CN108808031B - 一种热电池内部温度控制结构 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种新型热电池内部温度控制结构，主要用于提高热电池在高温工作环境下的安全性能。包括温度控制本体，所述温度控制本体置于热电池内部，所述温度控制本体包括夹心体，所述夹心体包括绝缘隔热层和吸热层，所述绝缘隔热层和吸热层上下交替放置，所述绝缘隔热层为多层，所述绝缘隔热层置于吸热层的外部。绝缘隔热层外形为实心或通孔圆片，吸热层外形也为实心或通孔圆片。本发明的强度高，能均匀分散热电池内部热量，平衡内部工作温度，极大的提升热电池安全性能。

Description

一种热电池内部温度控制结构
技术领域
本发明属于热电池技术领域，具体涉及一种热电池内部温度控制结构。
背景技术
热电池又称热激活电池，主要是以熔融盐为电解质，依靠电激活或机械激活等方式引燃内部烟火源，激活后的电池加热系统将令固态熔融盐达到工作温度(即电解质晶体由固态转变为液态时的温度)，从而正负极通过电解质反应产生工作电流和电压的一种电池。
热电池有其自身固有的优点：可靠性高、环境适应能力强、贮存时间长。它们可以在高自旋速度(例如，16000转/分)以及高温(＞450℃)，低温(＜-55℃)等苛刻环境下工作。另外，在具有钻地性质的设备中它们能够承受高的冲击(16000g)。在较宽的温度范围内(通常是-55℃～+71℃)，它们可以密封储存或存放于武器系统里25年甚至25年以上而不出现性能的衰减。
由于热电池的内部工作温度极高(通常在500℃以上)，且电池为圆柱状，所以由热力学原理知电池中部区域容易热量集中。在苛刻的高强度环境力学条件下和较高的工作环境温度条件下，中部积累的过高热量会导致该区域温度远超电池其它部位，导致该区域中的正极材料发生热分解，产生过多的硫蒸汽，而正极材料分解的硫物质又会和负极材料反应放热，进而导致恶性循环，形成热失控，导致大量气体产生，从而造成电池鼓胀，严重时电池会发生燃烧爆炸等现象。
在过去的热电池设计中，为了防止电池出现热失控，通常采用梯度热量设计，即在电池两端使用较多的加热粉，而在电池中部使用较少加热粉来平衡电池整体的热量。
然而针对上述措施，在较低热量下热电池中该区域的温度较低，电解质离子电导率较低进而电池在承载大电流时极化现象严重，不能正常供电。但增加该区域的加热粉用量后，又会造成该区域的热失控，进而引发更严重的安全问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种新的热电池内部温度控制结构，采用递进式吸热的方法，在分散热量，平衡电池内部温度的同时不会因吸热过强导致温度瞬间降低，出现电池无法正常供电的情况，同时，也扩宽了电池内部加热源的用量范围。
本发明的方案为：一种新型热电池内部温度控制结构，包括置于热电池内部的温度控制本体，所述温度控制本体包括夹心体，所述夹心体包括绝缘隔热层和吸热层，所述绝缘隔热层和吸热层上下交替层叠，所述绝缘隔热层为多层，所述绝缘隔热层置于吸热层的外部。
本发明的工作原理：本发明采用递进式吸热的方式分散热量，平衡内部温度，先由外部的绝缘隔热层抵挡部分热量，透过绝缘隔热层的热量再由吸热层吸收，不会出现因吸热层瞬间吸热过多造成电池短时间内局部区域温度过低，从而导致该区域内电解质离子电导率过低甚至直接由液态变为固态，致使热电池停止供电的情况发生。
优选的，所述绝缘隔热层和吸热层为实心圆片或通孔圆片。此设置便于散热或者吸热。
优选的，所述绝缘隔热层厚度为0.1～10mm，吸热层厚度为0.5～20mm。
优选的，所述温度控制本体包括一个夹心体或者多个夹心体层叠而成的复合体。
本发明的有益效果：通过在热电池内部设置温度控制本体，去分散和平衡热电池内部的热量，可以极大增强热电池的安全性能，拓宽热电池热量设计范围，从而更好地满足热电池在高温环境和高强度环境下的使用要求。现有技术如果单独绝缘隔热层只能以“堵”的方式强行分离热电池工作时集中的热量，但热量依旧集聚在电池内部，短时间内不会消散故而造成极大的安全隐患，而单独的吸热层会造成电池内部局部温度瞬间降低，不利于电池正常工作；本发明将“堵”与“吸”良好结合，创造性的设置“夹心体”和人“复合体”的形式，形成递进式吸热结构，在保障热电池工作性能的同时转移了热电池内部积聚的过多热量，平衡了热电池各部位的温度，极大程度上降低了热电池安全隐患，同时本发明结构简单，组装效率高，操作简便，具有很大的工程应用价值，在保障了热电池正常工作的同时，极大的提升了热电池的安全性；同时本发明还拓宽了热电池中加热粉的使用量范围，在增加了加热粉用量后，因热电池内部工作温度的升高，还将进一步提升热电池的实际输出电性能。
进一步，所述绝缘隔热层的材料包括硅酸铝纤维毡、石棉片、Min-K料、陶瓷膜、气凝胶或者云母片中的一种或者多种。
进一步，所述吸热层由碳材料或相变材料中的一种或者多种构成。
进一步，所述碳材料为石墨、活性炭或石墨烯。
进一步，所述相变材料为相变熔盐或金属相变材料。
上述材料的使用经试验验证后获得，其中绝缘隔热层的材料不会与热电池材料发生副反应，均有良好的热稳定性和绝缘性，在保障热电池正常稳定工作的同时能有效避免吸热层与热电池材料的直接接触；而吸热层材料吸热效果好的同时，在高温下也不会与绝缘隔热材料反应。上述材料的选择使得电池内部温度控制结构更加安全可靠。
附图说明
图1为本发明新型热电池内部温度控制结构单一典型夹心体的结构示意图；
图2为本发明新型热电池内部温度控制结构复合体的结构示意图；
图3为本发明新型热电池内部温度控制结构通孔状结构示意图；
图4为本发明新型热电池内部温度控制结构实心状结构示意图；
图5为本发明新型热电池内部温度控制结构的串联装配示意图；
图6为本发明新型热电池内部温度控制结构的并联装配示意图。
其中，A为绝缘隔热层，B为吸热层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
实施例1，一种新型热电池内部温度控制结构：参照附图1、图3、图5和图6，温度控制本体由绝缘隔热层A和吸热层B和绝缘隔热层A构成夹心体，绝缘隔热层A由多张石棉片组成，厚3mm，吸热层由石墨片组成，厚10mm，吸热层B上下紧贴绝缘隔热层A，绝缘隔热层A和吸热层B均为通孔状结构，形成如图1所示的单一典型夹心体，再按图5所示的串联装配方式或图6所示的并联装配方式安装在电池热量集中部位。
实施例2，一种新型热电池内部温度控制结构：参照附图1、图2、图4、图5和图6，控温层由绝缘隔热层A和吸热层B和绝缘隔热层A构成夹心体，绝缘隔热层A由气凝胶组成，厚3mm，吸热层由金属相变材料组成，厚1mm，吸热层B上下紧贴绝缘隔热层A，绝缘隔热层A和吸热层B均为实心状结构，先形成如图1所示的单一典型夹心体，再由若干这样的结构上下拼接组成如图2所示的多重夹心体，再按图5所示的串联装配方式或图6所示的并联装配方式安装在电池热量集中部位。
实施例3，一种新型热电池内部温度控制结构：参照附图1、图2、图3、图5和图6，控温层由绝缘隔热层A和吸热层B和绝缘隔热层A构成夹心体，绝缘隔热层A由云母片和石棉垫片共同组成，云母片厚0.1mm，石棉垫片厚0.3mm，绝缘隔热层A共厚0.7mm，吸热层B由相变熔盐材料组成，厚1mm，吸热层B上下紧贴绝缘隔热层，绝缘隔热层A和吸热层B均为通孔状结构，先形成如图1所示的单一典型夹心体，再由若干这样的结构上下拼接组成如图2所示的多重夹心体，再按图5所示的串联装配方式或图6所示的并联装配方式安装在电池热量集中部位。
本发明的创新点在于：单独绝缘隔热层只能以“堵”的方式强行分离热电池工作时集中的热量，但热量依旧集聚在电池内部，短时间内不会消散故而造成极大的安全隐患，而单独的吸热层会造成电池内部局部温度瞬间降低，不利于电池正常工作；本发明将“堵”与“吸”良好结合，形成递进式吸热结构，在保障电池工作性能的同时转移了热电池内部积聚的过多热量，平衡了电池各部位的温度，极大程度上降低了电池安全隐患，同时扩宽了电池加热粉用量，使得电池电性能可以进一步提高；本发明提供的装配结构操作简便，组装效率高，具有极大的工程应用价值。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (3)

1.一种热电池内部温度控制结构，包括置于热电池内部的温度控制本体，其特征在于：所述温度控制本体包括夹心体，所述夹心体包括绝缘隔热层和吸热层，所述绝缘隔热层和吸热层上下交替层叠，所述绝缘隔热层为多层，所述绝缘隔热层置于吸热层的外部，绝缘隔热层和吸热层共同组合成递进式吸热结构；所述绝缘隔热层的材料包括硅酸铝纤维毡、石棉片、Min-K料、陶瓷膜、气凝胶或者云母片中的一种或者多种；所述吸热层由碳材料或相变材料中的一种或者多种构成，所述碳材料为石墨、活性炭或石墨烯，所述相变材料为相变熔盐或金属相变材料；所述绝缘隔热层厚度为0.1～10mm，吸热层厚度为0.5～20mm。
2.根据权利要求1所述的热电池内部温度控制结构，其特征在于：所述绝缘隔热层和吸热层为实心圆片或通孔圆片。
3.根据权利要求2所述的热电池内部温度控制结构，其特征在于：所述温度控制本体包括一个夹心体或者多个夹心体重叠而成的复合体。
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