CN102570577B - 汽车照明供电系统和包含该系统的汽车电气系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车电子技术，特别涉及一种利用太阳能的汽车照明系统和包含该系统的汽车电气系统。按照本发明，利用太阳能的汽车照明供电系统包括：太阳能电池单元；辅助蓄电池，其专用于向汽车照明系统供电；切换单元，其与所述太阳能电池单元、所述辅助蓄电池和所述汽车照明系统连接；以及控制单元，其根据所述太阳能电池单元和所述辅助蓄电池的状态，通过控制所述切换单元实现对所述汽车照明系统的供电。按照本发明的实施例，在光线充足的时候汽车照明系统由太阳能电池供电。另一方面，在太阳能电池供电不足时，可以启用辅助蓄电池来供电，从而提高了可靠性。此外，超出汽车照明系统功耗需求的太阳能被存储在辅助蓄电池中，这进一步提高了太阳能电池的利用效率。

Description

汽车照明供电系统和包含该系统的汽车电气系统

技术领域

本发明涉及汽车电子技术，特别涉及一种利用太阳能的汽车照明系统和包含该系统的汽车电气系统。

背景技术

汽车照明对交通安全起着重要的作用。在各种不同条件下的有效路面照明，目的不仅仅是增加人的视觉，在某些情况下若不借助车辆照明系统，想看见东西是完全不可能的事情。高性能的前照灯以及其它前后车灯是实现“看得见和被看见”的汽车照明的基本目标。前照灯的主要功能是照亮道路，让驾驶者能够监视道路情况，及时看清障碍物并作出反应。转向信号灯则提示其他人车辆将改变方向。装在车尾的灯在恶劣天气和黑夜打开，表明车辆位置。制动灯表明车辆是否正在制动。车内最重要的照明莫过于各种控制器件和变速器的安全操作以及反映操作情况的相应信息流，而首先要求有良好照明的仪表板和各种控制的单独照明灯，以满足轻松和安全操作的基本要求。

目前的汽车照明系统通常由车载蓄电池供电，为了保证启动的成功，车载蓄电池必须保持足够的电量，这限制了汽车照明系统的使用。

太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速的推广应用。根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能的光伏技术是一项非常重要的技术，能够实现人类向可持续的全球能源系统转变。但是作为一种能源来源，太阳能在汽车中还未被充分利用，这主要缘于太阳能电池的高昂成本和低驱动功率等缺点。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种汽车照明供电系统，其可利用太阳能为汽车照明系统提供充足的电能并且具有较高的能源使用效率。

上述目的可以由下述技术方案实现。

一种利用太阳能的汽车照明供电系统，包括：

太阳能电池单元；

辅助蓄电池，其专用于向汽车照明系统供电；

切换单元，其与所述太阳能电池单元、所述辅助蓄电池和所述汽车照明系统连接；以及

控制单元，其根据所述太阳能电池单元和所述辅助蓄电池的状态，通过控制所述切换单元实现对所述汽车照明系统的供电。

优选地，在上述汽车照明供电系统中，所述太阳能电池单元包括：

太阳能电池；以及

与所述太阳能电池的相连的输出功率优化电路，用于通过调整所述太阳能电池的工作电压使得所述太阳能电池的输出功率最大。

优选地，在上述汽车照明供电系统中，所述太阳能电池单元的状态包括所述太阳能电池的最大输出功率，而所述辅助蓄电池的状态包括荷电状态。

优选地，在上述汽车照明供电系统中，所述控制单元按照下列方式实现对所述汽车照明系统的供电：

当所述辅助蓄电池的荷电状态低于预设值时，通过切换单元使所述太阳能电池单元向所述辅助蓄电池充电并生成使所述汽车照明供电系统外部的电源向所述汽车照明系统供电的指示；

当所述辅助蓄电池的荷电状态不低于预设值时，如果所述太阳能电池单元的最大输出功率大于所述汽车照明系统的功率需求，则通过切换单元使所述太阳能电池单元向所述汽车照明系统供电，否则，则通过切换单元使所述太阳能电池单元和所述辅助蓄电池联合向所述汽车照明系统供电。

优选地，在上述汽车照明供电系统中，所述最大输出功率及与该最大输出功率对应的工作电压由所述控制单元利用神经网络计算得到并提供给所述功率优化电路，该神经网络包含输入层、隐含层和输出层，所述输入层的神经元包括环境温度、光照强度、该环境温度和光照强度下的所述太阳能电池的工作电压和工作电流，所述隐含层的神经元包括所述太阳能电池单元的开路电压、短路电流、等效电路的串联电阻、并联电阻，所述输出层的神经元包括最大输出功率和与所述最大输出功率对应的工作电压。

优选地，在上述汽车照明供电系统，其中，所述神经网络为反向传播神经网络，在学习训练过程中按照下列方式调整各层权重：

如果本次权重调整后所述神经网络总的误差上升或不变，则减小步长，否则增大步长，这里的步长根据神经网络总误差趋向于零的不同趋向程度来确定。

优选地，在上述汽车照明供电系统中，神经网络总误差与步长之间遵循下列函数关系：

$\mathrm{\η}=e^{{-\mathrm{\αE}}^2}$

这里η为步长，E为神经网络总误差，α为大于零的常数。

优选地，在上述汽车照明供电系统中，所述切换单元包括依次串联的第一继电器、蓄电池适配电路和第二继电器，其中，所述第一继电器包含与所述太阳能电池单元相连的输入端、与所述控制单元相连的控制端和分别与所述汽车照明系统和所述蓄电池适配电路相连的两个输出端，所述第二继电器包含分别与所述蓄电池适配电路和所述辅助蓄电池相连的两个输入端、与所述控制单元相连的控制端和分别与所述汽车照明系统和所述辅助蓄电池相连的两个输出端，根据经各自控制端接收的来自所述控制单元的控制信号，所述第一和第二继电器选择性地在输入端和输出端之间建立导电通道。

优选地，在上述汽车照明供电系统，其中，所述太阳能电池为覆盖在汽车车窗表面或顶篷表面的薄膜太阳能电池或安装在汽车车窗表面或顶篷表面的单晶硅或多晶硅太阳能电池。

上述目的还可以通过下列技术方案实现：

一种利用太阳能的汽车照明供电系统，包括：

太阳能电池单元；

辅助蓄电池，其专用于向汽车照明系统供电；

接口单元，其与所述汽车照明系统连接，用于将输入的电压转换为适于所述汽车照明系统的工作电压；

切换单元，其与所述太阳能电池单元、所述辅助蓄电池和所述汽车照明系统连接；以及

控制单元，其根据所述太阳能电池单元和所述辅助蓄电池的状态，通过控制所述切换单元实现对所述汽车照明系统的供电。

优选地，在上述汽车照明供电系统中，所述切换单元包括依次串联的第一继电器、蓄电池适配电路和第二继电器，其中，所述第一继电器包含与所述太阳能电池单元相连的输入端、与所述控制单元相连的控制端和分别与所述接口单元和所述蓄电池适配电路相连的两个输出端，所述第二继电器包含分别与所述蓄电池适配电路和所述辅助蓄电池相连的两个输入端、与所述控制单元相连的控制端和分别与所述接口单元和所述辅助蓄电池相连的两个输出端，根据经各自控制端接收的来自所述控制单元的控制信号，所述第一和第二继电器选择性地在输入端和输出端之间建立导电通道。

本发明的另一个目的是提供一种汽车电气系统，其可利用太阳能为汽车照明系统提供充足的电能并且具有较高的能源使用效率。

本发明的上述目的可通过下列技术方案实现：

一种汽车电气系统，包含：

汽车照明系统；

利用太阳能的汽车照明供电系统，包括：

太阳能电池单元；

辅助蓄电池，其专用于向所述汽车照明系统供电；

切换单元，其与所述太阳能电池单元、所述辅助蓄电池和所述汽车照明系统连接；以及

控制单元，其根据所述太阳能电池单元和所述辅助蓄电池的状态，通过控制所述切换单元实现对所述汽车照明系统的供电；

车载蓄电池；

发电机；

与所述控制单元的电源管理单元，用于在所述汽车照明供电系统不向所述汽车照明系统供电时，控制所述车载蓄电池和/或发电机向所述汽车照明系统供电。

优选地，在上述汽车电气系统中，所述太阳能电池单元包括：

太阳能电池；以及

与所述太阳能电池的相连的输出功率优化电路，用于通过调整所述太阳能电池的工作电压使得所述太阳能电池的输出功率最大。

优选地，在上述汽车电气系统中，所述太阳能电池单元的状态包括所述太阳能电池的最大输出功率，而所述辅助蓄电池的状态包括荷电状态。

优选地，在上述汽车电气系统中，所述控制单元按照下列方式实现对所述汽车照明系统的供电：

如果所述辅助蓄电池的荷电状态低于预设值，则通过切换单元使所述太阳能电池单元向所述辅助蓄电池充电并生成使所述汽车电源管理单元控制所述车载蓄电池和/或发电机向所述汽车照明系统供电的指示；

如果所述太阳能电池单元的最大输出功率大于所述汽车照明系统的功率需求，则通过切换单元使所述太阳能电池单元向所述汽车照明系统供电，否则，则通过切换单元使所述太阳能电池单元和所述辅助蓄电池联合向所述汽车照明系统供电。

优选地，在上述汽车电气系统中，所述最大输出功率及与该最大输出功率对应的工作电压由所述控制单元利用神经网络计算得到并提供给所述功率优化电路，该神经网络包含输入层、隐含层和输出层，所述输入层的神经元包括环境温度、光照强度、该环境温度和光照强度下的所述太阳能电池的工作电压和工作电流，所述隐含层的神经元包括所述太阳能电池单元的开路电压、短路电流、等效电路的串联电阻、并联电阻，所述输出层的神经元包括最大输出功率和与所述最大输出功率对应的工作电压。

优选地，在上述汽车电气系统中，所述神经网络为反向传播神经网络，在学习训练过程中按照下列方式调整各层权重：

如果本次权重调整后所述神经网络总的误差上升或不变，则减小步长，否则增大步长，这里的步长根据神经网络总误差趋向于零的不同趋向程度来确定。

优选地，在上述汽车电气系统中，神经网络总误差与步长之间遵循下列函数关系：

$\mathrm{\η}=e^{{-\mathrm{\αE}}^2}$

这里η为步长，E为神经网络总误差，α为大于零的常数。

优选地，在上述汽车电气系统中，所述切换单元包括依次串联的第一继电器、蓄电池适配电路和第二继电器，其中，所述第一继电器包含与所述太阳能电池单元相连的输入端、与所述控制单元相连的控制端和分别与所述汽车照明系统和所述蓄电池适配电路相连的两个输出端，所述第二继电器包含分别与所述蓄电池适配电路和所述辅助蓄电池相连的两个输入端、与所述控制单元相连的控制端和分别与所述汽车照明系统和所述辅助蓄电池相连的两个输出端，根据经各自控制端接收的来自所述控制单元的控制信号，所述第一和第二继电器选择性地在输入端和输出端之间建立导电通道。

本发明的上述目的还可通过下列技术方案实现：

一种汽车电气系统，包含：

汽车照明系统；

利用太阳能的汽车照明供电系统，其特征在于，包括：

太阳能电池单元；

辅助蓄电池，其专用于向汽车照明系统供电；

接口单元，其与所述汽车照明系统连接，用于将输入的电压转换为适于所述汽车照明系统的工作电压；

切换单元，其与所述太阳能电池单元、所述辅助蓄电池和所述汽车照明系统连接；以及

控制单元，其根据所述太阳能电池单元和所述辅助蓄电池的状态，通过控制所述切换单元实现对所述汽车照明系统的供电；

车载蓄电池；

发电机；

与所述控制单元的电源管理单元，用于在所述汽车照明供电系统不向所述汽车照明系统供电时，控制所述车载蓄电池和/或发电机向所述汽车照明系统供电。

按照本发明的实施例，在光线充足的时候(例如阳光明媚的天气)汽车照明系统由太阳能电池供电。另一方面，在太阳能电池供电不足时(例如黑夜或阴天)，可以启用辅助蓄电池来供电，从而提高了可靠性。此外，超出汽车照明系统功耗需求的太阳能被存储在辅助蓄电池中，这进一步提高了太阳能电池的利用效率。

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其它目的及优点更加完全清楚。

附图说明

图1为按照本发明第一实施例的汽车电气系统的结构框图。

图2a为按照本发明第二实施例的汽车照明供电系统的结构框图。

图2b为按照本发明第三实施例的汽车照明供电系统的结构框图。

图3a和3b分别为图2a和2b所示汽车照明供电系统中的太阳能电池单元和切换单元的内部结构框图。

图4示出了太阳能电池的输出功率P与工作电压U和工作电流I的关系。

图5为一种典型的最大输出功率以及相应的工作电压的确定过程的示意图。

图6为用于计算太阳能电池最大输出功率以及相应的工作电压的人工神经网络模型的示意图。

图7为太阳能电池的简化模型示意图。

图8为图6所示的神经网络模型的学习训练过程的流程图。

图9描述基于各种策略的电能分配过程的流程图。

具体实施方式

下面将根据表示本发明实施方式的附图具体说明本发明。

在本说明书中，“连接”一词应当理解为在两个单元之间直接传送能量或信号，或者经一个或多个第三单元间接传送能量或信号，而且这里所称的信号包括但不限于以电、光和磁的形式存在的信号。

图1为按照本发明第一实施例的汽车电气系统的结构框图。在图1中，带箭头的粗实线表示电能流动的传输路径，带箭头的细实线表示控制信号的传输路径。参见图1，按照本实施例的汽车电气系统1包括汽车照明供电系统10、汽车照明系统20、车载蓄电池30、发电机40和汽车电源管理单元50。在本实施例中，如果汽车照明供电系统10由于某些原因(例如供电不足或需要优先储备电能等)而无法向汽车照明系统20供电时，汽车电源管理单元50将控制车载蓄电池30和发电机40向汽车照明系统20供电。也就是说，汽车照明系统20的电能可来源于专用于向其供电的汽车照明供电系统10，或者来源于作为汽车电气系统1标准配置的车载蓄电池30和发电机40。

以下描述上述汽车电气系统中的汽车照明供电系统的内部结构。

图2a为按照本发明第二实施例的汽车照明供电系统的结构框图。

参见图2a，按照本实施例的汽车照明供电系统10包括太阳能电池110、辅助蓄电池120、接口单元130、切换单元140和控制单元150。在图2a中，带箭头的粗实线表示电能流动的传输路径，带箭头的细实线表示控制信号的传输路径。

如图2a所示，切换单元140与太阳能电池单元110、辅助蓄电池120、接口单元130和控制单元150连接，其在控制单元150的控制下，根据太阳能电池单元110和辅助蓄电池120的状态，在辅助蓄电池120和系统外部的汽车照明系统20之间分配太阳能电池单元110输出的电能。至于具体的电能分配策略将在下面的描述中给出。值得注意的是，切换单元140与辅助蓄电池120之间具有双向的电能传输路径，因此辅助蓄电池120既可以存储太阳能电池单元110产生的电能，也可以向汽车照明系统20供电。接口单元130连接在切换单元130和汽车照明系统20之间，用于将切换单元130提供的电压转换为适于汽车照明系统20的工作电压。

在本实施例中，辅助蓄电池120被专门用于向汽车照明系统供电，也就是说，其是独立于用于其它用途的车载蓄电池(例如启动型蓄电池、负责向除汽车照明系统以外的汽车电器供电的驱动型蓄电池)的储能设备。

太阳能电池单元110和辅助蓄电池120的状态指的是可以表征这两个单元的电能供给能力的参数，例如包括但不限于包含在太阳能电池单元中的太阳能电池的最大输出功率和辅助蓄电池的荷电状态(SOC)。

控制单元150是按照本实施例的汽车照明供电系统10的核心，其除了与切换单元140连接之外，还与太阳能电池单元110和系统外部的汽车电源管理单元50连接。在本实施例中，控制单元150根据传感器测得的信号计算出太阳能电池单元110中的太阳能电池的最大输出功率以及该功率下的工作电压并将计算结果提供给太阳能电池单元110，从而使太阳能电池单元以最大的输出能力工作。有关最大输出功率的计算方法将在下面的描述中给出。控制单元150与汽车电源管理单元50连接(例如通过CAN总线)，因此当汽车照明供电系统10的供电能力不足时，控制单元150可以通知汽车电源管理单元50，接着，在后者的控制下，车载蓄电池30和/或发电机40将向汽车照明系统20供电以避免或减缓汽车照明系统20供电不足的窘境。

需要指出的是，在图2a所示的实施例中，接口单元130是可选的，也即在有些情况下是可以省略的，例如当汽车照明供电系统10外部或者汽车照明系统20内部已经配备这样的接口电路时。

图2b示出了按照本发明第二实施例的汽车照明供电系统的结构框图。与图2a所示的实施例相比，这里省略了接口电路，这样，切换单元140与汽车照明系统20连接。

图3a和3b分别为图2a和2b所示汽车照明供电系统中的太阳能电池单元和切换单元的内部结构框图。

如图3a和3b所示，太阳能电池单元110包括太阳能电池110a和与太阳能电池的输出端相连的输出功率优化电路110b。在本实施例中，太阳能电池110a可以采用覆盖在汽车车窗表面或顶篷表面的薄膜太阳能电池，或安装在汽车车窗表面或顶篷表面的单晶硅或多晶硅太阳能电池。另外，在本实施例中，输出功率优化电路110b的输出功率将被送往切换电路130的第一继电器130a。

众所周知，在确定的外部条件下，随着负载的变化，太阳能电池的输出功率将随之变化，但是存在一个最大功率点或峰值功率，也就是说，在某个工作电压或工作电流下，太阳能电池的输出功率最大。图4示出了太阳能电池的输出功率P与工作电压U和工作电流I的关系，在图4中，粗线为输出功率P与工作电压U的关系曲线，而虚线为工作电压U与工作电流I的关系曲线。在本实施例中，输出功率优化电路110b通过调整太阳能电池110a的工作电压，使得输出功率最大。输出功率优化电路110b例如可以采用采用Buck直流-直流变换器的形式，在这种实现方式下，控制单元150确定与太阳能电池110a的最大输出功率对应的工作电压Umax，并且通过脉冲宽度调制(PWM)的方式来控制直流-直流转换电路的导通-关断时间之比或其上的电压降，从而将太阳能电池110a的工作电压调整为Umax。

以下描述控制单元150确定最大输出功率的方法。

图5为一种典型的最大输出功率及其相应的工作电压的确定过程的示意图。在图5中，横轴代表太阳能电池110a的输出电压U，纵轴代表太阳能电池110a的输出功率P。如图5所示，通过持续地向太阳能电池110a的输出电压施加扰动(图5中以向上和向下的箭头标示)并比较当前太阳能电池输出功率与前一周期的输出功率的大小(在图5中也即A-E点中成对的相邻点(A，B)、(B，C)、(C，D)和(D，E))，对太阳能电池110a的工作点进行实时控制调整，由此可实现对最大功率点的跟踪(在图5所示的情形下，最大功率点为C，其对应的功率和电压分别为Pm和Um)。

与上述方法不同，本发明的发明人提出了一种采用神经网络模型来计算最大输出功率和相应的工作电压的方法。

图6为用于计算太阳能电池最大输出功率以及相应的工作电压的人工神经网络模型的示意图。

如图6所示，该模型采用三层反向传播神经网络，即一层输入层、一层隐含层和一层输出层。本发明的发明人经过研究发现，太阳能电池的最大输出功率以及相应的工作电压虽然与众多因素有关，但是环境温度和光照强度是比较重要的因素；此外，太阳能电池的性能和特性将随着使用时间的流逝而变化，这种变化可以由同样环境温度和光照强度下的工作电压-工作电流的关系曲线的变化来表征。基于上述考虑，在图6所示的神经网络模型中，输入层的神经元包括环境温度、光照强度、该环境温度和光照强度下的太阳能电池的工作电压和工作电流。为了减少计算强度，这里的隐含层仅有一层，该层的神经元包括太阳能电池单元的开路电压、短路电流、等效电路的串联电阻、并联电阻。图7为太阳能电池的简化模型示意图。隐含层的神经元变量在图7所示的模型中都有明确的物理含义，这有利于利用简化模型对图6所示的神经网络进行验证和修改。神经网络的输出层的神经元包括最大输出功率和与所述最大输出功率对应的工作电压。

对于图6所示的神经网络，隐含层的第j个神经元的输入u_j和y_j分别为：

$u_j=a_{0j}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{ij}}{x}_i---\left(1\right)$

y_i＝f₁(u_j)(2)

式中，n为输入层的神经元的数量，i为输入层神经元的序号，j为隐含层神经元的序号，x_i是输入层的第i个神经元的输入，a_0j是隐含层的第j个神经元的偏差权值，a_ij是输入层的第i个神经元与隐含层的第j个神经元之间的联接权重，f₁(u_j)为激励函数，它作用于隐含层的第j个神经元的输入u_j以产生成隐含层的第j个神经元的输出y_j。

输出层的第k个神经元的输入u_k和输出z_k分别为：

$v_k=b_{0k}+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{b}_{\mathrm{jk}}{y}_j---\left(3\right)$

z_k＝f₂(v_k)(4)

式中，m为隐含层神经元的数量，j和k分别为隐含层和输出层的神经元的序号，b_0k是输出层的第k神经元的偏差权值，b_jk是隐含层的第j个神经元与输出层的第k个神经元的联接权值，f(v_k)激励函数，它作用于输出层的第k个神经元的输入y_j以产生成输出层的第k个神经元的输出zk。

如上所述，可以利用图7所示的简化模型对图6所示的神经网络进行验证和修改。在图7所示的简化模型中，太阳能电池被视为由理想电流源(光照产生光电流的电流源)、理想二极管、并联电阻Rsh与电阻Rs组成，假设I_ph为太阳能电池的输出电流，I_d为经过理想二极管的电流，I为太阳能电池的实际输出电流，则太阳能电池的开路电压U_OC和短路电流I_SC满足下列关系：

$U_{\mathrm{OC}}=\frac{1}{\mathrm{\β}}\ln [\frac{I_{\mathrm{SC}}}{I_0}+1]---\left(5\right)$

$\mathrm{\β}=\frac{q}{\mathrm{nKT}}---\left(6\right)$

式中，I₀、q、n和K为常数，T为温度。

通过考察作为图6所示的神经网络隐含层的神经元变量的开路电压U_OC与短路电流I_SC之间是否满足式(5)和(6)或者与(5)和(6)的符合程度来验证该神经网络的合理性。

图8为图6所示神经网络模型的学习训练过程的流程图。如图8所示，在步骤810中，对各层内的单元的权重赋值。接着在步骤820中，输入一个样本以及期望的输出。在步骤830中，根据正向传播算法计算得到各层的输出并由此确定总误差。在步骤840中，根据总误差趋向于零的程度确定权重的调整值或步长。在步骤850中，用标准的反向传播(BP)算法对各单元的权重进行修正。在步骤860中，再次根据正向传播算法计算得到各层的输出并由此确定新的总误差。在步骤870中，判断该新的总误差是否小于预设的阈值，如果是，则结束学习训练过程，否则返回步骤840。

在上述步骤840中，本发明的发明人提出采用下式来确定各单元的权重的调整值或步长：

$\mathrm{\η}=e^{{-\mathrm{\αE}}^2}---\left(7\right)$

这里η为步长，E为神经网络的总误差，α为大于零的常数，例如优选地可以取值在0.01-1之间。

再次参见图3a，其还示出了切换单元130的内部结构。由图可见，在按照第一实施例的汽车照明供电系统中，切换单元130包含依次串联的第一继电器130a、蓄电池适配电路130b和第二继电器130c。

第一继电130a器包含输入端T1、两个输出端T2、T3以及控制端T4，其中，输入端T1与太阳能电池单元110的输出功率优化电路110b相连，输出端T2和T3分别与蓄电池适配电路T2和接口单元140相连，控制端T4与控制单元150相连，这样，控制单元150可经控制端T4对第一继电器130a进行控制，以根据一定的供电策略在T1与T2之间或者T1与T3之间建立电能传输路径，使得太阳能电池单元110产生的电能输出至蓄电池适配电路130b或接口单元140。

蓄电池适配电路130b连接在第一和第二继电器130a和130c之间，其将来自太阳能电池单元110的输出电能的电压转换(升高或降低)为适于辅助蓄电池120的充电电压。

第二继电130c器包含两个输入端T5和T6，它们分别接收来自蓄电池适配电路130b和辅助蓄电池120输出的电能。第二继电器130c还包括分别与辅助蓄电池120和接口单元140相连的两个输出端T7和T8，用于向辅助蓄电池120和接口单元140输送电能。第二继电器130c还包含与控制单元150相连的控制端T9，这样，控制单元150可经控制端T9对第二继电器130c进行控制，以根据一定的供电策略在T5与T7之间、T5与T8之间或者T6与T8之间建立电能传输路径，使得太阳能电池单元110产生的电能输出至辅助蓄电池120或接口单元140，或者使辅助蓄电池120储存的电能输出至接口单元140。

图3b示出了图2b所示的汽车照明供电系统内的切换单元的结构。由于该实施例的汽车照明供电系统省略了接口单元，因此如图3b可见，第一继电器130a的输出端T3和第二继电器130c的输出端T8将直接与汽车照明系统20相连。在该实施例中，切换单元130的内部结构与第一实施例的相同，因此这里不再重复描述。

值得指出的是，可以采用本领域内技术人员熟知的多种电路结构来实现蓄电池充电适配电路130b和输出功率优化电路110b，因此这里不再对其电路结构作详细描述。

以下借助图9描述基于各种策略的电能分配过程的流程图。为描述方便起见，这里以图2a和3a所示的汽车照明供电系统为例。但是应该理解的是，下列过程也适合于本发明的其它实施例。

在步骤910，控制单元150获取辅助蓄电池120的工作电流和在该工作电流下的工作电压以及工作温度。这些工作参数可以借助安装在辅助蓄电池上或附近的传感器获取。

接着进入步骤920，控制单元150根据上述步骤获取的工作参数计算辅助蓄电池120的荷电状态。

随后进入步骤930，控制单元150判断辅助蓄电池120的荷电状态是否小于一个预设的阈值Th。如果结果为真，则进入步骤940，否则进步骤950。

在步骤940，控制单元150生成发送给第一和第二继电器130a和130c的控制信号，使第一继电器130a仅在输入端T1与输出端T2之间建立电能传输路径，并使第二继电器130c仅在输入端T5与T7之间建立电能传输路径，这样，太阳能电池单元110产生的电能将全部输出至辅助蓄电池120以使辅助蓄电池120的荷电状态尽快地达到阈值水平之上。

接着进入步骤在步骤960，控制单元150还生成汽车照明供电系统供电不足的指示信号并发送给汽车电源管理单元50。

随后进入步骤970，汽车电源管理单元50使车载蓄电池30和/或发电机40向汽车照明系统20供电。

在步骤950，控制单元150判断太阳能电池110a的最大输出功率是否大于汽车照明系统20的功率需求，如果结果为真，则进入步骤980，否则进入步骤990。

在步骤980，控制单元150生成发送给第一和第二继电器130a和130c的控制信号，使第一继电器130a在输入端T1与输出端T3之间以及输入端T1与输出端T2之间建立电能传输路径，并使第二继电器130c仅在输入端T5与T7之间建立电能传输路径，这样，太阳能电池单元110产生的电能一方面将经接口单元140输出至汽车照明系统20，另一方面还被输出至辅助蓄电池120以实现对辅助蓄电池120的充电。

在步骤990，控制单元150生成发送给第一和第二继电器130a和130c的控制信号，使第一继电器130a仅在输入端T1与输出端T3之间建立电能传输路径，并使第二继电器130c仅在输入端T6与T8之间建立电能传输路径，这样，太阳能电池单元110产生的电能和辅助蓄电池120存储的电能都将经接口单元140提供给汽车照明系统20。

由于可以在不背离本发明基本特征的精神下，以各种形式实施本发明，因此本实施方式是说明性的而不是限制性的，由于本发明的范围由所附权利要求定义，而不是由说明书定义，因此落入权利要求的边界和界限内的所有变化，或这种权利要求边界和界限的等同物因而被权利要求包涵。

Claims (8)

1.一种利用太阳能的汽车照明供电系统，其特征在于，包括：

太阳能电池单元；

辅助蓄电池，其专用于向汽车照明系统供电；

切换单元，其与所述太阳能电池单元、所述辅助蓄电池和所述汽车照明系统连接；以及

控制单元，其根据所述太阳能电池单元和所述辅助蓄电池的状态，通过控制所述切换单元实现对所述汽车照明系统的供电，

其中，所述太阳能电池单元的状态包括所述太阳能电池单元的最大输出功率，而所述辅助蓄电池的状态包括荷电状态，

其中，所述太阳能电池单元包括：太阳能电池；以及与所述太阳能电池的相连的输出功率优化电路，用于通过调整所述太阳能电池的工作电压使得所述太阳能电池的输出功率最大，

其中，所述最大输出功率及与该最大输出功率对应的工作电压由所述控制单元利用神经网络计算得到并提供给所述功率优化电路，该神经网络包含输入层、隐含层和输出层，所述输入层的神经元包括环境温度、光照强度、该环境温度和光照强度下的所述太阳能电池的工作电压和工作电流，所述隐含层的神经元包括所述太阳能电池单元的开路电压、短路电流、等效电路的串联电阻和并联电阻，所述输出层的神经元包括最大输出功率和与所述最大输出功率对应的工作电压，

其中，所述切换单元包括依次串联的第一继电器、蓄电池适配电路和第二继电器，其中，所述第一继电器包含与所述太阳能电池单元相连的输入端、与所述控制单元相连的控制端和分别与所述汽车照明系统和所述蓄电池适配电路相连的两个输出端，所述第二继电器包含分别与所述蓄电池适配电路和所述辅助蓄电池相连的两个输入端、与所述控制单元相连的控制端和分别与所述汽车照明系统和所述辅助蓄电池相连的两个输出端，根据经各自控制端接收的来自所述控制单元的控制信号，所述第一和第二继电器选择性地在输入端和输出端之间建立导电通道。

2.如权利要求1所述的汽车照明供电系统，其中，所述控制单元按照下列方式实现对所述汽车照明系统的供电：

当所述辅助蓄电池的荷电状态低于预设值时，通过切换单元使所述太阳能电池单元向所述辅助蓄电池充电并生成使所述汽车照明供电系统外部的电源向所述汽车照明系统供电的指示；

当所述辅助蓄电池的荷电状态不低于预设值时，如果所述太阳能电池单元的最大输出功率大于所述汽车照明系统的功率需求，则通过切换单元使所述太阳能电池单元向所述汽车照明系统供电，否则，则通过切换单元使所述太阳能电池单元和所述辅助蓄电池联合向所述汽车照明系统供电。

3.如权利要求1所述的汽车照明供电系统，其中，所述神经网络为反向传播神经网络，在学习训练过程中按照下列方式调整各层权重：

如果本次权重调整后所述神经网络总的误差上升或不变，则减小步长，否则增大步长，这里的步长根据神经网络总误差趋向于零的不同趋向程度来确定。

4.如权利要求1所述的汽车照明供电系统，其中，神经网络总误差与步长之间遵循下列函数关系：

$\mathrm{\η}=e^{-{\mathrm{\αE}}^2}$

这里η为步长，E为神经网络总误差，α为大于零的常数。

5.如权利要求1所述的汽车照明供电系统，其中，所述太阳能电池为覆盖在汽车车窗表面或顶篷表面的薄膜太阳能电池或安装在汽车车窗表面或顶篷表面的单晶硅或多晶硅太阳能电池。

6.一种利用太阳能的汽车照明供电系统，其特征在于，包括：

太阳能电池单元；

辅助蓄电池，其专用于向汽车照明系统供电；

接口单元，其与所述汽车照明系统连接，用于将输入的电压转换为适于所述汽车照明系统的工作电压；

切换单元，其与所述太阳能电池单元、所述辅助蓄电池和所述汽车照明系统连接；以及

控制单元，其根据所述太阳能电池单元和所述辅助蓄电池的状态，通过控制所述切换单元实现对所述汽车照明系统的供电，

其中，所述太阳能电池单元的状态包括所述太阳能电池单元的最大输出功率，而所述辅助蓄电池的状态包括荷电状态，

其中，所述太阳能电池单元包括：太阳能电池；以及与所述太阳能电池的相连的输出功率优化电路，用于通过调整所述太阳能电池的工作电压使得所述太阳能电池的输出功率最大，

其中，所述最大输出功率及与该最大输出功率对应的工作电压由所述控制单元利用神经网络计算得到并提供给所述功率优化电路，该神经网络包含输入层、隐含层和输出层，所述输入层的神经元包括环境温度、光照强度、该环境温度和光照强度下的所述太阳能电池的工作电压和工作电流，所述隐含层的神经元包括所述太阳能电池单元的开路电压、短路电流、等效电路的串联电阻和并联电阻，所述输出层的神经元包括最大输出功率和与所述最大输出功率对应的工作电压，

其中，所述切换单元包括依次串联的第一继电器、蓄电池适配电路和第二继电器，其中，所述第一继电器包含与所述太阳能电池单元相连的输入端、与所述控制单元相连的控制端和分别与所述接口单元和所述蓄电池适配电路相连的两个输出端，所述第二继电器包含分别与所述蓄电池适配电路和所述辅助蓄电池相连的两个输入端、与所述控制单元相连的控制端和分别与所述接口单元和所述辅助蓄电池相连的两个输出端，根据经各自控制端接收的来自所述控制单元的控制信号，所述第一和第二继电器选择性地在输入端和输出端之间建立导电通道。

7.一种汽车电气系统，包含：

汽车照明系统；

利用太阳能的汽车照明供电系统，其特征在于，包括：

太阳能电池单元；

辅助蓄电池，其专用于向所述汽车照明系统供电；

切换单元，其与所述太阳能电池单元、所述辅助蓄电池和所述汽车照明系统连接；以及

控制单元，其根据所述太阳能电池单元和所述辅助蓄电池的状态，通过控制所述切换单元实现对所述汽车照明系统的供电；

车载蓄电池；

发电机；

与所述控制单元的电源管理单元，用于在所述汽车照明供电系统不向所述汽车照明系统供电时，控制所述车载蓄电池和/或发电机向所述汽车照明系统供电，

其中，所述太阳能电池单元的状态包括所述太阳能电池单元的最大输出功率，而所述辅助蓄电池的状态包括荷电状态，

其中，所述太阳能电池单元包括：太阳能电池；以及与所述太阳能电池的相连的输出功率优化电路，用于通过调整所述太阳能电池的工作电压使得所述太阳能电池的输出功率最大，

其中，所述最大输出功率及与该最大输出功率对应的工作电压由所述控制单元利用神经网络计算得到并提供给所述功率优化电路，该神经网络包含输入层、隐含层和输出层，所述输入层的神经元包括环境温度、光照强度、该环境温度和光照强度下的所述太阳能电池的工作电压和工作电流，所述隐含层的神经元包括所述太阳能电池单元的开路电压、短路电流、等效电路的串联电阻和并联电阻，所述输出层的神经元包括最大输出功率和与所述最大输出功率对应的工作电压。

8.一种汽车电气系统，包含：

汽车照明系统；

利用太阳能的汽车照明供电系统，其特征在于，包括：

太阳能电池单元；

辅助蓄电池，其专用于向汽车照明系统供电；

接口单元，其与所述汽车照明系统连接，用于将输入的电压转换为适于所述汽车照明系统的工作电压；

切换单元，其与所述太阳能电池单元、所述辅助蓄电池和所述汽车照明系统连接；以及

控制单元，其根据所述太阳能电池单元和所述辅助蓄电池的状态，通过控制所述切换单元实现对所述汽车照明系统的供电；

车载蓄电池；

发电机；

与所述控制单元的电源管理单元，用于在所述汽车照明供电系统不向所述汽车照明系统供电时，控制所述车载蓄电池和/或发电机向所述汽车照明系统供电，

其中，所述太阳能电池单元的状态包括所述太阳能电池单元的最大输出功率，而所述辅助蓄电池的状态包括荷电状态，

其中，所述太阳能电池单元包括：太阳能电池；以及与所述太阳能电池的相连的输出功率优化电路，用于通过调整所述太阳能电池的工作电压使得所述太阳能电池的输出功率最大，

其中，所述最大输出功率及与该最大输出功率对应的工作电压由所述控制单元利用神经网络计算得到并提供给所述功率优化电路，该神经网络包含输入层、隐含层和输出层，所述输入层的神经元包括环境温度、光照强度、该环境温度和光照强度下的所述太阳能电池的工作电压和工作电流，所述隐含层的神经元包括所述太阳能电池单元的开路电压、短路电流、等效电路的串联电阻和并联电阻，所述输出层的神经元包括最大输出功率和与所述最大输出功率对应的工作电压。