在户外便携检测设备、小型移动作业终端、临时布设的传感监测节点这类需要脱离市电长时间供电的场景里,12V规格的3000mAh锂离子电池是应用占比极高的供电单元,这类电池本身为规整的长方体塑封结构,自身没有预设的安装固定点位,直接放置在设备腔体内很容易随设备搬运、作业振动产生位移,轻则拉扯供电接线导致接触断电,重则磕碰周边电路板造成元器件损伤,因此需要配套的固定持有结构来完成电池的限位安装。
这个电池持有架的设计完全围绕对应规格Talentcell可充锂电池的外形尺寸做适配,整体采用框架式镂空结构,没有做全封闭的仓体设计,一方面能尽可能降低结构自身重量,适配便携设备的轻量化设计需求,另一方面镂空的侧壁可以给电池工作过程中产生的热量留出自然对流散热的通道,避免封闭仓体导致热量积聚,影响锂电池的充放电循环寿命。框架的内侧尺寸严格匹配电池的长宽外形,预留了0.2mm的装配间隙,既可以保证电池能够顺畅推入架体完成安装,不会因为尺寸过紧出现卡滞,也不会因为间隙过大导致电池装入后存在横向的窜动空间。架体两侧的挡边高度经过测算,刚好覆盖电池侧面1/3的高度位置,既能够提供足够的侧向限位力,避免电池从架体侧面脱出,也不会遮挡电池表面的参数标识、充放电接口位置,方便日常运维过程中快速查看电池状态、插拔供电接线。
架体底部设置了两道平行的承托筋条,筋条之间留出了均匀的空隙,电池装入后整个底面不是完全贴合在实心平面上,而是由两道筋条提供主要承托力,空隙位置可以让电池底部的热量也能顺利散出,同时如果电池表面出现意外的凝露、少量电解液渗漏的情况,液体可以顺着筋条间的空隙流出,不会积存在架体内部长期接触电池外壳造成腐蚀。架体两端的端板上做了内凹的避让槽,对应电池两端的充放电接口、保护电路凸起位置,不会因为端板压到接口或者保护板导致电池装配不到位,同时端板上预留的安装孔位可以直接通过螺丝将整个持有架固定在设备的内壁或者安装基板上,孔位的间距按照通用的便携设备内部安装孔距标准设计,不需要额外做转接板就能完成固定。
从安装边界来看,整个持有架的外部轮廓尺寸完全控制在对应电池的最大外轮廓基础上单边外扩3mm的范围内,不会额外占用过多的设备内部空间,对于内部空间排布紧张的便携设备来说,这个尺寸控制可以给其他元器件、走线留出足够的布设余量。架体的边角位置全部做了R2的圆角处理,一方面是避免加工过程中产生的锐边在装配时划伤操作人员的手、划破电池的外层塑封膜,另一方面圆角结构也能降低架体自身的应力集中系数,在设备受到意外跌落、冲击的时候,不会因为直角位置的应力集中导致架体出现开裂。架体上没有设置额外的卡扣结构,电池的固定依靠推入后架体与电池侧面的静摩擦力、加上端板的前后限位完成,不需要额外的绑带、压片就可以实现可靠固定,拆装电池的时候只需要顺着架体的导向方向平推就可以取出,不需要额外操作锁扣,在需要频繁更换电池的作业场景里,这种无卡扣的设计可以大幅提升电池更换的效率,也不会因为卡扣长期反复弯折出现疲劳断裂的问题。
在实际的工程应用中,这类电池持有架除了用在便携检测设备上,也可以适配小型桌面式实验装置、移动照明设备、临时布设的监控点位供电单元的电池固定需求,框架式的结构设计也兼容不同厂家生产的同尺寸12V3000mAh锂电池,不需要针对不同品牌的同规格电池重新设计固定结构,具备一定的通用适配性。整个结构的壁厚均匀,不管是采用3D打印做小批量的样机验证,还是采用注塑工艺做批量生产,都不会因为壁厚不均导致加工过程中出现翘曲、缩痕的问题,结构上没有复杂的倒扣、侧孔特征,加工工艺性良好,不需要复杂的模具结构就可以完成生产,能够有效降低配套结构的加工成本。
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