CN106379139A - 一种太阳能车载辅助空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能车载辅助空调系统，包括电源模块和单片机控制模块，所述的太阳能车载辅助空调系统还包括制冷装置，制冷装置由至少一组半导体制冷片模块构成，每组半导体制冷片模块由上至下设有三层结构，第一层结构为热端水冷头，第二层结构由四块并排布设的半导体制冷片构成，第三层结构为冷端水冷头，其中四块并排布设的半导体制冷片的上下表面分别与热端水冷头、冷端水冷头紧贴，且相邻两层之间缝隙均填充有导热硅脂；本发明能够使汽车在太阳的暴晒下，通过安置在车顶太阳能电池板发电，同时利用半导体制冷片的Peltier效应对车厢内部进行制冷，使车内能保持相对适宜的温度。

Description

一种太阳能车载辅助空调系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能车载辅助空调系统，属于半导体制冷技术领域。

背景技术

在夏季，当汽车长时间停放在有阳光照射的地方时，由于车子在太阳下会通过外壳吸收太阳的辐射热，太阳光中的红外线也透过玻璃窗将热量带到车内的物品、座椅上，外界地面和空气中的温度也很高，会向车辐射和传导热量。而车内是相对封闭的，热量不易散发出去，导致车内温度很高。目前普遍的解决办法都是用车之前打开车门散热一段时间，如果赶时间的话，就会直接开启空调进行散热。而汽车空调一般通过发动机进行驱动，由此造成了更多的废弃排放，并且恢复到正常温度也需要一定的时间。

中国专利申请200510018785.6“太阳能半导体制冷式汽车辅助空调”公开了一种包括太阳能电池板、充电器、蓄电池、控制器、温度测量器、半导体制冷器的太阳能半导体制冷式汽车辅助空调；所述的控制器通过控制线控制充电器的充电，温度测量器将测量的温度由测量线传给控制器，并通过启动按钮控制控制器的启动，蓄电池通过控制开关连接半导体制冷器，控制器通过控制线(IO1)控制控制开关的开闭。该装置解决了汽车停泊于强烈阳光下车内温度升高,车主进入车内因温度过高而极为难受的问题，但由于只公布了发明的原理，未考虑到装置在运行时出现的冷量传送和散热问题，且并未涉及具体的硬件设计和安装，距离具体实施还有很大的距离。

中国专利申请201010215858.1 “太阳能半导体空调驾驶车舱” 公开了一种包括车舱、太阳能电池板、控制装置、半导体制冷片、散热片的太阳能半导体空调驾驶车舱，所述车舱顶部设有多个方孔,所述车舱顶部内壁安装有导热板,半导体制冷片置于方孔中与导热板相连,所述散热片安装在半导体制冷片上方,所述太阳能电池板安装在车舱顶部,所述太阳能电池板通过导线与控制装置相连,所述控制装置上安装有开关装置,所述控制装置控制半导体制冷片制冷或制热。该装置克服了现有技术中对车舱的制冷和制热都无法使用环保能源进行的缺点,通过太阳能为半导体制冷片供电进而对车舱内部进行制冷和制热，但该装置对车顶进行了较大的改造，改造成本和难度均较大，且其制冷面仅通过热传导进行冷量向车舱的传输，制冷效果较差。

中国专利申请201420492056.9公开了一种“车载太阳能半导体制冷空调装置”，包括空调机体、锂电池及单片机控制电路板，空调机体内设置有太阳能电池板和半导体制冷片，半导体制冷片安装在车身后备箱内，半导体制冷片的制冷端装有导冷风扇，半导体制冷片的散热端装有散热片和轴流风机，太阳能电池板置于车顶，锂电池及单片机控制电路板安装在车身后备箱内，太阳能电池板、锂电池及单片机控制电路板依次连接。该装置设计合理，采用太阳能光伏发电技术和半导体制冷技术，节约能源，安全环保，但由于该装置将半导体制冷片放置于车后备箱内，导致半导体热端产生的热量会大量传递到车厢内，导致制冷效果大大降低；且在密闭的后备箱内，半导体制冷片热端产生的热量仅通过风冷无法及时散失，会使热端温度急剧升高，甚至导致半导体片的损坏。

综上所述，现有太阳能半导体车内制冷技术普遍存在电池板的放置存在安全隐患、制冷效果差、半导体热端散热不充分、对汽车自身的结构改造较多和整套系统的安全性较差等缺点，如何克服现有技术的不足已成为当今流太阳能半导体制冷技术领域中亟待解决的重点难题之一。

发明内容

本发明提供一种太阳能车载辅助空调系统，本发明能够使汽车在太阳的暴晒下，通过安置在车顶太阳能电池板发电，同时利用半导体制冷片的Peltier效应对车厢内部进行制冷，使车内能保持相对适宜的温度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种太阳能车载辅助空调系统，包括电源模块和单片机控制模块，所述的太阳能车载辅助空调系统还包括制冷装置，其中制冷装置对车内提供冷气进行降温，单片机控制模块用于控制整个系统，电源模块通过太阳能发电板产生直流电，通过稳压电路使输出的电压稳定，同时为单片机控制模块、制冷装置提供电能，其特征在于：所述制冷装置由至少一组半导体制冷片模块构成，每组半导体制冷片模块由上至下设有三层结构，第一层结构为热端水冷头，第二层结构由四块并排布设的半导体制冷片构成，第三层结构为冷端水冷头，其中四块并排布设的半导体制冷片的上下表面分别与热端水冷头、冷端水冷头紧贴，且相邻两层之间缝隙均填充有导热硅脂；

作为本发明的进一步优选，所述的制冷装置包括两组半导体制冷片模块，由上至下布设有五层结构，第一层结构为热端水冷头，第二层结构由四块并排布设的半导体制冷片构成，第三层结构为冷端水冷头，第四层结构由四块并排布设的半导体制冷片构成，第五层结构为冷端水冷头；

作为本发明的进一步优选，所述的制冷装置还包括第一导热铜管、制冷风扇、冷排和第一微型水泵，且与半导体制冷片、冷端水冷头构成制冷部分，其中，冷端水冷头、第一导热铜管及第一微型水泵构成循环通路，循环通路内充满氯化钠溶液；所述的第一导热铜管穿过冷排且第一导热铜管在冷排内部呈S形环绕分布；所述的制冷风扇、冷排放置于汽车后窗玻璃下的置物台上，制冷风扇的出风口朝向汽车内部，第一微型水泵放置于汽车后备箱内；

所述的制冷装置还包括第二导热铜管、散热风扇、冷排和第二微型水泵，且与半导体制冷片、热端水冷头构成散热部分，其中，热端水冷头、第二导热铜管及第二微型水泵构成循环通路，循环通路内充满氯化钠溶液；散热风扇、冷排安装于汽车后背箱处的底盘上，第二微型水泵放置于汽车后备箱内，散热循环水箱放置于汽车后备箱备胎舱内，第二导热铜管通过开设在备胎舱底部的其中一个圆孔穿出车体，在车外的部分呈U型环路布设于汽车底盘上，此时，第二导热铜管通过开设在备胎舱底部的另一个圆孔穿入散热循环水箱；

作为本发明的进一步优选，所述的电源模块包括柔性太阳能电池板、蓄电池、控制器和电源模块开关，柔性太阳能电池板分别安装在汽车车顶、汽车两侧车窗和汽车后车窗，其中，安装在汽车两侧车窗、汽车后车窗的柔性太阳能电池板为百叶窗形；所述的蓄电池通过控制器与柔性太阳能电池板连接，电源模块开关设置于太阳能电池板、蓄电池之间；

作为本发明的进一步优选，所述的单片机控制模块包括STM32单片机、制冷片放热端温度传感器、制冷片冷端温度传感器、车内温度传感器、水箱温度传感器和总开关；所述制冷片放热端温度传感器包括四个贴片式DS18B20温度传感器，其中贴片式DS18B20温度传感器均贴附在热端水冷头上；所述的制冷片冷端温度传感器贴附在冷端水冷头上，其与STM32单片机相连接；所述的车内温度传感器为DS18B20温度传感器，放置于汽车车厢内；水箱温度传感器贴附在散热循环水箱内壁上，浸没于液面之下；总开关设置于蓄电池的输出端；

作为本发明的进一步优选，所述的半导体制冷片为TEC1-12706半导体制冷片，每片的额定功率为60W；半导体制冷片的工作由STM32单片机控制，所述的制冷装置的第二层结构和第四层结构中的半导体制冷片两两间歇工作；柔性太阳能电池板输出功率为425W，输出电压为12V；蓄电池为车载蓄电池，其额定电压为12V；所述的制冷风扇、散热风扇、第一微型水泵、第二微型水泵和半导体制冷片额定电压为12V，且均与蓄电池并联连接，通断控制由总开关完成；

作为本发明的进一步优选，散热循环水箱形状为扁平的圆柱形，散热循环水箱的顶盖上设有压力阀，当散热循环水箱内的蒸汽压力超过设定值时，自动开启放气，水箱温度传感器通过STM32单片机连接有报警装置，当散热循环水箱内水的温度超过65℃时，报警装置报警。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提出的一种太阳能车载辅助空调系统，通过液态氯化钠溶液作为冷量传导的介质，第一导热铜管穿过冷排且第一导热铜管在冷排内部呈S形环绕分布，采用散热风扇散热，同时结合水冷冷却，大大提高半导体制冷片的冷端的冷量传递和热端的良好散热，使整个系统稳定高效的运行；

本发明提供的一种太阳能车载辅助空调系统，为一种附加式的制冷装置，它不需要对汽车自身进行任何形式的改装，部件安装均与汽车自身的结构与装置形式相结合，大大降低了整套系统的成本和安装复杂度；

本发明利用单片机控制模块处理各个温度传感器反馈的信息，根据设定的温度区间控制整个装置的运行和休眠，同时控制八块半导体制冷片的间歇工作，从而使车内温度保持适宜；当水箱内温度超过设定值时，报警电路自动报警，提醒换水，进一步提高整个的系统的安全稳定性；

本发明所述散热风扇、冷排安装于后备箱底部，由于后备箱底部空间较大，使散热风扇-冷排与空气接触面积较大，能提升散热风扇、冷排的散热效果，所述第二导热铜管通过开设在备胎舱底部的其中一个圆孔穿出车体，在车外的部分呈U型环路布设于汽车底盘上，使第二导热铜管充分与车外空气接触，加快第二导热铜管与周围空气的换热，使散热更加充分。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图 1、2、3、4是本发明提出的一种太阳能车载辅助空调系统的太阳能电池板的安装位置示意图；

图 5是本发明提出的一种太阳能车载辅助空调系统的半导体制冷片模块工作原理示意图；

图6是本发明提出的一种太阳能车载辅助空调系统的八块半导体制冷片与一个冷端水冷头、两个热端水冷头组合方法示意图；

图7是本发明提出的一种太阳能车载辅助空调系统的第一导热铜管在冷排内部呈S形环绕布置的剖面图；

图8是本发明提出的一种太阳能车载辅助空调系统的第二导热铜管在车外的部分呈U型环路布置于汽车底盘示意图；

图9是本发明提出的一种太阳能车载辅助空调系统的元件安装位置侧面视图。

图中：1为柔性太阳能电池板、2为蓄电池，3为半导体制冷片模块、4为半导体制冷片,5为冷端水冷头，6为热端水冷头，7为备胎舱，8为备胎舱侧方小孔，9为压力阀，10为STM32单片机，11为制冷片放热端温度传感器，12为车内温度传感器，13为水箱温度传感器，14为制冷风扇，15为冷排，16为第一导热铜管，17为第一微型水泵，18为散热风扇，19为第二导热铜管，20为第二微型水泵，21为散热循环水箱，22为肋片。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1、图9所示，本发明的一种太阳能车载辅助空调系统，包括电源模块和单片机控制模块，所述的太阳能车载辅助空调系统还包括制冷装置，其中制冷装置对车内提供冷气进行降温，单片机控制模块用于控制整个系统，电源模块通过太阳能发电板产生直流电，通过稳压电路使输出的电压稳定，同时为单片机控制模块、制冷装置提供电能，其特征在于：所述制冷装置由至少一组半导体制冷片模块构成，每组半导体制冷片模块由上至下设有三层结构，第一层结构为热端水冷头，第二层结构由四块并排布设的半导体制冷片构成，第三层结构为冷端水冷头，其中四块并排布设的半导体制冷片的上下表面分别与热端水冷头、冷端水冷头紧贴，且相邻两层之间缝隙均填充有导热硅脂；

图5、图6、图7、图8、图9作为本发明的进一步优选，所述的制冷装置包括两组半导体制冷片模块，由上至下布设有五层结构，第一层结构为热端水冷头，第二层结构由四块并排布设的半导体制冷片构成，第三层结构为冷端水冷头，第四层结构由四块并排布设的半导体制冷片构成，第五层结构为冷端水冷头；

作为本发明的进一步优选，所述的制冷装置还包括第一导热铜管、制冷风扇、冷排和第一微型水泵，且与半导体制冷片、冷端水冷头构成制冷部分，其中，冷端水冷头、第一导热铜管及第一微型水泵构成循环通路，循环通路内充满氯化钠溶液；所述的第一导热铜管穿过冷排且第一导热铜管在冷排内部呈S形环绕分布；所述的制冷风扇、冷排放置于汽车后窗玻璃下的置物台上，制冷风扇的出风口朝向汽车内部，第一微型水泵放置于汽车后备箱内；

所述的制冷装置还包括第二导热铜管、散热风扇、冷排和第二微型水泵，且与半导体制冷片、热端水冷头构成散热部分，其中，热端水冷头、第二导热铜管及第二微型水泵构成循环通路，循环通路内充满氯化钠溶液；散热风扇、冷排安装于汽车后背箱处的底盘上，第二微型水泵放置于汽车后备箱内，散热循环水箱放置于汽车后备箱备胎舱内，第二导热铜管通过开设在备胎舱底部的其中一个圆孔穿出车体，在车外的部分呈U型环路布设于汽车底盘上，此时，第二导热铜管通过开设在备胎舱底部的另一个圆孔穿入散热循环水箱；

图1、图2、图3、图4所示，作为本发明的进一步优选，所述的电源模块包括柔性太阳能电池板、蓄电池、控制器和电源模块开关，柔性太阳能电池板分别安装在汽车车顶、汽车两侧车窗和汽车后车窗，其中，安装在汽车两侧车窗、汽车后车窗的柔性太阳能电池板为百叶窗形；所述的蓄电池通过控制器与柔性太阳能电池板连接，电源模块开关设置于太阳能电池板、蓄电池之间；

图5、图8、图9所示，作为本发明的进一步优选，所述的单片机控制模块包括STM32单片机、制冷片放热端温度传感器、制冷片冷端温度传感器、车内温度传感器、水箱温度传感器和总开关；所述制冷片放热端温度传感器包括四个贴片式DS18B20温度传感器，其中贴片式DS18B20温度传感器均贴附在热端水冷头上；所述的制冷片冷端温度传感器贴附在冷端水冷头上，其与STM32单片机相连接；所述的车内温度传感器为DS18B20温度传感器，放置于汽车车厢内；水箱温度传感器贴附在散热循环水箱内壁上，浸没于液面之下；总开关设置于蓄电池的输出端；

作为本发明的进一步优选，所述的半导体制冷片为TEC1-12706半导体制冷片，每片的额定功率为60W；半导体制冷片的工作由STM32单片机控制，所述的制冷装置的第二层结构和第四层结构中的半导体制冷片两两间歇工作；柔性太阳能电池板输出功率为425W，输出电压为12V；蓄电池为车载蓄电池，其额定电压为12V；所述的制冷风扇、散热风扇、第一微型水泵、第二微型水泵和半导体制冷片额定电压为12V，且均与蓄电池并联连接，通断控制由总开关完成；

作为本发明的进一步优选，散热循环水箱形状为扁平的圆柱形，散热循环水箱的顶盖上设有压力阀，当散热循环水箱内的蒸汽压力超过设定值时，自动开启放气，水箱温度传感器通过STM32单片机连接有报警装置，当散热循环水箱内水的温度超过65℃时，报警装置报警。

本发明提出的一种太阳能车载辅助空调系统的应用方式及要求进一步公开如下：

本发明所述通过固定装置安装于汽车车顶太阳能电池板在阳光照射下产生电能并对蓄电池充电，停车时，当车内温度传感器检测到汽车车内温度高于26℃时，STM32单片机的控制程序做出反应，对半导体制冷片其中四块（共八块）进行供电，同时开启第一微型水泵和第二微型水泵，以及散热风扇和制冷风扇；

循环氯化钠溶液经过布置在半导体制冷片冷端水冷头和第一导热铜管后水温迅速降低，在第一微型水泵作用下经第一导热铜管泵至车内后窗玻璃下的置物台上的制冷风扇、冷排内S形环绕的第一导热铜管处，经制冷风扇通过冷排将冷气吹散至车内；

半导体制冷片热端紧贴布置有热端水冷头，循环氯化钠溶液经过布置在半导体制冷片热端水冷头和第二导热铜管后，在第二微型水泵作用下泵至第二导热铜管位于汽车底盘的U型环路进行第一次散热，再经过散热风扇-冷排进行第二次散热，最后在第二微型水泵作用下泵至汽车后备箱备胎槽内的散热循环水箱进行第三次散热。

当单片机控制模块通过半导体制冷片热端温度传感器检测到正在工作的半导体制冷片热端温度高于80℃时，此时STM32单片机通过控制电路切断此半导体制冷片的电源供应，驱动另外四块半导体制冷片工作，如此循环往复。

当单片机控制模块检测到汽车蓄电池电压低于12V时，太阳能电池板开始给蓄电池充电，太阳能电池板与蓄电池之间串联二极管，保证电流单向通过，从而保证不损耗蓄电池中电量，直至检测到将蓄电池电量充满，控制程序关闭电源模块开关，太阳能电池板停止工作。

散热循环水箱顶盖上设有压力阀，当散热循环水箱内压力超过设定值时, 压力阀自动开启放气；当散热循环水箱内水的温度超过65℃时，水箱温度传感器通过STM32单片机连接的报警装置报警，提醒换水。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种太阳能车载辅助空调系统，包括电源模块和单片机控制模块，所述的太阳能车载辅助空调系统还包括制冷装置，其中制冷装置对车内提供冷气进行降温，单片机控制模块用于控制整个系统，电源模块通过太阳能发电板产生直流电，通过稳压电路使输出的电压稳定，同时为单片机控制模块、制冷装置提供电能，其特征在于：所述制冷装置由至少一组半导体制冷片模块构成，每组半导体制冷片模块由上至下设有三层结构，第一层结构为热端水冷头，第二层结构由四块并排布设的半导体制冷片构成，第三层结构为冷端水冷头，其中四块并排布设的半导体制冷片的上下表面分别与热端水冷头、冷端水冷头紧贴，且相邻两层之间缝隙均填充有导热硅脂。

2.根据权利要求1所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于：所述的制冷装置包括两组半导体制冷片模块，由上至下布设有五层结构，第一层结构为热端水冷头，第二层结构由四块并排布设的半导体制冷片构成，第三层结构为冷端水冷头，第四层结构由四块并排布设的半导体制冷片构成，第五层结构为冷端水冷头。

3.根据权利要求2所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于：所述的制冷装置还包括第一导热铜管、制冷风扇、冷排和第一微型水泵，且与半导体制冷片、冷端水冷头构成制冷部分，其中，冷端水冷头、第一导热铜管及第一微型水泵构成循环通路，循环通路内充满氯化钠溶液；所述的第一导热铜管穿过冷排且第一导热铜管在冷排内部呈S形环绕分布；所述的制冷风扇、冷排放置于汽车后窗玻璃下的置物台上，制冷风扇的出风口朝向汽车内部，第一微型水泵放置于汽车后备箱内；

所述的制冷装置还包括第二导热铜管、散热风扇、冷排和第二微型水泵，且与半导体制冷片、热端水冷头构成散热部分，其中，热端水冷头、第二导热铜管及第二微型水泵构成循环通路，循环通路内充满氯化钠溶液；散热风扇、冷排安装于汽车后背箱处的底盘上，第二微型水泵放置于汽车后备箱内，散热循环水箱放置于汽车后备箱备胎舱内，第二导热铜管通过开设在备胎舱底部的其中一个圆孔穿出车体，在车外的部分呈U型环路布设于汽车底盘上，此时，第二导热铜管通过开设在备胎舱底部的另一个圆孔穿入散热循环水箱。

4.根据权利要求3所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于：所述的电源模块包括柔性太阳能电池板、蓄电池、控制器和电源模块开关，柔性太阳能电池板分别安装在汽车车顶、汽车两侧车窗和汽车后车窗，其中，安装在汽车两侧车窗、汽车后车窗的柔性太阳能电池板为百叶窗形；所述的蓄电池通过控制器与柔性太阳能电池板连接，电源模块开关设置于太阳能电池板、蓄电池之间。

5.根据权利要求4所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于：所述的单片机控制模块包括STM32单片机、制冷片放热端温度传感器、制冷片冷端温度传感器、车内温度传感器、水箱温度传感器和总开关；所述制冷片放热端温度传感器包括四个贴片式DS18B20温度传感器，其中贴片式DS18B20温度传感器均贴附在热端水冷头上；所述的制冷片冷端温度传感器贴附在冷端水冷头上，其与STM32单片机相连接；所述的车内温度传感器为DS18B20温度传感器，放置于汽车车厢内；水箱温度传感器贴附在散热循环水箱内壁上，浸没于液面之下；总开关设置于蓄电池的输出端。

6.根据权利要求5所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于：所述的半导体制冷片为TEC1-12706半导体制冷片，每片的额定功率为60W；半导体制冷片的工作由STM32单片机控制，所述的制冷装置的第二层结构和第四层结构中的半导体制冷片两两间歇工作；柔性太阳能电池板输出功率为425W，输出电压为12V；蓄电池为车载蓄电池，其额定电压为12V；所述的制冷风扇、散热风扇、第一微型水泵、第二微型水泵和半导体制冷片额定电压为12V，且均与蓄电池并联连接，通断控制由总开关完成。

7.根据权利要求6所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于：散热循环水箱形状为扁平的圆柱形，散热循环水箱的顶盖上设有压力阀，当散热循环水箱内的蒸汽压力超过设定值时，自动开启放气，水箱温度传感器通过STM32单片机连接有报警装置，当散热循环水箱内水的温度超过65℃时，报警装置报警。