CN219498079U - 外壳组件、电池单体、电池及用电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种外壳组件，外壳组件包括壳体及防爆阀。壳体的壳壁被局部弱化，以形成爆破区域。当电池内部的气压升高并使壳体两侧的压差达到第一阈值时，防爆阀将发生破裂以对电池内部进行泄压。若防爆阀的排气速率无法满足实际需求，则防爆阀破裂后，电池内部的气压将继续升高。而当电池内部的气压继续升高并使壳体两侧的压差达到第二阈值时，壳体壳壁的爆破区域将发生破裂，从而增大排气通道的面积，以提升排气速率。可见，上述外壳组件能够在排气阀的排气速率不符合实际要求时进行二次爆破，以对电池实现安全的泄压。因此，上述外壳组件能够有效降低电池爆炸的风险。此外，本实用新型还提供了一种电池单体、电池及用电装置。

Description

外壳组件、电池单体、电池及用电装置

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，特别涉及一种外壳组件、电池单体、电池及用电装置。

背景技术

二次电池一般包括壳体、电芯组件及顶盖组件，电芯组件收容于壳体内并由顶盖组件进行密封。电芯组件反应时会持续产气，从而导致电池内部的气压升高，而当电池内部的气压超过安全范围时则存在起火爆炸的风险，故通常会设置防爆阀，用以及时释放高压气体或者其他喷出物，从而避免发生爆炸。

目前普遍应用于不同电池中的防爆阀均为标准化的产品，其爆开条件及排气速率相对一致。但是，对于不同型号的电池，或者同一型号的电池在不同工况下的产气速率及允许的安全气压均可能存在差异。因此，标准化的防爆阀可能会因无法匹配实际排气速率的需求，导致爆炸的风险依然存在。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够降低电池爆炸风险的外壳组件。

一种外壳组件，包括壳体及防爆阀，所述壳体的壳壁开设有防爆孔，所述防爆阀盖设于所述防爆孔，且所述防爆阀能够在所述壳体两侧的压差超过第一阈值时破裂，所述壳体的壳壁沿所述防爆孔的周向被局部弱化，以形成沿所述防爆孔的周向延伸的爆破区域，所述爆破区域能够在所述壳体两侧的压差超过第二阈值时破裂，且所述第二阈值大于所述第一阈值。

在其中一个实施例中，所述壳体的壳壁沿所述防爆孔的周向开设有凹槽以将所述壳体的壳壁局部弱化，所述凹槽所在区域形成所述爆破区域。

在其中一个实施例中，所述爆破区域的壁厚沿顺时针或逆时针方向逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述凹槽的底壁形成有沿所述凹槽的延伸方向延伸的凹痕或刻痕。

在其中一个实施例中，所述凹槽开设于所述壳体壳壁的内表面。

在其中一个实施例中，所述凹槽为闭环结构或非闭环结构。

在其中一个实施例中，所述爆破区域的壁厚为0.1mm至3mm。

在其中一个实施例中，所述壳体的壳壁沿所述防爆孔的周向被局部蚀刻以将所述壳体的壳壁局部弱化，所述壳体被蚀刻的区域形成所述爆破区域；

或者，所述壳体的壳壁沿所述防爆孔的周向形成有刻痕以将所述壳体的壳壁局部弱化，所述刻痕所在的区域形成所述爆破区域。

在其中一个实施例中，所述防爆孔的外侧边缘沿所述防爆孔的周向形成有沉台，所述防爆阀抵靠于所述沉台上，以使所述防爆阀的表面与所述壳体壳壁的外表面平齐。

上述外壳组件，当电池内部的气压升高并使壳体两侧的压差达到第一阈值时，防爆阀将发生破裂以对电池内部进行泄压。若防爆阀的排气速率无法满足实际需求，则防爆阀破裂后，电池内部的气压将继续升高。而当电池内部的气压继续升高并使壳体两侧的压差达到第二阈值时，壳体壳壁的爆破区域将发生破裂，从而增大排气通道的面积，以提升排气速率。可见，上述外壳组件能够在排气阀的排气速率不符合实际要求时进行二次爆破，以对电池实现安全的泄压。因此，上述外壳组件能够有效降低电池爆炸的风险。

此外，本实用新型还提供了一种电池单体、电池及用电装置。

一种电池单体，包括：

如上述优选实施例中任一项所述的外壳组件；

电芯组件，收容于所述壳体内；及

顶盖组件，所述顶盖组件密封设置于所述壳体的开口。

一种电池，包括多个如上述优选实施例所述的电池单体。

一种用电装置，包括如上述优选实施例所述的电池单体或如上述优选实施例所述的电池。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本实用新型较佳实施例中电池单体的爆炸示意图；

图2为图1所示电池单体中外壳组件的轴测图；

图3为图2所示外壳组件的俯视图；

图4为图3所示外壳组件沿A-A的剖视图；

图5为图4所示外壳组件中局部B的放大示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本实用新型公开了一种用电装置及电池，上述用电装置包括上述电池。其中，上述用电装置可以是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具、电动工具、储能设备、游乐设备、电梯和升降设备等等。车辆可以是燃油汽车、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；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具或电动飞机玩具等等；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等；储能设备可以是储能墙、基站储能、集装箱储能等等；游乐设备可以是旋转木马、跳楼机等等。本申请对上述用电装置不做特殊限制。对于纯电动汽车而言，上述电池可以作为驱动电源，从而替代化石燃料提供驱动动力。

请参阅图1，本实用新型提供了一种电池单体10及外壳组件100，上述用电装置也可包括电池单体10，并由电池单体10供能。其中，上述电池可以是电池包或电池模组。当上述电池为电池包时，电池包具体包括电池管理系统(BMS)及多个电池单体10。

多个电池单体10之间可通过串联、并联或者串联与并联混合的方式电连接，并与电池管理系统进行通讯连接，以组成电池包，上述电池管理系统对各个电池单体10的工作状态进行控制和监测。此外，多个电池单体10也可先进行串联和/或并联，并与模组管理系统组成电池模组，再由多个电池模组通过串联、并联或者串联与并联混合的方式电连接，并与电池管理系统共同构成电池包。

在上述电池中，多个电池单体10可安装于箱体、框架、支架等支撑结构上，各个电池单体10之间、电池单体10与电池管理系统之间可通过汇流部件进行电连接。上述电池单体10可以是锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池，其外部轮廓可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状，但均不局限于此。具体在本实施例中，上述电池单体10为锂离子方形电池。

其中，本实用新型较佳实施例中的电池单体10包括外壳组件100、电芯组件200及顶盖组件300。

请一并参阅图2，外壳组件100包括壳体110及防爆阀120，壳体110的壳壁开设有防爆孔(图未标)，防爆孔沿厚度方向贯通壳体110的壳壁，防爆阀120盖设于防爆孔。壳体110为中空结构，用于容纳电芯组件200、电解液以及其他部件，一般由铝、铝合金以及不锈钢等材料成型，具有较高的机械强度。壳体110的一侧具有开口，可通过该开口能够将电芯组件200装入壳体110内。具体在本实施例中，壳体110的外部轮廓呈长方体。而且，防爆孔开设于壳体110的底壁。

电芯组件200是电池单体10的核心部件。为了适配壳体110的形状，本实施例中的电芯组件200呈扁平状。具体的，电芯组件200一般包括裸电芯210及绝缘片220，每个电芯组件200可包括一个或多个裸电芯210。裸电芯210可由正极片、负极片及在负极片与正极片之间起绝缘作用的隔膜通过卷绕或叠片的方式成型，通过卷绕成型的裸电芯210可压制成扁平状。绝缘片220包覆于裸电芯210的外周，并暴露出裸电芯210的极耳。绝缘片220的材质可以是聚酰亚胺、聚乙烯及聚偏二氟乙烯等，能够保护裸电芯210并在裸电芯210与壳体110的内壁之间起到较好的绝缘作用。

顶盖组件300密封设置于壳体110的开口，以在壳体110的内部形成相对封闭的环境，从而将电芯组件200与外部环境隔绝。顶盖组件300的形状与壳体110开口的形状相适配，具体在本实施例中，顶盖组件300大致呈矩形。

顶盖组件300一般包括盖板(图未标)，盖板可以由具有较高机械强度的材料，如铝、铝合金或不锈钢成型。盖板的内表面一般还设置有注塑成型的下塑胶(图未标)，下塑胶与盖板的形状大致相同，均可呈矩形。盖板上一般还开设有沿厚度方向贯通的注液孔(图未示)，注液孔一般为圆形孔。在顶盖组件300密封壳体110的开口后，可通过注液孔将电解液注入壳体110内部。注液完成后，一般还将通过激光焊接的方式将注液孔封堵。

当电池单体10工作异常，电芯组件200持续产气将导致壳体110内的气压升高。而当壳体110两侧的压差达到第一阈值，即壳体110内的气压比外部气压高出第一阈值时，防爆阀120则破裂以对壳体110内部进行泄压。

请一并参阅图5，在本实施例中，防爆孔的外侧边缘沿防爆孔的周向形成有沉台(图未标)，防爆阀120抵靠于沉台上，以使防爆阀120的表面与壳体110壳壁的外表面平齐。

具体的，壳体110壳壁的外表面指的是背向壳体110内部的表面。将防爆阀120设于壳体110壳壁的外侧，能够避免电芯组件200与防爆阀120抵接而堵塞防爆阀120。通过将防爆阀120设置于沉台上，能够使得防爆阀120的高度与壳壁的厚度重叠，从而有利于减小电池单体10的高度。

请一并参阅图3及图4，壳体110的壳壁沿防爆孔的周向被局部弱化，以形成沿防爆孔的周向延伸的爆破区域111，爆破区域111能够在壳体110两侧的压差超过第二阈值时破裂，且第二阈值大于第一阈值。

局部弱化的目的是为了降低机械强度，从而使得爆破区域111的机械强度低于壳体110未被弱化区域的强度。因此，当壳体110两侧的压差超过第二阈值时，只有爆破区域111破裂而壳体110并不会整体破裂，从而能够在一定程度上保证壳体110及电池单体10的完整性。

电池单体10工作发生异常时，可能导致壳体110内的气压逐渐升高。当气压升高并使壳体110内的气压比外部气压高出第一阈值时，防爆阀120将发生破裂以进行泄压。若防爆阀120的排气速率无法满足实际需求，则防爆阀120破裂后，壳体110内的气压将继续升高。当气压升高并使壳体110内的气压比外部气压高出第二阈值时，壳体110壳壁上的爆破区域111将发生破裂。此时，壳体110向外排气的排气通道的面积增大，排气速率提升。可见，上述外壳组件100能够在排气阀120的排气速率不符合实际要求时进行二次爆破，以实现安全的泄压，从而有效降低电池爆炸的风险。

对壳体110壳壁的局部进行弱化的方式存在多种。譬如，沿防爆孔的周向对壳体110的壳壁进行局部蚀刻，便可使得壳体110壳壁的局部弱化，而壳体110壳壁被蚀刻的区域则形成爆破区域111。或者，沿防爆孔的周向形成刻痕，也可将壳体110壳壁的局部弱化，而刻痕所在的区域则形成爆破区域111。又或者，将壳体110的壳壁沿防爆孔的周向的局部采用强度较低的其他材料替换，则被替换的区域也能够形成爆破区域111。

在本实施例中，壳体110的壳壁沿防爆孔的周向开设有凹槽112以将壳体110的壳壁局部弱化，凹槽112所在区域形成爆破区域111。

在壳体110的壳壁开设凹槽112后，凹槽112所在区域的厚度减薄，从而相较于其他区域更易破裂，故形成爆破区域111。而且，在壳体110的壳壁开设凹槽112的操作便于实现、成本较低。

通常情况下，凹槽112为闭环结构。这样，在防爆孔的周向上，爆破区域111的强度分布较为均衡，在壳体110两侧的压差达到第二阈值时，爆破区域111更易发生破裂。需要指出的是，在其他实施例中，凹槽112也可以是非闭环结构。

凹槽112既可以开设于壳体110的外表面，也可开设于壳体110的内表面。具体在本实施例中，凹槽112开设于壳体110壳壁的内表面。如此，凹槽112的开口朝向壳体110内部，即壳体110气压较高的一侧，使得爆破区域111更易破裂。

需要指出的是，在其他实施例中，也可在壳体110壳壁的外表面及内表面同时开设凹槽112。

进一步的，在本实施例中，爆破区域111的壁厚沿顺时针或逆时针方向逐渐增大。

爆破区域111的壁厚即为凹槽112的底壁的厚度，也即图4所示的厚度h。通过将爆破区域111的壁厚设置为渐变的形式，能够对爆破区域111的破裂方向及过程进行控制。具体的，若爆破区域111的壁厚沿顺时针方向逐渐增大，则表示爆破区域111的强度沿顺时针方向逐渐增大，故爆破发生时爆破区域111将沿顺时针方向依次破裂，从而实现二次爆破的过程有序可控。

具体在本实施例中，凹槽112的底壁形成有沿凹槽112的延伸方向延伸的凹痕(图未示)或刻痕(图未示)。刻痕可通过激光雕刻等方式形成于凹槽112的底壁，凹痕则可以通过机加工的方式形成于凹槽112的底壁。凹痕及刻痕能够起到引导爆破区域111破裂的作用，从而使得爆破区域111能够在壳体110两侧的压差达到第二阈值时顺利发生爆破。

具体在本实施例中，爆破区域111的壁厚为0.1mm至3mm。爆破区域311的壁厚小于0.1mm时，导致壳体110整体的强度降低，外壳组件100的可靠性受到影响；而爆破区域111的壁厚大于3mm时，则爆破区域111的机械强度过大，不易发生破裂。

上述外壳组件100，当电池内部的气压升高并使壳体110两侧的压差达到第一阈值时，防爆阀120将发生破裂以对电池内部进行泄压。若防爆阀120的排气速率无法满足实际需求，则防爆阀120破裂后，电池内部的气压将继续升高。而当电池内部的气压继续升高并使壳体110两侧的压差达到第二阈值时，壳体110壳壁的爆破区域111将发生破裂，从而增大排气通道的面积，以提升排气速率。可见，上述外壳组件100能够在排气阀120的排气速率不符合实际要求时进行二次爆破，以对电池实现安全的泄压。因此，上述外壳组件100能够有效降低电池爆炸的风险。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种外壳组件，包括壳体及防爆阀，所述壳体的壳壁开设有防爆孔，所述防爆阀盖设于所述防爆孔，且所述防爆阀能够在所述壳体两侧的压差超过第一阈值时破裂，其特征在于，所述壳体的壳壁沿所述防爆孔的周向被局部弱化，以形成沿所述防爆孔的周向延伸的爆破区域，所述爆破区域能够在所述壳体两侧的压差超过第二阈值时破裂，且所述第二阈值大于所述第一阈值。

2.根据权利要求1所述的外壳组件，其特征在于，所述壳体的壳壁沿所述防爆孔的周向开设有凹槽以将所述壳体的壳壁局部弱化，所述凹槽所在区域形成所述爆破区域。

3.根据权利要求2所述的外壳组件，其特征在于，所述爆破区域的壁厚沿顺时针或逆时针方向逐渐增大。

4.根据权利要求2所述的外壳组件，其特征在于，所述凹槽的底壁形成有沿所述凹槽的延伸方向延伸的凹痕或刻痕。

5.根据权利要求2所述的外壳组件，其特征在于，所述凹槽开设于所述壳体壳壁的内表面。

6.根据权利要求2所述的外壳组件，其特征在于，所述凹槽为闭环结构或非闭环结构。

7.根据权利要求2所述的外壳组件，其特征在于，所述爆破区域的壁厚为0.1mm至3mm。

8.根据权利要求1所述的外壳组件，其特征在于，所述壳体的壳壁沿所述防爆孔的周向被局部蚀刻以将所述壳体的壳壁局部弱化，所述壳体被蚀刻的区域形成所述爆破区域；

或者，所述壳体的壳壁沿所述防爆孔的周向形成有刻痕以将所述壳体的壳壁局部弱化，所述刻痕所在的区域形成所述爆破区域。

9.根据权利要求1所述的外壳组件，其特征在于，所述防爆孔的外侧边缘沿所述防爆孔的周向形成有沉台，所述防爆阀抵靠于所述沉台上，以使所述防爆阀的表面与所述壳体壳壁的外表面平齐。

10.一种电池单体，其特征在于，包括：

如上述权利要求1至9任一项所述的外壳组件；

电芯组件，收容于所述壳体内；及

顶盖组件，所述顶盖组件密封设置于所述壳体的开口。

11.一种电池，其特征在于，包括多个如上述权利要求10所述的电池单体。

12.一种用电装置，其特征在于，包括如上述权利要求10所述的电池单体或如上述权利要求11所述的电池。