DE10214875A1 - Flachbatterie - Google Patents

Abstract

Es wird eine Flachbatterie (1) mit mehreren in einer Ebene angeordneten, umhüllten Batteriesegmenten (2) beschrieben, welche über zwischen den Batteriesegmenten (2) verlaufende Stege (3) flexibel miteinander verbunden sind. Darüber hinaus werden eine Chipkarte (20) mit einer derartigen Flachbatterie (1) sowie verschiedene Verfahren zum Einbau einer solchen Flachbatterie (1) in einen Kartenkörper (21) beschrieben.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Flachbatterie, vor allem für den Einbau in einen tragbaren Datenträger, insbesondere in Gestalt einer Chipkarte, einen tragbaren Datenträger mit einer solchen Flachbatterie sowie geeignete Verfahren zum Einbau einer derartigen Flachbatterie in den Kartenkörper eines tragbaren Datenträgers.
• Bei heutzutage üblichen Chipkarten finden Aktionen im Chip nur während einer Verwendung innerhalb eines Terminals, beispielsweise in einem Bankautomaten oder einem sonstigen Lesegerät, statt. Daher reicht es im Allgemeinen aus, wenn die elektrischen Bauteile von außen mit Strom versorgt werden, während die Chipkarte im Terminal eingeführt ist. Darüber hinaus gibt es einige Arten von "aktiven" Chipkarten. Hierbei handelt es sich um Chipkarten mit zusätzlichen, aktiven Elementen wie beispielsweise einem Display, Sensoren, spannungsgepufferten Chips und dergleichen. Ein typisches Beispiel für eine aktive Karte ist die sogenannte "Geldkarte" mit einem Display zur Anzeige des auf der Karte aktuell verfügbaren Geldbetrags. Solche aktiven Elemente in der Karte erfordern die Integration einer Stromquelle unmittelbar in die Chipkarte.
• Eine Möglichkeit, eine Stromquelle in die Chipkarte zu integrieren, ist der Einbau einer oder auch mehrerer Batterien. Vorzugsweise handelt es sich dabei um Batterien, die bei einer Verwendung der Chipkarte in einem Terminal wieder aufgeladen werden können. Chipkarten sind jedoch durch Normung in ihren Dimensionen, insbesondere auch in der maximalen Dicke, beschränkt. Es ist daher ein generelles Problem, geeignete Batterien zu schaffen, die einerseits ausreichend leistungsfähig sind, andererseits aber auch dünn genug sind, um in die Chipkarten integriert werden zu können.
• In der Praxis werden derzeit zwei verschiedene Bauarten von Flachbatterien angeboten.
• Eine Bauart ist die sogenannte "Knopfzelle". Knopfzellen sind mit dem Ziel einer möglichst kompakten und robusten Bauweise ausgelegt. Sie sind daher als Flachbatterie nur in einer Sonderbauform erhältlich, die zur Erreichung der benötigten Kapazität einen relativ großen Durchmesser aufweist. Dieser Batterietyp ist biegesteif und stellt folglich nach dem Einbau in eine Chipkarte einen erheblichen Fremdkörper innerhalb des Kartenkörpers dar. Dies ist ein Problem, weil Chipkarten starken Biegebelastungen ausgesetzt sein können. Eine starke Biegung des Kartenkörpers kann dabei ein Abzeichnen der Batteriekanten auf der Kartenoberfläche bewirken. Desweiteren kann eine zu starke Biegung der Karte aufgrund der starren Batterie zu einer irreversiblen Schädigung des Kartenkörpers oder der Batterie selbst sowie anderer in der Karte integrierter Komponenten führen.
• Eine weitere Bauart ist die sogenannte "Folienbatterie". Folienbatterien wurden mit dem Ziel einer möglichst flachen Bauweise entwickelt. Eine solche Folienbatterie weist in der Regel einen Kern, bestehend aus einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht und einer dazwischen angeordneten Elektrolytschicht auf. Dieser Kern ist mit einer aus einer Metallfolie - in der Regel Kupferfolie - bestehenden Außenhülle ummantelt. Folienbatterien sind folglich konstruktionsbedingt zwar nicht wie eine Knopfzelle biegesteif. Sie sind aber auch nicht für Biegebelastungen explizit optimiert. Bei der Verwendung einer solchen Folienbatterie kann eine zu starke Biegebelastung des Kartenkörpers dazu führen, daß auf einer Seite der Folienmantel überdehnt wird, was dazu führen kann, daß sich im anschließenden, unbelastetem Zustand Falten im Folienmantel ausbilden. Auf der entsprechend anderen Seite wird dagegen der Folienmantel gestaucht, was unmittelbar zur Faltenbildung führt. Die Belastungsverhältnisse einer solchen Folienbatterie beim Einbau in eine Chipkarte sind in Fig. 1 schematisch dargestellt. Die durch die Biegung verursachten Verformungen der Metallfolie können irreversibel sein und in der Folge optisch sichtbare Unebenheiten in der Kartenoberfläche bewirken. Darüber hinaus kann auch der Kern der Batterie durch solche Belastungen bleibend beeinträchtigt werden, was zu Kapazitätsverlusten führt.
• Aus der DE 198 00 341 A1 und DE 298 23 466 U1 ist die Verwendung von Dünnfilmelektrolytzellenarrays bekannt. Eine Vielzahl von vorkonfektionierten, miniaturisierten Akkumulatorzellen ist über eine strukturierte Leiterbahnfolie miteinander verbunden. Diese Lösung ist relativ kompliziert.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und kostengünstig aufgebaute Batterie mit verbesserten Biegeeigenschaften zu schaffen, welche sich insbesondere für den Einbau in einen tragbaren Datenträger eignet, wodurch das Konzept der Batterieintegration in tragbare Datenträger weiter verbessert wird.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Flachbatterie gemäß Patentanspruch 1, durch einen tragbaren Datenträger mit einer solchen Flachbatterie gemäß Patentanspruch 12 und durch die Verfahren zum Einbau einer Flachbatterie in einen Kartenkörper gemäß den Patentansprüchen 21 und 22 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
• Eine erfindungsgemäße Flachbatterie mit mehreren in einer Ebene angeordneten, umhüllten Batteriesegmenten, die lediglich über zwischen den Batteriesegmenten verlaufende Stege flexibel miteinander verbunden sind, paßt sich einer Verformung des Kartenkörpers besser an. Die kleineren Flächen der Batteriesegmente sind formstabiler als eine große Fläche einer einteiligen Batterie und die Biegeverformungen werden im wesentlichen in den Stegen aufgenommen. Somit kann eine bleibende Verformung der Oberfläche der Flachbatterie weitgehend vermieden werden, wodurch die Gefahr optischer und funktionaler Beschädigung der Karte deutlich vermindert wird.
• Dabei sind die verschiedensten Ausgestaltungen der Flächenaufteilung möglich, die je nach Anwendungsfall spezifische Vorteile aufweisen.
• Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Batteriesegmente in Reihen und/oder in Spalten nebeneinander angeordnet. Das heißt, es ist sowohl eine Segmentierung nur in eine Richtung, beispielsweise in die Hauptbiegerichtung der Chipkarte möglich, als auch eine Segmentierung in mehrere Richtungen nach Art einer Matrix.
• Bei manchen Anwendungsformen ist eine runde Bauform der Flachbatterie besonders vorteilhaft, da diese keine scharfen Ecken aufweist. Bei einer solchen runden Bauform ist es zum Beispiel besonders vorteilhaft, eine axiale Segmentierung vorzusehen. Bei einem Ausführungsbeispiel besteht die Flachbatterie aus einem kreisförmigen, mittleren Batteriesegment und konzentrisch dazu angeordneten weiteren, ringförmigen Batteriesegmenten. Weiterhin ist es möglich, daß das mittlere Batteriesegment und/oder die ringförmigen Batteriesegmente auch aus mehreren Batteriesegmenten zusammengesetzt sind. Beispielsweise kann zunächst ein Mittelteil aus mehreren teilkreisförmigen Batteriesegmenten aufgebaut sein, welche wieder eine Kreisfläche ergeben. Um diese mittleren Batteriesegmente herum sind mehrere teilringförmige Batteriesegmente angeordnet, die gemeinsam einen konzentrischen Außenring bilden. Bei besonders großen Flachbatterien können um die den Mittelteil bildende Gruppe von Batteriesegmenten herum auch mehrere weitere konzentrische kreisförmige oder teilkreisförmige Batteriesegmente angeordnet sein.
• Neben den explizit genannten Beispielen sind auch beliebige andere Arten von Segmentierungen möglich, etwa eine Aufteilung in jeweils dreieckige, passend zueinander stehende Batteriesegmente.
• Bei einer besonders bevorzugten und einfach herzustellenden Ausführungsform weisen die einzelnen Batteriesegmente, welche vorzugsweise wie die Kerne von herkömmlichen, großflächigen Folienbatterien aus einer Anodenschicht, einer Kathodenschicht sowie einer zwischen den Schichten angeordneten Elektrolytschicht aufgebaut sind, auch den üblichen umhüllenden Folienmantel auf. Dieser Folienmantel ist dabei jedoch kassettenartig aus zwei Folienmantelhälften aufgebaut, welche jeweils die Batteriesegmente auf einer Seite abdecken und nicht nur in den Randbereichen der Flachbatterie, sondern auch zwischen den Batteriesegmenten unter Bildung der Stege untereinander verbunden sind. Der gesamte Folienmantel ist mithin nach Art einer Steppdecke aufgebaut, wobei die Stege den "Nähten" entsprechen und in den einzelnen Kassetten des Folienmantels jeweils die Batteriesegmente angeordnet sind.
• Eine solche Flachbatterie kann folglich vorteilhafterweise mit ähnlichen Verfahren wie die herkömmlichen Flachbatterien hergestellt werden. Das Herstellungsverfahren für die bekannten großflächigen Folienbatterien muß daher nur geringfügig modifiziert werden, indem nicht ein großflächiger Batteriekern aus einer durchgehenden Anodenschicht, einer Kathodenschicht und dem Elektrolyt in den Folienmantel eingepackt wird, sondern stattdessen zunächst beispielsweise auf eine erste Folienmantelhälfte die einzelnen Batteriesegmente aufgesetzt werden und anschließend die zweite Folienmantelhälfte aufgelegt wird und in den Randbereichen sowie rund um die einzelnen Segmente - unter Bildung der Stege - mit der ersten Folienmantelhälfte verbunden wird.
• Vorzugsweise ist der Folienmantel zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähig, und die einzelnen Batteriesegmente sind innerhalb des Folienmantels bezüglich ihrer Kontakte, d. h. beispielsweise bezüglich der Richtung der Anode und der Kathode, so zueinander orientiert angeordnet und zumindest bereichsweise derart mittels des Folienmantels untereinander kontaktiert, daß die einzelnen Batteriesegmente in einer bestimmten vorgegebenen Schaltungskonfiguration zusammengeschaltet sind. Auf diese Weise ist sehr einfach eine beliebige Parallel- oder Reihenschaltung der verschiedenen Segmente zueinander möglich, um eine Batterie mit der gewünschten Kapazität und der gewünschten Spannung zu realisieren.
• Bei einem besonders einfachen Ausführungsbeispiel handelt es sich um Folienmantelhälften, die wie die herkömmlich verwendeten Folienmäntel vollständig aus Metall, beispielsweise aus Kupferfolie, bestehen. Alternativ ist es möglich, daß die Folienmantelhälften lediglich auf der zu den Batteriesegmenten weisenden Innenseite leitfähig beschichtet sind. Um die gewünschte Schaltungsstruktur zu erreichen und keinen Kurzschluß der Batteriesegmente über den Folienmantel zu erzeugen, sind die Folienmantelhälften dabei in den Randbereichen bzw. den Stegbereichen mittels eines elektrisch isolierenden Verbundmaterials untereinander verbunden.
• Die Stege können je nach Anforderungen an die Festigkeit bzw. Flexibilität des betreffenden Stegs sowie in Abhängigkeit davon, ob die durch den betreffenden Steg getrennten, benachbarten Segmente untereinander über eine der beiden Folienmantelhälften kontaktiert werden sollen, unterschiedlich ausgestaltet sein.
• Sofern ein besonders flexibler Steg gewünscht ist, ist vorzugsweise zumindest eine der beiden Folienmantelhälften entlang des betreffenden Stegs zwischen den benachbarten Batteriesegmenten zumindest abschnittsweise durchtrennt. Sollen die zwischen den beiden über diesen Steg getrennten, benachbarten Batteriesegmente untereinander elektrisch leitend verbunden sein, bietet es sich an, die betreffende Folienmantelhälfte entlang des Steges zu perforieren. Sofern keine elektrische Verbindung benötigt wird, kann die Folienmantelhälfte vollständig durch einen Schnitt getrennt werden. Sofern weder auf der einen noch auf der anderen Seite eine Kontaktierung der benachbarten Segmente gewünscht ist, ist es auch möglich, beide Folienmantelhälften entlang des Stegs zu durchtrennen. In diesem Fall wird der Steg nur noch von dem Verbundmaterial gebildet. Die Flexibilität des jeweiligen Stegs wird dann durch das Verbundmaterial bzw. durch die Dicke des Verbundmaterials im Stegbereich bestimmt.
• Alternativ kann eine Folienmantelhälfte auch aus mehreren Folienabschnitten bestehen, die entlang eines Stegs zwischen zwei benachbarten Batteriesegmentteilen überlappend miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird ein besonders stabiler Steg erzeugt. Sofern keine elektrische Verbindung zwischen den benachbarten Segmenten gewünscht wird, sind die betreffenden Folienabschnitte entlang des Stegs mittels eines elektrisch isolierenden Verbundmaterials miteinander verbunden.
• Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Stege derart zwischen den Batteriesegmenten angeordnet, daß die Flachbatterie an einer Seite eine von den Batteriesegmenten und den Stegen gebildete, im wesentlichen plane Oberfläche aufweist. Das heißt, die Stege sind zwischen den Batteriesegmenten so angeordnet, daß sie so gut wie möglich mit einer der beiden Oberflächen der einzelnen Batteriesegmente plan abschließen. Dies ist durch geeignete Auswahl der Dicke und Flexibilität der beiden Folienmantelhälften bzw. durch entsprechende Formung der Folienmantelhälften bei der Herstellung der Flachbatterie möglich. Eine solche Flachbatterie mit einer im wesentlichen planen Oberfläche bietet sich als "Implantationsmodul" an, das - wie ein Chipmodul - offen in eine Kavität an der Außenseite eines Chipkartenkörpers eingebaut wird, indem etwa eine Kavität in einen vorgefertigten Kartenkörper gefräst wird und anschließend die Batterie eingesetzt wird.
• Dabei bilden in einer bevorzugten Ausgestaltung der Flachbatterie die Verbindungsflächen der Folienmantelhälften im Randbereich der Flachbatterie eine Art Flanschabschnitt, welcher zum Fixieren der Flachbatterie in eine Kavität des Kartenkörpers ausgebildet ist. Auch dieser Flanschabschnitt schließt vorzugsweise im Wesentlichen bündig mit der planen Oberfläche der Flachbatterie ab. Beispielsweise kann der Flanschabschnitt dazu dienen, um die Flachbatterie im Randbereich klebetechnisch in der Kavität, vorzugsweise einer gestuften Kavität, rundum zu befestigen.
• Eine solche Unterbringung der Batterie von außen in eine offene Kavität des Kartenkörpers ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Flachbatterie lösbar in der Kavität des Kartenkörpers fixiert wird. Eine derartige temporäre Fixierung erlaubt es, eine verbrauchte Batterie gegen eine neue auszutauschen. Eine lösbare Verbindung kann realisiert werden, indem beispielsweise anstelle eines dauerhaften Klebers ein Verbindungsmaterial wie ein Thermoplast oder ein Lot verwendet wird, welches durch Wiederaufwärmen erweicht. Vorzugsweise wird ein Material verwendet, welches bei einer Temperatur erweicht, bei der das Verbindungsmaterial zur Verbindung der Folienmantelhälften noch nicht an Verbindungs- und/oder Dichtfähigkeit verliert und bei dem auch die übrigen Batterieteile nicht beeinträchtigt werden.
• Bei einer weiteren Variante wird die Flachbatterie in einer Kavität innerhalb des Kartenkörpers eingebaut, so daß sie vollständig vom Kartenkörper umschlossen ist. Beispielsweise kann die Batterie unter bestimmten Bedingungen zwischen verschiedenen Schichten der Karten laminiert werden.
• Vorzugsweise wird zur Reduktion der mechanischen Beanspruchung der Flachbatterie im Kartenkörper - zusätzlich zur Segmentierung der Flachbatterie - ein Einbauverfahren verwendet, bei dem die Flachbatterie nicht steif mit dem Kartenkörper verbunden ist, sondern "schwimmend" gelagert ist. Dies wird erreicht, indem die Flachbatterie innerhalb des Kartenkörpers in eine elastische Masse, beispielsweise eine Vergußmasse, eingebettet ist. Dadurch kann insbesondere verhindert werden, daß sich bei einer Biegung der Chipkarte Kanten der Flachbatterie an der Kartenkörperoberfläche abzeichnen. Als elastisches Material kann Vollmaterial oder geschäumtes Material verwendet werden. Besonders eignen sich zum Beispiel Silikonverbindungen, Polyurethan-Klebematerialien, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere oder schäumbare, d. h. expandierbare Kunststoffe etc.
• Eine derartige elastische Einbettung der Flachbatterie kann im übrigen auch in einer Kavität an der Oberfläche der Karte erfolgen.
• Eine weitere Möglichkeit, die Flachbatterie innerhalb einer Kavität im Kartenkörper zu fixieren, ohne daß Biegekräfte von der Karte zu stark auf die Flachbatterie übertragen werden, besteht darin, daß die Flachbatterieumhüllung, d. h. der Folienmantel, punktweise oder entlang bestimmter Linien mit dem Kartenkörper fixiert wird. Das heißt, die Flachbatterie wird nicht vollflächig mit dem Kartenkörpermaterial verklebt, sondern gegebenenfalls zusätzlich zu einer Fixierung der Flachbatterie im Randbereich lediglich entlang der vorgesehenen Linien oder Punkte.
• Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung der Belastung auf eine in einen Chipkartenkörper eingebaute, großflächige Folienbatterie bei Biegung der Chipkarte,
• Fig. 2 eine schematische Darstellung der Belastung auf eine in einen Chipkartenkörper eingebaute, erfindungsgemäße segmentierte Flachbatterie bei Biegung der Chipkarte,
• Fig. 3 eine mögliche Anordnung von verschiedensten aktiven Elementen sowie der erfindungsgemäßen Batterie innerhalb einer Chipkarte,
• Fig. 4 eine perspektivische Ansicht mit Teilschnitt durch den Aufbau einer halbfertigen Doppelzellen-Batterie,
• Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Vierzellen-Batterie mit einer Segmentierung in mehrere Richtungen,
• Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Dreizellen-Batterie mit einer Segmentierung nur in einer Hauptbiegerichtung,
• Fig. 7 eine Draufsicht auf eine runde Flachbatterie mit einer axialen Segmentierung,
• Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Unterstützungsfixierung der Batteriehülle einer rechteckigen Flachbatterie am Hauptbelastungspunkt,
• Fig. 9 eine schematische Darstellung einer mehrfachen, punktweisen Unterstützungsfixierung einer rechteckigen Flachbatterie,
• Fig. 10 eine schematische Darstellung einer x-förmigen Unterstützungsfixierung einer rechteckigen Flachbatterie,
• Fig. 11 einen Schnitt durch eine Parallelschaltung zweier benachbarter Batteriesegmente,
• Fig. 12 einen Schnitt durch eine Reihenschaltung zweier benachbarter Batteriesegmente gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
• Fig. 13 einen Schnitt durch eine Reihenschaltung zweier benachbarter Batteriesegmente gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
• Fig. 14 einen Schnitt durch eine Parallelschaltung zweier benachbarter Batteriesegmente ähnlich Fig. 11, jedoch unter Ausbildung einer planen Oberfläche der Flachbatterie,
• Fig. 15 einen Schnitt durch eine Reihenschaltung zweier benachbarter Batteriesegmente ähnlich Fig. 12, jedoch unter Ausbildung einer planen Oberfläche der Flachbatterie,
• Fig. 16 einen Schnitt durch eine Reihenschaltung zweier benachbarter Batteriesegmente ähnlich Fig. 13, jedoch unter Ausbildung einer planen Oberfläche der Flachbatterie,
• Fig. 17 eine schematische Draufsicht auf einen perforierten Steg,
• Fig. 18 eine schematische Draufsicht auf einen geschlitzten Steg,
• Fig. 19 einen Schnitt durch den Stegbereich einer Flachbatterie gemäß Fig. 18,
• Fig. 20 einen Teilschnitt durch einen Kartenkörper parallel zur Kartenoberfläche im Bereich einer elastisch eingebetteten Flachbatterie,
• Fig. 21 einen Teil-Querschnitt durch den Chipkartenkörper in Fig. 20 entlang der Schnittlinie A-A'.
• Im folgenden wird für den tragbaren Datenträger stets die Bauform einer Chipkarte zugrundegelegt. Die vorgeschlagene Batteriegestaltung und ihre Verwendung eignen sich aber genauso für beliebige andere planare Datenträgergstaltungen. Die Datenträger können ohne Weiteres auch eine gekrümmte Bauform besitzen, etwa die eines Armreifens.
• Fig. 1 zeigt die Belastung, die auf eine in einen Kartenkörper 21 einer Chipkarte 26 eingebaute, großflächige Folienbatterie 1' ausgeübt wird, wenn der Kartenkörper 21 stark gebogen wird. Wie deutlich zu sehen ist, bilden sich auf der konkaven Seite in der Außenhülle der Folienbatterie 1' durch das Stauchen Falten aus. Da es sich bei der Außenhülle um eine Metallfolie, handelt, bleiben diese Falten häufig bestehen, wenn der Kartenkörper 21wieder in die gerade Ausgangslage zurückkehrt. Auf der konvexen Außenseite der Folienbatterie 1' führt die Überdehnung der Außenhülle zu einer anschließenden Faltenbildung im nachfolgenden, unbelasteten Zustand. Diese Falten können in der Folge optisch sichtbare Unebenheiten auf der Kartenoberfläche hinterlassen.
• Fig. 2 veranschaulicht demgegenüber das Verhalten der erfindungsgemäßen segmentierten Flachbatterie 1 mit den zwischen den einzelnen Batteriesegmenten 2 befindlichen, flexiblen Stegen 3. Die Biegeverformungen werden hier im wesentlichen von den Stegen 3 aufgenommen. Die Batteriesegmente 2 sind allenfalls geringen Biegebelastungen ausgesetzt.
• Fig. 3 zeigt ein Beispiel für den Einbau einer erfindungsgemäßen Flachbatterie 1. Dargestellt ist dabei eine Flachbatterie 1 mit vier matrixartig in zwei Reihen und zwei Spalten nebeneinander angeordneten Batteriesegmenten 2. An der üblichen Position innerhalb des Kartenkörpers 21 befindet sich unter einem Kontaktfeld 22 ein - nicht gezeigter - Chip. Außerdem ist die Chipkarte 20 mit einem Display 23 versehen. Zum Ein- und Ausschalten des Displays 23 befindet sich in der Chipkarte 21 ein Schalter 24.
• Von außen sind bei Chipkarte 20 lediglich das Display 23, das Kontaktfeld 22 und der Schalter 24 sichtbar. Die Flachbatterie 1 selbst ist im Inneren der Chipkarte 20 untergebracht. Die Flachbatterie 1, das Display 23, das Kontaktfeld 22 und der Schalter 24 sind über im Kartenkörper 21 verlaufende Verbindungsleitungen 25 mit dem Chip verbunden. Die Flachbatterie 1 weist hierzu zwei Kontakte 16, 17 auf.
• Die Flachbatterie 1 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wiederaufladbar. Die Aufladung erfolgt über bestimmte Kontakte der Kontaktfläche 22 beim Einschieben der Chipkarte 20 in einen Terminal. Eine solche Chipkarte 20 mit Display 23 eignet sich insbesondere zur Verwendung als Geldkarte, die bei Druck auf den Schalter 24 den noch auf der Chipkarte 20 im Chip eingebuchten Betrag auf dem Display 23 anzeigt.
• Fig. 4 zeigt einen perspektivischen Teilschnitt durch eine halb fertiggestellte Flachbatterie 1 mit zwei Batteriesegmenten 2. Auf einer unteren Mantelfolienhälfte 7 wird unter Offenlassung von quadratischen Flächen ein Verbundmaterial 8 stegartig aufgebracht. In die von dem Verbundmaterial 8 freigelassenen Flächen werden dann die einzelnen Batteriesegmente 2 eingesetzt, welche jeweils aus einer Anodenschicht 12, einer Kathodenschicht 13 und einer dazwischen liegenden Elektrolytschicht 14 bestehen. Hierbei kann es sich um die ansonsten auch für herkömmliche Folienbatterien verwendeten Materialien handeln. Ebenso können der Aufbau und die Verbindung der Schichten auf herkömmliche Weise erfolgen.
• In Fig. 4 ist erst eines der Segmente 2 eingesetzt. Nachdem auch das zweite Segment eingesetzt ist, wird eine zweite - in der Figur nicht dargestellte - Folienmantelhälfte über die Segmente 2 gelegt und rund um die Segmente 2 gegen das Verbundmaterial 8 gedrückt, so daß sich diese obere Folienmantelhälfte mit der unteren Folienmantelhälfte 7 verbindet. Bei dem Verbundmaterial 8 handelt es sich um ein geeignetes Klebe- und Dichtungsmaterial, so daß die aufgelegte obere Folienmantelhälfte beim Andrücken sofort mittels des Verbundmaterials 8 mit der unteren Folienmantelhälfte 7 dicht verklebt wird.
• Fig. 11 zeigt einen Querschnitt durch eine Flachbatterie 1 mit zwei benachbarten Batteriesegmenten 2 gemäß Fig. 4. Wie Fig. 11 deutlich zeigt, wird durch die Verbindung der beiden Folienmantelhälften 6, 7 in den Randbereichen und zwischen den Batteriesegmenten 2 ein Folienmantel 5 mit zwei Kassetten 10 gebildet, in denen sich jeweils die einzelnen Batteriesegmente 2 befinden. Zwischen den beiden Kassetten 10 wird durch die Verbindung der beiden Folienmantelhälften 6, 7 mittels des Verbundmaterials 8 ein flexibler Steg ausgebildet.
• Beide Folienmantelhälften 6, 7 bestehen aus einer üblicherweise für Flachbatterien verwendeten, herkömmlichen Metallfolie. Das Verbundmaterial 8 ist elektrisch isolierend, so daß keine elektrische Verbindung zwischen der oberen Folienmantelhälfte 6 und der unteren Folienmantelhälfte 7 existiert. Die beiden Batteriesegmente 2 sind jeweils in gleicher Richtung orientiert, das heißt, die Anode 12 und die Kathode 13 befinden sich jeweils auf der gleichen Seite, so daß die Anoden 12 der beiden Batteriesegmente 2 durch die untere Folienmantelhälfte 7 und die Kathoden 13 der beiden Batteriesegmente 2 über die obere Folienmantelhälfte 6 untereinander verbunden werden. Die beiden Batteriesegmente 2 sind somit parallel geschaltet, wodurch sie kapazitiv addiert werden.
• Da es sich bei den beiden Folienmantelhälften 6, 7 um Metallfolien handelt, können die Ober- und die Unterseite der Flachbatterie 1 unmittelbar als Kontakte der Flachbatterie 2 dienen. Vorzugsweise werden aber die obere Folienmantelhälfte 6 und die untere Folienmantelhälfte 7 jeweils an einer Kante mit einer Zunge bzw. Lasche versehen, welche dann - wie in der Fig. 3 dargestellt - als Kontakte 16, 17 zur Verbindung der Flachbatterie 1 mit den weiteren Komponenten in der Chipkarte 20 dienen.
• Die Fig. 5 bis 7 zeigen verschiedene mögliche Ausgestaltungen der Segmentierung. Fig. 5 zeigt einen matrixförmigen Aufbau wie in Fig. 3 mit vier in Reihen und Spalten nebeneinander angeordneten Batteriesegmenten 2. Fig. 6 zeigt eine Segmentierung nur entlang einer Hauptbiegungsrichtung R mit drei nebeneinander angeordneten, länglichen Segmenten 2. Fig. 7 zeigt eine runde Bauform mit einer axialen Segmentierung mit einem kreisrunden mittleren Segment 2k und einem ringförmigen Außensegment 2r. Eine solche runde Bauform hat den Vorteil, daß keinerlei scharfe Ecken entstehen, welche sich gegebenenfalls bei einer Biegung der Chipkarte durchdrücken könnten.
• Auch für die Verschaltung der benachbarten Batteriesegmente 2 untereinander bestehen verschiedene Möglichkeiten.
• So zeigt Fig. 12 eine Methode, um auf einfache Weise eine Reihenschaltung zweier benachbarter Batteriesegmente 2 zu erzeugen, um auf diese Weise eine Spannungsvervielfachung zu erreichen. Hierzu müssen die benachbarten Segmente 2 lediglich wechselweise orientiert sein, so daß beispielsweise an der unteren Folienmantelhälfte 7 bei dem einen Batteriesegment 2 die Anode 12 anliegt und bei dem anderen Batteriesegment die Kathode 13. Sofern dafür gesorgt ist, daß nur eine der beiden Folienmantelhälften 6, 7 die benachbarten Batteriesegmente 2 leitend verbindet, entsteht automatisch die gewünschte Reihenschaltung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies erreicht, indem die obere Folienmantelhälfte 6 entlang des gesamten Stegs 3 mit einem Schlitz 9 versehen ist, so daß hier der Kontakt unterbrochen ist.
• Fig. 13 zeigt eine Variante einer Reihenschaltung, wobei die obere Folienmantelhälfte 6 aus mehreren Folienabschnitten 6a, 6b besteht, die im Bereich des Stegs 3 überlappend miteinander verbunden sind. Da hier - wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 - eine Reihenschaltung erzeugt werden soll und daher kein Kontakt zwischen den beiden Folienabschnitten 6a, 6b der oberen Folienmantelhälfte 6 erwünscht ist, werden die beiden Folienabschnitte 6a, 6b im Bereich des Stegs 3 ebenfalls durch das elektrisch isolierende Verbundmaterial 8 verbunden. Bei dieser Variante ist der Steg 3 erheblich dicker und somit auch stabiler als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12.
• Die Fig. 17 bis 19 zeigen verschiedene Varianten von unterschiedlich flexibel ausgestalteten Stegen.
• Fig. 17 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Perforationslinie 11 entlang des Stegs 3, wodurch die Flexibilität dieses Stegs 3 erhöht wird, andererseits aber eine elektrische Kontaktierung zwischen den benachbarten Segmenten 2 erhalten bleibt.
• Die Fig. 18 und 19 zeigen die Anbringung eines Schlitzes 9 auf beiden Seiten des Stegs. Bei dieser Variante wird eine vollständige elektrische Isolierung der benachbarten Batteriesegmente 2 gegeneinander erreicht. Die Flexibilität des Stegs 3 wird hierbei ausschließlich durch die Materialauswahl bzw. die Dicke des Verbindungsmaterials 8 im Stegbereich bestimmt.
• Eine vollständige Isolierung zweier benachbarter Batteriesegmente kann sinnvoll sein, wenn eine Flachbatterie mit besonders hoher Spannung benötigt wird. Es bietet sich dann an, bei einer matrixförmig aufgebauten Flachbatterie mit einer Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneten Batteriesegmenten die einzelnen Segmente vollständig in Reihe hintereinander zu schalten. Hierzu können beispielsweise jeweils die einzelnen Segmente in den verschiedenen Reihen - durch eine wechselseitige Orientierung der benachbarten Batteriesegmente sowie eine wechselseitige Verbindung der Batteriesegmente mal durch die obere Folienmantelhälfte und mal durch die untere Folienmantelhälfte - in Reihe hintereinander geschaltet sein. Lediglich die endseitigen Segmente werden mit dem in der gleichen Spalte befindlichen Segment der darüberliegenden oder der darunterliegenden Reihe passend verbunden. Zwei benachbarte Reihen sind dadurch bis auf das jeweilige Endsegment vollständig voneinander elektrisch getrennt. Insgesamt wird so eine Art mäanderförmige Reihenverschaltung aller Segmente der Matrix erreicht (nicht dargestellt).
• Für den Einbau einer erfindungsgemäßen Flachbatterie 1 in einen Chipkartenkörper 21 bestehen verschiedene Möglichkeiten.
• Eine Möglichkeit besteht darin, die Flachbatterie 1 wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 vollständig innerhalb des Kartenkörpers 21 beispielsweise in einer Kavität 26 unterzubringen.
• Die Fig. 20 und 21 zeigen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei welchem die Flachbatterie 1 innerhalb der Kavität 26 "schwimmend" innerhalb einer elastischen Vergußmasse 27 eingebettet ist. Wie in den Figuren zu sehen ist, ist die Flachbatterie 1 vollständig von der Vergußmasse 27 umgeben. Bei dieser Vergußmasse 27 kann es sich beispielsweise um eine Silikonverbindung, um ein Polyurethan-Klebematerial, ein Ethylen- Vinylacetat-Copolymer oder einen sonstigen schäumbaren Kunststoff handeln. Durch die elastische Einbettung wird sicher verhindert, daß sich bei einer Kartenbiegung die Kanten der Flachbatterie 1 an der Kartenkörperoberfläche abzeichnen können.
• Die Fig. 14 bis 16 zeigen spezielle Varianten der Flachbatterien 1 gemäß den Fig. 11 bis 13, wobei durch eine passende Positionierung der Stege 3 bündig mit einer Oberfläche der Segmente 2 eine plane Oberfläche 15 der Flachbatterie 1 erzeugt wird. Im Randbereich wird durch die Verbindung der Folienmantelhälften 6, 7 eine Art Flanschabschnitt 4 gebildet.
• Eine solche Flachbatterie 1 kann in eine außenseitige Kavität eines Chipkartenkörpers eingesetzt werden. Hierzu muß lediglich in dem Kartenkörper eine Kavität erzeugt werden, was entweder direkt bei der Herstellung des Kartenkörpers oder durch nachträgliches Fräsen in einen vorgefertigten Kartenkörper geschehen kann. Die Flachbatterie kann dann auf übliche Weise wie ein Chipmodul in den Kartenkörper eingesetzt werden, etwa durch Verkleben der Flachbatterie 1 mit dem Kartenkörper im Randbereich der Kavität. Beispielsweise kann die Batterie ringsum mittels einer Klebemasse unterhalb des Flanschabschnitts 4 in der Kavität eingeklebt werden. Insbesondere bietet es sich an, die Flachbatterie 1 entlang dieses Flanschabschnitts 4 mit einer Schulter einer zweistufigen Kavität zu verbinden.
• Zusätzlich zur Verklebung im Randbereich kann die Flachbatterie auch punktweise, d. h. an bestimmten Unterstützungsfixierungspunkten 18, mit der Grundfläche der Kavität im Kartenkörper verbunden, beispielsweise verklebt werden. Verschiedene Varianten sind in den Fig. 8, 9 und 10 dargestellt. Fig. 8 zeigt eine Unterstützungsfixierung der Batteriehülle lediglich am Hauptbelastungspunkt in der Mitte. Fig. 9 zeigt eine mehrfache Unterstützungsfixierung an verschiedenen Punkten 18 und Fig. 10 eine Unterstützungsfixierung abschnittsweise entlang bestimmter Unterstützungsfixierungslinien 19, hier entlang der Diagonalen der rechteckigen Flachbatterie.
• Bei einem Einbau der Batterie in eine Kavität in der Oberfläche des Kartenkörpers bietet es sich auch an, die Verbindung nicht dauerhaft, sondern lösbar zu machen. In diesem Fall ist es möglich, eine verbrauchte bzw. schadhafte Batterie gegen eine neue auszutauschen. Beispielsweise kann hierzu ein lösbarer Kleber verwendet werden, welcher sich durch Wiederaufwärmen erweicht.
• Neben den vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten der Erfindung ist eine Vielzahl weiterer Varianten möglich. Insbesondere gilt das für die Form der Segmentierung, für die Verschaltungen der Batteriesegmente sowie für den Einbau der Flachbatterie in den Kartenkörper. Vor allem ist es auch möglich, die verschiedensten Varianten beliebig zu kombinieren und so die Flachbatterie bzw. die Chipkarte an die jeweiligen Erfordernisse optimal anzupassen.

Claims (22)

1. Flachbatterie (1) mit mehreren in einer Ebene angeordneten, umhüllten Batteriesegmenten (2, 2k, 2r), welche über zwischen den Batteriesegmenten (2, 2k, 2r) verlaufende Stege (3) flexibel miteinander verbunden sind.

2. Flachbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Batteriesegmente (2) in Reihen und/oder Spalten nebeneinander angeordnet sind.

3. Flachbatterie nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein kreisförmiges mittleres Batteriesegment (2k) oder mehrere teilkreisförmige mittlere Batteriesegmente und gegebenenfalls ein weiteres konzentrisch dazu angeordnetes ringförmiges Batteriesegment (2r) oder mehrere konzentrisch dazu angeordnete teilringförmige Batteriesegmente.

4. Flachbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen die Batteriesegmente (2, 2k, 2r) umhüllenden kassettenartigen Folienmantel (5) mit zwei Folienmantelhälften (6, 7), welche jeweils die Batteriesegmente (2, 2k, 2r) auf einer Seite abdecken und welche in den Randbereichen der Flachbatterie (1) und zwischen den Batteriesegmenten (2, 2k, 2r) unter Bildung der Stege (3) untereinander verbunden sind.

5. Flachbatterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Folienmantel (5) zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähig ist und die einzelnen Batteriesegmente (2, 2k, 2r) innerhalb des Folienmantels (5) bezüglich verschiedener Kontakte (12, 13) der Batteriesegmente (2, 2k, 2r) so zueinander orientiert angeordnet sind und zumindest bereichsweise derart mittels des Folienmantels (5) untereinander kontaktiert sind, daß die einzelnen Batteriesegmente (2, 2k, 2r) in einer bestimmten vorgegebenen Schaltungskonfiguration zusammengeschaltet sind.

6. Flachbatterie nach Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienmantelhälften (6, 7) aus leitfähigem Material bestehen oder auf der zu den Batteriesegmenten (2, 2k, 2r) weisenden Innenseite leitfähig beschichtet sind und mittels eines elektrisch isolierenden Verbundmaterials (8) in den Randbereichen und/oder den Stegbereichen miteinander verbunden sind.

7. Flachbatterie nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Folienmantelhälften (6) entlang eines Stegs (3) zwischen zwei benachbarten Batteriesegmenten (2) zumindest abschnittsweise durchtrennt ist.

8. Flachbatterie nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Folienmantelhälften (6) mehrere Folienabschnitte (6a, 6b) aufweist, die entlang eines Stegs (3) zwischen zwei benachbarten Batteriesegmenten (2) überlappend miteinander verbunden sind.

9. Flachbatterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienabschnitte (6a, 6b) entlang des Stegs (3) mittels eines elektrisch isolierenden Verbundmaterials (8) miteinander verbunden sind.

10. Flachbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (3) derart zwischen den Batteriesegmenten (2) angeordnet sind, daß die Flachbatterie (1) an einer Seite eine von den Batteriesegmenten (2) und den Stegen (3) gebildete, im Wesentlichen plane Oberfläche (15) aufweist.

11. Flachbatterie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachbatterie (1) im Randbereich einen Flanschabschnitt (4) zum Fixieren der Flachbatterie (1) in einer Kavität eines Kartenkörpers aufweist.

12. Tragbarer Datenträger (20) mit einem Kartenkörper und einem darin angeordneten elektronischen Bauelement, gekennzeichnet durch eine Flachbatterie (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.

13. Tragbarer Datenträger (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachbatterie (1) in einer Kavität (26) im Kartenkörper (21) angeordnet ist.

14. Tragbarer Datenträger (20) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachbatterie (1) mit ihrer Umhüllung (5) punktweise oder entlang vorgegebener Unterstützungsfixierungslinien (19) in der Kavität (26) im Kartenkörper (21) fixiert ist.

15. Tragbarer Datenträger (20) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachbatterie (1) vollständig in dem Kartenkörper (21) der Chipkarte (20) eingeschlossen ist.

16. Tragbarer Datenträger (20) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachbatterie (1) in einer Kavität an einer Außenseite des Kartenkörpers (21) angeordnet ist.

17. Tragbarer Datenträger (20) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachbatterie (1) lösbar in der Kavität (26) des Kartenkörpers (21) fixiert ist.

18. Tragbarer Datenträger (20) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachbatterie in der Kavität (26) entlang eines umlaufenden, als Flanschabschnitt ausgebildeten Randbereichs der Flachbatterie (1) mit dem Kartenkörper (21) verklebt ist.

19. Tragbarer Datenträger (20) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachbatterie (1) innerhalb einer elastischen Masse (27) in dem Kartenkörper (21) eingebettet ist.

20. Tragbarer Datenträger (20) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Masse (27) eine Vergußmasse (27) ist.

21. Verfahren zum Einbau einer Flachbatterie in den Kartenkörper (21) eines tragbaren Datenträgers (20), bei welchem eine Flachbatterie (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer Kavität (26) im Kartenkörper (21) angeordnet und fixiert wird.

22. Verfahren zum Einbau einer Flachbatterie in einen Kartenkörper, bei welchem eine Flachbatterie (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 innerhalb einer elastischen Masse (27) in den Kartenkörper (21) eingebettet wird.