Тестер состояния для батареи

 

Изобретение относится к тестеру для определения состояния батареи. Согласно изобретению тестер может содержать электролитический (вольтаметрический) элемент, подсоединенный последовательно к вспомогательному элементу. Вспомогательный элемент представляет собой миниатюрный электрохимический элемент - источник энергии. Электролитический (вольтаметрический) элемент может сам по себе не иметь электродвижущей силы и может содержать анод и катод из одинакового материала, желательно серебра, с электролитом, находящимся в контакте по крайней мере с частью как анода, так и катода. Тестер может быть постоянно соединен параллельно с батареей, которая тестируется, и является достаточно тонким, чтобы быть интегрированной частью этикетки батареи. Когда батарея разряжается, анод электролитного элемента просветляется пропорционально разряду одного из электродов основного элемента, обеспечивая непрерывную визуально наблюдаемую индикацию состояния заряда основного элемента. Техническим результатом изобретения является непрерывная визуальная индикация состояния батареи. 2 c. и 8 з.п.ф-лы, 6 ил.

Настоящее изобретение относится к тестеру состояния для определения состояния батареи. Более конкретно, настоящее изобретение относится к (вольтаметрическим) тестерам состояния заряда.

Известны первичные электрохимические элементы, которые включают устройства для визуальной индикации условий или состояния заряда элемента. Известные устройства включают химические индикаторы, которые реагируют с материалами внутри батареи, химические индикаторы, расположенные снаружи батареи, элементы, заключенные внутри электрода, которые становятся видимыми во время разряда, и термохромные материалы в тепловом контакте с элементом сопротивления, который приспособлен к подсоединению через батарею.

Вольтаметрические устройства могут удерживать след от кулонов (количества) электрического заряда, который проходит через электронное устройство, с которым они могут быть связаны. Примеры вольтаметрических устройств, которые используют электрохимически вызванное изменение длины столбика ртути для создания визуальной индикации количества прошедшего заряда, описаны в патентах США 3045178 и 3343083. Вольтаметрические устройства не были успешно применяемы в первичных батареях.

Настоящее изобретение относится к комбинации из батареи и индикатора состояния батареи, в которой батарея содержит корпус, отрицательную клемму и положительную клемму, отличием которой является то, что индикатор состояния включает электролитический элемент, не имеющий сам по себе по существу электродвижущей силы, который содержит анод, катод и электролит, причем индикатор состояния непрерывно соединен с батареей, при этом по крайней мере один из указанных анода и катода электролитического элемента является видимым, и во время разряда батареи реакция начинается в первой области видимого электрода и продолжается оттуда по направлению к его удаленной области; при этом индикатор состояния содержит вспомогательный элемент, электрически соединенный последовательно с электролитическим элементом, где вспомогательный элемент является электрохимическим элементом, другим, чем батарея, указанный вспомогательный элемент содержит анод, катод и электролит, находящийся в контакте по крайней мере с частью анода и катода вспомогательного элемента, а батарея электрически соединена со вспомогательным элементом, при этом либо положительная клемма батареи электрически соединена с катодом вспомогательного элемента, либо отрицательная клемма батареи электрически соединена с анодом вспомогательного элемента.

Другим объектом предлагаемого изобретения является индикатор состояния для электрохимического элемента, который имеет толщину менее чем 2,5 мм и содержит электролитический элемент, по существу не имеющий сам по себе электродвижущей силы, который содержит анод, катод и электролит, который находится в электрическом контакте по крайней мере с частью указанных как анода, так и катода, при этом по крайней мере часть одного из анода и катода является видимой, и во время электролиза в электролитическом элементе реакция начинается в первой области видимого электрода и оттуда продолжается в его отдаленные области; при этом анод и катод электролитического элемента содержат одинаковый электрохимически активный материал; при этом анод и катод электролитического элемента расположены на одной поверхности отдельно друг от друга, так что никакая часть анода не перекрывает какую-либо часть катода электролитического элемента; при этом как анод, так и катод электролитического элемента, содержат серебро; при этом индикатор состояния элемента имеет толщину менее чем предпочтительно от около 0,05 до 0,4 мм; при этом катод вспомогательного элемента электрически соединен с положительной клеммой батареи, а анод вспомогательного элемента электрически соединен с катодом электролитического элемента, а анод электролитического элемента электрически соединен с отрицательной клеммой батареи, или анод вспомогательного элемента электрически соединен с отрицательной клеммой батареи, а катод вспомогательного элемента электрически соединен с анодом электролитического элемента, и катод электролитического элемента электрически соединен с положительной клеммой батареи; при этом индикатор состояния может быть размещен в этикетке для указанной батареи; при этом электролитический элемент содержит одну или несколько из следующих деталей: а) проводящую подложку в контакте с краем анода; б) защитную пленку поверх электролита, причем по крайней мере часть анода является видимой сквозь защитную пленку и электролит; в) прозрачную проводящую подложку, которая может содержать индий-олово оксид в контакте с краем анода, причем по крайней мере часть анода является видимой сквозь прозрачную проводящую подложку; и/или г) электролит, который содержит трифторметансульфонимид серебра.

Настоящее изобретение будет объяснено далее со ссылками на чертежи, где: фиг. 1 является электрической схемой, представляющей присоединение узла тестера настоящего изобретения к тестируемому основному элементу; фиг.2 является общим видом в разрезе узла тестера, указанного на фиг.1; фиг. 2а представляет батарею, имеющую постоянно присоединенный тестер, где тестер представлен в увеличенном виде с вырывом; фиг. 3 представляет электрическую схему, показывающую альтернативное воплощение, где вольтаметрический элемент присоединен через шунтирующее сопротивление на анодной стороне тестируемого основного элемента; фиг. 3а является частичным общим видом, представляющим шунтирующее сопротивление из фиг.3, образующее часть анодного конца тестируемого основного элемента; фиг. 4 является электрической схемой, представляющей другое воплощение, где вольтаметрический элемент присоединен к шунтирующему сопротивлению на катодном конце основного элемента; фиг. 4а является видом частичной сборки воплощения, представляющим шунтирующее сопротивление из фиг.4, образующее часть катодного конца тестируемого основного элемента; фиг. 5 является видом спереди альтернативного воплощения вольтаметрического элемента; фиг. 6 представляет вид поперечного сечения вольтаметрического элемента из фиг.5 по линии 6-6.

Изобретение направлено на индикатор (тестер) состояния, который находится в электрическом контакте и визуально показывает состояние электрохимического источника энергии, например батареи. Индикатор состояния содержит вольтаметрический элемент, который является электролитическим элементом, содержащим анод, катод и электролит, находящийся в контакте по крайней мере с частью указанных как анода, так и катода. Электролитический элемент сам по себе по существу не имеет электродвижущей силы (ЭДС), и его анод и катод состоят, желательно, из одинакового материала, предпочтительно серебра. Индикатор состояния является тонким и может быть интегрирован в этикетку для тестируемой батареи. Индикатор состояния предпочтительно содержит вспомогательный элемент, электрически соединенный последовательно с электролитическим элементом. Вспомогательный элемент является элементом - источником энергии, другим, чем тестируемая батарея, и он электрически соединен либо положительным полюсом к положительному, либо отрицательным к отрицательному полюсу источника энергии, например тестируемой батареи. Это создает низкое суммарное напряжение, которое может привести в действие вольтаметрический элемент. Когда тестируемая батарея разряжается, вспомогательный элемент разряжается в пропорциональном количестве. Таким образом, электролитический элемент также разряжается пропорционально основному элементу. Во время электролиза по крайней мере один из анода и катода электролитического элемента является видимым, и в видимом электроде происходят изменения. Количество изменения, например истощение в видимом электроде, обычно в аноде, обеспечивает видимую индикацию состояния заряда (процент оставшейся зарядной емкости) тестируемой батареи.

В другом аспекте изобретение направлено на часть индикатора состояния, электрический элемент, присоединный через шунтирующее сопротивление, расположенное либо на анодном, либо на катодном конце тестируемой батареи. В таких случаях вспомогательный элемент может быть устранен, хотя его включение тем не менее является предпочтительным для усиления контроля за работой электролитического элемента.

В конкретном воплощении (фиг.2) тестер 10 (индикатор состояния) настоящего изобретения содержит вольаметрический элемент 20, который соединен последовательно со вспомогательным элементом 25. Тестер 10 как целое может быть соединен параллельно с тестируемым основным элементом 30. Вольтаметрический элемент 20, который иллюстрируется лучше всего на фиг.2, является миниатюрным электролитическим элементом, который сам по себе по существу не имеет электродвижущей силы (ЭДС), то есть менее чем около 100 мВ, а предпочтительно 0 В. Электролиз, дающий истощение одного из электродов вольтаметрического элемента 20, происходит, когда через него проходит электрический ток. Вспомогательный элемент 25 является миниатюрным электрохимическим элементом, который помогает контролировать работу вольтаметрического элемента 20. Тестер 10 может быть присоединен параллельно к тестируемому основному элементу 30. Предпочтительно вспомогательный элемент 25 соединен с основным элементом так, что либо анод 77 присоединен электрически к аноду 115 основного элемента, либо катод 83 вспомогательного элемента электрически присоединен к катоду 145 основного элемента. Такое соединение дает очень низкое суммарное напряжение, которое может приводить в действие вольтаметрический элемент во время разряда на нагрузке основного элемента. Также вольтаметрический элемент 20 соединен с основным элементом 30, так что либо анод вольтаметрического элемента электрически присоединен к положительной клемме основного элемента, либо катод вольтаметрического элемента электрически присоединен к отрицательной клемме основного элемента.

Кроме того, напряжение при разомкнутой цепи (НРЦ) вспомогательного элемента 25 по существу равно, например, в пределах около 100 милливольт, напряжению при разомкнутой цепи основного элемента 30. Это предотвращает разряд вольтаметрического элемента 20 до того, как нагрузку 38 присоединяют к основному элементу 30. В предпочтительном воплощении падение напряжения на вольтаметрическом элементе 20 является очень низким, так что оно не изменяет заметно зависимость напряжения от зарядной емкости вспомогательного элемента. Электрохимические свойства вспомогательного элемента 25, а следовательно, и зависимость напряжения от зарядной емкости вспомогательного элемента, предпочтительно подобны такой зависимости для основного элемента. Это обеспечивает то, что вспомогательный элемент 25 разряжается линейно пропорционально разряду основного элемента 30. Вольтаметрический элемент, который соединен последовательно со вспомогательным элементом, разряжается линейно пропорционально вспомогательному элементу 25, а следовательно, также и основному элементу 30.

В предпочтительной электрической схеме, изображенной на фиг.1, анод вспомогательного элемента 77 соединен с катодом вольтаметрического элемента 43, катод вспомогательного элемента 83 соединен с катодом основного элемента 145, и анод вольтаметрического элемента 47 присоединен к аноду основного элемента 115. (Анод либо вспомогательного элемента 25, либо вольтаметрического элемента 20 определяется как электрод, который окисляется и таким образом высвобождает электроны).

Тестер 10, содержащий вольтаметрический элемент 20 и вспомогательный элемент 25, представлен на фиг.2 с конструкцией, совпадающей с электрической схемой на фиг. 1. Тестер 10 может быть постоянно присоединен к основному элементу 30 (фиг. 2а), такому как обыкновенный щелочной элемент, например, путем включения в этикетку для основного элемента. Напряжение тестера примерно равно напряжению основного элемента, поскольку зарядная емкость тестера намного меньше, а его сопротивление намного выше. Следовательно, для электрохимически эквивалентных сочетаний основной элемент - вспомогательный элемент, имеющих идентичные характеристики зарядная емкость/напряжение, при разряде основного элемента отношение тока, протекающего через основной элемент, к току, протекающему через вспомогательный элемент, остается примерно на постоянном уровне. Это будет происходить независимо от нагрузки основного элемента. Таким образом, в любой момент во время разряда основного элемента процент истощения анода или катода вспомогательного элемента будет составлять примерно такой же процент, как и процент истощения анода или катода основного элемента. (Если количество активного материала анода или активного материала катода либо основного элемента, либо вспомогательного элемента, имеется в избытке, сравнение процента истощения между двумя элементами должно происходить с использованием электрода, содержащего активный материал не в избытке. Электрод не в избытке может быть упомянут здесь как контролирующий электрод).

Если тестер 10 сконструирован так, что зарядная емкость анода вольтаметра 47 равна емкости контролирующего электрода вспомогательного элемента, тогда в любой момент во время разряда вспомогательного элемента процент истощения анода вольтаметрического элемента 20 будет контролироваться и будет примерно таким же, как и процент истощения контролирующего электрода вспомогательного элемента. Таким образом, процент истощения (просветления) анода вольтаметрического элемента 20 отражает процент истощения контролирующего электрода основного элемента. Это может быть использовано для обеспечения непрерывной визуальной индикации условий (состояния заряда) основного элемента. Процент активного материала, остающегося в вольтаметрическом элементе, может быть визуально наблюдаться в любое время в течение жизни основного элемента. Например, если вольтаметрический анод истощается, анод может быть сделан визуально наблюдаемым, и графическая шкала, расположенная за анодом, может указывать процент заряда, остающийся в основном элементе, и/или требует ли основной элемент замены. Во время электролиза, когда материал анода истощается, он характерным образом осаждается на катоде, вызывая увеличение катода. В этом случае катод может быть сделан визуально наблюдаемым, и графическая шкала, расположенная вслед за ним, показывает процент заряда, остающегося в основном элементе.

Тестер 10 может быть соединен параллельно с тестируемым основным элементом 30, например, как иллюстрируется на электрической схеме на фиг.1. На фиг. 1 основной элемент 30 представлен схематически с отрицательной клеммой 115 и положительной клеммой 145. При использовании, когда основной элемент 30 присоединен к нагрузке 38 и разряжается, ток i_L течет через нагрузку 38, ток i_М течет через основной элемент и ток i_Т течет через тестер 10, так что i_L= i_М+i_Т. Сопротивление вспомогательного элемента 25 желательно является намного более высоким, чем внутреннее сопротивление основного элемента 30, а сопротивление вольтаметрического элемента 20, в свою очередь, является гораздо более высоким, чем сопротивление вспомогательного элемента 25. Например, на схеме на фиг.1, если основной элемент является обычным щелочным элементом размера АА, во время нормальной работы имеющим внутреннее сопротивление около 0,1 Ом, сопротивление вспомогательного элемента 25 может желательно составлять от около 500 до 2000 Ом, а сопротивление вольтаметрического элемента 20 желательно может составлять от около 4000 до 8000 Ом. Напряжение вспомогательного элемента будет чуть выше, чем напряжение основного элемента при любой данной нагрузке основного элемента. Эта небольшая разница в напряжениях дает небольшое суммарное падение напряжения, которое может приводить в действие вспомогательный элемент 25 во время разряда под нагрузкой основного элемента. Например, при типичной нагрузке от 70 до 1 Ом для обычного основного элемента АА на 1,5 В суммарное напряжение, приводящее в действие вспомогательный элемент 25, составляет от 0,05 до 0,1 В, и ток, текущий через вольтаметрический элемент 20, может, как правило, составлять от около 0,05•10^-6 до 5•10^-6A.

В предпочтительном воплощении тестера 10 (фиг.2), вспомогательный элемент 25 представляет собой миниатюрный плоский электрохимический источник энергии, который по крайней мере частично приводит в действие вольтаметрический элемент 20. Основной элемент 30 может быть первичной или вторичной батареей и, как правило, может быть обыкновенным щелочным элементом. Тестер 10 является плоской сборкой с толщиной менее чем около 100 мил (2,5 мм), предпочтительно от около 2 до 100 мил (от 0,05 до 2,5 мм), более предпочтительно от около 2 до 15 мил (от 0,05 до 0,4 мм). Тестер 10 может быть включен в этикетку для основного элемента 30, например, путем прикрепления его к внутренней поверхности этикетки. Вольтаметрический элемент 20 содержит анод 47 и катод 43, преимущественно состоящие из одинакового материала. Вспомогательный элемент 25 разряжается линейно пропорционально разряду основного элемента 30 независимо от нагрузки 38. Например, вспомогательный элемент 25 может быть калиброван так, что во время разряда основного элемента 30 процент разряда либо анода, либо катода вспомогательного элемента 25 будет таким же, как и процент разряда контролирующего электрода основного элемента 30 или, по крайней мере, его линейной функцией.

Вольтаметрический элемент 10 (фиг.2) представляет собой миниатюрный электролитический элемент, содержащий материал катода 43 и материал анода 47, которые желательно расположены отдельно друг от друга и которые могут лежать в одной и той же плоскости. Вольтаметрический элемент 10 имеет толщину менее чем 100 мил (2,5 мм), предпочтительно от около 2 до 100 мил (от 0,05 до 2,5 мм), более предпочтительно от около 2 до 15 мил (от 0,05 до 0,4 мм). Катод 43 и анод 47 состоят желательно из одинакового металла, который легко может электрохимически растворяться и осаждаться (имея относительно высокую плотность тока при низком напряжении элемента), когда они находятся в контакте с электролитом, содержащим ионы этого металла. Катод 43 и анод 47 являются тонкими покрытиями, нанесенными на подложки 42 и 48, соответственно. Желательно, чтобы металл, используемый для катода 43 и анода 47 был бы инертным в окружающей атмосфере и не подвергался коррозии. Практически, предпочтительным для катода 43 и анода 47 является серебро, поскольку оно имеет высокую электрохимическую активность и является благородным металлом, и не взаимодействует с кислородом и влажностью из окружающей среды. Подложка анода 48 является проводящей и предпочтительно состоит из углерода, и подложка катода 42 предпочтительно также является проводящей и состоит из углерода. (Возможно использование непроводящего материала для подложки катода 42, но проводящая подложка является предпочтительной и будет здесь описана). Проводящая подложка анода 48 необходима для того, чтобы не оставалось электрически изолированных островков металла после того, как анод электрохимически растворится (просветлится) от одного конца до другого. Следующее требование заключается в том, что подложка анода 48 должна быть такого цвета, который обеспечивает резкий контраст по сравнению с цветом анода 47, таким образом обеспечивая хорошо наблюдаемую визуальную индикацию просветления анода 47. Предпочтительное расположение катода 43 и анода 47 по отношению друг к другу и к лежащей под ними проводящей подложке показано на фиг. 2. Зазор 44 отделяет катод 43 от анода 47, а также отделяет лежащие под ними проводящие подложки 42 и 48 друг от друга, как можно лучше всего увидеть на фиг.2. Также под проводящими подложками 42 и 48 может существовать пленка изолирующего материала 35.

Проводящая подложка 42 (фиг.2) может простираться за край 43 (в), расположенного над ней материала катода с образованием выступающих частей подложки 42(а). Подобно этому, проводящая подложка 48 может простираться за край 47 (b), расположенного на ней материала анода с образованием вытянутой части подложки 48(а). На поверхность выступающих частей 42(а) и 48(а) наносят адгезив, таким образом формируя барьер из адгезива 55 вокруг периферии проводящих подложек 42 и 48. Если подложка катода 42 не является проводящей, тогда край катода 43(b) должен простираться и продолжаться снаружи барьера из адгезива 55, чтобы служить в качестве электрического контакта на конце 42 (b). Барьер из адгезива 55 определяет пространство окна 53 над катодом 43 и анодом 47. В пространстве окна 53 наносят слой прозрачного электролита 45, так что он покрывает катод 43 и анод 47. Конец 48 (b) вытянутой части подложки 48(а) выступает с анодной стороны элемента 20. Подобно этому, конец 42 (b) вытянутой части подложки 42(а) выступает с катодной стороны элемента 20. Кусок алюминиевой фольги 65 прикреплен к конечной части 48(b) с использованием проводящего адгезива 62, размещенного между ними. Фольга 65 служит, чтобы проводить ток от подложки 48 к отрицательной клемме батареи 115 (фиг. 2а). Конечная часть 42 (b) покрыта на его верхней поверхности проводящим адгезивом 61. Прозрачная пленка покрытия 52 наносится поверх окна 53, причем края пленки находятся в контакте с барьером из адгезива 55. Таким образом пленка покрытия 52 является защитной пленкой, которая покрывает и плотно герметизирует электролит 45. Пленка покрытия 52 удерживается на месте с помощью барьера из адгезива 55. Вольтаметрический элемент 20 может быть прикреплен к корпусу основного элемента 30 с помощью чувствительного к давлению адгезива 32, нанесенного с нижней стороны тестера под изолирующей пленкой 35.

Вспомогательный элемент 25 (фиг.2) является плоским элементом - источником энергии, сконструированным так, чтобы иметь напряжение при разомкнутой цепи, близкое к основному элементу 30. Кроме того, является желательным, чтобы вспомогательный элемент 25 проявлял характеристику зарядная емкость/напряжение (зависимость напряжения при разомкнутой цепи от процента зарядной емкости), близкую к характеристике основного элемента 30. Вспомогательный элемент 25 имеет толщину меньшую чем 100 мил (2,5 мм), предпочтительно от около 2 до 100 мил (от 0,05 до 2,5 мм), более предпочтительно от около 2 до 15 мил (от 0,05 до 0,4 мм). Вспомогательный элемент 25 содержит покрытие из активного материала анода 77, покрытие из активного материла катода 83 и слой электролита 73 между ними. Материал катода 83 является предпочтительно диоксидом марганца, нанесенным на проводящую подложку, содержащую пластиковую пленку с углеродным наполнителем 81. Активный материал катода 83 является предпочтительно диоксидом марганца, поскольку такой же активный материал катода используют в основном щелочном элементе 30. Это помогает добиться того, чтобы вспомогательный элемент 25 и основной элемент 30 имели сходные характеристики зарядная емкость/напряжение. Количество активного материала катода 83 должно быть таким, чтобы он имел такую же зарядную емкость, как и анод вольтаметра 47. Противоположная сторона пленки с углеродным наполнителем 81 покрыта проводящей алюминиевой фольгой 82. Алюминиевая фольга 82 служит в качестве покрытия для защиты от паров для герметизации вспомогательного элемента 25 от окружающей среды, а также может служить в качестве коллектора тока для анода 83. Пленка с углеродным наполнителем 81 защищает фольгу 82 от коррозии со стороны электролита 73, в это же самое время осуществляя электрический контакт катода 83 и фольги 82. Вокруг границы открытых краев слоя катода 83 нанесена изолирующая пленка 85. Разделитель 72, насыщенный электролитом 73, нанесен поверх активного слоя катода 83 в пространстве, ограниченном изолирующим барьером 85. Активный материал анода 77 находится в контакте с разделителем 72. Активный материал анода 77 может быть покрытием из цинка, нанесенным под проводящей подложкой из пластиковой пленки с углеродным наполнителем 76. Количество активного материала анода 77 предпочтительно является таким, чтобы его зарядная емкость значительно превосходила емкость катода 83. Противоположная сторона пленки с углеродным наполнителем 76 покрыта слоем проводящей алюминиевой фольги 78. Часть фольги 78 оставляют непокрытой активным материалом анода. Эта часть образует прямоугольный выступ анода 79, который выступает из вспомогательного элемента. Прямоугольный выступ анода 79 состоит из выступающей части 78 (а) алюминиевой фольги 78 и выступающей части 76(а), лежащего под ним проводящего слоя 76. Активный материал анода 77 находится в контакте с наполненным электролитом разделителем 72. Проводящий адгезив 92 наносят на нижнюю сторону элемента 25 в контакте с открытой поверхностью фольги 82. Вспомогательный элемент 25 прикрепляют к основному элементу 30 с помощью проводящего адгезива 92, который прикрепляет элемент 30 к корпусу основного элемента.

Вольтаметрический элемент 20 (фиг.2) электрически соединен со вспомогательным элементом (25) с помощью нанесения прямоугольного выступа анода 75 таким образом, чтобы лежащий под ним проводящий слой 76(а) прямоугольного выступа анода находился в контакте с проводящим адгезивом 62 на прямоугольном выступе 42(b). Это обеспечивает электрический контакт активного материала вспомогательного анода 77 с катодом 43 вольтаметрического элемента 20 в соответствии с электрической схемой на фиг.1. Соединение с основным элементом 30, как правило, обычным щелочным элементом, иллюстрируется со ссылкой на фиг.2 и 2а. Активный материал вспомогательного катода 83 приводится в электрический контакт с положительной клеммой 145 основного элемента 30 с помощью проводящего адгезива 92 (фиг.2), который соединяет вспомогательный катод 83 с корпусом основного элемента, как показано на фиг.2а. Прямоугольный выступ фольги 65 запрессовывают в постоянный контакт с колпачком отрицательной клеммы основного элемента (фиг.2а), так что проводящий адгезив 62 находится в контакте с концевым колпачком 110. Такое соединение размещает анод 47 вольтаметрического элемента 20 в электрическом контакте с отрицательной клеммой 115 основного элемента 30.

Тестер 10 может быть интегрирован на внутренней поверхности пленочной этикетки 58 для основного элемента, как иллюстрируется на фиг.2а. Этикетка 58 может желательно быть термоусаживаемой пленкой, такой как поливинилхлорид или полипропилен. Тестер 10 может быть образован на одной стороне этикетки с помощью последовательного отпечатывания или ламинирования каждого из покрытий, которые включают вольтаметрический элемент 20 и вспомогательный элемент 25. Слой термоустойчивого, чувствительного к давлению адгезива может быть нанесен на внутреннюю поверхность этикетки, и этикетка с включенным в нее тестером может быть нанесена на основной элемент 30 путем обертывания ее вокруг корпуса элемента. Края этикетки могут быть обтянуты путем термоусадки на верхнем и нижнем торцах 152 и 154, соответственно, обычным образом, подвергая края этикетки нагреву, достаточному, чтобы вызвать усадку.

При работе, когда основной элемент 30 разряжается, разряжается и вспомогательный элемент 25, что в свою очередь, приводит в действие вольтаметрический элемент 20. Конкретно, в воплощении, представленном на фиг.1 и 2, при разряде основного элемента 30 активный материал вольтаметрического анода 47 осаждается на катод 43. В процессе осаждения активный материал анода 47 постепенно исчезает из части активного слоя анода, ближайший к катодному слою 43, а именно, от конца 47(а) (фиг.2). Это обеспечивает визуально наблюдаемый эффект датчика топлива. Количество вольтаметрического анода, остающегося в элементе 20 в любой момент во время жизни основного элемента 30 является легко видимым сквозь прозрачный электролит 45. Рядом с вольтаметрическим анодом 47 может быть размещена графическая шкала. Графическая шкала может быть калибрована для индикации того, до какой степени истощен вольтаметрический анод 47, а впоследствии - нуждается ли основной элемент 30 в замене.

Тестер 10, содержащий вольтаметрический элемент 20 и вспомогательный элемент 25, имеет высокое сопротивление, так что ток, проходящий через него при разряде, очень мал. Тестер 10 проявляет по существу такую же зависимость напряжения от процента зарядной емкости, как и основной элемент. Отношение тока i_T, (проходящего через тестер 10) к тому i_M (проходящему через основной элемент 30) примерно постоянно, независимо от сопротивления нагрузки основного элемента. Таким образом, для каждой данной нагрузки основного элемента вспомогательный катод 83 разряжается примерно до той же самой степени, как и катод основного элемента, и, в свою очередь, вызывает просветление вольтаметрического анода 47 в такой же степени. Следовательно, в любой момент во время жизни основного элемента процент разряда катода основного элемента будет примерно таким же как и процент разряда вспомогательного катода 83, который, в свою очередь, будет примерно таким же, как и процент для вольтаметрического анода 47, который просветляется. Это делает возможным простое определение степени разряда основного элемента путем визуальной проверки через окно 53 количества материала анода 47, остающегося в вольтаметрическом элементе 20. Калиброванная графическая шкала, которая может быть расположена рядом с вольтметрическим анодом 47, делает более простым определение момента, когда анод 47 является по существу истощенным, указывая, что основной элемент 30 должен быть заменен.

Следующие материалы могут быть использованы в конструкции тестера 10. Подложка анода вольтаметрического элемента 48 может состоять из изолирующего пластика, такого как полиимидная изолирующая пленка KAPTON (Е.И. Дюпон Ко.) покрытая проводящим углеродным составом 48(а). Соответствующим углеродным покрытием 48(а) является эпоксидная тушь с углеродным наполнителем, доступная под торговой маркой тушь 113-26 от Криэйтив Матириалз Инк. (КМИ). Альтернативно, подложка анода 48 может состоять из изолирующей пластиковой пленки, такой как пленка ACLAR (полихлортрифторэтилен) от Алиед Сигнал Ко., или пленка KALODEX (полиэтиленнафталат) от ИСИ Америкас, покрытая пленкой с электронной проводимостью, такой как индий-олово оксид (ИОО) или проводящее углеродное покрытие. Альтернативно, подложка анода 48 может быть образована из проводящего пластика с углеродным наполнителем, такого как фторуглеродная полимерная пленка с углеродным наполнителем, доступная как пленка с углеродным наполнителем Х17611 от В.Л. Гор Ко. Подложка анода 48 имеет толщину желательно от около 0,5 до 1 мил (0,0013 - 0,0025 см). Анод вольтаметрического элемента 47 может состоять из серебряного покрытия (толщиной от 500 до 1000 ангстрем), нанесенного на верхнюю сторону подложки анода 48 путем напыления или путем испарения электронным лучом.

Подложка катода вольтаметрического элемента 42 может быть образована из того же материала и той же толщины, как и описанная выше подложка анода 48, или альтернативно, она может быть просто изолирующей пластиковой пленкой, такой как пленка ACLAR или KALODEX. Слой катода вольтаметрического элемента 43 может состоять из серебряного покрытия (толщиной от 500 до 1000 ангстрем), нанесенного на верхнюю сторону подложки катода 42 путем напыления или испарения электронным лучом.

Электролит вольтаметра 45 (фиг.2) может быть получен путем образования сначала раствора электролита из покрытия, состоящего из смеси трифторметансульфонилимида серебра (Ад ТФСИ), в смеси этиленкарбоната и 3-метилсульфоланового растворителя 1:1 по объему, а затем образования геля из раствора с поли(винилиденфторидом). Электролит 45 может быть получен смешиванием 8 мас. ч. раствора электролита с 3 мас.ч. поли(винилиденфторида). Смесь экструдируют при температуре около 140^oС до желаемой толщины предпочтительно от около 1 до 4 мила (от 0,025 до 0,10 мм) и наносят поверх анода 47 и катода 43 вольтаметра.

Рамка из адгезива вокруг вольтаметра 55 (фиг.2) может быть выбрана из большого набора чувствительных к давлению адгезивов. Желательным адгезивом является обычный адгезив на основе бутилового каучука, такой как адгезив на основе полиизобутилен/изопренового сополимера, доступного как адгезив на основе каучука Butyl 065 от Эксон Ко., Рамка из адгезива 55 предпочтительно имеет толщину от около 1 до 2,5 мила (от 0,025 до 0,0625 мм). Прозрачное покрытие вольтаметра 52 желательно может состоять из пленки ACLAR (полихлортрифторэтилен) (Алиед Сигнал Ко. ) толщиной от 0,6 до 1 мил (от 0,015 до 0,025 мм). Проводящий адгезив 62 желательно может быть проводящим адгезивом с углеродным наполнителем, таким как тот, который доступен под торговой маркой как проводящий переходной адгезив ARCLAD от Адгезивз Рисерч Ко. Адгезивное покрытие 62 желательно может быть толщиной около 0,5 мил (0,012 мм). Подкладка из фольги 65 желательно может быть из алюминиевой фольги толщиной от 0,25 до 0,5 мил (от 0,006 до 0,012 мм).

Проводящая подложка катода вспомогательного элемента 81 может состоять из проводящей пленки поли(винилацетат)/поливинилхлоридного полимера с углеродным наполнителем (проводящая пластиковая пленка 2664-01 от Риксхэм Грэфикс). Как описано выше, проводящий слой 81 ламинирован со слоем 82 алюминиевой фольги. Пленка проводящего полимера желательно может быть толщиной около 1 мила (0,025 мм), а алюминиевая фольга - толщиной от около 0,25 до 0,5 мила (от 0,006 до 0,012 мм). Катод вспомогательного элемента 83 желательно состоит из печатного покрытия, состоящего из Х% электролитического диоксида марганца (ЭМД), (90-X)% графита и 10% поливинилхлоридного связующего. Активный слой катода 83 может быть получен путем диспергирования 3 мас.ч. смеси ЭМД и графита, и 7 мас.ч. водного раствора 0,75% Carbopol 940 (Б.Ф. Гудрич Ко. ), поперечно сшитого сополимера акриловой кислоты, и установки рН смеси, равного 10, с помощью КОН, а затем добавления ПВХ латекса HALOFLEX 320 (ИСИ Америкас-ЮС Резинз Дивижин) в количестве, достаточном для того, чтобы он составлял 10 мас.% от конечного сухого материала катода. Затем смесь наносят как влажную пленку (толщиной от 0,2 до 0,5 мила (0,0005-0,0013 см)) на слой полимера с углеродным наполнителем 81, а затем сушат на воздухе с образованием сухого слоя активного катода 83.

Разделитель 72 вспомогательного элемента может быть нитроцеллюлозной или целлофановой пористой мембраной толщиной около 1 мила (0,025 мм), содержащей около 2-8 микролитров раствора электролита 73, состоящего из от около 24 до 32 мас.% водного раствора ZnCI₂ с рН, равным 4, установленным путем добавления Zno.

Подложка анода вспомогательного элемента 76 может состоять из проводящей пленки поли(винилацетат)/поли(винилхлоридного) полимера с углеродным наполнителем (проводящая пластиковая пленка 2664-01 от Риксчэм Грэфикс). Подложка 76 ламинируется со слоем 78 из алюминиевой фольги. Проводящая полимерная пленка желательно может быть толщиной около 1 мил (0,025 мм), а алюминиевая фольга - толщиной от около 0,25 до 0,5 мил (от 0,06 до 0,012 мм). Слой анода вспомогательного элемента 77 может быть покрытием, состоящим из 90% порошка цинка и 10% связующего на основе стиролбутадиенового сополимера (СБС). Слой анода 77 может быть получен путем сначала диспергирования 6,5 мас.ч. порошка Zn (размер частиц от 5 до 7 микрометра) в 3,5 мас.ч. водного раствора 1,25% геля поперечно-связанного сополимера акриловой кислоты Carbopol 940 (устанавливают рН, равный 12, с помощью КОН). Затем добавляют латекс стиролбутадиенового каучука (СБС латекс ROVENE 5550 от Ром энд Хаас Ко.) в количестве, достаточном для получения 1 мас.ч. стиролбутадиенового каучука на 9 частей цинка в конечной сухой пленке. Затем смесь наносят как влажную пленку (толщиной от 0,5 до 1,5 мила (0,0013-0,0038 см)) на слой полимера с углеродным наполнителем 76, а затем сушат на воздухе.

Контактный адгезив вспомогательного элемента 61 и 92 может быть выбран из множества проводящих адгезивов. Соответствующим адгезивом 61 или 92 может быть проводящий переходной адгезив с углеродным наполнителем, доступный как адгезив ARCLAD от Адгезива Рисерч Ко. Такой адгезив может быть нанесен с толщиной около 0,5 мила (0,012 мм) поверх слоя алюминиевой фольги 82 с образованием слоя адгезива 92. Такой же состав адгезива может быть нанесен при толщине около 0,5 мила (0,012 мм) с образованием слоя адгезива 61 поверх края подложки вольтаметрического катода 42 (b).

Изолятор вспомогательного элемента 85 может быть удобно образован из термически герметизируемой пленки из поливинилацетата/поливинилхлорида. Альтернативно, он может состоять из чувствительного к давлению адгезива на основе бутилового каучука, такого как каучук Butyl 065 от Эксон Ко. Изолятор 85 преимущественно имеет толщину от 1 до 2 мила (от 0,025 мм до 0,05 мм).

Адгезив подкладки вольтаметра 32 может быть выбран из большого разнообразния чувствительных к давлению адгезивов. Желательно адгезив 32 состоит из чувствительного к давлению адгезива на основе бутилового каучука, такого как каучук Butyl 065 от Эксон Ко.

Альтернативное воплощение вольтаметрического элемента представлено как вольтаметрический элемент 120 на фиг. 5 и 6. Вольтаметрический элемент 120 может быть заменен на элемент 20 на фиг.2. Вольтаметрический элемент 120 отличается от элемента 20 тем,что он имеет прозрачную проводящую подложку 148 для анода 47. Анод 47 наносят на прозрачную проводящую подложку 148, и таким образом прозрачная проводящая подложка 148 лежит между слоем прозрачного покрытия 52 и анодом 47 (фиг.6). Катод 43 нанесен непосредственно под слоем покрытия 52 без необходимости в какой-либо подложке 148 между ними. Когда они изготовлены таким образом, прозрачное покрытие 52, прозрачная подложка 148, анод 47 и катод 43, когда собирается вольтаметр 120, все вместе составляют единую отдельную сборку 165. Вольтаметр 120 собирают путем нанесения барьера из адгезива 55 (фиг.6) вокруг слоя покрытия 134. Барьер из адгезива 55 определяет пространство окна, которое может быть заполнено электролитом 45. Вольтаметр 120 затем может быть собран путем приведения сборки 165 в контакт с барьером из адгезива 55, как показано на фиг. 6. Анодный конец 47( b) и катодный конец 43 (b) выступают за пределы барьера из адгезива 55, чтобы служить в качестве электрических контактов. Вольтаметр 120 наносят на элемент с изолирующим слоем 134, который находится ближе всего к корпусу элемента. В этом воплощении анод 47 (фиг.5) является видимым через лежащие над ним прозрачное покрытие 52 и прозрачный проводящий слой 148, и, следовательно, электролит 45 не должен быть прозрачным как в воплощении на фиг.2, но скорее может быть окрашенным для обеспечения контраста при истощении анода 47. Если электролит 45 является прозрачным, тогда лежащий под ним слой покрытия 134 должен быть окрашен для обеспечения необходимого контраста.

Предпочтительные материалы для прозрачной проводящей подложки 158 включают индий-олово оксид и другие прозрачные полупроводники, которые легко осаждаются с помощью способов нанесения пленок, таких как напыление. Предпочтительные материалы для пленки покрытия 52 включают поли(этиленнафталат) и другие химически инертные прозрачные пленки, которые являются стабильными при высоких температурах, встречающихся при нанесении тонких пленок. Изолирующий слой 134 может быть из материала ACLAR или KALODEX, которые снизу покрыты контактным адгезивом, например, описанным выше адгезивом 32, для обеспечения связывания слоя 134 с корпусом основного элемента 30. Вольтаметр может быть соединен со вспомогательным элементом 25 и с основным элементом 30 способом, аналогичным тому, который описан со ссылкой на фиг.2.

В альтернативном воплощении вспомогательный элемент 25 может быть устранен, и вольтаметрический элемент 20 или 120 может быть соединен непосредственно с основным элементом 30. Это может быть достигнуто путем размещения шунтирующего сопротивления внутри тестируемого основного элемента. В этом случае шунтирующее сопротивление, показанное как сопротивление 122, может быть размещено на анодном конце основного элемента 30 в соответствии с электрической схемой на фиг. 3. Альтернативно, шунтирующее сопротивление, показанное как сопротивление 112, может быть размещено на катодном конце основного элемента 30 в соответствии с электрической схемой на фиг.4. Шунтирующее сопротивление 112 или 122 может иметь соответствующие значения электрического сопротивления, желательно от около 1 до 10 миллиом, для обеспечения того, чтобы процентная скорость истощения анода 47 вольтаметрического элемента была примерно такой же, как и процентная скорость истощения контролирующего анода или катода основного элемента 30 независимо от нагрузки 38 основного элемента. (Электрод основного элемента не в избытке может рассматриваться как контролирующий). Таким образом, как и в предыдущем воплощении, остающееся количество анода 47 в вольтаметрическом элемента обеспечивает непрерывную визуальную индикацию состояния заряда основного элемента 30.

Шунтирующее сопротивление 122 может быть расположено на анодной стороне основного элемента 30 (фиг.3) путем добавления сопротивления 122 последовательно между анодом основного элемента 77 и отрицательной клеммой 115. Это может быть достигнуто путем прикрепления металлического диска 122, обладающего электрическим сопротивлением, последовательно между коллектором тока 118 и конечным колпачком 110, как показано на фиг.3а. (Продолговатые металлические детали, называемые коллекторами тока, которые соединяют конечный колпачок анода с активным материалом анода в элементе, повсеместно используются в обычных элементах). Коллектор тока 118 может быть прикреплен к одной стороне диска 122, а другая сторона диска 122 может быть прикреплена к конечному колпачку 110 (фиг.3а).

В порядке соединения вольтаметрического элемента 20 через дисковое сопротивление 122 коллектор 118 проходит через дополнительный диск 125, состоящий из проводящей поверхности 134, находящейся между двумя изолирующими слоями 130 и 132, так что коллектор тока 118 создает электрический контакт с проводящей поверхностью 134. Изолирующие слои 130 и 132 защищают проводящий слой 134 и предотвращают электрическое короткое замыкание между корпусом батареи и конечным колпачком 110. Проводящий слой 134 может быть образован путем нанесения проводящего материала, такого как серебро, на изолирующий диск 132. Диск 132 может быть выбран из большого разнообразия химически устойчивых пластиков, предпочтительно из нейлона. Может быть предусмотрен проводящий прямоугольный выступ 136, который состоит из части проводящего слоя 134 на диске 132, выступающей за край диска. Вольтаметрический элемент 20 таким образом может быть соединен через дисковое сопротивление 122 с помощью электрического соединения вольтаметрического анода 47 с отрицательным концевым колпачком 110 основного элемента и путем электрического соединения вольтаметрического катода 43 с проводящим прямоугольным выступом 136. Дисковое сопротивление 122 преимущественно может быть создано из полупроводникового материала предпочтительно с проводимостью в пределах от 10 до 50 см^-1/см. Соответствующие собственные полупроводники могут включать Si, Ge, сульфиды, такие как ZnS или FеS₂, или оксиды, такие как SnO₂. Проводящий слой 134 может быть из проводящего материала, такого как серебро, а изолирующие диски 130 и 132 могут быть из химически устойчивого изолирующего пластика, такого как нейлон.

Альтернативно, шунтирующее сопротивление, представленное как сопротивление 112, может быть размещено внутри основного элемента 30 на его катодной стороне, в соответствии с электрической схемой, изображенной на фиг.4. Это может быть практически осуществлено путем добавления дополнительного сопротивления 112 между положительной клеммой 145 и катодом основного элемента, как показано на фиг.4а. Это может быть сделано путем увеличения глубины положительной клеммы 145 путем добавления полупроводникового материала, такого как те, которые перечислены выше, между положительной клеммой 145 и корпусом основного элемента 144. Тогда анод вольтаметра 47 находится в контакте с корпусом 144, а катод вольтаметра 43 находится в контакте с положительной клеммой 145.

В описанных выше воплощениях (фиг.3а и 4а) шунтирующее сопротивление 122 или 112 желательно имеет электрическое сопротивление менее чем около 10 процентов от внутреннего сопротивления тестируемого основного элемента. Так, если основной элемент является обычным щелочным элементом, имеющим внутреннее сопротивление около 0,1 Ом, шунтирующее сопротивление может желательно иметь сопротивление менее чем около 0,01 Ом. Более высокое шунтирующее сопротивление является возможным для приемлемой работы вольтаметрического элемента, но такое более высокое шунтирующее сопротивление имеет тенденцию слишком сильно влиять на нормальную работу основного элемента. Хотя воплощения (фиг. 3а и 4а) могут быть использованы без вспомогательного элемента, использование вспомогательного элемента является преимущественным, поскольку оно дает в результате более стабильный и надежный вольтаметрический элемент. Во время разряда основного элемента падение напряжения на шунтирующем сопротивлении изменяется в соответствии с сопротивлением нагрузки 38, и, как правило, может составлять от около порядка 1 до 10 мВ при сопротивлении нагрузки от около 1 до 10 Ом.

Для того, чтобы его использовать с таким шунтирующим сопротивлением, вольтаметрический элемент должен иметь высокую электрохимическую активность, чтобы быть способным работать при таких малых напряжениях. Электролиты, содержащие серебро, такие как водный раствор перхлората серебра, имеют достаточно высокую электрохимическую активность и являются желательными.

Далее следует рабочий пример тестера, показанного на фиг.2.

Пример 1
Рабочие тестеры типа, описанного в предпочтительном воплощении (фиг.2), конструируются и используются для индикации состояния заряда щелочных элементов АА, разряжающихся на различных нагрузках.

Вольтаметрические элементы, как описывается со ссылкой на фиг.2, получают со следующими компонентами: Вольтаметрические анод и катод приготавливают путем нанесения напылением 1000 ангстрем серебра на подложки, покрытые проводящим углеродом (от Криэйтив Матириалз Инк.), состоящие из полиимидной пленки КАРТОN толщиной 1 мил (0,0025 см) с покрытием углерод/связующее толщиной 0,1 мил (0,00025 см). Катодные подложки имеют длину около 0,47 дюйма (1,2 см) и толщину 0,20 дюйма (0,51 см), а анодные подложки имеют длину около 0,86 дюйма (2,18 см) и ширину 0,20 дюйма (0,51 см). Катоды имеют длину около 0,16 дюйма (0,41 см) и ширину 0,20 дюйма (0,51 см), а аноды имеют длину около 0,40 дюйма (1,02 см) и ширину 0,20 дюйма (0,51 см), что дает зарядную емкость анодов около 14.10^-6 А• ч. Катод отделен от анода зазором около 0,05 дюйма (0,13 см) внутри окна из чувствительного к давлению адгезива на основе бутилового каучука толщиной 2,5 мила (0,0064 см), имеющего внутреннее пространство около О,66 дюйма • 0,30 дюйма (1,68 см • 0,76 см). Анод и катод приводятся в контакт с помощью прозрачного электролита толщиной 2 мила (0,0051 см) размерами 0,61 дюйм • 0,25 дюйма (1,55 см • 0,01 см), состоящего из 0,35М АgТФСИ (трифторметансульфонимид серебра) в растворе и полученного так, как ранее описано для предпочтительного воплощения. Пленка прозрачного покрытия ACLAR 33С толщиной 1 мил (0,00254 см) и размерами около 1,06 дюйм • 0,61 дюйм (2,69 см • 1,52 см) используется для герметизации вольтаметров. Полностью собранные вольтаметры имеют толщину от около 6 до 7 мил (от 0,15 до 0,18 мм) и имеют сопротивления по переменному току, измеренные при 1 кГц, около 4 кOм.

Вспомогательные элементы типа, описанного со ссылкой на фиг.2, изготавливают из следующих компонентов. Катод вспомогательного элемента изготавливают путем покрытия слоя диоксида марганца, содержащего электролитический диоксид марганца (ЭМД), на проводящей подложке, состоящей из ранее описанной проводящей пластиковой пленки с углеродным наполнителем Риксхем Грэфикс 2664-01. Покрытие из диоксида марганца наносят в виде влажной пленки толщиной 0,5 мил (0,0051 см), имеющей сухой состав, который представляет 72% ЭМД и 18% графита. Слой диоксида марганца имеет площадь около 0,018 кв. дюйм (0,116 кв. см) в порядке получения зарядной емкости около 14•10^-6 A•ч. Анод вспомогательного элемента изготавливают путем нанесения покрытия из цинка на проводящую пластиковую подложку с углеродным наполнителем Риксхем Грэфикс 2664-01, описанную в предыдущем описании. Сухой цинковый анод имеет толщину около 1 мил (0,0025 см) и площадь около 0,070 кв. дюйм (0,45 кв.см) для получения зарядной емкости, превышающей в несколько раз емкость катода. Разделитель изготавливают с использованием целлофанового материала Courtaulds 350 РОО толщиной 1 мил (0,0025 см), содержащего около 6•10^-6 литра электролита (28%ZnCl₂) c pH, равным 4. Адгезив 85 представляет собой чувствительный к давлению адгезив на основе бутилового каучука (адгезив на основе каучука Butyl 065 от Эксон) толщиной 2 мил (0,0051 см), используемый для герметизации вспомогательного элемента. Полностью собранные вспомогательные элементы имеют толщину около 8 мил (0,021 см) и сопротивление по переменному току, измеренное при 1 кГц, около 2 кОм. Полностью собранные тестеры в этом примере имеют толщину от около 6 до 8 мил (от 0,15 до 0,2 мм).

Вольтаметрические и вспомогательные элементы приводятся в контакт с расположением по соседству друг с другом, как на фиг.2, и со свежими элементами АА (фиг. 2а), используя проводящий адгезив ARCLAD толщиной 0,5 мил (0,0013 см) (61 и 92), как описано ранее. Элементы АА разряжают от 1,5 до 0,8 В через нагрузочные сопротивления либо 1 Ом, 4 Ом, 36 Ом, либо 75 Ом, либо непрерывно, либо с перерывами. Во время разряда в каждом случае напряжение на вольтаметрическом элементе является малым. Например, для нагрузки 4 Ом напряжение на вольтаметрическом элементе составляет от около 40 до 100 мВ, а ток через вольтаметрический элемент равен около 2•10^-6А. Во всех случаях анод вольтаметра просветляется так, что его можно использовать в качестве датчика для визуальной индикации лежащей под ним черной проводящей подложки 48, при этом просветление начинается с конца (47(а)), ближайшего к катоду, и происходит по направлению к противоположному концу катода. Количество просветленного катода соотносится линейно пропорционально со степенью разряда элемента АА. Таким образом, тестер служит в качестве эффективного индикатора состояния заряда основного элемента.

Описанные здесь воплощения вольтаметрического элемента могут быть использованы преимущественно для тестирования обычных щелочных Zn/MnO₂ элементов, которые обычно могут работать с сопротивлением нагрузки от около 1 до 1000 Ом. Однако, как предполагается, применение изобретения не является ограниченным щелочными элементами, но оно скорее может быть эффективно использовано для тестирования состояния любого сухого элемента.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылками на конкретные воплощения и конкретные материалы конструкции, является понятным, что и другие воплощения и материалы являются возможными без отклонения от концепции изобретения. Следовательно, изобретение, как подразумевается, не является ограниченным конкретными воплощениями, описанными здесь, но скорее рамки изобретения определяются с помощью формулы изобретения и ее эквивалентов.

Формула изобретения

1. Комбинация из батареи (30) и индикатора состояния батареи (10), в которой батарея содержит корпус, отрицательную клемму (115) и положительную клемму (145), отличающаяся тем, что индикатор состояния (10) включает электролитический элемент (20), не имеющий сам по себе по существу электродвижущей силы, который содержит анод (47), катод (43) и электролит (45), причем индикатор состояния непрерывно соединен с батареей, где по крайней мере один из указанных анода и катода электролитического элемента является видимым и во время разряда батареи реакция начинается в первой области видимого электрода и продолжается оттуда по направлению к его удаленной области.

2. Комбинация по п. 1, в которой индикатор состояния далее содержит вспомогательный элемент (25), электрически соединенный последовательно с электролитическим элементом (20), вспомогательный элемент является электрохимическим элементом, другим, чем батарея, вспомогательный элемент (25) содержит анод (77), катод (83) и электролит (73), находящийся в контакте по крайней мере с частью анода и катода вспомогательного элемента, батарея электрически соединена со вспомогательным элементом, при этом либо положительная клемма батареи электрически соединена с катодом вспомогательного элемента, либо отрицательная клемма батареи электрически соединена с анодом вспомогательного элемента.

3. Комбинация по п. 1 или индикатор по п. 10, где анод и катод электролитического элемента содержат одинаковый электрохимически активный материал.

4. Комбинация по п. 1 или индикатор по п. 10, где анод и катод электролитического элемента расположены на одной поверхности отдельно друг от друга, так что никакая часть анода не перекрывает какую-либо часть катода электролитического элемента.

5. Комбинация по п. 1 или индикатор по п. 10, где анод и катод электролитического элемента содержат серебро.

6. Комбинация по п. 1 или индикатор по п. 10, где индикатор состояния элемента имеет толщину менее чем около 100 мил (2,5 мм), предпочтительно около 2 - 15 мил (0,05 - 0,4 мм).

7. Комбинация по п. 2, в которой катод вспомогательного элемента электрически соединен с положительной клеммой батареи, а анод вспомогательного элемента электрически соединен с катодом электролитического элемента, анод электролитического элемента электрически соединен с отрицательной клеммой батареи или анод вспомогательного элемента электрически соединен с отрицательной клеммой батареи, а катод вспомогательного элемента электрически соединен с анодом электролитического элемента, катод электролитического элемента электрически соединен с положительной клеммой батареи.

8. Комбинация по п. 1, в которой индикатор состояния размещен в этикетке для указанной батареи.

9. Комбинация по п. 1 или индикатор состояния по п. 10, где электролитический элемент содержит одну или несколько из следующих деталей: а) проводящую подложку в контакте с краем анода; б) защитную пленку поверх электролита, причем по крайней мере часть анода является видимой сквозь защитную пленку и электролит; в) прозрачную проводящую подложку, которая может содержать индий-олово оксид в контакте с краем анода, причем по крайней мере часть анода является видимой сквозь прозрачную проводящую подложку; г) электролит, который содержит трифторметансульфонимид серебра.

10. Индикатор состояния (10) для батареи, отличающийся тем, что он имеет толщину менее чем 100 мл (2,5 мм) и содержит электролитический элемент (20), по существу не имеющий сам по себе электродвижущей силы, который содержит анод (47), катод (43) и электролит (45), указанный электролит находится в электрическом контакте по крайней мере с частью как анода, так и катода, при этом по крайней мере часть одного из указанных анода и катода является видимой, во время электролиза в электролитическом элементе реакция начинается в первой области видимого электрода и оттуда продолжается в его отдаленные области.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9