專利名稱：用于加熱和冷卻車輛的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于加熱和冷卻車輛的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
機(jī)動(dòng)車輛的各種車廂內(nèi)部表面，例如座椅、扶手、儀表盤等，通常由在一段時(shí)間后 趨向于接近車廂內(nèi)部溫度的材料構(gòu)造。例如，當(dāng)車輛常常在炎熱的晴天停放在停車場(chǎng)內(nèi)的 情況下，車廂內(nèi)部表面最終可被加熱到至少周圍環(huán)境的溫度。在另一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)車輛常常 在冰暴期間停放在停車場(chǎng)內(nèi)時(shí)，車廂內(nèi)部表面可被冷卻到周圍環(huán)境的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開(kāi)了一種用于車輛的加熱和冷卻系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池板，其操 作性地布置在所述車輛的表面上；和熱電單元，其1)操作性地布置在座椅上或座椅內(nèi)，所 述座椅布置在所述車輛的車廂區(qū)域內(nèi)，并且2)操作性連接到所述太陽(yáng)能電池板。所述熱電 單元構(gòu)造成響應(yīng)于從所述太陽(yáng)能電池板施加到所述熱電單元的電流來(lái)加熱和/或冷卻所 述座椅。所述系統(tǒng)還包括與所述熱電單元操作性關(guān)聯(lián)的控制單元。所述控制單元構(gòu)造成基 于1)所測(cè)得的環(huán)境溫度、2)所測(cè)得的座椅溫度、以及3)預(yù)先選定的參考溫度來(lái)確定將要 施加到所述熱電單元的電流的量和方向中的至少一項(xiàng)。本文還公開(kāi)了一種用于加熱和冷卻 所述車輛的方法。本發(fā)明還提供了以下方案方案1. 一種用于車輛的加熱和冷卻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池板，其操作性布置在所述車輛的表面上；熱電單元，其1)操作性布置在內(nèi)部表面上或內(nèi)部表面內(nèi)，所述內(nèi)部表面布置在所 述車輛的車廂區(qū)域內(nèi)，并且2)操作性連接到所述太陽(yáng)能電池板，所述熱電單元構(gòu)造成響應(yīng) 于從所述太陽(yáng)能電池板施加到所述熱電單元的電流來(lái)進(jìn)行對(duì)所述內(nèi)部表面加熱或冷卻中 的至少一項(xiàng)；以及控制單元，其與所述熱電單元操作性關(guān)聯(lián)，所述控制單元構(gòu)造成基于1)所測(cè)得的 環(huán)境溫度、2)所測(cè)得的所述內(nèi)部表面的溫度、和3)用戶優(yōu)選的參考溫度來(lái)確定將要施加到 所述熱電單元的電流的量和方向中的至少一項(xiàng)。方案2.如方案1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部表面是座椅，其 中，所述熱電單元嵌入到所述座椅中。方案3.如方案1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部表面是座椅，其 中，所述熱電單元布置在所述座椅的腰部區(qū)域內(nèi)或腰部區(qū)域上。方案4.如方案1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括環(huán)境溫度傳感器，其與所述控制單元操作性通信，所述傳感器構(gòu)造成測(cè)量所述環(huán) 境溫度；以及用于測(cè)量所述內(nèi)部表面的溫度的裝置，所述裝置與所述控制單元操作性通信。
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方案5.如方案4所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述用于測(cè)量所述內(nèi)部表 面的溫度的裝置選自布置在所述內(nèi)部表面內(nèi)或內(nèi)部表面上的至少一個(gè)傳感器、布置在所 述內(nèi)部表面內(nèi)或內(nèi)部表面上的至少一個(gè)探頭、構(gòu)造成對(duì)所述內(nèi)部表面進(jìn)行掃描的紅外掃描 儀、及它們的組合。方案6.如方案1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部表面包括基本材 料和構(gòu)造成提高所述內(nèi)部表面的熱容量的至少一種其他材料。方案7.如方案1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述車輛進(jìn)一步包括電池， 其中，所述控制單元進(jìn)一步構(gòu)造成將未被所述熱電單元使用的電能分配到所述電池。方案8.如方案1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)先選定的參考溫度 是車輛的用戶選定溫度。方案9.如方案1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步構(gòu)造成作 為對(duì)所述內(nèi)部表面進(jìn)行加熱和冷卻的結(jié)果從而加熱和冷卻所述車廂區(qū)域。方案10. —種對(duì)車輛進(jìn)行加熱和冷卻的方法，所述車輛包括車廂區(qū)域，所述車廂 區(qū)域具有布置在其內(nèi)的至少一個(gè)內(nèi)部表面，所述方法包括為所述內(nèi)部表面、所述車廂區(qū)域、或它們的組合選擇用戶優(yōu)選的參考溫度；測(cè)量所述車輛附近的環(huán)境溫度；測(cè)量所述至少一個(gè)內(nèi)部表面的溫度；基于1)所測(cè)得的環(huán)境溫度、2)所測(cè)得的所述內(nèi)部表面的溫度、和3)所選擇的用戶 優(yōu)選的參考溫度來(lái)確定由太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的將要施加到熱電單元的電流的量和方向，所 述熱電單元布置在所述至少一個(gè)內(nèi)部表面內(nèi)或至少一個(gè)內(nèi)部表面上；以及向所述熱電單元施加所確定的電流的量和方向以加熱或冷卻所述內(nèi)部表面。方案11.如方案10所述的方法，其特征在于，確定所述電流的量和方向包括將所述測(cè)得的環(huán)境溫度與所述測(cè)得的內(nèi)部表面的溫度進(jìn)行比較；以及確定所述被比較的溫度和所述用戶優(yōu)選的參考溫度之間的溫度差，所述溫度差對(duì) 應(yīng)于將要被施加到所述熱電單元的所述電流的量和方向。方案12.如方案11所述的方法，其特征在于，所述測(cè)得的環(huán)境溫度和所述測(cè)得的 內(nèi)部表面的溫度的比較包括取所述測(cè)得的環(huán)境溫度和所述測(cè)得的內(nèi)部表面的溫度的平均值。方案13.如方案10所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括測(cè)量至少一個(gè)其他內(nèi)部表面的溫度，所述至少一個(gè)其他內(nèi)部表面具有布置在其內(nèi) 或其上的熱電單元；對(duì)所述至少一個(gè)內(nèi)部表面和所述至少一個(gè)其他內(nèi)部表面的各自溫度設(shè)置權(quán)重；對(duì)權(quán)重過(guò)的溫度取平均值；將所述測(cè)得的環(huán)境溫度與所述平均后的權(quán)重過(guò)的溫度進(jìn)行比較；以及確定所述被比較的溫度和所述用戶優(yōu)選的參考溫度之間的溫度差，所述溫度差對(duì) 應(yīng)于將要施加到所述至少一個(gè)表面和所述至少一個(gè)其他表面的熱電單元的所述電流的量 和方向。方案14.如方案10所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括測(cè)量至少一個(gè)其他內(nèi)部表面的溫度，所述至少一個(gè)其他內(nèi)部表面具有布置在其內(nèi)或其上的其他熱電單元；對(duì)下述取平均值1)所述環(huán)境溫度和所述至少一個(gè)內(nèi)部表面的溫度，和2)所述環(huán) 境溫度和所述至少一個(gè)其他內(nèi)部表面的溫度；確定1)所述環(huán)境溫度和所述至少一個(gè)內(nèi)部表面的溫度的平均溫度，和2)所述用 戶優(yōu)選的參考溫度之間的溫度差，所述溫度差對(duì)應(yīng)于將要施加到所述熱電單元的第一電流 的量和方向；以及確定1)所述環(huán)境溫度和所述至少一個(gè)其他內(nèi)部表面的溫度的平均溫度，和2)所 述用戶優(yōu)選的參考溫度之間的溫度差，所述溫度差對(duì)應(yīng)于將要施加到所述至少一個(gè)表面和 所述至少一個(gè)其他表面的其他熱電單元的第二電流的量和方向。方案15.如方案14所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括向布置在所述至少一個(gè)內(nèi)部表面內(nèi)或至少一個(gè)內(nèi)部表面上的所述熱電單元施加 所述第一電流；以及向布置在所述至少一個(gè)其他內(nèi)部表面內(nèi)或至少一個(gè)其他內(nèi)部表面上的所述其他 熱電單元施加所述第二電流。方案16.如方案10所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括加熱或冷卻所述內(nèi)部表 面，直到所測(cè)得的所述內(nèi)部表面的溫度達(dá)到所選定的用戶優(yōu)選的參考溫度。方案17.如方案16所述的方法，其特征在于，當(dāng)所測(cè)得的所述內(nèi)部表面的溫度達(dá) 到所選定的用戶優(yōu)選的參考溫度時(shí)，所述方法進(jìn)一步包括停止向所述熱電單元施加所述電流；以及向操作性布置在所述車輛內(nèi)的電池分配所述電流。方案18.如方案10所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括作為對(duì)所述內(nèi)部表面進(jìn) 行加熱和冷卻的結(jié)果從而加熱和冷卻所述車廂區(qū)域。方案19.如方案18所述的方法，其特征在于，所述車廂區(qū)域的加熱和冷卻經(jīng)由自 然對(duì)流實(shí)現(xiàn)。方案20.如方案10所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)部表面是座椅。


本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)參照下面的詳細(xì)描述和附圖變得明顯，在附圖中相似 的附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)于類似(但可能不完全相同)的部件。為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，對(duì)于具有前面已描 述功能的附圖標(biāo)記或特征，可能結(jié)合也可能不結(jié)合出現(xiàn)了這些附圖標(biāo)記或特征的其他附圖 對(duì)其進(jìn)行描述。圖1是半示意性示出了包括有根據(jù)本文所公開(kāi)實(shí)施例的加熱和冷卻系統(tǒng)的車輛；圖2是流程圖，其示出了加熱和冷卻系統(tǒng)實(shí)施例的工作的示例；以及圖3是流程圖，其示出了加熱或冷卻車輛的方法。
具體實(shí)施例方式如本文所公開(kāi)的那樣，用于車輛的加熱和冷卻系統(tǒng)的(一個(gè)或多個(gè))示例可有利 地被用于控制車輛的車廂內(nèi)部表面(例如，座椅、扶手等)的溫度，使得該溫度基本符合車 輛中乘客的舒適水平。該加熱和冷卻系統(tǒng)一般使用由太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電流來(lái)使布置在車廂內(nèi)部表面內(nèi)的至少一個(gè)熱電單元或模塊工作。響應(yīng)于從太陽(yáng)能電池板施加到熱電單元 的電流，(一個(gè)或多個(gè))熱電單元加熱或冷卻內(nèi)部表面，而不會(huì)1)從車內(nèi)電池獲取電流，或 者2)運(yùn)行HVAC或其他車內(nèi)氣候控制系統(tǒng)。當(dāng)車輛工作時(shí)，該加熱和冷卻系統(tǒng)的(一個(gè)或 多個(gè))示例還有利地基本不影響，或者可能不降低車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性。另外，本文公開(kāi)的加 熱和冷卻系統(tǒng)在車輛工作期間降低了車內(nèi)氣候控制系統(tǒng)上的壓縮機(jī)負(fù)載，并且降低了電池 功率消耗。進(jìn)一步地，該加熱和冷卻系統(tǒng)可被車輛乘客或用戶控制。該系統(tǒng)的彼此操作性連接的部件可以例如無(wú)線連接和/或可經(jīng)由車輛內(nèi)的網(wǎng)絡(luò) 或數(shù)據(jù)總線被硬接線。在圖1中，加熱和冷卻系統(tǒng)10 (其整體地在圖2中示意性示出)的一些部件被示出 為布置在車輛12內(nèi)。加熱和冷卻系統(tǒng)10包括操作性布置在車輛12表面上的太陽(yáng)能電池 板14。在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池板14布置在車輛12的可使得太陽(yáng)能電池板14充分暴 露于陽(yáng)光的任何表面上。如圖1所示，太陽(yáng)能電池板14可布置在車輛12的車頂16上。在 一個(gè)非限制性示例中，車輛12可包括單一的太陽(yáng)能電池板14。在另一個(gè)非限制性示例中， 車輛12可包括多于一個(gè)的太陽(yáng)能電池板14。在后面的示例中，太陽(yáng)能電池板14中的每一 個(gè)可布置在車輛12的相同表面或不同表面上。太陽(yáng)能電池板14 一般構(gòu)造成作為使加熱和冷卻系統(tǒng)10工作所用的電能源。太陽(yáng) 能電池板14可選自任何能夠向操作性連接到車輛12的熱電單元22 (其將在下面進(jìn)行更詳 細(xì)的描述)供應(yīng)適量電能的太陽(yáng)能裝置。在一個(gè)非限制性示例中，太陽(yáng)能電池板14可具有 約100W/m2的最大功率密度，從而能夠在晴天時(shí)產(chǎn)生約100W的功率。在一個(gè)實(shí)施例中，太 陽(yáng)能電池板14構(gòu)造成具有其自己的控制單元，該控制單元操作性連接到主系統(tǒng)控制單元 28 (將參見(jiàn)圖2示出和詳述)，并響應(yīng)于來(lái)自主系統(tǒng)控制單元28的信號(hào)和命令，從而重新引 導(dǎo)和/或調(diào)整電流。在另一個(gè)實(shí)施例中，主系統(tǒng)控制單元28對(duì)從太陽(yáng)能電池板14到(一 個(gè)或多個(gè))熱電單元22 (下面將參照所有附圖進(jìn)一步地示出和詳述)的電流進(jìn)行重新引導(dǎo) 和/或調(diào)整，這樣，該太陽(yáng)能電池板并不包括分開(kāi)的控制單元。車輛12進(jìn)一步包括車廂內(nèi)部區(qū)域18，各種車輛內(nèi)部表面20位于車廂內(nèi)部區(qū)域18 內(nèi)。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“車輛內(nèi)部表面”是指位于車輛12的車廂內(nèi)部區(qū)域18內(nèi)的任何表面， 其中，這樣的表面20在一段時(shí)間內(nèi)與車輛12的乘客密切接觸。車輛內(nèi)部表面20的一個(gè)非 限制性示例是乘客座椅20PS。車輛內(nèi)部表面20的其他非限制性示例包括方向盤20sw、扶手 20AK、門板的內(nèi)表面(未示出)、和/或位于車廂內(nèi)部區(qū)域18內(nèi)的其他類似表面。本文在下 面使用了乘客座椅20PS，目的在于描述本發(fā)明的各種示例和/或?qū)嵤├?。然而?yīng)當(dāng)理解的 是，這些公開(kāi)內(nèi)容并不旨在僅限于乘客座椅20PS。還應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員被假定 能夠通過(guò)將當(dāng)前公開(kāi)內(nèi)容的教導(dǎo)應(yīng)用到其他表面20，從而將這些其他表面20用在本文所 公開(kāi)的加熱和冷卻系統(tǒng)10中。在不受任何理論約束的情況下，應(yīng)當(dāng)相信在車輛乘客和車輛表面20之間形成的 空氣間隙(即，由兩者之間的非直接或非密切接觸所導(dǎo)致的空氣間隙)趨向于在車輛乘客 和車輛表面20之間之間提供熱阻。然而，車輛乘客或用戶與車輛表面20之間的密切接觸 一般減小了該空氣間隙，并且使得能夠從被加熱或被冷卻的表面20向車輛乘客進(jìn)行基本 上直接的熱傳導(dǎo)。至少部分地由于車輛表面20與車輛乘客或用戶之間的直接熱傳導(dǎo)，所以 運(yùn)行本文公開(kāi)的加熱和冷卻系統(tǒng)10的示例和實(shí)施例所需的功率和能量通常更少。在一個(gè)非限制性示例中，本文公開(kāi)的加熱和冷卻系統(tǒng)10的示例和實(shí)施例使用小于100W的功率工 作，而傳統(tǒng)HVAC系統(tǒng)通常使用5000W和9000W之間的功率。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)部表面20包括基體結(jié)構(gòu)，該基體結(jié)構(gòu)具有布置在其上的覆蓋 物。對(duì)于乘客座椅20PS來(lái)說(shuō)，基體結(jié)構(gòu)包括座椅結(jié)構(gòu)，該座椅結(jié)構(gòu)具有布置在其上的預(yù)定 量的軟墊，而覆蓋物形成在軟墊上。在一個(gè)實(shí)施例中，覆蓋物由選自例如各種隔熱材料的基 本材料形成。合適的隔熱材料的非限制性示例包括皮革、各種織物或布料(例如棉、毛、基 于例如尼龍或其他合適聚合物的合成纖維)、乙烯樹(shù)脂、塑料和/或類似物，和/或它們的 組合。在一些情況下，基本材料也可包括裝飾性附加物，例如細(xì)金屬線、紐扣、扣件、和/或 類似物。盡管這種隔熱材料通常足以用在加熱和冷卻系統(tǒng)10中并有助于其的工作，但仍希 望提高座椅20PS材料的熱容量，使得座椅20PS材料足以在比隔熱材料所能提供的時(shí)間更長(zhǎng) 的時(shí)間段內(nèi)維持用戶優(yōu)選的溫度。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，一種或多種附加材料可結(jié)合在基 本材料內(nèi)以便改變熱容量。合適的附加材料的非限制性示例包括提供足夠熱容量的相變材 料，例如石蠟。(一種或多種)附加材料的加入可這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，將這樣的(一種或多 種)附加材料用作布置在座椅20PS基體結(jié)構(gòu)上的覆蓋物的至少一部分縫合/結(jié)合材料。加熱和冷卻系統(tǒng)10進(jìn)一步包括熱電單元22，該熱電單元22操作性布置在車輛內(nèi) 部表面20的任意合適區(qū)域之內(nèi)或之上，使得熱電單元22與車輛乘客身體的至少一部分物 理(密切)接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，熱電(TE)單元22操作性布置在內(nèi)部表面20上或布置 在其內(nèi)。例如，熱電單元22可嵌入在表面20與車輛乘客接觸的任何區(qū)域內(nèi)，例如在乘客座 椅20PS的座位區(qū)域24內(nèi)(該TE單元22在圖1中以實(shí)線表示)或在乘客座椅20PS的腰部 區(qū)域26內(nèi)(該TE單元22在圖1中以虛線表示)。在另一個(gè)示例中，熱電單元22(在圖1 中也以虛線表示)可布置在乘客座椅20PS的座位區(qū)域24的一面Si上，乘客坐在與該面Si 相對(duì)的一面S2上。在一個(gè)示例中，可至少在車輛表面20上車輛乘客坐、倚、靠的區(qū)域或類似 區(qū)域(例如，在乘客座椅20PS的車輛乘客乘坐的表面上)使用具有撓性座的熱電單元22。 應(yīng)當(dāng)理解的是，熱電單元22可被安置在乘客座椅20PS的其他區(qū)域內(nèi)或其他區(qū)域上，而這些 區(qū)域不必在圖1所示的示例中示出。另外，加熱和冷卻系統(tǒng)10可包括單個(gè)熱電單元22，或可包括多個(gè)熱電單元22。在 使用多個(gè)熱電單元22的情況下，熱電單元22可布置成彼此相鄰，或者布置在車輛內(nèi)部表面 20的不同部分中。在一個(gè)示例中(如圖1所示)，一個(gè)熱電單元22可嵌入在座位區(qū)域24 中，另一個(gè)熱電單元22則可布置在座位區(qū)域24上，而又一個(gè)熱電單元22可布置在腰部區(qū) 域26內(nèi)。熱電單元22還操作性連接到太陽(yáng)能電池板14并且構(gòu)造成接收來(lái)自太陽(yáng)能電池板 14的電流。熱電單元22可以是任意合適的固態(tài)器件，其響應(yīng)于從太陽(yáng)能電池板14施加到 單元22的電流利用珀耳帖效應(yīng)(Peltier effect)來(lái)加熱和冷卻內(nèi)部表面20。在一個(gè)非限 制性示例中，足以加熱和/或冷卻車輛表面20的電流量的范圍是從約0. 1安培到約100安
培o現(xiàn)在參見(jiàn)圖2，加熱和冷卻系統(tǒng)10通常由控制單元28控制，該控制單元28與熱電 單元22和太陽(yáng)能電池板14操作性關(guān)聯(lián)。更具體地，控制單元28控制向熱電單元22施加 的電流(例如，所施加的電流的量和方向)從而控制車輛12的最終加熱和冷卻(其方法將 在下面詳細(xì)描述)。在一個(gè)示例中，控制單元28可以是任意合適的處理裝置(該處理裝置具有與其關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器)，并且可構(gòu)造成運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)軟件程序以便控制加熱和冷卻系 統(tǒng)10。在一些情況下，控制單元28可操作性連接到比較器30 (在圖2中示出)，比較器30 是可用于獨(dú)自或與控制單元28組合在一起來(lái)確定將要施加到熱電單元22的電流的量和方 向的任意合適的計(jì)算裝置。在一個(gè)非限制性示例中，比較器30亦可按照其他方式結(jié)合在控 制單元28內(nèi)，由此控制單元28將獨(dú)自起到處理裝置和計(jì)算裝置的作用。加熱和冷卻系統(tǒng)10進(jìn)一步包括環(huán)境溫度傳感器32，環(huán)境溫度傳感器32構(gòu)造成測(cè) 量車輛12附近的環(huán)境溫度Ta。例如，環(huán)境溫度傳感器32可以是入口空氣溫度傳感器(也 在圖1中以虛線表示)，其被安置在車輛12的發(fā)動(dòng)機(jī)罩40下面，與散熱器(未示出)相鄰。 應(yīng)當(dāng)理解的是，環(huán)境溫度傳感器32亦可以其他方式安置在其他合適的位置內(nèi)。此外，車輛 12中也可使用其他溫度傳感器32，例如車廂內(nèi)部溫度傳感器等(圖中未示出)。系統(tǒng)10進(jìn)一步包括用于測(cè)量?jī)?nèi)部表面20的溫度Ts的裝置34。這種裝置34的非限 制性示例包括布置在內(nèi)部表面20內(nèi)或內(nèi)部表面20上的至少一個(gè)傳感器、布置在內(nèi)部表面 20內(nèi)或內(nèi)部表面20上的至少一個(gè)探頭、構(gòu)造成對(duì)內(nèi)部表面20進(jìn)行掃描的紅外掃描儀，或它 們的組合。在使用紅外掃描儀的情況下，該掃描儀可被安裝在車頂蓋內(nèi)飾板(headliner) 內(nèi)、結(jié)合在后視鏡內(nèi)、和/或類似方式。環(huán)境溫度傳感器32和用于測(cè)量表面20的溫度Ts的 裝置34均與控制單元28操作性通信，或者當(dāng)比較器30和控制單元28是分開(kāi)的裝置時(shí)與 比較器30和控制單元28操作性通信(如圖2所示)。加熱和冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步包括用戶接口 36 (其與控制單元28，或者與控制單元28和 比較器30操作性通信)，或包括另一種使得車輛乘客或用戶能夠選擇或以其他方式輸入關(guān) 于內(nèi)部表面20和/或車廂區(qū)域18的優(yōu)選參考溫度TMf的合適裝置。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“參 考溫度Tref”是指車輛表面20和/或車廂區(qū)域18的用戶優(yōu)選的溫度。如下面將要進(jìn)一步 描述的，比較器30和/或控制單元28可使用參考溫度T,ef來(lái)確定為了至少對(duì)內(nèi)部表面20 進(jìn)行加熱和冷卻而將要施加到熱電單元22的電流的量和方向。在一個(gè)示例中，加熱和冷卻系統(tǒng)10可操作性連接到車輛電池38。車輛電池38通 常將電能供應(yīng)到車輛12的各種操作系統(tǒng)，包括例如車輛點(diǎn)火系統(tǒng)、車輛照明系統(tǒng)、車輛計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)等。在太陽(yáng)能電池板14沒(méi)有產(chǎn)生足夠使熱電單元22工作的電能的情況下，加熱 和冷卻系統(tǒng)10可從電池38獲取所欠缺的能量。在太陽(yáng)能電池板14產(chǎn)生的電能多于使熱 電單元22工作的電能的其他情況下，未被熱電單元22使用的過(guò)量能量可被分配到電池38。以上描述了將加熱和冷卻系統(tǒng)10用于加熱和冷卻內(nèi)部表面20 (例如，乘客座椅 20PS)。應(yīng)當(dāng)理解的是，系統(tǒng)10還構(gòu)造成作為對(duì)內(nèi)部表面20進(jìn)行加熱和冷卻的結(jié)果來(lái)對(duì)車 輛12的車廂區(qū)域18進(jìn)行加熱和冷卻。例如，隨著時(shí)間流逝，對(duì)乘客座椅20PS進(jìn)行冷卻也將 使車廂內(nèi)部區(qū)域18冷卻到一定程度，而這種冷卻至少部分地基于傳熱原理。還應(yīng)當(dāng)理解的 是，作為對(duì)內(nèi)部表面20進(jìn)行加熱和冷卻的結(jié)果的車廂內(nèi)部區(qū)域18的加熱和冷卻通過(guò)自然 對(duì)流發(fā)生。因此，可能不需要風(fēng)扇或其他空氣分配裝置用來(lái)加熱和冷卻車廂區(qū)域18。然而 應(yīng)當(dāng)理解，即使不需要，也仍可將風(fēng)扇結(jié)合在加熱和冷卻系統(tǒng)10內(nèi)?，F(xiàn)在本文將結(jié)合圖2和圖3描述使用系統(tǒng)10來(lái)加熱和冷卻車輛12的方法。首先 參見(jiàn)圖3，該方法包括選擇內(nèi)部表面20和/或車廂區(qū)域18的用戶優(yōu)選參考溫度Tref(如附 圖標(biāo)記100所示)，測(cè)量車輛12附近的環(huán)境溫度Ta(如附圖標(biāo)記102所示)，測(cè)量車輛表面 20的溫度Ts (如附圖標(biāo)記104所示)，基于所選擇的用戶優(yōu)選參考溫度T,ef、所測(cè)得的環(huán)境溫度Ts和所測(cè)得的內(nèi)部表面20的溫度Ts來(lái)確定電流的量和方向(如附圖標(biāo)記106所示)， 并且向(一個(gè)或多個(gè))熱電單元22施加所確定的電流的量和/或方向以加熱或冷卻內(nèi)部 表面20 (如附圖標(biāo)記108所示)。返回參照?qǐng)D2，通過(guò)用戶來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶優(yōu)選參考溫度TMf的選擇。從上述重申，這 種用戶優(yōu)選參考溫度Tref是用戶(例如車輛乘客)選定的和/或期望的車輛12的內(nèi)部表 面20和/或車廂區(qū)域18的溫度。用戶可通過(guò)使用例如用戶接口 36輸入?yún)⒖紲囟萒,ef來(lái) 實(shí)現(xiàn)對(duì)參考溫度Tref的選擇。輸入?yún)⒖紲囟萒ref的步驟可包括例如從用戶接口 36的顯示 屏上提供給用戶的溫度列表中選擇溫度，使用例如鍵盤或觸摸屏將參考溫度鍵入用 戶接口 36，將參考溫度1；#語(yǔ)音錄入到與用戶接口 36操作性關(guān)聯(lián)的話筒(麥克風(fēng))中，或 者經(jīng)由其他合適的輸入裝置?？墒褂脺囟葌鞲衅?2測(cè)量車輛12附近的環(huán)境溫度Ta，并且將所測(cè)得的Ta直接傳 輸?shù)奖容^器30內(nèi)，或者，如果沒(méi)有使用分離的比較器30則直接傳輸?shù)娇刂茊卧?8內(nèi)。類 似地，可使用測(cè)量裝置34(例如，(一個(gè)或多個(gè))傳感器、(一個(gè)或多個(gè))探頭、紅外掃描儀 等)測(cè)量?jī)?nèi)部表面20的溫度Ts，并且將這種溫度Ts的測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)奖容^器30和/或控 制單元28內(nèi)。在使用比較器30的情況下，比較器30對(duì)環(huán)境溫度Ta和所測(cè)得的表面20的 溫度Ts進(jìn)行比較。在一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)取兩個(gè)溫度Ta、Ts的平均值來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度 Ta和溫度！；的比較。在一個(gè)實(shí)施例中，比較器30和/或控制單元28還可包括合適的邏輯電路，該邏輯 電路使得比較器30和/或控制單元28能夠適應(yīng)于變化的情況和/或條件。這種情況的一 個(gè)示例可包括當(dāng)一個(gè)或多個(gè)車輛表面20被暴露于不同程度的熱/冷溫度時(shí)的情況。例如， 如果車輛12在炎熱的晴天停放在停車場(chǎng)內(nèi)，則車輛12可能被停放成使得駕駛員側(cè)的乘客 座椅20PS比乘客側(cè)的乘客座椅20PS暴露在更多的陽(yáng)光下。在這種情況下，比較器30(或者 在未使用分離的比較器30的情況下，控制單元28)使駕駛員側(cè)的座椅20PS的表面溫度Ts, DS比乘客側(cè)的座椅20PS的表面溫度Ts,PS具有更多的權(quán)重(例如，以百分比的形式)。因此， 可向布置在駕駛員側(cè)座椅20PS的熱電單元22施加比乘客側(cè)座椅20PS更大的電流，直到實(shí)現(xiàn) 所期望的溫度。在一些情況下，比較器30和/或控制單元28可進(jìn)一步構(gòu)造成監(jiān)視一個(gè)或多個(gè)車 輛表面20的陽(yáng)光照射量(如果這種照射量變化的話)。陽(yáng)光照射量的變化可通過(guò)例如下面 方式發(fā)生將車輛12在停車場(chǎng)內(nèi)重新停放使得陽(yáng)光現(xiàn)在照射向一個(gè)或多個(gè)其他表面20(例 如，與前述乘客座椅20PS相對(duì)的表面)。陽(yáng)光照射量的變化也可例如在下面的情況下發(fā)生 隨著太陽(yáng)在天空上運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致陽(yáng)光照射到車輛12上的角度隨時(shí)間變化。當(dāng)發(fā)生這種變化 時(shí)，控制單元28也可構(gòu)造成向太陽(yáng)能電池板14發(fā)送更新的命令，該更新的命令在這個(gè)示例 中可包括1)減小施加到布置在駕駛員側(cè)座椅20PS內(nèi)的熱電單元22的電流量，以及2)增 大施加到布置在乘客側(cè)座椅20PS內(nèi)的熱電單元22的電流量。在另一個(gè)實(shí)施例中，比較器30和/或控制單元28可構(gòu)造成滿足用戶對(duì)車廂區(qū)域 18內(nèi)的特定表面20的優(yōu)先選擇。例如，如果乘客有背傷，則乘客可設(shè)置控制單元28使得乘 客座椅20PS的腰部區(qū)域26總是要比例如座椅20PS的座位區(qū)域24暖和。在一些情況下，乘 客可實(shí)際將腰部區(qū)域26設(shè)置到預(yù)先選定的溫度。在前面的實(shí)施例中，熱電單元22可布置 在座位區(qū)域24之內(nèi)或之上，而另一個(gè)熱電單元22可布置在腰部區(qū)域26之內(nèi)或之上，其中
9每個(gè)熱電單元22可獨(dú)立地被控制以提供座位區(qū)域24和腰部區(qū)域26之間的這種不同的溫度。在又一個(gè)實(shí)施例中，控制單元28可構(gòu)造成至少部分地基于乘客身體不同部分的 熱容量來(lái)命令太陽(yáng)能電池板14向表面20的不同區(qū)域(例如，至少是乘客座椅20PS的區(qū)域 24,26)施加合適量的電流。例如，乘客大腿的熱容量可高于例如乘客頸部的熱容量。相應(yīng) 地，施加到座椅20PS的座位區(qū)域24和腰部區(qū)域26的電流量可被獨(dú)立地調(diào)整。對(duì)于前面剛剛描述的這個(gè)實(shí)施例，比較器30和/或控制單元28獨(dú)立地使用每個(gè) 表面溫度??；來(lái)確定將要施加到相應(yīng)表面20的電流量。在一個(gè)示例中，通過(guò)取溫度的平均 值來(lái)將每個(gè)表面溫度Ts與環(huán)境溫度Ta比較。在一些情況下，希望向所有的表面20施加基本相同的電流量，而不論表面20中的 一個(gè)或多個(gè)可能比表面20中另外的一個(gè)或多個(gè)更熱或更冷(例如，當(dāng)駕駛員側(cè)座椅20PS比 乘客側(cè)座椅20PS暴露在更多的陽(yáng)光下時(shí))。在這種情況下，比較器30根據(jù)預(yù)定百分比為不 同表面20的表面溫度Ts設(shè)置權(quán)重。預(yù)定百分比可至少部分地基于相對(duì)于另一個(gè)表面20 (例 如，暴露于陰影的表面)來(lái)加熱/冷卻一個(gè)特定表面30 (例如，暴露于陽(yáng)光的表面20)所需 能量的量(從表面溫度測(cè)量結(jié)果確定)。然后，對(duì)下述取平均值1)權(quán)重的測(cè)量結(jié)果，和2) 環(huán)境溫度Ta。然后，被比較的溫度八、1；用于確定被比較的溫度和用戶優(yōu)選參考溫度Tref之間的 溫度差。該溫度差一般對(duì)應(yīng)于將要施加到熱電單元22的電流的量和方向，并且可用于改變 由太陽(yáng)能電池板14向熱電單元22施加的上述量和方向。例如，電流或能量的量通常與溫 度差成比例，并且這種相關(guān)性可被編程到控制單元28，例如數(shù)學(xué)方程由等式表示I = Xx{Tref + ^S~Tref^\,
T
V/其中，I是電流，X是比例因子，Ts是表面20的溫度，而Tref是參考溫度。相應(yīng)地， 在確定了溫度差之后，控制單元28使溫度差與電流相關(guān)，并向太陽(yáng)能電池板14發(fā)送命令， 以向適當(dāng)?shù)臒犭妴卧?2施加所相關(guān)的電流。電流的方向通?；诒砻?0是將被加熱還是將被冷卻。在一個(gè)示例中，如果溫度 差產(chǎn)生了負(fù)數(shù)，則電流的第一極性可被施加到熱電單元以便加熱表面20。然而，如果溫度差 產(chǎn)生了正數(shù)，則電流的極性切換(即，方向切換)，而這樣的電流被施加到熱電單元22以便 冷卻表面20?？刂茊卧?8此后向太陽(yáng)能電池板14發(fā)送命令以向熱電單元22施加所確定的電 流的量和方向，從而加熱和冷卻表面20 (參見(jiàn)圖3中的附圖標(biāo)記108和110)。在向熱電單 元22施加電流期間，表面20的溫度測(cè)量裝置34基本連續(xù)地測(cè)量表面20的溫度。這種連 續(xù)溫度測(cè)量結(jié)果被輸入到比較器30內(nèi)，在那里比較器30將所測(cè)得的表面20的溫度Ts與 用戶優(yōu)選參考溫度比較，直到溫度Ts達(dá)到參考溫度Tref的值。這時(shí)，控制單元28向太 陽(yáng)能電池板14發(fā)送命令以停止向熱電單元22施加電流。同時(shí)，控制單元28還向太陽(yáng)能電 池板14發(fā)送命令以將所有剩余的電流分配到車輛電池38，以便在電池38未完全充滿的情 況下(即，電池電壓未高于最大電壓，最大電壓反映電池38已完全充滿)對(duì)電池38進(jìn)行再 充電。在一個(gè)實(shí)施例中，如果1)被比較的溫度和2)參考溫度之間的溫度差超過(guò)了預(yù)定閾值，則控制單元28可進(jìn)一步構(gòu)造成向太陽(yáng)能電池板14發(fā)送命令以將所有的電流引 導(dǎo)向熱電單元22。然而，在溫度差低于另一個(gè)預(yù)定閾值的情況下，控制單元28可另外構(gòu)造 成向太陽(yáng)能電池板14發(fā)送命令以將所有的電流引導(dǎo)向電池38。在溫度差落于兩個(gè)閾值之 間的情況下，電流可在熱電單元22和電池38之間分配。這樣，控制單元28通常適合于至 少部分地基于用戶優(yōu)選參考溫度來(lái)提供車輛乘客的舒適水平。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，控制單元28可構(gòu)造成確定車輛內(nèi)部表面20何時(shí)實(shí)際上與 乘客身體接觸。例如，加熱和冷卻系統(tǒng)10在適當(dāng)情況下可包括額外的傳感器，該額外的傳 感器將在乘客座椅20PS被占用時(shí)向控制單元28發(fā)送信號(hào)。一旦控制單元28被通知座椅 20PS已被占用，則控制單元28命令太陽(yáng)能電池板14向與該特定座椅20PS關(guān)聯(lián)的熱電單元 22施加合適的電流的量和方向。在一些情況下，控制單元28還可構(gòu)造成只要車輛點(diǎn)火運(yùn) 行，就命令太陽(yáng)能電池板14根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔(例如，每半個(gè)小時(shí)、每一個(gè)小時(shí)等)施加 電流，直到達(dá)到用戶優(yōu)選參考溫度TMf。盡管已經(jīng)針對(duì)機(jī)動(dòng)車輛中的使用描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明也可應(yīng)用 在其他應(yīng)用場(chǎng)合。例如，本文公開(kāi)的系統(tǒng)和方法的各種示例和實(shí)施例均可應(yīng)用在航空領(lǐng)域、 航海領(lǐng)域、建筑物或其他陸上結(jié)構(gòu)等。還應(yīng)當(dāng)理解的是，加熱和冷卻系統(tǒng)10的各種示例和 實(shí)施例可結(jié)合另一種氣候控制系統(tǒng)(例如基于制冷劑的空調(diào)系統(tǒng)等)使用。在一些情況下， 對(duì)于加熱和冷卻車輛12而言，加熱和冷卻系統(tǒng)10自身可能就足夠了，因而可能不再需要另 一種氣候控制系統(tǒng)。雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白所公開(kāi)的實(shí)施例仍可 被修改。因此，前面的描述應(yīng)當(dāng)被看作是示例性的而非限制性的。
權(quán)利要求
一種用于車輛的加熱和冷卻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池板，其操作性布置在所述車輛的表面上；熱電單元，其1)操作性布置在內(nèi)部表面上或內(nèi)部表面內(nèi)，所述內(nèi)部表面布置在所述車輛的車廂區(qū)域內(nèi)，并且2)操作性連接到所述太陽(yáng)能電池板，所述熱電單元構(gòu)造成響應(yīng)于從所述太陽(yáng)能電池板施加到所述熱電單元的電流來(lái)進(jìn)行對(duì)所述內(nèi)部表面加熱或冷卻中的至少一項(xiàng)；以及控制單元，其與所述熱電單元操作性關(guān)聯(lián)，所述控制單元構(gòu)造成基于1)所測(cè)得的環(huán)境溫度、2)所測(cè)得的所述內(nèi)部表面的溫度、和3)用戶優(yōu)選的參考溫度來(lái)確定將要施加到所述熱電單元的電流的量和方向中的至少一項(xiàng)。
2.如權(quán)利要求1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部表面是座椅，其中，所 述熱電單元嵌入到所述座椅中。
3.如權(quán)利要求1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部表面是座椅，其中，所 述熱電單元布置在所述座椅的腰部區(qū)域內(nèi)或腰部區(qū)域上。
4.如權(quán)利要求1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括環(huán)境溫度傳感器，其與所述控制單元操作性通信，所述傳感器構(gòu)造成測(cè)量所述環(huán)境溫 度；以及用于測(cè)量所述內(nèi)部表面的溫度的裝置，所述裝置與所述控制單元操作性通信。
5.如權(quán)利要求4所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述用于測(cè)量所述內(nèi)部表面的 溫度的裝置選自布置在所述內(nèi)部表面內(nèi)或內(nèi)部表面上的至少一個(gè)傳感器、布置在所述內(nèi) 部表面內(nèi)或內(nèi)部表面上的至少一個(gè)探頭、構(gòu)造成對(duì)所述內(nèi)部表面進(jìn)行掃描的紅外掃描儀、 及它們的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部表面包括基本材料和 構(gòu)造成提高所述內(nèi)部表面的熱容量的至少一種其他材料。
7.如權(quán)利要求1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述車輛進(jìn)一步包括電池，其 中，所述控制單元進(jìn)一步構(gòu)造成將未被所述熱電單元使用的電能分配到所述電池。
8.如權(quán)利要求1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)先選定的參考溫度是車 輛的用戶選定溫度。
9.如權(quán)利要求1所述的加熱和冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步構(gòu)造成作為對(duì) 所述內(nèi)部表面進(jìn)行加熱和冷卻的結(jié)果從而加熱和冷卻所述車廂區(qū)域。
10.一種對(duì)車輛進(jìn)行加熱和冷卻的方法，所述車輛包括車廂區(qū)域，所述車廂區(qū)域具有布 置在其內(nèi)的至少一個(gè)內(nèi)部表面，所述方法包括為所述內(nèi)部表面、所述車廂區(qū)域、或它們的組合選擇用戶優(yōu)選的參考溫度；測(cè)量所述車輛附近的環(huán)境溫度；測(cè)量所述至少一個(gè)內(nèi)部表面的溫度；基于1)所測(cè)得的環(huán)境溫度、2)所測(cè)得的所述內(nèi)部表面的溫度、和3)所選擇的用戶優(yōu)選 的參考溫度來(lái)確定由太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的將要施加到熱電單元的電流的量和方向，所述熱 電單元布置在所述至少一個(gè)內(nèi)部表面內(nèi)或至少一個(gè)內(nèi)部表面上；以及向所述熱電單元施加所確定的電流的量和方向以加熱或冷卻所述內(nèi)部表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于加熱和冷卻車輛的系統(tǒng)和方法。具體地，提供了一種用于加熱和冷卻車輛的系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能電池板，其布置在所述車輛的表面上；和熱電單元，其1)布置在內(nèi)部表面上或內(nèi)部表面內(nèi)，所述內(nèi)部表面布置在所述車輛的車廂區(qū)域內(nèi)，并且2)操作性連接到所述太陽(yáng)能電池板。所述熱電單元構(gòu)造成響應(yīng)于從所述太陽(yáng)能電池板施加到所述熱電單元的電流來(lái)加熱和/或冷卻所述內(nèi)部表面。所述系統(tǒng)還包括與所述熱電單元操作性關(guān)聯(lián)的控制單元。所述控制單元構(gòu)造成基于1)所測(cè)得的環(huán)境溫度、2)所測(cè)得的所述內(nèi)部表面的溫度、和3)用戶優(yōu)選參考溫度來(lái)確定將要施加到所述熱電單元的電流的量和方向。
文檔編號(hào)B60N2/44GK101890917SQ201010181819
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者G·A·梅杰, J·楊, M·W·費(fèi)爾布呂格 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司