用于加热和冷却车辆的系统和方法

专利名称：用于加热和冷却车辆的系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于加热和冷却车辆的系统和方法。
背景技术：
机动车辆的各种车厢内部表面，例如座椅、扶手、仪表盘等，通常由在一段时间后 趋向于接近车厢内部温度的材料构造。例如，当车辆常常在炎热的晴天停放在停车场内的 情况下，车厢内部表面最终可被加热到至少周围环境的温度。在另一个实例中，当车辆常常 在冰暴期间停放在停车场内时，车厢内部表面可被冷却到周围环境的温度。

发明内容
本文公开了一种用于车辆的加热和冷却系统。所述系统包括太阳能电池板，其操 作性地布置在所述车辆的表面上；和热电单元，其1)操作性地布置在座椅上或座椅内，所 述座椅布置在所述车辆的车厢区域内，并且2)操作性连接到所述太阳能电池板。所述热电 单元构造成响应于从所述太阳能电池板施加到所述热电单元的电流来加热和/或冷却所 述座椅。所述系统还包括与所述热电单元操作性关联的控制单元。所述控制单元构造成基 于1)所测得的环境温度、2)所测得的座椅温度、以及3)预先选定的参考温度来确定将要 施加到所述热电单元的电流的量和方向中的至少一项。本文还公开了一种用于加热和冷却 所述车辆的方法。本发明还提供了以下方案方案1. 一种用于车辆的加热和冷却系统，所述系统包括太阳能电池板，其操作性布置在所述车辆的表面上；热电单元，其1)操作性布置在内部表面上或内部表面内，所述内部表面布置在所 述车辆的车厢区域内，并且2)操作性连接到所述太阳能电池板，所述热电单元构造成响应 于从所述太阳能电池板施加到所述热电单元的电流来进行对所述内部表面加热或冷却中 的至少一项；以及控制单元，其与所述热电单元操作性关联，所述控制单元构造成基于1)所测得的 环境温度、2)所测得的所述内部表面的温度、和3)用户优选的参考温度来确定将要施加到 所述热电单元的电流的量和方向中的至少一项。方案2.如方案1所述的加热和冷却系统，其特征在于，所述内部表面是座椅，其 中，所述热电单元嵌入到所述座椅中。方案3.如方案1所述的加热和冷却系统，其特征在于，所述内部表面是座椅，其 中，所述热电单元布置在所述座椅的腰部区域内或腰部区域上。方案4.如方案1所述的加热和冷却系统，其特征在于，进一步包括环境温度传感器，其与所述控制单元操作性通信，所述传感器构造成测量所述环 境温度；以及用于测量所述内部表面的温度的装置，所述装置与所述控制单元操作性通信。
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方案5.如方案4所述的加热和冷却系统，其特征在于，所述用于测量所述内部表 面的温度的装置选自布置在所述内部表面内或内部表面上的至少一个传感器、布置在所 述内部表面内或内部表面上的至少一个探头、构造成对所述内部表面进行扫描的红外扫描 仪、及它们的组合。方案6.如方案1所述的加热和冷却系统，其特征在于，所述内部表面包括基本材 料和构造成提高所述内部表面的热容量的至少一种其他材料。方案7.如方案1所述的加热和冷却系统，其特征在于，所述车辆进一步包括电池， 其中，所述控制单元进一步构造成将未被所述热电单元使用的电能分配到所述电池。方案8.如方案1所述的加热和冷却系统，其特征在于，所述预先选定的参考温度 是车辆的用户选定温度。方案9.如方案1所述的加热和冷却系统，其特征在于，所述系统进一步构造成作 为对所述内部表面进行加热和冷却的结果从而加热和冷却所述车厢区域。方案10. —种对车辆进行加热和冷却的方法，所述车辆包括车厢区域，所述车厢 区域具有布置在其内的至少一个内部表面，所述方法包括为所述内部表面、所述车厢区域、或它们的组合选择用户优选的参考温度；测量所述车辆附近的环境温度；测量所述至少一个内部表面的温度；基于1)所测得的环境温度、2)所测得的所述内部表面的温度、和3)所选择的用户 优选的参考温度来确定由太阳能电池板产生的将要施加到热电单元的电流的量和方向，所 述热电单元布置在所述至少一个内部表面内或至少一个内部表面上；以及向所述热电单元施加所确定的电流的量和方向以加热或冷却所述内部表面。方案11.如方案10所述的方法，其特征在于，确定所述电流的量和方向包括将所述测得的环境温度与所述测得的内部表面的温度进行比较；以及确定所述被比较的温度和所述用户优选的参考温度之间的温度差，所述温度差对 应于将要被施加到所述热电单元的所述电流的量和方向。方案12.如方案11所述的方法，其特征在于，所述测得的环境温度和所述测得的 内部表面的温度的比较包括取所述测得的环境温度和所述测得的内部表面的温度的平均值。方案13.如方案10所述的方法，其特征在于，进一步包括测量至少一个其他内部表面的温度，所述至少一个其他内部表面具有布置在其内 或其上的热电单元；对所述至少一个内部表面和所述至少一个其他内部表面的各自温度设置权重；对权重过的温度取平均值；将所述测得的环境温度与所述平均后的权重过的温度进行比较；以及确定所述被比较的温度和所述用户优选的参考温度之间的温度差，所述温度差对 应于将要施加到所述至少一个表面和所述至少一个其他表面的热电单元的所述电流的量 和方向。方案14.如方案10所述的方法，其特征在于，进一步包括测量至少一个其他内部表面的温度，所述至少一个其他内部表面具有布置在其内或其上的其他热电单元；对下述取平均值1)所述环境温度和所述至少一个内部表面的温度，和2)所述环 境温度和所述至少一个其他内部表面的温度；确定1)所述环境温度和所述至少一个内部表面的温度的平均温度，和2)所述用 户优选的参考温度之间的温度差，所述温度差对应于将要施加到所述热电单元的第一电流 的量和方向；以及确定1)所述环境温度和所述至少一个其他内部表面的温度的平均温度，和2)所 述用户优选的参考温度之间的温度差，所述温度差对应于将要施加到所述至少一个表面和 所述至少一个其他表面的其他热电单元的第二电流的量和方向。方案15.如方案14所述的方法，其特征在于，进一步包括向布置在所述至少一个内部表面内或至少一个内部表面上的所述热电单元施加 所述第一电流；以及向布置在所述至少一个其他内部表面内或至少一个其他内部表面上的所述其他 热电单元施加所述第二电流。方案16.如方案10所述的方法，其特征在于，进一步包括加热或冷却所述内部表 面，直到所测得的所述内部表面的温度达到所选定的用户优选的参考温度。方案17.如方案16所述的方法，其特征在于，当所测得的所述内部表面的温度达 到所选定的用户优选的参考温度时，所述方法进一步包括停止向所述热电单元施加所述电流；以及向操作性布置在所述车辆内的电池分配所述电流。方案18.如方案10所述的方法，其特征在于，进一步包括作为对所述内部表面进 行加热和冷却的结果从而加热和冷却所述车厢区域。方案19.如方案18所述的方法，其特征在于，所述车厢区域的加热和冷却经由自 然对流实现。方案20.如方案10所述的方法，其特征在于，所述内部表面是座椅。


本发明的特征和优点将通过参照下面的详细描述和附图变得明显，在附图中相似 的附图标记对应于类似(但可能不完全相同)的部件。为了简明起见，对于具有前面已描 述功能的附图标记或特征，可能结合也可能不结合出现了这些附图标记或特征的其他附图 对其进行描述。图1是半示意性示出了包括有根据本文所公开实施例的加热和冷却系统的车辆；图2是流程图，其示出了加热和冷却系统实施例的工作的示例；以及图3是流程图，其示出了加热或冷却车辆的方法。
具体实施例方式如本文所公开的那样，用于车辆的加热和冷却系统的(一个或多个)示例可有利 地被用于控制车辆的车厢内部表面(例如，座椅、扶手等)的温度，使得该温度基本符合车 辆中乘客的舒适水平。该加热和冷却系统一般使用由太阳能电池板产生的电流来使布置在车厢内部表面内的至少一个热电单元或模块工作。响应于从太阳能电池板施加到热电单元 的电流，(一个或多个)热电单元加热或冷却内部表面，而不会1)从车内电池获取电流，或 者2)运行HVAC或其他车内气候控制系统。当车辆工作时，该加热和冷却系统的(一个或 多个)示例还有利地基本不影响，或者可能不降低车辆的燃料经济性。另外，本文公开的加 热和冷却系统在车辆工作期间降低了车内气候控制系统上的压缩机负载，并且降低了电池 功率消耗。进一步地，该加热和冷却系统可被车辆乘客或用户控制。该系统的彼此操作性连接的部件可以例如无线连接和/或可经由车辆内的网络 或数据总线被硬接线。在图1中，加热和冷却系统10 (其整体地在图2中示意性示出)的一些部件被示出 为布置在车辆12内。加热和冷却系统10包括操作性布置在车辆12表面上的太阳能电池 板14。在一个实施例中，太阳能电池板14布置在车辆12的可使得太阳能电池板14充分暴 露于阳光的任何表面上。如图1所示，太阳能电池板14可布置在车辆12的车顶16上。在 一个非限制性示例中，车辆12可包括单一的太阳能电池板14。在另一个非限制性示例中， 车辆12可包括多于一个的太阳能电池板14。在后面的示例中，太阳能电池板14中的每一 个可布置在车辆12的相同表面或不同表面上。太阳能电池板14 一般构造成作为使加热和冷却系统10工作所用的电能源。太阳 能电池板14可选自任何能够向操作性连接到车辆12的热电单元22 (其将在下面进行更详 细的描述)供应适量电能的太阳能装置。在一个非限制性示例中，太阳能电池板14可具有 约100W/m2的最大功率密度，从而能够在晴天时产生约100W的功率。在一个实施例中，太 阳能电池板14构造成具有其自己的控制单元，该控制单元操作性连接到主系统控制单元 28 (将参见图2示出和详述)，并响应于来自主系统控制单元28的信号和命令，从而重新引 导和/或调整电流。在另一个实施例中，主系统控制单元28对从太阳能电池板14到(一 个或多个)热电单元22 (下面将参照所有附图进一步地示出和详述)的电流进行重新引导 和/或调整，这样，该太阳能电池板并不包括分开的控制单元。车辆12进一步包括车厢内部区域18，各种车辆内部表面20位于车厢内部区域18 内。如本文所用，术语“车辆内部表面”是指位于车辆12的车厢内部区域18内的任何表面， 其中，这样的表面20在一段时间内与车辆12的乘客密切接触。车辆内部表面20的一个非 限制性示例是乘客座椅20PS。车辆内部表面20的其他非限制性示例包括方向盘20sw、扶手 20AK、门板的内表面(未示出)、和/或位于车厢内部区域18内的其他类似表面。本文在下 面使用了乘客座椅20PS，目的在于描述本发明的各种示例和/或实施例。然而应当理解的 是，这些公开内容并不旨在仅限于乘客座椅20PS。还应当理解的是，本领域技术人员被假定 能够通过将当前公开内容的教导应用到其他表面20，从而将这些其他表面20用在本文所 公开的加热和冷却系统10中。在不受任何理论约束的情况下，应当相信在车辆乘客和车辆表面20之间形成的 空气间隙(即，由两者之间的非直接或非密切接触所导致的空气间隙)趋向于在车辆乘客 和车辆表面20之间之间提供热阻。然而，车辆乘客或用户与车辆表面20之间的密切接触 一般减小了该空气间隙，并且使得能够从被加热或被冷却的表面20向车辆乘客进行基本 上直接的热传导。至少部分地由于车辆表面20与车辆乘客或用户之间的直接热传导，所以 运行本文公开的加热和冷却系统10的示例和实施例所需的功率和能量通常更少。在一个非限制性示例中，本文公开的加热和冷却系统10的示例和实施例使用小于100W的功率工 作，而传统HVAC系统通常使用5000W和9000W之间的功率。在一个实施例中，内部表面20包括基体结构，该基体结构具有布置在其上的覆盖 物。对于乘客座椅20PS来说，基体结构包括座椅结构，该座椅结构具有布置在其上的预定 量的软垫，而覆盖物形成在软垫上。在一个实施例中，覆盖物由选自例如各种隔热材料的基 本材料形成。合适的隔热材料的非限制性示例包括皮革、各种织物或布料(例如棉、毛、基 于例如尼龙或其他合适聚合物的合成纤维)、乙烯树脂、塑料和/或类似物，和/或它们的 组合。在一些情况下，基本材料也可包括装饰性附加物，例如细金属线、纽扣、扣件、和/或 类似物。尽管这种隔热材料通常足以用在加热和冷却系统10中并有助于其的工作，但仍希 望提高座椅20PS材料的热容量，使得座椅20PS材料足以在比隔热材料所能提供的时间更长 的时间段内维持用户优选的温度。因此，在一个实施例中，一种或多种附加材料可结合在基 本材料内以便改变热容量。合适的附加材料的非限制性示例包括提供足够热容量的相变材 料，例如石蜡。(一种或多种)附加材料的加入可这样来实现，例如，将这样的(一种或多 种)附加材料用作布置在座椅20PS基体结构上的覆盖物的至少一部分缝合/结合材料。加热和冷却系统10进一步包括热电单元22，该热电单元22操作性布置在车辆内 部表面20的任意合适区域之内或之上，使得热电单元22与车辆乘客身体的至少一部分物 理(密切)接触。在一个实施例中，热电(TE)单元22操作性布置在内部表面20上或布置 在其内。例如，热电单元22可嵌入在表面20与车辆乘客接触的任何区域内，例如在乘客座 椅20PS的座位区域24内(该TE单元22在图1中以实线表示)或在乘客座椅20PS的腰部 区域26内(该TE单元22在图1中以虚线表示)。在另一个示例中，热电单元22(在图1 中也以虚线表示)可布置在乘客座椅20PS的座位区域24的一面Si上，乘客坐在与该面Si 相对的一面S2上。在一个示例中，可至少在车辆表面20上车辆乘客坐、倚、靠的区域或类似 区域(例如，在乘客座椅20PS的车辆乘客乘坐的表面上)使用具有挠性座的热电单元22。 应当理解的是，热电单元22可被安置在乘客座椅20PS的其他区域内或其他区域上，而这些 区域不必在图1所示的示例中示出。另外，加热和冷却系统10可包括单个热电单元22，或可包括多个热电单元22。在 使用多个热电单元22的情况下，热电单元22可布置成彼此相邻，或者布置在车辆内部表面 20的不同部分中。在一个示例中(如图1所示)，一个热电单元22可嵌入在座位区域24 中，另一个热电单元22则可布置在座位区域24上，而又一个热电单元22可布置在腰部区 域26内。热电单元22还操作性连接到太阳能电池板14并且构造成接收来自太阳能电池板 14的电流。热电单元22可以是任意合适的固态器件，其响应于从太阳能电池板14施加到 单元22的电流利用珀耳帖效应(Peltier effect)来加热和冷却内部表面20。在一个非限 制性示例中，足以加热和/或冷却车辆表面20的电流量的范围是从约0. 1安培到约100安
培o现在参见图2，加热和冷却系统10通常由控制单元28控制，该控制单元28与热电 单元22和太阳能电池板14操作性关联。更具体地，控制单元28控制向热电单元22施加 的电流(例如，所施加的电流的量和方向)从而控制车辆12的最终加热和冷却(其方法将 在下面详细描述)。在一个示例中，控制单元28可以是任意合适的处理装置(该处理装置具有与其关联的存储器)，并且可构造成运行一个或多个软件程序以便控制加热和冷却系 统10。在一些情况下，控制单元28可操作性连接到比较器30 (在图2中示出)，比较器30 是可用于独自或与控制单元28组合在一起来确定将要施加到热电单元22的电流的量和方 向的任意合适的计算装置。在一个非限制性示例中，比较器30亦可按照其他方式结合在控 制单元28内，由此控制单元28将独自起到处理装置和计算装置的作用。加热和冷却系统10进一步包括环境温度传感器32，环境温度传感器32构造成测 量车辆12附近的环境温度Ta。例如，环境温度传感器32可以是入口空气温度传感器(也 在图1中以虚线表示)，其被安置在车辆12的发动机罩40下面，与散热器(未示出)相邻。 应当理解的是，环境温度传感器32亦可以其他方式安置在其他合适的位置内。此外，车辆 12中也可使用其他温度传感器32，例如车厢内部温度传感器等(图中未示出)。系统10进一步包括用于测量内部表面20的温度Ts的装置34。这种装置34的非限 制性示例包括布置在内部表面20内或内部表面20上的至少一个传感器、布置在内部表面 20内或内部表面20上的至少一个探头、构造成对内部表面20进行扫描的红外扫描仪，或它 们的组合。在使用红外扫描仪的情况下，该扫描仪可被安装在车顶盖内饰板(headliner) 内、结合在后视镜内、和/或类似方式。环境温度传感器32和用于测量表面20的温度Ts的 装置34均与控制单元28操作性通信，或者当比较器30和控制单元28是分开的装置时与 比较器30和控制单元28操作性通信(如图2所示)。加热和冷却系统进一步包括用户接口 36 (其与控制单元28，或者与控制单元28和 比较器30操作性通信)，或包括另一种使得车辆乘客或用户能够选择或以其他方式输入关 于内部表面20和/或车厢区域18的优选参考温度TMf的合适装置。如本文所用，术语“参 考温度Tref”是指车辆表面20和/或车厢区域18的用户优选的温度。如下面将要进一步 描述的，比较器30和/或控制单元28可使用参考温度T,ef来确定为了至少对内部表面20 进行加热和冷却而将要施加到热电单元22的电流的量和方向。在一个示例中，加热和冷却系统10可操作性连接到车辆电池38。车辆电池38通 常将电能供应到车辆12的各种操作系统，包括例如车辆点火系统、车辆照明系统、车辆计 算机系统等。在太阳能电池板14没有产生足够使热电单元22工作的电能的情况下，加热 和冷却系统10可从电池38获取所欠缺的能量。在太阳能电池板14产生的电能多于使热 电单元22工作的电能的其他情况下，未被热电单元22使用的过量能量可被分配到电池38。以上描述了将加热和冷却系统10用于加热和冷却内部表面20 (例如，乘客座椅 20PS)。应当理解的是，系统10还构造成作为对内部表面20进行加热和冷却的结果来对车 辆12的车厢区域18进行加热和冷却。例如，随着时间流逝，对乘客座椅20PS进行冷却也将 使车厢内部区域18冷却到一定程度，而这种冷却至少部分地基于传热原理。还应当理解的 是，作为对内部表面20进行加热和冷却的结果的车厢内部区域18的加热和冷却通过自然 对流发生。因此，可能不需要风扇或其他空气分配装置用来加热和冷却车厢区域18。然而 应当理解，即使不需要，也仍可将风扇结合在加热和冷却系统10内。现在本文将结合图2和图3描述使用系统10来加热和冷却车辆12的方法。首先 参见图3，该方法包括选择内部表面20和/或车厢区域18的用户优选参考温度Tref(如附 图标记100所示)，测量车辆12附近的环境温度Ta(如附图标记102所示)，测量车辆表面 20的温度Ts (如附图标记104所示)，基于所选择的用户优选参考温度T,ef、所测得的环境温度Ts和所测得的内部表面20的温度Ts来确定电流的量和方向(如附图标记106所示)， 并且向(一个或多个)热电单元22施加所确定的电流的量和/或方向以加热或冷却内部 表面20 (如附图标记108所示)。返回参照图2，通过用户来实现对用户优选参考温度TMf的选择。从上述重申，这 种用户优选参考温度Tref是用户(例如车辆乘客)选定的和/或期望的车辆12的内部表 面20和/或车厢区域18的温度。用户可通过使用例如用户接口 36输入参考温度T,ef来 实现对参考温度Tref的选择。输入参考温度Tref的步骤可包括例如从用户接口 36的显示 屏上提供给用户的温度列表中选择温度，使用例如键盘或触摸屏将参考温度键入用 户接口 36，将参考温度1；#语音录入到与用户接口 36操作性关联的话筒(麦克风)中，或 者经由其他合适的输入装置。可使用温度传感器32测量车辆12附近的环境温度Ta，并且将所测得的Ta直接传 输到比较器30内，或者，如果没有使用分离的比较器30则直接传输到控制单元28内。类 似地，可使用测量装置34(例如，(一个或多个)传感器、(一个或多个)探头、红外扫描仪 等)测量内部表面20的温度Ts，并且将这种温度Ts的测量结果传输到比较器30和/或控 制单元28内。在使用比较器30的情况下，比较器30对环境温度Ta和所测得的表面20的 温度Ts进行比较。在一个实施例中，可通过取两个温度Ta、Ts的平均值来实现对环境温度 Ta和温度！；的比较。在一个实施例中，比较器30和/或控制单元28还可包括合适的逻辑电路，该逻辑 电路使得比较器30和/或控制单元28能够适应于变化的情况和/或条件。这种情况的一 个示例可包括当一个或多个车辆表面20被暴露于不同程度的热/冷温度时的情况。例如， 如果车辆12在炎热的晴天停放在停车场内，则车辆12可能被停放成使得驾驶员侧的乘客 座椅20PS比乘客侧的乘客座椅20PS暴露在更多的阳光下。在这种情况下，比较器30(或者 在未使用分离的比较器30的情况下，控制单元28)使驾驶员侧的座椅20PS的表面温度Ts, DS比乘客侧的座椅20PS的表面温度Ts,PS具有更多的权重(例如，以百分比的形式)。因此， 可向布置在驾驶员侧座椅20PS的热电单元22施加比乘客侧座椅20PS更大的电流，直到实现 所期望的温度。在一些情况下，比较器30和/或控制单元28可进一步构造成监视一个或多个车 辆表面20的阳光照射量(如果这种照射量变化的话)。阳光照射量的变化可通过例如下面 方式发生将车辆12在停车场内重新停放使得阳光现在照射向一个或多个其他表面20(例 如，与前述乘客座椅20PS相对的表面)。阳光照射量的变化也可例如在下面的情况下发生 随着太阳在天空上运动，导致阳光照射到车辆12上的角度随时间变化。当发生这种变化 时，控制单元28也可构造成向太阳能电池板14发送更新的命令，该更新的命令在这个示例 中可包括1)减小施加到布置在驾驶员侧座椅20PS内的热电单元22的电流量，以及2)增 大施加到布置在乘客侧座椅20PS内的热电单元22的电流量。在另一个实施例中，比较器30和/或控制单元28可构造成满足用户对车厢区域 18内的特定表面20的优先选择。例如，如果乘客有背伤，则乘客可设置控制单元28使得乘 客座椅20PS的腰部区域26总是要比例如座椅20PS的座位区域24暖和。在一些情况下，乘 客可实际将腰部区域26设置到预先选定的温度。在前面的实施例中，热电单元22可布置 在座位区域24之内或之上，而另一个热电单元22可布置在腰部区域26之内或之上，其中
9每个热电单元22可独立地被控制以提供座位区域24和腰部区域26之间的这种不同的温度。在又一个实施例中，控制单元28可构造成至少部分地基于乘客身体不同部分的 热容量来命令太阳能电池板14向表面20的不同区域(例如，至少是乘客座椅20PS的区域 24,26)施加合适量的电流。例如，乘客大腿的热容量可高于例如乘客颈部的热容量。相应 地，施加到座椅20PS的座位区域24和腰部区域26的电流量可被独立地调整。对于前面刚刚描述的这个实施例，比较器30和/或控制单元28独立地使用每个 表面温度！；来确定将要施加到相应表面20的电流量。在一个示例中，通过取温度的平均 值来将每个表面温度Ts与环境温度Ta比较。在一些情况下，希望向所有的表面20施加基本相同的电流量，而不论表面20中的 一个或多个可能比表面20中另外的一个或多个更热或更冷(例如，当驾驶员侧座椅20PS比 乘客侧座椅20PS暴露在更多的阳光下时)。在这种情况下，比较器30根据预定百分比为不 同表面20的表面温度Ts设置权重。预定百分比可至少部分地基于相对于另一个表面20 (例 如，暴露于阴影的表面)来加热/冷却一个特定表面30 (例如，暴露于阳光的表面20)所需 能量的量(从表面温度测量结果确定)。然后，对下述取平均值1)权重的测量结果，和2) 环境温度Ta。然后，被比较的温度八、1；用于确定被比较的温度和用户优选参考温度Tref之间的 温度差。该温度差一般对应于将要施加到热电单元22的电流的量和方向，并且可用于改变 由太阳能电池板14向热电单元22施加的上述量和方向。例如，电流或能量的量通常与温 度差成比例，并且这种相关性可被编程到控制单元28，例如数学方程由等式表示I = Xx{Tref + ^S~Tref^\,
T
V/其中，I是电流，X是比例因子，Ts是表面20的温度，而Tref是参考温度。相应地， 在确定了温度差之后，控制单元28使温度差与电流相关，并向太阳能电池板14发送命令， 以向适当的热电单元22施加所相关的电流。电流的方向通常基于表面20是将被加热还是将被冷却。在一个示例中，如果温度 差产生了负数，则电流的第一极性可被施加到热电单元以便加热表面20。然而，如果温度差 产生了正数，则电流的极性切换(即，方向切换)，而这样的电流被施加到热电单元22以便 冷却表面20。控制单元28此后向太阳能电池板14发送命令以向热电单元22施加所确定的电 流的量和方向，从而加热和冷却表面20 (参见图3中的附图标记108和110)。在向热电单 元22施加电流期间，表面20的温度测量装置34基本连续地测量表面20的温度。这种连 续温度测量结果被输入到比较器30内，在那里比较器30将所测得的表面20的温度Ts与 用户优选参考温度比较，直到温度Ts达到参考温度Tref的值。这时，控制单元28向太 阳能电池板14发送命令以停止向热电单元22施加电流。同时，控制单元28还向太阳能电 池板14发送命令以将所有剩余的电流分配到车辆电池38，以便在电池38未完全充满的情 况下(即，电池电压未高于最大电压，最大电压反映电池38已完全充满)对电池38进行再 充电。在一个实施例中，如果1)被比较的温度和2)参考温度之间的温度差超过了预定阈值，则控制单元28可进一步构造成向太阳能电池板14发送命令以将所有的电流引 导向热电单元22。然而，在温度差低于另一个预定阈值的情况下，控制单元28可另外构造 成向太阳能电池板14发送命令以将所有的电流引导向电池38。在温度差落于两个阈值之 间的情况下，电流可在热电单元22和电池38之间分配。这样，控制单元28通常适合于至 少部分地基于用户优选参考温度来提供车辆乘客的舒适水平。在进一步的实施例中，控制单元28可构造成确定车辆内部表面20何时实际上与 乘客身体接触。例如，加热和冷却系统10在适当情况下可包括额外的传感器，该额外的传 感器将在乘客座椅20PS被占用时向控制单元28发送信号。一旦控制单元28被通知座椅 20PS已被占用，则控制单元28命令太阳能电池板14向与该特定座椅20PS关联的热电单元 22施加合适的电流的量和方向。在一些情况下，控制单元28还可构造成只要车辆点火运 行，就命令太阳能电池板14根据预设的时间间隔(例如，每半个小时、每一个小时等)施加 电流，直到达到用户优选参考温度TMf。尽管已经针对机动车辆中的使用描述了本发明，但应当理解的是本发明也可应用 在其他应用场合。例如，本文公开的系统和方法的各种示例和实施例均可应用在航空领域、 航海领域、建筑物或其他陆上结构等。还应当理解的是，加热和冷却系统10的各种示例和 实施例可结合另一种气候控制系统(例如基于制冷剂的空调系统等)使用。在一些情况下， 对于加热和冷却车辆12而言，加热和冷却系统10自身可能就足够了，因而可能不再需要另 一种气候控制系统。虽然已经详细描述了一些实施例，但本领域技术人员将明白所公开的实施例仍可 被修改。因此，前面的描述应当被看作是示例性的而非限制性的。
权利要求
一种用于车辆的加热和冷却系统，所述系统包括太阳能电池板，其操作性布置在所述车辆的表面上；热电单元，其1)操作性布置在内部表面上或内部表面内，所述内部表面布置在所述车辆的车厢区域内，并且2)操作性连接到所述太阳能电池板，所述热电单元构造成响应于从所述太阳能电池板施加到所述热电单元的电流来进行对所述内部表面加热或冷却中的至少一项；以及控制单元，其与所述热电单元操作性关联，所述控制单元构造成基于1)所测得的环境温度、2)所测得的所述内部表面的温度、和3)用户优选的参考温度来确定将要施加到所述热电单元的电流的量和方向中的至少一项。
2.如权利要求1所述的加热和冷却系统，其特征在于，所述内部表面是座椅，其中，所 述热电单元嵌入到所述座椅中。
3.如权利要求1所述的加热和冷却系统，其特征在于，所述内部表面是座椅，其中，所 述热电单元布置在所述座椅的腰部区域内或腰部区域上。
4.如权利要求1所述的加热和冷却系统，其特征在于，进一步包括环境温度传感器，其与所述控制单元操作性通信，所述传感器构造成测量所述环境温 度；以及用于测量所述内部表面的温度的装置，所述装置与所述控制单元操作性通信。
5.如权利要求4所述的加热和冷却系统，其特征在于，所述用于测量所述内部表面的 温度的装置选自布置在所述内部表面内或内部表面上的至少一个传感器、布置在所述内 部表面内或内部表面上的至少一个探头、构造成对所述内部表面进行扫描的红外扫描仪、 及它们的组合。
6.如权利要求1所述的加热和冷却系统，其特征在于，所述内部表面包括基本材料和 构造成提高所述内部表面的热容量的至少一种其他材料。
7.如权利要求1所述的加热和冷却系统，其特征在于，所述车辆进一步包括电池，其 中，所述控制单元进一步构造成将未被所述热电单元使用的电能分配到所述电池。
8.如权利要求1所述的加热和冷却系统，其特征在于，所述预先选定的参考温度是车 辆的用户选定温度。
9.如权利要求1所述的加热和冷却系统，其特征在于，所述系统进一步构造成作为对 所述内部表面进行加热和冷却的结果从而加热和冷却所述车厢区域。
10.一种对车辆进行加热和冷却的方法，所述车辆包括车厢区域，所述车厢区域具有布 置在其内的至少一个内部表面，所述方法包括为所述内部表面、所述车厢区域、或它们的组合选择用户优选的参考温度；测量所述车辆附近的环境温度；测量所述至少一个内部表面的温度；基于1)所测得的环境温度、2)所测得的所述内部表面的温度、和3)所选择的用户优选 的参考温度来确定由太阳能电池板产生的将要施加到热电单元的电流的量和方向，所述热 电单元布置在所述至少一个内部表面内或至少一个内部表面上；以及向所述热电单元施加所确定的电流的量和方向以加热或冷却所述内部表面。
全文摘要
本发明涉及用于加热和冷却车辆的系统和方法。具体地，提供了一种用于加热和冷却车辆的系统，包括太阳能电池板，其布置在所述车辆的表面上；和热电单元，其1)布置在内部表面上或内部表面内，所述内部表面布置在所述车辆的车厢区域内，并且2)操作性连接到所述太阳能电池板。所述热电单元构造成响应于从所述太阳能电池板施加到所述热电单元的电流来加热和/或冷却所述内部表面。所述系统还包括与所述热电单元操作性关联的控制单元。所述控制单元构造成基于1)所测得的环境温度、2)所测得的所述内部表面的温度、和3)用户优选参考温度来确定将要施加到所述热电单元的电流的量和方向。
文档编号B60N2/44GK101890917SQ201010181819
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月20日 优先权日2009年5月21日
发明者G·A·梅杰, J·杨, M·W·费尔布吕格 申请人:通用汽车环球科技运作公司