车载制冷半导体鼓风系统及其控制方法、车载制冷半导体
装置
技术领域
[0001] 本
发明涉及
空调及发电领域，特别地，涉及一种车载制冷半导体鼓风系统及控制方法。此外，本发明还涉及一种车载制冷半导体装置。
背景技术
[0002] 随着经济的快速发展以及人们生活
水平的不断提高，
汽车逐渐成为人们出行的必要交通工具。在寒冷的冬天，特别在北方高寒地区，多数汽车需要一个预热过程，即“暖车”过程，使汽车
发动机到达合适的
工作温度，所谓暖车，也就是在发动机启动后，在原地等待一段时间后等发动机的水温达到一定温度后再正常行驶。发动机达到工作温度后，发动机运转平顺、噪音小、
加速给
力、油耗低、排放少。而在整个暖机过程中，都是通过发动机增加燃油输出达到加热发动机水温的目的，由于发动机通过这种方法来加热
冷却水水温，浪费大量的燃油消耗和暖车等待时间，无法满足目前日益严格的节能环保的要求。
[0003] 因此有必要提供一种车载制冷半导体鼓风系统，以解决汽车在起动时暖车过程中浪费燃油及等待时间长的技术问题。
发明内容
[0004] 本发明提供了一种
车载制冷半导体鼓风系统及其控制方法、车载制冷半导体装置，以解决汽车在起动时暖车过程中浪费燃油及等待时间长的技术问题。
[0005] 本发明采用的技术方案如下：
[0006] 一种车载制冷半导体鼓风系统，其特征在于，包括：设置
散热通道上与发动机水
泵连接的制冷半导体装置，及用于为制冷半导体装置提供电力的电源模
块，发动机水泵用于将发动机冷却水压出并流经制冷半导体装置；
[0007] 制冷半导体装置由电源模块供电而通电时，制冷半导体装置产生的热量加热流经的发动机冷却水以达到暖车效果，同时产生的冷气经散热通道输送至汽车内室用于除去玻璃结雾。
[0008] 进一步地，制冷半导体装置包括：风扇、鼓风装置、出风装置，风扇位于鼓风装置的一端，出风装置位于鼓风装置的另一端，出风装置经软管连接散热通道；
[0009] 制冷半导体装置还包括设置于鼓风装置的周围的半导体制冷片，半导体制冷片的制冷端连接鼓风装置，半导体制冷片的制热端连接有水冷头，水冷头上设有用于连接发动机水泵的水管。
[0010] 进一步地，水冷头上设有连接发动机水泵的进水口、以及连接发动机
循环水路的出水口，发动机水泵压出的发动机冷却水经进水口流经水冷头后带走制热端的热量，经出水口流入发动机循环水路。
[0011] 进一步地，车载制冷半导体鼓风系统还包括储能模块，储能模块连接半导体制冷片；储能模块用于存储由制热端和制冷端存在温差而产生的
电能。
[0012] 进一步地，车载制冷半导体鼓风系统还包括连接储能模块的升压模块和稳压模块。
[0013] 进一步地，进水口经第一三通电磁
阀连接发动机水泵和储水器泵，出水口经第二三通
电磁阀连接发动机水泵和
散热器；
[0014] 第一三通电磁阀连通储水器泵和进水口，第二三通电磁阀连通出水口和散热器；或第一三通电磁阀连通发动机水泵和进水口，第二三通电磁阀连通出水口和发动机循环水路。
[0015] 进一步地，散热器设置在储水器和第二三通电磁阀之间，出水口流出的热水经散热器降温后流入储水器，以持续为制热端降温。
[0016] 进一步地，车载制冷半导体鼓风系统还包括温度采集模块，温度采集模块包括分别设置在发动机、制热端、制冷端及汽车室内的温度
传感器；
[0017] 车载制冷半导体鼓风系统还包括控
制模块，
控制模块连接温度采集模块、电源模块、第一三通电磁阀和第二三通电磁阀，用于根据采集的温度
信号控制第一三通电磁阀和第二三通电磁阀的通路选择及电源模块的通断。
[0018] 根据本发明的另一方面，还提供了一种车载制冷半导体鼓风系统控制方法，应用于上述的车载制冷半导体鼓风系统上，该方法包括以下控制模式中的至少一种模式：
[0019] 当发动机冷却水低于第一预设值时，制冷半导体装置通电，发动机水泵压出的发动机
冷却水流经制热端加热发动机冷却水以达到暖车效果，制冷端产生的冷气经散热通道输入汽车内室，用于除去玻璃结雾，制冷半导体装置实现暖车模式；
[0020] 当发动机冷却水达到第二预设值时，制冷半导体装置断电，鼓风装置吸入外界的冷风为制冷端降温，发动机水泵压出的冷却水流经制热端为制热端加热，使制冷端和制热端存在温度差，以此制冷半导体装置实现温差发电模式；
[0021] 当汽车室内的温度高于第三预设值时，制冷半导体装置通电，储水器的冷水流经水冷头，为制热端降温，制冷端产生的冷气经散热通道输入汽车室内，制冷半导体装置实现汽车制冷模式。
[0022] 根据本发明的另一方面，还提供了一种车载制冷半导体装置，包括：风扇、鼓风装置、出风装置，风扇位于鼓风装置的一端，出风装置位于鼓风装置的另一端，出风装置经软管连接汽车空调的散热通道；
[0023] 制冷半导体装置还包括设置于鼓风装置的周围的半导体制冷片，半导体制冷片的制冷端连接鼓风装置，半导体制冷片的制热端连接有水冷头，水冷头上设有用于连接发动机水泵的水管。
[0024] 本发明具有以下有益效果：
[0025] 本发明的车载制冷半导体鼓风系统及其控制方法、车载制冷半导体装置，在天气寒冷时，利用制冷半导体装置在通电时产生的热量加热发动机冷却水以达到暖车的效果，另外，制冷半导体装置在通电时产生的冷气经散热通道输送至汽车室内用于除去前
挡风玻璃的结雾及
驾驶室内的湿气；一方面解决了现有的利用发动机燃油来加热发动机冷却水，从而浪费大量的燃油消耗及暖车等待时间长的技术问题，节省了燃油消耗和暖车等待时间；另一方面无需通过车载空调来除去前挡风玻璃的结雾及湿气，在实现能耗降低的同时，降低了污染物的排放，节能又环保。
[0026] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照
附图，对本发明作进一步详细的说明。
[0027] 附图说明：
[0028] 构成本
申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性
实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0029] 图1是本发明优选实施例的车载制冷半导体鼓风系统的模块示意图；
[0030] 图2是本发明优选实施例的车载制冷半导体鼓风系统的又一模块示意图；
[0031] 图3是本发明优选实施例的制冷半导体装置的结构示意图；
[0032] 图4是本发明优选实施例的暖车模式的电气控制示意图；
[0033] 图5是本发明优选实施例的温差发电模式的电气控制示意图；
[0034] 图6是本发明优选实施例的制冷模式的电气控制示意图；
[0035] 图7是本发明优选实施例的暖车模式的水路循环示意图；
[0036] 图8是本发明优选实施例的温差发电的水路循环示意图；
[0037] 图9是本发明优选实施例的制冷模式的水路循环示意图。
[0038] 附图标号说明：
[0039] 1、发动机水泵；2、储水器泵；3、储水器；4、第一三通电磁阀；5、第二三通电磁阀；6、散热器；
[0040] 10、制冷半导体装置；11、半导体制冷片；12、水冷头；13、鼓风装置；131、
轮毂；132、散热
叶片；133、连接环； 20、电源模块；30、储能模块；40、升压模块；50、稳压模块；60、温度采集模块；70、控制模块。
具体实施方式
[0041] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0042] 参照图1，本发明的优选实施例提供了一种车载制冷半导体鼓风系统，考虑到背景因素的技术问题，结合半导体制冷片11的工作原理是基于帕尔帖原理，1834年该效应的首先发现是J.A.C帕尔帖。即利用当两种不同的导体A和B组成的
电路且通有直流电时，发热端除
焦耳热以外还会释放出某种其它的热量，而另一端制冷端则吸收热量。帕尔帖效应所引起的这种现象是可逆的，即半导体制冷片11发热端和制冷端存在温差时，发热端和制冷端存在温差电动势，实现温差发电。半导体制冷片11制热效率大于100%，制冷效率40%～50%左右，且制热和制冷速度快。制冷片制热产生的热量可以用来迅速加热发动机水温，同时还可将制冷端所制冷气用于减少车内前挡风玻璃的结雾，制冷端
散热片同时也可以起到除湿的功能。因此，结合以上分析，利用半导体制冷片11的功能特性提出本发明车载制冷半导体鼓风系统。
[0043] 该车载制冷半导体鼓风系统包括：包括：设置在散热通道与发动机水泵1连接的制冷半导体装置10，及用于为制冷半导体装置10提供电力的电源模块20；制冷半导体装置10由电源模块20供电而通电时，发动机水泵1用于将发动机冷却水压出并流经制冷半导体装置10；制冷半导体装置10产生的热量加热流经其的发动机冷却水以达到暖车效果，同时产生的冷气经散热通道输送至汽车内室用于除去玻璃结雾和汽车室内的湿气。
[0044] 在本实施例中，天气寒冷时，汽车启动时，电源模块20给制冷半导体装置10通电，发动机水泵1将汽车发动机冷却水压出，通过水管连接制冷半导体装置10的制热端，冷水通过制热端时带走制热端的热量，冷水温度升高变成热水流回发动机循环水路，以此快速的加热发动机冷却水的水温，使汽车发动机以较快的速度达到合适的工作温度，实现暖车，另外，制冷半导体装置10的制冷端的冷气通过软管接入汽车前挡风玻璃的散热通道，以除去前挡风玻璃的结雾，并且除去汽车室内的湿气，节省了燃油消耗和暖车等待时间。
[0045] 本实施例车载制冷半导体鼓风系统，在天气寒冷时，利用制冷半导体装置10在通电时产生的热量加热发动机冷却水以达到暖车的效果，另外，制冷半导体装置10在通电时产生的冷气除去前挡风玻璃的结雾及驾驶室内的湿气；一方面解决了现有的利用发动机燃油来加热发动机冷却水水温，从而浪费大量的燃油消耗及暖车等待时间长的技术问题，节省了燃油消耗和暖车等待时间；另一方面无需通过启动车载空调来除去前挡风玻璃的结雾及湿气，避免了冷风空调启动对电瓶及空气
压缩机带来的不利影响，另外，节省资源，节能又环保。
[0046] 参照图3，制冷半导体装置10包括：风扇、鼓风装置13、出风装置，风扇位于鼓风装置13的一端，出风装置位于鼓风装置13的另一端，出风装置经软管连接汽车空调的散热通道；
[0047] 制冷半导体装置10还包括设置于鼓风装置13的周围设有多个半导体制冷片11，半导体制冷片11的制冷端连接鼓风装置13，制热端设有水冷头12，水冷头12上设有用于连接发动机水泵1的水管。水冷头12上设有连接发动机水泵1的进水口和连接发动机循环水路的出水口。
[0048] 在本实施例中，制冷半导体装置10通电工作时，发动机冷却水在发动机水泵1的作用下经进水口进入水冷头12，带走制热端的热量后经出水口流入发动机循环水路，以此快速加热发动机冷却水水温；风扇工作时，吹动气体通过半导体制冷片11制冷端，完成热交换变成冷风，冷风通过出风装置经软管接入汽车空调
通风口，通过通风口进入汽车内室，用于除雾及除湿。
[0049] 优选地，参照图2，该车载制冷半导体鼓风系统还包括温度采集模块60，温度采集模块60包括：设置在发动机、制热端及制冷端及汽车室内的温度传感器上。 在本实施例中，温度传感器包括：设置在进入发动机水管的入口处的第一温度传感器、设置在半导体制冷片11的制热端的第二温度传感器、设置在制冷端的第三温度传感器及设置在汽车室内的第四温度传感器。
[0050] 在本实施例中，第一温度传感器设置在进出发动机的水管上或者设置在发动机循环水路的管道上，汽车启动时，当采集到的发动机冷却水的温度低于第一预设值，且第二温度传感器（制热端）和第三温度传感器（制冷端）的温度在规定的范围内，控制半导体制冷片11通电，发动机水泵1将发动机的冷却水压出进入水冷头12，制热端开始制热使流经制热端的冷水温度升高，使发动机水温达到合适的工作温度，制冷端进行制冷，实现暖车模式。本实施例的暖车模式，利用半导体制冷片在通电时制热端产生的热量加热发动机的冷却水，使发动机快速达到工作模式，制冷端在通电时产生冷气，用于除去玻璃结雾和汽车室内的湿气。另外，暖车模式时，当第二温度传感器（制热端）温度高于预设值时或者第三传感器（制冷端）的温度达到预设的低温时，控制半导体制冷片11断电停止工作。
[0051] 优选地，该温差发电系统还包括连接半导体制冷片11的储能模块30。当发动机冷却水的水温达到第二预设值时，半导体制冷片11断电，由鼓风装置13吸入外部冷风对制冷端制冷，发动机冷却水（此时发动机冷却水已达到工作温度，为热水）流经制热端，热水略微降温，使制热端和制冷端存在温差实现温差发电；储能模块30用于存储由温差发电而产生的电能，实现温差发电模式。
[0052] 在本实施例中，储能模块30为电瓶。在其他实施例中，半导体制冷片11还连接有其他车载用电设备，直接将温差产生的电能供给用电设备。具体地，当汽车冷却水达到工作温度后，也即是第二预设值为工作温度，并且汽车在使用暖风加热的模式时，也就是说外界温度低的情况下，制冷半导体装置10停止工作，电源模块20停止为制冷半导体装置10供电，此时，利用制热端和制冷端存在温差来发电。利用汽车发动机水泵1将发动机冷却水的热量给制热端制热，鼓风装置13将外界的冷风吸入冷却制冷端，使半导体制冷片11的两端存在温差，半导体制冷片11两端存在的温差越大则产生的压差和
电流就越大。此时，半导体制冷片11处于温差发电模式。本实施例的温差发电模式，利用半导体制冷片11制冷端与制热端存在温差时可发电的特性，可以将所发电能反馈给电瓶或者其他车载电器使用。不仅为汽车提供了额外的
能源，而且提高了废热等的利用率。
[0053] 进一步地，储能模块30还连接有升压模块40和稳压模块50。在本实施例中，通过
升压电路和稳压电路，将半导体制冷片11由温差发电的电能存储在电瓶中。
[0054] 参照图7，进水口经第一三通电磁阀4连接发动机水泵1和储水器泵2，出水口经第二三通电磁阀5连接发动机水泵1和储水器3。第一三通电磁阀4连通储水器泵2和进水口，第二三通电磁阀5连通出水口和储水器3；或第一三通电磁阀4连通发动机水泵1和进水口，第二三通电磁阀5连通出水口和发动机循环水路。
[0055] 在本实施例中，当汽车室内的温度高于第三预设值时，半导体制冷片11通电，第一三通电磁阀4连通储水器泵2和进水口，第二三通电磁阀5连通储水器3和出水口，储水器3的冷水流经进水口进入水冷头12为制热端降温后经出水口流入储水器3，制冷端的冷气经散热通道输送至汽车内室实现制冷。
[0056] 优选地，在第二三通电磁阀5和储水器3之间设有散热器6，从出水口出来的热水经散热器6降温后流入储水器3，以持续为制热端降温。具体地，当汽车室内的温度达到第三预设值时，且第二温度传感器（制热端）和第三温度传感器（制冷端）的温度在规定的范围内，制冷半导体装置10处于空调制冷模式时，由于发动机冷却水温度较高，不能利用发动机冷却水为半导体制冷片11的制热端降温，此时利用储水器3内的冷水给制热端降温。在本实施例中，半导体制冷片11通电处于制冷模式时，将储水器3中的水压出给制热端降温，制冷端开始制冷，风扇14吹出的风经鼓风装置13变成冷风经出风装置接入汽车空调通风口，给汽车室内降温。另外，制冷模式时，当第二温度传感器（制热端）温度高于预设值时或者第三传感器（制冷端）的温度达到预设的低温时，控制半导体制冷片11断电停止工作。本实施例的空调制冷模式适用于在寒冷地区及对制冷需求低的地区，可以替代空气压缩机，减轻汽车重量以及降低油耗，实现节能减排。
[0057] 该半导体空调系统还包括控制模块70，控制模块70连接温度采集模块60、电源模块20、第一三通电磁阀4和第二三通电磁阀5，根据采集的温度信号，控制第一三通电磁阀4和第二三通电磁阀5的通路选择及电源模块20的通断。
[0058] 优选地，鼓风装置13为中空结构，鼓风装置13包括位于中空
位置的轮毂131及位于轮毂131周围的多个散热叶片132，鼓风装置13的两端均设有连接多个散热片13对应两端的连接环133。
[0059] 在本实施例中，鼓风装置13也就是现有的车载鼓风机，本实施例将半导体制冷片11与鼓风机结合在一起，以节约体积；利用半导体制冷片11的制冷作用实现在提高鼓风机工作效率的条件下，使半导体制冷片11工作在最佳制冷、最佳制热及最佳发电状态。
[0060] 本发明还提供一种车载制冷半导体鼓风系统的控制方法，应用于上述的车载制冷半导体鼓风系统上，该方法包括以下控制模式中的一种模式：
[0061] 当发动机冷却水温度低于第一预设值时，且制冷端和制热端的温度在预设范围时，制冷半导体装置10通电，发动机冷却水流经制热端升温以达到暖车效果，制冷端产生的冷气经散热通道输入汽车内室，用于除去玻璃结雾。
[0062] 当发动机冷却水温度达到第二预设值时，且制冷端和制热端的温度在预设范围时，制冷半导体装置10断电，鼓风装置13吸入外界的冷风为制冷端降温，发动机冷却水流经制热端为制热端加热，使制冷端和制热端存在温度差，以此制冷半导体装置10实现温差发电。
[0063] 当汽车室内的温度高于第三预设值时，且制冷端和制热端的温度在预设范围时，制冷半导体装置10通电，储水器3的冷水流经水冷头12，为制热端降温，制冷端产生的冷气经散热通道输入汽车室内，制冷半导体装置10实现汽车制冷模式。
[0064] 下面通过图4至图9的电气控制图和水路循环图，介绍制冷半导体装置的三种控制模式：
[0065] 模式1（汽车启动-暖车工作模式）：参照图4及图7，在本实施例中，控制模块70为STC89C52
单片机，第三继电器为大功率继电器，电源为大功率电源，第三继电器控制电源模块20的通断。汽车启动时，当发动机冷却水温度低于第一预设值时，且制冷端和制热端温度在预设范围内时，第三继电器控制半导体制冷片11通电工作；第一继电器控制第一三通电磁阀4的阀口a关闭，阀口b、c打开，第一三通电磁阀4连通进水口和发动机水泵1。第二继电器控制第二三通电磁阀5的阀口a关闭，阀口b、c打开，第二三通电磁阀5连通出水口和发动机水泵1。水路循环路线：发动机冷却水由发动机水泵1压出，经进水口进入水冷头12，带走水冷头12的热量，使冷水加热为热水，后经出水口流回发动机重新进入循环水路，使发动机以较快的速度达到合适的工作温度。同时半导体制冷片11制冷端进行制冷，风扇14起动吹动气体经过半导体制冷端变成冷风接入空调通风口用于去除玻璃
雾气、及汽车室内除湿。
[0066] 模式2（汽车行驶-温差发电模式）：如图5及图8所示，当汽车冷却水到达工作温度也即是第二预设值，且制冷端和制热端温度在预设范围内时，第三继电器控制半导体制冷片11停止通电，若汽车使用汽车暖风加热模式，说明外界的温度较低，此时，第一继电器控制第一三通电磁阀4的阀口a关闭，阀口b、c打开，第一三通电磁阀4连通进水口和发动机水泵1。第二继电器控制第二三通电磁阀5的阀口a关闭，阀口b、c打开，第二三通电磁阀5连通出水口和发动机水泵1。水路循环路线：发动机冷却水（热水）由发动机水泵1压出，并经制热端吸收热量略微降温后，流回发动机重新进入循环水路，鼓风装置13将外界的冷风吸入对制冷端制冷，从而形成半导体制冷片11两端的温度差，利用制冷端与制热端的温差进行发电，其产生的电力可反馈给汽车电瓶或其他车载设备使用。温差发电产生的电能经升压模块和稳压模块存储到储能模块30中。
[0067] 本实施例的温差发电模式利用了半导体制冷片逆向工作具有温差发电的特性，其中水冷头将来自发动机的冷却水的热量加热制热端，鼓风装置吹出冷空气导致制冷端及其散热片温度下降，进而在半导体制冷片产生较大的温差，此时半导体制冷片恰好工作在中低温最佳温差发电区间，温差发电效率及其发电量最高。温差发电提高了废热等的利用率。
[0068] 模式3（替代汽车空调-制冷模式）：如图6及图9所示，当汽车驾驶室内的温度达到第三预设值，且制冷端和制热端温度在预设范围内时，第三继电器控制制冷半导体装置10通电，第一继电器控制第一三通电磁阀4的阀口b关闭，阀口a、c打开，第一三通电磁阀4连通进水口和储水器泵2。第二继电器控制第二三通电磁阀5的阀口b关闭，阀口a、c打开，第二三通电磁阀5连通出水口和储水器3。第一继电器控制储水器泵2及散热器6的风扇工作。水路循环路线：冷却水由储水器3经储水器泵2压出，经半导体制冷片11给制热端降温，经水冷头12出水口流出的热水经散热器6进一步降温后流回储水器3以持续为制热端降温，风扇吹动气体经制冷端变成冷气后经出风装置提供给汽车空调通风口，以降低驾驶室内的温度。制冷半导体装置可以工作在低功率和频繁启停的工作环境下，充分利用制冷半导体装置制冷快和适应频繁启停的优点，以逐渐替代传统空气压缩机。
[0069] 本发明还提供一种车载制冷半导体装置，即是上述的制冷半导体装置10，在此不再赘述，制冷半导体装置即是半导体制冷片与车载鼓风机的结合，取代现有的车载鼓风机；本发明通过将半导体制冷片与车载鼓风机结合，实现在寒冷地区及对制冷需求低的地区替代空气压缩机，在减轻汽车重量以降低油耗的同时，通过代替汽车空调、降低启动暖车油耗及减少废气排放、利用发动机废热发电来进一步提高能源利用率，实现节能减排。
[0070] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
