高温停车用太阳能智能控温器设计

常敏 陶莹 董志国 伊哲锋

（辽宁科技学院 冶金工程学院，辽宁 本溪 117004）

汽车产业的快速发展使人们对车内环境的要求不断提高，因此兼具实用性与舒适性的汽车智能产品备受欢迎。根据《中国制造2025》规划纲要，只有将人工智能与先进制造深度融合才能成为新一代智能制造[1]。高温停车用太阳能智能控温器正是在这样的环境下应运而生，具有在高温停车时维持车内温度恒定、改善车内环境、双重智能控制、节能环保等特点，此外不使用传统的发动机驱动压缩制冷，也无需对车辆进行改造。

一、设计背景

夏季高温下，由于停车时车内制冷系统无法正常使用，汽车经长时间停放后车内温度急剧升高。汽车内皮制品和塑料制品会散发出有害气体和刺鼻味道，车内零件老化加速；若汽车在曝晒之后立刻打开车内空调降温，不仅使发动机的负荷迅速增加，而且油耗量也急剧增加；如不慎将孩子遗忘车内，很容易导致窒息的危险发生；此外，密闭车厢内空气不流通，发动机在停车时工作汽油燃烧不充分，这种情况下开空调休息很容易导致一氧化碳中毒 [2]。

鉴于此种情况，市场上开发出许多不同类型的汽车“降温”产品，如清凉罩、防爆隔热膜、遮阳网、遮阳挡等。汽车清凉罩可遮雨、防晒、防尘及防雪等，可有效控制车身温度，减缓车内零件老化，但其铺在车外对车内控温效果有限；防爆隔热膜在抗紫外线方面作用突出，但是控温效果一般；而遮阳网等在行车时对视线的影响极大，特别是倒车时需要经常装卸十分麻烦。而针对停车时密闭车厢内开空调休息或误将儿童遗忘其中而导致的危险，目前只是在加强安全意识、完善管理制度等方面做工作，并无实质性的保护产品被开发。

当前世界，化石燃料引起的全球变暖问题逐渐加剧[3]。面对日益严重的能源危机，作为一种绿色、环保的可再生资源，太阳能正以其无可争议的优势改变未来的生活[4]。本文提出的方案正是采用太阳能为动力能源，在夏季高温天气下维持车内温度恒定。

二、技术原理

高温停车用太阳能智能控温器包括四部分：电源系统、制冷系统、循环系统和控制系统，其原理如图1所示。该控温器以太阳能为动力能源、制冷片组为制冷系统降低车内温度、空气循环机为通风系统控制车内空气循环流动、人体红外感应与手机APP双重结合智能操控的节能环保型车用智能控温装置。

图1 高温停车用太阳能智能控温器的原理图

控温器的电源系统采用光伏板与太阳能转换器相连接，太阳能转换器与蓄电池相连接。将光伏板以特定的固定方式暴露在阳光下，利用太阳能产生直流电，太阳能转换器将光伏板输出的变化幅度很大的直流电转换成稳定的50Hz交流电，输出给蓄电池存储，蓄电池为整个控温器提供稳定的电能。

装置电源启动后，内部制冷系统开始工作，半导体制冷片的制冷面温度开始降低，从而使与之相连的导冷片温度降低，进而使制冷室内温度降低。与此同时，空气循环机不断将车内热空气通过控温器机壳上的通气孔吸入制冷室内降温，再由空气循环机将其吹出，如此循环，即可使车内温度降低。空气循环机和制冷器以并联连接，另一端与保护装置相连，当车内温度达到设定温度值时，温控开关会主动切断负载的供电端，使控温器暂停工作，当车内温度达到设定回差值时，温控开关会接通负载的供电端再次工作。

三、功能预设及特点

根据控温器的技术原理，全方位考虑产品的实用性、舒适性、智能化和节能环保需求，制定产品的预设功能如下：

1.制冷：利用半导体制冷片制冷，无运动部件、可靠性高、无制冷剂污染；

2.通风：通过空气循环机进行车内冷、热气体交换；

3.加湿：启动一键雾化加湿装置，润湿车内环境；

4.双重控制：采用温控开关与红外感应双重控制，监测到车内温度高于设定温度且无人时则自动开启；

5.远程控制：汽车长时间未用后，可在用前特定时间内通过手机APP控制设备的开启与数据的设定等；

6.数据设定：数据设定具有保存功能，可根据不同环境条件设定多种备选模式；

7.外接电源：设有220V交流电调压器，可在密闭空间外接电源使用。

四、产品结构

根据产品的功能预设确定其结构，主要包括机壳、制冷器、空气循环机、电源系统和温控系统等。控温器的结构图如图2所示。由图可以看出，固定在机壳上的隔离板将制冷器与空气循环机分隔为两个部分，并与两条水平支撑板共同支撑制冷器。制冷器位于机壳中部，包括导冷片、半导体制冷片、四组导热管、两组散热片和两组导热风机。导冷片紧贴于半导体制冷片的制冷面，当制冷面温度下降时，导冷片的温度也随之下降。半导体制冷片的发热面与导热管相连接，导热管贯穿于散热片中，两组导热风机分别固定在散热片的两端。导热管将发热面的热量传导至散热片上，与导热风机共同散热。隔离板的中部设有第一通孔，制冷器的导冷片镶嵌在第一通孔中。隔离板的左端设有保温层，用于减少制冷器一侧机壳内的温度散失。保温层中部设有第二通孔，导冷片镶嵌其中。空气循环机固定于左端机盖的内壁上，其作用是将车内的热空气通过机盖上的通气孔吸入机壳内降温，并将机壳内的冷空气通过机盖上的通气孔吹到车内，完成冷热交换过程。此外，导冷片下方还设有接水凹槽和雾化装置，用于承接导冷片所产生的水滴，并在需要时将水滴雾化以改善车内湿度。此外，机壳内部还设有蓄电池、调压器、红外线感应器和保护装置。

温控系统包括温控开关和温度传感器，温控开关位于机壳的外壁上，温度传感器的探头可使用夹子夹置于车内测温位置，其作用是为测量环境温度，并进一步控制控温器的开启或关闭。在机壳的前端和后端均设有若干散热孔，为半导体制冷片制热端产生的热量散热。机壳前端的内壁上还固定设有保护装置，用于防止电压不稳、过量对控温器产生伤害。

图2 高温停车用太阳能智能控温器的结构图

五、展望

高温停车用太阳能智能控温器采用太阳能为动力能源、制冷片组为制冷系统降低车内空气温度、空气循环机为通风系统控制车内空气循环流动、人体红外感应与手机APP双重控制，不仅给用户创造了舒适的驾驶环境，也为相关领域的设计研究提供决策参考。该产品在功能设计方面还存在很大的改进空间。在本设计基础上，制备一款夏季制冷、冬季产热、智能调湿、净化空气的多功能升级产品是未来的发展方向。此外，随着新能源汽车产业的快速发展，推动该产品与新能源汽车的深度融合也是亟待解决的问题。