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1、电池箱及其导电片的设计,（2009年 10月）,企业内训资料之:,电池箱及其导电片的设计,目录,1、电池箱的介绍 2、电池箱设计的基本要求 3、电池箱导电片设计的基本要求 4、常用电池的分类及基本尺寸 5、圆柱形碱性电池的电池箱设计 6、钮扣电池的电池箱设计 7、如何确定电池箱位于产品的位置 8、电池箱的标识 9、如何验证电池箱及其导电片的设计是否合格 附录一：常用材料的弹性模量 附录二：常用材料的许用应力 附录三：电池弹簧的常用材料 附录四：电池弹片的常用材料 附录五：电池弹片（簧）的常见表面处理方式,电池箱及其导电片的设计,1、电池箱的介绍,电子产品中的电池箱部分主要由电池容纳箱体、导电片
2、（包括正极片、负极片、正负联接片）、电池门、电池组成。 其在设计时需要考虑的要素有以下几个方面：,用户使用的要素 （人机工程）,安全的要素,机械强度的要素,环境的要素,设计电池箱时需要考虑的要素,正确的电池标识,防止电池反向导通,电池门易拆装,电池易拆换,防止电池门打开后电池飞出,防止短路,电池箱部分远离热源,满足跌落测试的需要,足够的接触压力，避免电池瞬间断电,电池片、电池门能耐受足够的拆装次数,防止化学腐蚀,防止氧化,电池箱及其导电片的设计,电子产品中使用的电池从类型上来说，主要有钮扣电池（Button cell）、圆柱形碱性干电池，其常用的规格见2。由于同样规格的电池，其外形尺寸是按标准
3、尺寸进行制造的，所以电池箱及其导电片的设计是可以标准化的，标准化可以缩短开发周期，降低成本，提高效率。,本教材编写的目的就是要将电池箱及其导电片的设计标准化，以期达到上述目的。,电池箱及其导电片的设计,2、电池箱设计的基本要求,A：防止反向导通；即将电池正、负极反向装入电池槽后是不能导通的；,B：不能漏电；即放入任何一个电池后，无论以哪一个角度使用一根直的任意长度的无尺寸要求的直导线，以任何方式都不可以使这个电池的正负极导电片直接短路，实际操作是选用一根0.5mm的活动铅笔中的铅芯，随便搭配，都不能使得电池的正负极短路；,C：要有明确的标记；包括电池的规格及正负极方向符号；,D：电池门开启后，
4、电池不能轻易飞出；,E：电池及电池门的拆装符合人机工程学要求；,F：电池周边的材料，要使用耐酸及耐碱佳的材料；,G：设计美观，从电池箱处不能看到产品内部构件；,电池箱及其导电片的设计,3、电池箱导电片设计的基本要求,A：良好的导电性；,B：不易生锈；,C：对电池有足够的轴向压紧力；,D：耐疲劳；,E：防拔出结构；,F：好的焊接工艺性（如有焊接要求）；,一般采用磷青铜片，如导电性能要求高的可表面镀金；,表面需做防锈处理，一般镀5m以上的厚镍，不锈钢可以不处理；,导电片对电池两端端子的轴向压紧力一般要求：0.51.5kgf ；,电池反复拆装：6000次以上，导电片仍能保持所需性能 ；,导电片插入电
5、池槽内不能轻易拨出 ；,要求焊接时上锡容易，尤其是选择用不锈钢材料时要考虑其焊接工艺 ；,电池箱及其导电片的设计,4、常用电池的分类及标准尺寸,4.1、圆柱形碱性电池（干电池）尺寸示意图,外形图：,下页的表一列出了不同执行标准及不同规格的电池的尺寸值，并列出了我们在设计中的标准取值。,电池箱及其导电片的设计,表一：干电池的标准尺寸,本公司常用品牌：金霸王、GP、双鹿,最常用AAA、AA两种规格。,单位：mm,电池箱及其导电片的设计,4.2、钮扣电池尺寸示意图,外形图,下页的表二列出了不同规格的钮扣电池的尺寸值及其标称电压和容量。,电池箱及其导电片的设计,表二：钮扣电池的使用参数及尺寸,单位：m
6、m,钮扣电池命名规则:,C:锂-二氧化锰,R:圆柱形,本公司常用品牌：高能达，常用CR2032、CR2430两种。,5.1、常规结构,电池箱及其导电片的设计,5、圆柱形碱性电池的电池箱设计,负极导电弹弓,正极导电片,容纳两节电池的电池箱,注:本页以容纳两节电池的电池箱作为设计参考。,正负极联接片,干电池,负极导电片焊线端子,正极导电片焊线端子,正面,背面,电池箱及其导电片的设计,5.2、干电池箱的常规设计尺寸,A=5252.5mm B=59.9mm C=0.70.8mm D=14.514.7mm E=5.86.5mm F=99.5mm G=1011mm 负极弹弓有效圈数：4.5 负极弹弓线径：
7、0.6mm,5.2.1、AA电池的电池箱设计尺寸,电池箱及其导电片的设计,5.2.2、AAA电池的电池箱设计尺寸,A=45.846mm B=53.4mm C=0.60.7mm D=10.510.7mm E=55.5mm F=77.5mm G=89mm 负极弹弓有效圈数：4 负极弹弓线径：0.5mm,电池箱及其导电片的设计,5.3.1、AA电池的电池槽总长度设计方法,H=G+电池标准长度+I+电池装配间隙 =4+50.5+1.4+1=56.9mm 电池装配间隙取值：1mm,G：负极弹簧完全压缩后总高度 I：正极导电片总高度 H：电池槽总长度,5.3、如何设计电池槽的总长度,电池箱及其导电片的设计
8、,5.3.2、AAA电池的电池槽总长度设计方法,H=G+电池标准长度+I+电池装配间隙 =3.3+44.5+1.6+1=50.4mm 电池装配间隙取值：11.5mm,G：负极弹簧完全压缩后总高度 I：正极导电片总高度 H：电池槽总长度,电池箱及其导电片的设计,5.4.1、正极导电片的常规设计,推荐材料：磷青铜片 推荐厚度: 0.3mm 表面处理：镀镍 5m以上,倒刺(防拨出),电池正极接触区,勾线焊接孔,电池箱位于面壳时应用,电池片可正反两个方向插拔,5.4、如何设计电池导电片,电池箱及其导电片的设计,5.4.1.1、AA电池的正极导电片的常规设计尺寸,电池箱及其导电片的设计,5.4.1.2、
9、AAA电池的正极导电片的常规设计尺寸,电池箱及其导电片的设计,5.4.1.3、正极导电片的常规设计要点,电池片最高面应比电池箱围骨低0.51mm,电池片的宽度比电池片槽位宽度小0.51mm,良: 电池反装应接触不到正极片,x,不良: 电池反装接触到正极片,电池箱及其导电片的设计,5.4.1.3、正极导电片的常规设计要点,电池片拨刺与塑胶的过盈量0.20.25mm,为防止电池向上弹起，电池片正极接触区的纵向平面范围需高于电池正极,设计时电池正极片到此骨位的距离要按规定的标准来设计,因为各国家的要求及各电池品牌的电池正极高度有差异,因此此距离要按最小之电池正极高度来设计,这样就可以适用各不同品牌的
10、电池。,这种品牌的电池可以接触到,更换另一品牌的电池接触不到,x,电池箱及其导电片的设计,5.4.2、负极导电片的常规设计,推荐材料：磷青铜片 厚度0.3mm 弹簧推荐材料：琴钢线 表面处理：镀镍 5m以上,倒刺,负极接触弹簧,勾线焊接孔,电池箱位于面壳时应用,电池片可正反两个方向插拔,电池箱及其导电片的设计,5.4.2.1、AA电池的负极导电片的常规设计尺寸,弹簧材料：琴钢线(推荐) 线径:0.6mm 大端直径:7mm 小端直径:5mm,有效圈数：4.5圈 自由长:9.710.7mm 顶端:压平处理 连接方式:铆接,电池箱及其导电片的设计,5.4.2.2、AAA电池的负极导电片的常规设计尺寸
11、,弹簧材料：琴钢线(推荐) 线径:0.5mm 大端直径:6mm 小端直径:4mm,有效圈数：4圈 自由长:7.78.7mm 顶端:压平处理 弹簧固定方式:铆接,电池箱及其导电片的设计,5.4.2.3、负极导电片的常规设计要点,电池片最高面应比电池箱围骨低：0.51mm,电池片的宽度比电池片槽位宽度小0.51mm,电池片拨刺与塑胶的过盈量：0.20.25mm,电池箱及其导电片的设计,5.4.2.3、负极导电片的常规设计要点,为防止伤人及提供一个平整的接触平面，弹簧末端应做压平处理！,x,做压平处理！,末端弯折并做压平处理！,末端未做压平处理！,电池中心与电池弹簧中心要对齐，否则弹簧易偏出造成失效
12、。,中心偏离，弹簧容易向上滑出。,中心偏离，弹簧容易向下滑出。,x,x,F,F,F,绿色箭头为受力方向,电池箱及其导电片的设计,5.4.3、正负极联接片的常规设计,推荐材料：磷青铜片 厚度0.3mm 弹簧推荐材料：琴钢线 表面处理：镀镍 5m以上,倒刺,电池正极接触区,负极弹簧,电池片可正反两个方向插拔,电池箱及其导电片的设计,5.4.3.1、AA电池的正负极联接片的常规设计尺寸,推荐材料：磷青铜片 弹簧材料：琴钢线(推荐) 线径:0.6mm 大端直径:7mm 小端直径:5mm,有效圈数：4.5圈 自由长:9.710.7mm 顶端:压平处理 弹簧固定方式:铆接,电池箱及其导电片的设计,5.4.
13、3.2、AAA电池的正负极联接片的常规设计尺寸,推荐材料：磷青铜片 弹簧材料：琴钢线(推荐) 线径:0.5mm 大端直径:6mm 小端直径:4mm,有效圈数：4圈 自由长:7.78.7mm 顶端:压平处理 弹簧固定方式:铆接,电池片最高面应比电池箱围骨低0.51mm,电池箱及其导电片的设计,5.4.3.3、正负极联接片的常规设计要点,电池片的宽度比电池片槽位宽度小0.51mm,电池片拨刺与塑胶的过盈量：0.20.25mm,负极弹簧及正极接触区关于中心的要求应分别遵从电池正极片及负极片的要求,电池箱及其导电片的设计,5.4.3.3、正负极联接片的常规设计要点,负极弹簧与正极接触区的中心距离=电池
14、标准值+电池箱中间档骨厚度 =14.5(AA)+1.2(参考)=15.7mm =10.5(AAA)+1.2(参考)=11.7mm,A、电池弹片的接触面中心应与电池的中心对齐； B、电池弹片对AA电池的压紧力应在1kgf1.5kgf之间； 电池弹片对AAA电池的压紧力应在0.5kgf1kgf之间；,电池箱及其导电片的设计,5.5、如何确保电池弹片对电池的有效接触,AA 电池： F作用力=11.5kgf AAA电池：F作用力=0.51kgf,F,电池箱及其导电片的设计,5.6、如何计算电池弹簧对电池的压紧力,5.6.1、圆锥形电池弹簧作用力的计算,G：弹簧系数 不锈钢丝：7000 kg/mm2 弹
15、簧钢丝：8000 kg/mm2 琴钢线：8000 kg/mm2 d:材料线径 Nc:有效圈数 p:自由状态下节距 p:在F作用力下的节距 k:弹簧刚度,R2,p,p,F(作用力),材料：琴钢线 d： 0.6mm R1：2.5mm R2：3.5mm Nc：4.5 p： 2mm p：0.8mm,K=G*d4*(R2-R1)/16*Nc*(R24-R14) =8000*0.64*(3.5-2.5)/16*4.5*(3.54-2.54) =0.1297kgf/mm2,F作用力=G*d4*(p-p)/64*Ri3 = 8000*0.64*(2-0.8)/64*2.53 =1.244kgf/mm1kgf/
16、mm,R1,此公式适用于圆锥形压缩弹簧。,电池箱及其导电片的设计,G：弹簧系数 不锈钢丝：7000 kg/mm2 弹簧钢丝：8000 kg/mm2 琴钢线：8000 kg/mm2 d:材料线径 Dcen:中心径 OD:外径（Dcen+d） Nc:有效圈数 L:作用长度（L0-L） L0:自由长度 L:在F作用力下的长度 k:弹簧刚度,K=G*d4/8*Dcen3*Nc =8000*0.64/8*(6-0.6)3*4.5 =0.1829 kg/mm2,OD,L0,L,F(作用力),F作用力=k*L=0.1829*(10-4.5) =1.00594kg/mm,材料：琴钢线 d：0.6mm OD：6mm Nc：4.5 L
