BG112913A

BG112913A - Two-way control valve for valve regulated lead-acid batteries

Info

Publication number: BG112913A
Application number: BG112913A
Authority: BG
Inventors: Веселин Найденов; Божидаров Найденов Веселин
Original assignee: "Стемо" Оод; Институт По Електрохимия И Енергийни Системи "Академик Евгени Будевски"
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2020-11-30
Also published as: BG67387B1

Abstract

A two-way control valve for valve regulated lead-acid batteries, comprising a housing, as the housing (1) is made of a polymeric acid-resistant material and represents a two-stage cylindrical body with a widened upper part having a cylindrical hole (2) to its free a surface, whereby the housing (1) has a complex cross-section formed by a pass through cylindrical groove (3) with a smaller vertical diameter ending with a neck (4) in the cylindrical hole (2) of its upper widened part, as a protective elastic rubber valve (5) is mounted on the neck (4), and the cylindrical hole (2) of the housing (1) is closed with a porous cover (6), whereby in the housing (1), perpendicularly and connected to the groove (3). ) are made the following: a groove (7) with a smaller diameter, at the widened end of which is mounted a solenoid valve (8) , provided with a closing conical elastic element (9) and with a connecting cable (10), and an "L" -shaped groove (11) with a smaller diameter, at the widened end of which is mounted a pressure sensor (12) , as on the free surrounding surface of the lower cylindrical part of the housing (1) is formed a helical curve (13) for mounting to a lead battery cell (14).

Description

Управляем двупосочен клапан за регулирани с клапан оловно-киселинни батерииWe control a two-way valve for valve-regulated lead-acid batteries

Област на техникатаField of technology

Изобретението се отнася до управляем двупосочен клапан, който се използва за регулиране на налягането при експлоатацията на регулираните с клапан оловно-киселинни клетки и батерии.The invention relates to a controllable two-way valve, which is used to regulate the pressure in the operation of valve-controlled lead-acid cells and batteries.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

В съвременните освободени от подръжка стационарни регулирани с клапан оловни батерии, се използуват основно еднопосочни газови клапани, с цел да се подържа повишено налягане на отделените газове от кислород и водород по време на зареждането на батериите. Поради специфичните условия на експлоатация на регулираните с клапан оловни батерии, към тях се предявяват сравнително тежки изисквания. Такива изизсквания са например: дълъг експлоатационен срок, висока степен на надежност, висока степен на енергийна възвращаемост и да са максимално освободени от подръжка. За изпълнение на тези изисквания се вграждат и еднопосочни клапани за подържане на по-високо налягане в тези батерии, които работят в условия на така наречения, режим на затворен кислороден цикъл. При такъв режим на циклиране, в оловните батерии регулирани с клапан, се извършва рекомбинация на отделените по време на заряда газове от кислород на положителния електрод и водород върху отрицателния електрод. По този начин се редуцира загубата на вода и се удължава експлоатациония живот на батериите.Modern maintenance-free stationary valve-regulated lead-acid batteries use mainly one-way gas valves in order to maintain the increased pressure of the oxygen and hydrogen gases released during battery charging. Due to the specific operating conditions of valve-regulated lead-acid batteries, they are subject to relatively severe requirements. Such requirements are, for example: long service life, high degree of reliability, high degree of energy return and to be as maintenance-free as possible. To meet these requirements, one-way valves are installed to maintain a higher pressure in these batteries, which operate in the so-called closed oxygen cycle mode. In such a cycling mode, in the lead batteries regulated by a valve, recombination of the gases released during the charge from oxygen to the positive electrode and hydrogen on the negative electrode takes place. This reduces water loss and extends battery life.

Най-разпространените и използвани по своята конструкция са еднопосочни клапани с еластични елементи, служещи за подържане на по-високо налягане в оловните клетки по време на заряд. /1/The most common and used in their design are one-way valves with elastic elements, serving to maintain a higher pressure in the lead cells during charging. / 1 /

Известен е и друг вид еднопосочен клапан, в който освен мека мембрана има и бутало с калибрована за определено налягане пружина./2/Another type of non-return valve is known, in which, in addition to a soft diaphragm, there is also a piston with a spring calibrated for a certain pressure. / 2 /

В съвременните оловни акумулаторни клетки и батерии се вграждат най-често еднопосочни клапани, които подържат повисоко налягане в тях до 0.3 kg/cm2 по време на заряд. Но тези клапани не се отварят по време на разряд, при което се получава подналягане, което може да достигне стойности по-големи от 0.3 kg/cm². Тук се налага да обясним защо е необходимо да се управлява стойноста на вътрешноклетъчното налягане в оловните акумулаторни клетки по време на техния заряд и разряд. В този вид оловни клетки, по време на разряда се получава по-ниско налягане във вътрешния им обем, при което електролита се отдръпва в посока на долу в обема на сепаратора и клетката и се получава загуба на контакт на горните повърхностни части от положителните и отрицателните електроди с електролита пропит в сепаратора от стъклена вата. Този ефект води до необратима сулфатизация на загубилите контакт с електролита определени горни повърхностни части от положителните и отрицателните електроди, което предизвиква понижаване на капацитета и съкращаване на срока на експлоатация на оловните акумулаторни клетки и батерии. Неблагоприятните ефекти от загубата на капацитет и съкращаване срока на работа на оловните клетки и батерии, още повече се засилва особено с увеличаване на броя зарядно разрядни цикли, или при неспазване на предписаните от производителя на батериите режими на експлоатация.Modern lead accumulator cells and batteries most often incorporate one-way valves, which maintain a higher pressure in them up to 0.3 kg / cm2 during charging. However, these valves do not open during a discharge, which results in a vacuum that can reach values greater than 0.3 kg / cm ² . Here we need to explain why it is necessary to control the value of the intracellular pressure in the lead-acid battery cells during their charge and discharge. In this type of lead cells, during the discharge a lower pressure is obtained in their internal volume, at which the electrolyte is withdrawn in the downward direction in the volume of the separator and the cell and a loss of contact of the upper surface parts of the positive and negative electrodes with the electrolyte impregnated in the glass wool separator. This effect leads to irreversible sulfation of certain upper surface parts of the positive and negative electrodes that have lost contact with the electrolyte, which causes a decrease in capacity and shorten the service life of lead-acid batteries and batteries. The adverse effects of loss of capacity and shortening of the service life of lead cells and batteries are further exacerbated, in particular by an increase in the number of charge-discharge cycles, or by non-compliance with the operating modes prescribed by the battery manufacturer.

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Задача на настоящето изобретение е създаването на управляем двупосочен клапан за регулирани с клапан оловни акумулаторни клетки и батерии, чрез който може да се подържа по-високо налягане в клетките по време на техния заряд и се осигурява необходимото вътрешноклетъчно налягане до определени стойности, чрез отваряне към външната атмосфера на оловните клетки по време на техния разряд.It is an object of the present invention to provide a controllable two-way valve for valve-controlled lead storage cells and batteries, which can maintain a higher pressure in the cells during their charge and provide the required intracellular pressure to certain values by opening to the external atmosphere of lead cells during their discharge.

Задачата е решена чрез предлаганият управляем двупосочен клапан, който съгласно изобретението включва корпус, изработен от полимерен киселинноустойчив материал, представлявщ двустьпално цилиндрично тяло с уширена горна част, която е с цилиндричен отвор към свободната й повърхност. Корпусът е със сложно напречно сечение, оформящо се от проходен цилиндричен канал с по-малък диаметър по вертикала, завършващ с гърловина в цилиндричния отвор на горната му уширена част. Върху гърловината е монтиран предпазен еластичен гумен клапан, а цилиндричният отвор на корпуса е затворен с порьозна капача. В корпуса, перпендикулярно на проходния канал са изработени: първи канал с по-малък диаметър, в уширеният край на който е монтиран електромагнитен вентил, снабден със затварящ конусен еластичен елемент и със свързващ кабел, и втори „Г“- образен канал с помалък диаметър, в уширения край на който е монтиран датчик за налягане. По свободната околна повърхнина на долната цилиндрична част на корпуса е оформена винтова линия за монтаж към оловна акумулаторна клетка.The problem is solved by the proposed controllable two-way valve, which according to the invention includes a housing made of a polymeric acid-resistant material, representing a two-stem cylindrical body with a widened upper part, which has a cylindrical opening to its free surface. The housing has a complex cross-section, formed by a through cylindrical channel with a smaller vertical diameter, ending with a neck in the cylindrical hole of its upper widened part. A protective elastic rubber valve is mounted on the neck, and the cylindrical opening of the housing is closed with a porous cap. In the housing, perpendicular to the through channel are made: the first channel with a smaller diameter, at the widened end of which is mounted a solenoid valve equipped with a closing conical elastic element and a connecting cable, and a second "G" -shaped channel with a smaller diameter , at the widened end of which a pressure sensor is mounted. A helical line for mounting to a lead-acid battery cell is formed on the free surrounding surface of the lower cylindrical part of the housing.

Използването на предлаганият с настоящето изобретение управляем двупосочен клапан в оловните батерии, заедно с външно отчитане на зарядно-разрядните параметри, като сила на тока и напрежение, осигурява необходимите технически средства и технологични условия за управление на режимите на циклиране, според предписаните параметри на производителя на оловните акумулаторни батерии, съобразно техните приложения. По този начин се създават условия за повишаване на експлоатационните параметри на оловните батерии регулирани с клапан, като увеличен брой работни цикли, понижена загуба на вода, постоянство на разрядния капацитет, използване на оловните акумулаторни клетки и батерии в условия на широк температурен диапазон, намалена подръжка и по-добра възприемчивост на заряда.The use of the controllable two-way valve in lead-acid batteries according to the present invention, together with external reading of the charge-discharge parameters such as current and voltage, provides the necessary technical means and technological conditions for controlling the cycling modes according to the manufacturer's parameters. lead-acid batteries according to their applications. This creates conditions for increasing the operating parameters of lead-acid batteries regulated by a valve, such as increased number of operating cycles, reduced water loss, constant discharge capacity, use of lead-acid batteries and batteries in a wide temperature range, reduced maintenance and better charge receptivity.

Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures

Примерното изпълнение на управляемият двупосочен клапан е показано на приложените фигури, които само го поясняват, но не го ограничават, където:An exemplary embodiment of the controllable two-way valve is shown in the accompanying figures, which only illustrate it but do not limit it, where:

Фигура 1 представя общ изглед на управляем двупосочен клапан;Figure 1 shows a general view of a controllable two-way valve;

Фигура 2 - напречен разрез на управляемия двупосочен клапан;Figure 2 is a cross section of the controllable two-way valve;

Фигура 3 - принципна схема на оловна акумулаторна клетка с вграден управляем двупосочен клапан.Figure 3 - schematic diagram of a lead battery cell with built-in controllable two-way valve.

••5 *•• 5 *

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of the invention

Изработване на управляемия двупосочен клапан може да се извършва от специализиран производител на електромеханични и електронни елементи и компоненти.Manufacturing of the controllable two-way valve can be performed by a specialized manufacturer of electromechanical and electronic elements and components.

Съгласно приложените фигури 1 и 2, управляемият двупосочен клапан включва корпус 1, изработен от полимерен киселинноустойчив материал и представляващ двустъпално цилиндрично тяло с уширена горна част, която е с цилиндричен отвор 2 към свободната й повърхност. Корпусът 1 е със сложно напречно сечение, оформящо се от проходен цилиндричен канал 3 с по-малък диаметър по вертикала, завършващ с гърловина 4 в цилиндричния отвор 2 на горната му уширена част. Върху гърловината 4 на канала 3 е монтиран предпазен еластичен гумен клапан 5, а цилиндричният отвор 2 на корпуса 1 е затворен с порьозна капача 6. В корпуса 1, перпендикулярно и свързан с канала 3 е изработен канал 7 с по-малък диаметър, в уширеният край на който канал 7 е монтиран електромагнитен вентил 8, снабден със затварящ конусен еластичен елемент 9 и свързващ кабел 10. В корпуса 1, перпендикулярно и свързан с канала 3 е изработен и „Г“образен канал lie по-малък диаметър, в уширения край на който е монтиран датчик за налягане 12. По свободната околна повърхнина на долната цилиндрична част на корпуса 1 е оформена винтова линия 13 , която улеснява монтирането на управляемия двупосочен клапан към оловна акумулаторна клетка 14, включваща най-общо корпус (кутия) 15, положителен електрод 16, отрицателен електрод 17 и сепаратор от стъклена вата 18.According to the attached figures 1 and 2, the controllable two-way valve comprises a housing 1 made of a polymeric acid-resistant material and representing a two-stage cylindrical body with a widened upper part, which has a cylindrical opening 2 to its free surface. The housing 1 has a complex cross-section formed by a passage cylindrical channel 3 with a smaller vertical diameter, ending with a neck 4 in the cylindrical hole 2 of its upper widened part. A protective elastic rubber valve 5 is mounted on the neck 4 of the channel 3, and the cylindrical hole 2 of the housing 1 is closed with a porous cap 6. In the housing 1, perpendicularly and connected to the channel 3, a channel 7 with a smaller diameter is made. at the end of which channel 7 is mounted a solenoid valve 8, equipped with a closing conical elastic element 9 and a connecting cable 10. In the housing 1, perpendicularly and connected to the channel 3 is made and "D" shaped channel lie smaller diameter on which a pressure sensor 12 is mounted. A screw line 13 is formed on the free surrounding surface of the lower cylindrical part of the housing 1, which facilitates the mounting of the controllable two-way valve to a lead accumulator cell 14, generally including a housing (box) 15, positive electrode 16, negative electrode 17 and glass wool separator 18.

След монтиране на управляемия двупосочен клапан 19 към оловната акумулаторна клетка 14 (фиг.З), каналът 3 на клапана се явява общ канал свързващ вътрешността на оловната клетка 14 с атмосферата. Допълнителен канал за връзка на оловната клетка 14 с атмосферата е каналът 7, отварянето и затварянето на който се осъществява с електромагнитен вентил 8, снабден със затварящ конусен еластичен елемент 9 и свързващ кабел 10. Електромагнитния клапан се задвижва от електрически сигнал, който се подава от управляващо електронно устройство свързано с инвертора, чрез който се зарежда батерията или се подава електрическа енергия от батериите към съответния консуматор. В зависимост от това, дали оловната батерия се намира в режим на заряд или в режим на разряд, двупосочния клапан отваря канала за връзка на вътрешноста на оловната батерия с външната атмосфера, за да се регулира необходимото налягане при заряд или при разряд на оловните клетки и батерии.After mounting the controllable two-way valve 19 to the lead battery cell 14 (Fig. 3), the channel 3 of the valve is a common channel connecting the inside of the lead cell 14 with the atmosphere. An additional channel for connection of the lead cell 14 with the atmosphere is the channel 7, the opening and closing of which is performed by a solenoid valve 8, equipped with a closing conical elastic element 9 and a connecting cable 10. The solenoid valve is driven by an electrical signal supplied by an electronic control device connected to the inverter, through which the battery is charged or electricity is supplied from the batteries to the respective consumer. Depending on whether the lead-acid battery is in charge mode or in discharge mode, the two-way valve opens the channel for connecting the inside of the lead-acid battery to the outside atmosphere to regulate the required charge or discharge pressure of the lead cells, and batteries.

Друг вариант на конструкция на двупосочен управляем клапан за оловни батерии, който може да бъде изпълнен, е с помощта на пиезоелемент, чрез които да се извършва управляемо отваряне или затваряне на вентилационните отвори на оловните клетки. Управляващото електронно устройство, подава електрически сигнал към пиезоелементите, които при определени стойности на налягането в клетката отварят или затварят каналите за изход на отделените газове към атмосферата при заряд или към вътрешноста на оловната клетка при разряд. За подържане на определени зададени стойности на налягането в оловните клетки, освен от данни за моментния режим на заряд или на разряд, при който се намират клетките, се получава и сигнал за същинската стойност на вътришноклетъчното налягане.Another variant of construction of a two-way controllable valve for lead-acid batteries, which can be implemented, is by means of a piezoelectric element, through which a controlled opening or closing of the ventilation openings of the lead cells is performed. The electronic control device sends an electrical signal to the piezoelectric elements, which at certain values of the pressure in the cell open or close the channels for the release of the released gases to the atmosphere during charging or to the interior of the lead cell during discharge. In order to maintain certain set values of the pressure in the lead cells, in addition to data on the instantaneous mode of charge or discharge at which the cells are located, a signal is received for the actual value of the intracellular pressure.

Управляемият двупосочен клапан може да бъде изолиран от агресивната среда на аерозолите отделяни от оловните клетки с киселинно устойчиви полимерни материали с цел предпазването им от корозия.The controllable two-way valve can be isolated from the aggressive environment of the aerosols released by the lead cells with acid-resistant polymeric materials in order to protect them from corrosion.

Управляемият двупосочен клапан може да бъде поставен и в края на общия вентилационен колектор на отделните клетки, които изграждат дадена оловна батерия, съставена от определен брой отделни оловни клетки.The controllable two-way valve can also be placed at the end of the common ventilation manifold of the individual cells that make up a lead battery, composed of a number of individual lead cells.

Вграждането на управляем двупосочен клапан за подържане на необходимото налягане в оловните акумулаторни клетки и батерии, създава условия за обратимо и ефективно протичане на електрохимичните зарядно-разрядни процеси, които протичат по време на тяхната експлоатация.The installation of a controllable two-way valve for maintaining the necessary pressure in the lead accumulator cells and batteries creates conditions for reversible and efficient flow of the electrochemical charging and discharging processes, which take place during their operation.

Литература:Literature:

l.US patent (5981099)l.US patent (5981099)

2. US patent (6294282)2. U.S. Patent (6294282)

Claims

Patent claims

A controllable two-way valve comprising a housing, characterized in that the housing (1) is made of a polymeric acid-resistant material and is a two-stem cylindrical body with a widened upper part having a cylindrical opening (2) to its free surface, wherein the housing 1) has a complex cross-section formed by a through cylindrical channel (3) with a smaller vertical diameter, ending with a neck (4) in the cylindrical hole (2) of its upper widened part, and on the neck (4) is mounted protective elastic rubber valve (5), and the cylindrical hole (2) of the housing (1) is closed with a porous cover (6), where in the housing (1), perpendicular and connected to the channel (3) are made: channel 7) with a smaller diameter, at the widened end of which a solenoid valve (8) is mounted, equipped with a closing conical elastic element (9) and with a connecting cable (10), and "D" -shaped channel (11) with -small diameter, at the widened end of which a pressure sensor (12) is mounted, as per the free surrounding surface of the lower cylindrical part of the housing (1) is formed by a screw line (13) for mounting to a lead battery cell (14).