大容量二次电池的制作方法
本发明涉及一种大容量二次电池，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，同时兼具大容量的二次可充电电池。
背景技术：
二次电池具有容量大、可循环使用的优势，得到了越来越广泛的应用。例如，目前二次锂离子电池已经成为手机、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，二次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，在使用上仍然存在诸多不便。一次电池不需要充电，而二次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，二次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。
因此，如何将二次电池的性能特点结合一次电池的使用要求，将二次电池电池充电管理、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，留出更多的空间给电芯从而提升整个二次电池的容量，就显得非常必要。
技术实现要素：
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，提供一种大容量二次电池，与现有技术相比，本发明的大容量二次电池的容量可以提高约10％，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。该大容量二次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：
一种大容量二次电池，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)、电阻、电容、电感、led灯、塑胶件、圆形硬性fr-4基板、金属帽头、绝缘面垫和绝缘热缩膜，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、电阻、电容、电感、led灯贴片锡焊在圆形硬性fr-4基板的a面，金属帽头锡焊在圆形硬性fr-4基板的b面上，绝缘面垫套在金属帽头上，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柱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、第二焊盘相对应连接在一起，所述绝缘热缩膜将绝缘面垫、塑胶件、钢壳依次热缩在一起；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；圆形硬性fr-4基板、塑胶件、绝缘面垫三个零件的功能复用、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。
所述金属帽头包括两个圆柱体即第一圆柱体和第二圆柱体，第一圆柱体的直径为m1，高度为h1，第一圆柱体的上部端面为倒角结构；高度h1为二次电池整体帽头凸出的高度；第一圆柱体是二次电池与外部负载或充电电源接触的结构部位。
所述金属帽头的第二圆柱体直径为m2，高度为h2；第二圆柱体与第一圆柱体同轴，第二圆柱体的顶面与第一圆柱体的底面共面；m2＜m1<gw且0.2mm≤m2≤1mm；高度h2满足：0.5mm≤h2<yh，其中yh为圆形硬性fr-4基板的厚度，gw为钢壳的外部直径，单位为mm。m2的下限尺寸即0.2mm≤m2设置，可以保证金属帽头有一定的强度，能够良好支撑来自外部的压紧接触力；m2的上限尺寸即m2≤1mm设置，可以减少金属帽头占用的电池内部空间，从而给圆形硬性fr-4基板a面留出更多的空间来布置电路元器件。h2下限高度即0.5mm≤h2的设置，可以使得金属帽头有一定的长度伸入到圆形硬性fr-4基板对应的中心孔中，从而增强金属帽头与圆形硬性fr-4基板装配的牢固性，尤其是增强了金属帽头在受到横向剪切外力作用下(例如将电池装入电池仓或充电器仓，或从电池仓或充电器仓中取出电池)的抗剥离能力；h2上限的高度即h2<yh的设置，可以使得金属帽头的第二圆柱体不会伸出到圆形硬性fr-4基板的a面，从而可以避免金属帽头的第二圆柱体与各元器件(贴片在圆形硬性fr-4基板的a面)潜在的干涉现象，有利于安装、贴片、锡焊等操作。
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，第一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顶部超出第一圆筒拉伸体内壁形成支撑平台，第三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。第一圆筒拉伸体的外部直径sd1、内部直径sd2、高度sj1；第二圆筒拉伸体的内部直径sd3、高度sj2，第二圆筒拉伸体的外部直径与第一圆筒拉伸体的外部直径相同；第三圆筒拉伸体的外部直径sd4、高度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。塑胶件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，这将降低圆形硬性fr-4基板的有效贴片面积，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等于圆形硬性fr-4基板厚度yh，即sj1＝yh，该尺寸的设置可以实现圆形硬性fr-4基板安装到塑胶件中后，圆形硬性fr-4基板的b面与塑胶件的第一圆筒拉伸体的外表面平齐。
所述塑胶件的第二圆筒拉伸体内部直径sd3满足：0.3mm≤sd2-sd3≤2mm。由于sd2>sd3，所以在塑胶件的第二圆筒拉伸体与第一圆筒拉伸体结合部将形成一个支撑平台，该支撑平台的功能有两个方面：一是起支撑圆形硬性fr-4基板作用，二是起提供一个平面来涂覆胶黏剂，实现将圆形硬性fr-4基板与塑胶件在该支撑平台的粘结固定。塑胶件的第二圆筒拉伸体内部直径sd3上限尺寸即0.3mm≤sd2-sd3的设定，是充分考虑到支撑平台的功能实现，必须要有一定的支撑面积，如果支撑平台面积过小，则其支撑力不足、粘结力也不足。塑胶件的第二圆筒拉伸体内部直径sd3下限尺寸即sd2-sd3≤2mm的设定，是充分考虑到如果支撑平台的面积过大，则将大幅度减小圆形硬性fr-4基板a面的有效贴片面积，不利于元器件的布置和贴片。塑胶件的第二圆筒拉伸体高度sj2满足：hd/2≤sj2≤1mm，其中hd为贴片式led灯的高度，单位为mm。塑胶件第二圆筒拉伸体高度下限即hd/2≤sj2的设定，可以实现led灯光可以通过塑胶件的第二圆筒拉伸体的壁面透射出来，如果sj2高度过低则现led灯光的透射效果不佳。塑胶件的第二圆筒拉伸体高度上限即sj2≤1mm的设定，是充分考虑到非容量贡献型部件所需空间的节约，尽量减少塑胶件所占据的电池高度空间，从而将节余出的高度空间留给电芯，这有利于电池的大容量化。
所述塑胶件的第三圆筒拉伸体外部直径sd4等于钢壳的内部直径gn，即sd4＝gn。塑胶件的第三圆筒拉伸体高度sj3满足：1.5mm≤sj3，且yjmax≤sj3≤yjmax+1mm，其中yjmax为圆形硬性fr-4基板a面贴片的元器件最大高度，单位为mm。1.5mm≤sj3尺寸的设置，是为了满足塑胶件的第三圆筒拉伸体伸入钢壳内部，并且通过塑胶件的第三圆筒拉伸体在高度方向与钢壳的结合部实施涂覆胶黏剂来粘结固定，或者是通过将钢壳冲出凹点嵌入到塑胶件的第三圆筒拉伸体在高度方向与钢壳的结合部实施固定，如果sj3尺寸过小，则结合部的粘结力不足或冲点难以操作导致固定不牢。yjmax≤sj3尺寸的限制，实现了所有圆形硬性fr-4基板a面贴片的元器件被收纳在塑胶件的第三圆筒拉伸体的内部，避免了圆形硬性fr-4基板a面贴片的元器件与钢壳内部壁面接触导致的短路风险，有利于可靠性的提高。sj3≤yjmax+1mm尺寸的设定，是充分考虑到非容量贡献型部件所需空间的节约，尽量减少塑胶件所占据的电池高度空间，从而将节余出的高度空间留给电芯，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)，且设置有一个直径为d1的中心孔。圆形硬性fr-4基板的半径满足：
所述绝缘面垫的整体外形为圆形，其中心设置有圆孔，该绝缘面垫的直径为md1，厚度为mdh，其中圆孔直径为mx。该绝缘面垫材质为pet或pvc或青稞纸等绝缘材质，该绝缘面垫通过中心的圆孔穿过金属帽头的第一圆柱体，覆盖在圆形硬性fr-4基板b面，该绝缘面垫与圆形硬性fr-4基板b面接触的面可以事先粘结有不干胶，以实现与圆形硬性fr-4基板b面更好的粘结固定。该绝缘面垫的功能是作为圆形硬性fr-4基板b面的绝缘及防护层，避免出现圆形硬性fr-4基板b面受到外部物体的刮擦可能导致的阻焊层破坏、铜箔外露、漏电短路等不良。该绝缘面垫的厚度满足：0.1mm≤mdh≤0.3mm，如果绝缘面垫的厚度太薄，则绝缘面垫抗摩擦或抗拉伸能力差，从而容易破损，其绝缘及防护层不能很好实现；如果绝缘面垫的厚度太厚，则绝缘面垫占用更多的电池高度空间，不利于电池的大容量化。该绝缘面垫的直径满足：2×yb<md1≤sd1，以确保绝缘面垫能够较全面的覆盖圆形硬性fr-4基板b面。该绝缘面垫圆孔直径满足：m1<mx≤m1+0.2mm，其中m1<mx的设置可以实现金属帽头的第一圆柱体能够完全穿过绝缘面垫圆孔而不发生干涉，mx≤m1+0.2mm的设置则进一步确保绝缘面垫较为全面的覆盖圆形硬性fr-4基板b面。
所述绝缘热缩膜为受热发生收缩的绝缘膜，材质为pvc或pet，其功能为通过包裹在钢壳的外部，发生收缩后紧贴在钢壳身上，起绝缘和固定绝缘面垫的作用。该绝缘热缩膜的关键特征尺寸有绝缘热缩膜的厚度rh，上部包裹直径rs，下部包裹直径rx。绝缘热缩膜的厚度rh满足：0.05mm≤rh≤0.2mm，厚度太薄容易破损，其绝缘及固定绝缘面垫的功能不能很好实现；如果绝缘热缩膜的厚度太厚，则电池的总直径超过标准规范。绝缘热缩膜的上部包裹直径rs满足：md1-6.0mm≤rs≤md1-0.5mm，rs≤md1-0.5的设置可以实现绝缘热缩膜对绝缘面垫的有效包裹和固定；md1-6.0mm≤rs则考虑到绝缘热缩膜实际热缩时包裹过多，则容易发生热缩不整齐的现象。绝缘热缩膜的下部包裹直径rx满足：gw-5.0mm≤rx≤gwmm，rx≤gw的设置可以实现绝缘热缩膜对钢壳侧面的有效包裹；gw-5.0mm≤rx则考虑到绝缘热缩膜实际热缩时包裹过多，则容易发生热缩不整齐的现象，同时也不利于钢壳底部与外部电器或端子的接触。
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、电感、led灯、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、第三电容共十个元器件，并且a面还设置有第一焊盘、第二焊盘；b面锡焊金属帽头。圆形硬性fr-4基板焊接有元器件后称为圆形pcb板。
所述可充电电芯的最大高度dxgmax满足：dxgmax≤h-h1-sj1-sj2-sj3-gkdh，其中h为二次电池的总高度，h1为金属帽头的第一圆柱体的高度，sj1为塑胶件的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，sj3为塑胶件的第三圆筒拉伸体的高度，gkdh为钢壳的底部包含底部凸台的厚度。
所述大容量二次电池，其实现的方式是：
首先在塑胶件的第二圆筒拉伸体与第一圆筒拉伸体结合部形成的支撑平台、塑胶件第一圆筒拉伸体高度方向的内壁涂覆胶黏剂，将圆形pcb板(先将各元器件贴片锡焊在圆形硬性fr-4基板的a面，将金属帽头的第二圆柱体插入圆形硬性fr-4基板的中心孔内并锡焊在圆形硬性fr-4基板的b面，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)以a面朝下、b面朝上的方式安装到塑胶件的第一圆筒拉伸体内部，并与支撑平台压接，胶黏剂固化后将圆形pcb板与塑胶件粘结固定。
二是将可充电电芯的正极端焊正极引出线(可以是镍带、镀镍钢带、导线)，可充电电芯的负极端焊负极引出线(可以是镍带、镀镍钢带)，然后将可充电电芯装入钢壳中，并且将可充电电芯的负极引出线与钢壳实现电连接(可以是锡焊、压接、电阻焊接、激光焊接等)。
三是将可充电电芯的正极引出线与圆形硬性fr-4基板的a面的第一焊盘连接(可充电电芯的正极引出线为导线或镍带或镀镍钢带则可以采用锡焊连接；可充电电芯的正极引出线为镍带或镀镍钢带，还可以先在圆形硬性fr-4基板的a面的第一焊盘贴片镍片或镀镍钢片，然后再通过电阻焊接或激光焊接的方式实现可充电电芯的正极引出线与圆形硬性fr-4基板的a面的第一焊盘的连接)；将可充电电芯的负极引出线与圆形硬性fr-4基板的a面的第二焊盘连接，可以采用锡焊连接，也可以先在圆形硬性fr-4基板的a面的第二焊盘贴片镍片或镀镍钢片，然后再通过电阻焊接或激光焊接的方式实现可充电电芯的负极引出线与圆形硬性fr-4基板的a面的第二焊盘的连接。
四是将塑胶件的第三圆筒拉伸体插入钢壳内部，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内侧壁面涂覆胶黏剂，然后将塑胶件的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。
五是将绝缘面垫的圆孔套在金属帽头的第一圆柱体上，并将绝缘面垫粘固在圆形硬性fr-4基板的b面上，最后使用绝缘热缩膜将绝缘面垫、塑胶件、钢壳依次热缩在一起，即完成大容量二次电池的制作。
与现有技术相比，本发明的大容量二次电池，具有以下优点：
(1)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。塑胶件，兼做圆形硬性fr-4基板的收纳和支撑、绝缘防护、灯光透射、钢壳结构固定等多功能一体；金属帽头的两段不同直径圆柱体，既满足作为电池的输出端子与外部负载接触功能，又满足连接圆形硬性fr-4基板功能，同时兼顾了电流通路、结构强度、空间占用之间的合理分配和平衡；绝缘面垫既起绝缘功能又兼对圆形硬性fr-4基板起防护功能。电池附属构件空间占用的最小化，带来的直接效果就是可以采用更高尺寸更大容量的电芯，这就有利于实现电池的大容量化。
(2)可以实现多功能的集成。该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，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)可以满足二次电池符合国际标准结构尺寸和机械可靠性要求。本发明的大容量二次电池，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、绝缘面垫、绝缘热收缩膜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，从而使得集成后的二次电池，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，而且同时可以使得二次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)。
本发明的大容量二次电池，结构新颖，制作简单。本发明的大容量二次电池，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，本发明的大容量二次电池可以实现容量提高约10％。
附图说明
图1为实施例1大容量二次电池的整体剖面示意图；
图2为实施例1大容量二次电池的爆炸示意图
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；
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圆形硬性fr-4基板的3d结构及关键特征尺寸示意图；
图6(a)为实施例1绝缘面垫的3d结构及关键特征尺寸示意图；
图6(b)为实施例1绝缘热缩膜的3d结构及关键特征尺寸示意图；
图7为实施例1的电路原理图；
图8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9为实施例1金属帽头、绝缘面垫、圆形pcb板的装配结构示意图；
图10为实施例1大容量二次电池的充电电压-充电电流-充电容量关系曲线图；
图11为实施例1大容量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
以具体制作一种恒压输出的圆柱形大容量二次电池为例，来进一步阐述该圆柱形大容量二次电池结构及其功能的实现方式，同时说明该种二次电池的大容量实现的方法。
一种大容量二次电池，为圆柱形(其外形整体尺寸需符合《iec60086-2：2011，mod》标准所要求的r6s型号尺寸规范要求)，其要求为：电池直径≤14.5mm，电池高度h≤50.5mm，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1.0a电流的输出功能。如图1和图2所示，该大容量二次电池包括可充电电芯9、钢壳6、元器件7(包括电阻、电容、电感、led灯等)、塑胶件10、圆形硬性fr-4基板3、金属帽头1、绝缘面垫2、绝缘热缩膜5、负极引出线4、正极引出线8，本实施例的可充电电芯9为聚合物锂离子单体电池，其型号为13450(直径13.00±0.20mm，高度45.00+0-1.0mm)，标称电压为3.7v，容量为850mah；电池外壳为钢壳6，其外径为gw＝13.90±0.05mm，内径为gn＝13.50±0.05mm，高度为47.80±0.05mm，底部厚度gkdh为0.5mm(包含底部凸台高度)；可充电电芯9置于钢壳6内，塑胶件10的第三圆筒拉伸体配套插入钢壳6的开口端并相互配合，钢壳6通过冲出凹点与塑胶件10嵌入固定；元器件7贴片锡焊圆形硬性fr-4基板3的a面，金属帽头1锡焊在圆形硬性fr-4基板3的b面上，绝缘面垫2套在金属帽头1上，圆形硬性fr-4基板3以b面朝上的方式安装在塑胶件10内且金属帽头1的第一圆柱体部分超出塑胶件10顶端即塑胶件10的第一圆筒拉伸体的顶端，可充电电芯9的正极端、负极端分别通过正极引出线8、负极引出线4与圆形硬性fr-4基板3a面的第一焊盘、第二焊盘相对应连接在一起，绝缘热缩膜5将绝缘面垫2、塑胶件10、钢壳6依次热缩在一起。
如图3(a)所示，金属帽头1包括第一圆柱体101和第二圆柱体102，第一圆柱体101的上部端面为倒角结构，第一圆柱体101是二次电池与外部负载或充电电源接触的结构部位；第二圆柱体102与第一圆柱体101同轴，第二圆柱体102的顶面与第一圆柱体101的底面共面。图3(b)是金属帽头关键特征尺寸，第一圆柱体101的直径和高度分别为m1、h1，第二圆柱体102的直径和高度分别为m2、h2。本实施例1中，金属帽头的以上关键特征尺寸设置如下：m1＝4.50±0.05mm，h1＝1.70±0.05mm，m2＝0.50±0.05mm，h2＝0.50±0.05mm。
如图4(a)和4(b)所示，塑胶件10包括第一圆筒拉伸体1001、第二圆筒拉伸体1002和第三圆筒拉伸体1003，第一圆筒拉伸体1001、第二圆筒拉伸体1002和第三圆筒拉伸体1003同轴线，第一圆筒拉伸体1001与第二圆筒拉伸体1002以外壁平齐的方式上下相连且第二圆筒拉伸体1002顶部超出第一圆筒拉伸体1001内壁形成支撑平台，第三圆筒拉伸体1003与第二圆筒拉伸体1002以内壁平齐的方式上下相连。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sd1、内部直径sd2、高度sj1；第二圆筒拉伸体的内部直径sd3、高度sj2，第二圆筒拉伸体的外部直径与第一圆筒拉伸体的外部直径相同；第三圆筒拉伸体的外部直径sd4、高度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。本实施例1中，塑胶件的以上关键特征尺寸设置如下：sd1＝13.9±0.05mm，sj1＝0.70±0.05mm，sd2＝12.8±0.05mm，sd3＝11.9±0.05mm，sj2＝0.30±0.05mm，sd4＝13.5±0.05mm，sj3＝2.00±0.05mm。
如图5所示，圆形硬性fr-4基板3的整体轮廓为圆形拉伸体(其半径为yb，厚度为yh)，且设置有一个直径为d1的中心孔301。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＝6.30mm±0.05，yh＝0.70±0.05mm，d1＝0.60±0.05mm。
如图6(a)所示，绝缘面垫2的整体外形为圆形，其中心设置有圆孔201，该绝缘面垫的直径为md1，厚度为mdh，其中圆孔直径为mx。该绝缘面垫的功能是作为圆形硬性fr-4基板b面的绝缘及防护层，避免发生圆形硬性fr-4基板b面的受到外部物体的刮擦可能导致的阻焊层破坏、铜箔外露、漏电短路等不良。本实施例1中，该绝缘面垫的以上关键特征尺寸设置如下：md1＝13.50mm±0.05，mdh＝0.15±0.05mm，mx＝4.60±0.05mm。
如图6(b)所示，绝缘热缩膜5为受热发生收缩的绝缘膜，材质为pvc或pet，其功能为通过包裹在钢壳的外部，发生收缩后紧贴在钢壳身上，起绝缘和固定绝缘面垫的作用。该绝缘热缩膜的关键特征尺寸有绝缘热缩膜的厚度rh，上部包裹直径rs，下部包裹直径rx。本实施例1中，该绝缘面垫的以上关键特征尺寸设置如下：rs＝10.50mm±0.05，rh＝0.10±0.05mm，rx＝11.90±0.05mm。
如图7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0.9k±1％)、电感l1(型号：2.2uh/3a)、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)，并且有第一端口j1、第二端口j2、第三端口j3。其中j1端口、j2端口分别表示的是与可充电电芯9的正极引出线8、负极引出线4进行电连接的端口，j3端口表示的是金属帽头1，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7中第三电阻r3设置，本实施例r3＝0.9k对应的最大充电电流为694ma；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2a电流输出工作；恒定的输出电压为1.55v；过流保护、短路保护、温度保护、低压锁定保护)。
如图8(a)所示，圆形硬性fr-4基板3a面贴片锡焊有以下的元器件：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、电感l1、led灯d1。本实施例中，圆形硬性fr-4基板3a面最高元器件为电感l1，其高度yjmax为1.80mm，并且有第一端口j1、第二端口j2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9的正极引出线8、负极引出线4进行电连接的端口。圆形硬性fr-4基板3b面通过j3端口贴片锡焊金属帽头1，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。
本实施例的金属帽头的结构特征尺寸满足：m2(＝0.5mm)＜m1(＝4.5mm)<gw(＝13.9mm)且0.2mm≤m2≤1mm；高度h2满足：0.5mm≤h2(＝0.5mm)<yh(＝0.7mm)，其中yh为圆形硬性fr-4基板的厚度，gw为钢壳的外部直径。m2的下限尺寸即0.2mm≤m2设置，可以保证金属帽头有一定的强度，能够良好支撑来自外部的压紧接触力；m2的上限尺寸即m2≤1mm设置，可以减少金属帽头占用的电池内部空间，从而给圆形硬性fr-4基板a面留出更多的空间来布置电路元器件。h2下限高度即0.5mm≤h2的设置，可以使得金属帽头有一定的长度伸入到圆形硬性fr-4基板对应的孔中，从而增强金属帽头与圆形硬性fr-4基板装配的牢固性，尤其是增强了金属帽头在受到横向剪切外力作用下(例如将电池装入电池仓或充电器仓，或从电池仓或充电器仓中取出电池)的抗剥离能力；h2上限的高度即h2<yh的设置，可以使得金属帽头的第二圆柱体不会伸出到圆形硬性fr-4基板的a面，从而可以避免金属帽头的第二圆柱体与各元器件(贴片在圆形硬性fr-4基板的a面)潜在的干涉现象，有利于安装、贴片、锡焊等操作。
本实施例的塑胶件的关键结构特征尺寸满足：塑胶件的第一圆筒拉伸体外部直径sd1(＝13.90mm)等于钢壳的外径gw(＝13.9mm)；第一圆筒拉伸体的壁厚sdb1(＝(sd1-sd2)/2＝(13.90-12.80)/2＝0.55mm)满足0.5mm≤sdb1(＝0.55mm)≤1mm，即1mm≤sd1-sd2(＝1.1mm)≤2mm(sdb1厚度太薄强度不够，所以sdb1大于等于0.5mm；sdb厚度太厚则占用电池的直径方向空间，这将降低圆形硬性fr-4基板的有效贴片面积，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(＝0.70mm)等于圆形硬性fr-4基板的厚度yh(＝0.70mm)，即sj1＝yh，该尺寸的设置可以实现圆形硬性fr-4基板安装到塑胶件中后，圆形硬性fr-4基板的b面与塑胶件的第一圆筒拉伸体的外表面平齐。
本实施例的塑胶件的第二圆筒拉伸体内部直径sd3满足：0.3mm≤sd2-sd3(＝12.8-11.9＝0.9mm)≤2mm。由于sd2>sd3，所以在塑胶件的第二圆筒拉伸体与第一圆筒拉伸体结合部将形成一个支撑平台，该支撑平台的功能有两个方面：一是起支撑圆形硬性fr-4基板作用，二是起提供一个平面来涂覆胶黏剂，实现将圆形硬性fr-4基板与塑胶件在该支撑平台的粘结固定。塑胶件的第二圆筒拉伸体内部直径sd3上限尺寸即0.3mm≤sd2-sd3的设定，是充分考虑到支撑平台的功能实现，必须要有一定的支撑面积，如果支撑平台面积过小，则其支撑力不足、粘结力也不足。塑胶件的第二圆筒拉伸体内部直径sd3下限尺寸即sd2-sd3≤2mm的设定，是充分考虑到如果支撑平台的面积过大，则将大幅度减小圆形硬性fr-4基板a面的有效贴片面积，不利于元器件的布置和贴片。塑胶件的第二圆筒拉伸体高度sj2(＝0.30mm)满足：hd/2(＝0.3/2＝0.15mm)≤sj2(＝0.3mm)≤1mm，其中hd为贴片式led灯的高度。塑胶件的第二圆筒拉伸体高度下限即hd/2≤sj2的设定，可以实现led灯光可以通过塑胶件的第二圆筒拉伸体的壁面透射出来，如果sj2高度过低则现led灯光的透射效果不佳。塑胶件的第二圆筒拉伸体高度上限即sj2≤1mm的设定，是充分考虑到非容量贡献型部件所需空间的节约，尽量减少塑胶件所占据的电池高度空间，从而将节余出的高度空间留给电芯，这有利于电池的大容量化。
本发明实施例的塑胶件的第三圆筒拉伸体外部直径sd4(＝13.5mm)等于钢壳的内部直径gn(＝13.5mm)，即sd4＝gn。塑胶件的第三圆筒拉伸体高度sj3(＝2mm)满足：1.5mm≤sj3(＝2mm)，且yjmax(＝1.8mm)≤sj3(＝2mm)≤yjmax+1mm(＝1.8+1＝2.8mm)，其中yjmax为圆形硬性fr-4基板a面贴片的元器件最大高度。1.5mm≤sj3尺寸的设置，是为了满足塑胶件的第三圆筒拉伸体伸入钢壳内部，并且通过塑胶件的第三圆筒拉伸体在高度方向与钢壳的结合部实施涂覆胶黏剂来粘结固定，或者是通过将钢壳冲出凹点嵌入到塑胶件的第三圆筒拉伸体在高度方向与钢壳的结合部实施固定，如果sj3尺寸过小，则结合部的粘结力不足或冲点难以操作导致固定不牢。yjmax≤sj3尺寸的限制，实现了所有圆形硬性fr-4基板a面贴片的元器件被收纳在塑胶件的第三圆筒拉伸体的内部，避免了圆形硬性fr-4基板a面贴片的元器件与钢壳内部壁面接触导致的短路风险，有利于可靠性的提高。sj3≤yjmax+1mm尺寸的设定，是充分考虑到非容量贡献型部件所需空间的节约，尽量减少塑胶件所占据的电池高度空间，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。
本实施例的圆形硬性fr-4基板的关键特征尺寸满足：圆形硬性fr-4基板的半径yb有：
本实施例的绝缘面垫关键特征尺寸满足：绝缘面垫的厚度满足0.1mm≤mdh(＝0.15mm)≤0.3mm，如果绝缘面垫的厚度太薄，则绝缘面垫的抗摩擦或抗拉伸能力差，从而容易破损，其绝缘及防护层不能很好实现；如果绝缘面垫的厚度太厚，则绝缘面垫占用更多的电池高度空间，不利于电池的大容量化。该绝缘面垫直径满足：2×yb(＝2×6.3＝12.6mm)<md1(＝13.50mm)≤sd1(＝13.9mm)mm，以确保绝缘面垫能够较全面的覆盖圆形硬性fr-4基板b面。该绝缘面垫的圆孔直径满足：m1(＝4.5mm)<mx(＝4.6mm)≤m1+0.2mm(＝4.7mm)，其中m1<mx的设置可以实现金属帽头的第一圆柱体能够完全穿过绝缘面垫的圆孔而不发生干涉，mx≤m1+0.2的设置则进一般确保绝缘面垫较为全面的覆盖圆形硬性fr-4基板b面。
本实施例绝缘热缩膜为受热发生收缩的绝缘膜，材质为pvc或pet，其功能为通过包裹在钢壳的外部，发生收缩后紧贴在钢壳身上，起绝缘和固定绝缘面垫的作用。本实施例的绝缘热缩膜关键特征尺寸满足：绝缘热缩膜的厚度rh满足0.05mm≤rh(＝0.10mm)≤0.2mm，厚度太薄容易破损，其绝缘及固定绝缘面垫的功能不能很好实现；如果绝缘热缩膜的厚度太厚，则二次电池的总直径超过标准规范。绝缘热缩膜的上部包裹直径rs满足：sd1-6.0(＝13.9-6＝7.9mm)mm≤rs(＝10.5mm)≤sd1-0.5mm(＝13.9-0.5＝13.4mm)，rs≤sd1-0.5的设置可以实现绝缘热缩膜对绝缘面垫的有效包裹和固定；sd1-6.0mm≤rs则考虑到绝缘热缩膜实际热缩时包裹过多，则容易发生热缩不整齐的现象。绝缘热缩膜的下部包裹直径rx满足：gw-5.0mm(＝13.9-5＝8.9mm)≤rx(＝11.90)≤gw(＝13.9mm)mm，rx≤gw的设置可以实现绝缘热缩膜对电池钢壳侧面的有效包裹；gw-5.0mm≤rx则考虑到绝缘热缩膜实际热缩时包裹过多，则容易发生热缩不整齐的现象，同时也不利于钢壳底部与外部电器或端子的接触。
本实施例的可充电电芯的最大高度dxgmax满足：
dxgmax≤h-h1-sj1-sj2-sj3-gkdh(＝50.5-1.7-0.7-0.3-2-0.5＝45.3mm)，其中h为二次电池的总高度，h1为金属帽头的第一圆柱体的高度，sj1为塑胶件的第一圆筒拉伸体的高度，sj2为塑胶件的第二圆筒拉伸体的高度，sj3为塑胶件的第三圆筒拉伸体的高度，gkdh为钢壳的底部包含底部凸台的厚度。
结合图1至图9，本实施例在实际制作时，按以下步骤进行：
(1)首先将圆形硬性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、电感l1、led灯d1；b面贴片锡焊金属帽头且金属帽头的第二圆柱体插入圆形硬性fr-4基板的中心孔内，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。
(2)在塑胶件的第二圆筒拉伸体与第一圆筒拉伸体结合部形成的支撑平台、塑胶件的第一圆筒拉伸体高度方向的内侧壁面涂覆胶黏剂，将圆形pcb板以a面朝下、b面朝上的方式安装到塑胶件的第一圆筒拉伸体内部，与支撑平台压接，胶黏剂固化后将圆形pcb板与塑胶件粘结固定。
(3)将可充电电芯的正极端焊正极引出线(可以是镍带、镀镍钢带、导线)，可充电电芯的负极端焊负极引出线(可以是镍带、镀镍钢带)，然后将可充电电芯装入钢壳中，并且将可充电电芯的负极引出线与钢壳实现电连接(可以是锡焊、压接、电阻焊接、激光焊接等)。
(4)将可充电电芯的正极引出线与圆形硬性fr-4基板的a面的第一焊盘连接(可充电电芯的正极引出线为导线或镍带或镀镍钢带则可以采用锡焊连接；可充电电芯的正极引出线为镍带或镀镍钢带，还可以先在圆形硬性fr-4基板的a面的第一焊盘贴片镍片或镀镍钢片，然后再通过电阻焊接或激光焊接的方式实现可充电电芯的正极引出线与圆形硬性fr-4基板的a面的第一焊盘的连接)；将可充电电芯的负极引出线与圆形硬性fr-4基板的a面的第二焊盘连接，可以采用锡焊连接，也可以先在圆形硬性fr-4基板的a面的第一焊盘贴片镍片或镀镍钢片，然后再通过电阻焊接或激光焊接的方式实现可充电电芯的负极引出线与圆形硬性fr-4基板的a面的第一焊盘的连接。
(5)将塑胶件的第三圆筒拉伸体插入钢壳内部，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内侧壁面涂覆胶黏剂，然后将塑胶件的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。
(6)将绝缘面垫的圆孔套在金属帽头的第一圆柱体上，并将绝缘面垫粘固在圆形硬性fr-4基板的b面上，最后使用绝缘热缩膜将绝缘面垫、塑胶件、钢壳依次热缩在一起。
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大容量二次电池的制作。
将本实施例的大容量二次电池，完全放电后，适配器规格为：5v恒压输出、最大充电电流700ma，给二次电池充电，合计的充电容量为853.1mah，其充电电压-充电电流-充电容量关系曲线图如图10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1000ma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-时间关系曲线图如图11所示，二次电池的放电电压为1501mv～1473mv，稳定在1.50±0.10v范围内，达成了以1.0a电流进行恒压输出的功能，整个放电过程放电容量为1836mah。放电终了，放电电压突降到0.03v，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r6s型号尺寸电池，由于结构件占用了超过本实施例约2mm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13430(直径13.00±0.20mm，高度43.00+0-1.0mm)，标称电压为3.7v，容量为780mah。即本实施例的技术方法，能够实现比现有技术高出9％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，但是同样适用于二次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r6s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
一种大容量二次电池，其结构与实施例1中的大容量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1.25k±1％，二次电池对应的最大充电电流为500ma。
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。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！