CN110931699B - 双端输入可充电式二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双端输入可充电式二次电池，包括可充电电芯、钢壳、第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁、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，实现自带MicroUSB接口、双端输入式可充电、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，本发明的双端输入可充电式二次电池，容量高、充电方便、工艺简单。

Description

双端输入可充电式二次电池

技术领域

本发明涉及一种二次电池，尤其是涉及一种具备双端充电输入功能(即MicroUSB充电接口作为第一充电输入端，金属盖帽作为第二充电输入端同时兼作为唯一输出端)，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，同时兼具高容量的双端输入可充电式二次电池。

背景技术

二次电池具有比能量高、可循环使用的优势，得到了越来越广泛的应用。例如，目前锂离子二次电池已经成为手机、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，二次电池与一次电池相比，二次电池使用过程需要满足更多的管理要求，否则容易发生安全问题或功能失效。一次电池不需要充电，二次电池需要用专用的充电器进行充电，并且严格禁止过充电；同时为了保持正常的性能，二次电池需要对充电过程和放电过程进行管理和保护，防止过放电或过流情况发生。一次电池的额定电压与二次电池也不同，例如钴酸锂-石墨型锂离子二次电池的额定电压是3.7V，而通常的碱性锌锰干电池额定电压是1.5V，因此如果二次电池需要应用在一次电池的用电设备上，则首先需要对二次电池进行电压管理，直接采用则可能损坏用电设备。

为了实现二次电池替代一次电池进行使用，往往需要对二次电池的电芯、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二次电池。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，这使得集成后的二次电池与一次电池相比，二次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)，将二次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，导致集成之后的二次电池容量只有一次电池的1/3左右。更进一步，较小规格尺寸的电池(例如AAA型或R03型)需要集成输入接口(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。

因此，针对二次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，如何将二次电池的性能及结构特点结合一次电池的使用要求，将二次电池的充电管理、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，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，提供一种具备双充电输入、更高集成度和更大容量的双端输入可充电式二次电池，与现有技术相比，本发明的二次电池的容量可以提高约25％，该二次电池具备双端充电输入功能(即MicroUSB充电接口作为第一充电输入端，金属盖帽作为第二充电输入端同时兼作为唯一输出端)，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。该二次电池外观一致性好，非常适用于二次电池替代一次电池的应用场合。

本发明通过以下方案实现：

一种双端输入可充电式二次电池(后文中部分简写为“电池”)，包括可充电电芯、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、第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁、电感、LED灯、塑胶件、硬性FR-4基板、金属盖帽和弹簧顶针，实现自带MicroUSB接口、双端输入式可充电、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在塑胶件内部空腔且贴片锡焊在硬性FR-4基板上端的MicroUSB接口与塑胶件顶部设置的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部平面)，贴片锡焊在硬性FR-4基板上端的弹簧顶针与塑胶件顶部设置的弹簧顶针开口部相配合(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部平面)；所述塑胶件的顶部位于MicroUSB开口部的一侧设置有截面呈圆形的底部封闭、尺寸相同的第二磁铁孔和第三磁铁孔且第二磁铁孔、第三磁铁孔对称布置在弹簧顶针开口部的两端，所述塑胶件的顶部位于MicroUSB开口部的另一侧设置有截面呈圆形的底部封闭的第四磁铁孔，所述第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁(第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁均优选NdFeB型磁铁，牌号为N35以上)配套安装在相对应的第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔内；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引出导线、负极引出导线与硬性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；硬性FR-4基板既作为MicroUSB接口、弹簧顶针和其它元器件的贴片锡焊的基板，兼作连接可充电电芯的正极端和负极端的载流体；塑胶件具有三个同轴线的圆筒拉伸体即第一圆筒拉伸体、第二圆筒拉伸体、第三圆筒拉伸体，塑胶件作为硬性FR-4基板的收纳体兼支撑体、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、与金属盖帽装配配合用的结构体、第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁的收纳体；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，第一圆筒体的顶部是二次电池与外部负载或充电电源接触的结构部位即金属盖帽的第一圆筒体作为电池的正极端子，第一圆筒体的内部空腔是作为第一磁铁的收纳处(即第一磁铁配套安装在第一圆筒体的内部空腔内)，塑胶件第一圆筒拉伸体配套套装在金属盖帽的第二圆筒体内部空腔后，第一圆筒体的裙边受第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁吸力下压，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，使得金属盖帽与弹簧顶针形成紧密的导电连接。

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。电池充电的输入方法有两个，方法一是：直接通过电池的正极端子(即金属盖帽的第一圆筒体)和负极端子(即钢壳底端)，由专门的锂离子电池充电座给电池充电；方法二是：该方法不需要配置专门的充电座，首先将金属盖帽从塑胶件的第一圆筒拉伸体上取下，并通过金属盖帽上第一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；同时，可供选择的双端输入式可充电方法，使得二次电池的充电变得非常方便；电池放电使用时候，金属盖帽可以实现对MicroUSB接口的完全隐藏，使得二次电池外观更加接近一次电池，这改善了二次电池的外观。

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，高度为H2；第二圆筒体与第一圆筒体同轴线，第二圆筒体的顶面与第一圆筒体的裙边共面；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，供二次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为钢壳的外部直径；高度H2满足：SJ1+MH+CTH-0.3mm≤H2≤SJ1+MH+CTH，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，CTH为第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁凸出塑胶件顶部平面的高度，单位为mm。H2下限高度即SJ1+MH+CTH-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+CTH的设置，是考虑为了满足第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁中上端平面最高的磁铁能够与金属盖帽第一圆筒体裙边的内部接触形成较大的磁力，从而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，因此，如果H2>SJ1+MH+CTH则由于金属盖帽的第二圆筒体下端开口边缘与塑胶件第二圆筒拉伸体有干涉，将导致金属盖帽的第二圆筒体整体无法下压，极端情况下可能造成金属盖帽与弹簧顶针针头不能接触的情况。

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。

所述金属盖帽的第一圆筒体内部空腔中设置有第一磁铁，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。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。

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。第一圆筒拉伸体的外部直径为SD1、内部直径为SD4、高度为SJ1；第二圆筒拉伸体的外部直径为SD2、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；第三圆筒拉伸体的外部直径为SD3、高度为SJ3，第三圆筒拉伸体的内部直径与第二圆筒拉伸体的内部直径相同。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、第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔，其中第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔均为横截面呈圆形、底部封闭结构，第二磁铁孔和第三磁铁孔位于MicroUSB开口部的一侧且第二磁铁孔、第三磁铁孔对称布置在弹簧顶针开口部的两端，第四磁铁孔位于MicroUSB开口部的另一侧，第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔的深度相同均为CH，第二磁铁孔、第三磁铁孔的直径为C2，第四磁铁孔的直径为C4，C2>C4。所述第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔分布在直径为DU的圆内，DU为包围第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔、MicroUSB接口开口部、弹簧顶针开口部的最小圆直径。第二磁铁孔或第三磁铁孔与弹簧顶针开口部的孔中心距离为DR，第二磁铁孔或第三磁铁孔至MicroUSB接口开口部边缘的最短距离为DW2，第四磁铁孔至MicroUSB接口开口部边缘的最短距离为DW1。所述塑胶件第一圆筒拉伸体顶部分布的第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔以及MicroUSB接口开口部和弹簧顶针开口部的特征尺寸满足：0.3mm≤DW1≤1mm，0.3mm≤DW2≤1mm，SD1-2.0mm≤DU≤SD1-0.6mm，0.3mm≤DR-C2/2-C4/2≤1mm，0.5mm≤CH<SJ4 mm，其中SJ4为塑胶件第一圆筒拉伸体的顶部厚度，单位为mm。SD1-2.0mm≤DU尺寸的限制，是为了留出更大空间来布置第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔、MicroUSB接口开口部、弹簧顶针开口部，但是，DU尺寸过大，将导致塑胶件第一筒拉伸体的壁厚太薄和强度不足，因此DU≤SD1-0.6mm。0.3mm≤DW1和0.3mm≤DW2尺寸的限制，是考虑到第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔边缘至MicroUSB开口部边缘的最小距离不能过小，否则MicroUSB开口部容易变形；上限尺寸即DW1≤1mm和DW2≤1mm的设置，是为了尽量增大第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔的直径，从而能够设置磁力更强的磁铁。0.3mm≤DR-C1/2-C2/2≤1mm尺寸的设置，也同样是兼顾了弹簧顶针开口部强度以及尽量增大第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔的直径从而有利于增强磁力的要求。为了尽量增加磁铁的磁力，圆柱状的第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔的高度CH应该尽量高即0.5mm≤CH，但是，第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁是镶嵌在塑胶件第一圆筒拉伸体顶部并且不得伸入到塑胶件内部空腔中，否则将占据塑胶件的内部空腔用于安装PCB的空间，因此CH<SJ4 mm。

所述塑胶件第一圆筒拉伸体外径等于金属盖帽第二圆筒体内径，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电芯，所以SDB1小于等于1mm)。塑胶件第一圆筒拉伸体的顶部厚度为SJ4，满足0.5mm≤SJ4≤2mm，下限厚度即0.5mm≤SJ4的设置是一方面考虑到第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁的安装要求，如果厚度太小则第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁尺寸过小不容易安装并且磁力不足；另外一方面是考虑到厚度太小则塑胶件的支撑强度不足，容易在电池被夹持使用等过程中发生变形甚至破损；如果塑胶件第一圆筒拉伸体的顶部厚度如果太高即SJ4>2mm，则占用电池过多的高度空间，不利于电池的大容量化。

所述塑胶件第二圆筒拉伸体的外部直径SD2等于钢壳的外部直径GW，即SD2＝GW。塑胶件的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。

所述塑胶件第三圆筒拉伸体的外部直径SD3等于钢壳的内部直径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基板在塑胶件内部的部分径向宽度为PK1，长度为PB1，硬性FR-4基板在塑胶件外部的径向宽度为PK2，硬性FR-4基板总长度为PB2；硬性FR-4基板的厚度为PH。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为钢壳的内部直径。硬性FR-4基板的厚度0.4mm≤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。

所述第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁的高度相同，均为CTH2；第二磁铁和第三磁铁的直径相同，均为CD2，且等于第二磁铁孔或第三磁铁孔的直径即CD2＝C2，第四磁铁的直径为CD4且等于第四磁铁孔的直径即CD4＝C4，第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁的高度尺寸满足：CH<CTH2≤CH+0.2mm即0<CTH(＝CTH2-CH)≤0.2mm，单位为mm，其中CTH为第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁凸出塑胶件顶部平面的高度，即第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁凸出塑胶件第一圆筒拉伸体顶部平面且凸出的高度最高为0.2mm，0<CTH这一尺寸的设置，可以使得第二磁铁或第三磁铁或第四磁铁与金属盖帽第一圆筒体裙边的内部平面直径接触形成较大的磁力，同时CTH≤0.2mm尺寸的设置又兼顾了节约电池高度空间的需求，尽量将有限的高度空间留给可充电电芯。

所述钢壳的高度GKH满足：GKH≤H-H1-MH-CTH-SJ1-SJ2，其中H为二次电池的总高度，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、第二圆筒体的壁厚或第一圆筒体裙边的厚度，CTH为第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁凸出塑胶件顶部平面的高度，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。

所述可充电电芯的高度DXH满足：DXH≤GKH-PB2+SJ1-SJ4+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，SJ4为塑胶件第一圆筒拉伸体的顶部厚度，GKDH为钢壳底部的厚度。

所述双端输入可充电式二次电池，其实现的方式是：

首先将第一磁铁安装到金属盖帽的第一圆筒体内部空腔内；将第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁安装到塑胶件第一圆筒拉伸体顶部相对应的第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔中。

其次将正极引出导线A端与硬性FR-4基板的B面的第一端口焊盘J1焊接，将负极引出导线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内，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。

四是将正极引出导线B端与可充电电芯的正极端焊接，将负极引出导线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，金属盖帽第二圆筒体内部空腔套在塑胶件的第一圆筒拉伸体的外侧，金属盖帽受塑胶件的第一圆筒拉伸体顶部安装的第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁的吸力下压，实现了对弹簧顶针压缩并且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紧密接触。

以上六步完成了双端输入可充电式二次电池的制作。

与现有技术相比，本发明的双端输入可充电式二次电池，具有以下优点：

(1)工艺结构简单且易于安装。对比现有的带MicroUSB接口的二次电池，通常其MicroUSB接口的开口部设置在电池的侧面，且往往是由多个硬性FR-4基板拼接而成，组装工艺复杂，质量控制难度大。本发明采用单一的硬性FR-4基板，节省了复杂费时的多个硬性FR-4基板拼板工序；且MicroUSB接口开口部设置在电池的端面，这也使得电池在贴标可以实现高效和自动化操作，因为不需要为了针对侧面的MicroUSB接口开口部进行避让，贴标的效果和外观一致性也更加有保障。更进一步，本发明的金属盖帽与硬性FR-4基板的电连接，不需要额外的锡焊或压接操作，弹簧顶针是通过自动贴片的方式一次性在硬性FR-4基板与其它元器件共同完成，弹簧顶针与金属盖帽的紧密接触是通过设置在塑胶件第一圆筒拉伸体顶部的第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁对金属盖帽第一圆筒体裙边的吸引力自动实现。本发明的二次电池的实现方式，是基于对二次电池的创造性的结构布局和空间规划，可以较好实现各零件之间的可靠连接，工艺简单、便于操作。

(2)可以实现小尺寸规格的二次电池附属构件占用空间的节约化和电池的大容量化。硬性FR-4基板既作为MicroUSB接口、弹簧顶针和其它元器件的贴片锡焊的基板，兼作连接可充电电芯的正极端和负极端的载流体；塑胶件具有三个同轴线的圆筒拉伸体，作为硬性FR-4基板的收纳体兼支撑体、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、与金属盖帽装配配合用的结构体、磁铁的收纳体；金属盖帽的第一圆筒体部分作为电池的正极端子，且第一圆筒体的内部空腔作为第一磁铁的收纳体，金属盖帽的第一圆筒体的裙边作为与弹簧顶针形成紧密导电连接导体。硬性FR-4基板、塑胶件、金属盖帽等零件的功能复用、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，可以实现电池大容量化。

(3)可以实现双端输入式充电和多功能的集成。本发明的二次电池充电的输入方法有两个，方法一是：直接通过电池的正极端子(即金属盖帽的第一圆筒体)和负极端子(即钢壳底端)，由专门的锂离子电池充电座给电池充电；方法二是：该方法不需要配置专门的充电座，首先将金属盖帽从塑胶件的第一圆筒拉伸体上取下，并通过金属盖帽上第一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。同时，本发明的二次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。

本发明的二次电池，结构新颖，制作简单。本发明的二次电池，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，本发明的二次电池可以实现容量提高约25％。

附图说明

图1为实施例1双端输入可充电式二次电池的整体外形示意图；

图2为实施例1双端输入可充电式二次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金属盖帽的关键特征尺寸示意图；

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塑胶件的正视图；

图4(c)为实施例1塑胶件的俯视图；

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基板的关键特征尺寸示意图；

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为实施例1塑胶件、硬性FR-4基板、第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁的装配结构示意图；

图8为实施例1双端输入可充电式二次电池的充电电压-充电电流-充电容量关系曲线图一；

图9为实施例1双端输入可充电式二次电池的充电电压-充电电流-充电容量关系曲线图二；

图10为实施例1双端输入可充电式二次电池的放电电压-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双端输入可充电式二次电池为例，来进一步阐述该双端输入可充电式二次电池结构及其功能的实现方式，同时说明该种双端输入可充电式二次电池的双端输入可充电的实现方法。

一种双端输入可充电式二次电池，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；具备适于充电器充电座充电功能；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，该二次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、负极引出导线7、正极引出导线8、第二磁铁9-1、第三磁铁9-2、第四磁铁9-3(第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁均是牌号为N35的NdFeB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±0.20mm，高度DXG＝30.50⁺⁰ _-1.0mm)，标称电压为3.7V，容量为250mAh；电池外壳为钢壳2，其外部直径为GW＝10.00±0.05mm，内部直径为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，可充电电芯1的正极端、负极端分别通过正极引出导线线8、负极引出导线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，第一磁铁(图中未示意出第一磁铁)安装到金属盖帽6的第一圆筒体内部空腔，第二磁铁9-1、第三磁铁9-2、第四磁铁9-3安装到塑胶件4第一圆筒拉伸体顶部相对应的第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔内，塑胶件4的第三圆筒拉伸体配套套装在钢壳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，安装到位后弹簧顶针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。塑胶件4第一圆筒拉伸体配套套装在金属盖帽6的第二圆筒体内部空腔后，第一圆筒体的裙边受第二磁铁9-1、第三磁铁9-2、第四磁铁9-3吸力下压，与凸出塑胶件4顶部平面的弹簧顶针11的针头接触并压缩弹簧顶针的弹簧，使得金属盖帽6与弹簧顶针11形成紧密的导电连接。

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。第一圆筒体601的顶部是二次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与第二磁铁9-1、第三磁铁9-2、第四磁铁9-3吸附以及与弹簧顶针11紧密压接的部位，第一圆筒体601内部空腔可容纳第一磁铁以使得电池在经由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电池钢壳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。图3(b)是金属盖帽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，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＝2.40±0.05mm，MH＝0.30±0.05mm。金属盖帽6的第一圆筒体内部空腔中设置有第一磁铁，该磁铁为圆柱体，直径为CD1，高度为CTH1，本实施例1中，CD1＝2.90±0.05mm，CTH1＝1.50±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、第二磁铁孔406、第三磁铁孔407、第四磁铁孔408，其中第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔均为横截面呈圆形、底部封闭结构，第二磁铁孔和第三磁铁孔位于MicroUSB开口部的一侧且第二磁铁孔、第三磁铁孔对称布置在弹簧顶针开口部的两端，第四磁铁孔位于MicroUSB开口部的另一侧，第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔的深度相同。图4(b)和图4(c)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SD4、高度为SJ1；第二圆筒拉伸体的外部直径为SD2、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；第三圆筒拉伸体的外部直径为SD3、高度为SJ3，第三圆筒拉伸体的内部直径与第二圆筒拉伸体的内部直径相同。第二磁铁孔、第三磁铁孔直径均为C2，第四磁铁孔的直径为C4，且C2>C4，第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔的深度均为CH。第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁的高度相同，均为CTH2；第二磁铁和第三磁铁的直径相同，均为CD2且等于第二磁铁孔或第三磁铁孔的直径即CD2＝C2，第四磁铁的直径为CD4且等于第四磁铁孔的直径即CD4＝C4；第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔分布在直径为DU的圆内，DU为包围第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔、MicroUSB接口开口部、弹簧顶针开口部的最小圆直径。第二磁铁孔或第三磁铁孔与弹簧顶针开口部的孔中心距离为DR，第二磁铁孔或第三磁铁孔至MicroUSB接口开口部边缘的最短距离为DW2，第四磁铁孔至MicroUSB接口开口部边缘的最短距离为DW1。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±0.05mm，SJ1＝2.20±0.05mm，SD2＝10.00±0.05mm，SD3＝9.60±0.05mm，SJ2＝0.80±0.05mm，SD4＝8.00±0.05mm，SJ3＝2.00±0.05mm，SJ4＝1.40±0.05mm，C2＝1.80±0.05mm，C4＝1.60±0.05mm，CH＝1.20±0.05mm，DU＝8.22±0.05mm，DW1＝0.56±0.05mm，DW2＝0.77±0.05mm，DR＝2.22±0.05mm，CD2＝1.80±0.05mm，CD4＝1.60±0.05mm，CTH2＝1.40±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引出导线、负极引出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端口是充电的输入口兼放电的输出口，即J3端口充电和放电同口。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，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，其关键特征尺寸设置如下：PK1＝8.00±0.05mm，PK2＝9.00±0.05mm，PB1＝4.10±0.05mm，PB2＝8.10±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端口是充电的输入口兼放电的输出口，即J3端口充电和放电同口。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引出导线、负极引出导线进行电连接的端口。

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(＝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，供二次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。

本实施例的金属帽头的第二圆筒体满足M2＝GW(＝10.00mm)，其中GW为钢壳的外部直径；高度H2满足：SJ1+MH+CTH-0.3mm(＝2.20+0.30+0.20-0.3＝2.40mm)≤H2(＝2.40mm)≤SJ1+MH+CTH mm(＝2.20+0.30+0.20＝2.70mm)，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，CTH为第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁凸出塑胶件顶部平面的高度，单位为mm。H2下限高度即SJ1+MH+CTH-0.2mm≤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+CTH的设置，是考虑为了满足第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁中上端平面最高的磁铁能够与金属盖帽第一圆筒体裙边的内部接触形成较大的磁力，从而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，因此，如果H2>SJ1+MH+CTH则由于金属盖帽的第二圆筒体下端开口边缘与塑胶件第二圆筒拉伸体有干涉，将导致金属盖帽的第二圆筒体整体无法下压，极端情况下可能造成金属盖帽与弹簧顶针针头不能接触的情况。

本实施例的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(＝0.30mm)≤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。

本实施例的金属盖帽的第一圆筒体内部空腔中设置的第一磁铁满足：M1-2×MH-0.2(＝3.50-2×0.30-0.20＝2.70mm)≤CD1(＝2.90mm)≤M1-2×MH(＝3.50-2×0.30＝2.90mm)，H1-0.2mm(＝1.60-0.2＝1.40mm)≤CTH1(＝1.50mm)≤H1 mm(＝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。

本实施例塑胶件第一圆筒拉伸体顶部分布的第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔以及MicroUSB接口开口部和弹簧顶针开口部的特征尺寸满足：0.3mm≤DW1(＝0.56mm)≤1mm，0.3mm≤DW2(＝0.77mm)≤1mm，SD1-2.0mm(＝9.40-2.0＝7.40mm)≤DU(＝8.22mm)≤SD1-0.6mm(＝9.40-0.60＝8.80mm)，0.3mm≤DR-C2/2-C4/2(＝2.22-1.80/2-1.60/2＝0.52mm)≤1mm，0.5mm≤CH(＝1.20mm)<SJ4 mm(＝1.40mm)，其中SJ4为塑胶件第一圆筒拉伸体的顶部厚度。SD1-2.0mm≤DU尺寸的限制，是为了留出更大空间来布置第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔、MicroUSB接口开口部、弹簧顶针开口部，但是，DU尺寸过大，将导致塑胶件第一筒拉伸体的壁厚太薄和强度不足，因此DU≤SD1-0.6mm。0.3mm≤DW1和0.3mm≤DW2尺寸的限制，是考虑到第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔边缘至MicroUSB开口部边缘的最小距离不能过小，否则MicroUSB开口部容易变形；上限尺寸即DW1≤1mm和DW2≤1mm的设置，是为了尽量增大第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔的直径，从而能够设置磁力更强的磁铁。0.3mm≤DR-C1/2-C2/2≤1mm尺寸的设置，也同样是兼顾了弹簧顶针开口部强度以及尽量增大第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔直径从而有利于增强磁力的要求。为了尽量增加磁铁的磁力，圆柱状第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔的高度CH应该尽量高即0.5mm≤CH，但是，第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁是镶嵌在塑胶件第一圆筒拉伸体顶部并且不得伸入到塑胶件的内部空腔中，否则将占据塑胶件的内部空腔用于安装PCB的空间，因此CH<SJ4 mm。

本实施例塑胶件第一圆筒拉伸体外部直径等于金属盖帽第二圆筒体内径，即SD1(＝9.40mm)＝M2-2×MH mm(＝10.00-2×0.30＝9.40mm)，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(＝0.70mm)≤1mm，即1mm≤SD1-SD4(＝9.40-8.00＝1.40mm)≤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)。塑胶件第一圆筒拉伸体的顶部厚度为SJ4，满足0.5mm≤SJ4(＝1.40mm)≤2mm，下限厚度即0.5mm≤SJ4的设置是一方面考虑到第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁的安装要求，如果厚度太小则第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁尺寸过小不容易安装并且磁力不足；另外一方面是考虑到厚度太小则塑胶件的支撑强度不足，容易在电池被夹持使用等过程中发生变形甚至破损；如果塑胶件第一圆筒拉伸体的顶部厚度如果太高即SJ4>2mm，则占用电池过多的高度空间，不利于电池的大容量化。

本实施例塑胶件第二圆筒拉伸体的外部直径SD2等于钢壳的外部直径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(＝0.80mm)≤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。

本实施例塑胶件第三圆筒拉伸体的外部直径SD3等于钢壳的内部直径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(＝2.00mm)≤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为钢壳的内部直径。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

本实施例的第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁的高度尺寸满足：CH(＝1.20mm)<CTH2(＝1.40mm)≤CH+0.2mm(＝1.20+0.2＝1.40mm)即0<CTH(＝CTH2-CH＝1.40-1.20＝0.20mm)≤0.2mm，其中CTH为第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁凸出塑胶件顶部平面的高度，即第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁凸出塑胶件第一圆筒拉伸体顶部平面，并且凸出的高度最高为0.2mm，0<CTH这一尺寸的设置，可以使得第二磁铁或第三磁铁或第四磁铁与金属盖帽第一圆筒体裙边的内部平面直接接触形成较大的磁力，同时CTH≤0.2mm尺寸的设置又兼顾了节约电池高度空间的需求，尽量将有限的高度空间留给可充电电芯。牌号为N35的NdFeB磁铁，其磁力可以估算为其自身重量的600倍，据此估算第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁和第四磁铁的磁力总和约为83gf，是弹簧顶针正向力(60gf)的1.38倍，这表明磁铁的磁力足以克服弹簧顶针的正向力，第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁吸住金属盖帽第一圆筒体裙边的内部平面并且金属盖帽第一圆筒体裙边的内部平面与弹簧顶针的针头形成紧密压接。

本实施例钢壳的高度GKH满足：GKH(＝39.00mm)≤H-H1-MH-CTH-SJ1-SJ2 mm(＝44.50-1.60-0.3-0.20-2.20-0.80＝39.40mm)，其中H为二次电池的总高度，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为第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁凸出塑胶件顶部平面的高度，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。

可充电电芯的高度DXH满足：DXH(＝30.5mm)≤GKH-PB2+SJ1-SJ4+SJ2-GKDH(＝39.00-8.10+2.20-1.40+0.80-0.3＝32.2mm)，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，SJ4为塑胶件第一圆筒拉伸体的顶部厚度，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)首先将第一磁铁安装到金属盖帽的第一圆筒体内部空腔；将第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁安装到塑胶件第一圆筒拉伸体顶部相对应的第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔中。

(2)将正极引出导线A端与硬性FR-4基板的B面的第一端口焊盘J1焊接，将负极引出导线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。如图7所示。

(4)将正极引出导线B端与可充电电芯的正极端焊接，将负极引出导线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，金属盖帽第二圆筒体内部空腔套在塑胶件的第一圆筒拉伸体的外侧，金属盖帽受塑胶件的第一圆筒拉伸体顶部安装的第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁的吸力下压，实现了对弹簧顶针压缩并且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紧密接触。

完成双端输入可充电并且集成充电管理、恒压输出、充放电保护等多种功能的圆柱形双端输入可充电式二次电池的制作。

将本实施例的双端输入可充电式二次电池，完全放电后，以CC/CV条件给电池进行充电：恒压5V、恒流280mA，充电输入接口为MicroUSB接口，或将电池装入充电器的充电座中经由金属盖帽和钢壳进行充电。图8所示为经由MicroUSB接口进行充电情况下，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64分钟，合计的充电容量为255.1mAh，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。图9所示为电池装入充电器的充电座中，经由金属盖帽和钢壳进行充电，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63分钟，合计的充电容量为253.8mAh，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10所示，电池的放电电压为1446mV～1442mV，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531.3mAh。放电终了，放电电压突降到0.614V，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±0.20mm，高度26.50⁺⁰ _-1.0mm)，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

一种双端输入可充电式二次电池，其结构与实施例1中的双端输入可充电式二次电池的结构相类似，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％，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 (6)

1.一种双端输入可充电式二次电池，其特征在于：包括可充电电芯、钢壳、第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁、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，实现自带MicroUSB接口、双端输入式可充电、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在塑胶件内部空腔且贴片锡焊在硬性FR-4基板上端的MicroUSB接口与塑胶件顶部设置的MicroUSB开口部相配合，贴片锡焊在硬性FR-4基板上端的弹簧顶针与塑胶件顶部设置的弹簧顶针开口部相配合；所述塑胶件的顶部位于MicroUSB开口部的一侧设置有横截面呈圆形的底部封闭、尺寸相同的第二磁铁孔和第三磁铁孔且第二磁铁孔、第三磁铁孔对称布置在弹簧顶针开口部的两端，所述塑胶件的顶部位于MicroUSB开口部的另一侧设置有横截面呈圆形的底部封闭的第四磁铁孔，所述第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁配套安装在相对应的第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔内；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导线、负极引出导线与硬性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线的圆筒拉伸体，塑胶件作为硬性FR-4基板的收纳体兼支撑体、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、与金属盖帽装配配合用的结构体、第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁的收纳体；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，第一圆筒体的顶部是二次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第一磁铁的收纳处，塑胶件第一圆筒拉伸体配套套装在金属盖帽的第二圆筒体内部空腔后，第一圆筒体的裙边受第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁吸力下压，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，使得金属盖帽与弹簧顶针形成紧密的导电连接；

所述塑胶件第一圆筒拉伸体顶部分布的第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔以及MicroUSB接口开口部和弹簧顶针开口部的特征尺寸满足：0.3mm≤DW1≤1mm，0.3mm≤DW2≤1mm，SD1-2.0mm≤DU≤SD1-0.6mm，0.3mm≤DR-C2/2-C4/2≤1mm，0.5mm≤CH<SJ4mm，其中DR为第二磁铁孔或第三磁铁孔与弹簧顶针开口部的孔中心距离，DW2为第二磁铁孔或第三磁铁孔至MicroUSB接口开口部边缘的最短距离，DW1为第四磁铁孔至MicroUSB接口开口部边缘的最短距离，SD1为塑胶件第一圆筒拉伸体的外部直径，DU为包围第二磁铁孔、第三磁铁孔、第四磁铁孔、MicroUSB接口开口部、弹簧顶针开口部的最小圆直径，C2为第二磁铁孔或第三磁铁孔的直径，CH为第二磁铁孔或第三磁铁孔或第四磁铁孔的深度，C4为第四磁铁孔的直径，SJ4为塑胶件第一圆筒拉伸体的顶部厚度，单位为mm。

2.根据权利要求1所述的双端输入可充电式二次电池，其特征在于：所述第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁的高度相同，均为CTH2；第二磁铁和第三磁铁的直径相同，均为CD2，且等于第二磁铁孔或第三磁铁孔的直径，第四磁铁的直径为CD4且等于第四磁铁孔的直径，第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁的高度尺寸满足：CH<CTH2≤CH+0.2mm，单位为mm。

3.根据权利要求1所述的双端输入可充电式二次电池，其特征在于：所述塑胶件满足0.5mm≤SDB1≤1mm，0.5mm≤SJ4≤2mm，0.5mm≤SJ2≤1.5mm，0.5mm≤SJ3≤3.0mm，SD1＝M2-2×MH，SD2＝GW，SD3＝GN，其中SDB1为塑胶件第一圆筒拉伸体的壁厚，SJ4为塑胶件第一圆筒拉伸体的顶部厚度，SJ2为塑胶件第二圆筒拉伸体的高度，SJ3为塑胶件第三圆筒拉伸体的高度，SD1为塑胶件第一圆筒拉伸体的外部直径，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，SD2为塑胶件第二圆筒拉伸体的外部直径，GW为钢壳的外部直径，SD3为塑胶件第三圆筒拉伸体的外部直径，GN为钢壳的内部直径，单位为mm。

4.根据权利要求1～3任一所述的双端输入可充电式二次电池，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为二次电池的总高度，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为第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁凸出塑胶件顶部平面的高度，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，单位为mm。

5.根据权利要求1～3任一所述的双端输入可充电式二次电池，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。

6.根据权利要求1～3任一所述的双端输入可充电式二次电池，其特征在于：所述可充电电芯的高度DXH满足：DXH≤GKH-PB2+SJ1-SJ4+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，SJ4为塑胶件第一圆筒拉伸体的顶部厚度，GKDH为钢壳底部的厚度。

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