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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine in sein Dach integrierte, wenigstens ein Solarmodul aufweisende Solaranordnung und wenigstens eine Solarwandlereinrichtung mit einem Gleichspannungswandler, wobei ein Eingang der wenigstens einen Solarwandlereinrichtung mit einer der wenigstens einen Solaranordnung und ein Ausgang der wenigstens einen Solarwandlereinrichtung mit einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs zum Einspeisen von mittels der Solaranordnung gewonnener elektrischer Energie verbunden ist. Daneben betrifft die Erfindung eine Solarwandlereinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Die Integration einer Solaranordnung an und/oder in die dachseitige Karosserie eines Kraftfahrzeugs als so genanntes „Solardach” ist bereits bekannt und ermöglicht eine umwelt- und ressourcenschonende Gewinnung elektrischer Energie für den Verbrauch im Kraftfahrzeug. Soll diese Energie in das Bordnetz des Kraftfahrzeugs eingespeist werden, ist eine Anpassung der Spannungslage der von der Solaranordnung bereitgestellten Gleichspannung an jene des Bordnetzes erforderlich, wozu typischerweise Gleichspannungswandler zum Einsatz kommen. Ein solcher besonders für den Betrieb mit einer Solaranordnung ausgelegter Gleichspannungswandler, welchem zusätzlich andere Komponenten wie beispielsweise eine Steuereinrichtung zugeordnet sind, wird üblicherweise als Solarwandler bezeichnet.
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Im Gegensatz zu stationären Solaranordnungen, wie solchen an Gebäuden, die elektrische Energie in ein öffentliches Versorgungsnetz einspeisen, müssen bei der Verwendung kraftfahrzeugseitiger Solaranordnungen weitergehende Anforderungen an ihre Robustheit eingehalten werden. Dabei sind insbesondere die mechanische Belastung des Kraftfahrzeugs während der Fahrt und die Möglichkeit eines Unfalls des Kraftfahrzeugs zu berücksichtigen.
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Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zum robusten Betrieb einer Solaranordnung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere im Hinblick auf einen Unfall des Kraftfahrzeugs, anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die wenigstens eine Solarwandlereinrichtung eine zum Trennen einer Leitungsverbindung zwischen dem Eingang und dem Gleichspannungswandler ausgebildete Schalteinrichtung, eine Messeinrichtung zum Erfassen wenigstens eines elektrischen Parameters und eine Steuereinrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens ein auf wenigstens einen des wenigstens einen Parameters anzuwendendes Trennkriterium auszuwerten und bei Erfüllung wenigstens eines des wenigstens einen Trennkriteriums die Schalteinrichtung zum Trennen der Leitungsverbindung anzusteuern und/oder den Gleichspannungswandler zu deaktivieren.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, Fehlerfälle während des Betriebs der Solaranordnung im Kraftfahrzeug durch die Messung des wenigstens einen elektrischen Parameters zu erkennen und bei der Erfüllung wenigstens eines von einem oder mehreren vordefinierten Trennkriterien dem Leistungstransport zwischen der Solaranordnung und dem Bordnetz zu unterbinden. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst wenigstens eine Solaranordnung, die bevorzugt an und/oder in einem dachseitigen Karosserieabschnitt verbaut ist, wobei eine Solaranordnung wenigstens ein Solarmodul, typischerweise umfassend mehreren in Reihe geschaltete Solarzellen, aufweist. Über Zuführungsleitungen kann die Solaranordnung mit der Solarwandlereinrichtung verbunden sein, die bevorzugt an einer dem Dach abgewandten Einbauposition im Kraftfahrzeug angeordnet ist und üblicherweise zusammen mit der Messeinrichtung und/oder der Schalteinrichtung und/oder der Steuereinrichtung eine in einem Gehäuse ausgebildete Baueinheit bildet. Der Eingang der Solarwandlereinrichtung, an welchem insbesondere eine positive und eine negative Zuführungsleitung anschließbar sind, und der Gleichspannungswandler sind über Leitungsverbindungen verbunden, von denen erfindungsgemäß wenigstens eine Leitungsverbindung, bevorzugt jene mit negativem Potential, mittels der Schalteinrichtung trennbar ist. Dadurch kann ein Leistungstransport von der wenigstens einen Solaranordnung zum bevorzugt als Hochsetzsteller und/oder Tiefsetzsteller betreibbaren Gleichspannungswandler unterbrochen werden.
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Erfindungsgemäß ist zudem eine Messeinrichtung vorgesehen, die wenigstens einen elektrischen Parameter, insbesondere wenigstens einen Strom und/oder wenigstens eine Spannung, zwischen dem Gleichspannungswandler und der wenigstens einen Solaranordnung erfasst. Zweckmäßigerweise sind den wenigstens einen elektrischen Parameter beschreibende Messdaten von der Messeinrichtung an die Steuereinrichtung, insbesondere ein Steuergerät der Solarwandlereinrichtung, bereitstellbar. Die Steuereinrichtung wertet das wenigstens eine Trennkriterium, welches sie auf den wenigstens einen elektrischen Parameter bzw. die ihn repräsentierenden Messdaten anwendet, aus und steuert bei wenigstens einem erfüllten Trennkriterium die Schalteinrichtung zum Trennen der Leitungsverbindung und/oder den Gleichspannungswandler zum Deaktivieren an.
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Das wenigstens eine Trennkriterium ist zweckmäßigerweise derart definiert, dass es während einer normalen, also unfallfreien, Fahrt auftretende Fehlerfälle, beispielsweise infolge mechanischer Beanspruchungen von Verbindungselementen zwischen der wenigstens einen Solaranordnung und der Solarwandlereinrichtung, und typische unfallbedingte Fehlerfälle abdeckt. Solche Fehlerfälle, die im Folgenden noch näher beschrieben werden, sind bevorzugt serielle Lichtbögen, parallele Lichtbögen und insbesondere aus einem Lichtbogen resultierende Fehlerströme.
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Mithin ermöglicht das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit der in Abhängigkeit des wenigstens einen elektrischen Parameters ansteuerbaren Schalteinrichtung eine Trennung der Solaranordnung vom Bordnetz, wenn ein Fehler während des normalen Betriebs des Kraftfahrzeugs oder bei einem Unfall auftritt. Gleichsam wird so ein Schutz vor eine unzulässigen Erwärmung bei einem solchen Fehlerfall realisiert. Vorteilhafterweise lässt sich das Kraftfahrzeug samt der Solaranordnung so besonders robust betreiben.
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Um einen effektiven Schutz vor parallelen Fehlern zu ermöglichen, wird es bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug besonders bevorzugt, wenn die Messeinrichtung zum Erfassen eines in den Eingang fließenden Stroms und eines aus dem Eingang fließenden Stroms als elektrische Parameter ausgebildet ist, wobei ein Trennkriterium ein Erreichen eines Schwellwerts durch die Differenz der erfassten Ströme beschreibt. Parallele Fehler, insbesondere parallele Lichtbögen, zeichnen sich durch einen Stromfluss abseits vom vorgesehenen Strompfad, beispielsweise über die Karosserie oder zwischen anderen elektrischen Leitungen des Kraftfahrzeugs, aus. Daher kann aus der betragsmäßig positiven Differenz dieser Ströme auf einen solchen parallelen Fehler geschlossen werden. Der Eingang der Solarwandlereinrichtung ist insofern als Tor aufzufassen, in welches Ströme hereinfließen, beispielsweise über die positive Zuführungsleitung, und herausfließen, beispielsweise über die negative Zuführungsleitung, können. Zweckmäßigerweise weist die Messeinrichtung zwei separate Strommessmittel oder zumindest zwei separate Messpunkte an einer jeweiligen Leitungsverbindung zwischen dem Eingang der Solarwandlereinrichtung und dem Gleichspannungswandler auf.
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Von einem seriellen Fehler ist hingegen typischerweise dann auszugehen, wenn der Fehler in Reihe zum vorgesehenen Strompfad auftritt. Beispielsweise kann ein serieller Lichtbogen auftreten, wenn ein Steckverbinder gezogen wird oder sich durch mechanische Beanspruchungen, beispielsweise bei einem nicht auslegungsgemäßen Fahrverhalten oder infolge eines Unfalls, löst. Zur Detektion derartiger Fehler ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug bevorzugt von der wenigstens einen Solarwandlereinrichtung wenigstens ein Potentialmessleitungspaar zu der mit ihr verbundenen Solaranordnung geführt, wobei die Messeinrichtung zum Erfassen einer jeweiligen an dem wenigstens einen Potentialmessleitungspaar anliegenden ersten Spannung ausgebildet ist. Umfasst eine Solaranordnung mehrere, insbesondere in Reihe geschaltete, Solarmodule, so wird vorzugsweise von der wenigstens einen Solarwandlereinrichtung jeweils ein Potentialmessleitungspaar zu den mehreren in Reihe geschalteten Solarmodulen der mit ihr verbundenen Solaranordnung geführt.
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Es handelt sich bei dem Potentialmessleitungspaar um separate Potentialmessleitungen, die unabhängig von dem Leistungstransport von der Solaranordnung zur Solarwandlereinrichtung dienenden elektrischen Leitungen, insbesondere den Zuführungsleitungen, vorgesehen sind, wobei die Solarwandlereinrichtung bevorzugt eigene Anschlüsse für das wenigstens eine Potentialmessleitungspaar aufweist. Zweckmäßigerweise weisen die Potentialmessleitungen solarmodulseitig eine Sicherung und/oder ein Widerstandselement auf. Die Sicherung verhindert dabei einen unerwünschten Stromfluss durch die Potentialmessleitungen in einem Fehlerfall. Das Widerstandselement ist zweckmäßigerweise hochohmig ausgebildet, insbesondere derart, dass ein Stromfluss durch die Potentialmessleitung bei einer an der Solaranordnung zu erwartenden Spannung, die Stromtragfähigkeit der Potentialmessleitung nicht überschreitet. Insbesondere weist es einen Widerstand von wenigstens 100 Ohm, bevorzugt wenigstens 10 Kiloohm, auf, so dass ein etwaiger Stromfluss durch die Potentialmessleitungen nur gering ausfällt. Durch die Sicherung und/oder das Widerstandselement können die Potentialmessleitungen mit einem vergleichsweise geringen Querschnitt vorgesehen werden, wobei trotzdem eine präzise Messung der ersten Spannungen möglich ist.
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Die Messeinrichtung kann für jedes Potentialmessleitungspaar ein Spannungsmessmittel aufweisen, welches die erste Spannung erfasst. Alternativ umfasst die Messeinrichtung für jede Potentialmessleitung ein Spannungsmessmittel, welches ein jeweiliges Potential misst, wobei die Potentiale zweckmäßigerweise auf ein gemeinsames Referenzpotential, insbesondere das Massepotential, bezogen sind. Die wenigstens eine erste Spannung kann dann aus den Potentialdifferenzen ermittelt werden.
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Zur besonders effektiven Erkennung serieller Fehler kann vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung zum Erfassen einer eingangsseitigen zweiten Spannung am Gleichspannungswandler als elektrischer Parameter ausgebildet ist, wobei ein Trennkriterium ein Erreichen eines Schwellwerts durch die Differenz der zweiten Spannung von der ersten Spannung oder von der Summe der ersten Spannungen und/oder ein Trennkriterium ein Erreichen eines Schwellwerts durch eine zeitliche Änderung der Differenz der zweiten Spannung von der ersten Spannung oder von der Summe der ersten Spannungen beschreibt. Es wurde erkannt, dass das Auftreten eines Lichtbogens eine Mindestspannung zwischen den fehlerhaften Elektroden benötigt, um einen stabilen Zustand zu erreichen. Bevorzugt wird der Schwellwert in Abhängigkeit dieser Mindestspannung gewählt, beispielsweise zwischen 5 und 15 Volt. Durch die Überwachung der Spannungsdifferenz zwischen der wenigstens einen solarmodulseitigen ersten Spannung und der gleichspannungswandlerseitigen zweiten Spannung kann mithin überprüft werden, ob an irgendeiner Stelle zwischen dem wenigstens einen Solarmodul und dem Gleichspannungswandler ein Spannungsabfall auftritt, der zu einem Lichtbogen führen kann. Dies lässt sich auch über die zeitliche Änderung der Spannungsdifferenz detektieren.
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Außerdem kann die Steuereinrichtung zusätzlich zum Anwenden eines des wenigstens einen Trennkriteriums auf ein mittels der Messeinrichtung erfassbares Frequenzspektrum der wenigstens einen ersten Spannung ausgebildet sein. Bei einem Lichtbogen treten typischerweise hochfrequente Spektralanteile der ersten Spannung auf, die sich vom fehlerfreien Zustand unterscheiden lassen. Die Steuereinrichtung kann dementsprechend zum Durchführen einer Spektralanalyse von die erste Spannung beschreibenden Messdaten, beispielsweise mittels Fast-Fourier-Transformation, ausgebildet sein, wobei zweckmäßigerweise ein Erreichen eines Schwellwerts für hochfrequente Spektralanteile als Trennkriterium gewählt ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist es zudem zweckmäßig, wenn es einen Kollisionssensor aufweist, wobei die Steuereinrichtung zusätzlich dazu ausgebildet ist, bei Erfassen eines eine Kollision oder eine drohende Kollision anzeigenden Sensorsignals des Kollisionssensors die Schalteinrichtung zum Trennen der Leitungsverbindung anzusteuern und/oder den Gleichspannungswandler zu deaktivieren. Der Kollisionssensor kann beispielsweise Sensorsignale für ein Steuergerät einer Rückhaltevorrichtung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise ein Airbagsteuergerät, bereitstellen. Da bei einer Kollision die Gefahr für einen Lichtbogen besonders hoch ist, kann so ein Trennen der Verbindungsleitung und/oder ein Deaktivieren des Gleichspannungswandlers unabhängig von der Erfassung des wenigstens einen elektrischen Parameters erfolgen.
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Es wird bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug zudem besonders bevorzugt, wenn die wenigstens eine Solarwandlereinrichtung mittels der oder einer positiven Zuführungsleitung und der oder einer negativen Zuführungsleitung mit der Solaranordnung verbunden ist, wobei die negative Zuführungsleitung und die positive Zuführungsleitung entlang unterschiedlicher, insbesondere auf gegenüberliegenden Fahrzeuglängsseiten angeordneter, Fahrzeugsäulen geführt sind. Durch eine solche räumliche Trennung wird die Gefahr einer unfallbedingten, unerwünschten Verbindung von Zuführungsleitungen mit einem daraus resultierenden Lichtbogen mit besonderem Vorteil bereits konstruktiv reduziert.
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Weist das Kraftfahrzeug mehrere Solaranordnungen auf, so wird es besonders bevorzugt, wenn Zuführungsleitungen unterschiedlicher Polarität zu zwei unterschiedlichen Solaranlagen entlang derselben Fahrzeugsäule geführt sind. Während des fehlerfreien Betriebs der Solaranordnungen verlaufen dann entlang einer Fahrzeugsäule eine positive und eine negative Zuführungsleitung mit einem typischerweise jeweils betragsmäßig identischen Strom, so dass sich jeweilige Magnetfelder neutralisieren und die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert wird. Auch induzierte Ströme, beispielsweise bei einem Blitzeinschlag in der Nähe des Kraftfahrzeugs, können sich so ausgleichen. Die mehreren, insbesondere zwei Solaranordnungen können parallel mit einer einzigen Solarwandlereinrichtung verbunden sein, wobei diese wenigstens einen weiteren Eingang, eine weitere Messeinrichtung und eine weitere Schalteinrichtung aufweist.
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Außerdem können die zwei Solaranordnungen mit jeweils einer Solarwandlereinrichtung verbunden sein, deren Gleichspannungswandler im Gleichtakt betreibbar sind. Mit anderen Worten ist bei zwei separaten, mit jeweils einer Solaranordnung verbundenen Solarwandlereinrichtungen bevorzugt eine Gleichtaktansteuerung vorgesehen, um eine Neutralisierung der Magnetfelder zu erreichen. Alternativ ist es auch denkbar, dass Zuführungsleitungen gleicher Polarität zu zwei Solaranordnungen entlang derselben Fahrzeugsäule geführt sind, wobei die Solaranordnungen mit jeweils einer Solarwandlereinrichtung verbunden sind, deren Gleichspannungswandler im Gegentakt betreibbar sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist es zudem zweckmäßig, wenn es eine Batteriesteuereinrichtung aufweist, welche zum Bereitstellen eines Steuersignals zum Vorgeben einer am Ausgang des Gleichspannungswandlers bereitzustellenden Spannung ausgebildet ist, wobei die Steuereinrichtung zusätzlich dazu ausgebildet ist, bei Nichterhalten des Steuersignals die Schalteinrichtung zum Trennen der Leitungsverbindung anzusteuern und/oder den Gleichspannungswandler zu deaktivieren. Wie bereits eingangs erwähnt dient der Gleichspannungswandler der Anpassung der Spannungslage der Solaranordnung an jene des Bordnetzes, so dass für dessen stabilen Betrieb eine präzise Steuerung des Gleichspannungswandlers durch die zentrale Batteriesteuereinrichtung zweckmäßig ist. Zur Behandlung von Fehlern der Batteriesteuereinrichtung wird daher mit Vorteil die Trennung mittels der Schalteinrichtung bzw. die Deaktivierung des Gleichspannungswandlers bereits dann vorgesehen, wenn die Steuersignale nicht mehr vorliegen, was von einem spontanen Fehler in der Batteriesteuereinrichtung, aber auch von einem Unfall herrühren kann.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird zudem durch eine Solarwandlereinrichtung für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug gelöst. Sämtliche Ausführungen zum erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Solarwandlereinrichtung übertragen, so dass auch mit dieser die zuvor genannten Vorteile erzielt werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
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2 einen Schaltplan zum in 1 gezeigten Kraftfahrzeug;
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3 eine Prinzipskizze eines zweiten erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
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4 einen Schaltplan zum in 3 gezeigten Kraftfahrzeug; und
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5 eine Prinzipskizze eines dritten erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer in sein Dach integrierten, zwei Solarmodule 2, 3 aufweisenden Solaranordnung 4. Die Solarmodule sind in Reihe geschaltet und mittels einer positiven Zuführungsleitung 5 und einer negativen Zuführungsleitung 6 mit einer Solarwandlereinrichtung 7 verbunden, welche von der Solaranordnung 4 gewonnene elektrische Energie einem Bordnetz 8 des Kraftfahrzeugs 1 bereitstellt und der Anpassung der Spannungslagen zwischen der Solaranordnung 4 und dem Bordnetz 8 dient. Ersichtlich sind die Zuführungsleitungen 5, 6 getrennt entlang gegenüberliegender Fahrzeugsäulen 9, 10 geführt. Bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs 1 wird durch die räumlich getrennte Führung der Zuführungsleitungen 5, 6 die Gefahr eines parallelen Lichtbogen zwischen ihnen reduziert.
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Des Weiteren weist das Kraftfahrzeug 1 eine dem Bordnetz 8 zugeordnete Batteriesteuereinrichtung 11 auf, die über einen Fahrzeugbus 12 zusätzlich Steuersignale für die Solarwandlereinrichtung 7 bereitstellt. Mit dem Fahrzeugbus 12 ist außerdem ein Kollisionssensor 13 verbunden.
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2 ist ein Schaltplan zum Kraftfahrzeug 1, wobei ein mit dem Solarmodul 2 verbundenes Potentialmessleitungspaar 14 aus zwei Potentialmessleitungen 14a, 14b und ein mit dem Solarmodul 3 verbundenes Potentialmessleitungspaar 15 aus Potentialmessleitungen 15a, 15b eingezeichnet sind. Des Weiteren ist das Bordnetz 8 präziser durch eine von der Batteriesteuereinrichtung 11 angesteuerte Batterie 16 und mehrere lediglich schematisch gezeigte Verbraucher 17 dargestellt. Das Bordnetz 8 kann selbstverständlich noch weitere Komponenten, insbesondere auch Generatoren, aufweisen.
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Die Solarwandlereinrichtung 7 weist einen Eingang 19 für die Zuführungsleitungen 5, 6 und davon getrennte Anschlüsse 20 für die Potentialmessleitungspaare 15, 16 auf. An ihrem Ausgang 21 weist die Solarwandlereinrichtung 7 einen Gleichspannungswandler 22 auf, der sowohl als Hochsetzsteller als auch als Tiefsetzsteller betreibbar ist und mittels einer Steuereinrichtung 23 ansteuerbar ist. Diese wertet Steuersignale der Batteriesteuereinrichtung 11, die die dem Bordnetz 8 bereitzustellende Spannung vorgibt, aus und steuert den Gleichspannungswandler 22 entsprechend an.
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Eine die negative Zuführungsleitung 6 innerhalb der Solarwandlereinrichtung 7 fortsetzende Leitungsverbindung 24 ist mittels einer durch die Steuereinrichtung 23 ansteuerbaren Schalteinrichtung 25 trennbar. Zwischen dem Eingang 19 und dem Gleichspannungswandler 22 ist außerdem eine Messeinrichtung 26 verschaltet, die der Steuereinrichtung 23 mehrere elektrischer Parameter beschreibende Messdaten bereitstellt. Als elektrische Parameter werden einen in den Eingang 19 fließender Strom durch ein Strommessmittel 27 und ein aus dem Eingang 19 fließender Strom durch ein Strommessmittel 28 erfasst. Zur Erfassung von zwei ersten Spannungen an den Potentialmessleitungspaaren 14, 15 als elektrische Parameter sind des Weiteren Spannungsmessmittel 28 für jede einzelne Potentialmessleistung 14a, 14b, 15a, 15b vorgesehen, die die jeweiligen Potentiale an den Solarmodulen 2, 3 bezüglich eines gemeinsamen Referenzpotenzials ermitteln. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel können auch Spannungsmessmittel 28 vorgesehen sein, die unmittelbar die ersten Spannungen über den Potentialmessleitungspaaren 14, 15 erfassen. Ein weiteres Spannungsmessmittel 29 erfasst eine eingangsseitige zweite Spannung als elektrischen Parameter am Gleichspannungswandler 22.
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Auf die mittels der Messeinrichtung 26 erfassten elektrischen Parameter wendet die Steuereinrichtung 23 mehrere definierte Trennkriterien an, wobei sie dazu ausgebildet ist, bei der Erfüllung mindestens eines dieser Trennkriterien die Schalteinrichtung 25 zum Trennen der Verbindungsleitung 24 anzusteuern und den Gleichspannungswandler 22 zu deaktivieren, so dass ein Leistungstransport von der Solaranordnung 4 zum Bordnetz 8 unterbrochen wird.
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Ein erstes Trennkriterium beschreibt dabei, dass die betragsmäßige Differenz zwischen dem in den Eingang 19, also dem entlang der positiven Zuführungsleitung 5, fließenden Strom und dem aus dem Eingang 19, also dem entlang der negativen Zuführungsleitung 6, fließenden Strom einen vorgegebenen Schwellwert erreicht. Dadurch lassen sich insbesondere parallele Lichtbögen detektieren, die durch einen Kontakt einer spannungsführenden Leitung mit der Karosserie auftreten können, beispielsweise bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs 1 oder bei einem durch mechanische Beanspruchungen hervorgerufenen Fehlerstrom im normalen Fahrbetrieb. Der Lichtbogen kann dann durch Trennen der Verbindungsleitung 24 gelöscht werden.
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Ein weiteres Trennkriterium beschreibt ein Erreichen eines betragsmäßigen Schwellwerts durch die Differenz der durch das Spannungsmessmittel 29 gemessenen zweiten Spannung von der Summe der durch die Spannungsmessmittel 28 gemessenen ersten Spannungen. Eine solche Differenz ergibt sich folglich dadurch, dass die Summe der an den Solarmodulen 2, 3 anliegenden Spannungen von jener am Gleichspannungswandler signifikant abweicht, was auf einen seriellen Lichtbogen zurückgeführt werden kann. Ein solcher kann beispielsweise bei einem Lösen eines Steckverbinders oder bei einer Beschädigung einer der Zuführungsleitungen 5, 6, insbesondere infolge eines Unfalls, auftreten. Auch in diesem Fall wird durch das Trennen der Verbindungsleitung 24 mittels der Schalteinrichtung 25 eine Löschung des Lichtbogens ermöglicht.
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Der Schwellwert ist selbstverständlich zumindest so hoch gewählt, dass bei einem auslegungsgemäßen Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 auftretende Spannungsabfälle noch nicht zu einer Erfüllung des Trennkriteriums führen. Der Schwellwert orientiert sich an der typischen Mindestspannung für die Erzeugung eines Lichtbogens und beträgt vorliegend 10 Volt. Im Zusammenhang mit der Erkennung serieller Lichtbögen ist als weiteres Trennkriterium ein Erreichen eines Schwellwerts durch eine zeitliche Änderung der Differenz der zweiten Spannung von der Summe der ersten Spannungen definiert. Daneben wertet die Steuereinrichtung 23 mittels Fast-Fourier-Transformation das Frequenzspektrum der ersten Spannung aus, wobei gemäß einem weiteren Trennkriterium beim Erfassen hochfrequenter Spektralanteile, wie sie typischerweise bei einem Lichtbogen auftreten, eine Trennung der Verbindungsleitung 24 und eine Deaktivierung des Gleichspannungswandlers 22 erfolgt.
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Es sei an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, dass die Potentialmessleitungen 14a, 14b, 15a, 15b mit einem im Vergleich zu den Zuführungsleitungen 5, 6 wesentlich geringeren Leitungsquerschnitt ausgebildet sein können, da sie nur der Potenzialmessung dienen und keine nennenswerten Ströme führen müssen. Um in einem Fehlerfall eine Beschädigung der Potentialmessleitungen 14a, 14b, 15a, 15b zu vermeiden, weist jede von ihnen solarmodulseitig eine Sicherung 30 und ein Widerstandselement 31 von 100 Kiloohm auf.
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Neben den zuvor beschriebenen Trennkriterien ist die Steuereinrichtung 23 weiterhin dazu ausgebildet, die Schalteinrichtung 24 zum Trennen der Verbindungsleitung 24 anzusteuern und den Gleichspannungswandler 22 zu deaktivieren, wenn von dem Kollisionssensor 13 bereitgestellte Sensordaten eine drohende oder erfolgte Kollision beschreiben. So kann bei einem Unfall möglichst zügig oder gar vorausschauend eine Trennung der Solaranordnung 4 vom Bordnetz 8 erreicht werden. Daneben erfolgt eine Trennung und Deaktivierung auch, wenn in einem Fehlerfall Steuersignale zum Vorgeben der durch den Gleichspannungswandler 22 bereitzustellenden Spannung von der Batteriesteuereinrichtung 11 an der Steuereinrichtung 23 ausbleiben. Auf diese Weise kann eine unzulässige Einspeisung von elektrischer Energie in das Bordnetz 8, die die Batterie 16 oder Verbraucher 17 schädigen könnte, vermieden werden. Zudem kann ein solcher Fehlerfall auch von einer unfallbedingten Beschädigung der Batteriesteuereinrichtung 11 herrühren.
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Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugen beschrieben, wobei gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit identischen Bezugszeichen wie in den 1 und 2 gekennzeichnet sind.
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3 zeigt eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs 1'. Dieses weist im Gegensatz zum Kraftfahrzeug 1 zwei Solaranordnungen 4, 4' auf, die jeweils ein Solarmodul 2 umfassen, wobei gemäß weiteren Ausführungsbeispielen die jeweiligen Solaranordnungen 4, 4' auch mehrere in Reihe geschaltete Solarmodule 2, 3 aufweisen können. Dabei sind die negative Zuführungsleitung 6 der Solaranordnung 4 und die positive Zuführungsleitung 5' der Solaranordnung 4' entlang der Fahrzeugsäule 9 und die positive Zuführungsleitung 5 der Solaranordnung 4 und die negative Zuführungsleitung 6' der Solaranordnung 4' entlang der Fahrzeugsäule 10 geführt. Dies bewirkt eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit, da sich in entgegengesetzte Magnetfelder der einzelnen Zuführungsleitungen 4, 5' bzw. 4', 5 aufheben und zudem eine entsprechende Kompensation induzierter Ströme beispielsweise bei einem Blitzeinschlag in der Nähe des Kraftfahrzeugs 1' ermöglicht wird.
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4 zeigt einen Schaltplan zum Kraftfahrzeug 1', bei welchem sich eine Solarwandlereinrichtung 7' von der Solarwandlereinrichtung 7 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass sie einen Eingang 19 für die Solaranordnung 4 und ein weiteren Eingang 19' für die Solaranordnung 4' aufweist, denen jeweils eine Schalteinrichtung 25, 25' und eine Messeinrichtung 26, 26' nachgeschaltet sind. Die Solaranordnungen 4, 4' sind zudem am des Gleichspannungswandlers 22 parallel geschaltet. Außerdem sind für Potentialmessleitungspaare 14, 14' jeweils ein Anschluss 20, 20' vorgesehen. Auf die Einzeichnung von Steuerleitungen zur Steuereinrichtung 23 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
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5 zeigt eine Prinzipskizze eines dritten Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs 1''. Dieses weist im Gegensatz im Kraftfahrzeug 1' zwei separate das Bordnetz 8 parallel speisende Solarwandlereinrichtungen 7'' auf, zu welchen jeweils die Zuführungsleitungen 5, 6 und 5', 6' geführt sind. Dabei ist die Batteriesteuereinrichtung 11 zusätzlich dazu ausgebildet, die Gleichspannungswandler 22 der Solarwandlereinrichtungen 7'' im Gleichtakt anzusteuern, so dass die Stromflüsse entlang der Zuführungsleitungen 5, 6' bzw. 5', 6 einen entsprechend getakteten zeitlichen Verlauf aufweisen. Die zuvor beschriebene Neutralisierung der Magnetfelder kann so auch bei der Verwendung mehrerer separater Solarwandlereinrichtungen 7'' erzielt werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, dass Zuführungsleitungen 5, 5' und 6, 6' gleicher Polarität entlang der selben Fahrzeugsäule 9, 10 geführt werden und die Gleichspannungswandler 22 der Solarwandlereinrichtungen 7'' im Gegentakt betrieben werden.
