DE69230739T2

DE69230739T2 - Batterie mit integrierter Prüfungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69230739T2
Application number: DE69230739T
Authority: DE
Inventors: Terry Charles Eisensmith; Charles Edmond Kiernan; Robert Louis Milanese; Chih-Chung Wang
Original assignee: Duracell Inc USA
Current assignee: Gillette Co LLC
Priority date: 1991-07-16
Filing date: 1992-07-08
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: FI940208A0; EP0969543A2; AU659483B2; GR3033324T3; HU218128B; NO934326L; EP0969543A3; EP0523901B1; HUT65939A; CZ1394A3; IE68322B1; RU2124786C1; JP2849209B2; DE69230739D1; EP0523901B2; BR9206269A; SG66286A1; AU2322892A; CA2073901A1; NO934326D0

Description

Diese Erfindung betrifft eine verbesserte Kombination eines elektrochemischen Elementes und einer damit integriert verbundenen Anzeigevorrichtung für den Zustand der Batterie.
Elektrische Primärelemente, die eine Vorrichtung für das visuelle Anzeigen des Zustandes der Ladung des Elementes umfassen, sind bekannt. Beispielsweise wird eine Anzeigevorrichtung im U. S. Patent Nr. 1497388 offenbart, die an einer Stelle so angeordnet ist, daß der Strom im Element durch die Anzeigevorrichtung hindurchgeht. Die Anzeigevorrichtung ist ein Papier, das mit einer Chemikalie imprägniert ist, die die Farbe in Abhängigkeit von der Stromstärke verändert, die durch das chemisch imprägnierte Papier hindurchgeht. Drähte oder Elektroden müssen daher an den entgegengesetzten Seiten des imprägnierten Papieres befestigt werden, um einen Stromfluß durch jenes Papier zu bewirken. Die Nachteile dieser Erfindung sind, daß die Leitungsdrähte leicht verschoben werden können; daß die Anzeigevorrichtung ohne weiteres damit in Eingriff kommen kann, und daß die losen Drähte das Einführen des Elementes in eine Vorrichtung stören. Außerdem kann die Chemikalie, mit der das Papier imprägniert wird, durch die Umgebungsbedingungen beeinflußt und unzuverlässig gemacht werden.
Im U. S. Patent Nr. 2980754 von Reilly und Mitarbeitern, ausgestellt am 19. April 1961, wird eine Anzeigevorrichtung für die Erschöpfung eines Elementes offenbart, die aus einer relativ dünnen Schicht eines Materials besteht, das das Aussehen bei Kontakt mit dem Elementelektrolyt verändert. Das Material wird zwischen einem anodischen Elementbehälter aus einem aufbrauchbaren Metall und einer durchsichtigen Umhüllung für das Element positioniert. Da die Anode aufgebraucht wird, wenn Strom erzeugt wird, werden kleine Löcher erzeugt, die Öffnungen bereitstellen, durch die der Elektrolyt hindurchgeht und das Isoliermaterial tränkt, um mit einer Anzeigeschicht in Kontakt zu kommen. Wenn der Elektrolyt einen Kontakt mit der Anzeigeschicht herstellt, kommt es zu einer Reaktion, die ein weißes Kontrastreaktionsprodukt zurückläßt. Diese Erfindung würde nicht bei Elementen funktionieren, die nicht den Behälter während der Entladung aufbrauchen, wie beispielsweise alkalische Zink/Mangandioxid-Elemente oder Lithiumelemente.
Im U. S. Patent Nr. 35I4338 von Eekma wird eine Anzeigevorrichtung dem Gehäuse einer Batterie hinzugefügt, wobei die Substanz der Anzeigevorrichtung die Farbe in Gegenwart von Wasser verändern kann. Diese Anzeigesubstanz kann durch den durchsichtigen Gehäuseabschnitt des Elementes betrachtet werden. Diese Erfindung ist nur in der Lage anzuzeigen, daß das Element aktiviert wurde, und sie ist nicht in der Lage, den relativen Zustand der Batterie während des Gebrauchs anzuzeigen.
Im U. S. Patent Nr. 3563806 von Hruden umfaßt eine Anzeigevorrichtung für die Batteriekapazität und deren Aktivierung ein Stück eines saugfähigen Materials, das mit einem pH-empfindlichen Farbstoff imprägniert ist. Das Material wird getrocknet und danach in den Öffnungen der Batteriehülle angeordnet, wobei ein durchsichtiges Fenster bereitgestellt wird, so daß das imprägnierte Material betrachtet werden kann. Während die Ladung der Batterie erschöpft wird, verändert sich der pH-Wert der die Ladung erzeugenden Verbindung, wodurch veranlaßt wird, daß das imprägnierte Material seine Farbe verändert. Das würde nicht bei einem Element funktionieren, das nicht eine wahrnehmbare Veränderung des pH-Wertes während der Entladung aufweist, wie beispielsweise bei einem alkalischen Mangandioxidelement oder einem Lithiumelement.
Im U. S. Patent Nr. 3773563 von Eaton, Jr. und Mitarbeitern wird eine Farbstoff/Aluminium-Mischung in einer zylindrischen Aussparung angeordnet, die in eine Zinkplatte gebohrt wurde, wobei die Aussparung abgedichtet wird, um die Farbstoff/Aluminium-Mischung abzudecken. Wenn Strom von der Batterie geliefert wird, wird die Zinkelektrode aufgelöst, bis das Ende der Aussparung weggefressen und die Farbe freigesetzt ist. Die Veränderung der Farbe des Elektrolyten, wenn der Farbstoff freigesetzt ist, kann betrachtet werden, um anzuzeigen, daß die Lebensdauer der Batterie erschöpft ist. Die Nachteile dieser Erfindung sind, daß sie innerhalb des Elementes angeordnet wird, was die Montage kompliziert, und daß sie nur mit einer plattenartigen Elektrode funktioniert.
Im U. S. Patent Nr. 3992228 von Depoix, ausgestellt am 16. November 1976, besteht die Anzeigevorrichtung aus einem perforierten Kupfer- oder Kupferlegierungsblech, das von der Außenseite des Elementes durch ein geeignetes durchsichtiges Fenster durch die Seite des Elementes sichtbar gemacht wird. Wenn es montiert ist, wird das Kupferblech mit einer dünnen Zinkschicht beschichtet, wodurch das Kupferblech eine graue Farbe erhält. Während der Entladung des Elementes oxidiert das Zink dieser Schicht, und die ursprüngliche Färbung des Kupferbleches wird sichtbar. Die Nachteile dieser Erfindung umfassen die Tatsache, daß die Montage kompliziert ist, und die Tatsache, daß sie nur einen Zustand der Batterie in Abhängigkeit von der Tiefe anzeigen kann, in der die Anzeigevorrichtung in der Elektrode eingebettet ist.
Das U. S. Patent Nr. 4048388 von Chevet offenbart eine Anzeigevorrichtung, die aus einer im Inneren des Elementes eingeschlossenen Substanz besteht, die von der Außenseite der Batterie betrachtet werden kann. Diese Substanz ist so, daß sie die Farbe verändert wenn sie mit dem Elektrolyt in Kontakt kommt. Der Elektrolyt kommt mit der Anzeigesubstanz erst in Kontakt, nachdem der Behälter, in dem die Anzeigesubstanz untergebracht wurde, durch die eine Ladung erzeugende chemische Reaktion aufgebraucht wurde. Daher wird die Anzeige erst erfolgen, nachdem die Ladung in der Batterie im wesentlichen erschöpft wurde.
Das U. S. Patent Nr. 4497881 von Bertolino offenbart, daß die Beobachtung eines der stromführenden Materialien im Element eine Anzeige des Zustandes der Batterie bewirken kann, vorausgesetzt, daß das stromführende Material eine kontinuierliche Farbveränderung in der normalen Lebensdauer der Batterie erfährt. Ein Nachteil dieser Erfindung ist, daß sie nur bei Batterien funktioniert, die stromführende Materialien besitzen, die bei der Entladung eine Farbveränderung erfahren. Außerdem ist es unerwünscht, daß irgendwelche Elemente das Batteriegehäuse oder den Batteriedeckel durchdringen, wie beispielsweise das Beobachtungsfenster, das ein Leckweg sein kann.
Das US-A-5015544 offenbart eine Batterie mit einer Anzeigevorrichtung für den Zustand und einer Schaltvorrichtung für das Anschließen der Anzeigevorrichtung über die Klemmen, um sie in Betrieb zu nehmen.
In EP-A-495636 von der Eveready Battery Company, Inc., wird eine Batterie mit integriertem Prüfschild offenbart, bei dem das Prüfelement Teil des Schi 1 des ist und einen Stromkreis aufweist, dessen Enden die Klemmen der Batterien kontaktieren oder mit diesen kontaktierbar sind.
Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kombination eines elektrochemischen Elementes und einer Anzeigevorrichtung für den Zustand des Elementes mit den im Anspruch 1 dargelegten Merkmalen bereitgestellt.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Kombination eines elektrochemischen Elementes und einer Anzeigevorrichtung für den Zustand des Elementes mit den im Anspruch 10 dargelegten Merkmalen bereitgestellt. Anspruch 18 definiert ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Teil der Anzeigevorrichtung gepreßt, um dessen direkten Kontakt mit einer Klemme zu bewirken. Es ist kein spezieller Schaltmechanismus vorhanden. Die Anzeigevorrichtung ist so konstruiert, daß kein Teil dieser dort positioniert ist, wo es das Einführen der Batterie in eine Vorrichtung stören könnte, wie es beispielsweise der Fall wäre, wenn Drähte oder Beschriftungsschilder damit für das Anschließen an Klemmen an einem oder beiden Enden eines Elementes verbunden wären, und die Zugabe von Chemikalien, um den Betrieb zu bewirken, ist nicht erforderlich.
EP-A-450938, ein Dokument mit einem Veröffentlichungsdatum zwischen dem Prioritätsdatum und dem Veröffentlichungsdatum der vorliegenden Patentanmeldung, offenbart ein Batterieprüfelement mit einem Voltmeter, bei dem das Voltmeter eine dielektrische Schicht (13), eine leitende Schicht (14, 15, 16), die angrenzend an die dielektrische Schicht (13) angeordnet ist, und eine temperaturempfindliche Farbindikator-Schicht (19) im Kontakt mit der leitenden Schicht (14, 15, 16) aufweist. Die leitende Schicht (14, 15, 16) ist in der Lage, genügend Wärme zu erzeugen, um eine Änderung in der temperaturempfindlichen Kontrollindikator-Schicht (19) zu bewirken. Das Voltmeter kann mit einem Schild integriert und direkt an einer Batterie angebracht werden. Außerdem weisen die Dokumente EP-A-497617 und EP-A-495 636 gleichen Charakter auf und beziehen sich gleichermaßen auf Batterieelemente mit einer integrierten Anzeigevorrichtung für den Ladungszustand.
Bei einer Ausführung ist die Anzeigevorrichtung für den Zustand integriert mit einem Schild des Elementes verbunden, und die Schaltvorrichtung befindet sich an einem der Enden des Elementes. Bei einer zweiten Ausführung sind die Anzeigevorrichtung für den Zustand und die Schaltvorrichtung zwischen der Oberseite des Elementes und einer gegenüberliegenden Abschlußkappe angeordnet.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezugnahme auf die Zeichnungen diskutiert, die zeigen:
Fig. 1 eine herausgeschnittene Querschnittdarstellung eines elektrochemischen Elementes, das eine Anzeigevorrichtung für den Zustand besitzt, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 1A eine vergrößerte Darstellung eines Abschnittes aus Fig. 1, die die Art und Weise zeigt, in der eine elektrische Verbindung eines der Kontakte der Anzeigevorrichtung für den Zustand mit einer der Klemmen des Elementes zustande gebracht werden kann;
Fig. 1B eine vergrößerte Darstellung eines Abschnittes aus Fig. 1, die die Art und Weise zeigt, in der eine elektrische Verbindung des anderen Kontaktes der Anzeigevorrichtung für den Zustand mit der anderen Klemme des Elementes zustande gebracht werden kann;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Elementes mit einer damit integriert verbundenen Anzeigevorrichtung für den Zustand:
Fig. 3 eine Querschnittdarstellung durch den oberen Abschnitt einer weiteren Ausführung eines elektrochemischen Elementes, das eine mit ihm integriert verbundene Anzeigevorrichtung für den Zustand aufweist:
Fig. 3A eine vergrößerte Darstellung eines Abschnittes aus Fig. 3, die die Art und Weise zeigt, in der eine elektrische Verbindung des einen der Kontakte der Anzeigevorrichtung für den Zustand mit einer der Klemmen des Elementes zustande gebracht werden kann:
Fig. 3B eine vergrößerte Darstellung eines Abschnittes aus Fig. 3, die die Art und Weise zeigt, in der eine elektrische Verbindung des anderen Kontaktes der Anzeigevorrichtung für den Zustand mit der anderen Klemme des Elementes zustande gebracht werden kann:
Fig. 3C eine Teilansicht der Oberseite des Elementes, das in Fig. 3 gezeigt wird;
und
Fig. 4 eine Querschnittdarstellung durch eine Anzeigevorrichtung für den Zustand, die für eine Verwendung in der in Fig. 3 gezeigten Ausführung geeignet ist.
Fig. 1 zeigt eine herausgeschnittene Darstellung eines alkalischen elektrochemischen Elementes 10, das eine damit integriert verbundene Anzeigevorrichtung 12 für den Zustand der Batterie aufweist. Das Element 10 weist einen Behälter 20 auf, der an seinem offenen Ende durch die Oberseite des Elementes abgedichtet ist, die aufweist; eine isolierte Durchführung 30 aus Kunststoff und eine Metallhalterung 40, die in der Position gewellt ist, wie gezeigt wird. Eine isolierende Unterlegscheibe 50 befindet sich oben auf der Metallhalterung 40 und verhindert einen Kontakt zwischen der Halterung und der negativen Klemme 22. Die negative Klemme 22 weist einen elektrischen Kontakt mit dem Metallanodenleiter (nicht gezeigt) auf, der durch die isolierte Durchführung 30 hindurch in den mit der Anode ausgefüllten Hohlraum im Inneren des Elementes (nicht gezeigt) hinein verläuft. Die Anzeigevorrichtung 12 für den Zustand der Batterie befindet sich extern von der Abdichtung längs der Außenseite des Batteriebehälters, wie gezeigt wird.
Zusätzlich zu den Anzeigevorrichtungen für den Zustand der Batterie, die in den vorangehend angeführten Hinweisen beschrieben wurden, sind weitere Anzeigevorrichtungen bekannt, wie beispielsweise jene, die in den U. S. Patenten Nr. 4835476, 4726661, 4835475. 4702563, 4702564. 4737020, 4006414 und 4723656 offenbart werden. Alle diese Anzeigevorrichtungen sind für eine Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet. Die in diesen Hinweisen offenbarten Anzeigevorrichtungen weisen im allgemeinen ein Substrat auf, das eine damit verbundene Anzeige besitzt. Die Anzeige weist im allgemeinen eine leitfähige Schicht und ein Thermochrommaterial auf, das mit der leitfähigen Schicht in einem thermischen Kontakt ist. Die leitfähige Schicht weist im allgemeinen entgegengesetzte Endabschnitte, die als elektrische Kontakte funktionieren, und einen dazwischenliegenden Abschnitt auf, der zwischen die Kontakte geschaltet ist, und der so ausgelegt ist, daß er einen speziellen Widerstand zeigt. Die Kontakte und der Widerstandsabschnitt können Abschnitte aus der gleichen Ablagerung sein (beispielsweise bei Verwendung von Silberepoxid), worin der Widerstandsabschnitt dadurch erzeugt wird, daß er eine geringere Querschnittsfläche aufweist als die Kontakte. Alternativ dazu kann der Widerstandsabschnitt eine Ablagerung aus einem widerstandsfähigeren Material aufweisen als es für die Kontakte verwendet wird. Bei dieser letzteren Ausführung können die Kontakte jeweils eine metallartige Ablagerung aufweisen, die mit einem Endabschnitt des Widerstandsabschnittes verbunden ist; beispielsweise können der Widerstandsabschnitt aus einem kohlenstoffhaltigen Material und die Kontakte aus Silberepoxid hergestellt werden. Wenn die Kontakte mit den Klemmen einer Batterie verbunden sind, fließt ein Strom durch die leitfähige Schicht, wobei der Strom der Spannung und daher dem Zustand der Entladung oder dem Zustand der Batterie proportional ist. Die Wärme, die im Widerstandsabschnitt infolge der i²R Erwärmung erzeugt wird, wird auf die Thermochromschicht übertragen und bewirkt darin eine Farbveränderung. Die Beobachtung der Farbveränderung liefert einen visuellen Hinweis auf den Zustand der Batterie.
Wiederum mit Bezugnahme auf die Zeichnungen liegt die Anzeigevorrichtung 12 in einer Ausführung vor, die im vorhergehenden Paragraphen beschrieben wird, und sie weist einen ersten elektrischen Kontakt 14 an einem Ende auf (siehe Fig. 1A). Der Kontakt 14 ist normalerweise nicht mit der negativen Klemme 22 verbunden. Jedoch wird die Verbindung hergestellt, um die Anzeigevorrichtung für den Zustand in Betrieb zu nehmen, indem eine Schaltvorrichtung benutzt wird, die nachfolgend umfassender diskutiert wird. Am entgegengesetzten Ende der Anzeigevorrichtung 12 befindet sich ein zweiter elektrischer Kontakt 16, der mechanisch und elektrisch mit dem Behälter 20 für das Element durch das Schild 24 verbunden ist (siehe Fig. 1B). Wie vorangehend beschrieben wird, sind die elektrischen Kontakte 14 und 16 ein Teil der leitfähigen Ablagerung, worin der dazwischenliegende Abschnitt der Ablagerung zwischen den Kontakten widerstandsfähiger ist als die Kontakte. Dieser widerstandsfähige Abschnitt muß elektrisch vom Behälter 20 isoliert sein, anderenfalls würde die Anzeigevorrichtung 12 kontinuierlich über die Klemmen des Elementes angeschlossen sein, und das Element würde sich schnell entladen. Fig. 1, 1A und 1B zeigen die isolierende Schicht 18 zwischen der Anzeigevorrichtung 12 und dem Behälter 20.
Die vorliegende Erfindung weist außerdem eine Schaltvorrichtung für das elektrische Verbinden und Trennen des elektrischen Kontaktes 14 mit der bzw. von der negativen Klemme 22 auf. Es wird eine Schaltvorrichtung bereitgestellt, die eine Öffnung 19 aufweist, die im Isolator 18 direkt unterhalb des Kontaktes 14 vorhanden ist (siehe Fig. 1A). Der Isolator 18, der nachfolgend umfassender beschrieben wird, ist ein elektrischer und Wärmeisolator, der normalerweise den Kontakt 14 von der negativen Klemme 22 trennt. Durch Drücken des Schildes 24 in den Bereich über der Öffnung 19 wird der Kontakt 14 jedoch mechanisch und elektrisch mit der Klemme 22 so lange verbunden, wie der Druck aufrechterhalten wird. Nachdem der Zustand der Batterie von der Anzeigevorrichtung 12 abgelesen wurde, wird der Druck aufgehoben, und der Kontakt 14 springt infolge der elastischen Eigenschaften des Schildes 24 von der Klemme 22 weg, und der Stromkreis ist unterbrochen. Auf diese Weise funktionieren die isolierende Schicht 18 und das Loch 19 als Schaltvorrichtung für die Anzeigevorrichtung für den Zustand. Die isolierende Schicht 18 dient ebenfalls dazu, das Widerstandselement thermisch vom Behälter 20 so zu isolieren, daß die im Widerstandselement während der Prüfung erzeugte Wärme wirksam auf das der Anzeige dienende Thermochrommaterial übertragen werden kann. Die isolierende Schicht 18 kann aus irgendeinem isoliertem Material hergestellt werden, wie beispielsweise Polyester, PVC. Polyolefinen, Glasfasern, Glas. Kautschuk. Polycarbonat. Papier, Karton und dergleichen, die zu einer Schicht geformt sind. Die Schicht 18 weist vorzugsweise Abmessungen auf, die ausreichend sind, um den dazwischenliegenden Abschnitt der leitfähigen Ablagerung vom Behälter des Elementes zu isolieren. Die Dicke der Schicht 18 muß das Minimum betragen, das erforderlich ist, um die sachgemäße Funktion der Anzeigevorrichtung 12 für den Zustand zu gestatten, so daß die kombinierte Dicke des Isolators und der Anzeigevorrichtung für den Zustand auf einem Minimum gehalten wird.
Der zweite elektrische Kontakt 16 wird in dem Zustand gezeigt, in dem er gegen die negative Klemme 22 mittels des äußeren Schildes 24 gehalten wird (siehe Fig. 1A). Das äußere Schild 24 kann entweder in einer Schrumpfverpackungsausführung, einer Wickelausführung mit Klebebeschichtung oder irgendeiner anderen Ausführung, die in konventioneller Weise als Schild verwendet wird, vorliegen. In einer Ausführung wird die Grafik der Zustandsskala (siehe beispielsweise Fig. 2) auf das Substrat der Anzeigevorrichtung 12 so aufgedruckt, daß der Abschnitt des Schildes 24, der die Anzeigevorrichtung 12 abdeckt, frei ist, um die Skala zu zeigen. Alternativ dazu kann die Zustandsskala auf das Schild aufgedruckt und das Schild so angeordnet werden, daß die Skala mit der darunterliegenden Position der Anzeigevorrichtung 12 ausgerichtet ist. Eine noch weitere Ausführung ist möglich, wenn das Schild 24 eine Wickelausführung ist. Wenn die Anzeigevorrichtung 12 in der Position an der äußeren Behälterwand befestigt ist, wird ein Rand des Wickelschildes gegen einen Rand der Anzeigevorrichtung stoßen, und der andere Rand des Schildes wird, nachdem es um den Behälter gewickelt ist, gegen den anderen Rand der Anzeigevorrichtung 12 stoßen. In dieser letzteren Ausführung müßten die Anzeigevorrichtung 12 und die isolierende Schicht 18 am Behälter 20 des Elementes durch einen geeigneten Klebstoff gehalten werden. Bei den vorangehend beschriebenen Ausführungen, bei denen das Schild die Anzeigevorrichtung 12 bedeckt, bevorzugt man, daß der Abschnitt des Schildes, der das Thermochrommaterial bedeckt, entweder weggeschnitten oder nach außen so angehoben wird, daß das Schild nicht als Wärmeableiter wirken und die Farbveränderung des Thermochrommaterials verzögern kann.
Bei einer noch weiteren Ausführung ist die Anzeigevorrichtung 12 ein integrierter Teil des Schildes, wobei das Schild als Substrat für das Thermochrommaterial und das Widerstandselement funktioniert. Bei dieser Ausführung werden die elektrischen Kontakte und das Widerstandselement auf der inneren Fläche des Schildes aufgedruckt oder anderweitig abgelagert. Die Thermochromschicht kann an einer Anzahl von Stellen in Abhängigkeit von der Zweckmäßigkeit und der Ausführung des verwendeten Schildes angeordnet werden. Bei einer Ausführung wird das Thermochrommaterial auf dem äußeren Abschnitt des Schildes angeordnet, der mit dem Widerstandselement einen thermischen Kontakt zeigt. Bei einer zweiten Ausführung werden die Thermochromschicht und die Kontakte sowie das Widerstandselement als aufeinanderfolgende Schichten auf die Innenseite eines freien Abschnittes des Schildes aufgebracht. Beispielsweise wird die Thermochromschicht zuerst auf einen freien Abschnitt der inneren Fläche des Schi 1 des aufgebracht. Über diese Schicht wird eine grafische Farbschicht aufgebracht, die sichtbar gemacht wird, wenn die Thermochromschicht frei wird. Die nächste in der Reihenfolge der Schichtenanordnung ist die metallische Ablagerung, wobei der Widerstandsabschnitt mit der Thermochromschicht übereinstimmend ist, und die. Kontakte an den entgegengesetzten Enden des Widerstandsabschnittes angeordnet und mit diesem verbunden sind. Bei den vorangehend angeführten Ausführungen wird eine isolierende Schicht über jenen Abschnitten der metallischen Ablagerung angeordnet, die vom Behälter 20 isoliert gehalten werden sollen. Eine Schaltvorrichtung wird als integrierter Teil des Schildes ausgeführt, indem ein Loch, das dem Loch 19 gleicht, in der isolierenden Schicht bereitgestellt und so über einem der Kontakte angeordnet wird, daß der Kontakt gegen eine der Klemmen gedrückt werden kann, wie es vorangehend beschrieben wird. Das Schild wird mit der damit integriert verbundenen Anzeigevorrichtung für den Zustand am Behälter in konventioneller Weise angebracht.
Das Substrat, das für die Anzeigevorrichtung für den Zustand verwendet wird, besteht vorzugsweise aus einem Material mit elastischen Eigenschaften. Daher wird das Substrat etwas gedehnt, wenn ein Druck über dem Loch 19 angewandt wird, um die Messung durchzuführen, und wenn der Druck aufgehoben wird, kehrt das Substrat in seine Ausgangsposition zurück und unterbricht den Kontakt. Um zu sichern, daß das Substrat während der Messung starr gehalten wird, bevorzugt man, daß jener Abschnitt 18a der isolierenden Schicht auf beiden Seiten einen Klebstoff aufweist, so daß das angrenzende Ende der Anzeigevorrichtung 12 fest an Ort und Stelle gehalten und davor bewahrt wird, daß es in Richtung der Öffnung 19 gleitet, wenn der Druck während der Messung zur Anwendung kommt. Beispiele für Substrate umfassen thermoplastische Kunststoffe, wie beispielsweise Polyolefine, polymerisierte Halogenkohlenwasserstoffe und Kautschuk, sind aber nicht darauf begrenzt.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Elementes 10 und einer damit integriert verbundenen Anzeigevorrichtung 12 für den Zustand, wie es vorangehend beschrieben wird. Bei der gezeigten Ausführung ist das Schild 24 mit einer eingeprägten Zustandsskala 26 versehen, die über der Anzeigevorrichtung 12 für den Zustand angeordnet ist (in Fig. 2 als Phantomumriß gezeigt), die an der Seite des Elementes befestigt ist, wie in Fig. 1 gezeigt wird. Auf das Ende des Elementes (nicht gezeigt) über der Öffnung 19 wird mittels eines Fingers, eines Bleistiftradiergummis oder irgendeines anderen stumpfen Instrumentes ein Druck angewandt. Während der Druck beibehalten wird, kommt es zu einer Farbveränderung über der Zustansskala 26. In dem Ausmaß, in dem eine Farbveränderung längs der Skala 26 erscheint, wird eine Messung des Batteriezustandes bewirkt. Wird der angewandte Druck aufgehoben, wird die Messung unterbrochen, und die Thermochromschicht kehrt zu ihrer Ausgangsfarbe zurück.
Bei den so weit diskutierten Ausführungen wird der getrennte Kontakt der Anzeigevorrichtung für den Zustand mit der gegenüberliegenden Klemme des Elementes durch eine integriert verbundene Schaltvorrichtung verbunden. Das wird bei den beschriebenen Ausführungen erleichtert, die einen Kontakt aufweisen, der der Klemme des Elementes gegenüberliegt. Es liegt ebenfalls im Bereich der vorliegenden Erfindung, daß der getrennte Kontakt an der äußeren Fläche der Batterie frei gelegt ist und von der Klemme des Elementes nach außen hin liegt. Beispielsweise würde ein Loch, das sich im Schild und dem Substrat der Anzeigevorrichtung für den Zustand (wenn eine vorhanden ist) befindet, und das mit dem Kontakt übereinstimmt, den Kontakt freilegen (siehe Fig. 1B). Weitere Ausführungen, die den getrennten Kontakt freilegen würden, sind ebenfalls möglich. (Bei einigen dieser Ausführungen wäre in der isolierenden Schicht 18 kein Loch 19 vorhanden, sondern die isolierende Schicht würde sich eher im wesentlichen hinter dem Kontakt erstrecken.) Die Verbindung des freigelegten Kontaktes mit der Klemme des Elementes wird bewirkt, indem ein einzelnes leitfähiges Element, wie beispielsweise ein Draht, ein Beschriftungsschild, eine Büroklammer oder dergleichen, so gehalten wird, daß es sowohl den Kontakt als auch die Klemme berührt. Wenn der Zustand eines Elementes nicht geprüft wird, wird der freigelegte Kontakt mit einem Stück Klebfolie abgedeckt, so daß es nicht zu einer zufälligen Verbindung kommen kann. Diese Ausführung kann für Batterien bevorzugt werden, die für eine Verwendung in Vorrichtungen gedacht sind, wo die Bewegung der Vorrichtung bewirken kann, daß ein Druck auf die Seite der Batterie angewandt wird.
Eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung wird jetzt mit Bezugnahme auf Fig. 3, 3A. 3B. 3C und 4 beschrieben. Fig. 3 zeigt eine Querschnittdarstellung durch den oberen Abschnitt eines elektrochemischen Elementes 110. Das Element 110 weist einen Behälter 120 auf, der an seinem oberen Ende durch die Oberseite des Elementes abgedichtet ist, die aufweist: eine isolierte Durchführung 130 aus Kunststoff und eine Metallhalterung 440, die in der Position gewellt ist, wie gezeigt wird. Eine isolierende Unterlegscheibe 150 befindet sich auf der Metallhalterung 140. Diese Ausführung weicht von der vorhergehend beschriebenen Ausführung darin ab, daß der Behälter 120 nach innen gewellt ist und die Metallhalterung 140 so berührt, daß die Metallhalterung 140 mit dem Behälter elektrisch verbunden wird. Eine isolierende Unterlegscheibe 150 besitzt eine mittig angeordnete Öffnung, die genau über den mittig angeordneten Vorsprung 131 auf der isolierten Durchführung 130 paßt. Außerdem besitzt die Unterlegscheibe 150 die Öffnungen 151 und 152, die nachfolgend vollständiger beschrieben werden. Die Unterlegscheibe 150 kann aus irgendeinem elektrisch isolierenden Material hergestellt werden, wie beispielsweise aus Polyester. PVC. Polyolefinen, Glasfasern, Glas. Kautschuk, Polycarbonat. Papier, Karton und dergleichen.
Die Anzeigevorrichtung 112 für den Zustand der Batterie ist über der Unterlegscheibe 150 angeordnet, wie gezeigt wird. Die Anzeigevorrichtung 112 arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie die Anzeigevorrichtung, die in Verbindung mit den Fig. 1-2 beschrieben wird. Wie in Fig. 4 gezeigt wird, weist die Anzeigevorrichtung 112 auf: das Substrat 113; einen ersten elektrischen Kontakt 114; einen zweiten elektrischen Kontakt 116: und einen Widerstandsabschnitt 115, der zwischen die Kontakte 114 und 116 geschaltet ist. Eine Anzeige ist zwischen die Kontakte geschaltet und weist eine Thermochromschicht 118 in thermischem Kontakt mit dem Widerstandsabschnitt 115 auf. Das Substrat 113 weist eine Öffnung 117 auf, die in einem Ende angeordnet ist, so daß der Anodenleiter 123 durch die Öffnung hindurchgeht und die Anzeigevorrichtung 112 für den Zustand gegen die isolierte Durchführung 130 hält. Indem die Anzeigevorrichtung 112 in dieser Position gehalten wird, wird der elektrische Kontakt 116 über der Öffnung 151 in der Unterlegscheibe 150 angeordnet. Das entgegengesetzte Ende der Anzeigevorrichtung 112 wird zwischen der Endklemme 122 und der Unterlegscheibe 150 mittels des Schildes 124 festgehalten. Der elektrische Kontakt 114 weist einen mechanischen und elektrischen Kontakt mit der Endklemme 122 auf, wie in Fig. 3A gezeigt wird.
Die Endklemme 122 ist mit der Aktivierungsöffnung 125 und den Anzeigeöffnungen 126a, 126b und 126c versehen. Die Aktivierungsöffnung 125 befindet sich über dem Abschnitt der Anzeigevorrichtung 112 für den Zustand, der über der Öffnung 151 in der Unterlegscheibe 150 angeordnet ist. Wenn ein Instrument, wie beispielsweise eine Bleistiftspitze, durch die Aktivierungsöffnung 125 eingeführt und gegen die Anzeigevorrichtung 112 für den Zustand gedrückt wird, wird daher ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kontakt 116 und der Metallhalterung 140 hergestellt. Die Metallhalterung 140 ist elektrisch mit dem Behälter 120 verbunden, wie gezeigt wird, und der Behälter 120 weist einen physikalischen und elektrischen Kontakt mit der positiven Elektrode auf. Die Verbindung des Kontaktes 116 mit der Metallhalterung 140 schließt daher den Stromkreis, und der Strom fließt durch die Anzeigevorrichtung 112 für den Zustand. Das Widerstandselement 115 erzeugt eine Widerstandswärme, und jene Wärme wird auf die Thermochromschicht 118 übertragen. Durch Beobachten der Thermochromschicht 118 durch die Anzeigeöffnungen 126a, 126b und 126c wird der Zustand der Batterie angezeigt. Das Widerstandselement 115 ist so konstruiert, daß Wärme erzeugt wird, so daß, wenn sich die Batterie im vollen Ladungszustand befindet, eine Farbanzeige in der Thermochromschicht 118 durch alle drei Öffnungen beobachtet wird. Bei einem gewissen Zwischenladungszustand wird eine Farbveränderung in nur zwei Öffnungen beobachtet, und gegen Ende der Betriebslebensdauer der Batterie wird eine Farbveränderung in nur einer Öffnung beobachtet.
Alternativ dazu kann eine Anzeigeöffnung über der Anzeige angeordnet werden, wenn aufeinanderfolgende Schichten des Thermochrommaterials verwendet werden. Beispielsweise werden drei verschiedene Thermochrommaterialien, die verschiedene Umwandlungstemperaturen aufweisen, schichtartig angeordnet, wobei das Material, das die niedrigste Umwandlungstemperatur aufweist, oben angeordnet wird und das Material mit der höchsten Umwandlungstemperatur unten. Da eine jede Schicht eine unterschiedliche "kalte Farbe" aufweist, hängt die beobachtete Farbe davon ab, wie heiß das Widerstandselement wird, was wiederum vom Zustand der Batterie abhängig ist.
Um die Farbveränderung der Thermochromschicht 118 zu verbessern, ist es wünschenswert, eine Öffnung 152 in die Unterlegscheibe 150 einzuschließen. Wie in Fig. 3 gezeigt wird, befindet sich die Öffnung 152 unterhalb des Abschnittes der Anzeigevorrichtung 112, der die Thermochromschicht 118 trägt. Daher wird eine Luftschicht unter der Anzeigevorrichtung 112 bereitgestellt, wobei die Luftschicht als Wärmeisolator wirkt. Die Öffnung 152 kann jedoch weggelassen werden, wenn das für die Unterlegscheibe 150 verwendete Material selbst ein vernünftiger Wärmeisolator ist.
Die spezifische Konstruktion der Anzeigevorrichtung für den Zustand wird natürlich von der Abmessung und der Spannung der damit verbundenen Batterie abhängig sein. Die hierin einbezogenen Patente enthalten eine Offenbarung, die für die Fachleuchte ausreicht, um eine Anzeigevorrichtung für den Zustand zu konstruieren und zu bauen, die für eine Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die Thermochrommaterialien, die in den Patenten offenbart werden, umfassen Flüssigkristalle und Thermochromfarben. Von diesen werden die Thermochromfarben bevorzugt, weil auffallendere Farbeffekte möglich sind als bei der Verwendung von Flüssigkristallen.
Die spezifischen Ausführungen, die vorangehend beschrieben und in den Zeichnungen gezeigt werden, sind die bevorzugten Ausführungen.

Claims

1. Kombination eines elektrochemischen Elementes (10), das zwei äußere Klemmen (20, 22) hat, eines Schildes (24) und einer Anzeigevorrichtung (12) für den Zustand des Elementes,

wobei das Element folgendes aufweist: einen abgedichteten zylindrischen Behälter (20), dessen eine äußere Fläche eine der Klemmen (20) bereitstellt; einen Deckel (30. 40), der den Behälter abdichtet: eine weitere der äußeren Klemmen (22); und Mittel (123) für das Leiten des Stromes von der Innenseite des Behälters zu der weiteren Klemme;

wobei die Anzeigevorrichtung extern von dem abgedichteten Behälter angeordnet ist und eine Anzeige (26) und zwei elektrische Kontakte (14. 16) mit einem dazwischen befindlichen Widerstandselement aufweist, die bei der Funktion der Anzeigevorrichtung elektrisch mit den entsprechenden Klemmen verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet, daß ein erster (14) der Kontakte an einer Stirnfläche des abgedichteten zylindrischen Behälters angeordnet ist, wobei der erste Kontakt durch einen mit einer Öffnung versehenen Isolator (18) von einem elektrischen Kontakt mit einer ersten der Klemmen (22) getrennt ist, wodurch bei der Funktion der Anzeigevorrichtung durch die Ausübung von äußerem Druck der erste Kontakt mit der ersten Klemme in einen elektrischen Kontakt gebracht werden kann, um zu bewirken, daß der erste elektrische Kontakt (14) eine Öffnung (19) in dem Isolator passiert und in elektrischen Kontakt mit der ersten Klemme kommt, und wodurch der elektrische Kontakt durch die Aufhebung des äußeren Drucks unterbrochen wird, und dadurch, daß die Anzeigevorrichtung durch das Schild (24) oder durch das Schild (124) und die erste Klemme (122) bedeckt wird.

2. Kombination nach Anspruch 1, bei der jeder Teil der Anzeigevorrichtung (12) für den Zustand des Elementes im wesentlichen der Form jenes Abschnitts der äußeren Fläche des Elementes angepaßt ist, an der sich die Anzeigevorrichtung befindet.

3. Kombination nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Anzeige (26) an der inneren Fläche des Schildes (24) angeordnet ist und bei der ein durchsichtiger Abschnitt des Schildes die Anzeige bedeckt.

4. Kombination nach Anspruch 1. 2 oder 3, bei der die Anzeige (26) ein Thermochrommaterial (12) im thermischen Kontakt mit dem Widerstandselement aufweist.

5. Kombination nach Anspruch 4, bei der sich das Widerstandselement an einem Abschnitt der inneren Fläche des Schildes (24) befindet und das Thermochrommaterial auf der anderen Seite des Schildes angeordnet ist, die mit der Position des Widerstandselementes übereinstimmt.

6. Kombination nach Anspruch 4, bei der die Anzeigevorrichtung (12) für den Zustand des Elementes wenigstens teilweise an einem Abschnitt des Schildes angeordnet ist, der sich längs eines Abschnitts der äußeren Wand des Behälters und längs eines Abschnitts der zweiten Klemme erstreckt.

7. Kombination nach Anspruch 1, bei der die Anzeigevorrichtung (12) für den Zustand des Elementes wenigstens ein Widerstandselement und ein Thermochrommaterial (12) im thermischen Kontakt mit diesem aufweist, bei der das Thermochrommaterial eine Thermochromfarbschicht aufweist, die sich zwischen der inneren Fläche des Schildes (24) und dem Widerstandselement zwischen (14) und (16) befindet.

8. Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zweite Klemme eine kreisförmige Metallabschlußkappe (22) aufweist, die über dem Deckel (30. 40) des Elementes angeordnet ist, und die zweiten elektrischen Kontaktmittel dauerhaft mit der Abschlußkappe verbunden sind.

9. Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Schild (24) die zweiten elektrischen Kontaktmittel (26) in mechanischem und elektrischem Kontakt mit der zweiten Klemme (20) hält.

10. In Kombination, ein elektrochemisches Element und eine Anzeigevorrichtung (112) für den Zustand des Elementes; wobei das Element folgendes aufweist; einen Behälter (120), bei dem wenigstens ein Abschnitt seiner äußeren Fläche eine erste äußere Klemme bildet; einen Deckel (130. 140) für den Elementbehälter, der eine zweite äußere Klemme (122) einschließt, die elektrisch gegenüber der ersten äußeren Klemme isoliert ist; wobei die Anzeigevorrichtung für den Zustand folgendes aufweist; erste elektrisch leitende Mittel (114), die mechanisch und elektrisch an der zweiten Klemme (122) befestigt sind, und Anzeigemittel (118) für das Anzeigen des Zustands des Elementes, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anzeigevorrichtung (112) für den Zustand an einem Ende des Elementes befindet und zweite elektrisch leitende Mittel (116) aufweist, die für eine elektrische Verbindung mit der ersten äußeren Klemme ausgelegt sind, aber normalerweise nicht damit verbunden sind, die Anzeigemittel (118) so konstruiert sind, daß der Zustand des Elementes bei einer elektrischen Verbindung der zweiten elektrisch leitenden Mittel mit der ersten Klemme angezeigt werden kann, und die zweiten elektrisch leitenden Mittel (116) für eine Betätigung durch eine Öffnung (125) zugänglich sind, um die zweiten elektrisch leitenden Mittel elektrisch mit der ersten Klemme (120) zu verbinden.

11. Kombination nach Anspruch 10, worin der Deckel ein Abdichtelement (130) aus Kunststoff und ein metallisches Trägerelement (140) aufweist, das über dem Abdichtelement angeordnet ist, wobei das Trägerelement (140) elektrisch mit der ersten Klemme (120) verbunden ist; und bei der die zweiten elektrisch leitenden Mittel (116) mechanisch und elektrisch mit dem Trägerelement (140) verbunden werden können.

12. Kombination nach Anspruch 11, bei der die zweite Klemme eine Metallabschlußkappe (122) ist, die über dem Trägerelement (140) angeordnet ist, bei der die Anzeigemittel (118) und die zweiten elektrisch leitenden Mittel (116) zwischen der Abschlußkappe und dem Metallträger angeordnet sind; und bei der die in der Abschlußkappe (122) befindliche Öffnung (125) über den zweiten elektrisch leitenden Mitteln (116) angeordnet ist, um die Anzeigevorrichtung (112) für den Zustand durch Drücken der zweiten elektrisch leitenden Mittel in einen Kontakt mit dem Träger (140) zu aktivieren.

13. Kombination nach Anspruch 12, bei der die Abschlußkappe (122) wenigstens eine Anzeigeöffnung (126) für das Betrachten der Anzeigemittel aufweist.

14. Kombination nach Anspruch 11, 12 oder 13, die außerdem Isoliermittel aufweist, die über dem Trägerelement (140) angeordnet sind, und bei der sich die Anzeigevorrichtung (112) für den Zustand auf den Isoliermitteln (113) befindet.

15. Kombination nach Anspruch 14, bei der die Isoliermittel (113) eine darin befindliche Öffnung aufweisen, die unter den zweiten elektrisch leitenden Mitteln (116) angeordnet ist, wodurch das Einführen eines Instruments durch die Aktivierungsöffnung (125) und das Drücken der zweiten elektrisch leitenden Mittel (116) gegen das Trägerelement (140) bewirken, daß die Anzeigemittel (118) den Zustand der Batterie anzeigen, gesehen durch die Anzeigeöffnung (126).