铝/氧化银电池热平衡系统设计与控制技术研究

摘要

电池是指通过电极上发生的电化学氧化与还原反应将化学能转变成电能的电化学装置。理想的情况是放电时所有的这些能量都转变成有用的电能，然而，由电池极化和内阻引起的能量损失是不可避免的，这部分能量则以热量的形式释放出来。铝/氧化银电池作为下一代鱼雷用一次电源，国外有报道表明其输出功率可达到500kw，舱段比能量可达到163wh/kg，几乎是其他体系电池的2～4倍。然而，大的输出功率必然会在短时间内释放出大量的热，这些热量一部分可以维持电池反应所需的温度，一部分则需要以废热的形式释放到海水中。
　　本文对铝/氧化银电池工作期间生成的热量进行分析和归纳，分析确定了电池内部向海水传递热量的途径及方式、电池散热功率的影响因素。结果表明，可将电池壳体内划分为可控段散热部分和不可控段散热部分的方法，通过温控阀的调节可控段的散热功率，进而调整整个电池段的散热功率，可以确保电池在合适的温度区间内实现电性能的输出。为了增加项目的可靠性，我们选择机械式温控阀进行电池控温，温控阀的核心元件为温包，本文通过分析对比，选择固液相变式温包，对温包阀杆的行程及感温元件进行设计及优化，通过在感温蜡中添加导热剂，优化温包表面结构，降低温包反应的滞后性。为了检验温控阀设计的合理性，我们建立了温控阀单项模拟试验系统，试验结果表明温控阀的控温范围精度高，滞后时间在12s～14s，设计完全满足铝/氧化银电池的应用。最后我们建立换热仿真模型，通过计算机仿真的方法分析海水流速、海水温度、电解液温度、电解液流量，表面涂层厚度等对电池散热功率的影响，建立了换热功率计算公式，为电池壳体的设计提供了理论基础。
　　国外已经有铝/氧化银电池成功应用的报道，我国尚处于研制初期。本课题的完成是研制铝/氧化银电池的关键，对于其他体系电池的热设计也具有一定的借鉴意义，为我国新型鱼雷动力电池的设计研制奠定了技术基础。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪论

1.1鱼雷用电源的发展

1.2铝/氧化银电池

第二章 铝/氧化银电池热平衡分析

2.1铝/氧化银的电化学反应

2.2 铝/氧化银电池热平衡

2.3 铝/氧化银电池热平衡方法

第三章 温控阀设计及验证

3.1 温度控制设计

3.2温包设计

3.3弹簧设计

3.4试验研究

3.5本章小结

第四章 散热系统设计

4.1理论计算

4.2散热模型建立

4.3设置及边界条件

4.4仿真计算

4.5 典型工况计算

4.6本章小结

第五章 总结

5.1结论

5.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢