CN103582963A - 电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的电子设备具备：驱动中发热的部件、能够充放电的第一电池、能够充放电并且耐热性比前述第一电池高的第二电池、以及壳体，该壳体用于收容前述部件并且提供收容前述第一电池的第一空间和收容前述第二电池的第二空间。前述第一空间和前述第二空间设置为：前述部件驱动时前述第二电池的温度平均地高于前述第一电池的温度。

Description

电子设备
技术领域
本发明涉及内置有电池的电子设备。更详细而言涉及通过在电子设备的壳体的内部分散配置有多个电池的电子设备，使这些电池的长期的特性尽可能不产生差异的技术。
背景技术
笔记本电脑等便携型电子设备的小型化以及薄型化发展。电子设备被小型化或薄型化，则壳体内部的空间变小。因此，如现有技术那样，将作为其电源使用的多个电池集中配置于壳体的内部的1处变得困难。
即，为了能够有效地利用配置于小的壳体的内部的各种各样部件的间隙，有必要将同一形状的或不同形状的电池分散配置于壳体的内部。
专利文献1中提出了：在便携式个人电脑的没有使用的增设用的驱动器托架（drive bay）中配置锂离子电池而有效利用壳体的内部空间。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-95357号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，电子设备的小型化以及薄型化发展时，有必要将同一形状的或各种各样形状的电池分散配置于电子设备的壳体的内部。然而，例如笔记本电脑具有CPU（Central Processing Unit：中央处理单元）等散热量比较大的部件，这些部件收纳于壳体的内部。因此，壳体内部的温度分布并不是均匀的。由此，例如配置于CPU附近的电池不得不在温度比其它电池高的环境下使用。结果，认为在CPU附近的电池与其它电池之间，容量维持率、电池盒的膨胀等长期的特性产生差异。
本发明的目的在于，在电子设备的壳体的内部分散配置有多个电池的情况下，尽可能地使各电池的长期的特性均一化。
用于解决问题的方案
本发明涉及电子设备，其具备：驱动中发热的部件、
能够充放电的第一电池、
能够充放电并且耐热性比前述第一电池高的第二电池、
以及壳体，该壳体用于收容前述部件并且提供收容前述第一电池的第一空间以及收容前述第二电池的第二空间；
前述第一空间和前述第二空间设置为：前述部件驱动时前述第二电池的温度平均地高于前述第一电池的温度。
发明的效果
根据本发明，耐热性高于第一电池的第二电池在壳体内配置于电池的温度平均地较高的第二空间内；另一方面，耐热性相对低的第一电池在壳体内配置于电池的温度平均地较低的第一空间内。由此，能够尽可能地将多个电池的长期的特性均一化。
将本发明的新颖的特征记载于权利要求中，本发明涉及技术方案和内容两者，结合本发明的其他的目的和特征，参照附图通过以下的详细说明可以进一步更好地理解本发明。
附图说明
图1为表示作为本发明的一实施方式的电子设备的笔记本电脑的外观的立体图。
图2为表示实施方式1的电子设备的壳体的内部中的部件以及电池的配置的示意图。
图3为表示实施方式2的电子设备的壳体的内部中的部件以及电池的配置的示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种电子设备，其具备：驱动中发热的部件、能够充放电的第一电池、能够充放电并且耐热性高于第一电池的第二电池、以及壳体。壳体用于收容上述发热的部件并且提供收容第一电池的第一空间以及收容第二电池的第二空间。第一空间和第二空间设置为，在上述发热的部件的驱动中第二电池的温度平均地高于第一电池的温度。
为了满足上述的特征，通过将耐热性不同的多个电池配置于电子设备的壳体的内部，能够防止耐热性低的电池由于部件的发热而强烈地变热成为高温，从而其长期的特性极端地恶化。由此能够防止多个电池间循环寿命特性等长期的特性产生大幅的差异。结果，能够省去只将一部分的电池过早地更换的麻烦，能够将电子设备的维护简易化。另外，在由于成本而不能进行电池的更换等的情况下，也能够防止电子设备的寿命变短。
与上述所述的相关联，电池的耐热性能够用与电池的长期的特性的关系来规定。本发明以电子设备通常的使用状态下的电池的耐热性作为问题，因而能够按照以下的基准规定耐热性。
例如，将第一电池在规定温度（例如44.9～45.1℃）下由满充电状态放电至完全放电状态为止，之后将该第一电池在上述规定温度下由完全放电状态充电至满充电状态为止，将重复以上操作时第一电池的容量降低至额定容量的80%为止的重复数设为N1。另一方面，将第二电池在上述规定温度下由满充电状态放电至完全放电状态为止，之后，将该第二电池在上述规定温度下由完全放电状态充电至满充电状态为止，将重复上述操作时第二电池的容量成为额定容量的80%为止的重复数设为N2。此时，只要满足N1＜N2，就可以认为第二电池的耐热性高于第一电池。本发明中，N1和N2的差越大，使多个电池的长期的特性均一化的效果就越显著。例如，如果N2／N1为1.5以上，则上述的效果变得十分显著。更优选N2／N1为2以上。
需要说明的是，上述规定温度不限于45℃附近，充放电的重复也不限于满充电状态与完全放电状态之间。上述规定温度可以例如，检测在实际的电子设备中第二电池在何种程度的温度环境下使用，根据该温度而设定。另外，重复充放电时的电压（或者，充电状态（SOC：State of Charge））的范围也可以例如：检测实际的电子设备中的代表性的充放电的电压范围，根据该电压范围而设定。
进一步，电池的耐热性的高低也可以通过比较在上述规定温度的环境下将满充电状态的电池放置规定时间之后电池所保存的电量来获知。可以说电量的保存率高的电池的耐热性要高于电量的保存率低的电池。上述规定时间为例如45℃的环境下时，可以设为10～60天。如果在60℃的环境下，则可以设为1～30天。如果在80℃的环境下，则可以设为数小时～3天。
这样，通过在与电子设备通常的使用状态相近的条件下规定电池的耐热性高或低，能够改善电子设备的壳体的内部中的电池的配置使得电池整体的长期的特性的提高更有效。
本发明中，如上所述，以耐热性相对高的第二电池的温度平均地高于耐热性相对低的第一电池这样的配置设置于壳体的内部。作为这样的配置，可以认为，代表性地，将上述部件在壳体内配置成与第二电池的距离比与第一电池的距离更近。然而不限于此，即使电池和部件之间的距离相同，例如，如果使各电池之间与部件相对的部分的面积不同，则电池从部件接受的热量也不同，由此可以对电池的平均温度设置差异。
图3的例中，电池24G和24H为第二电池，这些电池以与部件22F相对的部分的面积大的方式而配置，部件22F为驱动中发热的部件。另一方面，作为第一电池的电池24J～24M以与上述部件相对的部分的面积小的方式而配置。如果以这样的方式配置部件、第一电池和第二电池，则第二电池的平均的温度高于第一电池的平均的温度。因此，即使在不能使得驱动中发热的部件与第一电池的距离较大的情况下，通过以第一电池从部件受到的热量较小的方式设定第一电池相对于部件的姿势，也能够使各电池的长期的特性尽可能地均一化。
进一步，电池的耐热性的差异也通过电池的外壳体的差异而产生。例如，具备由金属箔和聚合物薄膜的层叠膜形成的袋状的外装材料的、所谓层压电池由于其外装材料具有柔软性，所以由内压的上升导致的盒的膨胀比具有金属制硬盒的电池大。金属制硬盒可以使用铁制盒、铁合金制盒、铝制盒、铝合金盒等。因此，从这种意义看，层压电池比具有硬盒的电池的耐热性小。相反地，具有硬盒的电池比层压电池的耐热性大。即，本发明包括这样的情况：第二电池具备金属罐的外装材料并且第一电池具备以金属箔和聚合物薄膜的层叠膜形成的袋状的外装材料。
进一步，即便电池的盒、形状相同，如果收纳于该盒中的发电元件不同，电池的耐热性也会产生差异。更详细地说明，例如，锂离子二次电池通常具备：负极、正极、夹设在负极和正极之间的隔离体、非水电解质。锂离子二次电池的长期的耐热性容易受到正极材料的影响。特别是，使用石墨等炭材料作为负极材料的电池之间，由正极材料的差异导致的影响变得显著。
锂离子二次电池的正极通常具有正极芯材料和其表面上附着的正极合剂层。正极合剂层包含锂过渡金属复合氧化物等正极活性物质作为必需成分，包含碳黑等导电剂、聚偏氟乙烯等粘结剂作为任意成分。其中，对于导电材料、粘结剂没有特别的限定。可以使用不锈钢、铝、钛等的片材作为正极芯材料。
对于正极活性物质，没有特别的限定，通常使用包含锂和除了锂以外的金属元素的复合氧化物。除了锂以外的金属元素，优选含有Ni、Mn或Co作为必需元素。作为正极活性物质的具体例子，可列举出：镍酸锂（LiNiO2）、镍酸锂的改性体、钴酸锂（LiCoO2）、钴酸锂的改性体、锰酸锂（LiMn2O4）、锰酸锂的改性体、将它们的氧化物中的Co、Ni或Mn的一部分用其他的过渡金属元素、铝等典型金属元素或者镁等碱土金属元素置换而成的物质等。
此处，使用包含锂和除了锂以外的金属元素的复合氧化物作为正极活性物质的情况下，根据除了锂以外的金属元素的种类的不同，电池的耐热性产生差异。例如，使用锂过渡金属氧化物X的电池（以下，称为镍系锂电池）的长期的耐热性高，该锂过渡金属氧化物X包含相对于锂为50摩尔%以上的镍作为除了锂以外的金属元素，并且具有层状岩盐结构。锂过渡金属氧化物X优选包含相对于锂为70摩尔%以上、进而为80摩尔%以上的镍。
锂过渡金属氧化物X可以用例如通式LiNi1-yMyO2（其中，M为选自由Co、Al、Mn、Mg、Fe、Ca、Ti、Zr和P所组成的组的至少一种，0≤y≤0.4）表示。此处，M优选至少包含Al和Co。这样的锂过渡金属氧化物X可以用例如通式LiNi1-z-wCozAlwO2（其中，0.1≤z≤0.3，0.03≤w≤0.1）或者通式LiNi1-t-uMntCouO2（其中，0.15≤t≤0.4，0.05≤u≤0.3，0.2≤t＋u≤0.5）表示。
根据本发明人等最近的研究表明，相比于使用钴系的正极材料的锂离子二次电池（以下，称为钴系锂电池）、使用包含镍、钴和锰的正极材料的锂离子二次电池（以下，称为镍-钴-锰系锂电池）、使用包含锰、钛的正极材料的锂离子二次电池（以下，称为锰-钛系锂电池），镍系锂电池的耐热性更高。由此，使用钴系锂电池、镍-钴-锰系锂电池或者锰-钛系电池作为第一电池的情况下，可以使用镍系锂电池作为第二电池。
钴系锂电池为包含含有相对于锂为50摩尔%以上、进而优选为80摩尔%以上的钴的锂过渡金属氧化物A作为正极活性物质的电池。锂过渡金属氧化物A具有层状岩盐结构。钴酸锂（LiCoO2）和钴酸锂的改性体也包含于锂过渡金属氧化物A中。
镍-钴-锰系锂电池为以包含含有相对于锂为20～40摩尔%的镍、20～40摩尔%的锰、20～40摩尔%的钴的锂过渡金属氧化物B作为正极活性物质的电池。锂过渡金属氧化物B具有层状岩盐结构。LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2包含于其中。
锰-钛系锂电池为包含含有选自锰和钛中的至少一种并且具有尖晶石结构的锂过渡金属氧化物C作为正极活性物质的电池。这样的锂过渡金属氧化物C的通式可以用Li1+xM1 yM2 2-x-yO4-z（M1为选自由V、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、Cu、W、Mg和Al所组成的组中的至少一种，M2为选自由Mn和Ti所组成的组中的至少一种，0≤x≤0.2，0≤y＜0.5，0≤z＜0.2）表示。LiMn2O4等包含于其中。
作为本发明所适用的电子设备的例子，以笔记本电脑、个人数字助理（PDA：Personal Digital Assistant或Personal Data Assistance）以及智能手机等移动电脑为代表。然而，即便是固定型的电子设备，适用本发明也没有妨碍。如果是移动电脑，作为驱动中发热的代表的部件，可以考虑CPU（CentralProcessing Unit：中央处理单元）和存储器（存储单元）。存储器为与CPU之间进行信息交换的部件，将用CPU计算的数据以及CPU的计算结果的数据暂时或半永久地存储。
作为驱动中发热的部件、第一电池与第二电池的更具体的配置的例子，可以考虑该部件、第一电池和第二电池内包于矩形的平面区域内配置，部件配置成靠近平面区域的一边，第一电池配置成靠近与该边相对的另一边的情况。该情况下，第二电池优选配置于部件与第一电池之间。由此，可以通过第二电池遮蔽从部件向第一电池的热辐射。
进而，本发明中第一电池和第二电池不限定于各1个。本发明可以适用于使用相互连接的多个第一电池的情况。另外，本发明可以适用于使用相互连接的多个第二电池的情况。
另外，对于第一电池和第二电池的种类，均不限定于锂离子二次电池，可以使用各种各样的非水电解质二次电池。进而，也可以使用镍氢蓄电池、镍镉蓄电池等水溶液系电池。
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
（实施方式1）
图1通过立体图示出作为本发明的实施方式1的电子设备的笔记本电脑的外观。
图示例的个人电脑10具备：在上表面设置有键盘12以及指示单元14的主体侧壳体16、设置有液晶显示单元18的盖侧壳体20。
图2表示主体侧壳体16的内部结构。图2为去掉主体侧壳体16的底板后的状态的仰视图，示意地表示从下面看主体侧壳体16的内部的样子。如该图所示，在主体侧壳体16的内部以规定的配置收容有各种各样的部件22A、22B、22C、22D以及22E、各种各样形状的电池24A、24B、24C、24D、24E以及24F。
部件22A～22D为驱动中发热的部件（例如，CPU、存储器或电容器）。部件22E为几乎不发热的部件。为了将主体侧壳体16的内部所收容的电池的总容量最大化，电池24A～24F组合各种各样尺寸的电池使用。
接着，在与驱动中发热的部件22A～22D相邻的位置，配置有耐热性比较高的锂离子二次电池即电池24A～24D。也就是说，电池24A～24D相当于第二电池，收容电池24A～24D的空间26A相当于第二空间。
作为耐热性比较高的电池24A～24D，可以使用镍系锂电池。通过使作为镍系锂电池的正极活性物质的锂过渡金属氧化物X中含有相对于锂为50摩尔%以上、进而为70摩尔%以上或80摩尔%以上的Ni（例如，使用由通式LiNi1-z-wCozAlwO2（其中，0.1≤z≤0.3，0.03≤w≤0.1）或者由通式LiNi1-t-uMntCouO2（其中，0.15≤t≤0.4，0.05≤u≤0.3，0.2≤t＋u≤0.5）所表示的复合氧化物），由此能够容易地提高电池的长期的耐热性。
另一方面，在不与驱动中发热的部件22A～22D相邻的位置配置有耐热性较低的锂离子二次电池即电池24E和24F。即，电池24E和24F相当于第一电池，分别收容有电池24E和24F的空间26B和26C相当于第一空间。
这样，图示例的个人电脑10中，部件22A～22E、第一电池和第二电池以内含于主体侧壳体16的内部的矩形的平面区域的方式配置。并且，驱动中发热的部件22A～22D配置为靠近该平面区域的一边（图2的上侧的边）。作为第一电池的电池24E和24F配置为靠近与该边相对的另一边，作为第二电池的电池24A～24D配置于部件22A～22D与电池24E和24F之间。结果，通过电池24A～24D能够有效地遮蔽从部件22A～22D向电池24E和24F的热辐射。
这样，通过将驱动中发热的部件22A～22D集中于靠近上述平面区域的一边，能够在壳体的内部形成温度比较低的空间。结果，即便是耐热性不怎么高的电池，通过采用性能（体积容量密度等）或性能价格比高的电池，将其配置于上述温度比较低的空间内，则能够兼顾电池的总体的长期特性的提高与容量和性能价格比的提高。
作为第一电池的电池24E和24F可以使用钴系锂电池。电池24E和24F所使用的钴系锂电池中，正极活性物质优选包含相对于锂为80摩尔%以上的钴。另外，电池24E和24F也可以使用包含过渡金属氧化物B、C这样的镍-钴-锰系锂电池、锰-钛系锂电池等。
接着，对于电池的耐热性进行说明。本发明的电池的耐热性从将电子设备通常使用的电池的长期的特性均一化的观点出发而规定。例如，笔记本电脑的CPU的周围温度通常比外部气温高10～20℃。因此，例如在45℃环境下重复电池的充放电。代表性地，重复进行：将电池由满充电状态放电至完全放电状态为止，之后，将该电池由完全放电状态充电至满充电状态为止。对于充放电范围，没有限制，可以根据电子设备的实际的充放电范围而决定。
此处，如果将第一电池的容量变为额定容量的80%为止的重复数设为N1、将第二电池的容量变为额定容量的80%为止的重复数设为N2，则满足N1＜N2。相反地，如果是满足这样的关系的两种电池，则能够用作本发明的第一电池和第二电池。
如以上，通过在与驱动中发热的部件22A～22D相邻的位置上配设总体上耐热性高的锂离子二次电池即电池24A～24D，则能够防止配设于这样的位置上的电池的长期的特性恶化。另一方面，在不与驱动中发热的部件22A～22D相邻的位置上，不管耐热性的高低而重视性能和性能价格比，从而选定应该配设的电池。由此，能够使搭载于电子设备的电池的总体性能提高。
接着，对于本发明的实施方式2进行说明。
（实施方式2）
图3表示作为本发明的实施方式2的电子设备的笔记本电脑的内部结构。在该图中，示意地表示笔记本电脑的内部结构在去掉主体侧壳体16A的底板的状态下从下面看主体侧壳体16A的内部的样子。
图示例中，驱动中发热的部件22F配置成靠近主体侧壳体16A内的矩形的平面区域一边（图的上侧的边）的中央。几乎不发热的部件22G配置于上述平面区域的右下方。
分别为第一电池的、细长形状的电池24J、24K、24L以及24M，以其一对短边的一者与驱动中发热的部件22F相对的方式而配设。因此，电池24J～24M中每个电池与部件22F相对的部分的的面积变得比较小。结果，部件22F与电池24J～24M的每一个的交换热量变得比较小。因此，能够防止电池24J～24M的平均温度变高。
另一方面，作为第二电池的电池24G和24H，其侧面的几乎整面与部件22F相对。因此，电池24G和24H的每个电池与部件22F相对的部分的面积变得比较大。结果，部件22F与电池24G和24H的每个的交换热量变得比较大。
另外，作为第一电池的电池24I以不与驱动中发热的部件22F直接地相对的方式配设于上述平面区域的左下方。结果，部件22F与电池24I的交换热量变得比较小。
如以上，与驱动中发热的部件的距离几乎相同的电池24G、24H和24J～24M之间，通过调节它们的形状和相对于部件的姿势，则能够抑制耐热性相对地低的电池的平均温度上升。由此，能够实现与实施方式1相同的效果。
需要说明的是，本发明的第一电池和第二电池的概念并不意味着耐热性仅有两种。例如，使用三种以上的电池的情况下，如果各种电池的耐热性不同，则第二电池可以是耐热性相对高的多种电池的组，第一电池可以是耐热性相对低的多种电池的组。
进一步，本发明的电池不限于锂离子二次电池。只要是能够内藏于电子设备的电池，则本发明对于无论使用何种电池的电子设备均能够适用。
产业上的可利用性
本发明的电子设备中在其壳体的内部以考虑到温度分布的最适的配置而配置耐热性不同的电池。由此，可以最大限度地利用壳体内部的空间配置电池而不会使一部分电池的长期的特性恶化。因此，本发明最适合适用于期望进一步小型化以及薄型化的便携式电子设备。
针对现时点的优选的实施方式说明了本发明，但不能限定性地解释这样的公开。本发明所属的技术领域的本领域技术人员通过阅读上述公开可以毫无疑义地明确各种变形和改变。因此，在不脱离本发明的正的精神和范围内，权利要求可以解释为包含全部的变形和改变。
附图标记说明
10个人电脑
16主体侧壳体
22A～22G部件
24A～24M电池

Claims (12)

1.一种电子设备，其具备：
驱动中发热的部件、
能够充放电的第一电池、
能够充放电并且耐热性比所述第一电池高的第二电池、
以及壳体，该壳体用于收容所述部件并且提供收容所述第一电池的第一空间以及收容所述第二电池的第二空间；
所述第一空间和所述第二空间设置为：所述部件驱动时所述第二电池的温度平均地高于所述第一电池的温度。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，
在规定温度下重复所述第一电池的充放电时所述第一电池的容量降低至额定容量的80%为止的重复数N1、和在与所述第一电池的充放电相同条件下重复所述第二电池的充放电时所述第二电池的容量达到额定容量的80%为止的重复数N2满足N1＜N2。
3.根据权利要求1或2所述的电子设备，其中，所述部件在所述壳体内以与所述第二电池的交换热量多于与所述第一电池的交换热量、或者、与所述第二电池的距离比与所述第一电池的距离近的方式配置。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的电子设备，其中，所述第一电池包含锂过渡金属氧化物A作为正极活性物质，该锂过渡金属氧化物A包含相对于锂为50摩尔%以上的钴，并且具有层状岩盐结构，能够吸藏和放出锂。
5.根据权利要求1～3的任一项所述的电子设备，其中，所述第一电池包含锂过渡金属氧化物B作为正极活性物质，该锂过渡金属氧化物B包含相对于锂为20～40摩尔%的镍、20～40摩尔%的锰、20～40摩尔%的钴，并且具有层状岩盐结构，能够吸藏和放出锂。
6.根据权利要求1～3的任一项所述的电子设备，其中，所述第一电池包含锂过渡金属氧化物C作为正极活性物质，所述锂过渡金属氧化物C包含选自锰和钛中的至少一种并且具有尖晶石结构，能够吸藏和放出锂。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的电子设备，其中，所述第二电池包含锂过渡金属氧化物X作为正极活性物质，该锂过渡金属氧化物X包含相对于锂为50摩尔%以上的镍并且具有层状岩盐结构，能够吸藏和放出锂。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其中，所述锂过渡金属氧化物X为通式LiNi1-z-wCozAlwO2所示，0.1≤z≤0.3，0.03≤w≤0.1。
9.根据权利要求7所述的电子设备，其中，所述锂过渡金属氧化物X为通式LiNi1-t-uMntCouO2所示，0.15≤t≤0.4，0.05≤w≤0.3，0.2≤t＋u≤0.5。
10.根据权利要求1～9的任一项所述的电子设备，其中，所述部件包括：中央处理单元、能够与所述中央处理单元进行信息交换的存储单元。
11.根据权利要求1～10的任一项所述的电子设备，其中，所述部件、所述第一电池和所述第二电池以内含于矩形的平面区域的方式配置，所述部件配置成靠近所述平面区域的一边，所述第一电池配置成比所述第二电池靠近与所述一边相对的另一边。
12.根据权利要求1～11的任一项所述的电子设备，其包含：相互连接的多个所述第一电池、和相互连接的多个所述第二电池。
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