CN105098225B - 充电圆柱锂电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充电圆柱锂电池及充电电池盒，该充电圆柱锂电池，一种充电圆柱锂电池，包括电芯、无正极端盖的电池壳体和正极端盖，该正极端盖包括双面PCB板与带有充电孔的正极电池帽，该双面PCB板包括降压器；该正极端盖覆盖在电池壳体的正极开口处，该电芯置于该电池壳体内；该电芯的正极通过该正极端盖的降压器连接该正极电池帽，该电芯的负极通过该正极端盖的降压器连接电池壳体的负极端部。该充电电池的输出电压恒定为1.5V，含电量高、能反复数百次充电，且使用寿命长、成本低，更重要的是，节能环保。

Description

充电圆柱锂电池
技术领域
本发明涉及一种充电圆柱锂电池。
背景技术
现有技术的圆柱家用电池，无论是7号电池(亦称AAA电池)、5号电池(亦称AA电池)、3号电池还是1号电池，均是输出电压为1.5V的不能充电的一次性的碱性电池或酸性电池。上述电池含电量低、寿命短，是一个世界性的污染难题。而能充电的镍氢/镍镉电池，其输出电压只有1.2V，不仅效果差，充电次数少，而且寿命短。近年来已出现了一些圆柱锂电池，如中国专利申请号：2011220056668.4和201120172367.3所公开的单正极和双正极结构的圆柱锂电池；单正极结构，即用同一个正极输入3.7-4.2V充电电流和输出1.5V工作电流，该单正极结构的锂电池，即不能监测充电输入状况，也不能监测电池电量的使用状况，实用性差。双正极结构的锂电池，采用了一个3.7-4.2V充电输入的正极和一个1.5V放电输出的正极，两个正极分隔设置，这些现有技术的锂电池，不仅结构复杂造价高，其锂电池的降压器均置于电池壳体的容腔内，占用了大量的电池容积，减少了电池的容量。
发明内容
针对上述技术问题，本发明采用了一个特殊的电池正极端盖和置于其上的带充电孔的正极电池帽，该带充电孔的正极帽，即能充电输入和放电输出3.7-4.2V正极电流，又能放电输出1.5V正极电流，该结构的充电7号或5号锂电池(以下简称7号或5号电池)的降压器不占用电池容积，含电量高，能随时监测电池充电或电池使用时的电量状况。同时本发明还采用7号电池外套可拆分5号电池外壳结构，充分灵活适用家用小电器和儿童玩具对5号和7号电池的不同要求。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种充电圆柱锂电池，包括电芯、无正极端盖的电池壳体和正极端盖，该正极端盖包括双面PCB板与带有充电孔的正极电池帽，该双面PCB板包括降压器；该正极端盖覆盖在电池壳体的正极开口处，该电芯置于该电池壳体内；该电芯的正极通过该正极端盖的降压器连接该正极电池帽，该电芯的负极通过该正极端盖的降压器连接电池壳体的负极端部。
具体地，该降压器包括降压电路载体、保护电路载体以及5个输入或输出端子；该降压电路载体与保护电路载体相互连接，该5个输入或输出端子分别为充电输入正极端子，电芯输入输出共用正极端子，电芯输入输出共用负极端子，放电输入输出共用负极端子，放电输出正极端子；该正极端盖的双面PCB板的向外一面上设置该充电输入正极端子和放电输出正极端子，在该正极端盖的双面PCB板的向内一面上设置该电芯输入输出共用正极端子，电芯输入输出共用负极端子，放电输入输出共用负极端子。
上述端子，其中，充电输入正极端子，是与外部充电器的充电柱接触，输入或通过充电电池盒放电输出3.7-4.2V正极电流的一个接触端子，该端子也是通过与充电柱或监测探针的接触，来监测锂电池充电状况，或放电输出工作时，电池电量变化状况。
放电输出正极端子，是降压器将电芯施放出的3.7-4.2V电压降低为恒定的1.5V正极电流输出的端子。
电芯输入输出共用正极端子，是降压器将外部充电器充电输入的3.7-4.2V正极电流，输出给电芯正极充电；在充电结束后，锂电池放电输出工作时，接受电芯放电输入正极电流的共用端子。
电芯输入输出共用负极端子，是降压器接受外部充电器给电芯充电输入的3.7-4.2V负极充电电流；在充电结束后，锂电池放电输出工作时，接受外部工作电流经降压器回路输出给电芯负极片的3.7-4.2V负极电流的共用端子。
放电输入输出共用负极端子，是降压器接受电池外部充电输入的3.7-4.2V负极充电电流给充电回路到电池负极端的端子，该端子同时也是在充电结束后，电池放电输出工作时，接受电池负极端放电输入回路输入的1.5V负极电流的负极共用端子，该端子可直接接触或连接作为负极的充电圆柱锂电池的金属壳体，以省去降压器负极输入/输出双向连接线。
降压器内置有锂电池降压电路载体和电池保护电路载体，锂电池降压电路主要作用是将电芯的3.7V-4.2V的电压降为1.5V电压，输出给5号电池或7号电池壳体上的正极电极帽和负极片，电池保护电路载体主要作用是对电芯的充电电压和电流，及输出电压和电流进行保护，防止电芯的充电电压过充和放电电压过放，延长锂电池使用寿命。
作为一个优选方案，该电池壳体为一个3号电池壳体，或为一个1号电池壳体。
作为一个优选方案，该电池壳体为一个7号电池。
作为一个优选方案，该电池壳体为一个5号电池。
作为一个优选方案，当该电池壳体为一个7号电池壳体时，还包括一个可拆分式5号电池壳体，该可拆分式5号电池壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体套合并内置该7号电池壳体，所述上壳体的正极电池帽设有充电孔，该上壳体套合该7号电池壳体的正极端，且该上壳体的正极电池帽与该正极端盖的正极电池帽对应连接。
作为一个优选方案，当该电池壳体为一个5号电池壳体时，还包括一个可拆分式3号电池壳体；该可拆分式3号电池壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体套合并内置该5号电池壳体，所述3号电池上壳体的正极电池帽设有充电孔，该上壳体套合5号电池壳体的正极端，且该3号电池上壳体的正极电池帽与5号电池正极端盖的正极电池帽对应连接。而且，该5号电池壳体为整体不可拆分式5号电池壳体的充电锂电池。
本发明还提供了该充电圆柱锂电池的充电电池盒，包括一个以上电池位；每个电池位的正极端设有一个正极充电柱，其负极端设有一负极充电弹簧片，每个正极充电柱与其对应的负极充电弹簧片通过充电器连通。
还包括一个可伸缩的USB接插口公头，从而实现直接插入外部电源的USB母座取电，向所述充电电池盒内的圆柱锂电池充电；；还包括一个可伸缩的Micro USB接插头公头，从而实现直接插入手机或其它用电器输出充放电。
5号电池或7号电池采用充电柱单轴充电时，将电池端盖上的一正极帽的充电孔对准充电器上的一个充电柱，正极充电柱穿过5号或7号电池端盖上的正极帽上的充电孔，与降压器上的充电输入正极端子接触，高于3.7V的充电电流经过降压器上的直通电路与电芯输入输出共用正极端子导通充电，当电芯充电电压达到4.2V时，保护电路及时切断充电电流，保护电芯不会过充损坏。
当5号电池或7号电池处于放电输出工作状态需要放电输出1.5V电压工作时，电芯两端的3.7V-4.2V电压经过电芯两端正负极连接线，连接降压器上的放电输出正极端子连接5号或7号电池的正极电池帽，和输入输出共用负极端子连接负极接触片。这样5号或7号电池工作时，就能输出恒定的1.5V电压。
充满电的7号电池，套装在可拆分式5号电池的壳体内，其正极电池帽接触5号电池正极电池帽，其负极通过导电弹片连接5号电池负极接触片。此时套装7号电池的5号电池壳体就能作为5号电池使用，分拆5号电池壳体，取出7号电池，此时，7号电池就能单独作为7号电池使用。
与现有技术相比，具有如下积极效果：本发明的充电锂电池，采用了充电和放电共用正极帽和负极外壳结构，降压器直接置于圆柱电池端盖上，结构简洁、紧凑、合理、巧妙，既降低生产成本，又增加了电芯容量，该电池还可随时在电池合上检测电池的电量，可在7号电池和5号电池之间变换，适用家庭对不同型号电池的需求。
附图说明
图1是实施例1的结构示意图。
图2是实施例2的结构示意图。
图3是实施例3的结构示意图。
其中，
010——正极端盖；
011——充电输入正极端子；
012——电芯输入输出共用正极端子；
013——电芯输入输出共用负极端子；
014——放电输入输出共用负极端子；
015——放电输出正极端子；
016——降压电路载体；
017——保护电路载体；
018——1.5V正极输出线；
019——3.7V-4.2V输入直通连接线；
020——电池充电器；
021——正极充电柱；
022——正极充电柱外壳；
023——7号电池充电孔；
025——5号电池充电孔；
030——电芯；
031——电芯正极端子；
032——电芯负极；
033——3.7V-4.2V负极输入/输出双向连接线；
034——3.7V-4.2V正极输入/输出双向连接线；
040——绝缘垫；
050——5号电池正极电池帽；
051——上壳体；
052——下壳体；
053——5号电池负极端部；
054——降压器负极输入/输出双向连接线；
055——整体5号电池壳体；
056——负极充电弹簧片；
057——连接件；
070——7号电池正极电池帽；
071——7号电池壳体；
072——7号电池负极接触片；
80——充电电池盒；
81——充电电池位；
82——液晶显示屏；
83——USB接插口；
84——Micro USB接插口；
85——照明灯。
具体实施方式
实施例1
如图1所示实施例1的充电圆柱锂电池，包括整体5号电池壳体055、电芯030与置有降压器的正极端盖010，所述整体5号电池壳体055为一正极端开口的桶形壳体，正极端盖010覆盖在整体5号电池壳体055的开口端。该电芯030置于该整体5号电池壳体055与该正极端盖010形成的容腔内。
具体地，该正极端盖010包括一双面PCB板与一个5号电池正极电池帽050，在该PCB板内设有降压器，该降压器包括降压电路载体016与保护电路载体017以及5个输入或输出端子。该5个输入或输出端子分别为充电输入正极端子011，电芯输入输出共用正极端子012，电芯输入输出共用负极端子013，放电输入输出共用负极端子014，放电输出正极端子015。其中，该正极端盖010的双面PCB板的向外一面上设置该充电输入正极端子011和放电输出正极端子015。在该正极端盖010的双面PCB板的向内一面上，设置电芯输入输出共用正极端子012，该正极端盖010的双面PCB板内的保护电路载体017上设置电芯输入输出共用负极端子013与放电输入输出共用负极端子014。
该5号电池正极电池帽050直接焊接在放电输出正极端子015上，电池正极电池帽的端部设有5号电池充电孔025，该5号电池充电孔025对应充电输入正极端子011。
其中，电路连接关系为，降压电路载体016与保护电路载体017相互电连接；降压电路载体016通过1.5V正极输出线018连接放电输出正极端子015；充电输入正极端子011通过3.7-4.2V输入直通连接线019连接电芯输入输出共用正极端子012；电芯输入输出共用正极端子012通过3.7-4.2V正极输入/输出和双向连接线034连接电芯030的电芯正极端子031；电芯030的电芯负极032通过3.7-4.2V负极输入/输出双向连接线033连接保护电路载体017上的电芯输入输出共用负极端子013；保护电路载体017上的放电输入输出共用负极端子014通过降压器负极输入/输出双向连接线054连接5号电池负极端部053。
进一步，当5号电池外壳055为金属外壳时，5号电池负极端部053可以作为5号电池外壳055的一个整体部分，此时，放电输入输出共用负极端子014可以直接连接5号电池金属外壳，以省去降压器负极输入输出双向连接线054。
现有技术的一款充电器020，其设有一正极充电柱021与一负极充电弹簧片056，且，该正极充电柱021外设有正极充电柱外壳022。
实施例1的充电圆柱锂电池的充电回路和流程是：将充电器020的正极充电柱021插入5号电池充电孔025，使正极充电柱021与正极端盖010上的充电输入正极端子011接触，同时，插入的电池充电器正极充电柱外壳022也与5号电池正极电池帽050接触，但因正极端盖010上的降压电路的单向保护作用，充电器020的充电电流只能通过3.7-4.2V输入直通连接线019连接到电芯输入输出共用正极端子012，再通过3.7-4.2V正极输入/输出和双向连接线034，连接电芯正极端子031，然后，充电电流依次经过电芯负极032、3.7-4.2V负极输入/输出双向连接线033、保护电路载体017、放电输入输出共用负极端子014与降压器负极输入/输出双向连接线054，到达5号电池负极端部053，然后，充电电流经过充电器020的负极充电弹簧片056，导通整个充电回路，从而完成对电芯030的3.7-4.2V的升压充电过程。
优选地，在电芯030的负极接触片053与电芯负极片032之间有绝缘垫040。
充电完成后，充电器020的正极充电柱021抽出5号电池充电孔025，脱离充电输入正极端子011。此后，本实施例1的充电圆柱锂电池需要对外部放电工作时，其电芯030的正极电流依次流经电芯正极端子031、3.7-4.2V正极输入输出双向连接线034、锂电芯输入输出共用端子012、降压器中降压电路和保护电路后，到达1.5V正极输出线018输出为正极1.5V电流，该1.5V电流依次流经放电输出正极端子015、5号电池正极帽050，到达用电设备后，该电流经5号电池负极端部053依次流经降压器负极输入/输出双向连接线054、放电输入输出共用负极端子014、保护电路载体017、锂电芯输入输出共用负极端子013、3.7-4.2V负极输入/输出双向连接线033后，到达电芯负极032，导通整个放电工作回路。此时本实施例1的充电圆柱锂电池就能进行1.5V恒定电压的输出工作状态。
实施例2
如图2所示，实施例2充电圆柱锂电池与实施例1的结构基本相同，其区别在于：1)实施例2将结构相同、规格不同的7号电池壳体071替换实施例1的整体5号电池壳体055；2)实施例2还包括可拆分5号电池壳体，该可拆分5号电池壳体包括上壳体051与下壳体052，上壳体051和下壳体052套合并容置7号电池壳体071，其中，其中，上壳体051上置有金属材质电池帽050，下壳体052上置有金属材质的负极端部053。上壳体051套在7号电池壳体071的正极端，下壳体052套在7号电池壳体071的负极端，下壳体052的5号电池负极端部053与7号电池壳体071的7号电池负极接触片072之间通过连接件057连接，该连接件057为金属弹簧或弹片；3)实施例2将7号电池正极电池帽070替换实施例1的5号电池正极电池帽050，该7号电池正极电池帽070设有7号电池充电孔023，上壳体051上设有5号电池正极电池帽050，该5号电池正极电池帽050带有5号电池充电孔025，5号电池正极电池帽050套合该7号电池正极电池帽070，且7号电池充电孔023的中心与5号电池充电孔025的中心对应连通。
由于实施例2的充电圆柱锂电池中，上壳体051的5号电池正极电池帽050与7号电池正极电池帽070连接，下壳体052的5号电池负极端部053与7号电池壳体071的7号电池负极接触片072之间通过连接件057连接，因此，在放电回路中，自放电输出正极端子015输出的1.5V正极电流依次通过7号电池正极电池帽070、5号电池正极电池帽050到达用电设备，然后，电流从用电设备流出，依次通过5号电池负极端部053、连接件057、7号电池负极接触片072，流入降压器负极输入/输出双向连接线054，其余电路关系与实施例1相同，最后完成通路。在充电回路中，也与实施例1相类似，不同在于1)充电器020的正极充电柱021同时插入5号电池充电孔025和7号电池充电孔023，使正极充电柱021与正极端盖010上的充电输入正极端子011接触，同时，插入的电池充电器正极充电柱外壳022也同时接触5号电池正极电池帽050接触和7号电池正极电池帽070；2)自降压器负极输入/输出双向连接线054流出的充电电流先经过7号电池负极接触片072，然后依次通过连接件057、5号电池负极端部053后，才回流至充电器020。
可拆分式5号电池壳体套装7号电池壳体，组合后充电，充电完成后，可直接作为5号电池使用，也可以拆分5号电池上壳体051和下壳体052，取出7号电池，作为7号电池单独使用。该组合充电电池即能当5号电池使用又能当7号电池使用，在家用电器中灵活便利。
同理，将上述实施例1或实施例2的充电电池置于3号电池外壳内，即得到输出电压恒定为1.5V的3号电池。
实施例3
如图3所示，本实施例3提供一种充电电池盒80，其设有六个电池位81，每个电池位81可放置一个上述实施例1或2所述的充电电池。
每个电池位81的正极端设有一正极充电柱021，每个电池位81的负极端设有一负极充电弹簧片056，该充电正极柱021朝向放置其内的电池正极，并对准5号电池正极帽050上的5号电池正极帽上的充电孔025。
进一步，该充电电池盒80还设有照明灯85，显示每个充电圆柱电池电量的LED灯或液晶显示屏82、USB接插口(公头)83、Micro USB接插口(公头)84。其中，USB接口83为可伸缩的USB插接口(USB公头)，它可直接插入外部电源的USB母座接口给充电电池80内的圆柱锂电池充电。Micro USB接插口(公头)为可伸缩的Micro USB接插口(公头)，它可直接插入手机或其它用电器输出充放电。
充电显示LED灯或液晶显示屏82能显示每个充电电池的充电状况或电池电量。照明灯85由该充电电池盒80内放置的电池提供电能。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (7)

1.一种充电圆柱锂电池，其特征在于：包括电芯、无正极端盖的电池壳体和正极端盖，该正极端盖包括双面PCB板与带有充电孔的正极电池帽，该双面PCB板包括降压器；该正极端盖覆盖在电池壳体的正极开口处，该电芯置于该电池壳体内；该电芯的正极通过该正极端盖的降压器连接该正极电池帽，该电芯的负极通过该正极端盖的降压器连接电池壳体的负极端部，该降压器包括降压电路载体、保护电路载体以及5个输入或输出的端子；该降压电路载体与保护电路载体相互连接，该5个输入或输出的端子分别为充电输入正极端子，电芯输入输出共用正极端子，电芯输入输出共用负极端子，放电输入输出共用负极端子，放电输出正极端子；该正极端盖的双面PCB板的向外一面上设置该充电输入正极端子和放电输出正极端子，在该正极端盖的双面PCB板的向内一面上设置该电芯输入输出共用正极端子，电芯输入输出共用负极端子，放电输入输出共用负极端子。
2.如权利要求1所述的充电圆柱锂电池，其特征在于：该正极电池帽直接焊接在该放电输出正极端子上，该正极电池帽的充电孔对应该充电输入正极端子。
3.如权利要求1所述充电圆柱锂电池，其特征在于：该电池壳体为一个7号电池壳体。
4.如权利要求1所述充电圆柱锂电池，其特征在于：该电池壳体为一个5号电池壳体。
5.如权利要求4所述充电圆柱锂电池，其特征在于：还包括可拆分式5号电池壳体，该可拆分式5号电池壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体套合并内置7号充电圆柱锂电池，所述5号电池上壳体的正极电池帽设有充电孔，该上壳体套合该7号充电圆柱锂电池的正极端，且5号电池上壳体的正极电池帽上的充电孔中心与该7号电池正极端盖上的正极电池帽上的充电孔中心对应连接。
6.如权利要求1所述充电圆柱锂电池，其特征在于：该电池壳体为一个3号电池壳体，或为一个1号电池壳体。
7.如权利要求1中所述充电圆柱锂电池，其特征在于：该放电输入输出共用负极端子直接连接所述充电圆柱锂电池的金属壳体。
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