CN102369619A - 车辆中的太阳能动力 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于车辆的光伏设备，其包含多个太阳能模块，所述多个太阳能模块彼此电隔离且适于接收太阳辐射且将所述辐射转换成电能。所述设备包含电耦合到所述电隔离的模块的至少一个DC/DC转换器，所述至少一个DC/DC转换器适于从所述太阳能模块接收所述电能且提升将递送到所述车辆的至少一个组件的电压。所述太阳能模块包含多个太阳能电池，所述多个太阳能电池适于接收太阳辐射且将所述辐射转换成电能。

Description

车辆中的太阳能动力
技术领域
本发明大体上涉及一种车辆，且更明确地说，涉及一种利用太阳能动力作为能源的车辆。
背景技术
例如机动车辆等车辆利用能源以便提供动力来操作车辆。虽然作为能源基于石油的产品占优势，但还有替代能源，例如，甲醇、乙醇、天然气、氢、电、太阳能等。混合动力车辆利用能源的组合以便为车辆提供动力。此类车辆是合意的，因为其利用了多种燃料源的利益，以便增强车辆的性能和范围特性，且相对于相当的汽油动力车辆减少环境影响。
混合式车辆的实例为利用电能和太阳能两者作为电源的车辆。电动车辆是环境有利的，归因于其将电作为电源的低排放特性和一般可用性。然而，相对于相当的汽油动力车辆，电池存储容量限制电动车辆的性能。太阳能容易得到，但其自身可能不足以操作车辆。因此，此项技术中需要具有改进的光伏能量分布系统的混合式车辆。
发明内容
因此，本发明涉及一种用于车辆的光伏设备，其包含多个太阳能模块，所述太阳能模块彼此电隔离且适于接收太阳辐射且将太阳辐射转换成电能。至少一个DC/DC转换器电耦合到电隔离的模块，且适于从太阳能模块接收电能且提升将递送到与车辆相关联的至少一个组件的电压。
本发明进一步提供具有光伏设备的车辆，所述车辆包含具有外部表面的车辆主体，多个太阳能模块安装在车辆的外部表面上。太阳能模块彼此电隔离且适于接收太阳辐射且将辐射转换成电能。至少一个DC/DC转换器电耦合到电隔离的模块，且适于从太阳能模块接收电能且提升将递送到车辆的至少一个组件的电压。
本发明进一步提供将电能从光伏设备递送到车辆的方法。所述方法包含在多个电隔离的太阳能模块上收集太阳辐射能量的步骤。每一太阳能模块适于接收太阳辐射且将所接受的辐射转换成电能。所收集的由太阳能转换的电能被递送到至少一个DC/DC转换器。转换器提升所述电能，且从所述转换器将所提升的电能输出到车辆。
本发明的优点是太阳能面板覆盖车辆的较大表面区域。本发明的另一优点是太阳能面板的形状为曲线。本发明的又一优点是太阳能面板包含一体式图形图案。本发明的又一优点是太阳能面板被分裂成独立的模块以便使用MPP跟踪使不同的太阳辐射角度和部分遮蔽条件下的效率最大化。本发明的进一步优点是系统与电能存储装置通信，且对所述电能存储装置进行充电。本发明的又一进一步优点是可存储由太阳能面板产生的能量以供稍后使用。
将容易了解本发明的其它特征和优点，在阅读了结合附图进行的后续描述之后，更好地理解本发明的其它特征和优点。
附图说明
图1为具有安装到车辆的光伏系统的车辆的透视图。
图2为具有安装到车辆的光伏系统的另一车辆的透视图。
图3为用于图1或图2的车辆的太阳能面板的透视图。
图4为图3的太阳能车顶面板的俯视图。
图5为图3的太阳能面板的分解图。
图6为用于图3的太阳能面板的邻近太阳能电池的细节图。
图7为说明使用电隔离的太阳能模块的电力分布的方法的框图。
具体实施方式
参看图1到图2，说明具有太阳能面板14的车辆10。在此实例中，车辆10为由太阳能和电两者提供动力的插入式混合车辆。车辆10包含具有框架的主体结构和覆盖框架的外部面板12，所述主体结构和外部面板12以协作的形式形成车辆的形状。车辆10包含内部空间11，内部空间11被称为车厢。对于敞篷式车辆10，车厢11可由在延伸的位置上覆盖车厢11的可移动的可转换顶部密封。车辆10还包含储存空间13，储存空间13被称为车尾行李箱或行李舱13。车尾行李箱或行李舱13可经由车箱盖15进入。车箱盖15为以枢转的方式连接到车辆主体的面板部件，使得车箱盖15可在多个位置中铰接。例如，车箱盖15可围绕前边缘15A枢转，以便向车辆10的车尾行李箱13提供入口，且围绕后边缘15B枢转，以便在车辆车尾行李箱内收藏经折叠的顶部。
车辆10也可包含动力系，动力系可操作以推动车辆10。在此实例中，动力系为插入式混合体，且包含电动机和电动机控制器。车辆10可还包含汽油动力引擎，其在某些操作条件下需要时补充电动机。电能可存储在例如电池等能量存储装置70中。各种类型的电池70是可用的，例如，铅酸电池或锂离子电池等。应了解，车辆10可包含一种以上类型的电池70或能量存储装置。电池以电的形式供应动力以操作各种车辆组件。在此实例中，存在向车辆组件提供动力的低电压电池70(例如，典型的12V铅酸电池)和高电压电池(例如，超过60V的牵引电池)，且在此实例中为向电驱动电动机提供动力的400V牵引电池。电池70可与控制系统通信，所述控制系统调节车辆10内的动力的分布，例如，到电驱动电动机或车辆组件或其它附件等。在此实例中，高电压电池从插入式源和汽油引擎接收电能，且低电压电池以待描述的方式从高电压电池或光伏源接收电能。在进一步的实例中，高电压电池和低电压电池可从太阳能源接收电能。
参看图3到图6，车辆包含光伏设备14，光伏设备14接收光能且将所述能量转换成电能。在实例中，光伏设备为定位在车辆10的表面上的大体上平面的太阳能面板14，以便接收来自太阳的辐射能。太阳能面板14经定位以促进(例如)在车顶面板、车盖箱15或另一车辆主体面板12内收集辐射能。在实例中，太阳能面板14可界定大体上平面的几何形状、曲线几何形状，或者另外对应于车辆外部面板12的轮廓。进一步的实例中，为了增加光伏区域，可提供可伸缩的太阳能面板，其可操作以打开太阳能面板且将太阳能面板暴露于日光。
太阳能面板14是可操作的，以收集来自太阳的辐射能，且将太阳的能量转换成可用于在车辆10的操作中使用的所存储的电能。太阳能是可用于补充其它能量源的能量，例如，此实例的插入式源或矿物燃料。补充性太阳能有效地增加车辆10的性能，即，用于供另一车辆特征或附来使用的增加的电范围。
太阳能面板14包含布置在太阳能阵列中的多个太阳能电池20，如在图3、图4和图7中所展示。在一实例中，个别太阳能电池20可囊封在聚合物层18内。太阳能电池20操作上将所吸收的日光转换成电。电池20可以待描述的方式进行分组且电连接并封装在一起。一般来说，太阳能电池20由半导体材料制成，例如，硅、硅酮晶体、砷化镓(GaAs)等。当太阳能电池20接收日光时，部分日光被吸收在半导体内，且所吸收的光的能量被传递到半导体材料。来自日光的能量在半导体材料内释放电子，所述电子被称为自由载流子。这些自由电子可移动以形成电流，且所得的自由电子流产生场，从而引起电压。将金属接点附接到电池20以允许从电池中汲取出电流且用在其它地方。金属接点可以待描述的方式布置在预定的图案中。
太阳能面板14被分成形成电分离区的四个区段或模块22。太阳能电池20以预定的布置或图案(例如，阵列)定位在每一模块中。举例来说，每一模块可含有电池的5×4阵列。模块22本身由交叉连接器24或母线连接，如在图6中所展示。另外，模块内的每一电池20由电池连接器26或纵梁串联电连接，如在图6中所展示。模块和对应阵列内的每一电池的尺寸经大小设计以填满可用的空间。在特定实例中，阵列界定部分且大体上外扩的图案。
可使用各种技术来制造太阳能面板14，技术的选择是非限制性的。在一实例中，太阳能面板由具有层状结构的玻璃面板制造。在另一实例中，光伏系统可安装在复合结构内或并入复合结构内，例如，在聚合物材料或复合材料内一体地形成。太阳能模块可层压在耐用聚合物(例如，耐刮聚碳酸酯)内。在进一步的实例中，太阳能模块22安装在薄膜(例如，非晶硅等)中。在更进一步的实例中，光伏系统包含模块22，模块22形成于其它暴露的车辆结构中(例如，形成于窗中)。可使用有机太阳能聚能器或特殊染色的窗，其在其边缘处将光引导到太阳能电池。因此，太阳能面板结构将影响车辆的特性，例如，重量、成本、封装等。
参看图5，说明层状太阳能面板结构的实例。因此，第一层16可为背衬材料，例如，箔材料。第二层18可为聚合物层。聚合物材料的实例为乙烯醋酸乙烯酯(EVA)等。第三层可为玻璃材料。太阳能电池20可包含在聚合物材料内。第二层18可包含聚合物涂层的另一层，因此将太阳能电池20和连接器24和26夹在聚合物层之间。在一实例中，太阳能面板进一步包含玻璃的第三或顶部层28(图5)。此顶部层28可包含各种涂层，其本质上可装饰性或功能性的。例如，顶部层28的内表面可具有抗反射涂层，因为硅为有光泽的材料，且被反射的光子无法被电池20使用。在一实例中，抗反射涂层减少光子的反射。抗反射涂层可为黑屏，其涂覆于顶部层的除了收集太阳能动力的电池20上之外的所有区域上。抗反射涂层可为黑色。举例来说，黑色涂层可为例如丙烯酸或玻璃料涂料等材料。顶部层28可包含额外图形涂层32，其在视觉上增强太阳能面板的外观。在一实例中，可将额外图形图案32涂覆于顶部玻璃层，例如，通过油漆或丝网印刷过程。在进一步的实例中，图形图案为金色涂料。可通过将热施加到玻璃而使层结合在一起，从而将所述层一起形成为单个单元。
太阳能面板14操作上与太阳能充电系统34通信。为了使太阳能最大化，且进而弥补燃料使用，存储由太阳能面板14产生的能量。通常，能量存储在低电压电池70中。另外，太阳能充电系统34操作上可以待描述的方式与车辆充电系统通信。太阳能面板中的模块22中的每一者并入有最大功率点(MPP)跟踪特征，所述最大功率点(MPP)跟踪特征以待描述的方式针对各种太阳辐射角度和太阳能面板14的部分遮蔽条件而使功率输出最大化。此特征假设：如果特定模块22中的一个电池20被遮住太阳，那么模块上的其它电池的性能也可减小。由于每一模块22在电上是分离的，且与其它模块隔离，且因此是独立的，其它可用模块22的能量收集操作可得到优化。
参看图7，描述了最大功率点跟踪特征。太阳能充电系统34包含电转换器，例如，DC/DC升压式转换器36(也称为DC/DC转换器)，其与太阳能面板模块22中的至少一者通信以调整模块22的输出电流。例如，每一模块22耦合到DC/DC转换器36以调整从所述模块22输出的电压。来自模块22的电压比对低电压电池70进行充电所需的电压低。以此方式，维持每一模块22的输出电压，且因此可使用太阳能来对低电压电池70进行充电。在一实例中，每一太阳能面板模块22可输出高达3安培，即，四个模块22总共为12安培。在此实例中，功率提升器36为DC/DC增能器转换器36，其从太阳能模块22接收电流，且将电压转换到车辆可用的范围。典型的范围包含对于低电压电池的14V到16V，或对于高电压电池的约216V到422V。在此实例中，存在对应于每一模块的DC/DC增能器。在进一步的实例中，模块22输出电压在10V到12V之间，且DC/DC转换器输出为14V到16V。低电压电池70通常为12V电池，但电压可能波动。
每一模块22包含电线，其将电压递送到转换器36。能量存储装置或电池70包含正端子71a和负端子71b。来自模块22的电压经由正电压输入线79a和负电压输入线79b递送到转换器36。转换器36的输出包含正输出电压线79c和负输出电压线79d，其分别对应于正端子71a和负端子71b。
依据相对于车辆位置的可用日光，太阳能模块22或光伏模块可经历部分或完全遮蔽。单个电池的遮蔽可造成对应模块的性能降低。例如，3％的遮蔽可造成功率的25％的减少。为了使部分遮蔽损失最小化，每一模块22与其它模块电隔离。每一模块22包含其自身的最大功率点(MPP)跟踪。MPP为点亮下太阳能模块22的电流-电压(I-V)曲线上的点，其中电流和电压的乘积是最大的(Pmax，以瓦计)。描述此曲线点的I和V标度上的点命名为Imp(最大功率处的电流)和Vmp(最大功率处的电压)。
如果太阳能面板具有复合曲率(即，在如图1中所展示在多个方向上弯曲)，那么车顶的一个角落将比处于各种太阳辐射角度的另一部分接收更多的辐射。因此，电池20可布置在模块22内以使辐射接收最大化。由于太阳能面板14被分裂成多个模块22(例如，在此实例中为四个)，所以可减轻仅影响一个模块的部分遮蔽条件。例如，搁置在包含于一个模块22中的太阳能电池上的物体将不影响任何其它模块22。
混合式车辆可包含对于例如汽油发动机、其它控制器、驱动列车等车辆常规上已知的其它特征。
按照以上教示，本发明的许多修改和变化是可能的。因此，在所附权利要求书的范围内，除了明确所描述的内容之外，可实践本发明。

Claims (18)

1.一种用于车辆的光伏设备，其包括：
多个太阳能模块，其彼此电隔离，其中每一太阳能模块包含多个太阳能电池以用于接收太阳辐射且将所述太阳辐射转换成电能；
多个DC/DC转换器，其各自电耦合到对应的太阳能模块，以从所述对应的太阳能模块接收所述电能且将所述所接收的电能转换成输出电压；以及
能量存储装置，其与所述转换器中的每一者电连通以用于存储所述输出电压。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述能量存储装置为选自由低电压电池、高电压电池、电容器和其组合组成的群组的成员。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述太阳能模块安装在太阳能面板中，从而界定具有背衬层、第一聚合物层、太阳能模块层、第二聚合物层和玻璃层的层状结构。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述太阳能模块作为一体式单元形成于所述第一和第二聚合物层内。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述太阳能模块被层压在耐用聚合物材料内。
6.根据权利要求1所述的设备，其中每一太阳能模块安装在太阳能面板中，所述太阳能面板由选自由聚合物、复合聚合物、薄膜非晶硅和其组合组成的群组的材料形成。
7.根据权利要求1所述的设备，其中每一太阳能模块包含以预定配置布置的多个太阳能电池。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述预定配置为阵列。
9.根据权利要求7所述的设备，其中所述太阳能电池安装在所述聚合物层内的交叉连接器上。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述太阳能模块形成具有四个太阳能模块的太阳能面板。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述太阳能模块形成界定曲线几何形状的太阳能面板。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述太阳能面板在多个方向上弯曲。
13.根据权利要求1所述的设备，其中每一太阳能模块电耦合到对应的DC/DC升压式转换器。
14.根据权利要求1所述的设备，其中每一太阳能模块电耦合到对应的DC/DC转换器，所述对应的DC/DC转换器在所述转换器内具有彼此电隔离的电路径。
15.根据权利要求1所述的设备，其中所述太阳能模块安装在所述车辆的车顶上。
16.根据权利要求1所述的设备，其中所述太阳能面板安装在所述车辆的车箱盖上。
17.根据权利要求1所述的设备，其中每一太阳能模块内的所述太阳能电池经布置以使辐射接收最大化。
18.一种将电能从光伏设备递送到车辆的方法，所述方法包括以下步骤：
a.使用多个电隔离的太阳能模块收集太阳辐射能量，其中每一太阳能模块包含经布置以接收太阳辐射且将所述所接收的太阳辐射转换成电能的多个太阳能电池；
b.将所述所收集的电能递送到多个DC/DC转换器，每一转换器对应于一太阳能模块；
c，由每一转换器提升所述所收集的电能；以及
d.将所述所提升的电能从每一转换器输出到能量存储装置以供所述车辆使用。
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