DE102022101302A1 - Vehicle roof assembly with solar cells and method for operating the same - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Fahrzeugdachanordnung mit einer Dachscheibe vorgeschlagen, die einen Verbundaufbau aufweist, der einen Scheibenkörper (16) und eine Solarzellenanordnung (20) umfasst, die mehrere Solarzellen (26) aufweist und die über elektrische Leitungen (30) mit einer Steuerelektronik (32) verbunden ist. Die Steuerelektronik (32) ist mit einer Stromquelle (36) verbunden und dazu ausgelegt, die Solarzellenanordnung (20) mit einem von der Stromquelle (36) bereitgestellten Strom zu beaufschlagen, so dass die Solarzellenanordnung (20) eine Temperaturerhöhung erfährt.A vehicle roof arrangement with a roof pane is proposed, which has a composite structure which includes a pane body (16) and a solar cell arrangement (20), which has a plurality of solar cells (26) and which is connected to control electronics (32) via electrical lines (30). The control electronics (32) are connected to a power source (36) and designed to apply a current provided by the power source (36) to the solar cell arrangement (20), so that the solar cell arrangement (20) experiences a temperature increase.
Description
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugdachanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben der Fahrzeugdachanordnung.The invention relates to a vehicle roof arrangement with the features of the preamble of patent claim 1 and a method for operating the vehicle roof arrangement.
Eine derartige Fahrzeugdachanordnung ist aus der Druckschrift
Im Fahrzeugbau besteht das Bestreben, die Herstellungskosten zu reduzieren. Daher wird insbesondere auch bei großen Glasdachsystemen bisweilen auf Beschattungssysteme, wie Rolloanordnungen oder dergleichen, verzichtet. Es wird hierbei zwar in Hochrichtung Bauraum eingespart, der der Kopffreiheit von Fahrzeuginsassen zugutekommt. Jedoch hat der Verzicht auf Beschattungssysteme den Nachteil, dass insbesondere bei kalten Witterungsverhältnissen eine von dem Glasverbundaufbau ausgehende Kältestrahlung in Richtung des Fahrzeuginnenraums nicht gemindert wird, was wiederum bei Fahrzeuginsassen ein unangenehmes Kältegefühl im Kopfbereich entstehen lassen kann. Es werden an den Scheibenkörpern des Verbundaufbaus zwar so genannte Low-E-Beschichtungen eingesetzt, um die Kältestrahlung zu reduzieren. Diese Beschichtungen haben jedoch nur eine begrenzte Wirkung und sind zudem kostenintensiv.In vehicle construction, there is a desire to reduce manufacturing costs. For this reason, shading systems, such as roller blind arrangements or the like, are sometimes dispensed with, especially in the case of large glass roof systems. It is true that space is saved in the vertical direction, which benefits the headroom of the vehicle occupants. However, doing without shading systems has the disadvantage that, especially in cold weather conditions, cold radiation emanating from the glass composite structure in the direction of the vehicle interior is not reduced, which in turn can cause the vehicle occupants to feel uncomfortable in the head area. So-called low-e coatings are used on the panes of the composite structure in order to reduce cold radiation. However, these coatings have only a limited effect and are also expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugdachanordnung zu schaffen, die eine Dachscheibe umfasst, die aus einem Verbundaufbau gebildet ist und bei der auch bei kalten Witterungsbedingungen eine Kältestrahlung in Richtung Fahrzeuginnenraum wirkungsvoll verhindert werden kann.The invention is based on the object of creating a vehicle roof arrangement which comprises a roof pane which is formed from a composite structure and in which cold radiation in the direction of the vehicle interior can be effectively prevented even in cold weather conditions.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Fahrzeugdachanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the vehicle roof arrangement having the features of patent claim 1 .
Gemäß der Erfindung wird also eine Fahrzeugdachanordnung mit einer Dachscheibe vorgeschlagen, die einen Verbundaufbau aufweist, der einen Scheibenkörper und eine Solarzellenanordnung umfasst, die mehrere Solarzellen aufweist und die über elektrische Leitungen mit einer Steuerelektronik verbunden ist. Die Steuerelektronik ist wiederum mit einer Stromquelle verbunden und dazu ausgelegt, die Solarzellenanordnung mit einem von der Stromquelle bereitgestellten Strom zu beaufschlagen, so dass die Solarzellenanordnung eine Temperaturerhöhung erfährt.According to the invention, a vehicle roof arrangement with a roof pane is therefore proposed which has a composite structure which includes a pane body and a solar cell arrangement which has a plurality of solar cells and which is connected to control electronics via electrical lines. The control electronics are in turn connected to a power source and designed to apply a current provided by the power source to the solar cell arrangement, so that the solar cell arrangement experiences an increase in temperature.
Durch die Bestromung der Solarzellenanordnung kann diese mithin nach Art einer Widerstandsheizung erhitzt werden und die Aufgabe einer Dachheizung erfüllen, so dass die Dachscheibe im weitesten Sinne einen flächigen Wärmestrahler darstellen kann, der den Kopfraum im Fahrzeuginnenraum erwärmt. Die Solarzellen der insbesondere eine Photovoltaikeinrictung darstellenden Solarzellenanordnung können also elektrische Energie, die mittels der Stromquelle und der Steuerelektronik von außen aufgeprägt wird, aufnehmen, auf die Fläche der Solarzellen und deren Verschaltung verteilen und in Wärme umwandeln, die abgestrahlt wird. Damit kann den Solarzellen eine Doppelfunktion zukommen, nämlich als Energiegewinnungseinrichtung, mittels der Strahlung bzw. Sonnenstrahlung in elektrische Energie umgewandelt wird und verbraucht bzw. gespeichert werden kann, und als Heizer. Die Steuerelektronik übernimmt mithin zweckmäßigerweise einerseits die Aufgabe, bei der Produktion elektrischer Energie durch die Solarzellenanordnung die Dachscheibe im Arbeitspunkt der maximalen Leistung zu betreiben und somit die maximale Leistung abzugreifen, was eine umweltschonende Art der Energiegewinnung darstellt. Andererseits übernimmt die Steuerelektronik die Aufgabe, die elektrische Energie für die Solarzellenanordnung bereitzustellen, wenn die Heizfunktion aktiviert ist. Dadurch kann der Verbundaufbau bei Bedarf insgesamt beheizt werden und der Insassenkomfort des betreffenden Fahrzeugs wesentlich erhöht werden. Hierzu muss keine zusätzliche elektrisch leitende Struktur in den Verbundaufbau eingebracht werden; das heißt, weitere Maßnahmen im Solarzellenverbund sind nicht erforderlich. Insbesondere durch eine mehrdrahtige Verbindung der einzelnen Solarzellen kann die von der Stromquelle bereitgestellte Energie sicher und gleichmäßig in der Fläche der Dachscheibe verteilt werden. Die Solarzellenanordnung kann eine Dünnfilm-Solarzellenanordnung sein.By energizing the solar cell arrangement, it can therefore be heated in the manner of a resistance heater and fulfill the task of heating the roof, so that the roof pane can represent a flat heat radiator in the broadest sense, which heats the headspace in the vehicle interior. The solar cells of the solar cell arrangement, which in particular represents a photovoltaic device, can therefore absorb electrical energy that is applied externally by the power source and the control electronics, distribute it over the surface of the solar cells and their interconnection, and convert it into heat that is radiated. The solar cells can thus have a dual function, namely as an energy generation device, by means of which radiation or solar radiation is converted into electrical energy and can be consumed or stored, and as a heater. The control electronics therefore expediently takes on the task of operating the roof pane at the operating point of maximum power during the production of electrical energy by the solar cell arrangement and thus tapping the maximum power, which represents an environmentally friendly way of generating energy. On the other hand, the control electronics take on the task of providing the electrical energy for the solar cell arrangement when the heating function is activated. As a result, the composite structure can be heated overall if required and the occupant comfort of the vehicle in question can be significantly increased. For this purpose, no additional electrically conductive structure has to be introduced into the composite structure; that is, further measures in the solar cell network are not required. In particular, a multi-wire connection of the individual solar cells allows the energy provided by the power source to be distributed safely and evenly over the surface of the roof pane. The solar cell array may be a thin film solar cell array.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Fahrzeugdachanordnung nach der Erfindung ist die Stromquelle ein Akkumulator, der auch mittels Strom ladbar ist, der von der Solarzellenanordnung bei entsprechender Schaltung der Steuerelektronik bereitgestellt wird. Der Akkumulator kann direkt an einem Bereich der Fahrzeugdachanordnung angeordnet sein oder auch an einer anderen Stelle des Aufbaus des betreffenden Fahrzeugs integriert sein. Bei einer alternativen Ausführungsform der Fahrzeugdachanordnung nach der Erfindung ist die Stromquelle von dem Fahrzeugnetz gebildet.In a preferred embodiment of the vehicle roof arrangement according to the invention, the power source is an accumulator which can also be charged using current which is provided by the solar cell arrangement with the appropriate switching of the control electronics. The accumulator can be arranged directly on an area of the vehicle roof arrangement or can also be integrated at another point of the structure of the vehicle in question. In an alternative embodiment of the vehicle roof arrangement according to the invention, the power source is formed by the vehicle network.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Fahrzeugdachanordnung nach der Erfindung sind die Solarzellen der Solarzellenanordnung zumindest teilweise in Reihe geschaltet. Insbesondere die als Bestandteil der Solarzellenanordnung anzusehenden Verbindungsdrähte bzw. -leitungen zwischen den einzelnen Solarzellen bilden bei einer Bestromung ebenfalls Heizelemente, die zu einer Erwärmung der Dachscheibe beitragen.In a further preferred embodiment of the vehicle roof assembly according to the invention tion, the solar cells of the solar cell arrangement are at least partially connected in series. In particular, the connecting wires or lines between the individual solar cells, which are to be regarded as part of the solar cell arrangement, also form heating elements when energized, which contribute to heating of the roof pane.
Um die Solarzellenanordnung sicher zu kapseln, umfasst der Verbundaufbau der Fahrzeugdachanordnung nach der Erfindung vorzugsweise einen Scheibeninnenkörper, wobei die Solarzellenanordnung zwischen dem Scheibenkörper, der insbesondere der Fahrzeugumgebung zugewandt ist und einen Scheibenaußenkörper bildet, und dem Scheibeninnenkörper angeordnet ist, welcher insbesondere dem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist. Der Scheibeninnenkörper kann aufgrund der Heizfunktionalität gegebenenfalls ohne Low-E-Beschichtung ausgebildet sein.In order to securely encapsulate the solar cell arrangement, the composite structure of the vehicle roof arrangement according to the invention preferably comprises an inner pane, the solar cell arrangement being arranged between the pane, which in particular faces the vehicle surroundings and forms an outer pane, and the inner pane, which in particular faces the vehicle interior. Due to the heating functionality, the inner body of the pane can optionally be designed without a Low-E coating.
Der Scheibeninnenkörper kann einen Lichtleiter bilden, mittels dessen eine Ambient-Light-Funktion bereitgestellt wird. Hierzu ist zweckmäßigerweise an den Scheibeninnenkörper in direkter Weise oder auch über ein Einkoppelelement, das als Prisma oder dergleichen ausgebildet ist, eine Lichtquelle angekoppelt, die LEDs umfassen kann. The inner body of the pane can form a light guide, by means of which an ambient light function is provided. For this purpose, a light source, which can comprise LEDs, is expediently coupled to the inner body of the pane directly or also via a coupling element which is designed as a prism or the like.
An der gegenüberliegenden Seite aus dem Scheibeninnenkörper austretendes Licht kann an der Solarzellenanordnung reflektiert bzw. gestreut werden, so dass dieses Licht in den Scheibeninnenkörper zurückgeführt und zur Beleuchtung des Fahrzeuginnenraums oder für Ambient-Light-Effekte genutzt werden kann. Ferner kann an der Innenseite der Solarzellenanordnung, d.h. an deren dem Scheibeninnenkörper zugewandten Seite eine sogenannte Lichtauskopplungsstruktur angeordnet sein, an der das Licht der Lichtquelle gestreut bzw. reflektiert wird. Die Lichtauskopplungsstruktur kann eine Schicht sein, die an die Solarzellenanordnung beispielsweise in Form einer Aufdampfschicht angebunden ist, oder auch durch die Solarzellenanordnung selbst gebildet sein.Light emerging from the inner body of the pane on the opposite side can be reflected or scattered by the solar cell arrangement, so that this light can be fed back into the inner body of the pane and used to illuminate the vehicle interior or for ambient light effects. Furthermore, a so-called light decoupling structure can be arranged on the inside of the solar cell arrangement, i.e. on its side facing the inner body of the pane, on which the light from the light source is scattered or reflected. The light coupling-out structure can be a layer which is connected to the solar cell arrangement, for example in the form of a vapor-deposited layer, or can also be formed by the solar cell arrangement itself.
Denkbar ist es auch, dass die Dachscheibe mit einer schaltbaren Folie versehen ist, die den Lichtdurchtritt durch die Dachscheibe steuert und die beispielsweise durch eine Flüssigkristallanordnung oder eine SPD(Suspended Particle Device)-Anordnung realisiert ist.It is also conceivable that the roof pane is provided with a switchable film that controls the passage of light through the roof pane and that is implemented, for example, by a liquid crystal arrangement or an SPD (Suspended Particle Device) arrangement.
Die Dachscheibe der Fahrzeugdachanordnung nach der Erfindung kann ein Festdachelement oder ein bewegliches Dachelement sein. Auch kann die Fahrzeugdachanordnung nach der Erfindung mehrere Dachscheiben umfassen, die im Sinne der Erfindung ausgebildet sind und jeweils als Festdachelement oder bewegliches Dachelement ausgebildet sein können.The roof pane of the vehicle roof arrangement according to the invention can be a fixed roof element or a movable roof element. The vehicle roof arrangement according to the invention can also comprise several roof panes, which are designed in accordance with the invention and can each be designed as a fixed roof element or a movable roof element.
Die Erfindung hat auch ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugdachs der vorstehend beschriebenen Art zum Gegenstand. Bei diesem Verfahren wird die Steuerelektronik so geschaltet, dass ein Strom, der von der Stromquelle bereitgestellt wird, durch die Solarzellenanordnung fließt, wodurch die Solarzellenanordnung und damit der Verbundaufbau erhitzt wird.The subject matter of the invention is also a method for operating a vehicle roof of the type described above. In this method, the control electronics are switched in such a way that a current provided by the power source flows through the solar cell arrangement, as a result of which the solar cell arrangement and thus the composite structure are heated.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of the subject matter of the invention can be found in the description, the drawing and the patent claims.
Ein Ausführungsbeispiel einer Fahrzeugdachanordnung nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine schematische Draufsicht auf eine Fahrzeugdachanordnung mit einer Dachscheibe; -
2 eine vergrößerte Darstellung der Dachscheibe zusammen mit einer Steuerelektronik und einem Energiespeicher; und -
3 eine schematische Schnittdarstellung durch die Dachscheibe entlang der Linie III-III in2 .
-
1 a schematic plan view of a vehicle roof assembly with a roof panel; -
2 an enlarged view of the roof pane together with control electronics and an energy store; and -
3 a schematic sectional view through the roof pane along the line III-III in2 .
In der Zeichnung ist eine Fahrzeugdachanordnung 10 eines ansonsten nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges gezeigt. Die Fahrzeugdachanordnung 10 umfasst ein verstellbares Deckelelement 12, das Bestandteil eines Dachöffnungssystems ist, und ein Festdachelement 14, welches fest bzw. unbeweglich mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Das Deckelelement 12 und das Festdachelement 14 sind jeweils als Dachscheibe ausgebildet, die einen Verbundaufbau hat, der anhand der
Der Verbundaufbau der beiden Dachelemente 12 und 14 bildet jeweils ein Verbundsicherheitsglas und umfasst jeweils einen Scheibenaußenkörper 16, der gewölbt ist und zur Erlangung einer möglichst hohen Transmission als Weißglas (low-iron) ausgeführt ist, und einen Scheibeninnenkörper 18, der aus einem getönten und gewölbten Glas gefertigt ist. Der Scheibenaußenkörper 16 ist an der der Fahrzeugumgebung zugewandten Seite der Fahrzeugdachanordnung 10 und der Scheibeninnenkörper 18 an der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Seite der Fahrzeugdachanordnung 10 angeordnet.The composite structure of the two
Zwischen dem Scheibenaußenkörper 16 und dem Scheibeninnenkörper 18 ist eine Solarzellenanordnung 20 angeordnet, welche über eine Laminationsfolie 22 an den Scheibenaußenkörper 16 und über eine Laminationsfolie 24 an den Scheibeninnenkörper 18 angebunden ist. Die beiden Laminationsfolien 22 und 24 sind jeweils aus einem geeigneten Werkstoff gefertigt, beispielsweise aus Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), thermoplastischem Polyolefin (TPO), Polyolefin (PO) oder dergleichen.A
Die Solarzellenanordnung 20 umfasst eine Vielzahl von Solarzellen 26, die in vorzugsweise parallel verlaufenden Reihen angeordnet sind und über elektrische Verbindungsleitungen 28 in Reihe geschaltet sind. Des Weiteren ist die Solarzellenanordnung 20 über elektrische Anschlussleitungen 30 mit einer Steuerelektronik 32 verbunden, welche wiederum über Versorgungsleitungen 34 mit einer Stromquelle 36 verbunden ist, die durch einen Akkumulator gebildet ist. In nicht dargestellter Weise kann die Steuerelektronik 32 des Weiteren mit einem Verbraucher verbunden sein, der Bestandteil des betreffenden Kraftfahrzeuges ist und beispielsweise ein Lüftungsgebläse, eine Heizung oder dergleichen ist.The
An der Innenseite des Scheibeninnenkörpers 18 ist eine Lichtquelle 38 angeordnet, die aus einer LED-Leiste gebildet ist und an ein leistenartiges Einkoppelelement 40 angebunden ist, das wiederum an die Innenseite des Scheibeninnenkörpers 18 angebunden ist, der ein Lichtleitelement bildet. Im aktivierten Zustand der Lichtquelle 38 wird das von dieser abgegebene Licht über das Einkoppelelement 40 in den Scheibeninnenkörper 18 eingekoppelt. An der gegenüberliegenden Seite aus dem Scheibeninnenkörper 18 austretendes Licht kann an der Solarzellenanordnung 20 reflektiert bzw. gestreut werden, so dass dieses Licht in den Scheibeninnenkörper 18 zurückgeführt und zur Beleuchtung des Fahrzeuginnenraums oder für Ambient-Light-Effekte genutzt werden kann.A
Der Verbundaufbau der Dachscheiben 12 und 14 kann mittels der jeweiligen Solarzellenanordnung 20 geheizt werden, und zwar dadurch, dass mittels der Steuerelektronik 32 über die Anschlussleitungen 30 Strom, der aus der Stromquelle 36 bezogen wird, durch die Solarzellen 26 und die Verbindungsleitungen 28 geleitet wird. Nach Art einer Widerstandsheizung erhitzen sich damit die Solarzellen 26 und die Verbindungsleitungen 28, wodurch die angrenzenden Scheibenkörper 16 und 18 erwärmt werden, so dass die Wärme sicher und gleichmäßig in der Fläche der jeweiligen Dachscheibe 12 bzw. 14 verteilt und die Dachscheibe 12 bzw. 14 den unterhalb liegenden Kopfraum des Fahrzeuginnenraums nach Art eines Flächenstrahlers erwärmt. Dadurch wird verhindert, dass bei kalten Umgebungsbedingungen über die Dachscheiben 12 und 14 ein Kältegefühl in dem Kopfraum entsteht.The composite structure of the
In einem alternativen Betriebsmodus wird die Steuerelektronik 32 so geschaltet, dass mittels der Solarzellen 26 der Solarzellenanordnung 20 Sonnenstrahlung in elektrische Energie umgewandelt wird und diese zum Betreiben von Verbrauchern und/oder zum Laden der Stromquelle 36 genutzt wird.In an alternative operating mode, the
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Fahrzeugdachanordnungvehicle roof assembly
- 1212
- Deckelelementcover element
- 1414
- Festdachelementfixed roof element
- 1616
- Scheibenaußenkörperdisc outer body
- 1818
- Scheibeninnenkörperdisc inner body
- 2020
- Solarzellenanordnungsolar cell array
- 2222
- Laminationsfolielamination film
- 2424
- Laminationsfolielamination film
- 2626
- Solarzellesolar cell
- 2828
- Verbindungsleitungenconnection lines
- 3030
- Anschlussleitungconnecting cable
- 3232
- Steuerelektronikcontrol electronics
- 3434
- Versorgungsleitungensupply lines
- 3636
- Stromquellepower source
- 3838
- Lichtquellelight source
- 4040
- Einkoppelelementcoupling element
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|---|---|---|---|---|
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |