CN101070059B - 车体板能量产生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了车身板能量产生系统。该系统的图示实施方式包括汽车车身和形成汽车车身的多个车身板。至少一个车身板包括车用太阳能板。本发明也公开了在汽车中产生和使用电能的方法。

Description

车体板能量产生系统
技术领域
本发明涉及太阳能系统。更具体来说，它涉及捕获太阳能来增加汽车的电力系统的车体板能量产生系统。
背景技术
具有内燃机(ICE)的现代汽车使用辅助动力单元(APU)来产生电力，所述辅助动力单元为汽车上的电力装置提供电力并且也为汽车电池再充电。典型的APU是将来自ICE的机械能转化成储存在电池中的电能的交流发电机。有几个因素导致了新类型的APU的研究。
交流发电机效率低，因为燃料的能量首先被转化成机械能，然后机械能被转化成电能。这个过程结合了两个低效率的动力转化。只有当ICE运行时，交流发电机APU才产生电能。当汽车停止但是ICE正在运行时，ICE可以被启动来为APU提供动力，因而消耗燃料。二者择一地，当ICE没有运行时，储存的电能可以被用来为汽车的电力部件提供动力，但是电能储存是繁重的、昂贵的并且占用空间。
汽车技术的发展已经产生了新类型的耗能电力系统，例如混合驱动系统、高级启动系统、空调系统、交叉式数据线(x-by-wire)、计算机处理器、娱乐和通信信息系统等。同时，越来越关注汽车中的燃料的效率。因此，在工业上需要一种可以使用较少的汽车燃料或者其他燃料来产生电的APU。
发明内容
本发明通常是指一种车体板能量产生系统。在图示的实施方式中，该系统包括车体和形成车体的多个车身板。至少一个车身板包含车用太阳能板。本发明还指一种产生和使用汽车中的电力的方法。
附图说明
通过例子以及参照附图将说明本发明，其中：
图1是带有根据本发明的车体板能量产生系统的图示实施方式的汽车的侧视图；
图2是带有根据本发明的车体板能量产生系统的图示实施方式的汽车的俯视图；
图3是根据本发明的车体板能量产生系统的图示实施方式的汽车太阳能板的剖视图；
图4是一个曲线图，它表示在通常尺寸的汽车运行过程中，图示的汽车空气动力以及阻力(N)与汽车速度(每小时英里“mph”)的函数；
图5是一个曲线图，它表示维持通常尺寸的汽车的给定速度(mph)所需要的发动机动力输出(千瓦)；
图6是一个曲线图，它表示可能节省的燃料与配备有车体板能量产生系统的混合动力汽车中的速度(mph)的函数；
图7是实现根据本发明产生和使用汽车中的电力的方法的步骤流程图。
具体实施方式
参照图1-3，根据本发明的图示实施方式的车体板能量产生系统(此后称为系统)通常由参考数字1表示。在图1中，系统1显示为与汽车2合并为一体。汽车2可以是内燃机(ICE)汽车、燃料电池汽车或者混合动力汽车。汽车2典型地具有车架3，它被安装在前轮6和后轮7上。汽车底盘或者车身4被安装在车架3上并且包括车舱5，所述车舱只具有前门8或者具有前门8和后门9，如图所示。前座14和后座15位于车架3上、车舱5的内部。在车体4上典型地具有挡风玻璃16和后窗17，它们分别位于车舱5的前端和后端。如图2所示，汽车2还包括容纳发动机18和电池19的发动机箱体21。
车体4包括多个车体板，所述板形成并且赋予了车体4的形状。例如，如图1和2所示，汽车车身4的车体板可以包括关闭发动机箱体21的罩板10a、形成车身4的车顶的顶板10b、形成车身4的舱盖部分的舱盖板10c、形成在后座15和后窗17之间延伸的部分车舱5的后舱板10d、在车舱5上挡风玻璃16下方的仪表板板10e和/或在车身4的外侧或者侧面上的一个或者多个侧板10f。
至少一个车身4的车体板是车用太阳能板10。车用太阳能板或车体板10可以在车身4上的暴露在太阳能下的任何位置上，包括但不局限于图2中所示的车身板10a-10f的位置。如图2所示，汽车2上的每一个车用太阳能板10典型地通过接线20而电连接到汽车2的电池19上。另外，每一个车用太阳能板10可以被直接连接到汽车2的一个或者多个电力部件上。使用中的系统1，此后将作说明，每一个车用太阳能板10能够捕获太阳能22并且将太阳能22转化成电能，用来为汽车2的各种电力部件提供动力。因此，一个或者多个车用太阳能板10可以作为汽车2的APU(辅助动力单元)。每一个车用太阳能板10能够从周围的光和云层覆盖下的漫射光以及直接从太阳光收集能量。
汽车2上的每一个车用太阳能板10可以是任何类型的太阳能板或者材料，只要所述板或者材料能够捕获太阳能并且将太阳能转化成电能。例如，每一个车用太阳能板10可以是太阳能纤维板。对于本领域的技术人员公知的工业方法可以被用来制造太阳能纤维板形式的车用太阳能板10。所述方法可以被用来形成合成材料，在该合成材料中嵌入太阳能板纤维的构成。合成材料根据本领域中的技术人员已知的方法可以形成汽车2的一个或者多个车身板的形状，例如罩板10a、顶板10b、舱盖板10c、后舱板10d、仪表板10e和/或一个或者多个侧板10f。车身板10a-10f与汽车2被合成一体并且赋予了车身4的所需形状和外观，并且可以具有选定的颜色。
在图3中显示了以太阳能纤维板的形式制造的车用太阳能板10的一个例子。太阳针织型车用太阳能板10可以包括不锈钢或者其他导电材料的中心电极11。太阳能纤维层12形成在中心电极11的一侧或者两侧上。形成太阳能纤维层12的一种方法包括首先用纳米尺寸的二氧化钛(TiO2)粉末微粒涂覆中心电极11。然后将二氧化钛粉末微粒采用一种普通的染料来激活并且填充电解液。然后太阳能纤维层12被采用导电层13所涂覆，该导电层例如为导电聚合物等。
每一种车用太阳覆盖板10也可以由微小热电转换装置即玻耳/赛贝克装置(未图示)制造或者由其组成，所述装置可以使用穿过板的由太阳产生的热梯度来产生电。通过产生电，微小玻耳/赛贝克装置也增加了通过车用太阳能板10的热流动，在寒冷的或者冰冷的季节使用太阳热来加热汽车。该装置也可以被用作热泵，在用作热泵的例子中，应用到车用太阳能板10上的正向电流使得板的外表面变冷并且使得内表面变热。被应用到车用太阳能板10上的反向电流使得板的外表面变暖并且使得板的内表面变冷，因而冷却了汽车的内部。车用太阳能板10的一个有用的特征是它们的电导率。因此，车用太阳能板10可以取代与汽车一体的汽车中的输电线、网状线等等。
如图1所示，在通常使用的系统1中，一个或者多个车用太阳能板10都可以用作APU(辅助动力单元)，所述APU产生并且供应电力到电池19中，用来为汽车2的电力部件供应电力。车身板10a-10f中的至少一个或者全部都可以是车用太阳能板10。因此，如果每一个车身板10a-10f都是车用太阳能板10，那么在汽车2的运行过程中，太阳能22撞击到汽车2的每一个车用太阳能板10上。车身4的罩板10a、顶板10b和舱盖板10c直接暴露在太阳能22下，而后舱板10d和仪表板板10e分别通过后窗17和挡风玻璃16暴露在太阳能22下。车身4的侧板10f也暴露在太阳能22下，但是通常比罩板10a、顶板10b和舱盖板10c暴露的范围小。
汽车2上的车用太阳能板10将太阳能22转化成电能，电能通过连线20被传送到电池19中并且被储存在电池19中。因此，在汽车2的电力部件运行过程中，当发动机18正在运行时以及当发动机18被关闭时，如果需要，则从电池19排出的电能可由来自车用太阳能板10的电能不断补充。这便于为汽车2中的电力部件提供动力，不需要为了补充电池19中的电能而运行发动机18。
本领域的技术人员可以知道，本发明的系统1有潜力产生足够的电力来不断地补充从电池19中排出的电力。这保证了足够的电力用于汽车2的电力部件的功能，而不管发动机18是否运行，因为假设太阳能100％的转化成了电能，那么1.2平方米的太阳能可以提供1200瓦特的电能。与由煤或者核能产生的电能不同，太阳能是清洁的并且没有燃料费。
从停止到行驶速度的加速，汽车需要较大量的动力。但是在行驶速度时，通过平衡空气动力和轮胎滚动阻力，汽车只需要足够量的动力来维持恒定速度。如图4中的曲线图所示，在较低的汽车速度时，与维持汽车的高速所需要的动力相比，需要更少的动力来维持汽车的恒定速度，并且它遵循非线性曲线。空气动力和轮胎旋转摩擦被看作是不可恢复力，因为它们失去并且不能被吸收再利用，与此相反，在制动状况下，再生制动可以将汽车的移动质量的能量转换并且储存在电池系统中。需要维持速度的动力必须克服空气动力和轮胎旋转摩擦，如图4中的图表所示，空气动力和轮胎旋转摩擦随着汽车速度的增加倍增。需要维持汽车的选定速度(mph)的动力的量(kw)显示在图5的图表中。
在混合型汽车中，系统1主要是有潜力改善燃料节省或者提高每加仑的公里数(mpg)。再参照图1和2，假设从太阳能到电能的换能效率是30％、罩板10a的面积是2平方米、顶板10b的面积是2平方米、舱盖板10c的面积是0.5平方米并且侧板10f总面积的是3平方米(除了后舱板10d和仪表板板10e之外，总的为7.5平方米)、由系统1捕获的太阳能的总量是1.95KW，那么：
总的太阳能＝7.5m2×1000W/m2×0.30(效率)＝2.25KW
如图6所示，当速度小于40mph时，与传统的混合汽车相比，启动太阳的汽车的内燃机可以在速度低于40mph时关闭，可以得到无限的mpg，其中在传统的混合汽车中，在速度低于20mph时关闭内燃机可以得到有限的mpg。对于速度大于40mph，具有太阳能功能的汽车在达到高速公路速度时每加仑的公里数(mpg)还存在一个大的净增加，在速度达到50mph时能够关闭发动机还行驶长距离。这导致了较少的换机油、较长的发动机使用寿命、通过再生制动可以较少使用传统的制动垫片并且减少了废气排放。
接下来参照图7，图7显示了一个流程图，其中它示出了实现在根据本发明的汽车中产生和使用电力的方法的步骤。在步骤1中，提供多个车身板。至少一个车身边板是车用太阳能板。车用太阳能板可以是与太阳针织(太阳能纤维板)或者其他太阳材料一体的车身板，或者可以是能够捕获太阳能并且将太阳能转化成电能的任何类型的太阳能板。太阳针织或者其他材料可以遍及车身板的整个机构或者可以限定到车身板的一部分。
在步骤2中，车身板被结合到汽车的车身上并且形成了车身的形状。汽车例如可以是内燃机(ICE)汽车、燃料电池汽车或者混合动力汽车。车用太阳能板被提供在汽车的区域上，当汽车在室外时，该区域暴露在太阳光下。例如，车用太阳能板可以形成车身板的以部分或者可以被制造来形成任何类型的车身板，所述车身板包括但并不局限于罩板、顶板、舱盖板、后舱板、仪表板板和/或一个或者多个侧板，到此这参照图1和图2来说明。每个车用太阳能板典型地被连接到汽车上的电池上，用来将由一个或者多个车用太阳能板产生的电能传输到电池中。可选地，每一个车用太阳能板可以被直接连接到汽车中的电力部件上。
在步骤3中，撞击到汽车中的一个或者多个车用太阳能板上的太阳能被转化成电能。由一个或者多个车用太阳能板产生的电能被传输到电池中，此处，电能被储存在汽车中备用。可选地，电能可以被直接传输到汽车中的一个或者多个电力部件上。本领域的技术人员可以知道，汽车的发动机不需要被运行来维持电能流动到电池或者部件中，因为当发动机运行时，并且当发动机被关闭时，一个或者多个车用太阳能板使用太阳能来产生电能。
在步骤4中，储存在电池中或者被直接传送到一个或者多个电力部件中的电能被用作汽车中的一个或者多个电系统的功能。例如，电池中的电能可以被用来为电空调系统、娱乐系统等等提供动力。在燃料电池汽车或者燃料电池混合动力情况下，如果汽车停止并且电池充电，那么电能可以被用来完成水解作用。
上面已经描述了本发明的优选实施方式，但是可以知道和理解，可以对本发明进行各种改进，并且随附的权利要求的目的是覆盖可以落在本发明的精神实质和范围内的所有改进。

Claims (16)

1.一种车身板能量产生系统，包括：
汽车车身；
多个车身板，形成所述汽车车身；以及
其中，所述多个车身板中的至少一个为车用太阳能板；以及
其中，所述车用太阳能板包括在所述至少一个车身板内的太阳能纤维板，所述太阳能纤维板与所述至少一个车身板的形状相对应，所述太阳能纤维板包含合成材料，所述合成材料中嵌入有太阳能纤维层，所述太阳能纤维层设置于电极层上，且所述太阳能纤维层和所述合成材料遍及所述车身板的整个结构，其中所述车用太阳能板所产生的电能用于驱动电空调系统、娱乐系统或其它电组件中的一个。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述车用太阳能板包含罩板。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述车用太阳能板包含顶板。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述车用太阳能板包含舱盖板。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述车用太阳能板包含后舱板。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述车用太阳能板包含仪表板。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述车用太阳能板包含至少一个侧板。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，太阳能纤维板还包含设置于所述太阳能纤维层上的导电性聚合物层。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述太阳能纤维板包含二氧化钛粉末微粒。
10.根据权利要求1所述的系统，还包含连接到所述车用太阳能板上的电池。
11.一种汽车车身板能量产生系统，包含：
汽车车身；
多个车身板，形成所述汽车车身并且赋予所述汽车车身形状；
其中，所述多个车身板中的每一个为车用太阳能板；以及
其中，所述车用太阳能板包括在各自的车身板内的太阳能纤维板，所述太阳能纤维板与所述各自的车身板的形状相对应，所述太阳能纤维板包含合成材料，所述合成材料中嵌入有太阳能纤维层，所述太阳能纤维层设置于电极层上，所述太阳能纤维层和所述合成材料遍及所述车身板的整个结构。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个车身板包含罩板、顶板、舱盖板以及多个侧板。
13.根据权利要求11所述的系统，其中太阳能纤维板还包含设置于所述太阳能纤维层上的导电性聚合物层。
14.一种在汽车中产生和使用电力的方法，包含：
提供多个车身板，其中，所述多个车身板中的至少一个为车用太阳能板；
使用所述多个车身板来形成汽车车身，所述车用太阳能板包括在所述至少一个车身板内的太阳能纤维板，所述太阳能纤维板形成与所述至少一个车身板的形状相对应的形状，所述太阳能纤维板包含合成材料，所述合成材料中嵌入有太阳能纤维层，所述太阳能纤维层设置于电极层上，且所述太阳能纤维层和所述合成材料遍及所述车身板的整个结构；以及
使用所述车用太阳能板将太阳能转化成电能用于使车辆中的电系统发挥作用。
15.根据权利要求14所述的方法，还包含在运行所述汽车时使用所述电能。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述太阳能纤维板还包含设置于所述太阳能纤维层上的导电性聚合物层。
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