延长保温箱保温时长的控制方法、装置和保温箱

技术领域

本发明涉及保温箱的技术领域，更具体地说，涉及一种延长保温箱保温时长的控制方法、装置和保温箱。

背景技术

冷藏转运箱是一种用于血站、医院、药厂等场景，用于血液、药品、标本、试剂等生物制品进行冷藏转运的一种箱体。其一般由半导体制冷装置、散热器、风扇、导热铝排、蓄冷剂、传感器、控制主板、保温材料、箱体、电池组成，通过半导体制冷片(珀尔贴效应)冷端给箱体内部铝排制冷，热端贴合散热器和风扇进行散热，利用内部的蓄冷剂蓄冷，通过传感器采集内部温度，主板控制半导体制冷片工作最终达到设定温度后，用户装入需要保温的生物制品后，断开外部电源利用蓄冷剂进行保温，最终达到运输保温的目的。

为了达到运输保温的目的，目前常用的方案有以下几种：

方案一、利用高热导率材料作为导冷组件，停止制冷后冷量随导冷组件组件快速扩散到空气中。

方案二、专利CN205862804U(单向导热装置)中提及，利用可移动金属组件实现单相热传导。

方案三、专利CN 112033043 A(一种单向导热装置)中提及，利用相变材料作为导热板，在低温下凝固膨胀与其他结构相连进行导冷，在一定温度下受热转为液体与组件断开连接，利用空气的低热导率减缓冷量的扩散，实现单相导冷。

对于方案一，半导体的热端和冷端两面都通过导热硅脂贴合和铜或者铝等高导热系数材料材质进行导热，这种方式在通电工作的时候可以快速吸收内部热量并传导外部散热器，快速的给内部降温，并把释热端的热量散热掉，缺点就是在断开保温箱的外部电源后，内部蓄冷液的冷能会通过导冷铝条和硅脂的热传导后经过面积较大的散热器与外部空气对流，损耗掉大量的冷能，会很大大缩短保温时长。

对于方案二和方案三，通过增加活动机械结构或者使用相变液体的体积变化进行单相导热难以在现实中使用。例如冷藏箱中导冷组件体积狭小，需要精密的结构进行驱动，造成成本的增加以及提高设备出故障的概率。再如使用相变材料实现单相导冷，即使其在固态下热导率有所提高，据目前技术最高仅实现3W m

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种延长保温箱保温时长的控制方法、装置和保温箱。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种延长保温箱保温时长的控制方法，包括以下步骤：

对外部电源输入接口进行检测并获取输入检测信号；

根据所述输入检测信号判断是否接入外部电源；

若是，采用正常模式对保温箱进行温度控制；

若否，采用转运模式对保温箱进行温度控制。

在本发明所述的延长保温箱保温时长的控制方法中，所述采用转运模式对保温箱进行温度控制包括：

切换至内部电源、以通过所述内部电源向所述保温箱提供电能；

采集所述保温箱的内部温度；

根据所述保温箱的内部温度控制所述保温箱的温度。

在本发明所述的延长保温箱保温时长的控制方法中，所述根据所述保温箱的内部温度控制所述保温箱的温度包括：

判断所述保温箱的内部温度是否大于设定温度；

若否，则关断所述保温箱中的半导体制冷片的供电信号；

若是，则采集所述保温箱的环境温度；

根据所述环境温度控制所述保温箱的温度。

在本发明所述的延长保温箱保温时长的控制方法中，所述根据所述环境温度控制所述保温箱的温度包括：

将所述环境温度与预设温度进行比较；

若所述环境温度大于所述预设温度，则采用第一预设功率范围控制所述保温箱的温度；

若所述环境温度小于所述预设温度，则采用第二预设功率范围控制所述保温箱的温度。

在本发明所述的延长保温箱保温时长的控制方法中，所述采用正常模式对保温箱进行温度控制包括：

采集所述保温箱的内部温度和环境温度；

判断所述保温箱的内部温度是否大于设定温度；

若是，根据所述保温箱的内部温度和环境温度控制所述保温箱的温度；

若否，则关断所述保温箱中的半导体制冷片的供电信号和关断所述保温箱中的散热装置。

在本发明所述的延长保温箱保温时长的控制方法中，所述根据所述保温箱的内部温度和环境温度控制所述保温箱的温度包括：

将所述保温箱的内部温度与所述环境温度作差，获得所述内部温度与所述环境温度的温差值；

根据所述温差值采用PID方法调节所述保温箱的输出功率；

根据所述输出功率控制所述保温箱的温度。

在本发明所述的延长保温箱保温时长的控制方法中，所述方法还包括：

获取所述保温箱中的内部电源的电量信息；

判断所述电量信息是否满足充电条件；

若是，则对所述内部电源进行充电。

本发明还提供一种延长保温箱保温时长的控制装置，包括：控制单元、外部电源输入接口、切换电路以及内部电源；

所述控制单元分别与所述外部电源输入接口、所述内部电源以及所述切换电路连接，所述切换电路分别与所述外部电源输入接口和所述内部电源连接；

所述外部电源输入接口用于与外部电源连接，以接入外部电源信号；

所述内部电源用于提供内部的供电信号；

所述控制单元用于：

对外部电源输入接口进行检测并获取输入检测信号；

根据所述输入检测信号判断是否接入外部电源；

若是，控制所述切换电路与所述外部电源输入接口连通，以切换至外部电源，并采用正常模式对保温箱进行温度控制；

若否，控制所述切换电路与所述内部电源连通，以切换至所述内部电源，并采用转运模式对保温箱进行温度控制。

在本发明所述的延长保温箱保温时长的控制装置中，还包括：功率控制电路以及半导体制冷片；

所述功率控制电路分别与所述切换电路和所述半导体制冷片连接，用于根据所述控制单元输出的控制信号控制所述半导体制冷片的功率。

在本发明所述的延长保温箱保温时长的控制装置中，还包括：内部温度传感器、外部温度传感器和充电管理电路；

所述内部温度传感器与所述控制单元连接，用于对所述保温箱的内部温度进行检测并输出内部温度；

所述外部温度传感器与所述控制单元连接，用于对所述保温箱的外部温度进行检测并输出环境温度；

所述充电管理电路分别与所述外部电源输入接口和所述内部电源连接，用于对所述内部电源进行充电管理控制。

在本发明所述的延长保温箱保温时长的控制装置中，还包括：散热装置和显示装置；

所述散热装置与所述控制单元连接，用于根据所述控制单元的控制对所述半导体制冷片进行散热处理；

所述显示装置与所述控制单元连接，用于对所述保温箱的信息进行显示以及接收用户输入的控制参数。

本发明还提供一种保温箱，包括：以上所述的延长保温箱保温时长的控制装置。

实施本发明的延长保温箱保温时长的控制方法、装置和保温箱，具有以下有益效果：包括以下步骤：对外部电源输入接口进行检测并获取输入检测信号；根据输入检测信号判断是否接入外部电源；若是，采用正常模式对保温箱进行温度控制；若否，采用转运模式对保温箱进行温度控制。本发明在不破坏保温箱体任何结构的基础上，通过在外部电源断开时，采用转运模式对保温箱进行温度控制，可以有效延长保温时间，同时也可以避免因改变保温箱的机械结构或者使用相变液体进行导热所造成的成本增加以及泄漏问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供的延长保温箱保温时长的控制装置的原理框图；

图2是本发明实施例提供的延长保温箱保温时长的控制方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的实测保温曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1，图1为本发明提供的延长保温箱保温时长的控制装置一优选实施例的原理框图。

具体的，如图1所示，该延长保温箱保温时长的控制装置包括：控制单元10、外部电源输入接口11、切换电路14以及内部电源12。

控制单元10分别与外部电源输入接口11、内部电源12以及切换电路14连接，切换电路14分别与外部电源输入接口11和内部电源12连接。

外部电源输入接口11用于与外部电源连接，以接入外部电源信号。具体的，当保温箱连接有外部电源时，该外部电源输入接口11即可接入外部电源信号，以通过外部电源提供的外部电源信号给保温箱供电，从而保证保温箱的工作。可选的，该外部电源输入接口11通过适配器或者通过转接线插入汽车点烟器插座，以接收外部电源信号。其中，适配器用于将外部电源提供的交流信号转换为12V的直流信号，该12V直流信号即可用于给保温箱进行供电。

内部电源12用于提供内部的供电信号。具体的，当外部电源输入接口11没有接入外部电源时，此时，由内部电源12给保温箱提供供电信号，从而保证了在没有外部电源输入的情况下，可直接由内部电源12进行供电，保证了保温箱的正常工作。可选的，本发明实施例中，该内部电源12可以由锂电池组构成，该锂电池组直接安装在保温箱的箱体内部。其中，该锂电池组可以为多颗三元或者磷酸铁锂电芯组成，同时还集成了锂电保护板或者BMS电路。进一步地，该内部电源12可以采用I2C通信或者SMBUS通讯，其中，锂电池组可以输出7.4V的供电信号。

控制单元10用于：对外部电源输入接口11进行检测并获取输入检测信号；根据输入检测信号判断是否接入外部电源；若是，控制切换电路14与外部电源输入接口11连通，以切换至外部电源，并采用正常模式对保温箱进行温度控制；若否，控制切换电路14与内部电源12连通，以切换至内部电源12，并采用转运模式对保温箱进行温度控制。

本发明实施例中，该控制单元10主要用于对外部电源输入接口11进行实时检测以获取到外部电源输入接口11的输入检测信号，并根据该输入检测信号判断是否接入外部电源。具体的，当输入检测信号为12V时，可判断当前有外部电源接入，此时，直接由外部电源给保温箱供电(即控制切换电路14与外部电源输入接口11连通，以切换至外部电源)，并采用正常模式对保温箱的温度进行控制；当输入检测信号为0V时，可判断当前没有外部电源接入，此时，控制单元10即输出切换信号切换至切换电路14，控制切换电路14与内部电源12连通，进而由内部电源12提供供电信号，并采用转运模块对保温箱的温度进行控制。

可选的，本发明实施例中，该控制单元10可以为单片机。其中，该单片机可以采用32位的高性能处理器。该单片机可以通过其ADC端口对外部电源输入接口11的输入检测信号进行采样。另外，该单片机也可以通过其ADC端口对内部电源12的电量信息进行采样，或者通过SMBUS通讯读取内部电源12的电量、电压信息等。

进一步地，如图1所示，该延长保温箱保温时长的控制装置还包括：功率控制电路15以及半导体制冷片20。

其中，功率控制电路15分别与切换电路14和半导体制冷片20连接，用于根据控制单元10输出的控制信号控制半导体制冷片20的功率。具体的，控制单元10通过对保温箱的内部温度、外部温度进行监测，并根据所获取的内部温度和外部温度进行计算(如可采用PID算法进行计算)后，确定当前对应的控制信号，并将该控制信号发送给功率控制电路15，以控制功率控制电路15输出对应的功率信号，并通过所输出的功率信号控制半导体制冷片20的功率，从而达到调节控制保温箱的温度的目的。可选的，本发明实施例中，该控制信号可以为PWM信号。在一个具体实施例中，控制单元10输出该PWM信号，该PWM信号输入至功率控制电路15，由功率控制电路15中的隔离后用MOSFET(场效应管)控制输出电压的占空比，从而达到控制半导体制冷片20的功率。

本发明实施例中，半导体制冷片20也叫热电制冷片，是一种热泵。它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的Peltier效应(珀尔贴效应)，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。

进一步地，如图1所示，该延长保温箱保温时长的控制装置还包括：内部温度传感器16、外部温度传感器17和充电管理电路13。

内部温度传感器16与控制单元10连接，用于对保温箱的内部温度进行检测并输出内部温度。可选的，本发明实施例中，内部温度传感器16可以设置在保温箱内部，其可以采用数字传感器或者热电偶类的高精度传感器实现。

外部温度传感器17与控制单元10连接，用于对保温箱的外部温度进行检测并输出环境温度。可选的，本发明实施例中，外部温度传感器17可以设置在保温箱外侧。可以理解地，外部温度传感器17还可以安装在保温箱的其他位置，只要可满足对外部环境温度进行检测即可。该外部温度传感器17可以采用数字传感器或者热电偶类的高精度传感器实现。

充电管理电路13分别与外部电源输入接口11和内部电源12连接，用于对内部电源12进行充电管理控制。该充电管理电路13可以根据控制单元10的控制实现对内部电源12的充电管理控制。具体的，当有外部电源接入时，控制单元10可检测内部电源12的电量信息，若检测到内部电源12的电量信息过低时(如小于电量阈值时，该电量阈值可根据实际使用的电池组的性能确定)，控制单元10即控制充电管理电路13通过外部电源给内部电源12进行充电，同时由充电管理电路13实时监测内部电源12的充电状态。可选的，本发明实施例中，充电管理电路13可采用恒流(CC)-恒压(CV)充电管理模式对内部电源12进行充电管理。

进一步地，如图1所示，该延长保温箱保温时长的控制装置还包括：散热装置19和显示装置18。

散热装置19与控制单元10连接，用于根据控制单元10的控制对半导体制冷片20进行散热处理。可选的，该散热装置19可以为散热风扇。具体的，半导体制冷片20的热端会释放热量，因此，需要散热器进行散热。本发明通过设置该散热风扇，可以加强散热器表面空气对流，提升散热效果。其中，散热器的工作状态由控制单元10控制。同样地，散热装置19的工作状态(如开、关状态等)也由控制单元10进行控制。

显示装置18与控制单元10连接，用于对保温箱的信息进行显示以及接收用户输入的控制参数。可选的，本发明实施例中，该显示装置18可以为人机交互显示屏。该人机交互显示屏可以对保温箱的信息(如保温箱的内部温度、环境温度、内部电源12的电量信息、内部电源12的电流、内部电源12的电压、设定参数(如设定温度、预设温度等)、报警信息)进行显示。

参考图2，图2为本发明提供的延长保温箱保温时长的控制方法一优选实施例的流程示意图。其中，本发明实施例公开的延长保温箱保温时长的控制方法可以通过本发明实施例公开的延长保温箱保温时长的控制装置实现。

具体的，如图2所示，该延长保温箱保温时长的控制方法包括以下步骤：

步骤S201、对外部电源输入接口11进行检测并获取输入检测信号。

本发明实施例中，在对外部电源输入接口11进行信号检测之前，需要先进行系统初始化。例如，对控制单元10进行时钟设定、外围IO口配置(如哪些引脚用于采集温度、哪些引脚用于进行功率控制)、数据存储设置等。在完成系统初始化后，再对外部电源输入接口11进行信号检测。

步骤S202、根据输入检测信号判断是否接入外部电源。

具体的，输入检测信号为电压信号。当输入检测信号为12V时，则判断外部电源输入接口11接入外部电源，当输入检测信号为0V时，则判断外部电源输入接口11没有接入外部电源，此时，需要切换至内部电源12。

进一步地，若输入检测信号大于0V且小于12V时，此时，判断外部电源输入异常(如适配器不匹配，或者接入不适配的外部电源)，则此时也需要切勿至内部电源12。

步骤S202、若是，采用正常模式对保温箱进行温度控制。

具体的，本发明实施例中，采用正常模式对保温箱进行温度控制包括：采集保温箱的内部温度和环境温度；判断保温箱的内部温度是否大于设定温度；若是，根据保温箱的内部温度和环境温度控制保温箱的温度；若否，则关断保温箱中的半导体制冷片20的供电信号和关断保温箱中的散热装置19。可选的，本发明实施例中，设定温度需要根据保温箱的性能及功能需求进行确定。例如，可以设置为2℃、3℃等。

可以理解地，上述仅作为示例，不可作为对设定温度的限制。

其中，根据保温箱的内部温度和环境温度控制保温箱的温度包括：将保温箱的内部温度与环境温度作差，获得内部温度与环境温度的温差值；根据温差值采用PID方法调节保温箱的输出功率；根据输出功率控制保温箱的温度。

步骤S203、若否，采用转运模式对保温箱进行温度控制。

具体的，本发明实施例中，采用转运模式对保温箱进行温度控制包括：切换至内部电源12、以通过内部电源12向保温箱提供电能；采集保温箱的内部温度；根据保温箱的内部温度控制保温箱的温度。

其中，根据保温箱的内部温度控制保温箱的温度包括：判断保温箱的内部温度是否大于设定温度；若否，则关断保温箱中的半导体制冷片20的供电信号；若是，则采集保温箱的环境温度；根据环境温度控制保温箱的温度。

一些实施例中，根据环境温度控制保温箱的温度包括：将环境温度与预设温度进行比较；若环境温度大于预设温度，则采用第一预设功率范围控制保温箱的温度；若环境温度小于预设温度，则采用第二预设功率范围控制保温箱的温度。

可选的，本发明实施例中，预设温度可以为20℃。

可选的，本发明实施例中，第一预设功率范围为5～10W，如可按5W、6W、8W、10W控制半导体制冷片20的功率，从而调节保温箱的温度。

可选的，本发明实施例中，第二预设功率范围为3～5W，如可按3W、4W、5W控制半导体制冷片20的功率，从而调节保温箱的温度。

具体的，本发明实施例中，通过采用半导体制冷片20对保温箱进行制冷，当控制单元10检测到外部电源输入接口11没有接入外部电源或者外部电源输入接口11接入的外部电源信号不满足工作条件(外部电源信号的电压大于0V小于12V)时，控制单元10控制切换电路14与内部电源12连通，由外部电源供电切换至由内部电源12供电，此时，控制单元10通过读取内部温度传感器16采集的内部温度和外部温度传感器17采集的环境温度，并根据内部温度和环境温度对保温箱的温度进行调节控制。

具体的，当内部温度大于设定温度且环境温度大于预设温度时，控制单元10输出PWM信号至功率控制电路15，以通过功率控制电路15控制半导体制冷片20的功率为5～10W。

当内部温度大于设定温度且环境温度小于预设温度时，控制单元10输出PWM信号至功率控制电路15，以通过功率控制电路15控制半导体制冷片20的功率为3～5W。

当内部温度小于设定温度时，控制单元10输出关断信号至功率控制电路15，通过功率控制电路15切断半导体制冷片20的电源，从而关闭半导体制冷片20的电源。

本发明实施例中，在内部温度大于设定温度且环境温度大于20℃时，控制半导体制冷片20以5～10W的功率降温；当内部温度大于设定温度且环境温度小于20℃时，控制半导体制冷片20以3～5W的功率工作，可以补偿半导体制冷片20和散热器因为热传导和空气对流产生的热量损耗，通过该控制方法，可以大大延长保温箱的保温性能，通过试验测试可得到保温时长可以增加30％～200％。具体的实测保温曲线如图3所示。

其中，试验的测试条件为：箱体：12L的生物医疗转运箱.无负载条件；环境温度：28℃；设定温度：2℃；保温有效区间：2-10℃。

测试过程：在正常工作达到设定温度后，断开外部直流电源，分别用内置锂电池进行5W功率的一个补偿和不做补偿做一个对比保温曲线，在温度达到10℃后有效保温过程结束，无补偿保温时长大约67分钟，可以看到在进行补偿后，到达10℃时保温时长达到130分钟，延长了43分钟，提升了64％；在环境温度更低的情况下，此时保温时长将会更长。

进一步地，本发明实施例中，该延长保温箱保温时长的控制方法还包括：获取保温箱中的内部电源12的电量信息；判断电量信息是否满足充电条件；若是，则对内部电源12进行充电。

具体的，在通过外部电源对保温箱进行供电时，控制单元10还对内部电源12的电量信息进行监测，若内部电源12满足充电条件时，则控制充电管理电路13对内部电源12进行充电。

进一步地，本发明还提供一种保温箱，该保温箱包括：本发明实施例公开的延长保温箱保温时长的控制装置。通过设置该延长保温箱保温时长的控制装置，在不需要对箱体结构重新设计和保温材料进行修改的条件下，在断开外部直流电源后，通过单片机检测箱内外温度，依靠内部锂电池提供电源控制半导体制冷片20在低功率条件下补偿本身因为结构导致热量的损耗，达到延长保温的效果，不仅可以极大的延长半导体保温箱的保温时长，满足用户更长的保温时长的需求，而且还不会增加设备成本。其中，本发明实施例的保温箱可以为通用的保温箱，也可以为用于血站、医院、药厂等场景的冷藏转运箱。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。