BR112013000684B1 - Dispositivo eletrônico portátil e método para fornecer uma fonte de energia para o mesmo - Google Patents

Dispositivo eletrônico portátil e método para fornecer uma fonte de energia para o mesmo Download PDF

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Abstract

bateria com células de diferentes capacidades. a presente invenção refere-se a uma bateria para o uso com um dispositivo eletrônico portátil. a bateria inclui um primeiro conjunto de células com diferentes capacidades acopladas de maneira elétrica em uma configuração paralela. as células no interior do primeiro conjunto de células também podem ter diferentes espessuras e/ou dimensões. o primeiro conjunto de células é posicionado dentro da bateria a fim de facilitar a utilização eficiente do espaço dentro de um dispositivo eletrônico portátil. por exemplo, o primeiro conjunto de células pode ser disposto para acomodar os componentes no dispositivo eletrônico portátil.

Description

Campo
[001] A presente invenção refere-se às baterias para os dispositivos eletrônicos portáteis. De maneira mais específica, as modalidades atuais se referem às baterias com células de diferentes capacidades, espessuras e/ou dimensões.
Técnica Relacionada
[002] As pilhas recarregáveis são atualmente utilizadas para fornecer energia a uma grande variedade de dispositivos eletrônicos portáteis, como computadores portáteis, telefones celulares, PDAs, reprodutores de música digital e ferramentas elétricas sem fios. O tipo mais comumente usado de bateria recarregável é uma bateria de lítio, que pode incluir uma bateria de íon de lítio ou de polímero de lítio.
[003] As baterias de polímero de lítio muitas vezes incluem as células que são empilhadas em estojos flexíveis. Tais estojos são tipicamente leves com relação ao e baratas de fabricar. Além disso, os estojos podem ser adaptados a várias dimensões de células, permitindo que as baterias de polímero de lítio sejam usadas em dispositivos eletrônicos portáteis de espaço reduzido, como os telefones celulares, computadores portáteis, e/ou câmeras digitais. Por exemplo, uma célula de bateria de polímero de lítio pode alcançar uma eficiência de empilhamento de 90 a 95% mediante o envolvimento de uma disposição tipo rocambole (“jelly roll”) e de eletrólito em um estojo de folha. Vários estojos podem então ser posicionados lado a lado dentro de um dispositivo eletrônico portátil e acoplados de maneira elétrica em série e/ou em paralelo para formar uma bateria para o dispositivo eletrônico portátil.
[004] No entanto, o uso eficiente do espaço pode ser limitado pela utilização e disposição das células em arquiteturas de bateria existentes. Em particular, as baterias normalmente contêm as células da mesma capacidade, tamanho e dimensões. A disposição física das células pode adicionalmente espelhar a configuração elétrica das células. Por exemplo, uma bateria de seis células pode incluir seis células de polímero de lítio com o mesmos tamanho e capacidade configurados em uma configuração de duas em série, e três na configuração (2s3p) em paralelo. Dentro da bateria, duas fileiras de três células dispostas lado a lado podem ser empilhadas umas em cima das outras, e cada fileira pode ser de acoplada de maneira elétrica em uma configuração em paralelo e as duas linhas acopladas de maneira elétrica em uma configuração em série. Consequentemente, a bateria pode exigir espaço em um dispositivo eletrônico portátil, que é pelo menos o comprimento de cada célula, duas vezes a espessura de cada célula, e três vezes a largura de cada célula. Além disso, a bateria pode ser incapaz de utilizar o espaço livre no dispositivo eletrônico portátil que está fora de um espaço retangular reservado para a bateria.
[005] Por isso, a utilização de dispositivos eletrônicos portáteis pode ser facilitada por melhorias relacionadas à eficiência do empilhamento, à capacidade, ao fator de forma, ao custo, design e/ou à fabricação de baterias que contêm as células de bateria de polímero de lítio.
SUMÁRIO
[006] As modalidades descritas fornecem uma bateria para o uso com um dispositivo eletrônico portátil. A bateria inclui um primeiro conjunto de células com diferentes capacidades acopladas de maneira elétrica em uma configuração paralela. As células no interior do primeiro conjunto de células também podem ter diferentes espessuras e/ou dimensões. O primeiro conjunto de células é posicionado dentro da bateria a fim de facilitar a utilização eficiente do espaço dentro de um dispositivo eletrônico portátil. Por exemplo, o primeiro conjunto de células pode ser disposto para acomodar os componentes no dispositivo eletrônico portátil.
[007] Em algumas modalidades, o conjunto de baterias inclui ainda um segundo conjunto de células com diferentes capacidades acopladas de maneira elétrica em uma configuração paralela. O primeiro conjunto de células e o segundo conjunto de células podem ser acoplados de maneira elétrica em uma configuração em série, se o primeiro conjunto de células e o segundo conjunto de células tiverem substancialmente a mesma capacidade.
[008] Em algumas modalidades, o primeiro conjunto de células é empilhado, posicionado lado a lado, ou posicionado de cima para baixo para dentro da bateria.
[009] Em algumas modalidades, um ou mais do primeiro conjunto de células correspondem a uma célula de polímero de lítio.
[0010] Em algumas modalidades, um ou mais do primeiro conjunto de células incluem: (i) uma disposição tipo rocambole que contém as camadas que são enroladas juntas que incluem um cátodo com um revestimento ativo, um separador, e um anodo com um revestimento ativo; e (ii) um estojo que envolve a disposição tipo rocambole.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0011] A figura 1 mostra um conjunto de baterias, de acordo com uma modalidade.
[0012] A figura 2 mostra uma vista em corte transversal de uma bateria de acordo com uma modalidade.
[0013] A figura 3 mostra uma célula de bateria de acordo com uma modalidade.
[0014] A figura 4 mostra um fluxograma que ilustra o processo de fornecimento de uma fonte de alimentação de acordo com uma modalidade.
[0015] A figura 5 mostra um dispositivo portátil eletrônico de acordo com uma modalidade.
[0016] Nas figuras, os números de referência semelhantes se referem aos mesmos elementos da figura.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0017] A descrição a seguir é apresentada para permitir que qualquer versado na técnica faça e use as modalidades, e é fornecida no contexto de uma aplicação específica e de suas exigências. Várias modificações às modalidades descritas irão ser prontamente entendidas pelos versado na técnica, e os princípios gerais definidos aqui podem ser aplicados a outras modalidades e aplicações sem se afastar do espírito e do âmbito da presente revelação. Assim, a presente invenção não é limitada às modalidades mostradas, mas deve ser considerada com o escopo mais amplo consistente com os princípios e as características aqui descritas.
[0018] As estruturas de dados e código descritos nessa descrição detalhada são tipicamente armazenadas em um meio de armazenamento legível por computador, que pode ser qualquer dispositivo ou meio que pode armazenar o código e/ou os dados para a utilização por um sistema de computador. O meio de armazenamento legível por computador inclui, mas não é limitado a, a memória volátil, uma memória não volátil, os dispositivos de armazenamento óptico magnético, como os discos, as fitas magnéticas, os discos compactos (CDs), (os discos digitais versáteis DVDs ou os discos de vídeo digitais), ou outros meios de comunicação capazes de armazenar o código e/ou os dados agora conhecidos ou posteriormente desenvolvidos.
[0019] Os métodos e processos descritos na seção de descrição detalhada podem ser concretizados como código e/ou dados, que podem ser armazenados em um meio de armazenamento legível por computador, tal como descrito acima. Quando um sistema de computador lê e executa o código e/ou os dados armazenados no meio de armazenamento legível por computador, o sistema de computador executa os métodos e os processos concretizados como as estruturas de dados e de código e armazenadas dentro do meio de armazenamento legível por computador.
[0020] Além disso, os métodos e os processos aqui descritos podem ser incluídos em módulos de hardware ou aparelhos. Estes módulos ou aparelhos podem incluir, mas não estão limitados a um circuito integrado de aplicação específica (ASIC), um arranjo de portas programável em campo (FPGA), um processador dedicado ou compartilhado que executa um módulo de software especial ou uma parte de código em um determinado momento, e/ou outros dispositivos lógicos programáveis, agora conhecidos ou desenvolvidos mais adiante. Quando os módulos de hardware ou aparelhos são ativados, eles executam os métodos e os processos incluídos dentro deles.
[0021] As modalidades fornecem uma bateria com várias células de diferentes capacidades, espessuras, e/ou dimensões. As células podem também ser dispostas para facilitar o uso eficiente do espaço de um dispositivo eletrônico portátil. Por exemplo, as células podem ser empilhadas, posicionadas lado a lado, e/ou posicionadas de cima para baixo para acomodar os componentes de um computador móvel portátil, telefone e/ou do computador tablet.
[0022] Além disso, as células podem ser acopladas de maneira elétrica em configuração em série e/ou em paralelo. Em particular, a bateria pode incluir um primeiro conjunto de células com diferentes capacidades acopladas de maneira elétrica em uma configuração paralela. O conjunto de baterias pode também incluir um segundo conjunto de células com diferentes capacidades acopladas de maneira elétrica em uma configuração paralela. Os primeiro e segundo conjuntos de células podem, então, ser acoplados de maneira elétrica em uma configuração em série se os primeiro e segundo conjuntos de células tiverem substancialmente a mesma capacidade.
[0023] A figura 1 mostra uma bateria 100, de acordo com uma modalidade. A bateria 100 pode fornecer energia para um dispositivo eletrônico portátil, como um computador portátil, telefone celular, computador tablet, assistente pessoal digital (PDA), reprodutor de mídia portátil, câmera digital, e/ou outro tipo de dispositivo eletrônico alimentado por bateria.
[0024] Como mostrado na figura 1, a bateria 100 inclui um número de células de 102-112. As células 102-112 podem corresponder às células recarregáveis (por exemplo, secundárias) como as células de níquel-cádmio (Ni-Cd), as células de níquel-metal-hidreto (Ni-MH), as células de lítio-íon, e/ou as células de polímero de lítio. Por exemplo, uma ou mais células 102-112 podem corresponder às células de polímero de lítio, cada uma das quais inclui uma disposição tipo rocambole de camadas enroladas juntas (por exemplo, um cátodo com um revestimento ativo, um separador, e um anodo com um revestimento ativo) e um estojo flexível que envolve a disposição tipo rocambole. As células de polímero de lítio são discutidas em mais detalhes abaixo com referência à figura 3.
[0025] Em uma ou mais modalidades, as células 102-112 têm capacidades, espessuras e/ou dimensões diferentes. Por exemplo, as células 102-104 podem ter cada uma, uma capacidade de 3,2 Ah, as células 106-108 podem ter cada uma, uma capacidade de 1,5 Ah, e as células 110-112 podem ter cada uma, uma capacidade de 1,7 Ah. Do mesmo modo, as células 102-104 podem ser mais longas, mais espessas, e/ou mais largas do que as células 106-112, e as células 106-108 podem ser mais longas, mais espessas, e/ou mais largas do que as células 110-112.
[0026] As células 102-112 também podem ser acopladas de maneira elétrica em uma configuração em série e/ou em paralelo. Em particular, um primeiro conjunto de células 102, 106 e 110 com diferentes capacidades podem ser de acopladas de maneira elétrica em uma configuração paralela, e um segundo conjunto de células 104, 108 e 112 com diferentes capacidades podem também ser de acopladas de maneira elétrica em uma configuração paralela. Uma vez que o primeiro conjunto de células e o segundo conjunto de células têm substancialmente a mesma capacidade geral, os primeiros e segundos conjuntos de células podem ser de acoplados de maneira elétrica em uma configuração em série. Em outras palavras, as células 102-112 podem ser acopladas de maneira elétrica em uma configuração de dois em série, de três em paralelo (2s3p).
[0027] Mais especificamente, a seleção, a configuração elétrica, e/ou disposição de células 102-112 pode ter como base nos requisitos físicos e/ou elétricos do dispositivo eletrônico portátil. Primeiro, as células 102-112 podem ser selecionadas para a utilização na bateria 100 e/ou acopladas de maneira elétrica dentro de bateria 100 para satisfazer as exigências elétricas (por exemplo, a tensão, a capacidade, etc.) de componentes (por exemplo, as placas de circuito impresso (PCB), os processadores, memória, armazenamento, visor, drives ópticos, etc.) no dispositivo eletrônico portátil. Por exemplo, a célula 106 pode ser acoplada de maneira elétrica em paralelo à célula 110, e a célula 108 pode ser acoplada de maneira elétrica em paralelo à célula 112, para dar às células acopladas de maneira elétrica 106 e 110 e as células 108 e 112 a mesma capacidade da célula 102 e da célula 104 (por exemplo, 3,2 Ah). A célula 102, a célula 104, a célula 106 e 110, e as células 108 e 112 podem, então, ser acopladas de maneira elétrica em série, para aumentar a tensão da bateria 100.
[0028] Ao longo das mesmas linhas, as células 102-112 podem ser selecionadas para a utilização na bateria 100 e/ou dispostas dentro de bateria 100 para facilitar a utilização eficiente do espaço no dispositivo eletrônico portátil. Por exemplo, as células de 102-112 podem ser selecionadas para a utilização no conjunto de baterias 100 e empilhadas, posicionadas lado a lado, e/ou posicionadas de cima para baixo para dentro de bateria 110 para acomodar os componentes de um computador móvel portátil, telefone, e/ou computador tablet. A bateria 100 pode, assim, incluir um desenho assimétrico, que maximiza a utilização do espaço livre no interior do dispositivo eletrônico portátil. Por sua vez, a bateria 100 pode proporcionar uma maior capacidade, eficiência de embalagem e/ou tensão de baterias que contêm as células com a mesma capacidade, dimensões e/ou espessura. As baterias que contêm as células de diferentes tamanhos e/ou dimensões são discutidas em mais detalhes abaixo com relação às figuras 2 e 3.
[0029] A figura 2 mostra uma vista em corte transversal de uma bateria de acordo com uma modalidade. A bateria inclui três células 202-206 de diferentes espessuras e/ou tamanhos. Como mostrado na figura 2, a célula 202 é a mais fina, a célula 204 é de espessura média e a célula 206 é a mais grossa. Além disso, as células 202-206 podem ser dispostas na bateria com base em um design assimétrico que permite que a bateria preencha o espaço livre no interior de um dispositivo eletrônico portátil. Por exemplo, as células 202-206 podem ser posicionadas dentro da bateria para assumir uma região curva do espaço no interior de um telefone celular, computador portátil, reprodutor de mídia portátil, câmera digital e/ou PDA.
[0030] A figura 3 mostra uma célula de bateria 300, de acordo com uma modalidade. A célula de bateria 300 pode corresponder a uma célula de polímero de lítio que é utilizada para alimentar um dispositivo eletrônico portátil. A célula de bateria 300 inclui uma disposição tipo rocambole 302 que contém uma série de camadas que são enroladas juntas, que incluem um cátodo com um revestimento ativo, um separador e um anodo com um revestimento ativo. De maneira específica, a disposição tipo rocambole 302 pode incluir uma tira de material de cátodo (por exemplo, folha de alumínio revestida com um composto de lítio) e uma tira de material de anodo (por exemplo, folha de cobre revestida com carbono), separadas por uma tira de material de separação (por exemplo, eletrólito de polímero de condução). O cátodo, anodo, e as camadas de separação podem então ser enroladas em um mandril para formar uma estrutura de envolvimento em forma de espiral. A disposição tipo rocambole é bem conhecida na técnica e não serão descritas adicionalmente.
[0031] Durante a montagem da célula de bateria 300, a disposição tipo rocambole 302 é fechada dentro de um envoltório flexível, que é formado por uma dobra de uma folha flexível ao longo de uma linha de dobra 312. Por exemplo, a folha flexível pode ser produzida a partir de alumínio, com uma película de polímero, tal como o polipropileno. Depois que a folha flexível é dobrada, a folha flexível pode ser vedada, por exemplo, mediante a aplicação de calor ao longo de uma vedação lateral 310 e ao longo de uma vedação superficial 308.
[0032] A disposição tipo rocambole 302 inclui também um conjunto de abas de condução 306 acopladas ao cátodo e anodo. As abas de condução 306 podem se estender através de vedações no estojo (por exemplo, formadas com o uso de uma fita de vedação 304) para fornecer os terminais para a célula de bateria 300. Em seguida, as abas de condução 306 podem ser utilizadas para acoplar de maneira elétrica a célula de bateria 300 com uma ou mais outras células de bateria para formar uma bateria, tal como a bateria 100 da figura 1.
[0033] Por exemplo, a célula de bateria 300 pode pertencer a um primeiro conjunto de células na bateria com diferentes capacidades acopladas de maneira elétrica em uma configuração paralela. O conjunto de baterias pode incluir também um segundo conjunto de células com diferentes capacidades acopladas em uma configuração paralela. O primeiro conjunto de células pode, então, ser acoplado de maneira elétrica ao segundo conjunto de células em uma configuração em série, se os primeiro e segundo conjuntos de células tiverem substancialmente a mesma capacidade. Por conseguinte, as abas de condução 306 podem permitir que as células de bateria 300 sejam usadas em um conjunto de baterias que contém as células de diferentes capacidades que estão conectadas de maneira elétrica em paralelo e/ou uma configuração em série e em paralelo.
[0034] A figura 4 mostra um fluxograma que ilustra o processo de fornecimento de uma fonte de alimentação de acordo com uma modalidade. Em uma ou mais modalidades, uma ou mais etapas podem ser omitidas, repetidas e/ou realizadas em uma ordem diferente. Por conseguinte, a disposição específica de etapas mostrada na figura 4 não deve ser interpretada como limitadora ao escopo das modalidades.
[0035] Inicialmente, um primeiro conjunto de células com diferentes capacidades é disposto dentro de uma bateria para facilitar a utilização do espaço no interior de um dispositivo eletrônico portátil (operação 402). As células podem ser selecionadas para as características físicas (por exemplo, dimensão, espessura, etc.) e/ou elétricas (por exemplo, capacidade, tensão, etc.) que permitem que as células forneçam energia e/ou acomodem os componentes de maneira adequada no dispositivo eletrônico portátil. As células podem corresponder às células de polímero de lítio e/ou a outros tipos de células de baterias recarregáveis. Em seguida, o primeiro conjunto de células é acoplado de maneira elétrica em uma configuração paralela (operação 404). A configuração paralela pode aumentar tanto a capacidade quanto a redundância da bateria.
[0036] Um segundo conjunto de células com diferentes capacidades também é disposto dentro da bateria (operação 406) e é acoplado de maneira elétrica em uma configuração paralela (operação 408). Tal como acontece com o primeiro conjunto de células, o segundo conjunto de células pode ser selecionado, acoplado de maneira elétrica e/ou disposto no interior da bateria para satisfazer os requisitos elétricos e físicos de componentes no dispositivo eletrônico portátil.
[0037] Por fim, o primeiro conjunto de células é conectado a um segundo conjunto de células em uma configuração em série (operação 410). A conexão em série dos dois conjuntos de células pode aumentar a tensão da bateria. Além disso, os primeiro e segundo conjuntos de células podem ser conectados de maneira elétrica em série se os primeiro e segundo conjuntos de células tiverem substancialmente a mesma capacidade.
[0038] A bateria recarregável descrita acima pode, em geral, ser utilizada em qualquer tipo de dispositivo eletrônico. Por exemplo, a figura 5 ilustra um dispositivo eletrônico portátil 500, que inclui um processador 502, uma memória 504 e um visor 508, que são todos alimentados por uma bateria 506. O dispositivo eletrônico portátil 500 pode corresponder a um computador portátil, computador tablet, telefone celular, PDA, reprodutor de mídia portátil, câmera digital e/ou outro tipo de dispositivo eletrônico alimentado por bateria. A bateria 506 pode corresponder a um conjunto de baterias, que inclui uma ou mais células de bateria recarregável. Em particular, o conjunto de baterias pode incluir um primeiro conjunto de células com diferentes capacidades acopladas de maneira elétrica em uma configuração paralela. O conjunto de baterias pode também incluir um segundo conjunto de células com diferentes capacidades acopladas de maneira elétrica em uma configuração paralela. Os primeiro e segundo conjuntos de células podem ser acoplados de maneira elétrica em uma configuração em série, se os primeiro e segundo conjuntos de células tiverem substancialmente a mesma capacidade.
[0039] As descrições precedentes das várias modalidades foram apresentadas apenas para fins de ilustração e descrição. Elas não se destinam a ser exaustivas ou a limitar a invenção às formas apresentadas. Por conseguinte, muitas modificações e variações ficarão evidentes para os versados na técnica. Além disso, a descrição acima não se destina a limitar a presente invenção.

Claims (9)

1. Dispositivo eletrônico portátil compreendendo: um conjunto de componentes de computação, caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro conjunto de células que compreende uma primeira célula, segunda célula e terceira célula; em que a primeira célula, segunda célula e terceira célula têm, cada uma, capacidades e dimensões diferentes; em que a capacidade da primeira célula é a mesma que a capacidade cumulativa das segunda e terceira células; em que a primeira célula, segunda célula e terceira célula são acopladas eletricamente em uma configuração paralela; um segundo conjunto de células que compreende uma quarta célula, quinta célula e sexta célula; em que a quarta célula, quinta célula e sexta célula têm, cada uma, capacidades e dimensões diferentes; em que a capacidade da quarta célula é igual à capacidade cumulativa das quinta e sexta células; em que a quarta célula, quinta célula e sexta célula são acopladas eletricamente em uma configuração paralela; em que o primeiro conjunto de células e o segundo conjunto de células têm a mesma capacidade; e em que o primeiro conjunto de células e o segundo conjunto de células são eletricamente acoplados em uma configuração em série.
2. Dispositivo eletrônico portátil, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro conjunto de células é empilhado, posicionado lado a lado, ou posicionado de cima para baixo dentro da bateria.
3. Dispositivo eletrônico portátil, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as células no interior do primeiro conjunto de células possuem espessuras diferentes.
4. Dispositivo eletrônico portátil, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma ou mais do primeiro conjunto de células correspondem a uma célula de polímero de lítio.
5. Dispositivo eletrônico portátil, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma ou mais do primeiro conjunto de células compreendem: uma disposição tipo rocambole (jelly roll) compreendendo camadas que são enroladas juntas, incluindo um cátodo com um revestimento ativo, um separador e um anodo com um revestimento ativo; e um estojo que envolve a disposição tipo rocambole.
6. Método para fornecer uma fonte de energia para um dispositivo eletrônico portátil, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: dispor um primeiro conjunto de células dentro de um dispositivo eletrônico portátil, o primeiro conjunto de células compreendendo uma primeira célula, segunda célula e terceira célula em que a primeira célula, a segunda célula e a terceira célula têm capacidades e dimensões diferentes; em que a capacidade da primeira célula é a mesma que a capacidade cumulativa das segunda e terceira células; dispor um segundo conjunto de células dentro do dispositivo de computação portátil, o segundo conjunto de células compreendendo uma quarta célula, quinta célula e sexta célula; em que a quarta célula, quinta célula e sexta célula têm capacidades e dimensões diferentes; em que a capacidade da quarta célula é igual à capacidade cumulativa das quinta e sexta células; acoplar eletricamente o primeiro conjunto de células em uma configuração paralela; acoplar eletricamente o segundo conjunto de células em uma configuração paralela; em que o primeiro conjunto de células acopladas em paralelo e o segundo conjunto de células acopladas em paralelo tem a mesma capacidade; acoplar eletricamente o primeiro conjunto de células e o segundo conjunto de células em uma configuração em série.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o primeiro conjunto de células é empilhado, posicionado lado a lado, ou posicionado de cima para baixo dentro da bateria.
8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma ou mais do primeiro conjunto de células compreendem: uma disposição tipo rocambole compreendendo camadas que são enroladas juntas, incluindo um cátodo com um revestimento ativo, um separador, e um anodo com um revestimento ativo; e um estojo que envolve a disposição tipo rocambole.
9. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma ou mais do primeiro conjunto de células correspondem a uma célula de polímero de lítio
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