车辆用太阳光线跟踪太阳能电池装置
阅读：961发布：2020-05-24
专利汇可以提供车辆用太阳光线跟踪太阳能电池装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种车辆用太阳 光线 跟踪 太阳能 电池 装置。该装置包括： 车身 面板，其具有安装 太阳能电池 的顶面；一个或多个高度可调 致动器 ，其安装在车身面板的底面上并且上下移动；以及集成 控制器 ，其通过综合使用从安装在车辆上的各种 传感器 输出的 信号 来控制高度可调致动器的操作，该信号由集成控制器用于确定太阳能电池的最高效 定位 。，下面是车辆用太阳光线跟踪太阳能电池装置专利的具体信息内容。
1.一种车辆用太阳光线跟踪太阳能电池装置，包括：
车身面板，具有安装太阳能电池的顶面；
一个或多个高度可调致动器，安装在所述车身面板的底面上，并且上下移动；以及集成控制器，其配置成基于从安装在所述车辆上的各种传感器输出的信号，控制所述高度可调致动器的操作，所述信号被所述集成控制器用于确定所述太阳能电池的最高效定位。
2.根据权利要求1所述的太阳光线跟踪太阳能电池装置，其中所述高度可调致动器安装在所述车身面板的底面的各个角部，并且缩进和降低，以使所述车身面板的角部升高和降低。
3.根据权利要求1所述的太阳光线跟踪太阳能电池装置，其中所述高度可调致动器安装在所述车身面板的底面的各个中间边缘部，并且缩进和降低，以使所述车身面板的边缘升高和降低。
4.根据权利要求1所述的太阳光线跟踪太阳能电池装置，其中所述传感器选自室外温度传感器、全球定位系统、磁场传感器及其组合，并且所述集成控制器通过使用从至少一种所述传感器输出的信号来控制所述高度可调致动器的操作。
5.根据权利要求1所述的太阳光线跟踪太阳能电池装置，其中所述高度可调致动器各自基于所述太阳能电池的期望的倾斜方向而被独立控制。
车辆用太阳光线跟踪太阳能电池装置
技术领域
[0001] 本发明涉及车辆用太阳光线跟踪太阳能电池装置。更特别地，本发明涉及一种车辆用太阳光线跟踪太阳能电池装置，其能够依照太阳光线的照射角度以及车辆的位置和姿势，通过调整太阳能电池所安装的车身面板的倾斜度(tilt)而最优化太阳光线收集。
背景技术
[0002] 随着对生态友好能源领域的全球兴趣的增长，已进行了将例如太阳能电池的光电转换装置应用于车辆的诸多研究。尤其是，对于开发车辆用太阳能电池的期望已激发了巨大的兴趣。例如，安装有硅太阳能电池板的天窗已应用于混合电动车辆(HEV)的车身顶部。
[0003] 然而，当太阳能电池安装在车辆上时，太阳光线收集率基于车辆当前位置和姿势而显著变化。因此，由于太阳光线收集率不能始终最优化，所以车辆用太阳能电池具有比实际可能的发电效率低的缺点。
[0005] 在本背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对于本发明背景的理解，因此其可能包含不构成本国内本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
[0006] 本发明提供了一种太阳光线跟踪太阳能电池装置，其被配置成通过在车辆面板上安装能够使安装有太阳能电池的车辆面板升高和降低的致动器，并且通过基于车辆位置和姿势以及太阳光线的照射角度控制致动器的操作，来调整安装有太阳能电池的车身面板的倾斜度，而最优化太阳光线收集。
[0007] 一方面，本发明提供一种车辆用太阳光线跟踪太阳能电池装置，包括：车身面板，其具有安装太阳能电池的顶面；一个或多个高度可调致动器，其安装在车身面板的底面上并且上下移动；以及集成控制器，其通过综合使用安装在车辆上的各种传感器所输出的信号，控制高度可调致动器的操作。
[0008] 在一个示例性实施例中，高度可调致动器可安装在车身面板底面的各个角部并且扩张和收缩，以使车身面板的各个角部升高和降低。
[0009] 在另一示例性实施例中，高度可调致动器可另外安装在车身面板底面的各个中间边缘部并且扩张和收缩，以使车身面板的各个边缘升高和降低。
[0011] 根据本发明的示例性实施例，由于安装在车身面板上的太阳能电池依照从安装在车辆上的传感器输出的信息信号来跟踪太阳光线，因此太阳能电池板能够最佳地收集太阳光线以最大化太阳光线收集率，并且因而无论太阳光线的照射角度以及车辆的姿势和位置如何，都能够最大化发电效率。
[0013] 现在将参照附图中示出的某些示例性实施例详细说明本发明的上述和其他特征，附图在下文中仅以例示的方式给出，因此不限制本发明，并且其中：
[0014] 图1是根据本发明的示例性实施例的车辆用太阳能电池装置的示意图；
[0015] 图2是根据本发明的另一示例性实施例的车辆用太阳能电池装置的示意图；并且[0016] 图3至6是示出图1的太阳能电池装置的各种操作状态的视图。
[0017] 附图中给出的附图标记包括对以下进一步讨论的下列元件的参照：
[0018] 10：车辆表面
[0019] 11：安装太阳能电池的车身面板
[0020] 12：面板支承
[0021] 13：支承
[0022] 14：齿条(rack gear)
[0023] 15：电机
[0024] 16：集成控制器
[0025] 17：安装在车辆上的传感器
[0026] 18：高度可调致动器
[0027] 18a：角部致动器
[0028] 18b、18c：中间边缘致动器
[0029] 应该理解的是，附图不一定按照比例绘制，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种示例性特征的某种程度的简化表现形式。文中所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征，将部分地由特定目的的应用和使用环境来确定。
[0030] 在图中，贯穿附图的多幅图中相同的附图标记表示本发明的相同或等价的部件。
具体实施方式
[0031] 现在将详细参考本发明的各种实施例，其实例在附图中示出并在以下予以说明。虽然将结合示例性实施例说明本发明，但是将会理解的是，本说明并非意在将本发明限制于这些示例性实施例。相反，本发明的意图在于不仅涵盖这些示例性实施例，而且涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代方式、改型、等价方式以及其他实施例。
[0032] 应该理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似术语包括通常的机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客运车辆，包括各种艇和船在内的水运工具、以及飞行器，等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他代用燃料车辆(例如，从石油之外的资源取得的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如同时拥有汽油动力和电动力的车辆。
[0033] 本发明涉及一种车辆用太阳能电池装置，其能够依照太阳光线的照射角度，可变地改变安装太阳能电池的车身面板的姿势。车身面板被设计成，通过综合使用从安装在车辆上的多种传感器输出的信号执行控制的集成控制器，依照太阳光线的照射角度以及车辆的位置和姿势，在多种方向上倾斜。因此，本发明被设计成，通过依照太阳光线的照射角度以及车辆的姿势和位置，控制安装在车身面板上的太阳能电池的倾斜度，而最优化太阳光线的收集。
[0034] 如图1和2中所示，根据本发明的示例性实施例的车辆用太阳能电池装置可包括：车身面板11，在其上安装太阳能电池；多个高度可调致动器18，其安装在车身面板11的底面上，并且被配置成根据集成控制器16执行的控制而上下扩张和收缩。集成控制器16通过综合使用从安装在车辆上的多种传感器17输出的信号，来执行致动器的控制。该车辆面板11可安装在车辆的朝外的表面上，例如车辆顶部。
[0035] 可通过高度可调致动器18的操作，有效地实现安装太阳能电池的车身面板11的角度调整。例如，如图1中所示，高度可调致动器18可划分为角部致动器18a和中间致动器18b。角部致动器18a可分别设置在车身面板11的下表面或底面的角部。角部致动器18a上下扩张和收缩操作，从而取决于特定的致动器被指示如何移动，而使车身面板11的各个角部升高或降低。例如，可控制一个致动器18c移动第一规定距离，同时可控制其它致动器移动第二规定距离。
[0036] 替换性地，为了为车身面板11提供更稳定的支撑，可在车身面板11的相反角部之间的车身面板11的边缘的中间部分(也称为“中间边缘部”)布置中间致动器18b。
[0037] 根据另一示例性实施例，如图2中所示，高度可调致动器18c可安装在车身面板11的底面/下表面的边缘的中间部分，以便在竖直方向上扩张或收缩，从而使车身面板11的至少一个边缘以及车辆面板的两个其他边缘的至少一部分升高或降低。例如，可以任何方向的角度使面板倾斜，该角度能够通过以特定组合扩张和收缩致动器而适当形成。
[0038] 如图1中所示，当在车身面板11的角部布置角部致动器18a时，车身面板11的至少一个选定的角部通过集成控制器16的控制而被升高或降低。当车身面板11除了一个角部之外的所有角部均被升高时，车身面板11的左前、左后、右前和右后部分的其中之一被举起。
[0039] 参照图6，当车身面板11除了左前角部之外的所有角部均被升高时，车身面板11在右后部分被举起。此时，右后致动器18a的扩张长度处于其最高点，而左后和右前致动器18a以及中间(中间边缘)致动器18b依照要求的车身面板11的倾斜度，收缩/扩张至适当的长度。即，当车身面板11的角部之一被举起时，致动器18响应于车身面板11的倾斜度而扩张，并因此支撑车身面板11。
[0040] 另外，当直线排列的致动器18扩张时，如图4和5中所示，车身面板11的后部或右部可被举起。可在与上述相反的方面将车身面板11举起。也就是说，可依照太阳光线的照射角度(或太阳的位置)，使车身面板11的前、后、左、右侧的其中之一升高或返回至初始姿势。
[0041] 致动器18的上述操作由集成控制器16控制。也就是说，安装在车身面板11的下表面/底面上的致动器18的扩张和收缩或者缩进和降低长度由集成控制器16确定，后者通过使用从安装在车辆上的多种不同传感器17输入的信息而整体控制各个致动器18的操作。通过所确定的扩张和收缩长度，能够控制车身面板11的倾斜度。
[0042] 如上所述，能够通过高度可调致动器18将安装有太阳能电池的车身面板11在其前、后、左、右及对角线部分自由地举起。因此，能够响应于太阳的位置调整车身面板11的姿势(或倾斜度)，从而依照车辆的位置和姿势以及太阳光线的照射角度，最大化太阳光线的收集效率。
[0043] 参照图1和图2，面板支承12安装在车身面板11的下表面/底面的各个角部和中间边缘部，并且高度可调致动器18安装在各个面板支承12与车辆表面10之间。任何能够在竖直方向上扩张和收缩或者缩回和降低以便上下移动各个支承13且因此升高和降低车身面板11的装置均可用作高度可调致动器18。另外，可使用构成常规致动器的组件。
[0044] 例如，参照图1和图2，高度可调致动器18可包括：安装在车辆表面或衬底10上的电机15；连接于电机15的驱动轴的小齿轮(未示出)；齿条14，具有与小齿轮啮合的第一端和连结于支承的第二端，并且被配置成沿支承13的引导部上下移动；以及支承，其中插入齿条的第二端，并且其连结于面板支承12的底面。此处，引导部形成在支承13的内壁上，以起到引导齿条14的上下移动的作用。另外，高度可调致动器18可使用液压缸、气动缸、电动缸、机械缸中的任何一种及其组合。此外，可使用例如蜗轮、锥齿轮等的各种齿轮作为齿轮组件。
[0045] 另外，可使用室外温度传感器、全球定位系统(GPS)、磁场传感器、倾斜传感器等作为传感器17，为集成控制器控制高度可调致动器18的操作提供信息。也可使用能够安装在车辆上的其他传感器。集成控制器16基于从至少一种传感器接收到的信号控制致动器18的操作。
[0046] 室外温度传感器用于检测车辆的室外温度。通过使用室外温度传感器，可记录当前太阳光线的强度。GPS用于识别车辆的当前位置。通过使用GPS，可获得车辆的绝对时间，由此可识别关于车辆当前位置和太阳姿态的信息。
[0047] 磁场传感器用于通过检测地球内流动的弱磁场的方向，来检测车辆的移动方向。通过使用磁场传感器，可确定车辆的移动方向。倾斜传感器用于基于车辆是否向前、向后、向左或向右倾斜来检测车辆的当前姿势。通过使用倾斜传感器，可识别车辆当前倾斜度。
[0048] 集成控制器16可配置成通过综合使用从传感器17获得的信息，依照太阳光线的照射角度以及车辆的姿势和位置，最优化安装在车身面板11上的太阳能电池的倾斜度。在上述传感器17当中，可使用至少一种或多种传感器。然而，为了有效地跟踪太阳光线，可通过向集成控制器16提供各种传感器信号来实现集成控制器16的控制。也就是说，通过使用各种传感器而非使用一种传感器，可集成室外温度信息、车辆的姿势(或倾斜度)和位置信息、车辆的移动方向信息、以及太阳姿态的信息，并且因此可依照太阳的位置最优化地移动安装在车身面板11上的太阳能电池。
[0049] 如上所述，可通过集成太阳光线当前强度的信息、太阳姿态的信息、以及车辆的位置和倾斜度的信息，来确定车身面板11关于太阳光线的照射角度的最优化位置和姿势，这些信息可从例如室外温度传感器、GPS、磁场传感器和倾斜传感器等的传感器17输出的信息信号获得。也就是说，集成控制器16基于该信息，控制各个致动器18的操作，使得车身面板11具有最优化位置和姿势。
[0050] 此外，能够不同地实现高度可调致动器18对车身面板11的倾斜姿势的控制。这将在下文中说明。
[0051] 图3至6是示例性示出图1的示例性实施例的操作状态的视图。图3示出在所有的致动器18操作之前，车身面板11被紧密收缩至车辆表面10的状态。在该状态下，所有的致动器18均收缩(降低)。因此，车辆表面10的开口处于关闭状态。
[0052] 图4示出车身面板11如通常的天窗一样倾斜的状态。因此，车身面板11向前倾斜(即车身面板11的前部紧密接触车辆表面10)，因而车身面板11的后部被举起。相反，也可使车身面板11向后倾斜(即车身面板11的后部紧密接触车辆表面10)，因而车身面板11的前部被举起。
[0053] 图5与图4类似。然而，图5示出车身面板11向左倾斜的状态。也就是说，车身面板11的左部紧密接触车辆表面10，而车身面板11的右部被举起。
[0054] 如上所述，图6示出车身面板11除了左前部之外的所有部分被举起的状态。也就是说，车身面板11的左前部紧密接触车辆表面10，而面板的其余部分被致动器18举起。另外，也可使车身面板11向左后、右前或右后倾斜，因而除了左后、右前和右后部之一以外的其余致动器和面板部分被举起。
[0055] 如上所述，由于车身面板11能够依照太阳的位置可变地自由倾斜，因此能够最大化具有有限面积并且安装在车身面板11上的太阳能电池的发电效率。同时，作为车身的一部分，车身面板11能够通过依照高度可调致动器18的操作上下移动，而开启和关闭露出的车辆表面10。
[0056] 如图1中所示，可通过安装在车身面板11的角部的致动器18，使车身面板11向左、向右、向前、向后和在对角线方向倾斜。另外，当车身面板11被设计成具有与车顶的整个区域相似或相同的区域时，如图2中所示，可将致动器18仅安装在车身面板11的边缘的中间部分，使得能够考虑车辆的运行性能，而使车身面板11仅向前、向后、向左和向右倾斜。
[0057] 另外，当支撑太阳能电池的车身面板11在车辆行驶或停止时连续移动时，电力消耗和动力消耗增加。因此，可控制车身面板11使得车身面板11在预定时间改变其倾斜度(例如，每十分钟改变其倾斜度)，从而降低车辆的电力消耗和动力消耗，并且防止车身面板阻碍车辆的性能。
[0058] 此外，当车辆的运行性能由于车身面板11的倾斜度调整而受到损害时，例如当车身面板11的前部被举起时，为了自然地保持越过和通过车身面板11的气流，类似于常规的全景天窗，可在车身面板11的前缘或所有边缘安装遮风檐(visor)。
[0059] 根据本发明的示例性实施例的车辆用太阳能电池装置通常可应用于车辆顶板，其在车辆外表面中具有最大面积。然而，本发明不限于此。该太阳能电池装置可应用于能够安装太阳能电池的任何部分，例如发动机罩板、行李箱板、翼子板等等。
[0060] 根据本发明的示例性实施例的车辆用太阳能电池装置可通过在车辆上安装太阳能电池、致动器和适当的传感器，而应用于各种车辆，例如汽车、脚踏车、自行车等等。另外，还可通过在建筑物上安装太阳能电池、致动器和适当的传感器，而将太阳能电池装置应用于建筑物。
[0061] 在附图中，为了本发明的车辆用太阳能电池装置的清晰，可能夸大了组件的尺寸。另外，取决于车辆设计，车身面板可以弯曲。然而为了方便，在附图中示出了平坦的车身面板，但其不限制本发明。
[0062] 已参照其示例性实施例详细说明了本发明。然而，本领域技术人员将会理解的是，在不偏离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，本发明的范围限定在所附权利要求及其等效形式中。
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