特許 7480464 電池制御装置及び電池を含む電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-30

(45)【発行日】2024-05-10

(54)【発明の名称】電池制御装置及び電池を含む電子機器

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240501BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20240501BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20240501BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20240501BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 302C

H02J7/34 B

H02J1/00 306K

H02J1/00 306M

H01M10/48 P

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2020044553

(22)【出願日】2020-03-13

(65)【公開番号】P2021010292

(43)【公開日】2021-01-28

【審査請求日】2023-01-05

(31)【優先権主張番号】10-2019-0078186

(32)【優先日】2019-06-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2019-0100499

(32)【優先日】2019-08-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】594023722

【氏名又は名称】サムソン エレクトロ－メカニックス カンパニーリミテッド．

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジャン、ジュン ミン

(72)【発明者】

【氏名】リー、サン ユン

(72)【発明者】

【氏名】リー、ジュン ウォン

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－０３７０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１５０１９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０１１１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１９３７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００９４０６５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ７／３４

Ｈ０２Ｊ １／００

Ｈ０１Ｍ １０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電池から出力部に流れる第１電流を感知するように構成された第１電流感知部と、
前記第１電流感知部の感知結果を用いて前記第１電流が基準電流を超えた場合に、前記第１電流の増加を制限するように構成された第１電流制限部と、
前記第１電流制限部の制限動作に基づいて第２電池の第２電流を前記出力部に流すように構成された第２電流活性部と、を含む、電池制御装置。

【請求項2】

前記第１電池は液体電解質を含み、
前記第２電池は固体電解質を含む、請求項１に記載の電池制御装置。

【請求項3】

前記第２電池は、
前記固体電解質の上面及び下面のうち１つに配置された内部正極と、
前記固体電解質の上面及び下面のうち他の１つに配置された内部負極と、
前記内部正極に接続され、前記固体電解質の第１側面に配置される外部正極と、
前記内部負極に接続され、前記固体電解質の第２側面に配置される外部負極と、をさらに含む、請求項２に記載の電池制御装置。

【請求項4】

前記第２電流活性部は、前記第１電流制限部の制限動作に基づいて、前記第２電池に電気的に連結された第３電池の第３電流を前記出力部に流すように構成される、請求項２に記載の電池制御装置。

【請求項5】

前記第２電池の第２電圧が前記第１電池の第１電圧にさらに近くなるように前記第２電圧を調整するように構成された電圧調整部をさらに含む、請求項１に記載の電池制御装置。

【請求項6】

前記第１電流制限部は、ダイオードの降伏電圧を用いて、前記第１電流の増加を制限するように構成される、請求項１に記載の電池制御装置。

【請求項7】

前記第１電流制限部は、前記第１電流に対応する電流が流れる経路を提供し、前記降伏電圧に対応する入力電圧の入力を受けて前記第１電流の増加を制限する電流制限トランジスタを含む、請求項６に記載の電池制御装置。

【請求項8】

前記第２電流活性部は、ダイオードの降伏電圧に応じたベース電流に基づいて、前記第２電池と前記出力部の間の電気的経路を提供する電流活性化トランジスタを含む、請求項１に記載の電池制御装置。

【請求項9】

前記第１電流感知部は、前記第１電流に基づいて感知電流を生成する変流器を含み、
前記第１電流制限部は、
前記感知電流に対応する感知電圧を提供するインピーダンス素子と、
前記感知電圧が前記基準電流に対応する基準電圧に達した場合に降伏状態になるダイオードを含む、請求項１に記載の電池制御装置。

【請求項10】

前記第１電流感知部の感知結果に基づいて制御信号を生成する制御部をさらに含み、
前記第１電流制限部は、前記制御信号に応じて前記第１電流の増加制限の有無が選択されるように構成される、請求項１に記載の電池制御装置。

【請求項11】

負荷の配置スペースを提供する基板と、
前記負荷に第１電力を提供し、液体電解質を含む第１電池と、
前記基板上に実装され、固体電解質を含む第２電池と、
前記第１電池から前記負荷に流れる入力電流を感知し、前記入力電流の感知結果を用いて前記入力電流が基準電流以下である場合には、前記第２電池から前記負荷に提供される第２電力を遮断し、前記入力電流が基準電流を超えた場合には、前記第１電池から前記負荷に提供される第１電力の増加を制限するとともに前記第２電力の前記負荷への供給を活性化するように構成された電池制御部と、を含む、電子機器。

【請求項12】

前記第２電池は、
前記固体電解質の上面及び下面のうち１つに配置された内部正極と、
前記固体電解質の上面及び下面のうち他の１つに配置された内部負極と、
前記内部正極に接続され、前記固体電解質の第１側面に配置される外部正極と、
前記内部負極に接続され、前記固体電解質の第２側面に配置される外部負極と、をさらに含み、
前記基板は、
前記外部正極が配置される上面を有する第１電気連結構造体と、
前記外部負極が配置される上面を有する第２電気連結構造体と、を含む、請求項１１に記載の電子機器。

【請求項13】

前記電池制御部は、
前記第１電池の正極が接続される第１正極接続部と、
前記第１電池の負極が接続される第１負極接続部と、
前記第２電池の正極が接続される第２正極接続部と、
前記第２電池の負極が接続される第２負極接続部と、を含む、請求項１１または１２に記載の電子機器。

【請求項14】

前記電池制御部は、
前記基板の配線を介して前記第２電池の正極が接続される第２正極接続部と、
前記基板の配線を介して前記第２電池の負極が接続される第２負極接続部と、を含む、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電子機器。

【請求項15】

前記電池制御部はツェナーダイオードを含む、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の電子機器。

【請求項16】

前記電池制御部は、バイポーラ接合トランジスタ及び電界効果トランジスタを含む、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池制御装置及び電池を含む電子機器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

最近、コンピュータ、携帯電話端末などの電子機器の普及に伴い、その電源である電池に対しては益々小型化且つ高容量化が求められている。現在、エネルギー密度が高く、小型軽量化を図ることができるリチウムイオン二次電池が実用化されつつあり、ポータブル電源としての需要も増大している。しかし、用いられる電子機器の種類によっては、このリチウムイオン二次電池では未だに十分な連続使用時間を保証するまでに至っていない。

【0003】

例えば、電子機器が、様々な機能を提供するために、様々な電流量や高電流を必要とする一方で、電池の寿命は、このような多様であり且つ高い電流量を提供するにつれて減少する可能性がある。

【0004】

携帯用端末などの電子機器の寿命は、実質的に電池の寿命によって決定されるため、電池の寿命減少は電子機器にとっても致命的となり得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００８－４３７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、電池制御装置及び電池を含む電子機器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施形態による電池制御装置は、第１電池から出力部に流れる第１電流を感知するように構成された第１電流感知部と、上記第１電流感知部の感知結果を用いて上記第１電流が基準電流を超えた場合に、上記第１電流の増加を制限するように構成された第１電流制限部と、上記第１電流制限部の制限動作に基づいて第２電池の第２電流を上記出力部に流すように構成された第２電流活性部と、を含むことができる。

【0008】

本発明の一実施形態による電子機器は、負荷の配置スペースを提供する基板と、上記負荷に第１電力を提供し、液体電解質を含む第１電池と、上記基板上に実装され、固体電解質を含む第２電池と、上記負荷の入力電流が基準電流以下である場合には、上記第２電池から上記負荷に提供される第２電力を遮断し、上記負荷の入力電流が基準電流を超えた場合には、上記第２電力の上記負荷への供給を活性化するように構成された電池制御部と、を含むことができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一実施形態による電池制御装置は、電池の寿命を容易に延長させることができ、電池に要求される規格（例：最大電流、定格容量）の緩和によって電池のサイズを容易に減らすとともに、電池の安全性（例：高温環境における爆発可能性）をさらに改善させることができる。

【0010】

本発明の一実施形態による電池を含む電子機器は、電池の寿命短縮を実質的に誘発することなく、負荷の実質的な性能を向上させることができるため、より改善されたアプリケーション（例：通信、ディスプレイ、ビッグデータの管理など）の性能を確保するとともに、電池の安定性及び耐久性を向上させることにより、より改善された電子機器の安定性及び耐久性を有することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1a】本発明の一実施形態による電池制御装置を示す図である。

【図1b】図１ａに示された電池制御装置よりも電池の数が多くなった構造を示す図である。

【図1c】図１ａに示された電池制御装置に電圧調整部が追加された構造を示す図である。

【図1d】本発明の一実施形態による電池を含む電子機器を示す図である。

【図2a】本発明の一実施形態による電池制御装置の各構成要素間の連結関係を示す図である。

【図2b】本発明の一実施形態による電池制御装置を示す回路図である。

【図2c】第１電流が基準電流以下である場合の図２ｂに示された第１電流制限部の等価回路を示す回路図である。

【図2d】第１電流が基準電流を超えた場合の図２ｂに示された第１電流制限部の等価回路を示す回路図である。

【図2e】図２ｄに示された第１電流制限部及び第２電流活性部の電圧ベースの動作構造を示す回路図である。

【図2f】本発明の一実施形態による電池制御装置の能動制御構造を示す回路図である。

【図2g】本発明の一実施形態による電池制御装置の電圧調整部が省略された構造を示す回路図である。

【図2h】図１ｂに示された電池制御装置を示す回路図である。

【図3】本発明の一実施形態による電池制御装置の負荷に流れる電流の変化に伴う第１及び第２電池の第１及び第２電流の変化を示すグラフである。

【図4a】本発明の一実施形態による電池制御装置の制御対象である第２電池を示す側面図である。

【図4b】図４ａに示された基板上における第２電池の実装を示す斜視図である。

【図5】本発明の一実施形態による電池制御装置及び／又は電子機器の制御を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

後述する本発明の詳細な説明は、本発明が実施され得る特定の実施形態を例示として示す添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することができるよう、十分に詳細に説明される。本発明の様々な実施形態は、互いに異なっているが、相互排他的である必要はないことが理解されるべきである。例えば、ここに記載されている特定の形状、構造及び特性は、一実施形態に関連し、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、他の実施形態に実現される必要がある。また、それぞれの開示された実施形態内における個々の構成要素の位置又は配置は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく変更され得ることが理解されるべきである。したがって、後述する詳細な説明は、限定的な意味として取られるものではなく、本発明の範囲は、請求項が主張するものと均等なすべての範囲とともに添付された請求項によってのみ限定される。尚、図面において同様の参照符号は、いくつかの側面に渡って同一又は類似の機能を指す。

【0013】

以下では、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるように、本発明の実施形態について添付された図面を参照して詳細に説明する。

【0014】

図１ａは本発明の一実施形態による電池制御装置を示す図であり、図２ａは本発明の一実施形態による電池制御装置の各構成要素間の連結関係を示す図である。

【0015】

図１ａ及び図２ａを参照すると、本発明の一実施形態による電池制御装置１００ａは、出力部５０から負荷４０に流れる出力電流Ｉ０による第１及び第２電流Ｉ１、Ｉ２の量を調整することができる。ここで、出力電流Ｉ０は、第１電池１０の第１電流Ｉ１と第２電池２０の第２電流Ｉ２の和に対応することができる。

【0016】

電池制御装置１００ａは、第１電池１０及び第２電池２０に対する制御を介して第１及び第２電流Ｉ１、Ｉ２を調整することができる。

【0017】

第１電池１０及び第２電池２０は互いに異なる特性（例：定格電圧、定格容量、電気的安定性、物理的／化学的耐久性、サイズなど）を有することができる。

【0018】

例えば、第１電池１０は第１電流Ｉ１の量を比較的容易に増加させることができ、大きい容量を有することにより第１電流Ｉ１を安定的に負荷４０に提供できるように構成されることができる。

【0019】

一例として、第１電池１０は、液体電解質を含むように構成されることができ、第２電池２０に比べて相対的に高いエネルギー密度を有するか、又は単位エネルギーを基準に相対的に安価に製作されることができる。これにより、第１電池１０は、第２電池２０の第２電流Ｉ２よりもさらに大きい第１電流Ｉ１を負荷４０に比較的容易に供給することができる。

【0020】

一例として、第２電池２０は、比較的小電流である第２電流Ｉ２をスムーズに負荷４０に提供することができ、高い安定性／耐久性を有するか、又は比較的容易に小型化することができる。

【0021】

例えば、第２電池２０は、固体電解質を含むように構成されることができ、第１電池１０に比べて相対的に温度変化や外部衝撃に強い特性を有することができる。これにより、固体電解質の安定した状態に基づいて、負荷４０に供給される第２電流Ｉ２の変化にさらに効率的に対応することができる。

【0022】

電池制御装置１００ａは、互いに異なる特性の第１電池１０及び第２電池２０に対して互いに異なる原理及び／又は方法で制御することにより、互いに異なる特性の第１及び第２電流を効率的に組み合わせて出力電流Ｉ０を提供することができる。

【0023】

図１ａ及び図２ａを参照すると、第１電流感知部１１０、第１電流制限部１２０、及び第２電流活性部１３０を含む。

【0024】

例えば、第１電流感知部１１０、第１電流制限部１２０、第２電流活性部１３０は、単一のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）で構成されることができる。尚、電力管理回路とともに単一のＩＣで構成されてもよく、複数のＩＣで構成されてもよい。

【0025】

第１電流感知部１１０は、第１電池１０から出力部５０に流れる第１電流Ｉ１を感知するように構成される。

【0026】

第１電流制限部１２０は、第１電流感知部１１０の感知結果を用いて第１電流Ｉ１が基準電流（例：３Ａ）を超えた場合に、第１電流Ｉ１の増加を制限するように構成される。

【0027】

第２電流活性部１３０は、第１電流制限部１２０の制限動作に基づいて第２電池２０の第２電流Ｉ２を出力部５０に流すように構成される。

【0028】

例えば、出力電流Ｉ０の量が基準電流以下である場合、電池制御装置１００ａは、実質的に第１電池１０だけを負荷４０に第１電流Ｉ１を供給するように、第１及び第２電池１０、２０を制御することができる。

【0029】

尚、出力電流Ｉ０の量が基準電流を超えた場合に、電池制御装置１００ａは、第１電池１０が基準電流と実質的に同一の量の第１電流Ｉ１を負荷４０に供給し、第２電池２０が出力電流Ｉ０から第１電流Ｉ１を除外した残りに対応する第２電流Ｉ２を負荷４０に供給するように、第１及び第２電池１０、２０を制御することができる。

【0030】

これにより、電池制御装置１００ａは、第１電流Ｉ１の量が大きくなりすぎることを制限することができるため、第１電池１０の寿命を容易に延長させることができ、第１電池１０に要求される規格（例：最大電流、定格容量）の緩和により、第１電池１０のサイズをさらに容易に減らすとともに、第１電池１０の安定性（例：高温環境における爆発可能性）をさらに改善させることができる。

【0031】

また、電池制御装置１００ａは、第２電池２０の最大電流及び／又は定格容量とは関係なく、大きい出力電流を負荷４０に提供することができる。

【0032】

尚、負荷４０は、第１電池１０の寿命短縮を実質的に誘発することなく、広い範囲の出力電流Ｉ０の提供をスムーズに受けることができるため、様々な回路動作を効率的に行うか、又は様々なエネルギー需要に効率的に対応することができる。例えば、負荷４０は、比較的大きい出力電流Ｉ０の提供を円滑に受けることにより、用いる信号の歪曲現象（例：パルス波形の上昇／下降速度の限界、上昇／下降の飽和など）を防止することができる。

【0033】

図１ｂは図１ａに示された電池制御装置よりも電池の数が多くなった構造を示す図である。

【0034】

図１ｂを参照すると、本発明の一実施形態による電池制御装置は、第３電池３１、３２、３３をさらに制御することができる。

【0035】

第２電流活性部１３０は、第１電流制限部１２０の制限動作に基づいて第２電池２０に電気的に連結された第３電池３１、３２、３３の第３電流を出力部５０に流すように構成されることができる。

【0036】

第３電池３１、３２、３３が第２電池２０に並列連結される場合、負荷に提供される出力電流の量は、第１電池１０の第１電流の実質的増加がなくても、さらに大きくなることができる。

【0037】

また、第３電池３１、３２、３３が第２電池２０に直列連結される場合、第２電池２０と第電池３１、３２、３３の総電圧は、第２電池２０の第２電圧に比べてさらに高くなることができる。

【0038】

これにより、第２電池２０と第３電池３１、３２、３３の総電圧は、第１電池１０の第１電圧が比較的高い場合、上記第１電圧にさらに容易に合わせることができる。

【0039】

図１ｃは図１ａに示された電池制御装置に電圧調整部が追加された構造を示す図である。

【0040】

図１ｃを参照すると、本発明の一実施形態による電池制御装置は、電圧調整部１４０をさらに含むことができる。

【0041】

電圧調整部１４０は、第２電池２０の第２電圧が第１電池１０の第１電圧にさらに近くなるよう、第２電圧を調整するように構成されることができる。

【0042】

例えば、電圧調整部１４０は、ブースト（ｂｏｏｓｔ）ＤＣ－ＤＣコンバータ回路、又はチャージポンプ回路で実現されることができ、第１電池１０と第２電池２０の間で充放電をサポートすることができる。

【0043】

第２電池２０の第２電圧が第１電池１０の第１電圧に近くなるほど、第２電池２０の第２電流量の変化に伴う負荷の電圧の変化率は小さくなることができる。これにより、負荷は、第１及び第２電池１０、２０から比較的大きい出力電流の提供を安定的に受けることができ、負荷に連係され得る低電圧保護回路などの動作を防止することができる。

【0044】

図１ｄは本発明の一実施形態による電池を含む電子機器を示す図である。

【0045】

図１ｄを参照すると、本発明の一実施形態による電池を含む電子機器は、基板６０、第１電池１０、第２電池２０、及び電池制御部１００ｂを含むことができる。

【0046】

例えば、本発明の一実施形態による電子機器の種類は、スマートフォン（ｓｍａｒｔ ｐｈｏｎｅ）、携帯情報端末（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、デジタルビデオカメラ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｉｄｅｏ ｃａｍｅｒａ）、デジタルスチルカメラ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｔｉｌｌ ｃａｍｅｒａ）、ネットワークシステム（ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ）、コンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、モニター（ｍｏｎｉｔｏｒ）、タブレット（ｔａｂｌｅｔ）、ラップトップ（ｌａｐｔｏｐ）、ネットブック（ｎｅｔｂｏｏｋ）、テレビ（ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）、ビデオゲーム（ｖｉｄｅｏ ｇａｍｅ）、スマートウォッチ（ｓｍａｒｔｗａｔｃｈ）、オートモーティブ（Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ）などであることができるが、これに限定されない。

【0047】

基板６０は、負荷４０の配置スペースを提供することができる。

【0048】

例えば、基板６０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）のように配線と絶縁層が交互に積層された構造を有することができ、負荷４０と電池制御部１００ｂの間を電気的に連結させる第１配線、及び第２電池２０と電池制御部１００ｂの間を電気的に連結させる第２配線が配置された構造を有することができる。

【0049】

例えば、負荷４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）やアプリケーションプロセッサ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）の一部又は周辺の構成要素であることができ、第１電池１０及び／又は第２電池２０からの供給を受ける出力電流に基づいて、デジタル及び／又はアナログ信号を生成するか、又は信号に基づいて情報を処理／出力することができる。例えば、上記信号及び／又は情報は、通信モデムや高周波回路などに伝達されて通信に用いられるか、又はディスプレイ装置や映像処理ユニットに伝達されてディスプレイに用いられることができる。

【0050】

例えば、負荷４０は、ＰＭＩＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を介して電池制御部１００ｂの出力電流を調整することができるが、これに限定されない。

【0051】

第１電池１０は、負荷４０に第１電力を提供し、液体電解質を含むことができる。

【0052】

第２電池２０は、基板６０上に実装され、固体電解質を含むことができる。

【0053】

電池制御部１００ｂは、本発明の一実施形態による電池制御装置に対応することができる。電池制御部１００ｂは、負荷４０の入力電流が基準電流以下である場合には、第２電池２０から負荷４０に提供される第２電力を遮断し、負荷４０の入力電流が基準電流を超えた場合には、第２電力の負荷４０への供給を活性化するように構成されることができる。

【0054】

これにより、負荷４０は、第１電池１０の寿命の短縮を実質的に誘発することなく、広い範囲の出力電流の供給をスムーズに受けることができるため、様々な回路動作を効率的に行うか、又は様々なエネルギー需要に効率的に対応することができる。例えば、負荷４０は、比較的大きい出力電流の提供を円滑に受けることができることにより、用いる信号の歪曲現象（例：パルス波形の上昇／下降速度の限界、上昇／下降の飽和など）を防止することができる。

【0055】

すなわち、本発明の一実施形態による電池を含む電子機器は、第１電池１０の寿命の短縮を実質的に誘発することなく、負荷４０の実質的性能を向上させることができるため、より改善されたアプリケーション（例：通信、ディスプレイ、ビッグデータの管理など）の性能を確保するとともに、第１及び第２電池１０、２０の安定性及び耐久性を向上させることにより、より改善された電子機器の信頼性及び耐久性を有することができる。

【0056】

一方、図１ａ～図１ｄを参照すると、本発明の一実施形態による電池制御装置は１００ａ及び／又は電池制御部１００ｂは、第１正極接続部ＬＢ＋、第１負極接続部ＬＢ－、第２正極接続部ＳＢ＋、及び第２負極接続部ＳＢ－を含むことができる。

【0057】

第１正極接続部ＬＢ＋は、第１電池１０の正極が接続されるように構成されることができる。

【0058】

第１負極接続部ＬＢ－は、第１電池１０の負極が接続されるように構成されることができる。

【0059】

第２正極接続部ＳＢ＋は、第２電池２０の正極が接続されるように構成されることができる。

【0060】

第２負極接続部ＳＢ－は、第２電池２０の負極が接続されるように構成されることができる。

【0061】

すなわち、第１電池１０及び第２電池２０は、互いに異なる電気的経路を介して電池制御装置１００ａ及び／又は電池制御部１００ｂに電気的に連結されることができる。

【0062】

これにより、第１電池１０及び第２電池２０はそれぞれ、電子機器内において互いに適した位置に配置されることができるため、電子機器内における第１電池１０及び第２電池２０の配置自由度を向上させることができる。

【0063】

例えば、第１電池１０が比較的大きいサイズを有する場合、第１電池１０は、基板６０から分離して配置されることができる。

【0064】

一例として、電池制御部１００ｂ及び第２電池２０が基板６０に電気的に連結される場合、第２正極接続部ＳＢ＋及び第２負極接続部ＳＢ－は、基板６０の互いに異なる複数の配線を介して第２電池２０の正極及び負極にそれぞれ接続されることができる。

【0065】

図２ｂは本発明の一実施形態による電池制御装置を示す回路図である。

【0066】

図２ｂを参照すると、本発明の一実施形態による電池制御装置は、第１電流感知部１１０ａ、第１電流制限部１２０ａ、及び第２電流活性部１３０ａを含むことができ、負荷４０ａに供給される出力電流に基づいて、第１電池１０ａ及び第２電池２０ａを制御することができる。

【0067】

第１電池１０ａは、第１及び第２キャパシタＣ_１、Ｃ_２、第０、第１及び第２抵抗Ｒ_０、Ｒ_１、Ｒ_２、及び開放回路電圧Ｖ_ｏｃの組み合わせでモデリングされることができる。

【0068】

また、第２電池２０ａは、第３キャパシタＣｓ及び第３抵抗Ｒｓの組み合わせでモデリングされることができる。

【0069】

負荷４０ａは、最大抵抗Ｒ_ｍａｘ、最小抵抗Ｒ_ｍｉｎ、スイッチｔ_ｏｎ、及びｔ_ｏｆｆの組み合わせでモデリングされることができ、出力部５０に連結されることができる。

【0070】

第１電流感知部１１０ａは、第１電流に基づいて感知電流を生成する変流器を含むことができる。変流器の１次側ＣＴ_１１は、第１電池１０ａと負荷４０ａの間に電気的に連結されることができ、変流器の２次側ＣＴ_１２は、第１電流制限部１２０ａに電気的に連結されることができる。

【0071】

第１電流制限部１２０ａは、変流器の２次側ＣＴ_１２に流れる感知電流に対応する感知電圧を提供するインピーダンス素子Ｒ_ＣＴを含むことができる。

【0072】

第１電流制限部１２０ａは、上記感知電圧が基準電流に対応する基準電圧に達した場合、降伏状態になるダイオードＵ_１を含むことができる。例えば、ダイオードＵ_１は、ツェナーダイオードであることができる。

【0073】

ダイオードＵ_１に逆方向バイアスが印加され、上記感知電圧が上記基準電圧に達していない場合、ダイオードＵ_１の電流は非常に小さくてもよい。

【0074】

これに対し、ダイオードＵ_１に逆方向バイアスが印加され、上記感知電圧が基準電圧に達した場合、ダイオードＵ_１の電流は、ダイオードＵ_１の降伏状態に応じて急激に大きくなることができる。

【0075】

また、ダイオードＵ_１が降伏状態である場合、ダイオードＵ_１の電流変化による電圧変化率は非常に小さくてもよい。

【0076】

第１電流制限部１２０ａは、ダイオードＵ_１の電圧をゲート端子を介して入力される電流制限トランジスタＭ_１を含むことができる。

【0077】

ダイオードＵ_１が降伏状態である場合、ダイオードＵ_１の電圧がほとんど変わらないため、電流制限トランジスタＭ_１のドレイン端子とソース端子の間を流れる電流もほとんど変わらなくてもよい。

【0078】

電流制限トランジスタＭ_１は、ドレイン端子とソース端子の間の経路を第１電池１０ａの第１電流に対応する電流が流れる経路として用いることができる。

【0079】

ダイオードＵ_１が降伏状態である場合、電流制限トランジスタＭ_１のドレイン端子とソース端子の間を流れる電流がほとんど変わらないため、第１電池１０ａの第１電流の増加は制限されることができる。

【0080】

すなわち、第１電流制限部１２０ａは、ダイオードＵ_１の降伏電圧を用いることにより、第１電池１０ａの第１電流の増加を制限するように構成されることができる。

【0081】

ダイオードＵ_１の電流は、駆動抵抗Ｒ_Ｍを介して第２電流活性部１３０ａに伝達されることができる。

【0082】

第２電流活性部１３０ａは、ダイオードＵ_１の電流の入力を、ベース端子を介して受ける電流活性化トランジスタＱ_２を含むことができる。

【0083】

電流活性化トランジスタＱ_２は、エミッタ端子とコレクタ端子の間の経路を第２電池２０と出力部５０の間の電気的経路として用いることができる。

【0084】

ダイオードＵ_１が降伏状態ではない場合、電流活性化トランジスタＱ_２のベース端子のベース電流は非常に小さくてもよく、電流活性化トランジスタＱ_２のエミッタ端子とコレクタ端子の間の電流も小さくてもよい。これにより、電流活性化トランジスタＱ_２は、第２電池２０と出力部５０の間の電気的経路を遮断することができる。

【0085】

ダイオードＵ_１が降伏状態である場合、電流活性化トランジスタＱ_２のベース端子のベース電流は大きくなってもよく、電流活性化トランジスタＱ_２のエミッタ端子とコレクタ端子の間の電流も大きくなってもよい。これにより、電流活性化トランジスタＱ_２は、第２電池２０と出力部５０の間の電気的経路を活性化させることができる。

【0086】

つまり、第２電流活性部１３０ａは、第１電流制限部１２０ａの第１電流の増加の制限動作に基づいて第２電池２０の第２電流を出力部５０に流すことができる。

【0087】

一方、電流制限トランジスタＭ_１は、電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、電流活性化トランジスタＱ_２は、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）であることができるが、これに限定されない。例えば、電流活性化トランジスタＱ_２は、ベース端子の電流に基づいて動作する他のタイプのトランジスタで構成されることもできる。

【0088】

図２ｃは第１電流が基準電流以下である場合の図２ｂに示された第１電流制限部の等価回路を示す回路図である。

【0089】

図２ｃを参照すると、出力電流Ｉ０又は第１電流Ｉ１が基準電流ＩＲ以下である場合、ダイオードＤ_１の電圧ＶＢは、基準電圧ＶＲに達することができず、ダイオードＤ_１の電流ＩＢはほぼ０Ａに近くなることができる。

【0090】

これにより、第２電流Ｉ２もほぼ０Ａに近くなることができ、出力電流Ｉ０及び第１電流Ｉ１はほぼ同一であることができる。

【0091】

図２ｄは第１電流が基準電流を超えた場合の図２ｂに示された第１電流制限部の等価回路を示す回路図である。

【0092】

図２ｄを参照すると、出力電流Ｉ０又は第１電流Ｉ１が基準電流ＩＲを超えた場合に、ダイオードは、降伏状態に応じて、定電圧源ＶＳとして動作することができる。

【0093】

これにより、ダイオードの電圧ＶＢの変化は制限されることができ、第１電流Ｉ１の増加は制限されることができる。

【0094】

また、ダイオードの電流ＩＢは、より自由に変動することができるため、０Ａよりも大きくなることができ、第２電流Ｉ２も０Ａよりも大きくなることができる。これにより、出力電流Ｉ０はほとんど変化がない第１電流Ｉ１と流動的な第２電流Ｉ２の和に対応する量を有することができる。

【0095】

また、ダイオードの降伏状態に応じた定電圧源ＶＳの動作は、電圧調整部１４０の動作（例：電荷充放電）にも対応することができる。

【0096】

図２ｅは図２ｄに示された第１電流制限部及び第２電流活性部の電圧ベースの動作構造を示す回路図である。

【0097】

図２ｅを参照すると、第２電流活性部１３０ｂは、設計に応じて、第２電界効果トランジスタＭ_２で実現されることもできる。これにより、第２電流活性部１３０ｂに含まれるトランジスタの種類は特に制限されない。

【0098】

ここで、第２電界効果トランジスタＭ_２のゲート端子は、ダイオードのゲート抵抗Ｒ_Ｂと接地抵抗Ｒ_ｃに連結されることができ、ダイオードのゲート抵抗Ｒ_Ｂは、接地に連結されることができる。

【0099】

ダイオードの降伏状態に基づいた定電圧源ＶＳに、他の電流がダイオードゲート抵抗Ｒ_Ｂと接地抵抗Ｒ_ｃを介して接地に流れることができ、ダイオードゲート抵抗Ｒ_Ｂと上記ゲート端子の間の電圧は、ダイオードの電流に対応することができる。

【0100】

図２ｆは本発明の一実施形態による電池制御装置の能動制御構造を示す回路図である。

【0101】

図２ｆを参照すると、本発明の一実施形態による電池制御装置は、第１電流感知部１１０ｂの感知結果Ｖ_Ｄに基づいて制御信号Ｖ_Ｃを生成する制御部１５０をさらに含むことができる。すなわち、第１電流感知部１１０ｂの動作原理は、降伏電圧に限定されない。

【0102】

第１電流制限部１２０ｂは、上記制御信号Ｖ_Ｃに応じて、第１電池１０ａの第１電流の増加制限の有無が選択されるように構成されることができる。

【0103】

例えば、第１電流制限部１２０ｂは、上記制御信号Ｖ_Ｃに応じて、オン／オフの状態が決定されるスイッチＴ１を含むことができる。ここで、スイッチＴ１は、ドレイン端子とソース端子の間の電気的経路の活性化有無を、ゲート端子に入力される制御信号Ｖ_Ｃに応じて決定するようにトランジスタで構成されることができる。

【0104】

図２ｇは本発明の一実施形態による電池制御装置の電圧調整部が省略された構造を示す回路図である。

【0105】

図２ｇを参照すると、本発明の一実施形態による電池制御装置の電圧調整部は省略されることができる。

【0106】

例えば、第１及び第２電池１０ａ、２０ａの第１及び第２電圧が互いに類似する場合、電圧調整部は容易に省略されることができる。

【0107】

例えば、負荷４０ａに要求される電圧安定性が低いか、又は負荷４０ａが電圧変動を緩和させる補助構造をさらに含む場合、電圧調整部は容易に省略されることができる。

【0108】

図２ｈは図１ｂに示された電池制御装置を示す回路図である。

【0109】

図２ｈを参照すると、本発明の一実施形態による電池制御装置は、第３電池３１、３２、３３の電流を第２電流活性部１３０ａの活性化有無に応じて選択的に負荷４０ａに提供することができる。

【0110】

すなわち、本発明の一実施形態による電池制御装置の回路構造における電池の数は、特に限定されない。

【0111】

図３は本発明の一実施形態による電池制御装置の負荷に流れる電流の変化に伴う第１及び第２電池の第１及び第２電流の変化を示すグラフである。

【0112】

図３を参照すると、負荷に供給される総電流ＩＯが増加時間ＴＬの間に最大電流Ｉｍａｘに増加するとき、第１電池の第１電流Ｉ１は基準電流ＩＲまで増加することができ、第２電池の第２電流Ｉ２は、第１電流Ｉ１が基準電流加した瞬間から増加することができる。

【0113】

図４ａは本発明の一実施形態による電池制御装置の制御対象である第２電池を示す側面図である。

【0114】

図４ａを参照すると、第２電池２０ａは、固体電解質２１、内部正極２２ａ、内部負極２２ｂ、正極遮断部２３ａ、負極遮断部２３ｂ、正極マージン部２４ａ、負極マージン部２４ｂ、外部正極２５ａ、及び外部負極２５ｂを含むことができる。

【0115】

内部正極２２ａは、固体電解質２１の上面及び下面のうち１つに配置されることができる。内部負極２２ｂは、固体電解質２１の上面及び下面のうち他の１つに配置されることができる。

【0116】

例えば、内部正極２２ａ及び内部負極２２ｂは、固体電解質２１を間に挟んで交互に積層されることができる。一例として、内部負極２２ｂ及び内部正極２２ａは、セラミック酸化物系材料を含むことができるが、これに限定されない。

【0117】

例えば、固体電解質２１は、リチウムイオンが内部正極２２ａと内部負極２２ｂの間で移動する領域として作用することができ、セラミック酸化物系材料を含むことができるが、これに限定されない。

【0118】

尚、固体電解質２１、内部正極２２ａ、及び内部負極２２ｂは、スラリー状態またはペースト状態で積層された後に焼成されることができる。スラリーは、ドクターブレード法などで積層されることができ、ペーストは、スクリーン印刷法又はグラビア印刷法などで所定の形で印刷されることができる。

【0119】

外部正極２５ａは、内部正極２２ａに接続され、固体電解質２１の第１側面に配置されることができる。

【0120】

また、外部負極２５ｂは、内部負極２２ｂに接続され、固体電解質２１の第２側面に配置されることができる。

【0121】

例えば、外部正極２５ａ及び外部負極２５ｂは、貴金属（例：Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ）を含むことができるが、これに限定されず、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｓｎのような金属を含むように構成されることもでき、めっき層を含むことができる。

【0122】

外部正極２５ａ及び外部負極２５ｂの外部表面は、はんだペーストに接触することができ、はんだペーストを介してＰＣＢのような基板に電気的に連結されることができる。上記はんだペーストは、全固体電池が基板上に実装された状態で固まることができる。

【0123】

図４ｂは図４ａに示された基板上における第２電池の実装を示す斜視図である。

【0124】

図４ｂを参照すると、第２電池２０ａの外部正極２５ａ及び外部負極２５ｂはそれぞれ、第１及び第２電気連結構造体６１ａ、６１ｂの上面上に配置されることができる。第１及び第２電気連結構造体６１ａ、６１ｂは、基板６０上に配置されることができる。

【0125】

ここで、外部正極２５ａ及び外部負極２５ｂは、スズ、又はスズを含む合金ベースのはんだにより、第１及び第２電気連結構造体６１ａ、６１ｂにそれぞれ固定されることができる。

【0126】

図５は本発明の一実施形態による電池制御装置、及び／又は電子機器の制御を示すフローチャートである。

【0127】

図５を参照すると、本発明の一実施形態による電池制御装置及び／又は電子機器は、第１段階Ｓ１１０において、第１電池の第１電流又は出力電流を感知することができる。

【0128】

上記電池制御装置及び／又は電子機器は、第２段階Ｓ１１５において、第１電流が基準電流を超えたか否かを確認することができる。

【0129】

上記電池制御装置及び／又は電子機器は、第３段階Ｓ１２０において、第１電流が基準電流を超えた場合に、第１電流の増加を制限することができる。

【0130】

上記電池制御装置及び／又は電子機器は、第４段階Ｓ１３１において、第１電流が基準電流を超えた場合に、第２電池の第２電流を活性化することができる。

【0131】

上記電池制御装置及び／又は電子機器は、第５段階Ｓ１３２において、第１電流が基準電流以下である場合に、第２電池の第２電流を遮断することができる。

【0132】

一方、本発明の一実施形態による電子機器は、図５に示された制御方法を電池制御装置を介して行うことができるが、これに限定されず、ＰＭＩＣによって行ってもよく、プロセッサなどによりソフトウェア的に行ってもよい。

【0133】

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

【符号の説明】

【0134】

１０ 第１電池
２０ 第２電池
３１、３２、３３ 第３電池
４０ 負荷
５０ 出力部
１００ａ 電池制御装置
１００ｂ 電池制御部
１１０ 第１電流感知部
１２０ 第１電流制限部
１３０ 第２電流活性部
１４０ 電圧調整部
１５０ 制御部
ＬＢ＋ 第１正極接続部
ＬＢ－ 第１負極接続部
ＳＢ＋ 第２正極接続部
ＳＢ－ 第２負極接続部

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図2e】

【図2f】

【図2g】

【図2h】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5】