DE202012007448U1 - Solar-powered, weather-protected electric vehicle - Google Patents

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Abstract

Sonnenenergiebetriebenes, witterungsgeschütztes Elektrofahrzeug dadurch gekennzeichnet, dass ein zwei- oder dreirädriges Elektrofahrrad (1) überdacht wird mit einem oder mehreren Solarmodulen (4) mit einer Gesamtspitzenleistung bei Standardbedingungen von mindestens 120 Watt, einer überdachten Fläche von mindestens 0,75 Quadratmeter und einem Gewicht des überdachenden Bauteils von maximal 7 kg.Solar-powered, weather-protected electric vehicle, characterized in that a two- or three-wheeled electric bike (1) is covered with one or more solar modules (4) with a total peak output under standard conditions of at least 120 watts, a covered area of at least 0.75 square meters and a weight of roofing component of a maximum of 7 kg.

Description

Elektrofahrzeug mit einem Solarmodul, das permanent mit dem Fahrzeug verbunden ist und bei dem das Solarmodul ausreichend groß ist, dass es als Regenschutz dient und eine ausreichende Leistung hat, um im Allgemeinen das Elektrofahrzeug ohne – neben der Solarenergie – zusätzliche Aufladung der Batterien zu betreiben.Electric vehicle with a solar module that is permanently connected to the vehicle and in which the solar module is sufficiently large that it serves as a rain cover and has sufficient power to generally operate the electric vehicle without - in addition to solar energy - additional charging of the batteries.

Beschreibungdescription

Mobilität ist ein primäres menschliches Bedürfnis. Fahrzeuge werden gegenwärtig hauptsächlich durch Verbrennungsmotoren angetrieben. Die Verwendung fossiler Brennstoffe wird immer mehr zum Problem. Deshalb ist der elektrische Antrieb wünschenswert. Im Bereich des Individualverkehrs ist die Größe der Akkumulatoren derzeit der begrenzende Faktor für eine größere Verbreitung des elektrischen Antriebs. Derzeit schon recht verbreitet sind Fahrräder mit elektrischer Tretunterstützung, indem der elektrische Antrieb mit einem Muskelkraftantrieb kombiniert wird. Es wird so ermöglicht, dass Akkumulatoren verwandt werden können, die zum einen bezahlbar sind und zum anderen nur ein begrenztes Gewicht aufweisen.Mobility is a primary human need. Vehicles are currently powered mainly by internal combustion engines. The use of fossil fuels is becoming more and more of a problem. Therefore, the electric drive is desirable. In the area of private transport, the size of the accumulators is currently the limiting factor for a greater spread of the electric drive. Currently quite common are bicycles with electric pedal support by the electric drive is combined with a muscle power drive. It is thus possible that accumulators can be used, which are both affordable and on the other hand have only a limited weight.

Nachteilig sind bei den Elektrofahrrädern nach wie vor der fehlende Witterungsschutz und die Tatsache, dass die Akkumulatoren zwischen den Fahrten sehr oft stationär aufgeladen werden müssen. Der Aufladevorgang erfordert es häufig, dass der Akkumulator ein- und ausgebaut werden muss; darüber hinaus muss der Akkumulator zur Ladestation transportiert werden (zum Beispiel in der eigenen Wohnung in einem mehrstöckigen Haus). Diese Arbeit ist durchaus beschwerlich. Gewicht und Preis setzen außerdem Grenzen für die Kapazität und damit die Reichweite des Akkumulators.Disadvantages of the electric bicycles are still the lack of weather protection and the fact that the batteries between the trips very often have to be charged stationary. The charging process often requires that the accumulator must be installed and removed; In addition, the accumulator must be transported to the charging station (for example, in your own apartment in a multi-storey house). This work is quite difficult. Weight and price also set limits on the capacity and thus the range of the accumulator.

Deshalb ist es wünschenswert, eine technische Lösung zu finden, die es erlaubt, die Restriktionen, die mit dem Ladevorgang an einer stationären Stromquelle und der begrenzten Kapazität des Akkumulators verbunden sind, zu überwinden.Therefore, it is desirable to find a technical solution that allows to overcome the restrictions associated with the charging of a stationary power source and the limited capacity of the battery.

Die in dieser Gebrauchsmusterschrift vorgeschlagenen Lösungen erscheinen geeignet, die technischen, aber auch kostenwirtschaftlichen Begrenzungen des Standes der Technik deutlich zurückdrängen. Um dies zu erreichen, ist es wünschenswert, die Größe der Solarmodulfläche im Vergleich zu bekannten Lösungen deutlich zu vergrößern und eine permanente Ladung während der Fahrt sowie während der Stillstandszeiten zu ermöglichen.The proposed solutions in this utility model appear suitable, the technical, but also cost-economic limitations of the prior art significantly push back. In order to achieve this, it is desirable to significantly increase the size of the solar module surface in comparison to known solutions and to allow a permanent charge while driving and during downtime.

Diese Ziele können erreicht werden, indem man das Fahrrad mit einer ausreichenden Solarmodulfläche überdacht. Die Fläche sollte ausreichend groß sein, um gleichzeitig auch als Witterungsschutz zu dienen und um soviel elektrische Leistung zu produzieren, dass im Allgemeinen eine stationäre Aufladung der Akkumulatoren verzichtbar ist, und zwar auch an Tagen mit verringerter Sonneneinstrahlung oder an verschatteten Orten. Dazu muss die Spitzenleistung des Solarmoduls unter Standardbedingungen mindestens 120 Watt betragen und die Fläche des Solarmoduls größer als 0,75 m2 sein.These goals can be achieved by roofing the bicycle with a sufficient solar module surface. The area should be large enough to simultaneously serve as weather protection and to produce so much electrical power that generally a stationary charging of the batteries is dispensable, even on days with reduced solar radiation or in shaded places. For this purpose, the peak power of the solar module under standard conditions must be at least 120 watts and the area of the solar module must be greater than 0.75 m 2 .

Würde man herkömmlich ausgelegte Solarmodule verwenden, wäre eine solche Fläche und Leistung in Kombination mit einem Fahrrad nicht erreichbar, da das Gewicht des Solarmoduls zu groß wäre. Beim heutigen Stand der Technik wäre das Modul circa 15 kg schwer. Das hohe Gewicht würde bei einer Anbringung oberhalb des Kopfes des Fahrers dazu führen, dass die Kippneigung des Fahrrads kaum mehr beherrschbar wäre.If conventionally designed solar modules were used, such an area and power in combination with a bicycle would not be achievable because the weight of the solar module would be too great. In the current state of the art, the module would be about 15 kg heavy. The high weight would result in a mounting above the driver's head to the fact that the tilting tendency of the bicycle would hardly be manageable.

Deshalb ist es erforderlich, eine technische Lösung zu finden, die ausreichend leicht, aber dennoch ausreichend stabil ist, dass sie die notwendige elektrische Energie liefert, ohne mit einem übermäßigen Gewicht verbunden zu sein. Diese Aufgabe wird mit den im Schutzanspruch 1 kombinierten Merkmalen gelöst.Therefore, it is necessary to find a technical solution that is sufficiently light yet sufficiently stable to provide the necessary electrical energy without being associated with excessive weight. This object is achieved with the combined features in protection claim 1.

Schutzanspruch 2 beschreibt eine Ausführung, die die Anforderung einer möglichst leichten Ausführung in besonderem Maße erfüllt. Dies wird dadurch erreicht, dass die schwere Glasplatte, die sich bei herkömmlichen Ausführungen an der Oberseite der Solarzellen (6) befindet, ersetzt wird durch eine dünne Glasfaserschicht (5), die vollständig mit einem geeigneten, transparenten Klebstoff durchtränkt ist und fest mit der Oberseite der Solarzellen (6) verklebt wird. Glasfasern sind im Unterschied zu Glasplatten auch in sehr dünnen Schichtstärken noch bruchsicher. An der Unterseite der Solarzellen (6) können die herkömmlichen Rückseitenfolien verwandt werden oder die für die Oberseite der Solarzellen beschriebene Ausführung mit verklebten Glasfasern (5). Ein so gefertigtes Solarmodul (4) wiegt bei der oben genannten Größe nur noch circa 3 kg.Protection claim 2 describes an embodiment that meets the requirement of the simplest possible execution in particular. This is achieved in that the heavy glass plate, which in conventional designs at the top of the solar cells ( 6 ) is replaced by a thin layer of glass fiber ( 5 ), which is completely impregnated with a suitable, transparent adhesive and fixed to the top of the solar cells ( 6 ) is glued. Glass fibers are unlike glass plates even in very thin layers even shatterproof. At the bottom of the solar cells ( 6 ), the conventional backsheets can be used or the embodiment described for the top of the solar cells with glued glass fibers ( 5 ). A solar module manufactured in this way ( 4 ) weighs only about 3 kg at the above size.

Schutzanspruch 3 beschreibt eine Ausführung, die die Anforderung einer möglichst stabilen, aerodynamisch günstigen und den Witterungsschutz optimierenden Ausführung in besonderem Maße erfüllt. Dies wird dadurch erreicht, dass das nach Anspruch 2 bis zu einem gewissen Grade ohne Bruchgefahr für die Solarzellen biegbare Solarmodul (4) auch gebogen wird. Die Biegung erlaubt eine höhere Stabilität des Solarmoduls, da eine in einem Rahmen gekrümmte Ausführung stabiler ist als eine nicht gekrümmte Ausführung.Protection claim 3 describes an embodiment that meets the requirement of a stable, aerodynamically favorable and optimizing the weather protection execution in particular. This is achieved by the fact that the solar module bendable according to claim 2 to a certain degree without risk of breakage for the solar cell ( 4 ) is also bent. The bend allows a higher stability of the solar module, because a curved in a frame execution is more stable than a non-curved design.

Schutzanspruch 4 beschreibt eine Ausführung, die die Anforderung eines möglichst guten Witterungsschutzes in besonderem Maße erfüllt. Die im Vergleich zu bekannten Lösungen große Solarmodulfläche oberhalb des Fahrers leistet bereits einen großen Beitrag zu einem optimalen Witterungsschutz und erhöht damit die Alltagstauglichkeit eines solchen Fahrzeugs deutlich. Bei Regen wird jedoch während der Fahrt der Fahrer dennoch von vorne nass. Deshalb ist es gemäß Schutzanspruch 4 eine günstige Ausführung, zusätzlich zu dem Regenschutz durch das Solarmoduldach einen vertikalen Witterungsschutz (12) vor dem Fahrrad vorzusehen.Protection claim 4 describes an embodiment that meets the requirement of the best possible weather protection in particular. The solar panel area above the driver, which is large compared to known solutions, already makes a great contribution to optimal weather protection and thus significantly increases the practicality of such a vehicle. In the rain, however, the driver still gets wet from the front while driving. Therefore, it is a favorable embodiment according to protection claim 4, in addition to the rain protection by the solar module roof a vertical weather protection ( 12 ) in front of the bicycle.

Schutzanspruch 5 beschreibt eine Ausführung, die die Anforderung eines vertikal vor dem Fahrer angebrachten Witterungsschutzes (12) ergänzt um eine Lösung zur Vermeidung von Sichtbehinderungen bei Regen. Dies wird in dieser Ausführung dadurch erreicht, dass der vertikale Witterungsschutz (12) mit einer Öffnung (13) im Bereich des Sichtfeldes des Fahrers versehen wird, die eine Sichttrübung mangels Scheibenwischer verhindert. Durch den Frontüberstand des überdachenden Solarmoduls (4) wird der Fahrer dennoch nicht nass. Der Frontüberstand ist im Verhältnis zur vertikalen Ausdehnung der Öffnung (13) so gewählt, dass bei Regenfall während der Fahrt im Geschwindigkeitsspektrum des Fahrzeugs die Regentropfen erst unterhalb der Öffnung auf den vertikalen Witterungsschutz treffen.Protection claim 5 describes an embodiment that the requirement of a vertically mounted in front of the driver weather protection ( 12 ) supplemented by a solution to prevent obstructions in the rain. This is achieved in this embodiment in that the vertical weather protection ( 12 ) with an opening ( 13 ) is provided in the region of the driver's field of vision, which prevents visibility turbidity due to lack of windscreen wipers. Through the front projection of the roofing solar module ( 4 ), the driver is still not wet. The front projection is in proportion to the vertical extent of the opening ( 13 ) is selected so that when rain falls while driving in the speed spectrum of the vehicle, the raindrops meet only below the opening to the vertical weather protection.

Allein durch die im Vergleich zu bekannten Lösungen vergrößerte Solarmodulfläche lässt sich allerdings noch kein optimal alltagstaugliches Elektrofahrrad herstellen, da die elektrischen Parameter des Solarmoduls in der Regel nicht zu den elektrischen Parametern des Akkumulators passen. Dies ist so, weil die Geometrie des Solarmoduls nicht beliebig gewählt werden kann, da auf der einen Seite eine gewisse Mindestgröße erforderlich ist, um den Witterungsschutz zu gewährleisten, aber auf der anderen Seite die Erfordernisse der Aerodynamik Grenzen hinsichtlich Größe und Form setzen. Erschwert wird eine optimale Lösung dadurch, dass auf der einen Seite im Handel nur Solarzellen bestimmter Größe verfügbar sind und auf der anderen Seite die Akkumulatoren nur mit bestimmten Nennspannungen (24 V, 36 V) produziert werden. Die negativen Wirkungen dieser Fehlanpassung verstärken sich noch bei unterschiedlichen Sonneneinstrahlungen. Um die vom Solarmodul gelieferte Energie unter allen Sonneneinstrahlungsbedingungen optimal nutzen zu können, wird im Schutzanspruch 6 eine technische Lösung beschrieben, die die Solarmodule an die Akkumulatoren anpasst. Dafür sind herkömmliche Ladeschaltungen nicht ausreichend. Optimale Ergebnisse können mit einer Ladungspumpe erzielt werden. In der Elektrotechnik sind Schaltungen bekannt, die die Funktion einer Ladungspumpe haben und die mit Hilfe von elektronischen Schaltern und Kondensatoren die Ausgangsspannung erhöhen.However, the solar module surface, which is larger than that of known solutions, does not yet make it possible to produce an electric bicycle that is optimally suitable for everyday use since the electrical parameters of the solar module generally do not match the electrical parameters of the rechargeable battery. This is because the geometry of the solar module can not be chosen arbitrarily, since on the one hand a certain minimum size is required to ensure weather protection, but on the other hand, the requirements of aerodynamics set limits in terms of size and shape. An optimal solution is complicated by the fact that on the one hand in the trade only solar cells of a certain size are available and on the other hand, the accumulators are produced only with certain nominal voltages (24 V, 36 V). The negative effects of this mismatch increase even with different solar radiation. In order to use the energy delivered by the solar module optimally under all solar radiation conditions, a technical solution is described in the protection claim 6, which adapts the solar modules to the batteries. For conventional charging circuits are not sufficient. Optimal results can be achieved with a charge pump. In electrical engineering circuits are known which have the function of a charge pump and increase by means of electronic switches and capacitors, the output voltage.

Durch die Kombination der vorstehend dargestellten technischen Lösungen wird ein solar betriebenes Elektrofahrzeug ermöglicht, das bei hoher Kostenwirtschaftlichkeit nicht nur im Nahbereich einen herkömmlichen Personenkraftwagen insbesondere im Einpersonenbetrieb weitgehend ersetzen kann.By combining the technical solutions presented above, a solar-powered electric vehicle is made possible, which can largely replace a conventional passenger car, especially in one-person operation with high cost-efficiency not only in the vicinity.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in 1 erläutert. Die 1 zeigt das Elektrofahrrad (1) mit Elektromotor (2) und Akkumulator (3). Daran ist mit Hilfe des Traggestells (9) ein gekrümmtes Solarmodul (4) befestigt. Dieses Solarmodul (4) ist aufgebaut aus den Glasfasern (5), den Solarzellen (6) und der Unterseitenfolie (7). Das Solarmodul (4) wird von einem Aluminiumrahmen (8) eingerahmt, durch den ihm auch die Krümmung verliehen wird und der auch der Befestigung des Traggestells (9) dient. Am Aluminiumrahmen (8) ist auch die Ladungspumpe (10) befestigt, die die elektrische Energie des Solarmoduls (4) angepasst an den Akkumulator (3) mit Hilfe des Kabels (11) zu diesem Akkumulator (3) leitet. An der Vorderseite des Solarmoduls ist in Höhe der vorderen Streben des Traggestells (9) der vertikale Witterungsschutz (12) angebracht. Im oberen Bereich des vertikalen Witterungsschutzes (12) befindet sich eine Öffnung (13), durch die der Fahrer blicken kann.An embodiment of the invention is shown in FIG 1 explained. The 1 shows the electric bicycle ( 1 ) with electric motor ( 2 ) and accumulator ( 3 ). This is with the help of the support frame ( 9 ) a curved solar module ( 4 ) attached. This solar module ( 4 ) is composed of the glass fibers ( 5 ), the solar cells ( 6 ) and the bottom sheet ( 7 ). The solar module ( 4 ) comes from an aluminum frame ( 8th ), which also gives it the curvature and also the attachment of the support frame ( 9 ) serves. On the aluminum frame ( 8th ) is also the charge pump ( 10 ), which regulates the electrical energy of the solar module ( 4 ) adapted to the accumulator ( 3 ) with the help of the cable ( 11 ) to this accumulator ( 3 ). At the front of the solar module is equal to the front struts of the support frame ( 9 ) the vertical weather protection ( 12 ) appropriate. In the upper part of the vertical weather protection ( 12 ) there is an opening ( 13 ) through which the driver can look.

Claims (6)

Sonnenenergiebetriebenes, witterungsgeschütztes Elektrofahrzeug dadurch gekennzeichnet, dass ein zwei- oder dreirädriges Elektrofahrrad (1) überdacht wird mit einem oder mehreren Solarmodulen (4) mit einer Gesamtspitzenleistung bei Standardbedingungen von mindestens 120 Watt, einer überdachten Fläche von mindestens 0,75 Quadratmeter und einem Gewicht des überdachenden Bauteils von maximal 7 kg.Solar-powered, weather-protected electric vehicle, characterized in that a two- or three-wheeled electric bicycle ( 1 ) is covered with one or more solar modules ( 4 ) with a total peak power under standard conditions of at least 120 watts, a covered area of at least 0.75 square meters and a weight of the roofing component of a maximum of 7 kg. Sonnenenergiebetriebenes, witterungsgeschütztes Elektrofahrzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite der Solarzellen eine Glasfaserschicht (5), die mit einem geeigneten, transparenten Klebstoff durchtränkt ist, fest mit den Solarzellen (6) verklebt wird.Solar-powered, weather-protected electric vehicle according to claim 1, characterized in that on the upper side of the solar cells, a glass fiber layer ( 5 ), which is impregnated with a suitable, transparent adhesive, fixed to the solar cells ( 6 ) is glued. Sonnenenergiebetriebenes, witterungsgeschütztes Elektrofahrzeug nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Solarmodule (4) gebogen sind.Solar-powered, weather-protected electric vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that the solar module or modules ( 4 ) are bent. Sonnenenergiebetriebenes, witterungsgeschütztes Elektrofahrzeug nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein vertikaler Witterungsschutz (12) vor dem Fahrer angebracht ist.Solar-powered, weather-protected electric vehicle according to claim 1 or 2 or 3, characterized in that a vertical weather protection ( 12 ) is mounted in front of the driver. Sonnenenergiebetriebenes, witterungsgeschütztes Elektrofahrzeug nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Witterungsschutz im Bereich des Sichtfelds des Fahrers eine Öffnung (13) hat.Solar-powered, weather-protected electric vehicle according to claim 1 or 2 or 3 or 4, characterized in that the vertical weather protection in the field of the driver's field of vision an opening ( 13 ) Has. Sonnenenergiebetriebenes, witterungsgeschütztes Elektrofahrzeug nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Solarmodule (4) durch eine Ladungspumpe (10) ergänzt werden.Solar-powered, weather-protected electric vehicle according to claim 1 or 2 or 3 or 4 or 5, characterized in that the solar module or modules ( 4 ) by a charge pump ( 10 ).
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