《電池箱及其導電片的設計.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《電池箱及其導電片的設計.ppt（46頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、電池箱及其導電片的設計,目錄,1、電池箱的介紹2、電池箱設計的基本要求3、電池箱導電片設計的基本要求4、常用電池的分類及基本尺寸5、圓柱形堿性電池的電池箱設計6、鈕扣電池的電池箱設計7、如何確定電池箱位于產(chǎn)品的位置8、電池箱的標識9、如何驗證電池箱及其導電片的設計是否合格附錄一：常用材料的彈性模量附錄二：常用材料的許用應力附錄三：電池彈簧的常用材料附錄四：電池彈片的常用材料附錄五：電池彈片（簧）的常見表面處理方式,電池箱及其導電片的設計,1、電池箱的介紹,電子產(chǎn)品中的電池箱部分主要由電池容納箱體、導電片（包括正極片、負極片、正負聯(lián)接片）、電池門、電池組成。 其在設計時需要考慮的要素有以下幾個方
2、面：,用戶使用的要素（人機工程）,安全的要素,機械強度的要素,環(huán)境的要素,設計電池箱時需要考慮的要素,正確的電池標識,防止電池反向導通,電池門易拆裝,電池易拆換,防止電池門打開后電池飛出,防止短路,電池箱部分遠離熱源,滿足跌落測試的需要,足夠的接觸壓力，避免電池瞬間斷電,電池片、電池門能耐受足夠的拆裝次數(shù),防止化學腐蝕,防止氧化,電池箱及其導電片的設計,電子產(chǎn)品中使用的電池從類型上來說，主要有鈕扣電池（Button cell）、圓柱形堿性干電池，其常用的規(guī)格見2。由于同樣規(guī)格的電池，其外形尺寸是按標準尺寸進行制造的，所以電池箱及其導電片的設計是可以標準化的，標準化可以縮短開發(fā)周期，降低成本，提
3、高效率。,本教材編寫的目的就是要將電池箱及其導電片的設計標準化，以期達到上述目的。,電池箱及其導電片的設計,2、電池箱設計的基本要求,A：防止反向導通；即將電池正、負極反向裝入電池槽后是不能導通的；,B：不能漏電；即放入任何一個電池后，無論以哪一個角度使用一根直的任意長度的無尺寸要求的直導線，以任何方式都不可以使這個電池的正負極導電片直接短路，實際操作是選用一根0.5mm的活動鉛筆中的鉛芯，隨便搭配，都不能使得電池的正負極短路；,C：要有明確的標記；包括電池的規(guī)格及正負極方向符號；,D：電池門開啟后，電池不能輕易飛出；,E：電池及電池門的拆裝符合人機工程學要求；,F：電池周邊的材料，要使用耐酸
4、及耐堿佳的材料；,G：設計美觀，從電池箱處不能看到產(chǎn)品內部構件；,電池箱及其導電片的設計,3、電池箱導電片設計的基本要求,A：良好的導電性；,B：不易生銹；,C：對電池有足夠的軸向壓緊力；,D：耐疲勞；,E：防拔出結構；,F：好的焊接工藝性（如有焊接要求）；,一般采用磷青銅片，如導電性能要求高的可表面鍍金；,表面需做防銹處理，一般鍍5m以上的厚鎳，不銹鋼可以不處理；,導電片對電池兩端端子的軸向壓緊力一般要求：0.51.5kgf ；,電池反復拆裝：6000次以上，導電片仍能保持所需性能 ；,導電片插入電池槽內不能輕易撥出 ；,要求焊接時上錫容易，尤其是選擇用不銹鋼材料時要考慮其焊接工藝 ；,電池
5、箱及其導電片的設計,4、常用電池的分類及標準尺寸,4.1、圓柱形堿性電池（干電池）尺寸示意圖,外形圖：,下頁的表一列出了不同執(zhí)行標準及不同規(guī)格的電池的尺寸值，并列出了我們在設計中的標準取值。,電池箱及其導電片的設計,表一：干電池的標準尺寸,本公司常用品牌：金霸王、GP、雙鹿,最常用AAA、AA兩種規(guī)格。,單位：mm,電池箱及其導電片的設計,4.2、鈕扣電池尺寸示意圖,外形圖,下頁的表二列出了不同規(guī)格的鈕扣電池的尺寸值及其標稱電壓和容量。,電池箱及其導電片的設計,表二：鈕扣電池的使用參數(shù)及尺寸,單位：mm,鈕扣電池命名規(guī)則:,C:鋰-二氧化錳,R:圓柱形,本公司常用品牌：高能達，常用CR2032
6、、CR2430兩種。,5.1、常規(guī)結構,電池箱及其導電片的設計,5、圓柱形堿性電池的電池箱設計,負極導電彈弓,正極導電片,容納兩節(jié)電池的電池箱,注:本頁以容納兩節(jié)電池的電池箱作為設計參考。,正負極聯(lián)接片,干電池,負極導電片焊線端子,正極導電片焊線端子,正面,背面,電池箱及其導電片的設計,5.2、干電池箱的常規(guī)設計尺寸,A=5252.5mmB=59.9mmC=0.70.8mmD=14.514.7mmE=5.86.5mmF=99.5mmG=1011mm負極彈弓有效圈數(shù)：4.5負極彈弓線徑：0.6mm,5.2.1、AA電池的電池箱設計尺寸,電池箱及其導電片的設計,5.2.2、AAA電池的電池箱設計尺
7、寸,A=45.846mmB=53.4mmC=0.60.7mmD=10.510.7mmE=55.5mmF=77.5mmG=89mm負極彈弓有效圈數(shù)：4負極彈弓線徑：0.5mm,電池箱及其導電片的設計,5.3.1、AA電池的電池槽總長度設計方法,H=G+電池標準長度+I+電池裝配間隙 =4+50.5+1.4+1=56.9mm電池裝配間隙取值：1mm,G：負極彈簧完全壓縮后總高度I：正極導電片總高度H：電池槽總長度,5.3、如何設計電池槽的總長度,電池箱及其導電片的設計,5.3.2、AAA電池的電池槽總長度設計方法,H=G+電池標準長度+I+電池裝配間隙 =3.3+44.5+1.6+1=50.4mm
8、電池裝配間隙取值：11.5mm,G：負極彈簧完全壓縮后總高度I：正極導電片總高度H：電池槽總長度,電池箱及其導電片的設計,5.4.1、正極導電片的常規(guī)設計,推薦材料：磷青銅片 推薦厚度: 0.3mm表面處理：鍍鎳 5m以上,倒刺(防撥出),電池正極接觸區(qū),勾線焊接孔,電池箱位于面殼時應用,電池片可正反兩個方向插拔,5.4、如何設計電池導電片,電池箱及其導電片的設計,5.4.1.1、AA電池的正極導電片的常規(guī)設計尺寸,電池箱及其導電片的設計,5.4.1.2、AAA電池的正極導電片的常規(guī)設計尺寸,電池箱及其導電片的設計,5.4.1.3、正極導電片的常規(guī)設計要點,電池片最高面應比電池箱圍骨低0.51
9、mm,電池片的寬度比電池片槽位寬度小0.51mm,良:電池反裝應接觸不到正極片,x,不良:電池反裝接觸到正極片,電池箱及其導電片的設計,5.4.1.3、正極導電片的常規(guī)設計要點,電池片撥刺與塑膠的過盈量0.20.25mm,為防止電池向上彈起，電池片正極接觸區(qū)的縱向平面范圍需高于電池正極,設計時電池正極片到此骨位的距離要按規(guī)定的標準來設計,因為各國家的要求及各電池品牌的電池正極高度有差異,因此此距離要按最小之電池正極高度來設計,這樣就可以適用各不同品牌的電池。,這種品牌的電池可以接觸到,更換另一品牌的電池接觸不到,x,電池箱及其導電片的設計,5.4.2、負極導電片的常規(guī)設計,推薦材料：磷青銅片
10、厚度0.3mm彈簧推薦材料：琴鋼線 表面處理：鍍鎳 5m以上,倒刺,負極接觸彈簧,勾線焊接孔,電池箱位于面殼時應用,電池片可正反兩個方向插拔,電池箱及其導電片的設計,5.4.2.1、AA電池的負極導電片的常規(guī)設計尺寸,彈簧材料：琴鋼線(推薦) 線徑:0.6mm大端直徑:7mm小端直徑:5mm,有效圈數(shù)：4.5圈 自由長:9.710.7mm頂端:壓平處理連接方式:鉚接,電池箱及其導電片的設計,5.4.2.2、AAA電池的負極導電片的常規(guī)設計尺寸,彈簧材料：琴鋼線(推薦) 線徑:0.5mm大端直徑:6mm小端直徑:4mm,有效圈數(shù)：4圈 自由長:7.78.7mm頂端:壓平處理彈簧固定方式:鉚接,電
11、池箱及其導電片的設計,5.4.2.3、負極導電片的常規(guī)設計要點,電池片最高面應比電池箱圍骨低：0.51mm,電池片的寬度比電池片槽位寬度小0.51mm,電池片撥刺與塑膠的過盈量：0.20.25mm,電池箱及其導電片的設計,5.4.2.3、負極導電片的常規(guī)設計要點,為防止傷人及提供一個平整的接觸平面，彈簧末端應做壓平處理！,x,做壓平處理！,末端彎折并做壓平處理！,末端未做壓平處理！,電池中心與電池彈簧中心要對齊，否則彈簧易偏出造成失效。,中心偏離，彈簧容易向上滑出。,中心偏離，彈簧容易向下滑出。,x,x,F,F,F,綠色箭頭為受力方向,電池箱及其導電片的設計,5.4.3、正負極聯(lián)接片的常規(guī)設計
12、,推薦材料：磷青銅片 厚度0.3mm彈簧推薦材料：琴鋼線 表面處理：鍍鎳 5m以上,倒刺,電池正極接觸區(qū),負極彈簧,電池片可正反兩個方向插拔,電池箱及其導電片的設計,5.4.3.1、AA電池的正負極聯(lián)接片的常規(guī)設計尺寸,推薦材料：磷青銅片彈簧材料：琴鋼線(推薦) 線徑:0.6mm大端直徑:7mm小端直徑:5mm,有效圈數(shù)：4.5圈 自由長:9.710.7mm頂端:壓平處理彈簧固定方式:鉚接,電池箱及其導電片的設計,5.4.3.2、AAA電池的正負極聯(lián)接片的常規(guī)設計尺寸,推薦材料：磷青銅片彈簧材料：琴鋼線(推薦) 線徑:0.5mm大端直徑:6mm小端直徑:4mm,有效圈數(shù)：4圈 自由長:7.78
13、.7mm頂端:壓平處理彈簧固定方式:鉚接,電池片最高面應比電池箱圍骨低0.51mm,電池箱及其導電片的設計,5.4.3.3、正負極聯(lián)接片的常規(guī)設計要點,電池片的寬度比電池片槽位寬度小0.51mm,電池片撥刺與塑膠的過盈量：0.20.25mm,負極彈簧及正極接觸區(qū)關于中心的要求應分別遵從電池正極片及負極片的要求,電池箱及其導電片的設計,5.4.3.3、正負極聯(lián)接片的常規(guī)設計要點,負極彈簧與正極接觸區(qū)的中心距離=電池標準值+電池箱中間檔骨厚度=14.5(AA)+1.2(參考)=15.7mm=10.5(AAA)+1.2(參考)=11.7mm,A、電池彈片的接觸面中心應與電池的中心對齊；B、電池彈片對
14、AA電池的壓緊力應在1kgf1.5kgf之間； 電池彈片對AAA電池的壓緊力應在0.5kgf1kgf之間；,電池箱及其導電片的設計,5.5、如何確保電池彈片對電池的有效接觸,AA 電池： F作用力=11.5kgfAAA電池：F作用力=0.51kgf,F,電池箱及其導電片的設計,5.6、如何計算電池彈簧對電池的壓緊力,5.6.1、圓錐形電池彈簧作用力的計算,G：彈簧系數(shù) 不銹鋼絲：7000 kg/mm2 彈簧鋼絲：8000 kg/mm2 琴鋼線：8000 kg/mm2 d:材料線徑Nc:有效圈數(shù)p:自由狀態(tài)下節(jié)距p:在F作用力下的節(jié)距k:彈簧剛度,R2,p,p,F(作用力),材料：琴鋼線d： 0
15、.6mmR1：2.5mmR2：3.5mmNc：4.5p： 2mmp：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/mm,R1,此公式適用于圓錐形壓縮彈簧。,電池箱及其導電片的設計,G：彈簧系數(shù) 不銹鋼絲：7000 kg/mm2 彈簧鋼絲：8000 kg/mm2 琴鋼線：8000 kg/mm2 d:材料線徑Dcen:中心徑OD
16、:外徑（Dcen+d）Nc:有效圈數(shù)L:作用長度（L0-L）L0:自由長度L:在F作用力下的長度k:彈簧剛度,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：琴鋼線d：0.6mmOD：6mmNc：4.5L：10mmL：4.5mm,此公式適用于圓柱形壓縮彈簧。,5.6.2、圓柱形電池彈簧作用力的計算,電池箱及其導電片的設計,5.7、堿性電池箱的非常規(guī)結構,5.7.1、彈簧式,當由于產(chǎn)品空間及結構的原因，造成電池箱及
17、其導電片不能采用規(guī)范的結構設計時，可以按照適合產(chǎn)品要求的設計方式重新設計。,特 點：電池正極、負極、正負極聯(lián)接均采用彈簧。優(yōu)缺點：1、打樣、生產(chǎn)快捷方便，不需開模，可用專用的彈簧機按所需要求調整參數(shù)直接成形； 2、成本低； 3、焊接較困難，易掉線，一般要求在焊線末端打勾； 4、定位較麻煩。 5、受成形工藝的限制，難于 應用在電池接觸連接比較 復雜的場合。,負極彈簧,正極彈簧,彈簧固定卡扣,需要遵循的幾個要求：1、防止反向導通；2、對電池的壓緊力符合要求；3、電池的容納尺寸設計按標準要求。,固定卡扣,正負極聯(lián)接彈簧,電池箱及其導電片的設計,5.7.2、彈片式,特點：電池正極、負極、正負極聯(lián)接均采
18、用彈性金屬片。優(yōu)缺點：1、可應用在電池接觸連接比較復雜的場合， 尤其是需要二次接觸的場合。 2、打樣周期長，需要開沖壓模具。(簡單的沖壓件打樣時可先用線切割成形，確認結構，沒問題后再開模) 2、成本較高。 3、彈片易永久變形，不能回復初始彈力。 4、受材料的影響較大，在使用材料時要嚴格控制。 5、彈片對電池的壓緊力較難控制。,需要遵循的幾個要求：1、防止反向導通；2、對電池的壓緊力符合要求；3、電池的容納尺寸設計按標準要求。,正負聯(lián)接片,正極片,負極片,這種需要二次聯(lián)接的情況下不得不采用彈片的方式,電池箱及其導電片的設計,5.7.2.1、電池彈片的設計要點,1、材料的選用： 電池彈片的材料一般
19、選用 磷青銅片（通用，推薦使用，一般選用3/4H硬度狀態(tài)） 鈹銅片（高要求時用，需熱處理，一般選用1/2H、3/4H硬度狀態(tài)） 不銹鋼片（無焊接要求時一般選用1/2H、3/4H硬度狀態(tài)） 厚度選用：視彈力要求，一般選用0.2mm;其變形區(qū)的截面積可根據(jù)力學公式校核,來確定材料厚度和寬度。,2、如何保證彈片的使用壽命： A、盡可能長的彈性臂； B、設計防止過負荷結構； C、滿足強度設計條件： 彎曲正應力材料許用應力 D、防止應力集中。,電池片在電池裝入后產(chǎn)生彈性變形：藍色 綠色,變形區(qū)（應力區(qū)）,防止過負荷結構，裝入電池時此擋骨會頂住電池，避免裝入受到電池的大力擠壓。,彈性臂的長度太長會降低彈力
20、，太短則正應力過大,3、如何保證彈片對電池有效接觸： A、壓緊量:1.52mm； B、壓緊力:0.51.5kgf。,電池箱及其導電片的設計,5.7.2.2、電池彈片的彈性變形力學分析,如右圖，彈片在受到一定的載荷F時會產(chǎn)生一定距離的變形，這種應力-應變的變化是存在一定的關系的，如果F作用力所產(chǎn)生的彎曲正應力不超過材料的許用應力的話，那么這種變形是可以回復到原來的狀態(tài)的，在產(chǎn)品設計上，我們經(jīng)常會應用到這種彈性變形，如電池彈片，接觸片等。,F,L,b,t,截面形狀,如何計算彈性變形的載荷、內應力及彎曲變化量： F=3EI/L3 =3Et/2L2其中：E：彈性模量（可查機械設計手冊） I：慣性矩：彎
21、曲變化量 L： 跨度：彎曲正應力 t ：材料厚度 ：材料的許用應力（可查機械設計手冊）,慣性矩I需計算獲得，不同截面形狀的計算公式不同，由于我們通常只應用這種長方形的的形狀，在這里我們僅介紹長方形的慣性矩的計算方法： I=bt3/12,從應力-應彎的計算公式中可以看出，要設計一款變形量、力度及使用壽命符合要求的彈片，需要根據(jù)以下幾個因素來設計： A、材料（確定彈性模量及許用應力） B、截面形狀 C、跨度,電池箱及其導電片的設計,5.7.2.3、彈片的彈性變形力學分析-實例,9.2mm,1.2mm,4mm,0.2mm,截面尺寸,慣性矩I=bt3/12=4*0.23/12=0.00267mm4,如
22、圖,彈片在受到電池的壓力從藍色形狀變形為綠色形狀,如果電池不取出,在靜態(tài)情況下,彈片始終對電池負極端子有一個作用力F.,接觸壓F=3EI/L3=3*12000*0.00267*1.2/9.23 =0.148kgf/mm2 0.1kgf/mm2,正應力=3Et/2L2=3*12000*0.2*1.5/2*72 =51.04kgf/mm2 52.3kgf/mm2,結論:該彈片的接觸壓力大于0.1kgf/mm2的要求,彎曲正應力小于許用應力,所以這個彈片適用。,F,設計一款電池彈片，要求接觸壓力0.1kgf:第一步:選材磷青銅片 E=12000kgf/mm2, =52.3kgf/mm2第二步:確定橫
23、截面 t=0.2mm, b=4mm第三步:設計彈片受壓后變形量 =1.2mm第四步:強度校核,電池箱及其導電片的設計,附錄一:常用材料的彈性模量(E),附錄二:常用材料的許用應力,上述數(shù)值僅供參考,不同的材料在不同的情況下有不同的取值,具體可參考機械設計手冊,單位轉換: 1kgf/mm2=9.8MPa,電池箱及其導電片的設計,6、鈕扣電池的電池箱設計,6.1、常規(guī)結構,注:本節(jié)以容納一粒CR2032電池的電池箱作為設計參考。,鈕扣電池,電池箱,負極片,正極片,正極片焊線端子,負極片焊線端子,電池固定卡扣,電池箱及其導電片的設計,6.2、鈕扣電池的極性接觸范圍,從圖中可以看出，電池的正極接觸是金
24、黃色部分，通常設計時采用接觸側面或電池正面兩種方式，電池的負極接觸是深謁色部分，設計時負極片只接觸這一區(qū)域；鈕扣電池的正負極靠得比較近，設計時要特別注意短路的問題。,鈕扣電池是一種較扁的圓柱形狀，其正負極作如下圖的區(qū)分：,金黃色部分為電池的正極范圍,深謁色部分為電池的負極范圍,紅色圓環(huán)為電池的正負極絕緣層,電池正面,電池反面,在這里描述的電池的顏色僅為方便描述而添加了顏色，實物是沒有這種顏色的。,電池箱及其導電片的設計,6.3、鈕扣電池的導電片接觸位置與電池取出方向的關系,鈕扣電池箱的電池片接觸位置跟電池的取出方向有關：,負極片接觸位置,正極片接觸位置,電池取出方向1（側面取出）,電池取出方向
25、2（向上取出）,負極片接觸位置,電池取出方向（側面取出）,正極片接觸位置,正負導電片通常用彈片設計(也有用彈簧的,但不常的),材料的選擇參考附錄四,其對電池的壓緊力要求在0.21kgf之間,電池箱及其導電片的設計,6.4、鈕扣電池箱的結構設計要點,電池箱的容納直徑=電池直徑+0.4mm 如CR2032的容納直徑=20+0.4=20.4mm,電池彈片需有一定的保護結構,避免電池對其擠壓造成永久變形,為方便電池裝入及取出,電池箱取出位置需設計手指位,其大小至少應容納成年人食指,電池箱內應有明顯的電池規(guī)格及極性標識,方便使用者裝取,手指位,電池標識,這種結構的彈片很容易向后面變形,所以必須在后面設計
26、支撐骨,電池箱及其導電片的設計,6.5、鈕扣電池箱的其它結構設計方式,鈕扣電池的電池箱及其導電片的設計，在接觸方式上基本固定，但電池箱的形狀、導電片的形狀會根據(jù)不同類型的產(chǎn)品可能會有一些變化，但是在一般情況下，設計時會優(yōu)先考慮應用現(xiàn)有的成熟的設計。上面所描述的電池箱設計是本公司電子秤的較成熟的設計，一般情況下都會優(yōu)先選用這種設計。下面再介紹幾種不同的設計形式，以供參考。,電池箱及其導電片的設計,7、如何確定電池箱位于產(chǎn)品的位置,在設計產(chǎn)品的電池箱位置時應考慮以下幾個方面：A、電池箱一般情況下應放在整個產(chǎn)品在使用時的不可見面，并位于不影響外觀的位置。B、使用者能很方便地開啟電池門，更換電池。C、
27、方便整機布線，方便工人作業(yè)，電池箱的出線盡可能在主PCB的一側。D、電池箱應遠離熱源及有化學腐蝕的地方。E、盡量不要太靠近PCB，避免電池漏液的影響。,電池箱及其導電片的設計,8、電池箱的標識,AA電池箱的標識：,AAA電池箱的標識：,CR2032電池箱的標識：,為方便模具加工，標識符號一般為凸刻，高0.2mm。,電池箱及其導電片的設計,9、如何驗證電池箱及其導電片的設計是否合格,A、外觀 設計應美觀，不能有利邊利角，不能對產(chǎn)品的外形造成不良影響；打開電池蓋后不能看到產(chǎn)品的內部布線和結構；電池片不能有銹蝕。B、使用 在設計時要充分考慮使用者的使用習慣，沒有刮傷手的危險，電池蓋能順利開啟，力度適中，電池拆裝方便。C、測試 a、強度 能滿足跌落測試。 b、壽命 電池門正常開啟2000次以上； 電池拆裝6000次以上； c、環(huán)境 滿足高低溫測試 滿足鹽霧測試,
電池箱及其導電片的設計.ppt
