CN107112474A - 用于铅酸电池的抗振阀组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池阀组件(1)，所述电池阀组件(1)包括具有第一端部(100a)和相对的第二端部(100b)的本体(100)。所述本体包括接收通路(140)和细长的基部(130)，其中所述接收通路(140)从所述第一端部延伸穿过所述本体到达所述第二端部，所述细长的基部(130)紧邻所述第二端部定位。所述阀组件还包括疏水阻挡层(400)。

Description

用于铅酸电池的抗振阀组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年12月24日提交、序列号62/096,621的美国临时专利申请的优先权。
技术领域
本申请一般地涉及一种电池阀组件，更具体地，涉及一种用于铅酸电池的电池阀组件。
背景技术
阀控铅酸(VLRA)电池通常称为密封的电池，是能够沿任意方向安装的可充电电池。不像传统的富液式电池，其使用液体的含水硫酸作为电解液，VRLA电池主要包括胶体电池和可吸收式玻璃纤维网(AGM)电池类型。在胶体电池中，硫酸电解液以凝胶形式固定不动。在AGM电池中，玻璃纤维网用含水硫酸电解液浸泡，通过毛细管作用保持被吸收的电解液。
一般地，当电池单格放电时，当铅和硫酸发生化学反应时生成铅-硫酸盐和水。当电池单格随后被充电时，铅-硫酸盐和水转变回铅和硫酸。在充电过程中，特别是在极端条件下，产生氢和氧气。为了防止损坏电池单格，VRLA电池具有安装在电池罩中的减压阀。当内部压力超过预定水平时，这些减压阀制动，排出氢和氧气。
发明内容
在图1中示出常规减压阀组件10。组件10包括本体11和减压阀14，本体11具有在第一端部11a上的凸缘12，在第二端部11b上的螺纹部13、和接收通路(未示出)，该接收通路从第一端部11a延伸穿过本体11到达第二端部11b；减压阀14定位在接收通路14的第一端部11a上方。当安装在VRLA电池罩(未示出)上时，螺纹部13拧入被布置在罩上的互补的阀组件接收空间(未示出)。
尽管常规减压阀组件10在正常工作条件下有效地工作，使用常规组件10的电池并不是都能通过在国际电池理事会标准BCIS-21中说明的IATA/DOT振动测试，电池在三个方向上受到显著水平的振动，由此在整个过程中，电池必须保持不漏液。通常，常规减压阀组件在反向方向上不合格，被观察到电解液泄露。因此，常规装配的VRLA电池并非总是允许归类为IATA/DOT核验，这意味着他们被归类为危险材料，从而严重限制空运并且使它们受到危险材料管理。
对将使因而装配的VRLA电池通过IATA/DOT振动测试的减压阀组件存在需求。
电池阀组件具有本体，该本体具有第一端部和相对的第二端部。所述本体包括穿过所述本体从第一端部延伸到第二端部的接收通路，和在临近第二端部定位的细长的基部。该阀组件还包括疏水阻挡层。
附图说明
现在参照附图，借助示例描述本发明。附图中：
图1是常规阀组件的立体图；
图2是电池阀组件的立体图；
图3是电池阀组件的侧视图；
图4是图3所示电池阀组件的剖面图；
图5是电池阀组件的分解立体图；
图6是阻挡层盖的面向内侧的立体图；
图7是定位在电池罩中的电池阀组件的局部剖视图；
图8是图7的一部分的放大剖面图；
图9是电池阀组件和VRLA电池的局部分解立体图，其中VRLA电池具有被定位在罩上的多个互补的阀组件接收空间；
图10是安装在VRLA电池上的电池阀组件的倒置剖面图；和
图11是图10中部分D的剖面图。
具体实施方式
现在参阅图2-11描述本发明的实施方式。
电池阀组件1具有阀体部100、减压阀200、密封部300、疏水阻挡层400和阻挡层固定盖500。
在图2-5的实施方式中，阀体部100具有第一端部100a和相对的第二端部100b。阀体部100包括接收通路140、凸缘110、螺纹部120和基部130。阀体部100可以基本上呈管状形状，或者可以是其它形状，例如正方形、矩形、椭圆形、三角形、五边形、六边形、八边形或本领域普通技术人员已知的其它普通形状。阀体部100可以由塑料材料或者在高酸性电解液中呈化学性能稳定的其它合适的材料形成。
接收通路140沿着阀体部100的中心部分定位，沿着纵向轴线穿过阀体部100，从第一端部100a连续地延伸到第二端部100b。在一个实施方式中，阀体部100是管状的，第一端部100a和第二端部100b是敞开的，允许从第二端部100b穿过接收通路140到第一端部100a是流体连续的。接收通路140由阀体部100的内表面限定。
凸缘110布置在阀体部100的外表面上，紧邻第一端部100a。凸缘110从外表面径向向外延伸，并且沿环向围绕阀体部100定位。在一个实施方式中，凸缘110距离第一端部100a成距离D地定位。
转矩机构101可以可选地沿着阀体部100的外表面，顺着距离D部分定位。在图2-4的示例性实施方式中，转矩机构101从阀体部100一体地形成，呈六边形螺栓头的形状，然而本领域技术人员理解也可以使用其他转矩机构。
螺纹部120沿着阀体部100的纵向轴线从凸缘110延伸。螺纹部120沿着阀体部100的近似中部定位在阀体部100的外表面上，在第一端部100a和第二端部100b之间。螺纹部120从外表面径向向外延伸。螺纹部120作为沿阀体部100的纵向轴线的螺旋线进一步沿环向延伸。
基部130沿纵向轴线从螺纹部120延伸长度L。长度L能够依赖于电池类型和电解液的体积而适应。在一个实施方式中，长度L等于或大于0.5英寸。在一个实施方式中，长度L是0.5-2英寸。在另一个实施方式中，长度L是0.5-1.5英寸。在又一个实施方式中，长度L是0.5-1英寸。而对长度L的各实施方式已经进行了描述，本领域普通技术人员将理解小于0.5英寸的长度L和大于2英寸的长度L也是可以使用的。
减压阀200可以包括本领域技术人员已知的常规减压阀。减压阀200可以设置成在预定压力下开启；根据安装减压阀200的电池的类型和电池的操作。当阀体部100是管状的时，减压阀200具有互补的圆形形状，其直径等于或稍微大于接收通路140的直径。在阀体部100是其它形状的实施方式中，减压阀200具有等于或稍微大于接收通路140的直径的互补的形状。
在图4和5的示例性实施方式中，第一端部100a上阀体部100的内表面的一部分、接收通路140的一部分形成为阀接收空间102。阀接收空间102与减压阀200的空间互补。减压阀200可以***到接收通路140的第一端部100a中。通过定位在其中，减压阀200可以以搭扣配合的方式、塑性焊接、粘结或本领域普通技术人员已知的其它普通连接机构固定，只要在减压阀200和阀体部100之间产生可靠的密封。
在其它实施方式中，减压阀200可以在外部定位在阀体部100的第一端部100a上。例如，减压阀200可以具有盖式形状，该减压阀被定位在第一端部100a的外表面(未示出)上，并且通过搭扣配合、焊接、粘结或本领域普通技术人员已知的其它普通连接机构与所述外表面连接，只要在减压阀200和阀体部100之间产生可靠的密封。
密封部300可以由本领域普通技术人员已知的常规橡胶密封材料制成。在图5的实施方式中，当阀体部100是管状的，密封部300形成为O型环，具有小于或等于阀体部100的外直径的内直径。密封部300定位在阀体部100上，通过沿着纵向轴线滑动所述密封部到第二端部100b上，然后到螺纹部120上，直到密封部300邻接凸缘110的面向第二端部的表面。在阀体部100是管状外的形状的实施方式中，本领域普通技术人员将理解密封部300的形状是互补的，从而密封部300能够安装在阀体部100的外表面上，并且邻接凸缘110的面向第二端部的表面。
当阀体部100是管状的，疏水阻挡层400呈近似盘形的形状。疏水阻挡层400由透气但不透过水基电解液的合适材料形成。在一个实施方式中，疏水阻挡层400由合适的透气的疏水材料制成，并且这种疏水材料在高酸性电解液中化学性能稳定。在一个实施方式中，疏水阻挡层400是氟化薄膜材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚氟乙烯(PVF)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟聚醚(PFPE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或者其它合适的透气但不透过水基电解液的氟化薄膜材料。在一个实施方式中，疏水阻挡层400由PTFE制成。
在图4所示的实施方式中，第二端部100b上阀体部100的内表面的一部分、接收通路400的一部分形成阻挡层接收空间103中。阻挡层接收空间103的形状与疏水阻挡层400的形状互补。在图4的实施方式中，包括阻挡层接收空间103的接收通路400的内表面的内表面直径大于接收通路140的内表面直径。阻挡层接收空间103的内表面直径近似等于或小于疏水阻挡层400的外周边缘的直径。疏水阻挡层400因此可以***到第二端部100b上的阻挡层接收空间103中，以形成第二端部100b的开口上的疏水密封。
在一个实施方式(未示出)中，疏水阻挡层400的外周边缘的直径近似等于阀体部100的外表面的直径，并且靠着第二端部100b的外表面定位以形成疏水密封。在另一实施方式中(未示出)，当阀体部100形成管状外的形状时，疏水阻挡层400和阻挡层接收空间103的形状是互补的，疏水阻挡层400能够***到阻挡层接收空间103中或者靠着第二端部100b的外表面定位。
阻挡层保持盖500具有压盖凸缘501、保持本体502和接收通路503。当阀体部100是管状时，压盖凸缘501和保持本体502是环形。凸缘501沿着保持本体502的面向外侧端部连续定位，从保持本体502的外周表面径向向外延伸。压盖凸缘501的外周表面的直径近似等于阀体部100的外周表面的直径。压盖凸缘501的面向第二端部的表面501a具有的宽度近似等于第二端部100b上阀体基部130的内表面和外表面之间的距离。更具体地，当阻挡层保持盖500定位在第二端部100b上时，阀体部100的外周表面与压盖凸缘501齐平。
保持本体502的外周表面的直径小于压盖凸缘501的外周表面的直径。保持本体502的外周表面的直径近似等于阻挡层接收空间103的内表面直径。当阻挡层保持盖500定位在第二端部100b上且压盖凸缘501的面向第二端部的表面501a邻接阀体部100的第二端部100b时，保持本体502向内延伸一定距离进入阻挡层接收空间103中。
当疏水阻挡层400定位在阻挡层接收空间103中时，由于阻挡层保持盖500定位在阀体部的第二端部100b上，保持本体502接触疏水阻挡层400。保持本体502压缩环形区域，在所述环形区域中，保持本体502靠着接收通路140的内表面接触疏水阻挡层400，形成阻挡层接收空间103，因而沿着疏水阻挡层的周缘形成密封。
阻挡层保持盖500的接收通路503是在阻挡层保持盖500的中心部分的开口。接收通路503由保持本体502的内圆周表面限定。在一个实施方式中，接收通路503的直径与阀体部100的接收通路140的直径互补。当阻挡层保持盖500连接到延伸的基部130的第二端部100b时，接收通路503、140互补，使得第一端部100a和第二端部100b之间保持流体连续。
阻挡层保持盖500通过焊接、搭扣连接或粘结或者本领域技术人员已知的普通连接机构固定到第二端部100b。
在一个实施方式(未示出)中，当阀体部100形成除管状外的形状时，阻挡层保持盖500的形状将与阻挡层接收空间103的形状互补，使得保持本体502能够***到阻挡层接收空间103中以形成沿疏水阻挡层400的周缘的密封。
现在将参照图2-6描述电池阀组件1的组装。
减压阀200***到接收通路140的第一端部100a。然后减压阀200定位在互补的阀接收空间102中。
O型环密封件300定位在阀体部100的外表面上，在延伸的基部130的第二端部100b上。O型环密封件300然后沿纵向轴线朝向第一端部100a和凸缘110能够滑动地移动，直到O型环密封件300邻接凸缘110的面向第二端部的表面。
疏水阻挡层400***到接收通路140的第二端部100b中，并定位在互补的阻挡层接收空间103中。然后阻挡层保持盖500的保持本体502***到接收通路140的第二端部100b中，并且能够向内滑动移动，直到保持本体502接触疏水阻挡层400。向内的力施加到阻挡层保持盖500，直到压盖凸缘501的面向第二端部的表面501a接触阀体部100的第二端部100b。结果，阻挡层保持盖500将疏水阻挡层400保持在接收通路140的第二端部100b上。
现在参照图7-9描述将电池阀组件1安装到电池2中。
为了将电池阀组件1安装到电池2中，阀体部100的第二端部100b具有疏水阻挡层400和阻挡层保持盖500，该第二端部被***到定位在电池罩2b中的阀组件接收通路2a中。互补的螺纹2c沿着阀组件接收通路2a的内表面布置，并且接触和啮合阀体部100的螺纹部120。然后阀组件1被拧入到电池罩2b中，直到O型环密封件300接触电池罩2b的外表面。将阀组件拧紧，使得O型环密封件被压缩在电池罩2b的外表面和凸缘110的面向第二端部的表面以形成二者之间的密封。电池阀组件1因而以密封的方式连接到电池罩2b，定位在阀组件接收通路2a内。
在一个实施方式中，多个电池阀组件1可以安装在电池罩2b中，其中一个或两个电池阀组件1定位在电池接收腔(未标示)，该电池接收腔具有一组电池极板2d。延伸的基部130从电池罩2b向内突出长度L，然而减压阀200定位在电池2的外侧。
在图10和11的实施方式中，当电池2被倒置并且受到振动力，例如当经历IATA/DOT振动测试时，电解液开始填充电池罩2b。见例如，示例性电解液的液面EL。基部130的延伸的长度L通常大于电池罩2b中电解液的液面EL。因此，电解液不通过接收通路140和减压阀200泄露出电池2。如果电解液的液面EL超过基部130的延伸长度，疏水阻挡层400阻止电解液进入到接收通路140中并且通过减压阀200泄露出电池2。
然而，当疏水阻挡层400阻止电解液，疏水阻挡层400的透气特性仍然允许产生的氢气和氧气渗透到接收通路140中，以通过减压阀200排出。
虽然上述实施方式作为示例显示和描述电池阀组件1，本领域普通技术人员将理解，在不偏离本发明的原理和精神的条件下，可以做出变化或修改。

Claims (20)

1.一种电池阀组件(1)，包括：
细长的本体(100)，所述细长的本体(100)具有第一端部(100a)和相对的第二端部(100b)，并且所述本体(100)具有接收通路(14)，所述接收通路(14)从所述第一端部居中地延伸穿过所述本体(100)到达所述第二端部(100b)，和
延伸的基部(130)，所述延伸的基部(130)紧邻所述第二端部(100b)定位；和
疏水阻挡层(400)。
2.根据权利要求1所述的电池阀组件(1)，其中，所述疏水阻挡层(400)用透气的氟化膜材料形成。
3.根据权利要求1所述的电池阀组件(1)，其中，所述疏水阻挡层(400)定位在所述本体(100)的第二端部(100b)上。
4.根据权利要求3所述的电池阀组件(1)，其中，所述疏水阻挡层(400)覆盖所述第二端部(100b)上的所述接收通路(140)的开口，以形成疏水密封部(300)。
5.根据权利要求3所述的电池阀组件(1)，其中，所述疏水阻挡层(400)定位在互补的阻挡层接收空间(103)中，所述互补的阻挡层接收空间(103)位于紧邻所述本体(100)的所述第二端部(100b)的所述接收通路(140)的一部分中。
6.根据权利要求3所述的电池阀组件(1)，进一步包括被定位在所述本体(100)的所述第二端部(100b)上的阻挡层保持盖(500)。
7.根据权利要求6所述的电池阀组件(1)，其中，所述阻挡层保持盖(500)与所述本体(100)的所述第二端部(100b)互补，并且所述阻挡层保持盖(500)具有与所述本体(100)的接收通路(140)连续地延伸的接收通路(503)。
8.根据权利要求6所述的电池阀组件(1)，其中，所述阻挡层保持盖(500)将所述疏水阻挡层(400)固定到所述本体(100)的所述第二端部(100b)。
9.根据权利要求1所述的电池阀组件(1)，其中，所述细长的本体(100)进一步包括紧邻第一端部(100a)定位的凸缘(110)。
10.根据权利要求9所述的电池阀组件(1)，其中，所述细长的本体(100)进一步包括靠近所述凸缘(110)定位的螺纹部(120)，所述螺纹部(120)位于所述凸缘(110)和所述本体(100)的所述第二端部(100b)之间。
11.根据权利要求1所述的电池阀组件(1)，进一步包括减压阀(200)。
12.根据权利要求11所述的电池阀组件(1)，其中，所述减压阀(200)定位在所述本体(100)的所述第一端部(100a)上，覆盖所述接收通路(140)的所述第一端部(100a)。
13.根据权利要求1所述的电池阀组件(1)，其中，所述本体(100)是管状的。
14.根据权利要求1所述的电池阀组件(1)，其中，所述本体(100)进一步包括：
凸缘(110)，所述凸缘(110)定位在所述第一端部(100a)上；
螺纹部(120)，所述螺纹部(120)从所述凸缘(110)朝向所述第二端部(100b)延伸，并连续连接到所述细长的基部(130)。
15.根据权利要求14所述的电池阀组件(1)，进一步包括密封部(300)，所述密封部(300)围绕所述本体(100)连续地定位并且邻接所述凸缘(110)的面向第二端部的表面。
16.一种电池阀组件(1)，包括：
本体(100)，具有
在第一端部(100a)上的凸缘(110)，
螺纹中部(120)，
在第二端部(100b)上的细长基部(130)，和
接收通路(140)，所述接收通路(140)从所述第一端部(100a)延伸穿过所述本体(100)到达所述第二端部(110b)；
减压阀(200)；
密封部(300)；
疏水阻挡层(400)；和
阻挡层保持盖(500)。
17.根据权利要求16所述的电池阀组件(1)，其中，所述接收通路(140)的第一和第二端部是敞开的，允许自所述本体(100)的所述第一端部和所述第二端部的流体连续性。
18.根据权利要求17所述的电池阀组件(1)，其中
所述减压阀(200)定位在所述接收通路(140)的所述第一端部(100a)上；和
所述疏水阻挡层(400)定位在所述接收通路(140)的所述第二端部(100b)上。
19.一种铅酸电池(2)，包括：
电池罩(2b)，所述电池罩(2b)具有至少一个阀组件接收通路(2a)；
至少一个电池阀组件(1)，所述电池阀组件(1)定位在每个阀组件接收通路(2a)中，每个阀组件(1)具有
本体(100)，所述本体(100)具有第一端部(100a)和相对的第二端部(100b)，并且所述本体具有位于所述第一端部(100a)上并且邻接所述电池罩(2b)的外表面的凸缘(110)，
螺纹中部，所述螺纹中部与沿所述阀组件接收通路(2a)布置的互补的螺纹接合，
细长的基部(130)，从所述螺纹中部向内延伸到所述电池(2)中；
疏水阻挡层(400)，在所述细长的基部(130)的所述第二端部(100b)上定位在电池(2)中；和
接收通路(140)，从所述第一端部(100a)延伸穿过所述本体(100)到达所述第二端部(100b)，使得建立所述电池(2)的内侧和外侧之间的流体连续性。
20.根据权利要求19所述的电池(2)，其中，当所述电池(2)倒置地定位在所述电池罩(2b)上时，所述电池罩(2b)中的电解液高度小于所述细长的基部(130)的长度。
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