KR20210121885A - 배터리 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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KR20210121885A
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 개시에 따른 일 실시 예는 배터리 셀 및 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 보호 회로를 포함하는 배터리, 전자 장치 내에 배치되어 상기 배터리의 외부 온도가 전달되는 컴포넌트, 및 상기 배터리 셀과 연결되는 제1 면 및 상기 컴포넌트와 연결되는 제2 면을 포함하고 상기 보호 회로에 배치되는 열전 소자를 포함하고, 상기 보호 회로는 상기 열전 소자의 상기 제1 면 및 상기 제2 면을 통해 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차를 검출하고, 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차가 임계 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 충전을 제어하는 전자 장치가 개시된다. 이 외에도 명세서를 통해 파악되는 다양한 실시 예가 가능하다.

Description

배터리 및 이를 포함하는 전자 장치{BATTERY AND ELECTRONIC DEVICE HAVING THE SAME}
본 개시에 따른 다양한 실시 예들은 전자 장치의 배터리에 관한 것으로, 배터리 내부의 온도 변화를 감지하는 배터리 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
2차 배터리 시장의 대부분을 차지하고 있는 리튬 이온 배터리는 다른 배터리에 비해 무게가 가볍고 에너지 밀도가 높기 때문에, 스마트폰, 노트북, 태블릿 PC 등과 같은 IT 디바이스 및 소형 가전부터 EV(electric vehicle), PHEV(plug-in hybrid electric vehicle)와 같은 전기 자동차 및 ESS(energy storage system)까지 다양하게 적용되고 있다.
리튬 이온 배터리의 적용 분야가 다양해짐에 따라 배터리의 안전성을 확보하기 위한 관심이 증가하고 있다. 배터리 제조사는 배터리 내에 보호 회로 모듈(protection circuit module, PCM)을 장착함으로써 배터리의 안전성을 확보한다. 보호 회로 모듈은 배터리의 과충전, 과방전, 과전류 및 단락(short)과 같은 배터리 내 이상 현상으로부터 배터리를 보호할 수 있다.
배터리 내 이상 현상이 발생하면, 배터리의 열 폭주 현상으로 인해 배터리 내부 온도가 급격하게 상승할 수 있다. 배터리의 열 폭주 현상은 배터리 내부의 온도 상승으로 인해 방출된 에너지가 배터리 내부의 온도 상승을 가속화하는 현상을 의미한다. 배터리의 열 폭주를 방지하기 위하여, 보호 회로 모듈은 배터리 내부 온도가 특정 온도(예: 80℃)에 도달하면 충전을 차단한다. 따라서, 일반적인 충전 환경에서 발생하는 발열로 인해 배터리 내부 온도가 증가하더라도 상기 특정 온도에 도달하지 않으면, 보호 회로 모듈은 배터리의 충전을 차단하지 않는다.
보호 회로 모듈은 배터리 내 이상 현상이 발생한 경우에 적절하게 충전을 차단할 수 있도록, 충전을 차단하기 위한 배터리 내부의 기준 온도를 비교적 높은 온도로 설정한다. 다만, 비교적 높은 온도로 설정된 기준 온도에 도달한 이후에, 배터리 내부 온도는 급격하게 상승함에 따라 분리막의 녹는점(예: 120℃)까지 빠르게 도달할 수 있다. 보호 회로 모듈은 배터리 내부 온도가 기준 온도에 도달한 시점에 충전을 차단하더라도, 배터리의 손상을 방지할 수 있는 대응 시간이 부족할 수 있다.
또한, 배터리 주변부 또는 배터리 표면에 서미스터(thermistor)를 부착하여 배터리 내부 온도를 측정하는 경우에는 측정된 온도와 실제 배터리 내부 온도 간에 오차가 크게 발생할 수 있다. 배터리 내 이상 현상으로 인해 실제 배터리 내부 온도가 급격하게 증가하는 시점과 배터리 주변부 또는 배터리 표면의 온도가 급격하게 증가하는 시점 간에 차이가 발생하기 때문이다. 실제 배터리 내부에서의 급격한 온도 상승이 서미스터에 실시간으로 반영되지 않으므로, 보호 회로 모듈은 배터리의 충전을 적절하게 차단할 수 없다.
따라서, 본 개시에 따른 다양한 실시 예에서는 배터리의 보호 회로 모듈에서 배터리의 내부 온도를 검출하여 배터리의 단락 및 손상을 방지하고자 한다.
일 실시 예에 따른 전자 장치는, 배터리 셀 및 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 보호 회로를 포함하는 배터리, 상기 전자 장치 내에 배치되어 상기 배터리의 외부 온도가 전달되는 컴포넌트, 및 상기 배터리 셀과 연결되는 제1 면 및 상기 컴포넌트와 연결되는 제2 면을 포함하고 상기 보호 회로에 배치되는 열전 소자를 포함하고, 상기 보호 회로는 상기 열전 소자의 상기 제1 면 및 상기 제2 면을 통해 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차를 검출하고, 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차가 임계 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 충전을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따른 전자 장치의 동작 방법은, 배터리 셀과 연결되는 열전 소자의 제1 면 및 상기 전자 장치 내에 배치되는 컴포넌트와 연결되는 열전 소자의 제2 면을 통해 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차를 검출하는 동작, 및 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차가 임계 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 충전을 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 배터리 셀 및 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 보호 회로를 포함하는 적어도 하나의 배터리, 상기 배터리의 외부 온도가 전달되는 컴포넌트, 및 상기 배터리 셀과 연결되는 제1 면 및 상기 컴포넌트와 연결되는 제2 면을 포함하고 상기 보호 회로에 배치되는 열전 소자를 포함하고, 상기 열전 소자는 상기 제1 면 및 상기 제2 면을 통해 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차를 획득하고, 상기 보호 회로는 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차가 임계 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 충전을 제어할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면 배터리 내 이상 현상이 발생한 경우에 배터리의 충전을 제어함으로써, 배터리의 단락 및 손상을 효율적으로 방지할 수 있다.
도 1은 다양한 실시 예들에 따른 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 다양한 실시 예들에 따른 전력 관리 모듈 및 배터리에 대한 블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 배터리를 포함하는 전자 장치의 전개 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 전자 장치의 블록도를 도시한다.
도 5는 도 4의 전자 장치에 포함된 배터리에 관한 구조를 개략적으로 도시한다.
도 6은 일 실시 예에 따른 배터리 및 컴포넌트의 일부 영역을 확대하여 나타낸 도면을 도시한다.
도 7은 일 실시 예에 따른 보호 회로 모듈의 개략적인 회로도를 도시한다.
도 8은 일 실시 예에 따른 보호 회로 모듈의 충전을 제어하는 흐름도를 도시한다.
도 9는 일 실시 예에 따른 보호 회로 모듈의 충전 제어 시점을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 1은, 다양한 실시 예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108)와 통신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 장치(150), 음향 출력 장치(155), 표시 장치(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시 예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 표시 장치(160) 또는 카메라 모듈(180))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성 요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시 예에서는, 이 구성요소들 중 일부들은 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(176)(예: 지문 센서, 홍채 센서, 또는 조도 센서)은 표시 장치(160)(예: 디스플레이)에 임베디드된 채 구현될 수 있다
프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 로드하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서), 및 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 보조 프로세서(123)은 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 또는 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 표시 장치(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 장치(150)는, 전자 장치(101)의 구성요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(155)는 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(155)는, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
표시 장치(160)는 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 표시 장치(160)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(touch circuitry), 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(예: 압력 센서)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 장치(150)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102)) (예: 스피커 또는 헤드폰))를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)이 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 연결 단자(178)은, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전력 관리 모듈(388)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108))간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi direct 또는 IrDA(infrared data association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(199)(예: 셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(예: 단일 칩)으로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제1 네트워크(198) 또는 제2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 안테나 모듈은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 하나의 안테나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제1 네트워크(198) 또는 제2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시 예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC)이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))를 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 전자 장치(102, 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부 전자 장치들(102, 104, or 108) 중 하나 이상의 외부 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
도 2는, 다양한 실시 예들에 따른, 전력 관리 모듈(188) 및 배터리(189)에 대한 블럭도(200)이다.
도 2를 참조하면, 전력 관리 모듈(188)은 충전 회로(210), 전력 조정기(220), 또는 전력 게이지(230)를 포함할 수 있다. 충전 회로(210)는 전자 장치(101)에 대한 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 이용하여 배터리(189)를 충전할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 충전 회로(210)는 외부 전원의 종류(예: 전원 어댑터, USB 또는 무선충전), 상기 외부 전원으로부터 공급 가능한 전력의 크기(예: 약 20와트 이상), 또는 배터리(189)의 속성 중 적어도 일부에 기반하여 충전 방식(예: 일반 충전 또는 급속 충전)을 선택하고, 상기 선택된 충전 방식을 이용하여 배터리(189)를 충전할 수 있다. 외부 전원은 전자 장치(101)와, 예를 들면, 연결 단자(178)을 통해 유선 연결되거나, 또는 안테나 모듈(197)를 통해 무선으로 연결될 수 있다.
전력 조정기(220)는, 예를 들면, 외부 전원 또는 배터리(189)로부터 공급되는 전력의 전압 레벨 또는 전류 레벨을 조정함으로써 다른 전압 또는 다른 전류 레벨을 갖는 복수의 전력들을 생성할 수 있다. 전력 조정기(220)는 상기 외부 전원 또는 배터리(189)의 전력을 전자 장치(101)에 포함된 구성 요소들 중 일부 구성 요소들 각각의 구성 요소에게 적합한 전압 또는 전류 레벨로 조정할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전력 조정기(220)는 LDO(low drop out) regulator 또는 switching regulator의 형태로 구현될 수 있다. 전력 게이지(230)는 배터리(189)에 대한 사용 상태 정보(예: 배터리(189)의 용량, 충방전 횟수, 전압, 또는 온도)를 측정할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, 충전 회로(210), 전압 조정기(220), 또는 전력 게이지(230)를 이용하여, 상기 측정된 사용 상태 정보에 적어도 일부 기반하여 배터리(189)의 충전과 관련된 충전 상태 정보(예: 수명, 과전압, 저전압, 과전류, 과충전, 과방전(over discharge), 과열, 단락, 또는 팽창(swelling))를 결정할 수 있다. 전력 관리 모듈(188)은 상기 결정된 충전 상태 정보에 적어도 일부 기반하여 배터리(189)의 정상 또는 이상 여부를 판단할 수 있다. 배터리(189)의 상태가 이상으로 판단되는 경우, 전력 관리 모듈(188)은 배터리(189)에 대한 충전을 조정(예: 충전 전류 또는 전압 감소, 또는 충전 중지)할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)의 기능들 중 적어도 일부 기능은 외부 제어 장치(예: 프로세서(120))에 의해서 수행될 수 있다.
배터리(189)는, 일 실시 예에 따르면, 배터리 보호 회로(protection circuit module(PCM))(240)를 포함할 수 있다. 배터리 보호 회로(240)는 배터리(189)의 성능 저하 또는 소손을 방지하기 위한 다양한 기능(예: 사전 차단 기능)들 중 하나 이상을 수행할 수 있다. 배터리 보호 회로(240)은, 추가적으로 또는 대체적으로, 셀 밸런싱, 배터리의 용량 측정, 충방전 횟수 측정, 온도 측정, 또는 전압 측정을 포함하는 다양한 기능들을 수행할 수 있는 배터리 관리 시스템(battery management system(BMS))의 적어도 일부로서 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배터리(189)의 상기 사용 상태 정보 또는 상기 충전 상태 정보의 적어도 일부는 센서 모듈(276) 중 해당하는 센서(예: 온도 센서), 전원 게이지(230), 또는 전력 관리 모듈(188)을 이용하여 측정될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 센서 모듈(176) 중 상기 해당하는 센서(예: 온도 센서)는 배터리 보호 회로(140)의 일부로 포함되거나, 또는 이와는 별도의 장치로서 배터리(189)의 인근에 배치될 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치 (예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시 예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시 예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시 예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나","A 또는 B 중 적어도 하나,""A, B 또는 C," "A, B 및 C 중 적어도 하나,"및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제1", "제2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시 예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시 예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일 실시 예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시 예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어??)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 배터리를 포함하는 전자 장치의 전개 사시도이다.
도 3을 참조하면, 전자 장치(300)는 측면 베젤 구조(310), 제1 지지부재(311)(예: 브라켓), 전면 플레이트(320), 디스플레이(330), 인쇄 회로 기판(340), 배터리(350), 제2 지지부재(360), 안테나(370), 및 후면 플레이트(380)를 포함할 수 있다. 어떤 실시 예에서는, 전자 장치(300)는 구성요소들 중 적어도 하나(예: 제1 지지부재(311), 또는 제2 지지부재(360))를 생략하거나 다른 구성요소를 추가적으로 포함할 수 있다.
제1 지지부재(311)는, 전자 장치(300) 내부에 배치되어 측면 베젤 구조(310)와 연결될 수 있거나, 측면 베젤 구조(310)와 일체로 형성될 수 있다. 제1 지지부재(311)는, 예를 들어, 금속 재질 및/또는 비금속(예: 폴리머) 재질로 형성될 수 있다. 제1 지지부재(311)는 일면에 디스플레이(330)가 결합되고 타면에 인쇄 회로 기판(340)이 결합될 수 있다. 인쇄 회로 기판(340)에는, 프로세서, 메모리, 및/또는 인터페이스가 장착될 수 있다. 프로세서는, 예를 들어, 중앙처리장치, 어플리케이션 프로세서, 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
메모리는, 예를 들어, 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
인터페이스는, 예를 들어, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다. 인터페이스는, 예를 들어, 전자 장치(300)를 외부 전자 장치와 전기적 또는 물리적으로 연결시킬 수 있으며, USB 커넥터, SD 카드/MMC 커넥터, 또는 오디오 커넥터를 포함할 수 있다.
배터리(350)는 전자 장치(300)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급하기 위한 장치로서, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 또는 재충전 가능한 2차 전지, 또는 연료 전지를 포함할 수 있다. 배터리(350)의 적어도 일부는, 예를 들어, 인쇄 회로 기판(340)과 실질적으로 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 배터리(350)는 전자 장치(300) 내부에 일체로 배치될 수 있고, 전자 장치(300)와 탈부착 가능하게 배치될 수도 있다. 일 실시 예에서, 배터리(350)는 배터리 셀 및 열전 소자가 배치된 보호 회로 모듈을 포함할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
안테나(370)는, 후면 플레이트(380)와 배터리(350) 사이에 배치될 수 있다. 안테나(370)는, 예를 들어, NFC(near field communication) 안테나, 무선 충전 안테나, 및/또는 MST(magnetic secure transmission) 안테나를 포함할 수 있다. 안테나(370)는, 예를 들어, 외부 장치와 근거리 통신을 하거나, 충전에 필요한 전력을 무선으로 송수신 할 수 있다. 다른 실시 예에서는, 측면 베젤 구조(310) 및/또는 제1 지지부재(311)의 일부 또는 그 조합에 의하여 안테나 구조가 형성될 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 전자 장치의 블록도를 도시한다.
도 4를 참조하면, 전자 장치(300)는 배터리(350) 및 컴포넌트(420)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 배터리(350)는 전자 장치의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급하기 위한 장치로서, 예를 들면, 재충전 가능한 2차 전지를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 배터리(350)는 배터리 셀(400) 및 보호 회로 모듈(410)을 포함할 수 있다. 보호 회로 모듈(410)은 보호 회로로 참조될 수 있다.
일 실시 예에서, 배터리 셀(400)은 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 양극 탭(402)은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있고, 음극 탭(404)은 니켈(Ni) 또는 니켈 합금으로 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)은 배터리(350)의 충전 및 방전 시 발열이 가장 큰 영역에 해당할 수 있다. 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)에서 측정된 온도는 배터리 셀(400) 내부의 온도와 실질적으로 동일할 수 있다.
일 실시 예에서, 보호 회로 모듈(410)은 열전 소자(412), 알림 회로(414) 및 충전 회로(416)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 열전 소자(412)는 일면을 통해 배터리 셀(400)과 연결되고, 타면을 통해 컴포넌트(420)와 연결될 수 있다. 일 실시 예에서, 열전 소자(412)의 일면은 배터리 셀(400)과 연결되어 고온을 감지할 수 있는 고온 대면부(heat source)에 해당할 수 있다. 일 실시 예에서, 열전 소자(412)의 타면은 컴포넌트(420)와 연결되어 저온을 감지할 수 있는 저온 대면부(heat sink)에 해당할 수 있다. 일 실시 예에서, 열전 소자(412)는 열전 소자(412)의 일면 및 타면에서 감지한 온도 차에 기반하여 기전력을 획득할 수 있다. 일 실시 예에서, 열전 소자(412)의 일면 및 타면의 온도 차가 임계 값보다 큰 경우에, 보호 회로 모듈(410)은 배터리(350)의 충전을 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 알림 회로(414)는 열전 소자(412)에서 획득한 기전력을 통해 외부로 알림을 출력할 수 있다. 예를 들어, 열전 소자(412)의 일면 및 타면의 온도 차가 임계 값보다 큰 경우에, 알림 회로(414)는 열전 소자(412)에서 획득한 기전력을 통해 전자 장치(300)의 사용자에게 경고 알림을 출력할 수 있다. 일 실시 예에서, 알림 회로(414)를 통해 출력되는 알림은 진동 알림, LED 알림 및 음성 알림 중 적어도 하나의 형태에 해당할 수 있다.
일 실시 예에서, 충전 회로(416)는 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 이용하여 배터리(350)의 충전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 외부 전원으로부터 전력이 공급되더라도, 열전 소자(412)의 일면 및 타면의 온도 차가 임계 값보다 큰 경우에 충전 회로(416)는 배터리(350)의 충전을 차단할 수 있다.
일 실시 예에서, 컴포넌트(420)는 전자 장치(300) 내에 배치되어 배터리(350)의 외부 온도를 확산 또는 전달할 수 있다. 일 실시 예에서, 컴포넌트(420)는 히트 파이프(heat pipe) 또는 열 확산 시트 중 적어도 하나에 해당할 수 있다. 일 실시 예에서, 히트 파이프는 비열이 낮은 구리(Cu)로 외부가 형성되고, 내부에 비열이 높은 물(H2O)을 포함할 수 있다. 전자 장치(300) 내 발열로 인해 히트 파이프의 외부 온도가 증가하는 경우에, 히트 파이프 내부의 물은 수증기로 변할 수 있다. 히트 파이프 내부의 물이 액체 상태에서 기체 상태로 변함에 따라, 히트 파이프는 주변의 열을 흡수할 수 있다. 일 실시 예에서, 열 확산 시트는 전자 장치(300) 내 열원으로부터 발생한 열을 흡수하여 외부로 방출할 수 있다. 일 실시 예에서, 히트 파이프 또는 열 확산 시트 중 적어도 하나로 구성된 컴포넌트(420) 및 주변 영역은 배터리(350)의 내부 온도보다 저온으로 유지될 수 있다.
도 5는 도 4의 전자 장치에 포함된 배터리 및 컴포넌트에 관한 구조를 개략적으로 도시한다. 도 5의 설명과 관련하여 전술한 내용과 대응되거나 동일 또는 유사한 내용은 생략될 수 있다.
도 5를 참조하면, 배터리(예: 도 3의 배터리(350))는 배터리 셀(400) 및 보호 회로 모듈(410)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 보호 회로 모듈(410)은 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)이 부착될 수 있는 제1 영역(500) 및 열전 소자(예: 도 4의 열전 소자(412))가 배치될 수 있는 제2 영역(502) 을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 영역(500)은 제2 영역(502)과 인접하여 배치될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 제1 영역(500)은 제2 영역(502)과 중첩되도록 배치될 수도 있다.
일 실시 예에서, 배터리 셀(400)의 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)은 보호 회로 모듈(410)의 제1 영역(500)에 용접되어 각각 접합될 수 있다. 일 실시 예에서, 보호 회로 모듈(410)의 제1 영역(500)은 열 전도성 금속 소재로 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)에서 열이 발생함에 따라, 보호 회로 모듈(410)의 제1 영역(500)에 열이 전달될 수 있다. 예를 들어, 배터리 내 이상 현상으로 배터리 내부 온도가 급격하게 상승하는 경우에 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)에서 열이 발생할 수 있다. 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)에서 발생한 열은 보호 회로 모듈(410)의 제1 영역(500) 중 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)이 접합된 일면뿐만 아니라 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)이 접합되지 않은 타면에도 전달될 수 있다.
일 실시 예에서, 보호 회로 모듈(410)의 일면 중 제1 영역(500)에 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)이 부착되는 경우, 열전 소자(412)는 보호 회로 모듈(410)의 타면 중 제2 영역(502)에 배치될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 보호 회로 모듈(410)의 일면 중 제1 영역(500)에 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)이 부착되는 경우, 열전 소자(412)는 보호 회로 모듈(410)의 일면 중 제2 영역(502)에 배치될 수도 있다.
일 실시 예에서, 열전 소자(412)는 보호 회로 모듈(410)에 부착되는 제1 면 및 상기 제1 면과 반대 방향을 향하는 제2 면을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 배터리(350)의 외부 온도를 확산 또는 전달하기 위한 컴포넌트(420)의 적어도 일부 영역은 열전 소자(412)의 제2 면과 접촉될 수 있다. 예를 들어, 보호 회로 모듈(410)에 포함된 복수 개의 제2 영역(502) 중 음극 탭(404)이 부착된 제1 영역 및 충전 회로(416) 사이에 배치된 제2 영역(502)에 열전 소자(412)가 배치되는 경우, 컴포넌트(420)는 상기 열전 소자(412)의 제2 면과 접촉될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 보호 회로 모듈(410)에 포함된 복수 개의 제2 영역(502) 각각에 열전 소자(412)가 배치되는 경우, 컴포넌트(420)는 상기 복수 개의 열전 소자(412)의 제2 면과 접촉될 수 있도록 -y 방향으로 연장될 수 있다.
일 실시 예에서, 보호 회로 모듈(410)의 제1 영역(500) 및 제2 영역(502)을 제외한 영역에 알림 회로(414) 및 충전 회로(416)가 배치될 수 있다. 제1 영역(500), 제2 영역(502), 알림 회로(414) 및 충전 회로(416)의 배치는 도 5에서 도시된 보호 회로 모듈(410)의 배치에 한정되지 아니하고, 설계에 따라 적절하게 변형될 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 배터리 및 컴포넌트의 일부 영역을 확대하여 나타낸 도면을 도시한다. 도 6의 설명과 관련하여 전술한 내용과 대응되거나 동일 또는 유사한 내용은 생략될 수 있다.
도 6을 참조하면, 열전 소자(412)는 제1 면(604) 및 제2 면(612)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 열전 소자(412)의 제1 면(604)은 보호 회로 모듈(410)과 접촉되고, 제2 면(612)은 컴포넌트(420)와 접촉될 수 있다. 일 실시 예에서, 열전 소자(412)의 제1 면(604) 및 제2 면(612)은 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 열전 소자(412)의 제1 면(604)은 배터리 셀의 양극 탭(예: 도 4의 양극 탭(402)) 및 음극 탭(예: 도 4의 음극 탭(404))이 부착되는 제1 영역(500)과 간접적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 열전 소자(412)의 제1 면(604) 및 보호 회로 모듈(410)의 제1 영역(500)은 열 전도성 금속(예: 와이어링)을 통해 연결될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 열전 소자(412)의 제1 면(604)은 배터리 셀(400)의 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)과 직접적으로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 열전 소자(412)의 제1 면의 적어도 일부는 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)과 중첩되도록 배치되어 직접적으로 연결될 수 있다. 일 실시 예에서, 열전 소자(412)의 제1 면(604)은 별도의 서미스터가 배치됨에 따라 양극 탭(402) 또는 음극 탭(404)에서 방출되는 열을 통해 전달되는 배터리 셀(400) 내부의 온도를 검출할 수도 있다.
일 실시 예에서, 열전 소자(412)의 제2 면(612)은 컴포넌트(420)의 적어도 일부 영역과 직접적으로 연결될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 열전 소자(412)의 제2 면(612)은 컴포넌트(420)와 연결된 도선을 통해 컴포넌트(420)와 간접적으로 연결될 수도 있다. 일 실시 예에서, 열전 소자(412)의 제2 면(612)은 배터리(예: 도 4의 배터리(350)) 외부의 온도를 검출할 수 있다. 예를 들어, 히트 파이프 또는 열 확산 시트 중 적어도 하나로 구성된 컴포넌트(420)는 배터리(350) 내부보다 낮은 온도로 유지되고, 열전 소자(412)의 제2 면(612)은 별도의 서미스터가 배치됨에 따라 컴포넌트(420)를 통해 전달되는 배터리(350) 외부의 온도를 검출할 수도 있다.
일 실시 예에서, 열전 소자(412)의 제1 면(604)에서 배터리 셀(400) 의 내부 및 제2 면(612)에서 배터리(350) 외부 간의 온도 차가 발생함에 따라 제1 전극(606) 및 제2 전극(610) 간에 온도 차가 발생할 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 전극(606) 및 제2 전극(610) 간의 온도 차에 의해서, N형 반도체 및 P형 반도체를 포함하는 반도체(608)에서 기전력이 발생할 수 있다.
일 실시 예에서, 반도체(608)의 N형 반도체 및 P형 반도체는 격자 패턴으로 배열될 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 전극(606) 및 제2 전극(610)은 작은 단위로 분할된 복수 개의 전극으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(606)의 일부 유닛은 제1 N형 반도체의 상부면에 접하도록 배치될 수 있고, 제2 전극(610)의 일부 유닛은 제1 N형 반도체 및 상기 제1 N형 반도체에 인접하게 배치되는 제1 P형 반도체의 하부면에 접하도록 배치될 수 있다. 일 실시 예에서, 분할된 제1 전극(606) 및 제2 전극(610)을 통해 반도체(608)에서 기전력이 발생하는 경우에, 열전 소자(412)는 분할되지 않은 제1 전극 및 제2 전극을 통해 기전력이 발생하는 경우보다 높은 전압을 출력할 수 있다.
일 실시 예에서, 열전 소자(412)의 제1 면(604) 및 제1 전극(606) 사이 및 열전 소자(412)의 제2 면(612) 및 제2 전극(610) 사이에 전기 절연성 부재(미도시)가 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 전자 장치(예: 도 4의 전자 장치(300))는 배터리 셀(예: 도 4의 배터리 셀(400)) 및 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 보호 회로(예: 도 4의 보호 회로 모듈(410))를 포함하는 배터리(예: 도 4의 배터리(350)), 상기 전자 장치 내에 배치되어 상기 배터리의 외부 온도가 전달되는 컴포넌트(예: 도 4의 컴포넌트(420)) 및 상기 배터리 셀과 연결되는 제1 면(예: 도 6의 제1 면(604)) 및 상기 컴포넌트와 연결되는 제2 면(예: 도 6의 제2 면(612))을 포함하고 상기 보호 회로에 배치되는 열전 소자(예: 도 4의 열전 소자(412))를 포함하고, 상기 보호 회로는 상기 열전 소자의 상기 제1 면 및 상기 제2 면을 통해 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차를 검출하고, 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차가 임계 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 충전을 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 보호 회로는 일정 시간에 대한 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차의 변화량이 제1 기울기 값에 해당하는 경우에, 상기 제1 기울기 값이 임계 기울기 값보다 작은 경우에 상기 배터리의 충전을 유지하고, 상기 제1 기울기 값이 상기 임계 기울기 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 충전을 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차에 대한 상기 임계 값은 10℃ 이상으로 설정될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 전자 장치는 상기 보호 회로에 배치되는 충전 회로(예: 도 4의 충전 회로(416))를 포함하고, 상기 보호 회로는 상기 배터리의 내부 및 외부 온도 차가 상기 임계 값보다 큰 경우에 상기 충전 회로로 하여금 충전을 차단하도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 열전 소자는 상기 제1 면 및 상기 제2 면 간에 온도 차가 발생하면 기전력을 획득할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 전자 장치는 상기 열전 소자와 전기적으로 연결되는 알림 회로(예: 도 4의 알림 회로(414))를 더 포함하고, 상기 알림 회로는 상기 열전 소자의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 간에 온도 차가 상기 임계 값보다 큰 경우에 상기 획득한 기전력을 통해 외부로 알림을 출력할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 알림은 진동 알림, LED 알림 및 음성 알림 중 적어도 하나의 형태일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 컴포넌트는 히트 파이프 또는 열 확산 시트 중 적어도 하나에 해당할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 보호 회로 모듈의 개략적인 회로도를 도시한다.
도 7을 참조하면, 보호 회로 모듈(410)은 열전 소자(412), 신호 분류기(702), 보호 IC(integrated circuit)(708), 알림 소자(712), 트렌지스터(704A, 704B, 704C) 및 모스펫(MOSFET)(706A, 706B, 706C)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 보호 IC(708)는 배터리 전압 감지 단자(VDD), 기준 전압 단자(VSS), 과방전 차단 단자(DO), 과충전 차단 단자(CO) 및 충전 및 방전 상태 감지 단자(VM)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 트렌지스터는 과방전을 차단하는 제1 트렌지스터(704A), 과충전을 차단하는 제2 트렌지스터(704B) 및 열전 소자(412)에서 온도 차에 따른 기전력이 발생하면 충전을 차단하는 제3 트렌지스터(704C)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 보호 IC(708)와 연결된 제1 트렌지스터(704A) 및 제2 트렌지스터(704B)는 과방전 차단 단자(DO) 및 과충전 차단 단자(CO)를 통해 인가되는 전압에 따라 과방전 및 과충전을 각각 감지할 수 있다. 제1 트렌지스터(704A)는 과방전을 감지함에 따라 제1 모스펫(706A)을 통해 방전을 차단하고, 제2 트렌지스터(704B)는 과충전을 감지함에 따라 제2 모스펫(706B)을 통해 충전을 차단할 수 있다. 일 실시 예에서, 열전 소자(412)와 연결된 제3 트렌지스터(704C)는 신호 분류기(702)를 통해 전달되는 기전력의 크기를 감지할 수 있다. 제3 트렌지스터(704C)는 기전력의 크기가 임계 값보다 큰 경우에 제3 모스펫(706C)을 통해 충전을 차단할 수 있다.
일 실시 예에서, 열전 소자(412)의 제1 면(예: 도 6의 제1 면(604)) 및 제2 면(예: 도 6의 제2 면(612)) 간의 온도 차이가 발생하면, 열전 소자(412)는 제1 전극(예: 도 6의 제1 전극(606))으로부터 인출된 도선(700A) 및 제2 전극(예: 도 6의 제2 전극(610))으로부터 인출된 도선(700B)을 통해 기전력을 획득할 수 있다. 일 실시 예에서, 신호 분류기(702)는 열전 소자(412)에서 획득한 기전력의 값을 검출하여, 미리 설정한 기전력의 값과 비교할 수 있다. 일 실시 예에서, 열전 소자(412)에서 획득한 기전력의 값이 미리 설정한 기전력의 값보다 큰 경우에, 신호 분류기(702)는 제3 트렌지스터(704C)로 하여금 충전을 차단하도록 제어할 수 있다. 일 실시 예에서, 신호 분류기(702)는 충전을 차단하도록 제어함과 동시에 알림 소자(712)로 하여금 외부로 알림을 출력하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 알림 소자(712)가 햅틱 모터에 해당하는 경우에, 신호 분류기(702)는 알림 소자(712)로 하여금 외부로 진동 알림을 출력하도록 제어할 수 있다. 다른 예를 들어, 알림 소자(712)가 LED 모듈에 해당하는 경우에, 신호 분류기(702)는 알림 소자(712)로 하여금 외부로 LED 알림을 출력하도록 제어할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 알림 소자(712)가 스피커에 해당하는 경우에, 신호 분류기(702)는 알림 소자(712)로 하여금 음성 알림을 출력하도록 제어할 수도 있다.
일 실시 예에서, 배터리 셀의 양극 탭(예: 도 4의 양극 탭(402)) 및 음극 탭(예: 도 4의 음극 탭(404))은 내부 연결 단자(714)에 해당하는 B+ 및 B-에 각각 연결될 수 있다. 일 실시 예에서, 충전 회로(예: 도 4의 충전 회로(416))는 외부 연결 단자(710)에 해당하는 P+ 및 P-에 연결될 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 보호 회로 모듈의 충전을 제어하는 흐름도를 도시한다. 도 8의 설명과 관련하여 전술한 내용과 대응되거나 동일 또는 유사한 내용은 생략될 수 있다.
도 8을 참조하면, 보호 회로 모듈(예: 도 4의 보호 회로 모듈(410))은 동작 801에서 열전 소자(예: 도 4의 열전 소자(412))의 제1 면(예: 도 6의 제1 면(604)) 및 제2 면(예: 도 6의 제2 면(612))을 통해 배터리 내부 및 외부의 온도 차를 검출할 수 있다. 일 실시 예에서, 열전 소자(412)의 제1 면(604)은 배터리 셀(예: 도 4의 배터리 셀(400))의 양극 탭(예: 도 4의 양극 탭(402)) 및 음극 탭(예: 도 4의 음극 탭(404))과 직접적으로 또는 간접적으로 연결됨에 따라 배터리 내부 온도가 전달될 수 있다. 예를 들어, 열전 소자(412)의 제1 면이 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)에 직접적으로 연결되는 경우에, 보호 회로 모듈(410)은 열 전도에 의한 지연을 최소화하여 배터리 내부 온도가 전달될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 열전 소자(412)의 제1 면이 양극 탭(402) 및 음극 탭(404)에 금속 와이어링과 같은 금속 부재를 통해 간접적으로 연결되는 경우에, 보호 회로 모듈(410)은 열 전도에 의한 지연을 최소화하여 배터리 내부 온도가 전달될 수 있다. 일 실시 예에서, 열전 소자(412)의 제2 면(612)은 전자 장치(예: 도 4의 전자 장치(300)) 내 온도를 낮춰서 유지할 수 있는 컴포넌트(예: 도 4의 컴포넌트(420))에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되어 배터리 외부 온도가 전달될 수 있다.
일 실시 예에서, 보호 회로 모듈(410)은 동작 803에서 배터리 내부 및 배터리 외부의 온도 차가 임계 값보다 큰 값에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 배터리 내부 및 배터리 외부의 온도 차에 대한 임계 값이 10℃로 설정된 경우, 보호 회로 모듈(410)은 배터리 내부 및 배터리 외부의 온도 차가 10℃보다 큰 값에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다. 일 실시 예에서, 배터리 내부 및 배터리 외부의 온도 차에 대한 임계 값은 사전에 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 임계 값은 사용자의 설정, 장치 내 임의의 설정, 제조사 설정 등에 따라 사전에 설정될 수 있다.
일 실시 예에서, 보호 회로 모듈(410)은 배터리 내부 온도 및 배터리 외부 온도의 차이가 임계 값보다 큰 값에 해당하는 경우에 동작 805에서 배터리(예: 도 4의 배터리(350))의 충전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 보호 회로 모듈(410)은 열전 소자(412)의 제1 면(604) 및 제2 면(612)을 통해 배터리 내부 및 외부의 온도 차가 13℃임을 검출할 수 있다. 보호 회로 모듈(410)은 배터리 내부 및 배터리 외부의 온도 차가 임계 값(예: 10℃)보다 큰 값에 해당한다고 판단하고, 배터리(350)의 충전을 차단할 수 있다.
일 실시 예에서, 보호 회로 모듈(410)은 배터리 내부 및 배터리 외부의 온도 차가 임계 값보다 작은 값에 해당하는 경우에는 충전을 유지할 수 있다. 예를 들어, 보호 회로 모듈(410)은 열전 소자(412)의 제1 면(604) 및 제2 면(612)을 통해 배터리 내부 및 외부의 온도 차가 5℃임을 검출할 수 있다. 보호 회로 모듈(410)은 배터리 내부 및 배터리 외부의 온도 차가 임계 값(예: 10℃)보다 작은 값에 해당한다고 판단하고, 배터리(350)의 충전을 유지할 수 있다.
일 실시 예에서, 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101) 및 도 3의 전자 장치(300))의 동작 방법은 배터리 셀과 연결되는 열전 소자의 제1 면 및 상기 전자 장치 내에 배치되는 컴포넌트와 연결되는 열전 소자의 제2 면을 통해 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차를 검출하는 동작, 및 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차가 임계 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 충전을 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 전자 장치의 동작 방법은 일정 시간에 대한 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차의 변화량이 제1 기울기 값에 해당하는 경우에, 상기 제1 기울기 값이 임계 기울기 값보다 작은 경우에 상기 배터리의 충전을 유지하고, 상기 제1 기울기 값이 상기 임계 기울기 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 충전을 제어하는 동작을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차에 대한 상기 임계 값은 10℃ 이상으로 설정될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 전자 장치의 동작 방법은 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차가 상기 임계 값보다 큰 경우에, 충전 회로로 하여금 충전을 차단하도록 제어하는 동작을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 열전 소자는 상기 제1 면 및 상기 제2 면 간에 온도 차가 발생하면 기전력을 획득할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 전자 장치의 동작 방법은 상기 열전 소자의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 간에 온도 차가 상기 임계 값보다 큰 경우에, 상기 획득한 기전력을 통해 외부로 알림을 출력하는 동작을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 알림은 진동 알림, LED 알림 및 음성 알림 중 적어도 하나의 형태일 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 보호 회로 모듈의 충전 제어 시점을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 9를 참조하면, 배터리 내 이상 현상(예: 단락)으로 인해 배터리 내부 온도(900)는 급격하게 증가할 수 있다. 일 실시 예에서, 배터리 외부 온도(910)는 배터리 내부 온도(900)와 달리 완만하게 증가할 수 있다.
일 실시 예에서, 보호 회로 모듈(예: 도 4의 보호 회로 모듈(410))은 배터리 내부 온도(900) 및 배터리 외부 온도(910)의 차이가 임계 온도 차(940)에 도달하는 시점을 충전 제어 시점(950)으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 내부 온도(900) 및 배터리 외부 온도(910)의 차이에 대한 임계 온도 차(940)는 10℃로 설정될 수 있다. 임계 온도 차(940)가 10℃인 것은 일정 시간 동안에 배터리 내부 및 외부의 온도 차가 10℃에 도달하면 배터리 내 발화 현상이 발생할 수 있음을 의미할 수 있다. 일정 시간은 배터리 내부 및 외부의 온도 차의 검출 주기에 기반하여 설정된 시간 또는 검출 주기에 해당하는 시간의 배수를 의미할 수 있다. 배터리 내부 온도(900)가 40℃(920)에 도달하고 배터리 외부 온도(910)가 30℃(930)에 도달하면, 보호 회로 모듈(410)은 배터리 내부 온도(900) 및 배터리 외부 온도(910)의 차이가 임계 온도 차(940)에 도달하였음을 검출하고, 배터리(예: 도 4의 배터리(350))의 충전을 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 보호 회로 모듈(410)은 일정 시간에 대한 배터리 내부 온도(900) 및 외부 온도(910) 간의 온도 차의 변화량을 검출할 수도 있다. 예를 들어, 보호 회로 모듈(410)은 제1 시구간에 대한 배터리 내부 온도(900) 및 외부 온도(910) 간의 온도 차의 변화량을 제1 기울기 값으로 판단할 수 있다. 보호 회로 모듈(410)은 제1 기울기 값이 임계 기울기 값보다 작은 경우에, 제1 시구간에 대한 배터리(예: 도 4의 배터리(350))의 충전을 유지할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 보호 회로 모듈(410)은 제1 시구간과 구별되는 제2 시구간에 대한 배터리 내부 온도(900) 및 외부 온도(910) 간의 온도 차의 변화량을 제2 기울기 값으로 판단할 수 있다. 보호 회로 모듈(410)은 제2 기울기 값이 임계 기울기 값보다 큰 경우에, 제2 시구간에 대한 배터리(350)의 충전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 보호 회로 모듈(410)은 시간-온도 그래프에서 1분에 대한 배터리 내부 온도(900) 및 외부 온도(910) 간의 온도 차의 변화량이 10℃인 기울기 값을 임계 기울기 값으로 설정할 수 있다. 1분에 대한 배터리 내부 온도(900) 및 외부 온도(910) 간의 온도 차의 변화량이 15℃인 기울기 값에 해당하는 경우, 보호 회로 모듈(410)은 배터리(350)의 충전을 차단할 수 있다.
일 실시 예에서, 보호 회로 모듈(410)은 배터리 내부 온도(900)가 상승하더라도, 배터리 외부 온도(910)와의 차이가 임계 온도 차(940)에 도달하지 않는 경우에는 충전을 유지할 수 있다. 예를 들어, 배터리 내부 온도(900)가 60℃에 도달하고, 배터리 외부 온도(900)가 57℃에 도달하면, 보호 회로 모듈(410)은 외부 열원으로 인한 온도 상승으로 판단하여 충전을 유지할 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자 장치에 있어서,
    배터리 셀 및 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 보호 회로를 포함하는 배터리;
    상기 전자 장치 내에 배치되어 상기 배터리의 외부 온도가 전달되는 컴포넌트; 및
    상기 배터리 셀과 연결되는 제1 면 및 상기 컴포넌트와 연결되는 제2 면을 포함하고, 상기 보호 회로에 배치되는 열전 소자를 포함하고,
    상기 보호 회로는:
    상기 열전 소자의 상기 제1 면 및 상기 제2 면을 통해 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차를 검출하고,
    상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차가 임계 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 충전을 제어하는, 전자 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호 회로는,
    일정 시간에 대한 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차의 변화량이 제1 기울기 값에 해당하는 경우에, 상기 제1 기울기 값이 임계 기울기 값보다 작은 경우에 상기 배터리의 충전을 유지하고, 상기 제1 기울기 값이 상기 임계 기울기 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 충전을 제어하는, 전자 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차에 대한 상기 임계 값은 10℃ 이상으로 설정되는, 전자 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호 회로에 배치되는 충전 회로를 포함하고,
    상기 보호 회로는,
    상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차가 상기 임계 값보다 큰 경우에, 상기 충전 회로로 하여금 충전을 차단하도록 제어하는, 전자 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전 소자는 상기 제1 면 및 상기 제2 면 간에 온도 차가 발생하면 기전력을 획득하는 것을 특징으로 하는, 전자 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 열전 소자와 전기적으로 연결되는 알림 회로(alert circuit)를 더 포함하고,
    상기 알림 회로는 상기 열전 소자의 상기 제1면 및 상기 제2 면 간에 온도 차가 상기 임계 값보다 큰 경우에, 상기 획득한 기전력을 통해 외부로 알림을 출력하는 것을 특징으로 하는, 전자 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 알림은 진동 알림, LED 알림 및 음성 알림 중 적어도 하나의 형태인 것을 특징으로 하는, 전자 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 컴포넌트는 히트 파이프(heat pipe) 또는 열 확산 시트 중 적어도 하나에 해당하는 것을 특징으로 하는, 전자 장치.
  9. 전자 장치의 동작 방법에 있어서,
    배터리 셀과 연결되는 열전 소자의 제1 면 및 상기 전자 장치 내에 배치되는 컴포넌트와 연결되는 열전 소자의 제2 면을 통해 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차를 검출하는 동작; 및
    상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차가 임계 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 충전을 제어하는 동작을 포함하는 동작 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    일정 시간에 대한 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차의 변화량이 제1 기울기 값에 해당하는 경우에, 상기 제1 기울기 값이 임계 기울기 값보다 작은 경우에 상기 배터리의 충전을 유지하고, 상기 제1 기울기 값이 상기 임계 기울기 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 충전을 제어하는 동작을 더 포함하는 동작 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차에 대한 상기 임계 값은 10℃ 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 동작 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차가 상기 임계 값보다 큰 경우에, 충전 회로로 하여금 충전을 차단하도록 제어하는 동작을 더 포함하는 동작 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 열전 소자는 상기 제1 면 및 상기 제2 면 간에 온도 차가 발생하면 기전력을 획득하는 것을 특징으로 하는 동작 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 열전 소자의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 간에 온도 차가 상기 임계 값보다 큰 경우에, 상기 획득한 기전력을 통해 외부로 알림을 출력하는 동작을 더 포함하는 동작 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 알림은 진동 알림, LED 알림 및 음성 알림 중 적어도 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 동작 방법.
  16. 배터리 모듈에 있어서,
    적어도 하나의 배터리 셀 및 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 보호 회로를 포함하는 적어도 하나의 배터리;
    상기 배터리의 외부 온도가 전달되는 컴포넌트; 및
    상기 배터리 셀과 연결되는 제1 면 및 상기 컴포넌트와 연결되는 제2 면을 포함하고, 상기 보호 회로에 배치되는 열전 소자를 포함하고,
    상기 열전 소자는, 상기 제1 면 및 상기 제2 면을 통해 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차를 획득하고,
    상기 보호 회로는, 상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차가 임계 값보다 큰 경우에 상기 배터리의 충전을 제어하는, 배터리 모듈.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차에 대한 상기 임계 값은 10℃ 이상으로 설정되는, 배터리 모듈.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 보호 회로에 배치되는 충전 회로를 포함하고,
    상기 보호 회로는,
    상기 배터리의 내부 및 외부의 온도 차가 상기 임계 값보다 큰 경우에, 상기 충전 회로로 하여금 충전을 차단하도록 제어하는, 배터리 모듈.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 열전 소자는 상기 제1 면 및 상기 제2 면 간에 온도 차가 발생하면 기전력을 획득하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 열전 소자와 전기적으로 연결되는 알림 회로를 더 포함하고,
    상기 알림 회로는 상기 열전 소자의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 간에 온도 차가 상기 임계 값보다 큰 경우에, 상기 획득한 기전력을 통해 외부로 알림을 출력하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈.
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