CN110336068B - 头戴式显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种头戴式显示设备，包括：显示单元；连接单元，连接于所述显示单元的两侧；以及第一柔性电池单元与第二柔性电池单元，分别被置于所述显示单元两侧的所述连接单元中，且分别与所述显示单元电连接。在头戴式显示设备中，通过使用两节柔性电池单元替换由多节软包电池单元组成的弯曲电池带，不仅可以提升电池的空间利用率，提高电池整体的能量密度，还可以降低电池的整体重量，此外更有利于电池系统的电池管理。

Description

头戴式显示设备

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种头戴式显示设备。

背景技术

通过各种头戴式显示设备(Head Mount Display，HMD)，向眼睛发送光学信号，可以实现虚拟现实(Virtual Reality，VR)、增强现实(Augmented Reality，AR)、混合现实(Mixed Reality，MR)等不同效果，如VR眼镜、AR眼镜、MR眼镜等。

以图1所示的头戴式显示设备为例，其中的供电电池通常为多节软包电池单元串联或并联，并设置在如图1所示的头戴式显示设备的眼镜(显示器)11左右两侧的呈圆弧状的连接体部分12中。图2是根据一示例示出的适用于头戴式显示设备的多节电池的示意图。通过使用诸如粘合剂等物质将每节电池单元13的顶部层压层131和底部层压层132耦合在一起，使得多节电池单元13中的每一个都彼此隔离。此外，为了使供电电池整体呈圆弧形以与头戴式显示设备匹配，需要在各电池单元13之间设置间隙133。

但这种电池的连接方式，首先，因需要在各电池单元之间设置间隙，会增加电池空间，降低电池空间利用率，从而使电池的整体能量密度降低。其次，多节电池单元通过串联连接组成弧形电池带，随着电池单元数量的增加，电池的管理也会越来越复杂，比如电池间的均衡管理。当出现电池间状态不一致时，就需要通过外部均衡来尽量维持各电池单元之间的状态，但增加出的均衡电路无疑会增加生产成本，同时还要在装机前对电池单元进行筛选。此外，因为需要对每个电池单元中的电芯进行独立包装，这样每个电芯都需要增加独立的外包装(如铝塑膜材质)，随着电池单元数量的增加势必会增加电池整体的重量。并且用于承载电池带的载体也同样会增加电池的整体重量，影响用户穿戴的体验效果。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种头戴式显示设备。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一方面，提供一种头戴式显示设备，包括：显示单元；连接单元，连接于所述显示单元的两侧；以及第一柔性电池单元与第二柔性电池单元，分别被置于所述显示单元两侧的所述连接单元中，且分别与所述显示单元电连接。

根据本发明的一实施方式，所述第一柔性电池单元与所述第二柔性电池单元各自独立为所述显示单元供电。

根据本发明的一实施方式，所述头戴式显示设备还包括：充电接口，被设置于所述第一柔性电池单元与所述第二柔性电池单元之间、且远离所述显示单元一侧的所述连接单元上；所述充电接口分别与所述第一柔性电池单元及所述第二柔性电池单元电连接，以通过所述充电接口为所述第一柔性电池单元及所述第二柔性电池单元充电。

根据本发明的一实施方式，所述第一柔性电池单元与所述第二柔性电池单元串联。

根据本发明的一实施方式，所述头戴式显示设备还包括：充电接口及第一电压转换电路；其中，所述第一电压转换电路电连接于所述充电接口与所述第一柔性电池单元及所述第二柔性电池单元之间，所述第一电压转换电路用于将电源提供装置通过所述充电接口提供的电压转换为加载在所述第一柔性电池单元及所述第二柔性电池单元两端的充电电压。

根据本发明的一实施方式，所述头戴式显示设备还包括：第二电压转换电路，电连接于所述显示单元与所述第一柔性电池单元及所述第二柔性电池单元之间，用于将所述第一柔性电池单元及所述第二柔性电池单元提供的电压转换为所述显示单元的供电电压。

根据本发明的一实施方式，所述头戴式显示设备还包括：多节第一软包电池单元及多节第二软包电池单元；其中，所述多节第一软包电池单元以所述第一柔性电池单元为载体，各第一软包电池单元及所述第一柔性电池单元并联；所述多节第二软包电池单元以所述第二柔性电池单元为载体，各第二软包电池单元及所述第二柔性电池单元并联。

根据本发明的一实施方式，所述第一柔性电池单元与各第一软包电池单元的容量相等；所述第二柔性电池单元与各第二软包电池单元的容量相等。

根据本发明的另一方面，提供一种头戴式显示设备，包括：显示单元；连接单元，连接于所述显示单元的两侧；以及柔性电池单元与多节软包电池单元，被置于所述显示单元一侧的所述连接单元中，且与所述显示单元电连接；其中，所述多节软包电池单元以所述柔性电池单元为载体，且各软包电池单元及所述柔性电池单元并联。

根据本发明的一实施方式，所述柔性电池单元与各软包电池单元的容量相等。

根据本发明实施方式提供的头戴式显示设备，通过使用两节柔性电池替换由多节软包电池组成的弯曲电池带，不仅可以提升电池的空间利用率，提高电池整体的能量密度，还可以降低电池的整体重量，此外更有利于电池系统的电池管理。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1是根据一示例示出的一种头戴式显示设备的示意图。

图2是根据一示例示出的适用于头戴式显示设备的多节电池的示意图。

图3是根据一示例性实施方式示出的一种头戴式显示设备的示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种柔性电池的示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的另一种头戴式显示设备的示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的具备无线充电能力的头戴式显示设备20的框图。

图7是根据一示例性实施例示出的充电接口与第一柔性电池单元及第二柔性电池单元的连接示意图。

图8是根据另一示例性实施例示出的头戴式显示设备20的框图。

图9是根据另一示例性实施例提供的柔性电池的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。

此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本发明实施方式提供的头戴式显示设备例如可以为VR眼镜、AR眼镜、MR眼镜，或者还可以其他可穿戴于头部的智能眼镜。

图3是根据一示例性实施方式示出的一种头戴式显示设备的示意图。图4是根据一示例性实施例示出的一种柔性电池的示意图。联合参考图3和图4，头戴式显示设备20可以包括：显示单元21、连接单元22及如图4所示的第一柔性电池单元23和第二柔性电池单元24。

其中显示单元21例如可以为如图1中所示的呈眼镜式的显示器。连接单元22连接在显示单元21的两侧。如图3所示，连接单元22连接于显示单元21两侧，并与显示单元21闭合连接为一个圆形或椭圆形。

图5是根据一示例性实施例示出的另一种头戴式显示设备的示意图。或者，连接单元还可以如图5所示，为分别位于显示单元21’两端呈眼镜腿式的连接单元22’，第一柔性电池单元23和第二柔性电池单元24分别位于显示单元21’两侧的连接单元22’中。

连接单元22中间可呈中空结构，第一柔性电池单元23和第二柔性电池单元24分别被置于显示单元21两侧的连接单元22中，并分别与显示单元21电性连接。

如图4所示的第一柔性电池单元23或第二柔性电池单元24，由一个独立电池单元组成，左右两端分别有正负极，一端电连接包括显示单元21的电路，另一端连接充电接口25。

第一柔性电池单元23与第二柔性电池单元24除了包括正负极外，还包括电解质与隔离膜。正极材料可以为层状化合物LiMO(M为金属元素Ni、Mn、Co、Al等中的一种或多种)，比如钴酸锂等；负极材料可以为石墨、石墨烯、硅基材料、锡基材料、钛酸锂等中的一种或多种；电解质可以为液态电解液，也可以为固态凝胶电解质、陶瓷电解质、全固态聚合物电解质；特别的，在全固态电解质中可以不需要隔离膜。柔性电池的厚度一般大于0.5mm，可以为一层或多层正负极组合。根据实际需求，柔性电池的其他参数设计可以为：1)厚度可以根据产品的设计要求，比如在0.3mm-6mm之间；2)弧度范围可以为：R5-R60，同时还可以维持平铺展开；3)电池的长和宽可以根据产品的需求而设置。

如图3所示，充电接口25可以被设置于第一柔性电池单元与第二柔性电池单元之间、且远离显示单元21一侧的连接单元22上。第一柔性电池单元23与第二柔性电池单元24可共用该充电接口25，也即第一柔性电池单元23及第二柔性电池单元24分别与充电接口25电连接，以通过充电接口25为第一柔性电池单元23和第二柔性电池单元24充电。

头戴式显示设备20通过充电接口25与电源提供装置连接，以为第一柔性电池单元23和第二柔性电池单元24充电。充电接口25例如可以为USB 2.0接口、Micro USB接口或USBTYPE-C接口。在一些实施例中，充电接口25还可以为lightning接口，或者其他任意类型的能够用于充电的并口或串口。

在一些实施例中，头戴式显示设备20还可以通过无线充电方式为第一柔性电池单元23和第二柔性电池单元24充电。图6是根据一示例性实施例示出的具备无线充电能力的头戴式显示设备20的框图。如图6所示，头戴式显示设备20还可以包括：无线接收电路26分别与第一柔性电池单元23和第二柔性电池单元24电连接。图6中以无线接收电路26并联方式分别与第一柔性电池单元23和第二柔性电池单元24电连接，但如果第一柔性电池单元23与第二柔性电池单元24串联时，无线接收电路26也可以与第一柔性电池单元23和第二柔性电池单元24形成的串联支路连接，以为串联的第一柔性电池单元23和第二柔性电池单元24充电。无线接收电路26用于接收无线充电装置30中的无线发射电路31发射的电磁信号(或电磁波)，并将该电磁信号(或电磁波)转换成无线接收电路26输出的直流电。例如，无线接收电路26可以包括：接收线圈或接收天线及与该接收线圈或接收天线相连的整流电路和/或滤波电路等整形电路。无线接收电路26通过接收线圈或接收天线将无线发射电路31发射的电磁信号(或电磁波)转换成交流电，通过整形电路对该交流电进行整流和/或滤波等操作，从而将该交流电转换成稳定的直流电，以为第一柔性电池单元23与第二柔性电池单元24充电。无线充电装置30包括：无线发射电路31。无线发射31用于将电源提供装置40输出的电能转换成电磁信号(或电磁波)进行发射，以为头戴式显示设备20进行无线充电。例如，无线发射电路31可以包括：无线发射驱动电路和发射线圈(或发射天线)。无线发射驱动电路31用于将电源提供装置40输出的直流电转换成高频的交流电，并通过发射线圈或发射天线将该高频交流电转换成电磁信号(或电磁波)发射出去。此外，无线充电装置30还可以包括控制模块32与充电接口33。控制模块32用于在无线充电装置30为头戴式显示设备20进行无线充电过程中，与头戴式显示设备20进行无线通信。无线充电装置30通过充电接口33与电源提供装置40连接。

在一些实施例中，第一柔性电池单元23与第二柔性电池单元24可以各自独立地为显示设备供电。图7是根据一示例性实施例示出的充电接口与第一柔性电池单元及第二柔性电池单元的连接示意图。如果第一柔性电池单元23与第二柔性电池单元24被设置为独立地为显示设备供电，则在通过充电接口25充电时，如图7所示，充电接口25以并联方式与第一柔性电池单元23和第二柔性电池单元24电连接，以同时为两个独立工作的柔性电池进行充电。

在一些实施例中，图8是根据另一示例性实施例示出的头戴式显示设备20的框图。如图8所示，第一柔性电池单元23与第二柔性电池单元24串联。在充电时，如果电源提供装置50(如电源适配器、移动电源等)能够支持双节串联电池的直充，也即电源提供装置50可以提供大于10V的输出电压时，可以通过如图8中所示的直充通路27为第一柔性电池单元23与第二柔性电池单元24充电。而如果电源提供装置50为普通适配器(如5V1A或5V2A适配器)，不能够支持对双节电池的直充，则头戴式显示设备20还可以包括第一电压转换电路28，电连接于充电接口与第一柔性电池单元23及第二柔性电池单元24之间，将电源提供装置50通过充电接口25提供的电压转换为加载在第一柔性电池单元23及第二柔性电池单元24两端的充电电压。第一电压转换电路28例如可以为Boot升压电路。

此外，如图8所示，头戴式显示设备20还可以包括第二电压转换电路29，电连接于如显示单元21等的待供电电路与第一柔性电池单元23及第二柔性电池单元24之间，用于将第一柔性电池单元23及第二柔性电池单元24提供的电压转换为待供电电路的供电电压，该供电电压及供电电流与使用单节柔性电池供电时的供电电压和供电电流一致。第二电压转换电路29例如可以为开关电容(Switch cap)或Buck降压电路。

需要说明的是，在为待供电电路供电时，也可以仅通过第一柔性电池单元23与第二柔性电池单元24的其中之一为其进行供电。但为了保证在充电时两个柔性电池单元之间的电压相等，需要设置均衡电路，在充电前对两个柔性电池单元之间的电压进行均衡，该均衡电路例如可以为电容式均衡电路或电感式均衡电路。

根据本发明实施方式提供的头戴式显示设备，通过使用两节柔性电池替换由多节软包电池组成的弯曲电池带，不仅可以提升电池的空间利用率，提高电池整体的能量密度，还可以降低电池的整体重量，此外更有利于电池系统的电池管理。

应清楚地理解，本发明描述了如何形成和使用特定示例，但本发明的原理不限于这些示例的任何细节。相反，基于本发明公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施方式。

图9是根据另一示例性实施例提供的柔性电池的示意图。如图9所示，在第一柔性电池单元23或第二柔性电池单元24上还承载了多节软包电池单元231或241，也即多节软包电池单元分别231或241以第一柔性电池单元23或第二柔性电池单元24为载体，各软包电池单元231或241与柔性电池单元23或24并联。由于柔性电池的能量密度可能低于传统的软包电池，因此使用柔性电池作为软包电池的载体，同时与软包电池并联使用，可以达到在满足弯曲度的前提下，进一步提升电池的能量密度。即使在软包电池间必须要增加间隙来进行弯曲，但是通过载体使用柔性电池来弥补这部分空缺，可以降低能量密度的损失。多节软包电池单元与柔性电池单元采用并联方式连接，在管理上更为有利。此外，如果设置多节软包电池与柔性电池单元串联，则需要通过对柔性电池单元厚度的设置，将其容量设置成与软包电池的容量一致。

如上述，设置有软包电池单元231的第一柔性电池单元23与设置有软包电池单元241的第二柔性电池单元24可以独立地进行工作，也可以串联地进行工作。当两者串联时，同样需要设置上述的第一电压转换电路28与第二电压转换电路29。

此外，根据本发明另一实施方式，如图3与图9所示，还可以提供一种头戴式显示设备。该头戴式显示设备中可以仅包括一节如图9所示的柔性电池，也即承载有多节软包电池的柔性电池，被设置于显示单元21两侧中的任意一侧的连接单元22中，与显示单元21电连接。如上所述，虽然各软包电池之间存在间隙，但由于其载体为柔性电池，可以弥补各间隙导致的能量密度的损失。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应可理解的是，本发明不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (7)

1.一种头戴式显示设备，其特征在于，包括：

显示单元；

连接单元，连接于所述显示单元的两侧；

第一柔性电池单元与第二柔性电池单元，分别被置于所述显示单元两侧的所述连接单元中，且分别与所述显示单元电连接；

一个充电接口，分别与所述第一柔性电池单元及所述第二柔性电池单元电连接，以通过所述充电接口为所述第一柔性电池单元及所述第二柔性电池单元充电；所述充电接口被设置于所述第一柔性电池单元与所述第二柔性电池单元之间、且远离所述显示单元一侧的连接单元上；以及

多节第一软包电池单元及多节第二软包电池单元；

其中，所述第一柔性电池单元的两端分别设置有正极和负极，其中一端的正极和负极分别与所述显示单元连接，另一端的正极和负极分别与所述充电接口连接；所述第二柔性电池单元的两端分别设置有正极和负极，其中一端的正极和负极分别与所述显示单元连接，另一端的正极和负极分别与所述充电接口连接；

其中，所述多节第一软包电池单元以所述第一柔性电池单元为载体，各第一软包电池单元及所述第一柔性电池单元并联；所述多节第二软包电池单元以所述第二柔性电池单元为载体，各第二软包电池单元及所述第二柔性电池单元并联；所述第一柔性电池单元与各第一软包电池单元的容量相等；所述第二柔性电池单元与各第二软包电池单元的容量相等。

2.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述第一柔性电池单元与所述第二柔性电池单元各自独立为所述显示单元供电。

3.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述第一柔性电池单元与所述第二柔性电池单元串联。

4.根据权利要求3所述的头戴式显示设备，其特征在于，还包括：第一电压转换电路；其中，所述第一电压转换电路电连接于所述充电接口与所述第一柔性电池单元及所述第二柔性电池单元之间，所述第一电压转换电路用于将电源提供装置通过所述充电接口提供的电压转换为加载在所述第一柔性电池单元及所述第二柔性电池单元两端的充电电压。

5.根据权利要求4所述的头戴式显示设备，其特征在于，还包括：第二电压转换电路，电连接于所述显示单元与所述第一柔性电池单元及所述第二柔性电池单元之间，用于将所述第一柔性电池单元及所述第二柔性电池单元提供的电压转换为所述显示单元的供电电压。

6.一种头戴式显示设备，其特征在于，包括：

显示单元；

充电接口；

连接单元，连接于所述显示单元的两侧；以及

柔性电池单元与多节软包电池单元，被置于所述显示单元一侧的所述连接单元中，且与所述显示单元电连接；

其中，所述多节软包电池单元以所述柔性电池单元为载体，且各软包电池单元及所述柔性电池单元并联；

其中，所述柔性电池单元的两端分别设置有正极和负极，其中一端的正极和负极分别与所述显示单元连接，另一端的正极和负极分别与所述充电接口连接。

7.根据权利要求6所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述柔性电池单元与各软包电池单元的容量相等。

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