CN110534676A

CN110534676A - 可充电电池

Info

Publication number: CN110534676A
Application number: CN201910815172.7A
Authority: CN
Inventors: 刘宏兵; 钟发平; 陈晓峰; 陈鹏飞; 龚颖林; 胡顺华
Original assignee: National Engineering Research Center of Advanced Energy Storage Materials Shenzhen Co Ltd
Current assignee: National Engineering Research Center of Advanced Energy Storage Materials Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2019-12-03
Anticipated expiration: 2039-08-30
Also published as: CN110534676B

Abstract

本发明提供了一种可充电电池，包括可充电电芯、钢壳、保护IC、集成IC、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、电感、LED灯、塑胶件、圆形硬性FR‑4基板、金属帽头和固化结构胶，实现恒定电压输出、充电管理及保护、过充过放过流保护多功能于一体。与现有技术相比，本发明的可充电电池既可以实现电池的多功能集成，又可以实现电池附属结构件占用空间的节约化和电池的高容量化。

Description

可充电电池

技术领域

本发明涉及一种可充电电池，尤其是涉及一种集成了恒定电压输出、充电管理和充电保护、电池保护(包含过充保护、过放保护、过流保护)等多种功能，同时兼具高容量的可充电电池。

背景技术

可充电电池具有容量大、可循环使用的优势，得到了越来越广泛的应用。例如，目前锂离子可充电电池已经成为手机、笔记本电脑、照相机、便携式移动电源的主要供电电池，并且在许多一次电池的传统应用领域例如遥控器、手电筒、玩具等，可充电锂离子电池也逐步在将一次电池替代。

但是，可充电电池与一次电池相比，在使用上仍然存在诸多不便。一次电池不需要充电，而可充电电池需要用专用的充电器进行充电，同时为了保持正常的性能，可充电电池需要对充电过程和放电使用过程进行管理和保护。一次电池的额定电压与可充电电池也不同，例如钴酸锂-石墨型锂离子可充电电池的额定电压是3.7V，而通常的碱性锌锰干电池额定电压是1.5V，因此如果可充电电池不进行电压管理，一般情况下是不能直接应用在一次电池的用电设备上，否则可能损坏用电设备。

为了实现可充电电池替代一次电池进行使用，往往需要对可充电电池的电芯、附属结构件(一般包括电路板、电路元器件、防护外壳等)进行集成组装，最终形成一个具备各项管理和保护功能，输出电压符合一次电池应用需求，且电池的整体外形结构尺寸和机械可靠性符合国际标准的可充电电池。但是，现有的设置附属结构件的方法，通常占用了大量的电池内部空间，导致只能选用小尺寸的低容量电芯，这使得集成后的可充电电池与一次电池相比，可充电电池的容量优势反而不明显。尤其是当电池的规格尺寸较小(例如AAA型或R03型，其直径最大为10.5mm，高度最高为44.5mm)，将可充电电池集成组装的难度就更大，附属结构件占据的空间比例更多，导致集成之后的可充电电池容量只有一次电池的1/3左右。

因此，针对可充电电池替代一次电池进行使用的需求，尤其是针对小尺寸规格的电池，如何将可充电电池的性能特点结合一次电池的使用要求，将可充电电池的充电管理、保护、一次电池外形结构、一次电池使用需求统筹优化，在兼顾集成的成本、效率以及可靠性的基础上，最大限度降低附属结构件占用的空间，提高集成的效率，留出更多的空间给电芯从而提升整个可充电电池的容量，就显得非常必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种更高容量的可充电电池，与现有技术相比，本发明的可充电电池的容量可以提高约20％，可以实现电池在输出电能工作过程中能够始终保持恒定的输出电压，同时包含充电管理和保护、放电欠压保护、充电过压保护、充电过流保护、放电过流保护、短路保护。该可充电电池非常适用于可充电电池替代一次电池的应用场合。

本发明通过以下方案实现：

一种可充电电池(后文中部分简写为电池)，包括可充电电芯、钢壳、保护IC、集成IC(集成充电功能和恒压输出功能)、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、电感、LED灯、塑胶件、圆形硬性FR-4基板、金属帽头和固化结构胶，实现恒定电压输出、充电管理及保护、过充过放过流保护多位一体功能；其中保护IC、集成IC、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容贴片锡焊在圆形硬性FR-4基板的A面，金属帽头、电感、LED灯、第三电容锡焊在圆形硬性FR-4基板的B面上；所述圆形硬性FR-4基板以B面朝上的方式安装在塑胶件内且金属帽头的第一圆筒体部分超出塑胶件顶端即塑胶件的第一圆筒拉伸体的顶面，所述塑胶件的下端即塑胶件的第二圆筒拉伸体和第三圆筒拉伸体配套套装在钢壳开口端，所述可充电电芯置于钢壳内，所述可充电电芯的正极端、负极端分别通过正极引出线、负极引出线与圆形硬性FR-4基板A面的第一焊盘、第二焊盘相对应焊接在一起；圆形硬性FR-4基板既作为金属帽头和其它元器件的贴片锡焊的基板，兼作电池的上部支撑端面和封口端面；塑胶件具有三个同轴心的圆筒拉伸体，作为圆形硬性FR-4基板的支撑体、LED灯光的透射体、圆形硬性FR-4基板B面贴片锡焊元器件的绝缘防护体、与钢壳连接固定用的结构体、固化结构胶的收纳体；所述金属帽头的第一圆筒体部分作为电池的正极端子，金属帽头的第二圆筒体部分作为锡焊在圆形硬性FR-4基板的B面上的电感、LED灯、第三电容的防护体，同时金属帽头第二圆筒体的开口部作为LDE灯光的散发通道；所述固化结构胶填充在圆形硬性FR-4基板的B面、圆形硬性FR-4基板的A面锡焊的保护IC即U1的以厚度方向为法线方向且平行于圆形硬性FR-4基板的B面的外部平面、塑胶件第三圆筒拉伸体内侧壁面所包围的空隙区域，起固化粘结和绝缘的作用；圆形硬性FR-4基板、塑胶件、金属帽头、固化结构胶等零件的功能复用、立体空间布局和装配的形式，大幅度减少不贡献容量的结构件占用的空间，实现大容量化。所述金属帽头整体结构形式是一端开口的抽壳拉伸体，其结构形体组成包括第一圆筒体和第二圆筒体，第一圆筒体的上端封闭、下端开口，第一圆筒体的下端设置有朝外的第一裙边，第二圆筒体的顶端边缘与第一圆筒体的第一裙边边缘相连接为一体且第一圆筒拉伸体与第二圆筒拉伸体同轴线，第二圆筒体的下端开口，第二圆筒体下端设置有朝外的第二裙边，第二圆筒体外侧周边设置有若干个沿高度方向且均匀分布的开口部，开口部作为LED灯光的散发通道，第一圆筒体的上端是可充电电池与外部负载或充电电源接触的结构部位，第二圆筒体的第二裙边是金属帽头与圆形硬性FR-4基板B面的第三焊盘J3锡焊连接的部位，第二圆筒体内部空腔可容纳电感、LED灯和第三电容合计三个元器件。

所述金属帽头的第一圆筒体外径为M1，高度为H1；第二圆筒体的外径为M2，高度为H3；第二圆筒体与第一圆筒体同轴，第二圆筒体的顶面与第一圆筒体的底面共面；金属帽头的第一圆筒体、第二圆筒体的壁厚和第一裙边、第二裙边的厚度均为MH；第二圆筒体开口部的宽度为MK；第二圆筒体的第二裙边的外径为M3；金属帽头的第二圆筒体开口部的深度为MS。

所述金属帽头的第一圆筒体满足：2mm≤M1≤3.8mm；高度H1满足：0.8mm≤H1+H2+MH-SJ1-SJ2≤1.7mm，其中SJ1为塑胶件的第一圆筒拉伸体的高度，SJ2为塑胶件的第二圆筒拉伸体的高度，单位为mm。M1的下限尺寸即2mm≤M1设置，可以保证金属帽头有足够的接触面积，供可充电电池与外部负载或充电电源保持良好的接触；M1的上限尺寸即M1≤3.8mm设置，是为了符合国际标准规范的要求，否则有可能由于直径过大无法与外部负载或充电电源的配套接口配合，导致接触不良或接触不上。H1下限高度即0.8mm≤H1+H2+MH-SJ1-SJ2的设置，是为了符合国际标准规范的要求，否则有可能由于金属帽头凸出高度过低无法与外部负载或充电电源的配套接口配合，导致接触不良或接触不上；H1上限高度即H1+H2+MH-SJ1-SJ2≤1.7mm的设置，是考虑到尽量减少金属帽头占据的高度空间，从而将节余出的高度空间留给可充电电芯，这有利于电池的大容量化。

所述金属帽头的第二圆筒体满足：M1≤M2≤M3-0.6mm；高度H2满足：YJmax+0.3mm≤H2≤YJmax+1.2mm，其中YJmax为圆形硬性FR-4基板的B面贴片元器件的最大高度，单位为mm。M2的下限尺寸即M1≤M2的设置，是尽可能增加金属帽头的第二圆筒体内部空腔的体积空间，以有利于容纳元器件；M2的上限尺寸即M2≤M3-0.6mm的设置，是考虑到第二圆筒体的第二裙边必须有一定的宽度尺寸，以满足第二裙边与圆形硬性FR-4基板的第三焊盘J3进行锡焊的需求，如果第二裙边宽度过小则锡焊强度不足，金属帽头可能在使用过程中发生脱落。H2下限高度即YJmax+0.3mm≤H2的设置，是为了满足元器件贴片在圆形硬性FR-4的B面，并且这些元器件全部容纳在金属帽头的第二圆筒体内部空腔中，元器件不会与金属帽头有相互干涉的现象；H2上限高度即H2≤YJmax+1.2mm的设置，是考虑到尽量减少金属帽头占据的高度空间，从而将节余出的高度空间留给可充电电芯，这有利于电池的大容量化。

所述金属帽头的第一圆筒体、第二圆筒体的壁厚和第一裙边、第二裙边的厚度满足0.15mm≤MH≤0.5mm，壁厚太薄，金属帽头强度不足，可能在夹持使用等过程中发生变形；金属帽头的第二圆筒体的第二裙边的厚度太厚，则占据了金属帽头的高度空间，金属帽头的第二圆筒体的壁厚太厚，则占据了第二圆筒体的内部空腔空间，不利于电池的大容量化。第二圆筒体的开口部的高度等于H2即与第二圆筒体的高度相等，开口部的深度MS满足(M3-M2)/2+0.5mm≤MS≤(M3-M1)/2-0.5mm，即沿第二圆筒体下端的第二裙边一直开口到第一圆筒体的第一裙边外侧0.5mm附近，开口部这一高度和深度的设置，可以实现LED灯光从金属帽头第二圆筒体侧面开口处和第一圆筒体下端的第一裙边开口处即整个开口部投射出来，也就是侧面和上面均能透光，这就增强了灯光的指示效果；第二圆筒体开口部宽度满足M2×sin(45°/2N)≤MK≤M2×sin(120°/2N)，其中N为金属帽头的第二圆筒体开口部的总数量。第二圆筒体开口部宽度下限即M2×sin(45°/2N)≤MK的设置，是考虑到如果开口部的宽度过小，则LED灯光透出强度不足，指示效果不清晰；第二圆筒体开口部宽度上限即M2×sin(120°/2N)的设置，是考虑到如果开口部的宽度过大，则金属帽头的第二圆筒体剩余的支撑壁太少导致支撑强度不足，可能在电池被夹持使用等过程中发生变形。第二圆筒体的第二裙边的外径M3满足SD2-0.5≤M3<SD2mm，第二裙边的外径下限即SD2-0.5≤M3的设置，是为了尽量增加金属帽头的第二圆筒体的外径从而增大其内部空腔空间，以有利于元器件的布置；第二裙边的外径上限即M3<SD2mm的设置，是为了确保金属帽头能够安装在塑胶件内部空腔中，金属帽头的第二圆筒体不会与塑胶件的第一圆筒拉伸体和第二圆筒拉伸体发生干涉问题。

所述塑胶件包括第一圆筒拉伸体、第二圆筒拉伸体和第三圆筒拉伸体，三个圆筒拉伸体即第一圆筒拉伸体、第二圆筒拉伸体和第三圆筒拉伸体同轴线，第三圆筒拉伸体与第二圆筒拉伸体以外壁平齐的方式上下相连且第二圆筒拉伸体底部超出第三圆筒拉伸体内壁形成第一支撑平台，第一圆筒拉伸体与第二圆筒拉伸体以内壁平齐的方式上下相连，第一圆筒拉伸体顶部超出第二圆筒拉伸体外壁形成第二支撑平台。第一圆筒拉伸体的外部直径为SD1、内部直径为SD2、高度为SJ1；第二圆筒拉伸体的外部直径为SD3、高度为SJ2，第二圆筒拉伸体的内部直径与第一圆筒拉伸体的内部直径相同；第三圆筒拉伸体的内部直径为SD4、高度为SJ3，第三圆筒拉伸体的外部直径与第二圆筒拉伸体的外部直径相同。塑胶件的第一圆筒拉伸体的外部直径SD1等于钢壳的外径GW；第一圆筒拉伸体的壁厚SDB1满足0.5mm≤SDB1≤1mm，即1mm≤SD1-SD2≤2mm(SDB1厚度太薄强度不够，所以SDB1大于等于0.5mm；SDB1厚度太厚则占用电池的直径方向空间，这将导致金属帽头的第二圆筒体的第二裙边的外径M3必须减小(因为M3<SD2)，更进一步导致金属帽头的第二圆筒体的直径M2减小(因为M2≤M3-0.6mm)，这将使得金属帽头的第二圆筒体的内部空腔减小，降低圆形硬性FR-4基板的B面有效贴片面积，不利于元器件的布置和贴片，所以SDB1小于等于1mm)。塑胶件的第一圆筒拉伸体的高度SJ1满足0.5mm≤SJ1≤1mm，塑胶件以第二圆筒拉伸体和第三圆筒拉伸体沿钢壳开口方向伸入并与钢壳配合，塑胶件的第一圆筒拉伸体通过第一圆筒拉伸体顶部超出第二圆筒拉伸体外壁形成的第二支撑平台卡接在钢壳开口边缘，因此塑胶件的第一圆筒拉伸体高度如果太小即SJ1<0.5mm则其支撑强度不足，容易在电池被夹持使用等过程中发生变形甚至破损；如果塑胶件的第一圆筒拉伸体高度如果太高即SJ1>1mm，则占用电池过多的高度空间，不利于电池的大容量化。

所述塑胶件的第二圆筒拉伸体外部直径SD3等于钢壳的内部直径GN，即SD3＝GN。塑胶件的第二圆筒拉伸体的高度SJ2满足：1.5mm≤SJ2且YJmax+MH+0.3mm≤SJ2+SJ1≤YJmax+MH+1.5mm，其中YJmax为圆形硬性FR-4基板的B面贴片元器件的最大高度，MH为金属帽头第一圆筒体、第二圆筒体的壁厚和第一裙边、第二裙边的厚度，单位为mm。塑胶件的第二圆筒拉伸体的高度下限1.5mm≤SJ2的设置，是考虑到塑胶件与钢壳的固定方式是通过冲点实现，即对用尖锐的钢针对钢壳与塑胶件的第二圆筒拉伸体的结合部实施冲压，钢壳受力发生凹陷变形并嵌入到塑胶件的第二圆筒拉伸体的结合部中，形成咬合；如果塑胶件的第二圆筒拉伸体的高度过小，则由于结合部太小导致难以实施冲点工艺。YJmax+MH+0.3mm≤SJ2+SJ1尺寸的设置，是为了满足圆形硬性FR-4基板的B面元器件能够完全容纳在塑胶件的第一圆筒拉伸体和第二圆筒拉伸体所形成的高度空间中；SJ2+SJ1≤YJmax+MH+1.5mm的设置，则是尽量减少塑胶件占据的高度空间，从而将节余出的高度空间留给可充电电芯，这有利于电池的大容量化。

由于SD4>SD2，所以在塑胶件的第二圆筒拉伸体与第三圆筒拉伸体结合部将形成第一支撑平台，该第一支撑平台的功能是起支撑圆形硬性FR-4基板作用，塑胶件的第三圆筒拉伸体外部直径SD3等于钢壳的内部直径GN，即SD3＝GN。塑胶件的第三圆筒拉伸体内部直径SD4满足0.4mm≤SD3-SD4≤1mm；下限尺寸即0.4mm≤SD3-SD4的设置，是考虑到第三圆筒拉伸体的壁厚不能太薄，否则注塑容易变形；上限尺寸SD3-SD4≤1mm的设置，是考虑到第三圆筒拉伸体的壁厚不能太厚，否则壁厚将占据直径方向的空间，导致圆形硬性FR-4基板的直径必须减小，不利于元器件的布置。塑胶件的第三圆筒拉伸体的高度SJ3满足YH+YAmax≤SJ3≤YH+YAmax+1.0mm，塑胶件的第三圆筒拉伸体的高度方向必须完全收纳圆形硬性FR-4基板的厚度YH以及硬性FR-4基板的A面元器件的最大高度YAmax，因此YH+YAmax≤SJ3；上限尺寸SJ3≤YH+YAmax+1.0mm的设置，是考虑到尽量减少塑胶件占据的高度空间，从而将节余出的高度空间留给可充电电芯，这有利于电池的大容量化。

所述圆形硬性FR-4基板整体轮廓为圆形拉伸体(其半径为YB，厚度为YH)，圆形硬性FR-4基板的半径满足：SD2/2+0.2mm≤YB≤SD4/2-0.1mm，SD2为塑胶件的第一圆筒拉伸体的内部直径，SD4为塑胶件的第三圆筒拉伸体的内部直径，单位为mm，该尺寸的设置，可以很好实现圆形硬性FR-4基板安装到塑胶件的第三圆筒拉伸体内部，并且支撑在塑胶件的第二圆筒拉伸体与第三圆筒拉伸体结合部形成的第一支撑平台上；如果YB过小即YB<SD2/2+0.2mm，则圆形硬性FR-4基板的直径过小导致圆形硬性FR-4基板不能在塑胶件的第二圆筒拉伸体与第三圆筒拉伸体结合部形成的第一支撑平台形成良好支撑，并且过小的圆形硬性FR-4基板贴片面积也不利于元器件的布置；如果YB过大即YB>SD4/2-0.1mm，则圆形硬性FR-4基板的直径过大导致圆形硬性FR-4基板难以高效率地安装到塑胶件的第一圆筒拉伸体内部，并且堵塞了结构胶在塑胶件第三圆筒拉伸体内部壁面与圆形硬性FR-4基板之间的空隙，不利于提高结构胶固化后对圆形硬性FR-4基板的粘结效果。圆形硬性FR-4基板的厚度0.4≤YH≤1mm，如果厚度太薄则圆形硬性FR-4基板的强度不足，导致金属帽头在受到接触压力时候圆形硬性FR-4基板发生严重变形甚至断裂；如果厚度太厚则圆形硬性FR-4基板占据更多的电池高度空间，从而不利于节余出的高度空间留给可充电电芯，这不利于电池的大容量化。

所述圆形硬性FR-4基板为双面板，其中A面锡焊有集成IC(集成充电功能、充电保护功能、恒压输出功能)、第一电阻、第二电阻、第三电阻、保护IC(包含有充电过压保护、充电过流保护、放电欠压保护、放电过流保护、充电或放电过温保护、短路保护)、第一电容、第二电容共七个元器件，并且A面还设置有第一焊盘J1、第二焊盘J2；B面锡焊金属帽头、电感、LED灯、第三电容，并且B面设置有第三焊盘J3。圆形硬性FR-4基板焊接有元器件后称为圆形PCB板。

所述固化结构胶起始为胶状物质，填充在圆形硬性FR-4基板的B面、圆形硬性FR-4基板的A面锡焊的保护IC即U1的以厚度方向为法线方向且平行于圆形硬性FR-4基板的B面的外部平面、塑胶件的第三圆筒拉伸体内侧壁面所包围的空隙区域，经过一段时间(一般为0.5小时至24小时)后固化成塑胶状，起以下两个方面的作用：一是起固化粘结的作用，固化结构胶将圆形硬性FR-4基板、圆形硬性FR-4基板的A面锡焊的元器件、塑胶件的第三圆筒拉伸体内侧壁面粘结固化为一个连续的整体，可以起到很好的粘结固定作用，这就使得圆形硬性FR-4基板能够承受来自金属帽头的压力而不至于从塑胶件的第三圆筒拉伸体的内部脱落。二是绝缘的作用，固化结构胶为绝缘体，并且固化结构胶将圆形硬性FR-4基板的A面锡焊元器件的管脚全部覆盖了，这就可以隔绝元器件管脚与其它金属端子(例如可充电电芯的正极端子或负极端子)接触造成的短路。

所述可充电电芯的高度DXG满足：DXG≤H-H1-H2-MH-SJ3-GKDH，其中H为可充电电池的总高度，H1为金属帽头的第一圆筒体的高度，H2为金属帽头的第二圆筒体的高度，MH金属帽头的第一圆筒体、第二圆筒体的壁厚和第一裙边、第二裙边的厚度，SJ3为塑胶件的第三圆筒拉伸体的高度，GKDH为钢壳底部的厚度。

所述可充电电池，其实现的方式是：

首先将正极引出线A端与圆形硬性FR-4基板的A面的第一焊盘J1焊接，将负极引出线A端与圆形硬性FR-4基板的A面的第二焊盘J2焊接。

二是将锡焊好所有元器件的圆形硬性FR-4基板(其中A面锡焊有集成IC、第一电阻、第二电阻、第三电阻、保护IC、第一电容、第二电容共七个元器件；B面锡焊金属帽头、电感、LED灯、第三电容)，安装到塑胶件中，其中金属帽头的第一圆筒体凸出塑胶件的第一圆筒拉伸体的顶面，圆形硬性FR-4基板卡接在塑胶件的第二圆筒拉伸体与第三圆筒拉伸体内侧连接处所形成的第一支撑平台上；将结构胶填充在圆形硬性FR-4基板的B面、圆形硬性FR-4基板的A面锡焊的保护IC即U1的以厚度方向为法线方向且平行于圆形硬性FR-4基板的B面的外部平面、塑胶件的第三圆筒拉伸体内侧壁面所包围的空隙区域，结构胶固化成型后即固化结构胶将圆形硬性FR-4基板与塑胶件粘结固定。

三是将正极引出线B端与可充电电芯的正极端焊接，将负极引出线B端与可充电电芯的负极端焊接。

四是将可充电电芯以及塑胶件的第二圆筒拉伸体和第三圆筒拉伸体插入钢壳内部，然后用钢针对塑胶件的第二圆筒拉伸体与钢壳的结合部实施冲压，钢壳受力变形嵌入塑胶件的第二圆筒拉伸体中，实现了塑胶件与钢壳的固定；或者是首先在塑胶件的第二圆筒拉伸体与钢壳的结合部的钢壳内侧壁面涂覆胶黏剂，然后将塑胶件的第二圆筒拉伸体和第三圆筒拉伸体插入钢壳内部，胶黏剂固化，完成塑胶件与钢壳的粘结固定。

以上四步完成了可充电电池的制作。

与现有技术相比，本发明的可充电电池，具有以下优点：

(1)可以实现小尺寸规格的可充电电池附属构件占用空间的节约化和电池的大容量化。圆形硬性FR-4基板既作为金属帽头和其它元器件的贴片锡焊的基板，兼作电池的上部支撑端面和封口端面；塑胶件具有三个同轴心的圆筒拉伸体，作为圆形硬性FR-4基板的支撑体、LED灯光的透射体、圆形硬性FR-4基板B面贴片锡焊元器件的绝缘防护体、与钢壳连接固定用的结构体、固化结构胶的收纳体；金属帽头的第一圆筒体部分作为电池的正极端子，金属帽头的第二圆筒体部分作为锡焊在圆形硬性FR-4基板的B面上的电感、LED灯、第三电容的防护体，同时金属帽头的第二圆筒体上的开口部还作为灯光的透射用途；固化结构胶填充在圆形硬性FR-4基板的B面、圆形硬性FR-4基板的A面锡焊的保护IC即U1的以厚度方向为法线方向且平行于圆形硬性FR-4基板的B面的外部平面、塑胶件的第三圆筒拉伸体内侧壁面所包围的空隙区域，起固化粘结和绝缘的作用；圆形硬性FR-4基板、塑胶件、金属帽头、固化结构胶等零件的功能复用、立体空间布局和装配的形式，大幅度减少不贡献容量的结构件占用的空间，实现大容量化。

(2)可以实现多功能的集成。该可充电电池集成了恒定电压输出、充电管理及保护、过充过放过流保护多位一体功能，因而可以方便地采用普通的5V手机充电器和配套的充电仓进行充电，无需配备专用的电池充电器。

(3)可以满足可充电电池符合国际标准结构尺寸和机械可靠性要求。本发明的可充电电池，将可充电电芯、钢壳、保护IC、集成IC(集成充电功能和恒压输出功能)、电阻、电容、电感、塑胶件、圆形硬性FR-4基板、金属帽头、固化结构胶等元器件或零件进行了创造性的结构布局和空间规划，充分考虑了各零件之间连接方式的可靠性，并且进一步考虑了组装或焊接等操作可实现性和便捷性，从而使得集成后的可充电电池，不仅可以实现电池附属构件占用空间的节约化和电池的大容量化，而且同时可以使得可充电电池符合国际标准结构尺寸和机械可靠性要求(如机械振动、跌落等)。

本发明的可充电电池，结构新颖，制作简单。本发明的可充电电池，兼顾了多功能集成、结构可靠性、工艺可操作性的要求，与现有技术相比，本发明的可充电电池可以实现容量提高约20％。

附图说明

图1为实施例1可充电电池的整体外形示意图；

图2为实施例1可充电电池的结构爆炸示意图；

图3(a)为实施例1金属帽头的3D结构示意图；

图3(b)为实施例1金属帽头的关键特征尺寸示意图一；

图3(c)为实施例1金属帽头的关键特征尺寸示意图二；

图4(a)为实施例1塑胶件的3D结构示意图；

图4(b)为实施例1塑胶件的关键特征尺寸示意图；

图5为实施例1的电路原理图；

图6(a)为实施例1圆形硬性FR-4基板A面元器件贴片位置示意图；

图6(b)为实施例1圆形硬性FR-4基板B面元器件贴片位置示意图；

图7(a)为实施例1金属帽头、圆形PCB板的装配结构示意图；

图7(b)为实施例1金属帽头、圆形PCB板、塑胶件、固化结构胶的装配结构示意图；

图8(a)为实施例1固化结构胶的3D结构示意图一；

图8(b)为实施例1固化结构胶的3D结构示意图二；

图9为实施例1可充电电池的充电电压-充电电流-充电时间关系曲线图；

图10为实施例1可充电电池的放电电压-放电电流-放电时间关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

以具体制作一种恒压输出的圆柱形可充电电池为例，来进一步阐述该可充电电池结构及其功能的实现方式，同时说明该种可充电电池的大容量实现的方法。

一种可充电电池，为圆柱形(其外形整体尺寸需符合《IEC60086-2：2011，MOD》标准所要求的R03型号尺寸规范要求)，其要求为：电池直径≤10.5mm，电池高度H≤44.5mm，电池具备充电管理功能；具备充电保护和放电保护功能；电池具备恒压1.50V±0.10V，持续300mA电流的输出功能。如图1和图2所示，该可充电电池包括可充电电芯1、钢壳2、元器件3(包括集成IC、保护IC、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、电感、LED灯等)、塑胶件4、圆形硬性FR-4基板5、金属帽头6、负极引出线7、正极引出线8、固化结构胶9，本实施例的可充电电芯1为聚合物锂离子单体电池，其型号为09360(直径9.10±0.20mm，高度DXG＝36.50⁺⁰ _-1.0mm)，标称电压为3.7V，容量为300mAh；电池外壳为钢壳2，其外径为GW＝10.00±0.05mm，内径为GN＝9.60±0.05mm，高度为GH＝41.50±0.05mm，底部厚度为GKDH＝0.30±0.05mm；可充电电芯1置于钢壳2内，塑胶件4的第二圆筒拉伸体和第三圆筒拉伸体配套插入钢壳2的开口端并相互配合，钢壳2通过冲出凹点与塑胶件4嵌入固定；元器件3贴片锡焊在圆形硬性FR-4基板5的A面和B面上，金属帽头6锡焊在圆形硬性FR-4基板5的B面上，圆形硬性FR-4基板5以B面朝上的方式安装在塑胶件4内且金属帽头6的第一圆筒体部分超出塑胶件4顶端即塑胶件的第一圆筒拉伸体的顶面，可充电电芯1的正极端、负极端分别通过正极引出线8、负极引出线7与圆形硬性FR-4基板5A面的第一焊盘J1、第二焊盘J2相对应连接在一起。

如图3(a)所示，金属帽头6包括第一圆筒体601和第二圆筒体602，第一圆筒体601的上端封闭、下端开口，第一圆筒体601的上端端面和下端侧面为倒角结构，第一圆筒体601的下端设置有朝外的第一裙边603，第二圆筒体602的顶端边缘与第一圆筒体602的第一裙边603边缘相连接为一体且第一圆筒拉伸体601与第二圆筒拉伸体602同轴线，第二圆筒体602的下端开口，第二圆筒体602下端设置有朝外的第二裙边604，第二圆筒体602外侧周边设置有四个沿高度方向且均匀分布的开口部605，开口部605作为LED灯光的散发通道，第一圆筒体601的上端是可充电电池与外部负载或充电电源接触的结构部位；第二圆筒体602的第二裙边604是金属帽头6与圆形硬性FR-4基板5B面的第三焊盘J3锡焊连接的部位，第二圆筒体602内部空腔可容纳电感、LED灯和第三电容合计三个元器件。图3(b)和图3(c)是金属帽头关键特征尺寸，第一圆筒体的外径和高度分别为M1、H1，第二圆筒体的外径和高度分别为M2、H2，金属帽头的第一圆筒体、第二圆筒体的壁厚和第一裙边、第二裙边的厚度均为MH；第二圆筒体开口部的宽度为MK；第二圆筒体的第二裙边的直径为M3；开口部的深度为MS。本实施例1中，金属帽头的以上关键特征尺寸设置如下：M1＝3.50±0.05mm，H1＝2.10±0.05mm，M2＝6.60±0.05mm，H2＝2.10±0.05mm，M3＝7.80±0.05mm，MH＝0.20±0.05mm，MK＝1.00±0.05mm，MS＝1.42±0.05mm。

如图4(a)所示，塑胶件4包括第一圆筒拉伸体401、第二圆筒拉伸体402和第三圆筒拉伸体403，第一圆筒拉伸体401、第二圆筒拉伸体402和第三圆筒拉伸体403同轴线，第一圆筒拉伸体401与第二圆筒拉伸体402以内壁平齐的方式上下相连且第一圆筒拉伸体顶部超出第二圆筒拉伸体外壁形成第二支撑平台404，第三圆筒拉伸体403与第二圆筒拉伸体402以外壁平齐的方式上下相连，第二圆筒拉伸体402底部超出第三圆筒拉伸体403内壁形成第一支撑平台405。图4(b)是塑胶件的关键特征尺寸，第一圆筒拉伸体的外部直径为SD1、内部直径为SD2、高度为SJ1；第二圆筒拉伸体的外部直径SD3、高度SJ2，第二圆筒拉伸体的内部直径与第一圆筒拉伸体的内部直径相同；第三圆筒拉伸体的内部直径为SD4、高度为SJ3，第三圆筒拉伸体的外部直径与第二圆筒拉伸体的外部直径相同。本实施例1中，塑胶件的以上关键特征尺寸设置如下：SD1＝10.0±0.05mm，SJ1＝0.80±0.05mm，SD2＝8.00±0.05mm，SD3＝9.60±0.05mm，SJ2＝2.00±0.05mm，SD4＝9.00±0.05mm，SJ3＝2.20±0.05mm。

如图5所示，集成IC即U2(型号为XS5301)、第一电阻R1(规格为0.4欧±1％)、第二电阻R2(规格为1K±1％)、第三电阻R3(规格为2K±1％)、电感L1(型号：2.2uH/1.5A)、LED灯D1(型号为HL0402USR)、第一电容C1(规格为0.1uF、10V)、第二电容C2(规格为22μF、10V)、第三电容C3(规格为22μF、10V)、保护IC即U1(型号为CT2105)，并且有J1端口(即第一焊盘J1)、J2端口(即第二焊盘J2)、J3端口(即第三焊盘J3)。其中J1端口、J2端口分别表示的是与可充电电芯的正极引出线、负极引出线进行电连接的端口，J3端口表示的是金属帽头，J3端口是充电的输入口兼放电的输出口，即J3端口充电和放电同口。

本实施例中保护IC即U1(型号为CT2105)的功能为用于电池充电、放电过程保护，主要包括：过充电保护(过充电检测电压为4.275±0.050V、过充电解除电压为4.075±0.025V、过充电电压检测延迟时间为0.96～1.40s)、过放电保护(过放电检测电压为2.500±0.050V、过放电解除电压为2.900±0.025V、过放电电压检测延迟时间为115～173mS)、过充电电流保护(过充电电流检测为2.1～3.9A、过充电电流检测延迟时间为8.8～13.2mS)、过放电电流保护(过放电电流检测为2.5～4.5A、过放电电流检测延迟时间为8.8～13.2mS)、短路保护(负载短路检测电压为1.20～1.30V、负载短路检测延时为288～432μS)。

本实施例中集成IC即U2(型号为XS5301)的功能为用于电池充电管理、充电过程保护、恒定电压输出，主要包括：充电管理(适配器电压输入4.5V～6.5V，该IC可以提供4.2V±1％充电电压给电池充电；充电最大电流1C可以达到700mA；充电电流大小由图5中第三电阻R3设置，本实施例R3＝2K对应的最大充电电流为312mA；充电电流降低至0.1C时候充电截止)、充电保护(电池电压低于2.9V采用涓流充电模式；充电过程有过流保护、短路保护、温度保护)、恒定电压输出(1.5MHz恒定频率输出工作；可以最大1.5A电流输出工作；恒定的输出电压为1.50V；过流保护、短路保护、温度保护、低压锁定保护)。

如图6(a)所示，圆形硬性FR-4基板5的A面贴片锡焊有以下的元器件：第一电容C1、第二电容C2、保护IC即U1、集成IC即U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3。本实施例中，圆形硬性FR-4基板5的A面最高元器件为保护IC即U1，其高度YAmax为1.35mm，并且有第一焊盘J1(即J1端口)、第二焊盘J2(即J2端口)共2个端口，2个端口全部设置有供锡焊操作的焊盘。其中J1端口、J2端口分别表示的是与可充电电芯的正极引出线、负极引出线进行电连接的端口。如图6(b)所示，圆形硬性FR-4基板5的B面贴片锡焊有第三电容C3、电感L1、LED灯D1等元器件，圆形硬性FR-4基板5的B面最高元器件为电感L1，其高度YJmax为1.50mm，圆形硬性FR-4基板5的B面通过圆环形状的J3端口(即第三焊盘J3)贴片锡焊金属帽头6，J3端口是充电的输入口兼放电的输出口，即J3端口充电和放电同口。圆形硬性FR-4基板5的整体轮廓为圆形拉伸体(其半径为YB，厚度为YH)，本实施例1中，该圆形硬性FR-4基板的以上关键特征尺寸设置如下：YB＝4.40mm±0.05，YH＝0.60±0.05mm。

图8(a)和图8(b)为本实施例的固化结构胶的3D结构示意图，固化结构胶9起始为胶状物质，填充在圆形硬性FR-4基板5的B面、圆形硬性FR-4基板5的A面锡焊的保护IC即U1的以厚度方向为法线方向且平行于圆形硬性FR-4基板5的B面的外部平面、塑胶件4的第三圆筒拉伸体内侧壁面所包围的空隙区域，经过一段时间(一般为0.5小时至24小时)后固化成塑胶状，起以下两个方面的作用：一是起固化粘结的作用，固化结构胶将圆形硬性FR-4基板、圆形硬性FR-4基板的A面锡焊的元器件、塑胶件的第三圆筒拉伸体内侧壁面粘结固化为一个连续的整体，可以起到很好的粘结固定作用，这就使得圆形硬性FR-4基板能够承受来自金属帽头的压力而不至于从塑胶件的第三圆筒拉伸体的内部脱落。二是绝缘的作用，固化结构胶为绝缘体，并且固化结构胶将圆形硬性FR-4基板的A面锡焊元器件的管脚全部覆盖了，这就可以隔绝元器件管脚与其它金属端子(例如可充电电芯的正极端或负极端)接触造成的短路。

本实施例的金属帽头的第一圆筒体满足：2mm≤M1(＝3.50mm)≤3.8mm；高度H1满足：0.8mm≤H1+H2+MH-SJ1-SJ2(＝2.10+2.10+0.20-0.80-2.00＝1.60mm)≤1.7mm，其中H1为金属帽头的第一圆筒体的高度，H2为金属帽头的第二圆筒体的高度，MH为金属帽头的第一圆筒体、第二圆筒体的壁厚和第一裙边、第二裙边的厚度，SJ1为塑胶件的第一圆筒拉伸体的高度，SJ2为塑胶件的第二拉伸体的高度，单位为mm。M1的下限尺寸即2mm≤M1设置，可以保证金属帽头有足够的接触面积，供充电电池与外部负载或充电电源保持良好的接触；M1的上限尺寸即M1≤3.8mm设置，是为了符合国际标准规范的要求(国际标准规范要求该尺寸最大值为3.8mm)，否则有可能由于直径过大无法与外部负载或充电电源的配套接口配合，导致接触不良或接触不上。H1下限高度即0.8mm≤H1+H2+MH-SJ1-SJ2的设置，是为了符合国际标准规范的要求，否则有可能由于帽头凸出高度过低无法与外部负载或充电电源的配套接口配合，导致接触不良或接触不上；H1上限高度即H1+H2+MH-SJ1-SJ2≤1.7mm的设置，是考虑到尽量减少金属帽头占据的高度空间，从而将节余出的高度空间留给可充电电芯，这有利于电池的大容量化。

所述金属帽头的第二圆筒体满足：M1(＝3.50mm)≤M2(＝6.60mm)≤M3-0.6mm(＝7.80-0.60＝7.20mm)；高度H2满足：YJmax+0.3mm(＝1.50+0.30＝1.80mm)≤H2(＝2.10mm)≤YJmax+1.2mm(＝1.50+1.20＝2.70mm)，其中YJmax为圆形硬性FR-4基板的B面贴片元器件的最大高度(在这里是电感，YJmax＝1.50mm)，单位为mm。M2的下限尺寸即M1≤M2的设置，是尽可能增加金属帽头的第二圆筒体内部空腔的体积空间，以有利于容纳元器件；M2的上限尺寸即M2≤M3-0.6mm的设置，是考虑到第二圆筒体的第二裙边必须有一定的宽度尺寸，以满足第二裙边与圆形硬性FR-4基板的第三焊盘J3进行锡焊的需求，如果第二裙边宽度过小则锡焊强度不足，金属帽头可能在使用过程中发生脱落。H2下限高度即YJmax+0.3mm≤H2的设置，是为了满足元器件贴片在圆形硬性FR-4的B面，并且这些元器件全部容纳在金属帽头的第二圆筒体内部空腔中，元器件不会与金属帽头有相互干涉的现象；H2上限高度即H2≤YJmax+1.2mm的设置，是考虑到尽量减少金属帽头占据的高度空间，从而将节余出的高度空间留给可充电电芯，这有利于电池的大容量化。

所述金属帽头的第一圆筒体、第二圆筒体的壁厚和第一裙边、第二裙边的厚度均满足0.15mm≤MH(＝0.20mm)≤0.5mm，壁厚太薄，金属帽头强度不足，可能在夹持使用等过程中发生变形；金属帽头的第二圆筒体的第二裙边的厚度太厚，则占据了金属帽头的高度空间，金属帽头的第二圆筒体的壁厚太厚，则占据了第二圆筒体的内部空腔空间，不利于电池的大容量化。第二圆筒体开口部的高度等于H2即与第二圆筒体的高度相等，开口部的深度MS满足(M3-M2)/2+0.5mm(＝(7.80-6.60)/2+0.5＝1.10mm)≤MS(＝1.42mm)≤(M3-M1)/2-0.5mm(＝(7.80-3.50)/2-0.50＝1.65mm)即沿第二圆筒体下端的第二裙边一直开口到第一圆筒体的第一裙边外侧0.5mm附近，开口部这一高度和深度的设置，可以实现LED灯光从金属帽头第二圆筒体侧面开口处和第一圆筒体下端的第二裙边开口处即整个开口部投射出来，也就是侧面和上面均能透光，这就增强了灯光的指示效果；第二圆筒体开口部宽度满足M2×sin(45°/2N)mm(＝6.6×sin(45°/8)＝0.65mm)≤MK(＝1.00mm)≤M2×sin(120°/2N)mm(6.6×sin(120°/8)＝1.71mm)，其中N＝4为金属帽头的第二圆筒体开口部的总数量。第二圆筒体开口部宽度下限即M2×sin(45°/2N)≤MK的设置，是考虑到如果开口部的宽度过小，则LED灯光透出强度不足，指示效果不清晰；第二圆筒体开口部宽度上限即M2×sin(120°/2N)mm的设置，是考虑到如果开口部的宽度过大，则金属帽头的第二圆筒体剩余的支撑壁太少导致支撑强度不足，可能在电池被夹持使用等过程中发生变形。第二圆筒体的第二裙边的外径M3满足SD2-0.50mm(＝8.00-0.50＝7.50mm)≤M3(＝7.80mm)<SD2mm(＝8.00mm)，第二裙边外径下限即SD2-0.5≤M3的设置，是为了尽量增加金属帽头的第二圆筒体的外径从而增大其内部空腔空间，以有利于元器件的布置；第二裙边外径上限即M3<SD2mm的设置，是为了确保金属帽头能够安装在塑胶件内部空腔，金属帽头的第二圆筒体不会与塑胶件的第一圆筒拉伸体和第二圆筒拉伸体发生干涉问题。

本实施例塑胶件的第一圆筒拉伸体的外部直径SD1(＝10.00mm)等于钢壳的外径GW(＝10.00mm)；第一圆筒拉伸体的壁厚SDB1满足0.5mm≤SDB1(＝(SD1-SD2)/2＝1mm)≤1mm，即1mm≤SD1-SD2(＝10.00-8.00＝2.00)≤2mm(SDB1厚度太薄强度不够，所以SDB1大于等于0.5mm；SDB1厚度太厚则占用电池的直径方向空间，这将导致金属帽头的第二圆筒体的第二裙边外径M3必须减小(因为M3<SD2)，更进一步导致金属帽头的第二圆筒体的外径M2减小(因为M2≤M3-0.6mm)，这将使得金属帽头的第二圆筒体的内部空腔减小，降低圆形硬性FR-4基板的B面有效贴片面积，不利于元器件的布置和贴片，所以SDB1小于等于1mm)。塑胶件的第一圆筒拉伸体高度SJ1满足0.5mm≤SJ1(＝0.80mm)≤1mm，塑胶件以第二圆筒拉伸体和第三圆筒拉伸体沿钢壳开口方向伸入并与钢壳配合，塑胶件的第一圆筒拉伸体通过第一圆筒拉伸体顶部超出第二圆筒拉伸体外壁形成的第二支撑平台卡接在钢壳开口边缘，因此塑胶件的第一圆筒拉伸体高度如果太小即SJ1<0.5mm则其支撑强度不足，容易在电池被夹持使用等过程中发生变形甚至破损；如果塑胶件的第一圆筒拉伸体高度如果太高即SJ1>1mm，则占用电池过多的高度空间，不利于电池的大容量化。

本实施例塑胶件的第二圆筒拉伸体外部直径SD3(＝9.60mm)等于钢壳的内部直径GN(＝9.60mm)，即SD3＝GN。塑胶件的第二圆筒拉伸体高度SJ2满足：1.5mm≤SJ2(＝2.00mm)且YJmax+MH+0.3(＝1.50+0.20+0.30＝2.00mm)≤SJ2+SJ1(＝2.00+0.80＝2.80mm)≤YJmax+MH+1.5mm(＝1.50+0.20+1.50＝3.20mm)，其中YJmax为圆形硬性FR-4基板的B面贴片元器件的最大高度，MH为金属帽头的第一圆筒体、第二圆筒体的壁厚和第一裙边、第二裙边的厚度，单位为mm。塑胶件的第二圆筒拉伸体的高度下限1.5mm≤SJ2的设置，是考虑到塑胶件与钢壳的固定方式是通过冲点实现，即对用尖锐的钢针对钢壳与塑胶件的第二圆筒拉伸体的结合部实施冲压，钢壳受力发生凹陷变形并嵌入到塑胶件的第二圆筒拉伸体的结合部中，形成咬合；如果塑胶件的第二圆筒拉伸体的高度过小，则由于结合部太小导致难以实施冲点工艺。YJmax+MH+0.3≤SJ2+SJ1尺寸的设置，是为了满足圆形硬性FR-4基板的B面元器件能够完全容纳在塑胶件的第一圆筒拉伸体和第二圆筒拉伸体所形成的高度空间中；SJ2+SJ1≤YJmax+MH+1.5mm的设置，则是尽量减少塑胶件占据的高度空间，从而将节余出的高度空间留给可充电电芯，这有利于电池的大容量化。

由于SD4(＝9.00mm)>SD2(＝8.00mm)，所以在塑胶件的第二圆筒拉伸体与第三圆筒拉伸体结合部将形成第一支撑平台，该第一支撑平台的功能是起支撑圆形硬性FR-4基板作用，塑胶件的第三圆筒拉伸体外部直径SD3(＝9.60mm)等于钢壳的内部直径GN(＝9.60mm)，即SD3＝GN。塑胶件的第三圆筒拉伸体内部直径SD4满足0.4mm≤SD3-SD4(＝9.60-9.00＝0.60mm)≤1mm；下限尺寸即0.4mm≤SD3-SD4的设置，是考虑到第三圆筒拉伸体的壁厚不能太薄，否则注塑容易变形；上限尺寸SD3-SD4≤1mm的设置，是考虑到第三圆筒拉伸体的壁厚不能太厚，否则壁厚将占据直径方向的空间，导致圆形硬性FR-4基板的直径必须减小，不利于元器件的布置。塑胶件的第三圆筒拉伸体的高度SJ3满足YH+YAmax(＝0.60+1.35＝1.95mm)≤SJ3(＝2.20mm)≤YH+YAmax+1.0mm(＝0.60+1.35+1.0＝2.95mm)，塑胶件的第三圆筒拉伸体的高度方向必须完全收纳圆形硬性FR-4基板的厚度YH以及硬性FR-4基板的A面元器件的高度YAmax，因此YH+YAmax≤SJ3；上限尺寸SJ3≤YH+YAmax+1.0mm的设置，是考虑到尽量减少塑胶件占据的高度空间，从而将节余出的高度空间留给可充电电芯，这有利于电池的大容量化。

本实施例圆形硬性FR-4基板的半径满足：SD2/2+0.2mm(＝8.00/2+0.2＝4.20mm)≤YB(＝4.40mm)≤SD4/2-0.1mm(＝9.00/2-0.1＝4.40mm)，该尺寸的设置，可以很好实现圆形硬性FR-4基板安装到塑胶件的第三圆筒拉伸体内部，并且支撑在塑胶件的第二圆筒拉伸体与第三圆筒拉伸体结合部形成的第一支撑平台上；如果YB过小即YB<SD2/2+0.2mm，则圆形硬性FR-4基板的直径过小导致圆形硬性FR-4基板不能在塑胶件的第二圆筒拉伸体与第三圆筒拉伸体结合部形成的第一支撑平台形成良好支撑，并且过小的圆形硬性FR-4基板贴片面积也不利于元器件的布置；如果YB过大即YB>SD4/2-0.1mm，则圆形硬性FR-4基板的直径过大导致圆形硬性FR-4基板难以高效率地安装到塑胶件的第一圆筒拉伸体内部，并且堵塞了结构胶在塑胶件的第三圆筒拉伸体内部壁面与圆形硬性FR-4基板之间的空隙，不利于提高结构胶固化后对圆形硬性FR-4基板的粘结效果。圆形硬性FR-4基板的厚度0.4≤YH(＝0.60mm)≤1mm，如果厚度太薄则圆形硬性FR-4基板的强度不足，导致金属帽头在受到接触压力时候圆形硬性FR-4基板发生严重变形甚至断裂；如果厚度太厚则圆形硬性FR-4基板占据更多的电池高度空间，从而不利于节余出的高度空间留给可充电电芯，这不利于电池的大容量化。

本实施例可充电电芯的高度DXG满足：

DXG(＝36.50mm)≤H-H1-H2-MH-SJ3-GKDH(＝44.5-2.10-2.10-0.20-2.20-0.30＝37.60mm)，其中H为可充电电池的总高度，H1为金属帽头的第一圆筒体的高度，H2为金属帽头的第二圆筒体的高度，MH金属帽头的第一圆筒体、第二圆筒体的壁厚和第一裙边、第二裙边的厚度，SJ3为塑胶件的第三圆筒拉伸体的高度，GKDH为钢壳底部的厚度。

结合图1至图8，本实施例在实际制作时，按以下步骤进行：

(1)首先将正极引出线A端与圆形硬性FR-4基板的A面的第一焊盘J1焊接，将负极引出线A端与圆形硬性FR-4基板的A面的第二焊盘J2焊接。

(2)将圆形硬性FR-4基板的A面、B面进行贴片锡焊，其中A面贴片锡焊第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、保护IC即U1、集成IC即U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3；B面首先贴片电感L1、LED灯D1、第三电容C3，然后再贴片锡焊金属帽头，完成元器件贴片锡焊后的圆形硬性FR-4基板称为圆形PCB板。

(3)将锡焊好所有元器件、正极引出线、负极引出线的圆形PCB板安装到塑胶件中，其中金属帽头的第一圆筒体凸出塑胶件的第一圆筒拉伸体的顶面，圆形硬性FR-4基板卡接在塑胶件的第二圆筒拉伸体与第三圆筒拉伸体内侧连接处所形成的第一支撑平台上，金属帽头、圆形PCB板的装配结构示意图如图7(a)所示；将结构胶填充在圆形硬性FR-4基板的B面、圆形硬性FR-4基板的A面锡焊的保护IC即U1的以厚度方向为法线方向且平行于圆形硬性FR-4基板的B面的外部平面、塑胶件的第三圆筒拉伸体内侧壁面所包围的空隙区域，结构胶固化成型后即固化结构胶将圆形硬性FR-4基板与塑胶件粘结固定，金属帽头、圆形PCB板、塑胶件、固化结构胶的装配结构示意图如图7(b)所示。

(4)将正极引出线B端与可充电电芯的正极端焊接，将负极引出线B端与可充电电芯的负极端焊接。

(5)将可充电电芯以及塑胶件的第二圆筒拉伸体和第三圆筒拉伸体插入钢壳内部，然后用钢针对塑胶件的第二圆筒拉伸体与钢壳的结合部实施冲压，钢壳受力变形嵌入塑胶件的第二圆筒拉伸体中，实现了塑胶件与钢壳的固定；或者是首先在塑胶件的第二圆筒拉伸体与钢壳的结合部的钢壳内侧壁面涂覆胶黏剂，然后将塑胶件的第二圆筒拉伸体和第三圆筒拉伸体插入钢壳内部，胶黏剂固化，完成塑胶件与钢壳的粘结固定。

完成集成充电管理、恒压输出、充放电保护等多种功能的圆柱形可充电电池的制作。

将本实施例的可充电电池，完全放电后，适配器规格为：5V恒压输出、最大充电电流300mA，给可充电电池充电，充电时间为69分钟，合计的充电容量为305.3mAh，其充电电压-充电电流-充电时间关系曲线图如图9所示。充电过程中，充电的管理和充电的保护由电池内部的电路自行实施。

将充满电的电池，以恒流300mA进行放电，截止电压1.0V，其放电情况下的放电电压-放电电流-放电时间关系曲线图如图10所示，可充电电池的放电电压为1493mV～1490mV，稳定在1.50±0.10V范围内，达成了以300mA电流进行恒压输出的功能，整个放电过程放电容量为635.0mAh。放电终了，放电电压突降到0.79V，电流为0mA，表明触发了过放电保护条件，关断了放电回路，放电保护功能实现。

现有技术方法下，同种型号即R03型号尺寸电池，由于结构件占用了超过本实施例约6mm高度的空间，导致只能采用高度更低的聚合物锂离子单体电池，其型号一般为09300(直径9.10±0.20mm，高度30.50⁺⁰ _-1.0mm)，标称电压为3.7V，容量为250mAh。即本实施例的技术方法，能够实现比现有技术高出20％的容量。

需要说明的是，本实施例虽然是以降压恒压1.50V输出型锂离子电池为例进行说明，但是同样适用于可充电电池需要升压恒压输出的工况，例如9V恒压输出锂离子电池等。

需要说明的是，本实施例虽然是以R03型号尺寸来进行说明，但是同样适用于其它尺寸的电池。

实施例2

一种可充电电池，其结构与实施例1中的可充电电池的结构相类似，其不同之处在于：恒定输出电压为1.50V，第三电阻R3规格为4K±1％，可充电电池对应的最大充电电流为156mA。

以上所述仅是本发明的优选的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应该视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种可充电电池，其特征在于：包括可充电电芯、钢壳、保护IC、集成IC、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、电感、LED灯、塑胶件、圆形硬性FR-4基板、金属帽头和固化结构胶，实现恒定电压输出、充电管理及保护、过充过放过流保护多位一体功能；其中保护IC、集成IC、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容贴片锡焊在圆形硬性FR-4基板的A面，第三电容、电感、LED灯、金属帽头锡焊在圆形硬性FR-4基板的B面上，所述圆形硬性FR-4基板以B面朝上的方式安装在塑胶件内且金属帽头的第一圆筒体部分超出塑胶件顶端，所述塑胶件的下端配套套装在钢壳开口端，所述可充电电芯置于钢壳内，所述可充电电芯的正极端、负极端分别通过正极引出线、负极引出线与圆形硬性FR-4基板A面的第一焊盘、第二焊盘相对应焊接在一起；圆形硬性FR-4基板既作为金属帽头和其它元器件的贴片锡焊的基板，兼作电池的上部支撑端面和封口端面；塑胶件具有三个同轴心的圆筒拉伸体，作为圆形硬性FR-4基板的支撑体、LED灯光的透射体、圆形硬性FR-4基板B面贴片锡焊元器件的绝缘防护体、与钢壳连接固定用的结构体、固化结构胶的收纳体；所述金属帽头的第一圆筒体部分作为电池的正极端子，金属帽头的第二圆筒体部分作为锡焊在圆形硬性FR-4基板的B面上的电感、LED灯、第三电容的防护体，同时金属帽头的第二圆筒体的开口部作为LED灯光的散发通道；所述固化结构胶填充在圆形硬性FR-4基板的B面、圆形硬性FR-4基板的A面锡焊的保护IC的以厚度方向为法线方向且平行于圆形硬性FR-4基板的B面的外部平面、塑胶件的第三圆筒拉伸体内侧壁面所包围的空隙区域，起固化粘结和绝缘的作用；圆形硬性FR-4基板、塑胶件、金属帽头、固化结构胶的功能复用、立体空间布局和装配的形式，大幅度减少不贡献容量的结构件占用的空间，实现大容量化；

所述塑胶件满足：1mm≤SD1-SD2≤2mm，0.5mm≤SJ1≤1mm，1.5mm≤SJ2且YJmax+MH+0.3mm≤SJ2+SJ1≤YJmax+MH+1.5mm，SD4>SD2，0.4mm≤SD3-SD4≤1mm，YH+YAmax≤SJ3≤YH+YAmax+1.0mm，其中SD1为塑胶件的第一圆筒拉伸体的外部直径，SD2为塑胶件的第一圆筒拉伸体的内部直径，SD3为塑胶件的第二圆筒拉伸体的外部直径，SD4为塑胶件的第三圆筒拉伸体的内部直径，SJ1为塑胶件的第一圆筒拉伸体的高度，SJ2为塑胶件的第二圆筒拉伸体的高度，YJmax为圆形硬性FR-4基板的B面贴片元器件的最大高度，MH为金属帽头的第一圆筒体、第二圆筒体的壁厚和第一裙边、第二裙边的厚度，YH为圆形硬性FR-4基板的厚度，YAmax为硬性FR-4基板的A面元器件的最大高度，单位为mm。

2.根据权利要求1所述的可充电电池，其特征在于：所述金属帽头满足：2mm≤M1≤3.8mm，0.8mm≤H1+H2+MH-SJ1-SJ2≤1.7mm，M1≤M2≤M3-0.6mm，YJmax+0.3mm≤H2≤YJmax+1.2mm，0.15mm≤MH≤0.5mm，(M3-M2)/2+0.5mm≤MS≤(M3-M1)/2-0.5mm，M2×sin(45/2N)≤MK≤M2×sin(120°/2N)，SD2-0.5mm≤M3<SD2mm，其中M1为金属帽头的第一圆筒体的外径，H1为金属帽头的第一圆筒体高度；M2为金属帽头的第二圆筒体的外径，H2为金属帽头的第二圆筒体的高度；MH为金属帽头的第一圆筒体、第二圆筒体的壁厚和第一裙边、第二裙边的厚度，MK为金属帽头的第二圆筒体开口部的宽度，M3为金属帽头的第二圆筒体的第二裙边的外径，MS为金属帽头的第二圆筒体开口部的深度，N为金属帽头的第二圆筒体开口部的总数量，SJ1为塑胶件的第一圆筒拉伸体的高度，SJ2为塑胶件的第二圆筒拉伸体的高度，YJmax为圆形硬性FR-4基板的B面贴片元器件的最大高度，单位为mm。

3.根据权利要求1所述的可充电电池，其特征在于：所述圆形硬性FR-4基板整体轮廓为圆形拉伸体，圆形硬性FR-4基板的半径满足：SD2/2+0.2mm≤YB≤SD4/2-0.1mm，其中YB为圆形硬件FR-4基板的半径，SD2为塑胶件的第一圆筒拉伸体的内部直径，SD4为塑胶件的第三圆筒拉伸体的内部直径，单位为mm。

4.根据权利要求2所述的可充电电池，其特征在于：所述金属帽头的整体结构形式是一端开口的抽壳拉伸体，其结构形体组成包括第一圆筒体和第二圆筒体，第一圆筒体的上端封闭、下端开口，第一圆筒体的下端设置有朝外的第一裙边，第二圆筒体的顶端边缘与第一圆筒体的第一裙边边缘相连接为一体且第一圆筒拉伸体与第二圆筒拉伸体同轴线，第二圆筒体的下端开口，第二圆筒体下端设置有朝外的第二裙边，第二圆筒体外侧周边设置有若干个沿高度方向且均匀分布的开口部，开口部作为LED灯光的散发通道，第一圆筒体的上端是可充电电池与外部负载或充电电源接触的结构部位，第二圆筒体的第二裙边是金属帽头与圆形硬性FR-4基板B面的第三焊盘锡焊连接的部位，第二圆筒体内部空腔可容纳电感、LED灯和第三电容。

5.根据权利要求1～4任一所述的可充电电池，其特征在于：所述塑胶件包括第一圆筒拉伸体、第二圆筒拉伸体和第三圆筒拉伸体，三个圆筒拉伸体同轴线，第三圆筒拉伸体与第二圆筒拉伸体以外壁平齐的方式上下相连且第二圆筒拉伸体底部超出第三圆筒拉伸体内壁形成第一支撑平台，第一圆筒拉伸体与第二圆筒拉伸体以内壁平齐的方式上下相连，第一圆筒拉伸体顶部超出第二圆筒拉伸体外壁形成第二支撑平台。

6.根据权利要求1～4任一所述的可充电电池，其特征在于：所述可充电电芯的高度DXG满足：DXG≤H-H1-H2-MH-SJ3-GKDH，其中H为可充电电池的总高度，H1为金属帽头的第一圆筒体的高度，H2为金属帽头的第二圆筒体的高度，MH为金属帽头的第一圆筒体、第二圆筒体的壁厚和第一裙边、第二裙边的厚度，SJ3为塑胶件的第三圆筒拉伸体的高度，GKDH为钢壳底部的厚度。