DE112010000745T5

DE112010000745T5 - Solarenergieladung und -verteilung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE112010000745T5
Application number: DE112010000745T
Authority: DE
Inventors: Kevin Walsh; Augusto Landestoy
Original assignee: Fisker Automotive Inc
Current assignee: Fisker Automotive Inc
Priority date: 2009-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2013-01-10
Also published as: DE112010000733T5; WO2010083435A1; JP2012515452A; WO2010083408A1; WO2010083460A1; CN102369619A; CN102369646A; JP2012515116A; US20130092457A1; DE112010001883T5; US20120133322A1; US20120136534A1; JP2012515526A; CN102368930A

Abstract

Solarenergielade- und Regelungssystem für ein Fahrzeug, das eine photovoltaische Vorrichtung zum Empfangen von Solarenergie und zum Umwandeln der Solarenergie in elektrische Energie enthält. Das System enthält eine Benutzerschnittstelle zum Auswählen eines vorbestimmten Solarenergiemodus und eine Steuerung, die in Wirkverbindung mit der Benutzerschnittstelle steht. Die Schnittstelle ermöglicht ein selektives Verteilen von Energie von der photovoltaischen Vorrichtung zum Betreiben einer Fahrzeugkomponente, die dem ausgewählten Solarenergiemodus zugeordnet ist.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen ein Fahrzeug und insbesondere ein Fahrzeug, das Solarenergie als Energiequelle verwendet, und die Regelung der Solarenergieverteilung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge, wie ein Kraftfahrzeug, verwenden eine Energiequelle zur Bereitstellung von Energie zum Betreiben eines Fahrzeugs. Während Produkte auf Petroleumbasis als Energiequelle dominieren, stehen alternative Energiequellen zur Verfügung, wie Methanol, Ethanol, Erdgas, Wasserstoff, Elektrizität, Solarenergie oder dergleichen. Ein hybrid angetriebenes Fahrzeug verwendet eine Kombination von Energiequellen zum Betreiben des Fahrzeuges. Solche Fahrzeuge sind wünschenswert, da sie die Vorteile vieler Kraftstoffquellen zur Verbesserung der Leistung und Reichweite des Fahrzeugs nutzen, wie auch die Auswirkung auf die Umwelt relativ zu einem vergleichbaren, mit Benzin betriebenen Fahrzeug verringern.
Ein Beispiel für ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug, das sowohl elektrische wie auch Solarenergie als Energiequelle verwendet. Ein Elektrofahrzeug ist aufgrund seiner Eigenschaften einer geringen Emission und der allgemeinen Verfügbarkeit von Elektrizität als Energiequelle für die Umwelt von Vorteil. Die Batteriespeicherkapazität begrenzt jedoch die Leistung des Elektrofahrzeuges relativ zu einem vergleichbaren, mit Benzin betriebenen Fahrzeug. Solarenergie ist sofort verfügbar, könnte alleine aber nicht ausreichen, um das Fahrzeug zu betreiben. Daher besteht in der Technik ein Bedarf an einem Hybridfahrzeug mit einem verbesserten Verteilungssystem für photovoltaische Energie.
KURZDARSTELLUNG
Daher betrifft die vorliegende Offenbarung ein Solarenergieladungs- und Regelungssystem für ein Fahrzeug, das eine photovoltaische Vorrichtung für den Empfang von Solarenergie und die Umwandlung der Solarenergie in elektrische Energie enthält. Das System enthält eine Benutzerschnittstelle zur Auswahl eines vorbestimmten Solarenergiemodus und eine Steuerung, die betriebsbereit mit der Benutzerschnittstelle verbunden ist. Die Schnittstelle ermöglicht eine selektive Verteilung von Energie von der photovoltaischen Vorrichtung zum Betreiben einer Fahrzeugkomponente, die dem gewählten Solarenergiemodus zugeordnet ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Offenbarung besteht darin, dass vom Benutzer wählbare Solarladungsmodi zur Verfügung stehen. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Offenbarung ist ein effizienterer Fahrzeugbetrieb durch eine Energieverteilung zwischen Nieder- und Hochspannungs-Energiespeichervorrichtungen. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung einer externen Solarladungslichtanzeige. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Offenbarung ist, dass das System mit einer Energiespeichervorrichtung, wie einer Batterie, in Verbindung steht und in dieser Energie speichert. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Offenbarung ist, dass die vom Solarkollektor erzeugte Energie für eine spätere Verteilung gespeichert werden kann.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden offensichtlich sein, da sie durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlicher werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem photovoltaischen System, das am Dach des Fahrzeuges montiert ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem photovoltaischen System, das am Kofferraum des Fahrzeuges montiert ist.
3 ist eine perspektivische Draufsicht auf einen Solarkollektor für das Fahrzeug.
4 ist eine Draufsicht auf einen Solardachkollektor.
5 ist eine in Einzelteile aufgelöste Detailzeichnung des Solarkollektors.
6 ist eine Detailansicht miteinander verbundener, benachbarter Solarzellen.
7 ist ein Blockdiagramm, das das Solarladesystem für das Fahrzeug zeigt.
8 ist ein Blockdiagramm, das ein Solarladesystem für das Fahrzeug zeigt.
9 ist ein Blockdiagramm, das den Energiefluss während einer Niederspannungsladung und Hochspannungsladung des Fahrzeugs zeigt.
10 ist eine schematische Ansicht, die ein Niederspannungsbatterieladesystem mit einem Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler für das Fahrzeug zeigt.
11 ist ein schematisches Flussdiagramm, das eine Niederspannungsladungsverteilung von einem Solarkollektor und die Energieverteilung zu Fahrzeugkomponenten zeigt.
12 ist ein schematisches Flussdiagramm, das eine Niederspannungsladung zur Hochspannung mit Hilfe eines bidirektionalen Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlers zeigt.
13 ist eine Grafik, die ein Beispiel einer Energieverteilung abhängig von der Zeit zeigt.
14 ist ein schematisches Flussdiagramm, das eine Energieverteilung innerhalb eines Hochspannungsladesystems zeigt.
15 ist ein schematisches Flussdiagramm, das ein Hochspannungsladesystem mit Energieflusspfadschaltern zeigt.
16 ist ein schematisches Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel einer Nieder- und Hochspannungsladung zeigt, mit Schaltern und einem Niederspannungs-Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler und einem bidirektionalen Hochspannungs-Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler.
17 ist ein schematisches Diagramm einer Anzeige einer beispielhaften Ladungsmodus-Benutzerschnittstelle für das Fahrzeug.
18 ist ein schematisches Flussdiagramm für ein Ladungsmodus-Regelungssystem.
19 ist eine Darstellung, die eine Solarenergieladeanzeige zeigt.
BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist ein Fahrzeug 10 mit einem Solarkollektor 14 dargestellt. In diesem Beispiel ist das Fahrzeug 10 ein Einschub-Hybridfahrzeug, das sowohl durch Solarenergie wie auch elektrische Energie angetrieben wird. Das Fahrzeug 10 enthält eine Karosserie mit einem Rahmen und Außenplatten 12, die den Rahmen bedecken und mit diesem gemeinsam die Form des Fahrzeugs bilden. Das Fahrzeug 10 enthält einen Innenraum 11, der als Fahrgastraum bezeichnet wird. Für ein Fahrzeug 10 vom Cabriotyp kann der Fahrgastraum 11 von einem beweglichen Klappverdeck umgeben sein, das den Fahrgastraum 11 in einer ausgefahrenen Position umschließt. Das Fahrzeug 10 enthält auch einen Lagerraum 13, der als Kofferraum oder Gepäckraum 13 bezeichnet wird. Der Kofferraum oder Gepäckraum 13 ist über einen Kofferraumdeckel 15 zugänglich. Der Kofferraumdeckel 15 ist ein Plattenelement, das schwenkbar mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, so dass der Kofferraumdeckel 15 in mehrere Positionen gestellt werden kann. Zum Beispiel kann der Kofferraumdeckel 15 um eine Vorderkante 15A schwenken, um Zugang zum Kofferraum 13 des Fahrzeugs 10 zu schaffen, und um eine Hinterkante 15B, um das gefaltete Dach im Fahrzeugkofferraum zu verstauen.
Das Fahrzeug 10 enthält auch ein Antriebsaggregat, das zum Antreiben des Fahrzeugs 10 betätigbar ist. In diesem Beispiel ist das Antriebsaggregat ein Einschub-Hybrid und enthält einen elektrisch angetriebenen Motor und eine Motorsteuerung.
Das Fahrzeug 10 könnte auch einen benzinbetriebenen Motor enthalten, der den Elektromotor ergänzt, falls dies unter gewissen Betriebsbedingungen notwendig ist. Die elektrische Energie kann in einer Energiespeichervorrichtung, wie einer Batterie, gespeichert werden, die noch beschrieben wird. Es stehen verschiedene Arten von Batterien zur Verfügung, wie Bleisäure oder Lithiumionen oder dergleichen. Es sollte klar sein, dass das Fahrzeug 10 mehr als eine Art von Batterie oder Energiespeichervorrichtung enthalten kann. Die Batterie liefert die Energie in Form von Elektrizität zum Betreiben verschiedener Fahrzeugkomponenten. In diesem Beispiel ist es eine Niederspannungsbatterie 70, die die Fahrzeugkomponenten mit elektrischer Energie versorgt (z. B. eine typische 12 V Bleisäurebatterie), und eine Hochspannungsbatterie 72 (z. B. über 60 V Antriebsbatterie), und in diesem Beispiel eine 400 V Antriebsbatterie, die einen elektrischen Antriebsmotor mit elektrischer Energie versorgt. Die Batterien 70, 72 können mit einem Steuersystem verbunden sein, das die Energieverteilung im Fahrzeug 10 reguliert, wie zu dem elektrischen Antriebsmotor oder einer Fahrzeugkomponente oder anderen Zubehörteilen oder dergleichen. In diesem Beispiel empfängt die Hochspannungsbatterie elektrische Energie von einer Einschub-Quelle und einem Benzinmotor, und die Niederspannungsbatterie 70 empfängt elektrische Energie von der Hochspannungsbatterie oder einer photovoltaischen Quelle in einer Art, die noch beschrieben wird. In einem weiteren Beispiel können die Hochspannungsbatterie 72 und die Niederspannungsbatterie 70 elektrische Energie von einer Solarquelle empfangen.
Unter Bezugnahme auf 3 bis 6 enthält das Fahrzeug eine photovoltaische Vorrichtung 14, die Lichtenergie empfängt und diese Energie in elektrische Energie umwandelt. In einem Beispiel ist die photovoltaische Vorrichtung ein im Allgemeinen planarer Solarkollektor 14, der auf einer Oberfläche des Fahrzeugs 10 positioniert ist, so dass er Strahlungsenergie von der Sonne empfängt. Der Solarkollektor 14 ist so positioniert, dass das Sammeln von Strahlungsenergie erleichtert wird, wie innerhalb einer Dachplatte, des Kofferraumdeckels 15 oder einer anderen Fahrzeugkarosserieplatte 12. In einem Beispiel kann der Solarkollektor 14 eine im Allgemeinen planare Geometrie, eine krummlinige Geometrie definieren oder sich sonst den Konturen der Fahrzeugaußenplatte 12 anpassen. In einem weiteren Beispiel können zur Vergrößerung der photovoltaischen Fläche zurückziehbare Solarkollektoren vorgesehen sein, die betätigt werden können, um die Solarkollektoren zu öffnen und dem Sonnenlicht auszusetzen.
Der Solarkollektor 14 ist zum Sammeln von Strahlungsenergie von der Sonne und zum Umwandeln der Sonnenenergie in gespeicherte elektrische Energie betätigbar, die zur Verwendung beim Betrieb des Fahrzeugs 10 zur Verfügung steht. Die Solarenergie steht als Ergänzung jener der anderen Energiequellen zur Verfügung, wie einer Einschub-Quelle oder eines fossilen Brennstoffs dieses Beispiels. Die ergänzende Solarenergie erhöht effektiv die Leistung des Fahrzeugs 10, d. h., ein erhöhter elektrischer Bereich zur Verwendung durch andere Fahrzeugelemente oder Zubehörteile.
Der Solarkollektor 14 enthält mehrere Solarzellen 20, die in einer Solargruppe angeordnet sind, wie in den 3, 4 und 7 dargestellt. In einem Beispiel können die einzelnen Solarzellen 20 in einer Polymerschicht 18 eingekapselt sein. Die Solarzellen 20 wandeln absorbiertes Sonnenlicht operativ in Elektrizität um. Die Zellen 20 können gruppiert und elektrisch verbunden und gemeinsam in einer Weise, die noch beschrieben wird, gepackt sein. Im Allgemeinen besteht eine Solarzelle 20 aus einem Halbleitermaterial, wie Silizium, kristallinem Silizium, Galliumarsen (GaAs) oder dergleichen. Wenn die Solarzelle 20 Sonnenlicht empfängt, wird ein Teil des Sonnenlichts in dem Halbleiter absorbiert und die Energie des absorbierten Lichts wird zum Halbleitermaterial übertragen. Die Energie von dem Sonnenlicht setzt Elektronen innerhalb des Halbleitermaterials frei, die als freie Träger bezeichnet werden. Diese freien Elektronen können sich zur Erzeugung von elektrischem Strom bewegen und der entstehende freie Elektronenstrom erzeugt ein Feld, das eine Spannung verursacht. An der Zelle 20 sind Metallkontakte befestigt, so dass der Strom aus der Zelle abgezogen und woanders verwendet werden kann. Die Metallkontakte können in einem vorbestimmten Muster in einer Art angeordnet sein, die noch beschrieben wird.
Der Solarkollektor 14 ist in vier Sektionen oder Module 22 unterteilt, die elektrisch getrennte Zonen bilden. Die Solarzellen 20 sind in jedem Modul in einer vorbestimmten Anordnung oder in einem Muster, wie einer Gruppe, angeordnet. Zum Beispiel kann jedes Modul eine Gruppe von 5 mal 4 Zellen enthalten. Die Module 22 selbst sind durch einen Querverbinder 24 oder Sammelschienen verbunden, wie in 6 dargestellt. Ferner ist jede Zelle 20 in einem Modul elektrisch in Serie durch einen Zellverbinder 26 oder Stringer verbunden, wie in 6 dargestellt. Die Dimension jeder Zelle in dem Modul und der entsprechenden Gruppe ist so bemessen, dass der verfügbare Raum ausgefüllt ist. In einem besonderen Beispiel definiert die Gruppe ein teilweise und im Allgemeinen gespreiztes Muster.
Der Solarkollektor 14 kann unter Verwendung verschiedener Techniken hergestellt werden, deren Auswahl nicht einschränkend ist. In einem Beispiel wird der Solarkollektor aus einer Glasplatte mit einer Laminatstruktur hergestellt. In einem anderen Beispiel kann das photovoltaische System in einer Verbundstruktur montiert oder integriert sein, wie integriert in einem Polymer- oder Verbundmaterial gebildet sein. Das Solarmodul kann in einem hochbeständigen Polymer, wie einem kratzfesten Polykarbonat laminiert sein. In einem weiteren Beispiel sind die Solarmodule 22 in einem Dünnfilm, wie amorphem Silizium oder dergleichen montiert. In einem weiteren Beispiel enthält das photovoltaische System Module 22, die in anderen frei liegenden Fahrzeugstrukturen gebildet sind, wie in einem Fenster. Organische Solarkonzentratoren oder spezielle getönte Fenster können verwendet werden, die Licht zu Solarzellen an ihren Kanten lenken. Dementsprechend beeinflusst die Solarkollektorstruktur Eigenschaften des Fahrzeugs, wie Gewicht, Kosten, Aufmachung oder dergleichen.
Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Beispiel einer Laminat-Solarkollektorstruktur dargestellt. Somit kann eine erste Schicht 16 ein Unterlagenmaterial, wie ein Folienmaterial sein. Eine zweite Schicht 18 kann eine Polymerschicht sein. Ein Beispiel eines Polymermaterials ist Ethylenvinylacetat (EVA) oder dergleichen. Eine dritte Schicht kann ein Glasmaterial sein. Die Solarzellen 20 können in einem Polymermaterial enthalten sein. Die zweite Schicht 18 kann eine andere Schicht der Polymerbeschichtung enthalten, wodurch die Solarzellen 20 und Verbinder 24 und 26 zwischen den Polymerschichten liegen. In einem Beispiel enthält der Solarkollektor des Weiteren eine dritte oder Deckschicht 28 aus Glas (5). Diese Deckschicht 28 kann verschiedene Beschichtungen enthalten, die dekorativer oder funktioneller Art sein können. Zum Beispiel kann eine Innenfläche der Deckschicht 28 eine Antireflexbeschichtung aufweisen, da Silizium ein glänzendes Material ist und Photonen, die reflektiert werden, von der Zelle 20 nicht verwendet werden können. In einem Beispiel verringert die Antireflexbeschichtung die Reflexion von Photonen. Die Antireflexbeschichtung kann ein Verdunklungsschirm sein, der über allen Flächen der Deckschicht aufgebracht wird, außer über den Zellen 20, die Solarenergie sammeln. Die Antireflexbeschichtung kann eine schwarze Farbe haben. Zum Beispiel kann die schwarze Beschichtung ein Material wie eine Acryl- oder Frittenfarbe oder dergleichen sein. Die Deckschicht 28 kann zusätzliche grafische Beschichtungen 32 enthalten, die visuell das Aussehen des Solarkollektors verbessern. In einem Beispiel kann ein zusätzliches grafisches Muster 32 auf der oberen Glasschicht aufgetragen werden, wie durch einen Streich- oder Siebdruckprozess. In einem weiteren Beispiel ist das grafische Muster ein Goldanstrich. Die Schichten können durch Anwendung von Wärme mit dem Glas verbunden werden, wodurch die Schichten zu einer einzigen Einheit gebildet werden.
Der Solarkollektor 14 steht betriebsbereit mit einem Solarladesystem 34 in Verbindung. Zur Maximierung der Solarenergie, und dadurch zum Ausgleichen des Kraftstoffverbrauchs, wird die Energie, die vom Solarkollektor 14 erzeugt wird, gespeichert. Für gewöhnlich wird die Energie in der Niederspannungsbatterie 70 gespeichert. Ferner kann das Solarladesystem 34 betriebsbereit mit einem Fahrzeugladesystem in einer Art verbunden sein, die noch beschrieben wird. Jedes der Module 22 im Solarkollektor beinhaltet ein Nachführelement für den Punkt maximaler Leistung (Maximum Power Point – MPP), das den Leistungsausgang für verschiedene Sonnenstrahlungswinkel und Teilschattenbedingungen des Solarkollektors 14 in einer Art maximiert, die noch beschrieben wird. Dieses Element nimmt an, dass, wenn eine Zelle 20 in einem bestimmten Modul 22 im Schatten liegt, die Leistung anderer Zellen auf dem Modul auch verringert sein kann. Da jedes Modul 22 von den anderen Modulen elektrisch getrennt und isoliert und somit unabhängig ist, kann der Energiesammelbetrieb der anderen verfügbaren Module 22 optimiert werden.
Unter Bezugnahme auf 7 wird das Nachführelement für den Punkt maximaler Leistung beschrieben. Das Solarladesystem 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. Zum Beispiel ist jedes Modul 22 an einen Leistungsverstärker oder Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 36 gekoppelt, um den Spannungsausgang von diesem Modul 22 einzustellen. Die Spannung von den Modulen 22 ist niedriger als jene, die zum Laden einer Niederspannungsbatterie 70 notwendig ist. Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung jedes Moduls 22 aufrechterhalten und somit kann die Solarenergie zum Laden der Niederspannungsbatterie 70 verwendet werden. In einem Beispiel kann jedes Solarkollektormodul 22 bis zu 3 Amp ausgeben, d. h., insgesamt 12 Amp für vier Module 22. In diesem Beispiel ist der Leistungsverstärker 36 ein Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Energieverstärkungswandler 36, der Strom vom Solarmodul 22 empfängt und die Spannung in einen Bereich umwandelt, der vom Fahrzeug nutzbar ist. Typische Bereiche beinhalten 14 bis 16 V für eine Niederspannungsbatterie oder etwa 216 bis 422 V für eine Hochspannungsbatterie. In einem weiteren Beispiel ist die Ausgangsspannung des Moduls 22 10 bis 12 V und der Ausgang des Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlers ist 14 bis 16 V.
Jedes Modul 22 enthält elektrische Leitungen, die die Spannung zum Wandler 36 leiten. Die Energiespeichervorrichtung oder Batterie 70 enthält einen a positiven Anschluss 71a und einen negativen Anschluss 71b. Die Spannung vom Modul 22 wird an den Wandler 36 durch eine positive Spannungseingangsleitung 79a und eine negative Spannungseingangsleitung 79b abgegeben. Der Ausgang des Wandlers 36 enthält eine positive Ausgangsspannungsleitung 79c und eine negative Ausgangsspannungsleitung 79d, die dem positiven Anschluss 71a bzw. negativen Anschluss 71b entsprechen.
Abhängig von dem verfügbaren Sonnenlicht in Bezug auf die Fahrzeugposition können die Solarmodule 22 oder photovoltaischen Module im Teil- oder Vollschatten sein. Schatten für eine einzelne Zelle kann eine Leistungsabnahme des entsprechenden Moduls bewirken. Zum Beispiel kann ein 3% Schatten einen Leistungsverlust von 25% verursachen. Zur Minimierung von Teilschattenverlusten ist jedes Modul 22 von den anderen elektrisch isoliert. Jedes Modul 22 enthält sein eigenes Nachführelement für den Punkt maximaler Leistung (MPP). MPP ist der Punkt der Strom-Spannungskurve (I–V) eines Solarmoduls 22 unter Beleuchtung, an dem das Produkt aus Strom und Spannung maximal ist (P_max, gemessen in Watt). Die Punkte auf den T- und V-Skalen, die diesen Kurvenpunkt beschreiben, werden als I_mp (Strom bei maximaler Leistung) und V_mp (Spannung bei maximaler Leistung) bezeichnet.
Wenn der Solarkollektor eine komplizierte Krümmung aufweist (d. h., eine Krümmung in mehrere Richtungen, wie in 1 dargestellt), empfängt eine Ecke des Dachs bei verschiedenen Sonnenstrahlungswinkeln mehr Strahlung als ein anderer Teil. Somit können die Zellen 20 in dem Modul 22 zur Maximierung des Strahlungsempfangs angeordnet sein. Da der Solarkollektor 14 in mehrere Module 22, wie vier in diesem Beispiel, unterteilt ist, können Teilschattenbedingungen, die nur ein Modul betreffen, gemildert werden. Zum Beispiel beeinflusst ein Objekt, das auf der Solarzelle liegt, die in einem Modul 22 enthalten ist, keines der anderen Module 22.
Unter Bezugnahme auf 8 und 9 kann das Solarladesystem 34 ein Batterieüberwachungssystem (”battery monitoring system” – BMS) 38 enthalten, das den Ladezustand der Niederspannungsbatterie 70 überwacht. In einem Beispiel variiert die Spannung der Niederspannungsbatterie während des typischen Fahrzeugbetriebs zwischen 8 und 16 V. In einem weiteren Beispiel kann das BMS 38 auch zur Überwachung der Menge an Solarenergie verwendet werden, die von den Modulen 22 absorbiert wird. Eine bidirektionale Energieflusseigenschaft kann zwischen der Niederspannungsbatterie 70 und einer Hochspannungsbatterie 72 verwendet werden, abhängig vom Ladezustand. Das BMS 38 kann elektrische Sensoren enthalten, die Parameter der Batterie 70 und den Solarenergiefluss von den Modulen 22 messen. Das BMS 38 kann dann mit einer Hybrid-Steuereinheit (”hybdrid control unit” – HCU) 44 in Verbindung stehen, die die aufgezeichneten Daten empfängt, um möglicherweise die Fahrzeugleistung einzustellen. Die HCU 44 kann so programmiert sein, dass sie den Betrieb verschiedener Fahrzeugkomponenten einstellt, um einen effizienteren Betrieb auf der Basis vorbestimmter oder vorprogrammierter Parameter zu ermöglichen.
Das Solarladesystem 34 kann des Weiteren ein Zubehörenergiemodul (”accessory power module” – APM) 40 enthalten, das mit einem Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 73 in Verbindung steht, um die Spannung im bidirektionalen Energiefluss zwischen der Niederspannungsbatterie 70 und einer Hochspannungsbatterie 72 zu verstärken oder zu verringern. Zum Beispiel verstärkt oder verringert der Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 73, der zwischen einer Hochspannungs- 72 und einer Niederspannungsbatterie 70 verwendet wird, die Spannung abhängig davon, in welche Richtung die Energie fließt. Das APM 40 überacht den Energiefluss zur Kommunikation mit dem Solarladesystem 34, so dass die Energieverteilung zu den Batterien 70 und 72 optimiert ist.
Das Solarladesystem 34 kann des Weiteren ein elektronisches Batteriesteuermodul (”battery electronic control module” – BECM) 42 enthalten, das den Status überwacht und den Ladezustand der Hochspannungsbatterie 72 steuert. Es ist jedoch klar, dass das BECM 42 so gestaltet sein kann, dass es den Status und die Ladezustände mehrerer Energiespeichervorrichtungen überwacht, zum Beispiel der Niederspannungsbatterie 70 und der Hochspannungsbatterie 72. In einem weiteren Beispiel, können alternative Energiespeichervorrichtungen verwendet werden, wie ein Kondensator, mehrere Niederspannungsbatterien und dergleichen. Das Solarladesystem 34 enthält eine HCU 44, die eine Steuerung ist, die die Hochspannungsschütze (nicht dargestellt), wie die Hochspannungsunterbrechung, steuert. Die HCU 44 kann eine Schnittstelle mit anderen Steuerungen haben, wie dem Fahrzeugsteuerungsmodul (”vehicle control module” – VCM) 46, APM 40, BMS 38, und/oder BECM 42. Die erhaltene Ladung ist ein Dauerausgang. Das VCM 46 regelt die Leistungsverteilung zwischen der photovoltaischen Vorrichtung 14, dem Hochspannungsbatterieladesystem und dem Elektromotor.
Energie, die vom Solarkollektor 14 umgewandelt wird, kann zum Laden der Niederspannungsbatterie 70 verwendet werden. Die Batterie 70 kann zum weiteren Laden der Hochspannungsbatterie verwendet werden. In einem Beispiel wird die Niederspannungsbatterie unter einer vorbestimmten Schwellenspannung gehalten, um kontinuierlich Energie vom Solarkollektor 14 zu empfangen. Daher kann das Fahrzeug 10 programmiert werden, um effizient auf der Basis vorbestimmter Parameter und der Energieverteilung zwischen der photovoltaischen Vorrichtung 14, der Niederspannungsbatterie 70, und der Hochspannungsbatterie 72 zu arbeiten.
Unter Bezugnahme auf die 10 bis 16 sind mehrere Beispiele des Ladesystems gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt. In einem Beispiel ist zur verstärkten Nutzung der Solarenergie und somit zum, zumindest teilweise, Ausgleichen des Kraftstoffverbrauchs, Energie in einer Energiespeichervorrichtung, wie einer Batterie, gespeichert. Die Energiespeichervorrichtung kann eine Batterie sein, einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Bleisäure, Bleischaum, AGM, Lithiumionen, Lithiumluft und dergleichen. Kondensatoren sind ein weiteres Beispiel einer Energiespeichervorrichtung. Die Energie wird von einem photovoltaischen System erzeugt. Wie schematisch in 10 dargestellt ist, gibt das photovoltaische System 14 Energie an einen oder mehrere Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 36 ab, der bzw. die den Energiepegel (d. h., die Spannung) erhöht bzw. erhöhen, um eine Niederspannungsbatterie 70 auszugleichen. Die Energie tritt durch den positiven Anschluss 71a und negativen Anschluss 71b in die Batterie.
11 zeigt ein Beispiel einer elektrischen Architektur, einschließlich der Ladung einer Niederspannungsbatterie. Pfeile stellen die Richtung der Datenübertragung oder des Energieflusses, wie zutreffend, dar. In dieser Architektur ist der Solarkollektor 14 an einen Verstärkungswandler 36 (Teil einer elektronischen Steuereinheit; ”electronic control unit” – ECU) gekoppelt, der Vorrichtungen direkt antreiben kann, wie ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HVAC)Systemgebläse 110. In einem Beispiel kann er eine Batterie 70 laden, die dann Vorrichtungen, wie ein Gebläse 110 antreiben kann. Das Gebläse 110 kann durch eine HVAC-Steuerung 111 gesteuert werden. Der Solarkollektor 14 wandelt elektromagnetische Strahlung (Licht) in elektrische Leistung (Strom und Spannung) um. Der Verstärkungswandler 36 verstärkt den Spannungsausgang vom Solarkollektor 14 auf einen Pegel, der für die Niederspannungssysteme des Fahrzeugs nützlich ist.
In einem Beispiel wird eine 12 V Batterie 70 als Niederspannungsbatterie 70 verwendet. Die Batterie 70 wandelt elektrische Energie in chemische Potentialenergie zum Speichern um und wandelt chemische Potentialenergie in elektrische Energie zur Verwendung durch Vorrichtungen um. Eine beispielhafte Vorrichtung, wie das HVAC-Gebläse 110, verwendet elektrische Energie um verschiedene Funktionen zu erfüllen. Das Gebläse 110 kann von dem Verstärkungswandler 36 direkt oder durch die 12 V Batterie 70 angetrieben werden. In einem Beispiel werden Steuerungen (VCM 46, HCU 44, APM 40, usw.) verwendet, die mit verschiedenen Systemen kommunizieren und Daten zur Steuerung von Komponenten verarbeiten und speichern. In einem weiteren Beispiel ist eine berührungsempfindliche Tafel 112 in dem Fahrzeug vorgesehen, die Benutzern ermöglicht, mit dem photovoltaischen System 14 zu interagieren, um z. B. auszuwählen, wie Solarenergie verwendet wird – für HVAC, Laden, usw. Sie zeigt auch Informationen über den Systembetrieb an. Sensoren, zum Beispiel ein Temperatursensor 113, der an die HVAC-Steuerung 111 angeschlossen ist, liefern einen Eingang zu Steuerungen, um den Systembetrieb zu beeinflussen. Zum Beispiel kann in einem bestimmten Modus das Fahrzeug Solarenergie direkt für die Lüftung anstatt zum Laden verwenden, wenn die Temperatur im Fahrgastraum über einen Schwellenwert steigt.
In einem Beispiel ist die Niederspannungsbatterie 70 auf einen minimalen annehmbaren Ladezustand (”state of charge” – SOC) verarmt und wird veranlasst, diesen Minimalpegel aufrechtzuerhalten, wenn das Fahrzeug läuft. Dies lässt mehr Ladungskapazität über, wenn das Fahrzeug außer Betrieb ist, wodurch die Nützlichkeit der Photovoltaik erhöht und mehr Kraftstoff ausgeglichen wird. Hielte man die Batterie 70 nahe dem maximalen SOC, würde die Solarenergie nur der Aufrechterhaltung der Ladung dienen und nicht vollständig zum Beispiel mit der Hochspannungsbatterie 72 genutzt werden.
Zusätzlich kann die Hochspannungsbatterie 72 durch die Niederspannungsbatterie 70 geladen werden, die kontinuierlich Energie von der photovoltaischen Vorrichtung 14 empfängt. Im Allgemeinen ist Solarenergie kaum imstande, eine Hochspannungsladung direkt aufrechtzuerhalten. Gewisse Komponenten, wie Hochspannungsschütze, können eine minimale Schwellenleistung für das Einschalten haben, die das photovoltaische System 14 möglicherweise selbst nicht erfüllen kann. Daher lädt die Photovoltaik die Niederspannungsbatterie kontinuierlich über den Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler mit MPP-Nachführung, bis sie einen Schwellenwert (wie eine annähernd volle Kapazität) erreicht, und an diesem Punkt lädt die Niederspannungsbatterie die Hochspannungsbatterie über einen Verstärkungswandler bei Spitzeneffizienz (relativ hohe Leistung), bis die Niederspannungsbatterie ihren minimalen Schwellenwert erreicht, und an diesem Punkt hört die Hochspannungsladung auf und die photovoltaische Niederspannungsladung wird fortgesetzt. Dieser Prozess kann solange wiederholt werden, solange photovoltaische Energie verfügbar ist. Während eine photovoltaische Vorrichtung möglicherweise nur 130 W erzeugen kann, kann eine Niederspannungsbatterie 70 imstande sein, durch einen Verstärkungswandler 73 zwischen der Niederspannungsbatterie 70 und Hochspannungsbatterie 72 auf Hochspannung bei 600 W verstärkt zu werden.
12 ist ein weiteres Beispiel des Ladesystems von 10. Die Pfeile stellen die Richtung des Energieflusses von der Photovoltaik 14 dar. In diesem Beispiel werden mehrere Wandler 36 verwendet. Ein bidirektionaler Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 73 dient vorwiegend für den Antrieb des Niederspannungssystems des Fahrzeugs und zum Aufrechterhalten einer Ladung in der Niederspannungsbatterie 70, wenn das Fahrzeug in Betrieb ist. Er dient auch dazu, zusätzliche Energie zu der Hochspannungsbatterie 72 oder dem Hochspannungssystem von der Niederspannungsbatterie 70 bei extremen Bedingungen zu leiten, wenn das Fahrzeug nicht nur mit der Hochspannungsbatterie 72 starten kann. Der bidirektionale Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 72 kann in einem weiteren Beispiel Energie von der Niederspannungsbatterie 70 zur Hochspannungsbatterie 72 entladen, sobald die Niederspannungsbatterie 70 durch photovoltaische Ladung vollständig geladen wird. Der Wandler 72 kann nahe seinem optimalen Effizienzpunkt (höhere Leistung) betrieben werden, um über kurze Perioden von der Niederspannungsbatterie 70 zur Hochspannungsbatterie 72 zu verstärken, siehe 13. In einem weiteren Beispiel kann ein Wandler 73 als zweckbestimmter Verstärkungswandler verwendet werden. Die Hochspannungsbatterie 72 kann Energie zwischen gespeicherter chemischer Energie und elektrischer Energie umwandeln. In einem Beispiel treibt sie die Hochspannungssysteme des Fahrzeugs an, einschließlich des Antriebsaggregats, der HVAC-Systeme, usw. 12 zeigt Beispiele für Energiebetriebsbereiche für jede Komponente. In einem Beispiel reicht die Hochspannungsbatterie 72 für gewöhnlich von etwa 210 bis 420 V, die Verstärkung von dem bidirektionalen Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 73 reicht von etwa 216 bis 422 V; der Betriebsbereich der Niederspannungsbatterie geht von etwa 10 bis 16 V über eine Leistung von bis zu etwa 600 W, die Verstärkung über die Niederspannungs-Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 36 geht von etwa 14–16 V über eine Leistung von bis zu etwa 160 W, und die photovoltaische Vorrichtung 14 ist betreibbar, um eine Spannung von 10 to 12 V zu erzeugen.
13 zeigt eine beispielhafte Grafik der gemessenen Energie, die unter Verwendung eines Niederspannung-zu-Hochspannungsladesystems der vorliegenden Offenbarung gespeichert wurde. Die Testbedingungen zur Messung der Ausgangsleistung der photovoltaischen Vorrichtung enthielten Bestrahlungspegel von 1000 W/m²; Referenzluftmasse von 1,5 Solarspektralbestrahlungsverteilung; und Zellen- oder Modulverbindungstemperatur von 25°C. die hinzugefügte Energie wurde von der Zeit an einem Sommertag in einer vorbestimmten Stadt abhängig gemacht, die in diesem Beispiel Sacramento ist. Bei Stunde Null (Sonnenaufgang) startet das Fahrzeug mit seiner Niederspannungsbatterie bei einem definierten minimalen Ladezustand. In den Stunden 1 bis 8 lädt das Fahrzeug die Niederspannungsbatterie von der Photovoltaik, wie in den 9 bis 11 darstellt, und das Hochspannungsbatteriesystem bleibt ausgeschaltet. In Stunde 8 erreicht die Niederspannungsbatterie ihren maximal zulässigen Ladezustand und entlädt dann über die Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Verstärkungsumwandlung zur Hochspannungsbatterie, wie in 12. Energie, die von der Photovoltaik gewonnen wird, wird in dieser Zeitperiode gleichzeitig mit Energie von der Niederspannungsbatterie verstärkt. Dies erfolgt am Spitzeneffizienzpunkt des Systems, der bei einer höheren Leistung liegt als die Photovoltaik selbst bereitstellen kann. Eine Begrenzung des Hochspannungssystems auf diese Zeitperiode erhöht die Langlebigkeit. Es kann auch die Betriebssicherheit beim Betrieb der Hochspannungsbatterie erhöhen. In den Stunden 9 bis 16 lädt das Fahrzeug weiterhin die LV Batterie, wie in den Stunden 1 bis 8. Ohne Niederspannung-zu-Hochspannungsladungsfähigkeit würde das System diese Energie nicht einfangen, da die Niederspannungsbatterie relativ voll bliebe. In einem Beispiel kann in dem Bestreben, die Sicherheit zu erhöhen, der Niederspannung-zu-Hochspannungswandler mit dem Hochspannungsbatteriesatz gepackt sein. Dies trägt zur Minimierung eines möglichen Kontakts mit dem Hochspannungssystem während des Hochspannungsstarts bei.
In einem Beispiel wird die Hochspannungsbatterie vom photovoltaischen System über den bidirektionalen Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler geladen, wie in 14 dargestellt. Der Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler mit MPP-Nachführung kann die Energie vom Spannungspegel der Photovoltaik auf den Pegel verstärken, den die Hochspannungsbatterie zum Laden braucht. Wenn der Wandler in denselben Kasten mit der Hochspannungsbatterie gepackt wird, verringert dies die Hochspannungsbelastung. Ferner verringert in einem Beispiel das Zusammenpacken der beiden die Anzahl von Komponenten, die Kosten und das Gewicht. Es könnte eine geringfügige Effizienzreduktion eintreten. 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 des Normalbetriebs. In einem Beispiel reicht die Hochspannungsbatterie 72 für gewöhnlich von etwa 210 bis 420 V, die Verstärkung von dem bidirektionalen Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 73 reicht von etwa 216 bis 422 V; der Betriebsbereich der Niederspannungsbatterie ist von etwa 10 bis 16 V, und die Abwärtswandlung über die Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler 73 zur Niederspannungsbatterie 70 reicht von etwa 14 bis 16 V.
In einem Beispiel verstärkt und verringert der bidirektionale Wandler 73 für gewöhnlich nicht gleichzeitig. Daher lädt der Solarkollektor 14 die Hochspannungsbatterie 72 nicht, während die Hochspannungsbatterie 72 die Niederspannungskomponenten antreibt oder wenn die Niederspannungsbatterie 70 lädt. Daher schließen Energiepfade 141 und 142 einander wechselseitig aus. Für ein System mit einer relativ kleinen Niederspannungsbatterie 70 könnte dies bedeuten, dass das System keine Solarenergie einfangen kann, während das Fahrzeug in Betrieb ist. Dies würde jedoch die Nützlichkeit des photovoltaischen Systems nur marginal beeinträchtigen, da häufig eine Solarladung erfolgt, wenn das Fahrzeug geparkt ist. Für ein System mit einer normalen oder großen Niederspannungsbatterie 70 kann eine Solarladung noch immer stattfinden, während das Fahrzeug in Betrieb ist: Niederspannungssysteme können mit Energie laufen, die in der Niederspannungsbatterie 70 gespeichert ist, und der Wandler 73 kann zwischen Aufgaben umschalten, um die Niederspannungsbatterie nach Bedarf periodisch zu laden. In dieser Situation vernachlässigt das System nur mögliche Solarenergie beim Laden der Niederspannungsbatterie 70. Das System könnte eine direkte Verbindung zum Niederspannungsbus 150 (kein Wandler) von der Photovoltaik 14 enthalten, auf die das photovoltaische System 14 automatisch über Schalter 151 umschalten würde, wenn dies vorteilhaft ist. Wenn daher die Spannung ausreichend ist, um die Anforderungen des Niederspannungsbusses 150 zu erfüllen (z. B. die Niederspannungsbatterie zu laden, wie in 15 oder Niederspannungsvorrichtungen anzutreiben), selbst ohne MPP-Nachführung. Als Alternative könnte die Photovoltaik direkt an die Niederspannungs- und Hochspannungswandler angeschlossen sein. Auf diese Weise kann das System nahezu die gesamte verfügbare Solarenergie in verschiedenen Situationen nutzen und ferner die MPP-Nachführung ausnutzen, wie in 16 dargestellt.
In einem Beispiel kann das Solarladesystem mehrere Solarenergiemoden enthalten, die von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs abhängig sein können. Es sollte klar sein, dass die Auswahl des Solarenergiemodus den hohen oder niederen Batterieladezustand beeinflussen kann. Wenn zum Beispiel das Fahrzeug in Betrieb genommen wird und zu einem Antrieb imstande ist, oder wenn die elektrischen Systeme des Fahrzeugs eingeschaltet sind, nicht aber das Antriebsystem des Fahrzeugs (d. h. Zubehör eingeschaltet), kann das elektrische System des Fahrzeugs automatisch den Großteil der verfügbaren Solarenergie nutzen. Diese Energieverteilung kann automatisch sein, ohne Benutzereingabe. Der Fahrzeugführer könnte selektiv die Solarenergiestrategie für das abgeschaltete Fahrzeug wählen. Zum Beispiel wählt der Benutzer eine Solarenergieverteilungsstrategie vor dem Abschalten des Fahrzeugs, so dass, wenn das Fahrzeug Licht im Leerlauf absorbiert, es die Energie zu gewünschten Komponenten verteilten kann. Die Solarenergieverteilungsstrategien können als Betriebsmoden klassifiziert werden, einschließlich ”Auto”-Modus, ”Lade”-Modus oder ”Klima”-Modus. Der ”Auto”-Modus kann die Solarenergie für einen optimalen Nutzen und eine optimale Systemeffizienz verwenden, einschließlich Energie und Langlebigkeit. Der ”Auto”-Modus könnte eine vorgegebene Strategie sein, auf die das Fahrzeug nach einer Inbetriebnahme zurückgestellt wird. In einem anderen Beispiel ist eine Energiemodusoption ein ”Lade”-Modus. Der Fahrzeugführer kann diese Option aus dem Solarmenü wählen, so dass das System eine maximale elektrische Energie aus Solarenergie in der Energiespeichervorrichtung (z. B. in der Niederspannungsbatterie) speichert. Ein anderer Modus ist ein ”Klima”-Modus zur Bereitstellung einer Temperatursteuerung im Inneren des Fahrzeugs und/oder bei gewissen Fahrzeugkomponenten, (z. B. der Hochspannungsbatterie).
Unter Bezugnahme auf 18 ist ein schematisches Flussdiagramm dargestellt, das verschiedene Energieabgabe- und Lademodi zeigt. In einem Beispiel regelt das Fahrzeug die Energieverteilung durch ein Auto-Solarenergiemanagement-(ASEM-)System 180. Das ASEM 180 regelt die Energieverteilung auf gewünschte Modi. Das ASEM enthält eine Steuerung 182 und kommuniziert mit einem Sensor 183. Der Sensor 183 kann ein Sensor im Inneren des Fahrgastraumes sein. Die Temperaturmessung im Inneren des Fahrgastraumes kann im ”Auto”-Modus verwendet werden, um zu bestimmen, wann ein ”Klima”-Modus gewünscht sein kann. Der Temperatursensor kann als mehrphasiger Temperatursensor klassifiziert sein. In einem Beispiel steht das ASEM 180 mit der photovoltaischen Vorrichtung 14 in Verbindung und kann Solarenergie zu Ziel-Glaskomponenten des Fahrzeugs senden (z. B. Windscheibe oder Spiegel), um einen Abtauvorgang einzuleiten oder zu fördern. Dies wird durch ein HVAC-System 181 mit einem Gebläse erreicht, das Luft durch das Fahrzeug bewegt. Dieses kann vom Benutzer über eine Anzeige 170 gewählt werden, wie in 17 dargestellt, oder durch den ”Auto”-Modus durch einen voreingestellten oder vorbestimmten Temperaturschwellenwert (z. B. weniger als 5°C). Das ASEM 180 kann die Luftklimatisierungs(A/C)- 185, Heizungs- 186, und Lüftungs- 187 Komponenten des HVAC 181 steuern. Die Lüftung 187 umfasst ein Gebläse oder einen Ventilator, das bzw. der Luft durch das Fahrzeug abgibt. In einem Beispiel gibt die Lüftung gekühlte oder erwärmte Luft an die Batterie zur Batterietemperatursteuerung ab. Das ASEM 180 kann bei gewissen Temperaturbedingungen (z. B. Innentemperatur zwischen etwa 5 und 45°C) Solarenergie von der photovoltaischen Vorrichtung 14 zur Erhaltungsladung der Niederspannungsbatterie 70 senden. In einem weiteren Beispiel kann das ASEM unter gewissen Bedingungen (z. B. Innentemperatur des Fahrgastraumes über 45°C) Solarenergie zu einem inneren Entlüftungsgebläse 187 senden, um warme Luft aus dem Fahrgastraum abzuziehen und diese um einen Batteriesatz zu zirkulieren, der die Hochspannungsbatterie 72 enthält.
In einem Beispiel ist der Leistungsmodus ein ”Klima”-Modus. Im ”Klima”-Modus könnte das Energiesteuerungssystem des Fahrzeugs die Solarenergie zum Entlüften des Fahrgastraums 11 verwenden. Dies trägt zur Verringerung der Wirkungen einer Strahlungserwärmung bei, wie an einem warmen Tag. Wenn der ”Klima”-Modus gewählt wird, kann eine Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage (HVAC) 181 des Fahrzeugs zum Zirkulieren von Luft in dem Fahrzeug eingeschaltet werden. Das HVAC-System 181 klimatisiert einen Luftstrom durch Erwärmen 186 oder Kühlen 185 des Luftstroms und Verteilen des Stroms an klimatisierter Luft in dem Fahrzeug. In einem Beispiel kann das HVAC-System 181 einen Luftzuleitungskanal, eine Luftzuleitungsöffnung, ein Gebläse einen Verdampferkern, einen Heizerkern, einen Sensor, ein Temperatursteuerungsstellglied und Schalter enthalten, die herkömmlich und in der Technik bekannt sind, um den Luftstrom betriebsbereit zu befördern, zu klimatisieren und zu verteilen.
Somit verringert die Zirkulation von Luft im ”Klima”-Modus den Aufbau von Wärme im Fahrzeug aufgrund der Strahlungserwärmung. Zum Beispiel kann gespeicherte elektrische Energie zum Betreiben eines Gebläses des HVAC-Systems 181 verwendet werden, das Luft im Inneren des Fahrzeugs zirkuliert. Das Gebläse kann im Inneren des Fahrzeugs positioniert sein, wie im Armaturenbrett oder in einer Konsole oder einem Sitz oder in einer Karosserieplatte oder dergleichen. Das Gebläse kann auch zum Zirkulieren von Luft verwendet werden, wenn sich das Fahrzeug im ”Ein”-Modus befindet. In einem Beispiel ist ein Gebläse 184 in einem Sitz des Fahrzeugs montiert und für gewöhnlich im Sitzgestell des Fahrzeugs. Das Gebläse 184 kann dem Insassen zusätzliche klimatisierte Luft bereitstellen.
Der Fahrzeugführer kann jede dieser Optionen aus einem interaktiven Solarmenü wählen, das auf einer Anzeigevorrichtung 170 angezeigt wird. Unter Bezugnahme auf 17 ist eine Anzeigevorrichtung 170 betriebsbereit mit dem Solarladesystem 34 verbunden und versorgt den Fahrzeugführer mit Informationen über das Ladesystem 34. Der Benutzer kann selektiv verschiedene Betriebsmodi des Solarladesystems 34 wählen. In diesem Beispiel ist die Anzeigevorrichtung eine berührungsempfindliche Tafel. Durch Berühren der Tafel kann der Benutzer eine Option wählen oder Informationen in der Form eines Dialogfensters erhalten, das dem Benutzter angezeigt wird. Zum Beispiel kann der Benutzer den Leistungsmodus für das Fahrzeug in einem ”Aus”-Modus wählen, wie ”Auto”, ”Klima” oder ”Laden”. Der Benutzer kann auch selektiv andere mit Energie in Zusammenhang stehende Informationen betrachten, wie abgegebene Energie, Leistung, Energietrends im Laufe der Zeit, Batterieverbrauch oder verfügbare Batterieleistung. Die Anzeige 170 kann dem Benutzer verschiedene Arten von Informationen bezüglich der Absorption von Sonnenlicht von Solarzellen anzeigen. Die Anzeige kann sowohl eine Berührungsbildschirmfunktionalität als auch eine Schnittstelle gemeinsam mit einem visuellen Kommunikator der Energieabsorption bereitstellen. In einem Beispiel sind vier Tasten dargestellt, die es dem Benutzer ermöglichen, zwischen den visuellen Informationen hin- und herzuschalten.
In einem Beispiel der Anzeige 17 kann das Zentrum der Schnittstelle aus einer ”Dinergy-Grafik” bestehen, die die absorbierte Energie darstellt. Diese radiale Grafik enthält eine bestimmte Anzahl von Zonen, abhängig davon, welche der vier Grafiken der Benutzer auswählt. In einem Beispiel sind diese Zonen mit 10 ”Blütenblättern” bestückt, die untereinander, vom kleinsten bis zum größten, gestapelt sind. Es gibt 4 ”Dinergy”-Grafiken, die den Verbrauch zum Beispiel während des aktuellen Tages, des aktuellen Monats, Jahres und der Fahrt des Benutzers darstellen. Die ”Dinergy”-Tagesgrafik stellt 12 Stunden des Tages (12 Zonen) dar, der Monat stellt 31 Tage (31 Zonen) dar, das Jahr stellt 12 Monate (12 Zonen) dar und die Fahrt stellt die letzten 12 Stunden (12 Zonen) dar. Die Grafik kann eine abgestufte Skala sein, was bedeutet, dass 10 Stufen gefüllt werden können. Wenn die Absorption eine gewisse Menge überschreitet, kann die nächste Stufe für den Benutzer aufleuchten. Jede folgende Stufe kann ein größeres ”Blütenblatt” unterhalb des letzten angezeigten Blütenblatts erleuchten. Diese Addition kann fortgesetzt werden, bis die zugeteilte Zeit für die Zone abläuft, und dann wird dieser Zyklus wieder in der nächsten Zone fortgesetzt. In einem Beispiel kann dieser Prozess unter drei Skalen arbeiten: geringfügige Absorption, Hauptabsorption und starke Absorption. Abhängig von einem zweiwöchigen Durchschnitt von Daten wählt das System die Skala zur Anzeige der Informationen. Dadurch wird jemand, der das Fahrzeug in einer geografischen Region mit wenig Sonnenlicht lenkt, die Skala von 1 bis 10 verwenden, genauso wie jemand, der in einer Region mit viel Sonnenlicht fährt, auch eine bessere Skalennutzung haben kann.
In einem oberen linken Quadranten der Anzeige kann sich ein Echtzeitindikator für die absorbierte Energie befinden, der sich auf die ”Dynergy”-Grafik bezieht. Eine Balkengrafik, die die aktuelle Echtzeitabsorption anzeigt, kann in der ganz linken Ecke angeordnet sein, mit einer Bildwiederholungsrate, die auf der Basis des aktuellen Modus (Tag, Monat, Jahr, Fahrt) berechnet ist. Die Skala der Balkengrafik kann durch die oben genannte Absorptionsskala bestimmt werden. Der ”Dynergy”-Grafikmodus kann auch über der Balkengrafik angezeigt werden.
In einem weiteren Beispiel sind rechts von der Schnittstelle die Steuerungen, um den betrachteten Modus und die Menge an absorbierter Energie zu ersetzen. Die Fläche für absorbierte Energie befindet sich im oberen rechten Quadranten und zeigt die absorbierte Energie im Sinne der insgesamt zurückgelegten Meilen seit Inbetriebnahme des Fahrzeugs sowie die bei der aktuellen Fahrt zurückgelegten Meilen an. Unterhalb dieser Informationen können sich die Tasten befinden, die dem Benutzer ermöglichen, den Anzeigemodus entweder als Fahrt, Tag, Monat und Jahr zu wählen.
In einem weiteren Beispiel gibt es zwei Animationen, die gleichzeitig erscheinen können, die den Absorptionswert der Solarenergie durch die Solarzellen vermitteln. Die erste kann eine 5-Stufen-Beleuchtung der Zellen sein, die mit einer fünfstufigen Matrixskala übereinstimmen. Die Skala deckt den Umfang von keiner absorbierten Energie bis zu hohen Absorptionsmengen in diesen 5 Stufen ab. Die zweite Animation kann nach der dritten Skala laufen, die ein Glanzlicht zeigt, das von der Vorderseite des Autos fortlaufend bis zur Rückseite verläuft. Diese zweite Animation kann die erste bei der Darstellung der absorbierten Energiemenge unterstützen.
Unter Bezugnahme auf 19 kann das Fahrzeug 10 auch eine Ladeanzeige 190 enthalten, die zur Mitteilung dient, dass das Laden der Batterie stattfindet. Zum Beispiel kann die Ladeanzeige zeigen, dass der Solarkollektor 14 die Batterie lädt. In einem anderen Beispiel kann die Ladeanzeige zeigen, dass das Fahrzeug ”eingesteckt” ist und die Hochspannungs- oder Antriebsbatterie lädt. Die Ladeanzeige 190 ist betriebsbereit mit dem Solarladesystem 34 bzw. Fahrzeugladesystem verbunden und empfängt ein Signal bezüglich dieses Status. Zum Beispiel kann das Signal den Status des Solarkollektors 14 beim Laden der Batterie anzeigen. Das Ladesignal kann verschiedene Eigenschaften der Solarladung darstellen, wie die Durchführung einer Ladung, einen Ladungspegel oder eine Ladungsrate oder dergleichen. Die Ladeanzeige liefert diese Informationen auf verschiedene Weisen. Zum Beispiel kann die Ladeanzeige an einer Innenseite des Fahrzeugs wie mit Hilfe eines Maßstabs angezeigt werden. Ebenso kann die Ladeanzeige 190 auf einem Anzeigeschirm angezeigt werden, wie dem Anzeigeschirm 170, der zu einem intelligenten Navigationssystem gehört.
In einem weiteren Beispiel ist die Ladeanzeige 190 mit einer äußeren Oberfläche des Fahrzeugs 10 integriert und wird beleuchtet, um die Ladung darzustellen. Die beleuchtete Ladeanzeige 190 ist in der Karosserie des Fahrzeugs 10 integriert. In diesem Beispiel zeigt die erleuchtete Ladeanzeige die Rate der Solarladung. Die erleuchtete Ladeanzeige 190 kann in einem Element 191 gebildet sein, das mit einer äußeren Karosserieplatte verbunden ist, wie bei 190 dargestellt, wie entlang einer Türkante oder auf einem Schutzblech oder dergleichen. Das Element 191 kann ein äußeres Blendenelement sein, das von hinten durch mehrere Lichter 192 beleuchtet wird, die in vorbestimmter Weise angeordnet sind und beleuchtet werden.
In diesem Beispiel sind die Lichter 192 LED-Lichter, die linear angeordnet sind, obwohl andere Muster gewählt werden können, wie kreisförmig oder nichtlinear. Die LED-Lichter können eine vorbestimmte Farbe aufweisen, wie klar oder rot oder grün. Ferner können in diesem Beispiel die Lichter in einer vorbestimmten Weise beleuchtet werden, wie durch Farbe oder in Sequenz, um den Ladungsstatus anzuzeigen. Zum Beispiel zeigt ein pulsierendes rotes Licht an, dass der Solarkollektor die Batterie lädt, und ein volles grünes Licht zeigt an, dass die Batterie vollständig geladen ist. Eine Kombination von Lichtern kann der Reihe nach aufleuchten, um den Ladezustand mitzuteilen (d. h. keine, teilweise oder volle Ladung). Das erleuchtete Blendenelement kann aus verschiedenen Materialien gefertigt sein, wie aus chromplattiertem Kunststoff oder dergleichen. Vorzugsweise ist das äußere Blendenelement semiopak und ästhetisch gefällig, wenn das Fahrzeug nicht in Betrieb ist, lässt aber Licht durchscheinen, um den Ladungsstatus zu zeigen.
Angesichts der oben angeführten Lehren sind viele Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung möglich. Daher kann die vorliegende Offenbarung im Umfang der beiliegenden Ansprüche anders als spezifisch beschrieben ausgeführt werden.

Claims

Solarenergie-Lade- und Regelungssystem für ein Fahrzeug, umfassend: eine photovoltaische Vorrichtung zum Empfangen von Solarenergie und zum Umwandeln der Solarenergie in elektrische Energie; eine Benutzerschnittstelle zum Auswählen eines vorbestimmten Solarenergiemodus; und eine Steuerung, die in Wirkverbindung mit der Benutzerschnittstelle steht, um selektiv Energie von der photovoltaischen Vorrichtung zum Betreiben einer Fahrzeugkomponente, die dem gewählten Solarenergiemodus zugeordnet ist, zu verteilen.
System nach Anspruch 1 wobei die photovoltaische Vorrichtung mehrere Solarmodule enthält, die elektrisch voneinander isoliert sind, und mehrere Wandler, die jeweils elektrisch an das entsprechende Solarmodul gekoppelt sind, um die elektrische Energie von dem entsprechenden Solarmodul zu empfangen und die empfangene elektrische Energie in eine Ausgangsspannung umzuwandeln.
System nach Anspruch 2, des Weiteren umfassend eine Energiespeichervorrichtung, die elektrisch mit jedem der Wandler in Verbindung steht, um die Ausgangsspannung zu speichern.
System nach Anspruch 3, wobei die Energiespeichervorrichtung eine Niederspannungsbatterie ist.
System nach Anspruch 3, wobei der Verstärkungswandler ein Niederspannungs-Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler ist.
System nach Anspruch 3, des Weiteren umfassend eine Hochspannungsbatterie und einen bidirektionalen Hochspannungs-Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Verstärkungswandler, der an die Hochspannungsbatterie gekoppelt ist und der den Energiefluss zwischen der Niederspannungsbatterie und der Hochspannungsbatterie regelt.
System nach Anspruch 1, wobei der Solarenergiemodus betriebsbereit die Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage (HVAC) für das Fahrzeug steuert.
System nach Anspruch 4, wobei das HVAC-System ein Entlüftungsgebläse enthält, das zur Abgabe von Luft an eine Hochspannungsbatterie ausgebildet ist, die zum Betreiben des Fahrzeugs verwendet wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Solarenergiemodus betriebsbereit ein Sitzgebläse steuert, das in einem Sitz des Fahrzeugs montiert ist und das klimatisierte Luft verteilt.
System nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Temperatursensor, der Temperaturdaten zur Steuerung leitet, wobei die Steuerung Energie von der photovoltaischen Vorrichtung sowohl zur elektrischen Speichervorrichtung wie auch etwas zu der Fahrzeugkomponente gemäß einer voreingestellten Temperatur verteilt.
System nach Anspruch 1, wobei der Solarenergiemodus ein ”Ein”-Modus ist, der automatisch Solarenergie zwischen der elektrischen Speichervorrichtung und der gewählten Fahrzeugkomponente verteilt.
Verfahren zum Regeln der Solarladung und Energieverteilung für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Sammeln von Solarenergie mit Hilfe einer photovoltaischen Vorrichtung, die an dem Fahrzeug angeordnet ist; Umwandeln der Solarenergie in elektrische Energie innerhalb der photovoltaischen Vorrichtung; Auswählen eines vorbestimmten Solarenergiemodus unter Verwendung einer Benutzerschnittstelle; und selektives Verteilen von Energie von der photovoltaischen Vorrichtung zum Betreiben einer Fahrzeugkomponente, die dem ausgewählten Solarenergiemodus zugeordnet ist, unter Verwendung einer Steuerung, die in Wirkverbindung mit der Benutzerschnittstelle steht.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Auswählens eines vorbestimmten Solarenergiemodus des Weiteren den Schritt des Auswählens eines automatischen Modus umfasst, der Energie auf der Basis vorbestimmter Bedingungen verteilt, eines Lademodus, der Solarenergie zu einer Energiespeichervorrichtung leitet; und eines Klimamodus, der Solarenergie zum Betreiben der Heizungs-, Luftungs- und Klimaanlage des Fahrzeugs überträgt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt zum Auswählen eines vorbestimmten Solarenergiemodus des Weiteren den Schritt des Auswählens eines automatischen Modus umfasst, der Energie zur Steuerung eines Gebläses verteilt, das im Fahrzeugsitz angeordnet ist.
Solarenergielade- und Regelungssystem für ein Fahrzeug, umfassend: eine photovoltaische Vorrichtung zum Empfangen von Solarenergie und zum Umwandeln der Solarenergie in elektrische Energie; ein Solarladungslicht, das auf einer äußeren Platte des Fahrzeugs positioniert ist und das aufleuchtet, wenn die photovoltaische Vorrichtung Solarenergie empfängt.
System nach Anspruch 15, wobei das Solarladungslicht mehrere Leuchtdioden enthält, die in einem Muster angeordnet sind, das zunehmend starker leuchtet, wenn Solarenergie gesammelt wird.