CN115117538A - 一种矩形承压壳体、电池外壳及大容量电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矩形承压壳体、电池外壳及大容量电池，主要解决现有电池壳体结构复杂以及成本较高的问题。该矩形承压壳体包括矩形壳体和至少一个外加劲肋。矩形壳体主要由四块侧板围设组成，且其内部腔体为电池容纳仓；相邻侧板的内壁和外壁均通过圆弧面连接，内壁圆弧面的圆心与外壁圆弧面的圆心错开设置，且内壁圆弧面的圆心角大于外壁圆弧面的圆心角，使得相邻两块侧板拐角连接处的壁厚大于侧板的壁厚；外加劲肋设置在矩形壳体的外壁上。本发明通过对电池壳体的结构进行更改，无需设置额外的其他承压部件，即可使得电池壳体的承压能力满足要求，该种方式电池整体的结构简单，安装过程简单。

Description

一种矩形承压壳体、电池外壳及大容量电池

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种矩形承压壳体、电池外壳及大容量电池。

背景技术

锂离子电池的应用领域十分广泛，近年来随着锂离子电池的进一步发展，将多个锂离子电池串联组装为大容量电池，使得大容量电池应用在储能、动力电池等领域。组装为大容量电池后，将大容量电池封装在盖板和壳体组成的腔体内，使其安全可靠的使用。但是，如何实现大容量电池的可靠封装是较为关键的部分。

大容量电池内由于封装有多块锂离子电池，在锂离子电池工作温度较高或出现热失控时，会产生高压高温气体，电池壳体内部压力增大，此时，电池壳体会发生鼓胀变形，甚至爆开。为增加电池壳体的安全性，目前一般是增加电池壳体的厚度或者在电池壳体上设置承压部件，以使得其承压能力满足要求。例如，中国专利申请CN109742270A公开一种承压锂电池，其包括承压防护组件、电源组件和密封配件，其中，承压防护组件包括电池仓、补偿皮囊、防护端盖及绝缘流体油，电池仓上开设有气压平衡通道，补偿皮囊与气压平衡通道连通，端盖与电池仓连接，防护端盖开设有水压平衡孔；电源组件包括多个容置于电池仓内的单体锂电池，绝缘流体油填充于电池仓及补偿皮囊内，并且绝缘流体油往返流动于气压平衡通道以实现电池仓内与补偿皮囊内的压力平衡，各单体锂电池均浸没于绝缘流体油内。该承压锂电池能量密度更高、承压能力较强、维护简单，能够为更深的潜航器提供动力。

再例如，中国专利申请CN113690529A公开了一种新能源汽车电池箱，其包括防护框架、仓体组件和至少四组固定装置，仓体组件设置在防护框架内部，用于电池组的置放防护；固定装置与仓体组件相连，用于仓体组件的连接固定；固定装置中，第一固定组件与防护框架相连，第二固定组件也与防护框架相连，用于配合第一固定组件进行仓体组件的稳定固定，该装置通过第一固定组件与第二固定组件配合，实现内部仓体组件与电池组的稳定架装固定，配合外部承压组件，在保证稳定性的同时，进一步提高电池组的散热效果，保证电池组运行效果。

由以上描述可知，上述结构具体通过承压防护组件或固定组件增加其承压能力，该类结构虽然能够增加电池壳体的承压能力，但是，其增加了额外的承压部件，使得电池壳体的结构复杂，同时，还增加了电池壳体的制造和安装成本。

发明内容

为解决现有电池壳体结构复杂以及成本较高等问题，本发明提供一种矩形承压壳体、电池外壳及大容量电池。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种矩形承压壳体，包括矩形壳体和至少一个外加劲肋：所述矩形壳体主要由四块侧板围设组成，且其内部腔体为电池容纳仓；相邻侧板的内壁和外壁均通过圆弧面连接，所述内壁圆弧面的圆心与外壁圆弧面的圆心错开设置，且内壁圆弧面的圆心角大于外壁圆弧面的圆心角，使得相邻两个侧板转角连接处的壁厚大于侧板的壁厚；所述外加劲肋设置在矩形壳体的外壁上。

进一步地，所述电池容纳仓内设置有多个分隔板，所述分隔板的高度小于电池容纳仓的高度，使得被分隔的多个腔体相互连通。

进一步地，所述多个分隔板平行且等距设置，使得电池容纳仓被分隔为多个大小相同的腔体。

进一步地，所述外加劲肋包括周向加劲肋和竖向加劲肋，所述周向加劲肋和竖向加劲肋呈网格状设置在矩形壳体外壁上。

进一步地，所述竖向加劲肋包括厚度依次增大的隔板加劲肋、副加劲肋、转角加劲肋和主加劲肋，所述隔板加劲肋与分隔板延伸的方向重合设置，所述副加劲肋设置相邻两个分隔板中间的壳体外壁上；所述转角加劲肋设置在相邻侧板连接的外壁圆弧面上，所述主加劲肋位于隔板加劲肋和转角加劲肋的中心位置处。

进一步地，所述矩形壳体的内壁上还设置有多个内加劲肋，多个内加劲肋沿矩形壳体的宽度方向排布、高度方向延伸。

进一步地，与分隔板平行的侧板外侧上还设置有多个侧向加劲肋，多个侧向加劲肋沿矩形壳体的宽度方向排布、高度方向延伸。

进一步地，所述矩形壳体上设置有泄压口，以将大容量电池热失控时产生的烟气泄出。

同时，本发明还提供一种电池外壳，包括上盖板、下盖板和上述的矩形承压壳体，所述上盖板、下盖板分别设置在矩形承压壳体两侧的敞口端。

此外，本发明还提供一种大容量电池，包括多个电池电芯以及上述的电池外壳，多个电池电芯设置在电池外壳内。

和现有技术相比，本发明技术方案具有如下优点：

本发明矩形承压壳体相邻侧板的内壁和外壁均通过圆弧面连接，该内壁圆弧面的圆心与外壁圆弧面的圆心错开设置，且内壁圆弧面的圆心角大于外壁圆弧面的圆心角，使得相邻侧板连接处的壁厚大于侧板的壁厚，从而增加了矩形承压壳体的承压能力。同时，该矩形承压壳体的外壁上还设置有外加劲肋，外加劲肋进一步增加了该矩形壳体的承压能力。本发明通过对电池壳体的结构进行更改，无需设置额外的其他承压部件，即可使得电池壳体的承压能力满足要求，该种结构的电池整体结构简单，安装过程简单。此外，该矩形承压壳体的成本较低，连接可靠，提高了电池的安全性和使用寿命。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1和实施例2中矩形承压壳体的结构示意图；

图2为本发明实施例1和实施例2中矩形承压壳体的剖面图；

图3为本发明实施例3中电池外壳的结构示意图；

图4为本发明实施例3中大容量电池的剖面图；

图5为本发明简支梁两支点的受力分析图；

图6为本发明悬臂梁一个支点的受力分析图。

附图标记：1-矩形壳体，2-电池容纳仓，3-分隔板，4-周向加劲肋，5-竖向加劲肋，6-内加劲肋，7-泄压口，8-上盖板，9-下盖板，10-电池电芯，11-侧板，51-隔板加劲肋，52-副加劲肋，53-主加劲肋，54-转角加劲肋，55-侧向加劲肋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。

本发明提供一种矩形承压壳体及包含该矩形承压壳体的电池外壳及大容量电池，该矩形承压壳体主要由四块侧板首尾依次连接围设组成，其内部腔体为电池容纳仓。相邻侧板的内壁和外壁均通过圆弧面连接，内壁圆弧面的圆心与外壁圆弧面的圆心错开设置，且内壁圆弧面的圆心角大于外壁圆弧面的圆心角，使得相邻两个侧板转角连接处的壁厚大于侧板的壁厚，从而增加了矩形壳体的承压能力。同时，该矩形承压壳体的外壁上还设置有外加劲肋，外加劲肋进一步增加了该矩形壳体的承压能力，从而有效避免了压力过大导致电池壳体发生变形、翘曲，甚至是结构破坏情况的发生。同时，本发明只需对电池壳体进行更改，无需设置额外的其他部件，使得电池壳体的承压能力满足要求，该种结构的电池整体结构简单，成本较低。此外，该矩形承压壳体的安装方式简单，安装效率较高，连接可靠，提高了电池的安全性和使用寿命。

本发明矩形承压壳体与圆形承压壳体的本质区别是：圆形或球形壳体因其结构是均匀的，所以其受力情况也是均匀的，没有明显的应力集中及受力不均的情况。而矩形壳体因为形状及连接的原因，除了内部分隔板是双向受平衡压应力以外，其它面的受力是不均匀的。这种不均匀性在XYZ三个方向上均存在。此时，将XY定义为一个受力面的高与宽，而Z则定义为与受力同向并指向产品厚度方向。在XY两个方向受力之所以不均，是因为各受力点距固定支点的距离不同，一定程度上可以将XY方向上的受力不均理解成为简支梁上的各点受力，而Z向的受力不均则相当于一个承弯梁在厚度方向上的受力不均。通过受力分析可以得知一个平面的中心，因为其距支点的距离最远，所以中心处的变形或者说是挠度最大。为了克服或减小中心处的变形，一般会对一个受力体的中心部位进行补强。一个典型的补强结构就是三角形的房梁结构，三角形房梁结构的本质是增加了一个受力梁中心的等效厚度，所以中心的抗弯惯性矩也就以厚度的三次方而增加，因此有效提高受力梁中心的刚度，大幅减小了此梁中心的变形。

基于以上的理论说明，具体到本发明的承压壳体，本发明在每个承压面中心的横向及纵向均设有加劲肋，此加劲肋大幅提高了各面中心的有效厚度及抗弯刚度。在加劲肋设置时，根据每个面受力的大小，而采用不同厚度的加劲肋，如在跨距最长的侧面上及与转角相邻的侧面上，因中心变形较大及受力复杂，所以本发明设置有最厚的加劲肋，为了进一步提升最长面的刚度，本发明在最长面的内侧也增设了内加劲肋。而在较短侧面的中心则设置了一般厚度的加劲肋，因为此处受力较小。在分隔板正外侧则设置最薄的加劲肋，因为此处的加劲肋受力最小，所以加劲肋的壁厚也最薄。

如图5和图6所示，两个相邻侧面的转角处，在受力分析时，可以被简化为简支架或悬臂梁的支撑点。有一个假设，那就是所有支点有无限的刚度及强度。或者说，支点的刚度与强度要远大于被支撑或被固定的物体。而在设计时，要求转角过渡处的内圆角要大于外圆角，这样的目的就是为了有效增加转角过渡处的壁厚，从而提高转角过渡处刚度及强度，这样就较大程度地保证了转角过渡处有支点的特性。通过ANSYS力学仿真模拟，转角过渡处若与侧壁为均匀等壁厚，与内圆角大于等于外圆角的结构相比，后者转角中心的最大应力值降低了约70％。所以本发明的外壳体从外观上来看是不均衡的，在两个方向上设置有加劲肋，但从受力分析及实际测试结果来看，壳体的受力却是均匀的。

与以上壳体结构相反的是，目前市场中的铝壳方形电池，从外观上看，其壳体是均匀平整的，结构也相对简单。这种壳体的五个面(上顶面为塑料复合件，五个面是指被蓝塑膜覆盖的五个面)的壁厚及过渡面基本是均匀的，甚至是因为折弯或多次拉伸的原因，转角处的厚度会更薄，完全没有考虑转角过渡处的支点性质。现有电池在模拟热失控测试时，多数会出现大面中心胀肚的情况，再进一步其失效的形式就是从转角过渡处爆裂。而本发明壳体则是从泄爆阀处进行安全泄压。以上理论分析可知，看似均匀平衡的传统矩形电池壳，在真正承压时，却是不均匀的，而本发明外壳体则可以均匀承压。

实施例1

如图1和图2所示，本发明提供的矩形承压壳体主要由四块侧板11围设组成，该矩形壳体1的内部腔体为电池容纳仓2；相邻侧板11的内壁和外壁均通过圆弧面连接，内壁圆弧面的圆心和外壁圆弧面的圆心错开设置，即内壁圆弧面的圆心和外壁圆弧面的圆心不同心，同时，该内壁圆弧面的圆心角大于外壁圆弧面的圆心角，使得相邻侧板11连接处的壁厚大于侧板11的壁厚。电池容纳仓2内设置有多个分隔板3，分隔板3的高度小于电池容纳仓2的高度，使得被分隔的多个腔体相互连通，连通后多个腔体内的压力相同。多个分隔板3平行且等距设置，使得电池容纳仓2被分隔为多个大小相同的腔体，该种设置便于模块化的安装和拆卸。该矩形承压壳体上设置有外加劲肋，外加劲肋包括周向加劲肋4和竖向加劲肋5，周向加劲肋4和竖向加劲肋5呈网格状设置在矩形壳体1外壁上，该外加劲肋能够进一步增加矩形承压壳体的承压能力。此外，矩形壳体1上设置有泄压口7，以将大容量电池热失控时产生的烟气泄出。

在该实施例中，竖向加劲肋5包括厚度依次增大的隔板加劲肋51、副加劲肋52、转角加劲肋54和主加劲肋53，隔板加劲肋51与分隔板3延伸的方向重合设置，副加劲肋52设置相邻两个分隔板3中间的壳体外壁上；转角加劲肋54设置在相邻侧板11连接的外壁圆弧面上，主加劲肋53位于隔板加劲肋51和转角加劲肋54的中心位置处。该种设置提高了矩形承压壳体的承压能力，保证内部安装环境的稳定，进而提高了电池模组的安全性能，具有结构强度高、整体性和稳定性强的特点。

实施例2

如图1和图2所示，本发明提供的矩形承压壳体主要由四块侧板11围设组成，该矩形壳体1的内部腔体为电池容纳仓2；相邻侧板11的内壁和外壁均通过圆弧面连接，内壁圆弧面的圆心与外壁圆弧面的圆心错开设置，且内壁圆弧面的圆心角大于外壁圆弧面的圆心角，使得相邻侧板11连接处的壁厚大于侧板11的壁厚。该电池容纳仓2内设置有多个分隔板3，分隔板3的高度小于电池容纳仓2的高度，使得被分隔的多个腔体相互连通，连通后多个腔体内的压力相同。多个分隔板3平行且等距设置，使得电池容纳仓2被分隔为多个大小相同的腔体，该种设置便于模块化的安装和拆卸。

在该实施例中，电池容纳仓2中心的分隔板3厚度最厚，其他分隔板3的厚度小于中心分隔板3的厚度，该种设置便于矩形承压壳体涂敷绝缘胶或密封胶。该矩形壳体1的外壁上设置有外加劲肋，该外加劲肋能够进一步增加矩形承压壳体的承压能力。具体的，外加劲肋包括周向加劲肋4和竖向加劲肋5，周向加劲肋4和竖向加劲肋5呈网格状设置在矩形壳体1外壁上，周向加劲肋4沿矩形壳体1的外壁高度中心设置，用于增加矩形壳体1的周向刚度。

在该实施例中，竖向加劲肋5包括厚度依次增大的隔板加劲肋51、副加劲肋52、转角加劲肋54和主加劲肋53，隔板加劲肋51与分隔板3延伸的方向重合设置，副加劲肋52设置相邻两个分隔板3中间的壳体外壁上；转角加劲肋54设置在相邻侧板11连接的外壁圆弧面上，主加劲肋53位于隔板加劲肋51和转角加劲肋54的中心位置处。同时，该矩形壳体1的内壁上还设置有多个内加劲肋6，多个内加劲肋6沿矩形壳体1的宽度方向排布、高度方向延伸。此外，与分隔板3平行的侧板11外侧上还设置有多个侧向加劲肋55，多个侧向加劲肋55沿矩形壳体1的宽度方向排布、高度方向延伸。该种结构使得电池始终处于安全、稳定环境，避免电池壳体强度不够发生短路，起火、爆炸等安全事故。

实施例3

如图1至图4所示，本实施例提供一种电池外壳，包括上盖板8、下盖板9以及实施例1或实施例2中的矩形承压壳体，上盖板8、下盖板9分别设置在矩形承压壳体两侧的敞口端。同时，本实施例还提供一种大容量电池，该大容量电池包括多个电池电芯10以及上述电池外壳；多个电池电芯10设置在电池外壳内。该电池外壳是一个矩形压力容器，能够承受较大的压力，该矩形壳体1中，短边壁薄，长边壁厚，圆角过渡处壁最厚。

该矩形承压壳体是一种矩形多腔的承压壳体，该矩形壳体1被分隔板3分隔为多个腔体，多个腔体之间相互连通；该分隔板3缩短了矩形壳体1长度方向的长度，增加了壳体的抗压刚度；每个内部分隔板3的厚度方向仅受双向平衡的压应力。同时，该矩形壳体1四个转角截面的内外圆角不同心，相比同心圆角，此结构的内部圆角更大些，加大内部过渡圆角可增加过渡处的壁厚。当矩形承压壳体中存在高压气体时，在侧壁变形处设置加劲肋，且不同位置的加劲肋厚度不同，不同厚度的加劲肋使得矩形壳体各方向的受力均衡，使得矩形壳体1的强度较好，防止矩形壳体1变形。在矩形壳体1四个转角相邻面的中心的高度方向设有垂直向加劲肋，用于增加矩形壳体1的刚度,同时减少转角处的应力集中。这些垂直方向的加劲肋中，位于两分隔板中间的加劲肋厚，与内部分隔板重合的外部加劲肋薄，与转角相临的垂直加劲肋最厚。

此外，为了增加及提供长边的刚度，在长边的内部另外增加了三条垂直向加劲肋，在矩形壳体1四周的中心设有水平向加劲肋，用于增加矩形壳体1的周圈刚度。

Claims (10)

1.一种矩形承压壳体，其特征在于，包括：

矩形壳体，所述矩形壳体主要由四块侧板围设组成，且其内部腔体为电池容纳仓；相邻侧板的内壁和外壁均通过圆弧面连接，所述内壁圆弧面的圆心与外壁圆弧面的圆心错开设置，且内壁圆弧面的圆心角大于外壁圆弧面的圆心角，使得相邻两个侧板转角连接处的壁厚大于侧板的壁厚；和

至少一个外加劲肋，所述外加劲肋设置在矩形壳体的外壁上。

2.根据权利要求1所述的矩形承压壳体，其特征在于，所述电池容纳仓内设置有多个分隔板，所述分隔板的高度小于电池容纳仓的高度，使得被分隔的多个腔体相互连通。

3.根据权利要求2所述的矩形承压壳体，其特征在于，所述多个分隔板平行且等距设置，使得电池容纳仓被分隔为多个大小相同的腔体。

4.根据权利要求1所述的矩形承压壳体，其特征在于，所述外加劲肋包括周向加劲肋和竖向加劲肋，所述周向加劲肋和竖向加劲肋呈网格状设置在矩形壳体外壁上。

5.根据权利要求4所述的矩形承压壳体，其特征在于，所述竖向加劲肋包括厚度依次增大的隔板加劲肋、副加劲肋、转角加劲肋和主加劲肋，所述隔板加劲肋与分隔板延伸的方向重合设置，所述副加劲肋设置相邻两个分隔板中间的矩形壳体外壁上；所述转角加劲肋设置在相邻侧板连接的外壁圆弧面上，所述主加劲肋位于隔板加劲肋和转角加劲肋的中心位置处。

6.根据权利要求5所述的矩形承压壳体，其特征在于，所述矩形壳体的内壁上还设置有多个内加劲肋，多个内加劲肋沿矩形壳体的宽度方向排布、高度方向延伸。

7.根据权利要求5所述的矩形承压壳体，其特征在于，与分隔板平行的侧板外侧上还设置有多个侧向加劲肋，多个侧向加劲肋沿矩形壳体的宽度方向排布、高度方向延伸。

8.根据权利要求1所述的矩形承压壳体，其特征在于，所述矩形壳体上设置有泄压口，以将大容量电池热失控时产生的烟气泄出。

9.一种电池外壳，其特征在于，包括上盖板、下盖板和权利要求1至8任一所述的矩形承压壳体，所述上盖板、下盖板分别设置在矩形承压壳体两侧的敞口端。

10.一种大容量电池，其特征在于，包括多个电池电芯以及权利要求9所述的电池外壳，多个电池电芯设置在电池外壳内。

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