專(zhuān)利名稱(chēng)：熱色電池檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)與電池檢測(cè)器有關(guān)，更確切一些，是與裝在標(biāo)簽上的熱色電池檢測(cè)器有關(guān)。
電池在使用前往往要貯存一段時(shí)間，例如零售商將電池賣(mài)出去之前的一段時(shí)間。消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)電池后一般也要放置一段時(shí)間才會(huì)使用。如果放的時(shí)間很長(zhǎng)，電池可能自行放電。因此希望利用電池檢測(cè)器來(lái)確定電池是否還有足夠的電量以帶動(dòng)某個(gè)裝置。
另外，還經(jīng)常希望確定正在使用的電池還能用多久。用戶(hù)僅僅因?yàn)橛洸黄鹨粋€(gè)特定裝置(如相機(jī)、磁帶錄音機(jī)等)內(nèi)的電池用了多久而把“好”電池扔掉。同樣，電池常常在不容易買(mǎi)到新的情況下達(dá)到無(wú)用或接近無(wú)用的放電狀態(tài)。已經(jīng)有一些單獨(dú)的或可獨(dú)立應(yīng)用的電池檢測(cè)器可以顯示電池的剩下的電能。不過(guò)這類(lèi)檢測(cè)器容易放錯(cuò)地方，用起來(lái)麻煩。
也有一些裝在固定于電池的標(biāo)簽內(nèi)的電池檢測(cè)器。熱色電池檢測(cè)器就是其中的一種。它一般包含一個(gè)選擇性地與電池兩極連接的導(dǎo)電元件。在一端或兩端裝有一個(gè)開(kāi)關(guān)座，使用者一按開(kāi)關(guān)就把導(dǎo)電元件連在電池兩極之間。在導(dǎo)電元件上所產(chǎn)生的熱量與它的電阻率及流過(guò)電池的電流有關(guān)。
電池所產(chǎn)生的電流大小是它剩下的容量的一個(gè)標(biāo)志。熱色檢測(cè)器還包含一個(gè)熱色層，它隨著導(dǎo)電元件產(chǎn)生的熱量不同而改變顏色或看得見(jiàn)的外部特征。熱色層外部特征的變化可以顯示電池的放電能力。例如，可以利用熱色材料在不透明和透明兩種狀態(tài)的變化來(lái)顯示放在熱色層下面的標(biāo)記，當(dāng)它顯示電池是“好的”，就說(shuō)明電池的輸出電流足夠大。
電池的應(yīng)用范圍很廣，要求的功率消耗速度變化很大。例如，用于照相機(jī)閃光燈的電池，其放電速度就比收音機(jī)，鐘表和手電筒的電池高得多。對(duì)于這類(lèi)高放電速率的應(yīng)用，就要求電池的剩余容量較高以繼續(xù)給裝置供電。因而，一個(gè)對(duì)于這種高速率應(yīng)用完全失效的電池，可能用在鐘表式收音機(jī)內(nèi)仍然是“好的”。因此，僅僅是對(duì)一種放電速率定標(biāo)的電池檢測(cè)器電流，并不能精確地反映在其它應(yīng)用場(chǎng)合的相應(yīng)放電能力。
舉例說(shuō)來(lái)，如果一個(gè)裝在標(biāo)簽上的電池檢測(cè)器是按用于高放電速率來(lái)定標(biāo)的(即當(dāng)電池容量不足以使閃光燈充電時(shí)顯示該電池失效)，那么仍可用于低放電速率裝置的電池，特別是那些僅僅供低放電速率裝置使用的電池，就不一定要扔掉。另一方面，若電池檢測(cè)器是對(duì)低放電裝置定標(biāo)的(即僅當(dāng)電池容量不足以給收音機(jī)式鐘表供電才顯示該電池是真的不能用了)，那么當(dāng)顯示器告訴用戶(hù)該電池仍是“好”的，而實(shí)際上并不能對(duì)高放電速率裝置供電時(shí)，用戶(hù)就可能感到迷惑。使用者可能認(rèn)為這種電池檢測(cè)器是很不準(zhǔn)確的。
用于這類(lèi)裝在標(biāo)簽上的檢測(cè)器中的熱色材料能在預(yù)先設(shè)定的溫度范圍內(nèi)改變顏色。新電池的開(kāi)路電壓較高且內(nèi)阻較低，因而能比用過(guò)的電池產(chǎn)生更多的熱量和更高的溫升。如果電路電阻與熱色油墨的轉(zhuǎn)變溫度，絕緣體的導(dǎo)熱系數(shù)，以及電池的電氣特性適當(dāng)?shù)仄ヅ?，只要電池是在檢測(cè)器電路定標(biāo)的溫度下進(jìn)行檢測(cè)，則熱色檢測(cè)器就能給出電池狀態(tài)的正確信息。
然而，如果檢測(cè)器是在較冷的環(huán)境下使用，則導(dǎo)電元件必須產(chǎn)生較多的熱量才能改變熱色材料的顏色。同樣，若檢測(cè)器用在較高的環(huán)境溫度下，導(dǎo)電元件要產(chǎn)生的熱量就較少，甚至根本不需要產(chǎn)生熱量，熱色材料就能改變顏色。為此，這類(lèi)熱色檢測(cè)器的制造商在電池標(biāo)簽上打上說(shuō)明，告訴用戶(hù)只能在規(guī)定的環(huán)境溫度(例如室溫)下進(jìn)行檢測(cè)。由于用戶(hù)往往忽視這種說(shuō)明，或者不可能或不方便將電池加溫或冷卻至規(guī)定的溫度，使得到的放電能力讀數(shù)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致用戶(hù)將一個(gè)好電池廢棄，或者錯(cuò)誤地以為一個(gè)電放得差不多的電池仍然是“好的”。
因此，有必要生產(chǎn)一種裝在標(biāo)簽上的熱色電池檢測(cè)器，它可以在任何環(huán)境溫度下準(zhǔn)確地顯示電池是否還能用。
還需要有一種裝在標(biāo)簽上的熱色電池檢測(cè)器，不管電池用在什么放電速率的裝置中，它都能準(zhǔn)確地顯示電池的放電能力。
目前已意外地找到一種可靠的檢測(cè)器，它采用一種電阻隨環(huán)境溫度改變的可變電阻元件，從而保證熱色檢測(cè)器得到的結(jié)果不會(huì)因環(huán)境溫度不同而改變。另外，我們還意外地發(fā)現(xiàn)很容易制造一種多種定標(biāo)的檢測(cè)器，譬如說(shuō)，只需簡(jiǎn)單地把檢測(cè)器的電阻元件加長(zhǎng)并沿其長(zhǎng)度方向裝上一些開(kāi)關(guān)。
由此，本發(fā)明首先提供一種電化學(xué)電池檢測(cè)器，它包含一個(gè)與電池兩極可通斷連接的電阻元件，以及與該元件有熱接觸的看得見(jiàn)的熱敏裝置，當(dāng)電流流過(guò)電阻元件時(shí)所產(chǎn)生的熱量激發(fā)該熱敏裝置。這種檢測(cè)器的特征是電阻元件通過(guò)至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)與電池的一端或兩端接觸，每個(gè)開(kāi)關(guān)所對(duì)應(yīng)的電阻元件的總電阻率各不相同。
電阻元件與電池兩極的連接既可以是直接的，也可以通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)連接件。由于在電池制造中盡可能降低成本是很重要的，因此通常傾向于把電阻元件直接和兩極連接。這很容易實(shí)現(xiàn)，只需將電阻元件印刻在一個(gè)合適的基底(例如標(biāo)簽或其中一部分)上，并提供一些區(qū)域，使標(biāo)簽?zāi)茉谀切┑胤疆a(chǎn)生變形，以便元件與電池接觸。
雖然可以把電阻元件按我們的需要做得很復(fù)雜，但出于以上所說(shuō)的原因，總是讓電阻元件越簡(jiǎn)單越好，因此一般來(lái)說(shuō)導(dǎo)電油墨(印劑)較合適。
同樣，開(kāi)關(guān)也可以用任何適當(dāng)?shù)姆绞街圃欤m然通常都是將電阻元件以柔性的方式安裝在一個(gè)基底(如標(biāo)簽)上，并通過(guò)一個(gè)絕緣體與其接觸點(diǎn)分隔開(kāi)來(lái)。對(duì)標(biāo)簽加壓即可對(duì)絕緣體上的一個(gè)孔產(chǎn)生接觸，然后當(dāng)松開(kāi)時(shí)標(biāo)簽就回彈或跳回來(lái)而使觸點(diǎn)斷開(kāi)。需要的話，也可使檢測(cè)器的一部分與各自的端點(diǎn)保持永久接觸。
我們發(fā)現(xiàn)，只需在一個(gè)簡(jiǎn)單的檢測(cè)器裝上兩個(gè)或兩個(gè)以上的開(kāi)關(guān)，就可以得到一個(gè)經(jīng)過(guò)適當(dāng)改型并定標(biāo)的檢測(cè)器。這種檢測(cè)器包含一個(gè)條形電阻材料(如上面提到的油墨)，因而電阻條越長(zhǎng)電阻就越大。當(dāng)電阻條一端的開(kāi)關(guān)離另一端的另一個(gè)開(kāi)關(guān)比較遠(yuǎn)時(shí)，電阻也越大，同時(shí)加熱電阻條所需的電池功率也越大。因而在一種簡(jiǎn)單的情形下，可能在電阻條一端裝上兩個(gè)開(kāi)關(guān)，而在另一端再裝一個(gè)開(kāi)關(guān)，用來(lái)檢測(cè)用于高放電速率裝置的電池。雖然不是必須的，但人們還是希望有相關(guān)的電池上以某種方式標(biāo)明每個(gè)開(kāi)關(guān)的用途。
人們可能希望提供幾組開(kāi)關(guān)，每組與一給定的溫度范圍相關(guān)聯(lián)，例如用于寒帶的、溫帶的和熱帶的，按預(yù)計(jì)的溫度采用相應(yīng)的一組開(kāi)關(guān)。
可供觀察的熱敏裝置可以采用任何適當(dāng)?shù)牟牧匣虿牧辖M合。最簡(jiǎn)單不過(guò)是采用熱色油墨的形式，其顏色和(或)密度隨溫度而改變。但在本發(fā)明中有不限于此，例如，我們完全可以把一個(gè)簡(jiǎn)單的熱敏電阻與熱色油墨配合使用。這種結(jié)構(gòu)的好處是它通常是與電阻元件并聯(lián)運(yùn)行的。
我們發(fā)現(xiàn)，在熱色電池檢測(cè)器中采用可變電阻特別有效。這樣構(gòu)成的電化學(xué)電池檢測(cè)器包含一個(gè)與電池兩極可通斷連接的電阻元件，和與該元件有熱連接的供觀察的熱敏裝置，當(dāng)電流流過(guò)電阻元件時(shí)，所產(chǎn)生的熱量激發(fā)該熱敏裝置。這種檢測(cè)器的特征是，至少有一個(gè)部分電阻元件的電阻值與環(huán)境溫度有關(guān)。
也希望當(dāng)電阻元件不完全是由可變電阻材料組成時(shí)，可變電阻器能與電阻元件的其它部分串聯(lián)或并聯(lián)。業(yè)內(nèi)人士很容易靈活地運(yùn)用各種可能的結(jié)構(gòu)形式。不過(guò)一般傾向采用電阻隨溫度增加的材料，以使讀數(shù)保持不變。
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的電池檢測(cè)器包含一個(gè)導(dǎo)熱元件，在它的一端至少有兩個(gè)開(kāi)關(guān)板，用來(lái)選擇性地將導(dǎo)熱元件與電池的另一極相連接。撳下不同的開(kāi)關(guān)板可使導(dǎo)熱元件具有不同的電阻率，以此來(lái)改變檢測(cè)器在不同放電速率下的定標(biāo)。通常電池檢測(cè)器還包含與每個(gè)開(kāi)關(guān)板相關(guān)的放電速率定標(biāo)標(biāo)記，用以說(shuō)明應(yīng)該撳哪個(gè)開(kāi)關(guān)板才與某相應(yīng)放電速率下的定標(biāo)對(duì)應(yīng)。
本發(fā)明的檢測(cè)器不僅給用戶(hù)提供選擇對(duì)打算使用的放電速率進(jìn)行正確定標(biāo)的能力，而且不管電池測(cè)試器用在什么環(huán)境溫度下都能提供電池放電能力的準(zhǔn)確指示。為此可將導(dǎo)熱元件的至少一部分采用電阻率隨環(huán)境溫度改變的可變電阻率材料制造，以補(bǔ)償環(huán)境溫度的變化。
本發(fā)明可有多種優(yōu)選實(shí)施方案。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，電池檢測(cè)器包括一個(gè)導(dǎo)熱元件，它產(chǎn)生與電池提供的電流相應(yīng)的熱量，該元件具有第一端和第二端兩部分以及處于這兩部分之間的中間部分，第一端部用來(lái)與電池的第一極相連，第二端部包含至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)板以便有選擇性地將第二端部與電池的第二極相連，當(dāng)掀下不同的開(kāi)關(guān)板時(shí)，導(dǎo)熱元件將有不同的電阻率，以改變檢測(cè)器在不同放電速率下的定標(biāo)；一個(gè)指示器，它裝在靠近導(dǎo)熱元件處，且具有隨導(dǎo)熱元件產(chǎn)生的熱量而變化的可視特性；與每個(gè)開(kāi)關(guān)板相關(guān)的放電速率定標(biāo)標(biāo)記，用以說(shuō)明應(yīng)該撳哪個(gè)開(kāi)關(guān)板才與某相應(yīng)放電速率下的定標(biāo)對(duì)應(yīng)。
以后我們會(huì)明白，本發(fā)明的電池檢測(cè)器結(jié)構(gòu)最好是將導(dǎo)熱元件、指示器和標(biāo)記都能做在一個(gè)電池標(biāo)簽內(nèi)。
一般希望本發(fā)明的電池檢測(cè)器的導(dǎo)熱元件至少有一部分是由可變電阻率材料制成，其電阻率隨著環(huán)境溫度而變化。可變電阻率材料的電阻率希望隨著環(huán)境溫度的升高而增加，最好是在電阻使用的溫度范圍內(nèi)檢測(cè)器能給出相似或者相近的結(jié)果。
雖然一般最好整個(gè)導(dǎo)熱元件都用可變電阻率材料制造，但是內(nèi)行人可以采用多種方式來(lái)構(gòu)成本發(fā)明的檢測(cè)器，而不限于象這兒說(shuō)的那樣整個(gè)元件都采用可變電阻率材料制成。例如，是一種優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)熱元件有一部分是用可變電阻率材料，而另一部分則用恒定電阻率材料。
指示器可以是任意材料，只要它有視覺(jué)響應(yīng)，也可以與其它東西聯(lián)合來(lái)提供視覺(jué)響應(yīng)。但最好是采用熱色材料，即顏色隨著導(dǎo)熱元件產(chǎn)生的熱量而改變的那類(lèi)材料。
下面會(huì)看到，本發(fā)明將提供一種包含本發(fā)明的檢測(cè)器的電池標(biāo)簽。一種較好的標(biāo)簽包括一個(gè)標(biāo)簽基底；一個(gè)裝在標(biāo)簽基底上的導(dǎo)電元件，它與電池的兩極相連，且其溫度隨著電池的放電量而改變，同時(shí)包含一種電阻率隨環(huán)境溫度而改變的材料；一個(gè)裝在導(dǎo)電元件上的指示器，它具有隨導(dǎo)電元件溫度而變化的視覺(jué)特性；其中所述導(dǎo)電元件的一端裝有第一和第二兩個(gè)開(kāi)關(guān)板，當(dāng)撳下第一開(kāi)關(guān)板時(shí)，導(dǎo)電元件與電池的一個(gè)端頭相連，使其具有第一個(gè)電阻值，而撳下第二開(kāi)關(guān)板時(shí)，導(dǎo)電元件與電池同一個(gè)端頭相連，使其具有第二個(gè)電阻值，第一個(gè)電阻值定為在第一種放電速率下定標(biāo)所需的，而第二個(gè)電阻值是為在第二種放電速率下定標(biāo)所需的，而且比第一個(gè)電阻值要高。
本發(fā)明的標(biāo)簽和檢測(cè)器最好有一個(gè)防護(hù)層，覆蓋在標(biāo)簽基底，導(dǎo)電元件，和指示器上面。
本發(fā)明還提供一種在不同的電池放電速率下對(duì)裝在標(biāo)簽上的電池檢測(cè)器進(jìn)行定標(biāo)的方法，該電池檢測(cè)器包含一個(gè)導(dǎo)電元件，用來(lái)連接電池的兩端，靠近導(dǎo)電元件處有一個(gè)指示器，其可視外形隨著導(dǎo)電元件的溫度而變化，整個(gè)方法包括以下步驟在導(dǎo)電元件一端裝上幾個(gè)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)以便有選擇地改變其電阻值，所選擇的電阻值至少包含為在較高放電速率下對(duì)電池檢測(cè)器進(jìn)行定標(biāo)的第一電阻值，和在較低放電速率下進(jìn)行定標(biāo)的第二電阻值；以及在幾個(gè)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)中選擇并撳下與特定電池放電速率相應(yīng)的一個(gè)。將會(huì)看到，這種方法適用于裝有這種標(biāo)簽的電池的檢測(cè)。
本發(fā)明還能推廣用于裝有本發(fā)明的檢測(cè)器的電池。在一種優(yōu)選實(shí)施例所提供的電池包括具有一個(gè)正電極和一個(gè)負(fù)電極的電化學(xué)電池；粘貼在電化學(xué)電池外圓周表面上的標(biāo)簽基底；裝在標(biāo)簽基底上的一個(gè)導(dǎo)電元件，它與電化學(xué)電池的兩極相連，且其溫度隨電化學(xué)電池的放電量而改變；裝在靠近導(dǎo)電元件處的一個(gè)指示器，其視覺(jué)特性隨導(dǎo)電元件產(chǎn)生的熱量而變化，在導(dǎo)電元件一端裝有第一和第二兩個(gè)開(kāi)關(guān)板，當(dāng)撳下第一開(kāi)關(guān)板時(shí)，導(dǎo)電元件與電池的兩極之一相連，使其具有第一個(gè)電阻值，而撳下第二開(kāi)關(guān)板時(shí)，導(dǎo)電元件與相同的電池極相連，使其具有第二個(gè)電阻值，第一電阻值是為在第一放電速率下進(jìn)行定標(biāo)所需的，而第二電阻值是為在第二放電速率下進(jìn)行定標(biāo)所需的，且比第一電阻值要高。
現(xiàn)在我們參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，這些附圖中

圖1是一個(gè)裝有本發(fā)明的電池檢測(cè)器標(biāo)簽的電池示意圖，標(biāo)簽裝在電池的外圓周上；圖2是沿圖1的2-2平面剖開(kāi)的電池檢測(cè)器標(biāo)簽截面圖；圖3是電池檢測(cè)器標(biāo)簽一個(gè)分部件的立體分解圖，在此稱(chēng)之為檢測(cè)器部件；圖4是插入的檢測(cè)器部件頂視圖；圖5是插入的檢測(cè)器部件底視圖；打剖面線的部分表示一層粘合劑；圖6是電池檢測(cè)器標(biāo)簽另一分部分的立體分解圖，在此稱(chēng)之為底層；圖7是一個(gè)電池及電池檢測(cè)器的剖面圖；圖8是電池檢測(cè)器標(biāo)簽的一個(gè)立體分解圖；圖9是按本發(fā)明第二實(shí)施例的一種第一改型制成的導(dǎo)電電路頂視圖；圖10是圖9導(dǎo)電電路沿10-10平面的剖面圖；圖11是按本發(fā)明第二實(shí)施例的一種第二改型制成的導(dǎo)電電路頂視圖12是沿圖11導(dǎo)電電路中平面12-12剖開(kāi)的截面圖；圖13是按本發(fā)明第二實(shí)施例的第三種變型構(gòu)成的導(dǎo)電電路頂視圖；圖14是沿圖13導(dǎo)電電路中平面14-14剖開(kāi)的截面圖；圖15是按本發(fā)明第二實(shí)施例的第四種變型構(gòu)成的導(dǎo)電電路頂視圖；圖16是沿圖15導(dǎo)電電路中平面16-16剖開(kāi)的截面圖。
參照?qǐng)D1，這是一個(gè)電池和標(biāo)簽組件1，由電池外殼2，負(fù)電極4，和正電極6組成。外殼2可以與正電極相通。電池1可以包含一個(gè)或幾個(gè)電化學(xué)電池，可以是原電池，也可以是付電池。繞在外殼2上并與之固定在一起的是一個(gè)標(biāo)簽10，它包含一個(gè)電池檢測(cè)器部件15，即為本發(fā)明的主題。如圖所示，檢測(cè)器部件15包括開(kāi)關(guān)64，65a和65b，它們控制檢測(cè)器15，通過(guò)使標(biāo)記23發(fā)光或產(chǎn)生其它某種能看得見(jiàn)的指示來(lái)顯示電池的電荷狀態(tài)。
如圖2至5所示，檢測(cè)器部件15通過(guò)由一個(gè)多層組件構(gòu)成，包括基底層20，位于基底20第一面上的一個(gè)長(zhǎng)形導(dǎo)電電路18，和涂于導(dǎo)電電路18和基底20第一面兩部分上的壓敏粘合劑16。圖5中用剖面線表示的粘合劑16最好按所示型式加到導(dǎo)電層18上。當(dāng)把檢測(cè)器15放到底層30時(shí)會(huì)將印刷絕緣體44和開(kāi)關(guān)板42，42a，42b(見(jiàn)圖6和8)蓋住的那部分區(qū)域不加粘合劑16。這種加粘合劑的型式可以阻止潮氣浸入導(dǎo)電電路18的開(kāi)關(guān)段60，61a和61b，而不會(huì)影響開(kāi)關(guān)或下面要討論的絕緣體的功能。
檢測(cè)器部件15還包含一個(gè)或幾個(gè)最好是裝飾性油墨的圖形片22，和一個(gè)指示器23，后者位于基底20的第二面上，與包含導(dǎo)電電路18的一面相對(duì)。檢測(cè)器部件15還包含一層溫度敏感(即熱色)顯示材料24，它沉積在基底20的第二面上，最好是沉積在圖形片22和標(biāo)記23上。建議在顯示層24上沉積一透明的防護(hù)層(圖中未示明)，也可以任意地沉積在圖形片22和基底20第二層的其它裸露區(qū)域上。
在導(dǎo)電電路18中心顯示區(qū)62的一面裝上幾個(gè)開(kāi)關(guān)65a和65b，可以有選擇性地改變處于電池兩極間的導(dǎo)電電路18的電阻值。按圖中所示的開(kāi)關(guān)配置，撳下開(kāi)關(guān)65a時(shí)的電阻比撳下65b時(shí)要低。
最好在電池檢測(cè)器15最外層印上與每個(gè)開(kāi)關(guān)65a和65b相關(guān)的標(biāo)記90a和90b，以便指明用于高放電速率式低放電速率時(shí)應(yīng)該撳哪個(gè)開(kāi)關(guān)。由于電池用于高放電速率時(shí)要求其容量較大才能認(rèn)為是“好的”，故導(dǎo)電電路18的電阻必須比用于低放電速率時(shí)大才能正確定標(biāo)。因此，在圖示的例子中，開(kāi)關(guān)65a將用于收音機(jī)一類(lèi)的低放電速率裝置，而開(kāi)關(guān)65b將用于閃光燈一類(lèi)高放電速率裝置。
下面要詳細(xì)談到，通過(guò)增加一點(diǎn)導(dǎo)電油墨并在電池標(biāo)簽上再?zèng)_一個(gè)孔作接觸用，可以提供第二個(gè)開(kāi)關(guān)。因此，不花多少錢(qián)就能提供對(duì)不同的放電速率進(jìn)行兩種單獨(dú)定標(biāo)的附加特性。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，作為發(fā)熱元件的導(dǎo)電電路18是用電阻率隨溫度變化的材料按圖3，5和8所示的型樣印刷的。這種導(dǎo)電材料的電阻最好為正溫度系數(shù)(PTC)，以便導(dǎo)電電路18的電阻隨著檢測(cè)器使用的環(huán)境溫度而增加。也可以采用熱敏型固體材料。
給定各圖所示類(lèi)型的導(dǎo)電電路18的典型使用尺寸后，對(duì)于10℃-40℃(50°F-104°F)的溫度范圍，希望導(dǎo)電電路18的電阻可變化25倍。雖然通常用來(lái)印刷這種導(dǎo)電電路的銀質(zhì)導(dǎo)電油墨不具備這種特性，但有一些碳基的合成物可用于此目的。這類(lèi)含碳合成物的例子包括乙烯-乙丙烯酸鹽共聚物；聚烯烴和聚烯烴-鏈烷烴混合物，例如聚乙烯；聚乙烯氧化物；和尼龍66。完全用單一可變電阻材料制成導(dǎo)電電路18的好處是，只用一個(gè)印刷板就能把導(dǎo)電電路18生產(chǎn)出來(lái)。
在本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電電路18的一部分采用固定電阻率的材料，而另一部分采用可變電阻率的材料制成。由可變電阻率材料制成的那部分導(dǎo)電電路18與它的其它部分的電連接可以是串聯(lián)的，也可以是并聯(lián)的，下面會(huì)談到。用來(lái)制造固定電阻率那部分的材料優(yōu)選采用銀質(zhì)油墨，而用來(lái)制造可變電阻率的部分最好是上述碳基合成物。
圖9至12所示為本發(fā)明第二實(shí)施例的一種導(dǎo)電電路，其中可變電阻部分與固定電阻部分為串聯(lián)連接。如圖9和10所示，這種導(dǎo)電電路18可以把固定電阻部分印刷在與上面討論過(guò)的第一個(gè)實(shí)施例基本相同的型樣而形成，只不過(guò)采用的是電阻率不變的導(dǎo)電油墨，并在涂層內(nèi)留有一個(gè)縫隙82以便將開(kāi)關(guān)段60，61a和61b電隔離。然后，將一層由可變電阻率材料構(gòu)成的涂層80跨過(guò)縫隙82的兩邊印制，與靠近縫隙82的第一種印刷材料在邊緣84和86處相接觸。
圖11和12表示第二實(shí)施例中導(dǎo)電電路18串聯(lián)連接的另一種方法和結(jié)構(gòu)。這時(shí)固定電阻率材料的接觸部分84和86搭接在夾于其間的可變電阻率材料層80上。用一層可變電阻率材料80與導(dǎo)電電路18其余部分相串聯(lián)后，開(kāi)關(guān)段60，61a和61b之間的總電阻就等于多段60，61a，61b和材料層80電阻的總和。因而，若環(huán)境溫度升高，則層80的電阻和導(dǎo)電電路18的總電阻隨之增大。電阻的這種增大將減小流過(guò)導(dǎo)電電路18中心部分62的電流，從而使處在熱色層24下面的中心部分62產(chǎn)生的熱量減小。
圖13至16表示本發(fā)明第二實(shí)施例中的并聯(lián)連接方法。為將可變電阻率材料的一層80與固定電阻率部分并聯(lián)，可在印刷后者時(shí)從垂直于開(kāi)關(guān)段60，61a和61b軸線的方向伸出第一和第二兩條腿88和89，并在其間留有一個(gè)間隙82。然后將可變電阻率材料層80以跨間隙82的方式印刷，這樣80就與88和89兩條腿相串聯(lián)，而且至少與導(dǎo)電電路18固定電阻率材料的一部分相并聯(lián)。圖15和16表示另一種結(jié)構(gòu)，這時(shí)兩條腿88和89彼此與夾于其間的可變電阻率材料層80相搭接。象第一實(shí)施例中串聯(lián)變型方式一樣，這種并聯(lián)變型方式有效地增大了當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)導(dǎo)電電路18的電阻。
我們建議按下面的方法來(lái)制造如圖2-5和8所示的檢測(cè)器部件15。基底20采用塑料膜。雖然圖3說(shuō)基底20是透明的，但它也可以用包括不透明或半透明的許多其它種材料來(lái)制造。導(dǎo)電電路18是沉積在基底18的一面上。具有上面討論過(guò)的特性的導(dǎo)電電路18，最好是沉積成由兩個(gè)端部區(qū)域和一個(gè)中間區(qū)域62組成的形狀，中間區(qū)域的溫度隨著流過(guò)電流的增加升高。至少在導(dǎo)電電路18和(或)基底20的一面的一部分涂上壓敏粘合劑16。前面已經(jīng)談過(guò)，在導(dǎo)電電路18的某些特定區(qū)域應(yīng)保持裸露而不涂壓敏粘合劑16；這些特定區(qū)域是開(kāi)關(guān)段60，61a和61b以及可控電阻率區(qū)域62。為便于檢測(cè)器部件15的處理和(或)貯存，在原先已涂上壓敏粘合劑16的表面上加上一層硅有機(jī)化合物涂層的隔離層，例如硅有機(jī)化合物涂層紙或塑料膜(圖中未示)。
在與設(shè)置導(dǎo)電電路18的一面相對(duì)的基底20的一面印上圖案和(或)其它標(biāo)簽彩制造顏料的裝飾油墨層22和標(biāo)記23。最好是將標(biāo)記直接安置在處于基底20另一面的導(dǎo)電電路18的可控電阻率區(qū)62上。建議印上一些附加的圖案以標(biāo)明開(kāi)關(guān)區(qū)64，65a和65b。需要的話，可進(jìn)行一次或多次固化處理以便圖案或顏料層固化或部分固化。
在有圖案和(或)標(biāo)簽顏料的基底20的一面，涂上一種熱色油墨或其它顯示材料24，它是直接涂在導(dǎo)電電路18的可控電阻率區(qū)62上，最好在標(biāo)記23上面。然后將一種透明防護(hù)層，如清漆薄膜加到顯示器材料上，需要的話也可加到基底20這一面的其余部分，以防在以后的加工和貯存中損傷這些區(qū)域。前述多涂層或元件的厚度最好在0.00005英寸(0.0013mm)至0.005英寸(0.13mm)之間。需要的話，可將檢測(cè)器部件切成適當(dāng)?shù)某叽纭?br> 優(yōu)選實(shí)施例標(biāo)簽10的第二個(gè)部分件是一個(gè)基部薄托片30。為圖2和6所示，托片30是一個(gè)薄片或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，包括一個(gè)基底34，它的一面有一層壓敏粘合劑32，用以與一個(gè)電池相接觸，另一面具有如下的一層或多層金屬化層36；底層和(或)裝飾層38；電絕緣層40；及熱絕緣層44。還有貼近于熱絕緣層的一個(gè)或幾個(gè)開(kāi)關(guān)扳動(dòng)墊板42，下面要詳細(xì)講到。
建議按下面的步驟來(lái)制造薄托片30。用塑料膜作托片的基底34。壓敏粘合劑材料32涂在基底34以后將面對(duì)并接觸電池殼體2的面上。將一層硅有機(jī)物隔離層加到壓敏粘合劑上，以方便處理和其它工序操作。在托片基底34的另一面涂上一層或幾層圖案或標(biāo)簽顏料(例如通過(guò)印刷的方法)。金屬化層36最好用來(lái)提供一個(gè)裝飾性的反射層。如果涂上了金屬化層，則在大多數(shù)情況下，需要將一種易于接受其它涂層的涂層或者底層38，涂在金屬化層36上將要涂以其它裝飾層的那些區(qū)域。底漆層38本身也可以是一個(gè)裝飾層。還希望在金屬化層36和(或)底層38上涂一層電絕緣層40以防止電接觸，即防止在裝配標(biāo)簽10的過(guò)程中檢測(cè)器部件15的層36和導(dǎo)電電路18之間發(fā)生短路。
熱絕緣件44被安置在托片基底34上處于檢測(cè)器部件15的顯示器材料24和導(dǎo)電電路18的最大電阻部件兩者之下的一個(gè)區(qū)域。這個(gè)熱絕緣體減少了從導(dǎo)電電路18的可控電阻率區(qū)62向電池的熱傳導(dǎo)。倘若這種熱傳導(dǎo)得不到控制，而且電池被用作一個(gè)散熱器，則在顯示器材料24上的溫度變化可能不足以精確地表示電池的電荷狀態(tài)。
如圖所示，熱絕緣體44最好有很多小孔46c，它們?cè)谘b配成優(yōu)選標(biāo)簽10的片狀結(jié)構(gòu)時(shí)提供許多空氣穴，進(jìn)一步將導(dǎo)電電路18與電池?zé)岣綦x。也可以將一種適當(dāng)?shù)母綦x材料做在薄托片30上，以形成一個(gè)較大的空氣隙或真空室作絕緣室之用。最好采用如美國(guó)專(zhuān)利US-A-5,389,458中圖1所示的那種方式，將絕緣圖案以一系列‘島’的形式印在薄片30上。
還分別圍繞開(kāi)關(guān)孔46a和46b制作了開(kāi)關(guān)扳動(dòng)墊板42a和42b。這些抬高的墊板使導(dǎo)電電路18的開(kāi)關(guān)段61a和61b與電池殼體2之間形成間隙，從而大大降低了開(kāi)關(guān)發(fā)生意外閉合的可能性。建議涂上成印上絕緣油墨或其它合適的材料來(lái)形成抬高的開(kāi)關(guān)扳動(dòng)墊板42a和42b。在靠近開(kāi)關(guān)孔47處可以做一個(gè)第二開(kāi)關(guān)墊板42，如圖6和8所示。不過(guò)并未發(fā)現(xiàn)這個(gè)墊板對(duì)檢測(cè)器的正常工作有什么影響。
在所有上述操作中，當(dāng)涂上或印上前述任一涂層，特別是裝飾油墨時(shí)，可以采取一次或幾次固化步驟。上述每個(gè)涂層或元件的厚度建議在0.00005英寸(0.0013mm)至0.005英寸(0.13mm)之間。
建議在印好熱絕緣體44和開(kāi)關(guān)扳動(dòng)墊板42，42a和42b后再在薄托片30上打開(kāi)關(guān)孔46a，46b和47。這些孔最好用適當(dāng)?shù)臎_加工形成。為使對(duì)準(zhǔn)良好，先將要成為開(kāi)關(guān)墊板42a和42b的部分印成實(shí)心圓片，然后在其中心沖出小孔46a和46b。在薄托片30上形成的開(kāi)關(guān)孔應(yīng)使得當(dāng)把前述插入式檢測(cè)器部件15與薄托片30連在一起時(shí)，開(kāi)關(guān)孔46a，46b和47就直接處在導(dǎo)電電路18遠(yuǎn)端的開(kāi)關(guān)段60和61下面。最好把相對(duì)于負(fù)開(kāi)關(guān)鍵64的開(kāi)關(guān)孔做成凹槽形47，而把相對(duì)于正開(kāi)關(guān)段65a和65b的開(kāi)關(guān)做成圓形46a和46b。
電池檢測(cè)器標(biāo)簽上所用的開(kāi)關(guān)最好是薄膜開(kāi)關(guān)，以使導(dǎo)電電路18的開(kāi)關(guān)段60，61a或61b正好在薄托片30中的孔46a，46b和47上面。薄托片30中的孔46a，46b和47使在薄托片30另一側(cè)的導(dǎo)電電路18和電池一極端或外殼2相接觸。在開(kāi)關(guān)段上施以一個(gè)力，例如將指頭或大姆指壓在開(kāi)關(guān)段64，65a或65b上，開(kāi)關(guān)段的一部分就被壓入或凹向薄托片30的開(kāi)孔中，與電池極端或殼體2相接觸。壓力撤除后，開(kāi)關(guān)段的該部分就從電池極端或殼體2彈回，從而脫開(kāi)與電池的電接觸。這種結(jié)構(gòu)叫做“可開(kāi)關(guān)式連接”。
本發(fā)明的電池檢測(cè)器標(biāo)簽的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是，沒(méi)有與檢測(cè)器發(fā)生電連接或斷開(kāi)的導(dǎo)電層或元件，也就是說(shuō)，只有導(dǎo)電電路18與電池發(fā)生電連接或斷開(kāi)。這對(duì)于大量和高定額生產(chǎn)電池檢測(cè)器標(biāo)簽顯得特別有利。這兒之所以不需要導(dǎo)電開(kāi)關(guān)元件部分是由于具有一個(gè)設(shè)置在很靠近電池電極(如負(fù)極4)的第一開(kāi)關(guān)64。因而就不需要有另外的導(dǎo)電元件來(lái)將電路18的一端與電池負(fù)極相連接。我們強(qiáng)烈推薦將標(biāo)簽10的圓周面彎折或收縮套在電池的負(fù)極端，如圖1所示。
可以把檢測(cè)器部件15按如下步驟與薄托片30相連，這從圖8看得最清楚。將檢測(cè)器部件15放到薄托片30上或與它靠近，使得導(dǎo)電電路18的開(kāi)關(guān)段60，61a和61b分別位于開(kāi)關(guān)孔46a，46b和47的上面。調(diào)整檢測(cè)器部件15的方位使得壓敏粘合劑16這一層(這時(shí)如原來(lái)已經(jīng)加上隔離層要去掉)面向薄托片30。只要對(duì)檢測(cè)器部件15和薄托片30施以足夠的壓力，它們就將通過(guò)粘合劑彼此牢固地粘在一起。這樣就制成了本發(fā)明的優(yōu)選電池檢測(cè)器標(biāo)簽10。愿意的話，也可以如圖2所示的那樣在制成的檢測(cè)器部件向外的一面涂上一層透明粘合劑52，并在涂層上加上一層聚氯乙烯或聚酯透明膜54，從而使整個(gè)部件固化。在檢測(cè)器標(biāo)簽上加粘合劑52和膜54能保護(hù)檢測(cè)器部件及其附屬元件。最好是，在將檢測(cè)器標(biāo)簽裝到電池上去之前，就把粘合劑52和薄膜54形成的透明防護(hù)層涂在電池檢測(cè)器標(biāo)簽上。
做好的電池檢測(cè)器標(biāo)簽10要沖切成要求的電池尺寸。除去修切下來(lái)的多余標(biāo)簽后，在原先加到薄托片30的基底34上的隔離墊上，就留下許多單個(gè)的檢測(cè)器標(biāo)簽。我們可以把整個(gè)墊的標(biāo)簽一起切成許多條并繞成一卷后貯存起來(lái)，待以后用到電池上去。
用作薄托片基底34或檢測(cè)器部件基底20的基底層，可以用任何適當(dāng)?shù)慕^緣聚合物材料來(lái)制造。我們建議采用裝到電池上的會(huì)收縮的絕緣聚合物材料。一般可用聚乙烯樹(shù)脂，聚烯烴樹(shù)脂，聚酯樹(shù)脂等。具體的例子聚氯乙烯，聚乙烯和聚丙烯。我們預(yù)料，除了塑料，如紙或其它含纖維素的材料外，還可以用其它絕緣材料來(lái)做基底20?；讓拥暮穸炔⒉惶貏e嚴(yán)格，但我們建議在0.0005至0.005英寸(0.0013-0.13mm)的范圍，最好是0.001至0.003英寸(0.025-0.076mm)。
上述插入式檢測(cè)器部件15中的顯示器層24由一種指示電池容量的熱敏材料構(gòu)成。希望熱敏材料的顏色隨著溫度的變化而改變，且用戶(hù)容易看到這種變化。因此，用戶(hù)可以根據(jù)顏色的變化來(lái)確定電池是否良好或需要更換。這種熱敏材料的實(shí)例如液晶材料和熱色油墨。膽甾醇類(lèi)液晶可作為合適的液晶材料的例子，例如膽甾醇油酸，膽甾醇氯化物，膽甾醇辛酸酯等。顯示器材料可從有色變成無(wú)色，從無(wú)色變有色，或從一種顏色變成另一種顏色。也可以采用三色材料。圖1至8所示的優(yōu)選的檢測(cè)器10所用的顯示材料，當(dāng)位于顯示器材料24下面的顯示標(biāo)記23受到激發(fā)時(shí)，從有色變成無(wú)色。
顯示材料(如熱色油墨)可以單用一種，也可幾種一塊用。例如在一種實(shí)施例中，采用了幾種不同的顯示材料層。各層受激發(fā)的溫度或狀態(tài)都不同，且可設(shè)計(jì)成在不同的溫度改變不同的顏色。比方說(shuō)，受高溫激發(fā)的顯示材料層最好用底層，即最靠近電池那一層，外面各層則按激發(fā)溫度遞減的順序排列，最低激發(fā)溫度材料排在最外面，這樣就容易從電池外面觀察。
導(dǎo)電電路18的開(kāi)關(guān)段60，61a和61b中任何一個(gè)或者全部能與電池各極脫離接觸，使檢測(cè)器電路開(kāi)路。在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，一個(gè)開(kāi)關(guān)段端部與電池一極永久地電連接，而另一端部則處于不與電池另一極接觸的位置。如強(qiáng)制讓開(kāi)關(guān)段的一端與電池另一極接觸，開(kāi)關(guān)就閉合，檢測(cè)器電路就可用來(lái)檢測(cè)電池在選定的放電速率下的狀態(tài)。最佳的實(shí)施方案是采用一個(gè)雙開(kāi)關(guān)檢測(cè)器，如附圖中所示。
用于本發(fā)明的標(biāo)簽還可包含另外一些電和熱絕緣層，印刷層，防護(hù)層等等。適合用作各不同層的材料就是一般用在電池標(biāo)簽中的那些材料，如增塑或不增塑聚氯乙烯(UPVC)聚酯，金屬膜，紙等?？梢园褭z測(cè)器標(biāo)簽卷成筒形套在電池上。
建議按下面的步驟將本發(fā)明的檢測(cè)器標(biāo)簽裝到電池上。將下側(cè)涂有壓敏粘合劑16的事先已裝配好的檢測(cè)器部件15與事先制成的薄托片30(它處在一個(gè)可去掉的隔離層上)對(duì)準(zhǔn)，使得插入式檢測(cè)器部件15的導(dǎo)電電路18處在與薄托片30的熱絕緣體44接觸的位置。一加上足夠的壓力，各層位置就被固定并通過(guò)涂在檢測(cè)器部件15配合面上的壓敏粘合劑16彼此連在一起。然后去掉薄托片30的隔離層露出標(biāo)簽10內(nèi)面的粘合劑32，并使薄托片30的內(nèi)面與電池外殼2接觸，就把制成的電池檢測(cè)器標(biāo)簽10裝到電池外殼的外圓周上。圖7表示電池和標(biāo)簽組件1的典型剖面圖(不按比例)。也可以不采用事先裝配好的檢測(cè)器部件和(或)薄托片部件而生產(chǎn)本發(fā)明的檢測(cè)器標(biāo)簽。在另一種實(shí)施例中，電池和檢測(cè)器標(biāo)簽組件是通過(guò)象前面說(shuō)過(guò)的將檢測(cè)器部件15和薄托片30聯(lián)在一起而制成的。然后將已制成的標(biāo)簽以卷筒的形式貯存在一個(gè)可去掉的隔離層上待用。
本發(fā)明也可用于生產(chǎn)多個(gè)檢測(cè)器標(biāo)簽組件。也就是說(shuō)，我們可以將多個(gè)檢測(cè)器部件15與幾種底層元件(如熱絕緣體，開(kāi)關(guān)板動(dòng)墊板，和開(kāi)關(guān)孔區(qū)域)對(duì)準(zhǔn)并把成對(duì)，裝在一個(gè)公用的底層上，以形成多個(gè)電池檢測(cè)器標(biāo)簽10。然后可將這樣制成的一套多標(biāo)簽組件貯存起來(lái)備用，或?qū)⑺鼈兎殖奢^小的多標(biāo)簽組件塊，或者分成單個(gè)的電池檢測(cè)器標(biāo)簽。
內(nèi)行人能明白，可以采用多個(gè)開(kāi)關(guān)65a和65b來(lái)進(jìn)行二重定標(biāo)，而不必采用任何電阻率可變的材料來(lái)做導(dǎo)電電路18。內(nèi)行人還會(huì)認(rèn)識(shí)到，采用二個(gè)以上開(kāi)關(guān)65a和65b可以對(duì)各種中間放電速率進(jìn)行定標(biāo)。
雖然上面我們說(shuō)的是把本發(fā)明的檢測(cè)器電路做在電池標(biāo)簽內(nèi)，但業(yè)內(nèi)人士能明白，也可以把檢測(cè)器電路做在電池盒上，或單獨(dú)的檢測(cè)器條上，或電池合的包裝箱上，或者使用電池的裝置上。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)電池的狀態(tài)檢測(cè)器，包括一個(gè)與電池電極可開(kāi)合地接觸的電阻元件，一個(gè)可視的熱敏元件，它與電阻元件的熱連接使得電流流過(guò)電阻元件時(shí)產(chǎn)生的熱量對(duì)熱敏元件進(jìn)行激發(fā)，其特征在于，電阻通過(guò)至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)可與至少一極端接觸，其中的每個(gè)開(kāi)關(guān)分別與電阻元件的不同總電阻率相連。
2.按權(quán)利要求1的檢測(cè)器，其特征在于有放電速率定標(biāo)標(biāo)記與每個(gè)開(kāi)關(guān)相關(guān)聯(lián)，以標(biāo)明用來(lái)對(duì)一種相對(duì)的電池放電速率進(jìn)行合適定標(biāo)的開(kāi)關(guān)。
3.按權(quán)利要求1或2的檢測(cè)器，其特征在于至少一部分發(fā)熱元件是由電阻率可變的材料構(gòu)成的，其電阻值與環(huán)境溫度有關(guān)。
4.按權(quán)利要求3的檢測(cè)器，其特征在于可變電阻率材料的電阻率隨著環(huán)境溫度的升高而增加。
5.按權(quán)利要求3或4的檢測(cè)器，其特征在于幾乎整個(gè)電阻元件是由可變電阻率材料制成的。
6.按上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的檢測(cè)器，其特征在于電阻元件具有由可變電阻率材料制成的第一部分和由恒定電阻率材料制成的第二部分。
7.按上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的檢測(cè)器，其特征在于可視元件包括一種熱色材料，它的顏色隨著電阻元件產(chǎn)生的熱量而變化。
8.按上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的檢測(cè)器，其特征在于它用來(lái)裝入一個(gè)電池標(biāo)簽中。
9.一個(gè)包括按上述任一項(xiàng)權(quán)利要求制成的檢測(cè)器的電池標(biāo)簽。
10.按權(quán)利要求9的標(biāo)簽，其特征在于還有一個(gè)防護(hù)層，涂在電阻元件和可視元件上面。
11.一個(gè)具有按上述任一項(xiàng)權(quán)利要求制造的標(biāo)簽或檢測(cè)器的電池。
全文摘要
一種電化學(xué)電池狀態(tài)檢測(cè)器(1),包含一個(gè)與電池兩極可以接通或斷開(kāi)的電阻元件(18),和與電阻元件有熱連接的可視熱敏元件(24),當(dāng)電流通過(guò)電阻元件時(shí),所產(chǎn)生的熱量激發(fā)熱敏元件。這種檢測(cè)器對(duì)每個(gè)電極至少有兩個(gè)開(kāi)關(guān)(65a,65b),每個(gè)開(kāi)關(guān)與電阻元件的不同總電阻導(dǎo)率相關(guān),因而可測(cè)試電池在高、低放電速率裝置中的適用性。如加入一種電阻隨環(huán)境溫度改變的可變電阻率元件,則檢測(cè)器可在一定的溫度范圍內(nèi)給出不變的檢測(cè)結(jié)果。
文檔編號(hào)H01M6/50GK1265198SQ98807564
公開(kāi)日2000年8月30日 申請(qǐng)日期1998年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月25日
發(fā)明者J·C·貝利 申請(qǐng)人:永備電池有限公司