专利名称：车载太阳能空调系统及包含其的汽车的制作方法
技术领域：
本发明涉及车载空调技术，更具体地说，涉及一种车载太阳能空调系统和一种汽车。
背景技术：
传统的汽油车的车载空调系统(Vehicle Air-conditioning System，VAS)通常由内燃机(Internal Combustion Engine, ICE)驱动。其存在两方面缺陷第一，内燃机驱动的车载空调系统的能量由汽油提供，而汽油在燃烧的同时会排放温室气体，对环境造成影响；第二，由于无法实时控制内燃机提供的功率，因此目前的车载空调系统通常不能进行动态控制，也就无法通过可变速度控制来提高车载空调系统的效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有车载空调系统采用内燃机驱动而影响环境的缺陷，提供一种由太阳能供电的车载空调系统及一种汽车。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种车载太阳能空调系统，通过在车辆上设置太阳能充电系统，将太阳能转化为电能，从而为车载空调系统供电，使得该车辆更加环保，且便于后续的动态控制。根据本发明的第一方面，提供了一种车载太阳能空调系统，包括设于车辆上的太阳能子系统和空调子系统。所述太阳能子系统用于将太阳能转换为电能并储存；所述空调子系统利用所述太阳能子系统提供的电能为所述车辆提供冷气。在根据本发明的第一方面的优选实施例中，所述太阳能子系统包括太阳能光伏板模块、电池模块和太阳能控制模块。所述太阳能光伏板模块用于将太阳能转换为电能；所述电池模块用于储存电能并向所述空调子系统供电；所述太阳能控制模块，用于控制所述太阳能光伏板模块向所述电池模块充电。在根据本发明的第一方面的优选实施例中，所述太阳能控制模块可以采用最大功率点跟踪技术来控制优化所述太阳能光伏板模块向所述电池模块充电的功率输出。在根据本发明的第一方面的优选实施例中，所述太阳能控制模块在所述电池模块电压低于预设值时，使用恒定电流模式对所述电池模块进行充电；所述太阳能控制模块在所述电池模块电压达到预设值时，使用恒定电压模式对所述电池模块进行充电。在根据本发明的第一方面的优选实施例中，所述太阳能控制模块还包括电流传感器模块。所述电流传感器模块的输入端与所述电池模块相连，所述电流传感器模块的输出端与所述太阳能控制模块相连，用于采集电池模块的电流并发送给太阳能控制模块。在该实施例中，所述太阳能控制模块在所述电池模块的电流大于电池模块的整定电流时，通过PWM控制信号降低太阳能控制模块的输出电压小于或等于所述整定电流。在根据本发明的第一方面的优选实施例中，车载太阳能空调系统还可以进一步包括第一二极管模块。所述第一二极管模块的输入端与所述太阳能控制模块相连，所述第一二极管模块的输出端与电池模块相连，用于控制电流从所述太阳能控制模块向所述电池模块单方向流动。根据本发明的第二方面，所述车载太阳能空调系统还可以包括车载电源，所述车载电源连接至电池模块向其供电。在根据本发明的第二方面的优选实施例中，所述车载太阳能空调系统还包括第二二极管模块。所述第二二极管模块的输入端与所述车载电源相连，所述第二二极管模块的输出端与电池模块相连，用于控制电流从所述车载电源向所述电池模块单方向流动。在一些实施例中，所述第一二极管模块和所述第二二极管模块可以采用单个二极管或桥式二极管构成，还可以采用可控继电器、半导体晶体管等器件来实现单向导通功能。在根据本发明的第二方面的优选实施例中，所述车载太阳能空调系统的电路参数设置使得所述第一二极管模块的最大输出电压大于所述第二二极管模块的最大输出电压。在根据上述两个方面所述的优选实施例中，所述空调子系统包括空调控制单元、 压缩机驱动器、压缩机、冷凝器、干燥剂压力保护传感器、膨胀阀和蒸发器。所述空调控制单元与所述电池模块相连，由电池模块供电并发送开关控制信号控制压缩机驱动器工作；所述压缩机驱动器用于驱动压缩机工作从而对制冷剂进行压缩；所述冷凝器通过强制冷却风扇来对压缩的制冷剂进行降温；所述干燥剂压力保护传感器在经过降温的制冷剂通过膨胀阀之前为其提供过滤和安全保护；所述膨胀阀使得经过降温的制冷剂发生膨胀；所述蒸发器使经过膨胀的制冷剂与空气发生热量交换，并使制冷剂流回所述压缩机。其中，所述压缩机驱动器和压缩机可以一体设置或分立设置。在根据上述两个方面所述的优选实施例中，所述空调子系统还包括温度传感器、 交流控制与指示单元和电控阀门。所述温度传感器用于检测车辆中的环境温度；所述交流控制与指示单元根据所述温度传感器检测的温度信号产生温度设置信号给所述空调控制单元和压缩机驱动器，同时产生阀门控制信号给所述电控阀门；所述电控阀门用于控制空调子系统中制冷剂的流动。实施本发明的车载太阳能空调系统，具有以下有益效果本发明通过在现有的车辆上安装太阳能充电系统，向空调子系统提供电能，从而将电能转换为车厢里的制冷效果； 本发明充分利用太阳能来维持空调系统的运行，相对于现有由车载电源向空调系统供电的车辆而言，减小了对环境的污染，同时也不会对车辆的车载电源的运行产生影响，从而可以进一步实现对空调系统的动态控制。
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为根据本发明的第一实施例的车载空调系统的模块示意图2为根据本发明第一实施例的车载空调系统的空调子系统的模块示意图； 图3为根据本发明第二实施例的车载太阳能空调系统的模块示意图； 图4为根据本发明第三实施例的车载太阳能空调系统的模块示意图； 图5为根据本发明第四实施例的车载太阳能空调系统的模块示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明主要采用太阳能作为车载空调系统的能量来源。本发明提供的车载太阳能空调系统，至少包括设于车辆上的太阳能子系统和空调子系统。其中，太阳能子系统用于将太阳能转换为电能并储存；空调子系统则利用所述太阳能子系统提供的电能为所述车辆提供冷气。请参阅图1，为根据本发明的第一实施例的车载空调系统的模块示意图。如图1所示，在本发明的第一实施例中，车载太阳能空调系统100包括太阳能子系统110和空调子系统120。其中，太阳能子系统110进一步包括太阳能光伏板模块112、太阳能控制模块114 和电池模块116。其中，太阳能光伏板模块112用于将太阳能转换为电能。太阳能光伏板模块112 即太阳能电池板，现在已经被用于许多环保产品之中。其中一个主要方面是应用于移动物体上，例如，电动车辆。其也被应用在静止的电源中，例如安装在建筑物里或地面上，太阳能电池板收集太阳能并将其转换成电能。该电能可以直接使用，或者储存在贮能装置中，例如电池或者超大电容。电池模块116则用于储存从太阳能光伏板模块112获得的电能并向空调子系统 120供电。太阳能功率超出负载或负载停止时，电池模块116被用来储存多出的能源，储存的能源将在空调子系统120工作的时候再次使用。太阳能控制模块114，用于控制所述太阳能光伏板模块112向所述电池模块116充电。来自于太阳能光伏板模块112的电能高度依赖于太阳光的强度。对于给定的日光，存在一个最大功率点。因此，本发明的另一独特之处在于，太阳能控制模块114采用最大功率点跟踪(Maximum power point tracking, MPPT)技术来控制优化所述太阳能光伏板模块 112向所述电池模块116充电的功率输出运行，使其能够使用电压和/或电流模式控制从太阳能光伏板模块112获得最大能量。太阳能控制模块114可以采用MPPT太阳能控制器，其是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。所谓最大功率点跟踪，即是指控制器能够实时侦测太阳能光伏板模块的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最高的效率对电池模块即蓄电池充电。要想给蓄电池充电，太阳能光伏板模块的输出电压必须高于电池的当前电压，如果太阳能光伏板模块的电压低于电池的电压，那么输出电流就会接近0。所以，为了安全起见，太阳能光伏板模块在制造出厂时，会设置一个合适的峰值电压(Vpp)，这是以环境温度为25° C时的标准设定的。MPPT太阳能控制器会实时跟踪太阳能光伏板模块中的最大的功率点，来发挥出太阳能光伏板模块的最大功效。电压越高，通过最大功率跟踪，就可以输出更多的电量， 从而提高充电效率。理论上讲，使用MPPT太阳能控制器的太阳能发电系统会比传统的效率提高50%，由于周围环境影响与各种能量损失，实际监测的效率也可以提高20%-30%。下面对本发明的空调子系统进行具体描述。请参阅图2，为根据本发明第一实施例的车载空调系统的空调子系统的模块示意图。如图2所示，本发明提供的空调子系统200包括空调控制单元202、压缩机驱动器204、 压缩机206、冷凝器208、干燥剂压力保护传感器210、膨胀阀212、蒸发器214、温度传感器 216、交流控制与指示单元218和电控阀门220。
空调控制单元202与电池模块相连，由电池模块供电并发送开关控制信号控制压缩机驱动器204工作。压缩机驱动器204用于驱动压缩机206工作从而对制冷剂进行压缩。压缩机驱动器204和压缩机206可以分开独立设置，也可以一起整合在同一装置中。压缩机驱动器204驱动压缩机206向制冷剂提供高压，从2巴升高到超过10巴， 但不限于该压强。制冷剂随后通过高压管至冷凝器208，并在穿过冷凝器208时通过强制冷却风扇来降温。制冷剂在降温后通过膨胀阀212进行膨胀。本发明还设有干燥剂压力保护传感器 210，可以在制冷剂中的压缩气体通过膨胀阀212之前为其提供过滤和安全保护。制冷剂在通过膨胀阀212膨胀时，遵循以下气体定律
-= 常量；
T
其中/7是压力，r是体积，r是温度。其温度随后会显著降低，然后穿过蒸发器，蒸发器 214上设有吹风器，使其与周围空气发生温度交换。通过上述过程就可以从蒸发器214的吹风器得到冷空气。吹风器也被称为风扇线圈。通过蒸发器的制冷剂通过低压管回流至压缩机206，开始新一轮的循环利用。本发明可以通过调节流过风扇线圈的气流或者通过调节压缩机206的工作来实现对温度的控制。本发明可以将温度传感器216安装在需要进行温度控制的位置。典型的位置是车厢中或者车载空调系统的出风口处。交流控制和指示单元218与温度传感器216 相连，采集蒸发器214附近的温度信号，根据该温度信号产生温度设置信号给空调控制单元202和压缩机驱动器204，同时产生阀门控制信号给电控阀门220。在机器开启的期间，压缩机206输入侧和输出侧的压差将使得压缩机206的功率需求增加，需要用更大的电流来驱动。这里的交流控制和指示单元218将在短时间内(50秒左右，但非限制)首先关闭电控阀门220，随后两侧之间的压力将彼此接近。然后，压缩机驱动器204将驱动压缩机206进行压缩。压缩机206通常设有调速器，使其速度在一段时间里(通常为0-1分钟)从零增加到最终速度。该过程很好地利用了电力系统的能量，使得系统得到简化，并保证了良好的启动性能。请参阅图3，为根据本发明第二实施例的车载太阳能空调系统的模块示意图。在本发明第二实施例中，本发明提供的车载太阳能空调系统300除了包括与第一实施例中功能相同的太阳能子系统310和空调子系统320外，还可以接通车载电源330，通常来自交流发电机或车辆发电机。同样太阳能子系统310包括太阳能光伏板模块312、太阳能控制模块 314和电池模块316。车载电源330连接至电池模块316向其供电。请参阅图4，为根据本发明第三实施例的车载太阳能空调系统的模块示意图。在本发明第三实施例中，为了对太阳能子系统和车载电源的供电逻辑进行控制，还增设了两个二极管模块。本发明提供的车载太阳能空调系统400除了包括与第二实施例中功能相同的太阳能光伏板模块412、太阳能控制模块414、电池模块416、空调子系统420和车载电源430 夕卜，还包括第一二极管模块418和第二二极管模块432。其中，第一二极管模块418的输入端与所述太阳能控制模块414的输出端相连，第一二极管模块418的输出端与电池模块416相连，用于控制电流从所述太阳能控制模块418 向所述电池模块416单方向流动。第二二极管模块432的输入端与所述车载电源430的输出端相连，第二二极管模块432的输出端与电池模块416相连，用于控制电流从所述车载电源430向所述电池模块 416单方向流动。第一二极管模块418和第二二极管模块432可以采用单个二极管或桥式二极管构建。本发明不限于采用半导体二极管，还可以采用可控继电器、半导体晶体管等器件来实现单向导通功能。下面对本发明的车载太阳能系统的工作原理进行说明。太阳能光伏板模块412产生的电能随着太阳光照度而发生很大的变化。其输出电压Vp也将在很大范围内产生变化。 本发明的太阳能控制模块414使用MPPT技术，以便从太阳能光伏板模块412获取最大电能。因而。被控制在最佳电压‘。太阳能控制模块414的输出电压为‘。其随后通过第一二极管模块418，该二极管模块允许电流从所述太阳能控制模块418向所述电池模块416 单方向流动。太阳能控制模块414具有内部电压和电流控制。当太阳能光伏板模块412在太阳的光照下时，如果电池模块416电量较少，其电压低于预设值时，则太阳能控制模块414先采用恒定电流模式向电池模块41充电6。电池模块416的电流整定值为/ ，为电池充电时的推荐电流值。太阳能控制模块414将其输入电压控制在‘，然后其输出电流值被控制为位于/ 或更低的范围。也被认为是电池模块 416运行的安全电流限值。当电池模块416接近充满时，其电压升高至预设值时，太阳能控制模块414的输出电压被设置为最大电压值Vpmp，从而允许太阳能控制模块414以恒定电压模式为电池模块 416充电。设第一二极管模块418的输出端电压为，第二二极管432的输出端电压为K。 其中，第一二极管模块418的输出端电压Vpml与太阳能控制模块414的输出电压‘在第一二极管模块418正向偏压时因二极管正向电压降而彼此不同，而在二极管块反向偏压时等于一个不确定的电压。在当「_和K3电气连接时，太阳能控制模块414和车载电源430都向电池模块416 供电。在太阳能光伏板模块412具有高电量的情况下，第二二极管模块432将阻断车载电源430向电池模块416供电，车载太阳能空调系统运行在高功率模式下。设K3的最大输出值为^，其略高于车辆交流发电机的电压V3。为了实现上述条件控制，各个模块的参数设置的设计将使得
^d ~ ^pml — ^am ；
其中，&被设置为一个较小的电压，约0.3V，但不限于0.3V，通常小于IV。因为连接到电池模块的第一二极管模块418的输出端电压Vpml (在MV电池系统中，电压可以设置为 28. 3V，但不限于28. 3V)需要稍高于车载电源的电压值，因此车载电源输出电压Va的范围也能相应确定(在24V系统中，车载电源的电压从沈至28V变化，最大为28V)。如果太阳能光伏板模块412的设计小于在恒定电流充电模式下向电池模块416充电的最大功率，那么电池模块416的充电电流通常小于/ 。太阳能控制模块414依据/ 控制其开关，如果通向电池模块41的电流测量值大于Icm,太阳能控制模块414将通脉宽调制(pulse width modulation, PWM)控制降低其功率通量。在大多数情况下，如果电流测量值小于1 ，那么太阳能控制模块414继续向电池模块416供应电流，同时车载电源530也向电池供应电流。在本发明中，车载电源530始终安装在车辆里，太阳能控制模块414不控制它的运行。由此可见，本发明的一个原则是将现有的车载电源加入车载太阳能空调系统中，向电池模块供能。在本发明中，设车载电源430经过第二二极管模块432的输出电流是/3，太阳能控制模块414经过第一二极管模块418的输出电流是/_。设厶为给电池模块416的充电电流。根据电路节点定律
Ib 一 ^pml 2α ；
太阳能控制模块414仅仅控制/Α。在电池模块416—侧安装有电流传感器。太阳能控制模块414的PWM控制仅仅用于调节/_。因此，太阳能控制模块414没有向车载电源430 发出任何控制信号，因此也不会对其产生任何影响。这一形式保证了本发明的改进简单易行，而并不需要懂得现有车辆的车载电源的设计。请参阅图5，为根据本发明第四实施例的车载太阳能空调系统的模块示意图。如图5所示，本发明提供的车载太阳能空调系统500还能够运行在非太阳能模式，由车载电源 502、电池模块504和空调子系统506组成。当无法获取太阳能的时候，便完全从车载电源 530获取能源来驱动空调子系统506的压缩机。上述系统可以在没有阳光或者未安装太阳能充电系统的时候采用。此时，空调运行的电能完全取自车辆的车载电源502，例如交流发电机。在这种情况下，系统得到了进一步的简化。综上所述，本发明提供了一种太阳能驱动的空调系统。系统具有贮能装置，存储来自太阳能光伏板的能源。更进一步地，本发明将太阳能作为主要能源输入，如果能量不足， 则利用车辆的车载电源如交流发电机来进行充电。电池模块连接到空调子系统的压缩机驱动器，以驱动连接在压缩机上的电动机工作，运行空调。本发明的太阳能充电系统与车载电源并行工作，为电池模块提供能源，并不影响车载电源如交流发电机的运行，而只是监测输入电池模块的总电流，并保证其不超出安全限值。在任何情况下，输入电池的最大电流都得至IJ了监测，最大电压也同样得到了监测。只要电流超出限度将引发太阳能充电系统中太阳能控制模块的控制动作，从而减小功率通量，甚至停止其运行。本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例， 而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。
权利要求
1.一种车载太阳能空调系统，其特征在于，包括设于车辆上的太阳能子系统，用于将太阳能转换为电能并储存；以及空调子系统，利用所述太阳能子系统提供的电能为所述车辆提供冷气。
2.根据权利要求1所述的车载太阳能空调系统，其特征在于，所述太阳能子系统包括太阳能光伏板模块，用于将太阳能转换为电能；电池模块，用于储存电能并向所述空调子系统供电；以及太阳能控制模块，用于控制所述太阳能光伏板模块向所述电池模块充电。
3.根据权利要求2所述的车载太阳能空调系统，其特征在于，所述太阳能控制模块采用最大功率点跟踪技术来控制优化所述太阳能光伏板模块向所述电池模块充电的功率输出ο
4.根据权利要求2所述的车载太阳能空调系统，其特征在于，所述太阳能控制模块在所述电池模块电压低于预设值时，使用恒定电流模式对所述电池模块进行充电；所述太阳能控制模块在所述电池模块电压达到预设值时，使用恒定电压模式对所述电池模块进行充 H1^ ο
5.根据权利要求2所述的车载太阳能空调系统，其特征在于，所述太阳能控制模块还包括电流传感器模块，输入端与所述电池模块相连，输出端与所述太阳能控制模块相连， 用于采集电池模块的电流并发送给太阳能控制模块；所述太阳能控制模块在所述电池模块的电流大于电池模块的整定电流时，通过PWM控制信号降低太阳能控制模块的输出电压小于或等于所述整定电流。
6.根据权利要求2所述的车载太阳能空调系统，其特征在于，所述车载太阳能空调系统还包括第一二极管模块，输入端与所述太阳能控制模块相连，输出端与电池模块相连，用于控制电流从所述太阳能控制模块向所述电池模块单方向流动。
7.根据权利要求2-6中任意一项所述的车载太阳能空调系统，其特征在于，所述车载太阳能空调系统还包括车载电源，所述车载电源连接至电池模块向其供电。
8.根据权利要求7所述的车载太阳能空调系统，其特征在于，所述车载太阳能空调系统还包括第二二极管模块，输入端与所述车载电源相连，输出端与电池模块相连，用于控制电流从所述车载电源向所述电池模块单方向流动。
9.根据权利要求8所述的车载太阳能空调系统，其特征在于，所述车载太阳能空调系统的电路参数设置使得所述第一二极管模块的最大输出电压大于所述第二二极管模块的最大输出电压。
10.根据权利要求8所述的车载太阳能空调系统，其特征在于，所述第一二极管模块和所述第二二极管模块采用单个二极管或桥式二极管构成。
11.根据权利要求1-6中任意一项所述的车载太阳能空调系统，其特征在于，所述空调子系统包括空调控制单元、压缩机驱动器、压缩机、冷凝器、干燥剂压力保护传感器、膨胀阀和蒸发器；所述空调控制单元与所述电池模块相连，由电池模块供电并发送开关控制信号控制压缩机驱动器工作；所述压缩机驱动器用于驱动压缩机工作从而对制冷剂进行压缩； 所述冷凝器通过强制冷却风扇来对压缩的制冷剂进行降温；所述干燥剂压力保护传感器在经过降温的制冷剂通过膨胀阀之前为其提供过滤和安全保护；所述膨胀阀使得经过降温的制冷剂发生膨胀；所述蒸发器使经过膨胀的制冷剂与空气发生热量交换，并使制冷剂流回所述压缩机。
12.根据权利要求10所述的车载太阳能空调系统，其特征在于，所述空调子系统还包括温度传感器、交流控制与指示单元和电控阀门；所述温度传感器用于检测车辆中的环境温度；所述交流控制与指示单元根据所述温度传感器检测的温度信号产生温度设置信号给所述空调控制单元和压缩机驱动器，同时产生阀门控制信号给所述电控阀门； 所述电控阀门用于控制空调子系统中制冷剂的流动。
13.根据权利要求10所述的车载太阳能空调系统，其特征在于，所述压缩机驱动器和压缩机一体设置或分立设置。
14.一种汽车，包括如权利要求1-6中任一所述的车载太阳能空调系统。
全文摘要
本发明涉及一种车载太阳能空调系统，包括设于车辆上的太阳能子系统，用于将太阳能转换为电能并储存；以及空调子系统，利用所述太阳能子系统提供的电能为所述车辆提供冷气。本发明通过在现有的车辆上安装太阳能充电系统，向空调子系统提供电能，从而将电能转换为车厢里的制冷效果，其充分利用太阳能来维持空调系统的运行，相对于现有由车载电源向空调系统供电的车辆而言，减小了对环境的污染，同时也不会对车辆的车载电源的运行产生影响，从而可以进一步实现对空调系统的动态控制。
文档编号F24F5/00GK102455030SQ201110149249
公开日2012年5月16日 申请日期2011年6月3日 优先权日2010年10月25日
发明者郑家伟, 麦穗雄 申请人:阳光动力有限公司