热电池新型隔热结构设计及表面温度研究

＊夏 陶

（贵州梅岭电源有限公司 贵州 563000）

热电池新型隔热结构设计及表面温度研究

＊夏 陶

（贵州梅岭电源有限公司 贵州 563000）

在社会不断发展过程中，热电池作为一种储能电池，其随着社会的发展得到了较为广泛的应用，但是，在实际应用过程中，热电池因为其表面温度致使其在应用过程中受到了一定的限制，尤其是军事领域的应用。针对这一现象，本文主要对热电池新型隔热结构设计以及表面温度进行了研究，支撑未来新型武器系统的发展。

热电池；新型隔热结构设计；表面温度

引言

当前，现有的隔热材料已经脱离实际需求，己越来越难以满足新型导弹、航天飞行器，以及其他军事和民用等领域提出的更加严格的要求。因此，不少西方发达国家在新型隔热材料方面，投入大量的经费，开展了深入的研究，并取得了许多重要的研究成果，部分隔热材料如利用纳米技术研发的气凝胶及其隔热复合材料已在导弹、航空航天以及民用等领域得到了应用。

但是，国外在高性能隔热材料方面的许多研究成果始终对我国保密，而国内在新型高效隔热材料方面的水平与国外还存在一定的差距，这些都严重阻碍了我国航空航天、军事以及民用领域的发展。因此，面对日益复杂的国际局势，必须尽快研发出轻质、耐高温的高效隔热材料，以便早日在新型导弹及航天飞行器等领域中得到应用，提高我国的军事实力和综合国力。

在军事领域中使用热电池有着一定的优势，但是，在实际使用过程中热电池如果表面温度较高的话，就不能将其应用到其中，针对这一现象，为了更好地将热电池应用到新型武器系统中，就一定要对热电池结构设计进行适当的创新，以此来设计出新型的隔热结构，以此来保证热电池表面温度的合理性，同时还对热电池表面温度影响因素进行了分析，希望通过这一研究来扩大热电池的应用范围。

1.热电池相关概述

热电池也可以将其称之为热激活电池，是可以长期储贮的一次电池，由两种或者两种以上的由熔融盐作为电解质，在电池中其电解质是熔融盐，在室温下，电解质没有熔化，不能进行离子传导再使用过程中电池就会利用热源将电解质熔融激活，最终就能有效地发挥一次储备电池的作用以及性能。当热电池点火装置激活周围的加热物质时，环境温度迅速上升，电解质熔化并进行离子导电，同时热电池正负极活性物质进行电化学反应并输出电流。

热电池不同于常规电池，其最为主要的特征就是有着较高温度的工作环境，一般情况下，热电池内部温度都会大于550摄氏度，然后还会经过热传导，在这种情况下热电池表面温度就会达到250-3500摄氏度。热电池有极高的可靠性与稳定性，室温时电解质不进行离子传导，因此热电池的自放电是极小的，热电池工作时对环境的要求比较广泛。在使用热电池的时候其主要是为弹上系统提供电能，但是，在使用过程中，一旦热电池表面温度过高，这个时候就会明显的超出弹上系统的温度承受范围，最终就会降低其使用效果。由此可见，热电池表面温度对于热电池的使用会造成较为严重的影响，一旦其表面温度过高，就会直接对弹上电子元器件使用的安全性和可靠性造成影响，而这也是热电池使用受限的原因之一。因此，表面温度还是会大于500摄氏度。

2.热电池结构设计

热电池结构组成部分具体包括了烟火系统、极柱、电池堆、结构件。其中，电池堆主要是由加热片和单体电池通过夹心饼式叠加堆积之后所组成的，在整个电堆中，其平均温度大概为550摄氏度，加热片温度则大于1000摄氏度，热量在经过包裹层传导到电池外壳，最终致使热电池表面温度能够达到250-350摄氏度。在本研究中，笔者在对热电池结构进行设计的过程中，考虑到热电池在使用过程中属于长时间并且还具备高比能量这一点，在对其进行隔热结构设计的过程中，主要是采用一种金属箔包裹中空骨架式结构。在这一结构中，其具体有三层，分别是气凝胶层、中空骨架式层以及金属箔片层，其中气凝胶层主要的作用是隔热保温；中空骨架式层主要的作用是创造对流散热通道；金属箔片层主要的作用则是降低热电池表面温度。通过这种热电池新型隔热结构，能够最大程度利用空气来实现导热系数的降低，同时还能创造出气体对流条件，最后，金属箔片本身就具备较高的导热系数，在使用过程中就能有效地实现和大气环境间的快速热交换，最终就能有效地降低热电池表面温度。

3.热电池表面温度会受到的影响

为了更好地对热电池表面温度进行研究，笔者也对热电池表面温度受到的影响进行了分析，具体表现为以下几个方面：

(1)会受到保温层材质影响

热电池表面温度首先会受到保温层材质的影响，在对热电池结构进行设计的过程中，设计人员一定要考虑到不同的保温层材料，其本身保温隔热性能也存在较大的差异性，这种情况下，要想真正降低热电池表面温度，在对保温层进行设计的过程中，就可以在热电池表面包裹一些隔热材料，这样就能在一定程度上降低热电池内部高温热源与电池表面之间的热传导。针对这一点，为了有效的实现降低热电池表面温度，除了要选择隔热效果较好的隔热材料之外，还可以在其保温层外部继续添加层压板外壳，通过这种方式来进一步降低热电池表面温度，因为在添加隔热层压板之后，热电池表面温度上升速度就会得到较为显著的降低，最终就能真正实现降低热电池表面温度这一目的。综上，在对热电池进行新型隔热结构设计的过程中，要想真正降低其表面温度，首先一定要考虑到保温层材质对热电池表面温度所造成的影响，尽可能的选择隔热效果较好的保温层材质。

(2)会受到散热层影响

热电池表面温度不仅会受到保温层材质所影响，还会受到散热层所影响，因此在对热电池结构进行设计的过程中，设计人员还需要考虑到这一点。在降低热电池表面温度的过程中，气凝胶以及层压板降低方式都属于隔热操作，只能减少热电池内部热量的传导速率，最终实现降低热电池表面温度这一目的。在这种方式下，一旦热量积聚之后，热电池表面温度也会随之上升，针对这一现象，在对保温层进行合理设计之后，还需要合理的疏导热量，而要想达到这一目的，可以在散热层采用金属箔片对其进行包裹，因为金属箔片能在一定程度上提高热电池表面的散热速度，这样就能有效地实现电池表面与大气间的快速热交换，最终就能实现降低热电池表面温度这一目的。

(3)会受到金属箔片包裹中空骨架式结构影响

热电池表面温度除了会受到保温层材质、散热层影响之外，还会受到金属箔片包裹中空骨架式结构影响，因为在对其结构进行金属箔片包裹中空骨架式结构设计过程中，在这一结构中热电池在使用过程中，其气凝胶隔热材料会在一定程度上降低热量传导速率，然后中空骨架式结构就会形成相应的内部气流通道，这样就能让热电池热量从两端空腔中散出，而金属箔片在热平衡的作用下就能真正实现和大气的快速热交换，最终真正实现降低热电池表面温度这一目的。

4.结语

综上所述，为了避免热电池表面温度过高对热电池使用范围以及性能所造成的影响，本文主要对热电池新型隔热结构进行了相应的设计，同时就其表面温度影响因素进行了分析，以期能够通过这一方式来降低热电池表面温度，促使热电池使用效率得到显著提升。

[1]闵德平．电池组结构设计及其热管理液流传热强化研究[D]．吉林大学,2016,22(16):14-15．

[2]叶磊,阳林,田硕,等．FSE电动赛车动力电池设计及温度仿真研究[J]．机械与电子,2016,34(10):42-45．

(责任编辑：李鹏波)

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

T

A

夏陶（1986～)，女，贵州梅岭电源有限公司；研究方向：热电池保温材料。