CN101350403B

CN101350403B - 一种氢镍蓄电池的极柱密封装置

Info

Publication number: CN101350403B
Application number: CN2007100440270A
Authority: CN
Inventors: 陆荣; 钱斌; 张平; 李国欣; 叶志强; 吴镛宪
Original assignee: Shanghai Academy of Spaceflight Technology SAST
Current assignee: Shanghai Academy of Spaceflight Technology SAST
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2027-07-19
Also published as: CN101350403A

Abstract

本发明涉及一种氢镍蓄电池的极柱密封装置：包括：极柱[7]，其外部自上至下依次套有圆形结构的螺母[1]、碟形垫圈[2]、陶瓷垫圈A[3]、密封件[4]、极柱套[5]、陶瓷垫圈B[6]；上述极柱[7]、陶瓷垫圈B[6]和密封件[4]从极柱套[5]的内部插入；极柱套[5]的外围套上陶瓷垫圈A[3]，通过螺母[1]、碟形垫圈[2]拧紧；极柱套[5]与电池壳体通过真空电子束焊接形成一体。本发明解决了氢镍蓄电池极柱的密封问题，取得了工艺简单，装配简便，成本低廉，密封性能好等有益效果。

Description

一种氢镍蓄电池的极柱密封装置

技术领域

本发明涉及空间飞行器电源，尤其是一种氢镍蓄电池的极柱密封装置。

背景技术

氢镍蓄电池作为贮能电源，是卫星一次电源子系统的重要组成部分，将承担卫星从转内电后主动段飞行过程中以及地影期为整星供电的任务，是卫星在地影期的唯一能量源泉，是决定一次电源在轨工作寿命的核心因素。因此，贮能电源必须高可靠，才能满足整星发射过程及在轨运行过程中的供电要求。

氢镍蓄电池是镉镍蓄电池技术和燃料电池技术相结合的产物，其正极来自镉镍蓄电池的氧化镍电极，负极来自燃料电池的氢电极。作为一种新的电化学体系，全密封氢镍蓄电池有自己独特的技术特点。它既不同于燃料电池，氢镍蓄电池活性物质自带，并能反复充放电循环使用，作为负极活性物质的氢气在催化电极上随充电放电而反复生成和消耗。它也不同于镉镍蓄电池，其负极活性物质氢气密封充满贮存于整个容器内，以气态方式存在，40Ah容量的氢镍蓄电池氢压一般达到5MPa，所以氢镍蓄电池壳体相当于一个中压容器，其全密封性和安全性就显得尤为重要，一旦密封性能出现问题，就会发生电解液爬碱和氢气泄漏，从而造成氢镍蓄电池性能衰减或永久失效。因此，这对氢镍蓄电池的密封可靠性和安全性提出了很高的要求。

从物理意义上讲，并不存在绝对的密封性，根据氢镍蓄电池的使用特性和条件，氢镍蓄电池一般要求气体的泄漏率控制在1×10^-10Pa·m³/s以内。

由于氢镍蓄电池在充电过程中产生氢气并吸收热量，在放电过程中消耗氢气并放出热量，因此氢镍蓄电池的工作温度及压力变化较大，而温度及压力的频繁变化会对电池的不同组件产生不同应力的影响，从而影响电池的密封性能。所以氢镍蓄电池的密封结构还必须能够承受高低温交变和压力交变。

现有技术的氢镍蓄电池极柱一般都采用陶瓷金属封接技术，其不足之处在于，工艺复杂、维修困难、制造成本较高。

发明内容

为了解决现有技术的工艺复杂、维修困难、制造成本较高等不足，本发明的目的在于提供一种氢镍蓄电池的极柱密封装置，旨在开发一种极柱塑压密封技术，为氢镍蓄电池提供长期安全可靠的密封性能，保证氢镍蓄电池不会出现气、液泄漏而失效。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种氢镍蓄电池的极柱密封装置，该装置包括：在极柱的外部自上至下依次套有圆形结构的螺母、碟形垫圈、陶瓷垫圈A、密封件、极柱套、陶瓷垫圈B。上述极柱、陶瓷垫圈B和密封件从极柱套的内部插入。极柱套的外围套上陶瓷垫圈A，通过螺母、碟形垫圈拧紧，形成密封。上述各个零件组合成为一个耐压耐腐蚀的密封结构。极柱套与电池壳体通过真空电子束焊接形成一体。极柱套与极柱之间通过密封件和陶瓷垫圈B相互绝缘。上述零件在装配、压紧过程中需低温操作，各单元部分的配合间隙均控制在0.05mm以下。

本发明一种氢镍蓄电池的极柱密封装置由于利用聚四氟乙烯材料的“冷流”特性填补密封面的间隙，堵塞泄漏通道以实现密封。而由极柱套、极柱和上、下陶瓷垫圈围成的密封区域又阻止了四氟乙烯材料的无限“冷流”，并且由碟形垫圈提供始终的拉紧力。主要性能指标达到了：气体泄漏率：≤1×10^-10Pa·m³/s。

本发明无需传统的陶瓷金属封接所需的特殊设备、制造过程中对环境也没有过高的要求。产品具有耐高低温、耐腐蚀和使用寿命长的特点，取得了工艺简单，装配简便，成本低廉，密封性能好等有益效果。

附图说明

附图为本发明氢镍蓄电池的极柱密封装置结构图。

图中标记为：1：螺母2：碟形垫圈3：陶瓷垫圈A4：四氟密封件5：极柱套6：陶瓷垫圈B7：极柱。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的优选实施例。

附图为本发明氢镍蓄电池的极柱密封装置结构图。如图所示，该装置包括：在极柱7外部，自上至下依次套有圆形结构的螺母1、碟形垫圈2、陶瓷垫圈A3、密封件4、极柱套5、陶瓷垫圈B6。上述极柱7、陶瓷垫圈B6和密封件4从极柱套5的内部插入。极柱套5的外围套上陶瓷垫圈A3，通过螺母1、碟形垫圈2拧紧，形成密封。上述各个零件组合成为一个耐压耐腐蚀的密封结构。极柱套5与电池壳体通过真空电子束焊接形成一体。极柱套5与极柱7之间通过密封件4和陶瓷垫圈B6相互绝缘。上述零件在压紧过程中需低温操作，各单元部分的配合间隙均控制在0.05mm以下。

上述螺母1为黄铜镀镍材料。上述碟形垫圈2和极柱套5为高强度耐蚀耐高温镍基合金材料，碟形垫圈2可始终提供长期预紧力，极柱套5进行加厚处理，防止其变形。上述陶瓷垫圈A3、陶瓷垫圈B6为氮化硅陶瓷，提供了绝缘和阻挡四氟密封件的冷流。上述密封件4采用聚四氟乙烯棒料加工而成，其上部为柱型、下部为球面环形。上述极柱7由纯镍棒料加工而成，提供良好的导电性能，适应工作介质为氢气和强腐蚀性氢氧化钾碱液的环境。

下面对本发明的机理进行描述。

本发明利用密封件4进行极柱7的塑压密封处理。一般而言，密封泄漏主要发生在密封元件的交界面即密封面上，属界面泄漏。造成泄漏的根本原因是由于接触面上存在间隙，而接触面两侧的压力差、浓度差则是泄漏的推动力。由于密封面的形式及加工精度等因素的影响，不可能在密封面上形成绝对光滑的理想表面，密封面上存在间隙在所难免，这就会造成密封面不完全吻合，从而发生泄漏。要防止或减少泄漏，就必须使接触面最大程度地嵌合，即减小泄漏通道的截面积、增加泄漏阻力，并使之大于泄漏推动力。对密封面施加压紧载荷，以产生压紧应力，可提高密封面的接触程度，当应力增大到足以引起表面产生明显的塑性变形，就可填补密封面的间隙，堵塞泄漏通道。因此，本发明采用塑压密封的技术方案，其结构密封形式属于“软密封”，具有自紧密封作用。利用介质压力在密封部位产生附加的密封比压，以阻止介质的泄漏。介质压力越高，垫片压得越紧，密封就越可靠。由于密封件4的构型为柱型加球面环形，极柱7和密封件4从极柱套5的内部装入，因此形成类似“活塞”的原理，利用聚四氟乙烯的冷流变形达到密封。本发明还采用预紧弹性元件碟形垫圈2来始终提供一定的预紧力和补偿聚四氟乙烯冷流。

本发明上述极柱塑压密封结构经装配成氢镍蓄电池单体后，未发现有泄漏现象，氦质谱检漏仪测试漏率为≤1×10^-10Pa·m³/s，达到了空间飞行器电源系统的要求。

Claims

1.一种氢镍蓄电池的极柱密封装置：其特征在于，该装置包括：极柱[7]，其外部自上至下依次套有圆形结构的螺母[1]、碟形垫圈[2]、陶瓷垫圈A[3]、密封件[4]、极柱套[5]、陶瓷垫圈B[6]；上述极柱[7]、陶瓷垫圈B[6]和密封件[4]从极柱套[5]的内部插入：极柱套[5]的外围套上陶瓷垫圈A[3]，用螺母[1]、碟形垫圈[2]拧紧；极柱套[5]与极柱[7]之间通过密封件[4]和陶瓷垫圈B[6]相互绝缘；极柱套[5]与电池壳体用真空电子束焊接成一体。

2.根据权利要求1所述的一种氢镍蓄电池的极柱密封装置，其特征在于：所述的密封件[4]采用聚四氟乙烯棒料，其上部为柱型、下部为球面环形。

3.根据权利要求1所述的一种氢镍蓄电池的极柱密封装置，其特征在于：所述的螺母[1]为黄铜镀镍材料。

4.根据权利要求1所述的一种氢镍蓄电池的极柱密封装置，其特征在于：所述的碟形垫圈[2]和极柱套[5]为高强度耐蚀耐高温镍基合金材料。

5.根据权利要求1所述的一种氢镍蓄电池的极柱密封装置，其特征在于：所述的陶瓷垫圈A[3]、陶瓷垫圈B[6]为氮化硅陶瓷。

6.根据权利要求1所述的一种氢镍蓄电池的极柱密封装置，其特征在于：所述的极柱[7]为纯镍棒料。

7.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的一种氢镍蓄电池的极柱密封装置，其特征在于：所述的螺母[1]、碟形垫圈[2]、陶瓷垫圈A[3]、密封件[4]、极柱套[5]、陶瓷垫圈B[6]、极柱[7]在压紧过程中低温操作，各单元部分的配合间隙均控制在0.05mm以下。