CN116190906A - 动力电池壳体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请的动力电池壳体包括设有多个表面的壳体及冲压形成于一个表面上的防爆片，防爆片包括自所述壳体一个表面冲压向内凹陷形成的连接部、形成于所述连接部内的片体及加工形成片体周缘或连接部上的沟槽，连接部靠近电芯的一面上和远离电芯的一面上均成型有形状呈环形的沟槽，这样的从截面上看，片体和连接部呈V字形结构，防爆片的厚度在沟槽处的厚度最薄以使电芯内压力剧增时，V字形结构受压向中间拉伸，此时V字形结构底部处应力最大，所述防爆片自所述沟槽处断裂泄压。这样的防爆片强度好，不存在气密性问题，且生产工艺简单，易于量产化。

Description

动力电池壳体及其制造方法

技术领域

本发明涉及动力电池领域，特别是一种动力电池壳体及其制造方法。

背景技术

目前，随着新能源交通工具所使用的动力电池容量需求越来越大，动力电池往往采用含镍比例越来越高的电芯，这种高能电芯被广泛用于各种运输场景中。然而含镍比例高的电芯，能量密度高，在动力电池在实际使用的过程中，可能会由于短路或别的原因，导致电池内部气压升高至超过安全值，而产生***等隐患。为了尽量降低隐患，电池盖板上一般会设置防爆片，目前常见的防爆片通常单独制造，然后通过激光焊接的方式焊接在顶盖上，或者电池壳体上。而焊接常常伴随着有裂纹、气孔、夹杂等缺陷的存在，对焊道的气密性和强度有很大影响，容易造成电池不良。另一方面，目前的防爆片原材料均来自国外，单片成本较高，同时激光焊接成本相对较高，造成了生产成本高的问题。

现有技术中，也有研究人员提出直接在顶盖片上冲压加工成型出与顶盖片一体化的防爆阀，以省去焊接工序，既能保证顶盖片的安全性能，又能节约装配顶盖片与防爆阀的装配时间。比如CN108461665A中公开的二次电池顶盖，其采用的结构是单纯的减薄设计，以薄壁厚作为防爆片的***点，以实现当电池内部气压升高，防爆片***的功能。然后这种防爆片加工工艺复杂，同样存在生产成本高的问题，不利于一体式防爆片产业化。因此，急需提供一种新的顶盖结构以解决上述的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种动力电池壳体，将防爆片一体冲压形成于所述电池壳体上，以简化制造工序、提升制造效率，降低原材料成本。

本申请的动力电池壳体包括设有多个表面的壳体及冲压形成于一个表面上的防爆片，防爆片包括自所述壳体一个表面冲压向内凹陷形成的连接部、形成于所述连接部内的片体及加工形成片体周缘或连接部上的沟槽，沟槽形成在所述片体或所述连接部靠近电芯的一面上，防爆片的厚度在沟槽处的厚度最薄以使电芯内压力剧增时，所述防爆片自所述沟槽处断裂泄压。

优选地，沟槽在连接部靠近电芯的一面上和远离电芯的一面上同时设置，这样的沟槽的壁厚更加薄，***更加容易，这样设计人员可以根据电池内部泄压需求，设置不同的泄压气压。

优选地，片体可以根据实际情况可以是形状为外凸的曲面，片体向远离电芯的方向凸起，曲面接触内部空气的面积更大，有利于增加内部气压对沟槽的作用力，提高***的稳定性。

另外，在片体上还可以成型刻痕，刻痕部位壁厚比沟槽部位壁厚更加薄弱，在内部压力作用下刻痕优先撕裂，然后带动沟槽一起撕裂，这样可以提高气压敏感性。

本申请中的动力电池壳体可以是顶盖，也可以是方形电池外壳，还可以是圆柱电池外壳。

此外，本申请还提供一种上述动力电池壳体成型方法，其成型步骤包括：

S1加热，将动力电池壳体加热至指定温度区间；

S2润滑，在成型模具上喷涂一层润滑剂；

S3成型，在润滑后的成型模具上成型动力电池上的防爆片，成型后的防爆片包括自所述壳体一个表面冲压向内凹陷形成的连接部、形成于所述连接部内的片体及加工形成片体周缘或连接部上的沟槽，沟槽形成在所述片体或所述连接部靠近电芯的一面上；

优选地，一种动力电池壳体成型方法还包括，在成型后，对动力电池壳体表面远离电芯的一面的沟槽和/或刻痕进行加工。

进一步的，对动力电池壳体表面远离电芯的一面的沟槽和/或刻痕进行加工的加工方式，可以是通过变形加工的形式，比如冲压，也可以是减材加工的形式，比如切屑加工或者激光加工，亦或者是电火花加工等等。

本发明的动力电池壳体冲压有形成在其一个表面上的防爆片，在冲压成型过程中，利用金属流动的特性，在连接部上的材料拉伸，使得连接部的壁厚减小，再配合模具在连接部靠近电芯的一面上成型出壁厚更加薄的沟槽，为了方便理解，我们从截面上看，片体和连接部呈V字形结构，而靠近电芯的一面上成型有环形沟槽正处于V字形结构底部，当内部气压升高时，V字形结构受压向中间拉伸，此时V字形结构底部处应力最大，沟槽容易因此产生剪切应力集中并迅速撕裂，形成***，从而释放内部压力。

这里考虑防爆片在实际***过程中的受力情况，***过程中，V字形结构两侧变形引起的底部剪切力应力集中，只需要在应力集中部位设立一个缺口，就会造成V字形结构快速撕裂，从而实现防爆片失效，而这正好可以在电池的防爆片上作为一种***形式。

此外，在片体设置刻痕，与沟槽联动***，可以增加一体式防爆片的压力敏感度。

采用这种防爆片，电池整体强度好，不存在气密性问，并且加工方面，工艺简单，可以适用于产业化。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为具有本发明动力电池顶盖的结构示意图；

图2为成型在顶盖片上的防爆片的截面视图；

图3为成型在顶盖片上的防爆片的另一方案截面视图；

图4为成型在顶盖片上的防爆片的另一方案截面视图；

图5为具有本发明方形电池外壳的结构示意图；

图6为成型在方形电池外壳上的防爆片的截面视图；

图7为具有本发明圆柱电池外壳的结构示意图；

图8位成型在圆柱电池外壳上的防爆片的截面视图。

说明书附图标记如下：

顶盖片1、防爆片11、基部111、连接部112、片体113、沟槽114、方形电池外壳2、防爆片21、本体22、开口23、基部211、连接部212、片体213、沟槽214、刻痕215、防爆片31，圆柱电池外壳3、本体32、开口33、刻痕315、基部311、连接部312、片体313，沟槽314。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中所述的电池壳体指电池中用于封闭电芯的外部组件，可以是顶盖，也可以是电池外壳，这里的电池外壳为半封闭结构，并至少有一个开口。

下面通过具体实施方式对本发明的动力电池壳体及其成型方法进一步详细说明：

实施例1

请参阅图1所示，本申请动力电池壳体在实施例1中为一种动力电池顶盖，所述动力电池顶盖包括顶盖片1及一体冲压成型于所述顶盖片1上的防爆片11。请继续参阅图2所示，所述防爆片11包括自所述顶盖片1向内冲压折弯形成的连接部112、形成于所述连接部112中间的片体113及切割形成于所述片体113或连接部112周缘的沟槽114。所述连接部112为倾斜面。

优选地，所述沟槽114为闭环结构，且冲压成型于所述片体112与所述连接部112的结合处。所述沟槽114可以只冲压设置于所述片体112的外表面或下表面或上下表面同时冲压形成所述沟槽114。

优选地，所述沟槽114冲压形成于所述连接部112的表面上，可以同时在所述连接部112的上下表面同时冲压形成上下对应的沟槽114。所述防爆片11还包括基部111，连接部112，片体113，所述基部111为防爆片11顶盖片本体，所述连接部112为一环形区域分割基部111以及所述片体113，基部111、连接部112以及片体113一体成型,所述连接部112与所述片体113的起点的切线方向的夹角为120°。

所述连接部112靠近电芯的一面上成型有形状呈环形的沟槽114,所述沟槽114相对于所述连接部112表面向内凹陷，所述连接部112部位壁厚小于所述基部111部位壁厚，这样所述连接部112上的沟槽114部位壁厚最小。

这样的从截面上看，所述片体113和所述连接部112呈V字形结构，而所述连接部112靠近电芯的一面上成型有环形沟槽正处于V字形结构底部，当内部气压升高时，V字形结构受压向中间拉伸，此时V字形底部处应力最大，所述沟槽容易因此产生剪切应力集中并迅速撕裂，形成***，从而释放内部压力，有效排放出内部高压气体。

实施例2

在另一方案中，请参阅如图3中所示的另一防爆片11的截面，所述防爆片11包括基部111，连接部112，片体113，所述基部111为防爆片11顶盖片本体，所述连接部112为一环形区域分割基部111以及所述片体113，基部111、连接部112以及片体113一体成型，所述防爆片11的所述连接部112靠近电芯的一面和远离电芯的一面上均成型有形状呈环形的沟槽114,所述沟槽114相对于所述连接部112表面向内凹陷，所述连接部112部位壁厚小于所述基部111部位壁厚，这样所述连接部112上的沟槽114部位壁厚最小，使得所述沟槽114在内部压力作用下可以优先撕裂。

与实施例1不同的是，在连接部112的两侧都设置有所述沟槽114，这样的从截面上看，所述片体113和所述连接部112呈V字形结构，所述连接部112靠近电芯的一面上成型的环形沟槽正处于V字形结构底部，所述连接部112远离电芯的一面上成型的环形沟槽处于V字形结构底部夹角内侧。所述连接部112与所述片体113的起点的切线方向的夹角为95°。

当内部气压升高时，V字形结构受压向中间拉伸，此时V字形结构底部处应力最大，内侧的沟槽能够允许V字形结构的变形量更大，外侧的沟槽使得V字形结构底部更容易因此产生剪切应力集中并迅速撕裂，形成***，从而释放内部压力，有效排放出内部高压气体。这样的沟槽114部位的壁厚更加薄，防爆片11***更加容易，这样设计人员可以根据电池内部泄压需求，设置不同的泄压气压。

实施例3

在另一方案中，请参阅如图4中所示的另一防爆片11的截面，所述防爆片11包括基部111，连接部112，片体113，所述基部111为所述防爆片11顶盖片本体，所述连接部112为一环形区域分割所述基部111以及所述片体113，基部111、连接部112以及片体113一体成型，所述片体113向远离电芯的方向凸起，所述连接部112与所述片体113的起点的切线方向的夹角为60°。所述防爆片11的连接部112靠近电芯的一面成型有形状呈环形的沟槽114,所述沟槽114相对于连接部112表面向内凹陷，这样的从截面上看，所述片体113和连接部112呈V字形结构，而所述连接部112靠近电芯的一面上成型有环形沟槽正处于V字形底部。

所述片体113向远离电芯的方向凸起，形成拱形结构，片体113的表面积更大，内部气压作用在这样的V字形结构的作用面积也会更大，产生的作用力也会更大，这样会使得传递到所述沟槽的应力的更大，导致沟槽更容易撕裂，

所述连接部112与所述片体113的起点的切线方向的夹角为60°，V字形结构底部受力更大，更容易达到***点。

这样的设置提高了所述防爆片11对电池内部气压的敏感度，提高***的稳定性。

实施例4

请参阅如图5所示，所述动力电池为方形电池外壳2，所述方形电池外壳包括一体冲压成型于所述方形电池外壳2的任一外壁或者多个外壁上的防爆片21，所述方形电池外壳2还包括本体22以及开口23，所述开口23可以与顶盖片配合封闭所述方形电池外壳2。请继续参阅图6，其截面如图所示，所述防爆片21包括基部211、连接部212、片体213，基部211为所述防爆片21所在方形电池外壳2一面的本体22，所述连接部212为一环形区域分割所述基部211以及所述片体213，基部211、连接部212以及片体213一体成型，所述连接部212靠近电芯的一面上和远离电芯的一面上均成型有形状呈环形的沟槽214,所述沟槽214相对于连接部212表面向内凹陷，所述连接部112与所述片体113的起点的切线方向的夹角为120°。

这样的从截面上看，所述片体213和所述连接部212呈V字形结构，而所述连接部212靠近电芯的一面上成型的环形所述沟槽正处于V字形底部。当内部气压升高时，V字形结构受压向中间拉伸，此时V字形底部处应力最大，沟槽容易因此产生剪切应力集中并迅速撕裂，形成***，从而释放内部压力，有效排放出内部高压气体。

所述片体213上还有刻痕215，所述刻痕215部位壁厚比所述沟槽213部位壁厚更加薄弱，在内部压力作用下所述刻痕215优先撕裂，然后带动沟槽214一起撕裂，这样可以所述防爆片21对气压的敏感性。

另外，还可以根据设计需求，将所述片体213成型成向远离电芯的方向凸起，形成拱形结构，使得内部气压的作用在片体213的面积更大，这样会使得传递到所述沟槽的应力的更大，这样的设置提高了所述防爆片21对电池内部气压的敏感度，提高***的稳定性。

实施例5

请参阅如图7所示，所述动力电池为圆柱电池外壳3，所述方圆柱电池外壳3包括一体冲压成型于所述圆柱电池外壳3底部的防爆片31所述圆柱电池外壳3还包括本体32以及开口33，开口33可以与顶盖片配合封闭所述圆柱电池外壳3，所述防爆片31上还成型有刻痕315。所述防爆片31的截面请参阅如图8所示，所述防爆片31包括基部311，连接部312，片体313，所述基部311为所述防爆片21所在圆柱电池外壳3底面的本体，所述连接部312为一环形区域分割所述基部311以及所述片体313，基部311、连接部312以及片体313一体成型，所述连接部312靠近电芯的一面上和远离电芯的一面上均成型有形状呈环形的所述沟槽314,所述沟槽314相对于所述连接部312表面向内凹陷。所述连接部312与所述片体313的起点的切线方向的夹角为60°。

这样的从截面上看，所述片体313和所述连接部312呈V字形结构，所述连接部312靠近电芯的一面上成型的环形沟槽正处于V字形结构底部，所述连接部312远离电芯的一面上成型的环形沟槽处于V字形结构底部夹角内侧。

当内部气压升高时，V字形结构受压向中间拉伸，此时V字形结构底部处应力最大，内侧的所述沟槽能够允许V字形结构的变形量更大，外侧的沟槽使得V字形结构底部更容易因此产生剪切应力集中并迅速撕裂，形成***，从而释放内部压力，有效排放出内部高压气体。所述连接部312与所述片体313的起点的切线方向的夹角为60°，V字形结构底部受力更大，更容易达到***点。

刻痕315成型在所述片体313上，所述刻痕315部位壁厚比沟槽313部位壁厚更加薄弱，在内部压力作用下刻痕315优先撕裂，然后带动所述沟槽314一起撕裂，这样可以所述防爆片31对气压的敏感性。

实施例6

本实施例具体对一种动力电池壳体的成型方法进行描述，请参阅如图5所示，所述动力电池为方形电池外壳2，所述方形电池外壳包括一体冲压成型于所述方形电池外壳2的任一外壁或者多个外壁上的防爆片21，所述方形电池外壳2还包括本体22以及开口23，所述开口23可以与顶盖片配合封闭所述方形电池外壳2。请继续参阅图6，其截面如图所示，所述防爆片21包括基部211、连接部212、片体213，基部211为所述防爆片21所在方形电池外壳2一面的本体22，所述连接部212为一环形区域分割所述基部211以及所述片体213，基部211、连接部212以及片体213一体成型，所述连接部212靠近电芯的一面上和远离电芯的一面上均成型有形状呈环形的沟槽214,所述沟槽214相对于连接部212表面向内凹陷，所述连接部112与所述片体113的起点的切线方向的夹角为120°。

本申请还提供一种上述动力电池壳体成型方法，其成型步骤包括：

S1，加热，将方形电池外壳2加热至380-450摄氏度；

S2，润滑，在成型模具上喷涂一层润滑剂，润滑剂成分配比为油酸80％-90％，石蜡10％-20％(按重量比)；

S3，成型，在润滑后的成型模具上所述方形电池外壳2的防爆片21，成型后的所述防爆片包括自所述壳体一个表面冲压向内凹陷形成的连接部212、形成于所述连接部内的片体213及形成于片体周缘或连接部上的沟槽214，所述沟槽214形成在所述连接部212靠近电芯的一面上；

S4，对成型后动力电池壳体表面远离电芯的一面的沟槽214和刻痕215进行激光加工，沟槽214和刻痕215达到设计尺寸。

Claims (10)

1.一种动力电池壳体，包括设有多个表面的壳体及冲压形成于一个表面上的防爆片，其特征在于，所述防爆片包括自所述壳体一个表面冲压向内凹陷形成的连接部、形成于所述连接部内的片体及加工形成于所述片体周缘或所述连接部上的沟槽，所述沟槽形成在所述片体或所述连接部靠近电芯的一面上，所述防爆片的厚度在所述沟槽处的厚度最薄以使电芯内压力剧增时，所述防爆片自所述沟槽处断裂泄压。

2.根据权利要求1所述的一种动力电池壳体，其特征在于，所述连接部远离电芯的一面上成型有环形的沟槽。

3.根据权利要求1所述的一种动力电池壳体，其特征在于，所述片体向远离电芯的方向凸起，形成拱形结构。

4.根据权利要求1所述的一种动力电池壳体，其特征在于，在所述片体上还可以成型刻痕，所述刻痕部位壁厚小于所述沟槽部位壁厚。

5.根据权利要求1所述的一种动力电池壳体，其特征在于，所述表面为动力电池顶盖片基体或者方形电池壳体外壁或者圆形电池底面。

6.根据权利要求1所述的一种动力电池壳体，其特征在于，连接部与片体的起点的切线方向的夹角为60-120°。

7.一种根据权利要求1-6中任一权利要求所述动力电池壳体的成型方法，其特征在于，其成型步骤包括：

S1加热，将所述动力电池壳体加热至指定温度区间；

S2润滑，在成型模具上喷涂一层润滑剂；

S3成型，在润滑后的成型模具上成型所述动力电池壳体上的防爆片，成型后的所述防爆片包括自所述动力电池壳体一个表面冲压向内凹陷形成的连接部、形成于所述连接部内的片体及加工形成片体周缘或连接部上的沟槽，所述沟槽形成在所述片体或所述连接部靠近电芯的一面上。

8.根据权利要求7所述的动力电池壳体的成型方法，其特征在于在成型后，对所述动力电池壳体表面远离电芯的一面的沟槽和/或刻痕进行加工。

9.根据权利要求8所述的动力电池壳体的成型方法，对所述动力电池壳体表面远离电芯的一面的所述沟槽和/或所述刻痕进行加工的加工方式，可以是通过变形加工的形式,也可以是减材加工的形式。

10.根据权利要求9所述的动力电池壳体的成型方法，所述变形加工具体为冲压或者锻压；所述减材加工具体为切屑加工或者激光加工，亦或者是电火花加工。

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