DE69132881T2

DE69132881T2 - Batterie mit ladeanzeige

Info

Publication number: DE69132881T2
Application number: DE69132881T
Authority: DE
Inventors: James R Burroughs; Alan N O'kain
Original assignee: Strategic Electronics
Current assignee: Strategic Electronics
Priority date: 1989-02-08
Filing date: 1991-01-28
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: USRE40506E1; BR9107195A; ATE211313T1; US5015544A; JPH06503441A; JPH0817095B2; EP0569354A4; WO1992013368A1; CA2101077A1; DE69132881D1; EP0569354B1; EP0569354A1; CA2101077C; USRE39703E1; HK1005158A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Batterie, die eine eingebaute Stärkeindikatorvorrichtung hat, um die Stärke, Spannung oder Kapazität der Batterie zu bestimmen. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung eine Batterie, die eine Indikatorzelle bzw. Anzeigezelle hat, die visuell anzeigt, wenn die Batterie oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Spannungswertes ist, ein LED-Array, das anzeigt, wenn die Batterie oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Spannungswertes ist; oder ein Redoxelement, das anzeigt, wenn die Spannungsausgabe oberhalb oder unterhalb einer vorbestimmten Spannung ist, und zwar durch eine Farbänderung.

Stand der Technik

Batterien werden in diesem Land und im Ausland für Automobile, Heimanwendungen, industrielle Anwendungen, Freizeitanwendungen und militärische Anwendungen intensiv · verwendet. Eine Batterie wird normale Weise getestet, indem seine Spannungsausgabe ohne · eine Last gemessen wird. Falls die Spannung unterhalb eines vorbestimmten Wertes ist und die Spannungscharakteristiken der Batterie bezüglich der Kapazität der Batterie bekannt sind, kann man bestimmen, ob die Batterie ausreichend Kapazität hat, um eine gewünschte Funktion durchzuführen. Eine genauer Anzeige des Zustands der Batterie kann bestimmt werden, indem der Spannungsabfall der Batterie unter einer Last notiert bzw. bemerkt wird. Eine gut geladene Batterie wird nur einen leichten Spannungsabfall unter Last aufzeigen, wohingegen eine erschöpfte Batterie einen beträchtlichen Spannungsabfall unter Last mitmachen wird. Bezüglich einer Nasszellenbatterie kann die Arbeitskapazität der Batterie häufig bestimmt werden, indem die spezifische Dichte des Elektrolyts gemessen wird.
Eine Trockenzellbatterie hat nicht ein Speicherflüssigkeitselektrolyt; somit kann ihre Kapazität nicht bestimmt werden, indem spezifische Gravitätsmessungen unternommen werden. Zusätzlich sind Voltmeter teuer, wie dies auch für Vorrichtungen zum Messen der Spannungsausgabe einer Batterie gilt, und zwar sowohl unter Last als auch nicht unter Last. Dementsprechend werden die meisten Batterien gekauft oder verwendet, ohne dass der Käufer/Benutzer den wahren Zustand der Batterie kennt.
Kürzlich hat der Hersteller von Batterien mit der Marke DURACELL damit begonnen, seine Packungen mit Datum zu kennzeichnen, um anzuzeigen, bis zu welchem Datum die Batterie in Verwendung sein sollte. Obwohl dieses Datumstempeln von einem gewissen Nutzen für die Käufer sein kann, sagt es dem Käufer nichts über den tatsächlichen Zustand der Batterie. Darüber hinaus enthält das Datumstempeln der Packung nicht das Datumstempeln der Batterie; somit hat der Käufer keine Ahnung von dem Benutzungsdatum einer bestimmten Batterie, wenn sie einmal aus der Packung entnommen worden ist.
Das US-Patent Nr. 4,962,347, das oben genannt wurde, offenbart ein Blitzlicht mit einem eingebauten Batterietester, der ein Voltmeter, ein Amperemeter oder eine visuell anzeigende Chemikalie oder eine LED-Zelle hat, um anzuzeigen, wenn die Ausgangsspannung der Batterie oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Wertes ist.
Taschenlampen, tragbare Laternen bzw. Lampen, tragbare Radios und Fernseher, Kameras, Videorekorder, tragbare Diktiergeräte und dergleichen werden in diesem Land und im Ausland intensiv benutzt. Nahezu jeder Haushalt und jedes Geschäft hat wenigstens eine Taschenlampe oder eine tragbare Laterne bzw. Lampe und ein Radio. Viele Haushalte und Geschäfte haben zahlreiche Vorrichtungen, wie z. B. Rekorder, tragbare Radios und Fernsehgeräte, Videorekorder, Rechenmaschinen bzw. Taschenrechner, Kameras und dergleichen, die Batterien als ihre Energiequelle verwenden. Manche der Vorrichtungen, wie z. B. Taschenlampen, werden selten verwendet, das heißt während einer Notfallsituation, wo es einen Leistungsfehler bzw. Leistungsausfall gegeben hat, oder wenn es unpraktisch ist, eine Lichtquelle zu verwenden, die durch einen herkömmlichen Haushaltsstrom mit Leistung versorgt wird, wie z. B. zur Verwendung im Freien oder zur Verwendung in einer unbeleuchteten Dachkammer oder einem Kriechboden bzw. Kriechspeicher. Andere Vorrichtungen, wie z. B. tragbare Radios werden intensiv verwendet. Der Hauptteil dieser batteriebetriebenen Vorrichtungen verwendet nicht wieder aufladbare Trockenzellbatterien. Nicht wieder aufladbare Alkalibatterien, die unter den Marken EVEREADY, DURACELL, RAY-OVAC und dergleichen verkauft werden, haben eine Anzahl von Vorteilen gegenüber wieder aufladbaren Batterien. Auf einer Gewicht-zu- Gewicht- und Volumen-zu-Volumen-Basis können Alkalibatterien 3- bis 4-mal der Leistung einer aufladbaren Batterie liefern. Zusätzlich geben nicht aufladbare Trockenzellbatterien eine höhere Spannung ab als aufladbare Trockenzellbatterien. Viele aufladbare Trockenzellbatterien müssen, selbst wenn sie nicht in Verwendung sind, periodisch geladen werden, um die Batterien davor zu bewahren, unterhalb eines festgelegten Ladungsniveaus zu fallen, um einen permanenten Schaden an den Batterien zu verhindern. Alkalibatterien, die häufig verwendet werden, können eine Lagerbeständigkeit oder eine Speicherungslebensdauer von drei bis fünf Jahren aufweisen. Während dieser Zeitdauer ist eine Wartung der Batterie nicht erforderlich. Zusätzlich werden die meisten aufladbaren Batterien, sowohl Nasszellbatterien als auch Trockenzellbatterien, vollständig sich innerhalb sechs Monaten oder weniger seit ihrer letzten Aufladung entladen.
Die meisten Personen testen ihre Batterien, indem die Vorrichtung, in der die Batterien installiert sind, eingeschaltet wird. Falls die Vorrichtung arbeitet, ist die Person normalerweise zufrieden, dass die Batterien betriebsfähig sind. Manche Personen werden die Batterien auf einem Batterietester überprüfen, um den Zustand der Batterien zu bestimmen. Manche Personen werden sogar die Batterien unter Lastbedingungen als auch unter Nicht-Lastbedingungen prüfen, um den Spannungsabfall zu messen. Obwohl es nicht kompliziert ist, Batterien zu prüfen, wird Zeit benötigt, um eine Vorrichtung auseinander zu nehmen, die Batterien zu entfernen, die Batterien zu prüfen, und, falls sie den Test überstanden haben, die Batterien erneut in die Vorrichtung einzubauen. Es ist normalerweise nicht möglich, neue Batterien zum Zeitpunkt des Kaufs zu prüfen, und zwar wegen der Batterieschutzverpackung.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Batterie bereitzustellen, die einen eingebauten Batteriestärkeindikator aufweist, der es einem erlaubt, unmittelbar die Batteriestärke oder den Batteriezustand zu bestimmen. Somit kann mit der verbesserten Batterie der vorliegenden Erfindung ein Benutzer schnell und ohne Anstrengung die Stärke oder den Zustand einer Batterie bestimmen. Wenn eine Batterie leicht getestet wird, wie dies bei der Batterie der vorliegenden Erfindung der Fall ist, ist es für den Benutzer der Batterie wahrscheinlich, routinegemäß den Zustand der Batterie zu prüfen.
Batterien, die einen eingebauten Batteriestärkeindikator aufweisen, sind in EP-A-0 450 938 und EP-A-0 495 636 offenbart, die unter Art. 53(3) EPÜ fallen. US-A-4,723,656 offenbart eine Batteriepackung mit einem Batteriestärkeindikator.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung, eine nicht wieder ladbare Alkalibatterie, die einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen Batteriestärkeindikator umfasst, wobei der Batteriestärkeindikator folgendes umfasst:
eine Indikatoreinrichtung, die unterhalb einer Schicht angeordnet ist, die an einer Seite der Batterie angebracht ist, eine erste leitende Leitung bzw. ein erster leitender Draht, der elektrisch ein Ende der Indikatoreinrichtung und den ersten Batterieanschluss verbindet; und
einen Batterieschalter, der eine Schaltkammer umfasst, die zwischen einer nichtleitenden oberen Schicht und einer nichtleitenden Basisschicht ausgebildet ist, eine zweite Leitung bzw. einen zweiten leitenden Draht, der sich von innerhalb der Kammer erstreckt und mit dem gegenüber liegenden Ende der Indikatoreinrichtung verbunden ist, wobei ein Abschnitt der zweiten leitenden Leitung bzw. des zweiten leitenden Drahtes innerhalb der Schaltkammer einen Schaltkontakt umfasst und wobei eine leitende Schicht von dem zweiten Schaltkontakt beabstandet ist und im elektrischen leitenden Kontakt mit dem zweiten Batterieanschluss ist, wobei der Batterieschalter in einer elektrisch offenen Position vorgespannt ist bzw. voreingestellt ist,
wodurch nach dem Drücken der oberen Schicht über die Schaltkammer der Schaltkontakt elektrisch die leitende Schicht kontaktieren wird, um so elektrisch mit dem zweiten Anschluss der Batterie verbunden zu sein, wodurch die Indikatoreinrichtung in den elektrischem Kontakt über die Anschlüsse der Batterie gebracht wird, um die Stärke der Batterie anzuzeigen.
Vorzugsweise umfasst der Batterieindikator eine nichtleitende Basisschicht, die über der Seite der Batterie angeordnet ist, eine nichtleitende obere Schicht, die über der nichtleitenden Basisschicht angeordnet ist, eine leitende Schicht, die zwischen der nichtleitenden oberen Schicht und Basisschichten angeordnet ist, wobei die leitende Schicht eine reduzierte Querschnittsfläche in einer Indikatorzone aufweist; und wobei ein Indikatormittel ein wärmeempfindliches, farbanzeigendes Material umfasst, das angepasst ist, um eine Farbänderung mit zu machen, wenn die Temperatur in der Indikatorzone auf eine vorbestimmte Temperatur ansteigt, wenn die Spannung des Stroms, der dadurch fließt, einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Alternativ kann das Indikatormittel eine nichtleitende Basisschicht, die über der Seite der Batterie angeordnet ist, eine nichtleitende obere Schicht, die über der nichtleitenden Basisschicht angeordnet ist, eine leitende Schicht, die zwischen der nichtleitenden oberen Schicht und der Basisschicht angeordnet ist, wobei die leitende Schicht eine reduzierte Querschnittsfläche in einer Anzeigezone aufweist, umfassen; und wobei die Indikatoreinrichtung ein pyrotechnisches Material umfasst, das angepasst ist, um sich zu zersetzen, wenn die Temperatur in der Indikatorzone bzw. Anzeigezone auf eine vorbestimmte Temperatur ansteigt, wenn die Spannung des Stroms, der dadurch fließt, einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Gemäß einer weiteren Alternative kann der Batterieindikator folgendes umfassen: eine nichtleitende Basisschicht, die über der Seite der Batterie angeordnet ist, eine nichtleitende obere Schicht, die über der nichtleitenden Basisschicht angeordnet ist, eine leitende Schicht, die zwischen der nichtleitenden oberen Schicht und der Basisschicht angeordnet ist, wobei die leitende Schicht eine reduzierte Querschnittsfläche in einer Indikatorkammer hat, so dass, wenn die Spannung des Stroms, der durch die leitende Schicht in der Indikatorkammer fließt, einen vorbestimmten Wert überschreitet, der Strom, der durch die leitende Schicht in der Indikatorkammer fließt, die Temperatur der leitenden Schicht in der Indikatorkammer auf den Schmelzpunkt der leitenden Schicht erhöht, wodurch die leitende Schicht veranlasst wird, bei der reduzierten Querschnittsfläche zu schmelzen.
Optional wird die Batterie eine Schalteinrichtung enthalten, die daran angepasst ist, in einer "Ein"-Stellung elektrisch zu verbinden und eine Schaltung bzw. einen Stromkreis zwischen der Batterie und der Anzeigeeinrichtung zu vervollständigen.
Bei einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Batteriepackung bereitgestellt, die einen Batteriestärkeindikator hat, wobei die Batteriepackung einen Packungsrahmen und wenigstens eine nicht wieder aufladbare Alkalibatterie umfasst, die auf dem Packungsrahmen montiert ist, wobei die Batterie einen ersten und zweiten Anschluss hat, wobei der Batteriestärkeindikator folgendes umfasst:
eine Indikatoreinrichtung, die auf dem Packungsrahmen montiert ist und elektrisch mit dem zweiten Anschluss der Batterie verbunden ist; und
einen Batterieschalter, der eine elastische, nicht leitfähige Schicht umfasst, die über dem Packungsrahmen angeordnet ist, wobei eine Schaltkammer unterhalb der elastischen Schicht angeordnet ist, ein Paar von Schaltkontakten in der Kammer beabstandet sind, wobei einer der Schaltkontakte elektrisch mit der Indikatoreinrichtung verbunden ist, und der andere der Schaltkontakte elektrisch mit dem ersten Anschluss der Batterie verbunden ist, wobei der Batterieschalter in einer elektrisch offenen Position vorgespannt ist, wodurch nach dem Drücken der elastischen Schicht über der Schaltkammer der Schaltkontakt die Indikatoreinrichtung in einem elektrischen Kontakt über die Anschlüsse der Batterie versetzen wird.
Bei allen vorhergehenden Aspekten kann die Indikatorkammer eine durchscheinende oder transparente Wand umfassen, die aus der zuvor genannten nichtleitenden Schicht, oberen Schicht oder elastischen Schicht sein kann.
Die Indikatoreinrichtung oder der Indikator kann eine chemische Redoxzusammenstellung umfassen, die ihre Farbe ändert, wenn das Spannungspotenzial über dem Indikator eine vorbestimmte Spannung überschreitet.
Alternativ kann es sich um eine Flüssigkristallzusammensetzung handeln, die ihre Phasen ändert, wenn das elektrische Feld über dem Indikator einen vorbestimmten Wert überschreitet, oder es kann eine LED sein, die eine sichtbare Änderung mit macht, wenn die Spannung, die an dem Indikator angelegt wird, einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Draufsicht einer Batteriestärkenindikatorvorrichtung;
Fig. 1A ist eine Draufsicht einer Batteriestärkenindikatorvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einem Schalter;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Batterie, die eine Batteriestärkenindikatorvorrichtung hat;
Fig. 3 ist einevertikale Schnittansicht entlang der Linien 3-3 der Fig. 1;
Fig. 4 ist eine Draufsicht einer Batteriestärkenindikatorvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie 5-5 der Fig. 4;
Fig. 6 ist eine vertikale Schnittansicht des Schalters der vorliegenden Erfindung mit dem Schalter in der Aus-Position;
Fig. 7 zeigt eine vertikale Schnittansicht eines Schalters der vorliegenden Erfindung, wobei der Schalter in der "Ein"-Position ist;
Fig. 8 ist eine vertikale Schnittansicht eines alternativen Schalters der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ist eine vertikale Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der Batteriestärkenindikatorvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ist eine Draufsicht einer anderen alternativen Ausführungsform der Batteriestärkenindikatorvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 zeigt eine Draufsicht noch einer weiteren Ausführungsform der Batteriestärkenindikatorvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht der Batteriepackung der vorliegenden Erfindung mit einer Batteriestärkenindikatorvorrichtung;
Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm der Batteriepackungsschaltung der vorliegenden Erfindung mit einer Batteriestärkenindikatorvorrichtung;
Fig. 14 ist eine vertikale Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des Schalters der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 ist eine vertikale Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Batteriestärkenindikatorvorrichtung der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 16 ist eine vergrößerte Schnittansicht innerhalb einer Kreislinie 16 der Fig. 15.

Modi zum Ausführen der Erfindung

Nimmt man Bezug auf Fig. 1, so ist eine Batteriestärkenindikatorvorrichtung 10 gezeigt. Die Indikatorvorrichtung hat eine Indikatorkammer, eine Zelle oder eine Blase 12, die in einem Streifen 16 ausgebildet ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den Zellen der vorliegenden Erfindung um abgedichtete Zellen. Leitende Schichten 14 laufen über die Länge des Streifens in die Indikatorblase, um voneinander beabstandete Elektroden auszubilden. Die Indikatorblase enthält ein Anzeigematerial 17, das eine sichtbare Änderung mitmacht, wenn das Spannungspotenzial über die Indikatorzelle einen vorbestimmten Wert überschreitet. Wenigstens eine Seite des Streifens 16 ist transparent oder durchscheinend.
Die verbesserte Batterie 18 ist in Fig. 2 gezeigt. Die Batterie hat eine Anode 20 und eine Kathode als ihre Basis (nicht gezeigt). Die Indikatorvorrichtung 10 ist an der Seite der Batterie angebracht, wobei die Enden der Vorrichtung mit der Anode 20 und der Kathode verbunden sind. Falls die Vorrichtung eine Konstant-Senken-Vorrichtung ist, das heißt die Vorrichtung ist ständig an, macht die Indikatorzelle eine sichtbare Änderung mit, wenn die Ausgangsspannung der Batterie unterhalb eines vorbestimmten Wertes fällt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung hat die Batterie die Indikatorvorrichtung der Fig. 1A, die einen Streifen 16, leitende Drähte bzw. Leitungen 14, eine Indikatorzelle 12 und einen Schalter 24 enthält. Der Schalter ist so vorgespannt, dass er in einer Aus-Position ist, und somit wird die Indikatorvorrichtung nur betätigt, wenn der Schalter ein ist, womit dadurch eine konstante Senke bezüglich der Batterie verhindert wird.
Nimmt man Bezug auf die Fig. 3, so umfasste die Indikatorvorrichtung 10A eine erste Schicht 30, eine zweite Schicht 32 und eine leitende Schicht oder eine Leitung 14, die zwischen der ersten und zweiten Schicht gelagert ist. Das Ende der leitenden Leitungen erstreckt sich in die Indikatorkammer oder Zelle 12, die mit einem Indikatormaterial 33 gefüllt ist. Die Enden der leitenden Leitungen bilden Elektroden 16. Die zweite Schicht der Vorrichtung der Fig. 3 ist mit dem Bauch 37 ausgebildet, der auf einer Seite der Zelle ausgebildet ist. Die andere Seite der Zelle ist durch die erste Schicht ausgebildet. Die erste Schicht kann ein klares Material, ein durchscheinendes Material oder ein lichtundurchlässiges Material sein. Die zweite Schicht ist vorzugsweise, ein klares oder durchscheinendes Material. Die erste Schicht kann ein lichtundurchlässiges Material sein, und zwar solange wie der Bauchbereich klar oder durchscheinend ist. Falls die erste Schicht lichtundurchlässig ist, kann die innere Seite 31 der ersten Schicht mit einem reflektierenden Material, wie beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumfolie, oder ein hochreflektierendes weißes Material überzogen werden, um die Sichtbarkeit des Indikatormaterials zu verbessern.
Das Indikatormaterial kann jegliches Material sein, das eine sichtbare Änderung mitmachen wird, wie z. B. eine Farbänderung, wenn das Spannungspotenzial über die Elektroden eine vorbestimmte Spannung überschreitet oder darunter fällt. Beispielsweise kann das Material eine Redoxzusammensetzung sein, wie beispielsweise die Zusammensetzung in dem US- Sterling Patent Nr. 1,497,388 oder die Zusammensetzung, die von H. A. Fales und F. Kenny, INORGANIC QUANTITATIVE ANALYSIS, 1939, S. 391-393, oder dergleichen offenbart ist. Alternativ kann die Zusammensetzung eine Flüssigkristallzusammensetzung sein, wie beispielsweise eine der Zusammensetzungen, die in Kirk-Othmer, ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY, 3. Ausgabe, John Wiley & Suns, Band 7, S. 724-751, und Band, S. 395-427, offenbart ist.
Die Spannung-Farbanzeige-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst eine abgedichtete Zelle mit wenigstens einem transparenten oder durchscheinenden Fenster. Die Zelle wird mit einer wässrigen oder nichtwässrigen Zusammensetzung gefüllt, wie beispielsweise einer wässrigen Phenolphthaleinlösung. Zwei voneinander beabstandete Elektroden der Zelle sind in Kontakt mit der Farbanzeigelösung. Wenn ein Spannungspotenzial über die Elektrode induziert wird, tritt eine Redoxreaktion auf, die eine Farbänderung in der farbanzeigenden Lösung verursachen kann. Jede Lösung hat ihre eigene einzigartige Schwellenspannung, wobei die Redoxreaktion beginnen wird. Falls die Spannung der Batterie unterhalb der Schwellenspannung ist, wird keine Redoxreaktion auftreten und es wird keine Farbänderung geben.
Eine alternative Ausführungsform der Batteriestärkenindikatorvorrichtung 10B der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4 und 5 gezeigt. Die Indikatorvorrichtung 10B hat eine erste Schicht 30 und eine zweite Schicht 32a und leitende Leitungen oder Schichten 14, die dazwischen gelagert sind. Die zweite Schicht 32a weist eine Vertiefung oder Kavität 38 auf, die eine Seite der Indikatorzelle 12 festlegt; die andere Seite der Zelle wird durch die innere Oberfläche 31 der ersten Schicht 30 festgelegt. Die Kavität bzw. der Hohlraum ist mit gekrümmten Oberflächen gezeigt, sie kann ebenfalls gerade Seiten aufweisen, die in einer senkrechten oder nicht senkrechten Art und Weise angeordnet sind. Eine oder beide der Schichten sind transparent oder durchscheinend. Obwohl die Zeichnung die Schichten als relativ dick zeigt, können die Schichten in der tatsächlichen Praxis relativ dünn sein, wie beispielsweise 1 oder 2 mils bzw. Milli-Inch, wobei die Zelle eine maximale Höhe oder Tiefe von 0,5 oder 1 mil bzw. Milli-Inch aufweist.
Eine Ausführungsform des Schalters 44 der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 6 und 7 gezeigt. Der Schalter 44 hat eine Basisschicht 46 und eine elastische Topschicht 48, die an die Basisschicht angebracht ist. Leitende Drähte bzw. Leitungen oder Schichten 50a und 50b sind zwischen den beiden Schichten gelagert. Die leitende Schicht 50a auf der linken Seite der Vorrichtung ist von der leitenden Schicht 50b auf der rechten Seite der Vorrichtung durch eine Beabstandung 51 getrennt. Ein Teil der oberen Schicht ist in Form eines Blasenelements 56 ausgebaucht. Ein leitender Streifen oder ein Überzug 54 ist an der inneren Seite 55 des Blasenelements angebracht. Das Blasenelement ist weg von der Basisschicht 46 vorgespannt, wie in Fig. 6 gezeigt ist, so dass der leitende Streifen oder der Überzug nicht in Kontakt mit den Schaltkontakten 52 kommt. Somit ist der Schalter normalerweise in der Aus-Position. Wenn das Blasenelement nach unten in Richtung auf die Basisschicht gedrückt wird, wie in Fig. 7 gezeigt ist, berührt der leitende Streifen 54 die Schaltkontakte 52; womit die Kontakte überbrückt werden und ein Stromfluss über die Kontakte zwischen den leitenden Drähten und Schichten 50a und 50b erlaubt wird, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Wenn der Druck von dem Blasenelement weggenommen wird, wird das Blasenelement weg von der Basisschicht vorgespannt, wobei der Kontakt zwischen den beiden Kontakten 52 unterbrochen wird.
Eine alternative Ausführungsform des Schalters 44A der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 8 gezeigt. Dieser Schalter hat eine Basisschicht 46, eine elastische obere Schicht 48 und leitende Drähte bzw. Leitungen oder Schichten 50, die zwischen den beiden Schichten zwischengelagert sind. Die obere Schicht ist ausgebaucht, um ein Blasenelement 56 auszubilden. Die Schaltkontakte 52 befinden sich auf den inneren Seiten des Blasenelements. Ein leitender Streifen 54 oder eine Schicht ist an der inneren Seite der Basisschicht 46 angebracht. Dieser Schalter arbeitet in derselben Art und Weise, wie dies der Schalter der Fig. 6 und 7 tut. Das Blasenelement wird heruntergedrückt, um die Schaltkontakte 52 zum Kontakt mit dem leitenden Streifen 54 zu veranlassen; somit werden die zwei Kontakte elektrisch überbrückt. Das Blasenelement wird weg von der oberen Schicht vorgespannt, so dass der Schalter normalerweise in einer Aus-Position ist. Wenn Druck von dem Blasenelement weggenommen wird, wird das Blasenelement weg von dem leitenden Streifen vorgespannt; wodurch der Kontakt zwischen den Schaltkontakten und dem leitenden Streifen unterbrochen wird.
Eine andere Ausführungsform der Batteriestärkenindikatorvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 9 gezeigt. Die Vorrichtung 10C hat eine erste Schicht 30 und eine zweite Schicht 32. Leitende Schichten 14a und 14b werden unabhängig und getrennt zwischen der ersten und zweiten Schicht jeweilig auf der linken und rechten Seite der Vorrichtung zwischengelagert. Ein Teil der ersten Schicht wird in einem Bauch 37 ausgebildet, um die Indikatorzelle 12 auszubilden. Eine Platte oder eine Elektrode 60a wird an der inneren Oberfläche 31 der oberen Schicht innerhalb der Zelle angebracht und ist elektrisch mit der leitenden Schicht 14a verbunden. Eine zweite Platte oder Elektrode 60b ist an der inneren Seite 35 der zweiten Schicht 32 innerhalb der Indikatorzelle angebracht und elektrisch mit der leitenden Schicht 14b verbunden. Die Indikatorzelle ist mit einem Indikatormaterial 17 gefüllt, wie z. B. das oben beschriebene Material. Wenigstens eine der Schichten und ihre angebrachte Platte sind transparent oder durchscheinend (oder eine der Schichten ist transparent oder durchscheinend und ihre angebrachte Platte ist extrem dünn), so dass Änderungen des Indikatormaterials sichtbar sind.
Die Basisarchitektur der Indikatorvorrichtung der Fig. 9 kann ebenso für eine andere Ausführungsform des Schalters der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wenn die Architektur als ein Schalter verwendet wird, wird die Blase 37 weg von der zweiten Schicht 32 vorgespannt und die Indikatorzelle wird nicht mit einem Indikatormaterial gefüllt. Zwei Schaltkontakte ersetzen die Elektroden 60a und 60b und der Schalter arbeitet, wenn die Blase nach unten gedrückt wird, um Kontakt zwischen dem Schaltkontakt, der an der inneren Seite der ersten Schicht angebracht ist, und dem Schaltkontakt, der an der inneren Seite der zweiten Schicht montiert ist, herzustellen.
Eine andere Ausführungsform der Batteriestärkenindikatorvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 10 gezeigt. Die Indikatorvorrichtung 10D ist eine streifenähnliche Vorrichtung mit einer ersten und zweiten überlagerten Schicht 30 und 32, die aneinander in derselben Art und Weise als Streifen 30 und 32 in Fig. 3 angebracht sind. Wenigstens einer der Streifen ist transparent. Leitende Schichten 64 sind zwischen der ersten und zweiten Schicht zwischengelagert. Die leitende Schicht ist auf einen kleinen Querschnitt 65 in der Indikatorzone 66 reduziert. Innerhalb der Indikatorzone ist die leitende Schicht mit einer kleinen Menge einer pyrotechnischen Chemikalie 68, die wärmeempfindlich ist, überdeckt. Die pyrotechnische Chemikalie wird von einem farbanzeigenden, wärmeempfindlichen Material 70 umgeben, das eine sichtbare Farbänderung entweder permanent oder temporär mitmachen wird, wenn das Material wenigstens auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird. Die Batteriestärkenindikatorvorrichtung ist eine einmalige bzw. monostabile Vorrichtung; die pyrotechnische Chemikalie wird sich nur einmal zersetzen oder wird nur einmalig reagieren. Die pyrotechnische Chemikalie macht eine schnelle Zersetzung mit, wenn sie auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird. Der Widerstand der leitenden Schicht in der Fläche 65 mit reduziertem Querschnitt wird derartig ausgewählt, dass ein Stromfluss mit einer minimalen vorbestimmten Spannung durch die leitende Schicht die Fläche auf eine vorbestimmte Temperatur erhöhen wird, was dazu führen wird, dass die pyrotechnische Chemikalie sich zersetzt oder anderweitig reagiert. Die pyrotechnische Chemikalie wird wiederum die Temperatur des farbanzeigenden, wärmeempfindlichen Materials auf die vorbestimmte Temperatur zur Farbänderung erhöhen.
Obwohl die Indikatorvorrichtung der Fig. 10D mit einem farbanzeigenden, wärmeempfindlichen Material gezeigt ist, kann die Vorrichtung ebenso mit der pyrotechnischen Chemikalie allein hergestellt werden, wodurch am Streifen ein leichtes Verkohlen verursacht wird, was merklich ist. Einer der Streifen kann ebenso aus einem Material hergestellt werden, das für Temperatur empfindlich ist und eine sichtbare Änderung mitmachen wird, wenn die Temperatur einen vorbestimmten Wert überschreitet. Alternativ kann die Vorrichtung ohne die pyrotechnische Chemikalie hergestellt werden, wobei man sich auf das farbanzeigende, wärmeempfindliche Material allein verlässt, um anzuzeigen, ob die Batterie eine vorbestimmte minimale Spannungsausgabe hat. Falls das farbanzeigende, wärmempfindliche Material eine nicht permanente Farbänderung mitmacht, wenn es einer vorbestimmten Temperatur ausgesetzt wird, dann kann die Batteriestärkenindikatorvorrichtung der Fig. 10D wiederholt verwendet werden, um zu bestimmen, ob die Ausgangsspannung der Batterie einen vorbestimmten Spannungspotenzial erfüllt.
Eine weitere Ausführungsform der Batteriestärkenindikatorvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 11 gezeigt. Die Batteriestärkenindikatorvorrichtung 10E hat eine erste und zweite Schicht 30 und 32, die wie die Schichten 30 und 32 in Fig. 3 zusammen schichtartig bzw. sandwichartig angeordnet sind. Die leitenden Schichten 64 sind zwischen der ersten und zweiten Schicht zwischengelagert. Die leitende Schicht wird auf eine Fläche 75 kleinen Querschnitts innerhalb der Indikatorzelle 66 reduziert. Der Widerstand der leitenden Schicht und der Querschnittsfläche 75 werden derartig ausgewählt, dass der Stromfluss eines vorbestimmten minimalen Spannungspotenzials durch die leitende Schicht die Fläche 75 in der Art und Weise eines Sicherungselements zum Schmelzen bringen wird, wodurch verursacht wird, dass der leitende Streifen in der Fläche 75 eine offene Schaltung wird. Die Verdampfung des geschmolzenen leitenden Streifens bildet ein sichtbares Zeichen, dass die Fläche 75 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wurde, die nur erzielt werden kann, wenn die Vorrichtung einer vorbestimmten minimalen Spannung unterzogen wird.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 12 und 13 gezeigt. Eine Batteriepackung 84 umfasst zwei Batterien 18, die auf einem Packungsrahmen 82 montiert sind. Leitende Leitungen 14a und 14b sind an der Basis des Rahmens in elektrischem Kontakt mit der Kathode 22 der Batterie angebracht. Ein leitender Draht bzw. eine leitende Leitung 14 verbindet die Leitungen 14a und 14b mit einem Batteriestärkenindikator 10, wie z. B. jene, die hier beschrieben sind. Eine leitende Schicht 50 verbindet den Indikator 10 mit dem Schalter 44, der wiederum mit einer leitenden T-Verbindung 86 verbunden ist. Die T- Verbindung ist elektrisch mit den Batterieanoden 20 über eine leitende Schicht 50 und leitende Laschen 86 verbunden. Die Packung ist dazu gedacht, mit einer transparenten Abdeckung abgedeckt zu werden, die einen physikalischen Zugriff auf den Schalter 44 und einen visuellen Zugriff auf den Indikator 10 ergibt. In der Ausführungsform von Fig. 12 sind die Batterien parallel. Fig. 13 zeigt die Schaltung einer Batteriepackung, die zwei Batterien enthält, die in Reihe mit dem Schalter 44 und dem Indikator 10 geschaltet sind.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der leitenden Leitung sind der Schalter und der Indikator Schichten, die an dem Packungsrahmen angebracht sind. Die leitenden Leitungen können gedruckt oder direkt auf den Packungsrahmen siebgedruckt sein. Der Packungsrahmen kann die nichtleitende Basisschicht für den Schalter 44 und Indikator 10 sein.
Eine andere Ausführungsform des Schalters 44 der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 14 gezeigt. Der Schalter hat eine Basisschicht 46 und eine obere Schicht 48, die an der Basisschicht angebracht ist. Leitende Leitungen oder Schichten 50a und 50b sind zwischen den beiden Schichten zwischengelagert. Die leitende Schicht 50a auf der linken Seite der Vorrichtung ist in Schaltkontakt 62a in der Kammer 40 ausgebildet und die leitende Schicht 50b auf der rechten Seite der Vorrichtung ist in dem Schaltkontakt 52b in der Kammer ausgebildet. Ein Teil der oberen Schicht und unteren Schicht sind ausgebaucht, um Blasenelemente 56a und 56b auszubilden. Die Blasenelemente sind weg voneinander vorgespannt, so dass die Schaltkontakte nicht in Kontakt kommen. Somit ist der Schalter normalerweise in einer Aus-Position. Wenn die Blasenelemente zusammengedrückt werden, wie durch Pfeile in Fig. 14 gezeigt ist, kommen die Schaltkontakte in Kontakt, wodurch ein Stromfluss über die Kontakte und die leitenden Drähte bzw. Leitungen oder Schichten 50a und 50b erlaubt wird. Wenn der Druck von den Blasenelementen weggenommen wird, sind die Blasenelemente voneinander weg vorgespannt, wodurch ein Kontakt zwischen den beiden Schaltkontakten unterbrochen wird.
Die vorliegende Erfindung erlaubt es dem Benutzer einer Batterie, schnell zu bestimmen, ob die Kapazität der Batterie oberhalb oder unterhalb eines gegebenen Punktes ist, und zwar ohne die Verwendung eines Voltmeters und/oder Amperemeters. Die angenäherte Kapazität einer Batterie kann durch die Ausgangsspannung bei keiner Last der Batterie bestimmt werden. Die Indikatorvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann so hergestellt werden, dass sie einen bestimmten Nicht-Last-Spannungsschwellenwert anzeigt. Beispielsweise kann man einen Spannungsschwellenwert auswählen, der anzeigt, dass die Batterie ungefähr 20% erschöpft ist oder ungefähr 50% erschöpft ist - was immer für den beabsichtigten Zweck geeignet ist.
Der Indikator, der eine Flüssigkristallzusammensetzung aufweist, umfasst eine abgedichtete, voll eingeschlossene Zelle, die die Flüssigkristallzusammensetzung enthält. Vorzugsweise wird eine Seite der Zelle transparent und nicht nur durchscheinend. Die Basisschicht der Flüssigkristallindikatorzelle kann ein hochdielektrisches Material sein, das optional mit einem dielektrischen Spiegel in Kontakt mit der Flüssigkristallzusammensetzung überzogen ist. Die obere Schicht wird vorzugsweise transparent und hat optional einen transparenten, leitenden Überzug, der auf die Oberfläche in Kontakt mit der Flüssigkristallzusammensetzung angewendet wird. Eine Spannungsdifferenz wird über die Flüssigkristallzusammensetzung induziert, und zwar entweder zu dem hochdielektrischen Basismaterial oder zu der hochdielektrischen transparenten oberen Schicht, um ein elektrisches Feld zu induzieren. Eine elektrische Feldänderung kann Änderungen in optischen Eigenschaften von Flüssigkristallen verursachen, wie z. B., wenn ein Flüssigkristall sich von einer nematischen Phase in eine smektische Phase ändert. Ein derartiges Feld wird leicht erzielt, selbst mit kleinen Spannungseingaben von Batterien, indem ein hochdielektrisches Basismaterial und/oder ein hochdielektrisches oberes Schichtmaterial verwendet wird. Wenn somit der Flüssigkristalldetektor der vorliegenden Erfindung in einem nicht erregten Zustand ist, wird er eine optische Erscheinungscharakteristik der sich "in Ruhe befindlichen" Phase des Flüssigkristalls haben. Wenn die Indikatorvorrichtung aktiviert wird und ein Feld über der Flüssigkristallzusammensetzung erzeugt wird, wird die Flüssigkristallzusammensetzung sich in eine andere Phase umwandeln. Alternativ kann der Indikator in einem "immer Ein"- Zustand verbleiben und eine konstante Anzeige der Batteriestärke bereitstellen. Falls Batterien nicht ausreichend Spannung haben, um das hochdielektrische Schwellenfeld zu erzielen, wobei dadurch die Flüssigkristallzusammensetzung von einer Phase in die andere geändert wird, kann keine Änderung beobachtet werden. Somit wird jede Flüssigkristallindikatorzelle zurecht geschneidert werden, indem die Dicke des dielektrischen Materials in der sandwichartigen Anordnung, der Abstand zwischen den Platten oder Elektroden und die dielektrische Zusammensetzung gesteuert wird. Typische Flüssigkristallzusammensetzungen, die verwendet werden können, beinhalten Methoxybenzylidenbutylanilin und Terephthal-bis-p-butylanilin.
In der Indikatorvorrichtung der Fig. 15 sind die Elektroden 62b und 62a unabhängig und getrennt zwischen der ersten hochdielektrischen konstanten Schicht und der dritten nichtleitenden Schicht 30 und 34 und der ersten Schicht und zweiten nichtleitenden Schicht 30 und 32 jeweilig sandwichartig angeordnet. Ein Bauch, der sich nach außen von der ersten Schicht erstreckt, ist in der zweiten Schicht ausgebildet, um eine Indikatorzelle 40 auszubilden. Innerhalb der Zelle auf der Innenseite der zweiten Schicht 32 ist eine Platte 62a an der Leitung 14b angebracht oder überzogen und elektrisch damit verbunden. Die Indikatorzelle 12 ist mit einer Flüssigkristallzusammensetzung 40 gefüllt. Die zweite Schicht und Platte 62a und/oder die erste und dritte Schicht und Platte 62b sind transparent oder durchscheinend, so dass Änderungen an der Flüssigkristallzusammensetzung 40 sichtbar sind. Der Boden der Kammer kann einen hochreflektierenden Überzug oder dergleichen beinhalten, um eine Beobachtung der Änderungen an der Zusammensetzung 40 zu verbessern. Die Anordnung der ersten, zweiten und dritten Schicht der leitenden Schicht 14a ist in der vergrößerten Schnittansicht der Fig. 16 gezeigt.
Andere Konstruktionen der Batteriestärkenindikatoren und Schalter sind innerhalb des Umfangs dieser Erfindung gedacht. Beispielsweise kann ein Indikator mit leitenden oberen und Basisschichten hergestellt werden, die eine nichtleitende Schicht sandwichartig umgeben. Eine Zelle ist zwischen der oberen und unteren Schicht ausgebildet, wie hierin beschrieben. Die nichtleitende Schicht erstreckt sich nicht in die Zelle; diese Schicht isoliert jedoch elektrisch die obere Schicht von der unteren Schicht. Die Zelle ist mit einem Indikatormaterial gefüllt, wie hier beschrieben ist, und die obere und untere Schicht werden angepasst, um mit unterschiedlichen Polen einer Batterie verbunden zu werden. Die obere und/oder untere Schicht sind transparent oder durchscheinend.
Eine andere Indikatorausführungsform, die man sich gemäß der vorliegenden Erfindung vorstellt, ist ähnlich dem Indikator 10D der Fig. 10. Diese alternative Ausführungsform hat eine obere und Basisschicht, die eine leitende Schicht sandwichartig umgeben, die auf eine kleine Querschnittsfläche in einem Indikatorbereich des Indikators reduziert ist. Die obere Schicht und/oder Basisschicht machen Farbänderungen mit, wenn die Temperatur einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Die leitende Schicht wird in dem Indikatorbereich angepasst, um den vorbestimmten Temperaturschwellenwert zu überschreiten, wenn das Spannungspotenzial über der leitenden Schicht eine vorbestimmte Spannung überschreitet.
Eine andere Ausführungsform des Indikators kann ein BIOMETALL-Material von TOKI AMERICAN TECHNOLOGIES, INC. von Irvine, Kalifornien, verwenden. Das BIOMETALL-Material ist eine Form-Gedächtnis-Legierung, die ihre innere Struktur bei einer vorbestimmten Temperatur ändert und einen völlig neuen Raum einnimmt. Ein BIOMETALL-Material kann anstelle des pyrotechnischen Materials oder eines Farbanzeigematerials der Vorrichtung 10D der Fig. 1Ox verwendet werden, um anzuzeigen, ob die Batterie eine vorbestimmte Spannung hat.
Die vorliegende Erfindung kann mit einer Trockenzellenbatterie oder mit einer Nasszellenbatterie verwendet werden und sowohl mit aufladbaren als auch nicht aufladbaren Batterien. Jedoch aus Gründen der Praktikabilität wurde die Erfindung hier bezüglich einer Trockenzellenbatterie beschrieben.
Die moderne, nicht aufladbare Alkali-Trockenzellbatterie hat eine abnehmende Ausgangsspannung über ihre nutzbare Lebensdauer. Eine neue Batterie hat eine Ausgangsspannung von ungefähr 1,6 Volt. Nach einer Stunde beständiger Verwendung nimmt die Ausgangsspannung der Batterie (keine Last) auf zwischen 1,4 Volt und 1,45 Volt ab. Danach nimmt für den Hauptteil der nutzbaren Lebensdauer der Batterie die Nicht-Last- Spannung der Batterie allmählich in einer in etwa linearen Art und Weise ab. Wenn eine Batterie sich dem Ende ihres nutzbaren Lebens nähert, nimmt die Nicht-Last-Spannung auf ungefähr 1,0 Volt ab. Jedoch hat die Batterie immer noch etwas Kapazität und kann marginal mit diesem geschwächten Zustand für sehr kurze Zeitdauern verwendet werden. Wenn die Spannung der Batterie unterhalb 1,0 Volt fällt, ist die Batterie nahe am Ende ihres Lebens und die verbleibende Kapazität der Batterie ist sehr begrenzt. Nahe dem Punkt der Erschöpfung fällt die Ausgangsspannung der Batterie von ungefähr 1,0 Volt auf ungefähr 0,5 oder 0,6 Volt.
Die Lichtausgabe-Lichtstärke einer tragbaren Laterne bzw. Lampe oder einer Taschenlampenbirne ist etwas empfindlich gegenüber der Batteriespannung. Die Glühlampen sind gestaltet, um optimal bei einer spezifischen Spannung zu arbeiten. Falls die Spannung merklich überschritten ist (wie beispielsweise 50%), und zwar zu irgendeiner Zeit, wird der Film der Lampe schnell schmelzen oder verdampfen, wodurch die Lampe zerstört wird. Die meisten Lampen sind für Spannungen mit Erhöhungsstufen von 1,2 Volt gestaltet. Somit sind Glühlampen tragbarer Lampen bzw. Laternen optimal für eine Ausgangsspannung von ungefähr 4,8 Volt (eine 6-Volt-Lampe bzw. -Laterne) gestaltet, und eine Einzellen-, Zwei-Zellen-, Drei-Zellen-, Vier-Zellen- und Fünf-Zellen-Taschenlampen- Glühlampe sind für eine Ausgangsspannung von 1,2, 2,4, 3,6, 4,8 und 6,0 jeweilig gestaltet. Jedoch werden die Taschenlampen und Lampenglühbirnen wirksam über einen breiten Bereich arbeiten. Beispielsweise wird eine Zwei-Zellen-Lampenbirne oder -Lampe effektiv von ungefähr 3,2 Volt bis ungefähr 2,0 Volt arbeiten. Wenn jedoch die Spannung einer jeden Batterie unterhalb 1,0 Volt fällt, wird die Ausgabe der Glühlampe merklich beeinträchtigt und die Farbe des emittierten Lichts verschiebt sich von einem gelbweißen Licht in ein gelbrotes Licht.
Drei Sätze von Batterien werden in drei identischen Taschenlampen getestet, wobei die Batterien zwischen den Taschenlampen auf einer routinemäßigen Basis geschaltet werden. Die Ergebnisse der Tests sind in den folgenden Tabellen gezeigt. (Die römischen Ziffern I, 11 und III zeigen die Taschenlampe und die Zahlen 1A, 1B, 2A, 2B, 3A und 3B zeigen die einzelnen Batterien an.) Der erste Satz von Batterien (1A und 1B) waren Alkalibatterien der Marke ENERGIZER; der zweite Satz (2A und 2B) waren Alkalibatterien der Marke DURACELL und der dritte Satz (3A und 3B) waren Zinkkarbonbatterien der Marke EVEREADY. Die Batterien waren Batterien der Größe "D". Die Batterie 2A versagte nach 32 Stunden und wurde mit einer drei Jahre alten DURACELL-Alkalibatterie ersetzt, die eine Nicht-Last-Spannung von 0,99 Volt aufwies.
Die Taschenlampen waren Zwei-Zellen-Taschenlampen mit Glühbirnen. Die Glühbirnen waren mit 1,2 Volt und 0,5 Ampere bezeichnet. Der interne Widerstand des kalten Drahts der Glühlampe betrug ungefähr 0,4 Ampere. Der interne Widerstand des heißen Drahts der Glühlampe wurde nicht gemessen.
Jede Taschenlampe wurde mit einem Satz von Batterien geladen und eingeschaltet. Von Zeit zu Zeit wurden die Taschenlampen ausgeschaltet und die Ausgangsspannung der Batterien wurde gemessen. Auf einer periodischen Basis wurde die Ausgangsspannung der Batterien unter Last gemessen. Die Tests wurden nicht auf einer fortlaufenden 24-Stunden-Basis durchgeführt, sondern wurden für eine Zeitdauer von ungefähr 12 Stunden während der ersten zwei Tage durchgeführt, und zwar für ungefähr 3 Stunden am dritten Tag, ungefähr 7 Stunden am vierten Tag, ungefähr 6 Stunden am neunten Tag und 20 Minuten am zehnten Tag. Keine Tests wurden während des fünften, sechsten, siebten und achten Tags durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die nutzbare Lebensdauer einer Batterie nahe an der Erschöpfung ist, wenn die Spannung der Batterie unter 1,0 Volt gefallen ist. Nachdem die Spannung der Batterie unter 1,0 gefallen ist, kann die Entladungsrate der Batterie (angezeigt durch den Spannungsabfall) 0,5 Volt in einer halben Stunde überschreiten.
Von den Tabellen scheint es, dass die nutzbare Lebensdauer der 1A- und 1B-Batterien ungefähr 28 bis 29 Stunden ist und die halbe Lebensdauer ungefähr 14 Stunden ist, wo die Ausgangsspannung ungefähr 1,2 Volt ist. Wenn die Ausgangsspannung der Batterien ungefähr 1,3 Volt ist, haben die Batterien ungefähr 75% ihrer Betriebslebensdauer übrig. Wenn die Spannung der Batterien ungefähr 1, l Volt ist, haben die Batterien ungefähr 25% ihrer nutzbaren Lebensdauer übrig.
Die 2A- und 2B-Batterien scheinen eine nutzbare Lebensdauer von ungefähr 23 Stunden und eine halbe Lebensdauer von ungefähr 12 Stunden zu haben, wobei die Ausgangsspannung ungefähr 1, 2 ist. Wenn die Ausgangsspannung der Batterien ungefähr 1,3 Volt ist, haben die Batterien ungefähr 75% ihrer nutzbaren Lebensdauer übrig. Wenn die Ausgangsspannung unter 1,15 Volt fällt, haben die Batterien nur ungefähr 25% ihrer verbliebenen nutzbaren Lebensdauer.
Die Batterien 3A und 3B, die Zinkkarbonbatterien sind (LeChanche-Zelle) hatten eine viel kürzere Lebensspanne als die Alkalibatterien. Diese Batterien hatten eine nutzbare Lebensdauer von ungefähr 7,5 Stunden mit einer halben Lebensdauer von ungefähr 3,5 bis ungefähr 4 Stunden, wobei die Ausgangsspannung ungefähr 1,2 Volt betrug. Wenn die Ausgangsspannung der Batterien ungefähr 1,3 Volt betrug, haben die Batterien ungefähr 75% ihrer verbliebenen nutzbaren Lebensdauer. Wenn die Batterieausgangsspannung auf ungefähr 1,1 Volt fällt, haben die Batterien nur ungefähr 25% ihrer Lebensdauer übrig.
Wenn die Ausgangsspannung der Batterien unter 1,0 Volt fällt, erfahren alle Batterien schnelle Spannungsabfälle. Wenn die Batterien das Ende ihrer nutzbaren Lebensdauer erreicht haben, wurden die Taschenlampen abgeschaltet und den Batterien wurde eine Ruhe gegönnt. Überraschenderweise würde sich die Ausgangsspannung der Batterien wenden bzw. zurück kommen und die Batterien könnten für kurze Zeitdauern betrieben werden. Wenn dieser Zyklus von Ruhe und Verwendung fortgesetzt wurde, nahm die Fähigkeit der Batterien zurückzukommen ab und die Batterien erfuhren viel schnellere Spannungsabfälle unter Last.
Die Tests zeigen an, dass, wenn die Batterien frisch sind, der gesamte Spannungsabfall eines Paars von Batterien, die in Reihe sind, etwa von ungefähr 0,45 bis ungefähr 0,65 Volt beträgt; das heißt die gesamte Ausgangsspannung der zwei Batterien in der Taschenlampe unter Last wird ungefähr 3 Volt sein und wird ungefähr 2,5 Volt unter Last sein. Wenn die Batterien ihre halbe Lebensdauer erreichen, erhöhten sich die Spannungsabfälle für die zwei Batterien auf ungefähr 0,75 bis ungefähr 0,95 Volt. Wenn die Batterien das Ende ihrer nutzbaren Lebensdauer erreichten, wurde der Spannungsabfall auf über 1,0 Volt erhöht; das heißt die Ausgangsspannung der zwei Batterien unter Last war ungefähr 2,0 bis ungefähr 2,2 Volt und der Spannungsabfall war in etwa 1,0 Volt bis ungefähr 1,7 Volt.
Der Test zeigt ebenso, dass, wenn Batterien ihren Erschöpfungspunkt erreicht haben, aber ihnen erlaubt wurde, für wenige Stunden zu ruhen, ihre Nicht-Last-Ausgangsspannung 1,0 Volt überschreiten wird. Wenn jedoch die Batterien dann unter Last gesetzt werden, fällt die Arbeitsspannung der Batterien schnell auf einen niedrigen Wert wie 0,6 Volt. Dieser Spannungsabfall kann beobachtet werden, weil die Ausgangsspannung der Batterien in dem geschwächten Zustand nicht in einer Einzelschritt-Art und-Weise abfällt, sondern kontinuierlich über die Zeit abfällt, manchmal benötigt es eine lange Zeit, wie 30 Sekunden, um sich zu stabilisieren. Beispielsweise wurden zwei gebrauchte Alkalibatterien der Marke DURACELL, die jeweils keine Last-Ausgangsspannung von ungefähr 0,95 Volt haben, in einer Taschenlampe für eine Stunde eingebracht (das heißt verwendet). Am Ende der einen Stunde betrug die Nicht-Last-Ausgangsspannung der Batterien ungefähr 0,45 und 0,5 Volt, und zwar jeweilig. Die Batterien wurden unter Last gesetzt und die Spannung fiel sofort auf zwischen 0,6 und 0,7 Volt ab, wobei beide Batterien in Reihe waren, und der Abfall setzte sich über eine Zeitdauer von 30 Sekunden bis zu einem Endwert von 0,48 Volt fort, wobei beide Batterien in Reihe waren. Dieselbe Art von Phänomen wurde mit den ENERGIZER- Alkalibatterien und mit den Zinkkarbonbatterien der Marke EVEREADY beobachtet. Somit kann die Vorrichtung, die mit erschöpften Batterien ausgerüstet ist, einen starken Betrieb für eine kurze Zeitdauer erlauben, aber dann wird ihre Leistung schnell unter der weiter wirkenden Last abnehmen. TABELLE I BATTERIE-AUSGANGSSPANNUNG IM BETRIEB (Glühlampen-Taschenlampenbirne)
* Ersatz für Batterie 2A
Tabelle II stellt den gemessenen Batterie-Spannungsabfall der Batterien 1A, 1B, 2A und 2B unter Last dar. Der Test wurde begonnen, wenn die Batterien ihre betriebsmäßige halbe Lebensdauer hinter sich haben. Wie man sehen kann, erhöhte sich der Spannungsabfall einer Batterie unter Last, wenn die Batterie das Ende ihres nutzbaren Lebens erreicht. Mehr Hinweis gebend als der tatsächliche Abfall, ist die Zeitdauer, die es benötigt, um die Spannung unter Last zu stabilisieren. Während der nutzbaren Lebensdauer der Batterie ist ein Spannungsabfall von der Nicht-Last-Spannung zu der Last-Spannung der Batterie ein sofortiger Einzelschritt-Spannungsabfall. Wenn die Batterien jenseits ihres nutzbaren Lebens sind, ist der Spannungsabfall ein kontinuierlicher, langsamer Abfall, der eine gewisse Zeit brauchen kann, um sich zu stabilisieren, wobei manchmal 30 Sekunden überschritten werden. Dies zeigt an, dass die Batterien ihre begrenzten Kapazitäten erschöpft haben. TABELLE II BATTERIE-SPANNUNGSABFALL UNTER LAST (Taschenlampen-Glühbirnen)
* Ersatz für Batterie 2A

Claims

1. Nicht-wiederladbare alkalische Batterie (18) mit einem ersten Anschluss (20), einem zweiten Anschluss (22) und einem Batteriestärkindikator, wobei der Batteriestärkeindikator folgendes umfasst:

eine Indikatoreinrichtung (10A; 10B; 10C; 10D; 10E; 10F), die unterhalb einer Schicht (32), die an einer Seite der Batterie angebracht ist, angeordnet ist, wobei eine erste Leitung bzw. ein erster leitender Draht (14; 14a) ein Ende der Indikatoreinrichtung und den ersten Batterieanschluss elektrisch verbindet; und

ein Batterieschalter (44; 44A), der eine Schaltkammer (50) umfasst, die zwischen einer nichtleitenden oberen Schicht (48) und einer nichtleitenden Basisschicht (46) ausgebildet ist, eine zweite Leitung bzw. einen zweiten leitenden Draht (50a; 50), der sich ausgehend von innerhalb der Kammer erstreckt und mit dem entgegengesetzten Ende der Indikatoreinrichtung verbunden ist, wobei ein Teil bzw. Abschnitt der zweiten Leitung bzw. des zweiten leitenden Drahtes innerhalb der Schaltkammer einen Schaltkontakt (52; 52a) umfasst und eine leitende Schicht (50b; 50) von dem Schaltkontakt beabstandet ist und in elektrischen Kontakt mit dem zweiten Batterieanschluss ist, wobei der Batterieschalter (44; 44A) in eine elektrisch offene Stellung vorgespannt ist bzw. voreingestellt ist,

wodurch nach dem Drücken der oberen Schicht über die Schaltkammer der Schaltkontakt (52) elektrisch die leitende Schicht kontaktieren wird, um so in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Anschluss der Batterie zu sein, wodurch die Indikatoreinrichtung (10A; 10B; 10C; 10D; 10E) in elektrischem Kontakt über die Anschlüsse der Batterie platziert bzw. gebracht wird, um die Stärke der Batterie (18) anzuzeigen.

2. Batterie nach Anspruch 1, bei welcher die Indikatoreinrichtung (10A; 10B; 10C; 10F) eine nichtleitende Basisschicht (30), die über der Seite der Batterie angeordnet ist, eine nichtleitende obere Schicht (32), die über der nichtleitenden Basisschicht angeordnet ist, eine Indikatorkammer (12), die zwischen der nichtleitenden oberen Schicht und Basisschichten ausgebildet ist; und eine Anzeigeeinrichtung (33; 17; 40), die in der Indikatorkammer angeordnet ist, umfasst.

3. Batterie nach Anspruch 2, bei welcher die Anzeigeeinrichtung (33; 17; 40) angepasst ist, eine sichtbare Änderung durchzumachen, wenn sie wenigstens einem vorbestimmten Spannungswert unterzogen wird.

4. Batterie nach Anspruch 1, bei welcher die Indikatoreinrichtung (10D) eine nichtleitende Basisschicht (30), die über der Seite der Batterie angeordnet ist, eine nichtleitende obere Schicht (32), die über der nichtleitenden Basisschicht angeordnet ist, eine leitende Schicht (64), die zwischen der nichtleitenden oberen Schicht und der Basisschicht angeordnet ist, wobei die leitende Schicht eine reduzierte Querschnittsfläche (65) in einer Indikatorzone aufweist; und eine Indikatoreinrichtung, die ein wärmeempfindliches, farbanzeigendes Material (70) umfasst, das angepasst ist, eine Farbänderung durchzumachen, wenn die Temperatur in der Indikatorzone auf eine vorbestimmte Temperatur ansteigt, wenn die Spannung des Stromflusses dort hindurch einen vorbestimmten Wert überschreitet, umfasst.

5. Batterie nach Anspruch 1, bei welcher die Indikatoreinrichtung (10D) eine nichtleitende Basisschicht (30), die über der Seite der Batterie angeordnet ist, eine nichtleitende obere Schicht (32), die über der nichtleitenden Basisschicht angeordnet ist, eine leitende Schicht (64), die zwischen der nichtleitenden oberen Schicht und Basisschichten angeordnet ist, wobei die leitende Schicht eine reduzierte Querschnittsfläche (65) in einer Indikatorzone hat; und eine Indikatoreinrichtung, die ein pyrotechnisches Material (68) umfasst, das angepasst ist, sich zu zerlegen bzw. aufzulösen, wenn die Temperatur in der Indikatorzone auf eine vorbestimmte Temperatur ansteigt, wenn die Spannung des Stroms, der dort hindurch fließt, einen vorbestimmten Wert überschreitet, umfasst.

6. Batterie nach Anspruch 1, bei welcher die Indikatoreinrichtung (10E) eine nichtleitende Basisschicht (30), die über der Seite der Batterie angeordnet ist, eine nichtleitende obere Schicht (32), die über der nichtleitenden Basisschicht angeordnet ist, eine leitende Schicht (64), die zwischen der nichtleitenden oberen Schicht und Basisschichten angeordnet ist, wobei die leitende Schicht eine Fläche (75) mit reduziertem Querschnitt in einer Indikatorkammer (66) aufweist, so dass, wenn die Spannung des Stroms, der durch die leitende Schicht in der Indikatorkammer (66) fließt, einen vorbestimmten Wert überschreitet, der Strom, der durch die leitende Schicht in der Indikatorkammer fließt, die Temperatur der leitenden Schicht in der Indikatorkammer auf den Schmelzpunkt der leitenden Schicht erhöht, wodurch die leitende Schicht veranlasst wird, bei der Fläche (75) mit reduziertem Querschnitt zu schmelzen, umfasst.

7. Batteriepackung mit einem Batteriestärkeindikator, wobei die Batteriepackung einen Packungsrahmen (82) und wenigstens eine nicht-wiederladbare alkalische Batterie (18) umfasst, die auf dem Packungsrahmen montiert ist, wobei die Batterie einen ersten und zweiten Anschluss (20, 22) umfasst, wobei der Batteriestärkeindikator folgendes umfasst:

eine Indikatoreinrichtung (10), die auf dem Packungsrahmen montiert ist und elektrisch mit dem zweiten Anschluss der Batterie verbunden ist; und

einen Batterieschalter (44), der eine elastische, nichtleitende Schicht (48) umfasst, die über dem Packungsrahmen angeordnet ist, eine Schaltkammer, die unterhalb der elastischen Schicht ausgebildet ist, ein Paar von Schaltkontakten (52, 54; 52a, 52b), die in der Kammer voneinander beabstandet sind, wobei einer der Schaltkontakte elektrisch mit der Indikatoreinrichtung (10) verbunden ist und der andere der Schaltkontakte elektrisch mit dem ersten Anschluss der Batterie verbunden ist, wobei der Batterieschalter in eine elektrisch offene Position vorgespannt bzw. voreingestellt ist, wodurch nach Drücken der elastischen Schicht (48) über die Schaltkammer die Schaltkontakte (52, 54; 52a, 52b) die Indikatoreinrichtung (10) in elektrischem Kontakt über die Anschlüsse (20, 22) der Batterie platzieren werden.

8. Batteriepackung nach Anspruch 7, bei welcher die Indikatoreinrichtung eine LED (40) umfasst, die eine sichtbare Änderung durchmacht, wenn die Spannung, die an den Indikator angelegt wird, einen vorbestimmten Wert überschreitet oder unter diesen fällt.