一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器与流程

本发明属于电芯改用的技术领域，具体涉及一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器。

背景技术：

由于通用型一次电池的应用历史较长且已标准化，在许多通用电池应用领域中广泛使用，如照明工具、观瞄设备、摄影器材以及仪器仪表。其中，最为广泛使用的是型号为cr123a电池。cr123a电池是一次性锂电池，其不可重复使用，因而一直存在使用成本高和废弃污染不环保等的问题。

目前，为解决一次电池不可重复使用的缺陷，采用锂离子电池(一种二次电池)代替现有的一次性电池。虽然解决了电池不可重复使用的缺陷，但是该代替方案仍存在诸多问题并不完善，具体以市面已知有两类电池的实际产品举例，揭示该代替方案存在的相关缺陷：

第一类：工业16340可充电锂电芯/16650可充电锂电芯。

16340电芯是钴酸锂电池，标称电压3.7v，充满电4.2v，高于cr123a电池的3v供电。现有的锂离子电池的输出电压与一次电池有所差异，容易损坏用电设备。

16650电芯是钴酸锂电池，标称电压3.7v，充满电4.2v，常用于一节同时取代两节cr123a电池。但是单节标称电压3.8v低于两节cr123a电池6v，使用在原设计两节cr123a电池的设备上，放电效能和续航时间都大打折扣。

第二类：rcr123a可充电锂电池。

rcr123a电池基于现有电芯的改良电池，其通过在16340电芯的底部即负极加装降压板，实现3v电压输出。但是rcr123a电池的缺陷也很明显的，第一是容量小且降压损耗大，续航时间远低于cr123a电池。第二是降压板功率小且散热不良，放电稳定性比不上cr123a电池。第三是降压板持续连通电芯，自放电迅速，存电性能差。

由此可知，现有的代替产品或方案中，均以rcr123a可充电锂电池类型的电池为优选，但该类型电池均存在降压板或保护板持续连通电芯，导致自放电迅速，存电性能差的缺陷。为此，亟待一种新型的产品或技术方案以取代一次电池的使用。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决上述一次电池的代替产品仍存在持续连通电芯，致使自放电迅速，存电性能差的技术问题，提供一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器，本发明的适配器仅仅是电气连接电芯的正极，不直接连接电芯的负极，所组成的通用型电池在存储或待机时并不形成适配电路的电气回路，无自放电的缺陷。。

为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：

本发明所述一种电芯改用通用型电池的方法，基于一具有适配电路的适配器实现；

将适配器与外部电芯的正极连接以构成通用型电池；

将通用型电池接入用电设备中，以构成负载回路；同时，适配器与外部电芯的负极连接构成适配回路。

进一步地，所述负载回路包含开关；该开关同时闭合或断开所述负载回路和适配回路。

优选地，所述用电设备具有构成负载回路的金属电池槽，且所述适配器通过金属电池槽连接外部电芯的负极以构成适配回路。

进一步地，所述适配器可拆卸地连接外部电芯。

进一步地，所述适配器还包括电芯保护电路、用电设备保护电路和充电控制电路中的一种或多种。

一种基于上述方法的适配器，包括：

适配器主体，其包括彼此互不连接的一输入端、一输出端和金属外层；所述输入端与电芯的正极连接以构成通用型电池；

适配电路，其置于适配器主体内；所述适配电路分别与输入端、输出端和金属外层连接。

优选地，所述输入端设置有导电磁体以吸附连接电芯的正极。

优选地，所述金属外层为薄壁圆环状。

优选地，所述金属外层为铜或铜合金制成。

优选地，所述适配器主体还内置有电芯保护电路、用电设备保护电路和充电控制电路中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的提供的改用方法及适配器，具有充电循环使用的优点，可全面取代一次性电池。采用本发明的适配器组合通用型电池，一次购置可充电电芯的成本，可获得1000次以上的使用寿命，是一次性电池的使用成本的1/1000，极大的降低用户使用成本，同时避免废电池污染。

2、本发明的适配器与电芯相互独立，具有快速更换的优点，一支电芯电池耗尽时，可快速替换另一支。采用本发的适配器，可直接以工业电芯组合成电池做备件周转，远低于rcr123a电池类型的电池的备件成本。

3、本发明的适配器具有靶向开发特点，可针对不同用电设备，具有定制开发的优点。采用本发明的适配器，可根据不同用电设备的耗电曲线和拐角点，从而设计不同的适配方案，以求满功率下的最大续航时间。市面已有的电芯与降压板(保护板)一体化适配的技术是无法实现的。

4、本发明的所提供的改用方法，适配器与电芯无电气连通的优势，具有自身无自放电的优点。具体地，本发明的适配器仅仅是电气连接电芯的正极，不直接连接电芯的负极，所组成的通用型电池在存储或待机时并不形成适配电路的电气回路，即无自身无自放电。市面已有电池是无法实现的。

5、本发明的适配器具有金属外层，其具有高功率放电的优点。同时金属外层围绕适配器的电气部分，充分导走适配电路等高功率下产生的热量。市面已有电池的电芯与降压板(保护板)的一体塑封工艺是无法实现的。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器的实施例1的适配器结构示意图；

图2是本发明的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器的实施例1的适配器仰视图；

图3是本发明的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器的实施例1的通用型电池结构组成图1；

图4是本发明的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器的实施例1的通用型电池结构组成图2；

图5是本发明的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器的实施例3的适配器结构图1；

图6是本发明的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器的实施例1的适配器结构图2；

图7是本发明的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器的实施例5的适配电路的电气原理图一；

图8是本发明的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器的实施例5的强光手电的应用试验图一；

图9是本发明的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器的实施例5的适配电路的电气原理图二；

图10是本发明的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器的实施例5的强光手电的应用试验图二；

图中：1-适配器、11-金属外层、12-电气部分、121-pcb板、13-输入端、14-输出端、2-电芯。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

为了便于理解本发明的实施，对现有技术作下列说明：在许多照明工具、观瞄设备、摄影器材以及仪器仪表中，因金属壳具有很好保护作用，多采用金属壳的构成电池槽以容置电池或电芯。其金属壳如同一根导线，其为负载回路的组成之一，以连接开关和负载；而该类型设备的开关用于通断连接电池负极，进而闭合或断开负载回路。如手电所使用的筒体金属壳。

实施例1

如图1～图4所示，本发明所述的一种电芯改用通用型电池的适配器，包括适配器主体和设置在适配器主体内的电气部分12。所述适配器主体与外部电芯2的正极连接，以构成通用型电池接入用电设备的负载回路进行使用。进而，适配器1的输出端14为通用型电池的正极、外部电芯2的负极为通用型电池的负极。可针对不同的用电设备，对电气部分12进行设计，以匹配不同用电设备。

其中，本实施所述的适配器主体，其优选结构包括一输入端13、一输出端14、一金属外层11和pcb板121。pcb板121与金属外层11连接构成适配器主体的框体，电气部分12、输入端13和输出端14均可设置在pcb板121上。其中金属外层11，输入端13和输出端14之间相互隔绝，不存在电气连接，而通过电气部分12分别与它们相连。

本实施例优选地，所述金属外层11为一薄壁圆环状，具体为一中空的短圆管，且具有一两端贯通的腔体。所述pcb板121为匹配金属外层11的圆形，pcb板121用于设置电气部分12。所述pcb板121置于金属外层11的腔体内，并位于金属外层11的一端开口处，pcb板121通过多点焊接或环形焊接的方式固定在金属外层11上。金属外层11与pcb板121焊点固定工艺，结构更结实不松脱，导电导热更优。需要说明的是，本实施例并不限适配器主体的构造、以及定金属外层11和pcb板121的形状。

具体地，所述输出端14和输入端13均为导电金属制成，且与设置在pcb板121上的电气部分12连接。所述pcb板121具有正面和背面。所述正面朝向金属外层11的腔体用于设置电气部分12；所述背面置于金属外层11外。所述输出端14设置在pcb板121的背面上以电性连接用电设备的负载回路。所述输入端13设置在一绝缘板的中部，通过绝缘板将输出端14固定设置在金属外层11的另一开口处，进而适配器1通过输入端13电性连接外部电芯2的正极。所述绝缘板为另一空置pcb板121或设置有其他功能电路的pcb板121或由绝缘材料制成的圆形板，输入端13与金属外层11相互隔绝。绝缘板可通过粘胶或焊接固定在金属外层11上。

为此，本发明的适配器1结构上仅由至少一pcb板121和一金属外层11构成，其结构简单，厚度薄。通过pcb板121内嵌于金属外层11中，并焊接固定，可通过pcb板121直接设置输入端13和输出端14；以使pcb板121直接形成是输入、输出端14子，平面不凸起，整体厚度仅只有3mm。使得适配器1的整体厚度缩减，适配器1与电芯2所构成的通用型电池，其更好的适配和接入用电设备中。

同时，金属外层11一方面增大电子元器件散热面积，将电气部分12工作时产生的热量传导给外界；另一方面，金属外层11可形成电磁屏蔽，能够阻止电气部分12元器件对外界的干扰，使电池使用时干扰及影响较少。

其中，所述电气部分12主要包括适配电路，适配电路集成在pcb板121上，适配电路分别与输入端13、输出端14电性连接；且适配电路的负极通过pcb板121的焊点电性连接金属外层11。具体地，本实施例1所采用的适配电路为dc-dc升压适配电路，其将现有的低电压电芯2适配为高电压电池使用，以适配绝大部分用电设备。并且，本实施例1优选地，适配电路采用dc-dcboost式升压，电气部分12还包括与适配电路连接的变压式输出电路：当电芯2的电压未达到工作电压低点时，电芯2的电压直通输出。当电芯2电压达到工作电压低点时，升压的适配电路无缝介入工作，保证适配电路的高效。

需要说明的是，本实施例1并不限定适配电路实际组成，亦可为降压适配电路、恒压适配电路等，适用于电芯的任何形式的适配电路均在本发明的保护范围内。

本发明所述的一种电芯改用通用型电池的方法：

1.本方法基于一具有适配电路的适配器实现。

适配器具有与适配电路连接的输入端、输出端；同时，适配电路的负极与金属外层连接。使用时，适配器外接于一节或多节电芯，适配器的输入端与电芯的正极连接以构成通用型电池，此状态下，仅适配器的输入端与电芯的正极连接，适配器与电芯的负极互不相连。此时，适配器的输出端形成通用型电池的正极，电芯的负极形成通用型电池的负极。

2.本方法将通用型电池接入用电设备中，以构成负载回路；同时，适配器与外部电芯的负极连接构成适配回路。

将通用型电池接入用电设备的负载回路中。此时，适配器的金属外层与用电设备的金属壳电池槽接触(金属电池槽是负责回路的组成之一)；其中，适配器通过金属外层、用电设备的金属电池槽连接电芯的负极，构成了适配回路。具体地原理是：因为适配器的适配电路的负极与金属外层连接，适配电路通过金属外层，间接性的连接电芯的负极，构成了适配电路的完整回路，以输出适配电压。

3.本方法可选择地闭合或断开所述适配回路。

用电设备的负载回路一般包含开关，该开关同时闭合或断开所述负载回路和适配回路。

具体地，上述的适配回路包括依次连通的适配电路、用电设备的金属壳电池槽、用电设备的开关、电芯。通过用电设备的负载回路的开关闭合，适配回路接通，使得适配器与电芯负极的连接，适配电路连接了电芯的正极和负极，输出适配电压。当负载回路的开关断开时，适配回路断开，使得适配器与电芯负极的连接断开，适配电路仅连接了电芯的正极，停止工作。通过负载回路的开关启闭，进而接通或断开适配电路的负极与电芯负极的连接，同时闭合和断开负载回路，实现控制适配电路的输出作业，通过现有的结构实现了控制适配回路的通道，简化了适配器的电气组成。

本发明并不仅限于通过负载回路的开关控制适配回路的通道，若用电设备无开关，通用型电池的装入和拆卸即可实现适配回路的通断。

现有的电池(如rcr123a)，其降压板或保护板与电芯是一体塑封的，同时电池内的降压板或保护板的内部回路是持续接通电芯的正负极的，一直处于轻载放电状态，导致电池的自放电迅速，存电性能较差。并且一体塑封的工艺导致散热效果欠缺，使得放电稳定性差。

与现有技术相比。本发明所提供的适配器与电芯是相互独立的，适配器可与任意电芯进行组合使用。同时，组合而成的通用型电池，适配器与电芯是无电气连通的，适配电路的负极需要通过用电设备的负载连通电芯的负极。使得本发明的通用型电池正常存储或待机时，均具有无自放电的优点。适配电路不会自行工作导致自放电。需要在本通用型电池装入用电设备，并闭合开关时，间接性接通适配电路与电芯负极的适配回路，才满足适配器的工作启动需要。而现有的电池是无法实现的。同时，本实施例的金属环状的金属外层，其环抱着整块pcb，充分导走适配电路的高功率下产生的热量。市面已有rcr123a电池的降压板一体塑封是无法实现的。

实施例2

本实施例2的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器，其结构与实施例1的相同，区别之处在于，所述适配器可拆卸地连接电芯，且适配器的输入端设置有导电磁体以吸附连接电芯的正极。

本实施例2所述适配器的输入端采用导电磁体制成，通过导电磁铁吸附在电芯正极上，从而实现适配器与电芯的快速连接和拆卸。同时，输入端的磁性吸附还具有快速定位的功能，适配器能够准确吸附在电芯的正极上且不会轻易脱落。

本实施例2所提供的电芯改用通用型电池的适配器，其结构新颖，具有很好的应用前景。可全面取代一次性电池(如cr123a电池)在许多照明工具、观瞄设备、摄影器材以及仪器仪表中的应用。本发明的适配器通过磁吸附功能，具有快速更换的优点。一支电芯的电量耗尽时，可快速替换另一支，并且一次购置可充电电芯的成本，可获得1000次以上的使用寿命，远低于一次性电池的使用成本，避免废电池污染。同时，适配器独立于电芯，可直接以电芯做备件周转，远低于降压板或保护板与电芯一体化的电池(如rcr123a电池)的成本。

实施例3

本实施例3的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器，其结构与实施例1的相同，区别之处在于，所述金属外层11为铜或铜合金制成。

本实施3优选地，所述金属外层11为铜或铜合金制成。铜及其铜合金具有很好的导热、性导电性和抗磁性。很适用于本发明的适配器1中，提高很好的散热效果。所述铜合金优选t2紫铜、铜锌合金或铍铜的一种。

如图5和图6所示，本实施例3还提供适配器1的其它形状，其中实施例1的适配器1为本发明的优选结构。本实施例3并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与结构形状、修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

实施例4

本实施例4的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器，其结构与实施例1的相同，区别之处在于，所述电气部分还包括电芯保护电路、用电设备保护电路、充电控制电路和输出电压反馈调整电路中的一种或多种。所述电气部分均设置在一pcb板或多个pcb板上。

具体地，本实施例4所述电气部分均设置在适配器的一pcb板或多个pcb板上，本实施例优选地：

所述电芯保护电路采用但不限于正极电池保护方案，对于电芯的放电电压(过压和欠压)、放电电流(过流和短路)、极性反接和工作温度这四方面保护。具体的电芯保护电路的组成，可根据实际的用电设备或电芯参数进行设计等。

所述用电设备保护电路采用限压保护和限流保护方案。对于适配电路的输出电压(过压和欠压)、输出电流(过流和短路)和尖峰脉冲等全方面保护。

本实施例优选地，所述充电控制电路供于适配器的充电使用，实现电芯的循环充电使用，具体的电路组成可针对标准电芯的进行相应设计。

需要说明的是，本实施例并不限定电气部分的功能电路的组成，可针对实际用途，对电气部分进行设计，可通过增设pcb板以容置更多的功能电路。满足实际需求。

同时，鉴于用电设备的不一，可将本发明的适配器与电芯固定为一体式。根据不同情况的需求，用户可通过但不限定于镍片点焊的方式，通过适配器的输入端与外部电芯的正极通过点焊成不可拆分的。并且，本实施例4还提供适配器与电芯一体式不可拆分的充电方案。通过增加但不限于干簧管和独立充电点等满足不可拆卸连接的充电需求。

干簧管充电点，采用干簧管电气连接输出点(充电点)和输入点(通用型电池的正极)方案。满足干簧管受磁触发时，实现充电电路接通。满足干簧管不受磁触发时，实现充电电路断开。

独立充电点，采用独立充电点与输入点(通用型电池的正极)的电气连接方案。满足采用特殊充电治具时，以兼容市面上常见的电芯电池充电器。

本实施例4的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器，其为电气部分的优化设计。本实施例4的电气部分组成，其同样适用于实施例1、2、3和5中。

实施例5

本实施例5的一种电芯改用通用型电池的方法及其适配器，其具体以强光手电的适配应用进一步的说明本发明。

如图3所示，其为本实施例5的适配器1与电芯2组成的通用型电池结构示意图；所述适配器1的输出端14与电芯2正极连接。

如图7～图10所示，其中的图7和图9为本实施例5针对于部分型号的手电所提供的两种适配电路的电气原理图。图8为图7所示的适配器电路的试验图。图10为图9所示的适配器电路的试验图。

具体地，如图7所示，本实施例5所采用的其中一种适配电路，其为dc-dc升压适配电路，其将现有的低电压电芯2适配为高电压电池使用，以适配绝大部分用电设备。并且，适配电路采用dc-dcboost式升压，电气部分12还包括与适配电路连接的变压式输出电路：当电芯2的电压未达到工作电压低点时，电芯2的电压直通输出。当电芯2电压达到工作电压低点时，升压的适配电路无缝介入工作，保证适配电路的高效。

优选地，所述适配电路中设置有误保护功能，实现自激活恢复功能，不用反向充电激活。具体如图7所示电路原理图中的电阻r3和电容c1、或图9所示电路原理图中的电阻r1和电容c1构成误保护模块。

目前，锂电池保护ic的误保护，这是行业的通病，都是需要反向通电激活恢复的。为此，我们在保护电路的输入和输出端之间，接入了一颗10uf的电容，使得误保护时，通电瞬间一下跳电到输出端，实现了反向充电激活的功能，从而实现了误保护自激活的功能。电容并联的4.7k欧的电阻，是用来在误保护时给电容放电的，正常状态下是ic导通实现自放电。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。