一种车辆太阳能调温装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种车辆太阳能调温装置及其控制方法，属于新能源技术领域。

背景技术

随着国内经济发展迅速，人们生活水平也在逐渐提高，越来越多的人已经开始买上小汽车作为代步工具了。当室外温度达到37度以上时，只要一辆汽车停放在室外暴晒1个小时，车内的温度也许能够达到60度，以至于更高。温度高不仅对车辆油漆会造成伤害，还会导致很多零部件更加容易损坏，减少汽车的使用寿命。为解决上述问题，人们采用的方法是将车辆前面两个车窗打开，以及后座单侧的车窗打开一指宽左右，即使有热流进入车内，也能起到空气流通的效果。这样做就是将车内的热气排放出去，让外面的空气进入到车内。虽然说外面的温度也是比较高的，但相对于暴晒过后的车内来说，还是能够清楚感受到温度的差异。但是，将车窗打开又会引起安全隐患。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺点，本发明的发明目的是提供一种车辆太阳能调温装置及其控制方法，在车辆停在户外时，将设置在车辆顶部太阳能电池板展开，遮挡太阳暴晒车室，并利用太阳能电池将光伏能转换为电能并给车辆空调系统供电，从而使车室内保持适宜的温度。

为实现所述发明目的，本发明提供一种车辆太阳能调温装置，其包括太阳能电源、逆变器和用于驱动车辆空调设备的压缩机的交流电机，所述逆变器用于将太阳能电源提供的直流电能转换为交流电能并提供给交流电机，所述太阳能电源包括N块电性连接的太阳能电池板，其特征在于，每个太阳能板上表面两侧分别设置有第一凹槽和第二凹槽，下表面两侧分别设置有第一凸肋和第二凸肋，第一凹槽、第二凹槽、第一凸肋和第二凸肋均沿第一方向延伸；依次相连的第一太阳能电池板的第一凸肋能够嵌入到第二太阳能电池板的第一凹槽中并能在第一凹槽中沿第一方向滑动，第一太阳能电池板的第二凸肋能够嵌入到第二太阳能电池板的第二凹槽中并能在第二凹槽中沿第一方向滑动，从而使依次相连的两块太阳能电池板叠在一起或者展开；每块太阳能电池板的上表面两侧的第一凹槽和第二凹槽分别平行设置有沿第一方向延伸的正电源带和负电源带，在四个角部分别设置有一个接线柱，每个接线柱沿第二方向贯穿太阳能电池板，第二方向垂直第一方向；每个接线柱的上端与凹槽中的电源带电性连接，下端滑动地电性连接该太阳能电池板下表面的凸肋嵌入的相邻的太阳能电池板上表面凹槽中的电源带，从而使N块太阳能电池板电性并联以向外提供电能，所述N为大于或者等于2的整数。

优选地，每块太阳能电池板两侧面的两端分别设置有锁柱和可绕轴转动的锁钩，太阳能电池板展开时，第二太阳能电池板的锁钩与第一太阳能电池板的锁柱卡合。

优选地，车辆太阳能调温装置还包括充电器和蓄电池，充电器利用太阳能电源提供的电能给蓄电池恒压充电，充电器包括升压电路和恒压控制电路，恒压控制电路包括：比较器、电阻R10、电阻R15、电阻R8和电阻R9，其中，电阻R9和电阻R10相串联并连接于升压电路电源输出端子和地之间，其中间节点连接于比较器的反相端,用于提供采样电压；电阻R10和电阻R15相串联并连接于固定电源和地之间，其中间节点连接于比较器的同相端，用于提供基准电压；恒压控制电路还包括开关电路，其包括NPN型晶体管T11和电阻R11，其中，晶体管T11的基极经电阻R11连接于比较器的输出端，集电极连接于固定电源，发射极用于给升压电路提供控制信号。

优选地，逆变器包括用于将直流电压转换为交流电压的逆变桥电路，所述逆变桥至少包括六个电开关，所述电开关为场效应管，每个场效应管由栅极由控制器控制，所述栅极控制器包括：驱动器和慢充快放电路，慢充快放电路包括：电阻R7、电阻R6和二极管D6，其中，驱动器的输出端经电阻R7连接于一个场效应管的栅极，二极管D6的负极经电阻R6连接于电阻R7的第一端，阳极连接于电阻R7的第二端，并连接于该场效应管的栅极，电阻R6的阻值小于电阻R7的阻值。

优选地，逆变器还包括检测电路，其包括整流滤波电路、电平变换电路、光耦驱动电路和光电耦合器，其中，整流滤波电路包括二极管D5和电容C2，二极管D5的阴极连接于逆变桥一个串联支路的中间节点，阳极经电容C2连接于地；电平变换电路包括NPN型晶体管T7、电阻R4、电阻R5和电容C1,晶体管T7的发射极连接于固定电源，基极经电阻R4连接于固定电源，电容C1并联于电阻R4两端，基极还经电阻R5连于接于二极管D5的正极；光耦驱动电路包括NPN型晶体管T8，晶体管T8的基极经电阻R3连接于晶体管T7的发射极，发射极接地，集电极依次经光电耦合器的发光二极管和电阻R1连接于固定电源，光电耦合器的光电二极管连接于处理器50，当检测电路检测出过电流时，处理器给栅极驱动器201提供一控制信号，使逆变桥的场效应管截止。

优选地，N块太阳能电池板设置在车顶上。

优选地，N块太阳能电池板叠合在一起时可放置在设置在车顶上的透明箱体内，展开时，将车辆的至少部分置于展开的太阳能电池板下。

为实现所述发明目的，本发明还提供一种权上述的车辆太阳能调温装置的控制方法，其特征在于，在车辆运行时，N块电性连接的太阳能电池叠合在一起，在车辆停在户外时，使N块电性连接的太阳能电池板展开。

与现有技术相比，本发明提供的车辆太阳能调温装置及其控制方法具有如下优点：在车辆停在户外时，将设置在车辆顶部太阳能电池板展开，遮挡太阳暴晒车室，并利用太阳能电池将光伏能转换为电能并给车辆空调系统供电，从而使车室内保持适宜的温度。

附图说明

图1是本发明提供的用于车辆的太阳能调温装置的组成示意图；

图2是本发明提供的车辆太阳能电池板的结构示意图；

图3是沿图2所示的太阳能电池板AB线的截面示意图；

图4是本发明提供的充电器的电路图；

图5是本发明提供的逆变器的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1是本发明提供的用于车辆的太阳能调温装置的组成示意图，如图1所示，本发明提供的用于车辆的太阳能调温装置包括太阳能电源10和逆变器20，太阳能电源10包括N个太阳能电池板S1，…SN,所述N大于或者等于2，太阳能电源10通过二极管D7给逆变器200提供直流电能，所述逆变器20用于将直流电能转换为交流电能并提给用电设备，所述用电设备例如为用于驱动车辆空调设备的压缩机的交流电机M。逆变器20由处理器50进行控制。

根据本发明一个实施例，用于车辆的太阳能调温装置还包括充电器30和蓄电池40，太阳能电源10通过充电器30向蓄电池40充电，蓄电池40经二极管D8向逆变器20提供直流电能。

本发明中设置二极管D7和二极管D8是目的是，在太阳能电源30的供电电压高于畜电池40的输出电压时，由太阳能电源10直接向逆变器20供电，同时通过充电器30向蓄电池40充电，当太阳能电源10的供电电压低于畜电池40的输出电压时，由畜电池40向逆变器20供电，畜电池40可以使用锂离子电池或镍氢电池，或者镍镉电池等能够充电的所有电池。

图2是本发明提供的车辆太阳能电池板的结构示意图，图3是沿图2所示的太阳能电池板AB线的截面示意图，如图2-3所示，本发明提供的4块电性连接的太阳能电池板S1、S2、S3和S4，每个太阳能板上表面两侧分别设置有第一凹槽L1和第二凹槽L3，下表面两侧分别设置有第一凸肋L2和第二凸肋L4，第一凹槽L1、第二凹槽L3、第一凸肋L2和第二凸肋L4沿第一方向延伸；依次相连的第一太阳能电池板的第一凸肋L2能够嵌入到第二太阳能电池板的第一凹槽L1中并能在第一凹槽L1中并沿第一方向滑动，第一太阳能电池板的第二凸肋L4能够嵌入到第二太阳能电池板的第二凹槽L3中并能在第二凹槽L3中沿第一方向滑动，从而使依次两块太阳能电池板叠在一起或者展开；每块太阳能电池板的上表面两侧的第一凹槽L1和第二凹槽L3分别平行设置有沿第一方向延伸正电源带15和负电源带16，在四个角部分别设置有一个接线柱，例如接线柱17和18，每个接线柱延第二方向贯穿太阳能电池板，第二方向垂直于第一方向；每个接线柱的上端与凹槽中的电源带电性连接，下端用于滑动电性连接该太阳能电池板下表面的凸肋嵌入的相邻的太阳能电池板上表面凹槽中的电源带，接线柱上端的半圆柱形凹槽的轴线与接线柱的轴线垂直，接线柱下端形成半圆柱形凸起，半圆柱形凸起的轴线与接线柱的轴线垂直，并与上端的半圆柱形凹槽的轴线平行，从而使N块太阳能电池板电性并联以向外提供电能，所述N为大于或者等于2的整数。

如图3所示，本发明中太阳能电池板包括支撑板14，在支撑板14的上表面两边沿第一方向分别设置有第一凹槽L1和第二凹槽L3，在第一凹槽L1和第二凹槽L3沿第一方向分别设置有正电源带15和负电源带16，在支撑板14的下表面两边沿第一方向分别设置有第一凸肋L2和第二凸肋L4，在支撑板的四个角部分别设置有接线柱，如17和18，接线柱的上端沿第二方向的截面为凹弧，接线柱的下端沿第二方向的截面为凸弧。支撑板14上表面两个凹槽之间设置有太阳能电池13，其由多块太阳能电池单元组成。太阳能电池13覆盖支撑板的大部分区域，该区域为光伏转换区域，未设置太阳能电池的区域11为电池板展开时相邻电池板的支撑区域，其延第三方向延伸，第三方向与第一方向和第二方向均垂直，第一方向、第二方向和第三方向为右手坐标系。

根据本发明一个实施例，每块太阳能电池板两侧面的两端分别设置有锁柱和可绕轴转动的锁钩，太阳能电池板展开时，第二太阳能电池板的锁钩与第一太阳能电池板的锁柱卡合形成锁合装置12。

图2虽然以4块太阳能电池板为例进行了说明，但本领域人员知道，并不限于4块，可以为N块，所述N大于或者等于2。由于本发明如上设置的太阳能电源可设置在车辆顶部，在车辆运行时，可将N块太阳能电池板板叠在一起，当将车辆停在户外时，可以将N块太阳能电池板展开，并利用锁合装置12卡合。N块太阳能电池板叠合在一起时可放置在设置在车顶上的透明箱体内，展开时，将车辆的至少部分置于展开的太阳能电池板下。如此，可利用展开的太阳能电池板给车辆遮阳，并利用光伏能转换的电能给车辆空调系统的压缩机的驱动电机M提供电能，使车辆室内的温度维持在适宜的温度。

图4是本发明提供的充电器的电路图，如图4所示，充电器30包括电容C4和电感L5，太阳能电源10的输出端连接于经电容C4接地并连接于电感L5的第一端，电感L5的第二端连接于场效应管T9和T10的漏极。本发明提供的充电器30还包括矩形波振荡器、驱动电路和电开关，其中，矩形波振荡器为多谐振荡电路，其包括：与非门303、与非门304、电容C5和电阻R15，其中，电容C5的第一端接地，第二端连接于与非门303的第一输入端；电阻R15的第一端连接于与非门303的第一输入端，第二端连接于与非门303的输出端；与非门304的二输入端连接在一起，作为振荡器的控制端，输出端连接于非门303的第二输入端。驱动电路为由二输入与非门302和二输入与非门301相并联构成，两输入端连接在一起，可选地，驱动器可由多个二输入与非门相并联而构成；可选地，驱动电路也可以由多个反相器相并联构成。电开关包括并联连接的场效应管T9和场效应管T10，它们的源极接地，栅极连接于驱动器的输出端，即二输入与非门302和二输入与非门301的输出端，漏极连接于电感L5的第二端。电感L5的第二端还经二极管D10连接于蓄电池40的正电源端，蓄电池40的负电源端接地。蓄电池40向外提供的电能为EC1，由电源端子306向外提供电能。

本发明提供的充电器还包括恒压控制电路，其包括比较器305、电阻R10、电阻15、电阻R8和电阻R9，其中，电阻R9和电阻R10相串联并连接于电源输出端子306和地之间，其中间节点连接于比较器305的反相端，用于提供采样电压；电阻R10和电阻R15相串联并连接于固定电源EC2和地之间，其中间节点连接于比较器305的同相端，用于提供基准电压。

恒压控制电路还包括开关电路，其包括NPN型晶体管T11、电阻R11和电阻R12，其中，NPN型晶体管T11的基极经电阻R11连接于比较器305的输出端，集电极经电阻R12连接于固定电源EC2，发射极经电阻R13给升压电路的控制端提供控制信号,即给反相器304的输入端提供控制信号。本发明中，反相器304的输入端通过并联的电阻R14和电容C6接地，电阻R13和电容C6组成积分电路,电容C6和电阻R14组成放电电路，在NPN晶体管T11导通时，固定电源EC2通过电阻R13给电容C6充电，在NPN晶体管T11截止时，电容C6通过电阻R14放电。

本发明提供的充电器的工作过程如下：在通过太阳能照射进行起动时，由于升压电路的输出电压起始较低，由电阻R8和电阻R9组成的采样器采样的电压低于基准电压，比较器305的输出端输出高电位，NPN型晶体管T11导通，矩形波振荡器控制端子307电压上升，矩形波振荡器开始振荡，获得电压输出；采样电压高于基准电压时，比较器305的输出端输出低电平，NPN型晶体管T11断开，控制端子307为低电平，矩形波振荡器停止振荡，停止升压操作；当输出端子的输出电压降低，采样器采样的电压低于基准电压，比较器305的输出端输出高电位，NPN型晶体管T11导通，矩形波振荡器控制端子307电压上升,采样电压高于基准电压时,矩形波振荡器重新振荡，进行升压操作，如此循环，从而可给蓄电池40进行恒压充电。

图5是本发明提供的逆变器的电路图。如图5所示，本发明提供的逆变器包括逆变桥，其包括六个构成开关元件的结型场效应管T1、效应管T2、效应管T3、效应管T4、效应管T5和效应管T6，场效应管T1和效应管T2相串联组成第一支路，场效应管T3和效应管T4相串联组成第二支路，场效应管T5和效应管T6相串联组成第三支路，而后第一支路、第二支路和第三支路相并联，第一支路、第二支路和第三支路的两端输入由太阳能光伏电池板输出的直流电压EC1。

本发明中，场效应管T1、效应管T2、效应管T3、效应管T4、效应管T5和效应管T6的漏极D和源极S之间存在寄生二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6。

本发明中，从第一支路的中间节点N1、第二支路的中间节点N2和第三支路中间节点N3输出三相交流电压。每个支路中两个串联支路中的每个开关元件在驱动器的作用下交替导通。

本发明中，场效应管T1、效应管T2、效应管T3、效应管T4、效应管T5和效应管T6的栅级驱动器组成相同，下面以场效应管T2的栅极控制器220为例进行说明。栅极控制器220包括：驱动器（光耦合器）201、电阻R7、二极管D6和电阻Ｒ6。驱动器201经由电阻R7连接于场效应管T2的栅极G，在电阻R7的两端并联有由电阻R6和二极管D6串联而成的支路。电阻R6比电阻R7的电阻值低。二极管D6的阳极与场效应管T2的栅极端子连接，阴极与电阻R6连接。在场效应管T2导通时，由于二极管D6的作用，包含电阻R7的支路工作；在场效应管T2截止时，包含电阻R6和二极管D6串联的支路工作。在栅极控制器220中，例如在与场效应管T2串联连接的场效应管T1高速地从截止状态变为导通状态，场效应管T2在稳定截止状态下，场效应管T1为导通状态。由于低阻值电阻R6和二极管D6的串联连接能够抑制T2的栅源极间的电压上升。

根据本发明一个实施例，逆变器还包括检测电路210，其包括整流滤波电路、电平变换电路、光耦驱动电路和光电耦合器，其中，整流滤波电路包括二极管D5和电容C2，二极管D5的阴极连接于逆变桥一个串联支路的中间节点，即场效应管T2的漏极，阳极经电容C2连接于地；电平变换电路包括NPN型晶体管T7、电阻R4、电阻R5和电容C1,晶体管T7的发射极连接正电源EC2，基极经电阻R4连接于正电源EC2，电容C1并联于电阻R4两端，基极还经电阻R5连于接于二极管D5的正极;光耦驱动电路包括NPN型晶体管T8,晶体管T8的基极经电阻R3连接于晶体管T7的发射极，发射极接地，集电极经光电耦合器的发光二极管和电阻R1连接于驱动器201的输出端，晶体管的基极还连接于二极管D7的负极，二极管D7的正极接地。光电耦合器202的光电二极管连接于处理器230，当检测电路检测出过电流时，处理器230给栅极驱动器201提供一控制信号，使逆变桥的场效应管T2栅极截止。

本发明提供的栅极控制器中，在串联连接的场效应管T1和场效应管T2中没有发生短路的情况下，在连接二极管D6的路径中流过电流，此时，晶体管T7为导通状态，晶体管T8成为截止状态。在该状态下，由于在光电耦合器202中不流过电流，所以在该光电耦合器202中未检测出T2的漏极和源极之间的电压（Vds）的上升。另一方面，在串联连接的场效应管T1和场效应管T2中发生了短路的情况下，在连接有二极管D6的路径中不流过电流，此时，晶体管T7为截止状态，晶体管T8成为导通状态。在该状态下，由于在光电耦合器202中流过电流，所以在该光电耦合器202中检测出T2的漏极和源极之间的电压（Vds）的上升。

如上所述，在本发明中，使用碳化硅（SiC）的结型场效应管T2的栅极端子及驱动器201成为电阻值比栅极电阻R7低的栅极截止用的栅极电阻R6。根据该结构，能够抑制例如由于噪声，干扰等的影响而在电阻R7中流过电流引起的栅极源极间的电压的上升。因此，能够避免由于该栅极源极间的电压的上升而使截止状态的场效应管T2错误地成为导通状态。因此，根据本发明，能够防止由栅极驱动电路220和场效应管T2构成的反相器的误动作。进而，通过在T2的漏极端子和源极端子之间连接过电流检测电路的结构，检测该场效应管T2的漏极和源极之间的电压的上升（即，过电流的发生）。在检测出该过电流的发生的情况下，处理器230给栅极驱动器201提供一个使场效应管T2栅极截止的信号，能够实现防止由过电流引起的元件破坏（即，保护）。

为了说明和描述的目的，以上已经示例性地描述了实施例。显然，许多修改和变化对本领域技术人员来说是显而易见的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用。由此使得本领域技术人员能够理解本发明的各种实施例以及适于预期的特定用途的各种修改。本发明的范围由所附权利要求限定。