CN113194680A - 一种用于手机的智能热管理系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于手机的智能热管理系统及其控制方法，储液器连接积气罐，储液器的出液口B连接微型水泵的进液口，微型马达与微型水泵连接，微型水泵的出液口连接电控比例分配阀的进液口a，电控比例分配阀的出液口b连接电池组件的进液口，电控比例分配阀的出液口c连接终端显示屏的进液口，终端显示屏、电池组件出液口均连接进液口A；屏幕温度传感器的一端连接在终端显示屏上，另一端与控制单元的接口a连接，储液器温度传感器的一端连接储液器，另一端与控制单元的接口f连接，控制单元的接口c连接电池组件，控制单元的接口d连接电控比例分配阀，控制单元的接口e连接微型马达。本发明结构简单，在提高散热效率的同时使操作更加智能化。

Description

一种用于手机的智能热管理系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种手机热管理系统，具体是一种用于手机的智能热管理系统及其控制方法，属于智能手机热管理技术领域。

背景技术

手机已经发展到智能机时代，随着主频越来越高，屏幕越来越大，功耗越来越大，其发热量也越来越高。手机的发热问题不可忽视，发热问题已经严重影响到人们感受，而且还容易导致由于硬件温度过高而烧毁手机部件，更严重的会导致电池受热鼓胀，甚至起火爆炸。因此，各手机厂商均花费大量资金，来研究高效节能的散热技术。

中国发明专利2020年7月4日公开的一种公开号为CN107257612B的“一种基于风冷的智能手机散热系统”，其涉及智能手机散热系统技术领域，包括CPU和导热模块，CPU一表面固定有导热模块；CPU另一表面设有温度检测模块；CPU接收数据采集模块的温度数据信息；CPU与数据存储模块进行数据的传输；CPU向显示模块输出温度数据信息；CPU向语音设备输出音频信息；导热模块一表面固定有手机外壳；手机外壳外表面固定有外置散热装置；温度检测模块向数据采集模块输出温度数据信息。

中国发明专利2019年2月15日公开的一种公开号为CN109348018A的“一种移动终端散热结构及移动终端”，包括：终端本体、覆盖终端本体后方的后盖；终端本体与后盖之间的空间内设置有对终端本体进行散热的风扇；后盖上设置一个开口，开口上设置盖板；盖板与后盖上的开口之间通过至少一组的连接件连接，风扇关闭时，盖板在连接件的连接下与后盖上的开口紧密盖合；风扇打开时，盖板从所述后盖上的开口处弹出，并在连接件的连接下与后盖上的开口之间保持一定的距离。

上述已经公开的技术方案，均是以风冷为基础，散热效率低，需要在手机上安装外置装置，体积大，携带不方便，所以散热系统运行不够智能。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于手机的智能热管理系统及其控制方法，该系统结构简单，体积小，在提高散热效率的同时使操作更加智能化。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于手机的智能热管理系统，包括手机本体以及设置在手机本体内部的终端显示屏、电池组件、热管理系统，热管理系统用来为终端显示屏、电池组件进行散热降温，热管理系统包括热管理系统组件、热管理系统控制模块；

热管理系统组件包括储液器、电控比例分配阀、微型马达和微型水泵，储液器通过管路连接积气罐，积气罐上装有安全阀，所述安全阀为单向阀，当积气罐内的气体压力超过安全值时，安全阀会打开来排气降压；储液器上设置进液口A、出液口B，出液口B通过管路连接微型水泵的进液口，微型马达与微型水泵连接，微型水泵的出液口通过管路连接电控比例分配阀的进液口a，电控比例分配阀的出液口b通过管路连接电池组件的进液口，电控比例分配阀的出液口c通过管路连接终端显示屏的进液口，电控比例分配阀通过电信号控制将进液口a流入的液体按照比例分配给出液口b和出液口c，用于平衡终端显示屏、电池组件的冷却流量分配；终端显示屏、电池组件的出液口均通过管路连接进液口A；

热管理系统控制模块包括控制单元、屏幕温度传感器、电池温度传感器、储液器温度传感器，屏幕温度传感器的一端连接在终端显示屏上，另一端与控制单元的接口a连接，储液器温度传感器的一端连接储液器，另一端与控制单元的接口f连接，控制单元的接口c连接电池组件为控制系统供电，控制单元的接口d连接电控比例分配阀，用来控制电控比例分配阀的动作，控制单元的接口e连接微型马达，输出脉冲电流到微型马达。

本发明的微型马达由铁芯以及绕在铁芯上的线圈组成，微型水泵包括隔膜、设置在微型水泵的进液口与隔膜之间的进口单向阀、设置在隔膜与进液口a之间的出口单向阀，隔膜为铁、橡胶复合结构，当线圈通电，铁芯具有磁性，吸引隔膜凸起，隔膜内产生真空，进口单向阀打开，出口单向阀关闭，液体由左向右流入隔膜内部，当线圈断电，铁芯失去磁性，隔膜在橡胶弹性的作用下，恢复成凹陷状态，内部的液体受到挤压，进口单向阀关闭，出口单向阀打开，液体由隔膜内部向右流出，当线圈往复通断电，能够将液体泵出。

本发明的控制单元为可编程控制器，型号为TMCPU-2021，工作电压为2.75V-4.2V，其具备模拟量输入、电流量输出、具备一定频率的脉冲电流输出的功能，具有和智能手机进行信息交互通讯的功能。

本发明的屏幕温度传感器用来检测终端显示屏的温度，其具有分布式结构，与终端显示屏具有多点式接触测温功能，输出的温度值为平均值；电池温度传感器用来检测电池组件的温度，其具有分布式结构，与电池组件具有多点式接触测温功能，输出的温度值为平均值。

一种用于手机的智能热管理系统的控制方法，包括以下步骤：

①手机本体开机后，热管理系统通电工作，控制单元接收到储液温度传感器的温度信号T13，T03为预先设置在控制单元中的储液器温度最大允许值，如果T13＜T03，执行步骤②，如果T13≥T03，则发出热管理系统异常的文字提示报警；

②控制单元输出脉冲电流到微型马达，微型马达收到电流初始赋值指令并带动微型水泵，微型水泵以最大流量的5-10％的小流量工作；

③微型水泵将低温的液体从储液器的出液口B抽出，泵送到电控比例分配阀的进液口a，控制单元发出均分位初始赋值指令至电控比例分配阀，电控比例分配阀对出液口b和出液口c的流量进行平均分配，即Q_b＝Q_c，其中Q_b为出液口b处的流量值，Q_c为出液口c处的流量值；出液口b的低温液体流向电池组件的进液口，再由电池组件流出回流到储液器的进液口A，出液口c的低温液体流向终端显示屏，再由终端显示屏流出回流到储液器的进液口A；

④在冷却液体流动的过程中，控制单元接收电池温度传感器的温度信号T12，T02为预先设置在控制单元中的电池冷却目标温度，如果T12＜T02，则控制单元继续判断屏幕温度传感器的温度信号T11，T01为预先设置在控制单元中的屏幕冷却目标温度，如果T11＜T01，则进入结束环节，控制单元继续判断电池温度传感器的温度信号T12，由此反复进行；

⑤控制单元接收电池温度传感器的温度信号T12，如果T12＜T02，则控制单元继续判断屏幕温度传感器T11，如果T11≥T01，控制单元发出均分位指令至电控比例分配阀，使得Q_b＝Q_c，将微型马达的电流调整为最大值，增加系统的散热量，完成上述调节后进入结束环节，控制单元重新回到电池温度传感器的温度判断环节。

本发明的控制单元按照流程重复运行，每Δt时间间隔运行一次，热管理系统具有优先判断电池温度传感器的温度信号T12的特征，如果T12≥T02，进一步判断T12≥(T02+Δt)，T02+Δt为电池组件温度上限的阈值；

如果T12≥(T02+Δt)；控制单元发出向左位移动指令至电控比例分配阀，每一次调节量为电控比例分配阀总调节量的千分之一，流进进液口a的冷却液体均流至油出液口b，同时控制单元输出最大脉冲电流控制信号至微型马达，所有的冷却流量均流过电池组件，且微型水泵以最大流量运行，热管理系统以最大负荷运行；

如果T12＜(T02+Δt)；控制单元发出增加脉冲电流控制信号至微型马达，电流值I₄＝I_4max×(T12-T02)/Δt，I_4max为微型马达满负荷工作状态的脉冲电流，电控比例分配阀为中位信号不变。

与现有技术相比，本发明的热管理系统，通过设置控制单元将储液器中的冷却液体分配到终端显示屏和电池组件，为终端显示屏和电池组件进行降温，在对终端显示屏和电池组件进行降温的过程中，通过屏幕温度传感器、电池温度传感器、储液器温度传感器，对终端显示屏、电池组件以及储液器内部冷却液体的温度进行实时检测，并根据检测的结果对微型马达的电流值进行实时调整，本发明的热管理系统以液体为冷却介质，散热效果好，控制单元智能先进，而且设置了电池组件冷却优先的控制逻辑，保证电池使用安全；本发明采用的微型水泵，与传统的旋转电机驱动的水泵相比，具有结构紧凑，易于调节流量，噪音小的特点，适合用于智能手机内部；本发明所采用的元件种类和数量少，系统简单可靠，在提高散热效率的同时使操作更加智能化。

附图说明

图1为本发明热管理系统的结构示意图；

图2为本发明微型水泵的结构示意图；

图3为本发明的控制原理流程图。

图中：1、手机本体，2、终端显示屏，3、电池组件，4、微型马达，4a、铁芯，4b、线圈，5、微型水泵，5a、隔膜，5b、进口单向阀，5c、出口单向阀，6、电控比例分配阀，7、储液器，8、积气罐，9、安全阀，10、控制单元，11、屏幕温度传感器，12、电池温度传感器，13、储液器温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种用于手机的智能热管理系统，包括手机本体1以及设置在手机本体1内部的终端显示屏2、电池组件3、热管理系统，热管理系统用来为终端显示屏2、电池组件3进行散热降温，热管理系统包括热管理系统组件、热管理系统控制模块；

热管理系统组件包括储液器7、电控比例分配阀6、微型马达4和微型水泵5，储液器7通过管路连接积气罐8，积气罐8用来收集储液器7内的气体，积气罐8上装有安全阀9，所述安全阀9为单向阀，当积气罐8内的气体压力超过安全值时，安全阀9会打开来排气降压；储液器7上设置进液口A、出液口B，出液口B通过管路连接微型水泵5的进液口，微型马达4与微型水泵5连接，微型水泵5的出液口通过管路连接电控比例分配阀6的进液口a，电控比例分配阀6的出液口b通过管路连接电池组件3的进液口，电控比例分配阀6的出液口c通过管路连接终端显示屏2的进液口，电控比例分配阀6具有流量调节功能，电控比例分配阀6通过电信号控制将进液口a流入的液体按照比例分配给出液口b和出液口c，用于平衡终端显示屏2、电池组件3的冷却流量分配；终端显示屏2、电池组件3的出液口均通过管路连接进液口A；

热管理系统控制模块包括控制单元10、屏幕温度传感器11、电池温度传感器12、储液器温度传感器13，屏幕温度传感器11的一端连接在终端显示屏2上，另一端与控制单元10的接口a连接，储液器温度传感器13的一端连接储液器7，另一端与控制单元10的接口f连接，控制单元10的接口c连接电池组件3为控制系统供电，控制单元10的接口d连接电控比例分配阀6，用来控制电控比例分配阀6的动作，控制单元10的接口e连接微型马达4，输出脉冲电流到微型马达4。

如图2所示，微型马达4由铁芯4a以及绕在铁芯4a上的线圈4b组成，微型水泵5包括隔膜5a、设置在微型水泵5的进液口与隔膜5a之间的进口单向阀5b、设置在隔膜5a与进液口a之间的出口单向阀5c，隔膜5a为铁、橡胶复合结构，具有被磁性吸引后凸起的特性，当线圈4b通电，铁芯4a具有磁性，吸引隔膜5a凸起，隔膜内产生真空，进口单向阀5b打开，出口单向阀5c关闭，液体由左向右流入隔膜5a内部，当线圈4b断电，铁芯4a失去磁性，隔膜5a在橡胶弹性的作用下，恢复成凹陷状态，内部的液体受到挤压，进口单向阀5b关闭，出口单向阀5c打开，液体由隔膜5a内部向右流出，当线圈4b往复通断电，能够将液体泵出，线圈4b通断电的频率越高，流量越大；与传统的使用旋转电机驱动的水泵相比，具有结构紧凑，易于调节流量，噪音小的特点，适合用于智能手机内部。

控制单元10为可编程控制器，型号为TMCPU-2021，工作电压为2.75V-4.2V；具备模拟量输入、电流量输出、具备一定频率的脉冲电流输出的功能，具有和智能手机进行信息交互通讯的功能。

屏幕温度传感器11用来检测终端显示屏的温度，其具有分布式结构，与终端显示屏2具有多点式接触测温功能，输出的温度值为平均值；电池温度传感器12用来检测电池组件3的温度，其具有分布式结构，与电池组件3具有多点式接触测温功能，输出的温度值为平均值。

本发明的储液器7与手机本体1的后壳做成一体，使储液器7与空气充分接触换热，用于散掉系统内部的热量。

如图3所示，一种用于手机的智能热管理系统的控制方法，包括以下步骤：

①手机本体1开机后，热管理系统通电工作，控制单元10接收到储液温度传感器13的温度信号T13，T03为预先设置在控制单元10中的储液器温度最大允许值，如果T13＜T03，执行步骤②，如果T13≥T03，则发出冷却系统异常的文字提示报警；

②控制单元10输出脉冲电流到微型马达4，微型马达4收到电流初始赋值指令并带动微型水泵5，微型水泵5以最大流量的5-10％的小流量工作；

③微型水泵5将低温的液体从储液器7的出液口B抽出，泵送到电控比例分配阀6的进液口a，控制单元10发出均分位初始赋值指令至电控比例分配阀6，电控比例分配阀6对出液口b和出液口c的流量进行平均分配，即Q_b＝Q_c，其中Q_b为出液口b处的流量值，Q_c为出液口c处的流量值；出液口b的低温液体流向电池组件3的进液口，为电池组件3降温后变为高温液体，再由电池组件3流出回流到储液器7的进液口A，出液口c的低温液体流向终端显示屏2，为终端显示屏2降温后变为高温液体，再由终端显示屏2流出回流到储液器7的进液口A；

④在冷却液体流动的过程中，控制单元10接收电池温度传感器12的温度信号T12，T02为预先设置在控制单元10中的电池冷却目标温度，如果T12＜T02，则控制单元10继续判断屏幕温度传感器11的温度信号T11，T01为预先设置在控制单元10中的屏幕冷却目标温度，如果T11＜T01，则进入结束环节，控制单元10继续判断电池温度传感器12的温度信号T12，由此反复进行；

⑤控制单元10接收电池温度传感器12的温度信号T12，T02为预先设置在控制单元10中的电池冷却目标温度，如果T12＜T02，则控制单元10继续判断屏幕温度传感器T11，T01为预先设置在控制单元10中的屏幕冷却目标温度，如果T11≥T01，控制单元10发出均分位指令至电控比例分配阀6，使得Q_b＝Q_c，将微型马达4的电流调整为最大值，增加系统的散热量，完成上述调节后进入结束环节，控制单元10重新回到电池温度传感器12的温度判断环节。

控制单元10按照流程重复运行，每Δt时间间隔运行一次，冷却系统具有优先判断电池温度传感器12的温度信号T12的特征，T02为预先设置在控制单元10中的电池冷却目标温度，如果T12≥T02，进一步判断T12≥(T02+Δt)，T02+Δt为电池温度上限的阈值。

如果T12≥(T02+Δt)；控制单元10发出向左位移动指令至电控比例分配阀6，每一次调节量为电控比例分配阀6总调节量的千分之一，流进进液口a的冷却液体均流至油出液口b，同时控制单元10输出最大脉冲电流控制信号至微型马达4，所有的冷却流量均流过电池组件3，且微型水泵5以最大流量运行，冷却系统以最大负荷运行；

如果T12＜(T02+Δt)；控制单元10发出增加脉冲电流控制信号至微型马达4，电流值I₄＝I_4max×(T12-T02)/Δt，I_4max为微型马达4满负荷工作状态的脉冲电流，电控比例分配阀6为中位信号不变。

Claims (6)

1.一种用于手机的智能热管理系统，包括手机本体(1)以及设置在手机本体(1)内部的终端显示屏(2)、电池组件(3)、热管理系统，其特征在于，热管理系统用来为终端显示屏(2)、电池组件(3)进行散热降温，热管理系统包括热管理系统组件、热管理系统控制模块；

热管理系统组件包括储液器(7)、电控比例分配阀(6)、微型马达(4)和微型水泵(5)，储液器(7)通过管路连接积气罐(8)，积气罐(8)上装有安全阀(9)，所述安全阀(9)为单向阀，当积气罐(8)内的气体压力超过安全值时，安全阀(9)会打开来排气降压；储液器(7)上设置进液口A、出液口B，出液口B通过管路连接微型水泵(5)的进液口，微型马达(4)与微型水泵(5)连接，微型水泵(5)的出液口通过管路连接电控比例分配阀(6)的进液口a，电控比例分配阀(6)的出液口b通过管路连接电池组件(3)的进液口，电控比例分配阀(6)的出液口c通过管路连接终端显示屏(2)的进液口，电控比例分配阀(6)通过电信号控制将进液口a流入的液体按照比例分配给出液口b和出液口c，用于平衡终端显示屏(2)、电池组件(3)的冷却流量分配；终端显示屏(2)、电池组件(3)的出液口均通过管路连接进液口A；

热管理系统控制模块包括控制单元(10)、屏幕温度传感器(11)、电池温度传感器(12)、储液器温度传感器(13)，屏幕温度传感器(11)的一端连接在终端显示屏(2)上，另一端与控制单元(10)的接口a连接，储液器温度传感器(13)的一端连接储液器(7)，另一端与控制单元(10)的接口f连接，控制单元(10)的接口c连接电池组件(3)为控制系统供电，控制单元(10)的接口d连接电控比例分配阀(6)，用来控制电控比例分配阀(6)的动作，控制单元(10)的接口e连接微型马达(4)，输出脉冲电流到微型马达(4)。

2.根据权利要求1所述的一种用于手机的智能热管理系统，其特征在于，微型马达(4)由铁芯(4a)以及绕在铁芯(4a)上的线圈(4b)组成，微型水泵(5)包括隔膜(5a)、设置在微型水泵(5)的进液口与隔膜(5a)之间的进口单向阀(5b)、设置在隔膜(5a)与进液口a之间的出口单向阀(5c)，隔膜(5a)为铁、橡胶复合结构，当线圈(4b)通电，铁芯(4a)具有磁性，吸引隔膜(5a)凸起，隔膜内产生真空，进口单向阀(5b)打开，出口单向阀(5c)关闭，液体由左向右流入隔膜(5a)内部，当线圈(4b)断电，铁芯(4a)失去磁性，隔膜(5a)在橡胶弹性的作用下，恢复成凹陷状态，内部的液体受到挤压，进口单向阀(5b)关闭，出口单向阀(5c)打开，液体由隔膜(5a)内部向右流出，当线圈(4b)往复通断电，能够将液体泵出。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于手机的智能热管理系统，其特征在于，控制单元(10)为可编程控制器，工作电压为2.75V-4.2V；型号为TMCPU-2021。

4.根据权利要求3所述的一种用于手机的智能热管理系统，其特征在于，屏幕温度传感器(11)用来检测终端显示屏的温度，其具有分布式结构，与终端显示屏(2)具有多点式接触测温功能，输出的温度值为平均值；电池温度传感器(12)用来检测电池组件(3)的温度，其具有分布式结构，与电池组件(3)具有多点式接触测温功能，输出的温度值为平均值。

5.一种用于手机的智能热管理系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

①手机本体(1)开机后，热管理系统通电工作，控制单元(10)接收到储液温度传感器(13)的温度信号T13，T03为预先设置在控制单元(10)中的储液器温度最大允许值，如果T13＜T03，执行步骤②，如果T13≥T03，则发出热管理系统异常的文字提示报警；

②控制单元(10)输出脉冲电流到微型马达(4)，微型马达(4)收到电流初始赋值指令并带动微型水泵(5)，微型水泵(5)以最大流量的5-10％的小流量工作；

③微型水泵(5)将低温的液体从储液器(7)的出液口B抽出，泵送到电控比例分配阀(6)的进液口a，控制单元(10)发出均分位初始赋值指令至电控比例分配阀(6)，电控比例分配阀(6)对出液口b和出液口c的流量进行平均分配，即Q_b＝Q_c，其中Q_b为出液口b处的流量值，Q_c为出液口c处的流量值；出液口b的低温液体流向电池组件(3)的进液口，再由电池组件(3)流出回流到储液器(7)的进液口A，出液口c的低温液体流向终端显示屏(2)，再由终端显示屏(2)流出回流到储液器(7)的进液口A；

④在冷却液体流动的过程中，控制单元(10)接收电池温度传感器(12)的温度信号T12，T02为预先设置在控制单元(10)中的电池冷却目标温度，如果T12＜T02，则控制单元(10)继续判断屏幕温度传感器(11)的温度信号T11，T01为预先设置在控制单元(10)中的屏幕冷却目标温度，如果T11＜T01，则进入结束环节，控制单元(10)继续判断电池温度传感器(12)的温度信号T12，由此反复进行；

⑤控制单元(10)接收电池温度传感器(12)的温度信号T12，如果T12＜T02，则控制单元10继续判断屏幕温度传感器T11，如果T11≥T01，控制单元(10)发出均分位指令至电控比例分配阀(6)，使得Q_b＝Q_c，将微型马达(4)的电流调整为最大值，增加系统的散热量，完成上述调节后进入结束环节，控制单元(10)重新回到电池温度传感器(12)的温度判断环节。

6.根据权利要求5所述的一种用于手机的智能热管理系统的控制方法，其特征在于，控制单元(10)按照流程重复运行，每Δt时间间隔运行一次，热管理系统具有优先判断电池温度传感器(12)的温度信号T12的特征，如果T12≥T02，进一步判断T12≥(T02+Δt)，T02+Δt为电池组件温度上限的阈值；

如果T12≥(T02+Δt)；控制单元(10)发出向左位移动指令至电控比例分配阀(6)，每一次调节量为电控比例分配阀(6)总调节量的千分之一，流进进液口a的冷却液体均流至油出液口b，同时控制单元(10)输出最大脉冲电流控制信号至微型马达(4)，所有的冷却流量均流过电池组件(3)，且微型水泵(5)以最大流量运行，热管理系统以最大负荷运行；

如果T12＜(T02+Δt)；控制单元(10)发出增加脉冲电流控制信号至微型马达(4)，电流值I₄＝I_4max×(T12-T02)/Δt，I_4max为微型马达(4)满负荷工作状态的脉冲电流，电控比例分配阀(6)为中位信号不变。

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