简述热电池的绝缘性设计详细分析

热电池是一种广泛运用于武器装备的化学电源，近年来随着用户对热电池各项技术指标不断提高，高电压热电池的运用越来越广泛。本文通过对高电压热电池绝缘性的设计分析，解决在实际工作过程中高电压热电池的电压异常波动问题。

0、概述

热电池是一种融盐固体电池。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。又称热激活储备电池(heatactivatedreservebattery)。

在产品开发过程中某型号热电池(简称TA热电池)在研制过程中多次出现了电池在放电时电压出现异常波动的现象。电池放电的曲线图如图2、图3所示。经过对异常放电的热电池进行解剖，发现电池堆两端的保温垫片及电发火头垫片都有不同程度的烧伤的现象。个别热电池的激活电发火头用的导线引出处的垫片烧有缺口。

从放电的曲线图中可以看出，电池在放电过程中突然出现了电压掉电情况。

1、机理分析

该型热电池的单元电池结构设计采用的是通用的设计方式，与另一型热电池(简称QT热电池)类似。然而QT热电池在放电过程中并没有出现电压异常波动的现象，电池堆两端的垫片也没有出现烧伤现象。

对比TA热电池和QT热电池的异同点：在研制过程中，两种电池的试验环境条件相同;TA热电池的放电指标为：电压：100+5-20V;电流：4A。QT热电池的放电指标为：电压：31+3-2V;电流4A。两种电池电池堆的结构简化示意图类似如图4所示。

从电池堆的示意图中可以看出：当电池堆电压过高时造成两端的垫片和电发火头的垫片被击穿，电池堆通过导线(激活电发火头的导线)形成回路，由于该回路的瞬间放电造成外电路的电压的异常波动。当电池堆电压较低时电池堆两端的垫片起到绝缘作用，无法形成内回路。

通过两种电池的放电现象及电池堆状态的类比分析，TA热电池出现电压异常波动的原因是：电池的电压太高，放电时击穿电池堆两端的垫片，在电池内部形成的回路瞬间放电从而导致外电路电压的波动。

对电池堆结构的进一步分析，当电池电压达到一定程度时，发现电池堆通过上、下固定板及钢带形成类似的回路，此时上、下固定板及钢带连接处有灼烧痕迹，同时伴随外电压的波动。当保温层的厚度太薄或受到损坏时，电池堆可以通过导线(激活电发火头的导线)直接形成回路，造成电压的波动。

2、采取措施

通过上面的分析，在试验中通过加强电堆绝缘性的设计观察是否可以解决电压异常波动的问题。具体的设计如图5所示：

(1)在电池堆两端的垫片之间加两片厚云母绝缘垫圈。(2)在电发火头与上、下固定板之间各加一片云母绝缘垫圈。(3)在保温层与导线(激活电发火头的导线)之间一片云母绝缘带。(4)在电堆的保温层中加云母绝缘带。

3、试验验证

在TA热电池产品的研制过程中采取上述措施后，电池的电压没有再出现异常波动。在单元电池的抽样试验(2台电池)和例试试验(6台电池)中也没有出现异常波动的现象，放电曲线图见图6。从放电的曲线图中可以看出，电池在放电过程中没有再出现电压掉电情况。

4、结论

通过对电池的绝缘性设计的改进，并进行了验证试验，结果没有出现电压异常波动的现象。因此，通过改进电池堆的绝缘性，有效地解决了TA热电池放电过程中的电压异常波动的问题。