CN116670921A - 泄压机构、电池单体、电池、用电装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种泄压机构、电池单体、电池、用电装置及其制造方法。泄压机构设置于电池单体的壳体板，包括：连接部，其位于所述泄压机构外周边区域，用于与所述壳体板连接；第一部分，其一端与所述连接部连接，另一端向电池单体内部方向倾斜伸出；薄弱部，其连接于所述第一部分的所述伸出的一端；以及第二部分，其具有向电池单体内部方向凸出的形状，其外边缘区域与所述薄弱部连接，其中，当所述电池单体内部温度或气压小于第一预定值时，所述薄弱部受到所述第一部分和/或所述第二部分的挤压。本申请实施例的技术方案，能够有效延长泄压机构的寿命。
Description
本申请涉及电池领域，具体涉及一种泄压机构、电池单体、电池、用电装置及其制造方法。
电池在例如过度充电、被金属导体刺穿极片以及热箱测试等情况下，内部会迅速地积聚热量、气体，从而造成内部的气压增加，严重时甚至会导致电池的膨胀和***。
因此，电池通常设置有泄压机构，当电池内部的气压或温度增加到一定程度时，泄压机构及时打开，内部气体经由泄压机构释放，从而避免电池发生***。现有技术中，即使电池处于正常工作状态，电池内部的气压小于泄压机构的设计致动压力，泄压机构有时也会失效，导致泄压机构的使用寿命减少，对电池的安全性能产生影响。
发明内容
本申请实施例提供一种泄压机构、电池单体、电池、用电装置及泄压机构制造方法，能够防止泄压机构在气压较小的情况下失效，保证泄压机构使用寿命，并提高电池的安全性能。
第一方面，提供了一种泄压机构，设置于电池单体的壳体板，包括：连接部，其位于所述泄压机构外周边区域，用于与所述壳体板连接；第一部分，其一端与所述连接部连接，另一端向电池单体内部方向倾斜伸出；薄弱部，其连接于所述第一部分的所述伸出的一端；以及第二部分，其具有向电池单体内部方向凸出的形状，其外边缘区域与所述薄弱部连接，其中，当所述电池单体内部气压或温度小于第一预定值时，所述薄弱部受到所述第一部分和/或所述第二部分的挤压。
在本申请实施例的泄压机构中，在电池单体内部的气压作用下，向电池单体内部方向倾斜伸出的第一部分、和具有向电池单体内部方向凸出的形状的第二部分向背离电池单体内部方向移动或有向背离电池单体内部方向移动的趋势，第一部分受到连接部的约束。因此，在电池单体内部的气压或温度较小，具体而言，小于第一预定值时，泄压机构的电池单体内部一侧的轮廓存在周长减小、向泄压机构中心收缩的趋势，使薄弱部受到第一部分和/或第二部分的挤压，可以抑制薄弱部的开裂，从而防止泄压机构在气压较小的情况下蠕变失效，有效延长泄压机构的寿命。
在一些实施例中，当电池单体内部的气压或温度进一步增加到大于或等于第一预定值时，第一部分和第二部分进一步向背离电池单体内部方向发生移动，使得具有向电池单体内部方向凸出的形状的第二部分变形为向背离电池单体内部方向凸出的形状，此时薄弱部受到第一部分和/或第二部分的拉伸，促进薄弱部的开裂，实现快速泄压，更加有效地避免电池发生***。
在一些实施例中，所述第一部分的厚度大于或等于所述第二部分的厚度。由于第二部分相对较薄而第一部分相对较厚，当电池单体内部气压或温度进一步增加到大于或等于第一预定值时，第二部分更容易、更迅速地变为向背离电池单体内部方向凸出的形状，并产生较大的变形，而第一部分则产生较小的变形，从而对薄弱部进行更有效的拉伸，促进薄弱部的开裂，实现快速泄压，避免电池发生***。
在一些实施例中，当所述电池单体内部温度或气压大于或等于第二预定值时，所述薄弱部致动而使得所述电池单体内部压力通过所述泄压机构泄放。即，第二预定值是泄压机构的***压力或温度，当电池单体内部温度或气压大于或等于第二预定值时，薄弱部致动实现泄压功能。
在一些实施例中，所述第二部分还包括中间区域，所述中间区域与所述外边缘区域连接，并且所述中间区域基本平行于设置所述泄压机构的所述壳体板的部位。
由于中间区域基本平行于所述端盖，因此第二部分不会发生过于剧烈 的变形，从而不容易在第二部分发生开裂，能够降低从薄弱部以外的位置致动的风险。
在一些实施例中，所述第二部分设置有薄壁区。
设置薄壁区能够使第二部分更容易在气压的作用下发生变形。当泄压机构的尺寸较小，不容易将第二部分整体做得足够薄时，设置薄壁区能够容易地实现第二部分的变形，促进薄弱部致动。
在一些实施例中，在所述第一部分设置有加强结构。
设置加强结构能够提高第一部分的强度，增强对薄弱部的支撑，防止第一部分发生不必要的变形，保证在较小的气压或温度下第一部分有效地对薄弱部进行挤压，抑制薄弱部的开裂，防止泄压机构在电池单体在正常工作致动，有效延长泄压机构的寿命。
在一些实施例中，所述加强结构包括设置在所述第一部分一侧表面的凸起的加强筋。
该加强筋可以增加第一部分的部分区域的厚度，提高第一部分的强度。
在一些实施例中，所述加强结构还包括设置在所述第一部分的另一侧表面、在与所述加强筋对应的位置的凹部。
该凹部可以提高第一部分的强度，而且该加强筋和凹部可以通过冲压成形，易于制造。
在一些实施例中，所述连接部为环形，包括两个直线部和分别与两个所述直线部的端部连接的两个弧形部，所述加强结构位于与所述直线部对应的所述第一部分上。
由于直线部处的第一部分的稳定性比弧形部差，因此，将加强结构设置在与直线部对应的位置上，能够更有效地提高第一部分的强度。
即，泄压机构的轮廓为跑道形状，这可以实现较大的排气面积，有利于泄压。
在一些实施例中，所述薄弱部的至少部分区域的厚度小于所述第一部分和第二部分的厚度。即，薄弱部的一部分的厚度没有减薄，因此当薄弱部 破裂时，第二部分不会随气流等排放物飞出。
在一些实施例中，所述薄弱部为凹槽。凹槽结构可以通过冲压成形，易于制造。
第二方面，本申请提供了一种电池单体，包括第一方面的泄压机构。
第三方面，本申请提供了一种电池，包括：第二方面的电池单体。
第四方面，本申请提供了一种用电装置，包括：第三方面的电池，该电池用于提供电能。
第五方面，提供了一种泄压机构制造方法，包括：提供连接部，将其设置于所述泄压机构外周边区域，用于与所述壳体板连接；提供第一部分，将其一端与所述连接部连接，另一端向电池单体内部方向倾斜伸出；提供薄弱部，将其连接于所述第一部分的所述伸出的一端；以及提供第二部分，使其具有向电池单体内部方向凸出的形状，使其外边缘区域与所述薄弱部连接；其中，当所述电池单体内部气压或温度小于第一预定值时，所述薄弱部受到所述第一部分和/或所述第二部分的挤压。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请一些实施例的车辆的结构示意图；
图2为本申请一些实施例的电池的结构示意图；
图3为本申请一些实施例的电池单体的***图；
图4为本申请一些实施例的端盖的主视图；
图5为图4的a-a剖视图；
图6为本申请一些实施例的泄压机构的立体图；
图7为图6的泄压机构的视图；
图8为图7的b-b剖视图；
图9为图8中区域X1的放大图；
图10为泄压机构在电池单体内部气压或温度小于第一预定值时的立体图；
图11为泄压机构的剖视图；
图12为图11的区域X2的放大图；
图13为电池单体内部气压或温度升高至大于或等于第一预定值，第二部分变为向上凸出状态时的立体图；
图14为泄压机构的剖视图；
图15为图14的区域X3的放大图；
图16为电池单体内部气压或温度升高至大于或等于第二预定值，泄压机构即将破裂时的立体图；
图17为泄压机构的剖视图；
图18为图17的区域X4的放大图。
图19为本申请一些实施例的泄压机构中与区域X1对应的部分的放大图，显示泄压机构的一个变形例；
图20为现有技术的泄压机构的初始状态；
图21为图20中区域X5的放大图；
图22为现有技术的泄压机构在较低气压下的状态；
图23为图22中区域X6的放大图；
图24显示现有技术中的泄压机构开裂的状态；
图25为图24的中区域X7的放大图；
图26为本申请另一实施例的泄压机构的局部放大图；
图27为本申请又一些实施例的泄压机构的立体图；
图28为图27的区域X9的放大图；
图29为图27的泄压机构另一方向上的立体图；
图30为图29的区域X10的放大图；
图31为图27的泄压机构在背离电池单体一侧的主视图；
图32为图31中的泄压机构的剖视图；
图33为图31中的泄压机构的另一剖视图；
图34本申请一些实施例的泄压机构的制造方法的示意性流程图；
具体实施方式中的附图标号如下：
电池单体1，
端盖10，壳体20，电极端子30，电极组件40，主体部41，极耳42，正极极耳421，负极极耳422，壳体板50，连接构件60；
泄压机构100，连接部101，第一部分102，薄弱部103，第二部分104；外边缘区域1041，中间区域1042，薄壁区1043；
加强结构1021，加强筋1021b，凹部1021a，局部加厚部1021c；直线部1011，弧形部1012；
比较例的泄压机构200，连接部201，第一部分202，薄弱部203，第二部分204；
控制器300，马达400，电池500；
箱体600，第一外壳601，第二外壳602；
车辆800。
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义，本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本申请中在申请的说明书中所 使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“附接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本申请中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
本申请中，电池单体可以包括锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等，本申请实施例对此并不限定。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。电池单体一般按封装的方式分成三种：柱形电池单体、方体方形电池单体和软包电池单体，本申请实施例对此也不限定。
本申请的实施例所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供更 高的电压和容量的单一的物理模块。例如，本申请中所提到的电池可以包括电池模块或电池包等。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。
电池单体包括电极组件和电解液，电极组件由正极片、负极片和隔离膜组成。电池单体主要依靠金属离子在正极片和负极片之间移动来工作。正极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面，未涂敷正极活性物质层的集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的集流体，未涂敷正极活性物质层的集流体作为正极极耳。以锂离子电池为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面，未涂敷负极活性物质层的集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的集流体，未涂敷负极活性物质层的集流体作为负极极耳。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质可以为碳或硅等。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。隔离膜的材质可以为PP或PE等。此外，电极组件可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构，本申请实施例并不限于此。
电池技术的发展要同时考虑多方面的设计因素，例如，能量密度、循环寿命、放电容量、充放电倍率等性能参数，另外，还需要考虑电池的安全性。
对于电池单体来说，主要的安全危险来自于充电和放电过程，同时还有适宜的环境温度设计，为了有效地避免不必要的损失，对电池单体一般会有至少三重保护措施。具体而言，保护措施至少包括开关元件、选择适当的隔离膜材料以及泄压机构。开关元件是指电池单体内的温度或者电阻达到一定阈值时而使电池停止充电或者放电的元件。隔离膜用于隔离正极片和负极片，可以在温度上升到一定数值时自动溶解掉附着在其上的微米级(甚至纳米级)微孔，从而使金属离子不能在隔离膜上通过，终止电池单体的内部反应。
泄压机构是指电池单体的内部压力或温度达到预定阈值时致动以泄放内部压力或温度的元件或部件。该阈值的数值根据设计需求不同而不同，取决于电池单体中的正极极片、负极极片、电解液和隔离膜中一种或几种的材料。泄压机构可以采用诸如防爆阀、气阀、泄压阀或安全阀等的形式，具体可以采用压敏或温敏的元件或构造。当电池单体的内部压力或温度达到预定阈值时，泄压机构执行动作或者泄压机构中设有的薄弱结构被破坏开裂，从而形成可供内部压力或温度泄放的开口或通道。
本申请中所提到的“致动”是指泄压机构产生动作或被激活至一定的状态，从而使得电池单体的内部压力及温度得以被泄放。泄压机构产生的动作可以包括但不限于：泄压机构中的至少一部分破裂、破碎、被撕裂或者打开，等等。泄压机构在致动时，电池单体的内部的高温高压物质作为排放物会从致动的部位向外排出。以此方式能够在可控压力或温度的情况下使电池单体发生泄压及泄温，从而避免潜在的更严重的事故发生。
本申请中所提到的来自电池单体的排放物包括但不限于：电解液、被溶解或***的正负极极片、隔离膜的碎片、反应产生的高温高压气体、火焰，等等。
电池单体上的泄压机构对电池的安全性有着重要影响。例如，当发生短路、过充等现象时，可能会导致电池单体内部发生热失控从而压力或温度骤升。这种情况下通过泄压机构致动可以将内部压力及温度向外释放，以防止电池单体***、起火。
在电池单体正常工作时，电池单体内部也会有一定的气压施加到泄压机构上，虽然该气压低于设计的初始致动气压的下限，但是在气压的持续作用以及电池单体内部温度作用下，泄压机构的晶界发生滑移，晶粒沿晶界扩散，最终使泄压机构在结构上变薄，导致泄压机构的压力承受能力降低，就有可能导致泄压机构在小于设定的致动压力作用下发生破裂而失效。
鉴于此，本申请提供一种泄压机构，该泄压机构包括一端向电池单体内部方向倾斜伸出的第一部分，和具有向电池单体内部方向凸出的形状的第 二部分。在电池单体内部的气压及温度的作用下，第二部分向背离电池单体内部方向移动，而第一部分受到连接部的约束，有向背离电池单体内部方向移动的趋势。因此，当电池单体内部的气压或温度较小时，具体而言，小于第一预定值时，泄压机构的电池单体内部一侧的轮廓存在周长减小、向泄压机构中心收缩的趋势，使薄弱部受到第一部分和/或第二部分的挤压，抑制薄弱部的开裂，防止泄压机构在气压较小的情况下开裂，有效延长泄压机构的寿命。
这里，将第一预定值定义为第一部分和/或第二部分从挤压薄弱部的状态变为拉伸薄弱部状态的气压或温度值。
本申请实施例描述的技术方案均适用于各种使用电池的装置，例如，手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动玩具、电动工具、电动车辆、船舶和航天器等，例如，航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等。
应理解，本申请实施例描述的技术方案不仅仅局限适用于上述所描述的设备，还可以适用于所有使用电池的设备。但为描述简洁，下述实施例均以电动车辆为例进行说明。
接下来，对本申请的具体实施例进行详细说明。
图1为本申请一个实施例的车辆800的结构示意图。车辆800可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。车辆的内部可以设置马达400，控制器300以及电池500，控制器300用来控制电池500为马达400的供电。例如，在车辆的底部或车头或车尾可以设置电池500。电池500可以用于车辆的供电，例如，电池500可以作为车辆的操作电源，用于车辆800的电路***，例如，用于车辆800的启动、导航和运行时的工作用电需求。在本申请的另一实施例中，电池500不仅仅可以作为车辆800的操作电源，还可以作为车辆800的驱动电源，替代或部分地替代燃油或天然气为车辆800提供驱动动力。
为了满足不同的使用电力需求，电池可以包括多个电池单体，其中，多个电池单体之间可以串联或并联或混联，混联是指串联和并联的混合。电 池也可以称为电池包。可选地，多个电池单体可以先串联或并联或混联组成电池模块，多个电池模块再串联或并联或混联组成电池。也就是说，多个电池单体可以直接组成电池，也可以先组成电池模块，电池模块再组成电池。
图2为本申请一个实施例的电池500的结构示意图。电池500可以包括多个电池单体1。电池500还可以包括箱体600(或称罩体)，箱体600为中空结构，多个电池单体1容纳于箱体600内。如图2所示，箱体600可以包括第一外壳601和第二外壳602，第一外壳601和第二外壳602扣合在一起。第一外壳601和第二外壳602的形状可以根据多个电池单体1组合的形状而定，第一外壳601和第二外壳602均具有一个开口。例如，第一外壳601和第二外壳602均可以为中空长方体且各自的一个面为开口面，第一外壳601的开口和第二外壳602的开口相对设置，并且第一外壳601和第二外壳602相互扣合形成具有封闭腔室的箱体。多个电池单体1相互并联或串联或混联组合后置于第一外壳601和第二外壳602扣合后形成的箱体内。
根据不同的电力需求，电池单体1的数量可以设置为任意数值。多个电池单体1可通过串联、并联或混联的方式连接以实现较大的容量或功率。由于每个电池500中包括的电池单体1的数量可能较多，为了便于安装，可以将电池单体1分组设置，每组电池单体1组成电池模块。电池模块中包括的电池单体1的数量不限，可以根据需求设置。例如，电池可以包括多个电池模块,这些电池模块可通过串联、并联或混联的方式进行连接。
图3为本申请一些实施例的电池单体1的***图。图4为本申请一些实施例的端盖10的俯视图。图5为图4中直线a-a处的、沿箭头A方向的剖视图。
如图3所示，电池单体1包括壳体板50以及设置于壳体板50内的电极组件40，壳体板50包括端盖10和壳体20，壳体20具有开口，电极组件40经由壳体20的开口设置于壳体20中。电极组件40包括主体部41和极耳42，极耳42从主体部41延伸。主体部41包括正极极片、负极极片和隔离膜。主体部41可以是由正极极片、隔离膜和负极极片通过卷绕形成的卷绕式结构， 也可以是由正极极片、隔离膜和负极极片通过层叠布置形成的层叠式结构。正极极耳421和负极极耳422可以位于主体部41的同一侧，也可以分别位于主体部41相对的两侧。在图3中，示例性的示出了正极极耳421和负极极耳422位于主体部41的同一侧的情况。端盖10覆盖壳体20的开口，形成用于容纳电极组件40和电解质的密闭空间，电解质可以是电解液。
如图3、图4、图5所示，作为一些实施例，泄压机构100设置在端盖10的大致中间部位，但是根据电极组件设置方式和位置的不同，泄压机构100也可以设置在壳体板50的其它位置。端盖10上还设置有两个电极端子30，电极端子30用于与极耳42电连接，用于输出电池单体1的电能，或者用于连接外部电源给电池单体充电。泄压机构100位于两个电极端子30之间。电池单体1还包括连接构件60，电极端子30与极耳42通过连接构件60电连接。
图6为本申请一些实施例的泄压机构100的立体图。图7为泄压机构100的朝向电池单体内部一侧的视图。图8为图7中直线b-b处的、沿箭头B方向的剖视图。图9为图8中区域X1的放大图。
图6至图9显示的是泄压机构100的初始状态，即未施加压力的状态。
如图6至图9所示，泄压机构100包括连接部101、第一部分102、薄弱部103和第二部分104。连接部101位于泄压机构100的外周边区域，用于与图3、图4、图5中的端盖10连接。作为一个实施例，比如，如图7所示，连接部101包括两个直线部1011和分别与两个直线部1011的端部连接的两个弧形部1012，整体呈跑道状。
如图9所示，第一部分102的一端与连接部101连接，另一端向电池单体1内部的电极组件40的方向，即图3中向下的方向倾斜伸出。薄弱部103连接于第一部分102的该伸出的一端。如图6、图8所示，第二部分104具有向电池单体1内部方向凸出的形状，第二部分104的外边缘区域1041与薄弱部103连接。当电池单体1内部气压或温度小于第一预定值时，薄弱部103受到第一部分102和/或第二部分104的挤压。
如图9所示，第一部分102整体比连接部101更靠近电池单体1内部。 第一部分102伸出部分的形状没有特殊限制，在本实施例中，如图9所示，第一部分102大致沿直线方向电池单体1内部伸出，但第一部分102也可以是以弧形、曲线形状伸出。
薄弱部103位于第一部分102和第二部分104之间，即位于第一部分102的伸出的一端，比第一部分102更靠近电池单体1内部。薄弱部103的强度小于第一部分102和第二部分104，在泄压时薄弱部103处致动泄压。
如图6、图7、图8所示，第二部分104为泄压机构100中面积最大的部分，位于泄压机构100的中部，包括外边缘区域1041和中间区域1042(见图8)，外边缘区域1041一端与薄弱部103连接，另一端与中间区域1042连接。第二部分104整体比薄弱部103更靠近电池单体1内部，且具有向电池单体1内部方向凸出的形状，比如，第二部分104为向电池单体1内部方向凸出的拱形，但也可以是不规则的凸出形状。如图8所示，第二部分104的外边缘区域1041向电池单体内部方向倾斜延伸，延伸方向与第一部分102伸出的方向大致相同，中间区域1042大致平行于设置泄压机构100的端盖10。
由于中间区域1042基本平行于端盖10，因此第二部分104不会发生过于剧烈的变形，从而不容易在第二部分104发生开裂，能够降低从薄弱部103以外的位置致动的风险。
图10至图18显示本申请的实施例的泄压机构100在不同气压或温度下的状态。
图10为泄压机构100在电池单体1内部气压或温度小于第一预定值时的立体图。图11为泄压机构100的剖视图，切剖位置和观察视角与图8相同，参见图8中的说明。图12为图11中区域X2的放大图。
在电池单体1正常工作时，电池单体1内部气压或温度较低。以下以气压为例说明。电池单体1内部的气压持续作用于泄压机构100，使得第一部分102、薄弱部103和第二部分104发生向上的移动或有向上移动的趋势，第一部分102、薄弱部103和第二部分104作为整体，轮廓周长减小、向中心收缩。
具体如图11、图12所示，由于第一部分102向电池单体1的内部倾斜，使得薄弱部103的位置相比于连接部101更靠近电池单体的内部，也就是薄弱部103的位置比泄压机构100与端盖10的固定点的位置更靠近电池单体的内部。并且，由于第一部分102的一端受到连接部101的约束，第一部分102的伸向电池单体1内部的一端沿图12中右侧箭头方向挤压薄弱部103，从而抑制薄弱部103的开裂，防止泄压机构100在电池单体1正常工作时蠕变失效，有效延长泄压机构的寿命。同样，如图12所示，第二部分104在气压作用下向上方移动，第二部分104沿图12中左侧箭头方向挤压薄弱部103，抑制薄弱部103的开裂，防止泄压机构100在电池单体1正常工作时蠕变失效，有效延长泄压机构100的寿命。
图13显示电池单体1内部气压或温度升高至大于或等于第一预定值，第二部分104变为向上翻转而凸出的过程状态图。图14为泄压机构100的剖视图，切剖位置和观察视角与图8、图11相同。图15为图14中区域X3的放大图。
如图13至图15所示，当电池单体1内部气压或温度上升，达到或超过第一预定值时，第一部分102、薄弱部103和第二部分104整体继续向上移动，其中第二部分104发生较大的变形，从向下凸出的形状向上翻转，变为向上凸出的形状。此时，第二部分104的中间区域1042移动到薄弱部103的上方，第一部分102受连接部101约束，移动很小。第二部分104翻转完成之后，第二部分104整体移动到薄弱部103上方，第二部分104从图12所示的挤压薄弱部103的状态变为拉伸薄弱部103的状态，促进薄弱部103开裂、有助于实现快速泄压。
这里，定义第二预定值时表示泄压机构100的预定泄压温度或压力值。即，当电池单体1内部的温度或压力值达到第二预定值时，泄压机构100致动、比如，薄弱部103开裂，电池单体1内部压力通过泄压机构100泄放。
图16为电池单体1内部气压或温度升高至大于或等于第二预定值，泄压机构100即将破裂时的立体图。图17为泄压机构100的剖视图，切剖位置 和观察视角与图8、图11、图14相同。图18为图17中区域X4的放大图。
如图16至图18所示，当电池单体1内部气压或温度到达第二预定值时，第一部分102、薄弱部103和第二部分104整体继续向上移动，对薄弱部103施加更大的拉伸力。第一部分102受到连接部101的约束，移动很小，因此形成第二部分104和第一部分102对薄弱部103的有效拉伸，导致薄弱部103破裂，释放电池单体1内部的压力。
图19显示图9中的泄压机构100的一个变形例。
如图19所示，在一些实施例中，第一部分102的厚度大于或等于第二部分104的厚度。
由于第二部分104相对较薄而第一部分102相对较厚，当电池单体1内部气压或温度增加时，较薄的第二部分104更容易、更迅速地变为向背离电池单体1内部方向凸出的形状，并产生较大的变形，而较厚的第一部分102产生较小的变形，因此第一部分102、第二部分104对薄弱部103形成较好的拉伸，促进薄弱部103开裂，实现快速泄压，有效地防止电池发生***。
作为比较例，以下说明现有技术的泄压机构。
图20为现有技术的泄压机构的剖视图，切剖位置和观察视角与图8相同。图21为图20中区域X5的放大图。
图20至图21显示的是泄压机构200的初始状态，即未施加压力的状态。
图20、图21所示的现有技术的泄压机构200包括连接部201、第一部分202、薄弱部203和第二部分204。泄压机构200的轮廓形状设置成与本申请的泄压机构100大致相同。如图20所示，第一部分202、第二部分204与连接部201位于同一平面，泄压机构200的第一部分202没有向电池单体内部伸出，第二部分204不具有向电池单体1内部方向凸出的形状。
图22显示现有技术的泄压机构200在较低气压下作用下的状态(切剖位置和观察视角与图20相同)。图23为图22中区域X6的放大图。
泄压机构200在电池单体正常工作时受电池单体内部气压作用，此时， 第一部分202和第二部分204向远离电池单体内部的方向发生移动，在电池单体内部气压的持续作用下，第一部分202和第二部分204分别沿图23中箭头方向对薄弱部203进行持续的拉伸，因此薄弱部203在电池单体正常工作时、在较小气压作用下就有可能开裂。
图24显示现有技术中的泄压机构开裂的状态(切剖位置和观察视角与图20相同)。图25为图24的中区域X7的放大图。
泄压机构200长时间受到电池单体内部气压作用，由于薄弱部203持续受到第一部分202和第二部分204的拉伸而产生蠕变，使第一部分202和第二部分204继续向上方移动，导致薄弱部203在电池单体正常工作的状态下就发生破裂，发生蠕变失效。
图26为本申请其他实施例的泄压机构的剖视图的局部放大图(切剖位置和观察视角与图8相同)。
如图26所示，在第二部分104设置有薄壁区1043，该薄壁区1043的厚度小于第二部分104中其它区域的厚度。在一些实施例中，薄壁区1043为向电池单体1内部方向开口的环形凹槽。
当泄压机构100尺寸较小时，需要将第二部分104设置得足够薄，才能保证第二部分104在气压或温度大于或等于第一预定值时变为向背离电池单体1内部方向凸出的状态，以促进薄弱部103的开裂，实现与大尺寸的泄压机构相同的泄压效果。但是，受到制造设备和制造工艺的限制，很难将第二部分104作得足够薄。为此，可以在第二部分104设置薄壁区1043，在气压作用下，与第二部分104的其它区域相比，薄壁区1043更容易发生变形，使得第二部分104容易变为向背离电池单体1内部方向凸出的状态。
本申请的薄壁区1043不限于上述结构，也可以是向背离电池单体1内部方向开口的环形凹槽，也可以在第二部分104的上表面和下表面都设置环形凹槽。此外，薄壁区1043形状没有特别限制，也可以不是环形，而是弧形、直线形或者其它形状，为保证均匀承受气压，优选在第二部分104上对称设置薄壁区1043。此外，薄壁区1043的数量也没有特别限制，可根据需要适当 设置。
图27为本申请其他实施例的泄压机构100的背离电池单体1内部方向一侧的视图。图28为图27的区域X9的放大图。
图29为图27的泄压机构100的另一侧的立体图。图30为图29的区域X10的放大图。
图31为图27的泄压机构100在背离电池单体1内部方向一侧的平面图。图32为图31中的泄压机构100的剖视图(切剖位置和观察视角与图8相同)。图33为图31中的泄压机构100的直线l-l处的，沿箭头L方向的剖视图。
在一些实施例中，如图27至图30所示，在第一部分102设置有加强结构1021。
对于尺寸较大的泄压机构，因为泄压机构100的面积较大，气压的压力较大，即使在气压较低时第一部分102也会发生较大移动，无法有效地挤压薄弱部103。如果增加第一部分102的厚度来防止其不必要的变形，则第一部分与设计的薄弱部103的厚度差过大，难以形成所需厚度的薄弱部103，导致制造成本的提高。为此，通过设置加强结构1021，能够加强第一部分102的强度，又易于加工。
在一些实施例中，如图33所示，在第一部分102一侧表面设置有凸起的加强筋1021b。加强筋1021b可以设置在第一部分102的背离电池单体1内部方向一侧，也可以设置在第一部分102的朝向电池单体1内部方向一侧。
在一些实施例中，在第一部分102的另一侧表面、在与加强筋1021b对应的位置设置有凹部1021a，具体如图33所示，加强筋1021b和凹部1021a构成加强结构1021。在本实施例中，凹部1021a凹陷的深度大于加强筋1021b凸出的高度，凹部1021a开口的宽度(图33中左右方向)小于加强筋1021b的宽度。因此，在凹部1021a的左右两侧形成两个局部加厚的区域1021c，该局部加厚区域1021c的厚度大于第一部分102中其它位置的厚度。这样的结构未增加第一部分102整体的体积，却能提高第一部分102在主要受力方向 上的强度。而且，这样结构的加强结构1021可以通过冲压成形，易于制造。
除以上结构外，加强结构1021也可以是将第一部分102部分区域进行化学处理而使强度增加的结构。
在一些实施例中，如图27、29、31，连接部101为环形的板状结构，可通过例如焊接方式连接至端盖10。焊接的位置可以在端盖10的外侧；当第一部分102延伸超过端盖厚度时，焊接的位置也可以在端盖10的内侧。连接部101包括两个直线部1011和分别与两个直线部1011的端部连接的两个弧形部1012，上述加强结构1021位于与直线部1011对应的第一部分102上。由于直线部1011处的第一部分102的稳定性比弧形部1012处的第一部分102差，因此，将加强结构1021设置在与直线部1011对应的位置上，能够更有效地提高第一部分102的强度。当然，根据需要，将强结构1021也可以设置在与弧形部1012对应的位置上。两个直线部1011彼此大致平行，两个直线部1011和两个弧形部1012构成的连接部101整体呈环形跑道形状。
与常见的圆形形状的防爆片相比，本实施例的连接部101呈环形跑道状，在将泄压机构100应用于小尺寸的电池单体时，对于相同的长宽区域，泄压时的排气面积更大，能够更快地排出气体。
在一些实施例中，泄压机构100在端盖10上的设置方式为，如图4所示，泄压机构100位于两个电极端子30之间，与直线部相比，两个弧形部分别靠近泄压机构100两侧的电极端子30，更具体地，两个弧形部1012的弧形中点的连线与两个电极端子30的连线在同一条直线上。例如，两个弧形部1012的弧形中点的连线与两个电极端子30的连线都在图4所示的a-a剖线上。这样，与其它的设置方向相比，泄压机构100受应力作用发生的形变最大。当然，泄压机构100也可以如图3所示的那样，设置成直线部更靠近电极端子30的方式。
在一些实施例中，薄弱部103的至少部分区域的厚度小于第一部分102和第二部分104的厚度，即，并非薄弱部103所有部分的厚度都小于第一部分102和第二部分104的厚度，只是薄弱部103的一部分的厚度小于第一部 分102和第二部分104的厚度，其他部分的厚度可以等于甚至大于第一部分102和/或第二部分104的厚度。
由于薄弱部103一部分的厚度没有减小，所以当薄弱部103破裂时，第二部分104不会随气流等排放物飞出。
在一些实施例中，薄弱部103为凹槽结构，比如，是向电池单体1内部的一侧开口的环形凹槽结构。而且，该环形凹槽结构可以包括多个断续的凹槽，即，满足薄弱部103的部分区域的厚度小于第一部分102和第二部分104的厚度。
由于薄弱部103为凹槽结构，薄弱部103的厚度和强度小于第一部分102以及第二部分104，所以薄弱部103容易开裂。
但薄弱部103不限于凹槽结构，只要薄弱部103的强度足够小于第一部分102和第二部分104的结构即可。例如，薄弱部103也可以是通过化学处理使得薄弱部103软化而强度下降的结构。
以上，对本申请实施例的泄压机构100进行了说明。
本申请另一方面，还提供一种电池500，包括上述的电池单体1。
本申请的又一方面，还提供一种用电装置，包括上述的电池500，其用于提供电能。可选地，用电装置可以为图1所示的车辆800，也可以是船舶或航天器。
本申请还提供了一种泄压机构的制造方法。
图34示出本申请一个实施例的泄压机构100的制造方法的流程图。
如图34所示，本实施例的制造方法包括：
步骤S1，提供连接部101，将其设置于泄压机构100外周边区域，用于与端盖10连接；
步骤S2，提供第一部分102，将其一端与连接部连接101，另一端向电池单体内部方向倾斜伸出；
步骤S3，提供薄弱部103，将其连接于第一部分102的上述伸出的一端；以及
步骤S4，提供第二部分104，使其具有向电池单体内部方向凸出的形状，使其外边缘区域与薄弱部103连接；其中，当电池单体内部气压或温度小于第一预定值时，薄弱部103受到第一部分102和/或第二部分104的挤压。
更具体而言，使用金属材料将上述连接部101、第一部分102及第二部分104经由模具一体成形。金属材料例如为铝箔、铜箔等。此时，第一部分102及第二部分104在外形上并没有区分开。在第一部分102及第二部分104的整体上通过冲压或切削等方式在预先设计的位置上形成凹槽状的薄弱部103，得到如图6至10所示的泄压机构100。通过选用适当的材料、设定第一部分102的厚度、第一部分102伸出的长度、第二部分104的面积、第二部分104的厚度、薄弱部103的厚度等等参数，可以实现在电池单体内部气压或温度小于第一预定值时薄弱部103受到第一部分102、第二部分104的挤压的效果。具体参数的设计根据泄压机构的尺寸等适当设定，本申请在此不做赘述。
在一个优选的实施例中，设置第一部分102的厚度大于或等于所述第二部分104的厚度。比如，这可以通过对成形模具进行形状的调整来实现。
在一个优选的实施例中，在第二部分104设置有如图26所示的薄壁区1043，以利于第二部分104的变形。薄壁区1043可通过对第二部分104进行冲压或切削等方式形成，也可以通过设置模具的形状与第二部分104一体成形。
在一个优选的实施例中，在第一部分102设置有如图27至32所示的加强结构1021，以对薄弱区103进行支撑。加强结构1021通过对第一部分102进行冲压的方式形成，也可以通过设置模具的形状与第一部分102一体成形。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (19)
- 一种泄压机构，设置于电池单体的壳体板，包括：连接部，其位于所述泄压机构外周边区域，用于与所述壳体板连接；第一部分，其一端与所述连接部连接，另一端向电池单体内部方向倾斜伸出；薄弱部，其连接于所述第一部分的所述伸出的一端；以及第二部分，其具有向电池单体内部方向凸出的形状，其外边缘区域与所述薄弱部连接，其中，当所述电池单体内部温度或气压小于第一预定值时，所述薄弱部受到所述第一部分和/或所述第二部分的挤压。
- 根据权利要求1所述的泄压机构，其中，当电池单体内部温度或气压大于或等于所述第一预定值时，所述第二部分从向电池单体内部方向凸出的形状变为向背离电池单体内部方向凸出的形状，所述薄弱部受到所述第二部分和/或所述第一部分的拉伸。
- 根据权利要求1或2所述的泄压机构，其中，所述第一部分的厚度大于或等于所述第二部分的厚度。
- 根据权利要求1-3任一项所述的泄压机构，其中，当所述电池单体内部温度或气压大于或等于第二预定值时，所述薄弱部致动而使得所述电池单体内部压力通过所述泄压机构泄放。
- 根据权利要求1-4任一项所述的泄压机构，其中，所述第二部分还包 括中间区域，所述中间区域与所述外边缘区域连接，并且所述中间区域基本平行于设置所述泄压机构的所述壳体板的部位。
- 根据权利要求1-5任一项所述的泄压机构，其中，所述第二部分设置有薄壁区。
- 根据权利要求1-6任一项所述的泄压机构，其中，在所述第一部分设置有加强结构。
- 根据权利要求7所述的泄压机构，其中，所述加强结构包括设置在所述第一部分一侧表面的凸起的加强筋。
- 根据权利要求8所述的泄压机构，其中，所述加强结构还包括设置在所述第一部分的另一侧表面、在与所述加强筋对应的位置的凹部。
- 根据权利要求8或9所述的泄压机构，其中，所述连接部为环形，包括两个直线部和分别连接两个所述直线部的端部的两个弧形部，所述加强结构位于与所述直线部对应的所述第一部分上。
- 根据权利要求1-10任一项所述的泄压机构，其中，所述薄弱部的至少部分区域的厚度小于所述第一部分和第二部分的厚度。
- 根据权利要求1-11任一项所述的泄压机构，其中，所述薄弱部为凹槽。
- 一种电池单体，其中，包括根据权利要求1-12任一项所述的泄压机构。
- 一种电池，其中，包括根据权利要求13所述的电池单体。
- 一种用电装置，其中，包括：根据权利要求14所述的电池，所述电池用于提供电能。
- 一种泄压机构制造方法，其特征在于，包括：提供连接部，将其设置于所述泄压机构外周边区域，用于与所述壳体板连接；提供第一部分，将其一端与所述连接部连接，另一端向电池单体内部方向倾斜伸出；提供薄弱部，将其连接于所述第一部分的所述伸出的一端；以及提供第二部分，使其具有向电池单体内部方向凸出的形状，使其外边缘区域与所述薄弱部连接；其中，其中当所述电池单体内部温度或气压小于第一预定值时，所述薄弱部受到所述第一部分和/或所述第二部分的挤压。
- 根据权利要求16所述的制造方法，其中，设置所述第一部分的厚度大于或等于所述第二部分的厚度。
- 根据权利要求16或17所述的制造方法，其中，在所述第二部分设置有薄壁区，以利于所述第二部分的变形。
- 根据权利要求16-18任一项所述的制造方法，其中，在所述第一部分设置有加强结构，以对所述薄弱区进行支撑。
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