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CN1347504A - 仪表效果电池指示器 - Google Patents

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CN1347504A
CN1347504A CN00806317A CN00806317A CN1347504A CN 1347504 A CN1347504 A CN 1347504A CN 00806317 A CN00806317 A CN 00806317A CN 00806317 A CN00806317 A CN 00806317A CN 1347504 A CN1347504 A CN 1347504A
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Abstract

一种电池包括具有外圆周的电池单元和电池测试仪。电池测试仪可以是不同的类型。一种分段显示的测试仪包括:第一分压器;多个并联的电池测试仪元件,其中每个电池测试仪元件包括其第一接线端耦合到第一分压器的电压控制显示器以及与第一分压器并联耦合并耦合到电压控制显示器第二接线端的第二分压器。第二分压器还包括非线性元件。本文也描述第二种类型的电池测试仪。此种类型是可变的类型,并且包括具有耦合到多个电阻元件的非线性元件的第一分压器、以及其第一接线端耦合到第一分压器且多个第二接线端耦合到多个电阻元件的电压控制显示器。

Description

仪表效果电池指示器
技术领域
本发明涉及能在电池单元上安装的电池测试仪。
背景技术
置于电池上的已知类型电池测试仪是所谓的“热色”类型。在热色电池测试仪中可以有两个电极，用户通过手工按下开关而连接这两个电极。一旦开关被按下，用户就把电池的阳极通过热色测试仪连接到电池的阴极。热色测试仪包括具有可变宽度的银导体，从而导体的电阻也随着其宽度而变化。当电流流经银导体时，电流产生热以改变覆盖在银导体上的热色油墨显示器的颜色。热色油墨显示器设置成指示电池相对容量的仪表。电流越大，产生的热就越多并且仪表会改变越多以显示电池良好。
有时候开关很难被按下去，并且不容易判断测试仪是否工作或者电池是好还是坏。这使用户感到迷惑。按下开关而在原电池的阳极和阴极之间建立起直接的具有相对较高导电性的连接，这会抽运很大的功率并且减少电池寿命。
发明内容
根据本发明的一个方面，布置在电池上的电池测试仪包括连续指示电池电荷状态的显示器。
根据本发明的另一方面，电池测试仪包括第一分压器和多个并联电池测试仪元件。每个元件包括其第一接线端耦合到第一分压器的电压控制显示器、以及与第一分压器并联耦合并且耦合到电压控制显示器第二接线端的第二分压器，其中第二分压器包括非线性元件。
根据本发明的又一方面，电池测试仪包括含非线性器件的第一分压器和多个电阻元件。包括第一接线端的电压控制显示器耦合到第一分压器，并且显示器的多个第二接线端耦合到多个电阻元件。
根据本发明的再一方面，电池测试仪包括电压控制显示器、其接线端与电压控制显示器的接线端耦合的第一分压器、以及其接线端与电压控制显示器的第二接线端耦合的第二分压器。第二分压器包括耦合到电压控制显示器的开关器件，从而当被触发时，使电流流经第二分压器以在电压控制显示器上提供电势差。
与其它测试仪相比，本测试仪的主要优点在于：用户只需看电池上的测试仪就可判断电池是否良好。本测试仪不必保持住电池和按开关来操作电池测试仪。本测试仪提供仪表效果以使用户能判断电池内所剩余的相对容量。根据用户按下多少次现有测试仪上的开关，本测试仪比现有测试仪更有效。在电池寿命方面，本测试仪使用更小的电流或者与现有方法不相上下。
附图说明
图1为M-I-M二极管结构的横截面视图。
图1A为沿图1中线1A-1A剖分的局部放大视图。
图2为替代M-I-M二极管结构的横截面视图。
图2A为沿图2中线2A-2A剖分的局部放大视图。
图3为另一替代M-I-M二极管结构的横截面视图。
图4为制造图1器件的工艺流程图。
图5A-5D为示出图1-4中M-I-M二极管元件典型切换特性的电压-电流曲线。
图6为多个非线性元件分段显示电池测试仪的示意图。
图7为多个电阻、可变显示电池测试仪的示意图。
图8为图6中多个非线性元件电池测试仪的构造实例的示意透视图。
图9为图6中多个非线性元件电池测试仪的构造实例的示意图。
图10为图7中多个电阻电池测试仪的构造实例的示意图。
图11为电池单元的示意图，其中在电池周围布置有分段显示电池测试仪。
图12为电池单元的示意图，其中在电池周围布置有可变显示电池测试仪。
图13示出用于替代具有分段电池测试仪显示器的电池的设置。
图14为具有电池舱的且用电池工作的器件的示意图。
图15为包括电压控制显示器的开/关电池测试仪的示意图。
具体实施方式
现在参照图1，示出金属-绝缘体-金属二极管10。金属-绝缘体-金属二极管10包括第一电极12，其中，电极12例如为铜箔基片；或另一导电材料如碳或金；或其它导电材料如铬、钨、钼；或其它导电材料如弥散在诸如导电油墨的聚合物粘合剂中的金属颗粒。金属-绝缘体-金属二极管10还包括复合金属-绝缘体层14，其中，复合金属-绝缘体层14包含悬浮在介电粘合层22中的金属颗粒20。如图1A所示，金属颗粒20具有覆盖在颗粒20表面上的内征氧化物层20a。一种优选的金属是钽，它易于形成内在的、稳定的且一般为均匀的内征氧化物层20a。也可使用其它金属如铌。这些其它的金属应该形成自限制性的、稳定的且对于应用具有合适介电常数的氧化物。优选钽的一个原因是当钽暴露在空气中时在钽上容易形成本征氧化物层。
布置在复合金属-绝缘层14上的是第二电极16，其中，电极16还例如包含铜；或另一导电材料如碳、铬、钨、钼；或者金或其它导电材料。第二电极优选直接布置在层12上，以与颗粒20上的本征氧化物层20a接触。第二电极还可以是包含导电材料和粘合剂的复合层。通过改变电极层16的导电率，器件10的电气特性可以改变。具体地，I-V特性曲线可制作得更尖锐从而获得更陡峭的开/关特性。也就是说，导电率越高，曲线就越尖锐。
如以下在图5A-5D中描述的，M-I-M器件具有表现出二极管类元件性质的对称电流-电压(I-V)特性曲线。此器件也可制作得比其它方法具有更低的切换电压，如小于10V并且更具体地小于1V-约0.5V，但同时具有相同的对称性质。通过改变钽对粘合剂的比例以及钽-粘合剂层的厚度，使I-V特性曲线对于相同材料能在正/负 50％或更大的范围内上下移动。
器件10的切换电压对于不同的器件可以是更一致的。部分原因是有更一致的氧化物层厚度和更一致的内在形成氧化物的质量。与热退火或阳极化的氧化物层相比，钽氧化物层20a的厚度不会大幅度变化。相信本征层20a对于不同的钽颗粒20也具有基本均匀的厚度，此厚度为单分子层厚度的数量级。钽颗粒的特点是其粉末的粒径在小于0.5微米到大约10微米的范围内。印刷层14的厚度小于0.5到8-10密耳。在这可使用其它的粒径和厚度。
现在参照图2，二极管的另一实施例10′包括层14′，其中，层14′包含另一介电材料的惰性颗粒24(如图2A所示)，此颗粒例如为弥散在聚合物粘合剂22和具有氧化物层20a的钽颗粒20之中的二氧化钛TiO2或碳酸镁MgCO3的颗粒24。在此实施例中，一部分(如0％-75％)钽颗粒20由诸如二氧化钛或碳酸镁的惰性介电材料颗粒24取代。尽管优选单独使用本征氧化物层20a，但钽颗粒20也可选地具有分布在钽附近的退火氧化物层或其它类型的氧化物层。
在聚合物粘合剂22和钽颗粒20中添加介电颗粒，如二氧化钛固体，可改进层14′的印刷，使得能利用更少量的钽颗粒但同时仍然保持高的固体含量，此高固体含量表现出良好的二极管性质。对于非常薄的金属/绝缘材料层尤其希望如此，以避免两电极12和16通过层14′短路。包含惰性材料可降低短路的可能性并提供更一致的膜/涂层。
而且，在钽浓度足够低时，可提供给器件更高的切换电压。可以预料，不需在钽颗粒周围使用氧化物层作为绝缘体即作为电子为了导电而需要超越的势垒，此势垒将由惰性材料的介电性质决定，在钽浓度更低时此惰性材料例如为二氧化钛和粘合剂。
现在参照图3，二极管的另一实施例10″具有第一电极12以及在第一电极上的金属-绝缘层14或14′。当对金属-绝缘层14或14′制作连接28时，此结构10″可得到相似的二极管性质。通过取消第二电极，器件10″有更少的层，其制作工艺改变，但基本上不改变金属绝缘体层的特性。
现在参照图4，图1器件可以按如下制备：工艺30包括把纯度99.97％的钽粉末与聚合物粘合剂以及触变材料混合32，其中，钽粉末具有本征氧化物层且粒径例如小于5微米，聚合物粘合剂例如为Acheson，Electrodag 23DD146A或Acheson SS24686。这两种聚合物粘合剂都是来自Acheson，Port Huron，MI。其它粘合剂与钽可以形成钽油墨。这些粘合剂应该与钽或其它所用金属是电绝缘的且稳定的，并且优选具有相对较高的固体含量如15％-35％左右。钽可在粘合剂总重的100％-39％范围内。也可采用其它范围。钽颗粒与粘合剂充分混合形成钽油墨。钽油墨印刷34在诸如为铜箔基片的第一电极上或在其它导电材料上。例如用收缩杆、丝网印刷、曲面或凹版印刷技术中的一种印刷该层。把此层烘干36，例如在烘炉中在120℃下烘干15-20分钟。在钽粘合剂层上印刷38第二导电层，第二导电层例如为以铬颗粒形式混合在粘合剂材料中的铬。此铬层也例如在120℃下烘干15-20分钟40，形成器件10。随后，可测试42器件10。
对于第一和/或第二电极可以使用替代的导电层或金属，如铜、钨、钼、碳等。此层的导电率随着导电材料对粘合剂相对浓度的改变而变化。导电材料的典型范围是30％-39％。通过改变此层的导电率，电流-电压特性曲线的形状可以变化，使得该曲线稍微尖锐点，以生产具有更陡峭开/关响应的二极管。
由于所用的钽颗粒具有本征氧化物层20a，因此可以简化工艺。不需要对钽粉末进行热退火或其它预先的热处理。本征氧化物涂层在厚度和质量上非常一致。这趋向于生产非常一致的金属-绝缘体层材料以及其切换电压在一系列二极管中具有相对较低标准偏差的二极管。
另一优点在于，由于不需要对钽粉末进行热退火，可调整油墨的性质以实现各种二极管性质从而适合不同的应用。油墨形成是比钽的热处理更容易控制的工艺。
本器件也可被看作是压敏电阻，即薄的印刷压敏电阻。此M-I-M结构有利于需要非线性元件的应用中，其中非线性元件以较低的电压及如果可能的话以较低的电流工作，此结构可以不用半导体淀积技术印刷。
现在参照图5A-5D，图中示出图1-5中M-I-M二极管器件典型切换特性的电压-电流曲线。如图5A所示，M-I-M二极管元件的电流电压特性曲线44在大约1.8V的100na(纳安)处表现出切换电压，开/关比计算为约33。使用惠普半导体分析仪4155B型获得电流电压特性曲线44。
本器件所用的钽层通过混合5克Alfa Aesar，Ward Hill，MA的粒径小于2微米的钽颗粒和20克Electrodag 23DD146A的聚合物而制备，此聚合物具有25％固体-75％挥发性化合物的组成。用15密耳的切口(cutout)把油墨涂敷到铜箔的导电表面上，即形成湿厚15密耳的层。把试样在烘炉中在120℃下烘干20分钟。用于二极管第二层的油墨通过混合5克Alfa Aesar的粒径小于5微米的铬粉末和4克Electrodag23DD146A而制备，并用5密耳的切口涂敷在钽油墨层的顶部。此涂层在120℃下烘干20分钟。
如图5B所示，基于不同的“P∶B”比例，即金属(如钽)颗粒对粘合剂的比例，M-I-M二极管可表现出不同的切换电压。如图5B所示，对于相同的15密耳厚度，P∶B比例分别为5、2和1时，器件在100纳安表现出的切换电压大约为9V(曲线45a)、5.3V(曲线45b)和3.8V(曲线45c)。
另外如图5C所示，改变钽层的湿厚也可形成不同的切换电压。对于钽对粘合剂比例(P∶B)为8∶1的钽层，具有15密耳厚钽层的M-I-M二极管表现出的切换电压为大约9V(曲线46a)；具有10密耳厚钽层的M-I-M二极管表现出的切换电压为大约7.8V(曲线46b)；具有5密耳厚钽层的M-I-M二极管表现出的切换电压为大约4.6V(曲线46c)。每个切换电压都是在100纳安下测量的。
现在参照图5D，在钽层中添加碳酸镁可形成具有一贯较高的开/关比例并且对切换电压的影响最小的M-I-M二极管。如图5D所示，随着碳酸镁的量增加，切换电压特性变得更陡峭。曲线46a示出，对于P∶B比例1∶1的100％钽层，切换电压为1.8V。曲线47b-47d示出当碳酸镁的量增加时，切换特性变得更陡峭，因此表示更好的开/关比例。
现在参照图6，示出连接到电池51的多个非线性元件电池测试仪50。多个非线性元件电池测试仪50包括多个独立的非线性元件电池测试仪52a-52e，这些独立的测试仪耦合形成并联电路。每个独立的非线性元件电池测试仪电路52a-52e包括：非线性元件，如分别为M-I-M二极管54a-54e；以及分别为56a-56e的膜电阻。电池测试仪50包括由两个电阻58和60形成的分压器，电阻58和60与多个独立的非线性元件电池测试仪52a-52e并联耦合。每个独立的非线性元件电池测试仪52a-52e包括一个相应的显示器62a-62e，多个显示器62a-62e置于电极55(电势VF)和非线性元件的各个并联电路52a-52e的公共连接之间，非线性元件的各个并联电路52a-52e即为M-I-M二极管54a-54e和膜电阻56a-56e。
显示器62a-62e是超低电流和低电压的电压控制显示类型。显示器62a-62e的一种类型是电泳显示器，如对在Massachusetts Institute ofTechnology 1998年6月“全印刷的双稳态反射显示器：可印刷的电泳油墨和全印刷的金属-绝缘体-金属二极管”中描述且由E-INK Inc.Cambridge，Ma提供的显示器进行改变而包括如上图1-5D所述的低切换电压元件。
此种显示器基于所谓的“电子油墨”，如基于施加的电压而改变其性质如颜色的电泳材料。使用诸如电子油墨的电泳材料，平板显示器可印刷在基体材料上。这些显示器抽运非常小的电流，因而消耗非常小的功率。任何电压敏感材料可用作显示器。另一种在Scientific American1996年9月的“纸的再发明”中描述并称为也是电压敏感的材料的“Gyricon”。显示器需要的工作电压在电池的电压范围内。
非线性元件54a-54e可以是以上结合图1-5A-5D描述的M-I-M二极管10。
多个非线性元件电池测试仪50具有在五个并联通路内的五个不同的二极管。如果二极管构造得在不同的电压时切换，显示器会在不同的电压改变状态，从而形成分段显示或形成会指示电池电荷状态的仪表效果。
多个非线性元件电池测试仪50的每个显示器62a-62e都具有一个耦合到标为VF的公共电势的接线端。电势VF取自两电阻58和60之间的点，如果电阻58和60相等，电势VF就是电池单元电压的一半。不同的并联段52a-52e在点A-E有各自的电压值，点A-E的电压幅值由二极管54a-54e和电阻元件56a-56e设定。不同的并联段52a-52e在点A-E可设为具有单调增长或减小的电压值。例如，对于9V电池，一个二极管54a可选择在8V时切换，二极管54b可选择在7V时切换，而二极管54c可选择在6V时切换等等，从而随着电池电压的下降，关闭显示器62a-62e的不同段。
二极管54a-54e可设定为在不同的电压切换以“打开”或“关闭”显示器，即根据显示器如何连接到电路而从一种颜色变到另一种颜色。段的数量只受二极管如何能很好地区分不同电压的限制。在9V实例中，采用一个伏特的电压差。但如果二极管制作得精确产生1/10V的电压差，电池测试仪就可具有1/10V的切换电压差，并且电池测试仪可扩展到15或60个段或者更多的段。
根据电阻58和60分压器的电阻值，可选择从电池抽运的电流。显示器62a-62e抽运非常小的电流。
由于二极管54a-54e是非线性的，有时随着二极管54a-54e的切换，它们会使电极55的电压相对于耦合到点A-E的各个电极的电压变为负值。这会使显示器62a-62e的极性产生相应的翻转或改变，使显示器62a-62e改变颜色，指示电池正释放电荷。当最后一个显示器如62e改变颜色，它会指示电池51不再在某些特定的规范内。
现在参照图7，示出连接到电池51的多个非线性元件电池测试仪50的替代实施例50′。在此电池测试仪50′中，通过使用不同的电阻和公共的分段显示器78来提供分段，即仪表效果。电池测试仪50′包括并联电路。在并联电路的一侧上是诸如M-I-M二极管72的非线性元件与电阻74。在另一侧，与图1中电池测试仪50仅使用两个电阻元件分隔电流不一样，电池测试仪50′包括多个电阻，如五个电阻76a-76e。多个电阻76a-76e耦合到显示器78的相应电极76a-76d，显示器78具有在非线性元件72和电阻74的连接处耦合的第二电极80，连接处电势为E。在沿着显示器78的任一点A-D上的电压等于到此点之前的电阻值之和除以总电阻值，如以下公式1-4所示。
Figure A0080631700152
Figure A0080631700153
E点的电压VE在电池单元整个寿命中相对不变，电压VA、VB、VC和VD会相对于E点电压VE而变化。会有不同的点，在这些点上，点A、B、C和D的电压值相对于点E是正的或是负的。当有极性改变时，显示器有相应的颜色变化。电阻76a-76e电阻值的差别可以通过印刷不同宽度的导电材料而容易变化。
优选地，所有电阻76a-76e都用透明导电材料如ITO(铟锡氧化物)印刷并悬浮在聚合物粘合剂材料中。印刷层的导电率可通过改变弥散在聚合物粘合剂中的ITO的量来改变，低浓度的ITO产生高电阻值的膜。阳极和阴极之间的总电阻值为15兆欧的电路会产生100纳安(na)的电流抽运。此相对较低的电流抽运只对约0.5％的电池单元容量产生影响。
现在参照图8和9，示出电池测试仪50(图6)的实例。在电池单元或电池51的标牌上印刷透明导体94，例如，诸如ITO(铟锡氧化物)油墨的材料或用于静电散逸的透明涂层。透明导体材料的实例包括静电涂层。透明导体94不需载运高电流，因为显示器62a-62e(图1)是电压敏感显示器。透明导体仅仅是电流载运材料。透明导体94连接到电阻58和60，而电阻58和60连接到阳极或阴极，所以透明导体94连接到阳极和阴极之间。通过胶合、压接或其它方法可使电阻58、60分别与电池51的阳极和阴极相连。
电阻58-60由具有不同宽度或厚度的材料条形成，以提供不同的电阻值。显示器在透明导体94的顶部上印刷。此显示器可以是上述的电泳油墨显示器、或是基于Gyricon的显示器、或是任何其它的通过改变所施加的电压而改变其颜色的电压敏感材料。
显示器包括在透明导体94上印刷的电泳油墨材料96。显示器的第一导体98在电泳油墨材料96的顶部上印刷。根据显示器如何被初始切换，此导体98把显示器的一侧耦合到电池的一极，如阳极或阴极。此导体98还分段印刷并耦合到电阻56a-56d(图6，在此实例中只使用4个)。如果导体98印刷成一个固体导体，导体就会承载均匀的电压。分区印刷导体可获得分段，如仪表效果。
二极管54a-54d(图6，在此实例中只使用4个)通过淀积钽层段100而印刷，此钽层段100具有上述在介电粘合剂中的钽颗粒和本征氧化物涂层。本征氧化物有足够的厚度以形成M-I-M二极管。为了改变并联通路的特性，这些段可为不同的厚度，以得到不同的二极管性质。这为每个二极管提供不同的切换电压。
在钽层的顶部上印刷第二电极102如铬层。第二电极102被可选的介电涂层104包围，以确保避免短路。在第二电极102的顶部上印刷第二导体106，以把所有的铬层连接在一起。根据第一导体98的极，第二导体106从第一导体94连接到电池的相反极，如阳极或阴极。
现在参照图10，示出多个电阻电池测试仪50′的实例。电池测试仪50′设计成与电池测试仪50非常相似。透明导体110在不同的区110a-110d上印刷，以提供分段，即电池电荷仪表。印刷透明导体110，以包括楔形导体部分110e，形成电阻76a-76e。楔形导体部分110e具有随着导体长度而变化的电阻特性，因此，在更狭窄端它有更高的电阻值同时在更宽的端它有更低的电阻值。导体部分110e还可以是单一宽度，在导体中任何点的电阻值取决于此点距电池的一极有多远。有可能采用其它的布置。
楔形导体部分110e例如通过胶合、压接或其它方法连接到电池51的阳极和阴极。在透明导体110的顶部上印刷显示器材料112，如E-Ink或Gyricon或其它电压敏感材料。在显示器材料112上印刷另一导体114。导体114的一端经电阻115连接到电池单元的一极，如阳极或阴极。在此导体的顶部上印刷钽氧化物/钽金属层116，并在钽氧化物/钽金属层116的顶部上印刷第二电极118如铬层。第二电极118连接到电池单元的相反极。
由于电池测试仪50或50′是印刷元件，因此非线性元件可以安装有上述基于碳油墨的电极。电阻也可以是基于碳的，并且有介电填充物以降低电阻的导电率，使它们更具电阻性。理想地，整个电池测试仪50应具有非常高的总电阻，如为15兆欧数量级。对于1.5V电池单元，设置抽运100纳安电流的测试仪50或50′，此电流值是足够低的电流水平而使对电池寿命的影响最小。例如，对于具有7年寿命的“双A”电池单元，100纳安抽运仅消耗电池容量的大约0.5％。
电池测试仪中层的典型厚度如下：透明导体的厚度在0.1-0.2密耳之间；显示器介质1.0密耳；电极层0.1-0.2密耳；M-I-M二极管的钽层0.5-1.0密耳以及各种介电层0.2-0.5密耳。也可替代使用其它的厚度。
现在参照图11，示出具有电池测试仪150的电池51′，电池测试仪150具有分段显示器。电池测试仪150包括沿着电池51′长度方向布置在第二多列156a-156g中的第一多段154a-154g。电池测试仪150可使用一个布置在电池51′周围的测试仪来形成。在电池测试仪150中，电池测试仪150绕着电池51′侧向布置。安排电池测试仪150以便连续各个段154a-154g在不同的电压水平打开或关闭，获得电池51′中所余电量的指示。
因而，对于电池51′的既定条件，例如，电池测试仪150可使在所有列156a-156g中的段154a和154b都打开，以指示电池已消耗“七分之二”(2/7)的使用寿命。电池测试仪150安装在电池51′的整个周围上。因此，用户不必只在一个方向上保持电池看显示器，因为显示器从所有方向都能看见。
现在参照图12，示出包括电池测试仪162的电池51″，此电池测试仪162具有可变的显示器。电池测试仪162包括在绕着电池51″周围布置的列166a-166g中印刷的单个电池测试仪164。因而，与电池测试仪150(图11)不一样，即，电池测试仪150绕着整个电池单元展开，而电池测试仪162包括在沿着电池51″高度方向的垂直列166a-166g中排列的一系列电池测试仪164。
参照图13，示出对于具有分段电池测试仪显示器172的电池51′的替代布置170。分段电池测试仪显示器172包括在围绕电池51′上部的带中并在多个行176a-176d中布置的多个段174a-174d。分段电池测试仪显示器172可通过使用一个围绕电池51′布置的分段测试仪来形成。在分段电池测试仪显示器172中，分段电池测试仪显示器172绕着电池51′侧向布置。分段电池测试仪显示器172安排得使连续的各段174a-174d在不同的电压水平打开或关闭，获得电池51′中所余电量的指示。此种安排可用于替换Duracell Gillette，Inc.Boston Ma.的电池上部周围的金带。随着电池容量消耗，此金带可转变成不同的颜色或消失，以指示剩余容量。
现在参照图14，电子器件180包括具有电池舱184的主体182，电池舱184具有门186。如图所示，电池可放置在电池舱内。门186有透明窗188，通过此窗，用户可看到电池51′或11″，并且对于那些被认为是无源测试仪的测试仪而言，用户可读电池测试仪150或162的显示，无源测试仪即为不需要用户做任何动作来启动62(图6)或78(图7)的测试仪。电子器件可以是任何类型的用户器件，无限制地包括计算器、蜂窝电话、玩具、收音机等。透明窗口可以是门的一部分或者甚至是整个门。
可替换地，电池测试仪150(图6)或电池测试仪162(图7)可以用有源电池测试仪来实现，有源电池测试仪即为那些需要一些用户动作，如手工关闭开关，以把测试仪电连接到电池电极。为了允许在电子器件的电池舱内进行检查，电池舱可安装有外部手柄或连杆(未示出)，允许用户测试具有手动型测试仪的电池。
虽然已描述的电池测试仪显示器150或162是沿着整个周围布置的，但也可采用其它的布置。例如，它们可以布置在电池整个圆周的1/4内或者甚至在大约2/3到3/4内。而且，为了容纳标牌上的其它信息，它们不必在电池全部或几乎全部的长度或圆周上延伸，只需在一部分长度或圆周上延伸。
而且，可使用其它类型的测试仪。例如，不需使用获得仪表效果的测试仪，也可使用仅给出好与坏指示的测试仪，这在以下描述。
现在参照图15，好/坏指示器电池测试仪200耦合到电池51。电池测试仪200包括含置于两并联电极202、204之间的显示器206的并联电路。电极202在由两电阻208和210形成的分压器处连接到电路200。电极204连接到并联电路的另一侧。并联电路的另一侧具有非线性元件，即开关212，以及第三电阻214。显示器206超低电流的电压控制型显示器。非线性元件212为上述M-I-M二极管。
如果电阻208的值等于电阻20的值，在接线端202的电势就总是电池单元电压的一半。电极204的电势由非线性元件212和电阻214上的电压决定。根据电阻208、210和214的值，在接线端202的电压会从已知的值开始。当因电池使用或泄漏而从电池抽运电流时，电极202的电压会相对于电极204的电压而变化。由于元件212是非线性的，有时它会切换使电极202的电压相对于电极214的电压而变为负的。当非线性元件切换时，这会翻转显示器的极性，使显示器改变颜色，指示电池不再在某些确定的规范内。显示器可接入电路中，以便显示器的一种颜色可以指示电池不再在某些确定的规范内。理论上，在电池测试仪工作的任一情况下，当电池单元的状态改变即好或坏时，显示器表现出颜色上的改变。
由于电池测试仪200是印刷器件，非线性元件可安装基于碳油墨的电极，这已在以上应用中描述。电阻也可以是基于碳的，并且包含填充物以降低电阻的导电率而使它们更具电阻性。理想地，整个电池测试仪200应具有非常高的总电阻，如为15兆欧数量级。对于1.5V电池单元，设置抽运100纳安(na)电流的测试仪200，此电流值是足够低的电流水平而使对电池寿命的影响最小。例如，对于具有7年寿命的“双A”电池单元，100na抽运仅消耗电池容量的大约0.5％。
应该理解，虽然本发明已结合其详细描述进行了说明，但前述描述只是示例性的，并不限制本发明的范围，本发明的范围由后附 书的范围确定。其它方面、优点、和变更都包括在后附权利要求的范围之内。

Claims (40)

1.一种置于电池上的电池测试仪，其中包括：
连续指示电池电荷状态的显示器。
2.如权利要求1所述的电池测试仪，其中，电池测试仪进一步包括：
至少一个控制显示器状态切换的非线性器件。
3.如权利要求2所述的电池测试仪，其中，电池测试仪进一步包括：
多个控制显示器段切换的非线性器件。
4.如权利要求1所述的电池测试仪，其中，电池测试仪进一步包括：
非线性器件；以及
多个控制显示器段的状态切换的电阻。
5.一种电池测试仪，其中包括：
第一分压器；以及
多个并联电池测试仪元件，每个元件包括：
其第一接线端耦合到第一分压器的电压控制显示器；以及
与第一分压器并联耦合并耦合到电压控制显示器第二接线端的第二分压器，其中，第二分压器包括：
非线性器件。
6.如权利要求5所述的电池测试仪，其中，电压控制显示器是电泳显示器。
7.如权利要求5所述的电池测试仪，其中，非线性器件是金属-绝缘体-金属二极管。
8.如权利要求5所述的电池测试仪，其中，第一分压器包括一对具有相同电阻值的电阻。
9.如权利要求5所述的电池测试仪，其中，第二分压器包括与非线性器件串联耦合的电阻。
10.如权利要求5所述的电池测试仪，其中，测试仪在操作中是常开的。
11.如权利要求5所述的电池测试仪，其中，在每个电池测试仪元件中显示器第一接线端的电势是电池单元电压的大约一半，而在每个电池测试仪元件中显示器第二接线端的电势由非线性元件和电阻上的电压决定。
12.如权利要求11所述的电池测试仪，其中，当因电池使用或泄漏而从电池抽运电流时，在每个电池测试仪元件中显示器一个接线端的电压会相对于每个电池测试仪元件中显示器另一接线端的电压而变化。
13.如权利要求12所述的电池测试仪，其中，M-I-M二极管会切换状态，使每个电池测试仪元件中显示器一个接线端的电压相对于所述电池测试仪元件中显示器另一接线端的电压变为负值，从而使显示器的颜色改变以指示电池已释放预定量的容量。
14.如权利要求5所述的电池测试仪，其中，非线性器件会切换状态，使每个电池测试仪元件中显示器一个接线端的电压相对于所述电池测试仪元件中显示器另一接线端的电压变为负值，从而使显示器的颜色改变以指示电池已释放预定量的容量。
15.如权利要求14所述的电池测试仪，其中，当因电池使用或泄漏而从电池抽运电流时，在电池测试仪元件中显示器一个接线端的电压会相对于电池测试仪元件中显示器另一接线端的电压而变化。
16.一种电池，其中包括：
具有外圆周的电池单元；以及
电池测试仪，其中包括：
第一分压器；以及
多个并联的电池测试仪元件，每个元件包括：
其第一接线端耦合到第一分压器的电压控制显示器；以及
与第一分压器并联耦合并耦合到电压控制显示器第二接线端的第二分压器，其中，第二分压器包括：
非线性器件。
17.如权利要求16所述的电池，其中，每个电池测试仪元件的显示器是电泳显示器。
18.如权利要求16所述的电池，其中，每个电池测试仪元件的非线性器件是金属-绝缘体-金属二极管。
19.如权利要求16所述的电池，其中，测试仪的第一分压器包括一对具有相同电阻值的电阻。
20.如权利要求16所述的电池，其中，每个电池测试仪元件的每个第二分压器包括与非线性器件串联耦合的电阻。
21.如权利要求16所述的电池，其中，测试仪在操作中是常开的。
22.如权利要求10所述的电池，其中，在每个测试仪元件中显示器第一接线端的电势是电池单元电压的大约一半，而在每个测试仪元件中显示器第二接线端的电势由非线性元件和电阻上的电压决定。
23.如权利要求22所述的电池，其中，当因电池使用或泄漏而从电池抽运电流时，在每个测试仪元件中显示器一个接线端的电压会相对于显示器另一接线端的电压而变化。
24.如权利要求23所述的电池，其中，非线性器件会切换状态，使每个测试仪元件中显示器一个接线端的电压相对于每个测试仪元件中显示器另一接线端的电压变为负值，从而使显示器的颜色改变以指示电池已释放预定量的容量。
25.如权利要求23所述的电池，其中，非线性器件是晶体管。
26.一种电池测试仪，其中包括：
包括非线性器件的第一分压器；
多个电阻元件；以及
电压控制显示器，其中，第一接线端耦合到第一分压器，并且多个第二接线端耦合到多个电阻元件。
27.如权利要求26所述的电池测试仪，其中，电压控制显示器是电泳显示器。
28.如权利要求26所述的电池测试仪，其中，非线性器件是金属-绝缘体-金属二极管。
29.如权利要求26所述的电池测试仪，其中，第一分压器包括耦合到非线性器件的电阻。
30.如权利要求26所述的电池测试仪，其中，测试仪在操作中是常开的。
31.如权利要求26所述的电池测试仪，其中，显示器第一接线端的电势是电池单元电压的大约一半，而显示器的多个第二接线端的电势由多个电阻元件的相应电阻上的电压决定。
32.如权利要求31所述的电池测试仪，其中，当因电池使用或泄漏而从电池抽运电流时，显示器的一个接线端的电压会相对于显示器多个第二接线端的电压而变化。
33.如权利要求32所述的电池测试仪，其中，非线性器件会切换状态，使显示器一个第二电极的电压相对于显示器第一接线端的电压变为负值，从而使显示器的颜色改变以指示电池已释放预定量的容量。
34.一种电池测试仪，其中包括：
电压控制显示器；
其一个接线端耦合到电压控制显示器接线端的第一分压器；以及
其一个接线端耦合到电压控制显示器第二接线端的第二分压器，其中，第二分压器包括：
耦合到电压控制显示器的切换器件，从而当被触发时，使电流流经第二分压器以在电压控制显示器上提供电势差。
35.如权利要求34所述的电池测试仪，其中，显示器是电泳显示器。
36.如权利要求34所述的电池测试仪，其中，切换器件是手工触发的开关。
37.一种制作在电池上的电池测试仪的方法，其中包括：
在电池侧壁上形成第一分压器；以及
形成多个并联的电池测试仪元件，此电池测试仪元件包括其第一接线端耦合到第一分压器的电压控制显示器；以及
形成与第一分压器并联耦合并耦合到电压控制显示器第二接线端的第二分压器，其中，第二分压器包括非线性器件以控制显示器中电池容量指示的变化。
38.如权利要求37所述的方法，其中，形成第一分压器包括：
在电池侧壁上印刷具有电阻率特性的材料。
39.如权利要求37所述的方法，其中，形成测试仪元件包括：
在电阻性材料上布置导电层；以及
在导电材料上形成电泳材料；
在电泳材料上形成第二导体。
40.如权利要求37所述的方法，其中，形成具有非线性元件的第二分压器包括：
在电池侧壁上形成金属-绝缘体-金属二极管。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7059769B1 (en) * 1997-06-27 2006-06-13 Patrick Henry Potega Apparatus for enabling multiple modes of operation among a plurality of devices
US6424998B2 (en) 1999-04-28 2002-07-23 World Theatre, Inc. System permitting the display of video or still image content on selected displays of an electronic display network according to customer dictates
US7098870B2 (en) * 2001-06-29 2006-08-29 Novus Partners Llc Advertising method for dynamic billboards
US7015875B2 (en) 2001-06-29 2006-03-21 Novus Partners Llc Dynamic device for billboard advertising
US7098869B2 (en) * 2001-06-29 2006-08-29 Novus Partners Llc Business method for billboard advertising
US7088352B2 (en) 2002-06-19 2006-08-08 Novus Partners Llc Dynamic device and method for dispensing machines
EP1304852A1 (de) * 2001-09-28 2003-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Kommunikations-Endgerät
US20040030111A1 (en) * 2002-06-19 2004-02-12 Turner Douglas H. Oligonucleotide directed misfolding of RNA
KR100987890B1 (ko) * 2003-11-13 2010-10-13 엘지디스플레이 주식회사 액정표시소자의 검사장치 및 그 검사방법
US7496460B2 (en) 2006-09-06 2009-02-24 Eastway Fair Company Limited Energy source monitoring and control system for power tools
US20100153218A1 (en) * 2008-12-17 2010-06-17 Wilson David E System and method for scheduling and distributing advertising content to a network of digital displays
US9081396B2 (en) * 2013-03-14 2015-07-14 Qualcomm Incorporated Low power and dynamic voltage divider and monitoring circuit
EP3052995B1 (en) 2013-09-30 2020-02-12 Schneider Electric USA, Inc. Scale and indicator correlation for an adjustment dial
DE102014116736A1 (de) * 2014-11-17 2016-05-19 R. Stahl Schaltgeräte GmbH Messvorrichtung zur Messung einer elektrischen Größe

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4027231A (en) 1975-09-17 1977-05-31 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Battery charge indicator
JPS5687021A (en) 1979-12-17 1981-07-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Battery capacity display device
JPS61169781A (ja) 1985-01-23 1986-07-31 Canon Inc 画像形成装置
US4719428A (en) * 1985-06-04 1988-01-12 Tif Instruments, Inc. Storage battery condition tester utilizing low load current
JPH01185462A (ja) 1988-01-21 1989-07-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池寿命表示装置
US5156452A (en) 1989-07-20 1992-10-20 Paul Drzaic Encapsulated liquid crystal apparatus having low off-axis haze and operable by a sine-wave power source
JPH04262277A (ja) 1991-01-28 1992-09-17 Mitsubishi Electric Corp 電池
US5654640A (en) 1991-01-31 1997-08-05 Eveready Battery Company Cell tester device employing a printed transparent electrically conductive electrode
DE69212992T2 (de) 1991-02-11 1997-04-03 Raychem Corp Verfahren zur herstellung von eingekapseltem flüssigkristallmaterial
US5225104A (en) 1991-03-12 1993-07-06 General Motors Corporation Polymer dispersed liquid crystal films having improved optical performance
US5316693A (en) 1991-04-18 1994-05-31 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Liquid crystal composition and information display apparatus using the liquid crystal composition
GB9115401D0 (en) 1991-07-17 1991-09-04 Philips Electronic Associated Matrix display device and its method of operation
US5389470A (en) 1993-05-07 1995-02-14 Parker; Robert Temperature responsive battery tester
WO1994027336A1 (en) 1993-05-07 1994-11-24 Brasscorp Limited Temperature responsive battery tester
US5460902A (en) 1993-05-07 1995-10-24 Parker; Robert Temperature responsive battery tester
JPH08203567A (ja) 1995-01-30 1996-08-09 Japan Storage Battery Co Ltd 鉛蓄電池の劣化状態検出装置
US6037749A (en) * 1995-06-21 2000-03-14 Batteryguard Limited Battery monitor
US6118426A (en) 1995-07-20 2000-09-12 E Ink Corporation Transducers and indicators having printed displays
JP3268998B2 (ja) 1997-03-27 2002-03-25 三洋電機株式会社 表示装置
US6156450A (en) 1997-07-24 2000-12-05 Eveready Battery Company, Inc. Battery tester having printed electronic components
CA2347866A1 (en) 1998-11-02 2000-05-11 Russell J. Wilcox Broadcast system for display devices made of electronic ink

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AU4232900A (en) 2000-11-02
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