汽車太陽能輔助電源（天窗）系統(tǒng)

譚治宇

如今人們對汽車的要求越來越高，天窗這一原屬于高檔車型的選購件也成為許多主流車型的標準配置。

傳統(tǒng)天窗能提供更快速的換氣功能，更多陽光和新鮮空氣，更加良好的車內(nèi)空氣循環(huán)以及避免側窗引起的噪音、灰塵及側風。但這一切都是在適宜的車外環(huán)境的前提下實現(xiàn)的，而且傳統(tǒng)天窗的技術發(fā)展也僅僅停留在天窗開啟的便捷性、材質的裝飾性上，良好的車內(nèi)空氣循環(huán)則是在被動中實現(xiàn)。

近幾年隨著全球能源短缺和氣候變暖，汽車能源的消耗無疑成為每個使用者的心患，汽車的高使用頻率與能源短缺的矛盾已成為業(yè)界共同關心的話題。

一、設計內(nèi)容

設計一種能自身蓄能的天窗系統(tǒng)，它具有晶硅太陽能電池和引線，使之成為汽車輔助電源系統(tǒng)，滿足汽車在駐車狀態(tài)下使用直流電器的需要。它有第二塊蓄電池和防過充過放保護電路與控制汽車空調(diào)風扇的開關，能降低汽車在夏季開啟階段的能源消耗，同時成為汽車備用的電源系統(tǒng)。

此外，在汽車電瓶虧電的情況下，能與汽車原電瓶并聯(lián)，提供應急電源。

二、技術方案

首先，選用滴膠封裝的晶硅太陽能電池板拼裝串聯(lián)成傳統(tǒng)天窗面積大小的太陽能光伏發(fā)電模塊，可做成700mm×300mm×18mm以上的任意尺寸，其峰瓦（Wp）值≥20W，工作電壓（Vm）≥12V，以滿足汽車電器的使用功率和工作電壓。

將適合尺寸的固定框與車頂滑動結構連接，該固定框分別內(nèi)藏兩根導線連接太陽能光伏發(fā)電模塊的正負極和防過充過放保護電路模塊正負極，同時連接第二塊蓄電池。在室內(nèi)、室外環(huán)境均可對第二塊蓄電池進行充電，充電時間由陽光輻射的強弱決定，充電由防過充過放保護電路模塊控制。由第二塊蓄電池提供汽車駐車狀態(tài)下的輔助電源功能，同時通過可收放的電纜對原車電瓶進行并聯(lián)，提供應急電源。

三、實施過程

圖1是新型汽車太陽能天窗的局部俯視圖。用絕緣滴膠封裝的多晶硅太陽能電池拼裝串聯(lián)成太陽能光伏發(fā)電模塊，該模塊厚度大約為18mm，襯以總厚度50mm、外形尺寸為736mm×382mm的高強度鋼化玻璃，通過絕緣滴膠與內(nèi)藏引線的固定框膠合密封，太陽能光伏發(fā)電模塊有效接收面積為656mm×306mm，工作電壓Vm=12V，工作電流Im=1.83A，峰瓦Wp=22W。

同時，將太陽能光伏發(fā)電模塊的正負極分別與固定框中的內(nèi)藏引線焊接。引線的延長部分用車頂蓬和汽車A柱的軟裝遮蓋，延伸至汽車發(fā)動機艙，并與安裝在此的防過充過放保護電路模塊相連接。

圖2是防過充過放保護電路模塊的電路圖。當太陽能蓄電池電壓低于11.5V時，IC2芯片LM358的5引腳電壓低于6引腳基準電壓6.2V，7引腳就無電壓輸出，使Q1截止，此時，Q2的b極得到一個電壓使Q2飽和導通，使J1得電，充電指示燈點亮，即J1-1處于G-E接通狀態(tài)，使太陽能蓄電池充電。

電壓充至IC2芯片LM358的5引腳電壓高于6引腳基準電壓，使得7引腳輸出高電平，此時，Q1飽和導通，Q2截止，充電指示燈滅，J1失電，J1-1處于G-F狀態(tài)，停充指示燈點亮，充電結束。

當電池充滿時，IC2芯片LM358的3引腳電壓高于2引腳基準電壓6.2V，使得1引腳輸出高電平，此時，Q3飽和導通，Q4截止，J2失電，J2-1處于閉合狀態(tài)，正常指示燈點亮，供用電器正常使用。

電壓低至IC2芯片LM358的3引腳電壓低于2引腳基準電壓6.2V時，使得1引腳輸出低電平，使Q3截止，此時，Q4的b極得到一個電壓使Q4飽和導通，J2得電，同時，過放指示燈點亮即J2-1處于斷開狀態(tài)，正常指示燈滅掉，這時電路又開始重復充電過程，使太陽能蓄電池再次充電。

防過充過放保護電路模塊又通過導線與第二塊蓄電池連接，第二塊蓄電池為一個12V/69AH免維護鉛酸蓄電池，外形尺寸為260mm×178mm×184mm。第二塊蓄電池通過自動轉換電路與原車電瓶連接，為駐車狀態(tài)下使用汽車電器和其他便攜電器提供了無限制的能源準備。

圖3是自動轉換電路的電路圖，當T1（汽車蓄電池）電壓正常時，J3得電工作，使J3-1的A-C接通，實現(xiàn)T1供電以及后級控制電路和其他用電器（如音響、車內(nèi)外照明燈）等正常工作。當汽車蓄電池電壓下降或無電壓時，使J3失電即J3-1施放，這時B-C接通，T2（太陽能蓄電池）供電，又保證后級控制電路和其他用電器正常工作，通過這一自動轉換過程實現(xiàn)原車汽車蓄電池虧電時，太陽能蓄電池能起到應急和備用電源的作用。

太陽能蓄電池的正極由導線引伸至汽車駕駛艙中控臺的空調(diào)風扇開關，同時空調(diào)風扇開關又由導線引伸連接空調(diào)風扇，第二塊蓄電池的負極直接由導線連接空調(diào)風扇。這樣實現(xiàn)空調(diào)風扇的單獨回路，在汽車駐車狀態(tài)下，能單獨驅動空調(diào)風扇，使汽車停在無人值守的情況下，能將車內(nèi)的熱空氣與外部交換，實現(xiàn)車內(nèi)空氣的對流，降低車內(nèi)溫度。

此外，第二塊蓄電池根據(jù)汽車空間也可置于車輛的其他位置，只是導線走線發(fā)生改變。

四、創(chuàng)新點

在汽車車身的有限面積條件下，將汽車天窗和太陽能光伏發(fā)電有機結合，為汽車提供了可再生的清潔能源，尤其在夏日駐車狀態(tài)下，通過開啟汽車空調(diào)風扇降低車內(nèi)的溫度，減少車內(nèi)溫室效應，降低油耗。

同時在駐車狀態(tài)下為汽車電器和其他便攜電器提供能源，進一步降低汽車油耗，提高駕駛樂趣。在野外作業(yè)、勘探考察、夜間駕駛、長途跋涉等無汽車修理場所的條件下，解決了傳統(tǒng)汽車因自帶電瓶虧電引起的無法啟動的難題。

該系統(tǒng)適合國內(nèi)外各種車型，無論是改裝還是原廠配套，都將為我國汽車工業(yè)的發(fā)展做出一定的貢獻，具有廣闊的市場和應用前景。

如今人們對汽車的要求越來越高，天窗這一原屬于高檔車型的選購件也成為許多主流車型的標準配置。

傳統(tǒng)天窗能提供更快速的換氣功能，更多陽光和新鮮空氣，更加良好的車內(nèi)空氣循環(huán)以及避免側窗引起的噪音、灰塵及側風。但這一切都是在適宜的車外環(huán)境的前提下實現(xiàn)的，而且傳統(tǒng)天窗的技術發(fā)展也僅僅停留在天窗開啟的便捷性、材質的裝飾性上，良好的車內(nèi)空氣循環(huán)則是在被動中實現(xiàn)。

近幾年隨著全球能源短缺和氣候變暖，汽車能源的消耗無疑成為每個使用者的心患，汽車的高使用頻率與能源短缺的矛盾已成為業(yè)界共同關心的話題。

一、設計內(nèi)容

設計一種能自身蓄能的天窗系統(tǒng)，它具有晶硅太陽能電池和引線，使之成為汽車輔助電源系統(tǒng)，滿足汽車在駐車狀態(tài)下使用直流電器的需要。它有第二塊蓄電池和防過充過放保護電路與控制汽車空調(diào)風扇的開關，能降低汽車在夏季開啟階段的能源消耗，同時成為汽車備用的電源系統(tǒng)。

此外，在汽車電瓶虧電的情況下，能與汽車原電瓶并聯(lián)，提供應急電源。

二、技術方案

首先，選用滴膠封裝的晶硅太陽能電池板拼裝串聯(lián)成傳統(tǒng)天窗面積大小的太陽能光伏發(fā)電模塊，可做成700mm×300mm×18mm以上的任意尺寸，其峰瓦（Wp）值≥20W，工作電壓（Vm）≥12V，以滿足汽車電器的使用功率和工作電壓。

將適合尺寸的固定框與車頂滑動結構連接，該固定框分別內(nèi)藏兩根導線連接太陽能光伏發(fā)電模塊的正負極和防過充過放保護電路模塊正負極，同時連接第二塊蓄電池。在室內(nèi)、室外環(huán)境均可對第二塊蓄電池進行充電，充電時間由陽光輻射的強弱決定，充電由防過充過放保護電路模塊控制。由第二塊蓄電池提供汽車駐車狀態(tài)下的輔助電源功能，同時通過可收放的電纜對原車電瓶進行并聯(lián)，提供應急電源。

三、實施過程

圖1是新型汽車太陽能天窗的局部俯視圖。用絕緣滴膠封裝的多晶硅太陽能電池拼裝串聯(lián)成太陽能光伏發(fā)電模塊，該模塊厚度大約為18mm，襯以總厚度50mm、外形尺寸為736mm×382mm的高強度鋼化玻璃，通過絕緣滴膠與內(nèi)藏引線的固定框膠合密封，太陽能光伏發(fā)電模塊有效接收面積為656mm×306mm，工作電壓Vm=12V，工作電流Im=1.83A，峰瓦Wp=22W。

同時，將太陽能光伏發(fā)電模塊的正負極分別與固定框中的內(nèi)藏引線焊接。引線的延長部分用車頂蓬和汽車A柱的軟裝遮蓋，延伸至汽車發(fā)動機艙，并與安裝在此的防過充過放保護電路模塊相連接。

圖2是防過充過放保護電路模塊的電路圖。當太陽能蓄電池電壓低于11.5V時，IC2芯片LM358的5引腳電壓低于6引腳基準電壓6.2V，7引腳就無電壓輸出，使Q1截止，此時，Q2的b極得到一個電壓使Q2飽和導通，使J1得電，充電指示燈點亮，即J1-1處于G-E接通狀態(tài)，使太陽能蓄電池充電。

電壓充至IC2芯片LM358的5引腳電壓高于6引腳基準電壓，使得7引腳輸出高電平，此時，Q1飽和導通，Q2截止，充電指示燈滅，J1失電，J1-1處于G-F狀態(tài)，停充指示燈點亮，充電結束。

當電池充滿時，IC2芯片LM358的3引腳電壓高于2引腳基準電壓6.2V，使得1引腳輸出高電平，此時，Q3飽和導通，Q4截止，J2失電，J2-1處于閉合狀態(tài)，正常指示燈點亮，供用電器正常使用。

電壓低至IC2芯片LM358的3引腳電壓低于2引腳基準電壓6.2V時，使得1引腳輸出低電平，使Q3截止，此時，Q4的b極得到一個電壓使Q4飽和導通，J2得電，同時，過放指示燈點亮即J2-1處于斷開狀態(tài)，正常指示燈滅掉，這時電路又開始重復充電過程，使太陽能蓄電池再次充電。

防過充過放保護電路模塊又通過導線與第二塊蓄電池連接，第二塊蓄電池為一個12V/69AH免維護鉛酸蓄電池，外形尺寸為260mm×178mm×184mm。第二塊蓄電池通過自動轉換電路與原車電瓶連接，為駐車狀態(tài)下使用汽車電器和其他便攜電器提供了無限制的能源準備。

圖3是自動轉換電路的電路圖，當T1（汽車蓄電池）電壓正常時，J3得電工作，使J3-1的A-C接通，實現(xiàn)T1供電以及后級控制電路和其他用電器（如音響、車內(nèi)外照明燈）等正常工作。當汽車蓄電池電壓下降或無電壓時，使J3失電即J3-1施放，這時B-C接通，T2（太陽能蓄電池）供電，又保證后級控制電路和其他用電器正常工作，通過這一自動轉換過程實現(xiàn)原車汽車蓄電池虧電時，太陽能蓄電池能起到應急和備用電源的作用。

太陽能蓄電池的正極由導線引伸至汽車駕駛艙中控臺的空調(diào)風扇開關，同時空調(diào)風扇開關又由導線引伸連接空調(diào)風扇，第二塊蓄電池的負極直接由導線連接空調(diào)風扇。這樣實現(xiàn)空調(diào)風扇的單獨回路，在汽車駐車狀態(tài)下，能單獨驅動空調(diào)風扇，使汽車停在無人值守的情況下，能將車內(nèi)的熱空氣與外部交換，實現(xiàn)車內(nèi)空氣的對流，降低車內(nèi)溫度。

此外，第二塊蓄電池根據(jù)汽車空間也可置于車輛的其他位置，只是導線走線發(fā)生改變。

四、創(chuàng)新點

在汽車車身的有限面積條件下，將汽車天窗和太陽能光伏發(fā)電有機結合，為汽車提供了可再生的清潔能源，尤其在夏日駐車狀態(tài)下，通過開啟汽車空調(diào)風扇降低車內(nèi)的溫度，減少車內(nèi)溫室效應，降低油耗。

同時在駐車狀態(tài)下為汽車電器和其他便攜電器提供能源，進一步降低汽車油耗，提高駕駛樂趣。在野外作業(yè)、勘探考察、夜間駕駛、長途跋涉等無汽車修理場所的條件下，解決了傳統(tǒng)汽車因自帶電瓶虧電引起的無法啟動的難題。

該系統(tǒng)適合國內(nèi)外各種車型，無論是改裝還是原廠配套，都將為我國汽車工業(yè)的發(fā)展做出一定的貢獻，具有廣闊的市場和應用前景。

如今人們對汽車的要求越來越高，天窗這一原屬于高檔車型的選購件也成為許多主流車型的標準配置。

傳統(tǒng)天窗能提供更快速的換氣功能，更多陽光和新鮮空氣，更加良好的車內(nèi)空氣循環(huán)以及避免側窗引起的噪音、灰塵及側風。但這一切都是在適宜的車外環(huán)境的前提下實現(xiàn)的，而且傳統(tǒng)天窗的技術發(fā)展也僅僅停留在天窗開啟的便捷性、材質的裝飾性上，良好的車內(nèi)空氣循環(huán)則是在被動中實現(xiàn)。

近幾年隨著全球能源短缺和氣候變暖，汽車能源的消耗無疑成為每個使用者的心患，汽車的高使用頻率與能源短缺的矛盾已成為業(yè)界共同關心的話題。

一、設計內(nèi)容

設計一種能自身蓄能的天窗系統(tǒng)，它具有晶硅太陽能電池和引線，使之成為汽車輔助電源系統(tǒng)，滿足汽車在駐車狀態(tài)下使用直流電器的需要。它有第二塊蓄電池和防過充過放保護電路與控制汽車空調(diào)風扇的開關，能降低汽車在夏季開啟階段的能源消耗，同時成為汽車備用的電源系統(tǒng)。

此外，在汽車電瓶虧電的情況下，能與汽車原電瓶并聯(lián)，提供應急電源。

二、技術方案

首先，選用滴膠封裝的晶硅太陽能電池板拼裝串聯(lián)成傳統(tǒng)天窗面積大小的太陽能光伏發(fā)電模塊，可做成700mm×300mm×18mm以上的任意尺寸，其峰瓦（Wp）值≥20W，工作電壓（Vm）≥12V，以滿足汽車電器的使用功率和工作電壓。

將適合尺寸的固定框與車頂滑動結構連接，該固定框分別內(nèi)藏兩根導線連接太陽能光伏發(fā)電模塊的正負極和防過充過放保護電路模塊正負極，同時連接第二塊蓄電池。在室內(nèi)、室外環(huán)境均可對第二塊蓄電池進行充電，充電時間由陽光輻射的強弱決定，充電由防過充過放保護電路模塊控制。由第二塊蓄電池提供汽車駐車狀態(tài)下的輔助電源功能，同時通過可收放的電纜對原車電瓶進行并聯(lián)，提供應急電源。

三、實施過程

圖1是新型汽車太陽能天窗的局部俯視圖。用絕緣滴膠封裝的多晶硅太陽能電池拼裝串聯(lián)成太陽能光伏發(fā)電模塊，該模塊厚度大約為18mm，襯以總厚度50mm、外形尺寸為736mm×382mm的高強度鋼化玻璃，通過絕緣滴膠與內(nèi)藏引線的固定框膠合密封，太陽能光伏發(fā)電模塊有效接收面積為656mm×306mm，工作電壓Vm=12V，工作電流Im=1.83A，峰瓦Wp=22W。

同時，將太陽能光伏發(fā)電模塊的正負極分別與固定框中的內(nèi)藏引線焊接。引線的延長部分用車頂蓬和汽車A柱的軟裝遮蓋，延伸至汽車發(fā)動機艙，并與安裝在此的防過充過放保護電路模塊相連接。

圖2是防過充過放保護電路模塊的電路圖。當太陽能蓄電池電壓低于11.5V時，IC2芯片LM358的5引腳電壓低于6引腳基準電壓6.2V，7引腳就無電壓輸出，使Q1截止，此時，Q2的b極得到一個電壓使Q2飽和導通，使J1得電，充電指示燈點亮，即J1-1處于G-E接通狀態(tài)，使太陽能蓄電池充電。

電壓充至IC2芯片LM358的5引腳電壓高于6引腳基準電壓，使得7引腳輸出高電平，此時，Q1飽和導通，Q2截止，充電指示燈滅，J1失電，J1-1處于G-F狀態(tài)，停充指示燈點亮，充電結束。

當電池充滿時，IC2芯片LM358的3引腳電壓高于2引腳基準電壓6.2V，使得1引腳輸出高電平，此時，Q3飽和導通，Q4截止，J2失電，J2-1處于閉合狀態(tài)，正常指示燈點亮，供用電器正常使用。

電壓低至IC2芯片LM358的3引腳電壓低于2引腳基準電壓6.2V時，使得1引腳輸出低電平，使Q3截止，此時，Q4的b極得到一個電壓使Q4飽和導通，J2得電，同時，過放指示燈點亮即J2-1處于斷開狀態(tài)，正常指示燈滅掉，這時電路又開始重復充電過程，使太陽能蓄電池再次充電。

防過充過放保護電路模塊又通過導線與第二塊蓄電池連接，第二塊蓄電池為一個12V/69AH免維護鉛酸蓄電池，外形尺寸為260mm×178mm×184mm。第二塊蓄電池通過自動轉換電路與原車電瓶連接，為駐車狀態(tài)下使用汽車電器和其他便攜電器提供了無限制的能源準備。

圖3是自動轉換電路的電路圖，當T1（汽車蓄電池）電壓正常時，J3得電工作，使J3-1的A-C接通，實現(xiàn)T1供電以及后級控制電路和其他用電器（如音響、車內(nèi)外照明燈）等正常工作。當汽車蓄電池電壓下降或無電壓時，使J3失電即J3-1施放，這時B-C接通，T2（太陽能蓄電池）供電，又保證后級控制電路和其他用電器正常工作，通過這一自動轉換過程實現(xiàn)原車汽車蓄電池虧電時，太陽能蓄電池能起到應急和備用電源的作用。

太陽能蓄電池的正極由導線引伸至汽車駕駛艙中控臺的空調(diào)風扇開關，同時空調(diào)風扇開關又由導線引伸連接空調(diào)風扇，第二塊蓄電池的負極直接由導線連接空調(diào)風扇。這樣實現(xiàn)空調(diào)風扇的單獨回路，在汽車駐車狀態(tài)下，能單獨驅動空調(diào)風扇，使汽車停在無人值守的情況下，能將車內(nèi)的熱空氣與外部交換，實現(xiàn)車內(nèi)空氣的對流，降低車內(nèi)溫度。

此外，第二塊蓄電池根據(jù)汽車空間也可置于車輛的其他位置，只是導線走線發(fā)生改變。

四、創(chuàng)新點

在汽車車身的有限面積條件下，將汽車天窗和太陽能光伏發(fā)電有機結合，為汽車提供了可再生的清潔能源，尤其在夏日駐車狀態(tài)下，通過開啟汽車空調(diào)風扇降低車內(nèi)的溫度，減少車內(nèi)溫室效應，降低油耗。

同時在駐車狀態(tài)下為汽車電器和其他便攜電器提供能源，進一步降低汽車油耗，提高駕駛樂趣。在野外作業(yè)、勘探考察、夜間駕駛、長途跋涉等無汽車修理場所的條件下，解決了傳統(tǒng)汽車因自帶電瓶虧電引起的無法啟動的難題。

該系統(tǒng)適合國內(nèi)外各種車型，無論是改裝還是原廠配套，都將為我國汽車工業(yè)的發(fā)展做出一定的貢獻，具有廣闊的市場和應用前景。