CN113054213A - 一种降低热电池表面温度的方法 - Google Patents

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陈祥华
卢丫
赵洪楷
卢崇庆
万伟华
刘丹
刘美美
黄晓丽
李进
秦雪敏
朱琳
赵川
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Abstract

本方案公开了热电池技术领域中一种降低热电池表面温度的方法，在电池堆和/或热电池的壳体表面设置隔热层，隔热层由内向外包括铝箔隔热套管和SiO2纳米纤维气凝胶，本方法能够大幅降低热电池表面温度，采用本发明的技术成果的热电池表面温度从250‑350℃降低至60‑100℃，还具有操作工艺简便、制作成本低、隔热层占用空间小的特点。

Description

一种降低热电池表面温度的方法
技术领域
本发明属于热电池技术领域，特别涉及一种降低热电池表面温度的方法。
背景技术
热电池是以熔盐作为电解质，利用自带热源使其熔化而激活的一次储备电池。具有激活时间短、使用环境温度宽、储存周期长、免维护的优点，在武器装备系统中应用越来越广泛。
热电池大致包括电池堆和包裹在电池堆外部的壳体，热电池工作时，用外部电信号或机械力使电池内部的点火器发火，点火器的火源通过引燃纸引导到电池内部的加热片，使单体电池达到其工作温度，将常温不导电的固态电解质加热熔融呈离子型导体，正负极之间发生电化学反应，产生电能。
热电池因具有高温工作特点而叫做“热电池”。通常加热片燃烧温度可以达到1000℃左右，电芯工作温度在500℃以上，虽然单元电池内部具有一些隔热层，但仍有热量逸散到单元电池表面，依然仍然导致温度在250～350℃。
在热电池安装的各个舱段，空间均比较有限，其中还要铺设电缆、仪器等对温度比较敏感的部件、组件，热电池表面发热的特点限制了其使用范围。有的舱段还需要进行真空密封，热电池的热量积累在密封舱段内，高温可能引起其它元器件损害。
针对热电池表面温度限制了应用范围的弊端，伍宏明等发表在当代化工研究中“热电池新型隔热结构设计及表面温度研究”提出采用气凝胶+铝箔+气凝胶骨架+铜箔的方式来降低热电池表面温度，这种技术方案采用对热电池进行隔热和对空气增加散热的方式实现降低热电池的表面温度。
但是，该技术方案存在两个弊端：第一，采用的散热方式导致热量逸散到热电池安装的各个舱段或密封空间，仍然可能导致舱段内的仪器受到高温损伤，没有解决根本问题。第二，采用气凝胶+铝箔+气凝胶骨架+铜箔的方式导致热电池的直径增加较多，增加量在12～16mm之间，热电池的实际使用中很难有这么大的空间用来实施该方案得到的热电池。
发明内容
本发明意在提供一种降低热电池表面温度的方法，能够确保热电池可使用空间内实现热电池的高效保温，使热电池的表面温度大幅降低，以使热电池适用于更多的应用范围。
本方案中的一种降低热电池表面温度的方法，包括以下步骤：
步骤一、准备隔热层原材料：所述隔热层原材料包括铝箔隔热套管和SiO2纳米纤维气凝胶，将所述铝箔隔热套管和SiO2纳米纤维气凝胶放入真空干燥箱内进行干燥至含水量小于0.3％；
步骤二、包裹隔热层：于湿度小于3％的干燥房中包裹隔热层，按热电池外形要求尺寸将铝箔隔热套管和SiO2纳米纤维气凝胶裁剪成相应的形状，按照由内向外的顺序，依次将铝箔隔热套管和SiO2纳米纤维气凝胶包裹在电池堆或热电池的壳体表面。
本方案的工作原理是：热量传递方式为热传导、热对流和热辐射三种。热传导是不同温度的物体接触实现的热传递；热对流是流体各部分发生相对运动、发生位移掺混实现热交换；热辐射是高温物体以电磁波形式向外辐射散发传热，其传递不依赖任何介质。本发明从热辐射和热对流两种传热方式进行阻隔而实现降低热电池表面温度的作用。因发热体的热辐射与其表面的温度(绝对温度,即凯氏温度)的四次方程正比，即发热体的温度越高，热辐射能力就越强，本方案首先将热电池表面温度最高部分包裹铝箔隔热套管，可以大幅降低热辐射的作用；热对流与气体或液体的流动有关，SiO2气凝胶内部的孔隙直径比空气中氮气、氧气等分子运动的平均自由程(70nm)还要小，从而限制了气凝胶孔洞结构中空气的流动，极大地减小了气体传热。通过包裹SiO2纳米纤维气凝胶解决热电池对流传热散热问题。热传导与物体接触有关，在热电池与舱体安装对接时还可以使用隔热垫圈将热电池与安装平面隔离可以隔断热传导。
本发明的有益技术效果是：与现有技术相比，本发明的技术途径通过对热电池的梯度温度采取有针对性的方式进行隔热处理，具体而言依次从热电池的热辐射和热对流两种传热方式上同时采取隔热措施，大幅降低热电池表面温度，本发明的热电池表面温度从250-350℃降低至60-100℃，热电池外形直径仅增加6mm，基本不影响热电池的装配，具有操作工艺简便、制作成本低、隔热层占用空间小的特点。在安装时，在热电池与舱体安装对接时使用隔热垫圈将电池与安装平面隔离可以隔断热传导，进一步避免高温可能引起其它元器件损害的问题。
进一步，在所述热电池壳体表面的隔热层的表面和侧面涂抹硅橡胶，然后静置固化12h以上。目的是进行密封，防止水汽进入气凝胶导致隔热效果下降。静置固化12h以上，使涂抹的硅橡胶充分凝固。
进一步，在所述隔热层的表面使用无碱玻璃纤维带进行捆扎固定。完成SiO2纳米纤维气凝胶后，用无碱玻璃纤维带进行捆扎固定，若有涂抹硅橡胶的情况下，待硅橡胶固化后再使用无碱玻璃纤维带捆扎固定。无碱玻璃纤维又称E玻璃纤维，是指碱金属氧化物含量低的玻璃纤维。其化学稳定性、电绝缘性能、强度都很好，当热电池表面包裹了铝箔隔热套管和SiO2纳米纤维气凝胶后，采用无碱玻璃纤维带进行捆扎，一方面能够很好的进行捆扎固定，另一方面也确保热电池的功能可正常发挥。在装配热电池的过程中，如将电池堆装入壳体内，因为隔热层的边缘会接触到壳体边缘，相互之间容易受到刮擦，在用力装入的过程中，若不对隔热层进行缠绕则隔热层容易被挤压变形甚至从壳体中挤出，所以本方案则可避免这样的情况发生。
进一步，步骤一中所述真空干燥箱内的烘干温度为80～150℃，真空度为7000Pa，时间为4～8h。超过150℃，真空箱的密封性会受到影响，主要是密封条会老化而不能很好的密封进而影响烘干效果。若温度过低，则将延长烘干时间，效率降低。
进一步优化，真空干燥箱内的烘干温度为120℃，干燥时间为6h。
进一步，所述静置固化的时间为12h。
附图说明
图1为本发明实施例1一种降低热电池表面温度的方法得到的热电池的主视剖视图；
图2为本发明实施例2一种降低热电池表面温度的方法得到的热电池的主视剖视图；
图3为本发明实施例3一种降低热电池表面温度的方法得到的热电池的主视剖视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：壳体1、电池堆2、铝箔隔热套管3、SiO2纳米纤维气凝胶4、无碱玻璃纤维带5。
实施例1：一种降低热电池表面温度的方法，包括以下步骤：
步骤一、准备隔热层原材料：准备铝箔隔热套管3和SiO2纳米纤维气凝胶4，并将铝箔隔热套管3和SiO2纳米纤维气凝胶4放入真空干燥箱内进行干燥，烘干过程中，真空干燥箱内的烘干温度保持在80～150℃范围内，优选设定120℃，真空度为7000Pa，时间控制在4～8h，以使得隔热层原材料的含水量小于0.3％即可；
步骤二、包裹隔热层：在湿度小于3％的干燥房中包裹隔热层(装配热电池时也要在这样的湿度条件下进行装配)，按热电池外形要求尺寸将准备好的铝箔隔热套管3和SiO2纳米纤维气凝胶4裁剪成相应的形状，如150mm×500mm矩形，按由内之外的顺序，在电池堆2的表面包裹铝箔隔热套管3，然后在铝箔隔热套管3表面包裹SiO2纳米纤维气凝胶4，然后在隔热层的表面缠绕无碱玻璃纤维带5进行捆扎固定。
完成上述操作后的电池堆2装入热电池的壳体1内部即可，得到的热电池的主视剖视图如图1所示。
实施例2：与实施例1的区别是，在热电池的壳体1外按实施例1的方法包裹隔热层，壳体1内在是没有包裹隔热层的电池堆2。该方案中，还要在隔热层的表面和侧面涂抹硅橡胶，静置12h以上待硅橡胶固化后再缠绕无碱玻璃纤维带5，得到的热电池的主视剖视图如图2所示。
实施例3，结合实施例1和实施例2的方法，在电池堆2的表面和热电池的壳体1的表面都设置隔热层，得到的热电池的主视剖视图如图3所示。
将上述任一实施例得到的热电池与弹体装配时，热电池的安装支耳与弹体壁或安装支架之间还可安装隔热垫进行隔热以进一步降低热传导，达到更好的隔热降温的效果。

Claims (7)

1.一种降低热电池表面温度的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、准备隔热层原材料：所述隔热层原材料包括铝箔隔热套管和SiO2纳米纤维气凝胶，将所述铝箔隔热套管和SiO2纳米纤维气凝胶放入真空干燥箱内进行干燥至含水量小于0.3％；
步骤二、包裹隔热层：于湿度小于3％的干燥房中包裹隔热层，按热电池外形要求尺寸将铝箔隔热套管和SiO2纳米纤维气凝胶裁剪成相应的形状，按照由内向外的顺序，依次将铝箔隔热套管和SiO2纳米纤维气凝胶包裹在电池堆和/或热电池的壳体表面。
2.根据权利要求1所述的一种降低热电池表面温度的方法，其特征在于：在所述热电池壳体表面的隔热层的表面和侧面涂抹硅橡胶，然后静置固化12h以上。
3.根据权利要求1或2所述的一种降低热电池表面温度的方法，其特征在于：在所述隔热层的表面使用无碱玻璃纤维带进行捆扎固定。
4.根据权利要求1或2所述的一种降低热电池表面温度的方法，其特征在于：所述真空干燥箱内的烘干温度为80～150℃，真空度为7000Pa，时间为4～8h。
5.根据权利要求4所述的一种降低热电池表面温度的方法，其特征在于：所述烘干温度为120℃。
6.根据权利要求5所述的一种降低热电池表面温度的方法，其特征在于：所述干燥的时间为6h。
7.根据权利要求2所述的一种降低热电池表面温度的方法，其特征在于：所述静置固化的时间为12h。
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