一种汽车多重发电系统及其汽车的制作方法

本发明属于一种发电系统及其汽车，尤其涉及一种同时利用太阳能进行光电发电及温差发电，以及利用汽车内部空调装置中的热源进行温差发电，并使用于汽车的多重发电系统。

背景技术：

汽车作为现代社会使用广泛的运载工具，是指由动力驱动，具有4个或4个以上车轮的非轨道承载的车辆，主要用于：载运人员和(或)货物；牵引载运人员和(或)货物的车辆；特殊用途。汽车从出现开始到现在的不断改进，不仅延伸了人类肢体的运动范围，而且极大提高了人类的生产生活效率。

汽车动力包括有内燃机(汽油或柴油发动机)、电动机、氢燃料发动机等，使用效率和环保性能也在不断地提高中。为提高可再生能源的利用率，尤其通过太阳能发电与汽车的结合，如在汽车的顶部安装太阳能面板进行发电，但只通过光电效应发电，对太阳光能的利用率仍不高，太阳能产生的热量没有得到有效利用。

在汽车的使用过程中，空气调节装置(空调)是提高舒适性必不可少的关键部件。汽车空调中有采用传统压缩机驱动工作，或是采用新型的半导体制冷片进行制冷或制热。但是在使用过程中，无论是传统的压缩机或是半导体制冷片中的热源余热，不仅无法进行有效回收利用，而且也可能需要散热器进行散热。因此，如何有效的将热源余热回收利用，将实现能源的循环使用，在汽车保有和使用量巨大的今天，其经济和社会效益将非常显著。

技术实现要素：

本发明为解决上述现有技术中的不足，提供一种利用太阳能进行光电发电及温差发电，同时利用汽车内部空调装置的热源进行温差发电，并使用于汽车的多重发电系统。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种汽车多重发电系统，包括有汽车、太阳能发电板、温差发电芯片和散热器，其特征在于所述温差发电芯片的热端直接或间接固定于太阳能发电板的背面，所述温差发电芯片的冷端固定于散热器表面，散热器安装于所述汽车表面。

所述太阳能发电板上方安装有聚光透镜，所述的温差发电芯片与太阳能发电板之间，温差发电芯片与散热器之间设置有导温电路层。

所述的温差发电芯片直接或间接的电气连接于储能装置和/或驱动电源。

所述的储能装置和/或驱动电源，与汽车内部的空气调节装置连接。

所述的空气调节装置为压缩机和/或半导体制冷片驱动。

所述的空气调节装置中的热源表面固定有温差发电芯片的热端。

所述的温差发电芯片热端固定的热源为冷凝器和/或半导体制冷片的热端。

所述的空气调节装置中的蒸发器表面固定有温差发电芯片的冷端。

所述的温差发电芯片为多层叠加结构。

所述的多层叠加结构包括有均温板，温差发电芯片和均温板相互固定，多层叠加。

一种采用汽车多重发电系统的汽车。

本发明的有益效果：

在利用太阳能发电板进行发电的同时，同时利用太阳能发电板传递的太阳能热量进行温差发电，从而提高太阳能发电效率。太阳能发电板上方安装聚光透镜，如菲涅尔透镜，可以有效增加太阳能发电板以及温差发电芯片的单位面积温度，从而进一步提高太阳能发电板与温差发电芯片的发电效率。

导温电路层的设置，一方面有助于温差发电芯片与太阳能发电板以及散热器之间的安装固定，另一方面更有利于将电能传输到驱动电源或储能装置。

通过温差发电芯片的多层叠加结构设置，对逐层的温差进行发电回收，从而进一步提高发电效率。同时，均温板的设置和形状变化，一方面使冷或热传递更加均匀，安装更加方便，另一方面使半导体温差发电芯片的多层叠加结构空间分布更加合理。

本发明提供一种稳定高效的温差发电动力系统，不仅具有结构简单，发电效率高、操作维护简单等优点，而且将温差发电芯片一个或多个以模组方式固定太阳能发电板与散热器表面之间，形成一个模块化装置，可实现大批量的规模化生产，在汽车领域的市场应用前景良好。

附图说明

图1为发明一优选实施例的立体示意图；

图2为发明一优选实施例的光伏温差发电模组立体示意图；

图3为发明一优选实施例的光伏温差发电模组剖面示意图；

图4为发明一优选实施例的剖面示意图；

图5为发明一优选实施例局部a的剖面示意图；

图6为发明一优选实施例局部b的剖面示意图；

图7为发明另一优选实施的立体示意图；

图8为发明另一优选实施a-a方面的剖面示意图；

图9为发明另一优选实施局部c的剖面示意图；

图10为发明另一优选实施b-b方面的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，为本发明一优选实施例的立体示意图。在外观上，本实施例的汽车为中大型的中巴或大巴车，在车体1的表面固定有众多的光伏温差发电模组2，光伏温差发电模组2通过多个组合连接，形成一个平面的板状结构，再安装在车体1的表面，其中在车体1和光伏温差发电模组2之间设置有悬空层3，从而使空气能够在悬空层3内进行有效的空气对流，尤其是在车辆行动过程中，加大悬空层3内的空气进入量，提高对流效果。

图2、3所示，为光伏温差发电模组2的立体和剖面示意图，其主要由聚光透镜8、第一散热器7、太阳能发电板11、第一导温电路层4、第二导温电路层6、温差发电芯片5、保护层12、呼吸器9和导线10等组成。其中，温差发电芯片5的热端间接固定于太阳能发电板11的背面，即通过在太阳能发电板11的背部先制作有第二导温电路层6，再将温差发电芯片5的热端焊接在第二导温电路层6上，即通过第二导温电路6将众多的温差发电芯片5固定在第二导温电路层6上。或者是将温差发电芯片5的热端直接固定于太阳能发电板11的背面，但由于温差发电芯片5和太阳能发电板11的背面材质不同，难以通过焊接进行直接固定，因此可以选择采用机械压接或是粘结的方式固定，但是导温效果弱于焊接。

同样的，温差发电芯片5的冷端间接固定于第一散热器表面7，即先在第一散热器表面7制作有第一导温电路层4，再将温差发电芯片5的冷端焊接在第一导温电路层4上，即通过第一导温电路4将众多的温差发电芯片5固定在第一导温电路层4上，同时对各个温差发电芯片5进行电气连接，从而实现电能的输出。第一散热器7作为整个光伏温差发电模组2的安装平台，同时也是温差发电芯片5的冷端与外界进行温度均衡的重要通道，其安装于汽车的车体1表面。

第一导温电路层4和第二导温电路层6具有良好绝缘效果和导热性能，一般采用搪瓷层或三氧化二铝的氧化层，厚度为0.8～1.5微米。本实施例采用的是搪瓷层，厚度为1微米。所谓搪瓷，是将含有无机玻璃质的材料通过熔融凝于基体金属上并与金属牢固结合在一起的一种复合材料。搪瓷层的绝缘性能良好，通过添加其他高导热性材料的，使其同时具有良好的导热性。

在第一道路电路层4的表面设置有线路层，采用印刷、电镀、复合或喷涂方式制作。一般来说，采用传统印刷的方式能够较好适用，尤其是在表面强度和耐久度，适合于批量化生产。线路层至少包括有可焊接部位和电气连接分布，温差发电芯片分别固定在可焊接部位，各个温差发电芯片之间的电气连接为串联和/或并联，使每个温差发电芯片形成电气连接为整体，统一输出电压和电流。

在线路层上除至少包括有可焊接部位和电气连接分布外，还可以设置有静电保护电路，整流、限压、电流控制等电路中的一种或多种，以满足不同的功能需要。

太阳能发电板11、温差发电芯片5和第一散热器7三者之间通过第一导温电路层4和第二导温电路层6固定后，有效减少了接触面产生的热阻，不仅简化了产品结构、还可以能够有效提高产品的发电效率和稳定性。尤其是第一散热器7表面和太阳能发电板11的背面粗化后，可以进一步加强与第一导温电路层4、第二导温电路层6的接触面连接强度，提高稳定性。

在太阳能发电板11的上方固定有聚光透镜8，例如菲涅尔透镜、聚光杯、凸透镜等具有聚光功能的透镜，一面可以有效保护太阳能电池板3，另一方面可以有效聚焦光线，提高发电效率。其中，太阳能发电板11表面设置有保护层12，进一步对太阳能发电板(晶片)进行保护。

聚光透镜8与太阳能发电板11之间的空间内设置有呼吸器9，呼吸器9主要是在上述空间受冷后，空间变小的情况下，通过呼吸器9吸入空气，同样的，如果上述空间受热膨胀，则通过呼吸器9呼出空气，从而达到内外空间的压力平衡，保持空间的气密性。

第一散热器7一般采用导热系数高、热阻小，受热后能够快速将热量传导和均匀分布的物体或装置，常用的为铜、热管、铝合金、相变材料、碳纤维、石墨烯等中的一种金属、非金属或装置。在本实施列中，第一散热器7优选采用自然散热，采用铝合金材质，由于铝合金材料具有较高导热系数，在230w/mk左右，而且金属稳定性较好，成本较低，通过铝挤压等工艺便于成型。除了本实施例的第一散热器7外，还可以采用热管、风扇、水冷、铝合金散热器、翅片散热器等中的一种或多种组合，以满足不同环境和散热强度要求。

如图4、5和6所示，从本发明实施例的整体和局部剖面示意图中，可以看出，本优选实施例主要由车体1、光伏温差发电模块2、第一蒸发器温差发电结构a、冷凝器温差发电结构b、压缩机13、第一水泵14、散热装置15、第二蒸发器16、第一风口17、第二风口18、第三风口19、第四风口20、第五风口21、第六风口22、电动机23、储能装置24等组成。其中，压缩机13、冷凝器温差发电结构b、第一蒸发器温差发电结构a等三者之间通过毛细管或膨胀阀等节流元件连通，压缩机13工作后，使冷凝器管内的压力和温度升高，同时经毛细管节流后使蒸发器表面的温度降低，由此分别与外界产生热与外界，冷与外界的温差，通过冷凝器温差发电结构b和第一蒸发器温差发电结构a进行高效发电利用。

冷凝器温差发电结构b的散热装置在本实施例中采用了水冷的方式，因此在其一端连接有第一水泵14，第一水泵14与散热装置15相连，散热装置15通过管路再与冷凝器温差发电结构b的散热水胆34相连，构成一水冷散热回路。其中，第一水泵10主要是为管道内部循环的导热液体提供动力，而散热装置15主要是对导热液体进行散热降温。

同理，第一蒸发器温差发电结构a在本实施例中也采用了水循环的方式，其一端连接有第二水泵25，第二水泵25与加热器26相连，加热器26相连通过管路再与第一蒸发器温差发电结构a的第一散热水胆30相连，构成一热交换回路。其中，第二水泵25主要是为管道内部循环的导热液体提供动力，而加热器26主要是对导热液体进行加热升温。加热器26是一种具有加热功能的电器装置，例如空气能加热器等。

第二蒸发器16主要是起到制冷作用，通过连接第一风口17、第二风口18、第三风口19、第四风口20、第五风口21等对车厢内的空气温度进行调节，通过连接第六风口22对储能装置24周围的空气温度进行调节，保证储能装置24在合理的环境温度里工作，减少由于环境波动造成储能装置24的性能下降，其他的出风口则主要用于保证电子设备或人员的环境温度。

第一温差发电芯片27与第二温差发电芯片28电气连接后，第三温差发电芯片31与第四温差发电芯片32电气连接后，分别通过电源线53直接电气连接于储能装置24，储能装置24则和电动机23连接，电动机23工作后驱动汽车的移动。在实际中，温差发电芯片产生的电量也可以直接电气连接到驱动电源，不经过储能装置24，直接供能驱动电动机23。同样的，光伏温差发电模组2产生的电能，通过第一导温电路层4和第二导温电路层6的电气连接，以及导线10的传输，连接到储能装置24中，从而实现多重发电，多重能量的输入。

储能装置24与电动机23相连，驱动电动机23进行工作，带动传动部件，从而实现运载工具的移动。电动机23作为动力核心部件，优选为伺服电机，不仅运行效率高，节能效果好，而且能够较好的实现智能控制。

储能装置24上设置有稳压电路和控制电路，保证电量在存储过程中的稳定性，防止储能装置24出现过充、过放、温度过高等现象，保证能量存储性能的同时，保证其充电的使用寿命。储能装置24作为电量存储的的介质，一般为蓄电池、锂电池等各种液态或固态电池，考虑到能量存储密度和体积、重量等因素，优选采用锂电池作为储能装置。

在冷凝器温差发电结构b中，空气调节装置中的热源，即冷凝器52上下表面的温差发电结构箱体，故从上表面的结构展开说明。在冷凝器52的表面固定第三温差发电芯片31的热端，第三温差发电芯片31的冷端表面固定有第二均温板32，在第二均温板32上固定有第四半导体温差发电芯片33，形成第三温差发电芯片31、第二均温板3和第四半导体温差发电芯片33之间的多层叠加结构。在最外侧的四半导体温差发电芯片33的冷端表面固定有散热水胆34。在实际的应用中，根据不同的使用需要，可以在最外侧半导体温差发电芯片上先固定均温板，再在均温板上固定或连接有散热装置，尤其是在最外侧半导体温差发电芯片需要散热，但是散热量不大的情况下，通过均温板只需要安装一个较小散热结构即可，从而减少空间利用和生产成本。

在实际的应用中，多层叠加结构也可以采用多个均温板进行安装，以每层面积递增的方式，扩大发电芯片的数量，从而提高温差发电的效率。

上述多层叠加结构，主要由半导体温差发电芯片直接叠加或半导体温差发电芯片与均温板规则或非规则的相互叠加，例如：半导体温差发电芯片与均温板交错叠加，或者是直接叠加在均温板表面等。在叠加层数上，可以根据压缩机的功率大小，余热温差发电效率，以及安装空间的分布，结合价格、生产等因素，进行综合选择考虑，一般为2层及以上。

在实际应用中，如果对于热量回收要求较低，或是随着温差发电芯片效率的提升，也可以直接或间接的在冷凝器表面单独固定一层半导体温差发电芯片进行余热回收利用。

均温板是指导热系数高、热阻小，受热后能够快速将热量传导和均匀分布的物体或装置，常用的为铜、热管、铝和铝合金、相变材料、碳纤维、石墨烯等中的一种金属、非金属或装置。在本实施例中，第二均温板3为一场长方形的平板结构，其面积远大于第三温差发电芯片31和第四半导体温差发电芯片33，具有以下几个方面优势：一方面，使第三温差发电芯片31和第四半导体温差发电芯片33之间的传导更加均匀和高效；另一方面，考虑到生产安装的效率提升，便于形成模块化结构。

在第二均温板3、第三温差发电芯片31和第四半导体温差发电芯片33等表面设置有绝缘层，绝缘层上设置有线路层，采用搪瓷或阳极氧化方式制作。绝缘层上设置有线路层，采用印刷、电镀、复合或喷涂方式制作。一般来说，采用传统印刷的方式能够较好适用，尤其是在表面强度和耐久度，适合于批量化生产。线路层至少包括有可焊接部位和电气连接分布，温差发电芯片分别固定在可焊接部位，各个温差发电芯片之间的电气连接为串联和/或并联，使每个温差发电芯片形成电气连接为整体，统一输出电压和电流。

在线路层上除至少包括有可焊接部位和电气连接分布外，还可以设置有静电保护电路，整流、限压、电流控制等电路中的一种或多种，以满足不同的功能需要。

第二均温板3、第三温差发电芯片31和第四半导体温差发电芯片33等部件之间的固定方式为焊接和/或粘结固化，固化粘结可以采用高导热水泥进行粘结。根据需要会优先考虑进行焊接，如表面由于材料难以焊接，可以在表面通过电镀、复合、喷涂等方式涂覆一金属层后再进行焊接。通过焊接的方式，其接触热阻可以大幅度的减少，有助于提高热传导效率，另一面该生产制作工艺简单，适合于批量化的大规模生产，有助于提高生产效率，减少生产成本。

同样的，在第一蒸发器温差发电结构a中，以下表面的温差发电结构为例，在第一蒸发器51的表面固定有第一温差发电芯片27的冷端，第一温差发电芯片27的热端表面固定有第一均温板29，在第一均温板29上固定有第二半导体温差发电芯片28，形成第一温差发电芯片27、第一均温板29和第二半导体温差发电芯片28之间的多层叠加结构。在最外侧的第二半导体温差发电芯片28的热端表面固定有加热水胆30，加热水胆30内部设置有导热液体。

散热水胆34以及加热水胆30，是水换热器的一种，一般制冷行业技术人员的常用叫法，是指内部流通有导热介质的箱体，主要作用是对水胆表面的接触物体表面温度进行传导，由其内部导热介质流通后均匀分布的装置。

如图7所示，为本发明另一优选实施例的立体示意图。在外观上，本实施例的汽车为小型汽车，如轿车或越野车等，在车体1的车顶表面固定汽车透镜36，汽车透镜36与车顶为一体式结构，从而使汽车整体更加美观。

如图8、9所示，本发明另一优选实施例主要由车体1、光伏温差发电模组2、空气调节装置c、第一风扇35、冷交换器37、第二风扇38、第六风口22、电动机23、储能装置24等组成。其中，光伏温差发电模组2固定在车体1的表面，但是两者不相接触，留有空间，两端与外界空气相同，在空间的一端安装有第一风扇35，其工作时能够加速内部空间的空气流通。

空气调节装置c是采用第一半导体制冷片44来实现制冷，并通过保温箱42内部填充的导冷液体，由第三水泵49将导冷液体传送到冷交换器37，从而将冷面积进行扩大，再经过第二风扇38送到车厢，对车厢内的温度进行调节，同时连接的第六风口22对储能装置24周围的温度进行调节，保证储能装置24在合理的环境温度里工作。

空气调节装置c中的热源，即第一半导体制冷片44的热端固定有第一温差发电芯片27,第一温差发电芯片27通过对第一半导体制冷片44的热端热量进行温差发电回收，发电后的电能分别通过电源线53直接电气连接于储能装置24，储能装置24则和电动机23连接，电动机23工作后驱动汽车的移动。

空气调节装置c主要由保温箱42、导冷板41、固定板40、盖板39、导冷鳍片43、第一半导体制冷片44、第三均温板45、第四均温板46、第一温差发电芯片27、第二半导体制冷片47、第二散热器48、第三水泵49等部件组成。其中，第一半导体制冷片44的冷端固定有导冷板41，导冷板41表面固定有导冷鳍片43，导冷鳍片43位于保温箱42的内部。保温箱42连接有导冷管，导冷管连接冷交换器37、第三水泵49和保温箱42形成循环通路。

冷交换器37是一种将其内部的冷与外部空气进行冷热交换的装置，为提高其冷热交换效率，在本实施例中，导冷管采用多个u字型结构，其表面固定多个导冷片，如铝合金材质制作的，将导冷管内的冷快速传到导冷片的表面，从而实现其与空气之间的高效冷热交换。在冷交换器37一侧固定的第二风扇38，吸入经过冷交换器37后温度下降的空气，从第二风扇38的出风口处吹出，从而实现空气的制冷。

在保温箱42采用塑料或金属材料制作，在保温箱42的内部表面设置有保温层，从而实现保温箱42内外部温度的隔离，为上方开口的长方体结构。在保温箱42的上方固定有盖板39，盖板39上设置有众多的开孔，在开孔内固定有第一半导体制冷片44及其导冷结构。固定方式为：第一半导体制冷片44的冷端固定有导冷板41，导冷板41的表面安装有导冷鳍片43，第一半导体制冷片44、导冷板41和导冷鳍片43通过固定板40紧压后，由螺丝固定在盖板39上，并进行密封。

通过上述结构的固定，从而将第一半导体制冷片44冷端产生的冷密封在保温箱42的内部空间，通过导冷板41延伸到保温箱42的内部，并在导冷板41的表面固定导冷鳍片43，扩大冷传导的接触面，提高冷传导效率。在保温箱42内部空间填充有导冷液体，其通过保温箱42内部与导冷管、冷交换器37等结构的内部管路循环，将导冷鳍片43的冷进行快速传导。

导冷板41作为冷传导结构，作用是将第一半导体制冷片44冷端的冷传导到众多的导冷鳍片43。导冷板41的形状一般为平面的板状结构，其结构类似于均温板，内部设置有众多的热管。在本实施例中，导冷板41通过弯曲，实现了从水平分布到垂直分布的位置转换，在垂直面固定有众多的导冷鳍片43。

导冷液体是指具有防冻、储(蓄)冷和导冷功能为一体的液体，含有高分子聚合物，如高分子纳米聚合碳粉，可以长时间稳定在零下15-18度的低温范围。

在第一半导体制冷片44的热端直接或间接的固定有第一温差发电芯片27。优选的固定方式为：在半导体制冷片6的热端固定有第三均温板45，再在第三的另一端固定第一温差发电芯片27，第一温差发电芯片27的另一端固定有第四均温板46，第四均温板46的另一端固定有第二半导体制冷片47，在第二半导体制冷片47的另一端(热端)固定于第二散热器48的底部表面，通过第二散热器48表面的散热片进行散热。

第二半导体制冷片47的冷端固定在第一温差发电芯片27的冷端，其作用是提高第一温差发电芯片27两端的温度差，从而进一步提高其发电效率。

通过第一半导体制冷片44、第三均温板45、第四均温板46、第一温差发电芯片27之间的交错多层叠加固定，一方面可以均匀扩大第一半导体制冷片44热端产生的热量分布面积，从而提高第一温差发电芯片27在均温板上的分布，另一方面第三均温板45厚度相对第四均温板46更厚，优选为两倍厚度，可以进行蓄热，提高热容。同时，均温板可以改变热量的传递方向，引申出更多不同方向和面积的安装面，从而改变安装在其表面的温差发电芯片的空间和位置分布。

例如，均温板形状可以为长方体、棱锥体、“l”字型、“u”字型结构等，可以改变90度方向的空间空间分布，从而实现温差发电芯片、均温板等不同的空间和位置分布。

温差发电芯片随着层数的增加逐渐减少。在本实施例中，第一温差发电芯片27的数量为4片，但是随着后期层数的增加，第一半导体制冷片44的热端热量被逐层回收了，热量减少，因此如果采用多层温差发电芯片，那么其随着层数的增加而逐渐减少。

同样的，第三均温板45的厚度优选为第四均温板46的两倍，再减少到第四均温板46的厚度，第三均温板45的厚度是由于第一半导体制冷片44热端的热量集中，为了能够更好的扩大热容，提高热传导效率，从而采用加厚的方式，随着热量传递过程中的减少，应此均温板的数量也随之减少。

在实际的应用过程中，根据第一半导体制冷片44产生热量的大小，选择多片的均温板进行叠加，或是取消均温板，直接采用温差发电芯片进行叠加或多层叠加。

如图10所示，光伏温差发电模组2的上方与汽车透镜36形成一个秘密的空间，从而对内部器件进行保护。汽车透镜36，是聚光透镜8的另一种表现形式，即将汽车透镜中直接集成了聚光功能。汽车透镜36也可以直接采用汽车玻璃进行代替，由于光伏温差发电模组2的上方与汽车透镜36形成了密闭空间，可以直接形成温室效应，从而提高温差发电芯片的温度差，有利于温差发电的效率提升。汽车透镜36也可以采用多个透镜进行固定，即一个模组采用一个透镜进行固定后，再进行组合。

光伏温差发电模组2的下方与车体1内部的保温材料50表面不相接触，留有空间，两端与外界空气相同，从而形成两端的空气流动通道。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在技术方案范围内进行的通常变化和替换都应该包括在本发明的保护范围内。