fù)雜的國際局勢，必須盡快研發(fā)出輕質(zhì)、耐高溫的高效隔熱材料，以便早日在新型導(dǎo)彈及航天飛行器等領(lǐng)域中得到應(yīng)用，提高我國的軍事實(shí)力和綜合國力。

在軍事領(lǐng)域中使用熱電池有著一定的優(yōu)勢，但是，在實(shí)際使用過程中熱電池如果表面溫度較高的話，就不能將其應(yīng)用到其中，針對這一現(xiàn)象，為了更好地將熱電池應(yīng)用到新型武器系統(tǒng)中，就一定要對熱電池結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭?chuàng)新，以此來設(shè)計出新型的隔熱結(jié)構(gòu)，以此來保證熱電池表面溫度的合理性，同時還對熱電池表面溫度影響因素進(jìn)行了分析，希望通過這一研究來擴(kuò)大熱電池的應(yīng)用范圍。

1.熱電池相關(guān)概述

熱電池也可以將其稱之為熱激活電池，是可以長期儲貯的一次電池，由兩種或者兩種以上的由熔融鹽作為電解質(zhì)，在電池中其電解質(zhì)是熔融鹽，在室溫下，電解質(zhì)沒有熔化，不能進(jìn)行離子傳導(dǎo)再使用過程中電池就會利用熱源將電解質(zhì)熔融激活，最終就能有效地發(fā)揮一次儲備電池的作用以及性能。當(dāng)熱電池點(diǎn)火裝置激活周圍的加熱物質(zhì)時，環(huán)境溫度迅速上升，電解質(zhì)熔化并進(jìn)行離子導(dǎo)電，同時熱電池正負(fù)極活性物質(zhì)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)并輸出電流。

熱電池不同于常規(guī)電池，其最為主要的特征就是有著較高溫度的工作環(huán)境，一般情況下，熱電池內(nèi)部溫度都會大于550攝氏度，然后還會經(jīng)過熱傳導(dǎo)，在這種情況下熱電池表面溫度就會達(dá)到250-3500攝氏度。熱電池有極高的可靠性與穩(wěn)定性，室溫時電解質(zhì)不進(jìn)行離子傳導(dǎo)，因此熱電池的自放電是極小的，熱電池工作時對環(huán)境的要求比較廣泛。在使用熱電池的時候其主要是為彈上系統(tǒng)提供電能，但是，在使用過程中，一旦熱電池表面溫度過高，這個時候就會明顯的超出彈上系統(tǒng)的溫度承受范圍，最終就會降低其使用效果。由此可見，熱電池表面溫度對于熱電池的使用會造成較為嚴(yán)重的影響，一旦其表面溫度過高，就會直接對彈上電子元器件使用的安全性和可靠性造成影響，而這也是熱電池使用受限的原因之一。因此，表面溫度還是會大于500攝氏度。

2.熱電池結(jié)構(gòu)設(shè)計

熱電池結(jié)構(gòu)組成部分具體包括了煙火系統(tǒng)、極柱、電池堆、結(jié)構(gòu)件。其中，電池堆主要是由加熱片和單體電池通過夾心餅式疊加堆積之后所組成的，在整個電堆中，其平均溫度大概為550攝氏度，加熱片溫度則大于1000攝氏度，熱量在經(jīng)過包裹層傳導(dǎo)到電池外殼，最終致使熱電池表面溫度能夠達(dá)到250-350攝氏度。在本研究中，筆者在對熱電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，考慮到熱電池在使用過程中屬于長時間并且還具備高比能量這一點(diǎn)，在對其進(jìn)行隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，主要是采用一種金屬箔包裹中空骨架式結(jié)構(gòu)。在這一結(jié)構(gòu)中，其具體有三層，分別是氣凝膠層、中空骨架式層以及金屬箔片層，其中氣凝膠層主要的作用是隔熱保溫；中空骨架式層主要的作用是創(chuàng)造對流散熱通道；金屬箔片層主要的作用則是降低熱電池表面溫度。通過這種熱電池新型隔熱結(jié)構(gòu)，能夠最大程度利用空氣來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱系數(shù)的降低，同時還能創(chuàng)造出氣體對流條件，最后，金屬箔片本身就具備較高的導(dǎo)熱系數(shù)，在使用過程中就能有效地實(shí)現(xiàn)和大氣環(huán)境間的快速熱交換，最終就能有效地降低熱電池表面溫度。

3.熱電池表面溫度會受到的影響

為了更好地對熱電池表面溫度進(jìn)行研究，筆者也對熱電池表面溫度受到的影響進(jìn)行了分析，具體表現(xiàn)為以下幾個方面：

(1)會受到保溫層材質(zhì)影響

熱電池表面溫度首先會受到保溫層材質(zhì)的影響，在對熱電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，設(shè)計人員一定要考慮到不同的保溫層材料，其本身保溫隔熱性能也存在較大的差異性，這種情況下，要想真正降低熱電池表面溫度，在對保溫層進(jìn)行設(shè)計的過程中，就可以在熱電池表面包裹一些隔熱材料，這樣就能在一定程度上降低熱電池內(nèi)部高溫?zé)嵩磁c電池表面之間的熱傳導(dǎo)。針對這一點(diǎn)，為了有效的實(shí)現(xiàn)降低熱電池表面溫度，除了要選擇隔熱效果較好的隔熱材料之外，還可以在其保溫層外部繼續(xù)添加層壓板外殼，通過這種方式來進(jìn)一步降低熱電池表面溫度，因?yàn)樵谔砑痈魺釋訅喊逯?，熱電池表面溫度上升速度就會得到較為顯著的降低，最終就能真正實(shí)現(xiàn)降低熱電池表面溫度這一目的。綜上，在對熱電池進(jìn)行新型隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，要想真正降低其表面溫度，首先一定要考慮到保溫層材質(zhì)對熱電池表面溫度所造成的影響，盡可能的選擇隔熱效果較好的保溫層材質(zhì)。

(2)會受到散熱層影響

熱電池表面溫度不僅會受到保溫層材質(zhì)所影響，還會受到散熱層所影響，因此在對熱電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，設(shè)計人員還需要考慮到這一點(diǎn)。在降低熱電池表面溫度的過程中，氣凝膠以及層壓板降低方式都屬于隔熱操作，只能減少熱電池內(nèi)部熱量的傳導(dǎo)速率，最終實(shí)現(xiàn)降低熱電池表面溫度這一目的。在這種方式下，一旦熱量積聚之后，熱電池表面溫度也會隨之上升，針對這一現(xiàn)象，在對保溫層進(jìn)行合理設(shè)計之后，還需要合理的疏導(dǎo)熱量，而要想達(dá)到這一目的，可以在散熱層采用金屬箔片對其進(jìn)行包裹，因?yàn)榻饘俨茉谝欢ǔ潭壬咸岣邿犭姵乇砻娴纳崴俣?，這樣就能有效地實(shí)現(xiàn)電池表面與大氣間的快速熱交換，最終就能實(shí)現(xiàn)降低熱電池表面溫度這一目的。

(3)會受到金屬箔片包裹中空骨架式結(jié)構(gòu)影響

熱電池表面溫度除了會受到保溫層材質(zhì)、散熱層影響之外，還會受到金屬箔片包裹中空骨架式結(jié)構(gòu)影響，因?yàn)樵趯ζ浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行金屬箔片包裹中空骨架式結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，在這一結(jié)構(gòu)中熱電池在使用過程中，其氣凝膠隔熱材料會在一定程度上降低熱量傳導(dǎo)速率，然后中空骨架式結(jié)構(gòu)就會形成相應(yīng)的內(nèi)部氣流通道，這樣就能讓熱電池?zé)崃繌膬啥丝涨恢猩⒊?，而金屬箔片在熱平衡的作用下就能真正?shí)現(xiàn)和大氣的快速熱交換，最終真正實(shí)現(xiàn)降低熱電池表面溫度這一目的。

4.結(jié)語

綜上所述，為了避免熱電池表面溫度過高對熱電池使用范圍以及性能所造成的影響，本文主要對熱電池新型隔熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計，同時就其表面溫度影響因素進(jìn)行了分析，以期能夠通過這一方式來降低熱電池表面溫度，促使熱電池使用效率得到顯著提升。

[1]閔德平．電池組結(jié)構(gòu)設(shè)計及其熱管理液流傳熱強(qiáng)化研究[D]．吉林大學(xué),2016,22(16):14-15．

[2]葉磊,陽林,田碩,等．FSE電動賽車動力電池設(shè)計及溫度仿真研究[J]．機(jī)械與電子,2016,34(10):42-45．

(責(zé)任編輯：李鵬波)

Study on the New-type Heat Insulation Structure Design and Surface Temperature of Thermal Battery

Xia Tao

（Guizhou Meiling Power Supply Co., ltd, Guizhou, 563000）

In the process of constant society development, the thermal battery, as one kind of energy storage battery, has got wide application along with the social development, however, in the practical application process, the thermal battery has been limited in its application process for it's surface temperature, especially for the application in military filed. In terms the above situation, this paper, has taken study on the new-type heat insulation structure and surface temperature of thermal battery so that to support the development of future new weapons.

thermal battery；new-type heat insulation structure design；surface temperature

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A

夏陶（1986～)，女，貴州梅嶺電源有限公司；研究方向：熱電池保溫材料。