车用太阳能电池系统及其控制方法 【技术领域】
本发明涉及车用太阳能电池系统及其控制方法，更具体来说，涉及一种具有以下特性的车用太阳能电池系统及其控制方法：在该太阳能电池系统中，根据电能来为变压设备和恒压设备选择性地分配电能而不改变电压，即使当太阳能电池产生的电能的变化很大时也是如此，由此提高了能量效率并切由于不使用电压转换器而减少了部件的数量，在该太阳能电池系统中，始终使用辅助电池来驱动恒压设备，即使当太阳能电池产生的电压低时也是如此，由此最大化了太阳能电池电能的实际使用率并且还防止了由于太阳能电池的电压变化而造成的对装置的损害，并且在该太阳能电池系统中，太阳能电池和车辆主电池的剩余电能被用来为辅助电池充电，由此延长了系统的工作时间并提高了系统的容量。
背景技术
总体上来看，电子设备的发展使得使用车辆内的电力的车用产品的数量逐渐增加，由此使电能的消耗也增大了。
在现有技术中，当用安装在车辆内的主电池来启动车辆时，使用该主电池的电能。启动之后，连接到引擎的发电机产生电能来为主电池充电，从而将电能提供给各个电子产品/部件。在这种情况中，所产生的电能是有限的。因此，如果使用了很多电子产品(空调的风扇、座椅空调的风扇、空气清新器、离子生成器、氧气生成器、空调和加热装备、制冷器和制暖器、各种AV设备等)，则所存在的缺点在于：车辆的输出会降低、燃料消耗会增加，并且过度的负载会施加到车辆和主电池上。当主电池放电时，没有防止这种放电的解决方案。
此外，还存在大量问题：当车辆未启动时，不能使用各种电子产品，因为主电池的电能是有限的。
为了解决这些问题，已经开发出了采用太阳能电池的技术。其中，在美国专利No.6,439,658中，太阳能电池结构被附着在太阳能车顶上，并且通风扇被安装在车辆座椅内。在车辆停放时，使用该太阳能电池结构所产生的电能来为座椅通风，以降低座椅的温度。座椅的通风扇由控制器来控制。使用座椅的温度传感器来驱动这些风扇以降低座椅的温度。此外，当存在剩余电能时，向车辆鼓风机提供电能来为车辆内部通风。
此外，在美国专利No.6,290,593中，当车辆引擎停止时，太阳能电池所产生的电能被提供给车辆的通风扇，或者用来为车辆的电池充电。此外，使用者通过使用手动操作的开关来使用太阳能电池所产生的电能为车辆通风或者为电池充电。
【发明内容】
技术问题
然而，因为太阳能电池中出现的能量变化非常大，所以现有技术的问题在于，必须使用DC/DC转换器来控制电压，以操作车辆中安装的数个耗能设备。因此，问题在于，通过电压转换会增加花费并且降低能量效率。
此外，因为太阳能电池系统产生的电压低，所以该电压无法用来驱动大容量设备或其他功能设备。此外，因为太阳能电池产生的电压低，所以还造成以下问题，当电压由于太阳光的移动而变化时，对电压敏感的设备会受到损害，或者设备的寿命会缩短。
此外，还造成以下的问题，在车辆引擎启动之后，太阳能电池的实际使用非常困难，并且因为太阳能电池产生的能量太小，所以诸如必要的空调和通风这样的功能无法充分实现。
因此，考虑现有技术中出现的上述问题而提出了本发明，本发明的目标是提供具有以下特性的车用太阳能电池系统及其控制方法：在该太阳能电池系统中，根据电能来为变压设备和恒压设备选择性地分配电能而不改变电压，即使当太阳能电池产生的电能的变化很大时也是如此，由此提高了能量效率并且由于不使用电压转换器而减少了部件的数量，在该太阳能电池系统中，始终用辅助电池来驱动恒压设备，即使当太阳能电池产生的电压低时也是如此，由此最大化了太阳能电池电能的实际使用率并且还防止了由于太阳能电池的电压变化而造成的对装置的损害，并且在该太阳能电池系统中，太阳能电池和车辆主电池的剩余电能被用来为辅助电池充电，由此延长了系统地工作时间并提高了系统的容量。
技术方案
为了达到上述目标，本发明包括：安装在车内的太阳能电池，所述太阳能电池被设置用于将太阳能转换成电能，并产生电能；车辆主电池，其通过第一开关连接到所述太阳能电池；辅助电池，其通过第二开关连接到所述太阳能电池，还通过所述第一开关与所述第二开关连接到所述车辆主电池，所述辅助电池被设置用于存储所述太阳能电池或所述车辆主电池的剩余电能；变压设备，其通过第三开关连接到所述太阳能电池，还通过所述第一开关与所述第三开关连接到所述车辆主电池，其中，即使电压变化时，所述变压设备也可以工作；恒压设备，其通过操作开关连接到所述辅助电池，并且被设置用于要求恒定的电压；以及能量分配装置，其被设置用于根据所述太阳能电池产生的电能的量来控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关，并选择性地分配所述电能。
本发明包括：第一步骤S1，将太阳能电池1产生的电压V1与第一设定值进行相互比较；第二步骤S2，如果作为第一步骤S1的比较结果，太阳能电池1的电压V1大于所述第一设定值，则通过接通第二开关7来为辅助电池2充电；第三步骤S3，如果作为第一步骤S1的比较结果，太阳能电池1的电压V1小于所述第一设定值，则通过接通第三开关8和第四开关9来驱动所变压设备20；第四步骤S4，在执行了第二步骤S2之后，将辅助电池2的电压V2与第二设定值进行相互比较；以及第五步骤S5，如果作为第四步骤S4的比较结果，辅助电池2的电压V2大于所述第二设定值，则通过接通操作开关11、12和13来驱动恒压设备10。
有益效果
当太阳能电池产生的电能的变化很大时，可以根据该电能在不改变电压的情况下选择性地为变压设备和恒压设备分配电能。由此，可以提高能量效率、由于不使用电压转换器而减少了部件的数量，并且可以降低能量转换损失。
此外，太阳能电池产生的电能还被用于车辆的通风、空气净化、制冷与制暖以及便捷设备。因此，可以在驾驶员驾驶车辆时为其提供受控的环境。因此，本发明可以满足驾驶员对使用便捷设备的要求，并且可以提供舒适的内部环境。
此外，当太阳能电池产生的电压低或者当电压或电能由于太阳光的强度变化而变化时，可以使用辅助电池来使诸如空气清新器这样的恒压设备一直工作。因此，可以最大化太阳能电池的能量利用，并且可以防止由于电压变化而造成的对设备的损害。
此外，还可以使用来自车辆引擎和车辆主电池的车辆剩余电能和太阳能电池产生的电能来为辅助电池充电。因此，可以延长系统的工作时间并且提高系统的容量，因此，即使在引擎停止之后，也可以驱动数个设备以及大容量设备。因此，可以提高车辆的通风、空气净化、制冷与制暖以及便捷设备的开工率(working ratio)。
此外，太阳能电池产生的电能还可以用来在紧急情况下为车辆主电池充电。因此，可以提高车辆的可靠性。
【附图说明】
从以下结合附图的详细描述中可以更完整地理解本发明的进一步目标和优点，附图中：
图1是示出了根据本发明的车用太阳能电池系统的总体结构；
图2是图示了根据本发明的控制车用太阳能电池系统的方法的流程图；而
图3是图示了将根据本发明的车用太阳能电池系统安装在车辆中的状态的示意图。
【具体实施方式】
现在将参照附图来详细描述本发明。
省略了对和现有技术相同的结构和操作的重复性描述。
图1是示出了根据本发明的车用太阳能电池系统的总体结构。图2是图示了根据本发明的控制车用太阳能电池系统的方法的流程图。图3是图示了将根据本发明的车用太阳能电池系统安装在车辆中的状态的示意图。
如图所示，根据本发明的车用太阳能电池系统包括太阳能电池1、车辆主电池3、辅助电池2、变压设备20、恒压设备10以及能量分配装置5。
首先，太阳能电池1被安装在车顶、车盖等位置。太阳能电池1将施加到车辆外部的太阳能转换成电能，并产生电能。此外，在太阳能电池1的一侧放置了用于防止电流逆流(reversal)的二极管1a。
当车辆启动时，车辆主电池3向车辆提供电能。车辆启动之后，用连接到引擎的发电机产生的电能来为车辆主电池3充电，车辆主电池3还用来向各种电子产品/部件供应电能。
该车辆主电池3通过第一开关6连接到太阳能电池1。
此外，辅助电池2通过第二开关7连接到太阳能电池1，还通过第一开关6与第二开关7连接到车辆主电池3。辅助电池2存储(充入)太阳能电池1或车辆主电池3的剩余电能。
即，当太阳能电池1产生的电压V1高于可以对辅助电池2充电的最小电压(约12V)时，第二开关7接通，从而用从太阳能电池1接收到的电能来为辅助电池2充电。当太阳能电池1的电压V1低于所述最小电压时，第二开关7断开，从而辅助电池2到太阳能电池1的连接被切断。这里，当为辅助电池2充电的电压V2高于可以驱动稍后将描述的恒压设备10的最小电压(约10V或更高)时，电压V2驱动该恒压设备10。
此外，当车辆主电池3的充电量充足时(例如引擎启动的情况下)，第一和第二开关6、7接通，从而车辆主电池3的剩余电能被用来为辅助电池2充电或驱动其他设备。
此外，恒压设备10通过操作开关11、12和13连接到辅助电池2。恒压设备10是要求恒定电压的设备，可以包括例如空气清新器、离子生成器、氧气生成器、热线、便捷设备等。
恒压设备10分别通过独立的操作开关11、12和13连接到辅助电池2。尽管图中示出的是空气清新器和离子生成器通过第一操作开关11连接到辅助电池2，氧气生成器通过第二操作开关12连接到辅助电池2，而热线和便捷设备通过第三操作开关连接到辅助电池2，但是上述实施例仅是说明性的，可以进行多种修改。
同时，恒压设备10仅在被供应恒定电压时才被驱动。因此，当为辅助电池2充电的电压V2高于可以驱动恒压设备10的最小电压或更大电压时，第一、第二和第三操作开关11、12和13被选择性地接通和驱动。
当引擎工作时，不仅通过太阳能电池1，还通过车辆主电池3来为辅助电池2充电，因此其始终保持充分充电的状态。因此，引擎停止或车辆停放时，诸如空气清新器这样的恒压设备10可以一直工作。因此，可以在驾驶员驾驶车辆时向其提供舒适的环境。
此外，变压设备20通过第三开关8连接到太阳能电池1，还通过第一开关6与第三开关8连接到车辆主电池3。变压设备20对电压不敏感，即使向其提供诸如低电压和高电压这样的不规则电压，也可以正常驱动它们。变压设备20可以包括空调用鼓风机和座椅用鼓风机中的至少一个。
同时，当变压设备20包括空调用鼓风机和座椅用鼓风机时，空调用鼓风机通过第三开关8连接到太阳能电池1，还通过第一开关6与第三开关8连接到车辆主电池3。座椅用鼓风机通过第四开关9连接到太阳能电池1，还通过第一开关6与第四开关9连接到车辆主电池3。
即使在低压下，这些变压设备20也可以被驱动。因此，当太阳能电池1的电压V1低于可以为辅助电池2充电的最小电压时，可以通过断开第二开关7而接通第三和第四开关8、9来驱动变压设备20。
此外，当车辆主电池3的电量足够并且车辆主电池3具有足够高的电压时，可以为辅助电池2充电，并且还可以驱动诸如鼓风机这样的随着接通第一、第三和第四开关6、8和9增加级数(stage)而消耗更多能量的变压设备20。
此外，能量分配装置5根据太阳能电池1产生的电能的量来控制第一到第四开关6、7、8和9，以选择性地将电能分配给变压设备20和恒压设备10。
即，如上所述，当太阳能电池1产生的电压V1高于可以为辅助电池2充电的最小电压时，能量分配装置5为辅助电池2充电，还通过接通第二开关7并断开第三和第四开关8、9，来驱动通过操作开关11、12和13连接到辅助电池2的恒压设备10。当太阳能电池1产生的电压V1低于可以为辅助电池2充电的最小电压时，能量分配装置5通过断开第二开关7而接通第三和第四开关8、9来驱动变压设备20。
此外，当车辆主电池3的电量充足时，无论引擎工作或停止，能量分配装置5都通过接通第一和第二开关6、7来使用剩余电能为辅助电池2充电，或者通过接通第一、第三和第四开关6、8和9来甚至驱动消耗相对较多能量的变压设备20。
同时，当车辆主电池3的电压V3小于放电电压限值时，能量分配装置5通过接通第一开关6而断开第二、第三和第四开关7、8和9来使用太阳能电池1产生的电能为车辆主电池3充电。因此，通过车辆主电池3的充电功能，可以提高车辆在紧急情况下的可靠性、可以减小发电机的负载，并且可以提高燃料效率。
后文中，参照图2来描述根据本发明对上面构建的车用太阳能系统进行控制的方法。
首先，执行第一步骤S1，即，将太阳能电池1产生的电压V1与第一设定值进行相互比较。
如果作为第一步骤S1的比较结果，太阳能电池1的电压V1大于第一设定值，则执行第二步骤S2，即，将第二开关7接通从而为辅助电池2充电。如果作为第一步骤S1的比较结果，太阳能电池1的电压V1小于第一设定值，则执行第三步骤S3，即，将第三和第四开关8、9接通从而驱动变压设备20。
第一设定值是可以为辅助电池2充电的最小值(约12V)。
如上所述，能量分配装置5根据太阳能电池1的电压来确定将电能分配给谁。这里，当太阳能电池1产生的电压V1大于可以为辅助电池2充电的最小电压时，能量分配装置5为辅助电池2充电，还通过接通第二开关7并断开第三和第四开关8、9，来使用辅助电池2驱动恒压设备10。当太阳能电池1产生的电压V1小于可以为辅助电池2充电的最小电压时，能量分配装置5通过断开第二开关7并接通第三和第四开关8、9，来驱动对电压不敏感且可以在低电压下被驱动的变压设备20。
之后，在执行了第二步骤S2后，执行第四步骤S4，即，将辅助电池2的电压V2与第二设定值进行相互比较。
如果作为第四步骤S4的比较结果，辅助电池2的电压V2大于第二设定值，则执行第五步骤S5，即，接通操作开关11、12和13，由此来驱动恒压设备10。当存在多个恒压设备10时，可以选择性地接通第一到第三操作开关11、12和13，以选择性地驱动这些恒压设备10。
如果作为第四步骤S4的比较结果，辅助电池2的电压V2小于第二设定值，则处理返回到第一步骤S1。
这里，第二设定值是可以驱动恒压设备10的最小电压(约10V)。
执行了第五步骤S5之后执行第六步骤S6，即，将车辆主电池3的电压V3与第三设定值进行相互比较。
如果作为第六步骤S6的比较结果，车辆主电池3的电压V3大于第三设定值，则执行第七步骤S7，即，将第一开关6和第三与第四开关8、9接通，由此来驱动变压设备20。
如果作为第六步骤S6的比较结果，车辆主电池3的电压V3小于第三设定值，则执行第八步骤S8，即，将车辆主电池3的电压V3与第四设定值进行相互比较。
这里，第三设定值是用于确定车辆主电池3的电量是否充足的参考电压。
也就是说，通过测量车辆主电池3的电压V3可以就知道车辆主电池3的电量是否充足。电量较高时，车辆主电池3的电压V3较高，而电量较低时，车辆主电池3的电压V3较低。因此，只有在作为测量车辆主电池3的电压V3的结果的车辆主电池3的电量充足时，才通过接通第一、第三和第四开关6、8、9来驱动消耗相对较多能量的变压设备20。这里，当辅助电池2的电压低时，可以通过接通第一和第二开关6、7将辅助电池2充电为差不多车辆主电池3的电压V3。
之后，如果作为第八步骤S8的比较结果，车辆主电池3的电压V3小于第四设定值，则执行第九步骤S9，即，将太阳能电池1的电压V1与车辆主电池3的电压V3进行相互比较。如果作为第九步骤S9的比较结果，太阳能电池1的电压V1大于车辆主电池3的电压V3，则执行第十步骤S10，即，通过接通第一开关6并断开第二、第三和第四开关7、8和9来为车辆主电池3充电。
如果作为第八步骤S8的比较结果，车辆主电池3的电压V3大于第四设定值，或者如果作为第九步骤S9的比较结果，太阳能电池1的电压V1小于车辆主电池3的电压V3，则处理返回到第六步骤S6。
这里，第四设定值是用于确定车辆主电池3是否已经达到放电电压限值的参考电压。
也就是说，当车辆主电池3的电压V3小于放电电压限值并且太阳能电池1产生的电压V1高于车辆主电池3的电压V3时，太阳能电池1产生的能量被全部用来为车辆主电池3充电。因此，通过车辆主电池3的充电功能，可以提高车辆在紧急情况下的可靠性。
此外，在执行了第三步骤S3之后执行第十一步骤S11，即，将车辆主电池3的电压V3与第三设定值(用于确定车辆主电池3的电量是否充足的参考电压)进行相互比较。
如果作为第十一步骤S11的比较结果，车辆主电池3的电压V3大于第三设定值，则执行第十二步骤S12，即，接通第一开关6和第二开关7来从而为辅助电池2充电。
如果作为第十一步骤S11的比较结果，车辆主电池3的电压V3小于第三设定值，则执行第十三步骤S13，即，将车辆主电池3的电压V3与第四设定值(用于确定车辆主电池3是否已经达到放电电压限值的参考电压)进行相互比较。
也就是说，只有在当作为测量车辆主电池3的电压V3的结果，车辆主电池3的电量充足时，才接通第一和第二开关6、7从而将辅助电池2充电为差不多车辆主电池3的电压V3。
之后，如果作为第十三步骤S13的比较结果，车辆主电池3的电压V3小于第四设定值，则执行第十四步骤S14，即，将太阳能电池1的电压V1与车辆主电池3的电压V3进行相互比较。
如果作为第十四步骤S14的结果，太阳能电池1的电压V1高于车辆主电池3的电压V3，则执行第十五步骤S15，即，通过接通第一开关6并断开第二、第三和第四开关7、8和9，来用太阳能电池1产生的全部电能为车辆主电池3充电。
如果作为第十三步骤S13的比较结果，车辆主电池3的电压V3大于第四设定值，或者如果作为第十四步骤S14的比较结果，太阳能电池1的电压V1低于车辆主电池3的电压V3，则处理返回到第十一步骤S11。
工业适用性
根据本发明，即使当太阳能电池产生的电能的变化很大时，也可以根据该电能在不改变电压的情况下选择性地为变压设备和恒压设备分配电能。由此，可以提高能量效率、由于不使用电压转换器而减少部件的数量，并且可以降低能量转换损失。
此外，太阳能电池产生的电能还被用于车辆的通风、空气净化、制冷与制暖以及便捷设备。因此，可以在驾驶员驾驶车辆时为其提供受控的环境。因此，本发明可以满足驾驶员对使用便捷设备的要求，并且可以提供舒适的内部环境。
此外，当太阳能电池产生的电压低时或者当电压或电能由于太阳光的强度变化而变化时，可以使用辅助电池来使诸如空气清新器这样的恒压设备一直工作。因此，可以最大化太阳能电池的能量利用，并且可以防止由于电压变化而造成的对设备的损害。
此外，来自车辆引擎和车辆主电池的车辆剩余电能和太阳能电池产生的电能还可以用来为辅助电池充电。因此，可以延长系统的工作时间并且提高系统的容量，因此，即使在引擎停止之后，也可以驱动数个设备以及大容量设备。因此，可以提高车辆的通风、空气净化、制冷与制暖以及便捷设备的开工率。
此外，这种太阳能电池产生的电能可以用来在紧急情况下为车辆主电池充电。因此，可以提高车辆的可靠性。