CN110808426B - 旋盖式可充电电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋盖式可充电电池，包括可充电电芯、钢壳、磁铁、MicroUSB接口、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、硬性FR‑4基板、金属盖帽和弹簧顶针，实现隐藏式MicroUSB接口可充电、旋转式金属盖帽可便捷拆装、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。与现有技术相比，本发明的旋盖式可充电电池，工艺结构简单且易于安装、集成的效率高、电池的可靠性高、功能多样。

Description

旋盖式可充电电池

技术领域

本发明涉及一种旋盖式可充电电池，尤其是涉及一种金属盖帽可以依据使用的需要旋入安装或旋出卸下，具备MicroUSB接口充电输入功能，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，同时兼具高容量的旋盖式可充电电池。

背景技术

可充电电池由于具有可循环使用、比能量高、寿命长的优点，正在得到越来越广泛的应用。其中的一个应用方向就是替代一次电池，例如玩具、智能家居、遥控器等应用领域，可充电电池的单次使用成本比一次电池更低，呈现出强大的竞争力。

为了实现可充电电池替代一次电池进行使用，通常情况下首先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、输入接口、输出接口等）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，现有的集成方法，存在以下的问题：首先是集成的效率不高，现有的设置附属结构件的方法，集成效率较低，各种附属结构零件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。其次是集成的工艺复杂，当较小规格尺寸的电池（例如AAA型或R03型）需要集成充电输入接口（如MicroUSB接口）时，由于接口的尺寸较大，导致集成相对难度大，集成的效果和外观不理想，现有的集成方法往往导致加工工艺复杂，空间利用率低，外观较差。三是集成的可靠性不高，不合理的结构、复杂的加工工艺、低的集成效率，诸多因素导致最后集成的电池整体可靠性不高。

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及结构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，最大可能提高外观一致性，提高充电方式的便捷性，提高集成的效率和可靠性，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，提供一种旋盖式可充电电池，具备隐藏式MicroUSB充电输入接口、更高集成度、更大容量、更高可靠性的可充电电池，与现有技术相比，本发明的旋盖式可充电电池的容量可以提高约25%，该旋盖式可充电电池具备MicroUSB充电接口充电输入功能，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。该旋盖式可充电电池外观一致性好，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：

一种旋盖式可充电电池（后文中部分简写为“电池”），包括带盖帽凸点的可旋转式金属盖帽、可充电电芯、钢壳、MicroUSB接口、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、磁铁、电感、LED灯、塑胶件、硬性FR-4基板和弹簧顶针，实现隐藏式MicroUSB接口MicroUSB可充电、旋转式金属盖帽可便捷拆装、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、电感、LED灯、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、弹簧顶针贴片锡焊在硬性FR-4基板的A面，MicroUSB接口、集成IC、第一电容、第三电阻锡焊在硬性FR-4基板的B面上；所述硬性FR-4基板以长度方向沿塑胶件轴向平行的方式安装，硬性FR-4基板的凹槽与塑胶件的卡舌相配合，硬性FR-4基板的宽度窄边部分安装在塑胶件内部空腔且其两条长度边卡入塑胶件的基板卡槽内并相配合，贴片锡焊在硬性FR-4基板上端的MicroUSB接口与塑胶件顶端设置的MicroUSB开口部相配合（MicroUSB接口开口端伸入塑胶件MicroUSB开口部，但是MicroUSB接口开口端的最上沿不得超出塑胶件顶端平面），贴片锡焊在硬性FR-4基板上端的弹簧顶针与塑胶件顶端设置的顶针开口部相配合（非受力压缩情况下，弹簧顶针的针头最高点处必须超出塑胶件顶端平面）；所述塑胶件的第一圆筒拉伸体的侧面设置有两个凸点卡槽（围绕塑胶件中心轴线均布），塑胶件的第三圆筒拉伸体的底部垂直设置有两个卡舌，塑胶件的内侧壁面设置有两个基板卡槽，为了满足注塑加工需求的工艺结构，一般可在塑胶件的第一圆筒拉伸体的顶部设置两个通孔，所述通孔与基板卡槽一一对应相连通；所述塑胶件的下端即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导线、负极导线与硬性FR-4基板B面的第一端口焊盘、第二端口焊盘相对应焊接在一起；塑胶件具有三个同轴心的圆筒拉伸体，塑胶件作为硬性FR-4基板的收纳体兼支撑体、硬性FR-4基板的卡接配合结构体、MicroUSB接口开口端的输出导引体、弹簧顶针针头的输出导引体、LED灯光的透射体、收纳于塑胶件内部空腔的硬性FR-4基板A面和B面贴片锡焊元器件（例如MicroUSB接口、弹簧顶针、LED灯等）的绝缘防护体、与钢壳连接固定用的结构体、与金属盖帽内部空腔装配配合以及金属盖帽的盖帽凸点装配配合的结构体；所述金属盖帽的第一圆筒体作为电池的正极端子，且第一圆筒体的内部空腔作为磁铁的收纳体，金属盖帽的第二圆筒体与塑胶件的第一圆筒拉伸体装配配合，塑胶件的第一圆筒拉伸体收纳在金属盖帽的第二圆筒体的内部空腔中，金属盖帽的第二圆筒体部分靠近下端向内的盖帽凸点与塑胶件的第一圆筒拉伸体侧面的凸点卡槽一一对应相配合和卡接；所述金属盖帽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裙边，第二圆筒体的顶端边缘与第一圆筒体的裙边边缘相连接为一体且第一圆筒体与第二圆筒体同轴线，第二圆筒体的下端开口，第二圆筒体靠近下端位置设置有向内的两个盖帽凸点（围绕金属盖帽中心轴线均布），第一圆筒体的顶部是旋盖式可充电电池与外部负载或充电电源接触的结构部位，第一圆筒体的内部空腔作为磁铁（牌号为N35以上的NdFeB强力磁铁）的收纳处，当金属盖帽的盖帽凸点沿塑胶件第一圆筒拉伸体侧面对应的凸点卡槽顶端配合后，稍用力将金属盖帽下压至金属盖帽内部空腔不能继续套入塑胶件第一圆筒拉伸体（盖帽凸点达到凸点卡槽最底端），此时第一圆筒体的裙边与凸出塑胶件顶部平面的弹簧顶针的针头紧密接触并受到压缩弹簧的向上顶的反作用力，然后再保持向下的压力使得金属盖帽在高度方向不能移动（即使得盖帽凸点保持在凸点卡槽的最底端）并且稍用力将金属盖帽向左旋转，使得金属盖帽的盖帽凸点移动到凸点卡槽的最左端，松开压住金属盖帽的压力，就实现了金属盖帽与塑胶件的装配，从而实现了金属盖帽与弹簧顶针形成紧密的可靠的导电连接，同时也实现了金属盖帽对MicroUSB接口的隐藏。所述硬性FR-4基板左右两侧面的中间结合部位设置有两个凹槽；硬性FR-4基板的宽度窄边部分安装在塑胶件内部空腔且其两侧配套卡入塑胶件相对应的基板卡槽内，硬性FR-4基板的凹槽与塑胶件的卡舌一一对应相配合；所述钢壳是上端开口，底端封闭的圆筒拉伸体，钢壳底端作为电池的负极端子，钢壳内部空腔收纳可充电电芯，钢壳上端的开口端与塑胶件的第三圆筒拉伸体配合即塑胶件的第三圆筒拉伸体收纳在钢壳上端的开口端的内部空腔中，并且用钢针对塑胶件的第三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三圆筒拉伸体中，实现了塑胶件与钢壳的固定。电池经由MicroUSB接口进行充电的方法是：首先要将金属盖帽从塑胶件第一圆筒拉伸体上拆卸下来，即按住金属盖帽并向右旋转，使得金属盖帽的盖帽凸点移动到凸点卡槽的最右端，松开压住金属盖帽的压力，可以很容易地将金属盖帽从塑胶件上取下，取下的金属盖帽可以通过第一圆筒体内部空腔内磁铁的磁性将金属盖帽吸附在钢壳上以便于下次就近取用安装；然后，用配套的MicroUSB充电线插入电池内置的MicroUSB接口进行充电，充电完成后再将金属盖帽装配好。塑胶件、金属盖帽、钢壳等零件的功能复用、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，有利于实现大容量化；金属盖帽的盖帽凸点、塑胶件的凸点卡槽、塑胶件的基板卡槽、塑胶件的卡舌、硬性FR-4基板的凹槽等结构特征的设置，有利于金属盖帽与塑胶件安装的可靠性，有利于硬性FR-4基板在塑胶件中安装的牢固性，提高整个电池的机械可靠性。

所述金属盖帽的第一圆筒体外径为M1，高度为H1；第二圆筒体的外径为M2，内径为M3，高度为H2；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；金属盖帽第一圆筒体的壁厚、第二圆筒体的壁厚和第一圆筒体裙边的厚度均为MH。

所述金属盖帽的第一圆筒体满足：2mm≤M1≤3.8mm；高度H1满足：0.8mm≤H1≤1.7mm。M1的下限尺寸即2mm≤M1设置，可以保证金属盖帽有足够的接触面积，供旋盖式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盖帽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≤1.7mm的设置，是考虑到尽量减少金属盖帽占据的高度空间，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。

所述金属盖帽的第二圆筒体满足：M2=GW，其中GW为钢壳的外径；高度H2满足：SJ1+MH-0.3mm≤H2≤SJ1+MH+0.2mm，其中SJ1为塑胶件第一圆筒拉伸体的高度，MH为金属盖帽第一圆筒体的壁厚、第二圆筒体的壁厚或第一圆筒体裙边的厚度，单位为mm。H2下限高度即SJ1+MH-0.3mm≤H2的设置，是为了满足金属盖帽第二圆筒体与塑胶件第一圆筒拉伸体配合安装后，塑胶件第一圆筒拉伸体大部分收纳在金属盖帽的第二圆筒体的内部空腔中，不会留下过大的间隙从而影响电池的外观；H2上限高度即H2≤SJ1+MH+0.2 mm的设置，是为了使得金属盖帽第一圆筒体裙边的内部平面与凸出塑胶件顶部平面的弹簧顶针的针头接触并压缩弹簧顶针的弹簧，从而使得金属盖帽与弹簧顶针形成紧密的导电连接。

所述金属盖帽第一圆筒体的壁厚、第二圆筒体的壁厚或第一圆筒体裙边的厚度MH满足0.15mm≤MH≤0.5mm，壁厚太薄，金属盖帽强度不足，可能在夹持使用等过程中发生变形；金属盖帽第一圆筒体裙边的厚度太厚，则占据了金属盖帽的高度空间，金属盖帽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，不利于塑胶件径向尺寸最大化，从而最终减小了硬性FR-4基板有效的元器件布置面积和空间。

所述金属盖帽的第一圆筒体内部空腔中设置有磁铁，该磁铁为圆柱体，直径为CD1，高度为CTH1，满足：M1-2×MH-0.2mm≤CD1≤M1-2×MH，H1 -0.2mm≤CTH1≤H1，其中M1为金属盖帽第一圆筒体的外径，H1为金属盖帽第一圆筒体的高度，MH为金属盖帽第一圆筒体的壁厚、第二圆筒体的壁厚或第一圆筒体裙边的厚度，单位为mm。磁铁直径和高度尺寸的设置，可以使得该磁铁以最大体积和径向面积收纳在金属盖帽的第一圆筒体内部空腔中，从而保持最大的磁力，同时在高度上又不会超出金属盖帽第一圆筒体裙边内部平面，因而不会影响金属盖帽与塑胶件的装配。

所述金属盖帽的第二圆筒体设置有指向内部空腔的两个盖帽凸点，两个盖帽凸点以金属盖帽轴线均匀分布，金属盖帽的盖帽凸点的最大宽度为TD，金属盖帽的盖帽凸点的最大高度TDG(即盖帽凸点超出金属盖帽第二圆筒体内侧壁面的最大距离)为M3/2-TH，满足：0.5mm≤TD≤1.5mm，0.2mm≤TDG （即M3/2-TH）≤0.8mm，其中M3为金属盖帽第二圆筒体的内径，TH为金属盖帽的盖帽凸点至金属盖帽中心点的最小距离，单位为mm。0.5mm≤TD的设置，是考虑到金属盖帽的盖帽凸点宽度过小，则盖帽凸点的强度不足容易变形，导致金属盖帽的盖帽凸点与塑胶件的凸点卡槽配合不牢固或直接发生脱落；TD≤1.5mm的设置，是考虑到金属盖帽的盖帽凸点过大，影响金属盖帽和电池的整体外观。在金属盖帽的盖帽凸点高度上，0.2mm≤M3/2-TH的设置，是充分考虑到金属盖帽的盖帽凸点与塑胶件的凸点卡槽配合的可靠性要求，如果金属盖帽的盖帽凸点高度过小，则金属盖帽的盖帽凸点与塑胶件的凸点卡槽咬合区域太少，金属盖帽容易脱落；M3/2-TH≤0.8mm的设置，是考虑到金属盖帽的盖帽凸点高度决定了塑胶件的凸点卡槽的深度，而塑胶件的凸点卡槽的深度是要占用塑胶件的径向空间，过多的占用塑胶件的径向空间将导致塑胶件的内部空腔较小，相应的硬性FR-4基板长度必须加长以便能将元器件合理布置在其表面上，这就减小了可安装的可充电电芯的高度，从而不利于高容量化。

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且以内壁平齐的方式自上而下依次相连为一体，第二圆筒拉伸体顶部超出第一圆筒拉伸体外壁形成第一支撑平台，第二圆筒拉伸体底部超出第三圆筒拉伸体外壁形成第二支撑平台。所述塑胶件的第一圆筒拉伸体顶部设置有MicroUSB接口开口部、弹簧顶针开口部，第一圆筒拉伸体的外径为SD1、内径为SD4、高度为SJ1，塑胶件第一圆筒拉伸体的顶部厚度为SJ5。同时，塑胶件的第一圆筒拉伸体的侧面设置有凸点卡槽，凸点卡槽为一竖向（与塑胶件轴向相同）卡槽和一横向卡槽相互联通而成，凸点卡槽竖向的宽度为SJTW，凸点卡槽横向的高度为SJTH，凸点卡槽的最大深度为KTS即SD1/2-ST/2，其中ST/2为凸点卡槽距离中心的最短距离。所述塑胶件第一圆筒拉伸体的外径等于金属盖帽第二圆筒体的内径，即SD1=M2-2×MH，其中M2为金属盖帽第二圆筒体的外径，MH为金属盖帽第一圆筒体的壁厚、第二圆筒体的壁厚或第一圆筒体裙边的厚度，单位为mm。塑胶件第一圆筒拉伸体的壁厚SDB1满足0.5mm≤SDB1≤1mm，即1mm≤SD1-SD4≤2mm（SDB1厚度太薄强度不够，所以SDB1大于等于0.5mm；SDB1厚度太厚则导致塑胶件的内部空腔减小，降低硬性FR-4基板径向尺寸，为了保持所需的最小元器件贴片面积，就必须增加硬性FR-4基板轴向方面的尺寸，这就会占据高度空间，不利于采用高度更高的大容量可充电电芯，所以SDB1小于等于1mm）。凸点卡槽的特征尺寸满足：TD<SJTW≤TD+1.0mm，TD<SJTH≤TD+0.2mm，TDG<KTS≤TDG+0.5mm，其中TD为金属盖帽的盖帽凸点的最大宽度，TDG为金属盖帽的盖帽凸点的最大高度，单位为mm。。以上三个特征尺寸下限的设置即TD<SJTW、TD<SJTH、TDG<KTS，是为了满足金属盖帽的盖帽凸点能够完全伸入到塑胶件的凸点卡槽中进行配合；SJTW≤TD+1.0 mm和SJTH≤TD+0.2 mm尺寸的设置，是考虑到金属盖帽的盖帽凸点与塑胶件的凸点卡槽的配合间隙如果过大，则一方面金属盖帽脱落的风险增加，另外一方面金属盖帽在塑胶件上安装后的高度尺寸变动范围增加从而不利于金属盖帽与弹簧顶针的紧密接触。更进一步，由于凸点卡槽的设置降低了塑胶件第一拉伸体所在壁面的厚度，为了避免导致其强度下降，在凸点卡槽对应的塑胶件内侧壁面设置凸点卡槽支撑部，充分利用塑胶件的内部空间，又增强了塑胶件凸点卡槽位置的强度。

第二圆筒拉伸体的外径为SD2、高度为SJ2，第二圆筒拉伸体的内径与第一圆筒拉伸体的内径相同；第三圆筒拉伸体的外径为SD3、高度为SJ3，第三圆筒拉伸体的内径与第二圆筒拉伸体的内径相同。所述塑胶件第二圆筒拉伸体的外径SD2等于钢壳的外径GW，即SD2=GW。塑胶件第二圆筒拉伸体的高度SJ2满足：0.5mm≤SJ2≤1.5mm。塑胶件第二圆筒拉伸体的高度下限0.5mm≤SJ2的设置，是考虑到金属盖帽与钢壳之间的绝缘要求。同时，如果塑胶件第二圆筒拉伸体的高度如果太高即SJ2>1.5mm，则占用电池过多的高度空间，不利于电池的大容量化。

所述塑胶件的第三圆筒拉伸体的外径SD3等于钢壳的内径GN，即SD3=GN。塑胶件第三圆筒拉伸体的高度SJ3满足：0.5mm≤SJ3≤3.0mm。塑胶件第三圆筒拉伸体的高度下限0.5mm≤SJ3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，即用尖锐的钢针对钢壳与塑胶件的第三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三圆筒拉伸体的结合部中，形成咬合；如果塑胶件的第三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。SJ3≤3mm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。

所述塑胶件的内侧壁面设置有两个基板卡槽，塑胶件的两个基板卡槽槽底之间的间距为KW，基板卡槽的厚度为KH，满足：PK1<KW≤PK1+0.2mm，PH<KH≤PH+0.2mm，其中PK1为硬性FR-4基板在塑胶件内部部分的径向宽度（即硬性FR-4基板的宽度窄边部分），PH为硬性FR-4基板的厚度，单位为mm。以上两个特征尺寸上限和下限尺寸的限制，可以满足硬性FR-4基板能够安装到塑胶件的基板卡槽中不发生干涉问题，同时又尽量减小塑胶件的基板卡槽与硬性FR-4基板安装后的间隙从而使得硬性FR-4基板能够较为准确的定位以有利于MicroUSB接口和弹簧顶针的配合安装。

所述塑胶件的第三圆筒拉伸体的底部垂直设置有两个卡舌，卡舌的宽度为KSH，卡舌舌尖的厚度为KSW即SD3/2-KS/2，其中KS为卡舌舌尖所在的圆弧直径，SD3为塑胶件第三圆筒拉伸体的外径，满足：KH<KSH≤KH+2.0mm，0.3mm≤KSW（=SD3/2-KS/2）≤0.6mm，其中KH为塑胶板的基板卡槽的厚度，单位为mm。KH<KSH尺寸的限制，是考虑到卡舌必须要有一定的宽度才能在与硬性FR-4基板对应凹槽配合之后能够形成对硬性FR-4基板的可靠支撑；上限尺寸KSH≤KH+2.0mm的限制，是考虑到卡舌宽度过大，卡舌的强度过大则不利于硬性FR-4基板插入安装到塑胶件的基板卡槽中。0.3mm≤KSW是考虑到如果卡舌舌尖厚度太小则没有支撑强度，卡舌舌尖容易变形；但是，卡舌舌尖厚度如果过大，则卡舌舌尖强度太大导致硬性FR-4基板难以安装到塑胶件的基板卡槽中。

所述硬性FR-4基板整体轮廓为平板拉伸体，硬性FR-4基板在塑胶件内部部分的径向宽度（即硬性FR-4基板的宽度窄边部分）为PK1，长度为PB1，硬性FR-4基板在塑胶件外部的径向宽度为PK2，总长度为PB2；硬性FR-4基板的厚度为PH；在两个不同的径向宽度结合部，设置有左右对称的两个凹槽，该凹槽与塑胶件的卡舌相配合。为了使得硬性FR-4基板能够与塑胶件和钢壳进行装配，同时也为了尽可能实现总长度PB2最小化从而节约高度空间，因此有PK1<PK2<GN，其中GN为钢壳的内径。硬性FR-4基板的厚度0.4≤PH≤1mm，如果厚度太薄则硬性FR-4基板的强度不足，导致MicroUSB接口在受到插头线的插拔力时候硬性FR-4基板发生严重变形甚至断裂；如果厚度太厚则硬性FR-4基板占据更多的径向空间，从而不利于增大PK1和PK2导致PB2必须加大，不利于节余出高度空间留给可充电电芯，这不利于电池的大容量化。

所述硬性FR-4基板为双面板，其中A面锡焊保护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）、电感、LED灯、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、弹簧顶针共八个元器件；B面锡焊MicroUSB接口、集成IC（集成充电功能、充电保护功能、恒压输出功能）、第一电容、第三电阻，并且B面设置有第一端口焊盘J1和第二端口焊盘J2。

所述钢壳的高度GKH满足：GKH≤H-H1-MH-CTH-SJ1-SJ2 mm，其中H为旋盖式可充电电池的总高度，H1为金属盖帽第一圆筒体的高度，MH为金属盖帽第一圆筒体的壁厚、第二圆筒体的壁厚和第一圆筒体裙边的厚度，CTH为金属盖帽第二圆筒体最下端至塑胶件第二圆筒拉伸体最上端的间隙，SJ1为塑胶件第一圆筒拉伸体的高度，SJ2为塑胶件第二圆筒拉伸体的高度，单位为mm。

所述可充电电芯的高度DXH满足：DXH≤GKH-PB2+SJ1-SJ5+SJ2 -GKDH，其中GKH为钢壳的高度，PB2为硬性FR-4基板的总长度，SJ1为塑胶件第一圆筒拉伸体的高度，SJ2为塑胶件第二圆筒拉伸体的高度，SJ5为塑胶件第一圆筒拉伸体顶部的厚度，GKDH为钢壳底部的厚度。

所述旋盖式可充电电池，其实现的方式是：

首先将磁铁安装到金属盖帽的第一圆筒体内部空腔中；金属盖帽的第二圆筒体侧面预先冲出沿轴线对称分布的盖帽凸点。

其次将正极导线A端与硬性FR-4基板的B面的第一端口焊盘J1焊接，将负极导线A端与硬性FR-4基板的B面的第二端口焊盘J2焊接。

三是将锡焊好所有元器件的硬性FR-4基板（其中A面锡焊有保护IC、电感、LED灯、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、弹簧顶针，B面锡焊MicroUSB接口、集成IC、第一电容、第三电阻）安装到塑胶件内部空腔中，其中MicroUSB接口的开口端向上对应塑胶件第一圆筒拉伸体的MicroUSB接口开口部，弹簧顶针对应塑胶件第一圆筒拉伸体的弹簧顶针开口部，安装到位后弹簧顶针的针头经由塑胶件第一圆筒拉伸体的弹簧顶针开口部凸出塑胶件第一圆筒拉伸体顶部平面，硬性FR-4基板的最上端边缘与塑胶件第一圆筒拉伸体内部空腔顶部平面接触，硬性FR-4基板宽度窄边部分的两侧（即与PK1宽度相连的两条边）卡装在塑胶件的基板卡槽中，硬性FR-4基板的两个凹槽与塑胶件的卡舌配合使得卡舌卡接在硬性FR-4基板的两个凹槽中。

四是将正极导线B端与可充电电芯的正极端焊接，将负极导线B端与可充电电芯的负极端焊接。

五是将可充电电芯置于钢壳内，并将塑胶件的第三圆筒拉伸体配套装入钢壳开口端，然后用钢针对塑胶件的第三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三圆筒拉伸体中，实现了塑胶件与钢壳的固定；或者是首先在塑胶件的第三圆筒拉伸体与钢壳的结合部的钢壳开口端内侧壁面涂覆胶黏剂，然后将塑胶件的第三圆筒拉伸体配套装入钢壳开口端，胶黏剂固化，完成塑胶件与钢壳的粘结固定。

六是将金属盖帽的开口端向下，金属盖帽的盖帽凸点沿塑胶件第一圆筒拉伸体侧面对应的凸点卡槽顶端配合，稍用力将金属盖帽下压至金属盖帽内部空腔不能继续套入塑胶件第一圆筒拉伸体（盖帽凸点达到凸点卡槽最底端），此时金属盖帽第一圆筒体的裙边与凸出塑胶件顶部平面的弹簧顶针的针头紧密接触并受到压缩弹簧的向上顶的反作用力，然后再保持向下的压力使得金属盖帽在高度方向不能移动（即使得盖帽凸点保持在凸点卡槽的最底端）并且稍用力将金属盖帽向左旋转，使得金属盖帽的盖帽凸点移动到凸点卡槽的最左端，松开压住金属盖帽的压力，就实现了金属盖帽与塑胶件的装配，从而实现了金属盖帽与弹簧顶针形成紧密的可靠的导电连接，同时也实现了金属盖帽对MicroUSB接口的隐藏。

以上六步完成了旋盖式可充电电池的制作。

与现有技术相比，本发明的旋盖式可充电电池，具有以下优点：

（1）工艺结构简单且易于安装。带盖帽凸点的金属盖帽和带凸点卡槽的塑胶件结构的设置，使得金属盖帽成为旋转可拆卸式零件，巧妙的解决了电池放电使用时候金属盖帽的作为正极引出端子、电池充电时充电线方便接入MicroUSB接口因而需要快捷拆卸金属盖帽的难题，以尽可能少的结构零部件，兼顾和满足了电池使用的多种功能需求，并且拆装简便快捷。

（2）集成后电池的可靠性高。塑胶件的基板卡槽和卡舌、硬性FR-4基板的凹槽等结构特征的设置，可以极大增强硬性FR-4基板与塑胶件安装的可靠性，提高了电池耐跌落、振动、插拔、挤压等能力，电池的整体可靠性得到很大增强。

（3）集成的效率高，功能多样。本发明采用一块硬性FR-4基板，规避了多基板拼板的低效率；塑胶件作为硬性FR-4基板的收纳体兼支撑体、硬性FR-4基板的卡接配合结构体、MicroUSB接口开口端的输出导引体、弹簧顶针针头的输出导引体、LED灯光的透射体、收纳于塑胶件圆筒拉伸体内部空腔的硬性FR-4基板A面和B面贴片锡焊元器件（例如MicroUSB接口、弹簧顶针、LED灯等）的绝缘防护体、与钢壳连接固定用的结构体、与金属盖帽内部空腔装配配合以及金属盖帽的盖帽凸点装配配合的结构体；塑胶件、金属盖帽、钢壳等零件的功能复用、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，大幅度提升了集成的效率，使得电池的容量可以更高。同时，本发明的旋盖式可充电电池集成了自带MicroUSB充电接口、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。

本发明的旋盖式可充电电池，结构新颖，制作工艺简单，产品可靠性高。本发明的旋盖式可充电电池，兼顾了多功能集成、结构可靠性、工艺可操作性和简便性的要求，与现有技术相比，本发明的旋盖式可充电电池可以实现容量提高约25%。

附图说明

图1为实施例1旋盖式可充电电池的整体外形示意图；

图2为实施例1旋盖式可充电电池的结构爆炸示意图；

图3（a）为实施例1金属盖帽的3D结构示意图；

图3（b）为实施例1金属盖帽的正视图；

图3（c）为实施例1金属盖帽的仰视图；

图4（a）为实施例1塑胶件的3D结构示意图一；

图4（b）为实施例1塑胶件的3D结构示意图二；

图4（c）为实施例1塑胶件的正视图；

图4（d）为实施例1塑胶件的俯视图；

图4（e）为实施例1塑胶件的仰视图；

图5为实施例1的电路原理图；

图6（a）为实施例1硬性FR-4基板的正视图；

图6（b）为实施例1硬性FR-4基板A面元器件贴片位置示意图；

图6（c）为实施例1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塑胶件、硬性FR-4基板的装配3D结构示意图；

图7（b）为实施例1塑胶件、硬性FR-4基板的装配半剖3D结构示意图；

图8为实施例1旋盖式可充电电池的充电电压-充电电流-充电容量关系曲线图；

图9为实施例1旋盖式可充电电池的放电电压-放电电流-放电容量关系曲线图。

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

以具体制作一种自带MicroUSB充电接口的恒压输出的圆柱形旋盖式可充电电池为例，来进一步阐述该旋盖式可充电电池结构及其功能的实现方式，同时说明该旋盖式可充电电池的金属盖帽可旋转拆卸安装以及增强整体结构可靠性的实现方法。

一种旋盖式可充电电池，为圆柱形（其外形整体尺寸需符合《IEC60086-2：2011》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，电池具备自带MicroUSB接口充电功能；具备金属盖帽可便捷拆装及隐藏MicroUSB接口功能；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500mA电流的输出功能。如图1和图2所示，该旋盖式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、硬性FR-4基板5、金属盖帽6、负极导线7、正极导线8、磁铁9（牌号为N35的NdFeB强力磁铁）、MicroUSB接口10、弹簧顶针11（弹簧顶针的正向力为60gf），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09300（直径9.10±0.20 mm，高度DXG=30.50+0-1.0 mm），标称电压为3.7V，容量为250mAh；电池外壳为钢壳2，其外径为GW=10.00±0.05 mm，内径为GN=9.60±0.05mm，高度为GH=39.00±0.05mm，底部厚度为GKDH=0.30±0.05mm；可充电电芯1置于钢壳2内，磁铁9安装到金属盖帽6的第一圆筒体内部空腔，塑胶件4的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贴片锡焊在硬性FR-4基板5的A面和B面上，MicroUSB接口10锡焊在硬性FR-4基板5的B面上，弹簧顶针11锡焊在硬性FR-4基板5的A面上，硬性FR-4基板5以长度方向沿塑胶件4轴向平行的方式即以MicroUSB接口10开口端向上、弹簧顶针11针头向上的方式安装到塑胶件4的内部空腔中， MicroUSB接口10与塑胶件4顶部设置的MicroUSB开口部相配合，弹簧顶针11与塑胶件4顶部设置的弹簧顶针开口部相配合，硬性FR-4基板的凹槽与塑胶件的卡舌相配合，硬性FR-4基板的宽度窄边部分安装在塑胶件内部空腔且其两条长度边卡入塑胶件的基板卡槽内并相配合，安装位后弹簧顶针11的针头经由塑胶件4第一圆筒拉伸体的弹簧顶针开口部凸出塑胶件4第一圆筒拉伸体顶部平面。可充电电芯1的正极端、负极端分别通过正极导线8、负极导线7与硬性FR-4基板5的B面第一端口焊盘J1、第二端口焊盘J2相对应连接在一起。塑胶件的第一圆筒拉伸体收纳在金属盖帽的第二圆筒体的内部空腔中，金属盖帽的第二圆筒体部分靠近下端向内的盖帽凸点与塑胶件的第一圆筒拉伸体侧面的凸点卡槽一一对应相配合和卡接。

如图3（a）所示，金属盖帽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的上端端面为倒角结构，第一圆筒体601的下端设置有朝外的裙边603，第二圆筒体602的顶端边缘与第一圆筒体601的裙边603边缘相连接为一体且第一圆筒体601与第二圆筒体602同轴线，第二圆筒体602的下端开口。第二圆筒体的靠近下端位置设置有指向内部空腔的两个盖帽凸点604，两个盖帽凸点以金属盖帽轴线均匀分布。第一圆筒体601的顶部是旋盖式可充电电池与外部负载或充电电源接触的结构部位；第一圆筒体601的裙边603是金属盖帽6与弹簧顶针11紧密压接的部位，第一圆筒体601内部空腔可容纳磁铁9，以使得电池在经由MicroUSB接口10进行充电时金属盖帽6可以有磁性从而能够吸附在钢壳2上，第二圆筒体602的内部空腔是与塑胶件4的第一圆筒拉伸体配合的部位即塑胶件4的第一圆筒拉伸体伸入到金属盖帽6的第二圆筒体602的内部空腔中。金属盖帽的盖帽凸点是与塑胶件的凸点卡槽相配合的结构特征，起以下几个方面的作用：一是卡接金属盖帽的作用，使得金属盖帽牢固地安装在塑胶件上，能够较好耐受跌落、振动等机械冲击而不发生脱落；二是通过金属盖帽的盖帽凸点与塑胶件的凸点卡槽的咬合固定，使得金属盖帽第一圆筒体裙边的内部平面与凸出塑胶件顶部平面的弹簧顶针的针头接触并压缩弹簧顶针的弹簧，从而使得金属盖帽与弹簧顶针形成紧密的导电连接；三是金属盖帽与塑胶件安装配合后，金属盖帽自然形成对MicroUSB接口的遮挡隐藏。图3（b）显示了金属盖帽6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，第二圆筒体的内径为M3。金属盖帽第一圆筒体的壁厚、第二圆筒体的壁厚和第一圆筒体裙边的厚度均为MH。本实施例1中，金属盖帽的以上关键特征尺寸设置如下：M1=3.50±0.05mm，H1=1.60±0.05mm，M2=10.00±0.05mm，H2=2.50±0.05mm，MH=0.25±0.05mm。金属盖帽6的第一圆筒体内部空腔中设置有磁铁9，该磁铁为圆柱体，直径为CD1，高度为CTH1，本实施例1中，CD1=3.00±0.05mm，CTH1=1.50±0.05mm。图3（c）显示了金属盖帽6的盖帽凸点的关键特征尺寸，盖帽凸点的最大宽度为TD，盖帽凸点的最大高度为TDG(即盖帽凸点超出金属盖帽第二圆筒体内侧壁面的最大距离)即M3/2-TH，TH为金属盖帽的盖帽凸点至金属盖帽中心点的最小距离，本实施例中相关的尺寸设置如下：TD=0.90±0.05mm，TH=4.32±0.05mm，M3=9.50±0.05mm，TDG=0.43±0.05mm。

如图4（a）和图4（b）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同轴线且以内壁平齐的方式自上而下依次相连为一体，第二圆筒拉伸体402顶部超出第一圆筒拉伸体401外壁形成第一支撑平台，第二圆筒拉伸体402底部超出第三圆筒拉伸体403外壁形成第二支撑平台。第一圆筒拉伸体401顶部设置有MicroUSB接口开口部404、弹簧顶针开口部405、两个通孔410，塑胶件的第一圆筒拉伸体的侧面设置有凸点卡槽406，塑胶件的内侧壁面设置有两个基板卡槽407，基板卡槽407与通孔410一一对应相连通，塑胶件4的第三圆筒拉伸体403的底部垂直设置有两个卡舌408，在凸点卡槽406对应的塑胶件4内侧壁面设置有凸点卡槽支撑部409。图4（c）显示了塑胶件的部分关键特征尺寸，第一圆筒拉伸体的外径为SD1、内径为SD4、高度为SJ1，塑胶件第一圆筒拉伸体的顶部厚度为SJ5，卡舌到塑胶件第三圆筒拉伸体最下端的高度是SJ4即卡舌的高度；第二圆筒拉伸体的外径为SD2、高度为SJ2，第二圆筒拉伸体的内径与第一圆筒拉伸体的内径相同；第三圆筒拉伸体的外径为SD3、高度为SJ3，第三圆筒拉伸体的内径与第二圆筒拉伸体的内径相同。塑胶件的第一圆筒拉伸体的侧面设置的凸点卡槽竖向的宽度为SJTW，凸点卡槽横向的高度为SJTH。图4（d）显示了凸点卡槽的深度尺寸，凸点卡槽的最大深度为KTS即SD1/2-ST/2，其中ST/2为凸点卡槽至中心的最短距离。图4（e）显示了卡舌和基板卡槽的关键特征尺寸，卡舌的宽度为KSH，卡舌舌尖的厚度为KSW即SD3/2-KS/2，其中KS为塑胶件的卡舌舌尖所在的圆弧直径；塑胶件的两个基板卡槽槽底之间的间距为KW，基板卡槽的厚度为KH。本实施例1中，塑胶件的以上关键特征尺寸设置如下：SD1=9.40±0.05 mm，SJ1=2.20±0.05mm，SD2=10.00±0.05mm，SD3=9.60±0.05 mm，SJ2=1.00±0.05mm，SD4=8.00±0.05mm，SJ3=1.80±0.05mm，SJ4=2.10±0.05mm，SJ5=1.00±0.05mm，SDB1=0.80±0.05mm，SJTW=1.00±0.05mm，SJTH=1.10±0.05mm，ST=8.00±0.05mm，KW=8.20±0.05mm，KS=8.62±0.05mm，KH=0.78±0.05mm，KSH=1.83±0.05mm，KTS=0.70±0.05mm，KSW=0.49±0.05mm。

如图5所示是本实施例的电路原理图，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（即第一端口焊盘J1）、J2端口（即第二端口焊盘J2）、J3端口（即第三端口焊盘J3）、J4端口（即第四端口焊盘J4，作为MicroUSB接口焊盘和定位孔）。其中J1端口、J2端口分别表示的是与可充电电芯的正极导线、负极导线进行电连接的端口，J3端口表示的是弹簧顶针针管进行锡焊的焊盘，J3端口是放电的输出口。J4端口表示的是与MicroUSB接口进行锡焊的焊盘和定位孔，MicroUSB接口是充电输入口。

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，本实施例的硬性FR-4基板5的外形轮廓为方形平板拉伸体，在两个不同的径向宽度结合部（即硬性FR-4基板左右两侧面的中间结合部位），设置有左右对称的两个凹槽501，该凹槽与塑胶件的卡舌相配合，硬性FR-4基板在塑胶件内部的部分径向宽度为PK1，长度为PB1，硬性FR-4基板在塑胶件的外部径向宽度为PK2，硬性FR-4基板总长度为PB2，硬性FR-4基板的厚度为PH，硬性FR-4基板的凹槽高度为PB3，硬性FR-4基板的两个凹槽槽底之间的间距为PK3。硬性FR-4基板关键特征尺寸设置如下：PK1=8.00±0.05mm，PK2=9.00±0.05mm，PK3=7.40±0.05mm，PB1=4.90±0.05mm，PB2=8.50±0.05mm，PB3=1.10±0.05mm，PH=0.70±0.05mm，如图6（b）所示，硬性FR-4基板5的A面贴片锡焊有以下的元器件：第二电容C2、第三电容C3、集成IC即U2、电感L1、第一电阻R1、第二电阻R2、LED灯D1，第三端口焊盘J3（即J3端口）锡焊有弹簧顶针，J3端口是放电的输出口。如图6（c）所示，硬性FR-4基板5的B面贴片锡焊有第一电容C1、第三电阻R3、保护IC即U1，第四端口焊盘J4（即J4端口）锡焊有MicroUSB接口，第一端口焊盘（即J1端口）、第二端口焊盘（即J2端口）分别表示的是与可充电电芯的正极导线、负极导线进行电连接的端口。

本实施例的金属盖帽第一圆筒体满足：2mm≤M1（=3.50mm）≤3.8mm；高度H1满足：0.8mm≤H1（=1.60mm）≤1.7mm。M1的下限尺寸即2mm≤M1设置，可以保证金属盖帽有足够的接触面积，供旋盖式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盖帽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≤1.7mm的设置，是考虑到尽量减少金属盖帽占据的高度空间，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。

本实施例的金属盖帽的第二圆筒体满足： M2（=10.0mm）=GW（=10.00mm），其中GW为钢壳的外径；高度H2满足：SJ1+MH-0.30mm（=2.20+0.25-0.30=1.95mm）≤H2（=2.50mm）≤SJ1+MH+0.20 mm（=2.20+0.25+0.20=2.65mm），其中SJ1为塑胶件第一圆筒拉伸体的高度，MH为金属盖帽第一圆筒体的壁厚、第二圆筒体的壁厚或第一圆筒体裙边的厚度，单位为mm。H2下限高度即SJ1+MH-0.3mm≤H2的设置，是为了满足金属盖帽的第二圆筒体与塑胶件的第一圆筒拉伸体配合安装后，塑胶件的第一圆筒拉伸体大部分收纳在金属盖帽的第二圆筒体的内部空腔中，不会留下过大的间隙从而影响电池的外观；H2上限高度即H2≤SJ1+MH+0.2mm的设置，是为了使得金属盖帽第一圆筒体裙边的内部平面与凸出塑胶件顶部平面的弹簧顶针的针头接触并压缩弹簧顶针的弹簧，从而使得金属盖帽与弹簧顶针形成紧密的导电连接。

本实施例金属盖帽第一圆筒体的壁厚、第二圆筒体的壁厚或第一圆筒体裙边的厚度MH满足0.15mm≤MH（=0.25mm）≤0.5mm，壁厚太薄，金属盖帽强度不足，可能在夹持使用等过程中发生变形；金属盖帽第一圆筒体裙边的厚度太厚，则占据了金属盖帽的高度空间，金属盖帽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，不利于塑胶件径向尺寸最大化，从而最终减小了硬性FR-4基板有效的元器件布置面积和空间。

本实施例金属盖帽的第一圆筒体内部空腔中设置的圆柱形磁铁满足：M1-2×MH-0.2mm（=3.50-0.50-0.20=2.80mm）≤CD1（=3.00mm）≤M1-2×MH（=3.50-0.50=3.00mm），H1 -0.2mm（=1.60-0.20=1.40mm）≤CTH1（=1.50mm）≤H1(=1.60mm)，其中M1为金属盖帽第一圆筒体的外径，H1为金属盖帽第一圆筒体的高度，MH为金属盖帽第一圆筒体的壁厚、第二圆筒体的壁厚或第一圆筒体裙边的厚度，单位为mm。第一磁铁直径和高度尺寸的设置，可以使得该磁铁以最大体积和径向面积收纳在金属盖帽的第一圆筒体内部空腔中，从而保持最大的磁力，同时在高度上又不会超出金属盖帽第一圆筒体裙边内部平面，因而不会影响金属盖帽与塑胶件的装配。

本实施例的金属盖帽的第二圆筒体设置的两个盖帽凸点满足：0.5mm≤TD（=1.00mm）≤1.5mm，0.2mm≤M3/2-TH（=TDG=9.50/2-4.32=0.43mm）≤0.8mm，其中M3为金属盖帽第二圆筒体的内径，TH为金属盖帽的盖帽凸点至金属盖帽中心点的最小距离。0.5mm≤TD的设置，是考虑到金属盖帽的盖帽凸点宽度过小，则盖帽凸点的强度不足容易变形，导致金属盖帽的盖帽凸点与塑胶件的凸点卡槽配合不牢固或直接发生脱落；TD≤1.5mm的设置，是考虑到金属盖帽的盖帽凸点过大，影响金属盖帽和电池的整体外观。在金属盖帽的盖帽凸点高度上，0.2mm≤M3/2-TH的设置，是充分考虑到金属盖帽的盖帽凸点与塑胶件的凸点卡槽配合的可靠性要求，如果金属盖帽的盖帽凸点高度过小，则金属盖帽的盖帽凸点与塑胶件的凸点卡槽咬合区域太少，金属盖帽容易脱落；M3/2-TH≤0.8mm的设置，是考虑到金属盖帽的盖帽凸点高度决定了塑胶件的凸点卡槽的深度，而塑胶件的凸点卡槽的深度是要占用塑胶件的径向空间，过多的占用塑胶件的径向空间将导致塑胶件的内部空腔较小，相应的硬性FR-4基板长度必须加长以便能将元器件合理布置在其表面上，这就减小了可安装的可充电电芯的高度，从而不利于高容量化。。

本实施例的塑胶件第一圆筒拉伸体的壁厚SDB1满足0.5mm≤SDB1（=0.80mm）≤1mm，即1mm≤SD1-SD4（=9.40-8.00=1.60mm）≤2mm（SDB1厚度太薄强度不够，所以SDB1大于等于0.5mm；SDB1厚度太厚则导致塑胶件的内部空腔减小，降低硬性FR-4基板径向尺寸，为了保持所需的最小元器件贴片面积，就必须增加硬性FR-4基板轴向方面的尺寸，这就会占据高度空间，不利于采用高度更高的大容量可充电电芯，所以SDB1小于等于1mm）。塑胶件的凸点卡槽的特征尺寸满足：TD（=0.90mm）≤SJTW（=1.00mm）≤TD+1.0 mm（=0.90+1.0=1.90mm）,TD（=0.90mm）≤SJTH（=1.10mm）≤TD+0.2 mm（=0.90+0.20=1.10mm）,TDG（=0.43mm）≤KTS（=0.70mm）≤TDG+0.5 mm（=0.43+0.50=0.93mm）。以上三个特征尺寸下限的设置即TD≤SJTW、TD≤SJTH、TDG≤KTS，是为了满足金属盖帽的盖帽凸点能够完全伸入到塑胶件的凸点卡槽中进行配合；SJTW≤TD+1.0 mm和SJTH≤TD+0.2 mm尺寸的设置，是考虑到金属盖帽的盖帽凸点与塑胶件的凸点卡槽的配合间隙如果过大，则一方面金属盖帽脱落的风险增加，另外一方面金属盖帽在塑胶件上安装后的高度尺寸变动范围增加从而不利于金属盖帽与弹簧顶针的紧密接触。更进一步，由于凸点卡槽的设置降低了塑胶件第一拉伸体所在壁面的厚度，为了避免导致其强度下降，在凸点卡槽对应的塑胶件内侧壁面设置凸点卡槽支撑部，充分利用塑胶件的内部空间，又增强了塑胶件凸点卡槽位置的强度。

本实施例塑胶件第二圆筒拉伸体的外径SD2等于钢壳的外径GW，即SD2（=10.00mm）=GW（=10.00mm）。塑胶件第二圆筒拉伸体的高度SJ2满足：0.5mm≤SJ2（=1.00mm）≤1.5mm。塑胶件第二圆筒拉伸体的高度下限0.5mm≤SJ2的设置，是考虑到金属盖帽与钢壳之间的绝缘要求。同时，如果塑胶件第二圆筒拉伸体高度如果太高即SJ2>1.5mm，则占用电池过多的高度空间，不利于电池的大容量化。

本实施例塑胶件第三圆筒拉伸体的外径SD3等于钢壳的内径GN，即SD3（=9.60mm）=GN（=9.60mm）。塑胶件第三圆筒拉伸体的高度SJ3满足：0.5mm≤SJ3（=1.80mm）≤3.0mm。塑胶件第三圆筒拉伸体的高度下限0.5mm≤SJ3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三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三圆筒拉伸体的结合部中，形成咬合；如果塑胶件的第三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。SJ3≤3mm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。

本实施例塑胶件的内侧壁面设置的基板卡槽满足：PK1（=8.00mm）<KW（=8.20mm）≤PK1+0.2mm（=8.00+0.20=8.20mm），PH（=0.70mm）<KH（=0.78mm）≤PH+0.2mm（=0.70+0.20=0.90mm），其中PK1为硬性FR-4基板在塑胶件内部部分的径向宽度，PH为硬性FR-4基板的厚度。以上两个特征尺寸上限和下限尺寸的限制，可以满足硬性FR-4基板能够安装到基板卡槽中不发生干涉问题，同时又尽量减小塑胶件的基板卡槽与硬性FR-4基板安装后的间隙从而使得硬性FR-4基板能够较为准确的定位以有利于MicroUSB接口和弹簧顶针的配合安装。

本实施例塑胶件第三圆筒拉伸体的底部垂直设置的卡舌满足：KH（=0.78mm）<KSH（=1.83mm）≤KH+2.0mm（=0.78+2.0=2.78mm），0.3mm≤KSW（=SD3/2-KS/2=9.60/2-8.62/2=0.49mm）≤0.6mm，其中KH为基板卡槽的厚度。KH<KSH尺寸的限制，是考虑到卡舌必须要有一定的宽度才能在与硬性FR-4基板对应凹槽配合之后能够形成对硬性FR-4基板的可靠支撑；上限尺寸KSH≤KH+2.0mm的限制，是考虑到卡舌宽度过大，卡舌的强度过大则不利于硬性FR-4基板插入安装到塑胶件的卡槽中。0.3mm≤KSW是考虑到如果卡舌的舌尖厚度太小则没有支撑强度，卡舌舌尖容易变形；但是，卡舌舌尖的厚度如果过大，则卡舌舌尖强度太大导致硬性FR-4基板难以安装到塑胶件卡槽中。

本实施例的硬性FR-4基板为了能够与塑胶件和钢壳进行装配，同时也为了尽可能实现总长度尺寸PB2最小化从而节约高度空间，满足PK1（=8.00mm）<PK2(=9.00mm)<GN mm(=9.60mm)，其中GN为钢壳的内径。硬性FR-4基板的厚度满足0.4≤PH(=0.70mm)≤1mm，如果厚度太薄则硬性FR-4基板的强度不足，导致MicroUSB接口在受到插头线的插拔力时候硬性FR-4基板发生严重变形甚至断裂；如果厚度太厚则硬性FR-4基板占据更多的径向空间，从而不利于增大PK1和PK2导致PB2必须加大，不利于节余出高度空间留给可充电电芯，这不利于电池的大容量化。

本实施例钢壳的高度GKH满足：GKH（=39.00mm）≤H-H1-MH-CTH-SJ1-SJ2（=44.5-1.60-0.25-0.2-2.20-1.00=39.45mm），其中H为旋盖式可充电电池的总高度，H1为金属盖帽第一圆筒体的高度，MH为金属盖帽第一圆筒体的壁厚、第二圆筒体的壁厚或第一圆筒体裙边的厚度，CTH为金属盖帽第二圆筒体最下端至塑胶件第二圆筒拉伸体最上端的间隙（本实施例为CTH=0.20±0.05mm），SJ1为塑胶件第一圆筒拉伸体的高度，SJ2为塑胶件第二圆筒拉伸体的高度。

本实施例可充电电芯的高度DXH满足：DXH（=30.5mm）≤GKH-PB2+SJ1-SJ5+SJ2 -GKDH（=39.00-8.50+2.2-1.00+1.00-0.30=32.50mm），其中GKH为钢壳的高度，PB2为硬性FR-4基板的总长度，SJ1为塑胶件第一圆筒拉伸体的高度，SJ2为塑胶件第二圆筒拉伸体的高度，SJ5为塑胶件第一圆筒拉伸体顶部的厚度，GKDH为钢壳底部的厚度。

结合图1至图7，本实施例在实际制作时，按以下步骤进行：

（1）首先将将磁铁安装到金属盖帽的第一圆筒体内部空腔中；金属盖帽的第二圆筒体侧面预先冲出沿轴线对称分布的盖帽凸点。

（2）将正极导线A端与硬性FR-4基板的B面的第一端口焊盘J1焊接，将负极导线A端与硬性FR-4基板的B面的第二端口焊盘J2焊接。

（3）将锡焊好所有元器件的硬性FR-4基板（其中A面锡焊有保护IC、电感、LED灯、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、弹簧顶针，B面锡焊MicroUSB接口、集成IC、第一电容、第三电阻）安装到塑胶件内部空腔中，其中MicroUSB接口的开口端向上对应塑胶件第一圆筒拉伸体的MicroUSB接口开口部，弹簧顶针对应塑胶件第一圆筒拉伸体的弹簧顶针开口部，安装到位后弹簧顶针的针头经由塑胶件第一圆筒拉伸体的弹簧顶针开口部凸出塑胶件第一圆筒拉伸体顶部平面，硬性FR-4基板的最上端边缘与塑胶件第一圆筒拉伸体内部空腔顶部平面接触，硬性FR-4基板宽度窄边部分的两侧（即与PK1宽度相连的两条边）卡装在塑胶件的基板卡槽中，硬性FR-4基板的两个凹槽与塑胶件的卡舌配合使得卡舌卡接在硬性FR-4基板的两个凹槽中。如图7（a）和图7（b）所示。

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

（5）将可充电电芯置于钢壳内，并将塑胶件的第三圆筒拉伸体配套装入钢壳开口端，然后用钢针对塑胶件的第三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三圆筒拉伸体中，实现了塑胶件与钢壳的固定；或者是首先在塑胶件的第三圆筒拉伸体与钢壳的结合部的钢壳开口端内侧壁面涂覆胶黏剂，然后将塑胶件的第三圆筒拉伸体配套装入钢壳开口端，胶黏剂固化，完成塑胶件与钢壳的粘结固定。

（6）将金属盖帽的开口端向下，金属盖帽的盖帽凸点沿塑胶件第一圆筒拉伸体侧面对应的凸点卡槽顶端配合，稍用力将金属盖帽下压至金属盖帽内部空腔不能继续套入塑胶件第一圆筒拉伸体（盖帽凸点到达凸点卡槽最底端），此时金属盖帽第一圆筒体的裙边与凸出塑胶件顶部平面的弹簧顶针的针头紧密接触并受到压缩弹簧的向上顶的反作用力，然后再保持向下的压力使得金属盖帽在高度方向不能移动（即使得盖帽凸点保持在凸点卡槽的最底端）并且稍用力将金属盖帽向左旋转，使得金属盖帽的盖帽凸点移动到凸点卡槽的最左端，松开压住金属盖帽的压力，就实现了金属盖帽与塑胶件的装配，从而实现了金属盖帽与弹簧顶针形成紧密的可靠的导电连接，同时也实现了金属盖帽对MicroUSB接口的隐藏。

完成自带隐藏式MicroUSB充电接口并且集成充电管理、恒压输出、充放电保护等多种功能，包含可拆装旋转式金属盖帽的圆柱形旋盖式可充电电池的制作。

将本实施例的旋盖式可充电电池，完全放电后，以CC/CV条件给旋盖式可充电电池进行充电：恒压5V、恒流280mA，充电输入接口为MicroUSB接口。图8所示为电池经由MicroUSB接口进行充电，获得的充电电压-充电电流-充电容量关系曲线图，充电时间为66分钟，合计的充电容量为257.2mAh，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500mA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-放电容量关系曲线图如图9所示，旋盖式可充电电池的放电电压为1480mV~1483mV，稳定在1.50±0.10V范围内，达成了以500mA电流进行恒压输出的功能，整个放电过程放电容量为528.2mAh。放电终了，放电电压突降到0.590V，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，由于采用侧面开口的MicroUSB接口形式，且结构件一般占用了超过本实施例约4mm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09260（直径9.10±0.20 mm，高度26.50⁺⁰ _-1.0 mm），标称电压为3.7V，容量为200mAh。即本实施例的技术方法，能够实现比现有技术高出25%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，但是同样适用于旋盖式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

一种旋盖式可充电电池，其结构与实施例1中的旋盖式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3K±1%，旋盖式可充电电池对应的最大充电电流为208mA。

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 (5)

1.一种旋盖式可充电电池，其特征在于：包括可充电电芯、钢壳、磁铁、MicroUSB接口、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、硬性FR-4基板、金属盖帽和弹簧顶针，实现隐藏式MicroUSB接口可充电、旋转式金属盖帽可便捷拆装、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；所述金属盖帽的第二圆筒体靠近下端位置设置有向内的两个盖帽凸点，所述塑胶件的第一圆筒拉伸体的侧面设置有两个凸点卡槽，塑胶件的第三圆筒拉伸体的底部垂直设置有两个卡舌，塑胶件的内侧壁面设置有两个基板卡槽，所述硬性FR-4基板左右两侧面的中间结合部位设置有两个凹槽；金属盖帽的盖帽凸点与塑胶件第一圆筒拉伸体侧面设置的凸点卡槽一一对应相配合和卡接，硬性FR-4基板的宽度窄边部分安装在塑胶件内部空腔且其两侧配套卡入塑胶件相对应的基板卡槽内，硬性FR-4基板的凹槽与塑胶件的卡舌一一对应相配合；所述塑胶件作为硬性FR-4基板的收纳体兼支撑体、硬性FR-4基板的卡接配合结构体、MicroUSB接口开口端的输出导引体、弹簧顶针针头的输出导引体、LED灯光的透射体、收纳于塑胶件内部空腔的硬性FR-4基板A面和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、与金属盖帽内部空腔装配配合以及金属盖帽的盖帽凸点装配配合的结构体；所述金属盖帽的第一圆筒体作为电池的正极端子，且第一圆筒体的内部空腔作为磁铁的收纳体，金属盖帽的第二圆筒体与塑胶件的第一圆筒拉伸体装配配合，塑胶件的第一圆筒拉伸体收纳在金属盖帽的第二圆筒体的内部空腔中；所述塑胶件、金属盖帽、钢壳零件的功能复用、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，有利于实现大容量化；金属盖帽的盖帽凸点、塑胶件的凸点卡槽、塑胶件的基板卡槽、塑胶件的卡舌、硬性FR-4基板的凹槽结构特征的设置，有利于金属盖帽与塑胶件安装的可靠性，有利于硬性FR-4基板在塑胶件中安装的牢固性，提高整个电池的机械可靠性；

所述塑胶件的凸点卡槽和卡舌的特征尺寸满足：TD<SJTW≤TD+1.0mm，TD<SJTH≤TD+0.2mm，TDG<KTS≤TDG+0.5mm，KH<KSH≤KH+2.0mm，0.3mm≤KSW≤0.6mm，其中TD为金属盖帽的盖帽凸点的最大宽度，SJTW为塑胶件的凸点卡槽竖向的宽度，SJTH为塑胶件的凸点卡槽横向的高度，KTS为塑胶件的凸点卡槽的最大深度，TDG为金属盖帽的盖帽凸点的最大高度，KSH为塑胶件的卡舌的宽度，KH为塑胶件的基板卡槽的厚度，KSW为塑胶件的卡舌舌尖的厚度，KS为塑胶件的卡舌舌尖所在的圆弧直径，SD3为塑胶件第三圆筒拉伸体的外径，单位为mm。

2.根据权利要求1所述的旋盖式可充电电池，其特征在于：所述塑胶件内侧壁面设置的两个基板卡槽满足：PK1<KW≤PK1+0.2mm，PH<KH≤PH+0.2mm，其中PK1为硬性FR-4基板在塑胶件内部部分的径向宽度，KW为塑胶件的两个基板卡槽槽底之间的间距，KH为塑胶件的基板卡槽的厚度，PH为硬性FR-4基板的厚度，单位为mm。

3.根据权利要求1所述的旋盖式可充电电池，其特征在于：所述金属盖帽的第二圆筒体设置的以金属盖帽轴线均匀分布、指向内部空腔的两个盖帽凸点满足：0.5mm≤TD≤1.5mm，0.2mm≤TDG≤0.8mm，其中TD为金属盖帽的盖帽凸点的最大宽度，M3为金属盖帽第二圆筒体的内径，TDG为金属盖帽的盖帽凸点的最大高度，TH为金属盖帽的盖帽凸点至金属盖帽中心点的最小距离，单位为mm。

4.根据权利要求1～3任一所述的旋盖式可充电电池，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，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且以内壁平齐的方式自上而下依次相连为一体，第二圆筒拉伸体顶部超出第一圆筒拉伸体外壁形成第一支撑平台，第二圆筒拉伸体底部超出第三圆筒拉伸体外壁形成第二支撑平台；所述塑胶件的第一圆筒拉伸体顶部设置有MicroUSB接口开口部、弹簧顶针开口部，塑胶件的第一圆筒拉伸体的侧面设置的凸点卡槽为一竖向卡槽和一横向卡槽相互联通而成。

5.根据权利要求1～3任一所述的旋盖式可充电电池，其特征在于：所述钢壳的高度GKH满足：GKH≤H-H1-MH-CTH-SJ1-SJ2，其中H为旋盖式可充电电池的总高度，H1为金属盖帽第一圆筒体的高度，MH为金属盖帽第一圆筒体的壁厚、第二圆筒体的壁厚或第一圆筒体裙边的厚度，CTH为金属盖帽第二圆筒体最下端至塑胶件第二圆筒拉伸体最上端的间隙，SJ1为塑胶件第一圆筒拉伸体的高度，SJ2为塑胶件第二圆筒拉伸体的高度，单位为mm。

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