(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池用状態テスター（１０）であって、
それ自体起電力を持たない電解セル（２０）を有し、
前記電解セル（２０）は、陽極（４７）、陰極（４３）、及び電解質（４５）を有し、
前記電解質（４５）は少なくとも前記陽極（４７）、前記陰極（４３）の両方と電気的に接続しており、
前記電池用状態テスター（１０）は前記電解セル（２０）に直列に繋がる補助セル（２５）をさらに備え、
前記補助セル（２５）は電力発生セルであり、前記補助セル（２５）は、負極（７７）、正極（８３）、及び電解質（７３）を有し、前記電解質（７３）は少なくとも負極（７７）、正極（８３）の両方と電気的に接続しており、且つ
前記電解セル（２０）における前記陽極（４７）及び前記陰極（４３）の少なくとも一方は視認可能であり、且つ、前記電解セル（２０）での電気分解中に消耗され他方はめっきされるように構成されている、
電池用状態テスター（１０）。
【請求項２】
前記電解セルの前記陽極（４７）及び前記陰極（４３）が同じ電気化学的活性材から構成されている、請求項１に記載の電池用状態テスター（１０）。
【請求項３】
前記電解セル（２０）の前記陽極（４７）及び前記陰極（４３）は、前記電解セル（２０）の前記陽極（４７）が前記電解セル（２０）の前記陰極（４３）のどの部分とも重ならないように、横方向に間隔が隔てられている、請求項１又は２に記載の電池用状態テスター（１０）。
【請求項４】
前記電解セル（２０）の前記陽極（４７）及び前記陰極（４３）は、共に、銀を備えたものとして構成されている、請求項１乃至３の１つに記載の電池用状態テスター（１０）。
【請求項５】
前記電池用状態テスター（１０）の厚さが約２．５ｍｍ（１００ミル）未満である、請求項１乃至４の１つに記載の電池用状態テスター（１０）。
【請求項６】
電池と、請求項１−５の１つに記載の電池用状態テスター（１０）と、を有する電池用状態テスター付電池であって、
前記電池は、ケーシング、負極端子（１１５）、及び正極端子（１４５）を備え、
前記電池用状態テスター（１０）は電気的に前記電池に永久的に接続されており、
ここにおいて、
−前記補助セルの正極（８３）は前記電池の前記正極端子（１４５）に電気的に接続され、
前記補助セルの負極（７７）は前記電解セル（２０）の前記陰極（４３）に電気的に接続され、
前記電解セル（２０）の前記陽極（４７）は前記電池の負極端子（１１５）に電気的に接続されており、
あるいは
−前記補助セルの陽極（７７）は前記電池の前記負極端子（１１５）に電気的に接続され、
前記補助セルの正極（８３）は前記電解セル（２０）の前記陽極（４７）に電気的に接続され、
前記電解セル（２０）の陰極（４３）は前記電池の前記正極端子（１４５）に接続されている、
電池用状態テスター付電池。
【請求項７】
前記電池用状態テスター（１０）が前記電池のラベルと一体化されている、請求項６に記載の電池用状態テスター付電池。
【発明の詳細な説明】
本発明は、電池の状態を測定するための状態テスターに関する。さらに詳細には、本発明は、充電（電量）テスターに関する。
セルの充電状態を視覚的に指示するための装置を含む一次電気化学セルは周知である。周知の装置は、電池の外部に配置され且つ電池内部の材料と反応する化学的インジケータと、電極内に埋設され、放電中に可視状態になる部材と、電池の両端子間に接続される抵抗部材と熱接触するサーモクロミック材料とを含んでいる。
電量計装置は、組み合わされる電子装置を通流する電荷の軌道を保持することがすることができる。通流する電荷量を視覚的に表示するために、電気化学的に誘導された水銀柱の長さの変化を使用する電量計装置の例が米国特許第３，０４５，１７８号明細書及び米国特許第３，３４３，０８３号明細書に開示されている。電量計装置は、一次電池には充分には適用されていない。
本発明は、電量計として機能し、試験される主セルすなわち電池の充電状態の連続的な視覚的指示を与える薄膜電解セルに関するものである。
本発明は、図面を参照することによって、よりよく理解することができるであろう。添付の図面において、
図１は、試験されるべき主セルへの本発明のテスターアセンブリの接続状態を示す回路図である。
図２は、図１に示すテスターアセンブリの一部破断斜視図である。
図２Ａは、永久的に接続され一部が断面で示してあるテスターを有する電池を示す一部拡大図である。
図３は、試験される主セルの負極側に設けられた分流器抵抗の両端に電量計セルが接続された変形例を示す回路図である。
図３Ａは、試験される主セルの負極側の一部を形成する図３の分流器抵抗を示す部分斜視図である。
図４は、主セルの正極側に設けられた分流器抵抗に電量計セルが接続された別の変形例を示す回路図である。
図４Ａは、試験される主セルの正極側の一部を形成する図４の分流器抵抗を示す一実施形態の部分斜視図である。
図５は、電量計セルの変形例の平面図である。
図６は、図５の電量計セルの６−６線から見た断面図である。
本発明は、電気化学的電源装置、例えば電池に電気的に接続され、その充電状態を視覚的に表示する状態表示器（テスター）に関するものである。この状態表示器は、陰極と、陽極と、前記陰極及び陽極の両方の少なくとも一部と接触する電解質とを有する電解セルである電量計セルを備えている。電解セルは、本質的に、それ自体の起電力（ｅｍｆ）を持たず、その陰極及び陽極は、望ましくは、同じ材料、好ましくは銀で作られる。状態表示器は薄く、試験される電池のラベルと一体化することができる。状態表示器は、好ましくは、電解セルに直列に電気的に接続された補助セルを有する。補助セルは、試験される電源以外の電力発生セルであり、電源、例えば試験される電池に正対正又は負対負のいずれかで電気的に接続される。これは、電解セルの駆動に利用することができる低い正味電圧を発生する。電気化学的電源の放電時に、補助セルはこれに比例した量を放電する。補助セルの放電量と電量的に等しい電気分解が電解セル内で生じる。かくして、電解セルもまた主セルに比例して放電する。電気分解中、電解セルの陰極及び陽極のうちの少なくとも一方が視認可能であり、視認可能な電極で変化が生じる。変化量、すなわち通常は陽極である視認可能な電極での消耗量が、試験される電気化学的電源の充電状態（残存パーセント容量）を視覚的に表示する。
別の特徴では、本発明は、試験される電池の負極側又は正極側のいずれかに配置された分流器抵抗の両端子間に接続された状態表示器の電解セル部分に関する。このような場合には補助セルを省略することができるが、電解セルの作動についての制御性を高めるためには、補助セルが設けられているのが好ましい。
特定の実施形態（図２参照）では、本発明のテスター１０（状態表示器）は、補助セル２５に直列に接続された電量計セル２０を有する。テスター１０は、試験される主セル３０に全体として並列に接続することができる。図２に最もよく示してある電量計セル２０は、それ自体の起電力（ｅｍｆ）が本質的にない、すなわち約１００ｍＶ以下、好ましくは０Ｖの小型電解セルである。電量計セル２０を電流が流れると、電気分解により電量計セル２０の電極の一方が消耗する。補助セル２５は、電量計セル２０の作動の制御を補助する小型の電気化学セルである。テスター１０は、試験される主セル３０に並列に接続することができる。好ましくは、補助セル２５は、補助セルの負極７７が主セルの負極１１５に電気的に接続されるか或いは補助セルの正極８３が主セルの正極１４５に電気的に接続されるかのいずれかで、主セルに接続されている。このような接続により、主セルの負荷放電中の電量計セルの駆動に非常に低い正味電圧を利用することができる。さらに、電量計セル２０は、電量計セルの陽極が主セルの正極端子に電気的に接続されるか或いは電量計セルの負極が主セルの負極端子に電気的に接続されるかのいずれかで主セル３０に接続されている。さらに、補助セル２５の開放セル電圧（ＯＣＶ）は主セル３０の開放セル電圧とほぼ同じ値であり、例えば約１００ｍＶである。これにより、負荷３８が主セル３０に接続される前に電量計セル２０が放電することを阻止する。好ましい実施の形態では、電量計セル２０の両端電圧は非常に低く、そのため、補助セルの電圧−容量曲線を大きく変えることはない。補助セル２５の電気化学的性質つまりは補助セルの電圧−容量曲線は、好ましくは、主セルのそれと同じである。これによって、補助セル２５は、主セル３０のそれに正比例して放電する。補助セルに直列の電量計セルは、補助セル２５つまりは主セル３０に正比例して放電する。
図１に示す好ましい回路構成では、補助セルの負極７７は電量計セルの陰極４３に電気的に接続されており、補助セルの正極８３は主セルの正極１４５に接続されており、電量計セルの陽極４７は主セルの負極１１５に接続されている。（補助セル２５又は電量計セル２０のいずれかの陽極は酸化を受け、電子を放出する電極と定義される。）
電量計セル２０及び補助セル２５を含むテスター１０を図１の回路図と一致する構成で図２に示す。テスター１０は、例えば主セルのラベルと一体化することによって、周知のアルカリ電池等の主セル３０（図２Ａ参照）に永久的に接続されている。テスターは、その容量が主セルよりもはるかに低く且つ抵抗がはるかに高いため、電圧が主セルの電圧に従って変化する。従って、電気化学的に等価な主セルと補助セルとの組み合わせは、容量対電圧特性が同じである。主セルが放電するとき、主セルを通る電流の補助セルを通る電流に対する比の値はほぼ一定である。これは、主セルの負荷に拘わらず一定である。かくして、主セルの放電中はいつでも、補助セルの負極又は正極のうちの一方のパーセント消耗率は、主セルの負極又は正極のうちの一方のパーセント消耗率とほぼ同じである。（主セル又は補助セルのいずれかの負極活性材又は正極活性材の量が過剰である場合には、包含する活性材の量が過剰でない電極を使用し、二つのセル間のパーセント消耗率の比較を行わなければならない。本明細書では、過剰でない電極を制御電極と呼ぶ。）
電量計陽極４７の充電容量が補助セルの制御電極の充電容量と等しいようにテスター１０が製作されている場合には、補助セルの放電中いつでも、電量計セル２０の陽極のパーセント消耗率が補助セルの制御電極によって制御される。これは、補助セルの制御電極のパーセント消耗率とほぼ同じである。かくして、電量計セル２０の陽極のパーセント消耗率（クリアリング）が、主セルの制御電極のパーセント消耗率を反映する。これは、主セルの状態（充電状態）を連続的に視覚的に表示するのに使用することができる。電量計セルに残存する活性材パーセントは、主セルの寿命中、いつでも視覚的に確認することができる。例えば、電量計陽極が消耗する場合には、陽極を視覚的に確認できるようにし、陽極の近くに設けた目盛りで主セルの残存パーセント充電率及び主セルの交換が必要であるかどうかの少なくとも一方を表示することができる。電気分解中、陽極材料は消耗に従って陰極上にめっきされ、そのため、陰極が大きくなる。このような場合には、陰極を視覚的に視認可能にし、陰極と隣接して配置した目盛りで主セルに残存パーセント充電率を表示する。
テスター１０は、例えば図１の回路図に示すように、試験される主セル３０と並列に接続されているのがよい。図１には、負極端子１１５及び正極端子１４５を持つ主セル３０が概略的に示してある。使用にあたっては、主セル３０を負荷３８に接続し、放電したとき、電流ｉLが負荷３８を通って流れ、電流ｉMが主セルを通って流れ、電流ｉTがテスター１０を通って流れる。これらの電流間の関係は、ｉL＝ｉM＋ｉTである。補助セル２５の抵抗は、望ましくは、主セルの内部抵抗よりもはるかに大きく、電量計セル２０の抵抗は、補助セル２５の抵抗よりもはるかに大きい。例えば、図１の回路構成では、主セルが、通常の作動中の内部抵抗が約０．１オームの周知のＡＡサイズのアルカリ電池である場合、補助セル２５の抵抗は、望ましくは、約５００ないし２０００オームであり、電量計セル２０の抵抗は、望ましくは、約４０００ないし８０００オームである。主セルの任意の負荷に対し、補助セルの電圧は、主セルの電圧よりも僅かに高い。このように電圧の差が小さいため、主セルの負荷放電中に補助セル２５を駆動するのに利用できる正味電圧が低い。例えば、周知のＡＡ型１．５Ｖ主セルの７０ないし１オームの代表的な負荷では、補助セル２５を駆動する正味電圧は、０．０５ないし０．１Ｖであり、電量計セル２０を通る電流は、典型的には、約０．０５ないし５マイクロアンペアである。
テスター１０の好ましい実施の形態（図２参照）では、補助セル２５は、電量計セル２０を少なくとも部分的に駆動する小型平型電気化学電源である。主セル３０は、一次電池であっても二次電池であってもよく、典型的には、周知のアルカリ電池であるのがよい。テスター１０は、厚さが約２．５mm（１００ミル）以下、好ましくは約０．０５ないし２．５mm（２ないし１００ミル）、さらに好ましくは約０．０５ないし０．４mm（２ないし１５ミル）の平らなアセンブリである。テスター１０は、例えば主セル３０のラベルの内側面に取り付けることによって、ラベルと一体化することができる。電量計セル２０は、陽極４７及び陰極４３を含んでいる。陽極と陰極は同じ材料で構成するのがよい。補助セル２５は、負荷３８のいかんにかかわらず、主セル３０の放電と正比例して放電する。例えば、主セル３０の放電中の補助セル２５の負極又は正極のいずれかのパーセント放電率が主セル３０の制御電極のパーセント放電率と同じか或いは少なくとも線型の関数をなすように補助セル２５の較正を行うことができる。
電量計セル２０（図２参照）は、陰極４３及び陽極４７を含む小型電解セルである。陽極及び陰極は、望ましくは、互いに離隔されており且つ同一平面内にある。電量計セル２０の厚さは、約２．５mm（１００ミル）以下、好ましくは約０．０５ないし２．５mm（２ないし１００ミル）、さらに好ましくは約０．０５ないし０．４mm（２ないし１５ミル）である。陰極４３及び陽極４７は、望ましくは、これらの電極を構成する金属のイオンを含む電解質と接触したときに電気化学的めっき及びストリッピングを容易に行うことができる（低駆動電圧での電流密度が比較的高い）同じ金属でできている。陰極４３及び陽極４７は、基材４２及び４８の夫々に付着させた薄いコーティングである。基材４２及び４８に使用する金属は、周囲の大気中での反応性がなく、腐蝕を受けないのが望ましい。実際には、陰極４３及び陽極４７に対しては銀が好ましい。これは、銀の電気化学的活性が高く、周囲の酸素や水分に対して反応性がないためである。陽極基材４８は、導電性であり、好ましくはカーボン製であり、陰極基材４２もまた好ましくは導電性であり、カーボン製である。（陰極基材４２のために非導電性材料を使用することができるが、導電性基材が好ましく、本明細書中では導電性基材を使用する場合について説明する。）導電性陽極基材４８は、陽極４７の電気化学的ストリッピング（クリアリング）が一端から他端まで進行する際に、電気的に絶縁された金属の点が残らないようにするために必要である。さらに、陽極基材４８の色彩は、陽極４７の色彩に対して際立ったコントラストをなし、かくして陽極４７のクリアリングの確認可能な視覚的表示を与える必要がある。陰極４３及び陽極４７の相互関係及び下側の導電性基材に関する構成を図２に示す。図２で最もよく分かるように、空間４４が陰極４３を陽極４７から離隔させ、下側の導電性基材４２を基材４８から離隔する。さらに、絶縁材料製フィルム３５が導電性基材４２及び４８の下に設けられている。
導電性基材４２（図２参照）は、その上側にある陰極材料の縁部４３（ｂ）を越えて延び、延長基材部分４２（ａ）を形成する。同様に、導電性基材４８は、その上側にある陽極材料の縁部４７（ｂ）を越えて延び、延長基材部分４８（ａ）を形成する。延長基材部分４２（ａ）及び４８（ａ）の表面には接着剤が付けられており、かくして導電性基材４２及び４８の周囲にわたって接着剤境界５５を形成する。陰極基材４２が導電性でない場合には、端部４２（ｂ）で電気接点として役立つため、陰極縁部４３（ｂ）を延長し、接着剤境界５５の外側に連続しなければならない。接着剤境界５５は、陰極４３及び陽極４７上に窓空間を構成する。窓空間５３には、陰極４３及び陽極４７を被うように透明電解質層４５が取り付けられている。延長基材部分４８（ａ）の端部４８（ｂ）は、セル２０の陽極側から突出している。同様に、延長基材部分４２（ａ）の端部４２（ｂ）は、セル２０の陰極側から突出している。アルミニウム箔片６５が端部４８（ｂ）に取り付けられている。この取り付けは、アルミニウム箔片６５と端部４８との間に配置した導電性接着剤６２を使用して行われる。箔片６５は、電流を基材４８から電池の負極端子１１５（図２Ａ参照）まで搬送する。端部４２（ｂ）は、その頂面が導電性接着剤６１で被われている。透明な障壁フィルム５２が窓５３上に付けてあり、このフィルムの縁部は接着剤境界５５と接触している。かくして、障壁フィルム５２は、電解質４５をカバーし且つぴったりと封止する保護フィルムとなる。障壁フィルム５２は、接着剤境界５５によって所定位置に保持される。電量計セル２０は、テスターの下側に絶縁フィルム３５の下に付けられた感圧接着剤３２で主セル３０のケーシングに固定される。
補助セル２５（図２参照）は、望ましくは、開放セル電圧が主セル３０と同じであるように設計された平型パワーセルである。さらに、補助セル２５の容量／電圧特性（開放回路電圧対パーセント容量曲線）は主セル３０と同じである。補助セル２５の厚さは、約２．５mm（１００ミル）以下、好ましくは約０．０５ないし２．５mm（２ないし１００ミル）、さらに好ましくは約０．０５ないし０．４mm（２ないし１５ミル）である。補助セル２５は、負極活性材コーティング７７、正極活性材コーティング８３、及びこれらのコーティング間の電解質層７３を含む。正極活性材コーティング８３は、好ましくは、カーボン充填プラスチックフィルム８１を含む導電性基材に付けた二酸化マンガンコーティングである。正極活性材コーティング８３は、好ましくは二酸化マンガンである。これは、二酸化マンガンが主アルカリセル３０で使用した材料と同じ正極活性材であるためである。これにより、補助セル２５及び主セル３０が同じ容量／電圧特性を持つようになる。正極活性材コーティング８３での活性材の量は、電量計陽極４７と同じ電量計容量を持つような量でなければならない。カーボン充填フィルム８１の反対側は、導電性アルミニウム箔８２で被われている。アルミニウム箔８２は、補助セル２５を環境からシールする防湿材として役立つばかりでなく、正極活性材コーティング８３用の電流コレクタとしても役立つ。カーボン充填フィルム８１は、電解質７３による腐蝕から箔８２を保護すると同時に、正極活性材コーティング８３を箔８２と電気的に接触させる。絶縁フィルム８５が正極活性材コーティング８３の露呈された縁部の境界にわたって付けられている。電解質７３で飽和させたセパレータ７２が正極活性材コーティング８３上に、絶縁境界８５によって境界付けられた空間内に付けられている。負極活性材コーティング７７がセパレータ７２と接触している。負極活性材コーティング７７は、カーボン充填プラスチックフィルム７６製の導電性基材の下に付けた亜鉛コーティングである。負極活性材コーティング７７の量は、好ましくは、その電量容量が正極活性材コーティング８３の電量容量を大きく越えるような量である。カーボン充填フィルム７６の反対側は導電性アルミニウム箔７８からなる層で被われている。負極活性材がコーティングされていない箔７８の一部が負極タブ７９を形成する。負極タブ７９は、補助セルから突出している。負極タブ７９は、アルミニウム箔７８の突出部分７８（ａ）及び下側にある導電性層７６の突出部分７６（ａ）からなる。負極活性材コーティング７７は、電解質で充填したセパレータと接触する。導電性接着剤９２が電池２５の下側に箔８２の露呈面と接触して付けられている。補助セル２５は、セル３０を主セルハウジングに固定する導電性接着剤９２によって主セル３０に固定される。
電量計セル２０（図２参照）は、負極タブ７９の下側の導電性層７６（ａ）がタブ４２（ｂ）の導電性接着剤６１と接触させることによって、補助セル２５に電気的に接続されている。これによって、補助負極活性材コーティング７７を、図１の回路図に従って電量計セル２０の陰極４３と電気的に接触させる。代表的には周知のアルカリ電池である主セル３０への接続を図２及び図２Ａを参照して説明する。補助正極活性材コーティング８３を導電性接着剤９２（図２参照）を介して主セル３０の正極端子１４５に電気的に接続する。導電性接着剤９２は、補助正極活性材コーティング８３を主セルハウジングに図２Ａに示すように接続する。箔タブ６５をプレスし、主セルの負極端キャップ１１０（図２Ａ参照）と永久的に接触し、導電性接着剤６２を負極端キャップ１１０と接触させる。このように接続することによって、電量計セル２０の陽極４７を主セル３０の負極端子１１５と電気的に接触した状態に置く。
テスター１０は、図２Ａに示すように、主セルのフィルムラベル５８の内側面上に一体化されているのがよい。ラベル５８は、望ましくは、ポリ塩化ビニルやポリプロピレン等の熱収縮性フィルムで作られる。テスター１０は、電量計セル２０又は補助セル２５を構成する各コーティングを順次印刷することによって、すなわち積層することによって、ラベルの一方の側に形成することができる。耐熱性感圧接着剤層をラベルの内側面に付け、このラベルをこれと一体化したテスターとともに電池ハウジングに巻き付けることによって、主セル３０に付けることができる。次いで、収縮を引き起こすのに充分な熱をラベルの縁部に加えることによって、ラベルの端部を上肩部１５２及び下肩部１５４の夫々に周知の方法で熱収縮させる。
作動にあたっては、主セル３０の放電時には常に補助セル２５が放電し、これにより電量計セル２０を機能させる。特定的には、図１及び図２に示す実施の形態において、主セル３０の放電時に電量計陽極活性材４７が陰極４３上にめっきされる。めっきプロセスにおいて、陽極活性材４７が陰極４３に最も近い陽極活性層の部分、すなわち端部４７（ａ）（図２参照）から徐々に消失する。これは、視覚的に確認できる燃料計効果を提供する。主セル３０の寿命中のセル２０に残る電量計陽極の量を透明な電解質４５を通して容易に視認することができる。電量計陽極４７と隣接して目盛りを配置するのがよい。目盛りは、電量計陽極４７の消耗の程度、つまりは主セル３０に交換の必要があるかどうかを表示するように構成することができる。
電量計セル２０及び補助セル２５からなるテスター１０は、抵抗が非常に大きいため、放電時に流れる電流が非常に小さい。テスター１０の電圧対パーセント容量曲線は、主セルと本質的に同じである。電流ｉT（テスター１０を流れる電流）の電流ｉM（主セル３０を流れる電流）に対する比は、主セルに加わる抵抗負荷のいかんに拘わらずほぼ同じである。かくして、主セルに作用する任意の負荷に対して、補助正極８３は、主セル正極とほぼ同じ程度放電し、電量計陽極４７を同程度クリアーさせる。従って、主セルの寿命中いつでも主セルの正極のパーセント放電率は補助正極８３のパーセント放電率とほぼ同じであり、補助正極８３のパーセント放電率は、クリアーされた電量計陽極４７のパーセント放電率とほぼ同じである。このため、電量計セル２０に残る陽極４７の量を窓５３を通して視覚的に検査することによって主セルの放電の程度を容易に測定することができる。電量計陽極４７と隣接して設けられた較正済みの目盛りにより、陽極４７が充分に消耗し主セル３０を交換しなければならない場合にこれを容易に決定することができる。
テスター１０の形成のために以下の材料を使用することができる。電量計セル陽極基材４８は、導電性カーボン組成物４８（ａ）でコーティングしたカプトン（ＫＡＰＴＯＮ）ポリイミド絶縁フィルム（Ｅ．Ｉ．デュポン社）等の絶縁性プラスチックで構成することができる。適当なカーボンコーティング４８（ａ）は、クリエーティブ・マテアリアルズ社（ＣＭＩ）から１１３−２６インクの商品名で入手できるカーボン充填エポキシインクである。別の態様では、陽極基材４８は、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）又は導電性カーボンコーティング等の導電性フィルムでコーティングした、アライド・シグナル社から入手できるアクラー（ＡＣＬＡＲ）フィルム（ポリクロロトリフルオロエチレン）又はＩＣＩアメリカ社から入手できるカロデックス（ＫＡＬＯＤＥＸ）フィルム（ポリエチレンナフタレート）等の絶縁性プラスチックフィルムで構成するのがよい。別の態様では、陽極基材４８は、Ｗ．Ｌ．ゴア社からＸ１７６１１カーボン充填フィルムとして入手できるカーボン充填フルオロカーボンポリマーフィルム等の導電性カーボン充填プラスチックで形成するのがよい。陽極基材４８の厚さは、望ましくは、約０．０１３ないし０．０２５mm（０．５ないし１ミル）である。電量計セル陽極４７は、スパッタリング又は電子ビーム蒸着によって陽極基材４８上に付着させた銀コーティング（厚さが５００ないし１０００オングストローム）からなる。
電量計セル陰極基材４２は、上述の陽極基材４８と同じ材料で同じ厚さのものとして構成するのがよく、別の態様では、アクラーやカロデックスフィルム等の絶縁性プラスチックフィルムで構成するのがよい。電量計セル陰極４３は、スパッタリング又は電子ビーム蒸着によって陰極基材４２上に付着させた銀コーティング（厚さ５００ないし１０００オングストローム）として構成することができる。
電量計電解質４５（図２参照）は、まず最初に銀トリフルオロメタンスルホニルイミド（AgＴＦＳＩ）と１：１の容量比で混合したエチレンカーボネート及び３−メチルスルホレン溶剤との混合物からなるコーティングの電解質溶液を形成し、次いで溶液をポリ（ビニリデンフルオライド）でゲル化することによって形成することができる。電解質４５は、８重量部の電解質溶液を３重量部のポリ（ビニリデンフルオライド）と混合することによって形成することができる。混合物を１４０℃の温度で所望の厚さに、好ましくは約０．０２５ないし０．１０mm（１ないし４ミル）に押出し、電量計陽極４７及び陰極４３上に付ける。
電量計接着剤フレーム５５（図２参照）は、広範な感圧接着剤から選択することができる。望ましい接着剤は、エクソン社からブチル０６５ゴム接着剤として入手できるポリイソブチレン／イソプレンコポリマー接着剤等の周知のブチルゴムを基材とした接着剤である。接着剤フレーム５５の厚さは、望ましくは、約０．０２５ないし０．０６２５mm（１ないし２．５ミル）である。電量計透明障壁５２は、望ましくは、厚さが約０．０１５ないし０．０２５mm（０．６ないし１ミル）のアクラー（ポリクロロトリフルオロエチレン）フィルム（アライド・シグナル社）からなる。導電性接着剤６２は、望ましくは、アドヘーシブス・リサーチ社からアークラッド（ＡＲＣＬＡＤ）の商品名で入手できる導電性転写接着剤等のカーボン充填導電性接着剤とするのがよい。接着剤コーティング６２の厚さは、望ましくは、約０．０１２mm（０．５ミル）である。箔裏打ち材料６５は、望ましくは、厚さが約０．００６ないし０．０１２mm（０．２５ないし０．５ミル）のアルミニウム箔で構成するのがよい。
補助セル正極導電性基材８１は、導電性カーボン充填ポリ（酢酸ビニル）／ポリ（塩化ビニル）ポリマーフィルム（レクサム・グラフィックス導電性プラスチックフィルム第２６６４−０１号）から構成するのがよい。上述の導電性層８１は、アルミニウム箔からなる層８２に積層されている。導電性ポリマーフィルムの厚さは約０．０２５mm（１ミル）であり、アルミニウム箔の厚さは約０．００６ないし０．０１２mm（０．２５ないし０．５ミル）である。補助セル正極８３は、望ましくは、電解質二酸化マンガン（ＥＭＤ）をＸ％、黒鉛を（９０−Ｘ）％、及びポリ塩化ビニル結合剤を１０％含むプリントコーティングからなる。正極活性層８３は、ＥＭＤ及び黒鉛の混合物３重量部を架橋させたアクリル酸コポリマーであるカルボポル（Ｃａｒｂｏｐｏｌ）９４０（グッドリッチ社）の０．７５％水溶液７重量部に分散させ、混合物のｐＨをＫＯＨで１０に調節し、次いで最終的な乾燥状態の正極材料の１０重量％を構成するのに充分な量のＰＶＣラテックスであるハロフレックス（ＨＡＬＯＦＬＥＸ）３２０（ＩＣＩアメリカ。米国樹脂部）を加えることによって形成することができる。次いで、混合物を湿潤フィルム（厚さ０．００５ないし０．０１２５mm（０．２ないし０．５ミル））としてカーボン充填ポリマー層８１にコーティングし、次いで空気で乾燥させ、乾燥した正極活性層８３を形成する。補助セルセパレータ７２は、約２ないし８マイクロリットルの電解質溶液７３を含む厚さ約０．０２５mm（１ミル）のニトロセルロース又はセロハン多孔膜であるのがよい。電解質溶液７３は、約２４ないし３２重量％がＺｎＣｌからなり、それにＺｎＯを加えることによってｐＨを４に調節してある。
補助セル負極基材７６は、導電性カーボン充填ポリ（酢酸ビニル）／ポリ（塩化ビニル）ポリマーフィルム（レクサム・グラフィックス導電性プラスチックフィルム第２６６４−０１号）から構成するのがよい。基材７６は、アルミニウム箔からなる層７８に積層されている。導電性ポリマーフィルムの厚さは約０．０２５mm（１ミル）であり、アルミニウム箔の厚さは約０．００６ないし０．０１２mm（０．２５ないし０．５ミル）である。補助セル負極層７７は、９０％が亜鉛粉で、１０％がスチレン−ブタジエンコポリマー（ＳＢＲ）結合剤からなるコーティングとするのがよい。負極層７７は、まず最初に６．５重量部の亜鉛粉（粒径５ないし７μｍ）を架橋させたアクリル酸コポリマーゲルであるカルボポル９４０の１．２５％水溶液（ｐＨがＫＯＨで１２に調節してある）に分散させる。その後、最終的な乾燥フィルムで９重量部の亜鉛に対して１重量部のスチレン−ブタジエンゴムを形成するのに充分な量のスチレン−ブタジエンゴムラテックス（ローム・アンド・ハース社から入手できるロヴェン（ＲＯＶＥＮＥ）５５５０ＳＢＲ）を加える。次いで、混合物を湿潤フィルム（厚さが０．０１２ないし０．０３８１mm（０．５ないし１．５ミル））としてカーボン充填ポリマー層７６に付け、次いで空気で乾燥させる。
補助セル接触接着剤６１及び９２は、様々な導電性接着剤から選択することができる。適当な接着剤６１又は９２は、アドヘーシブス・リサーチ社からアークラッド接着剤として入手できる導電性カーボン充填転写接着剤とすることができる。このような接着剤をアルミニウム層８２上に約０．０１２mm（０．５ミル）の厚さでコーティングし、接着剤層９２を形成するのがよい。同じ接着剤組成物を約０．０１２mm（０．５ミル）の厚さにコーティングし、電量計陰極基材端４２（ｂ）に接着剤層６１を形成するのがよい。
補助セル絶縁体８５は、ポリ酢酸ビニル／ポリ塩化ビニルからなるヒートシール可能なフィルムで形成するのがよい。別の態様では、それはエクソン社から入手できるブチル０６５ゴム等のブチルゴム感圧接着剤から構成するのがよい。絶縁体８５の厚さは、約０．０２５ないし０．０５mm（１ないし２ミル）とするのがよい。
電量計裏打ち材料接着剤３２は様々な感圧接着剤から選択することができる。望ましくは、接着剤３２は、エクソン社から入手できるブチル０６５ゴム等のブチルゴム感圧接着剤である。
電量計セルの別の態様を図５及び図６の電量計セル１２０として示す。電量計セルは、図２のセル２０に代えることができる。電量計セル１２０は、陽極４７用の透明な導電性基材１４８を有する点でセル２０と異なっている。陽極４７は透明な導電性基材１４８上に付着され、それにより透明な導電性基材１４８は透明な障壁層５２と陽極４７との間にある（図６参照）。陰極４３は、障壁層５２の真下に配置されており、障壁層５２との間に基材１４８等が全く介在されていない。このようにして製造されるため、透明な障壁５２、透明な基材１４８、陽極４７、及び陰極４３は、電量計１２０の組み立て時に単一の別個のサブアセンブリ１６５を構成する。電量計１２０は、障壁層１３４の周囲に接着剤境界５５（図６参照）を付けることによって組み立てられる。接着剤境界５５は、電解質４５で充填できる窓領域を構成する。電量計１２０は、これに続いてサブアセンブリ１６５を図６に示すように接着剤境界５５と接触させることによって組み立てられる。陽極端４７（ｂ）及び陰極端４３（ｂ）は、接着剤境界５５を越えて延び、電気接点として役立つ。電量計１２０にはセルケーシングに最も近い絶縁層１３４がセルに取り付けられる。この実施の形態では、陽極４７（図５参照）をその上にある透明障壁５２及び透明導電性層１４８を通して見ることができ、従って電解質４５は図２におけるほど透明でなくてもよく、陽極４７の消耗に対してコントラストをなすように着色されているのがよい。電解質４５の透明度が下側の障壁層１３４よりも高い場合には、必要なコントラストをなすように着色がなされていなければならない。
透明な導電性基材１４８用の好ましい材料には、スパッタリング等の薄膜付着技術によって容易に付着されるインジウム−錫酸化物及び他の透明な半導体が含まれる。障壁フィルム５２の好ましい材料には、薄膜の付着中に遭遇する高温に対して安定したポリ（エチレンナフタレート）及び他の化学的に不活性の透明なフィルムが含まれる。絶縁層１３４は、アクラー又はカロデックス材料から構成することができ、それは層１３４を主セル３０のケーシングに確実に結合するためのアンダーコーティング接触接着剤、例えば上述の接着剤３２であり得る。電量計は、図２を参照して説明したのと同じ方法で補助セル２５及び主セル３０に連結することができる。
変形例では、補助セル２５を省略し、電量計セル２０又は１２０を主セル３０に直接接続することができる。これは、試験される主セル内に分流器抵抗を配置することによって行うことができる。このような場合には、分流器抵抗１２２として示す分流器抵抗を図３の回路図に従って主セル３０の負極側に配置する。別の態様では、分流器抵抗１１２として示す分流器抵抗を図４の回路図に従って主セル３０の正極側に配置することができる。分流器抵抗１１２又は１２２は、電量計セルの陽極４７のパーセント消耗率が、主セルに作用する負荷３８に拘わらず、主セル３０の制御負極又は正極のパーセント消耗率とほぼ同じであるようにするため、適当な値、望ましくは、約１ないし１０ミリオームに設定するのがよい。（主セルの電極は、制御が過度に行われているとは考えられない）。このようにして、上述の実施の形態におけるのと同様に、電量計セルの陽極４７の残りの量が主セル３０の充電状態の連続的な視覚的表示を提供する。
分流器抵抗１２２は、主セル負極７７と負極端子１１５との間に分流器抵抗１２２を直列に加えることによって、主セル３０（図３参照）の負極側に配置することができる。これは、図３Ａに示すように金属製抵抗ディスク１２２を電流コレクタ１１８と端子キャップ１１０との間に直列に取り付けることによって行うことができる。（一般的には、周知の電池では、負極端キャップを電池の負極活性材に接続する電流コレクタと呼ぶ細長い金属部材が使用されている）。電流コレクタ１１８は、抵抗ディスク１２２の一方の側に取り付けられており、抵抗ディスク１２２の他方の側は端子キャップ１１０（図３Ａ）に取り付けることができる。
電量計セル２０を抵抗ディスク１２２の両端子間に接続するため、導電性表面１３４が二つの絶縁層１３０と１３２との間に挟まれた追加のディスク１２５に電流コレクタ１１８を通し、電流コレクタ１１８を導電性表面１３４に電気的に接続する。絶縁層１３０及び１３２は導電層１３４を保護し、かつ電池缶と端子キャップ１１０との間の電気的短絡を阻止する。導電層１３４は、銀等の導電性材料を絶縁ディスク１３２上に付着させることによって形成することができる。ディスク１３２は、広範な化学的プラスチックから選択することができ、好ましくはナイロンである。ディスク１３２の導電層１３４の一部にディスクの縁部から延びた導電性タブ１３６を設けるのがよい。かくして、電量計セル２０は、電量計陽極４７を主セルの負極端キャップ１１０に電気的に接続し、電量計陰極４３を導電性タブ１３６に電気的に接続することによって、抵抗ディスク１２２の両端子間に接続される。抵抗ディスク１２２は、半導体材料、好ましくは抵抗率１／１０ないし１／５０オームｃｍの半導体材料で構成するのがよい。適当な真性半導体には、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳ又はＦｅＳ2等の硫化物、又はＳｎＯ2等の酸化物が含まれる。導電層１３４は銀等の導電性材料から構成するのがよく、絶縁ディスク１３０及び１３２は、ナイロン等の抵抗性を持つ化学的絶縁プラスチックから構成するのがよい。
別の態様では、抵抗器１１２として示す分流器抵抗を主セル３０内でその正極側に図４の回路図に従って配置する。これは、実際には、正極端子１４５と主セル正極との間に追加の抵抗を図４Ａに示すように加えることによって行うことができる。これは、正極端子１４５と主セルケーシング１４４との間に上述の半導体材料等の半導体材料を加えることにより正極端子１４５の深さを増大することによって行うことができる。このとき、電量計陽極４７はケーシング１４４に接続され、電量計陰極４３は正極端子１４５と接触する。
上述の実施の形態（図３Ａ及び図４Ａ）では、分流器抵抗１２２又は１１２の抵抗は、望ましくは、試験される主セルの内部抵抗の約１０％以下である。かくして、主セルが、内部抵抗が約０．１オームの周知のアルカリセルであるとき、分流器抵抗の抵抗値は、望ましくは、約０．０１オーム以下である。電量計セルの適正な作動について、分流器抵抗の抵抗値をさらに高くすることができるが、このように分流器抵抗の抵抗値を大きくすることは、主セルの適正な作動に対する大きな障害となる。実施の形態（図３Ａ及び図４Ａ）は、補助セルなしで使用することができるが、補助セルを使用すると電量計セルの安定性及び信頼性が高くなるため、補助セルを使用するのがよい。主セルの放電中、分流器抵抗両端の電圧降下は負荷抵抗３８に従って変化し、典型的には、約１ないし１０オームの負荷抵抗に対して約１ないし１０ｍＶであるのがよい。従って、このような分流器抵抗で使用するため、電量計セルは、このような低い電圧でも作動できる程の高い電気化学的活性を持っていなければならない。銀の過塩素酸塩の水溶液等の銀電解質が充分高い電気化学的活性を有するので望ましい。
以下に図２を参照して説明したテスターの作動の例を説明する。
実施例１
好ましい実施の形態（図２）で説明した型のテスターを製作し、様々な負荷を通して放電したＡＡアルカリセルの充電状態を示すのに使用する。
図２を参照して説明した電量計セルを以下の構成要素で製作する。導電性カーボンでコーティングした、０．００２５mm（０．１ミル）厚のカーボン／結合剤コーティングを持つ０．０２５mm（１ミル）厚のカプロンポリイミド製の基材（クリエーティブ・マテアリアルズ社）上に１０００オングストロームの銀をスパッタリング法で付着させることにより電量計陰極及び陽極を形成する。陰極基材は、長さが約１１．９４mm（０．４７インチ）で幅が約５．０８mm（０．２０インチ）であり、陽極基材は、長さが約２１．８４mm（０．８６インチ）で幅が約５．０８mm（０．２０インチ）である。陰極は、長さが約４．０６mm（０．１６インチ）で幅が約５．０８mm（０．２０インチ）であり、陽極は、長さが約１０．１６mm（０．４０インチ）で幅が約５．０８mm（０．２０インチ）であり、陽極の容量は約１４マイクロアンペア時である。陰極は、長さが約１６．７６mm（０．６６インチ）で幅が約７．６２mm（０．３０インチ）の内部空間を持つブチルゴム感圧接着剤製の０．０６３５mm（２．５ミル）厚の窓内で、約１．２７mm（０．０５インチ）の隙間によって陽極から離隔されている。陰極及び陽極は、厚さが０．０５mm（２ミル）で長さが約１５．４９mm（０．６１インチ）で幅が約６．３５mm（０．２５インチ）の０．３５ＭＡｇＴ  ＦＳＩ（銀トリフルオロメタンスルホニルイミド）溶液からなる透明な電解質で接触している。この電解質は、好ましい実施の形態について上述したように製造した。厚さが０．０２５mm（１ミル）で長さが約２６．９２mm（１．０６インチ）で幅が約１５．２４mm（０．６０インチ）のアクラー３３Ｃ透明障壁フィルムを使用し、電量計をシールする。完成した電量計の厚さは約０．１５ないし０．１８mm（６ないし７ミル）であり、１ＫＨｚで計測したＡＣ抵抗が約４キロオームである。
図２を参照して説明した型の補助セルを以下の構成要素で形成する。二酸化マンガン電解質（ＥＭＤ）を含む二酸化マンガン層を上文中に説明したレクサム・グラフィックス社の第２６６４−０１号導電性カーボン充填プラスチックフィルムからなる導電性基材にコーティングすることによって、補助セル正極を形成する。二酸化マンガンコーティングは、０．０１２７mm（０．５ミル）厚の湿潤フィルムとして付ける。このフィルムの乾燥組成は、７２％がＥＭＤであり、１８％が黒鉛である。二酸化マンガン層は、約１４マイクロアンペア時の容量を提供するため、約０．１１６平方ｃｍ（０．０１８平方インチ）の面積を有する。補助セル負極は、亜鉛コーティングを上文中に説明したレクサム・グラフィックス社の第２６６４−０１号導電性カーボン充填プラスチック基材上に付けることによって形成される。乾燥亜鉛負極は、厚さが０．０２５mm（１ミル）であり面積が０．４５２平方ｃｍ（０．０７０平方インチ）であり、正極の数倍を越える容量を提供する。セパレータは、ｐＨ４の電解質（２８％ＺｎＣｌ2）を約６マイクロリットル含む０．０２５mm（１ミル）厚のコートールズ３５０ＰＯＯセロハン材料を使用して形成される。接着剤８５は、補助セルのシールに使用できる厚さが０．０５mm（２ミル）のブチルゴム感圧接着剤（エクソン社から入手できるブチルゴム０６５接着剤）である。完成した補助セルは、厚さが約０．２０３mm（８ミル）であり、１ＫＨｚで計測した交流抵抗が約２キロオームである。この例の完成したテスターの厚さは、約０．１５ないし０．２mm（６ないし８ミル）である。
電量計及び補助セルは、図２に示すように互いに平行配置の形で接触しており、上文中に説明したように、厚さが０．０１３mm（０．５ミル）のアークラッド導電性接着剤（６１及び９２）を使用して新品のＡＡアルカリセル（図２Ａ参照）と接触している。ＡＡセルは、１オーム、４オーム、３６オーム、又は７５オームのいずれかの負荷抵抗を通して連続的に又は断続的に１．５ないし０．８Ｖから放電する。放電中、各場合において、電量計セルの両端電圧は低い。例えば、４オームの負荷について、電量計セルの両端電圧は約４０ないし１００ｍＶであり、電量計セルを通る電流は約２マイクロアンペアである。全ての場合において、電量計陽極は、燃料計等の計器のようにクリアリングを行い、下側の黒色の導電性基材（４８）を視覚的に明らかにする。クリアリングは、陰極に最も近い端部（４７（ａ））で始まり、陰極の反対端に向かって進む。クリアリング量は、ＡＡセルの放電の程度に比例的な関係をもって変化する。かくして、テスターは、主セル用の効果的な充電状態表示器として役立つ。
本明細書中に説明した電量計セルの実施の形態は、典型的には約１ないし１０００オームの負荷抵抗で作動する周知のＺｎ／ＭｎＯ2アルカリセルの状態の試験のために良好に使用することができる。しかしながら、本発明の適用はアルカリセルに限定されることはなく、どのようなドライセル（乾電池）の充電状態の試験にも良好に使用することができる。
本発明を特定の実施の形態及び特定の構成材料に関して説明したが、本発明の精神から逸脱することなく他の実施の形態及び材料が可能であるということは理解されよう。従って、本発明は、本明細書中に説明した特定の実施の形態に限定されず、請求の範囲及びその均等物によって定義された発明の範囲によって特定されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図６】
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