DE10118728A1

DE10118728A1 - Solar-Nachladesystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10118728A1
Application number: DE10118728A
Authority: DE
Inventors: Oliver Lang
Original assignee: SOLARC GmbH
Current assignee: Solarc Innovative Solarprodukte GmbH
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2021-04-07
Also published as: DE10118728B4

Abstract

Die Standzeit von Bordbatterien in abgestellten Kraftfahrzeugen ist in den letzten Jahren durch die Zunahme elektronischer Systeme mit Stand-by-Strömen drastisch gesunken. Die zur Erhaltungsladung von Bordbatterien bekannten Solar-Nachladesysteme weisen ein einzelnes Solarmodul auf, das zur Erfüllung der Maximalforderungen überdimensioniert ist. Deshalb wurden zur Regelung des Ladestroms aufwändige Energiemanager und zusätzliche Verbraucher eingeführt. Individuelle Anpassungsmöglichkeiten des erzeugten Solarstroms an örtliche Bedingungen sind nicht vorgesehen. Das erfindungsgemäße Solar-Nachladesystem (4) mit seiner mobilen und kompakten Bauform besteht deshalb aus einem einfachen Laderegler (5), der auf die Maximalleistung ausgelegt ist und über eine Reihe von parallel geschalteten Steckereingängen (14) verfügt. Über diese sind eine Vielzahl von einzelnen Solarmodulen (6, 7, 10, 11) mittels einfacher Kabelstecker (15) einsteckbar, sodass eine individuelle Leistungsanpassung des Solar-Nachladesystems (4) an die örtlichen Umgebungsbedingungen ohne großen Montage- und Kostenaufwand vorgenommen werden kann. Einsetzbar ist das erfindungsgemäße Solar-Nachladesystem (4), das anders als die bekannten Systeme für eine Deponierung im Kraftfahrzeuginnenraum (3) vorgesehen ist, insbesondere an großen Kraftfahrzeug-Lagerorten mit unterschiedlichen Sonneneinstrahlungsbedingungen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Solar-Nachladesystem für ein Kraftfahrzeug zur dauerhaften Funktionserhaltung der Bordbatterie bei abgestelltem Fahrzeugmotor und angeschlossenen Stillstandsverbrauchern mit zumindest einem Solarmodul aus in Reihe geschalteten Solarzellen und einer Ladefunktionseinheit, über die ein in Abhängigkeit von der aufrecht zu erhaltenden Bordbatteriespannung eingestellter Ladestrom, der aus dem von dem zumindest einen Solarmodul erzeugten Solarstrom generiert wird, der Bordbatterie zugeführt wird.
Derartige Solar-Nachladesysteme werden bei Fahrzeugen mit längeren Stillstandszeiten, die sich beispielsweise aus einer Massenlagerung ergeben, eingesetzt, um die Startfähigkeit des Motors zu jedem Zeitpunkt und die dauerhafte Funktionsfähigkeit möglicher Stillstandsverbraucher zu gewährleisten. Gerade durch die Zunahme elektronischer System im Kraftfahrzeug mit Stand-by-Strömen im mA-Bereich ist die Standzeit von Bordbatterien in abgestellten Kraftfahrzeugen in den letzten Jahren drastisch gesunken und liegt mittlerweile teilweise bei unter drei Monaten. Die Verwendung von Solarstrom bei der Ladungserhaltung der Bordbatterien bietet sich dabei durch ihre Netzunabhängigkeit in besonderer Weise an.

Ein gattungsgemäßes Solar-Nachladesystem ist beispielsweise aus der DE 198 39 711 C1 bekannt. Hierbei handelt es sich um ein System mit einem einzelnen Solarmodul, das für eine Anordnung auf der Außenseite des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist. Aus der DE 196 18 881 A1 und der DE 196 18 882 A1 sind ebenfalls Solar-Nachladesysteme mit einem einzelnen Solarmodul bekannt, die fest in einen Deckel eines Sonnendaches des Kraftfahrzeugs integriert sind. Bei diesen bekannten Nachladesystemen besteht das grundsätzliche Problem, den von dem Solarmodul erzeugten Solarstrom bedarfsgerecht der Bordbatterie zuzuführen. Da das vorhandene Solarmodul in seiner Kapazität zur Vermeidung von Teilladungen auf den größten zu erwartenden Ladestrom bei den ungünstigsten Umgebungsbedingungen ausgelegt ist, ist es generell überdimensioniert. In Abhängigkeit von den aktuellen Umgebungsbedingungen ist dadurch der erzeugte Solarstrom für eine Direktbeladung der Bordbatterie häufig zu hoch, sodass es zu einer Überladung und Beschädigung der Bordbatterie kommen kann. Deshalb ist zwischen dieser und dem Solarmodul eine Ladefunktionseinheit in unterschiedlichen Ausführungsformen zur Einstellung des Ladestroms vorgesehen. Diese Ladefunktionseinheit besteht bei dem Solar-Nachladesystem gemäß der DE 196 18 881 aus einem mit analogen Bauelementen umgesetzten Gleichspannungswandler zur geregelten Impedanzanpassung zwischen Solarmodul und Bordbatterie. Aus der DE 196 18 882 ist zur Leistungsanpassung eine zusätzliche Reglereinheit mit einem Vergleichswertkomparator zur optionalen Überbrückung des Impedanzwandlers bekannt.

Da derartige Ladefunktionseinheiten in ihrem Schaltungsaufbau relativ komplex sind, ist aus der DE 197 34 816 A1 ein Solar-Nachladesystem bekannt, das explizit auf die Zwischenschaltung eines Ladereglers verzichtet und stattdessen eine Steuereinheit mit einem Energiemanager hinter der Batterie vorsieht zur Abfuhr überschüssiger Solarenergie an einen Lüftermotor als zusätzlichem Verbraucher. Dieses Nachladesystem kann auch auf der Hutablage angeordnet sein, ist aber über eine einfache Verkabelung ebenfalls fest in das Fahrzeugsystem integriert. Weder über einen Laderegler noch über einen Energiemanager verfügt ein mobiles Nachladesystem der Firma Heizmann-System-Elektronik, 35753 Greifenstein (vergleiche "Autobatterie Lader Solar #831", http:/ / shop180.eoa.de/cgi-bin/shop.dll (Stand 21.01.2001), erreichbar über http:/ / www.heizmann.com/main.html (Stand 21.01.2001)). Dieses System wird für den Privat-Konsumenten angeboten und besteht aus einem einzigen kleinen Solarpaneel, das auf der vorderen Ablage im Auto deponierbar und über ein Kabel an den Zigarettenanzünder anschließbar ist.

Es weist eine nur sehr geringe, nicht anpassbare Spitzenleistung im Bereich von 1 Watt auf, sodass ein Laderegler nicht erforderlich ist. In der Regel ist mit einem derartigen einfachen Kleinmodul jedoch auch keine dauerhafte Ladungserhaltung einer Bordbatterie unter normalen Witterungsbedingungen zu erreichen, sodass dieses bekannte Nachladesystem eher als kurzfristige "Starthilfe" zu betrachten ist.

Eine andere Möglichkeit zur Anpassung des erzeugten Solarstroms an die Ladekapazität der Bordbatterie (oder allgemein des "Verbrauchers") besteht im Vorsehen einer Vielzahl von Solarmodulen, die entsprechend zugeschaltet werden können. Aus der DE 36 11 544 A1 ist ein mobiles Solar-Nachladesystem bekannt, bei dem jedes einzelne Solarmodul eine eigene Regeleinheit aufweist und zur Leistungserhöhung mehrere Solarmodule mit entsprechend mehreren Regeleinheiten nach dem Baukastenprinzip zusammensteckbar sind. Dabei werden Steckverbindungen zwischen den Solarmodulen einerseits und den Regeleinheiten andererseits hergestellt. Eine ähnliche Lösung ist aus der DE 196 06 679 bekannt, bei der eine Batterieladeeinheit über eine unterschiedliche Anzahl von Solarmodulen über einen gemeinsamen Anschluss versorgt wird. Die einzelnen Solarmodule mit in Reihe geschalteten Solarzellen werden dabei untereinander über eine lösbare Druckknopfvorrichtung mechanisch und elektrisch parallel geschaltet. Aus dem Gebrauchsmuster DE 298 06 604 U1 ist ein mobiles klapp- und faltbares Solarsystem in kompakter Bauform bekannt, dass zumindest vier parallel geschaltete Solarmodule aufweist, die fest mit einem integrierten Lade- und Spannungsregler verbunden sind. Derartige modulare Systeme sind insbesondere für den privaten Anwender in vielfältigen Formen bekannt, sie weisen aber feste Modulverbindungen auf, sodass die Leistungsanpassung hier nur durch eine entsprechendes Ausklappen der erforderlichen Solarmodule möglich ist.

Das Problem der optimalen Anpassung an die Strom- und Spannungscharakteristik der Last wird auch in der DE 195 27 740 C1 behandelt. Bei dem hieraus bekannten, in ein Autodach fest integrierten Solarsystem zum wahlweisen Betreiben einer Lüfteranordnung oder Laden einer Autobatterie sind mehrere, optional parallel geschaltete Solarmodule mit in Reihe geschalteten Solarzellen vorgesehen, die unterschiedliche Leerlaufspannungen aufweisen. Dadurch kann eine Leistungskennlinie erzeugt werden, die der Leistungskennlinie ohmscher und induktiver Verbraucher gut angenähert ist. Ein leistungsverringernder Gleichspannungswandler oder andere Ladefunktionseinheiten werden nicht eingesetzt, stattdessen werden einfache Schalter zur Leistungsanpassung verwendet. Eine ähnliche Schaltungsanordnung ist aus der DE 40 26 526 A1 bekannt, bei der zur Aufladung einer Hochleistungsbatterie eine Kaskadenanordnung vorgesehen ist von optional direkt mit der Batterie parallel verbindbaren Solarmodulen und einem zusätzlichen Solarmodul, dessen Solarstrom über einen Laderegler geführt und dann als eingestellter Ladestrom mit einem Wert zwischen Null und einem Höchstwert in die Batterie gespeist wird. Die übrigen Solarmodule sind dann derart ausgelegt, dass sie jeweils einen Solarstrom liefern, der entweder das Ein-, Zwei-, Drei- oder Vierfache usw. des Höchstwertes des einstellbaren Ladestromes beträgt. Der Regler bei diesem Solarsystem ist jedoch nur mit einem einzelnen Solarmodul fest verbunden und nur auf den einfachen Höchstwert ausgelegt.

Aus der DE 44 09 704 A1 ist ein mobiles Solarsystem mit einer Schaltungsanordnung und einem Laderegler sowie mit einem Steckverbindersystem für ausbaufähige photovoltaische Stromversorgungen von Gleichspannungsverbrauchern im Schutzkleinspannungsbereich bis 60 V bekannt. Für eine Anpassung der Leistungsfähigkeit an den individuellen Aufstellungsort und die Verbraucheranforderungen ist das System erweiterungsfähig und modulartig konzipiert. Ein anfänglich nur aus einem einzigen Solarmodul bestehendes System kann durch Hinzufügung weiterer Solarmodule aufgestockt werden. Dabei ist der Laderegler von Anfang an auf die größtmögliche Leistung hin konzipiert. Er verfügt nur über einen einzigen Steckereingang, aber über eine Vielzahl von Steckerausgängen zum Anschluss unterschiedlicher Verbraucher.

Im Falle mehrerer eingesetzter Solarmodule wird für eine gewünschte "Stromaufstockung" eine Parallelschaltvorrichtung oder für eine gewünschte "Spannungsaufstockung" eine Serienschaltvorrichtung mit jeweils einer Vielzahl von Steckereingängen zum Anschluss der Solarmodule vor den Laderegler geschaltet. Zur eindeutigen Zuordnung der einzelnen Komponenten zueinander und zu den unterschiedlichen Verbrauchern werden speziell kodierte Leitungen verwendet. Ein solches Ladesystem ist speziell für die sehr unterschiedlichen Anforderungen im privaten Nutzungsbereich konzipiert, zumal durch die kodierten Leitungen eine besonders einfache Erweiterungsmöglichkeit geschaffen ist. Ein Einsatz im Kraftfahrzeugbereich mit Spannungsanforderungen in der Regel bis 12 Volt kommt jedoch aufgrund der Dimensionierung bezüglich Leistung und Baugröße und der besonderen Flexibilität auf der Ausgangsseite des Ladereglers nicht in Frage. Weiterhin sind zusätzliche Bauelemente in Form von Parallelschaltungsvorrichtungen zur Veränderung der Ladespannung erforderlich.

Der Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird von der oben bereits erwähnten DE 198 39 711 C1 gebildet. Das hierin beschriebene gattungsgemäße Solar-Nachladesystem zur Erhaltung der dauerhaften Funktionsfähigkeit der Bordbatterie eines Kraftfahrzeugs während längerer Stillstandszeiten weist ein einzelnes, großdimensioniertes Solarmodul auf, das auf der Außenseite der Karosserie angeordnet und damit den Witterungseinflüssen ausgesetzt ist. Als Ladefunktionseinheit weist dieses bekannte System einen Impedanzwandler mit einer aufgeprägten Batterieladefunktion auf. Damit wird in Abhängigkeit von der Batteriespannung nur ein Grundbetrag des erzeugten Solarstroms der Bordbatterie zugeführt, ein diesen Betrag überschreitender Überschussbetrag wird einem Verbraucher zugeführt. Neben einer relativ aufwändigen Ladefunktionseinheit nach dem Energiemanagerprinzip besteht bei diesem bekannten System keine Anpassungsmöglichkeit an die teilweise extrem unterschiedlichen mittleren Lichtverhältnisse verschiedener Standorte zur Lagerung der Kraftfahrzeuge, beispielsweise nördliche Länder im Vergleich zu Ländern in Äquatornähe. Bei Ländern mit einer sehr großen Sonneneinstrahlung liegt für die Dimensionierung eines einzigen Solarmoduls mit Sicherheit eine Überdimensionierung vor, die so groß sein kann, dass auch die Leistungsabfuhr an zusätzliche Verbraucher nicht ausreicht. Dann kann eine Überladung der Bordbatterie bis in den Gasungsbereich mit einem damit verbundenen Elektrolytverlust eintreten. Hingegen kann bei Ländern mit wenig Sonneneinstrahlung und in der Regel tieferen Umgebungstemperaturen einer Unterdimensionierung vorliegen. Diese führt dann zu unerwünschten Teilladungen der Autobatterie, sodass die Funktionsfähigkeit wiederum nicht ausreichend gewährleistet ist. Desweiteren ist das bekannte Solarsystem für einen festen Einbau in die Außenhaut der Fahrzeugkarosserie vorgesehen und damit den Witterungseinflüssen ausgesetzt und nicht flexibel einsetzbar.

Aufgabe für die vorliegende Erfindung ist es daher, ein Solar-Nachladesystem für ein Kraftfahrzeug zur dauerhaften Funktionserhaltung der Bordbatterie bei abgestelltem Fahrzeugmotor und angeschlossenen Stillstandsverbrauchern mit einer Ladefunktionseinheit so zu gestalten, dass es eine hohe Einsatzflexibilität aufweist und dabei optimal an die jeweiligen Einsatzbedingungen anpassbar ist. Dabei sollen die Mittel zur Anpassung einfach und damit leicht zu handhaben und kostengünstig sein.

Als Lösung für diese Aufgabe ist ausgehend von einem Solar-Nachladesystem der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß deshalb vorgesehen, dass die Ladefunktionseinheit als ein auf den maximal erforderlichen Ladestrom ausgelegter Laderegler mit mehreren Steckereingängen zum parallelen Anschluss mehrerer Solarmodule über zugehörige Kabelstecker ausgebildet ist und die Steckereingänge dem Ladereglers mit dem zumindest einen oder mehreren Solarmodulen entsprechend des unter den herrschenden Umgebungsbedingungen von dem einzelnen Solarmodul erzeugbaren Solarstrom und den Anforderungen durch die Bordbatterie belegt sind und dass eine kompakte, mobile Systemausbildung für einen Deponierungsort im Fahrzeuginnenraum mit einem integrierten Stecker zur elektrischen Ankopplung an die Bordbatterie über eine vorhandene fahrzeuginterne Steckdose vorgesehen ist.

Bei dem Solar-Nachladesystem gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein konsequent modulares System, das vom Anwender einfach erweiterbar ist. Dem Anwender liegt zunächst der kompakte Laderegler und eine Leistungsspezifikation der einsteckbaren Solarmodule vor. Anhand der Leistungsspezifikation kann der Anwender dann die für seinen Anwendungsfall optimale Anzahl von Solarmodulen bestimmen und diese problemlos in den Laderegler einstecken. Der Laderegler mit seiner Reihe von parallel geschalteten Steckereingängen und die einzelnen Solarmodule mit ihren Kabelsteckern sind dafür optimal vorbereitet. Dabei kann jedes Solarmodul an einen beliebigen Steckereingang angeschlossen werden, die Parallelschaltung der angeschlossenen Solarmodule ist durch eine interne Verschaltung im Laderegler sicher gewährleistet. Zwischengeschaltete Parallelschaltungen oder Kodierungskabel für eine richtige Steckplatzzuordnung sind nicht erforderlich. Durch die Modularität des Nachladesystems sind Variationen in der Anzahl der eingesteckten Module aufgrund anderer Systemanforderungen jederzeit problemlos möglich. Ein Austausch des Ladereglers entfällt, da dieser von vorne herein auf eine maximale Leistungsabgabe hin konzipiert ist. Der Anwender erhält insgesamt gesehen ein einfaches und kostengünstiges Solar- Nachladesystem, das für ihn dauerhaft nutzbar ist, da er es auch bei veränderten Einsatzbedingungen verwenden kann. Diese, die Systemeinfachheit nicht vermindernde Flexibilität macht das erfindungsgemäße Solar- Nachladesystem für den Anwender besonders attraktiv, da Neuanschaffungen der Grundausrüstung vermieden sind. Gegebenenfalls - auch in Abhängigkeit von der Kostenfrage - sind vom Anwender lediglich weitere Solarmodule zu erwerben. Der einfache Aufbau bedingt eine besondere Kostengünstigkeit des erfindungsgemäßen Nachladesystems, sodass auch eine Anschaffung in größeren Stückzahlen, beispielsweise für viele Kraftfahrzeuge auf einem größeren Lagerplatz, für den Anwender eine überschaubare Leistung darstellt.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Solar-Nachladesystem sind in der vorgesehenen Platzierbarkeit im Innenraum des Fahrzeugs und in der einfachen Integrierbarkeit in den bordeigenen Stromkreis über eine im Kraftfahrzeug bereits vorhandene Steckdose, beispielsweise in Form des Zigarettenanzünders, zu sehen. Das Solar-Nachladesystem ist dadurch nicht den Witterungseinflüssen ausgesetzt und konstruktiv und materiell entsprechend einfach ausgeführt. Die Verbindung zur Bordsteckdose erfolgt über einen entsprechenden Kabelanschluss am Laderegler. Die Anschlusslängen des Ladereglers und der einzelnen Solarmodule können beliebig vorgegeben sein und den Anordnungsverhältnissen angepasst sein. In der Regel wird der Laderegler in der Nähe der Steckdose positioniert und damit die Verbindung zur Steckdose relativ kurz sein. Die Kabelverbindungen zwischen dem Laderegler und den einzelnen Solarmodul sind im Allgemeinen länger, damit eine einfache Positionierung der Solarmodule, beispielsweise eine parallele Anordnung auf der vorderen Ablage hinter der Windschutzscheibe oder eine zwischen den Solarmodulen nach dem Sonnenlichteinfall unterschiedlich ausgerichtete Positionierung, erfolgen kann.

Gerade bei einer Positionierung auf der vorderen Ablage oberhalb der Armaturentafel, die wegen des Lichteinfalls besonders günstig ist, tritt das Problem auf, dass der abgedeckte Bereich einer geringeren UV-Einstrahlung ausgesetzt ist als der unbedeckte Bereich. Dadurch können sich bei den Kunststoffen, die für die vordere Ablage in der Regel verwendet werden, unterschiedliche Verfärbungen, insbesondere bei hellen Farben, ergeben, die schwer oder gar nicht zu entfernen sind und vom Autokäufer im Allgemeinen nicht akzeptiert werden. Deshalb ist bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Solar-Nachladesystems besonders vorteilhaft vorgesehen, dass jedes eingesteckte Solarmodul einen transparenten oder transluzenten Kunststoffrahmen aufweist. Durch eine Ausgestaltung mit einem gegenüber der aktiven Solarzellenfläche großzügigen Rahmen können großflächige Abschattungen auf diese Weise wirkungsvoll verhindert werden. Dabei sind alle für das Solarmodul verwendeten Materialien zur Vermeidung von Stabilitätsproblemen oder Vergilbungen UV-stabil.

Durch das Verbinden der einzelnen Solarmodule mit dem Laderegler über Steckereingang und Kabelstecker kann bereits eine mechanische Grundfestigkeit der Verbindung durch Klemmung erreicht werden. Diese kann aber unter gewissen Umständen, beispielsweise bei einer gleichzeitigen Verwendung sehr vieler Solar-Nachladesysteme, aufgrund relativ grober Handhabung nicht ausreichend sein. Bei einer weiteren Erfindungsfortführung ist deshalb vorgesehen, dass jeder Kabelstecker der Solarmodule durch eine Zugsicherung gesichert ist, die insbesondere als Bajonettverschluss zwischen dem Kabelstecker und dem Steckereingang des Ladereglers ausgebildet ist. Eine derartige Zugsicherung zur Verhinderung eines versehentlichen Herausziehens ist ausreichend robust und einfach zu handhaben. Der sichere elektrische Anschluss der einzelnen Solarmodule an den Laderegler ist durch diese Arretierung gewährleistet. Auch andere Zugsicherungen sind ohne Weiteres einsetzbar, in der Regel sind diese aber aufwändiger (z. B. Überwurfbügel).

Der Laderegler enthält eine Elektronikschaltung, die eine Überladung der Batterie verhindert. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es deshalb sinnvoll, wenn der Laderegler einen Spannungsdetektor aufweist, mit dem zwischen einem unteren Schwellwert zum Ladungsbeginn und einem oberen Schwellwert zum Ladungsende die Ladefunktion des Ladereglers nach dem Pulsladeverfahren ausgelegt ist. Bei dieser Zweipunktregelung können vorteilhaft die Schwellwerte in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur festgelegt sein. Bei einer üblichen Bordbatteriespannung von 12 Volt ist es dabei im nahezu lastlosen Zustand sinnvoll, dass nach einer nächsten Erfindungsfortführung der untere Schwellwert bei 13,8 V und der obere Schwellwert bei 14,5 V festgelegt ist. Diese Werte entsprechen der typischen Erhaltungsladespannung bzw. der Gasungsspannung von Starterbatterien in Automobilen. Dadurch ist eine Batteriespannung von 12 V unter Volllast, beispielsweise beim Starten des Motors, sicher gewährleistet. Die Einschaltschwellen können beispielsweise mittels Komparatoren und einer Spannungsreferenz realisiert werden.

Weiterhin kann nach einer anderen Fortführung des erfindungsgemäßen Solar-Nachladesystem vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Laderegler eine optische Ladeanzeige aufweist, insbesondere in Form einer Leuchtdiode mit einer zum fließenden Ladestrom proportionalen Lichtstärke. Hierfür kann ein Transistor, in dessen Kollektorstromkreis die Leuchtdiode liegt, mit seinem Basis-Emitter-Kreis parallel zur Ladereglerdiode gelegt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Leuchtdiodenzeile mit einer zum fließenden Ladestrom proportionalen Anzahl leuchtender Dioden vorzusehen. Das Wartungspersonal kann so direkt erkennen, in welchem Ladezustand sich das Nachladesystem aktuell befindet.

Die Dimensionierung der einzelnen Solarmodule erfolgt ganz individuell nach ihrem jeweiligen Leistungswirkungsgrad und den Anforderungen zur Erfüllung der Mobilität und Kompaktheit. Alle bekannten Solarzellentypen mit amorphen, poly- oder monokristallinen Solarzellen sind prinzipiell einsetzbar. Die bekannten Solarmodule sind, wie bereits eingangs erläutert, überdimensioniert und damit in der Regel sehr großflächig aufgebaut. Die damit verbundenen Nachteile der Überladung und der großflächigen Abschattung wurden bereits ebenfalls erläutert. Andere bekannte Solarmodule, insbesondere solche für den Kleingerätesektor mit privaten Anwendern, sind jedoch in ihrer Ladeleistung generell zu schwach ausgelegt und könnten nur bei optimalen Lichtverhältnissen die Selbstentladung und die Stand-By-Strom-Entladung der Bordbatterie kompensieren. Die Solarmodule des erfindungsgemäßen Solar- Nachladesystems weisen daher in der Regel eine Größe auf, die eine gegenüber diesen Kleingeräte-Modulen deutlich erhöhte Leistung besitzen, insbesondere im Bereich des Fünf- bis Sechsfachen davon. Damit können die bei der Erfindung eingesetzten Solarmodule auch in nördlichen Ländern im Winter für eine ausreichende Ladeerhaltung der Bordbatterien sorgen. Nach einer anderen Erfindungsfortführung ist es daher insbesondere vorteilhaft, wenn jedes eingesteckte Solarmodul durch einen Einsatz monokristalliner Solarzellen mit einem gegenüber amorphen Solarzellen verdoppelten Wirkungsgrad eine Spitzenleistung von mindestens 5 Watt aufweist. Berechnungsbeispiel (Deutschland)

Berechnungsbeispiel (Marokko)

Die vorstehenden Berechnungsbeispiele zeigen, dass ein handelsübliches Solarmodul mit 1 W_p Spitzenleistung in keinem der gewählten Fälle eine Kompensation der Batterieentladung erreicht. Mit einem 6 Wp Solarmodul wird eine Kompensation in allen Fällen außer in Deutschland im Winter erreicht. Hier muss dann die einfache Erweiterungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Solar-Nachladesystems genutzt und zwei Module eingesetzt werden. In weiter nördlich liegenden Ländern, wie z. B. Schweden, sollten entsprechend noch mehr Module eingesetzt werden. Wenn also gemäß einer nächsten Erfindungsfortführung der Laderegler vier parallele Steckereingänge aufweist, kann eine vorteilhafte Erweiterungsvorschrift in der Form vorgesehen sein, dass bei einem Einsatzort zwischen dem nullten und dreißigsten Breitengrad ein Solarmodul, zwischen dem dreißigsten und fünfzigsten Breitengrad zwei Solarmodule und zwischen dem fünfzigsten und siebzigsten Breitengrad drei bis vier Solarmodule eingesteckt sind. Hierbei handelt es sich aber nur um eine sehr grobe Zuordnung der erforderlichen Solarmodule, die im Einzelfall zu überprüfen und problemlos zu modifizieren ist. Auch können besondere Ortsbedingungen nicht berücksichtigt sein.

Eine Ausbildungsform der Erfindung wird nachfolgend zu deren weiterem Verständnis anhand der schematischen Figur näher erläutert. Dabei zeigt die Figur eine Kraftfahrzeug im Längsschnitt mit einigen, zum Teil perspektivisch dargestellten Details und einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solar-Nachladesystems.
Die Figur zeigt ein Kraftfahrzeug 1 im Querschnitt, das in einem Gebiet mit einer relativ geringen Sonneneinstrahlung längerfristig gelagert wird, mit einer Bordbatterie 2 im Motorraum. Im Fahrzeuginnenraum 3 ist ein kompaktes und mobiles Solar-Nachladesystem 4 nach der Erfindung zur dauerhaften Funktionserhaltung der Bordbatterie 2 bei abgestelltem Fahrzeugmotor und angeschlossenen Stillstandsverbrauchern deponiert. Das Solar-Nachladesystem 4 besteht aus einer zentralen Ladefunktionseinheit in Form eines Ladereglers 5, über den ein in Abhängigkeit von der erforderlichen Batteriespannung von 12 V und den Umgebungsbedingungen eingestellter Ladestrom in die Bordbatterie 2 eingespeist wird. Der Ladestrom wird im dargestellten Ausführungsbeispiel aus den erzeugten Solarströmen von zwei Solarmodulen 6, 7, die auf der vorderen Ablage 8 des Kraftfahrzeugs 1 unterhalb der Windschutzscheibe 9 abgelegt sind, und von zwei Solarmodulen 10, 11, die auf der hinteren Ablage unterhalb der Heckscheibe 12 abgelegt sind, generiert. Bei den einzelnen Solarmodulen 6, 7, 10, 11 handelt es sich um Reihenschaltungen von monokristallinen Solarzellen 13 mit einer Spitzenleistung von 6 W_p pro Solarmodul 6, 7, 10, 11.
Die Zusammenführung der Solarströme erfolgt im Laderegler 5, der über mehrere Steckereingänge 14 verfügt, über die die einzelnen Solarmodule 6, 7, 10, 11 mittels Kabelstecker 15 parallel angeschlossen sind. Die Steckverbindungen sind durch Bajonettverschlüsse 16 als Zugsicherungen gegen versehentliches Herausziehen abgesichert. Die Ladestromeinspeisung erfolgt über eine fahrzeuginterne Steckdose 17, an die der Laderegler 5 über einen im Ladereglergehäuse integrierten Stecker 18 direkt angekoppelt ist. Zur unabhängigen Positionierung der einzelnen Solarmodule 6, 7, 10, 11 von der Position des Ladereglers 5 sind diese über Kabel 19 angeschlossen.
Jedes Solarmodul 6, 7, 10, 11 ist in einen großflächigen Rahmen 20 eingebettet, der aus einem UV-durchlässigen Kunststoff gefertigt ist, Dadurch entstehen keine großflächigen Abschattungen, die Verfärbungen des Kunststoffs der Ablagen zur Folge haben könnten. Auf dem Laderegler 5 ist eine optische Ladeanzeige 21 angeordnet, deren Leuchtstärke proportional zum Ladestrom ist, sodass der aktuelle Ladezustand einfach erkennbar ist. Bezugszeichenliste 1 Kraftfahrzeug
2 Bordbatterie
3 Fahrzeuginnenraum
4 Solar-Nachladesystem
5 Laderegler
6 Solarmodul
7 Solarmodul
8 Ablage
9 Windschutzscheibe
10 Solarmodul
11 Solarmodul
12 Heckscheibe
13 Solarzelle
14 Steckereingang
15 Kabelstecker
16 Sicherungsstreifen
17 fahrzeuginterne Steckdose
18 integrierter Stecker
19 Kabel
20 Rahmen
21 optische Ladeanzeige

Claims

1. Solar-Nachladesystem (4) für ein Kraftfahrzeug (1) zur dauerhaften Funktionserhaltung der Bordbatterie (2) bei abgestelltem Fahrzeugmotor und angeschlossenen Stillstandsverbrauchern mit zumindest einem Solarmodul (6, 7, 10, 11) aus in Reihe geschalteten Solarzellen (13) und einer Ladefunktionseinheit, über die ein in Abhängigkeit von der aufrecht zu erhaltenden Bordbatteriespannung eingestellter Ladestrom, der aus dem von dem zumindest einen Solarmodul (6, 7, 10, 11) erzeugten Solarstrom generiert wird, in die Bordbatterie (2) eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladefunktionseinheit als ein auf den maximal erforderlichen Ladestrom ausgelegter Laderegler (5) mit mehreren Steckereingängen (14) zum parallelen Anschluss mehrerer Solarmodule (6, 7, 10, 11) über zugehörige Kabelstecker (15) ausgebildet ist und die Steckereingänge (14) des Ladereglers (5) mit dem zumindest einen oder mehreren Solarmodulen (6, 7, 10, 11) entsprechend dem unter den herrschenden Umgebungsbedingungen von dem einzelnen Solarmodul (6, 7, 10, 11) erzeugbaren Solarstrom und den Anforderungen durch die Bordbatterie (2) belegt sind und dass eine kompakte, mobile Systemausbildung für einen Deponierungsort im Fahrzeuginnenraum (3) mit einem integrierten Stecker (18) zur elektrischen Ankopplung an die Bordbatterie (2) über eine vorhandene fahrzeuginterne Steckdose (17) vorgesehen ist.

2. Solar-Nachladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes eingesteckte Solarmodul (6, 7, 10, 11) einen transparenten oder transluzenten Kunststoffrahmen (20) aufweist.

3. Solar-Nachladesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kabelstecker (15) der Solarmodule (6, 7, 10, 11) durch eine Zugsicherung gesichert ist, die insbesondere als Bajonettverschluss (16) zwischen dem Kabelstecker (15) und dem Steckereingang (14) des Ladereglers (5) ausgebildet ist.

4. Solar-Nachladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Laderegler (5) einen Spannungsdetektor aufweist, mit dem zwischen einem unteren Schwellwert zum Ladungsbeginn und einem oberen Schwellwert zum Ladungsende die Ladefunktion des Ladereglers nach dem Pulsladeverfahren ausgelegt ist.

5. Solar-Nachladesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwerte in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur festgelegt sind.

6. Solar-Nachladesystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Schwellwert bei 13,8 V und der obere Schwellwert bei 14,5 V festgelegt ist.

7. Solar-Nachladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laderegler (5) eine optische Ladeanzeige (21) aufweist, insbesondere in Form einer Leuchtdiode mit einer zum fließenden Ladestrom proportionalen Lichtstärke.

8. Solar-Nachladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes eingesteckte Solarmodul (6, 7, 10, 11) durch einen Einsatz monokristalliner Solarzellen (13) mit einem gegenüber amorphen Solarzellen verdoppelten Wirkungsgrad eine Spitzenleistung von mindestens 5 Watt aufweist.

9. Solar-Nachladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Laderegler (5) vier parallele (14) Steckereingänge aufweist.

10. Solar-Nachladesystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Einsatzort zwischen dem nullten und dreißigsten Breitengrad ein Solarmodul, zwischen dem dreißigsten und fünfzigsten Breitengrad zwei Solarmodule und zwischen dem fünfzigsten und siebzigsten Breitengrad drei bis vier Solarmodule (6, 7, 10, 11) eingesteckt sind.