專利名稱：車體板能量產(chǎn)生系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能系統(tǒng)。更具體來說，它涉及捕獲太陽能來增加汽車的電力系統(tǒng)的車體板能量產(chǎn)生系統(tǒng)。
背景技術：
具有內(nèi)燃機(ICE)的現(xiàn)代汽車使用輔助動力單元(APU)來產(chǎn)生電力，所述輔助動力單元為汽車上的電力裝置提供電力并且也為汽車電池再充電。典型的APU是將來自ICE的機械能轉化成儲存在電池中的電能的交流發(fā)電機。有幾個因素導致了新類型的APU的研究。
交流發(fā)電機效率低，因為燃料的能量首先被轉化成機械能，然后機械能被轉化成電能。這個過程結合了兩個低效率的動力轉化。只有當ICE運行時，交流發(fā)電機APU才產(chǎn)生電能。當汽車停止但是ICE正在運行時，ICE可以被啟動來為APU提供動力，因而消耗燃料。二者擇一地，當ICE沒有運行時，儲存的電能可以被用來為汽車的電力部件提供動力，但是電能儲存是繁重的、昂貴的并且占用空間。
汽車技術的發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生了新類型的耗能電力系統(tǒng)，例如混合驅動系統(tǒng)、高級啟動系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、交叉式數(shù)據(jù)線(x-by-wire)、計算機處理器、娛樂和通信信息系統(tǒng)等。同時，越來越關注汽車中的燃料的效率。因此，在工業(yè)上需要一種可以使用較少的汽車燃料或者其他燃料來產(chǎn)生電的APU。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通常是指一種車體板能量產(chǎn)生系統(tǒng)。在圖示的實施方式中，該系統(tǒng)包括車體和形成車體的多個車身板。至少一個車身板包含車用太陽能板。本發(fā)明還指一種產(chǎn)生和使用汽車中的電力的方法。


通過例子以及參照附圖將說明本發(fā)明，其中圖1是帶有根據(jù)本發(fā)明的車體板能量產(chǎn)生系統(tǒng)的圖示實施方式的汽車的側視圖；圖2是帶有根據(jù)本發(fā)明的車體板能量產(chǎn)生系統(tǒng)的圖示實施方式的汽車的俯視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的車體板能量產(chǎn)生系統(tǒng)的圖示實施方式的汽車太陽能板的剖視圖；圖4是一個曲線圖，它表示在通常尺寸的汽車運行過程中，圖示的汽車空氣動力以及阻力(N)與汽車速度(每小時英里“mph”)的函數(shù)；圖5是一個曲線圖，它表示維持通常尺寸的汽車的給定速度(mph)所需要的發(fā)動機動力輸出(千瓦)；圖6是一個曲線圖，它表示可能節(jié)省的燃料與配備有車體板能量產(chǎn)生系統(tǒng)的混合動力汽車中的速度(mph)的函數(shù)；圖7是實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生和使用汽車中的電力的方法的步驟流程圖。
具體實施例方式
參照圖1-3，根據(jù)本發(fā)明的圖示實施方式的車體板能量產(chǎn)生系統(tǒng)(此后稱為系統(tǒng))通常由參考數(shù)字1表示。在圖1中，系統(tǒng)1顯示為與汽車2合并為一體。汽車2可以是內(nèi)燃機(ICE)汽車、燃料電池汽車或者混合動力汽車。汽車2典型地具有車架3，它被安裝在前輪6和后輪7上。汽車底盤或者車身4被安裝在車架3上并且包括車艙5，所述車艙只具有前門8或者具有前門8和后門9，如圖所示。前座14和后座15位于車架3上、車艙5的內(nèi)部。在車體4上典型地具有擋風玻璃16和后窗17，它們分別位于車艙5的前端和后端。如圖2所示，汽車2還包括容納發(fā)動機18和電池19的發(fā)動機箱體21。
車體4包括多個車體板，所述板形成并且賦予了車體4的形狀。例如，如圖1和2所示，汽車車身4的車體板可以包括關閉發(fā)動機箱體21的罩板10a、形成車身4的車頂?shù)捻敯?0b、形成車身4的艙蓋部分的艙蓋板10c、形成在后座15和后窗17之間延伸的部分車艙5的后艙板10d、在車艙5上擋風玻璃16下方的儀表板板10e和/或在車身4的外側或者側面上的一個或者多個側板10f。
至少一個車身4的車體板是車用太陽能板10。車用太陽能板或車體板10可以在車身4上的暴露在太陽能下的任何位置上，包括但不局限于圖2中所示的車身板10a-10f的位置。如圖2所示，汽車2上的每一個車用太陽能板10典型地通過接線20而電連接到汽車2的電池19上。另外，每一個車用太陽能板10可以被直接連接到汽車2的一個或者多個電力部件上。使用中的系統(tǒng)1，此后將作說明，每一個車用太陽能板10能夠捕獲太陽能22并且將太陽能22轉化成電能，用來為汽車2的各種電力部件提供動力。因此，一個或者多個車用太陽能板10可以作為汽車2的APU(輔助動力單元)。每一個車用太陽能板10能夠從周圍的光和云層覆蓋下的漫射光以及直接從太陽光收集能量。
汽車2上的每一個車用太陽能板10可以是任何類型的太陽能板或者材料，只要所述板或者材料能夠捕獲太陽能并且將太陽能轉化成電能。例如，每一個車用太陽能板10可以是太陽能纖維板。對于本領域的技術人員公知的工業(yè)方法可以被用來制造太陽能纖維板形式的車用太陽能板10。所述方法可以被用來形成合成材料，在該合成材料中嵌入太陽能板纖維的構成。合成材料根據(jù)本領域中的技術人員已知的方法可以形成汽車2的一個或者多個車身板的形狀，例如罩板10a、頂板10b、艙蓋板10c、后艙板10d、儀表板10e和/或一個或者多個側板10f。車身板10a-10f與汽車2被合成一體并且賦予了車身4的所需形狀和外觀，并且可以具有選定的顏色。
在圖3中顯示了以太陽能纖維板的形式制造的車用太陽能板10的一個例子。太陽針織型車用太陽能板10可以包括不銹鋼或者其他導電材料的中心電極11。太陽能纖維層12形成在中心電極11的一側或者兩側上。形成太陽能纖維層12的一種方法包括首先用納米尺寸的二氧化鈦(TiO2)粉末微粒涂覆中心電極11。然后將二氧化鈦粉末微粒采用一種普通的染料來激活并且填充電解液。然后太陽能纖維層12被采用導電層13所涂覆，該導電層例如為導電聚合物等。
每一種車用太陽覆蓋板10也可以由微小熱電轉換裝置即玻耳/賽貝克裝置(未圖示)制造或者由其組成，所述裝置可以使用穿過板的由太陽產(chǎn)生的熱梯度來產(chǎn)生電。通過產(chǎn)生電，微小玻耳/賽貝克裝置也增加了通過車用太陽能板10的熱流動，在寒冷的或者冰冷的季節(jié)使用太陽熱來加熱汽車。該裝置也可以被用作熱泵，在用作熱泵的例子中，應用到車用太陽能板10上的正向電流使得板的外表面變冷并且使得內(nèi)表面變熱。被應用到車用太陽能板10上的反向電流使得板的外表面變暖并且使得板的內(nèi)表面變冷，因而冷卻了汽車的內(nèi)部。車用太陽能板10的一個有用的特征是它們的電導率。因此，車用太陽能板10可以取代與汽車一體的汽車中的輸電線、網(wǎng)狀線等等。
如圖1所示，在通常使用的系統(tǒng)1中，一個或者多個車用太陽能板10都可以用作APU(輔助動力單元)，所述APU產(chǎn)生并且供應電力到電池19中，用來為汽車2的電力部件供應電力。車身板10a-10f中的至少一個或者全部都可以是車用太陽能板10。因此，如果每一個車身板10a-10f都是車用太陽能板10，那么在汽車2的運行過程中，太陽能22撞擊到汽車2的每一個車用太陽能板10上。車身4的罩板10a、頂板10b和艙蓋板10c直接暴露在太陽能22下，而后艙板10d和儀表板板10e分別通過后窗17和擋風玻璃16暴露在太陽能22下。車身4的側板10f也暴露在太陽能22下，但是通常比罩板10a、頂板10b和艙蓋板10c暴露的范圍小。
汽車2上的車用太陽能板10將太陽能22轉化成電能，電能通過連線20被傳送到電池19中并且被儲存在電池19中。因此，在汽車2的電力部件運行過程中，當發(fā)動機18正在運行時以及當發(fā)動機18被關閉時，如果需要，則從電池19排出的電能可由來自車用太陽能板10的電能不斷補充。這便于為汽車2中的電力部件提供動力，不需要為了補充電池19中的電能而運行發(fā)動機18。
本領域的技術人員可以知道，本發(fā)明的系統(tǒng)1有潛力產(chǎn)生足夠的電力來不斷地補充從電池19中排出的電力。這保證了足夠的電力用于汽車2的電力部件的功能，而不管發(fā)動機18是否運行，因為假設太陽能100％的轉化成了電能，那么1.2平方米的太陽能可以提供1200瓦特的電能。與由煤或者核能產(chǎn)生的電能不同，太陽能是清潔的并且沒有燃料費。
從停止到行駛速度的加速，汽車需要較大量的動力。但是在行駛速度時，通過平衡空氣動力和輪胎滾動阻力，汽車只需要足夠量的動力來維持恒定速度。如圖4中的曲線圖所示，在較低的汽車速度時，與維持汽車的高速所需要的動力相比，需要更少的動力來維持汽車的恒定速度，并且它遵循非線性曲線。空氣動力和輪胎旋轉摩擦被看作是不可恢復力，因為它們失去并且不能被吸收再利用，與此相反，在制動狀況下，再生制動可以將汽車的移動質(zhì)量的能量轉換并且儲存在電池系統(tǒng)中。需要維持速度的動力必須克服空氣動力和輪胎旋轉摩擦，如圖4中的圖表所示，空氣動力和輪胎旋轉摩擦隨著汽車速度的增加倍增。需要維持汽車的選定速度(mph)的動力的量(kw)顯示在圖5的圖表中。
在混合型汽車中，系統(tǒng)1主要是有潛力改善燃料節(jié)省或者提高每加侖的公里數(shù)(mpg)。再參照圖1和2，假設從太陽能到電能的換能效率是30％、罩板10a的面積是2平方米、頂板10b的面積是2平方米、艙蓋板10c的面積是0.5平方米并且側板10f總面積的是3平方米(除了后艙板10d和儀表板板10e之外，總的為7.5平方米)、由系統(tǒng)1捕獲的太陽能的總量是1.95KW，那么總的太陽能＝7.5m2×1000W/m2×0.30(效率)＝2.25KW如圖6所示，當速度小于40mph時，與傳統(tǒng)的混合汽車相比，啟動太陽的汽車的內(nèi)燃機可以在速度低于40mph時關閉，可以得到無限的mpg，其中在傳統(tǒng)的混合汽車中，在速度低于20mph時關閉內(nèi)燃機可以得到有限的mpg。對于速度大于40mph，具有太陽能功能的汽車在達到高速公路速度時每加侖的公里數(shù)(mpg)還存在一個大的凈增加，在速度達到50mph時能夠關閉發(fā)動機還行駛長距離。這導致了較少的換機油、較長的發(fā)動機使用壽命、通過再生制動可以較少使用傳統(tǒng)的制動墊片并且減少了廢氣排放。
接下來參照圖7，圖7顯示了一個流程圖，其中它示出了實現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明的汽車中產(chǎn)生和使用電力的方法的步驟。在步驟1中，提供多個車身板。至少一個車身邊板是車用太陽能板。車用太陽能板可以是與太陽針織(太陽能纖維板)或者其他太陽材料一體的車身板，或者可以是能夠捕獲太陽能并且將太陽能轉化成電能的任何類型的太陽能板。太陽針織或者其他材料可以遍及車身板的整個機構或者可以限定到車身板的一部分。
在步驟2中，車身板被結合到汽車的車身上并且形成了車身的形狀。汽車例如可以是內(nèi)燃機(ICE)汽車、燃料電池汽車或者混合動力汽車。車用太陽能板被提供在汽車的區(qū)域上，當汽車在室外時，該區(qū)域暴露在太陽光下。例如，車用太陽能板可以形成車身板的以部分或者可以被制造來形成任何類型的車身板，所述車身板包括但并不局限于罩板、頂板、艙蓋板、后艙板、儀表板板和/或一個或者多個側板，到此這參照圖1和圖2來說明。每個車用太陽能板典型地被連接到汽車上的電池上，用來將由一個或者多個車用太陽能板產(chǎn)生的電能傳輸?shù)诫姵刂小？蛇x地，每一個車用太陽能板可以被直接連接到汽車中的電力部件上。
在步驟3中，撞擊到汽車中的一個或者多個車用太陽能板上的太陽能被轉化成電能。由一個或者多個車用太陽能板產(chǎn)生的電能被傳輸?shù)诫姵刂?，此處，電能被儲存在汽車中備用?？蛇x地，電能可以被直接傳輸?shù)狡囍械囊粋€或者多個電力部件上。本領域的技術人員可以知道，汽車的發(fā)動機不需要被運行來維持電能流動到電池或者部件中，因為當發(fā)動機運行時，并且當發(fā)動機被關閉時，一個或者多個車用太陽能板使用太陽能來產(chǎn)生電能。
在步驟4中，儲存在電池中或者被直接傳送到一個或者多個電力部件中的電能被用作汽車中的一個或者多個電系統(tǒng)的功能。例如，電池中的電能可以被用來為電空調(diào)系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)等等提供動力。在燃料電池汽車或者燃料電池混合動力情況下，如果汽車停止并且電池充電，那么電能可以被用來完成水解作用。
上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是可以知道和理解，可以對本發(fā)明進行各種改進，并且隨附的權利要求的目的是覆蓋可以落在本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍內(nèi)的所有改進。
權利要求
1.一種車身板能量產(chǎn)生系統(tǒng)，包括汽車車身；多個車身板，形成所述汽車車身；以及其中所述多個車身板中的至少一個包含車用太陽能板。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述車用太陽能板包含罩板。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述車用太陽能板包含頂板。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述車用太陽能板包含艙蓋板。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述車用太陽能板包含后艙板。
6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述車用太陽能板包含儀表板。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述車用太陽能板包含至少一個側板。
8.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述車用太陽能板包含太陽能纖維板。
9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中太陽能纖維板包含電極、在所述電極上的太陽能纖維層和在所述太陽能纖維層上的導電層。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述太陽能纖維板包含二氧化鈦粉末微粒。
11.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述導電層包含導電聚合物。
12.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)還包含連接到所述車用太陽能板上的電池。
13.一種汽車車身板能量產(chǎn)生系統(tǒng)，包含汽車車身；多個車身板，形成所述汽車車身并且賦予所述汽車車身形狀；以及其中所述多個車身板中的每一個包含車用太陽能板。
14.根據(jù)權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述多個車身板包含罩板、頂板、艙蓋板以及多個側板。
15.根據(jù)權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述車用太陽能板包含太陽能纖維板。
16.根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，其中太陽能纖維板包含電極、在所述電極上的太陽能纖維層和在所述太陽能纖維層上的導電層。
17.一種在汽車中產(chǎn)生和使用電力的方法，包含提供多個車身板，其中所述多個車身板中的至少一個包含車用太陽能板；使用所述多個車身板來形成汽車車身；以及使用所述車用太陽能板將太陽能轉化成電能。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法還包含在運行所述汽車時使用所述電能。
19.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述車用太陽能板包含太陽能纖維板。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其中所述太陽能纖維板包含電極、在所述電極上的太陽能纖維層和在所述太陽能纖維層上的導電層。
全文摘要
本發(fā)明公開了車身板能量產(chǎn)生系統(tǒng)。該系統(tǒng)的圖示實施方式包括汽車車身和形成汽車車身的多個車身板。至少一個車身板包括車用太陽能板。本發(fā)明也公開了在汽車中產(chǎn)生和使用電能的方法。
文檔編號B60L8/00GK101070059SQ20071010744
公開日2007年11月14日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權日2006年5月11日
發(fā)明者阿里克·謝弗, 羅納德·米勒, 佩里·麥克尼爾, 約瑟夫·帕特森 申請人:福特全球科技有限公司