TWI663764B - 自適式電池溫度管理之電子裝置及方法 - Google Patents

Abstract

自適式電池溫度管理之電子裝置包含一電池組、一風扇、一熱導管、一電磁閥開關和一系統嵌入式控制器。電池組包含一個或多個電池、一通氣管，以及一電池電力量測元件。風扇用來提供散熱用的冷卻風，而熱導管用來導引電子裝置運作時所產生之熱能以提供加熱風。電磁閥開關包含一磁柱和一電磁線圈，其中磁柱包含一散熱孔和一加熱孔。系統嵌入式控制器用來依據電池電力量測元件提供的溫度資訊來控制風扇的轉速和電磁閥開關的通電狀態。

Description

自適式電池溫度管理之電子裝置及方法

本發明相關於一種提供電池溫度管理之電子裝置及相關溫度管理方法，尤指一種能依據電池組之操作溫度來進行自適式電池溫度管理之電子裝置及相關自適式電池溫度管理方法。

鋰電池具有高能量密度、高操作電壓、使用溫度範圍大、無記憶效應、壽命長，以及高充放電次數等優點，已廣泛地被用以提供電力，例如用於手機、筆記型電腦或數位相機等可攜式電子產品。

在競技筆電的應用中，筆記型電腦之變壓器多半會長時間插著電，而許多使用者亦習慣一邊將手機插入交流電源一邊操作手機。這樣一來，鋰電池容易長時間處於充飽的高電壓，時間一長將導致鋰電池內的電解液揮發成氣體，以致鋰電池產生膨脹。在環境溫度高於35℃之情況下，鋰電池容更易產生膨脹的情況。另一方面，在低溫環境下運作時，鋰電池內的電解液除了有結凍的風險外，電池效能也會降低。

因此，需要一種具備自適式電池溫度管理之電子裝置，以降低鋰電池產生高溫膨脹或低溫電解液結凍之情況。

本發明提供一種自適式電池溫度管理之電子裝置，其包含一電池組、一風扇、一熱導管、一電磁閥開關和一系統嵌入式控制器。該電池組包含一個或多個電池、一通氣管，以及一電池電力量測元件，用來偵測該電池組之一操作溫度以回報相對應之溫度資訊。該風扇用來提供散熱用的冷卻風。該熱導管用來導引電子裝置運作時所產生之熱能以提供加熱風。該電磁閥開關包含一磁柱和一電磁線圈，其中該磁柱包含一散熱孔和一加熱孔。該系統嵌入式控制器用來依據該電池電力量測元件提供的該溫度資訊來控制該風扇的轉速和該電磁閥開關的通電狀態。

本發明另提供一種在一電子裝置內進行自適式電池溫度管理之方法，該電子裝置包含一電池組、一風扇、一熱導管、一電磁閥開關和一系統嵌入式控制器。該方法包含偵測該電池組之一操作溫度以回報相對應之溫度資訊；該熱導管導引該電子裝置運作時所產生之熱能以提供一加熱風；當該系統嵌入式控制器依據該溫度資訊判斷該電池組之該操作溫度超過一最高額定溫度時，開啟該風扇以提供一冷卻風，並透過該電磁閥開關來將該冷卻風引進該電池組內之一通氣管且阻擋該加熱風進入該通氣管；當該系統嵌入式控制器依據該溫度資訊判斷該電池組之該操作溫度低於一最低額定溫度時，關閉該風扇，並透過該電磁閥開關來將該加熱風引進該通氣管。

10‧‧‧電池組

12‧‧‧殼體

14‧‧‧通氣管

16‧‧‧電池電力量測元件

20‧‧‧系統嵌入式控制器

30‧‧‧風扇

40‧‧‧熱導管

50‧‧‧電磁閥開關

52‧‧‧磁柱

54‧‧‧電磁線圈

56‧‧‧散熱孔

58‧‧‧加熱孔

100‧‧‧電子裝置

BT₁~BT_M‧‧‧電池

第1圖為本發明實施例中一種自適式電池溫度管理之電子裝置的功能方塊圖。

第2圖和第3圖為本發明實施例中電磁閥開關之結構和運作時之示意圖。

第4圖為本發明實施例中電子裝置理想溫度狀態下運作時的示意圖。

第5圖為本發明實施例中電子裝置在高溫度狀態下運作時的示意圖。

第6圖為本發明實施例中電子裝置在低溫度狀態下運作時的示意圖。

第7圖為本發明實施例中電池組的示意圖。

第8圖為本發明另一實施例中電池組的示意圖。

第1圖為本發明實施例中一種自適式電池溫度管理之電子裝置100的功能方塊圖。電子裝置100包含一電池組10、一系統嵌入式控制器(embedded controller,EC)20、一風扇30、一熱導管40，以及一電磁閥(solenoid valve)開關50。

電池組10包含一個或多個電池BT₁~BT_M(M為正整數)、通氣管14，以及內建微控制器的一電池電力量測元件(gas gauge)16。電池電力量測元件16可監控電池組10的狀態，進而提供剩餘電力、剩餘供電時間、電池電壓、操作溫度和平均電流量測值等資料給系統嵌入式控制器20。

為了確保電子裝置100不會因為過熱而當機，風扇30可提供散熱用的冷卻風。熱導管40可導引電子裝置100運作時所產生之熱能以提供加熱風。在一實施例中，熱導管40所導引之系統熱源可來自電子裝置100之一中央處理器(central processing unit,CPU)。在其它實施例中，熱導管40所導引之系統熱源可來自電子裝置100中其它高運算元件(未顯示)，例如來自一繪圖處理器(graphics processing unit,GPU)。然而，熱導管40導引系統熱源之方式並不限定本發明之範疇。

第2圖和第3圖為本發明實施例中電磁閥開關50之結構和運作時之示意圖。電磁閥開關50為一種由電磁線圈來驅動的閥門，設置於電池組10之一側以控制冷卻風和加熱風進入通氣管14之路徑。在一實施例中，電磁閥開關50包含一磁柱52和一電磁線圈54，其中磁柱52包含一散熱孔56和一加熱孔58。當電磁線圈54在未通電狀態下時，磁柱52位在初始位置，此時散熱孔56和電磁線圈54之間的距離為A1，而加熱孔58和電磁線圈54之間的距離為B1，如第2圖所示。當電磁線圈54在通電狀態下時，所產生的磁力會把磁柱52推出(方向由箭頭表示)，此時散熱孔56和電磁線圈54之間的距離為A2(A2>A1)，而加熱孔58和電磁線圈54之間的距離為B2(B2>B1)，如第3圖所示。

本發明會依據電子裝置100中各元件實際設置位置來決定A1之值，使得當電磁閥開關50在未通電狀態下時，磁柱52上散熱孔56會對齊風扇之30出風路徑以讓冷卻風進入通氣管14。本發明會依據電子裝置100中各元件實際設置位置來決定B2之值，使得當電磁閥開關50 在通電狀態下時，磁柱52上加熱孔58會對齊熱導管40出風路徑以讓加熱風進入通氣管14。然而，電磁閥開關50之類型或結構並不限定本發明之範疇。

第4圖至第6圖為本發明實施例中電子裝置100各種運作狀態下的示意圖。在本發明中，系統嵌入式控制器20可依據電池電力量測元件16提供的溫度資訊來控制風扇30的轉速和電磁閥開關50的通電狀態。當電池組10的操作溫度介於一最低額定溫度T_MIN和一最高額定溫度T_MAX之間時，此時可在理想溫度狀態下運作以提供最佳效能。當電池組10的操作溫度超過最高額定溫度T_MAX時，此時在過熱狀態下運作時其電解液容易揮發成氣體以致產生膨脹。當電池組10的操作溫度低於最低額定溫度T_MIN時，此時在低溫狀態下運作時其電解液可能會因結凍而造成永久傷害。

第4圖為本發明實施例中電子裝置100在理想溫度狀態下運作時的示意圖。當電池電力量測元件16提供的溫度資訊顯示電池組10之操作溫度介於最低額定溫度T_MIN和最高額定溫度T_MAX之間時，電池電力量測元件16會將溫度正常狀態回報給嵌入式控制器，進而透過軟體方式來控制電磁線圈54維持在未通電狀態，且讓風扇30維持在關閉狀態，此時未伸出磁柱52上的散熱孔56會對齊風扇30之出風路徑，而熱導管40所提供的加熱風會被磁柱52阻擋而無法進入電池組10之通氣管14。換句話說，由於電池組10是在理想溫度狀態下運作，此時並未引進任何加熱風或冷卻風至電池組10之通氣管14內。

第5圖為本發明實施例中電子裝置100在高溫狀態下運作時的示意圖。當電池電力量測元件16提供的溫度資訊顯示電池組10之操作溫度超過最高額定溫度T_MAX時，電池電力量測元件16會將溫度異常狀態回報給系統嵌入式控制器20，進而透過軟體方式來控制電磁線圈54維持在未通電狀態，且會開啟風扇30，此時未伸出磁柱52上的散熱孔56會對齊風扇30之出風路徑以提供電池組10一冷卻通道，亦即將風扇30所提供的冷卻風引進電池組10之通氣管14以降低每一電池12的溫度，而熱導管40所提供的加熱風會被磁柱52阻擋而無法進入電池組10之通氣管14。換句話說，由於電池組10是在高溫狀態下運作，此時會將冷卻風引進電池組10之通氣管14內以達到散熱目的。電池組10之操作溫度越高，系統嵌入式控制器20越會調升風扇30的轉速以使電池組10能回到理想溫度狀態下運作。

第6圖為本發明實施例中電子裝置100在低溫狀態下運作時的示意圖。當電池電力量測元件16提供的溫度資訊顯示電池組10之操作溫度低於最低額定溫度T_MIN時，電池電力量測元件16會將溫度異常狀態回報給系統嵌入式控制器20，進而透過軟體方式來控制電磁線圈54進入通電狀態，且讓風扇30維持在關閉狀態，此時磁柱52會伸出以使加熱孔58對齊熱導管40之出風路徑以提供電池組10一加熱通道。換句話說，由於電池組10是在低溫狀態下運作，此時會將熱導管40所提供的加熱風引進電池組10之通氣管14以提升每一電池12的溫度。

第7圖為本發明實施例中電池組10的示意圖。在第7圖所示之實施例中，電池組10包含一扁薄型的電池BT₁，設置於殼體12內一側， 而通氣管14則設置在殼體12另一側相鄰電池BT₁表面的空間內。通氣管14除了能讓散熱孔56導進的冷卻風或加熱孔58導進的加熱風能流至電池BT₁整體之外，也能加強電池組10的結構強度。

第8圖為本發明另一實施例中電池組10的示意圖。在第8圖所示之實施例中，電池組10包含複數個圓柱型的電池BT₁~BT₈(電池BT₈位於電池BT₅之下方和電池BT₄之後方)，分別設置於一殼體12內各角落，而通氣管14則設置在殼體12中央的十字型空間內。通氣管14除了能讓散熱孔56導進的冷卻風或加熱孔58導進的加熱風能流至電池BT₁~BT₈整體之外，也能加強電池組10的結構強度。

在本發明實施例中，通氣管14可採用任何具備高導熱係數的材質(例如銅)，以提升較高的散熱或加熱效率。然而，通氣管14之材質並不限定本發明之範疇。

綜上所述，本發明電子裝置100可利用電池電力量測元件16來監控電池組10之操作溫度，再由系統嵌入式控制器20依據電池電力量測元件16提供的溫度資訊來控制風扇30的轉速和電磁閥開關50的通電狀態。當判斷電子裝置100在高溫狀態下運作時，此時會將風扇30所提供的冷卻風引進電池組10之通氣管14以達到散熱目的。當判斷電子裝置100在低溫狀態下運作時，此時會將熱導管40所提供的加熱風引進電池組10之通氣管14以提升每一電池12的溫度。因此，本發明之電子裝置100可提供自適式電池溫度管理來確保電池組10能迅速地回到 理想溫度狀態下運作，以避免電池組產生高溫膨脹或低溫電解液結凍之情況。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (11)

1. 一種自適式電池溫度管理之電子裝置，其包含：一電池組，其包含：一個或多個電池；一通氣管；以及一電池電力量測元件(gas gauge)，用來偵測該電池組之一操作溫度以回報相對應之溫度資訊；一風扇，用來提供散熱用的冷卻風；一熱導管，用來導引電子裝置運作時所產生之熱能以提供加熱風；一電磁閥(solenoid valve)開關，其包含一磁柱和一電磁線圈，其中該磁柱包含一散熱孔和一加熱孔；以及一系統嵌入式控制器(embedded controller,EC)，用來依據該電池電力量測元件提供的該溫度資訊來控制該風扇的轉速和該電磁閥開關的通電狀態。
2. 如請求項1所述之電子裝置，其中當依據該溫度資訊判斷該電池組之該操作溫度使得該電池組在一過熱狀態下運作時，該系統嵌入式控制器另用來開啟該風扇，並讓該電磁線圈維持在一未通電狀態以使該磁柱上的該散熱孔對齊該風扇之出風路徑，進而將該風扇所提供的該冷卻風引進該通氣管。
3. 如請求項1所述之電子裝置，其中當依據該溫度資訊判斷該電池組之該操作溫度使得該電池組在一低溫狀態下運作時，該系統嵌入式控制器另用來關閉該風扇，並讓該電磁線圈維持在一通電狀態以使該磁柱上的該加熱孔對齊該熱導管之出風路徑，進而將該熱導管所提供的該加熱風引進該通氣管。
4. 如請求項1所述之電子裝置，其中當依據該溫度資訊判斷該電池組之該操作溫度使得該電池組在一理想溫度狀態下運作時，該系統嵌入式控制器另用來關閉啟該風扇，並讓該電磁線圈維持在一未通電狀態以阻擋該熱導管至該通氣管之出風路徑。
5. 如請求項1所述之電子裝置，其中：該一個或多個電池包含一扁薄型電池，設置於一殼體內一第一側；且該通氣管設置在該殼體內一第二側且相鄰該扁薄型電池表面的空間。
6. 如請求項1所述之電子裝置，其中：該一個或多個電池包含複數個圓柱型電池，分別設置於一殼體內各角落或各側邊；且該通氣管設置在該殼體中央之一十字型空間內。
7. 如請求項1所述之電子裝置，其中該熱導管係導引一中央處理器運作時所產生之熱能以提供該加熱風。
8. 如請求項1所述之電子裝置，其中該通氣管包含具備一高導熱係數的材質。
9. 一種在一電子裝置內進行自適式電池溫度管理之方法，該電子裝置包含一電池組、一風扇、一熱導管、一電磁閥開關和一系統嵌入式控制器，該方法包含：偵測該電池組之一操作溫度以回報相對應之溫度資訊；該熱導管導引該電子裝置運作時所產生之熱能以提供一加熱風；當該系統嵌入式控制器依據該溫度資訊判斷該電池組之該操作溫度使得該電池組在一過熱狀態下運作時，開啟該風扇以提供一冷卻風，並透過該電磁閥開關來將該冷卻風引進該電池組內之一通氣管且阻擋該加熱風進入該通氣管；當該系統嵌入式控制器依據該溫度資訊判斷該電池組之該操作溫度使得該電池組在一低溫狀態下運作時，關閉該風扇，並透過該電磁閥開關來將該加熱風引進該通氣管。
10. 如請求項9所述之方法，其另包含：當該系統嵌入式控制器依據該溫度資訊判斷該電池組之該操作溫度使得該電池組在一理想溫度狀態下運作時，關閉該風扇，並透過該電磁閥開關來阻擋該加熱風進入該通氣管。
11. 如請求項9所述之方法，其中該電子裝置另包含一中央處理器，而該熱導管係導引該中央處理器運作時所產生之熱能以提供該加熱風。