DE69421113T2

DE69421113T2 - Batterie mit Testeretikett

Info

Publication number: DE69421113T2
Application number: DE69421113T
Authority: DE
Inventors: Dean A. Laird; John G. Langbehn; Robert A. Prok; Gary R. Tucholski; Victor H. Weiss
Original assignee: Eveready Battery Co Inc; Morgan Adhesives Co
Current assignee: Morgan Adhesives Co; Edgewell Personal Care Brands LLC
Priority date: 1993-05-03
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2014-04-29
Also published as: HK1007088A1; EP0626735B1; SG44371A1; EP0626735A1; CA2122539A1; US5538806A; US5393618A; DE69421113D1; JPH0773905A

Description

Die Erfindung betrifft eine Testvorrichtung für eine Batterie, wobei die Vorrichtung einen integralen Teil des Etiketts bildet, das die Batterie umhüllt.
Batterien werden im allgemeinen über verschieden lange Zeiträume gelagert, bevor sie in Gebrauch genommen werden. Die Batterien können beispielsweise in Läden vom Verkäufer gelagert werden und werden häufig nach dem Kauf nochmals vom Käufer vor der Verwendung gelagert. Gelegentlich verlieren Batterien, die vor Gebrauch lange Zeit gelagert werden, etwas von ihrer Ladung. Angesichts dessen ist es daher wünschenswert, irgendeine Einrichtung zum Testen der Batterie vor dem Gebrauch zu haben, um festzustellen, ob die Batterie für den Betrieb der gewünschten Vorrichtung ausreichend geladen ist.
Batterietestvorrichtungen sind entwickelt worden und verfügbar. Ursprünglich waren die Testvorrichtungen von der eigentlichen Batterie getrennt, aber diese Testvorrichtungen konnten verwendet werden, um die Reststärke der Batterie zu messen. In letzter Zeit sind Batterietestvorrichtungen entwickelt worden, die entweder in der Batterie enthalten oder in dem an der Batterie befestigten Etikett montiert sind. Testvorrichtungen dieser Art werden im allgemeinen zur Anzeige der Restkapazität in der Batterie eingesetzt.
Die US-A-4702564 offenbart eine Vorrichtung zum Testen einer Batterie, insbesondere einer kleinen, tragbaren Batterie, wobei die Vorrichtung ein flexibles, durchsichtiges Substrat aufweist, auf das ein schmales Band aus schwarzem, lichtabsorbierendem Material aufgebracht ist. Ein leitfähiges Material, das sich in entgegengesetzten Richtungen von einem Mittelpunkt zu einem Paar äußerer Anschlüsse nach außen hin verjüngen kann, wird dann auf der gleichen Substratseite wie die Absorptionsschicht oder auf der zur Absorptionsschicht entgegengesetzten Substratseite auf das Substrat aufgebracht. Dann wird eine Schicht aus einem Cholesterin-Flüssigkristallmaterial auf das Substrat aufgebracht, entweder auf der Seite, die der schwarzen Absorptionsschicht gegenüberliegt, oder über der Absorptionsschicht. Das in der Vorrichtung nach diesem Patent verwendete leitfähige Material ist ein Leiter auf einer Epoxidkitt-Unterlage, vorzugsweise Silber, der direkt auf das Substrat aufgedruckt oder als Anstrich aufgetragen wird. Entlang Abschnitten des Leitermaterials ist eine Anzeigeskala angebracht. Zum Testen einer Trockenzellenbatterie werden die Anschlußenden des Leitermaterials in Kontakt mit den Batterieanschlüssen gebracht, wodurch ein Stromfluß entsteht, der seinerseits das leitfähige Material aufheizt. Die erzeugte Wärme ist am stärksten im Mittelpunkt und strahlt nach außen. Die Wärme wird durch das dünne Substrat zur Flüssigkristallschicht übertragen, was zu einer Farbänderung im Flüssigkristall führt. Die Verschiebung der Farbänderung entlang der Anzeigeskala vom Mittelpunkt nach außen ist proportional zum Ausgangsstrom oder zur Ausgangsspannung oder zum Zustand der zu prüfenden Batterie und kann an der entsprechend geeichten Anzeigeskala abgelesen werden. Die Testvorrichtung schließt außerdem Mittel zum Bestimmen der Lebensdauer einer Batterie in Amperestunden ein.
Die US-A-5015544 offenbart eine Batteriestärkeanzeige- und -schalteinrichtung an einer Batterie. Diese Einrichtung wird an die Anschlüsse der Batterie gekoppelt und ist mit einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Batteriestärke ausgestattet. Außerdem ist die Batteriestärkeanzeigeeinrichtung mit einem Reihenschalter ausgestattet, der leicht betätigt werden kann, um den Stromkreis zu schließen und die Anzeigeeinrichtung an die Anschlüsse der Zelle anzulegen und die Ladung der Batterie anzuzeigen.
Die US-A-5059895 offenbart ein Batterievoltmeter, das aufweist:
(A) eine dielektrische Schicht;
(B) eine leitfähige Schicht über oder unter einer der Oberflächen der dielektrischen Schicht; und
(C) eine wärmeempfindliche Farbanzeigeschicht in Wärmekontakt mit der leitfähigen Schicht,
dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Schicht (i) eine Wärmeisoliereinrichtung unter einer ihrer Oberflächen und (ii) eine ausreichende Wärmeentwicklungskapazität aufweist, um eine Veränderung in der wärmeempfindlichen Farbanzeigeschicht zu bewirken. Das Voltmeter nach diesem Patent kann in ein Etikett integriert und direkt an einer Batterie befestigt werden.
Die US-A-4835475 offenbart eine Vorrichtung zur Anzeige der elektromotorischen Kraft einer Trockenbatterie, welche aufweist:
(i) eine Trägerfolie;
(ii) eine elektrisch leitende Schicht, die auf einer Seite der Trägerfolie angeordnet ist;
(iii) eine auf der elektrisch leitenden Schicht angeordnete Schutzschicht; und
(iv) eine auf der anderen Seite der Trägerfolie angeordnete thermochrome Schicht.
Die EP-A-0523901 offenbart eine Batterie mit integrierter Testvorrichtung, bei der eine einzige Öffnung in einer Isolierscheibe eine wärmeisolierende Luftschicht bildet, um Farbänderungen in einer thermochromen Schicht zu verstärken, die von einer leitfähigen Schicht oberhalb der Scheibe getragen wird. Gemäß der Abbildung würde die Größe der Öffnung eine Durchbiegung der leitfähigen Schicht durch die Öffnung zulassen.
Die EP-A-0495636 offenbart eine Batterie mit Testetikett, in dem durch Verwendung einer geeignet geformten dünnen Feststoffzwischenlage, beispielsweise aus Plastschaumstoff oder Klebstoff, ein isolierender Lufteinschluß zwischen einer leitfähigen Schicht und dem Batteriegehäuse ausgebildet werden kann.
Obwohl Testvorrichtungen zur Bestimmung der Reststärke einer Batterie verfügbar und sogar in das Etikett der Batterie eingebaut sind, ist diese Technik noch ziemlich jung, und man stößt auf Probleme, besonders bei der Herstellung und den Kosten der Vorrichtungen. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik alle aus einer großen Anzahl einzelner Schichten bestehen, die jeweils bezüglich der eigentlichen Batterie richtig positioniert werden müssen, wodurch die Herstellung zeitaufwendig wird und Kosten sowohl für den Hersteller als auch für den Endverbraucher entstehen. Außerdem hat sich gezeigt, daß bei einer Anordnung der leitfähigen Schicht dicht am Gehäuse der Batterie, das gewöhnlich aus einem Metallwerkstoff besteht, ein solches Gehäuse dann als Wärmesenke wirken kann. Wenn dies geschieht, kann die in der leitfähigen Schicht entwickelte Wärme unter Umständen nicht ausreichen, um durch das wärmeempfindliche Material nachgewiesen zu werden, und kann dadurch ungenaue Informationen über Stärke der Batterie liefern. Es ist vorgeschlagen worden, Isoliermittel zwischen dem Trägermaterial und der leitfähigen Schicht zu verwenden, um dieses Problem zu lösen. Die Verwendung einer zusätzlichen Schicht, welche die Gesamtdicke des Etiketts vergrößert, erhöht jedoch sowohl die Schwierigkeiten bei der Herstellung als auch die Kosten des Artikels.
Angesichts der mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme besteht immer noch ein Bedarf für eine Batterietestvorrichtung, wobei die Vorrichtung mit dem Batterieetikett montiert werden kann und wenige Komponenten aufweist, so daß sie leicht zusammengesetzt werden kann, vorzugsweise durch einen effizienten automatischen Montagevorgang, und wodurch die Gesamtkosten für Hersteller und Verbraucher gesenkt werden.
Dementsprechend bietet die Erfindung nach einem ersten Aspekt eine Testvorrichtung für eine Batterie mit einem ersten und einem zweiten Anschluß, wobei die Vorrichtung aufweist: eine nichtleitende Folie mit zwei Öffnungen, die so angeordnet sind, daß der erste und der zweite Anschluß der Batterie durch die Öffnungen freigelegt werden; eine auf der nichtleitenden Folie angeordnete leitende Stromkreisschicht, wobei die Stromkreisschicht die beiden Öffnungen bedeckt, um durch die Öffnungen mit den Anschlüssen der Batterie in Kontakt kommen zu können; und ein wärmeempfindliches Material, das in reaktionsfähigem Kontakt mit der leitenden Stromkreisschicht angeordnet ist, so daß Wärme, die durch den Stromfluß durch die leitende Stromkreisschicht entwickelt wird, beim Kontakt der leitenden Stromkreisschicht mit den beiden Anschlüssen eine Anzeige der in der Batterie enthaltenen Ladung durch das wärmeempfindliche Material hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Öffnungen mehrere Öffnungen in der nichtleitenden Folie angeordnet sind, um für eine Wärmeisolierung der leitenden Stromkreisschicht zu sorgen, und daß die Größe der mehreren Öffnungen so gewählt ist, daß eine Durchbiegung der leitenden Stromkreisschicht durch die mehreren Öffnungen hindurch auf das Batteriegehäuse verhindert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung bildet die Testvorrichtung das gesamte oder einen Teil des Etiketts der Batterie.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die leitende Stromkreisschicht und die mehreren Öffnungen in der nichtleitenden Folie so angeordnet, daß die leitende Stromkreisschicht durch die mehreren Öffnungen in der nichtleitenden Folie hindurch nicht wesentlich in Kontakt mit der Batterie kommen kann.
In einer konkreten Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung wird eine Batterie bereitgestellt, die aufweist: einen ersten Anschluß und einen zweiten Anschluß von entgegengesetzter Polarität; wobei die Batterie zumindest teilweise mit einer nichtleitenden Folie umhüllt ist, die eine obere Fläche und eine untere Fläche aufweist, und wobei die Folie eine erste Öffnung, die ein Segment des ersten Anschlusses freilegt, und eine davon beabstandete zweite Öffnung bildet, die ein Segment des zweiten Anschlusses freilegt; und eine leitende Stromkreisschicht, die so über der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung angeordnet ist, daß ein erstes Segment der leitenden Stromkreisschicht durch die erste Öffnung durchgebogen werden kann, um mit dem ersten Anschluß in Kontakt zu kommen, und daß ein zweites Segment der leitenden Stromkreisschicht durch die zweite Öffnung durchgebogen werden kann, um mit dem zweiten Anschluß in Kontakt zu kommen; ein wärmeempfindliches Material, das in reaktionsfähigem Kontakt mit der leitenden Stromkreisschicht angeordnet ist, so daß, wenn das erste Segment und das zweite Segment der leitenden Stromkreisschicht mit dem ersten Anschluß bzw. dem zweiten Anschluß in Kontakt kommen, ein Strom durch die leitende Stromkreisschicht fließt und das wärmeempfindliche Material erwärmt, das die Kapazität der Batterie anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Öffnungen mehrere Öffnungen in der nichtleitenden Folie angeordnet sind, um für eine Wärmeisolierung der leitenden Stromkreisschicht zu sorgen, und daß die Größe der mehreren Öffnungen so gewählt ist, daß eine Durchbiegung der leitenden Stromkreisschicht durch die mehreren Öffnungen hindurch auf das Batteriegehäuse verhindert wird.
Nach einem alternativen Aspekt bietet die vorliegende Erfindung eine Batterie, die eine Testvorrichtung gemäß der obigen Definition einschließt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine auseinandergezogene Darstellung der verschiedenen Komponenten der erfindungsgemäßen Teststromkreis-Etiketten;
Fig. 2 eine Draufsicht einer zusammenhängenden Etikettträgerfolie, die die einzelnen Teststromkreisvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung enthält;
Fig. 3 eine isometrische Darstellung einer Zelle, in der die erfindungsgemäße Teststromkreisvorrichtung verwendet wird;
Fig. 4 eine isometrische Darstellung einer Zelle, in der die erfindungsgemäße, von einer äußeren Schicht umhüllte Teststromkreisvorrichtung verwendet wird.
Die nichtleitende Trägerfolie der erfindungsgemäßen Testvorrichtung enthält zahlreiche Öffnungen, wobei zwei von diesen Öffnungen im Gebrauch den ersten und den zweiten Anschluß der Batterie freilegen müssen. Die genaue Zahl der Öffnungen ist für die vorliegende Erfindung unwesentlich und ist zum Beispiel von der Größe der Batterie abhängig, für welche die Testvorrichtung bestimmt ist.
Die nichtleitende Trägerfolie weist zwei Öffnungen auf, von denen eine im Gebrauch über dem ersten Anschluß und die zweite im Gebrauch über dem zweiten Anschluß der Batterie angeordnet sein muß. Die genaue Größe dieser beiden Öffnungen ist für die vorliegende Erfindung unwesentlich und hängt beispielsweise vom Typ der Batterie ab, für welche die Testvorrichtung bestimmt ist. Insbesondere sollten die Öffnungen von ausreichender Größe sein, um einen Kontakt zwischen der leitenden Stromkreisschicht, welche die Öffnungen bedeckt, und dem Anschluß der Batterie zu ermöglichen. Wir haben jedoch festgestellt, daß typischerweise Öffnungen von 0,001 Quadratzoll bis 0,008 Quadratzoll (6,45 · 10&sup5; um² bis 51,61 · 10&sup5; um²), vorzugsweise von 0,003 bis 0,005 Quadratzoll (19,35 · 10&sup5; bis 32,26 · 10&sup5; um²), geeignet sind. Innerhalb dieses Bereichs sind die kleineren Öffnungen besonders geeignet für kleinere Batterien, wie z. B. die Zellen vom Typ AAA, während Öffnungen zum oberen Ende des Bereichs hin für Batterien mit größerem Durchmesser und anderer Krümmung besonders geeignet sind, zum Beispiel für die Batterien der Größe D.
Die genaue Größe der übrigen mehreren Öffnungen in der nichtleitenden Trägerfolie ist gleichfalls unwesentlich für die vorliegende Erfindung; allerdings sollten diese Öffnungen so bemessen sein, daß eine Durchbiegung der leitenden Stromkreisschicht durch die Öffnungen hindurch auf das Batteriegehäuse verhindert wird. Vorzugsweise sind diese Öffnungen kleiner als diejenigen, die über den Anschlüssen der Zelle angeordnet sind. Typischerweise können diese übrigen Öffnungen in der Größe von 0,0001 Quadratzoll bis 0,004 Quadratzoll (6,45 · 10&sup4; um² bis 25,8 · 10&sup5; um²) variieren, und vorzugsweise von 0,0004 Quadratzoll bis 0,002 Quadratzoll (25,8 · 10&sup4; um² bis 12,9 · 10&sup5; Mm²). Innerhalb dieses Bereichs sind Öffnungen am unteren Ende des Bereichs besonders für die kleineren Zellen der Größe AAA geeignet, während für die Zellen der Größe D Öffnungen mit einer Größe zum oberen Ende des Bereichs hin geeigneter sind.
So könnten zum Beispiel Zellen der Größe AAA die beiden über den Anschlüssen der Batterie angeordneten Öffnungen in einer Größe innerhalb des Bereichs von 0,001 bis 0,003 Quadratzoll (64,52 · 10&sup4; bis 19,35 · 10&sup5; um²) aufweisen, während die übrigen Öffnungen innerhalb des Bereichs von 0,0001 bis 0,0003 Quadratzoll (64,52 · 10³ bis 19,35 · 10&sup4; um²) liegen könnten. Für eine Zelle der Größe AA könnten die erste und die zweite Öffnung eine Größe innerhalb des Bereichs von 0,002 bis 0,004 Quadratzoll (12,9 · 10&sup5; bis 25,8 · 10&sup5; Mm²) aufweisen, während die übrigen Öffnungen eine Größe innerhalb des Bereichs von 0,0003 bis 0,001 Quadratzoll (19,35 · 10³ bis 64,52 · 10&sup4; Mm²) aufweisen könnten. Für Zellen der Größe D könnten die erste und die zweite Öffnung eine Größe von 0,003 bis 0,008 Quadratzoll (19,35 · 10&sup4; bis 51,62 · 10&sup5; gm²) aufweisen, während die übrigen Öffnungen eine Größe von 0,001 bis 0,003 Quadratzoll (64,52 · 10&sup4; bis 19,35 · 10&sup5; Mm²) aufweisen könnten.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat eine der beiden über den Batterieanschlüssen angeordneten Öffnungen die Form eines Schlitzes oder einer Nut, die direkt auf die Kante der nichtleitenden Trägerfolie führt, mit der einzigen Bedingung, daß die leitende Stromkreisschicht sich noch durchbiegen können muß, um mit dem Batteriedeckel in Kontakt zu kommen. In dieser Ausführungsform könnte daher die Größe einer der beiden Anschlußöffnungen 0,01 Quadratzoll (64,52 · 10³ Mm²) übersteigen. In einer stärker bevorzugten Ausführungsform hat die Öffnung, die den zweiten Anschluß bedeckt, die Form eines Schlitzes oder einer Nut.
Im allgemeinen ist die genaue Form der Öffnungen, d. h. der beiden über den Anschlüssen der Batterie angeordneten Öffnungen und der dazwischenliegenden übrigen Öffnungen, für die vorliegende Erfindung unwesentlich. Aus der obigen Beschreibung ist jedoch ersichtlich, daß die über den Anschlüssen der Batterie angeordneten Öffnungen eine solche Form haben müssen, daß eine Durchbiegung des abdeckenden leitenden Stromkreismaterials ermöglicht wird, so daß dieses mit dem Anschluß in Kontakt kommen kann. Die Öffnungen, die zwischen denjenigen an den beiden Batterieanschlüssen angeordnet sind, können kreisförmig, elliptisch, quadratisch, rechteckig oder von irgendeiner anderen vieleckigen Form sein.
Die nichtleitende Folie der erfindungsgemäßen Testvorrichtung kann aus irgendeinem gewünschten dielektrischen Polymermaterial bestehen, wobei allerdings die Verwendung eines dielektrischen Polymermaterials bevorzugt wird, das bei der Montage auf einer Batterie schrumpft. Beispiele geeigneter Polymermaterialien sind unter anderem Polyvinylharze, Polyolefinharze und Polyesterharze, konkrete Beispiele dieser Harze sind unter anderem Polyvinylchlorid, Polyethylen und Polypropylen. Die genaue Dicke der nichtleitenden Folie unterliegt keiner besonderen Beschränkung, und wir haben festgestellt, daß eine Dicke von etwa 0,0005 bis 0,005 Zoll (12,7 bis 127 um), vorzugsweise von 0,001 bis 0,003 Zoll (25,4 bis 76,2 um) besonders geeignet ist.
Die leitfähige Stromkreisschicht kann aus irgendeinem Material geformt werden, das eine elektrische Ladung leiten kann. Typischerweise kann diese Schicht aus einer Metallfolie geformt werden, wie z. B. aus Silber, Nickel, Eisen, Kupfer, Blei usw., sowie aus Gemischen daraus oder aus einer metallisierten Kunststoffolie. Als Alternative kann die Schicht aus einem elektrisch leitenden Polymer oder aus Gemischen solcher Polymere, Anstrichfarben oder Druckfarben geformt werden, wie z. B. denjenigen, die Graphit, Kohlenstoff oder Metalle wie etwa Silber enthalten, oder Kombinationen daraus, die als leitfähige Schicht auf ein Substrat aufgebracht werden könnten. Vorzugsweise besteht diese Schicht aus Silber.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung schließt außerdem eine Einrichtung zur Anzeige der Batteriekapazität ein. Die Anzeigeeinrichtung in Form einer wärmeempfindlichen Schicht befindet sich in reaktionsfähigem Kontakt mit dem Bereich mit gesteuertem spezifischem Widerstand und reagiert auf die Kapazität der Batterie und zeigt diese an. Zum Beispiel wird in diesem Bereich eine Temperatur erzeugt, wenn ein Strom durch die leitende Stromkreisschicht fließt. Wärmeempfindliches Material befindet sich in Wärmeübertragungskontakt mit dem Bereich mit gesteuertem spezifischem Widerstand und zeigt dem Verbraucher die Kapazität der Batterie an. Diese Anzeige kann qualitativ sein, wie z. B. eine Anzeige "gut", oder quantitativ, wie z. B. die restliche Nutzlebensdauer in Prozent. Die wärmeempfindlichen Materialien sind vom Verbraucher leicht beobachtbar. So kann der Verbraucher zum Beispiel anhand der Farbänderung feststellen, ob die Batterie gut ist oder ausgewechselt werden muß.
Beispiele geeigneter wärmeempfindlicher Materialien sind unter anderem Flüssigkristallmaterialien und thermochrome Druckfarben. Geeignete Flüssigkristallmaterialien sind die vom Cholesterin-Typ, wie z. B. Cholesteryloleat, Cholesterylchlorid, Cholesterylcaprylat und dergleichen. Beispiele geeigneter thermochromer Druckfarben sind unter anderem diejenigen, die sich aus einem Farbstoff, Entwickler und Desensibilisator zusammensetzen, wie zum Beispiel in der US-A-4835475 offenbart. Das Farbindikatormaterial könnte von farbig in farblos, von farblos in farbig oder von einer in eine zweite Farbe umschlagen.
Die Anzeigematerialien, wie z. B. thermochrome Druckfarben, können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Zum Beispiel können in einer Ausführungsform verschiedene Schichten des Anzeigematerials verwendet werden. Die Schichten werden bei unterschiedlichen Temperaturen oder in unterschiedlichen Zuständen aktiviert und können daher so gestaltet werden, daß sie bei verschiedenen Temperaturen in verschiedene Farben umschlagen. Zum Beispiel ist die Materialschicht, die bei der höchsten Temperatur aktiviert wird, vorzugsweise die untere Schicht, und die oberen Schichten sind dann auf geeignete Weise entsprechend der Aktivierungstemperatur so angeordnet, daß das Material mit der niedrigsten Aktivierungstemperatur die oberste Schicht bildet.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die leitende Stromkreisschicht durch die Öffnung in der über einem der beiden Anschlüsse angeordneten nichtleitenden Schicht durchgebogen werden, so daß ein Stromkreis geschlossen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch an einem der Anschlüsse der leitenden Stromkreisschicht die erfindungsgemäße Testvorrichtung im Gebrauch so angeordnet, daß sie sich in dauerndem Kontakt mit dem Anschluß befindet, so daß zum Schließen des Stromkreises die leitende Stromkreisschicht nur durch die Öffnung in der nichtleitenden Folie an dem anderen Anschluß durchgebogen werden muß. In einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich entweder die Anode oder ' die Kathode in elektrischem Kontakt mit dem leitfähigen Gehäuse der Batterie. In dieser Ausführungsform kann eines der Enden der Anschlußkontaktsegmente des Teststromkreises dauernd mit einem Anschluß des Gehäuses verbunden sein, während das andere Kontaktende durch eine Öffnung in der Trägerschicht, die zwischen dem Gehäuse und dem Segmentende des Teststromkreises angebracht ist, außer Kontakt mit dem anderen Anschluß des Gehäuses angeordnet ist. Diese Öffnung kann als Schalter für den Teststromkreis wirken. Indem das Ende des Stromkreiskontaktsegments durch die Öffnung hindurch in Kontakt mit dem Gehäuse gedrückt wird, wird der Schalter geschlossen, und der Teststromkreis wird zum Prüfen der Batterie geschlossen. Dieser Kontakt kann zweckmäßig durch Anwenden von Finger- oder Daumendruck auf die Schalterflächen hergestellt werden.
Wie oben diskutiert, eignet sich die erfindungsgemäße Testvorrichtung zur Verwendung als Etikett oder als Teil des Etiketts für eine Batterie. In diesem Falle kann das Etikett auch zusätzliche Isolierschichten, Druckschichten, Schutzschichten und dergleichen aufweisen. Geeignete Materialien zur Verwendung als die verschiedenen Schichten sind diejenigen, die typischerweise in Batterieetiketten verwendet werden, und schließen weichgemachtes oder nicht weichgemachtes Polyvinylchlorid (UPVC), Polyester, Metallfolien, Papier und dergleichen ein und werden nach bekannten Verfahren hergestellt, wie z. B. durch Laminieren der Schichten. Das Etikett kann mit Hilfe eines Klebstoffs an der Batterie befestigt werden. Das Testetikett kann die Form eines einlagigen Etiketts oder eines aufschrumpfbaren Schlauchetiketts haben, das eine Batterie umhüllt.
Ein bevorzugtes Testetikett kann Komponenten enthalten, wie sie im folgenden beschrieben werden. An das Gehäuse der Batterie kann durch einen geeigneten Klebstoff eine isolierende Trägerschicht angeklebt werden, die sich in elektrischem Kontakt entweder mit der Anode oder mit der Kathode der Batterie befindet. In der Isolierschicht sind, wie oben beschrieben, zwei Öffnungen für den Kontakt mit den Zellenanschlüssen angebracht. Eine separate Teststromkreis-Einheit ist auf geeignete Weise auf der oberen Fläche dieser Isolierschicht angeordnet, und eines der Anschlußkontaktsegmentenden des Stromkreises wird dann auf eine der Öffnungen in der Trägerfolie ausgerichtet. Das andere Anschlußkontaktsegmentende des Stromkreises ist dann so auf die zweite Öffnung auszurichten, daß es sich mit dem Batterieanschluß (im allgemeinen dem Deckel), der nicht mit dem Gehäuse in Kontakt ist, im Kontakt befindet und daran befestigt ist. Der Bereich der Trägerfolie, auf den der Teststromkreis aufgebracht wird, weist mehrere Öffnungen auf, wie oben beschrieben, die als Wärmeisolierungsmittel für den Teststromkreis wirken. Das Temperaturanzeigematerial wird dann auf geeignete Weise über dem Bereich mit gesteuertem spezifischem Widerstand des Stromkreises aufgebracht. Das Anzeigematerial kann direkt auf den Teststromkreis aufgebracht werden, oder es kann auf eine separate Schicht aufgebracht werden, die über dem Teststromkreis angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Anzeigematerial eine thermochrome Druckfarbe und befindet sich in Wärmeübertragungskontakt mit dem Bereich mit gesteuertem spezifischem Widerstand. Schließlich kann eine Schutzschicht über dem Anzeigematerial aufgebracht werden. Der Typ der Schutzschicht ist so gewählt, daß das Anzeigematerial vom Benutzer beobachtet werden kann. Zum Prüfen der Batteriestärke drückt der Benutzer an dem Punkt über einer oder beiden Öffnungen in der Isolierschicht auf das Etikett, um den Kontakt mit den Batterieanschlüssen herzustellen. Beim Schließen des Stromkreises wird in dem Bereich mit gesteuertem spezifischem Widerstand ein Temperaturanstieg erzeugt, der auf das Anzeigematerial übertragen wird. Wenn der gewünschte Temperaturpegel erreicht ist, wird dies vom Anzeigematerial angezeigt, und der Benutzer kann die in der Batterie enthaltene Restkapazität bestimmen.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann eine äußere Folie über der Trägerfolie angebracht werden, welche die Batterietestvorrichtung und das Trägermaterial enthält, und/oder die äußere Folie kann Aufdrucke und graphische Gestaltungselemente für die Batterie enthalten. Ein geeignetes Material für die äußere Folie ist unter anderem Polyester, Polyvinylchlorid oder dergleichen.
Die bei der vorliegenden Erfindung verwendbaren Batterien sind Primär- oder Sekundärbatterien mit positiven und negativen Anschlüssen. Die Batterien weisen im allgemeinen eine Anode, eine Kathode und einen in einem abgedichteten Gehäuse enthaltenen Elektrolyten auf. Das Gehäuse weist typischerweise in einem Ende eine Öffnung auf, die mit einem Deckel abgedichtet und verschlossen ist. Dieser Deckel ist gewöhnlich entweder mit der Kathode oder mit der Anode in elektrischem Kontakt und bildet einen Anschluß der Batterie, während der Anschluß mit entgegengesetzter Polarität, im allgemeinen das Batteriegehäuse, sich gewöhnlich in elektrischem Kontakt mit der anderen Elektrode befindet.
Das erfindungsgemäße Etikett mit Testvorrichtung bildet ein Etikett für die Batterie und zusätzlich eine Testvorrichtung, die in das Etikett integriert ist und danach zu einem integrierten Bestandteil der Batterie wird. Die Testvorrichtung arbeitet so, daß durch Niederdrücken eines der beiden ausgewählten Flächen der leitenden Stromkreisschicht der Stromkreis zwischen den Anschlüssen der Batterie über die leitende Stromkreisschicht geschlossen wird, wodurch wiederum Wärme erzeugt wird. Die entwickelte Wärme wird durch das wärmeempfindliche Material nachgewiesen, um eine optische Anzeige der Batteriestärke zu liefern.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Anbringen mehrerer kleiner Öffnungen in der nichtleitenden Trägerfolie. Diese Öffnungen wirken als Wärmeisolierung für die leitende Schicht. Folglich dient das Segment der Trägerfolie als Wärmeisolator und elektrischer Isolator für die leitende Stromkreisschicht. In dieser Anordnung ist eine minimale Anzahl von Teilen für die Herstellung eines Batterieetiketts mit integrierter Batterietestvorrichtung erforderlich, um zu prüfen, ob die Batterie geladen ist.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Befestigen des Etiketts mit Teststromkreis an der Batterie ist ein kontinuierlicher Vorgang und beinhaltet zum Beispiel zunächst die Herstellung einer Trägerfolie, wie z. B. einer Kunststoffolie, die mit graphischen Elementen und Aufdrucken auf der Oberseite sowie mit einer ersten Öffnung, einer zweiten Öffnung und mehreren Öffnungen, wie oben diskutiert, hergestellt wird. Dann kann ein Klebstoff auf die Unterseite dieser Folie aufgebracht werden, die dann an einem geeigneten lösbaren Material, wie z. B. einem siliconbeschichteten Trennpapier, fixiert werden kann, um einen Etikettträger zu bilden. In einem getrennten Arbeitsgang kann dann eine Stromkreistestschicht von der gewünschten Form und dem gewünschten Format zusammen mit einem wärmeempfindlichen Material, wie z. B. thermochromer Druckfarbe, auf ein Substrat aufgebracht werden. Dann wird auf geeignete Weise ein Klebstoff auf die untere Fläche des Substrats aufgebracht, wobei die entsprechenden Enden der Teststromkreissegmente klebstofffrei bleiben. Die Seite des Substrats, auf die der Klebstoff aufgebracht worden ist, wird dann typischerweise auf Trennpapier fixiert, wie z. B. auf siliconbeschichtetem Papier, und dann auf eine Rolle aufgewickelt.
Die entstandene Teststromkreisrolle, welche die einzelnen Stromkreistestvorrichtungen enthält, kann dann in eine Ausgabemaschine eingesetzt werden, um die Teststromkreisvorrichtungen der Trägerschicht, deren Herstellung oben beschrieben wurde, in einem festen Zeitablauf zuzuführen. Die Maschine kann eine Einrichtung enthalten, um die erfaßt, wann die Fläche des Etiketts, welche die Öffnungen enthält, eine bestimmte Position erreicht, in welchem Stadium eine auf die gewünschte Größe zugeschnittene Teststromkreisvorrichtung ohne die Trennpapierbahn abgegeben und über der ausgewählten Fläche der Trägerfolie positioniert und daran befestigt werden kann.
Auf Wunsch kann eine zusätzliche Graphik auf das Grundetikett und/oder die Teststromkreisschicht aufgedruckt werden, bevor eine äußere Schicht auf der Trägerschicht angebracht wird. Die vollständige Trägerschicht wird auf eine gewünschte Größe zugeschnitten und dann einem weiteren Bereich zugeführt, wo die siliconbeschichtete Papierbahn entfernt und das Etikett am Gehäuse der Batterie befestigt wird. Auf Wunsch könnte eine Graphik auf der äußeren Schicht des Etiketts angebracht werden.
In einem alternativen Verfahren kann das leitfähige Material durch Heißprägen auf das Substrat aufgebracht werden. Wir bevorzugen, daß die leitfähige Stromkreisschicht als separater Teil ausgebildet wird, vorzugsweise auf einem Substrat, und so geformt wird, daß sie ein erstes und ein zweites Segmentende aufweist, die durch einen Bereich mit gesteuertem spezifischem Widerstand miteinander verbunden sind. Das erste Segment wird auf geeignete Weise so angebracht, daß es mit einem ersten Anschluß der Batterie in Kontakt kommt, und das zweite Segment wird gleichfalls so angebracht, daß es mit dem zweiten Anschluß der Batterie in Kontakt kommt. Wenn folglich die leitende Stromkreisschicht in Kontakt mit beiden Anschlüssen der Batterie kommt, fließt ein elektrischer Strom durch den Bereich mit gesteuertem spezifischem Widerstand, der die leitende Stromkreisschicht bis zu einem Bereich aufheizt, des zum Aktivieren des wärmeempfindlichen Materials ausreicht. Der Widerstand in dem Bereich mit gesteuertem spezifischem Widerstand kann in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung variieren bzw. konstant sein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
In Fig. 1 ist eine Trägerfolie 2 dargestellt, beispielsweise aus PVC, die eine erste Öffnung 4, eine schlitzförmige zweite Öffnung 6 und mehrere zwischen der Öffnung 4 und der Öffnung 6 angeordnete kleine Öffnungen 8 aufweist. Eine leitfähige Schicht 10 ist selektiv so geformt, daß sie über der Öffnung 4, der Öffnung 6 und mindestens einigen von den mehreren Öffnungen 8 angebracht werden kann. Die Öffnung 4 ist ausreichend groß, so daß die leitfähige Segmentschicht 12 in die Öffnung 4 und durch diese hindurch gedrückt werden kann. Die Öffnung 6 hat die Form einer Kerbe, so daß die leitfähige Segmentschicht 14 in die Kerbe 6 und durch diese hindurch gedrückt werden kann, um mit einem Anschluß der Zelle in Kontakt zu kommen. Auf der leitfähigen Schicht 10 ist ein wärmeempfindliches Material 16 angebracht, wie z. B. ein thermochromes Material, das bei Erfassung eines bestimmten Temperaturpegels seine Farbe ändert.
In Fig. 2 sind mehrere leitfähige Schichtelemente 10 dargestellt, die auf einer Trägerfolie 2 fixiert sind, welche lösbar auf einer Trägerschicht 11 befestigt ist, wie z. B. auf einem siliconbeschichteten Papier, und über der Öffnung 4, der Öffnung 6 und mehreren Öffnungen 8 angeordnet wird. Auf der leitfähigen Schicht 10 ist wärmeempfindliches Material 16 angeordnet. Auf Wunsch könnte eine nichtleitende Folie oder Beschichtung (nicht dargestellt) über der Trägerfolie 2 angeordnet werden, um dadurch die leitfähige Schicht 10 und das wärmeempfindliche Material weiter an der Trägerfolie 2 zu befestigen. Diese oberste Schicht könnte eine Klebstoffseite aufweisen, die an der Trägerfolie 2 befestigt wird. Diese nichtleitende Folie könnte die Form eines Schlauchs haben, der nach dem Anbringen des Etiketts an der Zelle auf die Zelle aufgeschrumpft werden könnte. Die Trägerfolie 2 weist an ihrer Unterseite eine Klebstoffschicht 19 auf (siehe Fig. 1), die an einer Batterie befestigt wird, wie in Fig. 3 dargestellt.
Konkret zeigt Fig. 3 ein Batterietestetikett 17 auf eine Trägerfolie 2 (nicht dargestellt), die am Gehäuse der Batterie 20 befestigt ist. Die leitfähige Segmentschicht 14 befindet sich in elektrischem Kontakt mit dem Deckel 22, die einen Anschluß der Batterie 20 darstellt. Diese leitfähige Segmentschicht 14 kann dauerhaft mit dem leitfähigen Deckel 22 verbunden sein. Die leitfähige Segmentschicht 12 ist über der Öffnung 4 angeordnet und von dem zylinderförmigen Gehäuse 24 der Batterie 20 beabstandet, das den zweiten Anschluß der Batterie 20 bildet. Folglich ist der Stromkreis zwischen den beiden Anschlüssen der Batterie 20 über die leitfähigen Segmentschichten 12 und 14 unterbrochen. Um den Stromkreis zu schließen wird Druck auf die flexible obere Schicht über der Öffnung 4 in der Trägerfolie ausgeübt. Der Druck bewirkt, daß die leitfähige Segmentschicht 12 durch die Öffnung 4 hindurch in elektrischen Kontakt mit dem Batteriegehäuse 24 kommt. Steifigkeit und Rückfederung im Etikett bewirken, daß die leitfähige Segmentschicht 12 den Kontakt zum Gehäuse 24 unterbricht, sobald der Druck gelockert wird. Auf Wunsch kann die leitfähige Segmentschicht 14 auch von dem Deckel 22 beabstandet sein, so daß zum Schließen des Stromkreises gleichzeitig Druck auf die flexible obere Schicht über beiden Öffnungen 4 und 6 in der Trägerfolie ausgeübt werden muß. Sobald der Druck gelockert wird, federn die leitfähigen Schichtsegmente 12 und 14 zurück und unterbrechen den Kontakt zum Gehäuse 24 bzw. zum Deckel 22. Wie oben festgestellt, können auf die Trägerschicht, die leitfähige Schicht, das wärmeempfindliche Material und/oder die äußere Schicht geeignete Graphik und Aufdrucke aufgebracht werden.
Wie in Fig. 4 dargestellt, enthält eine äußere Schicht 1 gekennzeichnete Bereiche 3 und 5, die dem Bereich des ersten Anschlusses bzw. dem Bereich des zweiten Anschlusses der Zelle entsprechen. Der gekennzeichnete Bereich 7 gibt eine Fläche des wärmeempfindlichen Materials frei, so daß beim Drücken auf die Bereiche 3 und 5 ein Stromkreis geschlossen wird und das wärmeempfindliche Material seine Farbe ändert, um den Ladezustand der Zelle anzuzeigen. Auf Wunsch könnte entweder der Bereich 5 oder der Bereich 3 dauerhaft an einem Anschluß befestigt werden, so daß nur der Bereich 3 bzw. 5 zum Schließen des Stromkreises niedergedrückt werden müßte.
Die vorliegende Erfindung ist unter besonderer Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben worden, wobei man aber erkennen wird, daß Abänderungen und Modifikationen vorgenommen werden können. Zum Beispiel könnte ein Klebeband über der leitfähigen Stromkreisschicht angebracht werden, die das wärmeempfindliche Material enthält, so daß die leitfähige Stromkreisschicht mit Hilfe des Klebebands an der Trägerfolie befestigt werden könnte.

Claims

1. Testvorrichtung für eine Batterie mit einem ersten und einem zweiten Anschluß, wobei die Testvorrichtung aufweist: eine nichtleitende Folie (2) mit zwei Öffnungen (4, 6), die so angeordnet sind, daß der erste und der zweite Anschluß der Batterie durch die Öffnungen freigelegt werden; eine auf der nichtleitenden Folie (2) angeordnete leitende Stromkreisschicht (10), wobei die Stromkreisschicht (10) die beiden Öffnungen (4, 6) bedeckt, um durch die Öffnungen mit den Anschlüssen der Batterie in Kontakt kommen zu können; und ein wärmeempfindliches Material (16), das in reaktionsfähigem Kontakt mit der leitenden Stromkreisschicht (10) angeordnet ist, so daß Wärme, die durch den Stromfluß durch die leitende Stromkreisschicht (10) entwickelt wird, beim Kontakt der leitenden Stromkreisschicht (10) mit den beiden Anschlüssen eine Anzeige der in der Batterie enthaltenen Ladung durch das wärmeempfindliche Material (16) hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Öffnungen (4, 6) mehrere Öffnungen (8) in der nichtleitenden Folie (2) angeordnet sind, um für eine Wärmeisolierung der leitenden Stromkreisschicht (10) zu sorgen, und daß die Größe der mehreren Öffnungen (8) so gewählt ist, daß eine Durchbiegung der leitenden Stromkreisschicht (10) durch die mehreren Öffnungen (8) hindurch auf das Batteriegehäuse verhindert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die leitende Stromkreisschicht (10) und die mehreren Öffnungen (8) in der nichtleitenden Folie (2) so angeordnet sind, daß die leitende Stromkreisschicht (10) durch die mehreren Öffnungen (8) in der nichtleitenden Folie (2) im wesentlichen nicht mit der Batterie in Kontakt kommen kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die mehreren Öffnungen (8) eine Größe von 0,0001 bis 0,004 Quadratzoll (6,45 · 10&sup4; bis 25,8 · 10&sup5; um²) haben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die mehreren Öffnungen (8) eine Größe von 0,0004 bis 0,002 Quadratzoll (25,8 · 10&sup4; bis 12,9 · 10&sup5; um²) haben.

5. Vorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 4, wobei die nichtleitende Folie (2) aus einem dielektrischen Polymermaterial gebildet wird, insbesondere aus einem Polyvinylharz, Polyolefinharz oder Polyesterharz.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die nichtleitende Folie (2) 0,0005 bis 0,05 Zoll (12,7 bis 127 um), vorzugsweise 0,001 bis 0,003 Zoll (25,4 bis 76,2 um) dick ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die leitende Stromkreisschicht (10) aus einer Metallfolie oder Gemischen daraus, einer metallisierten Kunststoffschicht, einem elektrisch leitenden Polymer oder Gemischen daraus, Farbe oder Druckfarbe, Kohlenstoff oder einem Metall gebildet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die leitende Stromkreisschicht (10) aus Silber, Nickel, Eisen, Kupfer, Kohlenstoff, Blei, leitfähiger Farbe, leitfähigen Polymeren, leitfähiger Druckfarbe oder Gemischen daraus besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die leitende Stromkreisschicht (10) aus Silber besteht.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das wärmeempfindliche Material (16) eine thermochrome Druckfarbe oder ein Flüssig-kristallmaterial ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das wärmeempfindliche Material (16) eine thermochrome Druckfarbe ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Gebrauch die leitende Stromkreisschicht (10) an einem der Anschlüsse so angeordnet ist, daß sie sich in permanentem Kontakt mit diesem Anschluß befindet.

13. Batterie die aufweist: einen ersten Anschluß und einen zweiten Anschluß von entgegengesetzter Polarität; wobei die Batterie zumindest teilweise in eine nichtleitende Folie (2) mit einer oberen Fläche und einer unteren Fläche eingehüllt ist und die Folie eine erste Öffnung (4), die einen Abschnitt des ersten Anschlusses freilegt, und eine davon beabstandete zweite Öffnung (6) bildet, die einen Abschnitt des zweiten Anschlusses freilegt, und eine leitende Stromkreisschicht (10), die über der ersten Öffnung (4) und der zweiten Öffnung (6) so angeordnet ist, daß ein erster Abschnitt (12) der leitenden Stromkreisschicht (10) durch die erste Öffnung (4) durchgebogen werden kann, um mit dem ersten Anschluß in Kontakt zu kommen, und daß ein zweiter Abschnitt (14) der leitenden Stromkreisschicht (10) durch die zweite Öffnung (6) durchgebogen werden kann, um mit dem zweiten Anschluß in Kontakt zu kommen; ein wärmeempfindliches Material (16), das in reaktionsfähigem Kontakt mit der leitenden Stromkreisschicht (10) angeordnet ist, so daß, wenn der erste Abschnitt (12) bzw. der zweite Abschnitt (14) der leitenden Stromkreisschicht (10) mit dem ersten Anschluß bzw. dem zweiten Anschluß in Kontakt kommen, ein Strom durch die leitende Stromkreisschicht (10) fließt und das wärmeempfindliche Material (16) erwärmt, das die Kapazität der Batterie anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß in der nichtleitenden Folie (2) zwischen den beiden Öffnungen (4, 6) mehrere Öffnungen (8) angeordnet sind, um für eine Wärmeisolierung der leitenden Stromkreisschicht (10) zu sorgen, und daß die Größe der mehreren Öffnungen (8) so gewählt ist, daß eine Durchbiegung der leitenden Stromkreisschicht (10) durch die mehreren Öffnungen (8) auf das Batteriegehäuse verhindert wird.

14. Batterie mit einer Testvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 12.

15. Batterie nach Anspruch 14, wobei die Vorrichtung das gesamte Etikett oder einen Teil davon bildet.

16. Batterie nach Anspruch 15, die ferner eine Folie aufweist, die mittels Wärme zumindest auf die Testvorrichtung aufgeschrumpft ist.

17. Batterie nach einem der Ansprüche 13 bis 16 mit einem Gehäuse (24), das aus einem an einem Ende geschlossenen und am gegenüberliegenden Ende offenen zylindrischem Behälter besteht, wobei der Behälter den ersten Anschluß der Batterie bildet; und mit einem Deckel (22), der über dem offenen Ende des Behälters befestigt und dagegen elektrisch isoliert ist, wobei der Deckel den zweiten Anschluß der Batterie bildet.