CN208240846U - 具有温度受控的电池盒的可穿戴智能设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有温度受控的电池盒的可穿戴智能设备，所述电池盒设有实时温度控制装置和输入单元，实时温度控制装置包括温度传感器、热能转换器和微程序控制单元，该微程序控制单元包括：温度比较器，比较来自温度传感器的电池温度与设定温度值，以获得比较结果；和指令确定器，根据比较结果确定是否发出温度调节指令，输入单元接收外界信号以设置设定温度值，并将设定温度值发送至微程序控制单元进行存储。根据本实用新型的可穿戴智能设备很好地控制了电池的温度，能适用于不同的温度环境。

Description

具有温度受控的电池盒的可穿戴智能设备

技术领域

本实用新型涉及一种具有温度受控的电池盒的可穿戴智能设备。

背景技术

在北美和北欧等地区，一年中的大部分时间都非常寒冷，甚至会出现气温在-20℃～-30℃的极端寒冷天气。这些地区的户外工作人员、例如警察或清洁工在使用可穿戴录像机或可穿戴对讲机等可穿戴智能设备时，常常会遇到一些与可穿戴智能设备中的电池相关的问题。其中一个重要的问题就是电池充电问题。

在可穿戴智能设备中使用的电池一般是锂电池，其通常例如以5V的电压和1A的电流进行充电。而且，充电芯片通常会设计在可穿戴智能设备中。

图1中示出了电池的充电阶段曲线图。从图1中可以看到，电池充电大致分为四个阶段，即充电电流较小的涓流充电阶段和预充阶段，接着是用于快速充电和电压调节的恒电压电流充电阶段，最后再回到涓流充电阶段。在开始充电时的涓流充电阶段和预充阶段，如果电池的周围温度过低，由于电池内的化学物质处于怠惰状态，使得化学反应较为迟缓，所以造成充电时间延长，这显然不利于可穿戴智能设备的持续使用。因此，如果电池的周围温度能够保持在合适的温度下，使得电池的充电时间大为缩短，这对于可穿戴智能设备的持续使用是有利的。

另一方面，在地球赤道附近的地区，由于常年处于高温的环境中，这些地区的户外工作人员在使用可穿戴智能设备时，设备中的电池在使用过程中产生的热量仅通过与外界的高温空气换热的方式难以散发出去，从而造成电池的温度越来越高，结果导致供电不正常而使得可穿戴智能设备的性能降低。

因此，需要提供一种有效的方式来控制可穿戴智能设备中的电池的温度，在兼顾可穿戴智能设备的轻便性的同时，使其在使用过程和充电过程中都能保持在合适的温度下，从而保证可穿戴智能设备的正常使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种具有温度受控的电池盒的可穿戴智能设备，其能够有效地实现现有技术中存在的上述需要。

如这里所体现和概括描述的，为了实现这些及其它优点以及根据本实用新型的目的，提出了一种具有温度受控的电池盒的可穿戴智能设备，其特征在于，所述电池盒设有实时温度控制装置和与所述实时温度控制装置连接的输入单元，其中，所述实时温度控制装置包括：温度传感器，实时监测所述电池盒中的电池温度；热能转换器，通过加热或通过冷却所述电池盒而将所述电池盒内的温度控制到设定温度值；以及微程序控制单元，与所述温度传感器和所述热能转换器连接，接收来自所述温度传感器的电池温度，并向所述热能转换器发出温度调节指令，所述微程序控制单元包括：温度比较器，与所述温度传感器连接，比较来自所述温度传感器的电池温度与存储在所述微程序控制单元中的所述设定温度值，以获得比较结果；和指令确定器，与所述温度比较器和所述热能转换器连接，并且根据所述比较结果确定是否向所述热能转换器发出温度调节指令，其中，所述输入单元接收外界信号以设置所述设定温度值，并将所述设定温度值发送至所述微程序控制单元进行存储。

优选地，所述热能转换器是帕尔贴式的热能转换器。

优选地，所述温度传感器设置在所述电池盒内，所述热能转换器设置在所述电池盒内或者设置在所述电池盒的外部附近。

优选地，所述帕尔贴式的热能转换器与所述指令确定器之间连接有电流驱动器，所述电流驱动器以正向或反向电流驱动所述帕尔贴式的热能转换器。

优选地，所述指令确定器包括PI调节器，所述PI调节器连接至所述电流驱动器。

优选地，所述设定温度值是连续的设定温度范围。

优选地，所述输入单元是供操作人员输入的人机交互界面。

优选地，所述输入单元与GPS装置、气压传感器和/或外界温度传感器连接，以根据来自GPS装置、气压传感器和/或外界温度传感器的信号自动地确定所述设定温度值。

优选地，所述电池盒中的电池是锂电池。

优选地，所述可穿戴智能设备是可穿戴录像机或可穿戴对讲机。

本实用新型的有益效果在于，根据本实用新型的可穿戴智能设备不仅很好地控制了电池的温度，而且没有过多地增加可穿戴智能设备的重量，也不需要增加额外的能源供应和能量消耗。

从以下结合附图的本实用新型的详细描述中，本实用新型的前述及其它的目的、特征、方面和优点将变得更为明显。

附图说明

附图被包含于本文以提供对本实用新型的进一步的理解，并且被并入本说明书中，构成本说明书的一部分，附图示出了本实用新型的实施例，并与下面的描述一起用于说明本实用新型的理念。

在附图中：

图1示出了电池的充电阶段曲线图。

图2是帕尔贴式的热能转换器的原理图。

图3示出了根据本实用新型的具有温度受控的电池盒的可穿戴智能设备的温度控制系统。

附图标记列表

10 可穿戴智能设备

100 电池盒

110 输入单元

120 温度传感器壳

130 热能转换器

131 连接端子

132 一端

133 另一端

140 微程序控制单元

141 温度比较器

142 指令确定器

143 模式选择器

144 PI调节器

150 电流驱动器

210 GPS装置

220 气压传感器

230 外界温度传感器

具体实施方式

在目前常见的可穿戴智能设备中，通常要设置一充电电池，该充电电池一般位于可穿戴智能设备的一电池盒中。在本实用新型中，可穿戴智能设备可以是可穿戴录像机、可穿戴对讲机或其它可穿戴在使用者身上的智能设备。

为了有效地控制电池的温度，根据本实用新型的可穿戴智能设备10中设有一温度受控的电池盒100，从而通过将电池盒100内的温度维持在一合适的温度下来控制位于电池盒100内的电池的温度。

下面结合图2和图3，详细描述根据本实用新型的可穿戴智能设备10，特别是其电池盒100以及与温度控制相关的部件。

在可穿戴智能设备10的电池盒100上，设有实时温度控制装置以及与实时温度控制装置连接的输入单元110。

实时温度控制装置用于实时地控制电池盒内的温度，包括温度传感器120，该温度传感器120可以采用电子设备中常见的传感器，从而能够实时监测电池盒100中的电池的温度T_电池。温度传感器120一般设置在电池盒100内，以便可以直接地监测电池盒100中的电池的温度T_电池。

实时温度控制装置还包括热能转换器130，该热能转换器130通过加热或者通过冷却电池盒100，从而将电池盒100内的温度控制到设定温度值T_设定。

下面，对热能转换器130进行详细描述。

根据实际需要，热能转换器130可以设置在电池盒100内，也可以设置在电池盒100的外部附近。

热能转换器130可以采用电子设备中常见的各种加热器或冷却器等换热设备，例如，加热器可以是电磁加热器、红外线加热器或电阻加热器等；冷却器可以是列管式冷却器、板式冷却器和风冷式冷却器等。

不管是采用哪种加热器或冷却器作为热能转换器130，同时还需要考虑到尺寸、重量和能耗等几个方面的问题。由于可穿戴智能设备10的轻便性要求和低能耗要求，热能转换器130也需要相应的小型化和低能耗化，从而在控制可穿戴智能设备10的电池盒100内的温度的同时，又不会带来其他的缺陷。

进一步地，当可穿戴智能设备10基本上在某一相对固定的环境中使用时，可以根据该环境选择相应的仅加热或仅冷却的功能单一的热能转换器130。比如，在四季都寒冷的地区中，环境温度通常很低，使得电池盒100内的温度也很低，这时比较需要的是升高电池盒100内的温度，以保证电池的充电过程不会持续时间过长。在这种情况下，对于热能转换器130的主要需求是加热，所以可采用各种加热器作为热能转换器130。相反，在炎热的地区中，环境温度很高，使得电池盒内的温度也很高，这时更需要的是降低电池盒100内的温度，以保证电池能够正常供电。在这种情况下，对于热能转换器130的主要需求是冷却，所以可采用各种冷却器作为热能转换器130。功能单一的热能转换器130在结构小型化和使用简单化方面都较为容易实现，因而可以大大降低制造和使用成本。

另一方面，当可穿戴智能设备10需要在不同的环境中使用时，可以选择既能够加热、也能够冷却的热能转换器130。比如，在四季分明的地区中，由于环境温度随着季节的变化而变化，冬季时电池盒100内的温度受到环境的影响而变低，这时升高电池盒100内的温度是主要需求；而夏季时电池盒100内的温度受到环境的影响而变高，这时降低电池盒100内的温度是主要需求。在这种情况下，对于热能转换器130的主要需求既包括加热、也包括冷却，所以可以采用加热器和冷却器两个部件一起来构成热能转换器130，也可以采用集加热和冷却于一体的单个部件作为热能转换器130。

例如，集加热和冷却于一体的热能转换器130可以采用帕尔贴(Peltier)式的热能转换器130。参见图2，其中示出了帕尔贴式的热能转换器130的原理图。帕尔贴式的热能转换器130利用帕尔帖效应来实现加热和冷却两个功能。帕尔帖效应是指当有电流通过连接端子131进入不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。具体地，如果电流从自由电子数较高的一端132流向自由电子数较低的另一端133，则另一端133的温度就会升高；反之，另一端133的温度就会降低。因此，仅仅通过改变电流的方向，帕尔贴式的热能转换器130就能轻易地实现加热和冷却两个功能。而且，帕尔贴式的热能转换器130的体积较小，耗能也不大，可以直接通过电池盒100中的电池进行供电。

实时温度控制装置还包括微程序控制单元140，该微程序控制单元140与温度传感器120和热能转换器130连接，其一方面接收来自温度传感器120的电池温度T_电池，另一方面向热能转换器130发出温度调节指令。

接下来，对微程序控制单元140进行详细描述。

微程序控制单元140包括温度比较器141和指令确定器142。

温度比较器141连接温度传感器120，以接收来自温度传感器120的电池温度T_电池，并将该电池温度T_电池与存储在微程序控制单元140中的设定温度值T_设定进行比较，从而获得比较结果。

指令确定器142连接温度比较器141和热能转换器130，其接收来自温度比较器141的比较结果，然后根据比较结果确定是否向热能转换器130发出温度调节指令。

以下，将描述指令确定器142如何根据比较结果来确定是否向热能转换器130发出温度调节指令。

这里需要说明的是，设定温度值T_设定可以是一个温度值或若干个离散的温度值，也可以是连续的设定温度范围。

当设定温度值T_设定是一个温度值时，例如，可以在指令确定器142中存储有第一阈值，在比较结果显示电池的温度T_电池与设定温度值T_设定的差值小于第一阈值的情况下，指令确定器142不发出温度调节指令；在比较结果显示电池的温度T_电池与设定温度值T_设定的差值大于第一阈值的情况下，指令确定器142发出温度调节指令。

当设定温度值T_设定是若干个离散的温度值时，例如，可以基于离散的温度值建立多个温度范围，在比较结果显示电池的温度T_电池未超出这些温度范围的情况下，指令确定器142发出针对这些温度范围确定的特定温度调节指令或者不发出指令；在比较结果显示电池的温度T_电池未落入这些温度范围的情况下，指令确定器142发出温度调节指令。

当设定温度值T_设定是连续的设定温度范围时，在比较结果显示电池的温度T_电池未超出该连续的设定温度范围的情况下，指令确定器142不发出温度调节指令；在比较结果显示电池的温度T_电池超出该连续的设定温度范围的情况下，指令确定器142发出温度调节指令。

下面，将对本实用新型中所采用的帕尔贴式的热能转换器130的工作情况进行描述。

在热能转换器130采用帕尔贴式的热能转换器130的情况下，帕尔贴式的热能转换器130与指令确定器142之间连接有电流驱动器150，所述电流驱动器150能够以正向或反向电流驱动帕尔贴式的热能转换器130。当驱动电流正向时，帕尔贴式的热能转换器130的一端132制冷，将电池盒100内的温度降低，当驱动电流反向时，帕尔贴式的热能转换器130的一端132制热，将电池盒100内的温度升高。

为了使电池盒100内的温度更快且更稳定地到达设定温度值T_设定，并实现动态平衡，指令确定器142可以设置模式选择器143和PI调节器144，其中PI调节器144通过模式选择器143而选择性地连接至电流驱动器150。

当指令确定器142确定发出温度调节指令时，模式选择器143可以在控制模式P和控制模式PI或更多的控制模式中进行模式选择。如果模式选择器143选择了控制模式P，则PI调节器144不与电流驱动器150连接，指令确定器142发出的温度调节指令直接到达电流驱动器150并控制电流驱动器150。如果模式选择器143选择了控制模式PI，则PI调节器144与电流驱动器150连接，指令确定器142发出的温度调节指令首先送达PI调节器144，在PI调节器144中形成PI调节指令，随后将PI调节指令发送至电流驱动器150并控制电流驱动器150。

接着，作为示例，将详细描述模式选择器143的控制模式P和控制模式PI。

如上所述，设定温度值T_设定可以是一个温度值或若干个离散的温度值，也可以是连续的设定温度范围。

下面以设定温度值T_设定是一个温度值的情况进行举例来说明控制模式P和控制模式PI。

首先，对模式选择器143选择控制模式P的情况进行描述。当设定温度值T_设定是一个温度值时，在模式选择器143中可以存储有大于第一阈值的第二阈值，在比较结果显示电池温度T_电池与设定温度值T_设定的差值大于第一阈值但小于第二阈值的情况下，也就是说，在电池温度T_电池与设定温度值T_设定比较接近的情况下，模式选择器143会选择控制模式P。或者，当设定温度值T_设定大于第二阈值的情况下，也就是说，在电池温度T_电池与设定温度值T_设定比较差距较大的情况下，模式选择器143会选择控制模式PI。

在控制模式P下，热能转换器130仅需要相对低功率地进行加热或冷却，就能够将电池盒100内的温度调整到设定温度值T_设定，并实现动态平衡。

在控制模式PI下，帕尔贴式的热能转换器130需要相对高功率地进行加热或冷却，才能够将电池盒100内的温度调整到设定温度值T_设定。

但是，温度的调节过程是一个动态平衡的过程，经过加热或冷却以后，电池盒100内的温度变化存在一个惯性，很难刚好停留在设定温度值T_设定，常常可能会超过该设定温度值T_设定，于是又需要进行反方向的温度调节，这不仅延长了温度调节的时间，而且需要耗费更多的能量。

为此，PI调节器144可以采取比例积分控制、即滞后校正的原理，其中，比例控制不能消除余差，但是它的控制速度特别快，不过控制精度不高；积分控制能够消除余差，控制比较精确，但是速度较慢，而将两者相结合就是PI比例积分控制。PI调节器144可以是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例(P)和积分(I)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。在本实用新型中，PI调节器144根据设定温度值T_设定与电池温度T_电池的差值，利用比例、积分计算出控制量，从而形成PI调节指令，并将PI调节指令发送至电流驱动器150以借助电流驱动器150来控制热能转换器130，因而能够使得电池盒100内的温度更快且更稳定地到达设定温度值，并实现动态平衡。

最后，将详细描述输入单元110。

位于电池盒上的输入单元110能够接收外界信号，以设置设定温度值T_设定，并将设定温度值T_设定发送至微程序控制单元140进行存储。

在一种方式中，输入单元110可以是供操作人员输入的人机交互界面，例如键盘、触摸屏等，操作人员通过输入单元110以人工输入的方式设置设定温度值。

在另一种方式中，输入单元110与GPS装置210、气压传感器220和/或外界温度传感器230等装置连接，以根据来自GPS装置210、气压传感器220和/或外界温度传感器230等装置的信号自动地确定设定温度值T_设定。GPS装置210可以确定可穿戴智能设备10所在的地理位置，从而收集当地的气温。气压传感器220可以确定可穿戴智能设备10所在地区的气压，从而辅助确定当地的气温。外界温度传感器230则可以直接确定可穿戴智能设备10的周围气温。需要理解的是，能够帮助确定可穿戴智能设备10的周围气温的其他装置也是可行的。

通过这些装置，无需人工操作，输入单元110就可以根据可穿戴智能设备10的周围气温而自动地确定设定温度值T_设定，这大大提高了可穿戴智能设备的智能化和用户体验。

GPS装置210、气压传感器220和/或外界温度传感器230等装置可以直接设置在可穿戴智能设备10上。然而，为了减小可穿戴智能设备10的重量和尺寸，GPS装置210、气压传感器220和/或外界温度传感器230等装置也可以设置在可穿戴智能设备10以外。在这种情况下，可穿戴智能设备10上需要设置通信装置(未图示)，例如无线通信装置，用于接收来自GPS装置210、气压传感器220和/或外界温度传感器230等装置的信息，然后通信装置将该信息发送至输入单元110，用于自动地确定设定温度值T_设定。

前述的实施例和优点仅是示例性的，而不能视为对本实用新型的限制。本文的描述旨在示例，而不是限制权利要求的范围。对于本领域的技术人员而言，多种替换方案、改型和修改都是显而易见的。本文所描述的示例性实施例的特征、结构、方法以及其它特性可以多种方式组合，从而得到其它的和/或可替换的示例性实施例。

在本专利申请中出现的本实用新型的示例性实施例不应被解释为对所附权利要求书的应用进行限制。动词“包括”在本专利申请中被用作开放限定，该开放限定并不排除未列举的特征的存在。除非另有说明，从属权利要求中记载的特征可自由地相互组合。被视作本实用新型的特性的新颖特征尤其在所附权利要求书中陈述。

Claims (10)

1.一种具有温度受控的电池盒的可穿戴智能设备，其特征在于，所述电池盒设有实时温度控制装置和与所述实时温度控制装置连接的输入单元，

其中，所述实时温度控制装置包括：

温度传感器，实时监测所述电池盒中的电池的温度；

热能转换器，通过加热或通过冷却所述电池盒而将所述电池盒内的温度控制到设定温度值；以及

微程序控制单元，与所述温度传感器和所述热能转换器连接，接收来自所述温度传感器的温度信号，并向所述热能转换器发出温度调节指令，所述微程序控制单元包括：

温度比较器，与所述温度传感器连接，比较来自所述温度传感器的温度信号与存储在所述微程序控制单元中的所述设定温度值，以获得比较结果；和

指令确定器，与所述温度比较器和所述热能转换器连接，并且根据所述比较结果确定是否向所述热能转换器发出温度调节指令，

其中，所述输入单元接收外界信号以设置所述设定温度值，并将所述设定温度值发送至所述微程序控制单元进行存储。

2.根据权利要求1所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述热能转换器是帕尔贴式的热能转换器。

3.根据权利要求2所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述帕尔贴式的热能转换器与所述指令确定器之间连接有电流驱动器，所述电流驱动器以正向或反向电流驱动所述帕尔贴式的热能转换器。

4.根据权利要求1所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述温度传感器设置在所述电池盒内，所述热能转换器设置在所述电池盒内或者设置在所述电池盒的外部附近。

5.根据权利要求3所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述指令确定器包括PI调节器，所述PI调节器连接至所述电流驱动器。

6.根据权利要求1所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述设定温度值是连续的设定温度范围。

7.根据权利要求1所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述输入单元是供操作人员输入的人机交互界面。

8.根据权利要求1所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述输入单元与GPS装置、气压传感器和/或外界温度传感器连接，以根据来自所述GPS装置、所述气压传感器和/或所述外界温度传感器的信号自动地确定所述设定温度值。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述电池盒中的电池是锂电池。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的可穿戴智能设备，其特征在于，所述可穿戴智能设备是可穿戴录像机或可穿戴对讲机。