JP2002542493A - 良/不良バッテリ表示器 - Google Patents
良/不良バッテリ表示器Info
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Abstract
Description
hromic)型と呼ばれている。サーモクロミックバッテリテスタは、消費者が手動
で作動するスイッチにより接続される2個の電極がある。一旦スイッチが押され
ると、バッテリのアノードがサーモクロミックテスタを介してバッテリセルのカ
ソードに接続される。サーモクロミックテスタは、可変幅を有する銀導体を備え
るので、その幅方向に沿って導体の抵抗は変化する。銀導体を介して電流が流れ
たとき、電流は熱を発生し、銀導体全体のサーモクロニックインクの色を変化さ
せる。サーモクロニックインクディスプレイは、バッテリの相対容量を示すため
のゲージとして配列されている。電流が大きいほどより熱が発生し、ゲージはバ
ッテリがより良いことを表示するために変化する。
どうか、またはバッテリが良いか悪いか知ることが困難なことがある。これは消
費者に混乱を招く。スイッチを押すことは、セルのアノードとカソード間に直接
比較的高いコンダクタンス接続を成し、それにより大きな電力を引き出し、バッ
テリの寿命を短くすることになる。バッテリの熱は、バッテリの充電状態を間違
えて表示することになる。
制御ディスプレイの端子に接続された端子を有する第1の分圧器と、電圧制御デ
ィスプレイの第2の端子をに接続された端子を有する第2の分圧器とを具備する
。第2の分圧器は非直線デバイスを有する。
か悪いか判断するのにテスタを単に見るだけでよいことである。このテスタはバ
ッテリを保持する必要が無く、バッテリテスタを係合するスイッチを押す必要が
ないことである。この常時オンとはいえ僅かな電流、したがって僅かの電力しか
使用しないことである。このテスタは、消費者が従来のテスタで何回でもスイッ
チを押すことに比べより効果的である。バッテリの寿命を通して、このテスタは
僅かの電流しか流れず、またサーモクロミックの試みと等しい効果が有る。
M−I−Mダイオード)やトランジスタを具備する。電圧感受性ディスプレイは
、電圧に基づいてスイッチする材料を使用している。このディスプレイは、大電
流を使用しないので、ディスプレイ用の電源で有るバッテリから顕著な電流を取
り出さない。勿論バッテリテスタは、常時オンであるテスタを使用しなければな
らないことはない。非直線素子は、良い悪いの状態を表示するためディスプレイ
をスイッチすることが出来る。
いる。バッテリテスタ10は、並列である2個の電極12,14間に配置された
ディスプレイデバイス16を含む並列回路を有する。電極12は、2個の抵抗1
8と20により得られる分圧器で回路10に接続される。並列回路の他の側に非
直線素子、すなわちスィッチ22と第3の抵抗24を有している。
。このデバイスの一つの型は、例えばマサチューセッツ州、ケンブリッジのE−
INK社から提供され、“All printed Bistable Reflective Displays: P
rintable Electrophoretic Ink and All Printed Metal-Insulator-Matal
Diodes”Massachusetts Institude of Technology June1998 and p
rovided by E-INK,Inc Cambridge,Ma. に開示される電気泳動ディスプレイ
である。この型のディスプレイは、いわゆる“電子インキ”といわれ、例えば加
圧電圧に基づきその特性を変化させる電気泳動材料を基礎とする。例えば電子イ
ンキのような電気泳動材料を用いて、フラットパネルディスプレイが基体の上に
印刷できる。このディスプレイは、僅かな電流しか流さないので、非常に僅かの
電力しか消費しない。他の電圧感受性材料もこのディスプレイに使用される。同
様な特性の他の材料は、文献“The Reinvention of Paper”Scientific Ame
rican,sept.1998に開示されたもので、商品名Gyriconと呼ばれている。Gyricon
はまた電圧感受性材料である。ディスプレイ16は、テスタ10がモニタするバ
ッテリの範囲内にある。
金属−絶縁体−金属ダイオード(M−I−Mダイオード)で、上述のペーパーに
一般的に記載されている。
圧の半分である。電極14の電位は非直線素子22と抵抗24間の電圧で決めら
れる。端子12の電圧は、抵抗18,20,24の値に依存する周知の値から始
まる。使用または漏洩に基づきバッテリから電流が流れると、電極12の電圧は
、電極14の電圧に応じて変わる。素子22は非直線であるので、ある点でスイ
ツチし、電極12の電圧が電極14の電圧に関して負になる。非直線素子がスイ
ツチすると、ディスプレイの極性を転換し、ディスプレイの色を変化させ最早あ
る規定された仕様内には留まらなくなる。ディスプレイは、回路に配線されてい
るので、ディスプレイの色は、バッテリが最早有る決められた仕様内には留まら
なくなる。いずれにしてもバッテリテスタは、状態の変化、即ちバッテリセルが
良から悪に変わる時色を変えるというディスプレイの基本原則に従っている。
願中の出願で記載されているように、カーボンインキをベースとした電極で形成
される。抵抗もまたカーボンベースであり、より抵抗値を高めるため抵抗の電導
度を減少する充填剤を有している。理想的には、全バッテリテスタ10は、非常
に高い全体の抵抗値、例えば15メグオーム程度を有するべきである。テスタ1
0の1.5ボルトのセルについては、バッテリの寿命に最低のインパクトを与え
るせいぜい100ナノアンペア(na)流れるに過ぎない。例えば7年の寿命の
“ダブルA”セルでは、流れる100naは、バッテリ容量の0.5%を消費す
るに過ぎない。
テリテスタ10を有するバッテリ11が示されている。例えば抵抗18、20、
24及び非直線デバイス22(図22にはすべて開示されていない)のようなテ
スタ10は、ラベル32の下にスクリーン印刷またはドローダウンバー(draw
down bar)印刷技術で印刷されるので、ディスプレイ16はラベル32の上や
ラベル32の透明部分の下に印刷される。消費者が視覚のみで診断することによ
り、バッテリ30が、例えば充電や放電のような特別な事態に合致するかしない
か、ある色または他の色の状態で判断できる。ある色で充電の状態が表示されれ
ば、他の色で放電の状態が表示される。
たはバッテリパッキングに組み込まれているかどうかに係わらず、電圧制御ディ
スプレイを用いる手動作業のテスタでも良い。
−絶縁体−金属ダイオード40は、第1の電極42を含み、これは例えば銅箔基
体、または例えば炭素または金のような他の導電材料、または例えばクロム、タ
ングステン、モリブデンのような他の導電材料、または導電インクのような重合
体に分散された金属粒子のような他の導電材料からなる。金属−絶縁体−金属ダ
イオード40は、更に誘電バインダ層52に懸濁された金属粒子50からなる複
合金属絶縁層44を有している。図3Aに示したように、金属粒子50は、粒子
50の表面をカバーする真性の(intrinsic)酸化物層50aを有している。一つ
の好ましい金属は、タンタルで、真性で安定な、全般的に一様な真性酸化物層5
0aを容易に形成している。他の金属は、例えばニオブが使用される。これらの
他の金属は、自己限定的で、安定な、用途によって適切な比誘電率を持つ酸化物
から形成される。タンタルが好ましい理由は、空気に曝らされるとき容易に真性
の酸化物層が形成されるからである。
たは炭素、クロム、タングステン、モリブデンのような他の導電材料、または金
や他の導電材料から成る。第2の電極は、粒子50の真性の酸化物層50aと接
触する層42に直接配置されることが好ましい。第2の電極はまた導電材料やバ
インダを含む複合層でもよい。電極層46の導電率を変えることにより、デバイ
スの電気特性を変えることができる。特に、I−V特性曲線は、より急峻なオン
/オフ特性を得るために鋭くされる。すなわち、電気導電率を高くするにつれ、
カーブが鋭くなる。
な特性を示す対称的な電流ー電圧(I−V)特性カーブを有する。デバイスは他
の試み、同様な対称特性を維持しつつ例えば10ボルト以下、且つ特に顕著には
1ボルト以下約0.5ボルトの低いスイッチング電圧を備えることができる。バ
インダに対するタンタルの比、且つタンタルバインダの厚みを変えることにより
同じ材料で、I−V特性カーブをプラス/マイナス50%の範囲で上下すること
ができる。
このことは固有に形成された酸化物の一致した酸化物厚みと性質によって生ずる
。タンタル酸化物層50aの厚みは、熱アニールや陽極酸化層に比較して大きく
変わらない。固有層50aはまた、厚みの単一層程度であるタンタル粒子20か
らタンタル粒子50への実質的一様な厚みを有している。タンタル粒子の特性は
、その粉末の大きさが、0.5ミクロン以下から約10数ミクロン程度までの範
囲の大きさである。印刷された層44は0.0127ミリ以下から0.203ミ
リないし0.254ミリまでの厚みを有している。ここでは他の粒子サイズや厚
みも使用できる。
ンダ52に分散された二酸化チタンTiO2 の粒子54や炭酸マグネシウムM
gCO3 の粒子54や、酸化物層50aを有するタンタル粒子のような他の絶
縁材料の粒子54の内部粒子54(図4A参照)を含む層44’を備える。本実
施の形態では、タンタル粒子50の部分(例えば0%ないし75%)は、例えば
二酸化チタンまたは炭酸マグネシウムのような内部誘電体材料粒子24と置換で
きる。タンタル粒子50は、タンタルの周りに配置されたアニール酸化物や他の
型の酸化物層を選択採用できるといえ、真性の酸化物層50aそれ自体が好まし
い。
のような誘電体粒子を添加することにより、層44’の改良した印刷が出き良好
なダイオード特性を示す高い固体含量を維持しつつタンタル粒子のわずかな量の
使用を可能にできる。このことは、層44’を介して2個の電極42と46の短
絡を防止するため,金属/絶縁材料の非常に薄い層で良いことが非常に好ましい
ことである。内部材料を含むことは、短絡の可能性を低減し、より一様なフィル
ム/コーティングが提供できる。
を提供できる。即ち導通するため電子が超過するに必要な電位バリアを越えると
いう絶縁物として働くタンタル粒子の周りの酸化物層を用いることより予期され
ることは、バリアは、例えば低いタンタルの濃度で二酸化チタンやバインダの内
部材料の誘電特性により支配される。
たは44’を有するダイオードの他の実施の形態40”が示されている。構造体
40″は、接続28が金属−絶縁層44または44’に成されるとき、同様なダ
イオード特性を示す。第2の電極を除去することで、デバイス40″は、金属絶
縁層の特性を実質的に変えることのない製造工程で僅かな層を備えることができ
る。
性の酸化物層と例えば5ミクロン以下のサイズの粒子を有する純度99.97%
のタンタル粉末を、例えばアキソン(Acheson)社の商品名ElectrodagNO.23DD14
6a、またはアキソン社の商品名Acheson SS24686のようなよりチクソトロピック
な重合体バインダで、ミキシング工程62で混合する。両重合体バインダはミシ
ガン州Port Huronのアキソン社より市販されている。タンタルインキを作るた
めにタンタルに他のバインダも使用される。バインダは、使用されるタンタルや
他の金属と電気的に絶縁性があり安定で、好ましくは比較的に高い例えば15%
乃至35%程度の固体物である。タンタルはバインダの全重量の100%乃至3
9%の範囲である。他の範囲もまた使用タンタル粒子とバインダはタンタルイン
キを作るため良く混合される。タンタルインキは工程64で、第1の電極、例え
ば銅箔基板または導電材料に印刷される。層は例えば、ドローダウンバー(draw
down bar)、スクリーン印刷、フレクソ(flexo)又はグラビア印刷技術によ
って印刷される。層は工程66で例えば炉で120℃で15乃至20分乾燥され
る。例えばバインダ材料に混合されたクロム粒子形態のクロムのような第2の導
電層は、タンタルバインダ層で工程68で印刷される。このクロム層は工程70
で、デバイス10を得るため120℃で15乃至20分乾燥される。その後デバ
イス40は工程72でテストされる。
、第1や第2の電極として使用される。この層の導電率は、バインダに対する導
電材料の相対的濃度を変えることにより変化する。模範的範囲は、30%乃至3
9%である。この層の導電率を変えることにより、電流−電圧特性カーブの形状
は変化し、急勾配を有するオン/オフ特性を有するダイオードをある程度精確に
作ることができる。
。タンタル粉末を熱的にアニールたり、熱的に予備処理する必要はなくなる。真
性の酸化物被覆は、厚み品質とも非常に一様にできる。これにより非常に一様な
金属−絶縁物層材料がえられ、これにより直列接続されたダイオードでも比較的
少ない標準偏差を持つスイッチング電圧を有するダイオードが得られる。
異なる用途に適応できる各種のダイオード特性を得るために調整できることであ
る。インキの形成は、タンタルの熱処理より制御工程が楽である。
このM−I−M構造体は、且つ半導体堆積技術を用いるよりはむしろ印刷可能な
低電圧、低電流で動作する非直線抵抗素子が必要な用途に適する。
イッチング特性を示す電圧対電流のプロットを示す。図5Aに示すように、M−
I−Mダイオードデバイスの電流電圧特性は、100na(ナノアンペア)でほ
ぼ1.8ボルトのスイッチング電圧を示し、オン/オフ比は計算によると約3.
3である。電流電圧特性カーブ44は、ヒューレットパッカード社製半導体解析
器 モデルNo.4155Bを用いて得られる。
ar)社から得られる粒子径2ミクロン以下のタンタル粒子5グラムと、25%固
体対75%揮発性化合物組成を有するエレクトロダグ(Electrodag)23DD14
6A)重合体20グラムを有するタンタル粒子5グラムを混合することにより得
られたタンタル層が使用される。インキは0.381mmカットアウトを用いて
、湿潤厚み0.381mmを有する層を得るため銅箔の導電面に塗布される。サ
ンプルは炉で120℃で20分間乾燥される。ダイオードの第2の層のインキは
、アルフアエイサー(Alfa Aesar)社からの5ミクロン以下の粒子サイズのク
ロム粉末5グラムと、エレクトロダグ(Electrodag) 23DD146Aの4グラムを混合
し、76ミリカットアウトを用いてタンタルインキ層の上部に塗布する。この塗
布は120℃で20分間乾燥される。
、即ちバインダに対する金属(例えばタンタル)粒子の異なる比に基づく異なる
スイッチング電圧を示す。図7Bに示すように、同じ0.381mm厚みでP:
Bが5,2,と1であるデバイスは、100ナノアンペアでほぼ9ボルト(カー
ブ75a)、5.3ボルト(カーブ75b)、3.8ボルト(カーブ45c)の
スイッチング電圧を示す。
電圧を変化できる。バインダに対するタンタル比(P:B)が8:1のタンタル
層では、0.381mm厚みのタンタル層のM−I−Mダイオードは、ほぼ9ボ
ルト(カーブ76a)のスイツチング電圧を示し、0.254mm厚層ではほぼ
7.8ボルト(カーブ76b)のスイツチング電圧を有するM−I−Mダイオー
ドを示し、0.127mm厚層ではほぼ4.6ボルト(カーブ76c)のスイツ
チング電圧を有するM−I−Mダイオードを示す。スイツチング電圧の各々は、
100ナノアンペアで測定される。
ツチング電圧に最低の衝撃を与える高い一様なオン/オフ比を有するM−I−M
ダイオードを得ることができる。図7Dに示すように、炭酸マグネシウムの量が
増加すればするほど、スイッチング電圧特性は急勾配になる。カーブ76aは、
P:B比が1:1でスイツチング電圧が1.8ボルトの100%タンタル層のス
イッチング特性を示す。カーブ77b−77dは炭酸マグネシウムの量が増加し
た様子を示し、スィッチング特性はより急勾配になり、従ってより良いオン/オ
フ比を示している。
添付の請求の範囲に規制された本発明の範囲を限定するものではない。他の見地
、利点、並びに変形は、添付する以下請求の範囲に含まれるものである。
えバッテリの充電状態を連続的に示すことができるものである。
電圧対電流の曲線である。
電圧対電流の曲線である。
電圧対電流の曲線である。
電圧対電流の曲線である。
Claims (18)
- 【請求項1】 電圧制御ディスプレイと、 該電圧制御ディスプレイの第1の端子に接続された端子を有する分圧器と、 該分圧器と該電圧制御ディスプレイの第2の端子に接続された非直線デバイス
とを具備することを特徴とするバッテリテスタ。 - 【請求項2】 前記デイスプレイは電気泳動ディスプレイであることを特徴とする請求項1記
載のバッテリテスタ。 - 【請求項3】 前記非直線デバイスは、金属−絶縁体−金属ダイオードであることを特徴とす
る請求項1記載のバッテリテスタ。 - 【請求項4】 前記分圧器は、同じ抵抗値を有する一対の抵抗であることを特徴とする請求項
1記載のバッテリテスタ。 - 【請求項5】 更に抵抗を有し、該抵抗は非直線デバイスと直列に接続されていることを特徴
とする請求項1記載のバッテリテスタ。 - 【請求項6】 前記動作中のテスタは、常時バッテリに接続されていることを特徴とする請求
項1記載のバッテリテスタ。 - 【請求項7】 前記ディスプレイの第1の端子の電位は、バッテリセル電圧の一部であり、デ
ィスプレイの第2の端子の電位は、非直線素子と抵抗間の電圧によって決定され
ることを特徴とする請求項1記載のバッテリテスタ。 - 【請求項8】 使用または漏洩でバッテリから電流が流れたとき、ディスプレイの一つの端子
の電圧は、ディスプレイの他の端子の電圧に関して変化することを特徴とする請
求項7記載のバッテリテスタ。 - 【請求項9】 前記非直線デバイスはスイッチするとディスプレイの一つの端子の電圧を、デ
ィスプレイの他の端子の電圧に関して負とし、バッテリは最早規定された仕様に
無いことを示すためディスプレイの色を変化せしめることを特徴とする請求項8
記載のバッテリテスタ。 - 【請求項10】 外周を有するセルと、 該セルの外周に配置されたバッテリテスタとを具備するバッテリにおいて、前
記バッテリテスタは、 電圧制御ディスプレイと、 該電圧制御ディスプレイの端子に接続された端子を有する分圧器と、 直列に接続された非直線デバイスと抵抗とを有する分圧器に並列に接続された
回路とを備え、前記非直線デバイスはセルの電圧値に対応するスイッチング電圧
特性を具備していることを特徴とするバッテリ。 - 【請求項11】 前記テスタ素子のディスプレイは、電気泳動ディスプレイであることを特徴と
する請求項10記載のバッテリ。 - 【請求項12】 前記テスタの非直線デバイスは、金属−絶縁体−金属ダイオードであることを
特徴とする請求項10記載のバッテリ。 - 【請求項13】 前記テスタの分圧器は、同じ抵抗値の一対の抵抗であることを特徴とする請求
項10記載のバッテリ。 - 【請求項14】 前記テスタの非直線デバイスは、金属−絶縁体−金属ダイオードであり、テス
タの分圧器は、同じ抵抗値の一対の抵抗であることを特徴とする請求項10記載
のバッテリ。 - 【請求項15】 前記テスタは、セルと連続的に電気接続されていることを特徴とする請求項1
0記載のバッテリ。 - 【請求項16】 前記ディスプレイの第1の端子の電位は、バッテリセルの一部分であり、ディ
スプレイの第2の端子の電位は、非直線素子や抵抗間の電圧により決定されるこ
とを特徴とする請求項10記載のバッテリ。 - 【請求項17】 使用または漏洩でバッテリから電流が引き出される時、ディスプレイの端子の
一つの電圧は、ディスプレイの他の端子の電圧に関して変化することを特徴とす
る請求項16記載のバッテリ。 - 【請求項18】 前記非直線デバイスはスイツチすると、ディスプレイの端子の一つの電圧を、
ディスプレイの他の端子の電圧に関して負にせしめ、ある規定の仕様内に最早入
らないことを示すためディスプレイの色を変化せしめることを特徴とする請求項
17記載のバッテリ。
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US09/293,168 US6291096B1 (en) | 1999-04-16 | 1999-04-16 | Pass/fail battery indicator and tester |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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