CN114475879A - 用于自行车的能量收集 - Google Patents

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CN114475879A CN202111232215.2A CN202111232215A CN114475879A CN 114475879 A CN114475879 A CN 114475879A CN 202111232215 A CN202111232215 A CN 202111232215A CN 114475879 A CN114475879 A CN 114475879A
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S·哈恩
H·S·德弗里斯
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Abstract

本公开涉及用于自行车的能量收集。自行车部件包括具有适于安装到自行车的安装装置的平台。太阳能电池阵列布置在该平台上。电池充电单元也布置在该平台上并且能操作地连接到该太阳能电池阵列。

Description

用于自行车的能量收集
技术领域
本申请总体上涉及一种包含环境能量收集系统的自行车部件，例如装备有太阳能电池以给备用电池充电的自行车翼子板。
背景技术
现代自行车越来越多地配备有电子部件，例如换档器、拨链器、功率表和滴管柱(dropper post)。如果向这些部件供电的电池未被更换或再充电，则它们耗尽能量并且这些部件停止起作用。对于一些骑乘者来说，必须监视电池的状态并周期性地对这些电池再充电可能不太方便。
为此，当骑行时，骑乘者可以选择携带备用电池。然而，即使这些备用电池也会自然地放电，这是因为它们向电池管理系统(BMS)提供电力。还存在进一步有助于自放电的内部化学反应。这意味着备用电池即使从未使用过也可能无法保持完全充电。
发明内容
在一个方面中，自行车部件的一个实施例包括具有适于安装到自行车的安装装置的平台。太阳能电池阵列布置在所述平台上。电池充电单元也布置在所述平台上并且可操作地连接到所述太阳能电池阵列。
在自行车部件的一个实施例中，所述平台具有中心线纵向轴线，并且所述太阳能电池阵列包括至少第一分支和第二分支，其中所述第一分支和所述第二分支布置在所述纵向轴线的相反侧上。所述第一分支和所述第二分支中的每一个分支包括串联连接的相应的第一多个太阳能电池和第二多个太阳能电池。所述第一分支和所述第二分支并联连接。
在另一方面中，自行车部件的一个实施例包括具有可操作地连接到太阳能电池阵列的电容器的电池充电单元，其中所述电容器可操作以存储从所述太阳能电池阵列传输的能量，并且其中所述电容器以第一电压存储能量。所述电池充电单元还包括：可操作地连接到所述电容器的升压转换器，其中所述升压转换器可操作以将所述第一电压升高到第二电压；电池，所述电池可操作地连接到所述升压转换器，其中所述升压转换器以所述第二电压将电力传输到所述电池；以及微控制器，所述微控制器可操作地连接到所述电容器和所述升压转换器，其中所述微控制器可操作以发信号通知所述升压转换器将所述电力传输到所述电池，并且其中所述微控制器可操作以从所述电容器接收电力。
在另一方面中，用于自行车的电池充电系统的一个实施例包括具有适于安装到自行车的安装装置的平台和布置在所述平台上的太阳能电池阵列。所述太阳能电池阵列包括并联连接的至少第一分支和第二分支，所述第一分支和所述第二分支中的每一个分支具有串联连接的相应的第一多个太阳能电池和第二多个太阳能电池。所述第一分支和所述第二分支分别具有第一长度和第二长度，其中所述第一长度和所述第二长度小于或等于160mm。电池充电单元布置在所述平台上并且可操作地连接到所述第一分支和所述第二分支，其中所述电池充电单元可操作以便以6.0V到8.4伏之间的电压将电力传输到电池。
自行车部件和电池充电系统以及用于其使用和组装的方法的各种实施例提供了优于其它自行车部件、充电装置和方法的显著优点。例如但不限于，自行车部件在自行车上提供空间，在该空间中，可以对备用电池远程地或无约束地充电，并且使用可再生能源，特别是太阳能。以这种方式，系统既能够维持电池上的电荷，而且还能对耗尽的电池进行充电，而不管是否使用自行车(例如，停放)。例如但不限于，在一个实施例中，诸如自行车翼子板、水瓶架和面板之类的各种平台可以配备有诸如太阳能电池之类的环境能量收集系统。这允许平台从太阳收集能量并给诸如电池之类的能量存储装置充电。许多骑乘者已经使用这样的平台。例如，翼子板被用作阻止水和泥浆的装置，否则将从轮胎喷溅水和泥浆，而水瓶架和用于保持柔性面板的位置是自行车上的常见特征。因此，许多自行车可以利用一个或多个平台而无需进行结构改变。
前面的段落已经通过一般介绍的方式提供，并且不旨在限制下面给出的权利要求的范围。通过参考以下结合附图的详细描述，将最好地理解各种优选实施例以及进一步的优点。
附图说明
通过结合附图阅读以下描述，本发明的目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1是具有翼子板的自行车的一个示例的侧视图，该翼子板联接有充电部件。
图2是没有充电部件的翼子板的一个实施例的俯视图。
图3是图2中所示的翼子板的俯视图，其中充电部件联接到该翼子板。
图4是太阳能电池电路示意图。
图5A和图5B是图3中所示的翼子板的俯视立体图和仰视立体图。
图6是安装在自行车前叉组件上的图3中所示的翼子板的后视立体图。
图7是安装在自行车前叉组件上的图3中所示的翼子板的前视立体图。
图8是具有另选配置的充电部件的翼子板的另一实施例的俯视图。
图9A和图9B是联接有充电部件的翼子板的另一实施例的后视立体图和前视立体图。
图10A至图10C是联接有充电部件的翼子板的另选实施例的立体装配图、立体图和俯视图。
图11A至图11C是联接有充电部件的柔性面板的立体装配图、俯视图和仰视图。
图12A和图12B是联接有充电部件的水壶架的立体装配图和前视图。
图13是系统框图。
图14是示出充电滞后循环的流程图。
图15是示出示例性MPPT算法的流程图。
图16是示出示例性PMIC行为的流程图。
图17是示出示例性电池连接状态的流程图。
图18A至图18C是图解说明当分别暴露于高光度(high light)、中光度(moderatelight)及低光度(low light)时电容器电压随时间的曲线图。
具体实施方式
应当理解，如本文所使用的术语“多个”是指两个或更多个。如本文所使用的术语“纵向”是指或涉及长度方向或纵长方向2。如本文中所使用的术语“横向”是指位于一侧到一侧的方向上、指向一侧到一侧的方向或在一侧到另一侧的方向上延伸。术语“联接”是指直接地或例如利用中间构件间接地连接或接合，并且不需要接合是固定的或永久的，不过它可以是固定的或永久的。如本文中所使用的术语“第一”、“第二”等并不意味着被指派给如此指定的特定部件，而是仅以所称作的数字次序指代这些部件，这意味着被指定为“第一”的部件稍后可能是“第二”此类部件，这取决于该部件被提及的次序。还应当理解，指定“第一”和“第二”不一定意味着如此指定的两个分量或值是不同的，意味着例如第一方向可以与第二方向相同，每个简单地适用于不同的分量。术语“上”、“下”、“后”、“前”、“前头”、“后头”、“竖直”、“水平”、“右”、“左”、“内侧”、“外侧”及其变型或派生词是指从坐在自行车上的使用者的视角看的图1中所示的示例性自行车50的方位，例如，“内侧”部件或特征更靠近在方向“A”上延伸的自行车的竖直中间平面或纵向中心线2。术语“横向”意指不平行。术语“外部”和“向外地”是指背离居中位置的方向或特征，例如，短语“径向向外”、“径向方向”和/或其派生词指远离居中位置的特征。相反，术语“内部”和“向内地”是指面向居中或内部位置的方向。术语“子组件”是指多个部件的组件，其中子组件能够进一步组装成其它子组件和/或最终组件，例如自行车50。
图1示出了人力车辆的一个示例。在该示例中，该车辆是一种可能类型的自行车50，诸如山地自行车。自行车50具有车架52、靠近车架的前端的手把54以及用于将骑乘者支撑在车架上面的车椅或鞍座56。自行车50还具有由支撑车架的前端的前叉子组件60承载的第一轮或前轮58。自行车50还具有支撑车架52的后端的第二轮或后轮62。车架52的后端可以由后悬架部件61(例如后减震器)支撑。自行车50还具有带有曲柄组件66的传动系64，曲柄组件66经由链条68可操作地联接到位于轮毂附近的提供后轮62的旋转轴线的后飞轮70或从动链轮组件。曲柄组件66包括至少一个且通常为两个曲柄臂75和踏板76以及链环组件300或驱动链轮组件。曲柄主轴(未示出)可以连接这两个曲柄臂。曲柄组件还可以包括其他部件。
诸如拨链器之类的后齿轮变换装置37设置在后轮62处，以使链条68移动通过飞轮70的不同链轮。在一个实施例中，可以提供诸如拨链器之类的前齿轮变换器装置，以使链条68移动通过链环组件的多个链轮。在所示的示例中，鞍座56支撑在座柱81上，该座柱81具有接纳在车架的车架座管89的顶部中的端部。夹紧环91可被拧紧以将上座管81固定至下车架座管89。
在图1中，箭头“A”描绘了自行车50的正常骑行或向前移动方向，并且限定纵向方向或纵长方向。虽然图1中描绘的自行车50是山地自行车，但是各种自行车部件和平台100，诸如翼子板102、水瓶架202和柔性面板302，包括本文所公开的特定实施例和示例以及另选实施例和示例，都可以在其他类型的自行车上实现。例如但不限于，所公开的平台可以用于道路自行车以及具有机械(例如，线缆、液压、气动等)和非机械(例如，有线、无线)驱动系统的自行车。
现在参考图1、图6和图7，自行车部件被示出为安装在自行车50上。在一个实施例中，该部件包括具有纵向中心线2的平台100，纵向中心线2位于竖直平面内。术语“平台”是指限定至少一个表面的结构。在一个实施例中，平台表面是平坦的，但是可以是平面的或弯曲的。平台具有在纵向方向2上延伸的长度“L”，例如在图2中所示。在图1至图8的实施例中，平台100被配置为具有上表面104、下表面106、前边缘108、后边缘110和相对的侧边缘112、114的翼子板102。应当理解，术语“翼子板”是指邻近车轮布置或设置并且限定车轮旋转时将水从车轮偏转走的表面的任何结构，并且包括沿着翼子板的长度在一个、两个或更多个位置处支撑的挡泥板和翼子板。翼子板102可附接至自行车车架、前转向组件和/或座管。翼子板102可由柔性材料制成，使得其可被配置为如图2所示的柔性扁平或平坦面板，该面板可弯曲或弹性变形为弯曲形状或安装构造，如图1、图6和图7所示。在一个实施例中，翼子板102由柔性塑料材料制成，例如聚丙烯。该翼子板具有一对侧耳状部116或突片，所述一对侧耳状部116或突片在安装构造中基本上竖直地取向并且可定位在前转向系统的支腿内部或内侧。该翼子板包括安装装置118，该安装装置118被示出为形成在翼子板中的多个开口或孔，其中在侧耳状物116中形成有两对孔(每对两个)，并且在中心支撑部分120中形成有四个孔。
应当理解，短语“安装装置”是指提供将部件固定(永久地或可释放地)到另一个部件或结构的任何特征，并且包括例如但不限于一个或多个孔、紧固件、突片、卡扣、粘合剂、焊接、粘结等或它们的组合。如图1和图6所示，紧固件122(例如束线带或类似的条带或绳索)可用于将侧耳状部116固定到前叉的右侧支腿和左侧支腿77或管，而四个中心开口可接收紧固件122，例如螺栓、螺钉或束线带，以将翼子板固定到连接管的桥接件79，或固定到自行车车架的冠部或其它部分。翼子板的前部分124从支撑部分126向外/向前悬置出，其中前边缘108位于距支撑部分126的最前安装装置孔118距离D1的位置处。后部分128也从支撑部分126向外/向后悬置出，其中后边缘110位于距支撑部分的最后安装装置孔118距离D2的位置处。支撑部分126被限定在如图2所示的最前安装装置孔和最后安装装置孔之间。
在图1和图3至图6中所示的翼子板102的第一实施例中，太阳能面板130(另外称为太阳能电池阵列)被布置在平台上，具体地布置在平台的上表面104(包括中心支撑部分126和悬置后部分128的一部分)上。太阳能电池阵列至少包括第一分支132和第二分支134，其中第一分支和第二分支布置在纵向轴线的相反侧上。第一分支和第二分支中的每一者都包括各自的沿着每个分支串联连接的第一多个太阳能电池146和第二多个太阳能电池146。每个电池或元件具有0.6V的输出。第一分支132和第二分支134并联连接。应当理解，阵列可以包括多个分支，其中两个或更多个分支134、136、132、138位于轴线的各个侧，或者分支140以中心线纵向轴线2为中心，其中在轴线2的每一侧上具有至少一个分支，如图8的实施例中所示。
如图8所示，阵列还可以包括前阵列142和后阵列144，每个阵列具有多个分支132、134、136、138、140，所有这些分支并联连接。在一个实施例中，第一分支132和第二分支134具有第一长度和第二长度(分别为BL1和BL2)，其中第一长度和第二长度小于或等于160mm。在一个实施例中，多个分支132、134、136、138、140可以都具有相同的长度，或者这些分支的长度可以是不同的，例如，如果被配置有不同数量的串联电池的话。分支132、134、136、138、140还可以根据沿纵向方向(例如平行于纵向轴线2)布置的电池的数量来限定，其中第一分支和第二分支具有小于等于5的第一数量的电池和第二数量的电池。例如但不限于，分支132、134、136、138各自被示出为具有串联连接的五个电池。
在一定光照条件下，太阳能电池阵列130上的一些部分或位置可能经历与其他部分不同的照射水平。例如，如果光从翼子板的右侧接近，则左侧将经历较低的照射。因为太阳能电池的分支132、134、136、138并行接线，并且尽管分支中的一个或多个可能被遮蔽，但是为遮蔽分支的电力输出保持相同。同时，如果所有电池146并联连线，则开路电压变得等于可以被覆盖的仅一个电池的电压。因此，太阳能电池阵列130包括串联和并联连接的组合。如图4所示，二极管148可以设置在每个分支132、134、136、138的端部处，以防止向可能被遮蔽或经历更少照射的分支放电。如图3和图4中所示，太阳能电池阵列130的一个实施例包括并联接线并且在纵向方向上取向的四个分支，其中每个分支具有串联接线的五个电池146。应当理解，更多或更少的分支以及每个分支中的更多或更少的电池都可能是合适的。通过以这种方式将太阳能电池接线在一起，即使当光不均匀地分布时，太阳能面板或太阳能电池阵列130也可以输出显著的电力。例如，如果光从右侧接近，则最左侧的分支132可能具有非常少的光暴露。其他三个分支138、136、134的电力输出可以相对不受影响。因此，太阳能面板的电力输出将为其所有分支都均匀地暴露于光时的输出的约75％。
参考附图1、图3、图4和图6，电池充电单元50和电池152也布置在平台102上并且可操作地(例如，电)连接到分支132、134、136、138。短语“可操作地连接”是指机械地或电气地连接的两个或更多个部件或特征，使得两个或更多个部件可以起作用、工作和/或彼此通信。电池152和充电单元150位于平台的前悬置部分124上，靠近最前安装装置118。电池152例如通过卡扣配合或可释放突片可释放地连接到电池充电单元150，使得电池可以从电池充电单元移除，或者新电池可以可操作地(例如，机械地和电气地)连接到电池充电单元。在一个实施例中，充电单元150和电池152的重心154与最前安装装置孔118的位置相距距离D2，其中D2优选为60mm或更小。充电单元150和电池152与安装装置118(其被锚定到诸如车架或转向单元之类的支撑结构)的紧密接近有助于最小化由充电单元150和电池152施加的力臂(D2)，并且因此最小化充电单元和电池的重量施加到翼子板的力矩。充电单元150和电池152相对于支撑位置或安装装置118的紧密接近确保翼子板可在没有显著变形或失效的情况下支撑电池的重量，并且还有助于抑制例如骑行条件期间的任何相关联的振动。例如由金属(例如，钢)制成的加强板156或加强件可以安装在面板的底表面106上，以在前悬置部分处提供额外的强度和稳定性。在一个实施例中，加强板156在支撑电池充电单元的前部分下方延伸，并且还在安装装置118的至少一部分和支撑部分120的至少一部分下方延伸，包括例如与安装装置孔118中的至少一些孔重叠。其它诸如肋之类的加强件可以包含在面板或板中。如图5B所示，电池充电单元可以例如通过诸如铆钉、螺钉等紧固件159固定到加强板156，加强板由此桥接在充电单元和安装装置之间。
在自行车部件的一个实施例中，并且参考图13，电池充电单元150包括可操作地连接到太阳能电池阵列130的电容器158，其中该电容器可操作成存储从太阳能电池阵列传输的能量，并且其中该电容器以第一电压(例如1.8V->3.3V)存储能量。电池充电单元150还包括可操作地连接到电容器的升压转换器160，其中该升压转换器可操作以将第一电压升高到第二电压。电池152可操作地连接到：升压转换器，其中升压转换器160以第二电压将电力传输到电池；以及可操作地连接到电容器和升压转换器的微控制器单元(MCU)162，其中微控制器可操作以发信号通知升压转换器将电力传输到电池，并且其中微控制器可操作以从电容器接收电力。在一个实施例中，电池充电单元150可操作以便以6.0与8.4伏之间的电压将电力传输到电池152。电池充电单元还包括可操作地连接在电池和微控制器之间的电池传感器电路164，其中电池传感器电路可操作以实现从电池到微控制器的电力传输。所述电池充电单元还包括可操作地连接在电容器和微控制器之间的功率管理集成电路(PMIC)166，其中PMIC可操作以在第一电压超过第一预定值时允许从电容器到微控制器的电力流动，并且其中当所述第一电压下降到第二预定值时，所述PMIC可操作以停止来自所述微控制器的电力流动。升压转换器可操作以从微控制器接收信号以执行最大功率点追踪，其中将第一电压与预定最大功率点电压进行比较，并优化以第二电压传输到电池的电力。
在一个实施例中，图13中所示的电池充电单元电路和部件展示了在部件之间如何交换功率/电力和电信号。太阳能面板130或太阳能电池阵列从太阳或其他光源收集能量。它通过光伏效应将光转换成电。由太阳能面板130或太阳能电池阵列产生的电力/电功率被发送到或传输到存储能量的电容器158。然后，功率/电力从电容器传递到升压转换器160。当电池正被充电时，升压转换器逐步升高电压以匹配电池的充电电压。然后将电力传输到电池以对电池充电。
从太阳能面板130提取的电量不排他地取决于太阳照射量。电量也可以是负载的函数，即电路的消耗功率的部分的函数。为了使来自太阳能电池阵列的功率最大化，一个实施例中的系统能够控制负载的一些特性。调谐负载特性以最大化功率的过程被称为最大功率点追踪(MPPT)。在一个实施例中，MPPT由升压转换器160执行，升压转换器160从MCU 162接收电信号。根据算法，由MCU递增地调整信号的占空比，该算法被配置为在功率最大化的条件下变窄。这种算法的示例在图15中示出。MPPT算法被设计为将电池保持在3V+-100mV，其中升压输入：3V+/-0.100V(MTTP Algorthim)，和升压输出：6V-8.4V(电池充电)。
MCU 162负责控制系统的许多操作。为了执行这样的操作，MCU必须具有电源。在下面描述的一个例外的情况下，电力来自存储电容器158。电力离开存储电容器并穿过分路调节器(shunt regulator)168。分路调节器168防止存储电容器158达到可能损坏MCU 162的过电压。在其它实施例中，可省略分路调节器。电力从分路调节器流向功率管理集成电路(PMIC)166。PMIC允许电力在存储电容器的电压超过某个值的任何时候流到MCU，如图16中所示。PMIC在存储电容器的电压下降到某个值以下的任何时间停止电力MCU的流动。以这种方式，PMIC 166和MCU 162允许在低光度条件下进行充电。
如上所述，MCU的电力通常来自存储电容器。然而，在某些情况下，MCU可由连接到充电单元150的电池152供电。当具有非零电荷的电池连接到系统时，可能发生这种情况。所述连接由电池感测电路164检测，所述电池感测电路164使得电力能够从电池流到MCU。如图13所示，在进入MCU之前，电力流过低压差调节器(LDO)170。LDO调节施加到MCU的电压，从而保护其免受损坏。一旦电力已经到达MCU，MCU接通并执行若干启动操作。
MCU 162从电路的多个部分接收电信号。电池电压感测电路174向MCU发送信号以识别电池的充电状态。电池温度感测电路172向MCU发送信号以识别电池何时处于过热的风险。电池感测电路164向MCU发送信号以识别电池何时被连接。MCU还可以向电路的多个部分发送电信号。如上所述，一个信号被发送到升压转换器以控制MPPT。从天线176发送另一信号，以与移动设备178和/或其他电子自行车部件180进行无线通信。最后，可以将信号发送到LED电路182以指示新连接的电池的充电状态。该电路中的LED通过LDO调节器从电池152接收电力。
图17示出了系统在电池152连接时可进入的可能状态。如果所连接的电池具有零电荷，则系统开始根据其内置充电逻辑进行操作。另一方面，如果所连接的电池存储非零电荷，则系统可以执行一系列连接操作。首先，参考图13，LDO调节器170被使能，使得电力可从电池152流动到MCU 162。一旦MCU上电，它就注册新的电池。这意味着重置图14中所示的电荷滞后循环。接下来，MCU 162致动LED电路182以指示充电状态。MCU 162还可尝试经由天线176连接到其它设备178、180。这可以包括移动设备178和其他自行车部件180。一旦完成了这些电池连接操作，则充电逻辑接管。如果电池在任何点处被断开，则充电逻辑停止。
参考图14，每当系统注册新电池时，默认允许充电。电池继续充电直到其超过指定电压(被称为“停止电压”)。此时，不允许充电。当电池放电到低于所指定的“恢复电压”的点时，系统再次允许充电。停止电压和恢复电压应被充分间隔开(即，分别为8.5V和7.5V)。否则，电池经历过多数量的短充电循环。由于化学滞后效应，这导致显著的能量损失。如果在某一点处，电池的温度超过指定的阈值，则不允许充电以保护电池。在这种情况下，充电不能恢复，直到系统已经注册了新的电池。
图15示出了可以在该系统中使用的示例性MPPT算法。占空比指的是从MCU发送到升压转换器的信号的占空比，其中占空比最初设置为20％。在每100ms之后，系统采样存储电容器两端的电压，该电压由Vcap表示。然后将Vcap与获得最大功率点的电压(由Vmpp)进行比较。如果Vcap不在Vmpp的容许范围内，则占空比在适当的方向上移位1％。系统以在Vmpp的3％内的Vcap为目标，但是也可以使用其他容差。在太阳照射的某些范围内，Vmpp可以被视为恒定的，而不会对准确度造成太大牺牲。然而，可以使用考虑了Vmpp对太阳照射的依赖性的更广义的MPPT算法。MCU还可以在低光度条件下进入休眠模式。这在Vcap下降到低于指定休眠阈值Vsleep休眠时发生。在休眠模式中，MCU保持接通，但停止执行其正常操作。这阻止了到电池的电力流动，使得存储电容器可以在低光度下充电。只有一旦Vcap上升到高于恢复阈值Vres，MPPT算法才继续。
参考图16，PMIC 166具有接通(ON)电压和断开(OFF)电压两者。每当Vcap超过接通电压时，PMIC接通到MCU的电力。因此，MCU上电，开始MPPT算法并对电池充电。每当Vcap下降到低于断开电压时，PMIC 166断开到MCU 162的电力。因此，MCU关闭并且电池停止充电。然而，电容器可以继续充电。
图18A至图18C示出了MPPT算法和PMIC行为在不同光照条件下的组合效果。“高光度”是指有足够的太阳能来连续地对电池152充电并为MCU162供电的时候。“中光度”是指没有足够的太阳能来连续地对电池152充电，但是存在足够的太阳能来将MCU 162保持在休眠模式中的时候。“低光度”指的是没有足够的太阳能来将MCU 162保持在休眠模式中的时候。这些图中的每一个图都示出了Vcap如何在从无光过渡到相关联的光条件时随着时间的推移而改变。注意，这些是系统行为的简化表示。它们未按比例绘制，并且Vcap被示出为线性地变化，即使不是这种情况。
参考附13和图18A，电容器158在转换到高光度时开始充电。一旦Vcap达到PMIC接通电压，则电力流到MCU 162并接通MCU。MCU向升压转换器160发送信号并致动升压转换器160，并且电池开始充电。MPPT算法使Vcap稳定在Vmpp附近。因为存在大量的光，所以电容器能够维持其电压。
参考图18B，电容器158在过渡到中光度时开始充电，但是以比在图18A中更慢的速率充电。一旦Vcap达到PMIC接通电压，则电力流到MCU 162并将其接通。MCU向升压转换器160发送信号并致动升压转换器160，并且电池开始充电。然而，因为不存在大量的光，所以电容器158不能维持其电压。Vcap下降直到其达到Vsleep，此时MCU 162进入休眠模式并且电池充电停止。太阳能阵列130仍然收集比足以将MCU保持在休眠模式所需更多的电力，并且因此电容器158再次充电。一旦Vcap达到Vres，电池充电恢复，并且循环继续。
参考图18C，电容器158在过渡到低光度时开始充电，但以比在图18B中所示的速率甚至更慢的速率开始充电。一旦Vcap到达PMIC接通电压，则电力流到MCU 162并将其接通。MCU致动升压转换器160并且电池开始充电。然而，因为不存在大量的光，所以电容器158不能维持其电压。Vcap下降直到其达到Vsleep，此时MCU 162进入休眠模式并且电池152充电停止。光如此低以至于没有足够的电力来将MCU保持在休眠模式，并且因此Vcap继续下降，直到到达PMIC断开。此时，MCU 162关闭。在电容器上现在没有负载，因此它能够充电回到PMIC接通电压。该循环继续。
虽然该平台在图1至图6中示出为被配置为连接到桥接件79的前翼子板102，但该平台可以被配置为其他结构，包括其他翼子板。例如，在图8中，该平台被被配置为用于安装在“反向叉”上的前翼子板402，其中桥接件或拱形件定位在支腿后面，而不是在支腿前方。因此，该实施例的中心安装孔进一步向后设置并且在纵向上位于侧安装孔的后面。太阳能电池阵列144、142可以放置在电池充电器的后面和前面，以实现空间的最佳使用。在该实施例中，电池充电器和电池完全安装在支撑部分126上，位于在最前安装装置开口和最后安装装置开口之间。
图9A和图9B示出了被配置为后翼子板502的平台，该后翼子板具有沿一对侧壁的前边缘定位的安装装置504。在一个实施例中，安装装置504被配置为多个竖直间隔开的开口，所述多个竖直间隔开的开口可以由诸如束线带或螺钉之类的紧固件接合。翼子板具有弯曲悬置部分506，该弯曲悬置部分506沿纵向方向向下和向后弯曲，并且沿侧向方向向下弯曲。电池充电单元150或其重心定位成与安装装置504的平面相距距离D3。太阳能电池阵列130包括在纵向中心线2的每一侧上的三个分支510、512，其中每个分支510、512配置有沿着每个分支串联连接的五个太阳能电池146，并且六个分支510、512并联连接。
图10A至图10C示出了被配置为从鞍座56下方向后延伸的后翼子板602或挡泥板的平台。在该实施例中，平台是平坦或扁平的，或者具有略微弯曲的侧边缘604。安装装置606包括固定到座柱的中心开口608和限定凹槽616或凹口的一对侧耳状部610或翼片，凹槽616或凹口设置在鞍座的导轨612上并利用紧固件(诸如束线带)固定到鞍座的导轨612。翼子板沿纵向轴线2向后悬置。电池充电单元150或其重心被定位成与最后安装装置相距距离D4，在本实施例中该最后安装装置被配置为凹槽616。太阳能电池阵列620包括以纵向中心线为中心的两个居中定位的分支622、624，每个分支配置有串联连接的五个太阳能电池146，其中两个分支622、624并联连接。
参考图11A至图11C，平台被配置为柔性面板302，该柔性面板可以围绕自行车车架(例如车架52的顶管55或下管53)变形或缠绕。面板具有中央面板304，中央面板304具有外表面306，外表面306限定各自具有太阳能电池阵列的暴露的侧区域308，其中狭槽312将侧区域308与中央面板304分开。该面板包括具有安装装置314的两对耳状部310或突片，安装装置314被配置为孔眼，这些孔眼被定位成接收围绕车架构件52、53、55缠绕并将面板302固定到其上的束线带122或绳索。电池充电单元150沿着面板的中心线固定，并且从车架管径向向外延伸。电池充电单元或其重心定位在安装装置314之间，从而确保牢固的附接。太阳能电池阵列320包括位于纵向中心线2的相反侧上的侧区域上的两个分支324、326。每个分支配置有串联连接的五个太阳能电池146，其中两个分支324、326并联连接。
参考图12A和图12B，该平台被配置为具有中心安装脊部204的瓶架202，中心安装脊204被配置有安装装置206(示出为一对开口)，该安装装置206例如紧固件与车架管52、53、55接合而安装到自行车车架。瓶架包括相对的柔性臂208，每个臂配置有弯曲面板210和沿着纵向轴线2间隔开的一对弯曲的柔性支腿212。电池充电单元150固定到支撑平台216，支撑平台216从脊部204向上延伸并且封闭在面板之间由面板限定的腔218。支撑平台限定接合并保持安装在腔218中的瓶220的底板。太阳能电池阵列230包括位于纵向中心线2的相反侧上的每个侧面板上的两个分支232、234。每个分支配置有串联连接的五个太阳能电池146，其中四个分支232、234并联连接。
本文公开的实施例的图示旨在提供对各种实施例的结构的一般理解。这些图示不旨在用作利用本文描述的结构或方法的装置和系统的所有元件和特征的完整描述。在阅读本公开之后，许多其他实施例对于本领域技术人员而言可以是显而易见的。可以利用其它实施例并从本公开导出这些其他实施例，使得可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑替换和改变。另外，图示仅是代表性的，并且可能不是按比例绘制的。图示内的某些比例可能被夸大，而其他比例可以被最小化。因此，本公开和附图应被视为说明性的而非限制性的。
虽然本说明书包含许多细节，但是这些不应被解释为对本发明的范围或可以要求保护的内容的限制，而是作为对特定于本发明的特定实施例的特征的描述。在本说明书中在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独地或以任何合适的子组合来实现。此外，虽然特征可以在上面被描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中去除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。
类似地，虽然在附图中描绘并以特定顺序描述了操作和/或动作，但是这不应被理解为要求以所示的特定顺序或按顺序执行这样的操作或者要求执行所有示出的操作，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实施例中都要求这样的分离，并且应当理解，任何所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或者封装到多个软件产品中。
本公开的一个或多个实施例可以在本文中单独地和/或共同地由术语“发明”指代，这仅仅是为了方便，并且不旨在主动地将本申请的范围限制于任何特定的发明或发明构思。此外，尽管本文已经示出和描述了特定实施例，但是应当理解，被设计为实现相同或类似目的的任何后续布置可以替代所示的特定实施例。本公开旨在涵盖各种实施例的任何和所有后续修改或变化。在阅读本说明书后，上述实施例的组合以及本文未具体描述的其他实施例对于本领域技术人员是显而易见的。
提供本公开的摘要是为了符合37C.F.R.§1.72(b)，并以其将不用于解释或限制权利要求书的范围或含义的理解而提交。此外，在前面的详细描述中，出于简化本公开的目的，可以将各种特征组合在一起或在单个实施例中进行描述。本公开不应被解释为反映所要求保护的实施例需要比每个权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的，发明主题内容可以针对少于任何所公开的实施例的所有特征。因此，以下权利要求被结合到具体实施方式中，其中每个权利要求独立地代表单独要求保护的主题内容。
前面的详细描述旨在被认为是说明性的而不是限制性的，并且应当理解，包括所有等同物的以下权利要求旨在限定本发明的范围。权利要求书不应被解读为限于所描述的顺序或元件，除非另有说明。因此，落入所附权利要求及其等同物的范围和精神内的所有实施例都要求作为本发明来保护。
尽管已经出于说明性目的描述了实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。因此，前面的描述旨在被认为是说明性的而不是限制性的，并且应当理解，实施例和示例的所有等同物和/或组合旨在被包括在本说明书中。
虽然本文已经根据本公开的教导描述了操作和使用的某些部分、部件、特征和方法，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖了完全落入可允许等同物的范围内的本公开的教导的所有实施例。

Claims (20)

1.一种适于安装在自行车上的自行车部件，所述自行车部件包括：
平台，所述平台包括适于安装到所述自行车的安装装置；
布置在所述平台上的太阳能电池阵列；以及
电池充电单元，所述电池充电单元布置在所述平台上并且能操作地连接到所述太阳能电池阵列。
2.根据权利要求1所述的自行车部件，其中，所述电池充电单元位于所述安装装置的60mm内。
3.根据权利要求1所述的自行车部件，其中，所述安装装置包括至少一个开口。
4.根据权利要求1所述的自行车部件，其中，所述平台包括翼子板。
5.根据权利要求4所述的自行车部件，其中，所述翼子板包括上表面，其中所述太阳能电池阵列布置在所述上表面上。
6.根据权利要求1所述的自行车部件，其中，所述平台包括中心线纵向轴线，并且其中所述太阳能电池阵列包括至少第一分支和第二分支，其中所述第一分支和所述第二分支布置在所述纵向轴线的相反侧上，所述第一分支和所述第二分支中的每一个分支包括串联连接的相应的第一多个太阳能电池和第二多个太阳能电池，并且其中所述第一分支和所述第二分支并联连接。
7.根据权利要求6所述的自行车部件，其中，所述太阳能电池阵列包括布置在所述纵向轴线的第一侧上的第一多个第一分支和布置在所述纵向轴线的相反的第二侧上的第二多个第二分支。
8.根据权利要求6所述的自行车部件，其中，所述太阳能电池阵列包括在所述第一分支和所述第二分支之间布置在所述平台上的第三分支，其中所述第三分支沿着所述纵向轴线延伸，所述第三分支包括串联电连接的第三多个太阳能电池，并且其中所述第三分支与所述第一分支和所述第二分支并联连接。
9.根据权利要求6所述的自行车部件，其中，所述第一分支和所述第二分支具有沿着所述纵向轴线测量的第一长度和第二长度，其中所述第一长度和所述第二长度小于160mm。
10.根据权利要求1所述的自行车部件，其中，所述电池充电单元包括能操作地连接到所述太阳能电池阵列的电容器、能操作地连接到所述电容器的升压转换器以及能操作地连接到所述升压转换器的微控制器单元。
11.根据权利要求10所述的自行车部件，其中，所述升压转换器以6.0伏至8.4伏之间的输出来传输电力。
12.根据权利要求1所述的自行车部件，其中，所述平台包括瓶架。
13.一种用于自行车的电池充电系统，所述电池充电系统包括：
平台，所述平台包括适于安装到所述自行车的安装装置；
布置在所述平台上的太阳能电池阵列；
布置在所述平台上的电池充电单元，所述电池充电单元包括：
电容器，所述电容器能操作地连接到所述太阳能电池阵列，其中所述电容器能操作以存储从所述太阳能电池阵列传输的能量，并且其中所述电容器以第一电压存储所述能量；
升压转换器，所述升压转换器能操作地连接到所述电容器，其中所述升压转换器能操作以将所述第一电压升高到第二电压；
能操作地连接到所述升压转换器的电池，其中所述升压转换器以所述第二电压将电力传输到所述电池；以及
微控制器，所述微控制器能操作地连接到所述电容器和所述升压转换器，其中所述微控制器能操作以发信号通知所述升压转换器将所述电力传输到所述电池，并且其中所述微控制器能操作以从所述电容器接收电力。
14.根据权利要求13所述的电池充电系统，所述电池充电系统还包括能操作地连接在所述电池和所述微控制器之间的电池传感器电路，其中所述电池传感器电路能操作以使电力能够从所述电池传输到所述微控制器。
15.根据权利要求13所述的电池充电系统，所述电池充电系统还包括能操作地连接在所述电容器与所述微控制器之间的功率管理集成电路即PMIC，其中所述PMIC能操作以在所述第一电压超过第一预定值时允许电力从所述电容器流动到所述微控制器，并且其中所述PMIC能操作以在所述第一电压下降到低于第二预定值时停止来自所述微控制器的电力流动。
16.根据权利要求13所述的电池充电系统，其中，所述升压转换器能操作以从所述微控制器接收信号而执行最大功率点追踪，其中，所述第一电压与预定最大功率点电压进行比较，并且优化以所述第二电压传输至所述电池的电力。
17.一种用于自行车的电池充电系统，所述电池充电系统包括：
平台，所述平台包括适于安装到自行车的安装装置；
太阳能电池阵列，所述太阳能电池阵列布置在所述平台上并且包括并联连接的至少第一分支和第二分支，所述第一分支和所述第二分支中的每一个分支包括串联连接的相应的第一多个太阳能电池和第二多个太阳能电池，其中所述第一分支和所述第二分支分别具有第一长度和第二长度，其中所述第一长度和所述第二长度小于160mm；以及
电池充电单元，所述电池充电单元布置在所述平台上并且能操作地连接到所述第一分支和所述第二分支，其中所述电池充电单元能操作以便以6.0伏到8.4伏之间的电压将电力传输到电池。
18.根据权利要求17所述的电池充电系统，其中，所述电压包括第二电压，并且其中所述电池充电单元还包括：
电容器，所述电容器能操作地连接到所述太阳能电池阵列，其中所述电容器能操作以存储从所述太阳能电池阵列传输的能量，并且其中所述电容器以第一电压存储所述能量；
升压转换器，所述升压转换器能操作地连接到所述电容器，其中所述升压转换器能操作以将所述第一电压升高到所述第二电压；以及
微控制器，所述微控制器能操作地连接到所述电容器和所述升压转换器，其中所述微控制器能操作以发信号通知所述升压转换器将电力传输到电池，并且其中所述微控制器能操作以从所述电容器接收电力。
19.根据权利要求18所述的电池充电系统，所述电池充电系统还包括能操作地连接在所述电容器与所述微控制器之间的功率管理集成电路即PMIC，其中所述PMIC能操作以在所述第一电压超过第一预定值时允许电力从所述电容器流动到所述微控制器，并且其中所述PMIC能操作以在所述第一电压下降到低于第二预定值时停止来自所述微控制器的电力流动。
20.根据权利要求17所述的电池充电系统，其中，所述第一分支和所述第二分支分别具有第一数量的电池和第二数量的电池，其中，所述第一数量和所述第二数量中的每一者等于或小于5。
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