DE112005003307T5

DE112005003307T5 - Kühlmechanismus für eine Batterieeinheit

Info

Publication number: DE112005003307T5
Application number: DE200511003307
Authority: DE
Inventors: Hong W. Portland Wong; Wah Yiu Beaverton KWONG; Daryl J. Beaverton Nelson
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2008-04-30
Also published as: TW200638574A; US20060141348A1; CN101095259B; WO2006071627A2; CN101095259A; WO2006071627A3

Abstract

System, das umfaßt
ein Gehäuse; und
eine Batterieeinheit, die im Gehäuse angebracht ist, und die umfaßt:
eine oder mehrere Batteriezellen; und
Kühlungsbestandteile, um zu ermöglichen, daß Wärmeenergie, die durch die eine oder die mehreren Batteriezellen erzeugt wird, geleitet und vom Batterieeinheit abgeführt wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Computersysteme; genauer betrifft die vorliegende Erfindung das Ableiten von Wärme, die erzeugt wird, während einem Computersystem Leistung bereitgestellt wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Mobile Computersysteme wie etwa Notebook-Computer umfassen einen oder mehrere Batterieeinheiten bzw. Batteriesätze (battery packs), um dem System Leistung bereitzustellen, wann immer keine dauerhafte Leistungsquelle verfügbar ist. Eine Umgebung mit hoher Batteriebetriebsumgebungstemperatur, die sich bei den meisten Notebooks findet, ist jedoch Hauptursache für ein vorzeitiges Versagen der Batterieeinheit.
Im Allgemeinen können die Wärmequellen im Notebook von der Batterie selbst stammen, die während des Aufladens und Entladens Wärme erzeugt. Dies wird mit dem Alter der Batterie sichtbarer, wobei ihre innere Impedanz zunimmt, während sie altert. Darüberhinaus, wird die Wärmeerzeugung fortwährend größere Bedeutung erlangen, da die gesamte Systemleistung als Ergebnis der zunehmenden Untersystem- und Bestandteil-Leistungsfähigkeit für die CPU, den Chipsatz, Peripheriegeräte, Spannungsregler, usw. fortwährend ansteigt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung ist in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleichartige Elemente bezeichnen, beispielhaft und nicht beschränkend veranschaulicht, wobei
1 ein Blockdiagramm einer Ausführung eines Computersystems ist;
2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Hauptplatine eines Computersystems veranschaulicht;
3 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Batteriesatzes veranschaulicht;
4 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Batteriesatzes veranschaulicht; und
5 eine Ausführungsform von Kühlrippen veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird ein Mechanismus zum Kühlen eines Batteriesatzes bzw. einer Batterieeinheit beschrieben. In der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden zahlreiche bestimmte Einzelheiten bekannt gemacht, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Einem Fachmann wird jedoch offensichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung ohne diese Einzelheiten ausgeführt werden kann. In anderen Fällen sind wohlbekannte Aufbauten und Vorrichtungen anstatt ausführlich in Blockdiagrammform gezeigt, um zu vermeiden, daß die vorliegende Erfindung undeutlich gemacht wird.
Eine Bezugnahme in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform" bedeutet, daß ein besonderes Merkmal, ein besonderer Aufbau, oder eine besondere Eigenschaft, das, der bzw. die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet ist. Das Auftreten des Ausdrucks „in einer Ausführungsform" an verschiedenen Stellen in der Beschreibung bezieht sich nicht notwendigerweise immer auf die gleiche Ausführungsform.
1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Computersystems 100. Nach einer Ausführungsform ist das Computersystem ein mobiles Computersystem (z.B. ein Laptop oder ein Notebook-Computer). Das Computersystem 100 umfaßt eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 102, die mit einem Bus 105 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist die CPU 102 ein Prozessor der von der Intel Corporation, Santa Clara, Kalifornien, erhältlichen Pentium^®-Prozessorfamilie einschließlich der Pentium^®-IV-Prozessoren. Alternativ können andere Prozessoren verwendet werden.
Ein Chipsatz 107 ist ebenfalls mit dem Bus 105 gekoppelt. Der Chipsatz 107 beinhaltet einen Speichersteuerungsknoten (Memory Control Hub, MCH) 110. Der MCH 110 kann eine Speichersteuerung 112 beinhaltet, die mit einem Hauptsystemspeicher 115 gekoppelt ist. Der Hauptsystemspeicher 115 speichert Daten und Abfolgen von Befehlen, die durch die CPU 102 oder jede beliebige andere Vorrichtung, die im System 100 beinhaltet ist, ausgeführt werden. In einer Ausführungsform beinhaltet der Hauptsystemspeicher 115 einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM); doch der Hauptsystemspeicher 115 kann unter Verwendung anderer Speicherarten ausgeführt werden. Zusätzliche Vorrichtungen können ebenfalls mit dem Bus 105 gekoppelt sein, wie etwa mehrere CPUs und/oder mehrere Systemspeicher.
Der MCH 110 ist über eine Knotenschnittstelle mit einem Ein-/Ausgabesteuerungsknoten (Input/Output Control Hub, ICH) 140 gekoppelt. Der ICH stellt eine Schnittstelle zu Ein-/Ausgabe(E/A)-Vorrichtungen im Computersystem 100 bereit. Zusätzlich beinhaltet das Computersystem 100 eine Leistungsversorgung 165 und mehrere Spannungsregler, die verwendet werden, um verschiedenen Bestandteilen im Computersystem 100 Leistung bereitzustellen. Ein CPU-Spannungsreglermodul (Voltage Regulator Module, VRM) 160 stellt der CPU 102 Spannung bereit. Ein VRM 175 liefert Spannung sowohl für den MCH 110 als auch für den ICH 140 im Chipsatz 107.
2 veranschaulicht eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des Computersystems 100 in der Gestaltung einer Hauptplatine 200 für ein mobiles Computersystem. Die Hauptplatine 200 ist eine gedruckte Schaltplatte (Printed Circuit Board, PCB), die das Grundschaltsystem und Bestandteile mit integrierter Schaltung (IC) des daran angebrachten Computersystems 100 beinhaltet. Zum Beispiel beinhaltet die Hauptplatine 200 die CPU 102 und den Chipsatz 107.
Zusätzlich beinhaltet die Hauptplatine 200 einen Batteriesatz 265 und einen Batteriesteckverbinder bzw. Batterieverbinder 268. Der Batteriesatz 265 stellt die Leistungsversorgung 165 dar, die den Bestandteilen der Hauptplatine 200 Leistung bereitstellt. Der Verbinder 268 dient als eine Schnittstelle zwischen dem Batteriesatz 265 und der Hauptplatine 200, an der die Leistung des Batteriesatzes 265 der Hauptplatine 200 bereitgestellt wird.
3 veranschaulicht eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Batteriesatzes 265, der in einem Aufnahmerahmen 300 angebracht ist. Im Aufnahmerahmen 300 sind auch der Verbinder 268 und eine Schaltung 320 gezeigt. Die Schaltung 320 beinhaltet ein elektrisches Schaltsystem, das ausgeführt ist, um die Batterien aufzuladen und/oder ein Schaltsystem, um den Betrieb des Batteriesatzes 265 zu steuern. Nach einer Ausführungsform beinhaltet der Batteriesatz 265 Bestandteile zur Ermöglichung, daß Wärmeenergie, die durch die Batterien im Batteriesatz 265 erzeugt wird, wie auch Wärmeenergie, die vom Inneren des Aufnahmerahmens 300 erzeugt wird, vom Batteriesatz 265 geleitet und durch seine Rückseite abgeleitet wird.
Der Batteriesatz 265 weist zylinderförmige Batteriezellen 340, thermische Platten bzw. Wärmeplatten 350, und ein Abdeckstück 360 auf. Es ist zu beachten, daß auch andere Batteriezellengeometrien wie etwa eine prismenförmige Batterie eingebaut sein können. In dieser Ausführungsform sind die Batteriezellen 340 zylinderförmige Batteriezellen, die dem Computersystem 100 Leistung bereitstellen. Die Wärmeplatten 350 beinhalten ein wärmeleitendes Material, das am Gehäuse des Batteriesatzes 265 integriert ist. Das wärmeleitende Material kann Kupfer, Graphitfasern, Aluminium, Wärmerohre, usw. beinhalten. In einer Ausführungsform sind die Wärmeplatten 350 parallel zu den Batteriezellen 340 angebracht. Doch in anderen Ausführungsformen können die Wärmeplatten 350 senkrecht zu den Batteriezellen 340 angebracht sein.
Die Wärmeplatten 350 sind mit dem Abdeckstück 360 gekoppelt, das sich an der Rückseite des Batteriesatzes befindet. In einer Ausführungsform erstreckt sich das Abdeckstück 360 aus dem Aufnahmerahmen 300, um zusätzlichen Raum für einen Batteriesatz 340 bereitzustellen. In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Abdeckstück 360 passive Wärmekonvektions- und Strahlungsrippen, um zu ermöglichen, daß die Wärmeenergie über natürliche Konvektion oder Strahlungskühlung abgeleitet wird. Überdies werden die Eckenbereiche des Abdeckstücks 360 bei der oben beschriebenen Gestaltung des zylinderförmigen Batteriesatzes 265 für die Gestaltung der passiven Rippen benutzt. In anderen Ausführungsformen kann die Systemabluft verwendet werden, um die Wärmeübertragung von diesen erweiterten Flächen zu erhöhen.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Abdeckstück 360 auch Entlüftungslöcher, um die Entlüftung der Wärme von den Wärmestrahlungsrippen zu unterstützen. Ferner kann die Wärmeausbreitung und -ableitung mit Wärmerohren, einer Systementlüftung und einer Zwangsluftkühlung erhöht werden. In einer weiteren Ausführungsform ist der oben beschriebene Mechanismus auch erweitert, um Wärmeenergie, die durch die Schaltung 320 erzeugt wird, abzuleiten, welche Energie bei der Wärmegestaltung des Aufnahmerahmens 300 aufgrund der vorübergehenden Natur der Schaltung 320 typischerweise übersehen wird.
4 veranschaulicht eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform des Batteriesatzes 265, der im Aufnahmerahmen 300 angebracht ist. Bei dieser Ausführungsform wendet der Batteriesatz 265 prismenförmige oder andere rechteckige Zellen 440 an. Ferner ist an der Rückseite des Batteriesatzes 265 ein Abdeckstück 460 beinhaltet, das senkrechte Rippen aufweist. 5 veranschaulicht eine Ausführungsform von Kühlrippen 560, die am Aufnahmerahmen 310 angebracht sind. Wie in 5 gezeigt weist der Zusatz der Kühlrippen 560 wenig oder keinen Einfluß auf die Gesamtabmessungen des Computersystems 100 auf.
Die Wärmegestaltung des oben beschriebenen Batteriesatzes verringert die Batteriesatztemperatur und verringert den Kühlaufwand für den Rest eines Notebook-Systems (z.B. das Ladesystem), wodurch die Lebensdauer der Batterie und möglicherweise anderer Bestandteile im System verlängert wird.
Während einem Durchschnittsfachmann nach dem Lesen der vorhergehenden Beschreibung zweifellos viele Änderungen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung offensichtlich werden, versteht sich, daß jede bestimmte Ausführungsform, die erläuternd gezeigt und beschrieben wurde, keineswegs als beschränkend betrachtet werden soll. Daher sollen Bezugnahmen auf Einzelheiten von verschiedenen Ausführungsformen den Umfang der Ansprüche, die selbst nur jene Merkmale anführen, die für die Erfindung als wesentlich betrachtet werden, nicht beschränken.
Zusammenfassung:
Nach einer Ausführungsform wird ein System offenbart. Das System umfaßt einen Aufnahmerahmen und eine Batterieeinheit, die im Aufnahmerahmen angebracht ist. Die Batterieeinheit umfaßt eine oder mehrere Batteriezellen und Kühlungsbestandteile, um zu ermöglichen, daß Wärmeenergie, die durch die eine oder die mehreren Batteriezellen erzeugt wird, geleitet und von der Batterieeinheit abgeleitet wird.

Claims

System, das umfaßt ein Gehäuse; und eine Batterieeinheit, die im Gehäuse angebracht ist, und die umfaßt: eine oder mehrere Batteriezellen; und Kühlungsbestandteile, um zu ermöglichen, daß Wärmeenergie, die durch die eine oder die mehreren Batteriezellen erzeugt wird, geleitet und vom Batterieeinheit abgeführt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Kühlungsbestandteile umfassen: eine oder mehrere thermische Platten; und ein Abdeckstück, das Strahlungsrippen aufweist, um die Wärmeenergie abzuführen.
System nach Anspruch 2, wobei die thermischen Platten parallel zu den Batteriezellen liegen.
System nach Anspruch 2, wobei die thermischen Platten senkrecht zu den Batteriezellen liegen.
System nach Anspruch 4, wobei die thermischen Platten ein Material aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Graphitgummi und Aluminium umfassen.
System nach Anspruch 2, wobei das Abdeckstück Entlüftungslöcher aufweist, um die Wärmeenergie von den Strahlungsrippen zu entlüften.
System nach Anspruch 2, wobei die Strahlungsrippen die Wärmeenergie über natürliche Konvektion ableiten.
System nach Anspruch 2, wobei die Strahlungsrippen die Wärmeenergie über Strahlungskühlung ableiten.
System nach Anspruch 3, das ferner ein Schaltsystem umfaßt, das mit der Batterieeinheit gekoppelt ist, um die eine oder die mehreren Batteriezellen wieder aufzuladen.
System nach Anspruch 9, wobei die Kühlungsbestandteile Wärmeenergie, die durch das Ladeschaltsystem erzeugt wird, ableiten.
System nach Anspruch 3, das ferner umfaßt: einen Steckverbinder, der mit der Batterieeinheit gekoppelt ist; und eine gedruckte Schaltplatte, die mit dem Steckverbinder gekoppelt ist.
Verfahren, welches das Kühlen von Wärmeenergie, die an Batteriezellen in einer Batterieeinheit erzeugt wird, durch Ableiten der Wärmeenergie über Kühlungsbestandteile in der Batterieeinheit umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner Strahlungsrippen umfaßt, die die Wärmeenergie ableiten.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Entlüften der Wärmeenergie von den Strahlungsrippen umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Ableiten von Wärmeenergie, die durch das mit dem Batteriesatz gekoppelte Ladeschaltsystem erzeugt wird, durch die Kühlungsbestandteile umfaßt.
Batterieeinheit, die umfaßt: eine oder mehrere Batteriezellen; und ein Abdeckstück, das Strahlungsrippen aufweist, um Wärmeenergie, die durch die eine oder die mehreren Batteriezellen erzeugt wird, zu leiten und abzuleiten.
Batterieeinheit nach Anspruch 16, die ferner eine oder mehrere thermische Platten umfaßt.
Batterieeinheit nach Anspruch 17, wobei die thermische Platten parallel zu den Batteriezellen liegen.
Batterieeinheit nach Anspruch 17, wobei die thermische Platten senkrecht zu den Batteriezellen liegen.
Batterieeinheit nach Anspruch 16, wobei das Abdeckstück Entlüftungslöcher aufweist, um die Wärmeenergie von den Strahlungsrippen zu entlüften.