KR20230051224A - 히터 내장형 배터리 팩 - Google Patents

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KR20230051224A
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데이비드 왕
팩 헹 라우
로렌 프란신 채넌
제임스 로버트 림
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구글 엘엘씨
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Abstract

본 출원은 가열 요소를 갖는 배터리에 관한 것이다. 배터리의 커넥터는 제1 단자, 제2 단자 및 히터 단자를 포함한다. 하나 이상의 충전식 배터리 셀이 커넥터의 제1 단자 및 제2 단자에 전기적으로 결합된다. 가열 요소는 배터리 셀의 서브세트와 접촉하며, 커넥터의 제1 단자 및 히터 단자에 전기적으로 결합되고 히터 전압이 히터 단자에 인가될 때 배터리를 따뜻하게 하기 위해 열을 발생시키는 저항성 히터 경로를 포함한다. 방수 재료가 가열 요소와 배터리 셀의 외부를 감싸서 주변의 물이 가열 요소와 배터리 셀에 접촉하는 것을 방지한다. 방수 소재는 적어도 커넥터의 제1 단자 및 제2 단자가 로직 보드에 전기적으로 결합될 수 있게 하는 개구를 포함한다.

Description

히터 내장형 배터리 팩
실외용 전자 기기(예컨대, 실외용 카메라)는, 이들 기기에 설치된 충전식 리튬 이온 배터리에 문제를 일으킬 수 있는 매우 낮은 온도에 노출될 수 있다. 이러한 저온에서는, 리튬 이온 배터리를 충전 및 방전하는 과정에서 전기화학 반응속도가 현저하게 감소될 수 있고, 이에 따라 배터리 임피던스가 증가될 수 있다. 예를 들어, 캐나다의 평균 기온은 겨울철인 1월과 2월에 -5℃ 내지 -15℃ 범위이며, 에너지 용량이 최대 500mAh인 리튬 이온 배터리의 임피던스는 이 온도 범위에서 실온에서의 리튬 이온 배터리의 임피던스와 비교하여 5배 증가할 수 있다. 리튬 이온 배터리의 임피던스가 증가하면 배터리의 방전 용량이 감소될 수 있고 배터리에 의해 구동되는 전자 기기의 작동 시간이 현저하게 줄어들 수 있다. 또한, 리튬 이온 배터리가 전자 기기가 작동하도록 전력을 공급하는 동안, 임피던스 증가로 인해 배터리 자체에 원치 않은 전압 강하가 일어날 수 있고, 기기가 브라운아웃(brownout)(즉, 전자 기기의 전원 공급 장치에서 의도치 않은 전압 강하가 일어나 전자 기기의 작동이 중단되는 현상)될 가능성이 증가될 수 있다. 따라서 저온 환경에서 사용하도록 설계된 많은 배터리 구동 전자 기기에서 기기의 작동 시간을 연장하고 기기 브라운아웃을 방지하는 메커니즘이 필요하다.
본 개시는 저온 환경에 노출되는 전자 기기(예컨대, 실외 카메라, 초인종 카메라)의 배터리를 따듯하게 하는 방법을 설명한다. 배터리는 2개의 단자에 전기적으로 결합된 하나 이상의 충전식 배터리 셀을 포함한다. 가열 요소는 배터리의 하나 이상의 충전식 배터리 셀과 물리적으로 통합되어 있고, 2개의 단자 중 하나를 배터리 셀과 공유한다. 가열 요소가 가열되면 배터리가 따듯해지고, 이에 따라 배터리는 저온에서 작동하지 않도록 보호될 수 있다. 배터리를 따듯하게 한 결과, 배터리의 임피던스와 방전 용량이 손상되지 않고, 배터리에 의해 전력 공급이 이루어지는 경우에 전자 기기의 기기의 작동 시간 또는 전력 공급이 바람직스럽지 않게 떨어지지 않는다. 또한, 일부 실시예에서, 배터리는 소형 폼 팩터를 유지하면서 수분 침투를 억제하는 패키징 특징을 내장하도록 수정된다.
일 태양에서, 일부 실시예는 커넥터, 하나 이상의 충전식 배터리 셀, 가열 요소 및 방수 재료를 구비하는 배터리를 포함한다. 커넥터는 제1 단자, 제2 단자 및 히터 단자를 포함한다. 하나 이상의 충전식 배터리 셀은 커넥터의 제1 단자 및 제2 단자에 전기적으로 결합된다. 가열 요소는 하나 이상의 충전식 배터리 셀의 적어도 일 서브세트와 접촉하는데, 예컨대 하나 이상의 충전식 배터리의 외부를 감싼다. 가열 요소는 커넥터의 제1 단자와 제2 단자 중 하나 및 히터 단자에 전기적으로 결합된 저항성 히터 경로를 포함한다. 가열 요소의 저항성 히터 경로는 히터 단자에 히터 전압이 인가될 때 배터리를 따뜻하게 하는 열을 발생시킨다. 방수 재료는 가열 요소와 하나 이상의 충전식 배터리 셀의 외부를 감싼다. 방수 재료는 주변의 물이 가열 요소와 배터리 셀에 접촉하는 것을 방지한다. 방수 재료는 적어도 커넥터의 제1 단자 및 제2 단자가 (예컨대, 배터리와 구별되고 배터리 외부에 있는) 로직 보드에 전기적으로 결합될 수 있게 하는 개구를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 히터 단자는 배터리의 작동 온도가 임계 온도보다 낮을 때 히터 단자에 히터 전압을 제공하는 온도 제어 회로의 출력에 전기적으로 결합된다. 온도 제어 회로는 배터리의 작동 온도에 따라 히터 전압을 동적으로 조정한다. 온도 제어 회로는 선택적으로 로직 보드에 배치되거나 방수 재료로 둘러싸인다.
일부 실시예에서, 배터리는 배터리의 작동 온도에 따라 변하도록 구성된 제1 저항을 갖는 부온도계수(NTC) 서미스터를 더 포함한다. 커넥터는 NTC 서미스터에 전기적으로 결합된 NTC 단자를 더 포함한다.
따라서 전자 시스템 및 기기는, 특히 전자 기기가 소형 폼 팩터를 가지고 그리고/또는 저온 환경에서 사용될 때, 가열 요소를 내장한 충전식 배터리를 구비한다.
설명하는 다양한 실시예를 더 잘 이해하기 위해 아래의 상세한 설명을 첨부 도면과 함께 참조해야 한다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 참조 번호는 대응하는 부분을 지칭한다.
도 1a는 일부 실시예에 따른 충전식 배터리를 포함하는 예시적인 전자 기기를 도시하며, 도 1b는 일부 실시예에 따른 전자 기기의 단면도이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 전자 기기의 배터리 충방전 시스템의 회로도이다.
도 3a는 가열 요소를 내장하고 있지 않은 예시적인 배터리를 도시하며, 도 3b는 일부 실시예에 따라 가열 요소를 내장하고 있는 예시적인 배터리를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 일부 실시예에 따른, 전자 장치의 배터리에 내장될 수 있는 3가지의 예시적인 가열 요소를 각각 도시한다.
도 5는 일부 실시예에 따른, 하나 이상의 배터리 셀을 외부의 로직 보드(예컨대, 메인보드)에 전기적으로 결합시키기 위한 배터리의 연결 조립체를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 일부 실시예에 따른 2가지의 예시적인 배터리 보호 시스템의 회로도이다.
도 7a 내지 도 7c는 일부 실시예에 따른, 하나 이상의 배터리 셀을 갖는 배터리를 조립하는 공정을 도시한다. 특히, 도 7a 및 도 7b는 방수 재료로 감싸지 않은 배터리를 도시하고 있으며, 도 7c는 방수 재료로 감싸인 배터리를 도시한다.
도 7d 및 도 7e는 각각 일부 실시예에 따른 방수 재료가 없는 배터리의 사시도 및 정면도이다.
도 7f 및 도 7g는 일부 실시예에 따른 방수 재료가 없는 배터리의 2가지 측면도이다.
여러 도면에서 유사한 참조 번호는 대응하는 부분을 지칭한다.
본 출원의 다양한 실시예에서, 가열 요소가 배터리에 내장되는데, 배터리는 하나 이상의 배터리 셀을 포함하며 하나 이상의 배터리 셀이 추가 기능 컴포넌트(예컨대 온도 센서, 보호 회로)와 함께 패키지화된 경우 배터리 팩을 지칭할 수 있다. 이러한 배터리를 구비하는 전자 기기가 저온 환경에서 사용될 때, 가열 요소가 열을 발생시켜서 배터리를 따뜻하게 한다. 가열 요소는 소형 패키지에 배터리와 함께 내장되어 있어 배터리 제조에 필요한 자재 목록(BOM, bill of material)이 줄어든다. 배터리는 내부 보호 회로 모듈(PCM), 배터리 본체의 외부에 있는 커넥터, PCM과 커넥터를 연결하는 와이어를 포함한다. 추가 연결 보드는 PCM을 지지하는 데 사용되고, 가열 요소의 서로 반대쪽에 있는 2개의 단부에 전기적으로 연결된다. 가열 요소의 서로 반대쪽에 있는 2개의 단부 중 한 단부는 연결 보드에 있는 배터리의 기존의 양극 또는 음극(예컨대, 기존 배터리 팩 시스템 접지)에 전기적으로 결합되고, 연결 보드에 있는 동일한 기존 연결 패드, 와이어 및 커넥터 단자를 배터리의 양극 또는 음극과 공유한다. 따라서 기존의 연결 보드, 커넥터 및 와이어를 배터리 셀과 가열 요소가 공유하므로 가열 요소를 위해 별도의 히터 보드, 와이어 또는 커넥터를 추가할 필요가 없다. 이러한 배터리를 구비하는 전자 기기는 배터리에 결합되는 외부 로직 보드 상의 공간을 더 절약할 수 있는데, 이는 로직 보드가 배터리 단자와 히터 단자에 별도로 결합되는 2개의 커넥터를 수용할 필요가 없기 때문이다.
일부 실시예에서, 배터리 공급 업체에 의해 배터리가 조립될 때 가열 요소가 배터리에 내장된다. 가열 요소는 열전달을 용이하게 하도록 배터리 셀을 직접 감싸는 발열 시트를 선택적으로 포함한다. 방수 재료(예컨대, 패키지 라벨이 부착된 랩)가 가열 요소와 배터리 셀의 외부를 추가로 감싸서 가열 요소를 배터리 셀에 밀착시켜 고정한다. 방수 재료를 적용하면 저온 환경에서 배터리 셀을 보호하는 열 장벽이 생겨서 시간이 지남에 따라 가열 요소가 배터리 팩의 표면으로부터 박리되거나 혹은 분리되지 않도록 보호한다.
가열 요소는 시스템 전원 레일에 의해 전원 공급을 받으며, 배터리가 전자 기기에 조립되고 커넥터가 외부 로직 보드에 전기적으로 결합되어 외부 로직 보드에 의해 구동되는 경우에만 작동할 수 있다. 배터리의 커넥터가 외부 로직 보드에 연결되지 않으면, 배터리의 양극과 음극 및 가열 요소의 양측 단부가 오픈되고 플로팅(floating)된다.
도 1a는 일부 실시예에 따른 충전식 배터리(102)를 포함하는 예시적인 전자 기기(100)를 도시하고, 도 1b는 일부 실시예에 따른, 도 1a에 도시된 전자 기기(100)의 단면(1B-1B)을 따라 취한 전자 기기(100)의 단면도(1B)이다. 전자 기기(100)는 기기 하우징(110)에 내에 카메라 모듈과 초인종 시스템을 내장하고 있는 초인종 카메라 기기이다. 초인종 카메라로서, 기기(100)는 추운 실외 환경에서 사용될 가능성이 높고 따라서 여기서 설명하는 히터 내장형 배터리를 사용하기에 이상적인 기기이다. 카메라 모듈은 이미지를 캡처하도록 구성된 렌즈 어셈블리(104)와 이미지 센서(132), 및 하나 이상의 무선 통신 네트워크를 통해 원격 서버와 데이터를 교환하도록 구성된 무선 트랜시버를 포함한다. 초인종 시스템은 버튼 어셈블리(106)의 버튼 상부(106')를 누르는 것에 응답하여 원격 차임 장치를 울리도록 구성된다.
일부 실시예에서, 기기 하우징(110)은 적어도 복수의 전자 컴포넌트, 렌즈 조립체(104) 및 버튼 조립체(106)를 장치 하우징(110) 내에 밀봉하는 전면 커버 플레이트(108)를 포함한다. 전면 커버 플레이트(108)는 전면 커버 플레이트(108) 상에 버튼 상부(106')를 노출하도록 구성되는 버튼 개구(114)를 포함한다. 버튼 상부(106')는 버튼 조립체(106)의 일부분이며, 버튼 조립체(106)에 대한 사용자 누름을 수신하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 전면 커버 플레이트(108)는 렌즈 조립체(104)를 노출하는 카메라 개구(112)를 더 포함한다. 렌즈 조립체(104)는 렌즈 조립체(104)를 보호하도록 구성된 커버 글래스를 포함한다. 전자 기기(100)는 실질적으로 불투명한 영역 뒤에 배치된 IR 조명들(118)의 어레이를 포함할 수 있다. IR 조명(118)은 전면 커버 플레이트(108) 아래에 은폐되어 있지만, 그럼에도 불구하고 IR 조명(118)에 의해 생성된 빛은 전면 커버 플레이트(108)를 투과하여 전자 기기(100)의 시야를 비출 수 있다.
일부 실시예에서, 전자 기기(100)는 적어도 부분적으로 렌즈 조립체(104) 내에 배치된 주변 광 센서(ALS) 조립체(도 1b에 도시되지 않음)를 더 포함한다. ALS 조립체는 렌즈 조립체(104)를 둘러싼 주변 환경으로부터 렌즈 조립체(104)로 들어오는 빛의 양을 측정하도록 구성된다. 전자 기기(100)는 마이크(120)와 스피커(122)를 더 포함할 수 있다. 마이크(120)는 음파가 마이크(120)에 도달할 수 있게 하는 마이크 구멍(124)을 갖는 전면 커버 플레이트(108) 뒤에 은폐된다. 멀리 있는 사용자는 전자 기기(100)의 카메라 모듈에 의해 캡처된 라이브 비디오 스트림을 검토하고, 마이크(120) 및 스피커(122)를 통해 방문자와 실시간으로 대화할 수 있다.
전자 기기(100)는 적어도, 기기 하우징(110) 내에 적층된 센서 보드(126), 메인 보드(128) 및 보조 보드(130)를 포함할 수 있다. 메인 보드(128)는 적어도 중앙 처리 장치(CPU) 및 (예컨대, 메모리 및 메모리 컨트롤러를 포함하는) 메모리 시스템을 포함한다. 이미지 센서 어레이(132)는 센서 보드(126)의 일 단부의 상부에 배치될 수 있다. 보조 보드(130)는 (그림 1b에는 도시되지 않은) 무선 트랜시버 회로, IR 조명 드라이버, LED 표시기 드라이버 및 오디오 신호 프로세서 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 충전식 배터리(102)는 메인 보드(128)에 장착되고, 커넥터를 통해 메인 보드(128)에 전기적으로 결합된다. 메인 보드(128)는 뒤집힌 상태에서 센서 보드(126)에 결합될 수 있다. 메인 보드(128)가 센서 보드(126)로부터 오프셋될 때, 충전식 배터리(102)가 센서 보드(126) 옆에 위치하여 기기 하우징(110) 내의 컴팩트한 공간을 활용할 수 있다. 일부 실시예에서, 센서 보드(126)는 충전식 배터리(102)를 충전하기 위해 제공되는 공급 전압을 포함하여 외부에서 제공되는 공급 전압을 조절하고, 메인 보드(128)는 외부 전원 공급 장치를 사용할 수 없을 때 센서 보드(126) 및 보조 보드(130)에 전력을 제공하도록 충전식 배터리(102)의 동작을 관리한다. 일부 상황에서, 전자 기기(100)는 외부 전원으로부터 분리되지 않고, 배터리(102)는 예를 들어 버튼 상부(106')가 눌러질 때 짧은 기간 동안 전자 기기(100)의 카메라 시스템을 구동하도록 구성된다. 대안적으로, 일부 상황에서, 배터리(102)는 배터리(102)가 외부 전원에 연결되고 외부 전원에 의해 충전되기 전의 장시간 동안 외부 전원으로부터 분리된 전자 기기(100)를 작동시키기 위한 전력을 공급하는데 사용된다.
도 1a를 참조하면, 전자 기기(100)는 일반적으로 건물 외부에 설치되어 실외 환경에 노출되는 초인종 카메라 기기이며 이에 따라 실외 온도의 변동에 노출된다. 일부 실시예에서, 충전식 배터리의 온도가 제1 임계 온도(예컨대, 45℃)보다 높다는 결정에 따라 충전식 배터리(102)는 충전되지 않도록 비활성화된다. 반대로, 일부 상황에서, 실외 온도가 제2 임계 온도, 예컨대 0℃ 아래로 떨어지고, 전자 기기(100)의 배터리(102)가 실외 온도의 강하에 의해 영향을 받을 수 있다. 일부 실시예에서, 가열 요소가 충전식 배터리(102)에 내장되고, 충전식 배터리의 온도가 제2 임계 온도(예컨대, 0℃)보다 낮다는 결정에 따라 가열 요소는 충전식 배터리(102)를 가열한다. 충전식 배터리의 온도가 제3 임계 온도보다 높다는 결정에 따라 가열 요소는 충전식 배터리(102)를 가열하지 않도록 비활성화된다. 제3 임계 온도는 선택적으로 제2 임계 온도와 동일하되 구별된다.
도 2는 일부 실시예에 따른 전자 기기(100)의 배터리 충방전 시스템(200)의 회로도이다. 전자 기기(100)는 배터리(102)를 포함한다. 선택적으로, 배터리(102)는 전자 기기(100)에 붙어 있거나 혹은 전자 기기(100) 내의 교체 가능한 모듈이다. 일부 실시예에서, 배터리(102)는 단일의 충전식 배터리 셀(202)을 포함한다. 일부 실시예에서, 배터리(102)는 서로 전기적으로 결합된 복수의 충전식 배터리 셀(202)을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 배터리(102)의 복수의 충전식 배터리 셀(202)은 n이 병렬로 연결된 배터리 셀(202)의 개수를 나타내는 정수인 1SnP 병렬 배터리 구성 형태(예컨대, 1S2P, 1S3P, 1S4P); m이 직렬로 연결된 배터리 셀(202)의 개수를 나타내는 정수인 mS1P 직렬 배터리 구성 형태; 또는 mSnP 혼합 배터리 구성 형태에 따라 결합될 수 있다. 이러한 애플리케이션에서, 배터리(102)는 하나 이상의 배터리 셀(202)을 추가 기능 컴포넌트(예컨대, 가열 요소(204), NTC 서미스터(216) 및 배터리 보호 시스템(224))와 함께 패키징하는 배터리 팩을 광범위하게 지칭한다.
일부 실시예에서, 배터리(102)는 CPU(들), 메모리, 데이터 입력 기기(들), 데이터 출력 기기(들), 렌즈 조립체, 방열판(들), 이미지 센서 어레이, 적외선 조명, 필터 등과 같은 전자 기기(100)의 여러 컴포넌트를 포함하는 내부 회로(226)에 전기적으로 결합된다. 내부 회로(226)는 메인 보드(128), 센서 보드(126) 및/또는 보조 보드(130)에 구현된다. 일부 실시예에서, 외부 전원(228)은 배터리(102) 및 내부 회로(226)에 결합된다. 외부 전원(228)은 전자 기기(100)의 배터리(102)를 충전하고 내부 회로(226)에 전력을 공급하는 데 사용된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 배터리 셀(202)은 전자 기기(100)가 외부 전원(228) 또는 임의의 다른 전원에 의해 충전되는 동안 그리고/또는 전자 기기(100)의 내부 회로(226)를 구동하도록 배터리(102)가 방전되는 동안 하나 이상의 배터리 셀(202)을 보호하도록 구성된 배터리 보호 시스템(224)에 전기적으로 결합된다. 일부 실시예에서, 배터리 보호 시스템(224)은 배터리(102)를 형성하는 복수의 충전식 배터리 셀(202) 중 적어도 하나의 충전식 배터리 셀이 분리되거나 충전에 실패할 때를 감지하는 데 사용된다. 일부 실시예에서, 배터리 보호 시스템(224)은 배터리(102)의 보호 회로 모듈 내에 설계된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 배터리 셀(202) 및 배터리 보호 시스템(224)은 전자 기기(100) 내에 포함된 배터리 팩의 단일 패키지/인클로저에 내장된다. 도시되지 않은 다른 실시예들에서, 배터리 보호 시스템(224)은 배터리(102)와 별개의 패키지/컴포넌트로서 패키징된다.
일부 실시예에서, 배터리(102)는 하나 이상의 배터리 셀(202) 외에 가열 요소(204) 및 방수 재료(206)를 포함한다. 가열 요소(204)는 하나 이상의 배터리 셀(202)의 적어도 일 서브세트와 접촉하게 배치되고, 예컨대 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202)의 외부를 감싸고 있다. 가열 요소(204)는 열을 발생시켜 하나 이상의 배터리 셀(202)을 따듯하게 하도록 구성된 저항성 히터 경로를 포함한다. 방수 재료(206)는 가열 요소(204) 및 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202)의 외부를 감싸고, 주변의 물이 가열 요소(204) 및 배터리 셀(202)에 접촉하는 것을 방지한다.
배터리(102)는 배터리(102)를 내부 회로(226) 및/또는 외부 전원(228), 예컨대 보다 구체적으로는 메인 보드(128)에 전기적으로 결합하도록 구성된 커넥터(예컨대, 도 3의 커넥터(306))를 더 포함한다. 커넥터는 제1 단자(210), 제2 단자(212) 및 히터 단자(214)를 포함한다. 제1 단자(210)와 제2 단자(212)는 하나 이상의 배터리 셀(202)의 2개의 반대 전극(즉, 양극 및 음극)에 결합되어, 하나 이상의 배터리 셀(202)이 제1 단자(210) 및 제2 단자(212)에 의해 충전 및 방전될 수 있게 한다. 제2 단자(212)는 선택적으로 접지 전원(220)에 결합된다. 가열 요소(204)의 저항성 히터 경로는 히터 단자(214)에 그리고 커넥터의 제1 단자(210) 및 제2 단자(212) 중 하나에 전기적으로 결합된다. 히터 단자(214)에 히터 전압이 인가되면, 가열 요소(204)의 저항성 히터 경로가 열을 발생시켜 배터리(102)를 따뜻하게 한다. 가열 요소(204)의 외부를 감싸는 방수 재료(206)는 적어도 커넥터의 제1 단자(210) 및 제2 단자(212)가 배터리(102)와 분리된 로직 보드, 예를 들어 메인 보드(128)에 전기적으로 결합될 수 있게 하는 개구를 갖는다.
제1 단자(210)와 제2 단자(212)는 하나 이상의 배터리 셀(202)의 하이 서플라이 노드(high supply node)(즉, 음극) 및 로우 서플라이 노드(즉, 양극)에 각각 전기적으로 결합된다. 일부 실시예에서, 저항성 히터 경로는 제1 단자(210)와 히터 단자(214) 사이에 전기적으로 결합된다. 배터리(102)의 작동 온도가 임계 온도보다 낮을 때, 히터 전압은 제1 단자(210)에 결합된 하이 서플라이 노드보다 낮고, 배터리(102)의 작동 온도와 정비례한다(즉, 작동 온도의 증가에 따라 증가함). 반대로, 일부 실시예에서, 저항 히터 경로는 히터 단자(214)와 제2 단자(212) 사이에 전기적으로 결합된다. 배터리(102)의 작동 온도가 임계 온도보다 낮을 때, 히터 전압은 제2 단자(212)에 결합된 로우 서플라이 노드보다 높고, 배터리의 작동 온도와 반비례한다(즉, 작동 온도의 증가에 따라 감소함). 또한, 일부 실시예에서, 배터리(102)의 로우 서플라이 노드는 접지될 수 있고, 제2 단자(212)는 로우 서플라이 노드와 접지될 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 배터리(102)는 배터리(102)의 작동 온도에 따라 변화하도록 구성된 제1 저항을 갖는 부온도계수(NTC) 서미스터(216)를 더 포함한다. 커넥터는 또한 NTC 서미스터(216)에 결합된 NTC 단자(218)를 더 포함한다. NTC 단자(218)의 출력은 배터리(102)의 작동 온도를 나타내며, NTC 단자(218)의 출력이 미리 정해진 가열 조건을 만족한다는 결정에 따라 히터 전압이 히터 단자(214)에 인가된다. 예를 들어, NTC 단자(218)의 출력은 배터리의 작동 온도가 임계 온도보다 낮은지 여부를 판단하는 데 사용된다. 히터 전압은 NTC 단자(218)의 출력에 따라 동적으로 조정될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, NTC 서미스터(216)는 저항기(222)와 직렬로 결합된다. 저항기(222) 및 NTC 서미스터(215)는 제1 단자(210) 및 제2 단자(212) 사이에서 전기적으로 바이어스된다. 저항기(222)는 실질적으로 일정하게 유지되거나 혹은 배터리(102)의 작동 온도에 따라 작은 허용 오차 내에서 변화하는 제2 저항을 갖는다. 저항기(222)는 선택적으로 배터리(102) 외부, 예를 들어 내부 회로(226) 또는 배터리(102) 내부에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 히터 단자(214)는 배터리(102)의 작동 온도가 임계 온도보다 낮을 때 히터 단자(214)에 히터 전압을 제공하는 온도 제어 회로(230)의 출력부에 전기적으로 결합된다. 온도 제어 회로(230)는 배터리(102)의 작동 온도에 따라 히터 전압을 동적으로 조정한다. 선택적으로, 온도 제어 회로(230)는 전자 기기(106)의 내부 회로(226)의 일부이고, 배터리(102)의 외부, 예를 들어 메인 보드(128)에 있다. 선택적으로, 온도 제어 회로(230)는 센서 보드(126), 메인 보드(128) 및 보조 보드(130) 중 어느 하나에 실장되지 않고 배터리(102)에 내장된다.
도 3a는 가열 요소(204)를 내장하고 있지 않은 예시적인 배터리(300)를 도시하며, 도 3b는 일부 실시예에 따른, 가열 요소(204)를 내장한 예시적인 배터리(350)를 도시한다. 배터리(300)는 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202), 내부 연결 보드(302), 배터리 인터커넥트 링크(304) 및 커넥터(306)를 포함한다. 배터리(300)는 음극(308) 및 양극(310)을 포함하는 2개의 양쪽 전극을 구비하며, 전류는 배터리 셀(202)의 분극화된 전기 장치로부터 음극(308)을 통해 배터리(300)의 양극(310)을 향해 흐를 수 있다. 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202)은 배터리 구성 형태(예컨대, 1SnP 병렬 배터리 구성, mSnP 혼합 배터리 구성)에 따라 음극(308)과 양극(310) 사이에 전기적으로 결합된다. 배터리(300)의 음극(308) 및 양극(310)은 내부 연결 기판(302)에 있는 2개의 서로 다른 배터리 패드(예컨대, 제1 배터리 패드 및 제2 배터리 패드)에 전기적으로 결합된다. 커넥터(306)는 배터리 인터커넥트 링크(304)를 통해 내부 연결 기판(302)에 연결된다. 즉, 커넥터(306)는 내부 연결 보드(302)의 제1 배터리 패드 및 제2 배터리 패드에 그리고 그런 다음 배터리(300)의 음극(308) 및 양극(310)에 각각 전기적으로 결합된 제1 단자(210) 및 제2 단자(212)를 포함한다.
외부 패키징 시트(320)는 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202), 음극(308) 및 양극(310), 내부 연결 보드(302) 및 배터리 인터커넥트 링크(304)의 배터리측 단부를 둘러싸도록 적용된다. 외부 패키징 시트(320)는 배터리 인터커넥트 링크(304)가 배터리 셀(202)로부터 연장되어 외부 로직 보드(예컨대, 메인 보드(128))에 도달할 수 있게 하는 개구를 구비한다. 일부 실시예에서, 외부 패키징 시트(320)는 주변의 물이 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202) 및 내부 연결 기판(302)에 접촉하는 것을 방지하는 방수 재료(206)를 포함한다. 도 3a 및 도 3b는 개념도이며 많은 실시예에서 외부 패키지 시트(320)가 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202)을 밀접하게 감싸는 것에 유의하자.
도 3b를 참조하면, 일부 실시예에서, 가열 요소(204)가 하나 이상의 충전 가능한 배터리 셀(202)의 외부를 감싸서 접촉한다. 가열 요소는 제1 경로 단부(322) 및 제2 경로 단부(324)를 갖는 저항성 히터 경로를 포함한다. 제1 경로 단부(322) 및 제2 경로 단부(324) 각각은 내부 연결 기판(302)에 도달하도록 배터리(202)의 양극 또는 음극에 근접하게 연장되는 가열 요소(204)의 기판의 각각의 부분에 의해 지지된다. 제1 경로 단부(322) 및 제2 경로 단부(324)는 내부 연결 기판(302)의 제1 히터 패드 및 제2 히터 패드에 각각 전기적으로 결합된다. 제1 히터 패드는 배터리 인터커넥트 링크(304)의 히터 인터커넥트를 통해 커넥터(306)의 히터 단자(214)에 전기적으로 결합된다. 제2 히터 패드는 제1 배터리 패드 또는 제2 배터리 패드에 전기적으로 결합되고, 따라서 배터리 인터커넥트 링크(304)를 통해 커넥터(306)의 제1 단자(210) 또는 제2 단자(212)에 결합된다. 히터 단자에 히터 전압이 인가되고 제1 단자와 제2 단자가 결합되어 전압이 공급되면, 저항성 히터 경로를 통해 전류가 흐르면서 가열 요소(204)의 저항성 히터 경로에 열이 발생되어 배터리(350)를 따듯하게 한다.
또한, 방수 재료(206)가 가열 요소(204), 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202), 음극(308) 및 양극(310), 내부 연결 보드(302) 및 배터리 인터커넥트 링크(304)의 배터리 단부를 둘러싸도록 적용된다. 방수 재료(206)는 배터리 인터커넥트 링크(304)가 배터리 셀(202)로부터 연장되어 외부 로직 보드(예컨대, 메인 보드(128))에 도달할 수 있게 하는 개구를 구비한다. 방수 재료(206)는 주변의 물이 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202) 및 내부 연결 보드(302)에 접촉하는 것을 방지한다.
일부 실시예에서, 가열 요소(204)를 배터리(350)에 내장하는 것은 별도의 연결 보드, 별도의 인터커넥트 링크 또는 별도의 커넥터를 필요로 하지 않는다. 오히려, 기존의 연결 보드(302), 인터커넥트 링크(304) 및 커넥터(306)가 가열 요소(204)를 지지하도록 개조된다. 구체적으로, 일부 실시예에서, 2개의 히터 패드가 연결 보드(302)에 추가되고, 히터 인터커넥트가 인터커넥트 링크(304)에 추가된다. 커넥터(306)는 히터 단자(214)를 단 1개만 더 포함하도록 개조된다. 가열 요소(204)는 하나 이상의 배터리 셀(202)과 인터커넥트 및 단자를 공유한다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 제1 히터 패드 및 제2 히터 패드 어느 것도 내부 연결 보드(302)의 제1 배터리 패드 및 제2 배터리 패드 중 하나에 전기적으로 결합되지 않고 또한 단락되지도 않는다. 커넥터(306)는 2개의 히터 단자를 포함하도록 개조된다. 제1 히터 패드 및 제2 히터 패드는 인터커넥트 링크(304)에 추가된 두 개의 별개의 히터 인터커넥트를 통해 커넥터(306)의 2개의 히터 단자에 전기적으로 결합된다. 이러한 방식으로, 가열 요소(204)는 별도의 커넥터 보드, 인터커넥트 링크 또는 커넥터를 필요로 하지 않으면서도 배터리 레벨의 배터리 셀 연결과 분리된 자체 연결을 갖는다.
도 4a 내지 도 4c는 각각 일부 실시예에 따른 전자 기기(100)의 배터리(102)에 내장될 수 있는 3개의 예시적인 가열 요소(204A 내지 204C)를 예시적으로 도시한다. 각각의 가열 요소(204)는 저항성 히터 경로(402)의 서로 다른 부분들을 지지하고 전기적으로 절연시키는 폴리머 기판을 구비한다. 폴리머 기판은 선택적으로 폴리이미드로 제조된다. 일부 실시예에서, 저항성 히터 경로(402)는 가열 요소(204)의 기판 전체에 고르게 분포되는 (예컨대, 구불구불한 모양을 갖는) 패턴을 따른다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 저항성 히터 경로(402)는 가열 요소(204)에 전체에 불균일하게 분포되는 패턴을 따르고, 배터리(102)의 온도 프로파일과 일치하는 밀도 프로파일을 갖는다. 예를 들어, 가열 요소(204)의 영역(404)은 전자 기기(100)의 기기 하우징(110)에 근접하고 저온에 노출될 가능성이 더 큰 배터리(102)의 부분과 접촉하게 배치될 것이다. 저항성 히터 경로(402)의 밀도는 가열 요소(204)의 영역(404)에서 국부적으로 증가된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202)이 배터리(102) 내에 조립될 때, 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202)은 전체적으로 3차원(3D) 형상을 형성하는데, 이 3D 형상은 실질적으로 평평하며 두께(t)가 길이(l) 또는 폭(W)보다 상당히 작다. 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202)의 3D 형상은 3D 형상의 길이(l)와 폭(W)에 의해 규정되는 서로 반대쪽에 있는 2개의 표면을 갖는다. 도 4a를 참조하면, 가열 요소(204A)는 2개의 반대쪽 표면 중 하나에 부합하는 영역(408)을 갖는다. 가열 요소(204A)는 2개의 반대쪽 표면 중 하나에 부착되거나 혹은 2개의 인접한 배터리 셀(202) 사이에 배치될 수 있다. 도 4b 및 도 4c를 참조하면, 가열 요소(204B 또는 204C)는 2개의 반대쪽 표면에 부합하는 2개의 영역(406, 408)을 포함하며, 가열 요소(204B 또는 204C)가 배터리(102)에 내장될 때 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202)의 두 반대쪽 측면을 통해 배터리(102)에 열을 제공하도록 구성된다. 2개의 영역(406, 408) 각각은 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202)의 반대쪽 표면들 각각의 크기와 선택적으로 동일하거나 혹은 작은 크기를 각각 갖는다.
저항성 히터 경로(402)는 제1 경로 단부(322) 및 제2 경로 단부(324)를 구비한다. 제1 경로 단부(322) 및 제2 경로 단부(324) 각각은 가열 요소(204)의 영역(408)의 제1 측면(412A)으로부터 내부 연결 기판(302)에 도달하도록 연장하는 가열 요소(204) 기판의 각각의 부분에 의해 지지된다. 가열 요소(204B 또는 204C)의 두 영역(406, 408)은 브리지 영역(410)을 통해 연결된다. 가열 요소(204B 또는 204C)가 브리지 영역(410)에서 접힘으로써, 영역(406 또는 408)이 하나 이상의 충전식 배터리 셀(202)의 반대쪽 측면을 감쌀 수 있다. 도 4b를 참조하면, 브리지 영역(410)은 선택적으로 영역(408)의 제1 측면(412A)의 반대쪽에 있는 영역(408)의 제2 측면(412B)으로부터 연장하고, 영역(406 또는 408)의 폭(W')보다 작거나 혹은 동일한 폭(WB)을 갖는다. 도 4c를 참조하면, 브리지 영역(410)은 선택적으로 영역(408)의 제 1 측면(412A)에 연결된 영역(408)의 제3 측면(412C)으로부터 연장하고, 영역(406 또는 408)의 길이(l')보다 작거나 혹은 동일한 폭(WB)을 갖는다. 브리지 영역(410)은 가열 요소(204B 또는 204C)에 의해 감싸질 하나 이상의 배터리 셀(202)의 두께(t)와 부합하는 길이(lB)를 갖는다. 또한, 저항성 히터 경로(402)는 영역(406 또는 408) 각각의 패턴(예컨대, 구불구불한 형상)을 따른다. 선택적으로, 각각의 패턴은 브리지 영역(410)에서는 사용되지 않는다. 영역(406 또는 408)의 저항성 히터 경로(402)는 브리지 영역(410) 위로 연장하고, 브리지 영역(410)에서 전기적으로 분리되지 않는다. 선택적으로, 저항성 히터 경로(402)는 브리지 영역(410)과 영역들(406, 408)에서 동일한 패턴을 따른다. 영역들(408, 410) 각각은 선택적으로 딱딱하거나 유연하며, 브리지 영역(410)은 유연하다.
도 5는 일부 실시예에 따른, 하나 이상의 배터리 셀(202)을 배터리(102)의 외부에 있는 로직 보드(예컨대, 메인 보드(128))에 전기적으로 결합시키기 위한 배터리(102)의 연결 조립체(500)를 도시한다. 연결 조립체(500)는 내부 연결 보드(302), 배터리 인터커넥트 링크(304) 및 커넥터(306)를 포함한다. 내부 연결 보드(302)는 배터리(102)의 하이 서플라이 노드(즉, 음극(308)) 및 로우 서플라이 노드(즉, 양극(310))를 구비하는 하나 이상의 배터리 셀(202)에 전기적으로 결합된다. 배터리 인터커넥트 링크(304)는 배터리(102)의 서플라이 노드들을 커넥터(306)에 추가로 결합시키기 위한 복수의 인터커넥트를 포함한다. 배터리 인터커넥트 링크(304)의 길이는 배터리(102)의 서플라이 노드들과 커넥터(306)를 수용하도록 구성된 로직 보드의 수용 커넥터 사이의 거리보다 크다. 커넥터(306)의 단자는 로직 보드에 조립된 수용 커넥터의 단자와 부합한다. 커넥터(306)가 로직 보드의 수용 커넥터에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합되면, 커넥터(306)는 배터리(102)의 전력을 로직 보드의 전자 컴포넌트에 공급하거나 혹은 로직 보드를 통해 외부 전원(228)을 이용하여 배터리(102)를 충전한다.
일부 실시예에서, 내부 연결 보드(302)는 제1 배터리 패드(502), 제2 배터리 패드(504), 제1 히터 패드(506) 및 제2 히터 패드(508)를 포함한다. 제1 및 제2 배터리 패드(502, 504)는 각각 배터리(102)의 음극 및 양극(308, 310)에 전기적으로 결합된다. 제1 및 제2 히터 패드(506, 508)는 각각 가열 요소(204)의 저항성 히터 경로(402)의 제1 및 제2 경로 단부(322, 324)에 전기적으로 결합된다. 제1 및 제2 배터리 패드(502, 504)와 제1 히터 패드(506)는 배터리 인터커넥트 링크(304)의 제1 배터리 인터커넥트(510), 제2 배터리 인터커넥트(512) 및 히터 인터커넥트(514)를 통해 커넥터(306)의 대응하는 단자에 각각 추가로 결합된다. 또한, 일부 실시예에서, 제2 히터 패드(508)는 내부 연결 기판(302)의 제2 배터리 패드(504)에 결합되거나 혹은 단락되고, 이에 따라 배터리 인터커넥트 링크(304)의 제2 배터리 인터커넥트(512)에도 또한 전기적으로 결합된다. 도 5에 도시되지 않은 일부 실시예에서, 제2 히터 패드(508)는 내부 연결 보드(302)의 제1 배터리 패드(502)에 결합되거나 혹은 단락되고, 이에 따라 배터리 인터커넥트 링크(304)의 제1 배터리 인터커넥트(510)에 전기적으로 결합된다.
일부 실시예에서, 배터리 인터커넥트 링크(304)는 NTC 인터커넥트(516)를 더 포함하고, 커넥터(306)는 NTC 인터커넥트(516)에 결합된 NTC 단자(218)를 더 포함한다. 도 2를 참조하면, 배터리(102)는 내부 연결 기판(302) 상에 또는 배터리(102)의 하나 이상의 배터리 셀(202) 중 하나에 근접하게 선택적으로 배치되는 NTC 서미스터(216)를 포함한다. NTC 서미스터(216)는 커넥터(306)의 NTC 단자(218)에 전기적으로 결합된다. NTC 서미스터(216)는 배터리(102)의 작동 온도에 따라 변하도록 구성된 제1 저항을 가지며, NTC 단자의 출력은 배터리(102)의 작동 온도를 나타낸다. 일례에서, NTC 서미스터(216)는 커넥터의 제1 단자(210)와 NTC 단자(218) 사이에 전기적으로 결합되고, 배터리(102)의 작동 온도를 결정하기 위해 제1 단자(210) 및 NTC 단자(218)에서 NTC 서미스터(216) 양단의 전압 바이어스가 모니터링된다. 또한, 일부 실시예에서, NTC 단자(218)의 출력이 사전에 정해진 가열 조건(예컨대, 배터리(102)의 작동 온도가 임계 온도보다 낮음)을 만족한다는 결정에 따라 히터 전압이 히터 단자(214)에 인가된다. 히터 전압은 NTC 단자(218)의 출력에 따라 동적으로 조정되어, 배터리(102)의 작동 온도를 임계 온도 이상으로 유지한다.
도 6a 및 6b는 일부 실시예에 따른 2가지 배터리 보호 시스템(224)의 회로도이다. 각각의 배터리 보호 시스템(224)은 배터리(102)가 비정상적으로 작동하는지(예컨대, 과충전, 저충전 또는 단락) 여부를 결정하고, 배터리(102)의 비정상적인 상태(예컨대, 과충전, 저충전 또는 단락 상태)가 감지되면 배터리(102)를 분리하도록 구성된다. 배터리 보호 시스템(224)은 내부 연결 보드(302)에 배치되고, 제1 배터리 패드(502), 제2 배터리 패드(504) 및 제2 히터 패드(508)에 전기적으로 결합된다. 배터리 보호 시스템(224)은 가열 요소(204)를 통해 제1 히터 패드(506)에 결합되어 있지만, 제1 히터 패드(506)와 독립적으로 작동한다. 반대로, 일부 실시예(도시되지 않음)에서, 배터리 보호 시스템(224)은 배터리(102) 외부의 로직 보드에 배치되고 커넥터(306)를 통해 배터리(102)에 전기적으로 결합된다. 일부 실시예에서, 배터리 보호 시스템(224)은 제2 배터리 패드(504)와 NTC 노드(602) 사이에 결합된 NTC 서미스터(216)를 포함하고, NTC 노드(602)는 배터리 인터커넥트 링크(304)의 NTC 인터커넥트(516) 및 커넥터(306)의 NTC 단자(218)에 전기적으로 결합되어 있다.
배터리 보호 시스템(224)은 제1 보호 집적회로(PIC)(604) 및 제1 스위치 컴포넌트(608)를 포함한다. 제1 PIC(604)는 제1 스위치 컴포넌트(608)에 결합된 전력 제어기이고, 제1 스위치 컴포넌트(608)를 통해 배터리(102)의 충방전을 제어하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 배터리 보호 시스템(224)은 제2 PIC(606) 및 제2 스위치 컴포넌트(610)를 더 포함한다. 제2 PIC(606)는 제2 스위치 컴포넌트(610)에 결합되고, 제2 스위치 컴포넌트(610)를 통해 배터리(102)의 충방전을 제어하도록 구성되는 또 다른 별개의 전력 제어기이다. 제1 및 제2 스위치 컴포넌트(608, 610)는 충방전 경로(612)를 따라 서로 그리고 배터리(102)와 직렬로 결합되어 있다. 스위치 컴포넌트들(608, 610) 각각은 배터리(102)의 충방전을 관리하기 위해 대응하는 PIC(604 또는 606)에 의해 제어될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제1 및 제2 스위치 컴포넌트(608, 610) 각각은 배터리(102)의 충방전을 개별적으로 제어하기 위해 충방전 경로(612) 상에 배치되는 충전 스위치 및 방전 스위치를 포함한다.
일부 실시예에서, 2개의 모니터 저항기(614A, 614B)가 서로 그리고 충방전 경로(612)를 따라 배터리(102) 및 스위치 컴포넌트(608, 610)와 직렬로 결합된다. 모니터 저항기(614)는 직류(DC) 충방전 경로(612) 상의 하나 이상의 배터리 셀(102)과도 또한 직렬로 결합된다. 제1 및 제2 PIC(604, 606) 각각은 모니터 저항(614A 또는 614B)에 결합되고, 모니터 저항(614A 또는 614B)의 전압 강하를 모니터링하고, 모니터 저항(614A 또는 614B)의 전압 강하에 기초하여 배터리(102)가 비정상적으로 작동하는지 여부를 각각 결정하도록 구성된다.
내부 연결 보드(302)는 제1 배터리 패드(502), 제2 배터리 패드(504), 제1 히터 패드(506) 및 제2 히터 패드(508)를 포함한다. 도 6a를 참조하면, 제2 히터 패드(508)는 배터리 보호 시스템(224)의 일부, 예컨대 모니터 저항기(614) 및 스위치 컴포넌트들(608, 610) 중 하나 이상을 통해 제2 배터리 패드(504)에 결합된다. 일부 상황에서, 배터리(102)의 작동 온도가 임계 온도 아래로 떨어지면, 배터리 보호 시스템(224)은 배터리의 비정상적인 상태를 검출하고 배터리(102)의 충방전을 비활성화한다. 배터리 보호 시스템(224)의 영향을 받지 않으면서 히터 전압 및 로우 서플라이 전압이 제1 히터 패드(506) 및 제2 히터 패드(508)를 통해 인가될 때, 가열 요소(204)는 계속 가열되어 외부 전원(228)에 의해 배터리(102)를 따듯하게 할 수 있다. 대안적으로, 도 6a에 도시되지 않은 일부 실시예에서, 제2 히터 패드(508)는 제1 배터리 패드(502)에 직접 단락된다. 배터리 보호 시스템(224)이 배터리의 비정상적인 상태를 검출하면, 배터리 보호 시스템은 배터리(102)의 충/방전을 모두 비활성화시킨다. 배터리 보호 시스템(224)의 영향을 받지 않으면서 제1 히터 패드(506) 및 제2 히터 패드(508)를 통해 하이 서플라이 전압 및 히터 전압이 인가될 때, 가열 요소(204)는 또한 가열되어 외부 전원(228)에 의해 배터리(102)를 따듯하게 할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 하이 사이드 배터리 보호를 갖는 일부 실시예에서, 제2 히터 패드(508)는 제2 배터리 패드(504)에 직접 전기적으로 단락된다. 선택적으로, 단일의 패드가 패드들(504, 508) 대신에 사용될 수 있고, 이에 의해 내부 연결 보드(302)의 풋프린트 크기를 줄일 수 있다. 배터리 보호 시스템(224)이 배터리의 비정상적인 상태를 검출하면, 배터리 보호 시스템은 배터리(102)의 충/방전을 모두 비활성화시킨다. 배터리 보호 시스템(224)의 영향을 받지 않으면서 제1 히터 패드(506) 및 제2 히터 패드(508)를 통해 하이 서플라이 전압 및 히터 전압이 인가될 때, 가열 요소(204)가 가열되어 외부 전원(228)에 의해 배터리(102)를 따듯하게 할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 일부 실시예에 따른, 하나 이상의 배터리 셀(202)을 갖는 배터리(102)를 조립하는 공정(700)을 예시한다. 특히, 도 7a 및 도 7b는 방수 재료(206)로 감싸이지 않은 배터리(102)를 도시하고, 도 7c는 방수 재료(206)로 감싸인 배터리(102)를 도시한다. 도 7d 및 도 7e는 일부 실시예에 따른 방수 재료(206)가 없는 배터리(102)의 사시도(720) 및 정면도(740)를 각각 도시한다. 도 7f 및 도 7g는 일부 실시예에 따른 방수 재료(206)가 없는 배터리(102)의 2가지 측면도(760, 780)이다.
배터리(102)는 1S2P 병렬 배터리 구성 형태로 배열된 2개의 배터리 셀(202)을 구비한다. 방수 재료(206)는 가열 요소(204) 및 2개의 배터리 셀(202)의 외부를 감싸고 있다. 내부 연결 보드(302) 및 내부 연결 보드(302)에 결합된 배터리 인터커넥트 링크(304)의 배터리 단부도 방수 재료(206)로 둘러싸여 있다. 배터리 인터커넥트 링크(304)의 나머지 부분은 배터리 인터커넥트 링크(304)의 개구로부터 연장하여 커넥터(306)에서 종단된다. 커넥터(306)는 로직 보드의 수용 커넥터에 부합하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 로직 보드는 배터리(102)의 작동 온도가 임계 온도보다 낮을 때 히터 단자(214)에 히터 전압을 인가하고, 배터리(102)의 작동 온도에 따라 히터 전압을 동적으로 조정하도록 구성되는 온도 제어 회로(230)를 포함한다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 온도 제어 회로(230)는 방수 재료(206)로 둘러싸인 내부 연결 기판(302)에 적어도 부분적으로 배치된다.
도 7a를 참조하면, 방수 재료(206)가 배터리(102)로부터 제거되어 배터리(102)를 감싸지 않으면, 2개의 배터리 셀(202A, 202B)이 노출된다. 2개의 배터리 셀(202A, 202B)은 각각 길이(l) 또는 폭(W)을 갖는 표면을 가지며, 적층되어 전체적으로 3차원(3D) 형상을 형성하는데, 이 3D 형상은 실질적으로 평평하며, 두께(t)가 길이(l) 또는 폭(W)보다 상당히 작다. 배터리(102)의 2개의 반대 전극(즉, 음극(308) 및 양극(310))이 형성되고, 배터리(102)의 제1 단부(702)에서 배터리 셀(202A, 202B)에 전기적으로 결합된다. 히터 요소(204)는 제1 경로 단부(322) 및 제2 경로 단부(324)를 포함하는 저항성 히터 경로(402)를 구비한다. 제1 경로 단부(322) 및 제2 경로 단부(324)는 또한 배터리(102)의 제1 단부(702)까지 연장한다. 내부 연결 보드(302)는 배터리의 제1 단부(702) 근처에 배치되고, 제1 경로 단부(322) 및 제2 경로 단부(324)와 배터리의 2개의 반대 전극을 수용하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 배터리 셀들(202A, 202B) 각각은 제1 단부(702)에서 부분적으로 함몰된다. 내부 연결 보드(302)는 제1 단부(702) 근처에 위치하며, 배터리 셀(202)의 2개의 반대 전극(308, 310) 및 가열 요소(204)의 제1 및 제2 경로 단부(322, 324)는 제1 단부(702)에서 내부 연결 보드(302)의 패드들(502 내지 508)에 전기적으로 결합되어 있다. 일부 상황에서, 보호 재료(710)가 배터리 셀들(202) 각각의 함몰부(702)에 도포되어 배터리 셀(202)의 전극(308, 310) 및 가열 요소(204)의 제1 및 제2 경로 단부(322 및 324)에 전기적 절연 및 기계적 보호를 제공한다. 선택적으로, 보호 재료(710)는 한 조각의 절연성 폼으로 만들어진다. 방수 재료(206)는 가열 요소(204) 및 배터리 셀(202)의 외부를 감싸고, 이에 의해 주변의 물이 가열 요소(204) 및 배터리 셀(202)에 접촉하는 것을 방지한다.
일부 실시예에서, 가열 요소(204)는 서로 부착된 2개의 배터리 셀(202A, 202B)의 외부를 감싸고 있다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 가열 요소(204)는 2개의 배터리 셀(202A, 202B) 중 단 하나의 외부를 감싸고 있다. 대응하는 저항성 히터 경로(402)의 경로 단부들(322, 324)은 배터리(102)의 제1 단부(702)까지 연장하고, 내부 연결 기판(302)의 제1 히터 패드(506) 및 제2 히터 패드(508)에 의해 수용된다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 가열 요소(204)는 제1 가열 요소(예컨대, 도 4b의 204B 또는 도 4c의 204C) 및 제2 가열 요소(예컨대, 도 4b의 204B 또는 도 4c의 204C)를 포함한다. 제1 가열 요소 및 제2 가열 요소는 각각 2개의 배터리 셀(202A, 202B)의 외부를 감싸고 있다. 선택적으로, 제1 가열 요소 및 제2 가열 요소의 저항성 히터 경로는 전기적으로 직렬로 결합되어 각각의 경로 단부(322, 324)에서 종단된다. 선택적으로, 제1 및 제2 가열 요소의 저항 히터 경로는 내부 연결 보드(302)의 제1 및 제2 히터 패드(506, 508)에 의해 수용되는 각각의 경로 단부(322, 324)에서 전기적으로 병렬로 결합된다.
도 7f를 참조하면, 일부 실시예에서, 가열 요소(204)는 배터리 셀 또는 배터리 셀들을 감싸지 않는다. 오히려, 가열 요소(204)(예컨대, 도 4a의 204A)는 길이(l) 및 폭(W)을 갖는 배터리(102)의 표면의 면적과 동일하거나 더 작은 면적을 갖는다. 가열 요소(204)는 방수 재료(206)와 배터리 셀(202A) 사이에, 2개의 배터리 셀(202A, 202B) 사이에, 또는 방수 재료(206)와 배터리 셀(202B) 사이에 배치될 수 있다. 도 7g를 참조하면, 가열 요소(204)는 복수의 가열 요소 시트(예컨대, 도 4a의 204A)를 포함하며, 가열 요소 시트들 각각은 길이(l) 및 폭(W)을 갖는 배터리(102)의 표면의 면적과 동일하거나 더 작은 각각의 면적을 갖는다. 각각의 가열 요소 시트는 내부 연결 기판(302)의 제1 히터 패드(506) 및 제2 히터 패드(508)에 전기적으로 결합되는 경로 단부들(322, 324)을 갖는 저항성 히터 경로를 구비한다.
도 7b를 참조하면, 일부 실시예에서, 제1 열확산 시트(704)는 배터리 셀(202A)과 배터리 셀(202A)에 바로 인접한 가열 요소(204) 사이에, 그리고/또는 배터리 셀(202B)과 배터리 셀(202B)에 바로 인접한 가열 요소(204) 사이에 배치된다. 제1 열확산 시트(704)는 가열 요소(204) 및 배터리 셀(202A 및/또는 202B)에 의해 생성된 열을 균등하게 분산시키도록 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예에서, 제2 열확산 시트(706)가 서로 바로 인접한 배터리 셀(202A) 및 배터리 셀(202B) 사이에 배치되고, 배터리 셀(202A) 및 배터리 셀(202B) 사이에서 열을 균등하게 분산시키도록 구성된다.
본 명세서에 기재된 다양한 실시예의 설명에서 사용한 용어는 특정 실시예를 설명하고자 하는 목적일 뿐이며, 제한하고자 하는 것이 아니다. 기재된 다양한 실시예의 설명 및 특허청구범위에서 사용한 바와 같이, 문맥에서 달리 명시하지 않는 한 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 복수 형태도 포함하는 의도이다. 또한, 본 명세서에서 사용한 "및/또는"이라는 용어는 관련하여 나열된 항목들 중 하나 이상의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포괄하는 것으로 이해될 것이다. 여기서 사용한 "포함한다(includes)", "포함하는(including)", "포함한다(comprising)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이라는 용어들은 언급된 특징, 정수, 단계, 연산, 요소 및/또는 컴포넌트의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 연산, 요소, 컴포넌트의 존재 또는 이들의 그룹을 배제하지 않는다는 것을 더 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어가 다양한 요소를 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소가 이러한 용어에 의해 제한되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다. 이러한 용어는 한 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다.
본 명세서에서 사용한 "만약"이라는 용어는 문맥에 따라 선택적으로 "때에(when)" 또는 "시에(upon)" 또는 "결정에 대한 응답으로" 또는 "검출에 대한 응답으로" 또는 "결정에 따라"라는 의미로 해석될 수 있다. 마찬가지로 "결정되면" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트]가 검출되면"은, 문맥에 따라, 선택적으로 "결정 시에" 또는 "결정에 대한 응답으로" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트]를 검출할 시에" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트]를 검출하는 것에 대한 응답으로" 또는 "[언급된 조건 또는 이벤트]가 검출되었다는 결정에 따라"를 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
위에서는 설명의 목적을 위해 특정 실시예를 참조하여 설명했다. 그러나 위의 예시적인 논의는 특허청구범위를 개시된 정확한 형태로 전부 설명하거나 혹은 그러한 형태로 제한하고자 하는 것이 아니다. 상술한 교시에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하다. 실시예는 작동 원리와 실제 적용예를 가장 잘 설명함으로써 통상의 기술자가 이를 잘 실시할 수 있게 하기 위하여 선택하여 설명했다.
여러 도면들이 다수의 논리적 단계를 특정한 순서에 따라 예시하고 있지만, 순서에 의존하지 않는 단계들은 순서가 변경될 수 있고, 다른 단계들은 결합되거나 분리될 수 있다. 일부 순서 변경 또는 기타 그룹화가 구체적으로 언급되고 있지만, 다른 것들도 통상의 기술자에게 자명할 것이므로, 본 명세서에서 제시한 순서 변경 및 그룹화는 대안들의 온전한 목록이 아니다. 또한, 단계들이 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.

Claims (15)

  1. 배터리로,
    제1 단자, 제2 단자 및 히터 단자를 포함하는 커넥터;
    커넥터의 제1 단자 및 제2 단자에 전기적으로 결합된 하나 이상의 충전식 배터리 셀;
    하나 이상의 충전식 배터리 셀의 적어도 일 서브세트와 접촉하는 가열 요소; 및
    가열 요소와 하나 이상의 충전식 배터리 셀의 외부를 감싸는 방수 재료를 포함하고,
    가열 요소는 커넥터의 제1 단자와 제2 단자 중 하나 및 히터 단자에 전기적으로 결합된 저항성 히터 경로를 포함하며, 가열 요소의 저항성 히터 경로는 히터 전압이 히터 단자에 인가될 때 배터리를 따듯하게 하는 열을 발생시키고,
    방수 재료는 주변의 물이 가열 요소 및 배터리 셀에 접촉하는 것을 방지하며, 적어도 커넥터의 제1 단자 및 제2 단자가 로직 보드에 전기적으로 결합될 수 있게 하는 개구를 포함하는 배터리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    히터 단자는 배터리의 작동 온도가 임계 온도보다 낮을 때 히터 단자에 히터 전압을 인가하고, 배터리의 작동 온도에 따라 히터 전압을 동적으로 조정하는 온도 제어 회로의 출력에 전기적으로 결합되는 배터리.
  3. 청구항 2에 있어서,
    가열 요소와 하나 이상의 충전식 배터리 셀 사이에 배치되어 배터리의 작동 온도를 결정하는 온도 센서를 포함하는 배터리.
  4. 청구항 1에 있어서,
    배터리의 작동 온도에 따라 변하도록 구성된 제1 저항을 갖는 부온도계수(NTC) 서미스터를 더 포함하고,
    커넥터는 NTC 서미스터에 결합된 NTC 단자를 더 포함하는 배터리.
  5. 청구항 4에 있어서,
    NTC 단자의 출력은 배터리의 작동 온도를 나타내며, NTC 단자의 출력이 사전에 정해진 가열 조건을 만족한다는 결정에 따라 히터 전압이 히터 단자에 인가되고, 히터 전압은 NTC 단자의 출력에 따라 동적으로 조정되는 배터리.
  6. 청구항 4에 있어서,
    배터리의 작동 온도에 따라 실질적으로 일정하게 유지되도록 구성된 제2 저항을 갖는 저항기를 더 포함하고, 저항기와 NTC 서미스터는 직렬로 결합되고 제1 단자와 제2 단자 사이에서 바이어스되며, NTC 단자의 출력은 배터리의 작동 온도가 임계 온도보다 낮은지 여부를 결정하기 위해 인가되는 배터리.
  7. 청구항 1에 있어서,
    제1 단자 및 제2 단자가 배터리의 하이 서플라이 노드 및 로우 서플라이 노드에 각각 결합되고, 저항성 히터 경로는 커넥터의 히터 단자 및 제2 단자에 전기적으로 결합되며, 배터리의 작동 온도가 임계 온도보다 낮을 때 히터 전압은 로우 서플라이 노드보다 높고 배터리의 작동 온도와 반비례하는 배터리.
  8. 청구항 1에 있어서,
    제1 단자 및 제2 단자가 배터리의 하이 서플라이 노드 및 로우 서플라이 노드에 각각 결합되고, 저항성 히터 경로는 커넥터의 제1 단자 및 히터 단자에 전기적으로 결합되며, 배터리의 작동 온도가 임계 온도보다 낮을 때 히터 전압은 하이 서플라이 노드보다 낮고 배터리의 작동 온도와 정비례하는 배터리.
  9. 선행하는 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    커넥터가,
    하나 이상의 충전식 배터리 셀에 근접하게 배치되고, 제1 배터리 패드, 제2 배터리 패드, 제1 히터 패드 및 제2 히터 패드를 구비하는 내부 연결 보드;
    제1 배터리 패드를 제1 단자에 결합시키는 제1 배터리 인터커넥트;
    제2 배터리 패드 및 제2 히터 패드를 제2 단자에 결합시키는 제2 배터리 인터커넥트; 및
    제1 히터 패드를 히터 단자에 결합시키는 히터 인터커넥트를 더 포함하는 배터리.
  10. 선행하는 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    가열 요소가 저항성 히터 경로의 일부분을 지지하고 전기적으로 절연시키는 폴리머 기판을 포함하는 배터리.
  11. 선행하는 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    하나 이상의 충전식 배터리 셀과 가열 요소 사이에 배치된 제1 열확산 시트를 더 포함하고,
    제1 열확산 시트는 가열 요소와 배터리 셀에 의해 생성된 열을 분산시키도록 구성되는 배터리.
  12. 선행하는 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    제2 열확산 시트를 더 포함하고,
    제2 열확산 시트는 2개의 바로 인접한 배터리 셀 사이에 배치되어 2개의 바로 인접한 배터리 셀 사이에서 열을 분산시키도록 구성되는 배터리.
  13. 선행하는 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    커넥터가 로직 보드 상에 조립된 수용 커넥터에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합되고, 배터리 보호 회로가 배터리에 배치되고 커넥터의 제1 단자 및 제2 단자에 전기적으로 결합되는 배터리.
  14. 선행하는 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    초인종 카메라에 내장되고, 적어도 초인종 버튼이 눌러진 시간 동안 상기 초인종 카메라의 카메라 시스템을 구동하도록 구성되는 배터리.
  15. 선행하는 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    하나 이상의 충전식 배터리 셀이 배터리 셀의 제1 서브세트 및 배터리 셀의 제1 서브세트와 직렬로 배열되는 배터리 셀의 제2 서브세트를 포함하고, 배터리 셀의 제1 서브세트 및 제2 서브세트 각각은 서브세트 내에 병렬로 배열되는 배터리 셀의 각각의 세트를 포함하는 배터리.
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