[0001] 本公开涉及一种使用太阳能的车辆太阳能系统及其控制方法，并且更具体地，涉及一种被设计成在车辆热管理(乘客舱加热、电池预热等)中使用太阳能以及将太阳能转换成电能的车辆太阳能系统及其控制方法，从而显著提高太阳能的利用效率。

[0002] 根据《巴黎协定(Paris Agreement)》，为了碳中和，有必要利用太阳能，其为代表性的可再生能源。太阳能发电是一种吸收太阳能(太阳光、太阳热)并将太阳能转换成电能而不污染环境的系统，其发电效率很低，约为10％。也就是说，只有太阳能中的一些可转换成电能，其余的可作为热能废弃。这种废弃的热能可提高太阳能电池的温度。随着太阳能电池温度的升高，其转换效率降低。例如，当太阳能电池的温度上升大约10℃时，其转换效率可降低至4％。

[0003] 同时，根据碳中和及生命周期评估(LCA)，有望增加太阳能在车辆中的使用，并且有必要提高太阳能的利用效率。

[0004] 本背景技术部分所描述的上述信息是为了帮助理解发明概念的背景而提供的，并且可包括本领域技术人员已知的不被视为现有技术的任何技术概念。

[0074] 下文将参考附图详细描述本公开的示例性实施例。在附图中，相同的附图标记将始终用于表示相同或等同的元件。此外，将排除与本公开相关联的公知技术的详细描述，以免不必要地模糊本公开的要点。

[0075] 诸如第一、第二、A、B、(a)和(b)等术语可用于描述本公开的示例性实施例中的元件。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件，并且对应元件的固有特征、顺序或次序等不受这些术语的限制。除非另有定义，否则本文所使用的所有术语，包括技术或科学术语，具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的那些相同的含义。通常使用的词典中定义的这类术语将被解释为具有与相关技术领域中的上下文含义相等的含义，并且不被解释为具有理想的或过于正式的含义，除非在本申请中明确定义为具有这类含义。

[0076] 参考图1，根据本公开的示例性实施例的车辆太阳能系统可包括安装在车辆1外表面上的太阳能模块10，以及热连接至太阳能模块10的储热箱20。车辆1可包括由仪表板3分隔的前舱4和乘客舱5。加热、通风和空气调节(HVAC)系统30可安装在仪表板3上，使得它可位于前舱4和乘客舱5之间。

[0077] 太阳能模块10可安装在车辆1的车顶2上。太阳能模块10可包括太阳能电池板11和设置在太阳能电池板11中的冷却通道12。太阳能电池板11可为光伏电池板和太阳能电池板结合在一起的光伏热(PVT)板，并且被配置成生成电和热。当第一冷却剂通过冷却通道12时，太阳能电池板11可维持在合适的温度，以提高发电效率。

[0078] 太阳能电池板11可将太阳能转换成电能，使得太阳能电池板11可生成电能。转换器15可电连接至太阳能电池板11，并且转换器15可被配置成将由太阳能电池板11生成的电能供应给电池43。第一温度传感器TS1可安装在太阳能电池板11上，并且第一温度传感器TS1可感测太阳能电池板11的温度。

[0079] 储热箱20可包括储热室21(如图2‑3所示)，储热材料存储在储热室中，并且储热材料可为相变材料(PCM)。第二温度传感器TS2可安装在储热室21上，并且第二温度传感器TS2可感测储热室21的温度。

[0080] 储热箱20可包括接触储热室21的第一侧表面的第一冷却剂室22(如图2‑3所示)，并且第一冷却剂室22可通过第一冷却剂循环回路50热连接和流体地连接至太阳能模块10的冷却通道12。

[0081] 第一冷却剂循环回路50(如图2‑3所示)可被配置成使第一冷却剂在太阳能模块10的冷却通道12和第一冷却剂室22之间循环。

[0082] 参考图2，第一冷却剂循环回路50可包括第一冷却剂供应管线51，其使第一冷却剂从储热箱20的第一冷却剂室22流动至太阳能模块10的冷却通道12；第一冷却剂回流管线53，其使第一冷却剂从太阳能模块10的冷却通道12回流至储热箱20的第一冷却剂室22；以及第一冷却剂泵52，其使第一冷却剂循环。第一冷却剂泵52可流体地连接至第一冷却剂供应管线51，并且第一冷却剂泵52的入口可与第一冷却剂室22的出口间隔开。可通过第一冷却剂泵52使第一冷却剂在太阳能模块10的冷却通道12和储热箱20的第一冷却剂室22之间循环。

[0083] 根据图3所示的示例性实施例，第一冷却剂泵52和第一冷却剂室22可一体地接合。具体地，第一冷却剂泵52的入口可直接连接至第一冷却剂室22的出口。由于第一冷却剂泵
52一体地接合至储热箱20的第一冷却剂室22，所以第一冷却剂泵52和储热箱20可模块化。
因此，可减小第一冷却剂供应管线51的长度，第一冷却剂泵52和储热箱20的布局可变得更加紧凑，并且第一冷却剂泵52的振动特性可得到改进。

[0084] 储热箱20可包括接触储热室21的第二侧面的第二冷却剂室23。第一冷却剂室22和第二冷却剂室23可被设置成在储热室21的两个侧表面上彼此面对。第一冷却剂室22可与第二冷却剂室23流体地分离，并且第一冷却剂室22可通过储热室21热连接至第二冷却剂室23。

[0085] 接纳在太阳能模块10的冷却通道12中的第一冷却剂可吸收太阳能模块10中的太阳能电池板11的热量，使得可将太阳能电池板11冷却至适当的温度。第一冷却剂可被引导至第一冷却剂室22，并且第一冷却剂可将从太阳能电池板11吸收的热量传递至储热室21的储热材料，使得储热室21中的储热材料的温度可增加至预定温度，并且储热材料可在其中储存热量。接纳在第二冷却剂室23中的第二冷却剂可从储热室21的储热材料吸收热量，使得第二冷却剂的温度可升高至预定温度。

[0086] 根据本公开的示例性实施例的车辆太阳能系统可包括热连接至储热箱20的第二冷却剂室23的板式散热器81，并且板式散热器81可通过第二冷却剂循环回路60流体地连接至第二冷却剂室23。参考图1，板式散热器81可邻近车辆1的前格栅设置。板式散热器81中可具有冷却剂通道，并且第二冷却剂可穿过冷却剂通道。板式散热器81可在第二冷却剂和环境空气之间传递热量。穿过板式散热器81的冷却剂通道的第二冷却剂可被穿过板式散热器81的外表面的空气冷却。

[0087] 根据本公开的示例性实施例的车辆太阳能系统可另外包括热连接至储热箱20的第二冷却剂室23的辅助热交换器82，并且第二冷却剂室23可通过辅助热交换器82热连接至HVAC系统30。第二冷却剂室23可通过第二冷却剂循环回路60流体地连接至辅助热交换器82。

[0088] 根据本公开的示例性实施例的车辆太阳能系统可另外包括热连接至储热箱20的第二冷却剂室23的电池冷却器83，并且第二冷却剂室23可通过电池冷却器83热连接至电池冷却系统40。第二冷却剂室23可通过第二冷却剂循环回路60流体地连接至电池冷却器83。

[0089] 第二冷却剂循环回路60可被配置成选择性地将从储热箱20的第二冷却剂室23排出的第二冷却剂引导至板式散热器81、辅助热交换器82和电池冷却器83中的至少一个，并且使第二冷却剂回流至储热箱20的第二冷却剂室23。

[0090] 参考图2，第二冷却剂循环回路60可包括第二冷却剂供应管线61，该第二冷却剂供应管线使第二冷却剂从储热箱20的第二冷却剂室23流动至板式散热器81、辅助热交换器82和电池冷却器83。

[0091] 第二冷却剂循环回路60可包括第二冷却剂回流管线64，该第二冷却剂回流管线使第二冷却剂从板式散热器81、辅助热交换器82和电池冷却器83回流至第二冷却剂室23。

[0092] 参考图2，第二冷却剂循环回路60可包括使第二冷却剂循环的第二冷却剂泵62，并且第二冷却剂泵62可设置在第二冷却剂供应管线61上。第二冷却剂泵62的入口可与第二冷却剂室23的出口间隔开。

[0093] 第二冷却剂循环回路60可包括从第二冷却剂供应管线61分支并在第二冷却剂回流管线64处接合的多个分配管线65、66和67。多个分配管线65、66和67可包括从第二冷却剂供应管线61分支至板式散热器81的第一分配管线65、从第二冷却剂供应管线61分支至辅助热交换器82的第二分配管线66，以及从第二冷却剂供应管线61分支至电池冷却器83的第三分配管线67。

[0094] 参考图2，第二冷却剂循环回路60可包括设置在第二冷却剂供应管线61和多个分配管线65、66和67之间的控制阀63。控制阀63可包括与第二冷却剂室23连通的入口端口63a、与板式散热器81连通的第一出口端口63b、与辅助热交换器82连通的第二出口端口63c以及与电池冷却器83连通的第三出口端口63d。

[0095] 控制阀63可打开第一出口端口63b、第二出口端口63c和第三出口端口63d中的至少一个，以控制第二冷却剂从第二冷却剂室23流动至板式散热器81、辅助热交换器82和电池冷却器83中的至少一个。

[0096] 第一分配管线65的入口可连接至控制阀63的第一出口端口63b，并且第一分配管线65的出口可连接至第二冷却剂回流管线64的一个点64a。板式散热器81可设置在第一分配管线65上。当第二冷却剂泵62操作且控制阀63的第一出口端口63b打开时，第二冷却剂可通过第一分配管线65从第二冷却剂室23供应至板式散热器81，并且然后第二冷却剂可通过第二冷却剂回流管线64从板式散热器81回流至第二冷却剂室23。

[0097] 第二分配管线66的入口可连接至控制阀63的第二出口端口63c，并且第二分配管线66的出口可连接至第二冷却剂回流管线64的另一个点64b。辅助热交换器82可设置在第二分配管线66上。当第二冷却剂泵62操作且控制阀63的第二出口端口63c打开时，第二冷却剂可通过第二分配管线66从第二冷却剂室23供应至辅助热交换器82，并且然后第二冷却剂可通过第二冷却剂回流管线64从辅助热交换器82回流至第二冷却剂室23。

[0098] 第三分配管线67的入口可连接至控制阀63的第三出口端口63d，并且第三分配管线67的出口可连接至第二冷却剂回流管线64的一个点64a。电池冷却器83可设置在第三分配管线67上。当第二冷却剂泵62操作且控制阀63的第三出口端口63d打开时，第二冷却剂可通过第三分配管线67从第二冷却剂室23供应至电池冷却器83，并且然后第二冷却剂可通过第二冷却剂回流管线64从电池冷却器83回流至第二冷却剂室23。

[0099] 根据图3所示的示例性实施例，第二冷却剂泵62和第二冷却剂室23可一体地接合。具体地，第二冷却剂泵62的入口可直接连接至第二冷却剂室23的出口。由于第二冷却剂泵
62一体地接合至储热箱20的第二冷却剂室23，所以第二冷却剂泵62和储热箱20可模块化。
因此，第二冷却剂泵62和储热箱20的布局可变得更加紧凑，并且第二冷却剂泵62的振动特性可得到改进。

[0100] 根据图3所示的示例性实施例，储热箱20的第二冷却剂泵62和第二冷却剂室23可接合在一起，使得第二冷却剂泵62的振动特性可得到改进。此外，控制阀63的入口端口63a可直接连接至第二冷却剂泵62的出口，并且因此可去除第二冷却剂供应管线61。控制阀63和第二冷却剂泵62可一体地接合至储热箱20的第二冷却剂室23，使得控制阀63、第二冷却剂泵62和储热箱20可模块化。因此，控制阀63、第二冷却剂泵62和储热箱20的布局可变得更加紧凑，并且控制阀63和第二冷却剂泵62的振动特性可得到改进。

[0101] 参考图2，HVAC系统30可包括制冷剂循环路径31，制冷剂通过该制冷剂循环路径循环。压缩机32、内部冷凝器33、加热侧膨胀阀34和外部热交换器35可设置在制冷剂循环路径31上。压缩机32可压缩制冷剂。内部冷凝器33可设置在压缩机32的下游侧上，并且从压缩机
32排出的制冷剂可与经过内部冷凝器33的外表面的空气进行热交换，使得制冷剂可被冷凝，并且空气可被加热。由内部冷凝器33加热的空气可通过鼓风机(未示出)吹入乘客舱5中。加热侧膨胀阀34可设置在内部冷凝器33的下游侧上，并且由内部冷凝器33冷凝的制冷剂可通过加热侧膨胀阀34膨胀。加热侧膨胀阀34可为电子膨胀阀(EXV)，其开度由电子致动器34a调整。外部热交换器35可设置在加热侧膨胀阀34的下游侧上，并且外部热交换器35可在从车辆1的格栅供应的空气和制冷剂之间传递热量。由加热侧膨胀阀34膨胀的制冷剂可由外部热交换器35蒸发，并且由外部热交换器35蒸发的制冷剂可被引导至压缩机32中。参考图1，外部热交换器35与板式散热器81一起可邻近车辆1的格栅设置。

[0102] 参考图2，制冷剂循环路径31可包括从压缩机32的出口延伸至内部冷凝器33的第一管线31a、从内部冷凝器33延伸至加热侧膨胀阀34的第二管线31b、从加热侧膨胀阀34延伸至外部热交换器35的第三管线31c以及从外部热交换器35延伸至压缩机32的入口的第四管线31d。

[0103] 此外，HVAC系统30可包括设置在外部热交换器35和压缩机32之间的冷却侧膨胀阀(未示出)和蒸发器(未示出)。当HVAC系统30在加热模式下操作时，制冷剂可绕过冷却侧膨胀阀和蒸发器，并且从外部热交换器35排出的制冷剂可被引导至压缩机32中。当HVAC系统30在冷却模式下操作时，加热侧膨胀阀34可完全打开，使得通过加热侧膨胀阀34的制冷剂可不膨胀，并且制冷剂可通过冷却侧膨胀阀和蒸发器。

[0104] HVAC系统30可另外包括旁通管线36，该旁通管线使从加热侧膨胀阀34排出的制冷剂从外部热交换器35的上游点35a被引导至外部热交换器35的下游点35b。也就是说，当从加热侧膨胀阀34排出的制冷剂的一部分通过旁通管线36时，它可绕过外部热交换器35。

[0105] HVAC系统30可通过辅助热交换器82热连接至储热箱20的第二冷却剂室23。辅助热交换器82可设置在旁路管线36上，并且辅助热交换器82可包括流体地连接至旁路管线36的第一通道82a和流体地连接至第二冷却剂循环回路60的第二分配管线66的第二通道82b。穿过第一通道82a的制冷剂可从穿过第二通道82b的第二冷却剂吸收热量，使得穿过第一通道82a的制冷剂可被蒸发，并且第二冷却剂可被冷却。

[0106] 电池冷却系统40可被配置成冷却电池43或预热电池43。参考图2，电池冷却系统40可包括电池冷却剂循环路径41(电池冷却剂通过该电池冷却剂循环路径循环)、电池泵42(该电池泵流体地连接至电池冷却剂循环路径41)、电池加温器44和电池43。可通过电池泵42使电池冷却剂循环电池加温器44和电池43。

[0107] 电池冷却系统40可通过电池冷却器83热连接至储热箱20的第二冷却剂室23。电池冷却器83可包括流体地连接至电池冷却剂循环路径41的第一通道83a，以及流体地连接至第二冷却剂循环回路60的第三分配管线67的第二通道83b。当储热箱20的温度高于电池43的温度时，穿过第一通道83a的电池冷却剂可从穿过第二通道83b的第二冷却剂吸收热量，使得穿过第一通道83a的电池冷却剂可被加热。

[0108] 电池管理系统(未示出)可监控电池43的状况，并且电池管理系统可根据电池43的状况生成关于电池43的冷却或电池43的预热的指令，并且关于电池43的冷却或电池43的预热的指令可从电池管理系统(未示出)传输至控制器100。

[0109] 控制器100可控制第一冷却剂泵52、第二冷却剂泵62、控制阀63、压缩机32、加热侧膨胀阀34的电子致动器34a和电池泵42，从而控制车辆太阳能系统的整体操作。

[0110] 图4图示了根据本公开的示例性实施例的控制车辆太阳能系统的方法的流程图。

[0111] 控制器100可确定由第一温度传感器TS1感测到的太阳能模块10的太阳能电池板11的温度T1是否高于太阳能电池板11的最佳操作温度Tm(S1)。最佳操作温度Tm是指太阳能电池板11的发电效率被优化的温度。例如，最佳操作温度Tm可为20℃。

[0112] 当在S1中确定太阳能电池板11的温度T1高于最佳操作温度Tm时，控制器100可确定由第二温度传感器TS2感测到的储热室21的温度T2是否低于太阳能电池板11的温度T1(S2)。

[0113] 当在S2中确定储热室21的温度T2低于太阳能电池板11的温度T1时，控制器100可执行储热模式(S3)。储热模式是指使用第一冷却剂将太阳能电池板11的热量储存在储热箱20的储热室21中的模式。具体地，第一冷却剂泵52可由控制器100启动，使得第一冷却剂可通过第一冷却剂供应管线51和第一冷却剂回流管线53在太阳能模块10的冷却通道12和储热箱20的第一冷却剂室22之间循环。因此，太阳能电池板11的热量可使用穿过冷却通道12的第一冷却剂传递至第一冷却剂室22，并且传递至第一冷却剂室22的热量可传递至储热室
21的储热材料，使得储热材料可在预定温度下在其中储存热量。

[0114] 当在S1中确定太阳能电池板11的温度T1低于或等于最佳工作温度Tm时，控制器100可执行电池板预热模式(S4)。电池板预热模式是指执行太阳能电池板11的预热直到太阳能电池板11的温度达到最佳操作温度Tm的模式。具体地，第一冷却剂泵52可被控制器100关闭，使得第一冷却剂可不通过第一冷却剂供应管线51和第一冷却剂回流管线53在太阳能模块10的冷却通道12和储热箱20的第一冷却剂室22之间循环，并且因此太阳能电池板11的温度可通过太阳能而升高，直到其达到最佳操作温度Tm。

[0115] 当在S2中确定储热室21的温度T2高于或等于太阳能电池板11的温度T1时，控制器100可执行电池板冷却模式(S5)。电池板冷却模式是指太阳能电池板11被冷却至适当温度的模式。具体地，第一冷却剂泵52和第二冷却剂泵62可由控制器100启动，并且控制阀63的第一出口端口63b可由控制器100打开。因此，第一冷却剂室22可通过由第一冷却剂泵52循环的第一冷却剂从太阳能电池板11吸收热量，并且由第一冷却剂室22吸收的热量可传递至储热室21。储热室21的热量可传递至第二冷却剂室23，并且第二冷却剂室23的热量可通过由第二冷却剂泵62循环的第二冷却剂传递至板式散热器81，使得太阳能电池板11可被冷却。

[0116] 图5图示了根据本公开的另一示例性实施例的控制车辆太阳能系统的方法的流程图。

[0117] 可确定电池预热指令是否从电池管理系统(未示出)传输至控制器100(S11)。当电池43的温度低于预定阈值温度时，电池管理系统可生成用于增加电池43的温度的电池预热指令，并且电池预热指令可从电池管理系统传输至控制器100。

[0118] 当在S11中确定电池预热指令传输至控制器100时，控制器100可确定由第二温度传感器TS2感测到的储热室21的温度T2是否高于电池43的温度Tb(S12)。

[0119] 当在S12中确定储热室21的温度T2高于电池43的温度Tb时，控制器100可执行电池预热模式(S13)。电池预热模式是指执行电池43的预热直到电池43的温度达到最佳操作温度的模式。具体地，第二冷却剂泵62可由控制器100启动，并且控制阀63的第三出口端口63d可由控制器100打开，使得第二冷却剂可在第二冷却剂室23和电池冷却器83的第二通道83b之间循环。因此，穿过电池冷却器83的第二通道83b的第二冷却剂的热量可传递至穿过电池冷却器83的第一通道83a的电池冷却剂，使得电池冷却剂可加热电池43。

[0120] 当在S12中确定储热室21的温度T2低于或等于电池43的温度Tb时，该方法可结束。

[0121] 当在S11中确定电池预热指令未传输至控制器100时，控制器100可基于环境温度和用户设定的加热条件而执行加热模式(S14)。加热模式是指对乘客舱5进行加热的模式。具体地，压缩机32可压缩制冷剂，并且压缩的制冷剂可通过内部冷凝器33冷凝。冷凝的制冷剂可通过加热侧膨胀阀34膨胀，并且膨胀的制冷剂可通过外部热交换器35蒸发，并且然后被引导至压缩机32中。当制冷剂通过内部冷凝器33冷凝时，吹入乘客舱5中的空气可被加热，并且因此可执行对乘客舱5的加热。

[0122] 在S14之后，控制器100可基于环境温度和用户设定的加热条件而执行加热增强模式(S15)。加热增强模式是指乘客舱5的加热被另外增强的模式。具体地，第二冷却剂泵62可由控制器100启动，并且控制阀63的第二出口端口63c可由控制器100打开，使得第二冷却剂可在第二冷却剂室23和辅助热交换器82的第二通道82b之间循环。穿过辅助热交换器82的第二通道82b的第二冷却剂的热量可传递至穿过辅助热交换器82的第一通道82a的制冷剂，使得制冷剂可被辅助热交换器82附加地蒸发，并且因此可另外增强对乘客舱5的加热。

[0123] 如上所述，根据本公开的示例性实施例的车辆太阳能系统及其控制方法可被设计成在车辆热管理(乘客舱加热、电池预热等)中使用太阳能以及将太阳能转换成电能(发电)，从而显著提高太阳能的利用效率。因此，车辆的整体能量效率可显著提高。

[0124] 根据本公开的示例性实施例，当太阳辐射量相对较高时，可防止太阳能电池板的温度过度升高，使得可防止发电效率降低。

[0125] 根据本公开的示例性实施例，太阳能可储存在储热箱中，使得所储存的热能可作为HVAC系统的热源提供，并且因此可显著增加电动车辆的全电里程(AER)。

[0126] 根据本公开的示例性实施例，可最大限度地使用太阳能(可再生能源)，这确保未来移动性的碳中和及生命周期评估(LCA)竞争力。

[0127] 在上文中，尽管已参考示例性实施例和附图对本公开进行了描述，但本公开并不限于此，而是可由本公开所属领域的技术人员在不背离以下权利要求中所要求保护的本公开的精神和范围的情况下进行各种修改和更改。