CN102148380A - 热电池用热平衡电堆 - Google Patents

热电池用热平衡电堆 Download PDF

Info

Publication number
CN102148380A
CN102148380A CN2010101086340A CN201010108634A CN102148380A CN 102148380 A CN102148380 A CN 102148380A CN 2010101086340 A CN2010101086340 A CN 2010101086340A CN 201010108634 A CN201010108634 A CN 201010108634A CN 102148380 A CN102148380 A CN 102148380A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pile
thermal
heat
battery
thermal battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010101086340A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102148380B (zh
Inventor
高俊丽
迟亮
郑要武
胡冉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Space Power Sources
Original Assignee
Shanghai Institute of Space Power Sources
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Space Power Sources filed Critical Shanghai Institute of Space Power Sources
Priority to CN201010108634.0A priority Critical patent/CN102148380B/zh
Publication of CN102148380A publication Critical patent/CN102148380A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102148380B publication Critical patent/CN102148380B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y02E60/12—

Landscapes

  • Primary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种控制热电池工作时内部温度，均衡其内部热量分布的热电池用热平衡电堆，将电堆两端热源与绝缘耐热材料叠加放置并紧固装配于电堆两端，其中，电堆两端热源由铁粉与高氯酸钾组成，以重量计，铁粉含量为82～88％，高氯酸钾含量为12～18％；绝缘耐热材料为石棉制品。本发明既保证了热电池内部的温度维持在电堆正常工作的温度范围内，又避免了其内部温度高于正极材料的热分解温度而导致的热失控，整个电堆处于正常工作温度范围，保证电堆的热源分布均衡、合理。

Description

热电池用热平衡电堆
技术领域
本发明属于热电池技术领域，具体涉及一种控制热电池工作时内部温度，均衡其内部热量分布的热平衡电堆。
背景技术
热电池是用电池本身的加热系统把不导电的固体状态盐类电解质加热熔融呈离子型导体而进入工作状态的一种热激活储备电池。热电池内部电解质由两种或两种以上的无机盐组成的低共熔体，常温时，电解质是不导电固体；使用时，用外界电流引燃电池内部电点火头，从而点燃电池内部的加热材料，使电池内部温度迅速上升，导致熔融盐电解质融化并导电，激活电池，输出电能。使用固体盐类电解质是热电池的主要特征，它明显地区别于使用水溶液电解质、有机电解质和固体电解质的电池。这使得热电池具有贮存时间长、激活时间短、输出电流密度大、比能量较高、使用温度范围广、在贮存期间无需维护和保养等特点，因而得到广泛地应用。
热电池目前选用的正极材料普遍为FeS2，FeS2具有电压高，价格便宜，技术成熟等优点，但热稳定性能较差(分解温度550℃)。当电池内部温度高于550℃时，FeS2开始分解并放出硫蒸汽，气态硫迅速与负极活性物质Li(Si)发生剧烈的放热反应，产生大量的热能，造成电池内部温度迅速升高，最终导致电池热失控甚至穿孔爆炸。经研究发现，热电池在高温开路或轻载情况下放电时，其内部温度比满负载工作时更高，其内部热量的维持与散失更加难以控制。因此，为了确保热电池在极限使用情况下(高温激活后开路搁置)工作安全可靠，必须对热电池的内部热量的整体分布和设计进行优化。
热电池高温激活后开路搁置是否安全过关，热平衡设计起着决定性作用。合理的热平衡设计是既要保证电池内部的温度维持在电堆正常工作的温度范围内，又要避免其内部温度高于正极材料(FeS2)的热分解温度而导致热失控。热电池被激活后，电堆中部温度最高，两端温度相对较低，随着时间的推移，也是电堆两端散热较快，随着热量的散失，电堆两端的个别单体电池内部的电解质也会过早凝固，随着电解质逐渐凝固，电堆上下两端附近的单体电池性能随之下降，最终导致热电池工作时间会缩短。上述情况只有要求热电池电堆的热源分布均衡、合理，才能确保热电池工作安全可靠。“冷端热封”热平衡技术的应用可以确保热电池在规定的工作时间内，整个电堆处于正常工作温度范围，增强热电池高温激活后开路搁置安全性，有效解决了热电池由于热源分布不均衡而导致的热失控安全性难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种应用于热电池，能增强热电池高温激活后开路搁置安全性，并能有效避免热电池由于热源分布不均衡而导致的热失控安全性问题的热平衡电堆。
为了解决上述技术问题，本发明通过采用“冷端热封”的理念对热电池内部电堆进行热缓冲平衡设计，即在电堆两端设计较高的热源，并对其采取缓冲措施，确保在规定的工作时间内，整个电堆处于正常工作温度范围。
本发明提供的应用于热电池的热平衡电堆，其创新点在于：电堆两端热源与绝缘耐热材料叠加放置并紧固装配于电堆两端，其中，电堆两端热源由铁粉与高氯酸钾组成，以重量计，铁粉含量为82～88％，高氯酸钾含量为12～18％，总量为100％；绝缘耐热材料为石棉制品。
优选地，本发明上述热平衡电堆中，电堆两端热源由铁粉与高氯酸钾按比例机械混合后压制成圆片状。
优选地，本发明上述热平衡电堆中，绝缘耐热材料经机床冲为圆片状，并在500℃下处理10min～20min。
本发明运用“冷端热封”的设计理念在电堆两端设计较高的热源，并通过绝缘耐热材料对其进行缓冲措施，防止较高热源对电堆的冲击，保证了电堆的热源分布均衡、合理，确保在规定的工作时间内，整个电堆处于正常工作温度范围。后续试验例将证明，应用本发明热平衡电堆的热电池具有高温激活后开路搁置安全性强、内部热量分布均衡合理的特点。
附图说明
图1是“冷端热封”热平衡技术示意图。
图2是电堆内部各点工作温度分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
如图1所示，本发明优选实施例通过采用“冷端热封”的理念对热电池内部电堆进行热缓冲平衡设计，即在电堆两端设计较高的热源(电堆两端热源)，并对其采取缓冲措施(将电堆两端热源与绝缘耐热材料叠加放置并紧固装配于电堆两端)，确保在规定的工作时间内，整个电堆处于正常工作温度范围。
将铁粉含量为82％、高氯酸钾含量为18％机械混合并压制成圆片状电堆两端热源1，备用。
将铁粉含量为88％、高氯酸钾含量为12％机械混合并压制成圆片状电堆两端热源2，备用。
将铁粉含量为85％、高氯酸钾含量为15％机械混合并压制成圆片状电堆两端热源3，备用。
将石棉制品经机床冲压为圆片状并在500℃下处理10min，制得绝缘耐热材料1，备用。
将石棉制品经机床冲压为圆片状并在500℃下处理20min，制得绝缘耐热材料2，备用。
将石棉制品经机床冲压为圆片状并在500℃下处理15min，制得绝缘耐热材料3，备用。
试验例
按照图1装配一只单元热电池。
38片单体电池串联装配为电堆，电堆上下两端分别叠加放置2片热源材料(任意选取电堆两端热源1和/或电堆两端热源2或/和电堆两端热源3)和3片绝缘耐热材料(任意选取绝缘耐热材料1和/或绝缘耐热材料2和/或绝缘耐热材料3)，一并装入Φ62×110的不锈钢电池壳中。在高温+60℃环境下保存6h后激活，进行零负载放电，监测内部温度控制变化正常，监测开路电压变化平稳，放电结束后观察外观、颜色正常、没有过热灼烧点，表明该电池热设计合理，安全可靠。
按照常规方法，采用耐高温、可弯折热电偶对热电池放电过程中内部电堆顶端、中上部、中部、中下部和底端的温度进行测量，得出电堆内部各点工作温度分布情况，如图2所示。

Claims (3)

1.一种热电池用热平衡电堆，其特征在于，电堆两端热源与绝缘耐热材料叠加放置并紧固装配于电堆两端，其中，电堆两端热源由铁粉与高氯酸钾组成，以重量计，铁粉含量为82～88％，高氯酸钾含量为12～18％；绝缘耐热材料为石棉制品。
2.根据权利要求1所述的热电池用热平衡电堆，其特征在于，电堆两端热源由铁粉与高氯酸钾按比例机械混合后压制成圆片状。
3.根据权利要求1或2所述的热电池用热平衡电堆，其特征在于，绝缘耐热材料经机床冲压为圆片状，并在500℃下处理10min～20min。
CN201010108634.0A 2010-02-10 2010-02-10 热电池用热平衡电堆 Expired - Fee Related CN102148380B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010108634.0A CN102148380B (zh) 2010-02-10 2010-02-10 热电池用热平衡电堆

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010108634.0A CN102148380B (zh) 2010-02-10 2010-02-10 热电池用热平衡电堆

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102148380A true CN102148380A (zh) 2011-08-10
CN102148380B CN102148380B (zh) 2015-04-15

Family

ID=44422482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010108634.0A Expired - Fee Related CN102148380B (zh) 2010-02-10 2010-02-10 热电池用热平衡电堆

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102148380B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106602099A (zh) * 2016-11-28 2017-04-26 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种采用热激活方式的新型储备电池
CN108808031A (zh) * 2018-05-28 2018-11-13 贵州梅岭电源有限公司 一种新型热电池内部温度控制结构
CN110165335A (zh) * 2018-05-16 2019-08-23 北京机电工程研究所 电池堆外保温装置
CN110783587A (zh) * 2019-10-25 2020-02-11 上海空间电源研究所 一种提高热电池激活回路可靠性的装置和热电池系统
CN110993878A (zh) * 2019-11-15 2020-04-10 上海空间电源研究所 一种具有力学缓冲功能的防漏电绝缘卡环
CN111146464A (zh) * 2019-12-10 2020-05-12 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种热电池内部温度测定装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5061632A (zh) * 1973-10-03 1975-05-27
JPS6319769A (ja) * 1986-07-10 1988-01-27 Japan Storage Battery Co Ltd 熱電池
JPH02299160A (ja) * 1989-05-12 1990-12-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱電池
CN1050951A (zh) * 1989-10-11 1991-04-24 李剑华 热电池
US5900331A (en) * 1997-08-27 1999-05-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Thermal battery with reduced self-discharge
WO2006046245A1 (en) * 2004-10-28 2006-05-04 Rafael-Armament Development Authority Ltd. Heat sources for thermal batteries

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5061632A (zh) * 1973-10-03 1975-05-27
JPS6319769A (ja) * 1986-07-10 1988-01-27 Japan Storage Battery Co Ltd 熱電池
JPH02299160A (ja) * 1989-05-12 1990-12-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱電池
CN1050951A (zh) * 1989-10-11 1991-04-24 李剑华 热电池
US5900331A (en) * 1997-08-27 1999-05-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Thermal battery with reduced self-discharge
WO2006046245A1 (en) * 2004-10-28 2006-05-04 Rafael-Armament Development Authority Ltd. Heat sources for thermal batteries

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106602099A (zh) * 2016-11-28 2017-04-26 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种采用热激活方式的新型储备电池
CN110165335A (zh) * 2018-05-16 2019-08-23 北京机电工程研究所 电池堆外保温装置
CN108808031A (zh) * 2018-05-28 2018-11-13 贵州梅岭电源有限公司 一种新型热电池内部温度控制结构
CN110783587A (zh) * 2019-10-25 2020-02-11 上海空间电源研究所 一种提高热电池激活回路可靠性的装置和热电池系统
CN110783587B (zh) * 2019-10-25 2022-01-04 上海空间电源研究所 一种提高热电池激活回路可靠性的装置和热电池系统
CN110993878A (zh) * 2019-11-15 2020-04-10 上海空间电源研究所 一种具有力学缓冲功能的防漏电绝缘卡环
CN111146464A (zh) * 2019-12-10 2020-05-12 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种热电池内部温度测定装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN102148380B (zh) 2015-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102148380A (zh) 热电池用热平衡电堆
He et al. Experimental investigation of thermal management system for lithium ion batteries module with coupling effect by heat sheets and phase change materials
Ouyang et al. Experimental investigation of thermal failure propagation in typical lithium-ion battery modules
Lai Solid lithium-silicon electrode
Zhou et al. A sodium liquid metal battery based on the multi-cationic electrolyte for grid energy storage
WO2014025770A3 (en) Fuel unit, refillable hydrogen generator and fuel cell system
El Khatabi et al. Effects of double substitution on MgH2 hydrogen storage properties: An Ab initio study
Wang et al. Inhibition effect of liquid nitrogen on thermal runaway propagation of lithium ion batteries in confined space
CN102244206A (zh) 热电池用加热粉配方
Wang et al. Experimental study on thermal runaway and its propagation of large format prismatic lithium-ion batteries
Sarasua et al. Modelling of NAS energy storage system for power system applications
CN202651311U (zh) 用于电池的加热装置
CN106159375A (zh) 一种蓄电池组控温系统
CN101604864B (zh) 钠硫电池与碱金属热电直接转换器集成能量装置
CN210241723U (zh) 一种低温相变储能电暖气
CN109266932A (zh) 一种500-600度用耐氧化高储能密度镁合金及工艺
ZHANG et al. Quantitative method of influence of thermal runaway gas combustion on thermal runaway propagation of lithium-ion battery
CN208070480U (zh) 一种锂电池回收储存装置
Attewell et al. A review of recent developments in thermal batteries
CN206758596U (zh) 一种可提高蓄电池容量的装置
CN109234566A (zh) 一种工作温度小于100度的高储热密度锡合金及其工艺
US4053690A (en) Thermal cells
CN204349836U (zh) 一种用于野外的单兵发电灶
Okamoto Li-O (Lithium-Oxygen)
Ahmed et al. Experimental Investigation Of Using Latent Thermal Energy Storage System Comprising Of Magnesium Chloride Hexahydrate (MgCl 2. 6H 2 O) With Domestic Gas Heater

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150415

Termination date: 20210210

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee