CN1199467A - 电池状态检测器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于检测主电池(例如一电池)的状态的状态指示器装置(检测器),该状态指示器装置可以包括一个电化学的指示器电池,该指示器电池串联一个辅助电池,指示器电池和辅助电池各有一个阳极、一个阴极和它自己的电动势(e.m.f),该状态指示器装置可以永久地并联到被测主电池的输出端,状态指示器装置足够薄以使它可以与主电池的标牌构成一体,当主电池放电时,指示器电池的阳极的消耗与主电池的一个阳极的放电成比例,以提供主电池蓄电状态的连续可见的显示。

Description

电池状态检测器
本发明涉及一种用来测定电池或主电池的状态并有关与主电池成整体的状态检测器，本发明涉及检测蓄电状态的电化学检测器。
包括各种装置的能可见地显示电池蓄电状态的一次电池已被公开。已知的指示器装置包括，但并不局限于，在电池内与材料反应的化学指示器，位于电池外部的化学指示器，埋在电极内在放电期间成为可见的部件，和与一个并联在电池上的电阻元件热接触的热色材料。这些指示器中大部分都存在一个问题，即它们显示的时间易对在电池内或电池上的指示器的几何结构敏感，因此，由于在制造时内在引起的固有的差异，会导致电池与电池间在放电期间产生显示时的易变性。
市场可买到的用于测定电化学电池状态的检测器，通常是热敏型薄膜。这类检测器包含一种与一导电元件热接触的热色材料。这类市场可买到的检测器成片状，其不与电池或电池标牌合成一体，使用这种检测器时必需把它加到被测电池的输出端上，有关这类检测器的例子及它们的使用，公开在美国专利4,723,656和5,188,231中。这些检测器在它的使用寿命内对于电池的间歇测试能很好工作。但是由于可见指示器是一种热色材料，对于要与电池永久地固定的情况就较困难。为了防止会影响指示器正常作业的热传导，必需小心地使指示器与电池外壳绝热。此外，导电元件与其串联，在测试期间消耗电池。因此，由于缺少可活动的连接装置，检测器不能永久地与电池的输出端保持电接触，否则，电池将过早地通过检测器放电。
另一种类型的检测器是一种电化学检测器，其具有它自己的电动势(e.m.f.)，如美国专利5,250,905和美国专利5,396,177所披露的。设计指示器电池使它的开路电压(OCV)与主电池放电时的开路电压相同。在这种情况下，指示器电池可以直接与主电池并联，这种检测器有个优点，即它可以与被测电池永久连接，不需要活动的连接装置。这类检测器，通过把金属薄膜的电化学除去或消除的程度展现出一个不同颜色的背景，提供了有关电池放电程度的直观的指示。
电量计装置能够保持对通过与它们相连接的电子部件的电荷电量的跟踪。电量计装置利用电化学方式来改变汞柱长度以给出所通过的电荷量的直观指示，这类电量计装置的例子已公开在美国专利3,045,178和3,343,083中，电量计装置其本身并没有它自己的电动势，效果上是电解式元件。
参考下面的附图将有助于对本发明的理解，其中：
图1是一电路图，表示在指示器电池部分的电压低于主电池电压的情况下本发明的状态指示器(检测器装置)与被测主电池的连接；
图1A是一电路图，表示在指示器电池部分的电压高于主电池电压的情况下本发明的状态指示器(检测器装置)与被测主电池的连接；
图2是图1的状态指示器装置的剖面透视图；
图2A显示一节与状态指示器装置固定连接的电池，显示的横截面部分被放大。
为便于下面的讨论，被测的电化学电池或电池称作“主电池”，产生显示的电化学电池将称为“指示器电池”。
本发明的目的是提供一种状态指示器装置(检测器)，该装置与一主电池连接，并能可见地显示出主电池的状态。该状态指示器包括一个指示器电池，该指示器电池是一种薄片电化学电池，其由一个阳极、一个阴极、和电解质组成，该电解质至少与所说的阳极和阴极两者的一部分接触。指示器电池的阳极和阴极具有不同的材料，并且具有一定的电动势(e.m.f.)，通常该电动势大于100毫伏，例如在100毫伏至1.5伏特之间。在本发明中已确定，如果使一个具有一定电动势(e.m.f.)的辅助电池与指示器电池串联连接，为补偿在指示器电池和主电池之间的开路电压差，可以设计指示器电池使其具有一或者高于或者低于被测主电池电压的开路电压。也就是说，辅助电池的阳极和阴极中的一个极与指示器电池的阳极和阴极中的一极电连接。辅助电池的余下的一个极和指示器电池的余下的一个极与主电池电极并联连接。在主电池放电期间，反应从指示器电池的可见的电极上开始，并延续到它的远处。在被测主电池放电期间，包含有指示器电池和辅助电池的状态指示器的开路电压与主电池的开路电压相似，最好是在(加或减)300毫伏左右的主电池开路电压之内。
在图1所示的电路中，状态指示器10包括一个指示器电池20和一个辅助电池25。指示器电池20和辅助电池25是电化学电池，具有一定的它们本身固有的电动势(e.m.f.)。在图1所示的电路中，指示器电池20的开路电压(OCV)低于主电池30的开路电压，在这一情况下，辅助电池阳极77与指示器电池的阴极43电连接，辅助电池的阴极83与主电池的阴极145连接，指示器电池阳极47与主电池阳极115连接。(辅助电池25或指示器电池20的阳极的定义是被氧化而释放电子的电极。也应该能理解到主电池30、指示器电池20、和辅助电池25中的每一个都存在内阻)。在图1的电路中，指示器电池20的开路电压被加到辅助电池25的开路电压上，使得状态指示器10作为一个整体的、也就是在辅助电池25的阴极83和状态指示器电池20的阳极47之间的总的开路电压与主电池30的开路电压大致相同。指示器电池20的容量大大小于主电池30的容量，指示器电池20和辅助电池25的总内阻远大于主电池30的内阻，高电阻的状态指示器装置10使指示器电池20能以比主电池30低得多的速率放电。这是由于指示器电池20的容量比主电池小得多所需要的。在主电池30放电期间，通过主电池的电流iM对通过指示器电池的电流iT的比率可以是一个常数，使得辅助电池的阳极或阴极的消耗百分率将与主电池的阳极或阴极的消耗百分率大致相同，这样，可把表示指示器电池的一个电极的消耗百分率的直观显示用于反映主电池30的蓄电状况。
在图1A所示的电路图中，状态指示器10包括一个指示器电池20和一个辅助电池25，在图1A所示的电路中，指示器电池20的开路电压(0CV)高于主电池30的开路电压，在这种情况下，辅助电池阴极83与指示器电池阴极43电连接，辅助电池阳极77连接到主电池阴极145，指示器电池阳极47连接到主电池阳极115，这样一种结构中，辅助电池25的开路电压降低了指示器电池20的开路电压，使得状态指示器10作为一个整体的、也就是在辅助电池25的阳极77和状态指示器电池20的阳极47之间的开路电压与主电池30的开路电压大致相同。使指示器电池20的阳极47与辅助电池25的阳极77连接，指示器电池20的阴极43连接到主电池30的阴极145，以及把辅助电池25的阴极83连接到主电池30的阳极115，也可以获得同样的效果。
图2所示包含一指示器电池20和辅助电池25的状态指示器10，其与图1电路图的布局相一致。可以把状态指示器10持久地连接在主电池30上(图2A)，如连在常用的碱电池上，例如将它归并到主电池的标牌。由于横跨状态指示器10的放电分布(profile)的开路电压与主电池30的放电分布开路电压大致相同，所以流经主电池的电流对流经辅助电池的电流的比率几乎保持不变，以致与主电池的负荷无关。这样，在主电池放电期间的任何时刻，指示器电池20或辅助电池25的一个检验(controlling)阳极或阴极中的一个极的消耗百分率将与主电池30的一个检验阳极或阴极之中的一个极的消耗百分率大致相同。(如果在主电池30或指示器电池20内的阳极活性材料或阴极活性材料的量过多，那么在二个电池之间消耗百分率的比较应该用含活性材料不超量的电极来进行，在这里不超量的电极称之为检验电极)。
通常，可用指示器电池20的阳极47的消除(clearing)百分率来反映主电池中一个检验电极的消除百分率，从而能保证连续可见显示主电池的状态(蓄电状况)，在主电池寿命期限内的任何时刻，也可以直观识别剩余在指示器电池20内的活性材料百分率。例如，若指示器阳极47正在放电，该阳极可直观识别，紧靠阳极的图示比例尺显示出剩余在主电池30内的电荷的百分比，和/或该主电池是否需要更换。
状态指示器10可以与被测主电池30并联，例如，如图1的电路图中所示，在图1中，示意表明主电池30有负端115和正端145，使用时，当主电池30连接一负荷38并放电时，电流iL流经负荷38，电流iM流经主电池30，和电流iT流经状态指示器10，iL＝iM+iT。在图1所示的电路结构中，如果主电池是一常用的AA型碱电池，在正常使用时其具有内阻约为0.1欧姆，指示器电池20和辅助电池25的总内阻通常至少是主电池30内阻的104倍左右，比较典型的大约是在主电池30的内阻的104倍至106倍之间。应该能理解：可以通过改变每个指示器电池20和辅助电池25的内阻或用一个电阻器与这两个电池串联，来调节状态指示器10的总电阻。
在一个最佳实施例中，如图2所示的状态指示器10(检测器装置)包括一个指示器电池20，其按照图1所示的电路结构的方式与辅助电池25串联。状态指示器10(检测器)的厚度小于100密耳(2.5mm)，厚度大约在2至100密耳(0.05至2.5mm)之间为好，在2至15密耳之间(0.05至0.4mm)则更好。辅助电池25是一个微型薄电源，其至少部分地带动指示器电池20。主电池30可以是一次性电池或充电电池，典型的是普通的碱性电池。状态指示器10可与主电池30的标牌构成一体，例如，把状态指示器装在标牌的内表面。指示器电池20包含阳极47和阴极43，两者由不同的材料制成并与一电解质接触。不考虑负荷38，指示器电池20和辅助电池25的放电与主电池30的放电成线性比例。例如，可以校正指示器电池20，使得在主电池30放电期间指示器电池20的检测阳极或检测阴极的百分放电率将与主电池30的检测电极的百分放电率大致相同。对于主电池30在使用时以非常高或非常低的电流放电的情况下，也就是说大大地偏离了正常使用的情况下，指示器电池20的百分放电率虽不是主电池百分放电率的线性函数，将仍是主电池的百分放电率函数。
指示器电池20(图2)是一种微型电化学电池，包含一阴极材料43和一阳极材料47，阴极材料43和阳极材料47可以位于同一平面且互相按要求分离开。阴极43和阳极47按要求由不同电化学活性材料构成，且与电解质接触，以形成一个具有一定电动势的电池。阴极43和阳极47分别是沉积在基底42和48上的薄薄的覆盖层，要求用于阴极43和阴极基底42的材料不易与周围大气反应或不易腐蚀。在图2所示的实施例中，最好是用λ-MnO2作阴极材料43，用银作为阳极材料，阳极基底48最好是导电的，最好是炭，阴极基底42也是导电的。(也可以用一种非导电材料作为阳极基底48，但最好是导电基底，下面将要描述。)当阳极47被电化学从一端移到另一端除去(消除)时，用导电的阳极基底48可防止在基底上出现被电绝缘的金属区。此外还要求阳极基底48具有一种与阳极47的颜色构成高反差的颜色，以致能提供直观识别阳极47的消除的显示。图2中表示了一种阴极43和阳极47相互关系的最佳布局以及在其下面的导电基底，间隔44是阴极43离开阳极47的距离，也是在其下面的导电基底42距48的距离，这在图2中可很好看出。此外，在导电的基底42和48下面有一绝缘材料层35。
导电基底42(图2)可以延伸到上面覆盖的阴极材料的边缘43(b)之外，形成基底的扩大部分42(a)，类似地，导电基底48(图2)可以延伸到上面覆盖的阴极材料的边缘47(b)之外，形成基底的延伸部分48(a)。在延伸部分42(a)和48(a)的表面涂上胶粘剂，从而在导电基底42和48的周围形成一胶粘的边框55，胶粘边框55限定了在阴极43和阳极47的上方的一窗口空间53。在窗口空间53内加上一层电解质45，使其覆盖阴极43和阳极47，基底延伸部分48(a)的末端48(b)从电池20的阳极一侧伸出，同样，基底延伸部分42(a)的末端42(b)从电池20的阴极一侧伸出，利用在阳极基底末端48(b)和一片薄铝片65之间放置导电的胶粘剂62使薄铝片65附在阳极基底末端48(b)上。薄铝片65起着把电流从基底48传送到电池负极端115的作用(图2A)。在阴极基底末端42(b)的上表面上涂上导电胶粘剂61。在窗口53的上方，加上一层透明的挡片薄膜52，以使薄膜的边缘与胶粘边框55连接。这样，挡片薄膜52是一片遮盖电解质45并使电解质紧紧密封的保护膜。通过胶粘边框55把挡片薄膜52固定就位。在绝缘薄膜35下面的状态指示器的下侧施加一压合胶粘剂32，通过该压合胶粘剂32把指示器电池20固定到主电池30的外壳上。
要求辅助电池25(图2)是一个扁平的薄薄的强力电池，辅助电池25的厚度小于100密耳(2.5mm)，厚度在2至100密耳(0.05至2.5mm)左右之间为好，在2至15密耳之间(0.05至0.4mm)则更好。辅助电池25包含一层阳极活性材料77的涂层，一层阴极活性材料83的涂层，和位于它们之间的电解质层73。阳极活性材料77可以被涂覆或层压到导电基底76上，阳极活性材料77与填满了电解质73的隔片72接触。可以被涂覆或层压到一导电基底81上的阴极活性材料83也与包含在隔片72内的电解质73接触。通常，阳极导电基底78和阴极导电基底81可以分别是涂覆了铝的碳或金属薄片。可以在辅助电池25的与导电基底81的暴露面相接触的底侧施加一层导电的胶粘剂92。通过辅助电池25的阳极接头77(a)，使辅助电池25与指示器电池20电连接(图2)，使得其与指示器电池20的阴极基底接头42(b)上的导电胶粘剂层61接触。辅助的阳极活性材料77与指示器电池20的阴极43这种电连接和图1所示的电路图一致。图2A说明了与主电池30的连接，典型的主电池是一种通用的碱电池。利用导电胶粘剂层92(图2)使辅助阴极83与主电池外壳连接，如图2A所示，从而辅助阴极活性材料83通过胶粘剂层92与主电池30的正极145电连接。按压薄金属片接头65使其由主电池的负极输出端帽110持久接触(图2A)，以使导电胶粘剂层62接触输出端帽110。这种连接使指示器电池20的阳极47与主电池30的负极输出端115电连接。
可以把状态指示器10整体形成到主电池薄膜标牌58的内表面，如图2A所示。标牌58最好是一种可热缩薄膜，如聚氯乙烯或聚丙烯。可以通过顺序印刷或层压包含指示器电池20和辅助电池25的每一覆盖层，使状态指示器10形成在标牌的一侧。可在标牌的内表面加一层耐热压合胶粘剂，把该与状态指示器构成一体的标牌包绕装到主电池30的外壳，然后，使标牌的边缘受热足以引起收缩，以这种通用的方法，使标牌的两端部分别在上台肩152和下台肩154热收缩。
工作时，当主电池30放电时，指示器阳极活性材料47放电(消除)，阳极活性材料47逐渐从阳极活性层的最接近阴极层43的部位消失，也就是说从端部47(a)(图2)消失。从而形成一种直观识别的油量计效果。在主电池30寿命期内的任何时刻剩余在电池20中的指示器阳极的数量很容易通过透明的电解质45看到。这就能方便地通过窗口53观察到剩余在指示器电池20内的阳极47的量，从而确定主电池的放电程度。靠近指示器阳极47可设置一个经校正的刻度标尺，以便于确定何时阳极47已被充分消耗，表明必需更换主电池30时。
下面的材料可用于构成状态指示器10：指示器电池阳极47可以通过溅射或电子束蒸发在阳极基底48上面沉积银涂层(厚度在500至1000埃之间)而构成。指示器电池阳极基底48和阴极基底42可用充填了由Materials公司(CMI)购得的聚乙烯材料(3M公司的Velstat)的炭组成。阳极基底48也可由选择用绝缘塑料薄膜涂覆以导电薄膜构成，绝缘塑料薄膜如Allied Signal公司生产的ACLAR薄膜(聚三氟氯乙烯)或ICI Americas的KALODEX(聚萘酸乙烯酯)薄膜，导电薄膜如氧化铟锡或导电的炭精涂层。另外，阳极基底48也可以由一种绝缘材料构成。阳极基底48的厚度最好是在大约0.5至1密耳之间。
指示器电池阴极43由一种阴极混合物制成，例如含有诸如V2O5或λ-MnO2之类的阴极活性材料的混合物。可以通过混合带有导电颗粒的材料，如炭精、石墨或金属粉来制备包含有V2O5或λ-MnO2的阴极混合物。该阴极混合物可以进一步与聚偏氟乙烯和1-甲基-2-吡硌烷酮之类的粘合剂和溶剂混合，以形成一种可涂敷的涂料，然后，把这涂料涂到阴极基底42上，形成厚度为0.2-2密耳的湿薄膜，干燥后形成阴极。
可以按如下步骤来制备指示器电池的电解质45(图2)：首先，把银三氟甲磺酰基酰亚胺(AgTFSI)、锂三氟甲磺酰基酰亚胺(LiTFSI)溶解在3-甲基四氢噻吩砜溶液中，形成一种由这种混合液组成的电解液，然后用聚(偏氟乙烯)使这溶液凝胶化。可用八份重量的电解液与三份重量的聚偏氟乙烯混合来制备电解质45。在140℃左右的温度下挤压该混合物到所要求的厚度，最好在大约1和4密耳(0.025mm和0.10mm)之间，并把该混合物加到指示器电池的阳极47和阴极43上面。
可根据压合胶剂的宽度范围选择指示器胶粘剂层边框55(图2)，符合要求的胶粘剂是一种通用的丁基橡胶为基底的，如以聚异丁烯/异戊二烯共聚物胶粘剂例如EXXON公司的Butyl065橡胶胶粘剂。胶粘剂边框55的厚度最好在大约1至2.5密耳(0.25mm至0.0625mm)之间。指示器的透明挡片52最好由厚度约在0.6至1密耳(0.015至0.025mm)之间的ACLAR(聚三氟氯乙烯)薄膜(Allied Signal公司)，或Kalodex薄膜(聚萘酸乙烯酯)制造。导电胶粘剂层62可以是一种充填了碳的导电胶粘剂，如可以买到的Adhesives Research公司生产的牌号为ARCLAD的导电胶粘剂。胶粘剂涂层62的厚度可以在0.5密耳(0.012mm)左右。薄膜衬片65最好是厚度约为0.25至0.5密耳(0.006至0.012mm)之间的铝膜。
用于辅助电池25的材料取决于指示器电池的开路电压，选择辅助电池25的材料使横跨整个状态指示器装置10的总的开路电压与正放电的主电池的开路电压大致相同。辅助电池25中可使用含水电解液或有机电解质，如果用含水电解液，一种代表性的辅助电池阴极导电基底81是由充填了碳的聚(乙酸乙烯酯)/聚(氯乙烯)聚合物薄膜(Rexham Graphics导电塑料薄膜2664-01)构成。如上面描述，导电层81叠在铝膜层82上面，导电聚合物薄膜的厚度最好是1密耳(0.025mm)左右，铝膜的厚度在0.25和0.5密耳(0.006和0.012mm)之间。辅助电池阴极83最好是由一种包含了X％的电解二氧化锰(EMD)、(90-X)％的石墨、和10％的聚氯乙烯粘合剂的印刷镀层组成。阴极活性层83的制备是：把三份重量的EMD和石墨的混合物溶在七份重量的含水0.75％Carbopol 940(B.F.Goodrirch公司)交联丙烯酸共聚物中，用KOH调节该混合物的PH值为10，然后加入足够数量的HALOFLEX 320(ICIAmericas-U.S.Resins Division)PVC胶乳，胶乳的数量占最后干燥后的阴极材料的重量的10％。然后把该混合物涂覆在充填了炭的聚合物层81上形成一湿薄膜(厚度为0.2至0.5密耳)，然后用空气干燥，形成干燥的阴极活性层83。
辅助电池隔片72可以是厚度约为1密耳(0.025mm)的硝化纤维素或赛珞粉多孔膜片，包含由按重量计约为24-32％的ZnCl溶液构成的电解液73约2-8微升，通过添加ZnO调节PH值为4。在阳极77和阴极83的外沿之间设有一密封层85，用以将辅助电池整体固定并防止污染物进入电池。密封层85可以适当地由聚醋酸乙烯酯/聚氯乙烯可热封薄膜构成。另外，其可以由丁基橡胶压合粘接剂例如由Exxon 60生产的Butyl 065橡胶。密封层85厚度适宜在约1到2密耳(0.025mm-0.05mm)之间。
辅助电池阳极材料77覆盖在基底76上，基底76由充填了碳的聚(乙酸乙烯酯)/聚(氯乙烯)聚合物的薄膜(Rexham Graphics导电塑料薄膜2664-01)构成。基底76叠加在位于基底76的在阳极材料77对面的表面上的铝膜层(没有显示)上面，导电聚合物薄膜的厚度最好是1密耳(0.025mm)左右，铝膜的厚度在0.25和0.5密耳(0.006和0.012mm)之间。辅助电池的阳极层77可以是一种由90％的阳极粉(例如锌粉或其它金属粉，取决于所需的电压)和10％丁苯共聚物(SBR)粘合剂组成的涂层。阳极层77的制备是：首先把6.5份重量的锌粉(颗粒大小为5至7微米)散布在3.5份重量的含水1.25％Carbopol 940交联丙烯酸共聚物的凝胶中(用KOH调节该混合物的PH值为12)。然后加入足够数量的丁苯橡胶胶乳(Rohm和Haas公司的ROVENE 5550 SBR胶乳)，所加的丁苯橡胶胶乳的数量要使在最后干燥后的薄膜中按重量计每九份锌对一份丁苯橡胶胶乳。然后把该混合物涂覆在充填了碳的聚合物层76上形成一湿薄膜(厚度为0.5至1.5密耳)，随后用空气干燥。
从各种导电的胶粘剂中选择辅助电池接触胶粘层61和92。合适的胶粘剂层61和92可以是一种充填了导电炭的转移胶粘剂的，如AdhesiveResearch公司的ARCLAD胶粘剂。把这种胶粘剂涂覆在铝薄膜层82上，厚度大约为0.5密耳(0.012mm)，形成胶粘层92。可把同样配方的胶粘剂涂覆到指示器阴极基底端部42(b)上，厚度约为0.5密耳(0.012mm)，形成胶粘层61。
可从多种压合胶粘剂中选择指示器衬片胶粘剂32。符合要求的胶粘剂32由丁基橡胶压合胶粘剂构成，如Exxon公司的Butyl 065橡胶。
下面是加工附图2所描述的检测器的例子。
实例一
最佳实施例(图2)所描述的类型的状态指示器装置10的制造，以及用于显示普通的通过各种负荷放电的Zn/MnO2(1.5伏)AA碱电池的蓄电状况。
图2所描述的指示器电池20按下述的部分制备：通过溅射沉积600埃的银在充填的导电炭基底48(充填了碳的3M公司的聚乙烯Velstat)上，由此制备指示器电池阳极47。该阳极的面积是0.86英寸(2.2cm)×0.2英寸(0.51cm)左右。指示器电池的阴极43的形成如下：首先制备一种按重量为70∶30的V2O5和石墨混合的阴极混合物。然后，把3克V2O5和石墨的混合物与0.45克的聚偏氟乙烯(PVDF)和4.5克的1-甲基-2-吡硌烷酮混合，以形成一种涂料，然后，把这涂料涂到基底42(充填了碳的聚乙烯Velstat)上，并在空气中在150℃下干燥一小时，形成厚度为1密耳的阴极涂层。阴极的面积在0.2英寸(0.51mm)×0.2英寸(0.51mm)左右。在内部空间为长0.7英寸×宽0.30英寸左右、2.5密耳(0.06mm)厚的丁基橡胶压合胶粘剂窗口内，阴极距阳极的间隔间隙大约为0.05英寸(0.13mm)。阳极和阴极与长约为0.61英寸×宽约为0.2英寸、厚度为2密耳的透明电解质45接触，电解质45由溶解在溶剂中的0.5M LiTFSI(锂三氟甲磺酰基酰亚胺)和0.003MAgTFSI(银三氟甲磺酰基酰亚胺)构成，并按前面最佳实施例描述的方法制备。用1英寸长×0.60英寸宽左右的、1密耳厚的KOLODEX聚(萘酸乙烯酯)透明隔片薄膜52来密封指示器。制成的指示器的厚度大约在6和7密耳(0.15和0.18mm)之间。
用下面的部分制备图2所描述的辅助电池25：在一导电基底81上面涂覆含有电解质氧化锰(EMD)的二氧化锰层，由此制备成辅助电池阴极83，导电基底81如上面所描述由充填了碳的塑料的Rexham graphics2664-01号导电薄膜构成。镀敷氧化锰涂层，形成0.5密耳厚的湿薄膜，该湿薄膜干燥后的成分是68％的EMD和17％的石墨。
如前面所描述，通过在充填了碳的塑料的Rexham graphics 2664-01号导电基底上涂上一层锌涂层来制备辅助电池阳极77。干的锌阳极的厚度大约是1密耳，面积约0.070平方英寸(0.45cm2)，产生的容量超过阴极容量的几倍。用含有约6×10-6立升PH值为4(28％ZnCl2)的电解质的1密耳厚的赛璐玢薄片制备隔片72。用于密封辅助电池的密封层85是2密耳厚的丁基橡胶压合胶粘剂(Exxon公司的Butyl橡胶065胶粘剂)，最后制成的辅助电池约8密耳厚，在1kHz下测量具有大约2K欧姆的交流电阻。
指示器电池和辅助电池互相串联，构成如图2所示的状态指示器装置10。在这个实施例中，完成后的状态指示器10的厚度大约在6至8密耳(0.15和0.2mm)之间。如图1和2A所示，状态指示器10利用前面所描述的0.5密耳厚的ARCLAD导电胶粘层(61和92)并联到新的Zn/MnO2(1.5伏)AA碱电池的输出端。指示器电池20具有一正电动势(e.m.f.)，跨过整个状态指示器装置10的开路电压大约与正放电的主电池的开路电压相同。
AA电池或者连续、或者间断地通过1欧姆、或4欧姆、或36欧姆、或75欧姆的负荷电阻放电，从1.5伏降到0.8伏，经过指示器电池20的电流大约是(0.2-2)×10-6安倍。在所有的情况下，指示器阳极的消除，用类似于标尺的形式直观地显示出下面黑色导电阳极基底伴随着从最靠近阴极的一端47(a)开始消除并向着阴极的另一端进行。消除的数量与AA电池的放电程度成比例关系。从而，该测试器用作主电池实际蓄电状况的指示器。
在这个实施例中所描述的具体的状态指示器装置适合用于与测试普通的Zn/MnO2碱电池的状态，这种碱电池通常可以有1和1000欧姆左右的负荷电阻。然而，本发明并不只限于用于碱电池，而是可以用来有效地测试任何干电池的状态。
实例二
用与实施例一所描述的同样的方法制备指示器电池20，只是在这里V2O5阴极混合物用不同的含有lambda MnO2的阴极混合物替代。首先把3克LiMnO4和石墨的混合物(按重量70∶30)、0.45克的聚偏氟乙烯(PVDF)和4.5克的n-甲基吡咯烷酮(NMP)混合，由此制备一种阴极涂料。把这阴极涂料涂到基底42(Velstat材料)上，并在空气中在150℃下干燥一小时。把在基底上的干涂料浸在0.03M的H2SO4中30分钟，使包含在干涂料内的LiMnO4转换成λ-MnO2，酸浸后，该阴极经漂洗并在空气中干燥一小时。按与实施例一相同的方法组合指示器电池20，只是用上面所述的阴极。这个实施例的指示器电池20具有0.5伏左右的开路电压。
以与实施例一相同的方法制备辅助电池，除了采用Pb阳极外。Pb阳极可以用与制备Zn阳极同样的方法制备，除了用Pb粉代替Zn。所用的电解质是28％的PH为4用PbCl2浸透的ZnCl2，如此制备的辅助电池具有1.05伏左右的开路电压(OCV)。
指示器电池和辅助电池如实施例一一样互相串联，构成与新的Zn/MnO2(1.5伏)AA碱电池连接的状态指示器装置10。横跨状态指示器装置10的开路电压与AA电池的开路电压大致相同。在AA电池放电期间，状态指示器的作用与实施例一的作用相似。在所有的情况下，指示器阳极消除，用类似于标尺的形式直观地显示出下面黑色导电阳极基底伴随着从最靠近阴极的一端47(a)开始消除并向着阴极的另一端进行。消除的数量与AA电池的放电程度成比例关系。从而，该装置10用作主电池实际蓄电状况的指示器。
虽然本发明对具体的实施例和具体的结构材料进行了描述，显然，仍存在其它的不脱离本发明概念的实施例和材料，因此，本发明并不只限于这里所描述的具体实施例，本发明的范围由权利要求和它的等同物所限定。

Claims (10)

1.电池和用于测定所说的电池的蓄电状态的电池状态指示器的组合，其中，所说的电池包括一个外壳、一个正极输出端和一个负极输出端，所说的状态指示器装置与附在所说的电池上的标牌构成一体，其中，所说的指示器装置包括一个由一个阳极、一个阴极和一电解质组成的指示器电池，所说的电解质与所说的指示器电池的阳极和阴极两者的至少一部分电接触；其中所说的指示器电池其本身具有一个电动势(e.m.f.)，并且在指示器电池的所说的阳极和阴极中一个极的至少一部分使可见的；其中所说的状态指示器装置进一步包括一个辅助电池，辅助电池是一种产生电化学能的电池，由一个阳极、一个阴极、和与所说的辅助电池的阳极和阴极的至少一部分接触的电解质组成；其中辅助电池的阳极和阴极中的一个极与指示器电池的阳极和阴极中的一个极电连接；其中辅助电池的余下的另一个极和指示器电池的余下的另一个极与电池输出端并联；其中在所说的电池放电期间，反应从所说的指示器电池的所说的可见电极开始，并持续到它的远端。
2.按照权利要求1所说的组合，其中状态指示器装置的电池厚度在大约为2和100密耳(0.05和2.5mm)之间。
3.按照权利要求1所说的组合，其中指示器电池的阳极和阴极由不同的电化学活性材料组成。
4.按照权利要求1所说的组合，其中指示器电池的阳极和阴极横向分离开，使得指示器电池的阳极中没有一部分会重叠在电解质电池的阴极的任何一部分上面。
5.按照权利要求1所说的组合，其中所说的指示器电池的阳极由银组成。
6.按照权利要求5所说的组合，其中所说的指示器电池的阴极由V2O5组成。
7.按照权利要求5所说的组合，其中所说的指示器电池的阴极由λ-MnO2组成。
8.按照权利要求5所说的组合，其中所说的指示器电池的电解质包括锂三氟甲磺酰基酰亚胺和银三氟甲磺酰基酰亚胺。
9.按照权利要求1所说的组合，其中辅助电池的阳极由锌组成，辅助电池的阴极由二氧化锰组成。
10.按照权利要求1所说的组合，其中辅助电池的阳极由铅组成，辅助电池的阴极由二氧化锰组成。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106575801A (zh) * 2014-07-25 2017-04-19 杜拉塞尔美国经营公司 具有辅助电池单元的电池荷电状态指示器

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997014157A1 (en) * 1995-10-07 1997-04-17 Img Group Limited An electrical circuit component formed of a conductive liquid printed directly onto a substrate
US6693431B1 (en) 1998-08-28 2004-02-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Battery system and method of determining battery condition
US6379835B1 (en) 1999-01-12 2002-04-30 Morgan Adhesives Company Method of making a thin film battery
US6483275B1 (en) 1999-04-23 2002-11-19 The Board Of Trustees Of The Univesity Of Illinois Consumer battery having a built-in indicator
US6639355B1 (en) 1999-12-20 2003-10-28 Morgan Adhesives Company Multidirectional electroluminescent lamp structures
US6624569B1 (en) 1999-12-20 2003-09-23 Morgan Adhesives Company Electroluminescent labels
US6621212B1 (en) 1999-12-20 2003-09-16 Morgan Adhesives Company Electroluminescent lamp structure
US7501208B2 (en) * 2001-06-01 2009-03-10 Eveready Battery Company, Inc. Doped manganese dioxides
US6783893B2 (en) * 2001-11-19 2004-08-31 The Gillette Company Alkaline battery
US20050118497A1 (en) * 2003-12-01 2005-06-02 Breen Thomas B. Method and assembly for evaluating the state of charge of batteries
JP4735029B2 (ja) * 2005-05-11 2011-07-27 日産自動車株式会社 押圧装置
EP1993649A1 (en) * 2006-03-01 2008-11-26 ResMed Limited Method and apparatus for reminding user to replace and/or service cpap apparatus and/or component thereof
US8902568B2 (en) 2006-09-27 2014-12-02 Covidien Lp Power supply interface system for a breathing assistance system
US8222868B2 (en) * 2008-04-02 2012-07-17 Techtronic Power Tools Technology Limited Battery tester for rechargeable power tool batteries
US8302600B2 (en) 2008-09-30 2012-11-06 Nellcor Puritan Bennett Llc Battery management for a breathing assistance system
US8776790B2 (en) * 2009-07-16 2014-07-15 Covidien Lp Wireless, gas flow-powered sensor system for a breathing assistance system
US8421465B2 (en) * 2009-12-02 2013-04-16 Covidien Lp Method and apparatus for indicating battery cell status on a battery pack assembly used during mechanical ventilation
KR101685461B1 (ko) * 2011-09-05 2016-12-20 가부시키가이샤 니혼 마이크로닉스 시트상 이차전지의 평가장치 및 평가방법
JP4962813B1 (ja) * 2012-01-23 2012-06-27 日本テクノ株式会社 アラーム出力装置、アラーム出力方法
US9551758B2 (en) 2012-12-27 2017-01-24 Duracell U.S. Operations, Inc. Remote sensing of remaining battery capacity using on-battery circuitry
US9478850B2 (en) 2013-05-23 2016-10-25 Duracell U.S. Operations, Inc. Omni-directional antenna for a cylindrical body
US9726763B2 (en) 2013-06-21 2017-08-08 Duracell U.S. Operations, Inc. Systems and methods for remotely determining a battery characteristic
US9543623B2 (en) 2013-12-11 2017-01-10 Duracell U.S. Operations, Inc. Battery condition indicator
US9235044B2 (en) 2014-01-29 2016-01-12 The Gillette Company Light activated power indicator
US9882250B2 (en) 2014-05-30 2018-01-30 Duracell U.S. Operations, Inc. Indicator circuit decoupled from a ground plane
US9823310B2 (en) 2014-07-25 2017-11-21 Duracell U.S. Operations, Inc. Battery state of charge indicator with an indicator circuit
USD775345S1 (en) 2015-04-10 2016-12-27 Covidien Lp Ventilator console
US10297875B2 (en) 2015-09-01 2019-05-21 Duracell U.S. Operations, Inc. Battery including an on-cell indicator
US10151802B2 (en) 2016-11-01 2018-12-11 Duracell U.S. Operations, Inc. Reusable battery indicator with electrical lock and key
US10818979B2 (en) 2016-11-01 2020-10-27 Duracell U.S. Operations, Inc. Single sided reusable battery indicator
US10608293B2 (en) 2016-11-01 2020-03-31 Duracell U.S. Operations, Inc. Dual sided reusable battery indicator
US11024891B2 (en) 2016-11-01 2021-06-01 Duracell U.S. Operations, Inc. Reusable battery indicator with lock and key mechanism
US10483634B2 (en) 2016-11-01 2019-11-19 Duracell U.S. Operations, Inc. Positive battery terminal antenna ground plane
DE102016125168A1 (de) * 2016-12-21 2018-06-21 Fortu New Battery Technology Gmbh Wiederaufladbare elektrochemische Zelle mit keramischer Separatorschicht und Indikatorelektrode
US11837754B2 (en) 2020-12-30 2023-12-05 Duracell U.S. Operations, Inc. Magnetic battery cell connection mechanism

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3431481A (en) * 1965-11-19 1969-03-04 Canadian Patents Dev Coulometer
US3634834A (en) * 1969-02-03 1972-01-11 Bissett Berman Corp Nondestructive readout for electrochemical storage cell
US4835475A (en) * 1986-11-17 1989-05-30 Niichi Hanakura Battery tester including a thermochromic material
US4835476A (en) * 1986-11-28 1989-05-30 Three Tec Davis Inc. Voltage measuring sheet
US4723656A (en) * 1987-06-04 1988-02-09 Duracell Inc. Battery package with battery condition indicator means
US5015544A (en) * 1989-02-08 1991-05-14 Strategic Energy Ltd. Battery with strength indicator
US5223003A (en) * 1991-01-15 1993-06-29 Eveready Battery Company, Inc. Process for preparing a battery tester label
CA2054008A1 (en) * 1991-01-31 1992-08-01 Harry R. Huhndorff Tester for end of cell
CA2056139C (en) * 1991-01-31 2000-08-01 John C. Bailey Electrochromic thin film state-of-charge detector for on-the-cell application
US5250905A (en) * 1991-09-24 1993-10-05 Duracell Inc. Battery with electrochemical tester
US5355089A (en) * 1992-07-22 1994-10-11 Duracell Inc. Moisture barrier for battery with electrochemical tester
US5231356A (en) * 1992-06-16 1993-07-27 Robert Parker Flexible battery tester with a variable length resistive heater
US5416406A (en) * 1992-09-15 1995-05-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Electric charge metering device and method
US5409788A (en) * 1993-05-03 1995-04-25 Eveready Battery Company, Inc. Method for securing a tester device to a battery and the battery so produced
US5418086A (en) * 1993-08-09 1995-05-23 Eveready Battery Company, Inc. Battery with coulometric state of charge indicator
US5627472A (en) * 1995-01-26 1997-05-06 Duracell Inc. Condition tester for a battery

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106575801A (zh) * 2014-07-25 2017-04-19 杜拉塞尔美国经营公司 具有辅助电池单元的电池荷电状态指示器

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Publication number Publication date
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EP0848826A4 (en) 1998-12-16
CZ68198A3 (cs) 1998-07-15

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