1、電池箱及其導電片的設計電池箱及其導電片的設計目錄目錄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電池箱及其導電片的設計1 1、電池箱的介紹、電池箱的介紹 電子產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、正負聯接片）

2、、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防止化學腐蝕防止氧化電池箱及其導電片的設計電池箱及其導電片的設計 電子產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，其常用的規格見2。由于同樣規格的電池，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

3、準化的，標準化可以縮短開發周期，降低成本，提高效率。 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電池箱及其導電片的設計2 2、電池箱設計的基本要求、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；包括電池的規格及正負極方向符號；D：電池門開啟后，電池不能輕易飛

4、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，要使用耐酸及耐堿佳的材料；G：設計美觀，從電池箱處不能看到產品內部構件；電池箱及其導電片的設計電池箱及其導電片的設計3 3、電池箱導電片設計的基本要求、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

5、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 ；電池箱及其導電片的設計電池箱及其導電片的設計4 4、常用電池的分類及標準尺寸、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行標準及不同規格的電池的尺寸值，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電池箱及其導電片的設計表一：表一：干電池的標準尺寸干電池的標準尺寸電池規格電池規格尺寸尺寸標準設計值標準設計值IEC標準標準DIN標準標準ANSI標準標準JIS標準標準“D”(1#)R20、LR20、UM-1L61.559.561.559.56

6、1.558.7261.4958.561D34.232.234.232.234.232.234.193234a1.51.5 min1.5 min1.5 min1.5 minb9.57.89.57.99.58.339.097.89.5“C”(2#)R14、LR14、UM-2L5048.550.048.550.047.6350.014850.0D26.224.726.224.726.224.6926.192526a1.51.5 min1.5 min1.5 min1.5 minb7.55.57.55.57.55.976.735.57.5“AA”(5#)R06、LR06、UM-3L50.549.050.

7、549.050.548.4150.549.250.5D14.513.514.513.514.513.4914.513.514.5a1.01.0 min1.0 min1.0 min1.0 minb5.54.25.54.25.53.964.724.25.5“AAA”(7#)R03、LR03、UM-4L44.542.544.542.544.542.4944.543.544.5D10.59.510.59.510.59.510.59.510.5a0.80.8 min0.8 min0.8 min-b3.82.03.82.03.82.793.56-本公司常用品牌：金霸王、GP、雙鹿,最常用AAA、AA兩種規

8、格。單位：mm電池箱及其導電片的設計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電池箱及其導電片的設計表二：表二：鈕扣電池的使用參數及尺寸鈕扣電池的使用參數及尺寸電池規格電池規格D尺寸尺寸H尺寸尺寸電壓電壓容量容量電池規格電池規格D尺寸尺寸H尺寸尺寸電壓電壓容量容量CR122012.523V35mAhCR1616161.63V50mAhCR16201623V70mAhCR2016201.63V75mAhCR2025202.53V140mAhCR2032203.23V180mAhCR23202323V

9、125mAhCR23302333V260mAhCR2354235.43V500mAhCR24302433V280mAhCR24502453V500mAh單位：mm鈕扣電池命名規則鈕扣電池命名規則: :C:C:鋰鋰- -二氧化錳二氧化錳R:R:圓柱形圓柱形本公司常用品牌：高能達，常用CR2032、CR2430兩種。5.15.1、常規結構、常規結構電池箱及其導電片的設計電池箱及其導電片的設計5 5、圓柱形堿性電池的電池箱設、圓柱形堿性電池的電池箱設計計負極導電彈弓正極導電片容納兩節電池的電池箱注:本頁以容納兩節電池的電池箱作為設計參考。正負極聯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

10、電池箱及其導電片的設計電池箱及其導電片的設計5.25.2、干電池箱的常規設計尺寸、干電池箱的常規設計尺寸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：4.5負極彈弓線徑：0.6mm5.2.1、AA電池的電池箱設計尺寸電池箱及其導電片的設計電池箱及其導電片的設計5.2.2、AAA電池的電池箱設計尺寸A=45.846mmB=53.4mmC=0.60.7mmD=10.510.7mmE=55.5mmF=77.5mmG=89mm負極彈弓有效圈數：4負極彈弓線徑：0.5mm電池箱及其導電片的設計電池箱及

11、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：1mmG：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5.35.3、如何設計電池槽的總長度、如何設計電池槽的總長度電池箱及其導電片的設計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電池裝配間隙取值：11.5mmG：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電池箱及其導電片的設計5.4

12、.1、正極導電片的常規設計推薦材料：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5.45.4、如何設計電池導電片、如何設計電池導電片電池箱及其導電片的設計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設計尺寸電池箱及其導電片的設計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設計尺寸電池箱及其導電片的設計電池箱及其導電片的設計5.4.1.3、正極導電片的常規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良良: :電池反裝

13、應接觸不到正極片x不良不良: :電池反裝接觸到正極片電池箱及其導電片的設計電池箱及其導電片的設計5.4.1.3、正極導電片的常規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電池箱及其導電片的設計5.4.2、負極導電片的常規設計推薦材料：磷青銅片 厚度0.3mm彈簧推薦材料：琴鋼線

14、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：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：4圈 自由長:7.78.7mm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

15、電池箱及其導電片的設計5.4.2.3、負極導電片的常規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電池箱及其導電片的設計5.4.2.3、負極導電片的常規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。xxFFF綠色箭頭為受力方向電池箱及其導電片的設計電池箱及其導電片的設計5.4.3、正負極聯接片的常規設

16、計推薦材料：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電池箱及其導電片的設計5.4.3.1、AA電池的正負極聯接片的常規設計尺寸推薦材料：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：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電池箱及其導電片的設計5.4.3.2、AAA電池的正負極聯接片的常規設計尺寸推薦材料：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：4

17、圈 自由長:7.78.7mm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電池箱及其導電片的設計5.4.3.3、正負極聯接片的常規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電池箱及其導電片的設計5.4.3.3、正負極聯接片的常規設計要點負極彈簧與正極接觸區的中心距離=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)=11.7mmA A、電池彈

18、片的接觸面中心應與電池的中心對齊；、電池彈片的接觸面中心應與電池的中心對齊；B B、電池彈片對、電池彈片對AAAA電池的壓緊力應在電池的壓緊力應在1kgf1kgf1.5kgf1.5kgf之間；之間； 電池彈片對電池彈片對AAAAAA電池的壓緊力應在電池的壓緊力應在0.5kgf0.5kgf1kgf1kgf之間；之間；電池箱及其導電片的設計電池箱及其導電片的設計5.55.5、如何確保電池彈片對電池的有效接觸、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=0.51kgfF電池箱及其導電片的設計電池箱及其導電片的設計5.65.6、如何計算電池彈簧對電池的壓

19、緊力、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 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p:自由狀態下節距p:在F作用力下的節距k:彈簧剛度R2ppF(作用力)材料：琴鋼線d： 0.6mmR1：2.5mmR2：3.5mmNc：4.5p： 2mmp：0.8mmK=G*d4*(R2-R1)/16*Nc*(R24-R14) =8000*0.64*(3.5-2.5)/16*4.5*(3.54-2.54) =0.1297kgf/mm2F作用力=G*d4*(p-p)/64*Ri3

20、= 8000*0.64*(2-0.8)/64*2.53 =1.244kgf/mm1kgf/mmR1此公式適用于圓錐形壓縮彈簧。電池箱及其導電片的設計電池箱及其導電片的設計G：彈簧系數 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:外徑（Dcen+d）Nc:有效圈數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/mm2ODL0LF(作用力)F作用力=k*L=0.1829*(10

21、-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電池箱及其導電片的設計5.75.7、堿性電池箱的非常規結構、堿性電池箱的非常規結構5.7.1、彈簧式當由于產品空間及結構的原因，造成電池箱及其導電片不能采用規范的結構設計時，可以按照適合產品要求的設計方式重新設計。特 點：電池正極、負極、正負極聯接均采用彈簧。優缺點：1、打樣、生產快捷方便，不需開模，可用專用的彈簧機按所需要求調整參數直接成形； 2、成本低； 3、焊接較困難，易掉線，一般要求在焊

22、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。固定卡扣正負極聯接彈簧電池箱及其導電片的設計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、正負極聯接均采用彈性金屬片。優缺點：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

23、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。正負聯接片正極片負極片這種需要二次聯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選用 磷青銅片（通用，推薦使用，一般選用3/4H硬度狀態） 鈹銅片（高要求時用，需熱處理，一般選用1/2H、3/4H硬度狀態） 不銹鋼片（無焊接要求時一般選用1/2H、3/4H硬度狀態） 厚度選用：視彈力要求，一般選用0.2mm;其變形區的截面積可根

24、據力學公式校核,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生彈性變形：藍色 綠色變形區（應力區）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，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時會產生一定距離的變形，這種應力

25、-應變的變化是存在一定的關系的，如果F作用力所產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的，在產品設計上，我們經常會應用到這種彈性變形，如電池彈片，接觸片等。FLbt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=3EIF=3EI/L/L3 3 =3Et=3Et/2L/2L2 2 其中：E：彈性模量（可查機械設計手冊） I：慣性矩：彎曲變化量 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=

26、btI=bt3 3/12/12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9.2mm1.2mm4mm0.2mm截面尺寸慣性矩I=bt3/12=4*0.23/12=0.00267mm4如圖,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 =0.14

27、8kgf/mm2 0.1kgf/mm2正應力=3Et/2L2=3*12000*0.2*1.5/2*72 =51.04kgf/mm2 52.3kgf/mm2結論結論: :該彈片的接觸壓力大于該彈片的接觸壓力大于0.1kgf/mm0.1kgf/mm2 2的要求的要求, ,彎曲正應力小于許用應力彎曲正應力小于許用應力, ,所以這個彈片適用。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

28、的設計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 材料彈性模量E/MPa材料彈性模量E/MPa45#204000不銹鋼20000065Mn210000磷青銅118000LY12鋁合金70000鈹青銅132000材料許用應力/MPa材料許用應力/MPa45#550不銹鋼58065Mn750磷青銅550LY12鋁合金230鈹青銅600上述數值僅供參考,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電池箱及其導電片的設計6 6、鈕扣電池的電池箱設計、鈕扣電池的電池箱設計6.16.1、常

29、規結構、常規結構注:本節以容納一粒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電池箱及其導電片的設計6.26.2、鈕扣電池的極性接觸范圍、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電池箱及其導電片的設計6.36.3、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