JP2010518578A - 充電システムおよび充電方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、ジェフリー ジェイ.サザー(Jeffrey J. Sather)およびロジャー エル.ロイセン(Roger L. Roisen)により2007年2月9日付けで出願された米国仮特許出願第60/889,264号(発明の名称「単一のパッケージ化されたマイクロバッテリー(超小型電池)および充電回路、ならびにその作製方法(Unitary Packaged Microbattery and Charging Circuit and Method)」)の優先権を主張するものであり、この全ての開示内容は、本明細書中で引用されることにより、本明細書に包含されている。
Claims (37)
- 集積回路であるバッテリーの充電回路がその上に形成されている第1の基板を提供するステップと、
カソード材料、アノード材料および電解質層を前記第1の基板上にデポジットする工程と、
バッテリーを形成するために、前記アノード材料から前記カソード材料を分離するステップと、
前記バッテリーを前記充電回路に接続する工程と、
表面実装型且つ単一のパッケージを形成するために、前記バッテリーおよび前記充電回路をカプセル化する工程とを有することを特徴とする、単一のパッケージを作製する方法。 - 前記方法が、さらに、
少なくとも1つの金属層を含む多層構造の防湿層をデポジットする工程を有しており、前記金属層は、前記バッテリーを前記充電回路に電気的に接続するために使用される請求項1記載の方法。 - 第1の基板を提供するステップと、
カソード材料、アノード材料および電解質層を前記第1の基板上にデポジットする工程と、
バッテリーを形成するために、前記アノード材料から前記カソード材料を分離するステップと、
集積回路であるバッテリーの充電回路を前記第1の基板上に取り付ける工程と、
前記バッテリーを前記充電回路に接続する工程と、
表面実装型且つ単一のパッケージを形成するために、前記バッテリーおよび前記充電回路をカプセル化する工程とを有することを特徴とする、単一のパッケージを作製する方法。 - 前記方法が、さらに、
少なくとも1つの金属層を含む多層構造の防湿層をデポジットする工程を有しており、前記金属層は、前記バッテリーを前記充電回路に電気的に接続するために使用される請求項3記載の方法。 - 集積回路であるバッテリーの充電回路がその上に形成された第1の基板と、
カソード材料と、アノード材料と、バッテリーを形成するために、前記第1の基板上にデポジットされる前記アノード材料から前記カソード材料を分離する電解質層とを備え、
前記充電回路は、前記バッテリーに接続されると共に、表面実装型且つ単一のパッケージを形成するためにカプセル化されることを特徴とする装置。 - 単一のパッケージのデバイスを備え、前記デバイスは、
充電入力端子と、
電力出力端子と、
アース端子と、
前記アース端子に電気的に接続される第1の電気コンタクト、および第2の電気コンタクトを含む薄膜リチウムイオンバッテリーと、
選択的に可能である前記充電入力端子と前記薄膜リチウムイオンバッテリーの前記第2の電気コンタクトとの間の電気的な接続を提供する少なくとも2つの直列に接続されたトランジスタと、
選択的に可能である前記薄膜リチウムイオンバッテリーの前記第2の電気コンタクトと前記電力出力端子との間の電気的な接続を提供する少なくとも2つの直列に接続されたトランジスタと、
選択的に可能である前記充電入力端子と前記電力出力端子との間の電気的な接続を提供する少なくとも2つの直列に接続されたトランジスタとを有することを特徴とする装置。 - 前記装置が、さらに、
前記の選択的に可能である前記充電入力端子と前記薄膜リチウムイオンバッテリーの前記第2の電気コンタクトとの間の電気的な接続を提供し、且つ、前記少なくとも2つの直列に接続されたトランジスタと直列に接続される第3のトランジスタを備え、
前記第3のトランジスタは、外部から印加される制御電圧に基づいて、前記の選択的に可能である前記充電入力端子と前記薄膜リチウムイオンバッテリーの前記第2の電気コンタクトとの間の電気的な接続を提供する請求項6記載の装置。 - 前記少なくとも2つの直列に接続されたトランジスタの全てが、単一の特定用途向け集積回路(ASIC)の一部である請求項6記載の装置。
- 前記少なくとも2つの直列に接続されたトランジスタの幾つかが、個別部品である請求項6記載の回路。
- 単一のパッケージのデバイスを備え、前記デバイスは、
充電入力端子と、
電力出力端子と、
アース端子と、
前記アース端子に電気的に接続される第1の電気コンタクト、および第2の電気コンタクトを含む薄膜リチウムイオンバッテリーと、
選択的に可能である前記充電入力端子と前記薄膜リチウムイオンバッテリーの前記第2の電気コンタクトとの間の電気的な接続を提供する少なくとも2つの直列に接続されたトランジスタと、
選択的に可能である前記薄膜リチウムイオンバッテリーの前記第2の電気コンタクトと前記電力出力端子との間の電気的な接続を提供する低順方向電圧降下(またはショットキー)ダイオードと、
選択的に可能である前記充電入力端子と前記電力出力端子との間の電気的な接続を提供する低順方向電圧降下(またはショットキー)ダイオードとを有することを特徴とする装置。 - 可変の充電源と、
エネルギ保存デバイスと、
前記可変の充電源および前記エネルギ保存デバイスに結合される充電回路であって、前記エネルギ保存デバイスは、前記可変の充電源によって充電されるような充電回路と、
前記可変の充電源から供給される電力が予め定められたスレッショールドより小さいときに、前記エネルギ保存デバイスを放電経路から分離するように構成されるエネルギ保存デバイス分離回路と、
充電電力が予め定められたレベル未満に低下したときに、前記エネルギ保存デバイスから供給される電力を利用して前記充電回路を再始動させるように構成される再始動回路とを備えることを特徴とする電力変換システム。 - 前記可変の充電源が、少なくとも1つの太陽電池を有する請求項11記載の電力変換システム。
- 前記可変の充電源が、少なくとも1つの熱電発電装置を有する請求項11記載の電力変換システム。
- 前記可変の充電源が、少なくとも1つの圧電発電装置を有する請求項11記載の電力変換システム。
- 前記可変の充電源が、少なくとも1つの磁気結合動作発電装置、少なくとも1つのマイクロ発電装置、少なくとも1つの誘導的な発電装置、少なくとも1つの燃料電池発電装置、または少なくとも1つの核分裂崩壊発電装置を有する請求項11記載の電力変換システム。
- 前記エネルギ保存デバイスが、薄膜バッテリーを有する請求項11記載の電力変換システム。
- 前記エネルギ保存デバイスが、固体薄膜バッテリーを有する請求項11記載の電力変換システム。
- 前記エネルギ保存デバイスが、リン酸リチウムオキシナイトライド(LiPON)をベースとする薄膜バッテリーを有する請求項11記載の電力変換システム。
- 前記充電回路が、バック・ブーストコンバータ回路である請求項11記載の電力変換システム。
- 前記充電回路が、高速発振器と組み合わされた低速発振器を有する請求項11記載の電力変換システム。
- 前記充電回路が、さらに、
前記エネルギ保存デバイスに結合される負荷と、
前記負荷に結合され、且つ、予め定められた条件の下で前記負荷を前記エネルギ保存デバイスから切り離すように構成されるカットオフ回路とを備える請求項11記載の電力変換システム。 - 可変の充電源およびエネルギ保存デバイスに結合される充電回路を使用して前記エネルギ保存デバイスを充電するステップであって、前記エネルギ保存デバイスは、前記可変の充電源によって充電されるようなステップと、
前記可変の充電源から供給される電力が予め定められたスレッショールドより小さいときに、前記エネルギ保存デバイスを放電経路から分離するステップと、
充電電力が予め定められたレベル未満に低下したときに、前記エネルギ保存デバイスから供給される電力を利用して前記充電回路を再始動させるステップとを有することを特徴とする電力変換方法。 - 前記可変の充電源が、少なくとも1つの太陽電池を有する請求項22記載の電力変換方法。
- 前記可変の充電源が、少なくとも1つの熱電発電装置を有する請求項22記載の電力変換方法。
- 前記可変の充電源が、少なくとも1つの圧電発電装置を有する請求項22記載の電力変換方法。
- 前記可変の充電源が、少なくとも1つの磁気結合動作発電装置、少なくとも1つのマイクロ発電装置、少なくとも1つの誘導的な発電装置、少なくとも1つの燃料電池発電装置、または少なくとも1つの核分裂崩壊発電装置を有する請求項22記載の電力変換方法。
- 前記エネルギ保存デバイスが、薄膜バッテリーを有する請求項22記載の電力変換方法。
- 前記エネルギ保存デバイスが、固体薄膜バッテリーを有する請求項22記載の電力変換方法。
- 前記エネルギ保存デバイスが、リン酸リチウムオキシナイトライド(LiPON)をベースとする薄膜バッテリーを有する請求項22記載の電力変換方法。
- 前記充電回路が、バック・ブーストコンバータ回路である請求項22記載の電力変換方法。
- 前記充電回路が、高速発振器と組み合わされた低速発振器を有する請求項22記載の電力変換方法。
- 前記電力変換方法が、さらに、
カットオフ回路を使用して、予め定められた条件の下で負荷を前記エネルギ保存デバイスから切り離すステップを有する請求項22記載の電力変換方法。 - 可変の充電源と、
エネルギ保存デバイスと、
前記可変の充電源および前記エネルギ保存デバイスに結合される充電回路であって、前記エネルギ保存デバイスは、前記可変の充電源によって充電されるような充電回路とを備え、
前記充電回路は、電荷ポンプと、前記電荷ポンプを制御するマイクロコントローラとを具備しており、前記電荷ポンプは、予め定められたスレッショールドにまで電荷を引き上げるように構成され、前記マイクロコントローラは、前記可変の充電源からの十分な充電電力が少なくとも利用可能である期間では、前記電荷ポンプの出力が比較的安定な出力電圧を維持する状態で、前記電荷ポンプの出力を制御するように構成されることを特徴とする充電システム。 - 前記エネルギ保存デバイスが、薄膜バッテリーを有する請求項33記載の充電システム。
- 前記エネルギ保存デバイスが、固体薄膜バッテリーを有する請求項33記載の充電システム。
- 前記エネルギ保存デバイスが、リン酸リチウムオキシナイトライド(LiPON)をベースとする薄膜バッテリーを有する請求項33記載の充電システム。
- 前記充電回路が、パルス周波数変調回路である請求項33記載の充電システム。
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