全固体电池模块及电子设备的制作方法

1.本发明涉及全固体电池模块及电子设备。


背景技术：

2.近年来，关于全固体电池的研究、开发正在盛行。全固体电池具有如下优点：通过回流焊等能够直接安装，因此容易进行组件化，另外，向主体组装时所需的空间比以往的锂离子电池小。然而，在全固体电池在具有电压的状态下与其他零件一起通过回流焊进行安装的情况下，难以控制焊膏熔化的时机，难以控制零件间的连接顺序。因此，根据回流焊的连接方式，全固体电池的电力被不必要地供给到ic(integrated circuit，集成电路)等电路零件，由此可能发生电路零件的破坏、误动作、短路等。为了避免该问题，考虑应用下述专利文献1中记载的、将电池设为0v的放电状态后安装于基板的技术。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：国际公开2007/086289号公报


技术实现要素：

6.发明所要解决的技术问题
7.然而，在应用专利文献1所记载的技术的情况下，需要使全固体电池深度放电，因此存在使全固体电池劣化的担忧。另外，在基板安装后，需要对全固体电池进行充电，因此导致制造工序的增加、制造工序的制约。因此，期望能够在不产生上述的问题的情况下，在具有电压的状态下将全固体电池安装于基板。
8.因此，本发明的目的之一在于，提供一种能够将具有电压的全固体电池安装于基板的全固体电池模块及电子设备。
9.用于解决技术问题的技术方案
10.本发明是一种全固体电池模块，具备：全固体电池，具有超过0v的电压；开关元件，与全固体电池串联连接；控制部，控制开关元件的接通/断开；以及触发输入路径，与控制部连接，经由触发输入路径输入使开关元件转变为接通状态的触发。
11.另外，本发明是一种电子设备，是全固体电池模块安装于电路基板的电子设备，全固体电池模块具备：全固体电池，具有超过0v的电压；开关元件，与全固体电池串联连接；第一控制部，控制开关元件的接通/断开；以及触发输入路径，与第一控制部连接，经由触发输入路径输入使开关元件转变为接通状态的触发，电子设备在电路基板上还具备第二控制部和全固体电池的输入输出线。
12.发明效果
13.根据本发明的至少实施方式，能够将具有电压的全固体电池安装于基板而不会对一起安装的其他电子零件造成不良影响。需要说明的是，本发明的内容不被解释为限定于本说明书所例示的效果。
附图说明
14.图1a是用于说明第一实施方式所涉及的全固体电池模块的图，图1b是示出第一实施方式所涉及的全固体电池模块安装于电路基板的状态的图。
15.图2是示出第一实施方式所涉及的全固体电池模块具有的正极端子等的图。
16.图3是示出第一实施方式所涉及的全固体电池模块的构成例的图。
17.图4是示出应用第一实施方式所涉及的全固体电池模块的电子设备的构成例的图。
18.图5是在进行关于触发的供给源的其他例子的说明时参照的图。
19.图6是在进行关于触发的供给源的其他例子的说明时参照的图。
20.图7是示出第二实施方式所涉及的全固体电池模块的构成例的图。
21.图8是示出第二实施方式所涉及的全固体电池模块的变形例的图。
22.图9是用于说明应用例的图。
23.图10是用于说明应用例的图。
具体实施方式
24.以下，参照附图对本发明的实施方式等进行说明。需要说明的是，说明按以下顺序进行。
25.＜第一实施方式＞
26.＜第二实施方式＞
27.＜变形例＞
28.＜应用例＞
29.以下说明的实施方式等是本发明的优选的具体例，本发明的内容不限于这些实施方式等。
30.＜第一实施方式＞
31.[全固体电池模块]
[0032]
图1a示出本实施方式所涉及的全固体电池模块(全固体电池模块1)的一例，图1b是示出全固体电池模块1安装于电路基板(电路基板2)的状态的图。如图1a所示，全固体电池模块1具有全固体电池11及安装全固体电池11的电路基板11a。
[0033]
如图2所示，全固体电池模块1具有正极端子ta、负极端子tb及使能引脚ep。正极端子ta、负极端子tb及使能引脚ep从全固体电池模块1的适当部位导出。
[0034]
参照图3，对全固体电池模块1的构成例进行详细说明。全固体电池模块1具有全固体电池11及安装全固体电池11的电路基板11a。在电路基板11a上通过规定的连接图案安装有图3所示的构成。在全固体电池11的正极连接有电力线pla，经由该电力线pla导出正极端子ta。另外，在全固体电池11的负极连接有电力线plb，经由该电力线plb导出负极端子tb。
[0035]
另外，全固体电池模块1具有作为控制部或第一控制部的一例的控制ic12、fet(field effect transistor，场效应管)13、电流检测电阻14和电阻15。在控制ic12的规定的端口连接有触发输入路径tl，经由触发输入路径tl导出使能引脚ep。
[0036]
作为全固体电池11，例如可举出锂离子全固体电池、钠离子全固体电池、钙离子全固体电池等金属离子全固体电池。在本实施方式中，作为全固体电池11，能够应用具有公知
的结构、公知的材料的全固定电池。如图1a所示，本实施方式所涉及的全固体电池11是安装于电路基板11a的表面安装型的电池。需要说明的是，在本说明书中全固体电池是指至少具有固体电解质层的二次电池，无需其全部的构成为固体。
[0037]
控制ic12进行全固体电池模块1的控制。控制ic12例如控制fet13的接通/断开。另外，控制ic12将经由电流检测电阻14检测的电流值等测定结果发送到上位的保护ic等。需要说明的是，控制ic12将对全固体电池11的电力进行适当转换后的电力作为电源进行动作。
[0038]
fet13是由控制ic12控制接通/断开的开关元件。需要说明的是，详细情况将在后面叙述，fet13在全固体电池模块1的安装时被设定为断开状态，以限制全固体电池11的输出。
[0039]
电流检测电阻14是用于检测流过全固体电池模块1的电流路径的电流值的电阻。例如，控制ic12基于在电流检测电阻14的两端产生的电压值检测电流值。检测出的电流值被发送到上位的ic(例如，后述的保护ic)。需要说明的是，在本实施方式中，电流检测电阻14连接在电力线plb上，但也可以连接在电力线pla上。
[0040]
电阻15连接在电力线pla与控制ic12的规定的端口之间。通过电阻15，限制输入到控制ic12的电流。
[0041]
[电子设备的构成例]
[0042]
图4是示出具有上述的全固体电池模块1安装于电路基板2的构成的电子设备(电子设备100)的构成例的图。需要说明的是，在图4中，将与全固体电池模块1的构成相关的图示进行了部分简化。
[0043]
从全固体电池模块1的正极侧导出电力线pla。电力线pla经由正极端子ta与电力线pla连接。另外，从全固体电池模块1的负极侧导出电力线plb。电力线plb经由负极端子tb与电力线plb连接。在本实施方式中，电力线pla及电力线plb与全固体电池11的输入输出线对应。
[0044]
另外，电子设备100具有作为第二控制部的一例的保护ic21、熔断器22、fet23和充放电控制开关24。
[0045]
保护ic21进行电子设备100中的保护动作。关于保护动作的具体例将在后面叙述。另外，保护ic21经由规定的通信线(未图示)与全固体电池模块1的控制ic12连接，经由该通信线能够进行由全固体电池模块1测定的数据(例如，电流值)、各种命令的交换。另外，保护ic21经由使能引脚ep与触发输入路径tl连接。根据该构成，保护ic21能够经由触发输入路径tl向控制ic12供给逻辑意义上的高电平(hi)或低电平(lo)的信号。
[0046]
熔断器22例如连接在电力线pla上。作为熔断器22，例如能够应用scp(self control protector，半导体控制保护器)。scp是带加热器的熔断器，是通过利用电池(在本例中，全固体电池11)的电力对加热器进行加热来切断熔断器的设备。通过改变向加热器供电的时机，能够在任意的时机切断熔断器。
[0047]
fet23是连接在熔断器22与保护ic21之间的开关元件。fet23由保护ic21控制接通/断开。通过接通fet23，熔断器22的加热器过热，熔断器22熔断。
[0048]
充放电控制开关24是由保护ic21控制接通/断开的开关。充放电控制开关24包括未图示的充电控制开关及放电控制开关。通过适当地接通/断开充电控制开关及放电控制
开关，分别允许或禁止充电及放电。作为充放电控制开关24，例如能够使用fet。需要说明的是，在本实施方式中，充放电控制开关24连接在电力线pla上，但也可以连接在电力线plb上。
[0049]
[电子设备的动作]
[0050]
(保护动作的一例)
[0051]
接下来，对电子设备100的主要动作的一例进行说明。首先，对电子设备100进行的保护动作进行说明。保护ic21作为通过适当地接通/断开充放电控制开关24控制充放电的充放电控制部发挥功能。例如，在保护ic21判断能够在全固体电池11中没有异常等地没有问题地进行充放电的情况下，使充电控制开关和放电开关接通。另外，保护ic21在全固体电池11的电压达到过充电禁止电压的情况等需要禁止充电的情况下，至少断开充电控制开关。另外，保护ic21在全固体电池11的电压达到过放电禁止电压的情况等需要禁止放电的情况下，至少断开放电控制开关。另外，保护ic21在全固体电池11深度放电而达到再充电禁止区域的情况下，断开充电控制开关及放电控制开关停止充放电。
[0052]
需要说明的是，保护ic21也可以进行过电流检测等其他公知的保护动作。
[0053]
(输出控制所涉及的动作)
[0054]
接下来，对本实施方式所涉及的输出控制所涉及的动作进行说明。在本实施方式中，在通过回流焊等将全固体电池模块1安装于电路基板2之前，作为使全固体电池11成为能够作为电池使用的状态的处理、即使全固体电池11活性化的处理，进行对不具有电压的全固体电池11进行充电的处理(以下，适当地称为初始充电)。初始充电例如通过使用制造装置等使fet13接通后，对正极端子ta及负极端子tb连接充电装置来进行。由于进行了充电，所以控制ic12是能够动作的状态(激活状态)。
[0055]
然而，如果在全固体电池11被充电至超过0v的电压的状态下全固体电池模块1安装于电路基板2，则由于不知道哪个部位先通过焊料连接，因此在回流焊时可能会导致短路、ic等电子零件的误动作。因此，在回流焊时，通过使fet13为断开状态，不输出全固体电池11的电力。由此，防止发生短路等。
[0056]
另一方面，在回流焊后的适当的时机(例如，基板检查的时机)进行使fet13从断开状态成为接通状态的处理，以能够使用全固体电池模块1。控制ic12响应于使fet13转变为接通状态的触发被输入到自身，使fet13从断开状态转变为接通状态。
[0057]
触发例如是高电平或低电平的信号，从全固体电池模块1的外部给予到该全固体电池模块1。触发例如从保护ic21输出，经由触发输入路径tl输入到控制ic12。
[0058]
控制ic12例如通过检测对连接触发输入路径tl的自身的端口的输入的逻辑电平的变化，来识别触发的输入。更具体地，例如，通过回流焊等将图4所示的构成的全固体电池模块1安装于电路基板2后，在基板检查等的时机对保护ic21输入一次规定的电压(单稳态)，由此使保护ic21起动。起动的保护ic21基于预先存储的程序，对控制ic12给予作为触发的高电平或低电平的信号。检测到该信号的输入的控制ic12使被设定为断开状态的fet13转变为接通状态。之后，全固体电池模块1的输出不受限制，能够供给到适当的负荷。
[0059]
需要说明的是，根据电子设备100的构成，有时保护ic21与主体侧中的上位的主机设备(以下，适当地称为主体侧系统)连接。在该情况下，例如，如图5所示，从主体侧系统31(电子设备侧控制部的一例)向保护ic21发送用于使触发输出的控制信号。接收到该控制信
号的保护ic21经由触发输入路径tl向控制ic12发送高电平或低电平的信号。然后，控制ic12使fet13接通。
[0060]
另外，如图6所示，控制ic12的使能引脚ep也可以不经由保护ic21而与主体侧系统31连接。然后，也可以从主体侧系统31直接经由触发输入路径tl向控制ic12发送高电平或低电平的信号。根据本例，在由于某些原因保护ic21无法向控制ic12输出触发的情况下，由于能够从主体侧系统31向控制ic12输出触发，因此能够可靠地使fet13接通。
[0061]
[效果]
[0062]
以上，根据说明的本实施方式，例如，能够得到以下的效果。
[0063]
由于能够在全固体电池具有超过0v的电压的状态下安装全固体电池模块，因此不需要在回流焊等之前使全固体电池深度放电，能够防止使全固体电池劣化。另外，在回流焊后不需要对全固体电池进行初始充电。
[0064]
在通过回流焊等进行安装时，全固体电池的输出受到限制，因此能够防止全固体电池的电力对其他电子零件造成不良影响。
[0065]
另外，以往产生将包括具有超过0v的电压的全固体电池的全固体电池模块最后安装于电路基板这样的工序上的制约，但在本发明中不会产生这些工序上的制约。
[0066]
在全固体电池模块的安装后，能够可靠地向外部供给全固体电池的电力。
[0067]
[第一实施方式的变形例]
[0068]
需要说明的是，在上述的说明中，说明了电子设备100具有的全固体电池模块1为一个的例子，但电子设备100也可以具有多个全固体电池模块1。多个全固体电池模块1例如串联连接。多个全固体电池模块1各自的控制ic12与保护ic21连接，与上述的实施方式同样地，从保护ic21对各个控制ic12给予触发。各控制ic12使对应的fet13接通。需要说明的是，也可以从主体侧系统31对各控制ic12给予触发。
[0069]
＜第二实施方式＞
[0070]
接下来，对第二实施方式进行说明。需要说明的是，在第二实施方式的说明中，对上述的说明中的相同或同质的构成标注相同的参照附图标记，适当省略重复的说明。另外，只要没有特别说明，在第一实施方式中说明的事项能够应用于第二实施方式。
[0071]
概略地说，第二实施方式的触发的供给源不是ic等这一点与第一实施方式不同。更详细地说，第二实施方式是通过利用焊料等物理地连接规定的切断部，从而对控制ic12给予触发的实施方式。
[0072]
图7是示出第二实施方式所涉及的电子设备(电子设备100a)的构成例的图。电子设备100a与图4所示的电子设备100的不同点在于，触发输入路径tl未与保护ic21连接、触发输入路径tl经由使能引脚ep及线la与输入输出线(在本例中，电力线plb)连接、以及隔开规定的空间能够电切断的切断部41a形成在线la上。切断部41a形成在全固体电池模块1的外部，作为具体例，是能够通过焊接物理地连接的两个焊盘(也称为分割焊盘等)。
[0073]
与第一实施方式同样地，fet13为断开状态，且包括具有超过0v的电压的全固体电池11的全固体电池模块1通过回流焊等安装于电路基板2。在该状态下，切断部41a尚未电连接，连接触发输入路径tl的控制ic12的端口的状态作为逻辑电平是“不定”。然后，在回流焊后，通过在切断部41a配置由焊料等金属构成的导电从而使触发输入路径tl与电力线plb电连接而短路。由此，连接触发输入路径tl的控制ic12的端口的逻辑电平(电压)从“不定”变
化为“低电平(或高电平)”。控制ic12通过检测该逻辑电平的变化，识别从外部对自身给予了触发。然后，由于给予了触发，所以控制ic12使fet13接通。如上所述，可以使用除了高电平或低电平的信号以外的触发。
[0074]
在本实施方式中，也可以使用多个全固体电池模块1。图8是示出本实施方式的变形例所涉及的电子设备(电子设备100b)的构成例的图。如图8所示，电子设备100b例如具有串联连接的三个全固体电池模块1。各全固体电池模块1的触发输入路径tl及使能引脚ep经由作为连接部的一例的线lb与三个全固体电池模块1的输入输出线(在本例中，电力线plb)连接。在本变形例中，在线lb上形成有切断部41b。线lb是各全固体电池模块1的触发输入路径tl及使能引脚ep共用的线。
[0075]
在回流焊后，通过在切断部41b配置包含焊料等金属的导电从而使触发输入路径tl与电力线plb电连接而短路。由此，连接触发输入路径tl的各控制ic12的端口的逻辑电平(电压)从“不定”变为“低电平(或高电平)”。各控制ic12通过检测该逻辑电平的变化，识别从外部对自身给予了触发。然后，由于给予了触发，所以各控制ic12使相同的全固体电池模块1内的fet13接通。由此，能够从电子设备100b供给三个全固体电池模块1的电力。
[0076]
为了在回流焊后解除各全固体电池模块1的全固体电池11的输出限制，以往需要在各全固体电池模块1的输出路径设置切断部，将各切断部电连接。即，需要设置与各全固体电池模块1的数量相应的切断部。然而根据本变形例，由于仅设置一处切断部即可，因此能够简化将切断部电连接的工序，并且能够削减用于设置切断部的电路基板上的面积。
[0077]
＜变形例＞
[0078]
以上，具体说明了本发明的实施方式，但本发明的内容不限于上述的实施方式，能够基于本发明的技术思想进行各种变形。
[0079]
在上述的实施方式中，在fet13一旦接通时，即使之后经由触发输入路径tl输入触发，控制ic12也可以忽略该触发而不接受。由此，能够防止由于噪声等引起的对使能引脚ep的输入而使fet13再次成为断开状态。
[0080]
作为开关元件，也可以不使用fet而使用晶体管、igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极性晶体管)。另外，切断部也可以不是通过焊接而是通过跳线电连接。线la、lb也可以与电力线pla。另外，在不脱离本发明的主旨的范围内，也可以对全固体电池模块、电子设备追加其他构成、或删除规定的构成。另外，全固体电池模块、电子设备也有时根据其用途等而用全固体电池包等名称来称呼，但不应解释为本发明的范围被该名称的差异限定。
[0081]
上述的实施方式、变形例中说明的事项能够适当组合。另外，实施方式中说明的材料、工序等只不过是一个例子，本发明的内容并不限定于所例示的材料等。
[0082]
＜应用例＞
[0083]
本发明所涉及的全固体电池模块能够搭载于各种电子设备、电动工具、电动车辆等或用于供给电力。
[0084]
对具体的应用例进行说明。例如，上述的全固体电池模块能够作为具有便携信息终端的功能的可穿戴设备、所谓的可穿戴终端的电源使用。作为可穿戴终端，例如可举出手表型终端、眼镜型终端等，但不限定于此。
[0085]
图9示出内置有全固体电池模块的可穿戴终端的一例。如图9所示，应用例所涉及
的可穿戴终端630是手表型终端，在其内部具有电池包632。作为电池包632能够应用本发明所涉及的全固体电池模块。可穿戴终端630能够由用户穿戴使用。可穿戴终端630可以是能够变形的柔性终端。
[0086]
如图10所示，应用例所涉及的可穿戴终端630具备电子设备主体的电子电路631和电池包632。电池包632与电子电路631电连接。可穿戴终端630例如具有用户能够自由装卸电池包632的构成。需要说明的是，可穿戴终端630的构成不限于此，也可以具有电池包632内置于可穿戴终端630内的构成，以使得用户无法从可穿戴终端630卸下电池包632。
[0087]
在电池包632的充电时，电池包632的正极端子634a、负极端子634b分别与充电器(未图示)的正极端子、负极端子连接。另一方面，在电池包632的放电时(可穿戴终端630的使用时)，电池包632的正极端子634a、负极端子634b分别与电子电路631的正极端子、负极端子连接。
[0088]
(电子电路)
[0089]
电子电路631例如具备cpu、周边逻辑部、接口部及存储部等，控制整个可穿戴终端630。
[0090]
(电池包)
[0091]
电池包632具备全固体电池单元610(实施方式中的全固体电池11)和充放电电路633。
[0092]
在本应用例中，示出了应用本发明所涉及的全固体电池模块作为电池包632的例子，但也可以在电子设备主体的电子电路631中搭载本案所涉及的全固体电池模块。
[0093]
附图标记说明
[0094]
1：全固体电池模块；
[0095]
11：全固体电池；
[0096]
12：控制ic；
[0097]
13：fet；
[0098]
21：保护ic；
[0099]
31：主体侧系统；
[0100]
41a、41b：切断部；
[0101]
100、100a、100b：电子设备；
[0102]
pla、pla、plb、plb：电力线；
[0103]
ep：使能引脚；
[0104]
tl：触发输入路径；
[0105]
la、lb：线。