热电池激活过程倒灌电流影响因素研究

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2023.05.015

摘要/Abstract

摘要：

热电池因具有能量密度高、使用温度范围宽、耐瞬间大脉冲能力强、激活时间短、储存寿命长等优点被广泛用于各种战术武器中。热电池输出端作为与导弹对接的电气接口，其激活过程中倒灌电流的大小将直接影响弹上电子设备工作的可靠性。为了解热电池激活过程中倒灌电流变化规律，对其影响因素进行了研究。通过研究表明，倒灌电流大小与电池堆并联数量、引燃条燃速、加热片燃速、极片面积大小、电解质熔融速度、电池堆单体电池串联数量、电发火头激活方式、线阻大小及弹上负载功率大小有关。该结论为导弹电气系统的安全、可靠供电电路设计提供了有力支撑。

关键词: 导弹, 电气系统, 热电池, 激活过程, 倒灌电流, 影响因素

Abstract:

Thermal batteries are widely employed in various tactical weapons due to their high energy density， wide temperature range， strong instantaneous pulse resistance， short activation time， and long storage life. The output end of the thermal battery is the electrical interface for docking with the missile， and its backflow current during activation directly affects the reliability of the electronic equipment on the missile. Meanwhile， the influencing factors are studied to grasp the variation law of backflow current during thermal battery activation. The research shows that the backflow current is related to the number of parallel battery stack connections， the burning rate of the pilot strip， the burning rate of the heating plate， the stage plate area， the melting rate of the electrolyte， the number of single cells in series of the battery stack， the activation mode of the ignition head， line resistance， and the load power on the missile. This conclusion provides favorable support for designing a safe and reliable power supply circuit for the missile electrical system.

Key words: missile, electrical system, thermal battery, activation process, backflow current, influencing factors

中图分类号:

TJ760

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图/表 17

图1 电气接口连接关系图

Fig. 1 Electrical interface connection diagram

图2 单体电池组成框图

Fig. 2 Block diagram of single cell composition

图3 完整的热电池组成框图

Fig. 3 Block diagram of complete thermal battery composition

图4 单元热电池激活过程

Fig. 4 Activation process of single thermal battery

图5 单体电池等效电路

Fig. 5 Single cell equivalent circuit

图6 单元热电池等效电路

Fig. 6 Unit cell equivalent circuit

图7 激活试验电路等效图

Fig. 7 Equivalent diagram of activation test circuit

表1 并联堆数试验结果

Table 1 Test results of parallel stacks

参数	电池1#	电池2#	电池3#
并联堆数	6堆并联	3堆并联	1堆
倒灌电流/A	23.32	14.27	9.45

图8 母线电压-倒灌电流曲线（并联堆数）

Fig. 8 Bus voltage-inverted current curve (number of parallel stacks)

表2 引燃条燃速试验结果

Table 2 Burning rate test results of pilot strip

参数	电池1#	电池2#
引燃条燃速/（cm·s^-1）	20～40	60～90
倒灌电流/A	21.69	25.85

图9 母线电压-倒灌电流曲线（引燃条燃速）

Fig. 9 Bus voltage-inverted current curve (burning rate of pilot strip)

表3 加热片燃速试验结果

Table 3 Burning rate test results of heating plates

参数	电池1#	电池2#
加热片燃速/（cm·s^-1）	11.57	18.46
倒灌电流/A	18.08	24.92

图10 母线电压-倒灌电流曲线（加热片燃速）

Fig. 10 Bus voltage-inverted current curve(burning rate of heating plates)

表4 试验条件

Table 4 Test conditions

电池	负载功率/W	R线阻/Ω	正极电阻/Ω	负极电阻/Ω	温度/℃	地面发控电源	电解质
1组	90	0.3	0.030	0.030	60	30 V，60 A	低熔点电解质
2组	90	0.3	0.020	0.020	60	30 V，60 A	低熔点电解质
3组	150	0.3	0.020	0.020	60	30 V，60 A	低熔点电解质
4组	150	0.3	0.020	0.020	60	30 V，60 A	低熔点电解质
5组	90	0.3	0.030	0.030	60	30 V，60 A	低熔点电解质
6组	90	0.2	0.035	0.035	60	30 V，60 A	低熔点电解质
7组	90	0.2	0.035	0.035	60	30 V，60 A	低熔点电解质
8组	90	0.3	0.020	0.020	60	30 V，60 A	三元电解质
9组	90	0.3	0.020	0.020	60	30 V，60 A	三元电解质
10组	90	0.3	0.006	0.006	60	30 V，60 A	低熔点电解质

表5 电解质的熔融速度、线阻大小及弹上负载功率大小试验结果

Table 5 Test results of electrolyte melting rate， line resistance， and load power on missile

电池	负载功率/W	R线阻/Ω	总电流A₁ /A	倒灌电流A₂ /A	电子负载电流A₃ /A
1组	90	0.3	8.25	5.00	3.17
2组	90	0.3	8.75	5.25	3.33
3组	150	0.3	10.25	5.00	5.44
4组	150	0.3	10.50	5.00	5.63
5组	90	0.3	8.25	5.00	3.19
6组	90	0.2	8.25	5.25	3.10
7组	90	0.2	8.25	5.25	3.11
8组	90	0.3	9.25	5.75	3.33
9组	90	0.3	8.75	5.50	3.20
10组	90	0.3	8.25	5.00	3.20

图11 防倒灌二极管设计示意图

Fig. 11 Schematic diagram of anti-backflow diode design

图12 2DK60200二极管管压降

Fig. 12 2DK60200 diode tube voltage drop

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