车载光伏PVT恒温装置及运行方法与流程

车载光伏pvt恒温装置及运行方法
技术领域
1.本发明涉及新能源汽车技术领域，特别涉及一种车载光伏pvt恒温装置及运行方法。


背景技术：

2.新能源汽车技术逐渐成熟，已成为汽车行业重要的一部分。续航能力是评价电动汽车性能的关键指标之一，该指标一方面与动力电池自身性能有关，另一方面与电动汽车热管理系统性能有关。目前的新能源汽车主要存在以下几个问题：(1)夏天天气较热，所带来的汽车内部温度较高，同时动力电池易出现自燃现象；(2)冬季天气严寒，所带来的汽车内部温度较低，动力电池的续航能力不行。此时若将取之无尽的光伏与电动汽车结合，则可以适当缓解上述问题，但现有产品很少考虑光伏电池的散热问题，导致夏季光伏组件温度较高，发电效率较低，而且存在安全隐患。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种解决电动汽车冬季运行时续航能力差、夏天动力电池易燃问题的车载光伏pvt恒温装置及运行方法。
4.实现本发明目的的技术方案是：一种车载光伏pvt恒温装置，具有依次相连的光伏组件、充放电控制器、备用储能电池组、dc/ac逆变器和pvt压缩机；所述光伏组件依次通过第二电磁阀、ac/dc逆变器和第一电磁阀连接至ac/dc电源控制稳压器；所述充放电控制器的输出端通过第三电磁阀、dc变压器，连接至ac/dc电源控制稳压器；所述ac/dc电源控制稳压器连接至新能源汽车动力电池组；所述pvt压缩机与制热/制冷循环系统相连。
5.上述技术方案所述制热/制冷循环系统包括与pvt集热板相连的制热系统和制冷系统；
6.所述制热系统包括水箱ⅱ、储液罐ⅱ、盘管ⅱ和散热板；所述水箱ⅱ上螺旋缠绕有盘管ⅱ，水箱ⅱ的热水出口与散热板的流道进口相连；所述散热板的流道出口与水箱ⅱ的冷水入口相连；所述盘管ⅱ的一端接pvt压缩机的输出端，另一端接储液罐ⅱ的输入端；所述储液罐ⅱ的输出端与一个或多个pvt集热板的一端相连；
7.所述制冷系统包括水箱ⅰ、盘管ⅰ和储液罐ⅰ；所述水箱ⅰ上缠绕有盘管ⅰ；所述盘管ⅰ的一端接pvt压缩机的输出端，另一端接储液罐ⅰ的输入端；所述储液罐ⅰ的输出端与一个或多个pvt集热板的一端相连；
8.所述pvt集热板的另一端与pvt压缩机的输入端相连。
9.上述技术方案所述水箱ⅰ的外表面具有若干纵向设置的散热片；所述盘管呈s状绕散热片设置。
10.上述技术方案所述pvt集热板的流道呈“回”字形设置。
11.上述技术方案所述流道包括主流道和副流道；所述主流道呈“s”形设置；所述副流道呈弧形，且交错设置于主流道两侧。
12.上述技术方案所述备用储能电池组包括充电器和储能电池；所述储能电池并联于充电器的快插式接口上。
13.上述技术方案所述pvt集热板安装于光伏组件背面、车门内侧、动力电池组底部中的一处或多处。
14.上述技术方案所述散热板安装于座椅下方、车门内侧、动力电池组底部中的一处或多处。
15.上述技术方案所述pvt集热板和/或散热板由层合板通过粘合剂压制而成。
16.上述技术方案所述光伏组件安装于引擎盖、车顶行李架、车顶中的一处或多处。
17.一种车载光伏pvt恒温装置的运行方法，能实现双电源混合工作模式，具体如下：
18.(1)光伏组件在有光照的情况下：
19.1)若车辆行驶
20.①
行车充电机默认优先经由1号三通电磁阀，通过ac电源控制稳压器给汽车动力电池充电；必要情况下，或由驾驶人员按钮操作，切换成：经由1号三通电磁阀，通过ac/dc逆变器将交流电逆变成直流电，经由2号三通电磁阀，通过充放电控制器后，经由3号三通电磁阀，给备用储能电池组充电；
21.②
光伏组件默认优先经由2号三通电磁阀，通过充放电控制器后，经由3号三通电磁阀，给备用储能电池组充电；必要情况下，或由驾驶人员按钮操作，切换成：经由3号三通电磁阀，通过dc变压器及dc电源控制稳压器给汽车动力电池充电；
22.2)若车辆不行驶
23.①
行车充电机不工作；
24.②
光伏组件默认优先经由2号三通电磁阀，通过充放电控制器后，经由3号三通电磁阀，给备用储能电池组充电，充满电量后若光伏发电仍有剩余电量，经由3号三通电磁阀，通过dc变压器及dc电源控制稳压器给汽车动力电池充电；
25.(2)光伏组件在无光照的情况下：
26.1)若车辆行驶
27.①
行车充电机默认优先经由1号三通电磁阀，通过ac电源控制稳压器给汽车动力电池充电；必要情况下，或由驾驶人员按钮操作，切换成：经由1号三通电磁阀，通过ac/dc逆变器将交流电逆变成直流电，经由2号三通电磁阀，通过充放电控制器后，经由3号三通电磁阀，给备用储能电池组充电；
28.②
光伏组件不工作；
29.2)若车辆不行驶
30.①
行车充电机不工作；
31.②
光伏组件不工作；
32.(3)备用储能电池组在白天或行车的时候储存有电量，无论车辆行驶或驻停，都能保证有电量通过dc/ac逆变器将储能电池组中的直流电逆变成交流电，经过4号三通电磁阀，一路优先供给pvt压缩机工作，另一路供给车用交流电源备用。
33.上述技术方案中，
34.当环境温度较高时，
35.(4)光伏组件工作，一方面提供电源给负载供电，另一方面起到隔热作用；(5)第三
pvt集热板工作吸收车内空气中的热量，将热量通过管道中的制冷剂进行相变转换，热传导给水箱ⅰ的冷却水或冷却液，通过水箱内的冷却水吸收热量配合水箱ⅰ上的散热片将热量传递到外部空气后，实现给车内空间不停降温的效果，通过车内的温度传感器来控制pvt
36.压缩机的工作启停，例如，设定车内环境温度范围在20-25℃，如果超过25℃，pvt恒温器就启动工作，给车内降温；不管车辆是否行驶还是驻停状态，都可以保证pvt恒温器一直工作，降低了车内的环境温度，提升车内舒适度，减少了空调的能耗；
37.(6)第四pvt集热板工作吸收动力电池组的热量，同样将热量通过管道中的制冷剂进行相变转换，传导给水箱ⅰ的冷却水或冷却液，通过水箱内的冷却水吸收热量配合水箱ⅰ上的散热片将热量传递到外部空气后，实现给动力电池组安全降温的效果，通过动力电池组内部的温度传感器来控制pvt压缩机的工作启停，例如，设定动力电池组环境温度范围在20-25℃，如果超过25℃，pvt恒温器就启动工作，给动力电池组降温；不管车辆是否行驶还是驻停状态，都可以保证pvt恒温器一直工作，降低了电池组因为过热出现故障及安全的风险；
38.(7)以上光伏结合pvt系统工作，即使在车辆驻停状态，也能依靠光伏组件及备用储能电池组来供电给pvt系统工作，利用温度传感控制器来控制pvt恒温器的工作启/停状态；保证全时段给车内及电池组降温恒定温度；
39.当环境温度较低时，
40.(4)光伏组件工作，一方面提供电源给负载供电，另一方面起到保温作用；(5)第一pvt集热板工作吸收引擎盖光伏组件及内部空气中的热量，第二pvt集热板工作吸收车顶光伏组件及周边空气中的热量，将热量通过管道中的制冷剂进行相变转换，热传导给水箱ⅱ，从而加热水箱ⅱ中的水；
41.(6)水箱ⅱ中的热水出口通过水管，经由三通阀，连接到车内第一散热板及动力电池组的第二散热板，循环后再回流到水箱ⅱ冷水入口，第一散热板和第二散热板将热水的热量散发到车内，给车内环境加热，另一方面散发给动力电池组加热。
42.采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
43.(1)本发明可避免车辆不行驶无法供电，另一方面也避免了消耗车辆原有动力电池组电量，还可以给动力电池组不断补充电量。
44.(2)本发明的pvt集热板的流道呈“回”字形设置，有利于pvt集热板均匀吸收空气中的热量，相比“u”型流道布局，效率更高。
45.(3)本发明在环境温度较高时，光伏结合pvt系统工作，即使在车辆驻停状态，也能依靠光伏组件1、2及备用储能电池组来供电给pvt系统工作，利用温度传感控制器来控制pvt恒温器的工作启/停状态；保证全时段给车内及电池组降温恒定温度，降低了电池组因为过热出现故障及安全的风险。
46.(4)本发明在环境温度较低时，光伏结合pvt系统工作，即使在车辆驻停状态，也能依靠光伏组件及备用储能电池组来供电给pvt系统工作，利用温度传感控制器来控制pvt系统的工作启/停状态；保证全时段给车内及电池组加热恒定温度。
附图说明
47.为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对
本发明作进一步详细的说明，其中
48.图1为本发明的汽车安装侧视图；
49.图2为本发明的汽车安装俯视图；
50.图3为本发明的汽车底盘安装示意图；
51.图4为本发明的光伏发电工作示意图；
52.图5为本发明的夏天散热工作原理示意图；
53.图6为本发明的冬天加热工作原理示意图；
54.图7为本发明的备用储能电池组的示意图；
55.图8为本发明的pvt集热板流道布局图；
56.图9为本发明的pvt集热板流道设计详图；
57.图10为本发明的pvt集热板a-a截面图；
58.图11为本发明的散热板的示意图；
59.图12为本发明的水箱ⅰ的示意图；
60.图13为本发明的水箱ⅱ的示意图。
具体实施方式
61.(实施例1)
62.见图4，本发明具有依次相连的光伏组件5、充放电控制器1、备用储能电池组2、dc/ac逆变器3和pvt压缩机4；光伏组件5依次通过第二电磁阀、ac/dc逆变器6和第一电磁阀连接至ac/dc电源控制稳压器7；充放电控制器1的输出端通过第三电磁阀、dc变压器8，连接至ac/dc电源控制稳压器7，该充放电控制器1采用mppt高效充放电控制器1，可采用12v/24v低压直流，安全高效；ac/dc电源控制稳压器7连接至新能源汽车动力电池组；pvt压缩机4与制热/制冷循环系统相连，dc/ac逆变器3采用车载专用逆变器，可逆变直流电成交流220vac电源，一路供给pvt压缩机4工作，一路供给车用交流电源9备用。
63.图4中的行车充电机10即为原新能源汽车自带的行车充电机10，可通过ac/dc电源控制稳压器7给新能源汽车动力电池组11直接充电，另外可通过ac/dc逆变器6将交流电逆变成直流电给备用储能电池组2和动力电池充电。实际使用时，行车充电机10在车辆行驶的时候发电，通过1号三通电磁阀，一路优先将所发交流电通过ac/dc电源控制稳压器7给新能源汽车动力电池组11充电，另一路通过ac/dc逆变器6将交流电逆变成直流电，经由2号三通电磁阀，通过充放电控制器1后，经由3号三通电磁阀，一路优先给备用储能电池组2充电，另一路通过dc变压器8及ac/dc电源控制稳压器7给新能源汽车动力电池组11充电；光伏组件5在有光照的情况下发电，经由2号三通电磁阀，通过充放电控制器1后，经由3号三通电磁阀，一路优先给备用储能电池组2充电，另一路通过dc变压器8和ac/dc电源控制稳压器7给新能源汽车动力电池组11充电；备用储能电池组2通过dc/ac逆变器3将直流电逆变成交流电，经由4号三通电磁阀，一路优先给pvt压缩机4供电，另一路作为车用交流电源9。
64.制热/制冷循环系统包括与pvt集热板相连的制热系统和制冷系统；
65.制热系统包括水箱ⅱ13、储液罐ⅱ、盘管ⅱ17和散热板；水箱ⅱ13上螺旋缠绕有盘管ⅱ17，水箱ⅱ13的热水出口30与散热板的流道进口相连；散热板的流道出口与水箱ⅱ13的冷水入口31相连；盘管ⅱ17的一端接pvt压缩机4的输出端，另一端接储液罐ⅱ的输入端；
储液罐ⅱ的输出端与一个或多个pvt集热板的一端相连；
66.制冷系统包括水箱ⅰ12、盘管ⅰ16和储液罐ⅰ；水箱ⅰ12上缠绕有盘管ⅰ16；盘管ⅰ16的一端接pvt压缩机4的输出端，另一端接储液罐ⅰ的输入端；储液罐ⅰ的输出端与一个或多个pvt集热板的一端相连；pvt集热板的另一端与pvt压缩机4的输入端相连。
67.储液罐ⅰ和储液罐ⅱ可以共用同一个储液罐15。
68.见图12，水箱ⅰ12的外表面具有若干纵向设置的散热片14；盘管ⅰ呈s状绕散热片14设置，实际使用中，水箱ⅰ12采用圆筒状水箱体，外部纵向集成散热片14，底部设置有冷水/冷却液主入口，顶部设置有排气阀29，且盘管纵向穿插于散热片之间，以便更好更快的散热；水箱ⅰ12放置于引擎盖底部车底，与空气接触，在行车时，更有利于加快散热，也有利于pvt集热板快速给车内及新能源汽车动力电池组11降温，避免因高温应发的各种风险，特别是车辆的动力电池在夏天高温容易导致自燃。
69.见图13，水箱ⅱ13采用圆筒状水箱体，外面紧贴缠绕有铜质盘管ⅱ17，外一层包裹有保温层27，再外面一层有保护外壳28，水箱体底部设置有冷水入口31，顶部设置有热水出口30及排气阀29；水箱ⅱ13放置于引擎盖下方，于水箱ⅰ12后面。
70.见图8至图10，pvt集热板的流道呈“回”字形设置，有利于pvt集热板均匀吸收空气中的热量，相比“u”型流道布局，效率更高。其流道包括主流道32和副流道33；主流道32呈“s”形设置；副流道33呈弧形，且交错设置于主流道32两侧；更有利于制冷剂进行相变循环流通；副流道33中暂留的制冷剂能进一步吸热后汇集流通；流道的正向流通也极大的降低了压缩机4的工作量，从而减少用电能耗。
71.见图7，备用储能电池组2包括充电器34和储能电池35；储能电池35并联于充电器的快插式接口36上，容量可随时扩充，也可拔出单块电池作为移动充电宝或应急电源使用。
72.见图1至图3，pvt集热板安装于光伏组件5背面、车门内侧、电池组底部中的一处或多处。实际使用过程中，可将第一pvt集热板19和第二pvt集热板20内置于光伏组件5背面，与光伏组件5的边框采用螺栓链接，可节约空间，且利于集热板吸收光伏组件5的热量；第三pvt集热板21可内嵌于车门内侧，可作为车门保温层，起到保温隔热隔噪音等作用；第四pvt集热板22可紧贴于电池组底部外侧，可作为电池组保温层，散热板散发的热量可自下往上加热电池组，同时也起到保温隔热等作用。
73.见图11，散热板安装于座椅下方、车门内侧、电池组底部中的一处或多处；散热板的流道采用波浪状迂回设计，热水流经管道散热。实际使用过程中，可将第一散热板25放置于座椅下方或侧门内，作为车门保温层，起到保温隔热隔噪音等作用；第二散热板26可紧贴于电池组底部外侧，可作为电池组保温层，散热板散发的热量可自下往上加热新能源汽车动力电池组11降温，同时也起到保温隔热等作用。
74.pvt集热板和/或散热板由层合板通过粘合剂压制而成。由于底盘上既要布置pvt集热板又要布置散热板，因此一般采用间隔式分布，即pvt集热板-散热板-pvt集热板-散热板，或者pvt集热板-pvt集热板-散热板-散热板-pvt集热板-pvt集热板-散热板-散热板等分布形式。
75.光伏组件5安装于引擎盖、车顶行李架、车顶中的一处或多处。
76.第一光伏组件23采用常规太阳能光伏组件5，内嵌于引擎盖上，与引擎盖结为一体式成型，形成车辆光伏一体化vipv效果，可降低风阻，也不影响美观。
77.第二光伏组件24可采用常规玻璃组件放置于车顶行李架上，或采用柔性组件贴于车顶部，或采用pc组件内嵌于车顶棚与车顶棚结为一体式，形成vipv效果。
78.本发明可以实现双电源混合工作模式，具体如下：
79.(1)第一光伏组件23和第二光伏组件24在有光照的情况下：
80.1)若车辆行驶
81.①
行车充电机10默认优先经由1号三通电磁阀，通过ac电源控制稳压器给汽车动力电池充电；必要情况下，或由驾驶人员按钮操作，切换成：经由1号三通电磁阀，通过ac/dc逆变器6将交流电逆变成直流电，经由2号三通电磁阀，通过充放电控制器1后，经由3号三通电磁阀，给备用储能电池组2充电。
82.②
第一光伏组件23和第二光伏组件24默认优先经由2号三通电磁阀，通过充放电控制器1后，经由3号三通电磁阀，给备用储能电池组2充电；必要情况下，或由驾驶人员按钮操作，切换成：经由3号三通电磁阀，通过dc变压器8及dc电源控制稳压器给汽车动力电池充电。
83.2)若车辆不行驶
84.①
行车充电机10不工作。
85.②
第一光伏组件23和第二光伏组件24默认优先经由2号三通电磁阀，通过充放电控制器1后，经由3号三通电磁阀，给备用储能电池组2充电，充满电量后若光伏发电仍有剩余电量，经由3号三通电磁阀，通过dc变压器8及dc电源控制稳压器给汽车动力电池充电。
86.(2)第一光伏组件23和第二光伏组件24在无光照的情况下：
87.1)若车辆行驶
88.①
行车充电机10默认优先经由1号三通电磁阀，通过ac电源控制稳压器给汽车动力电池充电；必要情况下，或由驾驶人员按钮操作，切换成：经由1号三通电磁阀，通过ac/dc逆变器6将交流电逆变成直流电，经由2号三通电磁阀，通过充放电控制器1后，经由3号三通电磁阀，给备用储能电池组2充电。
89.②
第一光伏组件23和第二光伏组件24不工作。
90.2)若车辆不行驶
91.①
行车充电机10不工作。
92.②
第一光伏组件23和第二光伏组件24不工作。
93.(3)备用储能电池组2在白天或行车的时候储存有电量，无论车辆行驶或驻停，都能保证有电量通过dc/ac逆变器3将储能电池组中的直流电逆变成交流电，经过4号三通电磁阀，一路优先供给pvt压缩机4工作，另一路供给车用交流电源备用。
94.双电源供电系统可避免车辆不行驶无法供电，另一方面也避免了消耗车辆原有新能源汽车动力电池组11电量，还可以给新能源汽车动力电池组11不断补充电量；因此，光伏发电可以保证备用储能电池组2及pvt压缩机4一直保持待机或工作状态。
95.应急情况下，备用储能电池组2可通过三通电子阀将其电量传输给汽车动力电池供电。
96.见图5，夏天散热工作原理：
97.(8)第一光伏组件23和第二光伏组件24工作，一方面提供电源给负载供电，另一方面起到隔热作用；
98.(9)第三pvt集热板21工作吸收车内空气中的热量，将热量通过铜管中的制冷剂进行相变转换，热传导给水箱ⅰ12的冷却水或冷却液，通过水箱内的冷却水吸收热量配合水箱ⅰ上的散热片将热量传递到外部空气后，实现给车内空间不停降温的效果，通过车内的温度传感器来控制pvt压缩机4的工作启停，例如，设定车内环境温度范围在20-25℃，如果超过25℃，pvt恒温器就启动工作，给车内降温。不管车辆是否行驶还是驻停状态，都可以保证pvt恒温器一直工作，降低了车内的环境温度，提升车内舒适度，减少了空调的能耗；
99.(10)第四pvt集热板22工作吸收动力电池组的热量，同样将热量通过管道中的制冷剂进行相变转换，传导给水箱ⅰ的冷却水或冷却液，通过水箱内的冷却水吸收热量配合水箱ⅰ上的散热片将热量传递到外部空气后，实现给动力电池组安全降温的效果，通过动力电池组内部的温度传感器来控制pvt压缩机4的工作启停，例如，设定新能源汽车动力电池组11环境温度范围在20-25℃，如果超过25℃，pvt
100.恒温器就启动工作，给新能源汽车动力电池组11降温。不管车辆是否行驶还是驻停状态，都可以保证pvt恒温器一直工作，降低了电池组因为过热出现故障及安全的风险；
101.(11)以上光伏结合pvt系统工作，即使在车辆驻停状态，也能依靠第一光伏组件23和第二光伏组件24及备用储能电池组2来供电给pvt
102.系统工作，利用温度传感控制器来控制pvt恒温器的工作启/停状态；
103.保证全时段给车内及电池组降温恒定温度。
104.见图6，冬天加热工作原理：
105.(7)第一光伏组件23和第二光伏组件24工作，一方面提供电源给负载供电，另一方面起到保温作用；
106.(8)第一pvt集热板19工作吸收引擎盖光伏组件5及内部空气中的热量，
107.第二pvt集热板20工作吸收车顶光伏组件5及周边空气中的热量，将热量通过铜管中的制冷剂进行相变转换，热传导给水箱ⅱ13，加热水箱ⅱ13中的水；
108.(9)水箱ⅱ13中的热水出口30通过水管，经由三通阀，连接到车内第一散热板25及新能源汽车动力电池组11的第二散热板26，循环后再回流到水箱ⅱ13冷水入口31，第一散热板25和第二散热板26将热水的热量散发到车内，给车内环境加热，另一方面散发给新能源汽车动力电池组11加热。
109.以上光伏结合pvt系统工作，即使在车辆驻停状态，也能依靠光伏组件5及备用储能电池组2来供电给pvt系统工作，利用温度传感控制器来控制pvt系统的工作启/停状态；保证全时段给车内及电池组加热恒定温度。
110.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。