CN102544537A - 一种带有电子组件的热电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有电子组件的热电池，采用微型电子元件与火工品集成技术，实现了小功率(50mW)激活热电池，它包括外壳，外壳上方有连接器，外壳上分布有散热孔和散热环，在外壳内装有内电池，内电池内装有电点火头，外壳与内电池之间留有间隙，在内电池上方安装有和内电池相连接的电子组件，电子组件上有双点火电路，该电子组件由灌封胶密封。具有抗过载，抗射频和防静电能力和低表面温度。

Description

一种带有电子组件的热电池

技术领域

本发明属于火工品及电源技术领域，具体涉及一种带有电子组件的热电池。

背景技术

热电池又称熔盐电池，是一种贮存时电解质为不导电的固体，使用时用电发火头或撞针机构引燃其内部的加热药剂，使电解质熔融成为离子导体而被激活的一种储备电池。随着热电池的应用不断扩大，对热电池的要求越来越高，特别是对热电池的激活能量和表面温度提出了较高的要求。现有的电激活型热电池内置的电火工品(电点火管)在额定激活电流的作用下，桥丝产生高温将药剂点燃从而引燃热电池的加热剂使热电池激活并向负载供电。电火工品的发火电流一般在350mA以上，安全电流一般在50mA以上，而有些配套厂家对热电池所要求的激活电流只有10mA，在电火工品的安全电流之下，因此，使用常规的直通方法显然无法激活电火工品可靠发火。因此，要解决小功率激活热电池的问题，需要在热电池激活技术上有所突破。一般热电池的在激活后8min内表面温度会超过100℃，而某配套产品对热电池要求在激活后8min内表面温度不超过70℃，因此，需要在现有的热电池的结构设计上挖掘潜力以满足不同用户的要求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种带有电子组件的热电池，该热电池将电子元器件与火工品集成于一体，以保证在50mW(5V，10mA)的小功率电流脉冲的作用下可靠激活内电池。

为了实现上述任务，本发明采取以下的技术解决方案：

一种带有电子组件的热电池，其特征在于，包括外壳，外壳上方有连接器，外壳上分布有散热孔和散热环，在外壳内装有内电池，内电池内装有电点火头，外壳与内电池之间留有间隙，在内电池上方安装有和内电池相连接的电子组件，电子组件上有双点火电路，该电子组件由灌封胶密封。

本发明的带有电子组件的热电池，将电子线路和火工品集成设计，双点火电路采用双路冗余结构，利用电容储能，将小功率电流脉冲转换为足够火工品发火用的点火脉冲，可靠发火激活内电池，外壳采用不锈钢材料制成的开放式结构，保证电子组件的抗射频性，实现了热电池的小功率电激活和低表面温度。根据申请人的资料检索，目前国内现还没有相同功能的产品，填补了国内空白。

附图说明

图1是本发明的带有电子组件的热电池结构示意图。

图2是电子组件电原理图。

图3是电子组件的PCB板示意图。

图4是本发明的带有电子组件的热电池的热作用原理示意图。

图5是电点火头结构示意图。

下面结合附图及优选的实施例对本发明作进一步的详述。

具体实施方式

参见图1，本实施例给出一种带有电子组件的热电池具体结构，包括外壳6，外壳6上方有连接器1，外壳6上分布有散热孔7和散热环8，在外壳6内装有内电池5，内电池5内装有电点火头4，外壳6与内电池5之间留有间隙，在内电池5上方安装有和内电池5相连接的电子组件3，电子组件3上有双点火电路，该电子组件3由灌封胶2密封。

其中，连接器1用于与配套产品提供的激活接口相连接。

根据图2、图3所示，电子组件3将总体提供的弱激活信号转换为可以激发热电池中电点火头的脉冲信号，从而激活内电池5使其工作(内电池5本身就是一种已知的热电池，采用常规的热电池工艺制作)。其设计原理是利用激活输入电流脉冲对储能电路充电，当电压检测回路监测到充电电压达到门限值时，隔离电路驱动开关导通使储能电路对电点火头释放电能，电点火头发火引燃热电池中的加热元件，热电池开始工作。

电子组件3是本实施例的核心部件，由电子元器件组成，其工作原理如图2所示。电源组件3的PCB板请参考图3，从图中可见，电路采用使双回路冗余结构：图中电容C1和C2是两个储能电容，它们分别和连接在端子“31”，“33”及“32”，“33”上，与连接的电点火药头构成两路并联的充电回路，经隔离电阻R1接在“激活正”端子上。齐纳二极管Z1和Z2是用作电压判别，当电容C1和C2受到图3中的“激活正”端子上的激活脉冲信号充电而使电压升高达到齐纳二极管的击穿电压，Z1，Z2进入稳压状态，Z1，Z2的稳压电流分别经过两个隔离光耦OP1，OP2触发单向可控硅SCR1，SCR2，使电容C1，C2分别对各自连接的电点火头放电使火工品发火从而激活热电池。在电路的输入端和输出端连接的元件TVS1，TVS2，TVS3，保证了本实施例的带有电子组件的热电池可靠耐受火工品标准要求的静电放电试验。

PCB板上的有对电点火头4释放电能的双点火输出端(31，32)和接地端33，即输出端31和接地端33构成一组，输出端32和接地端33构成另一组，PCB板上还有激活正极34。

配套产品提供给热电池的激活条件是一个5V、10mA、100ms的微功率电流脉冲，10mA的电流比一般电火工品的安全电流(50mA)还小得多。要想用这样小功率的电流脉冲激活热电池，必须从两方面入手：一是寻找感度较高的电点火头；二是设计一个可靠的转换电路，将武器系统提供的小功率电流脉冲转换为足够大的点火脉冲。

1)电点火头的选用及点火能量核算

电点火头4是热电池电激活的主要发火元件，电点火头4包括两根铰接在一起的导线41，导线41之间连接有灼热丝44，灼热丝44上包覆有点火药43，点火药43表面涂有防潮剂42。根据试验表明，该电点火头4的感度较高，性能可靠。

点火药43的组成为：每克三硝基间苯二酚铅中加入0.3ml～2ml的硝基漆。其中，硝基漆的组成为：硝基软片：3g～10g，乙酸丁酯：100ml，5％精白蜡苯溶液：8ml；其中，5％精白蜡苯溶液由苯和精白蜡以重量比95∶5混合而成。

防潮剂42的组成为：硝基软片：5～15g，乙酸丁酯：73ml，无水乙醇：26ml，草酸(孔雀石绿)：2g，邻苯二甲酸二丁酯：2ml。

根据电容放电点火试验，电点火头4用7350pF的储能电容放电点火，在充电电压为250V时可以100％发火，充电电压降到200V即有瞎火。由此可以计算出其相应的最小可靠发火能量为0.23mJ。

按照配套产品中提供的激活脉冲参数计算，脉冲的理论能量为5mJ，达到电点火头最小可靠发火能量的20多倍，扣除开关损耗(1/3左右)，仍高达10倍以上。只要加以转化，充分利用这个能量，可以激活电点火头4。

2)点火冲能核算

电点火头4的直流发火电流为200mA，按其电阻8Ω～12Ω计算，相应的发火电压为1.6V～2.4V，如果选定储能电容的初始放电电压为4V，点火冲能就有了100％的冗余度。

3)储能电容计算

按照上述最小可靠发火能量0.23mJ和选定的初始放电电压为4V，可以计算出相应的储能电容的最小容量为28.75uF，为了提高点火可靠性，选定储能电容的容量为100uF。按此计算实际点火能量为0.8mJ，这样近3倍的冗余度可以使点火的可靠性得到保证。

4)充电时间核算

按照配套产品提供的技术条件，用10mA电流对100uF的储能电容充电，只要40ms就可以将电压充到4V，采用双回路激活也只需80ms左右就可充电到4V以上。因此，对于配套产品提供的100ms的充电时间和5mJ的激活能量，完全可以采用双点火电路并联的设计结构，以满足配套产品希望采用双回路点火电路确保热电池可靠激活的要求。

5)激活电路的安全性设计

在电子组件3的设计中，参照国家有关标准规定的火工品的抗静电要求，采取了专用的防静电瞬态二极管，当瞬态二极管受到瞬态高能量冲击(例如静电放电)时，它能在极短(ns级)时间使两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收冲击能量。防止激活组件的电子元器件被损坏或保证火工品不会因此意外发火。使电路的输入端和输出端都可以承受25kV、500pF的放电不会误动作。

本实施例的外壳6采用不锈钢材料制作，外壳6一是起结构骨架作用，二是构造良好的热平衡作用环境。外壳6的骨架作用把电子组件3和内电池5等部份可靠有机的固定于一体，同时提供与配套产品相应的连接方式。

灌封胶2采用市售的双组分环氧灌封胶，以保证电子组件3的抗过载能力。

如图4中所示，热电池的热平衡作用简单理解为：传统的热电池有较高的表面温度，并且热量的扩散在热电池轴向呈现不均匀分布(如曲线3所示)，以中间为最高，相应的表面温度也呈不均匀分布(如曲线1所示)，采用本发明的结构设计后，依靠外壳与内电池间形成的通风体系，使内电池的热量传出达到相对平衡(如曲线4所示)。同时依靠外壳较大的质量和不均匀设计(外壳中间与底部较厚)使整个热电池系统对外的温度变化趋于平衡(如曲线2所示)。通过这两方面的设计，很好地解决了该热电池的热平衡，使本发明的带有电子组件的热电池的表面温度趋于稳定。

Claims (7)

1.一种带有电子组件的热电池，其特征在于，包括外壳(6)，外壳(6)上方有连接器(1)，外壳(6)上分布有散热孔(7)和散热环(8)，在外壳(6)内装有内电池(5)，内电池(5)内装有电点火头(4)，外壳(6)与内电池(5)之间留有间隙，在内电池(5)上方安装有和内电池(5)相连接的电子组件(3)，电子组件(3)上有双点火电路，该电子组件(3)由灌封胶(2)密封。

2.如权利要求1所述的带有电子组件的热电池，其特征在于，所述的电点火头(4)包括两根铰接在一起的导线(41)，导线(41)之间连接有灼热丝(44)，灼热丝(44)上包覆有点火药(43)，点火药(43)表面涂有防潮剂(42)。

3.如权利要求1所述的带有电子组件的热电池，其特征在于，所述的外壳(6)采用不锈钢材料制作。

4.如权利要求2所述的带有电子组件的热电池，其特征在于，所述的点火药(43)的组成为：每克三硝基间苯二酚铅中加入0.3ml～2ml的硝基漆。

5.如权利要求4所述的带有电子组件的热电池，其特征在于，所述的1号硝基漆的组成为：硝基软片：3g～10g，乙酸丁酯：100ml，5％精白蜡苯溶液：8ml，其中，5％精白蜡苯溶液由苯和精白蜡以重量比95∶5混合而成。

6.如权利要求1所述的带有电子组件的热电池，其特征在于，所述的灌封胶(2)，采用双组分环氧灌封料配制而成。

7.如权利要求2所述的带有电子组件的热电池，其特征在于，所述防潮剂(42)的组成为：硝基软片：5g～15g，乙酸丁酯：73ml，无水乙醇：26ml，草酸：适量，邻苯二甲酸二丁酯：2ml。

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