太阳能电动汽车的制作方法

专利名称:太阳能电动汽车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力驱动的汽车，它安装有至少一个为该汽车提供电力的可再充电的蓄电池。更具体地，本实用新型涉及一种安装有太阳能光伏电池的此种类型的汽车。
背景技术：
自从19世纪以来，由可再充电的蓄电池提供能量的电力驱动式汽车已经众所周知。这些汽车具有众多优点。特别地，它们没有噪音、不排出废气并且理论上可以降低我们对汽油的依赖。然而，这些汽车的电池必须进行充电。这种操作通常在家里或在面向公众开放的蓄电池充电站使用电网进行。
使用蓄电池为轿车或其它汽车提供能量具有一些缺点。事实上，为了给予这种类型的电力驱动式汽车足够的自主性，所提供的蓄电池具有聚集至少20kWh电力的能力。因为传统的铅蓄电池每千克只能聚集大约40Wh，对于轿车存储这个数量的能量要求包括至少 500kg的额外重量。锂离子蓄电池每千克可以聚集大约5倍的能量。然而，目前，这些蓄电
池非常昂贵。
另外，如已经说明的，用于为轿车供电的蓄电池通常利用来自电网的电量充电。我们知道，电网电力的相当大的部分是通过产生放射性污染的核电厂或者通过向大气释放大量C02的煤或汽油发电厂产生的。因此，最终，电动轿车与依靠汽油运行的汽车产生同样多的污染。
还已知其车体的至少一部分覆盖有光伏电池的电动轿车。使用光伏电池在理论上可以克服由可再充电的蓄电池供能的汽车的上述的缺点。事实上，来自光伏电池的附加电力增加了两次蓄电池充电操作期间的自主性，或者，替代性地，提供与具有较小蓄电池相同的自主性。另外，太阳能电力是可再生的清洁能源。不幸的是，在像瑞士的温带国家中， 由Im2的光伏电池产生的电能的总量每月平均不超过10-15kWh。在这些环境中，为了获得足够的收益，光伏电池覆盖的表面必须尽可能地大。
专利申请W02007/059493公开了一种安装有可再充电的蓄电池和用于为该蓄电池充电的光伏电池板的汽车。该现有技术文件提出了太阳能电池板的构型，其设想充分利用可利用的空间。因此，所公开的汽车包括覆盖车顶的第一太阳能电池板、覆盖发动机罩或盖的第二太阳能电池板和折叠式的第三太阳能电池板，该第三太阳能电池板铰接到第一太阳能电池板。当汽车静止时，第三太阳能电池板展开在挡风玻璃上。
这种现有技术的解决方案也具有一些缺点。特别地，当第三太阳能电池板展开时， 该第三太阳能电池板完全阻挡挡风玻璃。因此，当汽车在使用中时，为了允许驾驶员看清路面，必须将电池板折叠回去。在那个位置，大大减少了太阳能电池板的有用的表面。另外， 安装到汽车的车顶的矩形电池板的出现具有对于汽车的空气动力学和美学有害的结果。

实用新型内容
[0008]因此，本实用新型的一个目的就是克服现有技术的上述缺点。该目的通过安装有至少一个可再充电的蓄电池的电力驱动式汽车(电动汽车)实现。具体地说，本实用新型提供了一种太阳能电动汽车，该汽车包括至少一个电机、用于向电机提供电力的可再充电的蓄电池和乘客舱，该汽车还包括车体，该车体由不透明材料制成并且形成包围电机、蓄电池以及乘客舱的箱体，该汽车还包括挡风玻璃，该挡风玻璃由透明材料制成并且布置在车体的开孔中，由不透明材料制成的车体中包括光伏电池，所述光伏电池布置在汽车的侧部和顶部，以便当汽车外部暴露于太阳的辐射中时产生电力，由光伏电池提供的电力供应给该可再充电的蓄电池和/或该电机，由透明材料制成的挡风玻璃中具有透明的光伏电池， 所述透明的光伏电池电连接到该可再充电的蓄电池和/或该电机，其特征在于，该可再充电的蓄电池每千克能存储至少160Wh电力，并能在10分钟内充电至其容量的80% ；以及， 该汽车还包括布置在车体的多个开孔中并且装配有透明的光伏电池的后窗玻璃、左侧窗玻璃和右侧窗玻璃，位于车体的侧部和顶部的光伏电池以及位于挡风玻璃、后窗玻璃、左侧窗玻璃和右侧窗玻璃中的光伏电池分成数个区域，在车体的顶部和侧部的区域中光伏电池具有基本相同的定向，在挡风玻璃、后窗玻璃、左侧窗玻璃和右侧窗玻璃的区域中光伏电池具有基本相同的定向。
因为形成挡风玻璃的透明材料包括一层透明的太阳能电池，所以该挡风玻璃的表面可以在不牺牲能见度的情况下用于产生太阳能。另外，因为覆盖车体的太阳能电池贴合所述车体的曲线，所以太阳能电池的出现不会对汽车的空气动力学或者美学产生不利效
^ ο
根据一种有利的变型，覆盖车体的太阳能电池是高效率(收益)的复合光学光伏电池。这些电池是混合结构的，其结合光伏元件和光学元件，以用于将光线集中在光伏元件上。这些光学元件可以特别包括会聚透镜。这些复合太阳能电池的一个优点是可以具有高于40 %或甚至50 %的效率。由车体承载的光伏电池可以具有至少40 %的效率，甚至至少 50%的效率[0011]根据第二种有利的变型，所使用的蓄电池是“高性能”蓄电池，其每千克至少可以聚集至少160Wh，甚至优选至少200Wh的电力。由于此特征，汽车的重量可以减小。在这种情况下，电力的消耗也可降低。另外，因为降低了能量的消耗，所以由太阳能电池提供的电力的按比例增加。因此，在将太阳能电池与高性能蓄电池相结合使用的汽车中，太阳能电池在自主性上的效果进一步放大。
根据另一种有利的变型，所使用的蓄电池是可以非常快速充电的类型。这些蓄电池可以在最多1分钟内充电至其全部容量的80%。此特征意味着在旅行期间必须在蓄电池充电站停留引起的意外情况变得完全可以接受。事实上，此意外情况并不比普通汽车在加油站停留的意外情况要长。因此，该变型克服了源自自主性太小的问题。


通过阅读下面仅以非限制性实施例方式给出的描述将显见本实用新型的其它特征和优点，该描述参照附图给出，在附图中
图1是根据本实用新型的特定实施例的太阳能电动轿车的侧视图；
图2是用于安装到图1的太阳能电动轿车上的同步电机的电力系统的流程图。
具体实施方式
初看起来，图1中示出的汽车在外观上与普通汽车并无区别。事实上，本实用新型绝不限制于任何特定形状的汽车，因为车体可以是任何的形状。然而，在本实施例中，车体外部具有实际上完全覆盖有光伏电池的特征。优选地，当制造形成车体的各种元件时，通过在形成各种车体元件的核心的不透明材料上沉积掺杂的非晶硅薄层来形成光伏电池。沉积后，在该硅上再次覆盖透明的保护层。各单个光伏电池连接到布置在车体内侧的电连接器上。电池和连接器之间的连接优选地通过导电路径实现，该导电路径也是以薄层的形式沉积的。
车体上的光伏电池的排列优选分成数个区域，其中电池具有相同的定向(方位， 取向)。在该实施例中，设有五个区域，即车顶区域15，发动机罩或盖区域16，后部区域17， 左侧区域18和最终的右侧区域19(图1中未示出)。相同区域中的所有电池都是相互连接的。
根据一种有利的变型，覆盖车体的太阳能电池是高效率的光学-光伏电池。这种类型的太阳能电池通常由数个相互层叠的半导体层形成。形成这种堆叠意味着形成多个叠加的结。因此这种类型的电池也叫做多结光伏电池。形成一个光伏电池的不同的层选定为使得每个结在不同的光谱波段吸收光线。另外，所述层是这样组织的，例如，上面的层吸收最高能的光子并且底部的层吸收最低能的光子。
在由多结电池形成阵列之前还放置有光集中器阵列。以已知的方式，光集中器的焦距取决于光线的波长。因此，光谱的不同波段可以分别集中到多层光伏电池的各个结上。这些多结光伏电池可以具有比传统的光伏电池高得多的效率。
本领域技术人员可以理解，还可在侧面结构中制造多结电池。在这样的情况中，每个在光谱的不同波段内吸收光线的数个电池并排布置。在通过布置光伏电池形成的阵列之前安放光元件的阵列，其包括诸如棱镜的色散元件。色散元件和集中器的组合允许光谱的不同波段分别聚焦在并排布置的各个光伏电池上。另外，还可以结合数个并排布置的竖直堆叠，以形成混合结构，从而与例如由Barnett等在2006年美国夏威夷的第4届“World Photovoltaic Science and Energy Conference (世界光伏科学和能量会议)”上提交的题为 “50% Efficient Solar Cell Architectures and Designs (50%高效太阳能电池结构和设计)”中给出的描述相一致。具有光集中器的太阳能电池的一个优点是它们可以具有高于40 %，甚至是50 %的效率。
在此实施例中，车窗玻璃也装配有透明的光伏电池。特别地，论文“Titania Solar cells :new photovoltaic technology (钛型太阳能电池新光伏技术)”中已经公开了可以接合进挡风玻璃和其它车窗玻璃中的光伏电池，该论文发表在刊物“Renewable Energy (可再生能源)”，第22卷Q001)第303-309页。对于车体，优选地将用于窗玻璃的光伏电池阵列分成数个区域-其中电池具有几乎相同的定向，所述区域即挡风玻璃11，后窗玻璃12，左侧窗玻璃13和右侧窗玻璃14(图1中未示出)。在此实施例中，相同区域中的电池通过透明的导电膜相互连接。
已知光伏电池形成具有强烈的非线性特征的发电器。换句话说，对于同样的照明强度，所传递的能量将根据连接的负载而不同。参考图2的流程图，可以看到，光伏电池一
5个区域连一个区域地连接到最大值的能量点跟踪器或者MPPT5。MPPT5象DC-DC变换器一样工作，其自动优化连接到光伏电池的每个区域的负载，以使电池持久地提供最大的可利
用能量。
从MPPT5开始，电流可被导向蓄电池3以便为该蓄电池充电，或者通过变换器9导向电机7。安装在MPPT5的控制器也控制连接到蓄电池3的负载。一旦电机7要求的能量超过光伏电池提供的能量，蓄电池就开始起作用。相反地，一旦光伏电池提供的能量超过电机7的需求，过量的电流将被导向蓄电池以便对该蓄电池充电。另外，根据本实施例的一个有利的特征，电机7也可以作为发电机工作。该特征也意味着电机可以用于再生制动。在再生制动期间，电机7变为发电机模式并且使用汽车制动产生的电能对蓄电池3进行充电。 应该指出，图2中标号为9并且如已经提及的通常实现变换器功能的元件在制动期间作为整流器使用。因此，在再生制动期间产生的交流电流转化为适于对蓄电池3充电的直流电流。还应该指出，附加地设置有常规制动系统，以便在紧急情况下增强制动。
蓄电池3优选为具有高能量密度存储量的蓄电池。该蓄电池可以是，例如，每千克蓄电池可以存储至少160Wh(或者甚至200Wh)的锂离子蓄电池或蓄电池组。由于该特征， 有可能在总重量不超过150kg的蓄电池组中存储MkWh (或甚至30kWh)的能量。因此，由于车内蓄电池的出现而引起的额外重量得到限制，而汽车的自主性只是略微降低。然而，应该注意，刚才提及的重量不包括蓄电池的冷却系统。
根据一种有利的变型，所述蓄电池是可以在10分钟内充电到其容量80 %的蓄电池。使用这样的快速充电蓄电池使得在旅行途中进行充电成为可能。事实上，在蓄电池充电站停留约10分钟被认为是使用者可以接受的意外情况。蓄电池优选地是可以在最多1分钟内充电到其容量80%的蓄电池。虽然市场上还没有，但这样的蓄电池很快就会出现。事实上，Toshiba已经宣布2008年锂离子蓄电池可以在1分钟内充电到80%。根据本变型， 很清楚，当可以利用的电能受到限制时，非常慢的为蓄电池充电的可能性还存在。此可能性对于电力受到限制的家庭充电是有用的，但是可用的时间相对较长。
应该清楚，对于本领域技术人员来说显而易见的各种变化和/或改善可以用于形成本说明书的主题的实施例，而不偏离由附加的权利要求
限定的本实用新型的范围。特别地，作为直接在形成车体的材料上的沉积掺杂硅薄层的替代方案，可以使用标准的柔性光伏电池。如果需要的话，这些柔性电池可以在被透明涂层涂覆之前例如粘结到形成各种车体元件的核心的材料上。
权利要求
1.太阳能电动汽车，包括至少一个电机(7)、用于向电机提供电力的可再充电的蓄电池C3)和乘客舱，该汽车还包括车体(15，16，17，18)，该车体由不透明材料制成并且形成包围电机(7)、蓄电池(3)以及乘客舱的箱体，该汽车还包括挡风玻璃(11)，该挡风玻璃由透明材料制成并且布置在车体的开孔中，由不透明材料制成的车体中包括光伏电池，所述光伏电池布置在汽车的侧部和顶部，以便当汽车外部暴露于太阳的辐射中时产生电力，由光伏电池提供的电力供应给该可再充电的蓄电池C3)和/或该电机(7)，由透明材料制成的挡风玻璃(11)中具有透明的光伏电池，所述透明的光伏电池电连接到该可再充电的蓄电池 (3)和/或该电机(7)，其特征在于，该可再充电的蓄电池(3)每千克能存储至少160Wh电力，并能在10分钟内充电至其容量的80% ；以及，该汽车还包括布置在车体的多个开孔中并装配有透明的光伏电池的后窗玻璃(12)、左侧窗玻璃(1 和右侧窗玻璃(14)，位于车体的侧部和顶部的光伏电池以及位于挡风玻璃、后窗玻璃、左侧窗玻璃和右侧窗玻璃中的光伏电池分成数个区域(15，16，17，18，19，11，12，13，14)，在车体的侧部和顶部的区域中的光伏电池具有基本相同的定向，在挡风玻璃、后窗玻璃、左侧窗玻璃和右侧窗玻璃的区域中的光伏电池具有基本相同的定向。
2.根据权利要求
1所述的太阳能电动汽车，其特征在于可再充电的蓄电池C3)每千克能存储至少200Wh电力。
3.根据权利要求
1或2所述的太阳能电动汽车，其特征在于由车体承载的光伏电池具有至少40%的效率。
4.根据权利要求
3所述的太阳能电动汽车，其特征在于所述光伏电池具有至少50% 的效率。
5.根据权利要求
1或2所述的太阳能电动汽车，其特征在于可再充电的蓄电池(3)能在最多1分钟内充电至其容量的80%。
6.根据权利要求
1或2所述的太阳能电动汽车，其特征在于电机(7)也能作为发电机工作，所述电机在汽车制动时用于给该蓄电池(3)充电。
专利摘要
本实用新型涉及一种太阳能电动汽车，该汽车包括至少一个电机、用于向电机提供电力的可再充电的蓄电池、乘客舱及车体，该车体由不透明材料制成并且形成包围电机、蓄电池及乘客舱的箱体，该汽车还包括由透明材料制成并且布置在车体的开孔中的挡风玻璃，该车体中包括光伏电池，所述光伏电池布置在汽车的侧部和顶部，以便当汽车外部暴露于太阳的辐射中时产生电力，由光伏电池提供的电力供应给该可再充电的蓄电池和/或该电机，该挡风玻璃中具有透明的光伏电池，所述透明的光伏电池电连接到该可再充电的蓄电池和/或该电机，该可再充电的蓄电池每千克能存储至少160Wh电力，并能在10分钟内充电至其容量的80％；以及，在车体的多个开孔中布置有窗玻璃，所述窗玻璃装配有透明的光伏电池，位于车体的侧部和顶部的光伏电池以及位于窗玻璃中的光伏电池分成数个区域，在所述区域中这些光伏电池具有基本相同的定向。该电动汽车几乎整个覆盖有太阳能电池。另外，透明的太阳能电池接合入汽车的挡风玻璃和其它窗玻璃中。该汽车的各种特征使之具有相当大的自主性。
文档编号B60L8/00GKCN202115372SQ200890100257
公开日2012年1月18日 申请日期2008年12月17日
发明者N·G·哈耶克 申请人:哈耶克工程股份公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan