CN114616713A - 优化电子设备中电池温度的设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种电子设备组件，可以包括外壳、电池、绝缘层、印刷电路板和细长热导体。电池和绝缘层可以设置在外壳内。印刷电路板可以邻近绝缘层定位。热导体可以直接邻近绝缘层，并且在绝缘层与印刷电路板之间延伸。绝缘层可以在外壳的内表面与细长热导体的表面之间延伸。

Description

优化电子设备中电池温度的设备、系统和方法
背景技术
本申请涉及消费电子设备的领域，特别是当设备在寒冷条件下运行时维持和延长为消费电子设备供电的电池的寿命。当前电池技术的电池性能取决于温度。低温会显著缩短电池运行时间。例如，当在-20℃下，已知电池容量从30℃时的860mAh下降到550mAh。当在寒冷条件下使用电子设备时，电池容量的这种损失会对用户体验产生不利影响。虽然在汽车电池技术的一般领域已经取得了许多进步，以维持最佳电池温度并且解决寒冷条件对电池容量的不利影响，但仍需要改进以解决消费电子设备技术的持续发展。
电池容量进一步受到相应消费设备尺寸的限制，尤其是可穿戴且尺寸受限于用户解剖结构的消费设备。例如，耳塞式耳机被设计为适合用户的耳朵。耳塞式耳机壳内几乎没有空间来容纳更大的高容量电池，以及位于无线耳塞式耳机壳内的其它所需电路和内部部件。此外，用于耳塞式耳机组件的电池通常位于耳道外部的耳塞式耳机壳的一部分中，甚至可能不会靠近用户的耳朵。因此，虽然当前的耳塞式耳机电池在最佳条件下的额定播放时间通常为三个小时到五个小时，但当在寒冷条件下(诸如，冬天)或气候较冷的地方使用此类耳塞式耳机时，播放条件会显著下降。在寒冷条件下使用时，电池寿命可能会减少到只有两到三个小时。
发明内容
根据本公开的第一方面，一种电子设备组件，包括外壳、电池、绝缘层、印刷电路板和细长热导体。电池和绝缘层可以设置在外壳内。印刷电路板可以邻近绝缘层定位。热导体可以直接邻近绝缘层并且在绝缘层与印刷电路板之间延伸。绝缘层可以在外壳的内表面与细长热导体的表面之间延伸。
在该方面的另一个示例中，电子设备可以是包括耳塞式耳机组件的电子可穿戴设备。
在该方面的另一个示例中，绝缘层还可包括气凝胶材料。
在该方面的另一个示例中，细长热导体可以沿着气凝胶材料的远离外壳的最接近内表面的表面延伸。细长热导体可以是薄金属。
在该方面的另一个示例中，导热部件也可以邻近电池的表面和热导体的表面定位。导热部件可以是沿电池表面延伸的热管、散热器和导热材料中的一种。电池的表面可以是后表面，并且导热部件可以是沿着电池的后表面和电池的边缘表面延伸的散热器。
根据本公开的另一方面，一种系统包括电子设备和被配置为对其中的电子设备充电的充电盒组件。充电盒还包括充电盒外壳、设置在外壳内的电池和与电池邻近的磁体。磁体可以被配置为生成电磁场。电子设备组件包括外壳、电池、绝缘层、印刷电路板和细长热导体。电池和绝缘层可以设置在外壳内。印刷电路板可以邻近绝缘层定位。热导体可以直接邻近绝缘层，并且在绝缘层和印刷电路板之间延伸。绝缘层可以在外壳的内表面与细长热导体的表面之间延伸。
根据本公开的另一方面，一种用于加热耦合到充电盒的可穿戴电子设备的方法，该方法包括：由处理器确定可穿戴设备是否位于充电盒内；由处理器确定充电盒外部或预选位置处的环境温度；由处理器确定环境温度是否处于或低于预选温度；并且当将电子设备放置在充电盒内并且当环境温度等于或低于预选温度时，由处理器启动耳塞式耳机组件的感应加热。
在该方面的一个示例中，启动组件的预加热包括由充电盒生成电磁能场。
在该方面的另一个示例中，可穿戴设备是耳塞式耳机组件。耳塞式耳机组件还可以包括邻近气凝胶绝缘层的热导体。耳塞式耳机组件的感应加热还可以包括在充电盒内生成电磁能场，并且由耳塞式耳机组件内的热导体从电磁能场吸收能量。在一些示例中，热导体可以是沿着印刷电路板的长度延伸的细长金属结构。
在该方面的另一个示例中，确定可穿戴设备是否位于充电盒内包括确定可穿戴设备上的充电触点是否与充电盒上的充电触点接触。
在该方面的另一示例中，由一个或多个处理器确定的环境温度是充电盒外部的环境温度。
在该方面的另一示例中，由一个或多个处理器确定的环境温度是预选位置处的当前环境温度。
在该方面的另一个示例中，预选位置由用户指定。
在该方面的另一示例中，预选位置由一个或多个处理器基于关于用户活动的数据的编译来指定。
在该方面的另一示例中，在启动预加热之前，一个或多个处理器确定用户位置。
附图说明
图1A至图1B是描绘根据本公开的各方面的无线配对计算设备的系统的示意图。
图2是根据本公开的各方面的示例电子设备的透视图。
图3是图2中所示的耳塞式耳机组件的示例主体的示意性横截面图。
图4是另一示例耳塞式耳机组件的示例主体的示意性横截面图。
图5是另一示例耳塞式耳机组件的示例主体的示意性横截面图。
图6A是根据本公开的各方面的示例电子设备的透视图。
图6B是图6A中所示的手表组件的示例主体的示意性横截面图。
图7是根据本公开的各方面的示例充电盒的示意性横截面前视图。
图8是图7中所示的示例充电盒的示意性横截面侧视图。
图8A是与示例充电盒一起定位的示例耳塞式耳机组件的透视图。
图9是当耳塞式耳机组件位于示例充电盒内时，图2-3的示例耳塞式耳机组件的热感应的分解示意性示例。
图10是根据本公开的各方面的示例方法的流程图。
图11是根据本公开的各方面的另一示例方法的流程图。
图12是根据本公开的各方面的另一示例方法的流程图。
具体实施方式
综述
公开了用于将电子设备的电池维持在最佳温度的改进的电子设备、系统和方法。电池的最佳温度范围可以在15℃到35℃之间，或由用户预先确定的任何其它温度或温度范围。特别是，公开了在寒冷条件期间维持电子设备中的电池寿命的设备、系统和方法。可穿戴消费电子产品的示例包括但不限于无线耳塞式耳机、智能手表、智能眼镜、智能珠宝或在衣服内或与衣服一体形成的电子设备等。
本公开的一个方面集中在可穿戴电子设备的结构和部件上，其允许在电子设备内更好地保持热量，以及在寒冷条件下在操作期间从人体到电子设备的热传递。可穿戴电子设备的一个示例是耳塞式耳机组件，它包括一系列部件，包括附带直接邻近的热导体的气凝胶绝缘层，该热导体可以维持耳塞式耳机组件内的热量，并且将热量从用户身体转移到耳塞式耳机内部。耳塞式耳机组件可以包括用于增强从用户身体到电池和热导体的热量分布的附加结构或部件，诸如热管、散热器或导热填充材料。最后，在寒冷条件下在使用前可以加热耳塞式耳机组件，以延长电池寿命。在一个示例中，电子设备的充电盒可以感应加热耳塞式耳机，从而使耳塞式耳机内的电池保持在良好的温度，尽管环境温度较低。
根据本公开的另一方面，可以基于机器学习自动将电子设备的电池维持在最佳温度。提供机器学习的处理器等可以与来自第三方应用等的区域中的天气报告进行通信。类似地，机器学习可能更复杂，并且基于天气报告和用户日常习惯的组合，这与耳塞式耳机组件的使用有关。例如，通过机器学习，可以确定用户在周一、周三和周五早上7:00-7:30慢跑的同时收听用户耳塞式耳机上的音乐。使用这些存储的信息，处理器可以确定任何给定时间的时间、日期和温度，并且将其与存储的参数进行比较。当确定温度较低并且假设满足所有其它参数时，处理器可以在早上6:45启动耳塞式耳机组件的预加热，以确保早上7:00之前预加热耳塞式耳机内的电池。相反，当确定温度高时，不需要预加热耳塞式耳机组件。预加热将不会被启动并且允许电池在当前和最佳温度下运行。确实，电池不必要的放电和升温会缩短电池的寿命。因此，除了本文公开的耳塞式耳机组件的公开特征之外，或者作为对本文公开的耳塞式耳机组件的公开特征的替代，用于优化电池温度的自动化方法可以延长电池寿命。
用于实施优化电池温度方法的示例系统
图1A和图1B包括示例系统8，其被配置为执行优化电池温度的方法，该方法包括预加热电子设备或做出不预加热电子设备的确定，如本文更详细地讨论的(参见图10至图12)。不应将其视为限制本公开的范围或在此描述的特征的有用性。在该示例中，系统100可以包括计算设备10、20、30、40、44和46，以及存储系统50。每个计算设备10都可以包含一个或多个处理器12、存储器14和通常存在于通用计算设备中的其它部件。计算设备10、20、30、40、44和46中的每一个的存储器14可以存储可由一个或多个处理器12访问的信息，包括可由一个或多个处理器12执行的指令16。
存储器还可以包括可由处理器检索、操纵或存储的数据18。存储器可以是能够存储处理器可访问的信息的任何非暂时性类型，诸如硬盘驱动器、存储卡、ROM、RAM、DVD、CD-ROM、可写存储器和只读存储器。数据18可以包括用户的当前时间、温度和位置。数据还可以包括从用户习惯的机器学习中得到的数据。数据18还可以包括用户预期使用电子设备的确切日期、时间和位置，并且其中可能需要预加热设备以便在寒冷条件下优化电池温度。
指令16可以是由一个或多个处理器直接执行的任何指令集，诸如机器代码，或间接执行的任何指令集，诸如脚本。就这点而言，术语“指令”、“应用”、“步骤”和“程序”在本文中可以互换使用。指令可以以目标代码格式存储以供处理器直接处理，或者以包括按需解释或预先编译的独立源代码模块的脚本或集合的任何其它计算设备语言存储。下面更详细地解释指令的功能、方法和例程。在一些示例中，当确认满足电子设备的预加热或预加温所需的参数时，指令16将启动过程以开始电子设备的预加热。在一个示例中，可以指示充电盒生成电磁场。在又一示例中，可以通过不启动预加热和不必要地引起电池放电来优化电池温度。
数据18可以根据指令16由一个或多个处理器12检索、存储或修改。例如，尽管本文描述的主题不受任何特定数据结构的限制，但是可以将数据作为具有许多不同字段和记录或XML文档的表存储在计算机寄存器中，存储在关系数据库中。数据还可以被格式化为任何计算设备可读格式，诸如但不限于二进制值、ASCII或Unicode。此外，数据可以包括足以识别相关信息的任何信息，诸如数字、描述性文本、专有代码、指针、对存储在其它存储器(诸如其它网络位置)中的数据的引用，或由函数使用以计算相关数据的信息。
一个或多个处理器12可以是任何传统的处理器，诸如可商购的CPU。或者，处理器可以是专用部件，诸如专用集成电路(“ASIC”)或其它基于硬件的处理器。尽管不是必需的，但是计算设备10中的一个或多个可以包括专用硬件部件以更快或更有效地执行特定计算过程，诸如解码视频、将视频帧与图像匹配、失真视频、编码失真视频等。在一个示例中，处理器可以用于对照预存数据评估当前数据，以确定是否已经满足用于预加热电子设备的参数。例如，处理器可以将当前时间、温度和位置与预先存储的时间、温度和位置，或与时间范围、温度范围和位置范围进行比较。如果当前时间、温度和位置与预先存储的时间、温度和位置匹配，则处理器可以向充电盒发送指令以启动预加热。
处理器还可以用于机器学习。例如，可以在存储系统50中编译关于用户日常习惯的信息。基于用户日常习惯的编译，处理器可以识别用户行为的模式。例如，基于用户活动的编译，处理器可以确定用户可以在周一、周三和周五早上7:00-7:30慢跑时使用耳塞式耳机。然后可以将此信息存储为数据点或参数，然后处理器可以在任何给定时间将所述数据点或参数与当前数据点进行比较。如果在给定时间满足参数，则处理器可以启动对电子设备的预加热。
尽管图1在功能上将计算设备10的处理器、存储器和其它元件示为在同一框内，但处理器、计算机、计算设备或存储器实际上可以包括多个处理器、计算机、计算设备或存储器，它们可以或可以不存放在同一物理壳内。例如，存储器可以是位于不同于计算设备10的壳的壳中的硬盘驱动器或其它存储介质。因此，对处理器、计算机、计算设备或存储器的引用将被理解为包括对以下集合的引用：可能会或可能不会并行运行的处理器、计算机、计算设备或存储器。例如，计算设备10可以包括作为负载平衡服务器群、分布式系统等操作的服务器计算设备。此外，尽管以下描述的一些功能被指示为在具有单个处理器的单个计算设备上发生，但是本文描述的主题的各个方面可以由多个计算设备来实现，例如，通过网络60传送信息。
每一个计算设备10都可以位于网络60的不同节点处，并且能够直接和间接地与网络60的其它节点通信。虽然图1A-1B只描绘了几个计算设备，但是应该理解，典型的系统可以包括大量连接的计算设备，每个不同的计算设备位于网络60的不同节点处。本文中描述的网络60和中间节点可以使用各种协议和系统互连，使得网络可以是互联网、万维网、特定内部网、广域网或本地网络的一部分。网络可以利用标准通信协议，诸如以太网、WiFi和HTTP、一个或多个公司专有的协议以及前述的各种组合。尽管当如上所述发送或接收信息时获得了某些优点，但本文描述的主题的其它方面不限于任何特定的信息传输方式。
作为示例，计算设备10中的每一个都可以包括能够经由网络与存储系统50以及计算设备20、30和40、44和46通信的网络服务器。例如，一个或多个服务器计算设备10可以使用网络60在显示器(诸如计算设备20、30或40的显示器22、32或42)上向用户(诸如，用户210、23或25)传输和呈现信息。就这点而言，包括计算设备144、146的计算设备20、30和40可以被认为是客户端计算设备并且可以执行本文描述的所有或一些特征。
客户端计算设备20、30和40、44或46中的每一个可以与服务器计算设备10类似地配置，具有如上所述的一个或多个处理器、存储器和指令。每个客户端计算设备20、30、40、44或46可以是供用户220、230、240使用的个人计算设备，并且具有通常与个人计算设备结合使用的所有部件，诸如中央处理单元(CPU)、存储数据和指令的存储器(例如，RAM和内部硬盘驱动器)、诸如显示器22、32或42之类的显示器(例如，具有屏幕的监视器、触摸屏、投影仪、电视，或可操作以显示信息的其它设备)，以及用户输入设备24(例如，鼠标、键盘、触摸屏或麦克风)。
尽管客户端计算设备20、30、40、44或46每个都可以包括全尺寸的个人计算设备，但是它们可替代地包括能够通过诸如因特网之类的网络与服务器无线交换数据的移动计算设备。仅作为示例，客户端计算设备20可以是移动电话或诸如能够经由因特网获取信息的无线使能PDA、平板PC或上网本的设备。在另一个示例中，客户端计算设备30可以是智能手表。作为示例，用户可以使用触摸屏显示器30、用于话音提示的麦克风等来输入信息。客户端计算设备44可以是耳塞式耳机组件并且客户端计算设备46可以是与耳塞式耳机组件一起使用的充电盒，其中充电盒和耳塞式耳机组件都与客户端计算设备20或客户端计算设备30通信。
与存储器14一样，存储系统50可以是能够存储服务器计算设备10可访问的信息的任何类型的计算机化存储，诸如硬盘驱动器、存储卡、ROM、RAM、DVD、CD-ROM、可写存储器和只读存储器。此外，存储系统50可以包括分布式存储系统，其中数据存储在多个不同的存储设备上，这些存储设备可以物理地位于相同或不同的地理位置。存储系统50可以经由如图1所示的网络60连接到计算设备和/或可以直接连接到计算设备10、20、30、40、44和46中的任何一个。
如上所述，存储系统50可以存储为机器学习目的而编译的各种数据。例如，存储系统可以存储有关用户日常习惯的数据，诸如通勤时间、通勤距离和上班地点。它还可以存储与用户的日常习惯相关的关于用户使用计算设备144的附加信息。然后可以利用这些信息来建立用户日常习惯的模式。
具有增强的保温和加热特征的示例电子设备
公开了示例电子设备，其可以帮助在寒冷条件下运行的电子设备内保持和生成热量，使得电子设备的电池可以在最佳温度下运行。一个示例电子设备包括示例耳塞式耳机组件100，如图2的透视图所示。耳塞式耳机组件100可以包括：主体112，其具有外壳114；和耳机116，其耦合到外壳114以插入到用户耳朵中。参考图3，示出了耳塞式耳机组件100的主体112的内部部分的示意性横截面图。耳塞式耳机组件100可以包括芯片组件118、热导体130、绝缘材料140、电池150、传热装置或材料，诸如布置在主体112内的热管160，下面更充分地讨论上述每一个部件。
芯片组件118包括结合到印刷电路板122的芯片子组件120。芯片子组件120包括基板124、覆盖基板124的微电子元件126，诸如半导体芯片或设备等，以及多个其它微电子设备128，诸如一个或多个无源设备。基板124可以通过诸如焊球连接等(未示出)的导电材料直接结合到印刷电路板122。基板124可以是旨在在其上支撑微电子设备的任何部件，包括由介电材料形成的基板。印刷电路板122可以是用于支撑和电连接接合到印刷电路板的部件的常规电路板。例如，可以使用具有多个铜层的多层印刷电路板并将其与附加的芯片组件(未示出)电接合和电连接。可以围绕芯片组件118、支撑电池150和热管160、162设置包覆成型件129。
可以在耳塞式耳机组件100内设置电池以向组件提供电力。如所示出的，电池150可以放置在芯片组件118之上，但是在其它示例中，电池可以位于耳塞式耳机组件100内的其它布置中，诸如在芯片组件118下方，横向邻近于芯片组件118，或耳塞式耳机组件内部的其它位置。在该示例中，电池150可以是锂离子电池或适用于小型设备的任何其它类型的电池。在其它示例中，还可以在诸如耳塞式耳机100的电子设备内使用不同类型的电池，包括可充电电池和不可充电电池以及具有不同容量的电池。
热元件或导体130可以设置在主体112内。在一个示例中，热导体130邻近印刷电路板122定位。导体130可以具有顶表面132、底表面134和相对的边缘表面136。导体130可以沿着外壳114的大部分长度延伸，包括外壳114的底端136与顶端138之间的大部分长度。相对的端部136、138可以直接邻近热管160定位，下面将更详细地讨论。
热导体130可以由导电材料制成。在一个示例中，热导体130可以由一层导电金属(诸如铜、金或钛)制成，但在其它示例中，可以利用其它金属、合金和材料类型，诸如导电膏等。热导体130可以是横跨壳114和下面的芯片组件118延伸的平面片。在其它示例中，热导体130可以是线圈，或者跨其长度在厚度上有变化，或者采取适合于在外壳114内传导或散发热量的任何形式。
热元件或导体130可以是薄导电层。在一个示例中，热导体可以具有10微米到1mm的厚度。在其它示例中，热导体的厚度可以小于10微米或大于1mm。热导体130的一个示例可以是薄膜导体/散热器。这种导体可以是柔性的、快速加热的，并且有助于防止在空间有限的位置发生冷凝，这些特性使其非常适合用于较小的可穿戴消费设备。也可以使用其它类型的薄导电层或部件。
使用薄导电层可以使热导体对芯片组件中电流的电阻率足够高，以便在加热期间中快速辐射热能。这与热导体形成对比，热导体可能更厚并且需要更多的时间来加热耳塞式耳机壳内的周围空气并对周围空气进行对流和传导加热。选择高电阻材料，结合薄的或具有小厚度的材料，可以根据需要增强壳内的部件维持温度或甚至升高温度的能力。例如，铜具有1.68E-08ohm m的电阻率，使薄铜层成为最佳的热导体，但也可以使用其它材料。
热导体130还可以沿着耳塞式耳机组件100的大部分长度延伸，但是在其它示例中，它可以在顶端136和底端138之间延伸耳塞式耳机组件的整个长度，或仅延伸整个长度的一部分。在其它示例中，可以使用多于一个的导体130。例如，除了单个细长热导体之外，多个条带可以一起形成细长热导体。在其它示例中，热导体可以分散在整个耳塞式耳机组件100中。
可以在耳塞式耳机组件100内提供绝缘材料以保持主体112内的热量，以及最小化主体112外部的环境空气温度对耳塞式耳机组件100的主体112内的温度的影响，并且最终最小化对电池150的温度的影响。绝缘材料可以定位在耳塞式耳机组件100内以部分或完全填充主体112内的一个或多个空隙。在该示例中，绝缘材料140可以定位在耳塞式耳机组件100的如下部分中：该部分离外壳114的邻近耳道的部分最远并且离壳的接近环境温度的部分最近。如所示出的，绝缘材料140完全填充外壳114的内表面137与导体130之间的空隙。绝缘材料140可以接触导体130的底表面134、外壳114的内表面137和热管160的底表面162。绝缘材料140也可以定位成使得绝缘材料140围绕导体130，使得它围绕导体130的底表面134的整个长度延伸。在其它示例中，绝缘材料可以部分地填充外壳与导体130之间的空隙，另外地或替代地填充耳塞式耳机壳内的其它空间。
构成绝缘材料的材料可以选自各种绝缘材料。在一个示例中，可以选择气凝胶材料。气凝胶材料可以是多孔固体网络，其中气穴占据材料内的大部分空间，从而使得气凝胶材料几乎是无重量的。示例气凝胶可以是源自硅胶的二氧化硅气凝胶，其具有范围从大气压下的0.03W/(mK)到真空中的0.0004W/(mK)的极低导热率。其它示例材料可以包括氧化铁、氧化铬、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化钒、碳、有机聚合物和其它材料。在其它示例中，可以在耳塞式耳机组件100内实现替代绝缘材料。
对用于绝缘材料140的气凝胶材料的选择提供了具有极低密度和极低热导率的绝缘材料。这允许在耳塞式耳机组件100内实现绝缘材料140，其重量轻并且不会显著或明显地增加耳塞式耳机组件100的重量。这可以通过限制耳塞式耳机组件100在定位在耳道内时的总重量来增强用户体验。
气凝胶绝缘材料140的低热导率可以进一步允许轻质绝缘材料有效地减弱流入和流出外壳114的热流，尤其是外壳的最接近外壳外部环境的部分。绝缘材料140阻止传导/对流冷空气温度穿过耳塞式耳机组件100，尤其是进入主体112的外壳114。在外壳114内也可以保持环境温度。尽管在耳塞式耳机组件100内部存在电子元件，耳塞式耳机的低功率输出不会导致耳塞式耳机过热并且允许使用能够在耳塞式耳机组件100内保持热量的绝缘材料，而不是需要散热的材料。
在一个示例中，气凝胶绝缘材料140可以直接邻近热导体130定位，并且在一些示例中可以直接接触气凝胶绝缘材料140。热导体130可以以多种方式附接到气凝胶绝缘层。例如，热导体130可以粘合地附接到气凝胶绝缘层140，或者金属层可以诸如通过层压直接沉积到气凝胶绝缘材料140的表面上。气凝胶绝缘材料140和热导体130也可以靠近印刷电路板定位，以帮助确保电池的加热。
气凝胶绝缘材料140和导体130的组合允许对耳塞式耳机组件100的内部进行加热。与气凝胶绝缘材料140和印刷电路板122的底表面相邻的薄加热元件允许直接加热更靠近印刷电路板的空气，该空气依次对封闭在外壳114内的现有空气进行对流加热。细导体130提供更精细的加热温度控制。这可以允许在需要时以小增量加热空气，以及防止耳塞式耳机组件100的外壳114过热。因此当靠近印刷电路板122的空气被加热时，电池150的对流加热可以发生。
当用户佩戴时，来自用户身体的热量和热能也可以被传递到电子设备以保持电池温暖并且加热气凝胶绝缘材料中的热导体。例如，当设备是耳塞式耳机时，热能可能来自用户的内耳。对于其它类型的可穿戴设备，热能可能来自用户身体的其它部位。用户内耳的典型温度为37.5℃。来自用户内耳内的热量可以帮助增加耳塞式耳机组件100内部的温度。来自用户的这种热量还将导致热导体的温度增加，这将进一步增加耳塞式耳机组件100内的整体温度。
暴露在耳塞式耳机组件的外壳上的充电触点可以提供通向耳塞式耳机组件100内部的源或通路，允许热量从耳腔传播到电池和绝缘体。第一充电触点156和第二充电触点158沿耳塞式耳机组件的外壳114暴露。触点156、158可以是用于与充电盒中的触点接合并恢复耳塞式耳机组件100内的电池寿命的相同触点。在该示例中，充电触点156、158是由诸如铝的薄金属构成的常规触点。在其它示例中，可以提供附加的或替代的导电连接以允许热量进入耳塞式耳机组件100。
尽管不是必需的，但可以通过在耳塞式耳机组件100内实施附加部件(诸如，传热设备或材料)来增强来自用户耳朵的热量和热能的传递。在一个示例中，可以在耳塞式耳机组件100内使用一根或多根热管以增强热传递。热管160、162在其第一端166、170分别连接到充电触点156、158。热管160、162被示出为围绕电池150延伸并且覆盖芯片组件118。热管160、162的第二端172、174可以邻近绝缘层140和热导体130中的一个或两个定位并且接触其中一个或两个。热管160、162依靠蒸发和冷凝技术将热量从热管160、162的第一端166、170传递到相应的第二端172、174。热管160、162中的每一个可以是真空密封封壳，其容纳芯结构和工作流体。来自第一端166、170的热量将热管160、162内的工作流体蒸发成蒸气，并且在该过程中吸收热能。蒸汽可以沿着各自的热管160、162行进到冷的相对的第二端168、174。然后蒸汽将在芯部上凝结回液体并且在此过程中释放热能。然后液体通过沿着芯部的毛细作用返回到第一端166、170，并且循环重复。由于蒸发和冷凝的非常高的传热系数，热管160、162可以是高效的热导体。应当理解，热管是部件或者可以将热能从用户的身体传递到电子设备的一个示例，但也可以使用本文未讨论的其它示例。
其它电子设备可以类似地被配置为帮助电池在最佳温度下运行，诸如图4-6中所示的示例设备。这可以通过在可穿戴电子设备内生成热量的电子设备发生，以及通过在寒冷条件期间防止冷的环境空气进入电子设备内部的设备发生。首先参考图4，示出了另一个示例耳塞式耳机组件200。耳塞式耳机组件200在结构上与图3的耳塞式耳机组件100完全相同，除了代替热管160、162，利用导热热传递材料来影响从用户的身体和内耳到电池250和绝缘材料240(诸如气凝胶绝缘材料)的热传递。导电填充材料244被示出为在耳塞式耳机组件200的一部分内。导热材料244填充电池250和壳214的内表面270周围的空间。来自用户身体内耳的热量可以温暖充电触点256、258以及外壳214的与用户身体接触的部分。然后，导电填充材料244可以分散从充电触点256、258发出的热量以及从外壳214的与用户的身体接触的部分发出的热量。热量将在电池250和导体230周围分散并且温暖导体230。绝缘材料240可以帮助将热量保持在耳塞式耳机组件200内，以及最小化外壳214外部较冷的环境空气的影响。
导电填充材料可以是任何已知的填充材料并且可以包括低密度填充物。例如，可以利用陶瓷填料(诸如氮化硼填料)来提高导热性，同时维持电绝缘。
在图5中示出了另一个示例电子设备，示例耳塞式耳机组件200-1。耳塞式耳机组件200-1可以包括与耳塞式耳机组件200类似的部件和部件特性，但布置略有不同。示例电池250-1、芯片组件218-1、导体230-1和绝缘材料被示出为在主体212-1的外壳214-1内。绝缘材料可以是气凝胶绝缘材料240-1。如在之前的示例中，绝缘材料240-1可以由气凝胶材料(诸如，二氧化硅气凝胶材料)构成。可以提供芯片组件218-1，其中背离印刷电路板222-1的表面219-1也面向导体230-1。在这种布置中，印刷电路板222-1可以定位在电池250-1与导体230-1以及气凝胶绝缘材料240-1之间。为了在组件内分散热量，可以在耳塞式耳机组件200-1内提供平面散热器252-1，并且该平面散热器252-1跨电池250-1的顶表面延伸。散热器252-1可以连接到触点256-1、258-1，并且如在前面的示例中，散热器252-1可以帮助将热量从用户的身体进一步分散到耳塞式耳机组件200-1的内部以及分散到热导体230-1。可以以各种配置提供散热器252-1，并且散热器252-1还可以沿着电池250-1、芯片组件218-1和热导体230-1中的一个或多个的任一个或两个边缘在竖直方向上延伸。
可以结合本文公开的热分散布置利用各种电子设备。图6A中所示的另一个示例电子设备是示例智能手表组件200-2。示例智能手表组件200-2包括手表主体212-2和表带213-2。主体212-2还包括外壳214-2和直接覆盖表盘298-2的透明玻璃罩297-2。手表组件200-2包括类似于耳塞式耳机组件200-2的内部组件。
如图6B中主体212-2的示意性截面图所示，示例电池250-2、芯片组件218-2、导体230-2和绝缘材料位于主体212-2的外壳214-2内。绝缘材料可以是气凝胶绝缘材料240-2。如在之前的示例中，绝缘材料240-2可以由气凝胶材料(诸如，二氧化硅气凝胶材料)构成。可以提供芯片组件218-2，其中背离印刷电路板222-2的表面219-2也面向导体230-2。在这种布置中，印刷电路板222-2将定位在电池250-2与导体230-2以及气凝胶绝缘材料240-2之间。为了在组件内分散热量，可以在手表组件200-2内提供平面散热器252-2，并且该平面散热器252-2跨电池250-2的顶表面延伸。散热器252-2可以连接到触点256-2、258-2，并且如在前面的示例中，散热器252-2可以帮助将热量进一步分散在手表组件200-2的内部以及分散到热导体230-2。可以以各种配置提供散热器252-2，并且散热器252-2还可以在沿着电池250-2、芯片组件218-2和热导体230-2的任一个边缘或两个边缘的竖直方向上延伸。
因此，本文公开的示例可穿戴电子设备可以帮助为电池提供最佳操作条件，这延长了电池的整体寿命。例如，当在寒冷条件下操作可穿戴电子设备时，可以延长电池寿命。根据本公开的各方面，可以在电子设备的内部维持和生成热量，并且可以防止较冷的环境空气穿过电子设备的内部。本文公开的示例包括气凝胶绝缘层以阻拦和热隔离电子设备与较冷的环境空气并防止其穿透电子设备的壳内部，同时保持壳内已经存在的热量以维持电池温度。此外，来自用户身体的热量和热能可以到达热导体并使热导体加热。因此，气凝胶绝缘层和导体相对于组件内的其它部件的配置和布置，单独或结合使用辅助导热设备或材料以更有效地将热能从用户传递到电子设备的内部，可以帮助维持电子设备内部的热量并且延长电池寿命。应当理解，该技术可以在任何可穿戴消费设备中实施并且不限于这里公开的示例。
用于优化电池温度的示例系统
为了进一步延长电池寿命并优化电子设备内的电池温度，系统可以确定是否需要预加热或不预加热电子设备。该系统可以包括电子设备以及充电盒，该充电盒被配置为在寒冷条件下使用设备之前预加热电子设备。在一个示例中，耳塞式耳机组件100可以在用户操作和使用耳塞式耳机组件100之前被预加热。参考图7，示出了根据本公开的各方面的处于关闭位置的示例充电盒310的横截面，而图8是充电盒310的横截面侧视图(对于处于打开位置的情况，还参见图8A)。如所示出的，充电盒310包括彼此连接的细长主体374和盖子376。下内壳378可以座接在充电盒310的主体374的腔体380内。上内壳382座接在盖子376的腔体内。当盖子376关闭时，盖子376的顶表面384被示为与主体374的内壳382的顶表面385直接相邻。内壳382还包括凹槽386和388，它们可用于在充电盒310内接收和保持电子设备或附件，诸如无线耳塞式耳机(未示出)等。主体374和盖子376被示出为具有圆形轮廓，但在其它示例中，主体374和盖子376可以采用多种不同的形状和尺寸。可以进一步修改盒的形状以容纳、储存不同类型电子设备(诸如眼镜、手表、珠宝、项链、吊坠、衣服等)的电池以及对其进行充电和加温。
充电盒可包括感应加热系统。在一个示例中，感应加热系统包括磁体390、缠绕在磁体390周围的导线391和附加电路392，该附加电路392包括迹线393，该迹线393电连接电路392、电池350和磁体390。在图7中示意性地示出了电路392，并且磁体390可以定位在主体374的内壳378内，如本文将讨论的，磁体390可以用于感应地加热充电盒310内的设备。
参考图8，磁体390可以被容纳在磁体壳392内，以将磁体390保持在充电盒310内部的固定位置。在这个示例中，磁体390可以相对于延伸穿过充电盒310的长度的垂直轴V-V成一个角度定位。但是在其它示例中，磁体390可以相对于垂直轴V-V以其它角度定位，或者与平行于垂直轴V-V的轴线对齐或沿该轴线延伸。
磁体390可以紧固在凹槽386、388之间。系统磁体390可以成形为具有矩形下部和倾斜三角形上部的壳。这部分是由于在凹槽386、388(图7)之间产生的空间的形状。但是，在其它示例中，磁体的形状和尺寸可能不同。由于其位置和尺寸，虽然不是必需的，但是磁体390可以起到双重作用，并且进一步紧固可以定位在相应凹槽386、388内的任何电子设备。例如，耳塞式耳机组件100、102(图8A)可以由磁体390紧固在充电盒310内。在其它示例中，一个或多个单独的磁体可以定位在充电盒310内并且专用于热感应。
最好如图7所示，线圈391可以缠绕在磁体390周围。在该示例中，线圈391围绕磁体390的下部矩形部分延伸，但是在其它示例中，线圈391可以附加地或替代地缠绕在磁体的上部。线圈391可替代地位于充电盒310内的另一位置，并且与磁体390导电连接。
参考图8A，第一耳塞式耳机组件100可以定位在耳塞式耳机充电盒310的凹槽386内，并且第二耳塞式耳机组件102可以设置在直接相邻的第二凹槽386内。在该示例中，第二耳塞式耳机组件102是第一耳塞式耳机组件100的镜像，并且第二耳塞式耳机组件102在其它方面与第一耳塞式耳机组件100完全相同，但是在其它示例中，可以在充电盒310内设置不同的耳塞式耳机或设备。为了便于讨论，将主要参考第一耳塞式耳机组件100，但应当理解，该讨论同样适用于第二耳塞式耳机组件102。
当定位在充电盒310内时，第一和第二耳塞式耳机组件100、102可以在用户将耳塞式耳机组件100插入耳朵之前被预加热，并且可以被充电以供消费者使用。图9示出了处于闭合位置的耳塞式耳机组件100和充电盒310的分解图以便于示出示例加热过程。耳塞式耳机组件100上的触点156、158可以接触充电盒310上的触点(未示出)并与其相邻。充电盒315上的触点可以在结构上与耳塞式耳机组件100上的触点相似或不同。当需要预加热充电盒内的耳塞式耳机时，充电盒300的电路板392可以从充电盒310内的电池350开始充电以产生交流电(AC)，该交流电穿过与电路板392电连接的迹线393和沿着围绕磁体390的线圈391。然后将生成电磁能场M用于预加热耳塞式耳机组件。
耳塞式耳机组件100中的热导体130可以凭借其固有特性而用作天线。导热体130可以从电磁能场M中吸收电磁能，从而导致热导体130的温度升高并加热。这又增加了耳塞式耳机组件100和电池150内的整体温度，包括升高了芯片组件和电池150的温度。这种结构为被收纳在耳塞式耳机组件100内的电池150提供了准备仅使用来自充电盒310的电池在较冷的环境中使用的能力。这使用户能够在不耗尽耳塞式耳机组件100的耳塞式耳机组件电池150的情况下使耳塞式耳机组件100加温。此外，仅需要来自充电盒电池350的最小能量。
为了启动耳塞式耳机的预加热，用户可以手动启动加热命令。例如，参考图8A，充电盒可以包括按钮399，用户可以按下该按钮以启动耳塞式耳机组件100、102的预加热。用户还可以使用计算设备(诸如手机、计算机等)远程启动预加热。预加热可以由用户按需启动，也可以由用户设置的其它“警报”启动，包括将电子设备与用户的日历或日历上的特定事件同步。
确保电池在使用时处于最佳温度可以基于机器学习而自动化。例如，处理器可以与区域天气报告进行通信以确定天气状况并预测用户预期在寒冷温度下何时佩戴耳塞式耳机组件。确定是否加温耳塞式耳机以帮助电池在最佳温度下工作可以很简单，诸如处理器确定：充电盒中存在耳塞式耳机；并且预选位置(诸如当前位置或另一个远程位置)的温度等于或低于预选温度。当温度处于或低于预选温度时，指示该温度可能会缩短电池寿命，可以启动耳塞式耳机组件的预加热。在需要预加热的一个示例中，为了预加热诸如耳塞式耳机组件的电子设备的目的，由耳塞式耳机充电盒并且在耳塞式耳机充电盒内生成电磁场。一旦生成电磁场，电子设备内的热导体可以吸收电磁场，如本文先前所讨论的，以在电子设备内生成热量。类似地，当天气报告指示温度高并且高于预选或预定温度时，处理器可以确定不需要预加热耳塞式耳机组件和生成电磁场。这可以通过防止电池不必要的放电来进一步帮助延长电池寿命。
生成电磁场以预加热电子设备的定时可以附加地或替代地与其它系统或部件操作同步。当已知电池的温度不会在最佳温度下运行并且必须生成电磁场来预加热电子设备时，电磁场的生成可能会延迟，直到另一操作首先发生为止或使得电磁场与另一个操作同时发生为止。在一个示例中，加热可以与充电和其它电力输送操作同步开始以节省电池中的电力。
在用户可能希望预加热耳塞式耳机组件的时候，可以结合额外的考虑来启动预加热。预加热也可以仅在一天中的某些时间或一周中的某些天启动。附加地或替代地，可以基于与用户相关的其它参数来启动预加热，所述参数诸如在第三方应用程序上为用户或用户的客人识别的用户的预期位置、日历条目、旅行出发和到达，以及任何其它数量的参数。在一个示例中，处理器可以基于用户的GPS位置和用户日常活动的历史记录编译信息，以预测用户何时可能需要预加热并在这些时间启动预加热。用户可能会在周一至周五的早上从家到特定城市乘坐火车工作。然后，用户可以步行1英里到办公室，并且在步行期间使用无线耳塞式耳机。机器学习将确定只考虑周一至周五。GPS位置将确定用户何时即将到达该城市，并且天气应用程序将确定所选位置的室外温度以及是否寒冷。使用此信息，充电盒可以确定何时预加热耳塞式耳机以使其温暖，以便用户在寒冷中步行到办公室期间及时地使用耳塞式耳机。
应当理解，使用本文公开的耳塞式耳机组件结构可以获得最佳结果。但是，在其它示例中，在使用前，不包括本文公开的所有特征或本文公开的仅一个或多个特征的其它类型的耳塞式耳机组件和充电盒组件可以与所公开的预先加热耳塞式耳机组件的方法结合使用。此外，尽管在耳塞式耳机组件的上下文中进行了讨论，但是应当理解，这些概念可以在任何消费电子设备或充电盒或充电站中实现，包括例如开放式充电站。
优化电池温度的示例方法
参考图10，流程图提供了用于在诸如耳塞式耳机组件100的电子设备中维持最佳电池温度的示例方法1000。在示例方法1000中，可以通过确定在寒冷条件下是否有必要预加热电子设备或是否允许电池在当前条件下工作来实现在最佳电池温度下操作电子设备。在此示例中优化电池温度可能意味着提高电池运行时的电池温度以延长电池寿命。在框1002处，由一个或多个处理器确定电子设备是否位于充电盒内。例如，充电盒310上的传感器可以确定诸如耳塞式耳机组件之类的电子设备是否位于充电盒内。如果否，则在框1003处，不启动预加热。如果是，则在框1004处，一个或多个处理器确定在预选位置处充电盒外部的环境温度。预选的位置可以是当前位置或用户指定的或处理器基于学习得到的用户习惯指定的其它位置。在框1006处，处理器确定环境温度是否处于预选位置处的预选温度或低于预选位置处的预选温度。如果否，则在框1003处，不启动预加热，因为它还不足以冷到需要预加热并且不启动预加热。这可以将电池维持在最佳温度并防止电池不必要的加热和放电。如果是，则在框1008处，启动耳塞式耳机组件100的预加热。例如，这可以包括在充电盒310内生成电磁场以开始对电子设备(诸如，耳塞式耳机组件100)进行感应加热，如本文所公开的。替代地，可以代替在没有充电盒的情况下直接加热电子设备，诸如耳塞式耳机组件100。
转向图11，用于在电子设备中维持最佳电池温度的另一示例方法1010。除了添加框1007之外，方法1010与图10中的方法1000完全相同。框1007还需要通过处理器确定当前日期和/或时间是否落在预选的时间或时间范围内。例如，用户可能仅在早上7:00-7:30之间的清晨跑步期间需要预加热电子设备，而用户仅在周一、周三和周五进行预加热。处理器可以通过对用户习惯的机器学习来确定此时间表，或者用户可以提前提供此信息。在框1008处，基于星期几和时间，处理器可以做出启动预加热的确定。在一些示例中，例如当用户具有一致的时间表时，可以由用户或处理器在早上6:50或用户跑步前10分钟启动电子设备的预加热，以确保电子设备和电子设备内的电池在跑步前被预热。
参考图12，公开了用于在诸如耳塞式耳机组件的电子设备中维持最佳电池温度的另一示例方法2000。在框2002处，处理器确定电子设备是否位于充电盒内。如果是，则在框2004处，处理器确定当前日期和/或时间是否落在预选的日期或时间范围内。如果是，则在框2006处，处理器确定用户是否前往预定位置。如果是，则在框2008处，处理器确定用户预期什么时间到达预选位置，以及在框2010处，确定预选位置处的温度是否处于或低于预定温度。如果预选位置处的温度处于或低于预定温度，这意味着环境温度是“冷的”并且会导致电池寿命降低。在这样的示例中，在框2012处，处理器将在预期到达时间之前(诸如例如在到达之前10-15分钟)启动对电子设备的预加热。如果上述任何一个问题的答案为“否”，则在框2003处将不会进行对电子设备的预加热。
虽然上面的示例系统和方法主要是相对于耳塞式耳机组件进行描述的，但是应当理解，所描述的技术可以应用于各种可穿戴电子设备中的任何一种。例如，可以对智能眼镜、智能手表、挂件等任何其它电子设备进行预加热。
除非另有说明，否则上述替代示例不是互相排斥的，而是可以以各种组合实施以实现独特的优点。由于可以在不脱离由权利要求限定的主题的情况下利用以上讨论的特征的这些和其它变化和组合，因此上述描述应当以说明的方式而不是作为对权利要求限定的主题的限制的方式来理解。此外，本文中描述的示例的提供以及表述为“诸如”、“包括”等的条款不应被解释为将权利要求的主题限制于具体实施例；相反，这些示例仅旨在说明许多可能的实现方式中的一种。此外，不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。

Claims (20)

1.一种电子设备组件，包括：
外壳；
电池和绝缘层，所述电池和绝缘层设置在所述外壳内；
印刷电路板，所述印刷电路板邻近所述绝缘层；以及
细长热导体，所述细长热导体直接邻近所述绝缘层，并且在所述绝缘层与所述印刷电路板之间延伸，
其中，所述绝缘层在所述外壳的内表面与所述细长热导体的表面之间延伸。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述绝缘层还包括气凝胶材料，并且所述细长热导体沿着所述气凝胶材料的远离所述外壳的最接近的内表面的表面延伸。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其中，所述电子设备是包括耳塞式耳机组件的电子可穿戴设备。
4.根据权利要求2所述的电子设备，还包括邻近所述电池的表面和所述热导体的表面定位的导热部件。
5.根据权利要求4所述的电子设备，其中，所述导热部件是沿所述电池的所述表面延伸的以下中的一个：热管、散热器和导热材料。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其中，所述导热部件是热管，并且所述耳塞式耳机组件还包括暴露在所述外壳处的充电触点，所述热管与所述充电触点热连接。
7.根据权利要求5所述的电子设备，其中，所述电池的所述表面是后表面，并且其中，所述导热部件是沿所述电池的所述后表面和所述电池的边缘表面延伸的散热器。
8.根据权利要求2所述的电子设备，其中，所述细长热导体是薄金属。
9.一种系统，包括：
电子设备，所述电子设备包括：
外壳；
电池和绝缘层，所述电池和绝缘层设置在所述外壳内；
印刷电路板，所述印刷电路板邻近所述绝缘层；以及
细长热导体，所述细长热导体直接邻近所述绝缘层，并且在所述绝缘层与所述印刷电路板之间延伸，
其中，所述绝缘层在所述外壳的内表面与所述细长热导体的表面之间延伸；以及
充电盒组件，所述充电盒组件被配置成给其中的所述电子设备充电，所述充电盒还包括：
充电盒外壳；
电池，所述电池设置在所述外壳内；以及
磁体，所述磁体邻近所述电池并且被配置成生成电磁场，
其中，耳塞式耳机组件的所述热导体被配置成从由所述充电盒生成的所述电磁场吸收能量以引起对所述耳塞式耳机组件的加热。
10.一种用于加热耦合到充电盒的可穿戴电子设备的方法，所述方法包括：
由一个或多个处理器确定所述可穿戴设备是否位于充电盒内；
由所述一个或多个处理器确定所述充电盒外部或预选位置处的环境温度；
由所述一个或多个处理器确定所述环境温度是否处于或低于预选温度；以及
当所述电子设备位于所述充电盒内并且当所述环境温度处于或低于所述预选温度时，由所述处理器启动对耳塞式耳机组件的感应加热。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，启动对所述组件的预加热包括由所述充电盒生成电磁能场。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述可穿戴设备是耳塞式耳机组件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述耳塞式耳机组件还包括邻近气凝胶绝缘层的热导体，并且其中，对耳塞式耳机组件的感应加热还包括在所述充电盒内生成电磁能场，以及由所述耳塞式耳机组件内的所述热导体从所述电磁能场吸收能量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述热导体是沿所述印刷电路板的长度延伸的细长金属结构。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，确定所述可穿戴设备是否位于所述充电盒内包括：确定所述可穿戴设备上的充电触点是否与所述充电盒上的充电触点接触。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，由所述一个或多个处理器确定的所述环境温度是所述充电盒外部的所述环境温度。
17.根据权利要求10所述的方法，其中，由所述一个或多个处理器确定的所述环境温度是所述预选位置处的当前环境温度。
18.根据权利要求10所述的方法，其中，所述预选位置由用户指定。
19.根据权利要求10所述的方法，其中，所述预选位置由所述一个或多个处理器基于关于用户活动的数据编译来指定。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括在启动预加热之前，由所述一个或多个处理器确定用户位置。
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