高溫停車用太陽能智能控溫器設計

常敏 陶瑩 董志國 伊哲鋒

（遼寧科技學院 冶金工程學院，遼寧 本溪 117004）

汽車產業的快速發展使人們對車內環境的要求不斷提高，因此兼具實用性與舒適性的汽車智能產品備受歡迎。根據《中國制造2025》規劃綱要，只有將人工智能與先進制造深度融合才能成為新一代智能制造[1]。高溫停車用太陽能智能控溫器正是在這樣的環境下應運而生，具有在高溫停車時維持車內溫度恒定、改善車內環境、雙重智能控制、節能環保等特點，此外不使用傳統的發動機驅動壓縮制冷，也無需對車輛進行改造。

一、設計背景

夏季高溫下，由于停車時車內制冷系統無法正常使用，汽車經長時間停放后車內溫度急劇升高。汽車內皮制品和塑料制品會散發出有害氣體和刺鼻味道，車內零件老化加速；若汽車在曝曬之后立刻打開車內空調降溫，不僅使發動機的負荷迅速增加，而且油耗量也急劇增加；如不慎將孩子遺忘車內，很容易導致窒息的危險發生；此外，密閉車廂內空氣不流通，發動機在停車時工作汽油燃燒不充分，這種情況下開空調休息很容易導致一氧化碳中毒 [2]。

鑒于此種情況，市場上開發出許多不同類型的汽車“降溫”產品，如清涼罩、防爆隔熱膜、遮陽網、遮陽擋等。汽車清涼罩可遮雨、防曬、防塵及防雪等，可有效控制車身溫度，減緩車內零件老化，但其鋪在車外對車內控溫效果有限；防爆隔熱膜在抗紫外線方面作用突出，但是控溫效果一般；而遮陽網等在行車時對視線的影響極大，特別是倒車時需要經常裝卸十分麻煩。而針對停車時密閉車廂內開空調休息或誤將兒童遺忘其中而導致的危險，目前只是在加強安全意識、完善管理制度等方面做工作，并無實質性的保護產品被開發。

當前世界，化石燃料引起的全球變暖問題逐漸加劇[3]。面對日益嚴重的能源危機，作為一種綠色、環保的可再生資源，太陽能正以其無可爭議的優勢改變未來的生活[4]。本文提出的方案正是采用太陽能為動力能源，在夏季高溫天氣下維持車內溫度恒定。

二、技術原理

高溫停車用太陽能智能控溫器包括四部分：電源系統、制冷系統、循環系統和控制系統，其原理如圖1所示。該控溫器以太陽能為動力能源、制冷片組為制冷系統降低車內溫度、空氣循環機為通風系統控制車內空氣循環流動、人體紅外感應與手機APP雙重結合智能操控的節能環保型車用智能控溫裝置。

圖1 高溫停車用太陽能智能控溫器的原理圖

控溫器的電源系統采用光伏板與太陽能轉換器相連接，太陽能轉換器與蓄電池相連接。將光伏板以特定的固定方式暴露在陽光下，利用太陽能產生直流電，太陽能轉換器將光伏板輸出的變化幅度很大的直流電轉換成穩定的50Hz交流電，輸出給蓄電池存儲，蓄電池為整個控溫器提供穩定的電能。

裝置電源啟動后，內部制冷系統開始工作，半導體制冷片的制冷面溫度開始降低，從而使與之相連的導冷片溫度降低，進而使制冷室內溫度降低。與此同時，空氣循環機不斷將車內熱空氣通過控溫器機殼上的通氣孔吸入制冷室內降溫，再由空氣循環機將其吹出，如此循環，即可使車內溫度降低。空氣循環機和制冷器以并聯連接，另一端與保護裝置相連，當車內溫度達到設定溫度值時，溫控開關會主動切斷負載的供電端，使控溫器暫停工作，當車內溫度達到設定回差值時，溫控開關會接通負載的供電端再次工作。

三、功能預設及特點

根據控溫器的技術原理，全方位考慮產品的實用性、舒適性、智能化和節能環保需求，制定產品的預設功能如下：

1.制冷：利用半導體制冷片制冷，無運動部件、可靠性高、無制冷劑污染；

2.通風：通過空氣循環機進行車內冷、熱氣體交換；

3.加濕：啟動一鍵霧化加濕裝置，潤濕車內環境；

4.雙重控制：采用溫控開關與紅外感應雙重控制，監測到車內溫度高于設定溫度且無人時則自動開啟；

5.遠程控制：汽車長時間未用后，可在用前特定時間內通過手機APP控制設備的開啟與數據的設定等；

6.數據設定：數據設定具有保存功能，可根據不同環境條件設定多種備選模式；

7.外接電源：設有220V交流電調壓器，可在密閉空間外接電源使用。

四、產品結構

根據產品的功能預設確定其結構，主要包括機殼、制冷器、空氣循環機、電源系統和溫控系統等。控溫器的結構圖如圖2所示。由圖可以看出，固定在機殼上的隔離板將制冷器與空氣循環機分隔為兩個部分，并與兩條水平支撐板共同支撐制冷器。制冷器位于機殼中部，包括導冷片、半導體制冷片、四組導熱管、兩組散熱片和兩組導熱風機。導冷片緊貼于半導體制冷片的制冷面，當制冷面溫度下降時，導冷片的溫度也隨之下降。半導體制冷片的發熱面與導熱管相連接，導熱管貫穿于散熱片中，兩組導熱風機分別固定在散熱片的兩端。導熱管將發熱面的熱量傳導至散熱片上，與導熱風機共同散熱。隔離板的中部設有第一通孔，制冷器的導冷片鑲嵌在第一通孔中。隔離板的左端設有保溫層，用于減少制冷器一側機殼內的溫度散失。保溫層中部設有第二通孔，導冷片鑲嵌其中。空氣循環機固定于左端機蓋的內壁上，其作用是將車內的熱空氣通過機蓋上的通氣孔吸入機殼內降溫，并將機殼內的冷空氣通過機蓋上的通氣孔吹到車內，完成冷熱交換過程。此外，導冷片下方還設有接水凹槽和霧化裝置，用于承接導冷片所產生的水滴，并在需要時將水滴霧化以改善車內濕度。此外，機殼內部還設有蓄電池、調壓器、紅外線感應器和保護裝置。

溫控系統包括溫控開關和溫度傳感器，溫控開關位于機殼的外壁上，溫度傳感器的探頭可使用夾子夾置于車內測溫位置，其作用是為測量環境溫度，并進一步控制控溫器的開啟或關閉。在機殼的前端和后端均設有若干散熱孔，為半導體制冷片制熱端產生的熱量散熱。機殼前端的內壁上還固定設有保護裝置，用于防止電壓不穩、過量對控溫器產生傷害。

圖2 高溫停車用太陽能智能控溫器的結構圖

五、展望

高溫停車用太陽能智能控溫器采用太陽能為動力能源、制冷片組為制冷系統降低車內空氣溫度、空氣循環機為通風系統控制車內空氣循環流動、人體紅外感應與手機APP雙重控制，不僅給用戶創造了舒適的駕駛環境，也為相關領域的設計研究提供決策參考。該產品在功能設計方面還存在很大的改進空間。在本設計基礎上，制備一款夏季制冷、冬季產熱、智能調濕、凈化空氣的多功能升級產品是未來的發展方向。此外，隨著新能源汽車產業的快速發展，推動該產品與新能源汽車的深度融合也是亟待解決的問題。