CN217683376U - 一种负压比例控制阀及电池真空度控制系统 - Google Patents

一种负压比例控制阀及电池真空度控制系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及二次电池生产技术领域，公开了一种负压比例控制阀与电池真空度控制系统，包括阀体，阀体上设置有第一通道、第二通道和第三通道，阀体内还布置有阀芯，阀芯具有使第二通道与第一通道完全导通的第一极限工位、第二通道与第三通道完全导通的第二极限工位，阀体内还轴向活动装配有阀杆，阀杆与阀芯传动连接；阀体内还布置有先导腔和压电阀，先导腔内还布置有活塞，活塞与阀杆固定连接以用于驱动阀杆轴向活动。压电阀通过电流的变化实现对比例阀开度的连续调节，并且不需要再传递至真空调节阀，简化了化成气路，减少安装调试时间成本，同时实现了闭环控制，同时压电阀具有灵活、快速切换的特点，提高了调压的精度和响应速度。

Description

一种负压比例控制阀及电池真空度控制系统
技术领域
本实用新型涉及二次电池生产技术领域，特别是涉及一种负压比例控制阀及电池真空度控制系统。
背景技术
二次电池在生产过程中包含化成工艺，在该工艺中，二次电池需要经过一系列的充放电过程，此过程中由于化学反应会产生大量气体，未及时抽去这些气体，会影响电池的性能，因此二次电池化成工艺需要维持电池内压力在一定的真空范围。
目前市场上比较常见的控制化成工艺电池真空的方案主要有两种，第一种方案如图1所示，采用化成气路14将真空泵15与电池连接，在化成气路14上并联布置两组带有开关阀的手动真空调压阀24和真空通断阀16，两组手动真空调压阀24的真空范围不同，一组用于高真空范围控制、另一组用于低真空范围控制。该方案的气路简单，但是具有以下缺点：(1)元件数量较多，处理成本、安装和调试时间成本高；(2)设备运行时，只能实现两段固定真空压力(高/低)的切换；(3)较难保证不同工位的真空压力输出一致性；(4)随生产不同的产品或工艺参数修改，需要很高时间成本来调整真空压力；(5)无法实现实时远程和精确真空压力调节。
第二种方法如图2所示，采用化成气路14将真空泵15与电池连接，化成气路14上设置气控真空调压阀22和真空通断阀16，气控真空调压阀22上连接压力比例阀23，压力比例阀23与正压气源连接，化成气路上布置感应负压化成气路压力的压力传感器17，压力比例阀23和压力传感器28均与PLC控制器18信号连接。PLC接收压力传感器17检测到的压力信号，压力比例阀23接收PLC的信号调节正压气源输送的气体压力，从而调整气控真空调压阀22的开度。该方案可实现远程真空压力控制调节，但是仍然有一下缺点：(1)、比例压力阀的控制结果只会影响气控真空调压阀的机械闭环，还需要开发带有压力传感器反馈的闭环功能，编程时间成本较高(PID控制)；(2)、比例压力阀间接控制气控真空调压阀，响应时间较慢；(3)、响应时间和调压精度难以保证。
实用新型内容
本实用新型的目的是：提供一种负压比例控制阀，以解决现有技术中的比例压力阀控制气控真空调压阀的开度时安装和调试成本高、响应时间慢、精度差的问题；本实用新型还提供了一种使用该负压比例控制阀的电池真空度控制系统。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种负压比例控制阀，包括阀体，所述阀体上设置有第一通道、第二通道和第三通道，所述阀体内还布置有用于调节所述第二通道与所述第一通道、所述第三通道的连接开度的阀芯，所述阀芯具有使所述第二通道与所述第一通道完全导通的第一极限工位、所述第二通道与所述第三通道完全导通的第二极限工位，所述阀体内还轴向活动装配有阀杆，所述阀杆与所述阀芯传动连接以驱动所述阀芯在所述第一极限工位与所述第二极限工位之间活动；
所述阀体内还布置有先导腔和用于改变所述先导腔内压力的压电阀，所述先导腔内还布置有与所述阀体通过弹簧顶压装配的活塞，所述活塞与所述阀杆固定连接以用于驱动所述阀杆轴向活动。
优选地，所述第一通道、所述第三通道位于所述第二通道沿所述阀杆的轴向的两侧，所述阀芯包括布置在所述第一通道处的第一密封盖和布置在所述第三通道处的第二密封盖，所述第一密封盖与所述第二密封盖均具有与所述阀体密封的密封面，所述第一密封盖与所述第二密封盖的密封面相对布置，所述第一密封盖与所述第二密封盖均通过弹簧弹性顶压装配在所述阀杆与所述阀体之间，所述阀杆在活动行程中驱动所述第一密封盖、所述第二密封盖克服所述弹簧的弹性力轴向往复活动。
优选地，所述第一密封盖套装在所述阀体上，所述阀体的底部设置有端盖，所述第一密封盖套装在所述端盖上，所述阀杆的底端与所述第一密封盖单向挡止装配；所述第二密封盖套装在所述阀杆上，所述阀杆上设置有与所述第二密封盖单向挡止的凸台，所述第二密封盖弹性顶压装配在所述凸台与所述阀体之间。
优选地，所述阀杆的底端还布置有圆台形的挡台，所述挡台的端面与所述第一密封盖形成限位装配。
优选地，所述压电阀布置在所述阀体的侧部，所述压电阀与所述先导腔之间通过气体通道连通。
本实用新型还提供了一种使用上述任一技术方案所述的负压比例控制阀所述的电池真空度控制系统，包括真空泵和与所述真空泵连通的化成气路，所述化成气路用于与二次电池连接，所述化成气路上还布置有真空通断阀、压力传感器和所述负压比例控制阀，所述负压比例控制阀的所述第二通道与所述真空通断阀连通、所述第一通道与所述真空泵连通、所述第三通道与大气或外界气路连通；
还包括控制器，所述压力传感器与所述控制器信号连接，所述负压比例控制阀的所述压电阀与所述控制器信号连接，所述压力传感器用于检测所述化成气路的压力并向所述控制器传输压力信号，所述控制器用于判断所述压力信号并向所述压电阀传输电流信号，所述压电阀用于接收所述电流信号并调节所述先导腔的压力以驱动所述阀杆活动。
优选地，所述化成气路上还串联布置有电解液过滤器，所述化成气路上还并联布置有管道清洗装置和破真空装置。
优选地，所述控制器为PLC控制器。
本实用新型实施例一种负压比例控制阀与电池真空度控制系统与现有技术相比，其有益效果在于：在需要控制电池腔内的真空压力时，将第二通道与化成气路的连接、第一通道与真空泵连接、第三通道与大气或者外界气路连接，压电阀通过电流的变化改变先导腔内的气体压力值，从而驱动阀杆带动阀芯在第一极限工位和第二极限工位之间动作，根据化成气路的气体压力调节压电阀的电流大小可以控制阀杆的阀芯，从而控制阀芯在第一极限工位与第二极限工位之间的位置，从而实现对比例阀开度的连续调节，并且不需要再传递至真空调节阀，简化了化成气路，减少安装调试时间成本，同时实现了闭环控制，而压电阀控制先导腔压力的方式具有更低的功耗和更高的使用寿命，适用于电池化成过程中不断产生气体而使得控制阀需要长时间连续工作的应用，同时压电阀具有灵活、快速切换的特点，响应速度快、控制效果更加平滑，提高了调压的精度和响应速度，为化成过程提供稳定可靠的真空压力调节。
附图说明
图1是现有的一种控制化成工艺电池真空的方案的结构示意图；
图2是现有的另一种控制化成工艺电池真空的方案的结构示意图；
图3是本实用新型的电池真空度控制系统的结构示意图；
图4是本实用新型的负压比例控制阀的阀芯处于第二极限工位时的状态示意图；
图5是本实用新型的负压比例控制阀的阀芯处于第一极限工位时的状态示意图；
图6是本实用新型的负压比例控制阀的压电阀与先导腔的装配示意图。
图中，1、负压比例控制阀；2、阀体；3、第一通道；4、第二通道；5、第三通道；6、阀杆；61、凸台；62、挡台；7、先导腔；8、活塞；9、压电阀；10、第一密封盖；11、第二密封盖；12、弹簧；13、气体通道；14、化成气路；15、真空泵；16、真空通断阀；17、压力传感器；18、控制器；19、电解液过滤器；20、管道清洗装置；21、破真空装置；22、气控真空调压阀；23、压力比例阀；24、手动真空调压阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
本实用新型的一种负压比例控制阀的优选实施例，如图3至图6所示，该负压比例控制阀包括阀体2，阀体2上设置有第一通道3、第二通道4和第三通道5，阀体2用于串联在化成气路14上，第一通道3用于与化成气路14上的真空15连通，第二通道4用于与化成气路14上的真空通断阀16连通，第三通道5用于与大气或者外界气路连通。阀体2和阀体2内的密封件采用耐腐蚀的材料，可以降低电池的电解液对负压比例控制阀1寿命的影响，减少设备停机的时间。
阀体2内还布置有阀芯，阀芯用于调节第二通道4与第一通道3、第三通道5的连接开度。当阀芯使第二通道4与第一通道3完全导通时，阀芯处于第一极限工位，此时第二通道4与第三通道5之间完全断开，真空15可通过第一管道对化成气路14抽真空，化成气路14的真空度最高；当阀芯使第二通道4与第三通道5完全导通时，第二通道4与第一通道3支架你完全断开，此时化成气路14与外部气压相同，压力趋向于大气压，此时化成气路14的真空度最低。
当阀芯处于第一极限工位与第二极限工位之间时，化成气路14的压力处于真空与大气压之间，通过调节阀芯在第一极限工位与第二极限工位之间的位置，可以控制第二通道4与第一通道3、第三通道5之间的开度，实现对化成气路14的负压比例连续调节，并且不需要再传递至真空调节阀，简化了化成气路14，减少安装调试时间成本。在本实施例中，与第三通道5连通的外界气路可以为大气或0bar的氮气管路。
阀体2内还轴向活动装配有阀杆6，阀杆6与阀芯通过螺栓固定连接，来进行运动传输，阀杆6用于驱动阀芯在第一极限工位与第二极限工位之间活动，从而调节阀芯的工位，以实现对化成气路14的负压比例调节。
阀体2内还布置有先导腔7、压电阀9和活塞8，活塞8布置在先导腔7内，活塞8与阀杆6之间通过螺钉固定连接。活塞8通过弹簧12弹性顶压装配在阀体2内，弹簧12将活塞8向上顶压，即在先导腔7内无压力时，活塞8因弹簧12的弹力而压紧在先导腔7上；当先导腔7内有压力时，活塞8带动阀杆6向下轴向移动，从而驱动阀芯动作，调节第二通道4与第一通道3、第三通道5之间的开度。
阀体2上还布置有压电阀9，压电阀9用于调节先导腔7内的压力值。压电阀9可以与外设的控制器18连接，配合检测化成气路14的压力控制器18可以调整压电阀9的电流，压电阀9的电流越大其形变越高，先导腔7内的压力越大，从而驱动阀杆6轴向活动的距离越大，实现对阀芯工位的调节。压电阀9的具体结构为现有技术，此处不作详细叙述。
负压比例控制阀1配合化成气路14的压力反馈，实现完整的闭环控制，而压电阀9通过电流的变化改变先导腔7内的气体压力值，其控制先导腔7压力的方式具有更低的功耗和更高的使用寿命，适用于电池化成过程中不断产生气体而使得控制阀需要长时间连续工作的应用，同时压电阀9具有灵活、快速切换的特点，响应速度快、控制效果更加平滑，提高了调压的精度和响应速度，为化成过程提供稳定可靠的真空压力调节。
优选地，第一通道3、第三通道5位于第二通道4沿阀杆6的轴向的两侧，阀芯包括布置在第一通道3处的第一密封盖10和布置在第三通道5处的第二密封盖11，第一密封盖10与第二密封盖11均具有与阀体2密封的密封面，第一密封盖10与第二密封盖11的密封面相对布置，第一密封盖10与第二密封盖11均通过弹簧12弹性顶压装配在阀杆6与阀体2之间，阀杆6在活动行程中驱动第一密封盖10、第二密封盖11克服弹簧12的弹性力轴向往复活动。
第一通道3和第三通道5位于阀杆6的同侧，而第二通道4位于阀杆6的另一侧，借此可以合理利用阀体2的空间，便于调节第二通道4与第一通道3、第三通道5之间的连接开度。
第一密封盖10和第二密封盖11的密封面相对布置，阀杆6轴向活动时带动第一密封盖10和第二密封盖11同时升降，第一密封盖10和第二密封盖11的开合方向相反，从而使第一密封盖10和第二密封盖11同步运动时第一通道3、第三通道5的开度相反，调节第一通道3、第三通道5与第二通道4之间的打开、关闭程度，实现第二通道4连接的化成气路14的负压比例调节。
优选地，第一密封盖10套装在阀体2上，阀体2的底部设置有端盖，第一密封盖10套装在端盖上，阀杆6的底端与第一密封盖10单向挡止装配；第二密封盖11套装在阀杆6上，阀杆6上设置有与第二密封盖11单向挡止的凸台61，第二密封盖11弹性顶压装配在凸台61与阀体2之间。
弹簧12向第二密封盖11施加向下的弹性压力，阀杆6通过凸台61与第二密封盖11单向挡止，对第二密封盖11进行限位。弹簧12对第一密封盖10施加向上的弹性压力，阀杆6通过底部端面与第一密封盖10单向胆汁，对第一密封盖10进行限位。
当先导腔7内有来自压电阀9的气压时，活塞8由于气压作用克服弹簧12的压力驱动阀杆6向下移动，第一密封盖10被阀杆6的底端推开，第一通道3和第二通道4相连，第二密封盖11因为弹簧12压力作用关闭第三通道5，此时在气路系统中，化成气路14通过第二通道4、第一通道3与真空15相连，化成气路14趋向于真空。
当先导腔7内没有气压时，活塞8由于弹簧12压力的作用带动阀杆6压紧在先导腔7的顶部，此时第二密封盖11被阀杆6上的凸台61抬起，第三通道5与第二通道4相连，第一密封盖10因为弹簧12压力作用关闭第一通道3，此时在气路系统中，化成气路14通过第二通道4、第三通道5与外界的大气或者是0bar的氮气管路相连，化成气路14的压力趋向于大气压。
优选地，阀杆6的底端还布置有圆台形的挡台62，挡台62的端面与第一密封盖10形成限位装配。
挡台62的端面和第一密封盖10单向挡止形成限位，凸台61、挡台62的端面可以增加与第一密封盖10的接触面积，使第一密封盖10、第二密封盖11运行快速稳定。
优选地，压电阀9布置在阀体2的侧部，压电阀9与先导腔7之间通过气体通道13连通。
简化了压电阀9的布置结构。在其他实施例中，压电阀9也可以直接布置在先导腔7内。
本实用新型还提供了一种电池真空度控制系统，包括真空15和与真空15连通的化成气路14，化成气路14用于与二次电池连接，化成气路14上还布置有真空通断阀16、压力传感器17和负压比例控制阀1，负压比例控制阀1的第二通道4与真空通断阀16连通、第一通道3与真空15连通、第三通道5与大气或外界气路连通；负压比例控制阀1的具体结构与上述任一技术方案中的负压比例控制阀1的具体结构相同，此处不作重复叙述。
还包括控制器18，压力传感器17与控制器18信号连接，负压比例控制阀1的压电阀9与控制器18信号连接，压力传感器17用于检测化成气路14的压力并向控制器18传输压力信号，控制器18用于判断压力信号并向压电阀9传输电流信号，压电阀9用于接收电流信号并调节先导腔7的压力以驱动阀杆6活动。
压力传感器17检测化成气路14的压力后传输给控制器18，控制器18可以通过模拟量的控制方式控制压电阀9的电流，也可以采用通讯方式如无线模块实现远程控制压电阀9的电流，从而驱动负压比例控制阀1的开度。
负压比例控制阀1结合控制器18、压力传感器17的信号反馈，实现了完整的闭环控制模块，提高了调压的精度及响应速度。同时采用了压电先导驱动技术，具有更低的功耗和更高的使用寿命，适用于电池化成过程中不断产生气体而使得控制阀需要长时间连续工作的应用，同时压电阀9具有灵活、快速切换的特点，响应速度快、控制效果更加平滑，提高了调压的精度和响应速度，为化成过程提供稳定可靠的真空压力调节。
优选地，化成气路14上还串联布置有电解液过滤器19，化成气路14上还并联布置有管道清洗装置20和破真空装置21。
电解液过滤器19可以过滤掉电池腔内挥发处的电解液，降低电解液对负压比例控制阀1的寿命的影响，从而减少设备停机的时间。管道清洗装置20可以对化成气路14进行清洗；破真空装置21用于破坏化成气路14的真空状态，管道清洗装置20和破真空装置21的具体结构均为现有技术，此处不作重复叙述。
优选地，控制器18为PLC控制器。
PLC控制器18的技术成熟，使用方便。
综上，本实用新型实施例提供一种负压比例控制阀与电池真空度控制系统，其在需要控制电池腔内的真空压力时，将第二通道与化成气路的连接、第一通道与真空泵连接、第三通道与大气或者外界气路连接，压电阀通过电流的变化改变先导腔内的气体压力值，从而驱动阀杆带动阀芯在第一极限工位和第二极限工位之间动作，根据化成气路的气体压力调节压电阀的电流大小可以控制阀杆的阀芯，从而控制阀芯在第一极限工位与第二极限工位之间的位置，从而实现对比例阀开度的连续调节，并且不需要再传递至真空调节阀，简化了化成气路，减少安装调试时间成本，同时实现了闭环控制，而压电阀控制先导腔压力的方式具有更低的功耗和更高的使用寿命，适用于电池化成过程中不断产生气体而使得控制阀需要长时间连续工作的应用，同时压电阀具有灵活、快速切换的特点，响应速度快、控制效果更加平滑，提高了调压的精度和响应速度，为化成过程提供稳定可靠的真空压力调节。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种负压比例控制阀，其特征在于，包括阀体(2)，所述阀体(2)上设置有第一通道(3)、第二通道(4)和第三通道(5)，所述阀体(2)内还布置有用于调节所述第二通道(4)与所述第一通道(3)、所述第三通道(5)的连接开度的阀芯，所述阀芯具有使所述第二通道(4)与所述第一通道(3)完全导通的第一极限工位、所述第二通道(4)与所述第三通道(5)完全导通的第二极限工位，所述阀体(2)内还轴向活动装配有阀杆(6)，所述阀杆(6)与所述阀芯传动连接以驱动所述阀芯在所述第一极限工位与所述第二极限工位之间活动；
所述阀体(2)内还布置有先导腔(7)和用于改变所述先导腔(7)内压力的压电阀(9)，所述先导腔(7)内还布置有与所述阀体(2)通过弹簧(12)顶压装配的活塞(8)，所述活塞(8)与所述阀杆(6)固定连接以用于驱动所述阀杆(6)轴向活动。
2.根据权利要求1所述的负压比例控制阀，其特征在于，所述第一通道(3)、所述第三通道(5)位于所述第二通道(4)沿所述阀杆(6)的轴向的两侧，所述阀芯包括布置在所述第一通道(3)处的第一密封盖(10)和布置在所述第三通道(5)处的第二密封盖(11)，所述第一密封盖(10)与所述第二密封盖(11)均具有与所述阀体(2)密封的密封面，所述第一密封盖(10)与所述第二密封盖(11)的密封面相对布置，所述第一密封盖(10)与所述第二密封盖(11)均通过弹簧(12)弹性顶压装配在所述阀杆(6)与所述阀体(2)之间，所述阀杆(6)在活动行程中驱动所述第一密封盖(10)、所述第二密封盖(11)克服所述弹簧(12)的弹性力轴向往复活动。
3.根据权利要求2所述的负压比例控制阀，其特征在于，所述第一密封盖(10)套装在所述阀体(2)上，所述阀体(2)的底部设置有端盖，所述第一密封盖(10)套装在所述端盖上，所述阀杆(6)的底端与所述第一密封盖(10)单向挡止装配；所述第二密封盖(11)套装在所述阀杆(6)上，所述阀杆(6)上设置有与所述第二密封盖(11)单向挡止的凸台(61)，所述第二密封盖(11)弹性顶压装配在所述凸台(61)与所述阀体(2)之间。
4.根据权利要求2所述的负压比例控制阀，其特征在于，所述阀杆(6)的底端还布置有圆台形的挡台(62)，所述挡台(62)的端面与所述第一密封盖(10)形成限位装配。
5.根据权利要求1－4任一项所述的负压比例控制阀，其特征在于，所述压电阀(9)布置在所述阀体(2)的侧部，所述压电阀(9)与所述先导腔(7)之间通过气体通道(13)连通。
6.一种使用权利要求1－5任一项所述的负压比例控制阀所述的电池真空度控制系统，其特征在于，包括真空泵(15)和与所述真空泵(15)连通的化成气路(14)，所述化成气路(14)用于与二次电池连接，所述化成气路(14)上还布置有真空通断阀(16)、压力传感器(17)和所述负压比例控制阀，所述负压比例控制阀的所述第二通道(4)与所述真空通断阀(16)连通、所述第一通道(3)与所述真空泵(15)连通、所述第三通道(5)与大气或外界气路连通；
还包括控制器(18)，所述压力传感器(17)与所述控制器(18)信号连接，所述负压比例控制阀的所述压电阀(9)与所述控制器(18)信号连接，所述压力传感器(17)用于检测所述化成气路(14)的压力并向所述控制器(18)传输压力信号，所述控制器(18)用于判断所述压力信号并向所述压电阀(9)传输电流信号，所述压电阀(9)用于接收所述电流信号并调节所述先导腔(7)的压力以驱动所述阀杆(6)活动。
7.根据权利要求6所述的电池真空度控制系统，其特征在于，所述化成气路(14)上还串联布置有电解液过滤器(19)，所述化成气路(14)上还并联布置有管道清洗装置(20)和破真空装置(21)。
8.根据权利要求6所述的电池真空度控制系统，其特征在于，所述控制器(18)为PLC控制器。
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