DE112010000733T5

DE112010000733T5 - Solarenergiemanagement in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE112010000733T5
Application number: DE112010000733T
Authority: DE
Inventors: Paul Boskovitch; Kevin Walsh; Axel Radermacher
Original assignee: Fisker Automotive Inc
Current assignee: Karma Automotive LLC
Priority date: 2009-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2012-12-27
Also published as: WO2010083408A1; CN102368930A; JP2012515526A; CN102369646A; WO2010083435A1; WO2010083460A1; US20120136534A1; US20130092457A1; DE112010000745T5; DE112010001883T5; US20120133322A1; JP2012515116A; CN102369619A; JP2012515452A

Abstract

Ein Photovoltaikspeicher- und aufladesystem für ein Fahrzeug enthält eine an dem Fahrzeug angeordnete Photovoltaikvorrichtung zur Absorption von Strahlungsenergie und Umwandlung der absorbierten Strahlungsenergie in elektrische Energie. Mindestens eine Energiespeichereinrichtung speichert die elektrische Energie von der Photovoltaikvorrichtung, und die gespeicherte elektrische Energie steht zur Verwendung durch das Fahrzeug zur Verfügung. Ein elektrischer Energiewandler ist zwischen der Photovoltaikvorrichtung und der Energiespeichereinrichtung angeordnet, um die elektrische Energie von der Photovoltaikvorrichtung zu erhalten, die Energie auf ein vorbestimmtes Niveau zum Laden der Energiespeichereinrichtung hochzusetzen und die hochgesetzte elektrische Energie an die Energiespeichereinrichtung zu liefern.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Fahrzeug und insbesondere auf ein Fahrzeug, welches Solarenergie als Energiequelle verwendet, und auf das Management der Solarenergieverteilung.
BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
Fahrzeuge, wie z. B. ein Kraftfahrzeug, benutzen eine Energiequelle zur Bereitstellung von Energie zum Betreiben eines Fahrzeugs. Während Produkte auf Erdölbasis als Energiequelle dominieren, sind auch alternative Energiequellen erhältlich, wie z. B. Methanol, Ethanol, Erdgas, Wasserstoff, Elektrizität, Solar oder dergleichen. Ein Fahrzeug mit Hybridantrieb verwendet zur Energieversorgung des Fahrzeugs eine Kombination aus Energiequellen. Solche Fahrzeuge sind wünschenswert, da sie die Vorteile mehrfacher Kraftstoffquellen ausnutzen, um die Leistungs- und Reichweiteneigenschaften des Fahrzeugs zu verbessern sowie die Umweltauswirkung gegenüber einem vergleichbaren mit Benzin betriebenen Fahrzeug zu reduzieren.
Als Beispiel eines Hybridfahrzeugs sei ein Fahrzeug genannt, das sowohl elektrische als auch Solarenergie als Energiequellen verwendet. Ein elektrisches Fahrzeug ist aufgrund seiner Eigenschaften der geringen Emissionen und allgemeinen Verfügbarkeit von Elektrizität als Energiequelle ökologisch von Vorteil. Das elektrische Fahrzeug ist jedoch gegenüber einem vergleichbaren Benzinfahrzeug hinsichtlich seiner Leistung durch die Batteriespeicherkapazität eingeschränkt. Solarenergie ist leicht verfügbar, reicht aber möglicherweise alleine nicht aus, um das Fahrzeug zu betreiben. Demnach besteht in der Technik ein Bedarf an einem Hybridfahrzeug mit einem verbesserten Photovoltaikenergieverteilungssystem.
ZUSAMMENFASSUNG
Dementsprechend betrifft die vorliegende Offenbarung ein Photovoltaikspeicher- und -aufladesystem. Das System enthält eine an dem Fahrzeug angeordnete Photovoltaikvorrichtung zur Absorption von Strahlungsenergie und Umwandlung der absorbierten Strahlungsenergie in elektrische Energie. Mindestens eine Energiespeichereinrichtung speichert die elektrische Energie von der Photovoltaikvorrichtung, und die gespeicherte elektrische Energie ist zur Verwendung durch das Fahrzeug verfügbar. Zwischen der Photovoltaikvorrichtung und der Energiespeichereinrichtung ist ein elektrischer Energiewandler zum Erhalten von elektrischer Energie von der Photovoltaikvorrichtung, zur Hochsetzung der Energie auf ein vorbestimmtes Niveau zum Laden der Energiespeichereinrichtung und zur Lieferung der hochgesetzten elektrischen Energie an die Energiespeichereinrichtung angeordnet.
Ein Vorteil der vorliegenden Offenbarung liegt in der kontinuierlichen Aufladung einer Energiespeichereinrichtung eines Fahrzeugs unter Verwendung von Solarenergie ist bereitgestellt. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Offenbarung ist eine effizienterer Fahrzeugbetrieb durch Energieverteilung zwischen Nieder- und Hochspannungsenergiespeichereinrichtungen ist verfügbar. Ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Offenbarung ist die Möglichkeit, Solarenergie an Hochspannungsbatterieeinrichtungen zu liefern. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Offenbarung besteht darin, dass das System mit einer Energiespeichereinrichtung wie z. B. einer Batterie kommuniziert und darin Energie speichert. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Offenbarung besteht darin, dass die von dem Solarkollektor erzeugte Energie für spätere Verteilung gespeichert werden kann. Ein Vorteil der vorliegenden Offenbarung besteht darin, dass der Solarkollektor einen großen Flächenbereich des Fahrzeugs bedeckt, um Strahlenenergieabsorbierung zu verbessern. Ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Offenbarung liegt darin, dass der Solarkollektor in unabhängige Module aufgeteilt ist, um die Effizienz unter verschiedenen Solareinstrahlungswinkeln und Teilschattenbedingungen mit MPP-Nachführung zu maximieren.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden leicht zu würdigen sein, wenn sie nach Lesen der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen besser verständlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht eines Fahrzeugs mit einem auf dem Dach des Fahrzeugs angebrachten Photovoltaiksystem.
2 ist eine Perspektivansicht eines Fahrzeugs mit einem auf einem Kofferraum des Fahrzeugs angebrachten Photovoltaiksystem.
3 ist eine Perspektivansicht von oben auf einen Solarkollektor für ein Fahrzeug.
4 ist eine Ansicht von oben auf den Solardachkollektor.
5 ist eine Detailzeichnung des Solarkollektors in Explosionsdarstellung.
6 ist eine Detailansicht von verbundenen benachbarten Solarzellen.
7 ist ein Schaltdiagramm zur Veranschaulichung des Solaraufladesystems für das Fahrzeug.
8 ist ein Schaltdiagramm zur Veranschaulichung des Solaraufladesystems für das Fahrzeug.
9 ist ein Schaltdiagramm zur Veranschaulichung des Energieflusses während der Niederspannungsaufladung und Hochspannungsaufladung des Fahrzeugs.
10 ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung eines Niederspannungsbatterieaufladesystems mit einem Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler für das Fahrzeug.
11 ist ein schematisches Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Niederspannungsaufladeverteilung von einem Solarkollektor und Energieverteilung an Fahrzeugkomponenten.
12 ist ein schematisches Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Niederspannungsaufladung zu Hochspannung unter Verwendung eines bidirektionalen Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlers.
13 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Energieverteilung als Funktion der Zeit zeigt.
14 ist ein schematisches Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Energieverteilung innerhalb eines Hochspannungsaufladesystems.
15 ist ein schematisches Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Hochspannungsaufladesystems mit Energieflusspfadschaltern.
16 ist ein schematisches Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Beispiels von Nieder- und Hochspannungsaufladung mit Schaltern und einem Niederspannungs-Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler und einem bidirektionalen Hochspannungs-Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler.
BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf 1–2 wird ein Fahrzeug 10 mit einem Solarkollektor 14 veranschaulicht. In diesem Beispiel handelt es sich bei dem Fahrzeug 10 um ein Plug-in-Hybridfahrzeug, das sowohl durch Solarenergie wie auch elektrisch betrieben wird. Das Fahrzeug 10 enthält einen Fahrzeugaufbau mit einem Rahmen und den Rahmen bedeckende Außenplatten 12, die zusammen die Form des Fahrzeugs bilden. Das Fahrzeug 10 enthält einen Innenraum 11, der als Fahrgastzelle bezeichnet wird. Bei einem Fahrzeug 10 vom Typ Cabriolet kann die Fahrgastzelle 11 von einem beweglichen konvertierbaren Dach umgeben sein, das die Fahrgastzelle 11 in ausgefahrener Position bedeckt. Das Fahrzeug 10 enthält auch einen Aufbewahrungsraum 13, der als Kofferraum 13 bezeichnet wird. Der Kofferraum 13 ist über einen Kofferraumdeckel 15 zugänglich. Bei dem Kofferraumdeckel 15 handelt es sich um ein Plattenelement, das derart schwenkbar mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, dass der Kofferraumdeckel 15 in mehrere Positionen artikuliert werden kann. Beispielsweise kann der Kofferraumdeckel 15 um eine Vorderkante 15A schwenken, um so Zugang zu dem Kofferraum 13 des Fahrzeugs 10 zu gestatten, und um eine Hinterkante 158, um das zusammengefaltete Dach in dem Fahrzeugkofferraum zu verstauen.
Das Fahrzeug 10 enthält weiterhin einen Antriebsstrang, der zum Antreiben des Fahrzeugs 10 betreibbar ist. In dem vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Antriebsstrang um einen Plug-in-Hybrid und er enthält einen elektrisch betriebenen Motor und eine Motorsteuerung. Das Fahrzeug 10 kann auch einen benzinbtriebenen Motor enthalten, der den Elektromotor unter bestimmten Betriebsbedingungen bei Bedarf ergänzt. Die elektrische Energie kann in einer unten beschriebenen Energiespeichereinrichtung wie einer Batterie gespeichert werden. Erhältlich sind verschiedene Arten Batterien, wie z. B. Bleiakkumulator oder Lithium-Ionen-Akkumulator oder dergleichen. Es versteht sich, dass das Fahrzeug 10 mehr als eine Art von Batterie oder Energiespeichereinrichtung enthalten kann. Die Batterie liefert Energie in Form von Elektrizität zum Betreiben verschiedener Fahrzeugkomponenten. In diesem Beispiel liegt eine Niederspannungsbatterie 70 vor, die Fahrzeugkomponenten mit elektrischer Energie versorgt (z. B. ein typischer 12-V-Bleiakkumulator), und eine Hochspannungsbatterie 72 (z. B. eine mehr als 60-V-Traktionsbatterie) und in dem vorliegenden Beispiel eine 400-V-Traktionsbatterie, die einen elektrischen Antriebsmotor mit elektrischer Energie versorgt. Die Batterien 70, 72 können mit einem Steuersystem in Verbindung stehen, das die Verteilung von Energie innerhalb des Fahrzeugs 10, wie z. B. zu dem Elektroantriebsmotor oder einem Fahrzeugbauteil oder anderen Zubehörteilen oder dergleichen, reguliert. In dem vorliegenden Beispiel erhält die Hochspannungsbatterie von einer Plug-in-Quelle und einem Benzinmotor elektrische Energie und die Niederspannungsbatterie 70 erhält, auf einer unten beschriebenen Art und Weise, elektrische Energie von der Hochspannungsbatterie oder eine Photovoltaikquelle. In einem weiteren Beispiel können die Hochspannungsbatterie 72 und die Niederspannungsbatterie 70 elektrische Energie von einer Solarquelle beziehen.
Mit Bezug auf 3–6 enthält das Fahrzeug eine Photovoltaikvorrichtung 14, die Lichtenergie erhält und diese Energie in elektrische Energie umwandelt. Bei einem Beispiel handelt es sich bei der Photovoltaikvorrichtung um ein im Allgemeinen flacher Solarkollektor 14, das auf einer Oberfläche des Fahrzeugs 10 positioniert ist, um so Strahlungsenergie von der Sonne zu empfangen. Der Solarkollektor 14 ist so positioniert, dass das Auffangen von Strahlungsenergie erleichtert ist, wie z. B. in einer Dachplatte, dem Kofferraumdeckel 15 oder einer anderen Fahrzeugkarosserieplatte 12. In einem Beispiel kann der Solarkollektor 14 eine allgemein flache Geometrie oder eine kurvenförmige Geometrie definieren oder sonst den Konturen der Fahrzeugaußenplatte 12 entsprechen. In einem weiteren Beispiel können zur Vergrößerung der photovoltaischen Fläche einziehbare Solarkollektoren vorgesehen sein, die sich zum Öffnen der Solarkollektoren und zum Bestrahlen derselben mit Sonnenlicht betreiben lassen.
Der Solarkollektor 14 kann dahingehend betrieben werden, dass es Strahlungsenergie von der Sonne auffängt und die Sonnenenergie in gespeicherte elektrische Energie umwandelt, die zur Verwendung bei dem Betrieb des Fahrzeugs 10 zur Verfügung steht. Die Solarenergie steht dazu zur Verfügung, die Energie von den anderen Energiequellen zu ergänzen, wie z. B als eine Plug-in-Quelle oder fossiler Kraftstoff dieses Beispiels. Die ergänzende Solarenergie erhöht effektiv die Leistung des Fahrzeugs 10, d. h. eine erhöhte elektrische Reichweite zur Verwendung durch ein anderes Fahrzeugmerkmal oder -zubehörteil,
Der Solarkollektor 14 enthält mehrere Solarzellen 20, die wie in 3, 4 und 7 gezeigt in einem Solarfeld angeordnet sind. In einem Beispiel können die einzelnen Solarzellen 20 in einer Polymerschicht 18 eingekapselt sein. Die Solarzellen 20 wandeln absorbiertes Sonnenlicht in Elektrizität um. Die Zellen 20 können zusammengruppiert und elektrisch miteinander verbunden und auf eine unten beschriebene Weise zusammengepackt werden. Allgemein besteht eine Solarzelle 20 aus einem Halbleitermaterial wie Silizium, kristallinem Silizium, Galliumarsen (GaAs) oder dergleichen. Wenn die Solarzelle 20 das Sonnenlicht empfängt, wird in dem Halbleiter ein Teil des Sonnenlichts absorbiert, und die Energie des absorbierten Lichts wird an das Halbleitermaterial übertragen. Die Energie aus dem Sonnenlicht befreit Elektronen innerhalb des Halbleitermaterials, auch als freie Ladungsträger bezeichnet. Diese freien Elektronen können sich unter Bildung von elektrischem Strom bewegen, und der resultierende Elektronenfluss erzeugt ein Feld, das eine Spannung verursacht. Metallkontakte werden an die Zelle 20 angebracht, damit der Strom aus der Zelle gezogen und an anderer Stelle verwendet werden kann. Die Metallkontakte können in einem vorbestimmten Muster auf eine unten beschriebene Weise angeordnet sein.
Der Solarkollektor 14 ist in vier Abschnitte oder Module 22 unterteilt, die elektrisch getrennte Zonen bilden. Die Solarzellen 20 sind innerhalb eines jeden Moduls in einer vorbestimmten Anordnung oder einem vorbestimmten Muster, wie einem Feld, positioniert. Jedes Modul kann beispielsweise ein Feld von 5 × 4 Zellen enthalten. Die Module 22 selbst sind durch Querverbinder 24 oder Sammelschienen wie in 6 gezeigt verbunden. Weiterhin ist jede Zelle 20 innerhalb eines Moduls elektrisch durch einen Zellenverbinder 26 oder Stringer in Reihe geschaltet, wie in 6 gezeigt. Die Abmessung jeder Zelle innerhalb des Moduls und des entsprechenden Feld ist derart, dass der verfügbare Raum ausgefüllt wird.
Bei einem bestimmten Beispiel definiert das Feld ein teilweise und allgemein ausgeschrägtes Muster.
Der Solarkollektor 14 kann unter Verwendung verschiedener Techniken hergestellt werden, deren Auswahl nicht einschränkend ist. Bei einem Beispiel ist der Solarkollektor aus einer Glasplatte mit einer Laminatstruktur hergestellt. Bei einem anderen Beispiel kann das Photovoltaiksystem in einer Verbundstruktur angebracht oder integriert sein, wie z. B. integral in einem Polymer oder Verbundmaterial ausgebildet. Das Solarmodul kann in einem beständigen Polymer wie einem kratzfesten Polycarbonat laminiert sein. Bei einem weiteren Beispiel sind die Solarmodule 22 in einem dünnen Film, wie amorphem Silizium oder dergleichen montiert. Bei einem noch weiteren Beispiel enthält das Photovoltaiksystem Module 22, die in anderen freiliegenden Fahrzeugstrukturen, wie z. B. in einem Fenster, ausgebildet sind. Ein organischer Solarkonzentrator oder speziell getöntes Fenster, der oder das Licht zu Solarzellen an die Kanten davon leitet, kann verwendet werden. Dementsprechend wird der Solarkollektoraufbau Eigenschaften des Fahrzeugs wie Gewicht, Kosten, Verpackung oder dergleichen beeinflussen.
Mit Bezug auf 5 ist ein Beispiel eines Laminatsolarkollektoraufbaus veranschaulicht. Dementsprechend kann es sich bei einer ersten Schicht 16 um ein Trägermaterial wie z. B. ein Folienmaterial handeln. Bei einer zweiten Schicht 18 kann es sich um eine Polymerschicht handeln. Ein Beispiel eines Polymermaterials ist Ethylenvinylacetat (EVA) oder dergleichen. Bei einer dritten Schicht kann es sich um ein Glasmaterial handeln. Die Solarzellen 20 können in einem Polymermaterial enthalten sein. Die zweite Schicht 18 kann eine weitere Schicht der Polymerbeschichtung enthalten, wodurch die Solarzellen 20 und Verbinder 24 und 26 sandwichartig zwischen den Polymerschichten angeordnet sind. Bei einem Beispiel enthält der Solarkollektor weiter eine dritte oder obere Schicht 28 aus Glas (5). Diese obere Schicht 28 kann verschiedene Beschichtungen enthalten, die dekorativer oder funktioneller Natur sind. Zum Beispiel kann eine Innenfläche der oberen Schicht 28 eine entspiegelte Beschichtung aufweisen, da es sich bei Silizium um ein glänzendes Material handelt, und Photonen, die reflektiert werden, können von der Zelle 20 nicht verwendet werden. Bei einem Beispiel reduziert die entspiegelte Beschichtung die Reflexion von Photonen. Bei der entspiegelten Beschichtung kann es sich um eine Verdunklungsabschirmung handeln, die über alle Bereiche der oberen Schicht außer über den Zellen 20, die Solarenergie auffangen, aufgebracht wird. Die entspiegelte Beschichtung kann schwarz sein. Beispielsweise kann es sich bei der schwarzen Beschichtung um ein Material wie z. B. einen Acryl- oder Frittenlack oder dergleichen handeln. Die obere Schicht 28 kann zusätzliche Graphikbeschichtungen 32 enthalten, die das Erscheinungsbild des Solarkollektors optisch verbessern. Bei einem Beispiel kann ein zusätzliches Graphikmuster 32 auf der oberen Glasschicht aufgebracht werden, wie zum Beispiel durch ein Lackierungs- oder Siebdruckverfahren. Bei einem weiteren Beispiel ist das Graphikmuster in Goldfarbe. Die Schichten können miteinander durch die Anwendung von Wärme auf dem Glas unter Ausbildung der Schichten zusammen als eine einzelne Einheit verbunden werden.
Der Solarkollektor 14 steht funktionell mit einem Solaraufladesystem 34 in Verbindung. Um Solarenergie zu maximieren und dadurch den Kraftstoffverbrauch auszugleichen, wird die von dem Solarkollektor 14 erzeugte Energie gespeichert. In der Regel wird die Energie in der Niederspannungsbatterie 70 gespeichert. Ferner kann das Solaraufladesystem 34 funktionell mit einem Fahrzeugaufladesystem in unten beschriebener Weise in Verbindung stehen. Jedes der Module 22 in dem Solarkollektor beinhaltet ein MPP-Nachführungsmerkmal (MPP – Maximum Power Point = maximaler Energiepunkt), das die Energieleistung für verschiedene Solarstrahlungswinkel und Teilschattenbedingungen des Solarkollektors 14 auf unten beschriebene Weise maximiert. Dieses Merkmal geht davon aus, dass, wenn eine Zelle 20 in einem bestimmten Modul 22 von der Sonne abgeschattet wird, die Leistung anderer Zellen auf dem Modul ebenfalls abfallen kann. Da jedes Modul 22 elektrisch separat und von den anderen Modulen isoliert und daher unabhängig ist, dann der Energieauffangvorgang der anderen Module 22 optimiert sein.
Mit Bezug auf 7 wird das MPP-Nachführungsmerkmal beschrieben. Das Solaraufladesystem 34 enthält einen elektrischen Wandler, wie einen Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Verstärkungswandler 36, auch als Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler bezeichnet, der mit mindestens einem der Solarkollektormodule 22 in Verbindung steht, um den Ausgangsstrom des Moduls 22 einzustellen. Beispielsweise ist jedes Modul 22 mit einem Energiehochsetzer oder Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 36 verbunden, um den Spannungsausgang von diesem Modul 22 einzustellen. Die Spannung von den Modulen 22 ist niedriger als die, die zum Aufladen einer Niederspannungsbatterie 70 benötigt wird. Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung jedes Moduls 22 beibehalten und kann so die Solarenergie zum Aufladen der Niederspannungsbatterie 70 verwendet werden. Bei einem Beispiel kann jeder Solarkollektor 22 bis zu 3 Amp ausgeben, d. h. insgesamt 12 Amp für vier Module 22. Bei diesem Beispiel handelt es sich bei dem Energiehochsetzer 36 um einen Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Verstärkungswandler 36, der Strom von dem Solarmodul 22 erhält und die Spannung in einen Bereich umwandelt, der von dem Fahrzeug verwendet werden kann. Typische Bereiche sind u. a. 14–16 V für eine Niederspannungsbatterie oder ca. 216–422 V für eine Hochspannungsbatterie. Bei einem weiteren Beispiel liegt die Ausgangsspannung des Moduls 22 zwischen 10–12 V und der Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlerausgang beträgt 14–16 V.
Jedes Modul 22 enthält elektrische Leitungen, die die Spannung an den Wandler 36 liefern. Die Energiespeichereinrichtung oder Batterie 70 enthält eine positive Klemme 71a und eine negative Klemme 71b. Die Spannung von dem Modul 22 wird an den Wandler 36 durch eine Positiv-spannungseingangsleitung 79a und eine Negativ-spannungseingangsleitung 79b geliefert. Der Ausgang des Wandlers 36 enthält eine Positivausgangsspannungsleitung 79c und eine Negativausgangsspannungsleitung 79d, die der positiven Klemme 71a bzw. der negativen Klemme 71b entsprechen.
In Abhängigkeit vom verfügbaren Sonnenlicht hinsichtlich der Fahrzeugposition können die Solarmodule 22, oder Photovoltaikmodule, Teil- oder Vollschattierung unterliegen. Schattierung einer einzigen Zelle kann dazu führen, dass die Leistung des entsprechenden Moduls abfällt. Zum Beispiel kann eine Schattierung von 3% zu einer Energiesenkung von 25% führen. Um Teilschattierungsverluste zu minimieren, ist jedes Modul 22 elektrisch von den anderen isoliert. Jedes Modul 22 enthält seine eigene MPP-Nachführung (MPP – Maximum Power Point). MPP ist der Punkt auf der Strom-Spannungskurve (I-V-Kurve) eines Solarmoduls 22 unter Beleuchtung, wo das Produkt aus Strom und Spannung ein Maximum ist (P_max in Watt gemessen). Die Punkte auf den I-und-V-Skalen, die den Kurvenpunkt beschreiben, heißen I_mp (Strom bei maximaler Energie) und V_mp (Spannung bei maximaler Energie).
Wenn dar Solarkollektor eine zusammengesetzte Krümmung (d. h. eine Krümmung in mehreren Richtungen wie in 1 gezeigt) aufweist, wird eine Ecke des Dachs bei verschiedenen Solarstrahlungswinkeln mehr Strahlung als ein anderer Abschnitt erhalten. So können die Zellen 20 innerhalb des Moduls 22 angeordnet sein, um den Strahlungsempfang zu maximieren. Da der Solarkollektor 14 in mehrere Module 22, wie z. B. vier in diesem Beispiel, aufgeteilt ist, können Teilschattierungsbedingungen, die nur ein Modul betreffen, gemildert werden. Zum Beispiel wird ein Objekt, das auf der in einem Modul 22 enthaltenen Solarzelle liegt, andere Module 22 nicht beeinträchtigen.
Mit Bezug auf 8 und 9 kann das Solaraufladesystem 34 ein Batterieüberwachungssystem (BMS – Battery Monitoring System) 38 enthalten, das den Aufladezustand der Niederspannungsbatterie 70 überwacht. Bei einem Beispiel schwankt die Spannung der Niederspannungsbatterie zwischen 8–16 V während eines typischen Fahrzeugbetriebs. Bei einem weiteren Beispiel kann das BMS 38 auch dazu verwendet werden, die von den Modulen 22 absorbierte Menge an Solarenergie zu überwachen. Zwischen der Niederspannungsbatterie 70 und einer Hochspannungsbatterie 72 kann je nach Aufladezustand eine Fähigkeit des bidirektionalen Energieflusses verwendet werden. BMS 38 kann elektrische Sensoren enthalten, die Parameter der Batterie 70 und den Solarenergiefluss von den Modulen 22 messen. BMS 38 kann dann mit einer Hybridsteuereinheit (HCU – Hybrid Control Unit) 44, die die überwachten Daten zur möglichen Einstellung der Fahrzeugleistung empfängt, in Verbindung stehen. Die HCU 44 kann dazu programmiert sein, den Betrieb verschiedener Fahrzeugbauteile einzustellen, um einen effizienteren Betrieb aufgrund vorbestimmter oder vorprogrammierter Parameter zu erleichtern.
Das Solaraufladesystem 34 kann ferner ein Zubehörenergiemodul (APM – Accessory Power Module) 40 enthalten, das mit einem Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 73 kommuniziert, um Spannung in dem bidirektionalen Energiefluss zwischen der Niederspannungsbatterie 70 und einer Hochspannungsbatterie 72 entweder hochzusetzen oder zu reduzieren. Zum Beispiel setzt der Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 73, der zwischen einer Hochspannung 72 und einer Niederspannungsbatterie 70 verwendet wird, die Spannung hoch oder reduziert sie, je nachdem, in welcher Richtung die Energie fließt. Das APM 40 überwacht den Energiefluss zur Kommunikation mit dem Solaraufladesystem 34 zur Optimierung von Energieverteilung zu den Batterien 70 und 72.
Das Solaraufladesystem 34 kann ferner ein Batterieelektroniksteuermodul (BECM – Battery Electronic Control Module) 42 enthalten, das den Status überwacht und den Aufladezustand der Hochspannungsbatterie 72 steuert. Es versteht sich jedoch, dass das BECM 42 auch den Status überwachen und die Aufladezustände für mehrere Energiespeichereinrichtungen, z. B. der Niederspannungsbatterie 70 und der Hochspannungsbatterie 72, steuern kann. In einem weiteren Beispiel können alternative Energiespeichereinrichtungen verwendet werden, wie z. B. einem Kondensator, mehrere Niederspannungsbatterien und dergleichen. Das Solaraufladesystem 34 enthält eine HCU 44, wobei es sich um eine Steuerung handelt, die die nicht gezeigten Hochspannungsschütze steuert, wie den Hochspannungsunterbrecher. Die HCU 44 kann mit anderen Steuerungen gekoppelt sein, wie dem Fahrzeugsteuermodul (VCM – Vehicle Control Module) 46, APM 40, BMS 38 und/oder BECM 42. Die resultierende Aufladung ist eine statische Leistung. Das VCM 46 managet die Verteilung von Energie zwischen der Photovoltaikeinrichtung 14, dem Hochspannungsbatterieaufladesystem und dem Elektromotor.
Von dem Solarkollektor 14 umgewandelte Energie kann zur Aufladung der Niederspannungsbatterie 70 verwendet werden. Die Batterie 70 kann dazu verwendet werden, die Hochspannungsbatterie weiter aufzuladen. Bei einem Beispiel wird die Niederspannungsbatterie unter einer vorbestimmten Schwellspannung gehalten, um kontinuierlich von dem Solarkollektor 14 Energie zu erhalten. Dementsprechend kann das Fahrzeug 10 dazu programmiert werden, effizient zu laufen, aufgrund von vorbestimmten Parametern und Energieverteilung zwischen der Photovoltaikeinrichtung 14, der Niederspannungsbatterie 70 und der Hochspannungsbatterie 72.
Mit Bezug auf 10–16 sind mehrere Beispiele eines Aufladesystems gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Bei einem Beispiel Energie in einer einer Energiespeichereinrichtung wie einer Batterie gespeichert, um die Nutzung von Solarenergie zu verbessern und Kraftstoffverbrauch zumindest teilweise auszugleichen. Bei der Energiespeichereinrichtung kann es sich um eine Batterie, wie z. B. unter anderem der Art Blei, Bleischaum, AGM, Lithiumionen, Lithiumluft und dergleichen, handeln. Kondensatoren sind ein weiteres Beispiel einer Energiespeichereinrichtung. Die Energie wird von einem Photovoltaiksystem erzeugt. Wie in 10 schematisch gezeigt wird, liefert ein Photovoltaiksystem 14 Energie an einen oder mehrere Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 36, der das Energieniveau zur Anpassung an eine Niederspannungsbatterie 70 (d. h. Spannung) hochsetzt. Die Energie betritt die Batterie durch die positive Klemme 71a und die negative Klemme 71b.
11 veranschaulicht ein Beispiel einer elektrischen Architektur, enthaltend das Aufladen einer Niederspannungsbatterie. Pfeile zeigen die Richtung der Datenübertragung bzw. des Energieflusses an. Bei dieser Architektur ist dar Solarkollektor 14 mit einem Verstärkungswandler 36 (Teil einer elektronischen Steuereinheit – ECU (Electronic Control Unit)) verbunden, der Einrichtungen, wie z. B. ein Klimaanlagenlüfter (HVAC-Lüfter – HVAC = Heating, Ventilation and Air Conditioning) 110, direkt mit Energie versorgen kann. Bei einem Beispiel kann er eine Batterie 70 aufladen, die dann Einrichtungen wie einen Lüfter 110 mit Energie versorgen kann. Der Lüfter 110 kann von einer HVAC-Steuerung 111 gesteuert werden. Dar Solarkollektor 14 wandelt elektromagnetische Strahlung (Licht) in elektrische Energie (Strom und Spannung) um. Der Hochstellsetzer 36 setzt den Spannungsausgang vom Solarkollektor 14 auf ein Niveau, das von den Niederspannungssystemen des Fahrzeugs genutzt werden kann.
Bei einem Beispiel wird eine 12-V-Batterie 70 als Niederspannungsbatterie 70 verwendet. Die Batterie 70 wandelt elektrische Energie in chemische potenzielle Energie zur Speicherung um, und wandelt die chemische potenzielle Energie in elektrische Energie zur Verwendung durch Einrichtungen um. Eine beispielhafte Einrichtung, wie ein HVAC-Lüfter 110, verwendet elektrische Energie, um verschiedenen Funktionen zu dienen. Der Lüfter 110 kann von dem Verstärkungswandler 36 direkt oder von der 12-V-Batterie 70 mit Energie versorgt werden. Bei einem Beispiel werden Steuerungen (VCM 46, HCU 44, APM 40 etc.) verwendet, die mit verschiedenen Systemen kommunizieren und Daten zum Steuern von Komponenten speichern und verarbeiten. Bei einem weiteren Beispiel ist ein Berührungseingabefeld 112 in dem Fahrzeug vorgesehen, das es den Benutzern ermöglicht, mit dem Photovoltaiksystem 14 zu interagieren, z. B. auszuwählen, wie Sonnenenergie verwendet wird – für HVAC, Aufladen etc. Es zeigt auch Informationen über den Systembetrieb an. Sensoren, zum Beispiel Temperatursensor 113, der mit der HVAC-Steuerung 111 verbunden ist, liefern Eingangssignale an Steuerungen, um den Systembetrieb zu beeinflussen. Zum Beispiel kann das Fahrzeug in einem bestimmten Modus Solarenergie direkt zur Belüftung statt zum Aufladen verwenden, wenn die Fahrgastzellentemperatur über einen Schwellwert ansteigt.
Bei einem Beispiel ist die Niederspannungsbatterie 70 auf einen minimalen annehmbaren Ladezustand (SOC – State of Charge) erschöpft und wird dazu veranlasst, dieses Mindestniveau beizubehalten, wenn das Fahrzeug angeschaltet ist. Dieses lässt mehr aufzuladende Kapazität über, wenn das Fahrzeug ausgeschaltet ist, womit die Nützlichkeit der Photovoltaik erhöht und mehr Kraftstoff ausgeglichen wird. Wenn die Batterie 70 nahe am maximalen SOC gehalten würde, würde die Solarenergie nur dazu dienen, die Ladung aufrechtzuerhalten, und nicht voll zum Beispiel mit der Hochspannungsbatterie 72 genützt.
Außerdem kann die Hochspannungsbatterie 72 durch die Niederspannungsbatterie 70, die kontinuierlich Energie von der Photovoltaikvorrichtung 14 erhält, aufgeladen werden. Allgemein ist es unwahrscheinlich, dass Solarenergie eine Hochspannungsaufladung direkt aufrechterhalten kann. Bestimmte Komponenten wie Hochspannungsschütze können eine Mindestschwellenenergie zum Ansprechen aufweisen, die das Photovoltaiksystem 14 alleine nicht erreichen kann. Dementsprechend ladet eine Photovoltaik die Niederspannungsbatterie kontinuierlich über einen Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler mit MPP-Nachführung auf, bis es einen Schwellwert erreicht (wie z. B. fast volle Kapazität), an welchem Punkt die Niederspannungsbatterie die Hochspannungsbatterie über einen Verstärkungswandler mit maximaler Effizienz (relativ hohe Energie) auflädt, bis die Niederspannungsbatterie ihren Mindestschwellwert erreicht, an welchem Punkt das Hochspannungsaufladen aufhört und die Niederspannungsphotovoltaikaufladung weitergeht. Dieser Prozess kann sich wiederholen, so lange photovoltaische Energie zur Verfügung steht. Während eine Photovoltaikeinrichtung nur 130 W erzeugen kann, kann eine Niederspannungsbatterie 70 über einen Verstärkungswandler 73 zwischen der Niederspannungsbatterie 70 und der Hochspannungsbatterie 72 auf eine Hochspannung von 600 W hochsetzen.
12 ist ein weiteres Beispiel des Aufladesystems von 10. Die Pfeile zeigen die Richtung des Energieflusses von der Photovoltaik 14 an. Bei diesem Beispiel werden mehrere Wandler 36 verwendet. Ein bidirektionaler Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 73 dient hauptsächlich dazu, die Niederspannungssysteme des Fahrzeugs mit Energie zu versorgen und die Ladung in der Niederspannungsbatterie 70 beizubehalten, wenn das Fahrzeug angeschaltet ist. Es dient auch dazu, bei extremen Bedingungen, wenn das Fahrzeug nicht mit der Energie von der Hochspannungsbatterie 72 alleine starten kann, Energie zu der Hochspannungsbatterie 72 oder dem Hochspannungssystem von der Niederspannungsbatterie 70 dazu zu fügen. Der bidirektionale Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 72 kann in einem weiteren Beispiel Energie von der Niederspannungsbatterie 70 zu der Hochspannungsbatterie 72 entladen, wenn die Niederspannungsbatterie 70 von der Photovoltaikaufladung voll aufgeladen wird. Der Wandler 72 kann nahe an seinem optimalen Effizienzpunkt (höhere Energie) betrieben werden, um für kurze Zeiten von der Niederspannungsbatterie 70 zu der Hochspannungsbatterie 72 hochzusetzen, siehe 13. Bei einem weiteren Beispiel kann der Wandler 73 als ein spezieller Verstärkungswandler verwendet werden. Die Hochspannungsbatterie 72 kann Energie zwischen gespeicherter chemischer Energie und elektrischer Energie umwandeln. Bei einem Beispiel versorgt sie Hochspannungssysteme des Fahrzeugs, einschließlich des Antriebsstrangs, HVAC-Anlagen etc., mit Energie. 12 zeigt Beispiele für Energiebetriebsbereiche über jede Komponente. Bei einem Beispiel liegt der Bereich der Hochspannungsbatterie 72 in der Regel zwischen ca. 210 und 420 V, der der Hochsetzung von dem bidirektionalen Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 73 zwischen ca. 216 bis 422 V; der Betriebsbereich der Niederspannungsbatterie liegt bei ca. 10 bis 16 V über eine Energie von bis zu 600 W, die Hochsetzung über Niederspannungs-Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 36 liegt bei ca. 14–16 V über eine Energie von bis zu ca. 160 W, und die Photovoltaikvorrichtung 14 erzeugt eine Spannung von 10 bis 12 V.
13 veranschaulicht einen beispielhaften Graph von gemessener Energie, die ein Niederspannungs- zu Hochspannungsaufladesystem der vorliegenden Offenbarung verwendet. Testbedingungen zum Messen der Photovoltaikvorrichtungsausgangsenergie enthielten ein Bestrahlungsniveau von 1000 W/m²; Bezugsluftmasse von 1,5 Solarspektrumsbestrahlungsstärkenverteilung; und Zellen- oder Modulanschlusstemperatur von 25°C. Die zugefügte Energie wurde von der Zeit an einem Sommertag in einer vorbestimmten Stadt, in diesem Beispiel Sacramento, abhängig gemacht. Bei Stunde null (Sonnenaufgang) wird das Fahrzeug mit seiner Niederspannungsbatterie bei einem definierten minimalen Ladungszustand gestartet. Während der Stunden 1–8 lädt das Fahrzeug die Niederspannungsbatterie von der Photovoltaik auf, wie in 9–11 gezeigt, und das Hochspannungsbatteriesystem bleibt ausgeschaltet. Zur Stunde 8 erreicht die Niederspannungsbatterie ihren maximal erlaubten Ladungszustand und entlädt sich zur Hochspannungsbatterie mittels Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Hochsetzumwandlung, wie in 12 gezeigt. Die von der Photovoltaik erhaltene Energie setzt gleichzeitig mit Energie von der Niederspannungsbatterie in diesem Zeitintervall hoch. Dies geschieht am Punkt der Höchsteffizienz des Systems, der auf einer höheren Energie liegt, als die Photovoltaik alleine erbringen kann. Begrenzen des Hochspannungssystems auf dieses Zeitintervall erhöht die Langlebigkeit. Es kann auch die Sicherheit beim Betrieb der Hochspannungsbatterie erhöhen. Während der Stunden 9–16 lud die Niederspannungsbatterie wie in den Stunden 1–8 weiterhin auf. Ohne die Fähigkeit der Niederspannungs- zu Hochspannungsaufladung würde das System diese Energie nicht auffangen, denn die Niederspannungsbatterie würde relativ voll bleiben. Bei einem Beispiel kann zur Erhöhung der Sicherheit der Niederspannung-zu-Hochspannungswandler mit der Hochspannungsbatteriepackung gepackt sein. Dies trägt zur Minimierung der Möglichkeit eines Kontakts mit dem Hochspannungssystems während des Hochspannungsstarts bei.
Bei einem Beispiel wird die Hochspannungsbatterie von dem Photovoltaiksystem über den bidirektionalen Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler wie in 14 gezeigt geladen. Der Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler mit MPP-Nachführung kann die Energie von dem Spannungsniveau der Photovoltaik auf das Niveau, das die Hochspannungsbatterie zum Laden benötigt, hochsetzen. Das Packen des Wandlers in das gleiche Gehäuse wie die Hochspannungsbatterie reduziert die Anzahl von Komponenten, die Kosten und das Gewicht. Eine geringe Reduzierung der Effizienz kann vorkommen. Die Pfeile zeigen den Energiefluss zwischen der Hochspannungsbatterie 72, dem bidirektionalen Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 73, der Photovoltaik 14 und der Niederspannungsbatterie 70. 14 zeigt Beispiele von Energiespannungsbereichen jeder Komponente während normalen Betriebs. Bei einem Beispiel liegt der Bereich der Hochspannungsbatterie 72 in der Regel zwischen ca. 210 bis 420 V, der des Hochsetzens von dem bidirektionalen Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 73 bei ca. 10 bis 16 V, und das Tiefsetzen über die Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 73 zu der Niederspannungsbatterie 70 liegt im Bereich von ca. 14–16 V.
Bei einem Beispiel wird der bidirektionale Wandler 73 in der Regel nicht gleichzeitig hochsetzen und tiefsetzen. Dementsprechend lädt dar Solarkollektor 14 die Hochspannungsbatterie 72 nicht auf, während die Hochspannungsbatterie 72 Niederspannungskomponenten mit Strom versorgt oder wenn die Niederspannungsbatterie 70 auflädt. Dementsprechend schließen sich die Energiepfade 141 und 142 gegenseitig aus. Für ein System mit einer relativ kleinen Niederspannungsbatterie 70 kann dies bedeuten, dass das System nicht Solarenergie auffangen kann, während das Fahrzeug angeschaltet ist. Die würde die Nützlichkeit des Photovoltaiksystems jedoch nur gering reduzieren, da häufig die Solaraufladung geschieht, wenn das Fahrzeug geparkt ist. Für ein System mit einer normalen oder großen Niederspannungsbatterie 70 kann Solaraufladung auch stattfinden, wenn das Fahrzeug angeschaltet ist: Niederspannungssysteme können Energie, die in der Niederspannungsbatterie 70 gespeichert ist, benutzen, und der Wandler 73 kann die Aufgaben schalten, um wenn nötig die Niederspannungsbatterie periodisch aufzuladen. Bei diesem Szenarium vernachlässigt das System potenzielle Solarenergie nur, wenn die Niederspannungsbatterie 70 auflädt. Das System kann eine direkte Verbindung mit dem Niederspannungsbus 150 (kein Wandler) von der Photovoltaik 14 aufweisen, zu der das Photovoltaiksystem 14 über Schalter 151 automatisch schalten würde, wenn es von Vorteil wäre. Dementsprechend wenn die Spannung ausreicht, die Anforderungen des Niederspannungsbus 150 zu treffen (z. B. zum Laden der Niederspannungsbatterie, wie in 15, oder zur Versorgung von Niederspannungseinrichtungen mit Energie), selbst ohne MPP-Nachführung. Alternativ kann die Photovoltaik direkt mit den Niederspannungs- und Hochspannungswandlern verbunden sein. Auf diese Weise kann das System fast die ganze zur Verfügung stehende Energie in verschiedenen Situationen verwenden, und ferner die MPP-Nachführung ausnutzen, wie in 16 gezeigt.
Das Hybridfahrzeug kann andere Merkmale enthalten, die herkömmlich bei einem Fahrzeug bekannt sind, wie einen Benzinmotor, andere Steuerungen, einen Antriebsstrang oder dergleichen.
In Hinblick auf die obigen Lehren sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Offenbarung möglich. Daher kann die vorliegende Offenbarung innerhalb des Umfangs der angehängten Ansprüche auch anders als speziell beschrieben ausgeübt werden.

Claims

Photovoltaikspeicher- und aufladesystem für ein Fahrzeug, umfassend: eine an dem Fahrzeug angeordnete Photovoltaikvorrichtung zur Absorption von Strahlungsenergie und Umwandlung der absorbierten Strahlungsenergie in elektrische Energie; mindestens eine Energiespeichereinrichtung zum Speichern der elektrischen Energie von der Photovoltaikvorrichtung und Liefern von gespeicherter elektrischer Energie zur Verwendung durch das Fahrzeug und einen elektrischen Energiewandler, der zwischen der Photovoltaikvorrichtung und der Energiespeichereinrichtung angeordnet ist, wobei der Wandler dazu ausgelegt ist, die elektrische Energie von der Photovoltaikvorrichtung zu erhalten, die Energie auf ein vorbestimmtes Niveau zum Laden der Energiespeichereinrichtung hochzusetzen und die hochgesetzte elektrische Energie an die Energiespeichereinrichtung zu liefern.
System nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Energiespeichereinrichtung um eine Niederspannungsbatterie handelt.
System nach Anspruch 1, wobei die Photovoltaikvorrichtung mehrere Solarmodule enthält, die elektrisch voneinander isoliert sind, und wobei jedes Solarmodul mehrere Solarzellen enthält.
System nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem elektrischen Energiewandler um einen Niederspannungs-Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Verstärkungswandler handelt.
System nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Hochspannungsbatterie und einen mit der Hochspannungsbatterie verbundenen bidirektionalen Hochspannungs-Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler und die Niederspannungsbatterie zur Steuerung des Energieflusses zwischen der Niederspannungsbatterie und der Hochspannungsbatterie aufgrund eines Ladungszustands der Niederspannungsbatterie.
System nach Anspruch 5, wobei ein Batterieüberwachungssystem den Ladungszustand der Niederspannungsbatterie überwacht, um zuerst die Niederspannungsbatterie mit elektrischer Energie von der Photovoltaikvorrichtung zu laden und dann die Hochspannungsbatterie mit elektrischer Energie von der Photovoltaikvorrichtung zu laden.
System nach Anspruch 6, wobei das Photovoltaiksystem mit dem bidirektionalen Hochspannungs-Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler zur Aufladung der Hochspannungsbatterie verbunden ist.
System nach Anspruch 7, ferner umfassend ein Hilfsenergiemodul, das dazu ausgelegt ist, den Energiefluss zu überwachen und die Spannung in der bidirektionalen Energieverteilung zwischen der Niederspannungsbatterie und der Hochspannungsbatterie hochzusetzen oder zu reduzieren.
System nach Anspruch 8, ferner umfassend ein Batterieelektroniksteuermodul, das einen Ladungszustand der Hochspannungsbatterie überwacht und steuert.
System nach Anspruch 1, wobei die Energiespeichereinrichtung mit mindestens einer Hilfsfahrzeugkomponente verbunden ist.
Verfahren zum Speichern und Verteilen von Solarenergie für ein Fahrzeug, umfassend: Auffangen von Solarenergie unter Verwendung einer Photovoltaikvorrichtung, die an einem Fahrzeug angebracht ist, wobei die Photovoltaikvorrichtung mehrere Solarmodule, die elektrisch voneinander isoliert sind, enthält und jedes Solarmodul mehrere Solarzellen enthält; Umwandeln der Solarenergie in elektrische Energie durch die Photovoltaikvorrichtungssolarzellen; Erhalten der elektrischen Energie von der Photovoltaikvorrichtung durch einen elektrischen Energiewandler und Hochsetzen der elektrischen Energie auf ein vorbestimmtes Niveau zum Laden der Energiespeichereinrichtung; Liefern der hochgesetzten elektrischen Energie an einen Energiespeicher und Verteilen der hochgesetzten Energie zur Verwendung beim Betrieb des Fahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei es sich bei der Energiespeichereinrichtung um eine Niederspannungsbatterie handelt.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend den Schritt des Steuerns des Energieflusses zwischen der Niederspannungsbatterie und der Hochspannungsbatterie aufgrund eines Ladungszustands der Niederspannungsbatterie über einen mit der Hochspannungsbatterie verbundenen bidirektionalen Hochspannungs-Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend den Schritt des Überwachens eines Ladungszustands der Niederspannungsbatterie, um zuerst die Niederspannungsbatterie mit elektrischer Energie von der Photovoltaikvorrichtung zu laden und dann die Hochspannungsbatterie mit elektrischer Energie von der Photovoltaikvorrichtung zu laden.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend den Schritt des Überwachens des Energieflusses, um die Spannung in der bidirektionalen Energieverteilung zwischen der Niederspannungsbatterie und der Hochspannungsbatterie hochzusetzen oder zu reduzieren.