CN100527475C - 电池罐 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池罐，该电池罐能提高抵抗内压的强度。有底筒状的电池罐通过使其底部(4)的内表面的端部和筒部(2或3)的内表面的端部相邻接且具有曲面的拐角部分(27或28)(由缓和区域D和曲率半径为r的曲面构成)的内径随着远离该底部(4)而增大，以谋求解决上述课题。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高了抵抗内压的强度的电池罐。
背景技术
使用于移动电话、PDA(掌上电脑)、笔记本电脑等中的二次电池在充电时及连续使用时会发热。因此，该发热使电解液或气体膨胀，导致在二次电池的内部产生较大的内压。有时会产生电池罐承受不了该内压而被破坏的现象。但是，只要这样的内压在一定基准内，就能使安全阀工作，防止电池的爆裂(例如，专利文献1、专利文献2)。
但是，电池逐年向小型化、薄型化发展，必须使电池的性能越来越高。为了提高电池性能，作为常规手段例举了增加电池罐的内容积(例如，专利文献3)。进而，为了不用改变外形就可增加内容积，期望使电池罐的侧壁薄到极限(例如，专利文献4)。
专利文献1：日本特开2001-23596号公报
专利文献2：日本特开平11-250886号公报
专利文献3：日本特开2002-015712号公报
专利文献4：日本特开2003-242936号公报
发明内容
但是，如上那样地使电池罐的侧壁薄到极限的结果就是，有可能发生载荷集中于电池的局部、甚至在低于安全阀工作压的压力下破坏电池罐的现象。
图1表示一般的电池罐的外观结构。图1(A)是电池罐1的外观立体图。图1(B)是图1(A)的Xa—Xb剖面图。图1(C)是图1(A)的Ya—Yb剖面图。
电池罐1是通过冲压加工将一张金属板成型为有底方筒状的外装罐。总体来说，电池罐1由长边侧壁2、短边侧壁3、底壁4、长边R壁5、短边R壁6、拐角壁7构成。底壁4形成电池罐1的底部，呈具有长边和短边的大致扁平状的长方形。
长边侧壁2是电池罐1的位于底壁4的长边侧的侧壁。短边壁3是电池罐1的位于底壁4的短边侧的侧壁。长边R壁5是底壁4和长边侧壁2的连结部分，其壁面具有曲面形状。短边R壁6是底壁4和短边侧壁3的连结部分，其壁面具有曲面形状。拐角壁7是长边侧壁2和短边侧壁3相邻接的角部分，其壁面具有曲面形状。图1所示那样的电池罐1的设计为惯常的设计。
图2是图1的K部分的放大图。电池罐1通常采用冲压加工制造。长边侧壁2和短边侧壁3由于在冲压加工时受到非常大的变薄挤压，因此除了使长边侧壁2和短边侧壁3的板厚变薄之外，还会产生最为严重的加工硬化。
其次，长边R壁5与短边R壁6的外表面及内表面分别具有曲率半径为R、r的大致曲面。该曲率半径R、r各自所构成的圆的中心CR、Cr位于不同的位置。
例如，考虑一下以R＝1.0(mm)、r＝0.6(mm)、长边侧壁2的板厚(附图标记12)＝0.2(mm)、短边侧壁3的板厚(附图标记12)＝0.2(mm)、底壁4的板厚(附图标记11)＝0.5(mm)来设计电池罐1的情况。在该情况下，从长边R壁5靠近长边侧壁2的部分以及从短边R壁6接近短边侧壁3的部分的侧壁壁厚急剧变薄，厚度减小。用图3对基于该设计的冲压加工进行说明。
图3表示采用冲压加工形成的电池罐1的外形。图3(A)为电池罐1的立体图。图3(B)为L部分的放大图。基于上述设计进行加工时，形成了由如下部分构成的电池罐1：较厚的底壁4，板厚较厚且加工硬化严重了的长边R壁5及短边R壁6，长边侧壁2及短边侧壁3。上述长边侧壁2及短边侧壁3与拐角壁7相邻接，上述拐角壁7因构造上的强度和加工硬化而增大了其强度。
此时，与短边侧壁3、底壁4、长边R壁5、短边R壁6、拐角壁7的强度相比，长边侧壁2由于板厚薄所以强度弱，有柔软性。因此，对电池罐1内施加内压时，能够在长边侧壁2上产生延展而弯曲。
在长边侧壁2上，中央部的延展最大，越靠近长边R壁5、拐角壁7，延展越少。即，越朝向长边侧壁2的中心部，延展越大。由此，即使对电池罐1的内部施加内压，也能够利用板材弯曲减轻其载荷。
但是，越靠近长边R壁5、短边R壁6、拐角壁7，板材的延展越少，不能在长边R壁5、短边R壁6及拐角壁7，与长边侧壁2之间的边界线上抵抗内压造成的载荷。因此，不能利用板材的延展来吸收内压，会在该边界部分处引起板材破坏。
尤其是，被长边R壁5和拐角壁7所包围的长边侧壁2的角部分(参照图3(B))是因加工硬化显著而不能期望侧壁伸展的部分。该部分由于各壁板厚的不同与加工硬化的不均，所以每一个壁抵抗内压的强度不同。因此，由于其壁间的强度的之差而在壁与壁的交界部分明显出现断层，从该部分开始破坏。在图2、图3中，用附图标记20表示那样被破坏的部分。
验证对电池罐1施加内压并直到电池罐1破坏为止的机理，结果确认是在长边R壁5及短边R壁6，与长边侧壁2、短边侧壁3及拐角壁7之间的包绕状的边界区域(以下称为A线)上发生破坏。
如前所述，该破坏现象的最大的原因是由抵抗内压的强度之差引起的断层(A线)引起的。另外，仅增大形成长边侧壁2与长边R壁5之间的内侧表面以及短边侧壁3与短边R壁6之间的内侧表面的曲面的曲率半径r，仍不能解决上述问题。
鉴于上述课题，本发明中提供一种提高抵抗内压的强度的电池罐。
本发明的有底筒状的电池罐的特征在于，包括拐角部分，该拐角部分包括缓和区域和与该缓和区域相连接的曲面，该缓和区域与该电池罐的筒部的内表面的端部相连接，该曲面与该电池罐的底部的内表面的端部相连接，且该缓和区域的内径随着远离该底部而增大。另外，其特征在于，上述电池罐的形状为有底方筒状。
另外，其特征在于，上述电池罐的材质为铝。另外，其特征在于，形成上述内径的表面的形状为锥状或大致锥状。另外，本发明的电池罐使用于电池的外装部分。
本发明的采用冲压加工将一张金属板成型为有底筒状的电池罐的制造方法的特征在于，进行上述冲压加工，形成拐角部分，该拐角部分包括缓和区域和与该缓和区域相连接的曲面，该缓和区域与该电池罐的筒部的内表面的端部相连接，该曲面与该电池罐的底部的内表面的端部相连接，且该缓和区域的内径随着远离该底部而增大。
通过使用本发明，能够提高抵抗内压的强度，所以能够防止在低于安全阀工作压的压力下破坏电池罐。
附图说明
图1表示通常的电池罐的外观结构。
图2是图1的K部分的放大图。
图3表示用冲压加工制成的电池罐1的外形的形成。
图4是将本实施方式的电池罐的底部的拐角附近的外观的一部分放大了的立体图。
图5是图4的放大部分M的剖面图。
图6是用于说明本实施例的破坏强度测定方法的图。
图7表示本实施例的电池罐的测定条件。
附图标记的说明
1 电池罐
2 长边侧壁
3 短边侧壁
4 底壁
5 长边R壁
6 短边R壁
7 拐角壁
27 锥面
28 圆滑曲面
具体实施方式
在本实施方式中，为了改善电池罐1的破坏，要关注抵抗内压的强度之差引起的断层，使集中于该断层的线上的局部上的力分散。
图4是将本实施方式的电池罐的底部的拐角附近的外观的一部分放大了的立体图。图4为与图3(B)的部分相对应的部分。在以往的包绕状的A线的上方设有与其大致平行的包绕状的B线。用图5说明该A线及B线的详细情况。
图5是图4的放大部分M的剖面图。图5与图2相对应。以下将以往的包绕状的在A线上方离开A线规定高度的包绕状的边界区域称为B线。并且，在A线和B线的同一侧壁之间设置用于缓和由抵抗内压的强度之差引起的断层的缓和区域D。
该缓和区域D的特征在于，使形成内侧壁曲面的曲率半径所构成的圆的圆心Cr从图2的圆心Cr的位置向电池罐1的内部方向移动而形成该缓和区域D的曲面，用锥面27将该移动了的曲面的端部(A线)与长边侧壁2的端部(B线)相连结，或者以要形成较大的圆滑的曲面28的方式用曲面28将该移动了的曲面的端部(A线)与长边侧壁2的端部(B线)相连结。
即，为了使长边侧壁2的板厚连续变化、使长边侧壁2与长边R壁5及短边R壁6相连结，使A线部分到B线部分之间的处于内侧方向的壁面形成为锥面27或者连续的光滑的曲面28(大致锥形状)。由此，能够使集中加载于由抵抗内压的强度之差引起的断层上的载荷分散到其整个锥面27或其整个曲面28上，所以能改善从区域D发生的破坏现象。
另外，在是R＝1.0(mm)、r＝0.6(mm)、长边侧壁2的板厚＝0.2(mm)、短边侧壁3的板厚＝0.2(mm)、底壁4的板厚＝0.5(mm)的电池罐1的情况下，A-B间的距离(附图标记25)(以下称为锥高)优选在1.5～2.0(mm)的范围内，用附图标记26表示的宽度(以下称为锥宽)优选在0.08～0.1(mm)的范围内。
下面对本实施方式的电池罐的制造方法进行说明。本实施方式的电池罐通过冲压成型来成型。所谓冲压成型是指用冲头和冲模等的一对模具(多数情况下为金属模具)夹压金属板来形成希望的形状。
首先，用一对深冲冲头和冲模对圆(椭圆)形的厚0.5mm的铝板进行冲压加工，形成有底方筒形状的外装罐。此时，要通过进行多次冲压加工逐渐成型，但在最后几次(例如最后的1次、2次)的冲压成型中，预先在深冲冲头的前端上设置规定的倾斜面(或圆滑的球面)。由此，用该深冲冲头进行冲压，在被该倾斜面加压的部分形成了锥面27(或曲面28)。
由此，对于采用冲压加工将一张金属板成型为有底筒状的电池罐1，其底部(4)的内表面的端部和上述筒部(2或3)的内表面的端部相邻接且具有曲面的拐角部分(27或28)(由缓和区域D和曲率半径为r的曲面构成)的内径随着远离该底部而增大。由此，能够使集中加载于由抵抗内压的强度之差引起的断层上的载荷分散到其锥面27的整个面或该曲面28的整个面上，所以能改善从区域D发生的破坏现象。
以下对涉及使用锥面27的电池罐的实施例进行说明。
实施例
以下对本实施方式的电池罐的破坏强度和以往的设计制品的破坏强度进行比较。
图6是用于说明本实施例的破坏强度测定方法的图。在本实施例中，使用长41(mm)、宽40(mm)、高4.9(mm)的铝制电池罐。如图6所示，将带有麦管状加压口31的金属性罩30焊接到电池罐1的上部的开口部上，从而密封该电池罐1。接着，从加压口31将压缩气体32注入到该被密闭了的电池罐1中，使电池罐1中的内压上升，测定破坏了电池罐1时的压力。
图7表示本实施例的电池罐的测定条件。在本实施例中，用R＝1.0(mm)、r＝0.6(mm)、短边侧壁3的板厚为0.3(mm)，拐角壁7的板厚为0.4(mm)、长边侧壁2的板厚为0.2(mm)的本实施方式的电池罐及以往制品进行对比测定。另外，本实施方式的电池罐在其底部4的拐角附近形成有锥高为0.08(mm)、锥宽为1.68(mm)的锥面27。
该对比分别对本实施方式的电池罐和以往制品各进行了5次试验。将该结果示于表1中。另外，作为参考，记载了长边侧壁2的板厚为0.22(mm)的以往制品。
表1
电池罐破坏强度对比表(Kgf/cm2)
根据表1，以往制品(板厚0.2(mm))的破坏强度的平均值为8.3(Kgf/cm2)，而本实施方式的电池罐的破坏强度的平均值为28.5(Kgf/cm2)。因而，可知本实施方式的电池罐能承受约为以往制品所能承受的内压的3.4倍的内压。
而且，对比两者的破坏了的部位来看，以往制品是在底部与筒体部之间的交界部分被破坏，而本实施方式的电池罐是筒体部破坏，而不是在对由抵抗内压的强度之差引起的断层部分发生破坏。结果是本实施方式的电池罐相当于板厚超过0.22(mm)的以往制品的电池罐。
另外，由内压所致的筒体部的破坏发生在材料的延展现象之后。由于筒体部的材料延展具有较高的稳定性，可以通过计算预测强度。另一方面，由于受到集中的内压而产生底部与筒体部之间的交界部分的破坏，所以其破坏强度显著低于筒体部的破坏强度，该底部与筒体部之间的交界部分的破坏是难以预测的(不能预测的致命的破坏)。
根据该结果可以确认：本实施方式的电池罐尽管具有与以往制品同等的外形及板厚，但其破坏强度较以往制品有所提高。
另外，本发明丝毫不限定于上述实施方式，可以在不改变本发明目的的范围内作适当改变而进行实施。另外，在实施例中，采用了铝制的电池罐，但电池罐的材质也不限定于此，例如，也可以是金、银、铜、铂、黄铜、铁、不锈钢、钛、镍、镁、陶瓷、玻璃等无机材料、或这些材料的组合。另外，其材质还可以是工程塑料等高分子有机材料或这些材料的组合。另外，本发明也不限于用于电池罐，也可以用于存在内压且要求薄壁化及轻量化的所有成型品。
另外，在本实施方式中，对用于有底方筒状的电池罐的情况进行了说明，但不限于此，也可以用于例如圆筒状、多边筒状的电池罐。
另外，在本实施例中，对涉及锥面27的实施例进行了说明，但在采用曲面28的情况下也能获得同样的效果。
如上所述，通过使用本发明，能够提高抵抗内压的强度，所以能够防止在低于安全阀工作压的压力下破坏电池罐。另外，对于逐年要求提升性能、倾向于薄板化的电池罐而言，本发明是越发有效的工艺设计。
Claims (6)
1.一种电池罐，该电池罐呈有底筒状，其特征在于，
包括拐角部分，该拐角部分包括缓和区域和与该缓和区域相连接的曲面，该缓和区域与该电池罐的筒部的内表面的端部相连接，该曲面与该电池罐的底部的内表面的端部相连接，且该缓和区域的内径随着远离该底部而增大。
2.根据权利要求1所述的电池罐，其特征在于，
上述电池罐的形状为有底方筒状。
3.根据权利要求1所述的电池罐，其特征在于，
上述电池罐的材质为铝。
4.根据权利要求1所述的电池罐，其特征在于，
形成上述内径的表面的形状为锥状或大致锥状。
5.一种电池，使用了权利要求1～4中任一项所述的电池罐。
6.一种电池罐的制造方法，该电池罐的制造方法采用冲压加工将一张金属板成型为有底筒状，其特征在于，
进行冲压加工，形成拐角部分，该拐角部分包括缓和区域和与该缓和区域相连接的曲面，该缓和区域与该电池罐的筒部的内表面的端部相连接，该曲面与该电池罐的底部的内表面的端部相连接，且该缓和区域的内径随着远离该底部而增大。
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