TWM652492U - 負壓比例控制閥及電池真空度控制系統 - Google Patents
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Abstract
本創作揭露了一種負壓比例控制閥與電池真空度控制系統，包括閥體，閥體上設置有第一通道、第二通道和第三通道，閥體內更佈置有閥芯，閥芯具有使第二通道與第一通道完全導通的第一極限工位、第二通道與第三通道完全導通的第二極限工位，閥體內更軸向活動裝配有閥杆，閥杆與閥芯傳動連接；閥體內更佈置有先導腔和壓電閥，先導腔內更佈置有活塞，活塞與閥杆固定連接以用於驅動閥杆軸向活動。
Description
本創作涉及二次電池生產技術領域，特別是涉及一種負壓比例控制閥及電池真空度控制系統。
二次電池在生產過程中包含化成工藝，在該工藝中，二次電池需要經過一系列的充放電過程，此過程中由於化學反應會產生大量氣體，未及時抽去這些氣體，會影響電池的性能，因此二次電池化成工藝需要維持電池內壓力在一定的真空範圍。
目前市場上比較常見的控制化成工藝電池真空的方案主要有兩種，第一種方案如圖1所示，採用化成氣路14將真空泵15與電池連接，在化成氣路14上並聯佈置兩組帶有開關閥的手動真空調壓閥24和真空通斷閥16，兩組手動真空調壓閥24的真空範圍不同，一組用於高真空範圍控制、另一組用於低真空範圍控制。該方案的氣路簡單，但是具有以下缺點：(1)元件數量較多，處理成本、安裝和調試時間成本高；(2)設備運行時，只能實現兩段固定真空壓力(高/低)的切換；(3)較難保證不同工位的真空壓力輸出一致性；(4)隨生產不同的產品或工藝參數修改，需要很高時間成本來調整真空壓力；(5)無法實現即時遠端和精確真空壓力調節。
第二種方法如圖2所示，採用化成氣路14將真空泵15與電池連接，化成氣路14上設置氣控真空調壓閥22和真空通斷閥16，氣控真空調壓
閥22上連接壓力比例閥23，壓力比例閥23與正壓氣源連接，化成氣路上佈置感應負壓化成氣路壓力的壓力感測器17，壓力比例閥23和壓力感測器28均與PLC控制器18信號連接。PLC接收壓力感測器17檢測到的壓力信號，壓力比例閥23接收PLC的信號調節正壓氣源輸送的氣體壓力，從而調整氣控真空調壓閥22的開度。該方案可實現遠端真空壓力控制調節，但是仍然有以下缺點：(1)、比例壓力閥的控制結果只會影響氣控真空調壓閥的機械閉環，還需要開發帶有壓力感測器回饋的閉環功能，程式設計時間成本較高(PID控制)；(2)、比例壓力閥間接控制氣控真空調壓閥，回應時間較慢；(3)、回應時間和調壓精度難以保證。
本創作的目的是：提供一種負壓比例控制閥，以解決現有技術中的比例壓力閥控制氣控真空調壓閥的開度時安裝和調試成本高、回應時間慢、精度差的問題；本創作更提供了一種使用該負壓比例控制閥的電池真空度控制系統。
為了實現上述目的，本創作提供了一種負壓比例控制閥，包括閥體，該閥體上設置有第一通道、第二通道和第三通道，該閥體內更佈置有用於調節該第二通道與該第一通道、該第三通道的連接開度的閥芯，該閥芯具有使該第二通道與該第一通道完全導通的第一極限工位、該第二通道與該第三通道完全導通的第二極限工位，該閥體內更軸向活動裝配有閥杆，該閥杆與該閥芯傳動連接以驅動該閥芯在該第一極限工位與該第二極限工位之間活動；
該閥體內更佈置有先導腔和用於改變該先導腔內壓力的壓電閥，該先導腔內更佈置有與該閥體通過彈簧頂壓裝配的活塞，該活塞與該閥杆固定連接以用於驅動該閥杆軸向活動。
較佳地，該第一通道、該第三通道位於該第二通道沿該閥杆的軸向的兩側，該閥芯包括佈置在該第一通道處的第一密封蓋和佈置在該第三通道處的第二密封蓋，該第一密封蓋與該第二密封蓋均具有與該閥體密封的密封面，該第一密封蓋與該第二密封蓋的密封面相對佈置，該第一密封蓋與該第二密封蓋均通過彈簧彈性頂壓裝配在該閥杆與該閥體之間，該閥杆在活動行程中驅動該第一密封蓋、該第二密封蓋克服該彈簧的彈性力軸向往復活動。
較佳地，該第一密封蓋套裝在該閥體上，該閥體的底部設置有端蓋，該第一密封蓋套裝在該端蓋上，該閥杆的底端與該第一密封蓋單向擋止裝配；該第二密封蓋套裝在該閥杆上，該閥杆上設置有與該第二密封蓋單向擋止的凸台，該第二密封蓋彈性頂壓裝配在該凸台與該閥體之間。
較佳地，該閥杆的底端更佈置有圓臺形的擋台，該擋台的端面與該第一密封蓋形成限位裝配。
較佳地，該壓電閥佈置在該閥體的側部，該壓電閥與該先導腔之間通過氣體通道連通。
本創作更提供了一種使用上述任一技術方案所述的負壓比例控制閥的電池真空度控制系統，包括真空泵和與該真空泵連通的化成氣路，該化成氣路用於與二次電池連接，該化成氣路上更佈置有真空通斷閥、壓力感測器和該負壓比例控制閥，該負壓比例控制閥的該第二通道與該真空通斷閥連通、該第一通道與該真空泵連通、該第三通道與大氣或外界氣路連通；
更包括控制器，該壓力感測器與該控制器信號連接，該負壓比例控制閥的該壓電閥與該控制器信號連接，該壓力感測器用於檢測該化成氣路的壓力並向該控制器傳輸壓力信號，該控制器用於判斷該壓力信號並向該壓電閥傳輸電流信號，該壓電閥用於接收該電流信號並調節該先導腔的壓力以驅動該閥杆活動。
較佳地，該化成氣路上更串聯佈置有電解液篩檢程式，該化成氣路上更並聯佈置有管道清洗裝置和破真空裝置。
較佳地，該控制器為PLC控制器。
本創作實施例一種負壓比例控制閥與電池真空度控制系統與現有技術相比，其有益效果在於：在需要控制電池腔內的真空壓力時，將第二通道與化成氣路的連接、第一通道與真空泵連接、第三通道與大氣或者外界氣路連接，壓電閥通過電流的變化改變先導腔內的氣體壓力值，從而驅動閥杆帶動閥芯在第一極限工位和第二極限工位元之間動作，根據化成氣路的氣體壓力調節壓電閥的電流大小可以控制閥杆的閥芯，從而控制閥芯在第一極限工位與第二極限工位之間的位置，從而實現對比例閥開度的連續調節，並且不需要再傳遞至真空調節閥，簡化了化成氣路，減少安裝調試時間成本，同時實現了閉環控制，而壓電閥控制先導腔壓力的方式具有更低的功耗和更高的使用壽命，適用於電池化成過程中不斷產生氣體而使得控制閥需要長時間連續工作的應用，同時壓電閥具有靈活、快速切換的特點，回應速度快、控制效果更加平滑，提高了調壓的精度和回應速度，為化成過程提供穩定可靠的真空壓力調節。
1:負壓比例控制閥
2:閥體
3:第一通道
4:第二通道
5:第三通道
6:閥杆
7:先導腔
8:活塞
9:壓電閥
10:第一密封蓋
11:第二密封蓋
12:彈簧
13:氣體通道
14:化成氣路
15:真空泵
16:真空通斷閥
17:壓力感測器
18:控制器
19:電解液篩檢程式
20:管道清洗裝置
21:破真空裝置
22:氣控真空調壓閥
23:壓力比例閥
24:手動真空調壓閥
61:凸台
62:擋台
圖1是現有的一種控制化成工藝電池真空的方案的結構示意圖；圖2是現有的另一種控制化成工藝電池真空的方案的結構示意圖；圖3是本創作的電池真空度控制系統的結構示意圖；圖4是本創作的負壓比例控制閥的閥芯處於第二極限工位元時的狀態示意圖；圖5是本創作的負壓比例控制閥的閥芯處於第一極限工位元時的狀態示意圖；圖6是本創作的負壓比例控制閥的壓電閥與先導腔的裝配示意圖。
下面結合圖式和實施例，對本創作的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本創作，但不用來限制本創作的範圍。
本創作的一種負壓比例控制閥的較佳實施例，如圖3至圖6所示，該負壓比例控制閥包括閥體2，閥體2上設置有第一通道3、第二通道4和第三通道5，閥體2用於串聯在化成氣路14上，第一通道3用於與化成氣路14上的真空泵15連通，第二通道4用於與化成氣路14上的真空通斷閥16連通，第三通道5用於與大氣或者外界氣路連通。閥體2和閥體2內的密封件採用耐腐蝕的材料，可以降低電池的電解液對負壓比例控制閥1壽命的影響，減少設備停機的時間。
閥體2內更佈置有閥芯，閥芯用於調節第二通道4與第一通道3、第三通道5的連接開度。當閥芯使第二通道4與第一通道3完全導通時，閥
芯處於第一極限工位，此時第二通道4與第三通道5之間完全斷開，真空泵15可通過第一管道對化成氣路14抽真空，化成氣路14的真空度最高；當閥芯使第二通道4與第三通道5完全導通時，第二通道4與第一通道3之間完全斷開，此時化成氣路14與外部氣壓相同，壓力趨向於大氣壓，此時化成氣路14的真空度最低。
當閥芯處於第一極限工位與第二極限工位之間時，化成氣路14的壓力處於真空與大氣壓之間，通過調節閥芯在第一極限工位與第二極限工位之間的位置，可以控制第二通道4與第一通道3、第三通道5之間的開度，實現對化成氣路14的負壓比例連續調節，並且不需要再傳遞至真空調節閥，簡化了化成氣路14，減少安裝調試時間成本。在本實施例中，與第三通道5連通的外界氣路可以為大氣或0bar的氮氣管路。
閥體2內更軸向活動裝配有閥杆6，閥杆6與閥芯通過螺栓固定連接，來進行運動傳輸，閥杆6用於驅動閥芯在第一極限工位與第二極限工位之間活動，從而調節閥芯的工位，以實現對化成氣路14的負壓比例調節。
閥體2內更佈置有先導腔7、壓電閥9和活塞8，活塞8佈置在先導腔7內，活塞8與閥杆6之間通過螺釘固定連接。活塞8通過彈簧12彈性頂壓裝配在閥體2內，彈簧12將活塞8向上頂壓，即在先導腔7內無壓力時，活塞8因彈簧12的彈力而壓緊在先導腔7上；當先導腔7內有壓力時，活塞8帶動閥杆6向下軸向移動，從而驅動閥芯動作，調節第二通道4與第一通道3、第三通道5之間的開度。
閥體2上更佈置有壓電閥9，壓電閥9用於調節先導腔7內的壓力值。壓電閥9可以與外設的控制器18連接，配合檢測化成氣路14的壓力控制器18可以調整壓電閥9的電流，壓電閥9的電流越大其形變越高，先導腔7
內的壓力越大，從而驅動閥杆6軸向活動的距離越大，實現對閥芯工位的調節。壓電閥9的具體結構為現有技術，此處不作詳細敘述。
負壓比例控制閥1配合化成氣路14的壓力回饋，實現完整的閉環控制，而壓電閥9通過電流的變化改變先導腔7內的氣體壓力值，其控制先導腔7壓力的方式具有更低的功耗和更高的使用壽命，適用於電池化成過程中不斷產生氣體而使得控制閥需要長時間連續工作的應用，同時壓電閥9具有靈活、快速切換的特點，回應速度快、控制效果更加平滑，提高了調壓的精度和回應速度，為化成過程提供穩定可靠的真空壓力調節。
較佳地，第一通道3、第三通道5位於第二通道4沿閥杆6的軸向的兩側，閥芯包括佈置在第一通道3處的第一密封蓋10和佈置在第三通道5處的第二密封蓋11，第一密封蓋10與第二密封蓋11均具有與閥體2密封的密封面，第一密封蓋10與第二密封蓋11的密封面相對佈置，第一密封蓋10與第二密封蓋11均通過彈簧12彈性頂壓裝配在閥杆6與閥體2之間，閥杆6在活動行程中驅動第一密封蓋10、第二密封蓋11克服彈簧12的彈性力軸向往復活動。
第一通道3和第三通道5位於閥杆6的同側，而第二通道4位於閥杆6的另一側，藉此可以合理利用閥體2的空間，便於調節第二通道4與第一通道3、第三通道5之間的連接開度。
第一密封蓋10和第二密封蓋11的密封面相對佈置，閥杆6軸向活動時帶動第一密封蓋10和第二密封蓋11同時升降，第一密封蓋10和第二密封蓋11的開合方向相反，從而使第一密封蓋10和第二密封蓋11同步運動時第一通道3、第三通道5的開度相反，調節第一通道3、第三通道5與第二通道4之間的打開、關閉程度，實現第二通道4連接的化成氣路14的負壓比例調節。
較佳地，第一密封蓋10套裝在閥體2上，閥體2的底部設置有端蓋，第一密封蓋10套裝在端蓋上，閥杆6的底端與第一密封蓋10單向擋止裝配；第二密封蓋11套裝在閥杆6上，閥杆6上設置有與第二密封蓋11單向擋止的凸台61，第二密封蓋11彈性頂壓裝配在凸台61與閥體2之間。
彈簧12向第二密封蓋11施加向下的彈性壓力，閥杆6通過凸台61與第二密封蓋11單向擋止，對第二密封蓋11進行限位。彈簧12對第一密封蓋10施加向上的彈性壓力，閥杆6通過底部端面與第一密封蓋10單向擋止，對第一密封蓋10進行限位。
當先導腔7內有來自壓電閥9的氣壓時，活塞8由於氣壓作用克服彈簧12的壓力驅動閥杆6向下移動，第一密封蓋10被閥杆6的底端推開，第一通道3和第二通道4相連，第二密封蓋11因為彈簧12壓力作用關閉第三通道5，此時在氣路系統中，化成氣路14通過第二通道4、第一通道3與真空泵15相連，化成氣路14趨向於真空。
當先導腔7內沒有氣壓時，活塞8由於彈簧12壓力的作用帶動閥杆6壓緊在先導腔7的頂部，此時第二密封蓋11被閥杆6上的凸台61抬起，第三通道5與第二通道4相連，第一密封蓋10因為彈簧12壓力作用關閉第一通道3，此時在氣路系統中，化成氣路14通過第二通道4、第三通道5與外界的大氣或者是0bar的氮氣管路相連，化成氣路14的壓力趨向於大氣壓。
較佳地，閥杆6的底端更佈置有圓臺形的擋台62，擋台62的端面與第一密封蓋10形成限位裝配。
擋台62的端面和第一密封蓋10單向擋止形成限位，凸台61、擋台62的端面可以增加與第一密封蓋10的接觸面積，使第一密封蓋10、第二密封蓋11運行快速穩定。
較佳地，壓電閥9佈置在閥體2的側部，壓電閥9與先導腔7之間通過氣體通道13連通。
簡化了壓電閥9的佈置結構。在其他實施例中，壓電閥9也可以直接佈置在先導腔7內。
本創作更提供了一種電池真空度控制系統，包括真空泵15和與真空泵15連通的化成氣路14，化成氣路14用於與二次電池連接，化成氣路14上更佈置有真空通斷閥16、壓力感測器17和負壓比例控制閥1，負壓比例控制閥1的第二通道4與真空通斷閥16連通、第一通道3與真空泵15連通、第三通道5與大氣或外界氣路連通；負壓比例控制閥1的具體結構與上述任一技術方案中的負壓比例控制閥1的具體結構相同，此處不作重複敘述。
更包括控制器18，壓力感測器17與控制器18信號連接，負壓比例控制閥1的壓電閥9與控制器18信號連接，壓力感測器17用於檢測化成氣路14的壓力並向控制器18傳輸壓力信號，控制器18用於判斷壓力信號並向壓電閥9傳輸電流信號，壓電閥9用於接收電流信號並調節先導腔7的壓力以驅動閥杆6活動。
壓力感測器17檢測化成氣路14的壓力後傳輸給控制器18，控制器18可以通過類比量的控制方式控制壓電閥9的電流，也可以採用通訊方式如無線模組實現遠端控制壓電閥9的電流，從而驅動負壓比例控制閥1的開度。
負壓比例控制閥1結合控制器18、壓力感測器17的信號回饋，實現了完整的閉環控制模組，提高了調壓的精度及回應速度。同時採用了壓電先導驅動技術，具有更低的功耗和更高的使用壽命，適用於電池化成過程中不斷產生氣體而使得控制閥需要長時間連續工作的應用，同時壓電閥9具
有靈活、快速切換的特點，回應速度快、控制效果更加平滑，提高了調壓的精度和回應速度，為化成過程提供穩定可靠的真空壓力調節。
較佳地，化成氣路14上更串聯佈置有電解液篩檢程式19，化成氣路14上更並聯佈置有管道清洗裝置20和破真空裝置21。
電解液篩檢程式19可以過濾掉電池腔內揮發處的電解液，降低電解液對負壓比例控制閥1的壽命的影響，從而減少設備停機的時間。管道清洗裝置20可以對化成氣路14進行清洗；破真空裝置21用於破壞化成氣路14的真空狀態，管道清洗裝置20和破真空裝置21的具體結構均為現有技術，此處不作重複敘述。
較佳地，控制器18為PLC控制器。
PLC控制器18的技術成熟，使用方便。
綜上，本創作之實施例提供一種負壓比例控制閥與電池真空度控制系統，其在需要控制電池腔內的真空壓力時，將第二通道與化成氣路的連接、第一通道與真空泵連接、第三通道與大氣或者外界氣路連接，壓電閥通過電流的變化改變先導腔內的氣體壓力值，從而驅動閥杆帶動閥芯在第一極限工位和第二極限工位元之間動作，根據化成氣路的氣體壓力調節壓電閥的電流大小可以控制閥杆的閥芯，從而控制閥芯在第一極限工位與第二極限工位之間的位置，從而實現對比例閥開度的連續調節，並且不需要再傳遞至真空調節閥，簡化了化成氣路，減少安裝調試時間成本，同時實現了閉環控制，而壓電閥控制先導腔壓力的方式具有更低的功耗和更高的使用壽命，適用於電池化成過程中不斷產生氣體而使得控制閥需要長時間連續工作的應用，同時壓電閥具有靈活、快速切換的特點，回應速度快、控制效果更加平滑，提高了調壓的精度和回應速度，為化成過程提供穩定可靠的真空壓力調節。
以上所述僅是本創作的較佳實施方式，應當指出，對於本技術領域的具通常知識者來說，在不脫離本創作技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本創作的保護範圍。
2:閥體
3:第一通道
4:第二通道
5:第三通道
6:閥杆
7:先導腔
8:活塞
10:第一密封蓋
11:第二密封蓋
12:彈簧
61:凸台
62:擋台
Claims (8)
- 一種負壓比例控制閥，包含閥體（2），該閥體（2）上設置有第一通道（3）、第二通道（4）和第三通道（5），該閥體（2）內更佈置有用於調節該第二通道（4）與該第一通道（3）、該第三通道（5）的連接開度的閥芯，該閥芯具有使該第二通道（4）與該第一通道（3）完全導通的第一極限工位、該第二通道（4）與該第三通道（5）完全導通的第二極限工位，該閥體（2）內更軸向活動裝配有閥杆（6），該閥杆（6）與該閥芯傳動連接以驅動該閥芯在該第一極限工位與該第二極限工位之間活動； 該閥體（2）內更佈置有先導腔（7）和用於改變該先導腔（7）內壓力的壓電閥（9），該先導腔（7）內更佈置有與該閥體（2）通過彈簧（12）頂壓裝配的活塞（8），該活塞（8）與該閥杆（6）固定連接以用於驅動該閥杆（6）軸向活動。
- 如請求項1所述之負壓比例控制閥，其中該第一通道（3）、該第三通道（5）位於該第二通道（4）沿該閥杆（6）的軸向的兩側，該閥芯包括佈置在該第一通道（3）處的第一密封蓋（10）和佈置在該第三通道（5）處的第二密封蓋（11），該第一密封蓋（10）與該第二密封蓋（11）均具有與該閥體（2）密封的密封面，該第一密封蓋（10）與該第二密封蓋（11）的密封面相對佈置，該第一密封蓋（10）與該第二密封蓋（11）均通過彈簧（12）彈性頂壓裝配在該閥杆（6）與該閥體（2）之間，該閥杆（6）在活動行程中驅動該第一密封蓋（10）、該第二密封蓋（11）克服該彈簧（12）的彈性力軸向往復活動。
- 如請求項2所述之負壓比例控制閥，其中該第一密封蓋（10）套裝在該閥體（2）上，該閥體（2）的底部設置有端蓋，該第一密封蓋（10）套裝在該端蓋上，該閥杆（6）的底端與該第一密封蓋（10）單向擋止裝配；該第二密封蓋（11）套裝在該閥杆（6）上，該閥杆（6）上設置有與該第二密封蓋（11）單向擋止的凸台（61），該第二密封蓋（11）彈性頂壓裝配在該凸台（61）與該閥體（2）之間。
- 如請求項2所述之負壓比例控制閥，其中該閥杆（6）的底端更佈置有圓臺形的擋台（62），該擋台（62）的端面與該第一密封蓋（10）形成限位裝配。
- 如請求項1-4任一項所述之負壓比例控制閥，其中該壓電閥（9）佈置在該閥體（2）的側部，該壓電閥（9）與該先導腔（7）之間通過氣體通道（13）連通。
- 一種使用請求項1-5任一項所述之負壓比例控制閥的電池真空度控制系統，包含真空泵（15）和與該真空泵（15）連通的化成氣路（14），該化成氣路（14）用於與二次電池連接，該化成氣路（14）上更佈置有真空通斷閥（16）、壓力感測器（17）和該負壓比例控制閥，該負壓比例控制閥的該第二通道（4）與該真空通斷閥（16）連通、該第一通道（3）與該真空泵（15）連通、該第三通道（5）與大氣或外界氣路連通； 更包括控制器（18），該壓力感測器（17）與該控制器（18）信號連接，該負壓比例控制閥的該壓電閥（9）與該控制器（18）信號連接，該壓力感測器（17）用於檢測該化成氣路（14）的壓力並向該控制器（18）傳輸壓力信號，該控制器（18）用於判斷該壓力信號並向該壓電閥（9）傳輸電流信號，該壓電閥（9）用於接收該電流信號並調節該先導腔（7）的壓力以驅動該閥杆（6）活動。
- 如請求項6所述之電池真空度控制系統，其中該化成氣路（14）上更串聯佈置有電解液篩檢程式（19），該化成氣路（14）上更並聯佈置有管道清洗裝置（20）和破真空裝置（21）。
- 如請求項6所述之電池真空度控制系統，其中該控制器（18）為PLC控制器。
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