JP3206039U - 電子装置温度管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】装置の使用中に実質的に一定の温度に維持される電子装置を提供する。【解決手段】電子装置は、熱源とその熱源に隣接する略矩形状のバッテリ１２を備える。バッテリ１２は第１と第２の主表面１６、１８を有する。熱レギュレータ１４は熱源とバッテリ１２の少なくとも第１の主表面１６のほぼ全部との双方と熱的に接触する。装置の動作中に、熱レギュレータ１４を介して熱源から第１の主表面１６へ移動する熱は、第１の主表面１６に沿って示される温度プロファイルを実質的に均一となるように平衡させる。【選択図】図１

Description

開示される実施形態は、ポータブル電子装置、特に現世代のバッテリ及び次世代のバッテリの温度管理に関する。

携帯トランジスタラジオの発明以来ずっと、今日では「モバイル」として知られている、ポータブルの電子装置への関心が存在する。この関心は、人々が持ち運ぶことのできるＡＭラジオに始まり、カメラ及びカセットテーププレーヤ‐ラジオの組合せ、例えばウォークマン（登録商標）ラジオへと続き、現在では、カメラ、携帯電話、モバイルコンピュータ、タブレット、ＭＰ３プレーヤ及び他の装置のような装置を含む。

ポータブル／モバイル装置が何十年にわたり発達してきたのにつれ、そのような装置の要求と能力を有する。装置の各世代で、これまでより高い帯域幅で、かつ、よりユーザフレンドリなフォーマットでユーザにより多くのコンテンツを提供すること及びユーザに彼らの装置からコンテンツを創作、変更及び配信できる能力を与えることが可能になってきた。これらの装置の利便性が増加するにつれ、装置に対するパワー要求も装置のバッテリに関連する技術も増加した。これら後世代の装置はより多くのエネルギーを含み、より大きなパワーを発生し、その結果としてより多くの熱を発生した。バッテリに加え、装置のハードウェア項目、例えば、ラジオ、ディスプレイ及び処理ユニットもより強力となり同様にそのような装置に対する付加的熱問題を生み出した。したがって、これらの装置がより強力になるにつれ、そのような装置のバッテリへの要求も増加する。

本明細書で開示される１つの実施形態は、熱源とその熱源に隣接する略矩形状のバッテリを備える電子装置のためのものである。バッテリは第１と第２の主表面を有する。熱レギュレータは熱源とバッテリの第１の主表面のほぼ全部の双方と熱的に接触する。装置の動作中に、熱は、実質的に均一なプロファイルが示されるように第１の主表面に沿う温度プロファイルを平衡させる熱レギュレータを介して熱源から第１の主表面へと移動する。

前述の一般的説明および以下の詳細な説明の双方は、本開示の実施形態を提供し、実用新案登録請求の範囲に記載される本考案の性質及び性格に対する理解の概観または枠組みを提供することを意図していることが理解されるべきである。

第１の実施例の概略図である。 第２の実施例の概略図である。 第３の実施例の概略図である。 第４の実施例の概略図である。 第５の実施例の概略図である。

本明細書で開示される実施形態は、「スマートフォン」と普通に呼ばれる携帯電話機、ノートブックコンピュータ、ネットブック、ウルトラブック、ラップトップ、タブレット、ＭＰ−３プレーヤ及びカメラに限定されず、多様なモバイル装置への応用を有する。これらのタイプの装置は、モバイル装置と一般に呼ばれる。

そのようなモバイル装置に含まれるコンポーネントは、中央処理ユニット「ＣＰＵ」、グラフィック処理ユニット「ＧＰＵ」、ドライブチップ、メモリチップ、ＲＦ電力増幅器及び無線通話機、無線タイプ（ＣＤＭＡ、ＧＳＭ（登録商標）、ＷＣＤＭＡ（登録商標）／ＵＭＴＳ、及びＬＴＥ、さらにはそれらのデータ同等物；Ｗｉ−Ｆｉ、ＢＴ、ＧＰＳ、ＮＦＣ、等）のいずれか又はすべてのオンボードのためのＤＣ／ＤＣスイッチャ、例えば降圧及び／又は昇圧インディケーター及びパワーコンバータ―及び／又は無線充電要素のようなＰＭＩＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、高速デジタル電子機器（例えば、カメラ画像処理及び固定要素、静止画像又は動画像の光源等）、ディスプレイ要素（ＬＥＤ，ＯＬＥＤ、及びそれらのドライバ）、ディスクドライブ（例えば、ＣＤ／ＤＶＤ／ブルーレイドライブ等）、及び、高速ＵＳＢポート又は、例えば、装置内で発生する熱も増加してより強力になった周辺機器を充電又は動作させるために使用されるような高パワーの適用のために使用される他のポート、であるが、これらに限られるものではないことは明らかである。上記のコンポーネントの全ては、熱源として、つまり本開示の目的の源として参照される。

本明細書で開示される実施形態は電子装置に関する。一般的に、装置は熱源、例えば上記のコンポーネントとその熱源に隣接する略矩形上のバッテリを含む。熱源に隣接しているバッテリの例示は、熱源に対して、垂直に、水平に、対角線上に又はこれらの組合せで整列したバッテリを含む。加えて、バッテリは第１及び第２の主表面を有する。さらに、装置は熱源とバッテリの少なくとも第１の主表面のほぼ全部の双方と熱的に接触する熱レギュレータを含む。熱的な接触は、例えば、伝導、対流、輻射及びこれらの任意の組合せ等の熱の伝達の任意の手段により発生する。

装置の動作中、熱は熱源から熱レギュレータを経て第１の主表面に移動させられる。好適には、第１の主表面の温度プロファイルは実質的に均一である。本明細書において、実質的に均一とは、主表面上の最も熱い点と最も冷たい点との間で示される差異が（ｔｅｎ）１０℃未満であることを意味し、好適には（ｆｉｖｅ）５℃未満の差異、さらに好適には（ｔｈｒｅｅ）３℃未満の差異である。

本明細書で開示する実施形態にあてはまるバッテリタイプの例は、ニッケル‐カドミュウムバッテリ、リチュウムイオンバッテリ、リチュウムポリマバッテリ、ニッケル 金属水素化、又はリチュウム‐リン酸塩、等を含む。上記の実施形態は次世代バッテリにも同様に適用可能である。さらに、実施形態は、取り外し可能なバッテリにも固定バッテリにも適用可能である。取り外し可能なバッテリは、電子装置及び／又は装置内に含まれる任意の他のコンポーネントを損なうことなく装置から取り外すことが可能である。

選択的に、電子装置は、バッテリの主表面の１つに隣接する近距離無線通信（ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）（「ＮＦＣ」）要素を備える。ＮＦＣ要素の例としてはプラスティックで被覆された導線を含む。

もう１つの選択的な実施形態として、熱レギュレータはバッテリの第２の主表面のほぼ全部と熱的に接触し、装置の動作の間、熱は熱源から熱レギュレータを経て第２の主表面に移動させられ、第２の主表面の温度プロファイルは実質的に均一である。さらに、選択的な実施形態として、第２の主表面と熱的接触をする熱レギュレータの部分の厚さは、バッテリの第１の主表面と熱的接触をする熱レギュレータの第２の部分の厚さの半分以下しかないものを含む。１つの具体的な実施形態では、その部分の厚さは０．５０ｍｍ以下であり、第２の部分の厚さは１．０ｍｍまでである。そのような部分の厚さは１ｍｍから０．０１０ｍｍの範囲の厚さを含む。

別の代替え的な実施形態では、第２の主表面で熱的接触をする熱レギュレータの部分の面内伝導率と面貫通伝導率の異方性の比は６０：１以下であり、好適には５０：１、さらに好適には４０：１である。

あるいは、電子装置はさらにバッテリの第１の主表面に隣接する電磁妨害（ＥＭＩ）シールドを備える。好適には、第１の主表面は装置の外側裏面の反対に配置される。さらに選択的な実施形態として、ＥＭＩシールドはバッテリの外部の大部分の周囲に延伸する。本明細書で使用される大部分とはバッテリの表面領域の５０％を超えることを意味する。さらに、この実施形態は、ＥＭＩシールドはバッテリの周囲を完全に延伸するまでに拡張する。あるいは、ＥＭＩシールドは、ＥＭＩの懸念を生じるバッテリの任意部分の周囲に延伸する。そのような懸念の原因は、装置の内部又は外部、又は装置のユーザにさえあるかもしれない。ＥＭＩシールドは熱レギュレータの一部又は熱源からバッテリに熱を移動する経路の一部ではないこともある。

１つの具体的な実施形態において、熱レギュレータは、膨張黒鉛粒子の圧縮された粒子の複数のシートの１つを備える。そのようなシートのいずれかの例としては、オハイオ州パルマのＧｒａｆＴｅｃｈ（登録商標）Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｈｏｌｄｉｎｇｓ Ｉｎｃ．から入手可能なｅＧｒａｆ（登録商標）サーマルソリューション（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）を含む。具体的な例としては、ＧｒａｆＴｅｃｈ（登録商標）のＳＳ３００、ＳＳ４００、ＳＳ５００及びＳＳ６００材料を含む。さらに、ＥＧＲＡＦ Ｓｐｒｅａｄｅｒｓｈｉｅｌｄ（登録商標）材料、ＧｒａｆＴｅｃｈ（登録商標）のＨｉＴｈｅｒｍ（登録商標）熱界面材料も熱レギュレータの部分としての適用性を持つ。シートは、ＥＭＩ添加物を含むことも含まないこともある。好適には、ＥＭＩ添加物は、ｔｈｒｅｅ ｇｉｇａｈｅｒｔｚ（３ＧＨｚ）以下のような低周波数を減衰させる（「周波数減衰材料」）。これらは、シートがＥＭＩシールドとして使用されるようにシートに加えられる添加物である。その様な添加物は、低周波数減衰のための高透磁性材料、例えば、ニッケル、銅、銀、錫、鉄、鋼、ステンレス鋼、金、アルミニュウム、前述の材料のいずれか又は全てを含む合金、及びそれらの組合せ等を含む。１つの具体例としてはパーマロイのようなミューメタルを含む。

また、膨張黒鉛粒子の圧縮粒子のシートの代わりに、熱レギュレータはＧｒａｆＴｈｅｃ（登録商標）のＳＳ１５００材料のような黒鉛化ポリイミドシートを備えてもよい。必要に応じて、熱レギュレータは、黒鉛化ポリイミドシートに膨張黒鉛の圧縮粒子のシートを組み合わせたものを含む。

さらに、電子装置は、熱源の表面と熱レギュレータの間に配置された熱界面材料を含んでもよい。適切な熱界面の１つの例は、ＧｒａｆＴｅｃｈ（登録商標）のＨｉＴｈｅｒｍ（登録商標）を含む。

また他の実施形態では、電子装置は、熱レギュレータと熱的接触をする第２の熱源を含む。

本明細書で開示する実施形態は、さらに図１〜５に関連して議論される。図１に示すのは、バッテリ１２の第１と第２の主表面１６，１８上に示される熱レギュレータ１４を有するバッテリ１２の実施形態１０である。図１において、ＮＦＣ要素１９はバッテリ１２の主表面１８に隣接するレギュレータ１４の下に位置する。あるいは、実施形態１０は、バッテリ１２のそれぞれの末端の周囲にそれぞれ巻きつけられた付加的オプショナルな熱レギュレータ１７と１１を含む。熱源と熱源のほうに延伸する熱レギュレータ１４は表示されていない。

図１と異なり図２は、実施形態２０において、ＮＦＣ要素１９が熱レギュレータ１４の内側に配される代わりに、熱レギュレータ１４の外側にある。図１と２で示されるようにここで示されるＮＦＣ要素はバッテリ１２にさらに隣接している。

図１と異なり図３は、バッテリ１２の第１の主表面１６上の熱レギュレータ１４の外側に位置するＥＭＩシールド３２を含んでいる。示されるようにＥＭＩシールドは金属の２つ(ｔｗｏ）の層を含んでいる。具体的な実施形態として、２つの金属層は銅である。好適には、ＥＭＩシールドはバッテリ１２とバッテリ１２により発生するＥＭＩからシールドされることが望まれる１つ以上のコンポーネントの間に配される。そのようなコンポーネントの１例として、装置のスクリーンが含まれる。

図４の実施形態４０は、ＥＭＩシールドが金属の２つ(ｔｗｏ）のシートからなる代わりに、ＥＭＩシールドが図３で示されるような第１の金属４１とバッテリ１２の外部表面領域の大部分の周囲に巻きつけられた第２の金属シート４２を含む以外は図３と同じである。

図５の実施形態５０は、別の代替え的な実施形態である。図５のバッテリ１２には、図１に示されるようなバッテリ１２のそれぞれの末端の周囲に付加的な熱レギュレータ１７と１１がある。選択的に、レギュレータ１７は、レギュレータ１１の使用なしに末端１５の１つだけに沿って配置される。選択的に、他の実施形態と同様に、装置の設計者が必要とあれば、バッテリの第１の主表面１６又は第２の表面１８に隣接してレギュレータ１４は配置される。さらに、実施形態５０は、レギュレータ１４の上にＥＭＩシールド３２を含む。誘電体接着剤が、ＥＭＩシールド３２の２つ（ｔｗｏ）の銅シートを互いに接着するために使用される。誘電体接着剤の使用は、有益なこととして他の実施形態に組み込まれる。さらに、実施形態５０は、装置の設計者が必要とあれば、主表面１６又は１８のどちらかに隣接するＮＦＣ要素を含む。

本明細書に開示した実施形態の利点は、バッテリ内のいくつものセルが、装置の使用中に実質的に一定の温度に維持されることである。これは、高熱点により引き起こされるバッテリの劣化を削減／排除する。

上記記述は、当業者が本発明を実施できるようにすることを意図している。本記述を読むことにより当業者に明らかになるであろうすべての可能な変形および修正を詳述することを意図するものではない。しかし、そのようなすべての可能な変形および修正は以下の実用新案登録請求の範囲により規定される本考案の範囲内に含まれることを意図している。

特定の実施形態を説明してきたが、そのような参照は、以下の実用新案登録請求の範囲に記載された以外は本考案の範囲を限定するものとして解釈されることは意図されない。上述の種々の実施形態は、これらの任意の組み合わせで実施することができる。

Claims (15)

1. 電子装置であって、
   ａ．熱源と、
   ｂ．前記熱源に隣接する略矩形形状のバッテリであって、
   ｉ.第１と第２の主表面を有するバッテリと、
   ｃ．前記熱源と前記バッテリの第１の主表面のほぼ全部の双方に熱的接触をする熱レギュレータと、を備えることにより、
   前記電子装置の動作中に、前記熱レギュレータを介して前記熱源から前記第１の主表面に熱が移動され、前記第１の主表面の温度プロファイルが実質的に均一となる電子装置。
2. 前記バッテリの前記主表面の１つに隣接する近距離無線通信要素をさらに備える請求項１の電子装置。
3. 前記バッテリの前記第２の主表面のほぼ全部と熱的接触をする前記熱レギュレータをさらに備えることにより、
   前記電子装置の動作中に、前記熱レギュレータを介して前記熱源から前記第２の主表面に熱が移動され、前記第２の主表面の温度プロファイルが実質的に均一となる請求項１の電子装置。
4. 前記第２の主表面と熱的接触をする前記熱レギュレータの部分の厚さは、前記バッテリの前記第１の主表面と熱的接触をする熱レギュレータの第２の部分の厚さの半分以下である請求項１の電子装置。
5. 前記第２の主表面と熱的接触をする前記熱レギュレータの部分の面内伝導率と面貫通伝導率の異方性の比は６０：１以下である請求項４の電子装置。
6. 前記部分の厚さは０．５０ｍｍ以下であり、前記第２の部分の厚さは１．０ｍｍまでである請求項４の電子装置。
7. 前記バッテリの前記第１の主表面に隣接するＥＭＩシールドをさらに備え、前記第１の主表面は前記電子装置の前記外側裏面の反対に配置される請求項１の電子装置。
8. 前記バッテリの外側の大部分を囲むＥＭＩシールドをさらに備える請求項１の電子装置。
9. 前記熱レギュレータは膨張黒鉛粒子の圧縮粒子の複数のシートの１つを備える請求項１の電子装置。
10. 前記シートは周波数減衰材料が塗られている請求項９の電子装置。
11. 前記シートは１つ以上のＥＭＩシールド添加物を含む請求項１の電子装置。
12. 前記熱レギュレータは、膨張黒鉛粒子の圧縮粒子のシート、黒鉛化ポリイミドシート及びそれらの組合せから少なくとも１つ選択されるものを備える請求項１の電子装置。
13. 前記熱源の表面と熱レギュレータ間に熱界面材料をさらに備える請求項１の電子装置。
14. 前記熱レギュレータと熱的接触をする第２の熱源をさらに備える請求項１の電子装置。
15. ＥＭＩの懸念を発生するバッテリの任意の部分の周囲にＥＭＩシールドをさらに備える請求項１の電子装置。

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