CN216488141U - 一种温差电模块集成结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种温差电模块集成结构，属于温差电池技术领域，其特征在于，至少包括：M个温差电单体；每个温差电单体包括一根N型温差电材料元件和一根P型温差电材料元件；所述N型温差电材料元件和P型温差电材料元件上均设置有两个电极；M为大于1的自然数；连接所述N型温差电材料元件和P型温差电材料元件下电极用的热端电连接片；连接所述N型温差电材料元件和P型温差电材料元件上电极用的冷端电连接片；以及由绝热材料制成的外壳。本实用新型将温差电材料元件与电极、电连接片通过钎焊的方式连接在一起形成温差电模块，在电池总装时温差电模块可以作为一个独立部件进行装配，提高了装配的效率，减少了装配的时间。
Description
技术领域
本实用新型属于温差电池技术领域，具体涉及一种温差电模块集成结构。
背景技术
随着国家航天事业的发展以月球、火星探测为代表的深空探测项目是航天科技中的明珠，代表了一个国家的航天科技水平，具有非常深刻的技术价值和社会价值，受到各航天大国的普遍重视。而由于深空探测所处的环境条件比较苛刻，其环境温度可以达到-170℃，在这种环境条件下，许多设备都无法正常工作，需要热源进行保温，同时深空处太阳光强度减弱，太阳能电池的效率严重下降，需要其他电源供电。此外，近年来，海洋权益越来越受到国家的重视。但由于各种客观原因，目前我们对远离海岸线的海洋区域缺乏有效的监测手段，因此就必须拥有自己的海洋信息收集手段，以便加强对这些海域的控制。要想建立全方位的海洋监控网络，就离不开能源系统的支持。而由于海洋高压、低温环境的限制，普通电源也无法正常工作。因此要解决极端环境条件下的能源供的问题，就需要寻找新的能源技术途径。
而综合各方面的因素考虑，采用同位素温差电池可以有效解决极端环境条件下的能源供给问题。这种电源是利用其内部同位素核源所产生的辐射热量，通过热电转换装置将热能转化成电能，由于其能量全部来源于内部，因此电池整体环境适应性很好。可以在深空和深海环境下为用电设备提供电能支持。目前，美国、俄罗斯等航天大国的深空和深海项目中都使用了该种电池来进行供电的。
由于温差电池的主要工作原理是将核源产生的热能转换成电能的，因此作为热电转换装置的温差电部件就十分关键了。而目前所使用的温差电部件采用了压接方式，每个元件都在电池总装时独立进行安装。这种安装方式比较复杂，造成电池的整体装配时间变长，这在带核源操作时是十分不利的，会增大操作人员所受到的辐射剂量。因此要想核温差电池得到应用就必须解决这一问题。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术存在的不足，提出一种温差电模块集成结构，用于提高装配的效率，减少装配的时间。
本实用新型的目的是提供一种温差电模块集成结构，包括：
M个温差电单体(6)；每个温差电单体(6)包括一根N型温差电材料元件(2)和一根P型温差电材料元件(3)；所述N型温差电材料元件(2)和P型温差电材料元件(3)上均设置有两个电极(1)；M为大于1的自然数；
连接所述N型温差电材料元件(2)和P型温差电材料元件(3)下电极用的热端电连接片(4)；
连接所述N型温差电材料元件(2)和P型温差电材料元件(3)上电极用的冷端电连接片(7)；
以及由绝热材料(5)制成的外壳。
优选地，所述电极(1)分别与N型温差电材料元件(2)、P型温差电材料元件(3)焊接。
优选地，所述下电极与热端电连接片(4)焊接。
优选地，所述温差电单体(6)的上电极与冷端电连接片(7)之间为钎焊。
优选地，所述N型温差电材料元件(2)和P型温差电材料元件(3)均为圆柱形。
优选地，所述N型温差电材料元件(2)和P型温差电材料元件(3)的尺寸相同。
优选地，所述电极(1)的材质为纯铁，所述热端电连接片(4)和冷端电连接片(7)的材质为纯铜，所述绝热材料(5)为轻质纳米绝热材料。
本申请的有益效果是：
本实用新型针对原有温差电模块集成技术装配复杂、操作时间长，工艺稳定性差的缺点，创新地提出使用了模块化的设计思想，将所有的温差电单体集成在一起，形成温差电模块。这种设计的主要优点是：1.将温差电材料元件与电极、电连接片通过钎焊的方式连接在一起形成温差电模块，在电池总装时温差电模块可以作为一个独立部件进行装配，提高了装配的效率，减少了装配的时间。2.将温差电单体与绝热材料直接集成在一起，绝热材料可以按照温差电单体的外形进行设计，提高了温差电模块中绝热材料的填充率，减小了模块空隙的漏热，有效提高了温差电池整体的热利用率，提高了热电转换效率。3.使用绝热材料作为温差电模块的骨架，对温差电单体提供支撑，提高了模块的抗力学性能。通过本项专利制作的温差电模块可以应用到放射性同位素温差电池中，为该种电池在深空以及深海探测中发挥作用做好铺垫。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型优选实施例中温差电单体示意图；
图2为本实用新型优选实施例的整体结构示意图。
其中：1、电极；2、N型温差电材料元件；3、P型温差电材料元件；4、热端电连接片；5、绝热材料；6、温差电单体；7、冷端电连接片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参阅图1至图2，一种温差电模块集成结构，包括：
M个温差电单体6；每个温差电单体6包括一根N型温差电材料元件2和一根P型温差电材料元件3；所述N型温差电材料元件2和P型温差电材料元件3上均设置有两个电极1；M为大于1的自然数；所述N型温差电材料元件2和P型温差电材料元件3均为圆柱形。所述N型温差电材料元件2和P型温差电材料元件3的尺寸相同。
热端电连接片4，用于连接所述N型温差电材料元件2和P型温差电材料元件3下电极(即热端)；
冷端电连接片7，用于连接所述N型温差电材料元件2和P型温差电材料元件3上电极(即冷端)；
以及由绝热材料5制成的外壳。
在上述优选实施例中：各部件之间主要采用焊接的方式，具体为：
所述电极1分别与N型温差电材料元件2、P型温差电材料元件3焊接。
所述下电极与热端电连接片4焊接。
所述温差电单体6的上电极与冷端电连接片7之间为钎焊。
在上述优选实施例中：各部件的材质分别为：
所述电极1的材质为纯铁，所述热端电连接片4和冷端电连接片7的材质为纯铜，所述绝热材料5为轻质纳米绝热材料。
本申请综合考虑了温差电池的装配要求以及温差电材料的工作机理分析，其主要的结构和特点如下：
温差电模块集成结构主要包括N型温差电材料元件、P型温差电材料元件、电极以及绝热材料等部分；
N型温差电材料元件、P型温差电材料元件分别使用了中温的PbTe材料和TAGS材料制作，元件的外形为圆柱结构；
连接温差电材料元件的电极使用了纯铁材料，电连接片为纯铜材料，绝热材料为轻质纳米绝热材料；
通过钎焊的方式将N型温差电材料元件、P型温差电材料元件、电极及热端电连接片焊接起来，形成温差电单体，然后将温差电单体装入绝热材料内部，并将单体的冷端与冷端电连接片进行钎焊，形成高集成度的温差电模块。
组装原理：
首先依据温差电池整体的电功率输出要求，设计温差电模块所需要的温差电单体以及冷端电连接片的数量，并计算它们的尺寸，据此进行绝热材料的加工；
分别用N型温差电材料元件、P型温差电材料元件、热端电连接片及电极按照图1的结构钎焊成温差电单体；
将焊接好的温差电单体，按照图2所示结构装入绝热材料中，然后将冷端电连接片也装入绝热材料，使用钎焊的方式将温差电单体与冷端电连接片进行连接，形成温差电模块集成结构。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种温差电模块集成结构，其特征在于，至少包括：
M个温差电单体(6)；每个温差电单体(6)包括一根N型温差电材料元件(2)和一根P型温差电材料元件(3)；所述N型温差电材料元件(2)和P型温差电材料元件(3)上均设置有两个电极(1)；M为大于1的自然数；
连接所述N型温差电材料元件(2)和P型温差电材料元件(3)下电极用的热端电连接片(4)；
连接所述N型温差电材料元件(2)和P型温差电材料元件(3)上电极用的冷端电连接片(7)；
以及由绝热材料(5)制成的外壳。
2.根据权利要求1所述的温差电模块集成结构，其特征在于：所述电极(1)分别与N型温差电材料元件(2)、P型温差电材料元件(3)焊接。
3.根据权利要求1所述的温差电模块集成结构，其特征在于：所述下电极与热端电连接片(4)焊接。
4.根据权利要求1所述的温差电模块集成结构，其特征在于：所述温差电单体(6)的上电极与冷端电连接片(7)之间为钎焊。
5.根据权利要求1所述的温差电模块集成结构，其特征在于：所述N型温差电材料元件(2)和P型温差电材料元件(3)均为圆柱形。
6.根据权利要求5所述的温差电模块集成结构，其特征在于：所述N型温差电材料元件(2)和P型温差电材料元件(3)的尺寸相同。
7.根据权利要求1-6任一项所述的温差电模块集成结构，其特征在于：所述电极(1)的材质为纯铁，所述热端电连接片(4)和冷端电连接片(7)的材质为纯铜，所述绝热材料(5)为轻质纳米绝热材料。
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