JP2015118099A - 移動機器の周辺温度を求める方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動用機器の周辺温度の測定方法を改善すること。【解決手段】前記課題は、・第１のステップにおいて、移動用機器の熱的状態を求めるために当該移動用機器の動作状態を特定するステップと、・第２のステップにおいて、当該移動用機器の熱的振舞いを表す変動パラメータτ（ｔ）を推定するステップと、・第３のステップにおいて、前記変動パラメータτ（ｔ）を用いて当該移動用機器の周辺温度（Tamb）を計算するステップとを有する、移動用機器の周辺温度を測定するための方法により解決される。【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、移動機器の周辺温度を求める方法に関する。

最近のスマートフォンの中には、周辺温度センサを組み込んだものがある。しかし機器の自己加熱により、機器温度は周辺温度に相当しない。したがって、周辺温度の測定が不正確になることがある。この測定を改善するため、多くの移動機器では複数の温度センサを組み込むことも行われている。１つの移動電話機に設けられた複数の温度センサは、当該１つの機器の複数の異なる場所において機器温度を測定する。

周辺温度は、内部の温度センサと、機器の消費電力（熱）とを用いて推定される。その際には、実際の周辺温度に関して不確かさが残る。

本発明の課題は、移動用機器の周辺温度の測定方法を改善することである。

前記課題は、
・第１のステップにおいて、移動用機器の熱的状態を求めるために当該移動用機器の動作状態を特定するステップと、
・第２のステップにおいて、当該移動用機器の熱的振舞いを表す変動パラメータτ（ｔ）を推定するステップと、
・第３のステップにおいて、前記変動パラメータτ（ｔ）を用いて当該移動用機器の周辺温度（T_amb）を計算するステップと
を有する、移動用機器の周辺温度を測定するための方法により解決される。

１つの温度センサを備えた従来技術のスマートフォンの熱的等価回路図である。 ３つの温度センサを備えた従来技術のスマートフォンの熱的等価回路図である。 本発明の一実施例の、移動機器の周辺温度を測定するための方法を示す図である。 本発明の他の一実施例の、移動機器の周辺温度を測定するための方法を示す図である。 移動機器の推定周辺温度と、内蔵センサの測定温度とを示す図である。

本発明は、移動機器の周辺温度を測定するための方法に関し、以下のステップを有する：
・第１のステップにおいて、移動機器の熱的状態を求めるために当該移動機器の動作状態を特定するステップ。
・第２のステップにおいて、当該移動機器の熱的振舞いを表す変動パラメータτ（ｔ）を推定するステップ。
・第３のステップにおいて、前記変動パラメータτ（ｔ）を用いて当該移動機器の周辺温度（T_amb）を計算するステップ。

本発明の方法により、内部の温度センサを用いて移動機器の周辺温度を比較的高精度で測定することができるという利点が奏される。移動機器外部に配置される、当該機器により影響を受けずに実際に周辺温度を測定する温度センサは不要となる。

本発明の１つの有利な実施形態では、前記第３のステップ（３０）の後、第４のステップ（４０）において、周辺温度（T_amb）のフィルタリングを行う。

本発明の有利な一実施形態では、移動機器の周辺温度を計算するために、当該移動機器の少なくとも１つの温度センサの少なくとも１つの温度値を検出する。本発明の方法により、少数の温度センサだけで、移動機器の周辺温度を比較的高精度で測定することができるという利点が奏される。最も簡単な事例では、移動機器に１つの温度センサを設けるだけで十分である。

本発明の１つの有利な実施形態では、前記方法を繰り返し行う。これにより、移動機器の周辺温度を連続的に測定できるという利点が奏される。

本発明により、機器内部の１つの温度センサのみと当該機器の消費電力とを用いて、温度振舞いを求めることも可能である。複数の内部温度センサを用いる従来技術に対する本発明の利点とは、内部温度センサを追加する際にかかるコストの削減である。

図１は、１つの温度センサを備えた従来技術のスマートフォンの熱的等価回路図である。

温度振舞いをモデリングするためには、熱的ネットワークと電気的ネットワークとの類似性を利用することができる。温度センサおよび熱源を有する１次の熱ネットワークについては、図１に示した等価回路図になる。

数式（１）を用いて周辺温度を求めることができる。また、推定した温度の「正確さの表示」も示すことができる。

数式（１）を用いて周辺温度を求めても、全ての動作モードにおいて所望の結果が得られるわけではない。その原因は、C₁R₁＝τがスマートフォンの実際の動作状態に依存し、一定ではないからである。時定数τが誤った値をとると、周辺温度の推定値が不正確になる。このことはとりわけ、温度が急激に変化した後に推定された周辺温度の過振動となって現れる。測定により、周辺温度の急激な変化の後にセンサにより測定される温度が複数の段階に分けられることが分かる。

最初の段階はセンサの加熱段階である。この加熱は急速に進行し、これによりτは小さくなる。

第２の段階は、前記センサがはんだ付けされたボードの加熱段階である。この加熱はやや緩慢に進行するので、τは中程度になる。

第３の段階は電話機全体の加熱段階である。これは最も緩慢に進行するので、τは大きくなる。

これら複数の異なる段階は、図４から明らかである。過振動はローパスにより減衰させることができる。この手法の欠点は、この減衰に応じてシステムが緩慢になってしまうことである。このことにより、推定温度が求められる過渡振動時間が長くなる。この作用はユーザに気づかれて認識されるという欠点になる。

図２は、３つの温度センサを備えた従来技術のスマートフォンの熱的等価回路図である。

温度振舞いは、複数の内蔵温度センサＴｇ１，Ｔｇ２，Ｔｇ３、周辺に対する複数の異なる熱抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ないしは熱容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３と、各温度測定点間に１つずつある抵抗Ｒ１２，Ｒ２３を用いて、図２に示されているようにモデリングすることができる。ここでは、Ｔｇ１が、低い熱抵抗Ｒ１および低い熱容量Ｃ１を有するセンサの温度に相当すると仮定する。さらに、Ｔｇ２は、前記温度センサがはんだ付けされたボードの温度に相当し、このボードは、中程度の熱抵抗Ｒ２および中程度の容量Ｃ２を有する。最後に、Ｔｇ３は、前記センサを備えたボードを包含する電話機の温度に相当し、この電話機は高い熱抵抗Ｒ３と高い熱容量Ｃ３とを有する。

ここで温度の急激な変化をシミュレートすると、上述のような、センサの温度特性曲線における複数の異なる段階を観察することができる。

複数の内蔵温度センサを用いることにより、周辺温度の推定の改善を支援することができる。というのも、複数の温度センサにより上述の複数の異なる加熱段階を測定できるからである。しかし、経済上の理由により、１つの機器において用いることができる、相応の品質を有する温度センサの数は限られている。一例として、加熱または冷却の複数の異なる段階を図１において説明する。

温度特性曲線における複数の異なる段階は、とりわけ、それぞれ異なる動作状態である以下の現象で観察される。それは、スマートフォンの正常使用時の自己加熱段階、バッテリーの充電段階、および、周辺温度の変化時であり、周辺温度の変化はたとえば、別の部屋に移ったとき、屋内に入ったとき、または、ズボンのポケットから機器を取り出したとき等の急激な周辺温度変化である。このような複数の異なる動作状態に起因して、複数の温度センサが組み込まれていても、周辺温度を求めるのは困難になる。

本発明の中心的思想は、変動的パラメータ適応調整である。この変動的パラメータ適応調整τ（ｔ）により、温度特性曲線の複数の異なる段階をモデリングすることができる。このようにして、少数の内蔵温度センサでも周辺温度測定を改善することができ、特に、周辺温度を１つの内蔵温度センサだけでも測定することが可能になる。これにより、推定温度特性曲線における過渡振動も回避することができる。

したがって、周辺温度に関しては、数式２にしたがって以下のように求められる：

変動的パラメータ適応調整はさらに、動作状態にも依存する。したがって本発明は、温度センサデータおよび機器の消費電力の解析により、目下の動作状態をアクティブに識別することも含む。

温度予測の正確さの推定は、動作状態と時間とに依存する。正確さの推定はさらに、温度センサデータおよびスマートフォンの消費電力にも基づいて行われる。

図３Ａおよび３Ｂは、移動用機器の周辺温度を測定するための本発明の方法を２つの実施例で示す図である。この方法は周辺温度推定を含み、図３Ａには、当該方法が少なくとも３つのステップ１０，２０および３０に分割されるのが示されている。前記方法の開始時には、第１のステップ１０において、たとえばスマートフォン等の移動用機器の動作状態を検出する。すなわち、移動用機器がどのような熱的状態にあるかを特定する。

この熱的状態は、温度センサの実際の熱的状態および自己加熱と、１つまたは複数の温度センサの測定値とに基づいて検出される。

急激な温度変化を検出するための有利な実施形態は、測定された温度の２階時間微分と閾値ｔｈｒとを比較することであることが判明した。

有利には、以下の式により、「温度変化段階３」（電話機全体の加熱→緩慢、大きいτ）を検出することができる。

第２のステップ２０において、動作状態と、現在の動作状態に留まった時間（現在の動作状態を検出した時間の長さ）と、自己加熱と、温度測定値とに基づいて、パラメータ（τ）を推定する。この推定に際しては、上述の、複数の異なる時定数を有する内部温度曲線をモデリングできるという作用を考慮する。それと並行して、たとえば動作状態および温度測定値、さらに充電電流等の入力パラメータに基づいて、後に計算される周辺温度の正確さ推定を行う。推定周辺温度の正確さ表示は、推定した周辺温度の信頼領域を表すので、周辺温度を使用するに際して非常に役立つ。

その後、第３のステップ３０において、推定した時定数を用いて、数式１に従って周辺温度を計算する。

次に、オプションとしてステップ４０において、図３Ｂに示されているように周辺温度のフィルタリングを行うことができる。このフィルタリングはたとえば、２次の IIR フィルタ等のローパスフィルタリングを用いて行われる。

図４は、移動用機器の推定周辺温度１００と、内蔵センサの測定温度２００とを示す図である。上方のグラフには、参照温度 Umgebung として実際の周辺温度を示している。これは、過振動を伴う階段関数である。というのも、移動用機器は把持されて、低温の環境から温暖な環境へ持ち込まれたからである。上方のグラフにはさらに、移動用機器の温度が電話機温度として示されている。この曲線は、温暖な環境においてまず最初に迅速に上昇する。温度上昇が迅速であるということは、τ（ｔ）が小さいということである。その後、温度上昇は平坦になる。このことは、τ（ｔ）が連続的に上昇することを意味する。電話機温度は時間的推移の中で、周辺温度に近づいていく。ここで、温度変化は緩慢にしか行われなくなる。このことは、時定数τ（ｔ）が大きくなることを意味する。下方のグラフには、変動的パラメータτ（ｔ）の推移が時間を横軸として相応に示されている。最後に、上方のグラフには、変動的パラメータを用いて計算した周辺温度を示している。これは、大部分の期間において、実際の温度に非常に良好に一致している。

Claims (4)

1. 移動用機器の周辺温度を測定するための方法であって、
   ・前記移動用機器の熱的状態を求めるために、当該移動用機器の動作状態を特定する第１のステップ（１０）と、
   ・前記移動用機器の熱的振舞いを表す変動パラメータτ（ｔ）を推定する第２のステップ（２０）と、
   ・前記変動パラメータτ（ｔ）を用いて前記移動用機器の周辺温度（T_amb）を計算する第３のステップ（３０）と
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記第３のステップ（３０）の後、第４のステップ（４０）において前記周辺温度（T_amb）のフィルタリングを行う、
   請求項１記載の方法。
3. 前記移動用機器の周辺温度（T_amb）を計算するため、当該移動用機器の少なくとも１つの温度センサの少なくとも１つの温度値を検出する、
   請求項１または２記載の方法。
4. 前記方法を繰り返し実施する、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。

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