用于车辆顶部的装置以及机动车的车辆顶部

技术领域

本公开内容涉及一种用于车辆顶部的装置，该装置旨在通过冷却装置来冷却车辆内部、特别是冷却车辆顶部。本公开还涉及包括这种装置的车辆顶部。

背景技术

一些机动车具有集成在车辆顶部上的顶部开口，该开口由盖、特别是由玻璃制成的盖封闭，以便实现从机动车内的透明视野。如果有必要，该盖被设计成可移动的，以便不仅允许透明的视野，而且如果需要，还允许空气交换。

发明内容

为车辆顶部创造一种装置以增加车辆内部的舒适度是目前需要的。

根据一个实施例，用于车辆顶部的装置包括配置成实施成车辆顶部的外窗格的第一窗格元件以及配置成实施成车辆顶部的内窗格并耦接到第一窗格元件的第二窗格元件。该装置还包括耦接到第二窗格元件的冷却装置，使得冷却装置布置在第一窗格元件与第二窗格元件之间。冷却装置包括具有珀尔帖元件的半导体层。

珀尔帖元件具有例如两个或更多的小立方体，每个都是p-掺杂和n-掺杂的半导体材料，它们在顶部和底部通过金属桥相互交替连接。该半导体材料是例如碲化铋和/或硅锗。同时，金属桥形成了热接触表面并通过覆盖的膜或陶瓷板进行绝缘。在每种情况下，两个不同的立方体相互连接为形成串联电路。供应的电流依次流过所有的立方体。根据电流的强度和方向，前面的连接点冷却，而后面的连接点加热。因此，电流将热量从一侧泵到另一侧，并在板块之间形成温度差。

这种装置可以防止玻璃在阳光直射下被加热到100℃以上，这可能会因任何人意外地触摸到而导致手掌或头部区域的灼伤。

当车辆停在外面时，人们会期待热的表面，因为内部也会变热，例如第二个窗口元件。当车辆在运行时，情况就不同了。由于车内有空调，人们不一定期望热的表面。通过减少接触时间、即皮肤与热表面接触的时间段，可以避免这种烧伤。根据ISO 13732，通过降低装置的表面温度，可以增加烧伤发生前的接触时间。为此，通过装置的冷却装置，表面温度得到充分的冷却。

所述装置使得有可能实现一种用于车辆顶部的盖，该盖提供方便的冷却功能，从而有利地使盖充分冷却以防止烧伤。

根据另一个实施例，该盖具有实施成层压膜的居间层，它布置在冷却装置的上侧，在第一窗格元件和冷却装置之间。该层压膜与冷却装置的珀尔帖元件相耦接。根据另外的实施例，可以提供第二层压膜，它耦接到第一层压膜，使珀尔帖元件嵌入第一层压膜与第二层压膜之间。

根据另外的实施例，第一和/或第二层压膜是/被实施成电子可切换的层元件，并提供方便的遮光功能。一个或多个层压膜由例如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和/或乙烯-醋酸乙烯(EVA)和/或热塑性聚烯烃(TPO)和/或聚烯烃(PO)制成或组成。作为可切换的层元件，一个或多个膜由例如悬浮粒子装置(SPD)和/或液晶(LC)和/或聚合物分散液晶(PDLC)制成或包含它们。

例如，如果在装置中放置可切换的膜，这也必须被放置成这样，即相对于堆叠方向的装置结构将是如下的：外窗格与实施成第一层压膜的第一膜耦接。半导体层耦接到层压膜，并进一步耦接到形成另一个层压膜的第二层压膜。珀尔帖元件优选地被嵌入两个层压膜之间。此外，可以实施成第三层压膜的可切换的膜耦接到两个层压膜。随后，将可切换的膜与内窗格连接。替代地或另外地，优选地是在可切换的膜和内窗格之间再插入另一层压膜。层压膜的作用主要是实现两个窗格元件之间的连接。因此，可以有各种组合的层压膜和/或可切换的膜放置在该装置中。

根据另一个实施例，该装置包括太阳能电池层，它耦接到第一窗格元件，使能量从光能转化为电能。

根据另一个实施例，太阳能电池层被分为至少两个相互间隔和分离的部分。

根据另外的发展，太阳能电池层包括：太阳能电池，例如以板状、球形和/或有机太阳能电池的形式；以及至少一个第一层压膜，太阳能电池被耦接到该层压膜。此外，还可以提供第二层压膜，它与第一层压膜耦接，使太阳能电池被夹在第一层压膜与第二层压膜之间。

所述装置使得有可能实现一种用于车辆顶部的盖，该盖提供方便的冷却功能，并且还能使光能容易地转换为电能。例如，作为车辆玻璃，该装置提供了用于方便冷却车辆内部和车辆顶部的珀尔帖元件和用于能量转换的可以为冷却装置供应电力的太阳能电池的组合。与太阳能电池层相结合，冷却装置具有清晰和节省空间的结构，并且例如被布置在车辆顶部朝向车辆内部的一侧，并实现对车辆内部的冷却。该冷却装置使得实现车辆内部和机动车车辆顶部的有效冷却成为可能，这有助于提高机动车的舒适性。

例如，提供玻璃窗格，并在其上蒸镀了活性太阳能电池层，使玻璃窗格以不可分离的方式或以不能非破坏性地分离的方式彼此联接。

半导体层和太阳能电池层分别包括例如珀尔帖元件和太阳能电池，它们布置成没有射到珀尔帖元件或太阳能电池的入射光线可以进入车辆内部，从而提供透明度。

根据另一个实施例，珀尔帖元件以相互间隔开的单独的岛的形式布置在半导体层中。在这种情况下，这些岛分布在半导体层内的名义直线和/或结构上、例如网格结构，这些结构在窗格元件的平面上与窗格元件的纵轴基本平行和/或正交。岛包括一个珀尔帖元件。这些岛通过薄带导体相互电连接，例如，传统窗格加热系统就是如此。在这种岛模式的情况下，透明区域与不透明区域(岛)交替出现，使得有可能实现增加车辆顶部的透明度，同时对车辆顶部和/或车辆内部进行冷却。

根据另外的实施例，在太阳能电池层中至少具有两个相互间隔开的单独的太阳能电池部分。这两个太阳能电池部分通过半导体层中的珀尔帖元件连接。珀尔帖元件包括p掺杂和n掺杂的半导体材料，在这种情况下，它实现和布置成连接每个太阳能电池部分的一个电极。因此，珀尔帖元件的分配给p掺杂半导体材料的连接器与第一太阳能电池部分的电极相连，而珀尔帖元件的分配给n掺杂半导体材料的连接器与第二太阳能电池部分的电极相连。因此，这些太阳能电池部分通过珀尔帖元件以串联或并联的方式相互连接。尽管这里提到了两个太阳能电池部分，但这个数字应被视为一个示例。也有可能使用两个以上的太阳能电池部分，它们如上所述通过珀尔帖元件相互连接或相互连通。

根据另一个实施例，太阳能电池布置在岛的珀尔帖元件上。例如，太阳能电池被集成到珀尔帖元件中，这样岛也能独立于车辆的电气系统以自主控制的方式操作。

根据另一个实施例，珀尔帖元件以带状物的形式布置在半导体层中，该带状物在窗格元件的平面内与窗格元件的纵轴基本平行和/或正交。

根据另一个方面，珀尔帖元件可以布置在车辆顶部的没有太阳能电池的第一区域。

根据另一个方面，太阳能电池可以布置在车辆顶部的没有珀尔帖元件的第二区域。

在玻璃表面的一个部分的这种特殊布置提供了热电保护，以防止与车内人员的头部接触。

替代地或者另外地，太阳能电池本身可以是透明的，这使得光能可以转化为电能，此外，光线可以进入车辆内部。例如，平坦的太阳能电池布置在太阳能电池层中，其上侧具有用于将光能转换为电能的敏感层。替代地或者另外地，太阳能电池的其它表面可以对光的吸收和转换敏感。

太阳能电池可以被层压到复合玻璃中并与冷却装置一起实施在车辆玻璃中，并且根据其位置，允许通过装置的部分透明的视野。因此，与单独实施相比，方便的冷却和环境友好的能源转换的可能性被结合在一个车辆窗格中，并且可以节省成本、安装空间和重量。

根据另一个实施例，该装置包括第三窗格元件，它配置成能够实施成车辆顶部的居间窗格。第二窗格元件耦接到第一窗格元件，使得居间层、半导体层和/或太阳能电池层布置在第一窗格元件和第二窗格元件之间。因此，可以实现一种复合窗格，其中居间层、半导体层和/或太阳能电池层以安全和被保护的方式布置。

作为外窗格的第一窗格元件在安装在机动车的车辆顶部时可以实施成紧挨着外部的最外侧的元件。替代地，一个或多个元件可以从上面覆盖第一窗格元件，这样它就不会实施成最外侧元件，但与第二窗格元件或冷却装置相比，它面向外部。因此，作为内窗格的第二窗格元件在安装在机动车的车辆顶部时可以实施成最内侧的元件，该元件也限定了车辆内部。替代地，一个或多个元件可以从下面覆盖第二窗格元件，这样它就不能实施成最内侧的元件，但与第一窗格元件相比，它面向车辆内部。

作为居间窗格的第三窗格元件在安装在机动车的车辆顶部时可以实施成居间元件，其将居间层和/或太阳能电池层与半导体层分开。一个或多个元件可以从下面或上面覆盖第三窗格元件，这样，与第一窗格元件相比，第三窗格元件面向车辆内部。

窗格元件和/或太阳能电池层可以由膜、塑料和/或玻璃制成或包括它们。

因此，所述装置特别使其有可能实现车辆内部和车辆顶部的冷却功能，并同时实现电能的有效产生。因此，有可能实现玻璃顶部的冷却装置和太阳能顶部的有利组合，这对环境平衡和使用寿命周期分析有积极的影响，这有助于提高机动车的舒适性。此外，玻璃复合材料的电加热可以通过珀尔帖元件的电流逆转来实现，因此在冬季可以具有除冰功能。

根据另一个方面，车辆顶部包括上述设计的装置和盖，该盖耦接到该装置并被设计成关闭车辆顶部中的开口。该盖可以实施成例如玻璃盖，而该装置形成该盖的一部分。替代地，盖也可以完全由装置来实现。

根据一个实施例，半导体层的厚度为0.1mm至1mm、优选地是0.2mm至0.4mm。这为布置在半导体层中的珀尔帖元件提供了特别高的效率，即良好的散热，如果有必要，还可以加热。

盖可以固定在车辆顶部的开口处，或者设计成可以相对于车辆顶部移动，以便在需要时释放顶部开口。例如，该盖是可以打开和关闭的顶部窗，并包括冷却装置和太阳能电池层。

附图说明

下面参照示意图更详细地解释本公开的示例性实施例。

在附图中：

图1以透视图示出了机动车的车辆顶部的一个示例性实施例；

图2示出了用于根据图1的车辆顶部的装置的一个示例性实施例；

图3示出了用于根据图1的车辆顶部的装置的另一个示例性实施例；

图4示出了用于根据图1的车辆顶部的装置的另一个示例性实施例；

图5示出了用于根据图1的车辆顶部的装置的另一个示例性实施例；

图6示出了用于根据图1的车辆顶部的装置的另一个示例性实施例；

图7示出了用于根据图1的车辆顶部的装置的另一个示例性实施例；

图8示出了根据图1的车辆顶部的平面图中珀尔帖元件的划分的一个示例性实施例；

图9示出了在根据图8的示意性剖面图中，根据一个示例性实施例的珀尔帖元件在岛模式中的划分；

图10示出了根据图1的车辆顶部的平面图中珀尔帖元件的划分的另一个示例性实施例；

图11示出了在根据图8的示意性剖面图中，根据一个示例性的实施例的珀尔帖元件的带状划分；

图12示出了根据图1的车辆顶部的平面图中珀尔帖元件和太阳能电池的划分的另一个示例性实施例；

图13示出了根据图1的车辆顶部的装置的另一个示例性实施例；

图14示出了根据图1的车辆顶部的装置的另一个示例性实施例。

在所有的附图中，相同结构和功能的元素用相同的附图标记来表示。

具体实施方式

在本说明书中，诸如“顶部”、“底部”、“上侧”、“下侧”、“内部”和“外部”、“前方”和“后方”等术语与图中所示的方向和布置有关，并且符合操作中的机动车的常用习惯。

图1示出了用于车辆顶部11的装置10，其例如实施了车辆顶部中的盖13，该盖设计用于封闭车辆顶部11中的顶部开口12。该装置10可以形成盖13的一部分或一份，或者替代地实施成其整体。装置10设计成例如玻璃盖。根据示例性的实施例，装置10包括外窗格1、内窗格2以及布置在外窗格1和内窗格2之间的冷却装置6。正如参照图1-10和图13和14所解释的，通过装置10提供了方便的冷却装置6。

图2以示意性剖面图示出了装置10的一个示范性实施例。该装置10具有作为第一窗格元件的外窗格1和作为第二窗格元件的内窗格2。外窗格1具有朝向车辆内部的下侧101，而内窗格2具有背离车辆内部的上侧202。冷却装置6耦接到外窗格1的下侧，使得冷却装置6沿向上方向Z布置在外窗格1的下侧101与内窗格2的上侧202之间。冷却装置6包括具有多个珀尔帖元件71、例如5个、10个、15个、20个或更多的珀尔帖元件71的半导体层7以及连接到半导体层7的带状导体8。通过带状导体8，可以经由控制电子设备向珀尔帖元件71供应能量并进行闭环和/或开环控制。为了清楚起见，图2中的冷却装置6只示出了一个这样的珀尔帖元件71。同样为了清楚起见，各个构件的尺寸比例与装置10的真实尺寸比例不一致。

图3以示意性剖面图示出了装置10的一个示例性实施例。该示例性实施例与根据图2的示例性实施例基本对应。此外，还提供有居间层4。居间层4以层压膜41的形式实施，并耦接到外窗格1的下侧101，使得居间层4布置在外窗格1的下侧101与冷却装置6之间。冷却装置6耦接到居间层4的下侧401，使得冷却装置6布置在居间层4与内窗格2的上侧202之间。

层压膜41例如由聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-醋酸乙烯(EVA)、热塑性聚烯烃(TPO)和/或聚烯烃(PO)制成。此外，层压膜41可以配置成电子可切换的膜元件。优选地，除了层压膜41之外，还提供一个或多个另外的层压膜作为电子可切换的膜元件，并且由例如悬浮粒子装置(SPD)、液晶(LC)和/或聚合物分散液晶(PDLC)组成。可切换的膜元件为车辆内部提供方便的遮阳功能。

图4以示意性剖面图示出了装置10的一个示例性实施例。该示例性实施例基本上与根据图2的实施例相对应。此外，设置有太阳能电池层5，其耦接到外窗格1的下侧101，使得太阳能电池层5布置在外窗格1的下侧101与冷却装置6之间。太阳能电池层5特别是包括具有晶体结构的硅片形式的太阳能电池51，这可以通过装置10相对容易地、廉价地和低努力地实现，并且提供高效的能量转换。

该装置10使提供方便的冷却装置6成为可能，它使将光能转化为电能成为可能，也提供了一种简单的方法来完成转化。由太阳能电池51产生的电能被用来例如为珀尔帖元件71供应电能。例如，这为珀尔帖元件71提供了独立于车辆电气系统的能量供应。

图5以示意性剖面图示出了装置10的一个示范性实施例。该示例性实施例基本上与根据图3的实施例相一致。此外，太阳能电池层5耦接到外窗格1的下侧101，使得太阳能电池层5布置在外窗格1的下侧101与居间层4之间。冷却装置6耦接到居间层4的下侧401，使得冷却装置6被布置在居间层4与内窗格2的上侧202之间。

图6以示意性剖面图示出了装置10的另一个示例性实施例。与根据图2至图5的示例性实施例相比，该装置10具有作为第三窗格元件的居间窗格3，它具有上侧302和下侧301。在这种情况下，居间窗格3耦接到内窗格2，使得冷却装置6布置在内窗格2的上侧202与居间窗格3的下侧301之间。同样在这种情况下，居间层4耦接到外窗格1的下侧101，使得居间层4布置在外窗格1的下侧101与居间窗格3的上侧302之间。

图7以示意性剖面图示出了装置10的另一个示例性实施例。在图6所述的装置之外，还提供了太阳能电池层5，它耦接到外窗格1，使得太阳能电池层5布置在外窗格1的下侧101与居间层4之间。

太阳能电池层5实施成例如透明的太阳能电池层。透明的太阳能电池层5实施成例如薄膜太阳能电池，其中预定的光伏结构是通过化学气相沉积的方式在载体玻璃上形成。因此，透明的太阳能电池层5是基于薄膜技术的。替代地或另外地，激光结构的太阳能电池可以实施在太阳能电池层5中的空隙中，使得达到一定程度的透明。此外，太阳能电池层5也可以设计得非常薄，以至于它已经因其薄度而具有一定程度的透明度，并可以被归类为透明的太阳能电池层5。

图8在车辆顶部11的示意性平面图中示出了装置10的另一个示例性实施例。冷却装置6的珀尔帖元件71以相互间隔开的单独的岛711的形式布置在半导体层7中。在这种情况下，这些岛711在窗格元件的平面上例如分布在名义上的直线上，这些直线与窗格元件的纵轴基本平行和/或正交。

图9示出了根据图8的岛模式的示意性视图。岛711中的一个岛包括至少一个珀尔帖元件71。根据另外的示例性实施例，该岛711另外地具有位于其上方的集成太阳能电池51(在图9中没有明确表示)。根据示例性实施例，包括珀尔帖元件71和太阳能电池51的岛711也可以独立于车辆的电气系统以自主控制的方式操作。岛711以薄带导体8相互电连接，例如，传统的车窗加热系统就是如此。在这种岛模式的情况下，透明区域与不透明区域(岛)交替出现。这提供了车辆顶部11的增大的透明度，同时冷却车辆顶部11和/或车辆内部。

图10在车辆顶部11的示意性俯视图中示出了装置10的另一个示例性实施例。冷却装置6的珀尔帖元件71以带状物712的形式布置在半导体层7中。在这种情况下，带状物712在窗格元件的平面内基本上平行于和/或正交于窗格元件的纵轴。带状物712连续延伸过车辆顶部11的基本上整个宽度或部分宽度(Y方向)。

图11以示意性视图示出了根据图10的带模式。带状物712中的一个包括至少一个珀尔帖元件71。根据另外的示例性实施例，带状物712还具有位于其上方的集成太阳能电池51(在图11中没有明确表示)。带模式提供了比岛模式更大的冷却表面，因此在冷却车辆顶部11和/或车辆内部方面取得了更大的效果。

图12在车辆顶部11的示意性平面图中示出了装置10的另一个示例性实施例。半导体层7中的冷却装置6的珀尔帖元件71设置在车辆顶部11的第一区域，该第一区域没有太阳能电池层5中的太阳能电池51。同样，太阳能电池层5中的太阳能电池51被放置在车辆顶部11的第二区域中，该第二区域没有半导体层7中的冷却装置6的珀尔帖元件71。

这两个区域沿着车辆的行驶方向(X方向)布置、特别是连续地布置。例如，如图12所示，太阳能电池51在行进方向上被布置在前面。根据另一个未明确示出的示例性实施例，珀尔帖元件71被布置在行驶方向的前端。根据另外的未明确示出的实施例，太阳能电池51和珀尔帖元件71以不同方式布置，例如沿X方向彼此相邻。

图13以示意性剖面图示出了装置10的一个示例性实施例。该示例性实施例基本上与根据图5的示例性实施例相一致。在该示例性实施例中，太阳能电池层5耦接到内窗格2的上侧202，使得太阳能电池层5布置在内窗格2的上侧202与冷却装置6之间。太阳能电池层5被分为两部分，第一部分被部分地布置在珀尔帖元件71的n掺杂部分之下。太阳能电池层5的第二部分被部分地布置在珀尔帖元件71的p掺杂部分之下。太阳能电池51位于外窗格1与内窗格2之间，并位于珀尔帖元件71之下，使得可以从太阳能电池51中除去热量，从而保持并提高其效率。特别是，通过外窗格1直接引向太阳能电池层5的热量也被阻止并在到达和加热太阳能电池层5之前被移除。冷却装置6耦接到居间层4的下侧401，使得冷却装置6布置在居间层4与内窗格2的上侧202之间。

图14以示意性剖面图示出了装置10的一个示例性实施例。该示例性实施例基本上与根据图6的实施例相一致。与根据图2至图6的示例性实施例相比，装置10具有作为第三窗格元件的居间窗格3，它具有上侧302和下侧301。在这种情况下，居间窗格3耦接到内窗格2，使得冷却装置6布置在内窗格2的上侧202与居间窗格3的下侧301之间。同样在这种情况下，居间层4耦接到外窗格1的下侧101，使得居间层4布置在外窗格1的下侧101与居间窗格3的上侧302之间。在图6中描述的装置10之外，还设置了太阳能电池层5，其耦接到内窗格2，使得带有太阳能电池51的太阳能电池层5布置在冷却装置6与内窗格2的上侧202之间。太阳能电池层5分为两部分，第一部分被部分地布置在珀尔帖元件71的n掺杂部分之下。太阳能电池层5的第二部分被部分地布置在珀尔帖元件71的p掺杂部分之下。太阳能电池51位于外窗格1和内窗格2之间，并位于珀尔帖元件71之下，使得可以从太阳能电池51中除去热量，从而保持并提高其效率。

因此，通过装置10很容易实现车辆内部和车辆顶部11的方便的冷却。例如，通过该装置10很容易实现车辆内部和车辆顶部11的方便冷却与光能转化为电能以及通过盖13的透明视野的相结合。术语光能在这里不仅描述了人类光学可见的光谱范围内的辐射能，而且还可以包括红外线和/或紫外线范围内的辐射能和/或太阳能电池层5的太阳能电池51敏感的其它频率范围内的辐射能。

附图标记列表

1外窗格

101外窗格的下侧

2内窗格

202内窗格的上侧

3居间窗格

301 居间窗格的下侧

302 居间窗格的上侧

4居间层

401居间层的下侧

41层压膜

5太阳能电池层

51太阳能电池

6冷却装置

7半导体层

71珀尔帖元件

711岛

712带状物

8带状导体

10装置

11车辆顶部

12顶部开口

13盖

L车辆顶部的纵轴