專利名稱:太陽能電動汽車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力驅(qū)動的汽車，它安裝有至少一個(gè)為該汽車提供電力的可再充電的蓄電池。更具體地，本實(shí)用新型涉及一種安裝有太陽能光伏電池的此種類型的汽車。
背景技術(shù)：
自從19世紀(jì)以來，由可再充電的蓄電池提供能量的電力驅(qū)動式汽車已經(jīng)眾所周知。這些汽車具有眾多優(yōu)點(diǎn)。特別地，它們沒有噪音、不排出廢氣并且理論上可以降低我們對汽油的依賴。然而，這些汽車的電池必須進(jìn)行充電。這種操作通常在家里或在面向公眾開放的蓄電池充電站使用電網(wǎng)進(jìn)行。
使用蓄電池為轎車或其它汽車提供能量具有一些缺點(diǎn)。事實(shí)上，為了給予這種類型的電力驅(qū)動式汽車足夠的自主性，所提供的蓄電池具有聚集至少20kWh電力的能力。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的鉛蓄電池每千克只能聚集大約40Wh，對于轎車存儲這個(gè)數(shù)量的能量要求包括至少 500kg的額外重量。鋰離子蓄電池每千克可以聚集大約5倍的能量。然而，目前，這些蓄電
池非常昂貴。
另外，如已經(jīng)說明的，用于為轎車供電的蓄電池通常利用來自電網(wǎng)的電量充電。我們知道，電網(wǎng)電力的相當(dāng)大的部分是通過產(chǎn)生放射性污染的核電廠或者通過向大氣釋放大量C02的煤或汽油發(fā)電廠產(chǎn)生的。因此，最終，電動轎車與依靠汽油運(yùn)行的汽車產(chǎn)生同樣多的污染。
還已知其車體的至少一部分覆蓋有光伏電池的電動轎車。使用光伏電池在理論上可以克服由可再充電的蓄電池供能的汽車的上述的缺點(diǎn)。事實(shí)上，來自光伏電池的附加電力增加了兩次蓄電池充電操作期間的自主性，或者，替代性地，提供與具有較小蓄電池相同的自主性。另外，太陽能電力是可再生的清潔能源。不幸的是，在像瑞士的溫帶國家中， 由Im2的光伏電池產(chǎn)生的電能的總量每月平均不超過10-15kWh。在這些環(huán)境中，為了獲得足夠的收益，光伏電池覆蓋的表面必須盡可能地大。
專利申請W02007/059493公開了一種安裝有可再充電的蓄電池和用于為該蓄電池充電的光伏電池板的汽車。該現(xiàn)有技術(shù)文件提出了太陽能電池板的構(gòu)型，其設(shè)想充分利用可利用的空間。因此，所公開的汽車包括覆蓋車頂?shù)牡谝惶柲茈姵匕?、覆蓋發(fā)動機(jī)罩或蓋的第二太陽能電池板和折疊式的第三太陽能電池板，該第三太陽能電池板鉸接到第一太陽能電池板。當(dāng)汽車靜止時(shí)，第三太陽能電池板展開在擋風(fēng)玻璃上。
這種現(xiàn)有技術(shù)的解決方案也具有一些缺點(diǎn)。特別地，當(dāng)?shù)谌柲茈姵匕逭归_時(shí)， 該第三太陽能電池板完全阻擋擋風(fēng)玻璃。因此，當(dāng)汽車在使用中時(shí)，為了允許駕駛員看清路面，必須將電池板折疊回去。在那個(gè)位置，大大減少了太陽能電池板的有用的表面。另外， 安裝到汽車的車頂?shù)木匦坞姵匕宓某霈F(xiàn)具有對于汽車的空氣動力學(xué)和美學(xué)有害的結(jié)果。

實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]因此，本實(shí)用新型的一個(gè)目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。該目的通過安裝有至少一個(gè)可再充電的蓄電池的電力驅(qū)動式汽車(電動汽車)實(shí)現(xiàn)。具體地說，本實(shí)用新型提供了一種太陽能電動汽車，該汽車包括至少一個(gè)電機(jī)、用于向電機(jī)提供電力的可再充電的蓄電池和乘客艙，該汽車還包括車體，該車體由不透明材料制成并且形成包圍電機(jī)、蓄電池以及乘客艙的箱體，該汽車還包括擋風(fēng)玻璃，該擋風(fēng)玻璃由透明材料制成并且布置在車體的開孔中，由不透明材料制成的車體中包括光伏電池，所述光伏電池布置在汽車的側(cè)部和頂部，以便當(dāng)汽車外部暴露于太陽的輻射中時(shí)產(chǎn)生電力，由光伏電池提供的電力供應(yīng)給該可再充電的蓄電池和/或該電機(jī)，由透明材料制成的擋風(fēng)玻璃中具有透明的光伏電池， 所述透明的光伏電池電連接到該可再充電的蓄電池和/或該電機(jī)，其特征在于，該可再充電的蓄電池每千克能存儲至少160Wh電力，并能在10分鐘內(nèi)充電至其容量的80% ；以及， 該汽車還包括布置在車體的多個(gè)開孔中并且裝配有透明的光伏電池的后窗玻璃、左側(cè)窗玻璃和右側(cè)窗玻璃，位于車體的側(cè)部和頂部的光伏電池以及位于擋風(fēng)玻璃、后窗玻璃、左側(cè)窗玻璃和右側(cè)窗玻璃中的光伏電池分成數(shù)個(gè)區(qū)域，在車體的頂部和側(cè)部的區(qū)域中光伏電池具有基本相同的定向，在擋風(fēng)玻璃、后窗玻璃、左側(cè)窗玻璃和右側(cè)窗玻璃的區(qū)域中光伏電池具有基本相同的定向。
因?yàn)樾纬蓳躏L(fēng)玻璃的透明材料包括一層透明的太陽能電池，所以該擋風(fēng)玻璃的表面可以在不犧牲能見度的情況下用于產(chǎn)生太陽能。另外，因?yàn)楦采w車體的太陽能電池貼合所述車體的曲線，所以太陽能電池的出現(xiàn)不會對汽車的空氣動力學(xué)或者美學(xué)產(chǎn)生不利效
^ ο
根據(jù)一種有利的變型，覆蓋車體的太陽能電池是高效率(收益)的復(fù)合光學(xué)光伏電池。這些電池是混合結(jié)構(gòu)的，其結(jié)合光伏元件和光學(xué)元件，以用于將光線集中在光伏元件上。這些光學(xué)元件可以特別包括會聚透鏡。這些復(fù)合太陽能電池的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以具有高于40 %或甚至50 %的效率。由車體承載的光伏電池可以具有至少40 %的效率，甚至至少 50%的效率[0011]根據(jù)第二種有利的變型，所使用的蓄電池是“高性能”蓄電池，其每千克至少可以聚集至少160Wh，甚至優(yōu)選至少200Wh的電力。由于此特征，汽車的重量可以減小。在這種情況下，電力的消耗也可降低。另外，因?yàn)榻档土四芰康南模杂商柲茈姵靥峁┑碾娏Φ陌幢壤黾?。因此，在將太陽能電池與高性能蓄電池相結(jié)合使用的汽車中，太陽能電池在自主性上的效果進(jìn)一步放大。
根據(jù)另一種有利的變型，所使用的蓄電池是可以非?？焖俪潆姷念愋?。這些蓄電池可以在最多1分鐘內(nèi)充電至其全部容量的80%。此特征意味著在旅行期間必須在蓄電池充電站停留引起的意外情況變得完全可以接受。事實(shí)上，此意外情況并不比普通汽車在加油站停留的意外情況要長。因此，該變型克服了源自自主性太小的問題。


通過閱讀下面僅以非限制性實(shí)施例方式給出的描述將顯見本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，該描述參照附圖給出，在附圖中
圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的特定實(shí)施例的太陽能電動轎車的側(cè)視圖；
圖2是用于安裝到圖1的太陽能電動轎車上的同步電機(jī)的電力系統(tǒng)的流程圖。
具體實(shí)施方式
初看起來，圖1中示出的汽車在外觀上與普通汽車并無區(qū)別。事實(shí)上，本實(shí)用新型絕不限制于任何特定形狀的汽車，因?yàn)檐圀w可以是任何的形狀。然而，在本實(shí)施例中，車體外部具有實(shí)際上完全覆蓋有光伏電池的特征。優(yōu)選地，當(dāng)制造形成車體的各種元件時(shí)，通過在形成各種車體元件的核心的不透明材料上沉積摻雜的非晶硅薄層來形成光伏電池。沉積后，在該硅上再次覆蓋透明的保護(hù)層。各單個(gè)光伏電池連接到布置在車體內(nèi)側(cè)的電連接器上。電池和連接器之間的連接優(yōu)選地通過導(dǎo)電路徑實(shí)現(xiàn)，該導(dǎo)電路徑也是以薄層的形式沉積的。
車體上的光伏電池的排列優(yōu)選分成數(shù)個(gè)區(qū)域，其中電池具有相同的定向(方位， 取向)。在該實(shí)施例中，設(shè)有五個(gè)區(qū)域，即車頂區(qū)域15，發(fā)動機(jī)罩或蓋區(qū)域16，后部區(qū)域17， 左側(cè)區(qū)域18和最終的右側(cè)區(qū)域19(圖1中未示出)。相同區(qū)域中的所有電池都是相互連接的。
根據(jù)一種有利的變型，覆蓋車體的太陽能電池是高效率的光學(xué)-光伏電池。這種類型的太陽能電池通常由數(shù)個(gè)相互層疊的半導(dǎo)體層形成。形成這種堆疊意味著形成多個(gè)疊加的結(jié)。因此這種類型的電池也叫做多結(jié)光伏電池。形成一個(gè)光伏電池的不同的層選定為使得每個(gè)結(jié)在不同的光譜波段吸收光線。另外，所述層是這樣組織的，例如，上面的層吸收最高能的光子并且底部的層吸收最低能的光子。
在由多結(jié)電池形成陣列之前還放置有光集中器陣列。以已知的方式，光集中器的焦距取決于光線的波長。因此，光譜的不同波段可以分別集中到多層光伏電池的各個(gè)結(jié)上。這些多結(jié)光伏電池可以具有比傳統(tǒng)的光伏電池高得多的效率。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，還可在側(cè)面結(jié)構(gòu)中制造多結(jié)電池。在這樣的情況中，每個(gè)在光譜的不同波段內(nèi)吸收光線的數(shù)個(gè)電池并排布置。在通過布置光伏電池形成的陣列之前安放光元件的陣列，其包括諸如棱鏡的色散元件。色散元件和集中器的組合允許光譜的不同波段分別聚焦在并排布置的各個(gè)光伏電池上。另外，還可以結(jié)合數(shù)個(gè)并排布置的豎直堆疊，以形成混合結(jié)構(gòu)，從而與例如由Barnett等在2006年美國夏威夷的第4屆“World Photovoltaic Science and Energy Conference (世界光伏科學(xué)和能量會議)”上提交的題為 “50% Efficient Solar Cell Architectures and Designs (50%高效太陽能電池結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì))”中給出的描述相一致。具有光集中器的太陽能電池的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它們可以具有高于40 %，甚至是50 %的效率。
在此實(shí)施例中，車窗玻璃也裝配有透明的光伏電池。特別地，論文“Titania Solar cells :new photovoltaic technology (鈦型太陽能電池新光伏技術(shù))”中已經(jīng)公開了可以接合進(jìn)擋風(fēng)玻璃和其它車窗玻璃中的光伏電池，該論文發(fā)表在刊物“Renewable Energy (可再生能源)”，第22卷Q001)第303-309頁。對于車體，優(yōu)選地將用于窗玻璃的光伏電池陣列分成數(shù)個(gè)區(qū)域-其中電池具有幾乎相同的定向，所述區(qū)域即擋風(fēng)玻璃11，后窗玻璃12，左側(cè)窗玻璃13和右側(cè)窗玻璃14(圖1中未示出)。在此實(shí)施例中，相同區(qū)域中的電池通過透明的導(dǎo)電膜相互連接。
已知光伏電池形成具有強(qiáng)烈的非線性特征的發(fā)電器。換句話說，對于同樣的照明強(qiáng)度，所傳遞的能量將根據(jù)連接的負(fù)載而不同。參考圖2的流程圖，可以看到，光伏電池一
5個(gè)區(qū)域連一個(gè)區(qū)域地連接到最大值的能量點(diǎn)跟蹤器或者M(jìn)PPT5。MPPT5象DC-DC變換器一樣工作，其自動優(yōu)化連接到光伏電池的每個(gè)區(qū)域的負(fù)載，以使電池持久地提供最大的可利
用能量。
從MPPT5開始，電流可被導(dǎo)向蓄電池3以便為該蓄電池充電，或者通過變換器9導(dǎo)向電機(jī)7。安裝在MPPT5的控制器也控制連接到蓄電池3的負(fù)載。一旦電機(jī)7要求的能量超過光伏電池提供的能量，蓄電池就開始起作用。相反地，一旦光伏電池提供的能量超過電機(jī)7的需求，過量的電流將被導(dǎo)向蓄電池以便對該蓄電池充電。另外，根據(jù)本實(shí)施例的一個(gè)有利的特征，電機(jī)7也可以作為發(fā)電機(jī)工作。該特征也意味著電機(jī)可以用于再生制動。在再生制動期間，電機(jī)7變?yōu)榘l(fā)電機(jī)模式并且使用汽車制動產(chǎn)生的電能對蓄電池3進(jìn)行充電。 應(yīng)該指出，圖2中標(biāo)號為9并且如已經(jīng)提及的通常實(shí)現(xiàn)變換器功能的元件在制動期間作為整流器使用。因此，在再生制動期間產(chǎn)生的交流電流轉(zhuǎn)化為適于對蓄電池3充電的直流電流。還應(yīng)該指出，附加地設(shè)置有常規(guī)制動系統(tǒng)，以便在緊急情況下增強(qiáng)制動。
蓄電池3優(yōu)選為具有高能量密度存儲量的蓄電池。該蓄電池可以是，例如，每千克蓄電池可以存儲至少160Wh(或者甚至200Wh)的鋰離子蓄電池或蓄電池組。由于該特征， 有可能在總重量不超過150kg的蓄電池組中存儲MkWh (或甚至30kWh)的能量。因此，由于車內(nèi)蓄電池的出現(xiàn)而引起的額外重量得到限制，而汽車的自主性只是略微降低。然而，應(yīng)該注意，剛才提及的重量不包括蓄電池的冷卻系統(tǒng)。
根據(jù)一種有利的變型，所述蓄電池是可以在10分鐘內(nèi)充電到其容量80 %的蓄電池。使用這樣的快速充電蓄電池使得在旅行途中進(jìn)行充電成為可能。事實(shí)上，在蓄電池充電站停留約10分鐘被認(rèn)為是使用者可以接受的意外情況。蓄電池優(yōu)選地是可以在最多1分鐘內(nèi)充電到其容量80%的蓄電池。雖然市場上還沒有，但這樣的蓄電池很快就會出現(xiàn)。事實(shí)上，Toshiba已經(jīng)宣布2008年鋰離子蓄電池可以在1分鐘內(nèi)充電到80%。根據(jù)本變型， 很清楚，當(dāng)可以利用的電能受到限制時(shí)，非常慢的為蓄電池充電的可能性還存在。此可能性對于電力受到限制的家庭充電是有用的，但是可用的時(shí)間相對較長。
應(yīng)該清楚，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的各種變化和/或改善可以用于形成本說明書的主題的實(shí)施例，而不偏離由附加的權(quán)利要求
限定的本實(shí)用新型的范圍。特別地，作為直接在形成車體的材料上的沉積摻雜硅薄層的替代方案，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的柔性光伏電池。如果需要的話，這些柔性電池可以在被透明涂層涂覆之前例如粘結(jié)到形成各種車體元件的核心的材料上。
權(quán)利要求
1.太陽能電動汽車，包括至少一個(gè)電機(jī)(7)、用于向電機(jī)提供電力的可再充電的蓄電池C3)和乘客艙，該汽車還包括車體(15，16，17，18)，該車體由不透明材料制成并且形成包圍電機(jī)(7)、蓄電池(3)以及乘客艙的箱體，該汽車還包括擋風(fēng)玻璃(11)，該擋風(fēng)玻璃由透明材料制成并且布置在車體的開孔中，由不透明材料制成的車體中包括光伏電池，所述光伏電池布置在汽車的側(cè)部和頂部，以便當(dāng)汽車外部暴露于太陽的輻射中時(shí)產(chǎn)生電力，由光伏電池提供的電力供應(yīng)給該可再充電的蓄電池C3)和/或該電機(jī)(7)，由透明材料制成的擋風(fēng)玻璃(11)中具有透明的光伏電池，所述透明的光伏電池電連接到該可再充電的蓄電池 (3)和/或該電機(jī)(7)，其特征在于，該可再充電的蓄電池(3)每千克能存儲至少160Wh電力，并能在10分鐘內(nèi)充電至其容量的80% ；以及，該汽車還包括布置在車體的多個(gè)開孔中并裝配有透明的光伏電池的后窗玻璃(12)、左側(cè)窗玻璃(1 和右側(cè)窗玻璃(14)，位于車體的側(cè)部和頂部的光伏電池以及位于擋風(fēng)玻璃、后窗玻璃、左側(cè)窗玻璃和右側(cè)窗玻璃中的光伏電池分成數(shù)個(gè)區(qū)域(15，16，17，18，19，11，12，13，14)，在車體的側(cè)部和頂部的區(qū)域中的光伏電池具有基本相同的定向，在擋風(fēng)玻璃、后窗玻璃、左側(cè)窗玻璃和右側(cè)窗玻璃的區(qū)域中的光伏電池具有基本相同的定向。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的太陽能電動汽車，其特征在于可再充電的蓄電池C3)每千克能存儲至少200Wh電力。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的太陽能電動汽車，其特征在于由車體承載的光伏電池具有至少40%的效率。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的太陽能電動汽車，其特征在于所述光伏電池具有至少50% 的效率。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的太陽能電動汽車，其特征在于可再充電的蓄電池(3)能在最多1分鐘內(nèi)充電至其容量的80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的太陽能電動汽車，其特征在于電機(jī)(7)也能作為發(fā)電機(jī)工作，所述電機(jī)在汽車制動時(shí)用于給該蓄電池(3)充電。
專利摘要
本實(shí)用新型涉及一種太陽能電動汽車，該汽車包括至少一個(gè)電機(jī)、用于向電機(jī)提供電力的可再充電的蓄電池、乘客艙及車體，該車體由不透明材料制成并且形成包圍電機(jī)、蓄電池及乘客艙的箱體，該汽車還包括由透明材料制成并且布置在車體的開孔中的擋風(fēng)玻璃，該車體中包括光伏電池，所述光伏電池布置在汽車的側(cè)部和頂部，以便當(dāng)汽車外部暴露于太陽的輻射中時(shí)產(chǎn)生電力，由光伏電池提供的電力供應(yīng)給該可再充電的蓄電池和/或該電機(jī)，該擋風(fēng)玻璃中具有透明的光伏電池，所述透明的光伏電池電連接到該可再充電的蓄電池和/或該電機(jī)，該可再充電的蓄電池每千克能存儲至少160Wh電力，并能在10分鐘內(nèi)充電至其容量的80％；以及，在車體的多個(gè)開孔中布置有窗玻璃，所述窗玻璃裝配有透明的光伏電池，位于車體的側(cè)部和頂部的光伏電池以及位于窗玻璃中的光伏電池分成數(shù)個(gè)區(qū)域，在所述區(qū)域中這些光伏電池具有基本相同的定向。該電動汽車幾乎整個(gè)覆蓋有太陽能電池。另外，透明的太陽能電池接合入汽車的擋風(fēng)玻璃和其它窗玻璃中。該汽車的各種特征使之具有相當(dāng)大的自主性。
文檔編號B60L8/00GKCN202115372SQ200890100257
公開日2012年1月18日 申請日期2008年12月17日
發(fā)明者N·G·哈耶克 申請人:哈耶克工程股份公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan