CN206865206U - 一种智能终端的发电装置及具有该发电装置的智能终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能终端的发电装置及具有该发电装置的智能终端，所述发电装置包括温差发电单元及调理单元；所述温差发电单元设于所述智能终端内，包括高温端和低温端，热量从所述高温端传递至所述低温端，同时所述温差发电单元发出电能；所述调理单元，与所述温差发电单元连接，对所述温差发电单元发出的电能进行调理，调理后的电能为直流电流且电压不低于一电压阈值。采用上述技术方案后，利用智能终端的热能发电，延长待机时间，提升用户体验，不需要在智能终端外部安装任何装置或构造。

Description

一种智能终端的发电装置及具有该发电装置的智能终端

技术领域

本实用新型涉及智能终端领域，尤其涉及一种智能终端的发电装置及具有该发电装置的智能终端。

背景技术

目前，智能手机、平板电脑、多媒体设备等智能设备已经成为了人们日常生活不可或缺的一部分。由于上述智能终端设备均可以被使用者携带使用，或者在移动状态下使用，因此所述智能终端设备均涉及为自带可充电电池的无线设备，工作时不需要有线电路连接外部电源。然而所述智能终端设备由于体积、重量等限制，其内部的电池不能做得非常大，所述电池的容量是有限的，当所述智能终端工作一段时间后，所述电池内的电量会不断减少直至耗尽，需要不定期地充电。随着各类智能终端设备的技术发展，其功能也越来越多，导致智能终端设备的功耗越来越大，电池电量的消耗速度过快，所述智能终端的待机时间也就缩短了，迫使用户必须频繁充电，使用户体验变差。而且，用户在外出时往往很难有条件给所述智能终端充电，一旦智能终端的电池电量耗尽，就无法使用所述智能终端，给工作、生活带来不便。有厂商设计出了外置电池的方式来使智能终端的续航时间延长，也就是俗称的“充电宝”，这种方式需要携带一块较重的外置电池，增加了用户的负担。

现有技术已经对上述技术问题的解决作了努力，如中国实用新型专利公开说明书(公开号：CN103108079A)公开了一种具有太阳能充电功能的手机，具有一太阳能充电功能，其特征在于：所述具有太阳能充电功能的手机包括一用于开启或关闭所述太阳能充电功能的开关模块、一用于设置一充电阈值的设置模块、一用于检测手机电量的检测模块、一与所述检测模块相连用于接收太阳能的太阳能感应模块、一与所述太阳能感应模块相连用于将太阳能转换为电能的转换模块及一与所述转换模块相连用于给手机内一电池进行充电的充电模块，所述检测模块检测手机电量低于等于所述充电阈值时，触发所述太阳能感应模块接收太阳能，所述转换模块将太阳能转换为电能后传送至所述电池进行充电。该实用新型提供了一种不依靠固定电源或外部电池的手机充电方法。

上述实用新型虽然已经实现了在不需要固定电源或外部电池的情况下对智能终端进行充电，但仍存在如下问题：

1.需要在智能终端表面安装太阳能电池板，增加了智能终端的研发和制造成本；

2.使用时须满足充电条件，即有阳光，在阴雨天气无法使用。

由于智能终端在长时间使用时，所述智能终端的发热现象较明显，可以考虑是否可以将热能转化为电能来延长使用时间。因此，需要一种新型的智能终端，在不需要外部辅助设置的基础上，发出电能供智能终端使用，延长智能终端的待机时间，提供更佳的用户体验。

实用新型内容

为了克服上述技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种智能终端的发电装置及具有该发电装置的智能终端，基于在所述智能终端内安装一种发电装置，无需增加外部装置或构造，实现对所述智能终端热能的利用，延长待机时间。

本实用新型公开了一种智能终端的发电装置，所述发电装置包括温差发电单元及调理单元；所述温差发电单元设于所述智能终端内，包括高温端和低温端，热量从所述高温端传递至所述低温端，同时所述温差发电单元发出电能；所述调理单元，与所述温差发电单元连接，对所述温差发电单元发出的电能进行调理，调理后的电能为直流电流且电压不低于一电压阈值。

优选地，所述发电装置还包括至少一个热能传导单元，所述热能传导单元与所述温差发电单元连接，于所述智能终端内传导热量，并将所述热量的部分或全部传导至所述温差发电单元。

优选地，所述热能传导单元设于所述智能终端内的主板上，将所述主板工作时产生的量传导给所述高温端。

优选地，所述热能传导单元设于所述智能终端的外壳背面并延伸至所述智能终端内部，与所述高温端连接；当所述智能终端被手持时，所述热能传导单元将所述外壳接收的人体热能传导至所述高温端。

优选地，所述温差发电单元包括至少一个P型和N型结合的半导体元件。

优选地，所述调理单元包括整流电路和稳压电路；所述整流电路与所述温差发电单元连接，将所述温差发电单元产生的电能转换为直流电流；所述稳压电路与所述整流电路连接，将所述电能的电压转换为不低于所述电压阈值的电压。

优选地，所述发电装置还包括充电电池，所述充电电池与所述调理单元连接，存储所述温差发电单元发出的电能。

本实用新型还公开了一种智能终端，包括上述的发电装置；所述发电装置设于所述智能终端内，从所述智能终端的主板或外壳背面接收热量并发电。

优选地，所述发电装置与所述智能终端内的电池连接，向所述电池充电。

优选地，所述智能终端还包括发电管理模块，控制所述发电装置开启或关闭。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.利用智能终端的热能发电，延长待机时间，提升用户体验；

2.不需要在智能终端外部安装任何装置或构造。

附图说明

图1为符合本实用新型一优选实施例中智能终端的发电装置的结构示意图；

图2为符合本实用新型一优选实施例中温差发电单元的结构示意图；

图3为符合本实用新型一优选实施例中具有所述发电装置的智能终端的结构示意图。

附图标记：

10-发电装置、11-温差发电单元、111-高温端、112-低温端、113-P型半导体、114-N型半导体、12-调理单元、121-整流电路、122-稳压电路13-热能传导单元、14-充电电池、15-电池、16-发电管理模块、20-智能终端。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本实用新型的优点。

参阅图1，为符合本实用新型一优选实施例中智能终端的发电装置10的结构示意图，所述发电装置10内，包括了：

-温差发电单元11

温差发电单元11设于所述智能终端20内，接收外部热量并发出电能，所述温差发电单元11的具体内部构造和工作原理将在下文结合图2说明。所述温差发电单元11是所述发电装置10的核心部件，将热能转换为电能。

-调理单元12

调理单元12，与所述温差发电单元11连接，对所述温差发电单元11发出的电能进行调理，调理后的电能为直流电流且电压不低于一电压阈值。所述调理单元12本质上是电能转换电路，将一种形式的电能转换为另一种形式的电能。所述温差发电单元11发出的电能有如下特征：电压低、电流微弱且流向较复杂，这样的电能不能直接被所述智能终端20利用，所述智能终端20内所用的电能来自所述智能终端内的电池，所述电池为所述智能终端20提供直流电流。所述电池的充电电压为5V，充电电流为500毫安至2000毫安不等，受电池设计规格和外部充电电源的技术参数影响；所述电池的放电电压为3.7V，放电电流根据所述智能终端20的功耗而变化，当所述智能终端20处于高功率运行状态时，所述电池的放电电流很大，可达500毫安。因此，所述调理单元12的作用就是对所述温差发电单元11所发出的电能进行调理，使其电压和电流满足所述智能终端20的使用标准。

所述调理单元12包括整流电路121和稳压电路122；所述整流电路121与所述温差发电单元11连接，将所述温差发电单元11产生的电能转换为直流电流；所述稳压电路122与所述整流电路121连接，将所述电能的电压转换为不低于所述电压阈值的电压。所述整流电路121，英文为rectifying circuit，是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成；整流主电路只允许交流电的正半周或负半周按照指定的方向输出，使得输出的电流总为正；滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分；变压器设置与否视具体情况而定，变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种，还可以按照是否可控分为不可控电路、半控电路、全控电路三种。整流技术已经发展了数十年，在电机领域、电源领域、电解领域有着广泛的应用，本领域技术人员能够根据现有的整流技术解决方案实现本实用新型中的整流电路121。所述稳压电路122，是指在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定的电路。这种电路能提供稳定的直流电源，广为各种电子设备所采用。稳压电路可分为降压稳压电路、升压稳压电路和恒压稳压电路；所述降压稳压电路即输出电压比输入电压低，常用于将高电压的电源转换为较低的电压，以满足低电压工作元器件的使用需求；所述升压稳压电路则将较低的输入电压升高为较高的电压，以满足高电压的使用需求；所述恒压稳压电路则将输出电压稳定在接近输入电压的范围之内。本实施例中，所述稳压电路122的类型根据应用情况而定，因为所述温差发电单元11所发出的电能电压随着外部温差的变化其输出电压也不稳定，不同的温差发电单元11构造和设计会造成不同的输出电压，故需要使用合适的稳压电路122使输出的电压稳定在所述智能终端20可接受的范围内。

-热能传导单元13

热能传导单元13，与所述温差发电单元11连接，于所述智能终端20内传导热量，并将所述热量的部分或全部传导至所述温差发电单元11。由于所述智能终端20内的热源可能分布在不同的位置，所述温差发电单元11一般很难设计到正好紧邻所述热源的地方，也就无法顺利接收热源发出的热量。因此，还需要所述热能传导单元13将不同位置的热源传导至所述温差发电单元11，并根据热源的数量设置相应数目的热能传导单元13。例如所述智能终端20的外壳、主板均会产生热量，则需至少两个所述热能传导单元13将上述部位的热量传导至所述温差发电单元11。所述热能传导单元13的材质应选取热导率高的材料，以金属为主，例如铜、铝等。所述热导率又称导热系数，反映物质的热传导能力，按傅立叶定律(见热传导)，其定义为单位温度梯度(在1m长度内温度降低1K)在单位时间内经单位导热面所传递的热量。对于所述热能传导单元13而言，热导率是非常重要的技术参数，关系到所述发电装置10的热能利用效率，影响发电性能。若使用热导率高的材料作为所述热能传导单元13，则更好地将热源的热量传导至所述温差发电单元11，减少传导过程中的热量损失，提高热能利用率，还可以尽可能地提高所述温差发电单元11的温差，保证发电质量。所述热能传导单元13的形状构造也非常重要，对于热能的传导影响很大。由于所述智能终端20内的空间比较狭小，所述热能传导单元13的形状结构应结合其他部件的布局、形状进行结合设计，充分利用所述智能终端20内的空间布局。例如当热源为所述智能终端20的外壳时，所述热能传导单元13优选为附着在所述外壳表面的传热层的形式，再从所述传热层延伸至所述温差发电单元11。总的设计原则是所述热能传导单元13的形状尽可能贴合热源，增大与热源的接触面积，以增强对热量的吸收；同时在传导区间尽可能减小外表面积，避免在传导过程中热能发散。

作为所述发电装置10的进一步改进，所述稳压电路122将所述温差发电单元11发出电能的电压转换为不低于所述电压阈值的电压。所述电压阈值优选为3.5V，考虑到所述智能终端20内的电池随着使用其输出电压会不断下降，因此所述电压阈值的设置考虑比所述电池的标准输出电压略低，以满足在电池缺电情况下的工作电压范围。

参阅图2，为符合本实用新型一优选实施例中温差发电单元11的结构示意图，所述温差发电单元11包括：

-高温端111

高温端111，设于所述温差发电单元11表面，接收高温热能传入。所述高温端111是所述温差发电单元11的能量输入端，根据结构设计的需要可设计为平面型、弧形等几何形状，以便更好地接收外部的热能。

-低温端112

低温端112，设于所述温差发电单元11表面，热量从所述高温端111流入所述温差发电单元11，最终传递至所述低温端112。所述低温端112是所述温差发电单元11的热能流出端，所述热能自所述高温端111流入所述温差发电单元11后，自所述低温端112流出，一部分能量转换为电能，剩余的能量仍以热能形式存留。所述低温端112处的温度低于所述高温端111，这是所述温差发电单元11能够工作的先决条件，根据热力学第二定律，热量只能从高温物体传向低温物体，只有所述低温端112的温度低于所述高温端111，才能形成温差，产生热量传递。所述高温端111与低温端112设于所述温差发电单元11两侧的表面，以便热能能够有效通过所述温差发电单元11。

所述热能传导单元13与所述高温端111和低温端112紧密接触连接，以便将热源的热量传导给所述高温端111或将所述低温端112的热量传导出去以降低所述低温端112处的温度。所述热能传导单元13并不是在所有情况下都布设，而是要根据所述发电装置10的具体结构而定，例如若所述低温端112处于不易散热的工作环境，则需要所述热能传导单元112将所述低温端112的热能传导至温度更低的区域，例如所述智能终端20的表面，通过外部空气流通散热。再例如所述温差发电单元11利用所述智能终端内20的主板产生的热源，若所述高温端正好与所述主板接触，则不需要布设所述热能传导单元13。

-P型半导体113

P型半导体113，设于所述温差发电单元11内，为所述温差发电单元11内产生电流的基础材料。

-N型半导体114

N型半导体114，设于所述温差发电单元11内，为所述温差发电单元11内产生电流的基础材料。N型半导体114与P型半导体113在所述温差发电单元11内间隔而设，形成多个PN结。采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体(通常是硅或锗)基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结(英语：PNjunction)。PN结具有单向导电性，是电子技术中许多器件所利用的特性，也是热电发电原理的一种实现方式。

所述发电装置10属于热电发电装置，所谓热电发电就是将热能直接转变成电能，通过高温与低温的温差产生的热将移动的热能转变成电能，使其发电。使用P型和N型结合的半导体元件发电。如将器件的一侧维持在低温，另一侧维持在高温，这样，器件高温侧就会向低温侧传导热能并产生热流。即热能从高温侧流入器件内，通过器件将热能从低温侧排出时，流入器件的一部分热能不放热，并在器件内变成电能。作为电力从外部的负荷取出，通过连接多个这样的元件便可获取更多的电能。热电发电具有以下其他发电方式所没有的特征：首先，利用有易于环境的清洁能源，不依赖化石燃料和放射性同位素元素，仅靠温度差便可发电。其次可从地球上所有的热源中获取能量，在自然界中的所有热源，如太阳热、海洋热、地热和人体热等，人工热源如工业废热、汽车废热和燃烧垃圾的废热等。再次，比较小的温度差就可获取能量，只要有数十度的温度差就可发电。最后，长寿命，没有机械的驱动部分，不易发生各零件的损耗和劣化。

本实施例中，所述N型半导体114与P型半导体113在所述温差发电单元中接收来自所述高温端111与低温端112的温差的产生的热量流，进而产生电流，即实现了发电效果。所述N型半导体114与P型半导体113的数目可根据实际应用中所述发电装置10所允许的设计体积而定，体积越大，可布局的所述N型半导体114与P型半导体113就越多，发电能力越强。

作为所述发电装置10的进一步改进，所述热能传导单元13设于所述智能终端20内的主板上，将所述主板工作时产生的量传导给所述高温端111。所述智能终端20内的主板上集成了主处理器、通信模块、音频模块、视频模块等多种硬件部件，这些部件在工作时会产生热量，所述智能终端20的大部分功耗都是由这些部件产生，因此主板的发热非常严重，无论是智能手机、平板电脑还是其他类型的智能设备，都会做主板的散热设计，通过扩大散热面积、加装散热片、加装散热风扇等措施提升散热效率。在本实施例中，所述智能终端20的主板恰好可以成为良好的热源，所述主板的温度明显高于所述智能终端20的其他部位。所述热能传导单元13设于所述主板上，以便充分传导所述主板发出的热量，供所述温差发电单元11使用。所述热能传导单元13可设置为薄片覆盖在所述主板上，以便增大接触面积，更好地传导热量。

作为所述发电装置10的进一步改进，所述热能传导单元13设于所述智能终端20的外壳背面并延伸至所述智能终端20内部，与所述高温端111连接；当所述智能终端20被手持时，所述热能传导单元13将所述外壳接收的人体热能传导至所述高温端111。本改进考虑到所述智能终端20经常被用户手持，而人体温度在大部分时候都保持在恒定范围内，特别是手心等部位发热较突出，是良好的热源。因此将所述热能传导单元13设于所述智能终端20的外壳背面，对应用户手持时的手部位置，以便将用户的手部热量传导至所述高温端111。本改进的实施方式与从所述智能终端20内主板上获取热量互为补充，保障所述发电装置10的热源渠道充足，实现较好的发电效果。

作为所述发电装置10的进一步改进，所述发电装置10还包括充电电池14，所述充电电池14与所述调理单元12连接，存储所述温差发电单元11发出的电能。所述充电电池14不同与所述智能终端20内的电池，是独立设置在所述发电装置10内的电池。由于所述智能终端20的电池可能会处于电量充足的状态，或者所述智能终端20处于低功耗状态，所述发电装置10发出的电能无法立即被消耗，需要一个部件临时存储这些电能，并在需要的时候再输出。所述充电电池14可以是锂电池、铅酸电池等种类。所述充电电池的存储容量根据所述发电装置10的发电能力而定，优选存储8小时的发电量，考虑因素是用户在夜晚睡眠时待机，时长为8小时左右。

参阅图3，本实用新型还公开了一种具有上述发电装置10的智能终端20，所述智能终端20包括了：

-发电装置10

所述发电装置10设于所述智能终端20内，从所述智能终端20的主板或外壳背面接收热量并发电。所述发电装置10包括至少两个所述热能传导单元13，分别设于所述主板上和所述外壳背面，将两处的热量传导至所述温差发电单元。

-电池15

电池15，设于所述智能终端20内，为所述智能终端20的使用提供电能，可接受外部充电以重复使用。主流的智能终端20均采用锂电池，重量轻，使用寿命长。所述电池15与所述发电装置10连接，所述发电装置10向所述电池15充电。所述电池15与所述发电装置10之间的连接方式为含控制器件的硬件电路。所述硬件电路的主体为导体，并设置二极管以防止电流从所述电池15反向流入所述发电装置10，保证电流单向流通。所述硬件电路还包括硬件控制开关，所述硬件控制开关可以是三极管、场效应管等开关器件，接收外部控制信号控制所述硬件电路的通断。

-发电管理模块16

发电管理模块16，设于所述智能终端20内，提供操作界面，支持用户控制所述发电装置开启或关闭。所述发电管理模块16通过与所述智能终端20内显示单元的接口显示按钮、提示语等信息，并通过与触摸屏、键盘等输入设备管理单元的接口获取用户的操作信息，最终执行用户操作。所述发电管理模块16还包括驱动电路，所述驱动电路与所述硬件控制开关连接。执行用户控制操作时，所述发电管理模块16通过所述驱动电路控制所述硬件开关的状态，从而实现对所述硬件电路通断的控制，实现控制所述发电装置10是否向外发电。所述发电管理模块16还可按照用户定义的规则自动对所述发电装置10进行管理，例如当所述电池15点亮大于90％时不再充电。

应当注意的是，本实用新型的实施例有较佳的实施性，且并非对本实用新型作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种智能终端的发电装置，其特征在于，所述发电装置包括温差发电单元及调理单元；所述温差发电单元设于所述智能终端内，包括高温端和低温端，热量从所述高温端传递至所述低温端，同时所述温差发电单元发出电能；

所述调理单元，与所述温差发电单元连接，对所述温差发电单元发出的电能进行调理，调理后的电能为直流电流且电压不低于一电压阈值。

2.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，

所述发电装置还包括至少一个热能传导单元，所述热能传导单元与所述温差发电单元连接，于所述智能终端内传导热量，并将所述热量的部分或全部传导至所述温差发电单元。

3.如权利要求2所述的发电装置，其特征在于，

所述热能传导单元设于所述智能终端内的主板上，将所述主板工作时产生的量传导给所述高温端。

4.如权利要求2所述的发电装置，其特征在于，

所述热能传导单元设于所述智能终端的外壳背面并延伸至所述智能终端内部，与所述高温端连接；

当所述智能终端被手持时，所述热能传导单元将所述外壳接收的人体热能传导至所述高温端。

5.如权利要求1-4任一所述的发电装置，其特征在于，

所述温差发电单元包括至少一个P型和N型结合的半导体元件。

6.如权利要求1-4任一所述的发电装置，其特征在于，

所述调理单元包括整流电路和稳压电路；

所述整流电路与所述温差发电单元连接，将所述温差发电单元产生的电能转换为直流电流；

所述稳压电路与所述整流电路连接，将所述电能的电压转换为不低于所述电压阈值的电压。

7.如权利要求1-4任一所述的发电装置，其特征在于，

所述发电装置还包括充电电池，所述充电电池与所述调理单元连接，存储所述温差发电单元发出的电能。

8.一种智能终端，其特征在于，包括权利要求1所述的发电装置；所述发电装置设于所述智能终端内，从所述智能终端的主板或外壳背面接收热量并发电。

9.如权利要求8所述的智能终端，其特征在于，

所述发电装置与所述智能终端内的电池连接，向所述电池充电。

10.如权利要求8或9所述的智能终端，其特征在于，

所述智能终端还包括发电管理模块，控制所述发电装置开启或关闭。