JP3165480U - 太陽電池自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】透明な太陽電池をフロントグラスに採用し、その他の面にも太陽電池を貼りつけ太陽エネルギーの利用率向上を図った太陽電池自動車を提供する。【解決手段】太陽電池自動車は、電気モータと、自動車に電力を供給するバッテリーと、乗客用のコンパートメントと、前記電気モータと前記バッテリーと乗客用コンパートメントを包囲するケースを構成する不透明材料製の本体１５，１６，１７，１８と、自動車の開口部分に配置された透明な材料製のフロントガラス１１とを有する。前記車両本体を構成する不透明な材料は、車両の側面と上部に配置された太陽電池を有し、太陽光に当たる時に電力を生成する。前記太陽電池により生成された電力は、前記バッテリー又は電気モータに供給される。前記フロントガラス１１が形成される透明材料は、前記バッテリー又は電気モータに電気的に接続された透明な太陽電池を有する。【選択図】図１

Description

本考案は、自動車に電気を供給するバッテリーを搭載した電気自動車に関し、特に、太陽電池を搭載した電気自動車に関する。

バッテリーから電力を得る電気自動車は、１９世紀以来公知である。これらの車両は、様々な利点がある。特に静かで、排気ガスも出さず、理論的には石油への依存性を減らす。しかしこれらの車両のバッテリーは、充電する必要がある。これらの操作は、通常電力グリッドを用いて行われるか、自宅であるいはバッテリー充電ステーションで、行われる。

車両に力を与えるためにバッテリーを使用することには、ある種の欠点がある。この種の電気自動車に十分な自立性を与えるためには、バッテリーは少なくとも２０ｋＷｈの電力を蓄積できる十分な能力がなければならない。従来の鉛バッテリーは、１Ｋｇあたり４０Ｗｈを蓄積できるだけで、この様な電力を蓄えるために、車にとっての負担は、５００Ｋｇ以上の余分な重量がかかることである。リチウムイオンバッテリーは、１Ｋｇあたり約５倍の電気を蓄積できる。しかし現在では、これらのバッテリーは極めて高価である。

国際特許公開パンフレット第２００７／０５９４９３号

A. Barnett et al. in the 4th World Photovoltaic Science and Energy Conference, Hawaii, USA, 2006 entitled "50% Efficient Solar Cell Architectures and Designs". "Titania solar ceiis: new photovoltaic technolgy", which appeared in the review "Renewable Energy", Volume 22(2001), pages 303-309.

電気自動車のバッテリーは、通常パワーグリッドから充電する。これらのパワーグリッドからの電力の大部分は、放射性廃棄物を排出する原子力発電所又は大量のＣＯ_２を大気に放出する石炭発電所あるいは石油発電所で発電される。かくして、一日の終わりには、電気自動車は、ガソリンで走るのと同程度に大気汚染の原因となる。
車本体の少なくとも一部を太陽電池でカバーした電気自動車も公知である。太陽電池の使用は、理論的にはバッテリーの車の欠点を解決する。しかし太陽電池から得られる電力は、バッテリー充電操作の間の車の自立性を増加させるか、あるいはより小型のバッテリーを搭載して同一の自立性を提供することができる。更に太陽電池による電力は、再生可能でクリーンなエネルギーである。しかしスイスのような国においては、１ｍ^２あたりの太陽電池により生成される電力の総量は、平均で１ヶ月あたり１０−１５ｋＷｈを超えることはない。この様な環境においては、大きな電力を得るためには、太陽電池で覆った表面は、できるだけ広くなければならない。

特許文献１は、バッテリーとこのバッテリーを充電するための太陽電池を搭載した電気自動車を開示する。特許文献１は、ソーラーパネルの構造を提案し、これにより利用可能なスペースを最大限利用している。かくして特許文献１に開示された車両は、屋根を覆う第１ソーラーパネルと、ボンネットを覆う第２ソーラーパネルと、前記第１ソーラーパネルにヒンジで取り付けられた折りたたみ可能な第３のソーラーパネルを有する。この第３のソーラーパネルは、車両が停車中に、フロントガラスの上に広げられる。

この従来の解決法にも欠点ある。特にソーラーパネルを広げた時に、このソーラーパネルは、フロントガラスを完全にブロックしてしまう。かくして運転手が、前を見ることができるようにするために、ソーラーパネルは、車両を走行中には折りたたまなければならない。この様な状態においては、ソーラーパネルの利用可能な表面積は大幅に減ってしまう。更に車両の天井に固定された四角形のソーラーパネルが存在すると、空気力学的にあるいは車両の美観の両方にとって、好ましくない。

本考案の目的は、上記の欠点を解決することである。本考案の目的は、請求項１記載のバッテリーを搭載した電気自動車を提供することにより、解決される。

フロントガラスを構成する透明な材料は、透明な太陽電池の層を含むために、フロントガラスの表面は視覚を損なうことなく、太陽エネルギーを生成するのに用いることができる。更に車両本体をカバーする太陽電池が、その車両の湾曲面に追従するために、太陽電池の存在は、車両の空気力学あるいは美観に悪影響を及ぼすことはない。

本考案の一実施例によれば、車両本体をカバーする太陽電池は、光学太陽電池と組み合わせることによって、高い効率が達成できる。これらの太陽電池の構造は、ハイブリッド構造であり、電池要素と光学要素を組み合わせて、光を電池要素の上に集中させる。これらの光学要素は、集光レンズを有する。これらの組み合わせた太陽電池の利点は、その効率が４０％にも更には５０％にも達することである。

本考案の第２の実施例によれば、使用されるバッテリーは、高性能のバッテリーで、１Ｋｇあたり１６０Ｗｈ以上を蓄電し、更には１Ｋｇあたり２００Ｗｈ以上を蓄電できる。これらの特徴により、車両の重量を減らすことができ、この様な状況においては、電力消費を更に減らすことができる。更に電力消費を減らすために、太陽電池により提供される電力の部分は、それに応じて増加する。かくして太陽電池の使用と高性能のバッテリーを組み合わせた自動車の場合には、太陽電池が自動車の自立性に及ぼす影響は、更に増すことになる。

本考案の更なる実施例によれば、使用されるバッテリーは、急速充電が可能なタイプである。これらのバッテリーは、１分間でその全容量の８０％まで充電することができる。この特徴は、旅行中にバッテリー充電ステーションに停止しなければならないことにより引き起こされる不都合（無駄な時間）が、全体的に許容可能となる点である。こららの不都合点は、通常の車がガソリンスタンドに立ち寄ることにより、引き起こされるものよりも長くなることはない。この後者の変形例により、自立性が少なすぎることにより引き起こされる問題点を解決できる。

本考案の一実施例による太陽電池自動車の側面図。 図１の太陽電池自動車に搭載される動機モータ用の電力パワーシステムのブロック図。

図１に示す自動車の外観は、従来の車とは異なっていない。本考案は、特定の形状の自動車に限定されるものではなく、あらゆる自動車に適用可能である。しかし一実施例においては、自動車本体の外観は、太陽電池により全体がカバーできるような特徴を有する。車両本体を構成する様々な要素が製造される際に、太陽電池は、ドーピングしたアモルファスシリコンの薄い層を、様々本体形状のコアを形成する不透明材料の内に堆積することにより形成される。アモルファスシリコンの層が堆積されると、このシリコンは、透明な保護層で再びカバーされる。個々の太陽電池は、自動車本体内の電気コネクタに接続される。太陽電池とコネクタとの間の接続は、導電性パスを介して行われる。この導電性パスは、薄い層の形態で堆積される。

車両本体上の太陽電池のアレイは、複数の領域に分割される。この領域内で太陽電池が同一の方向を向くようにしている。この実施例においては、５つの領域に分けられる。即ち、ルーフ１５と、ボンネット１６と、後部領域１７と、左側面領域１８と、右側面領域１９である。同一領域内の全てのセルは、互いに接続されている。

本考案の一実施例によれば、車両本体をカバーする太陽電池は、高効率の光学太陽電池である。この種の太陽電池は、複数の半導体層を積層して構成される。この様な積層構造を構成することは、複数の重なった接合を構成することを意味する。この種の太陽電池は、マルチジャンクション太陽電池と称する。１個の太陽電池を形成する様々な層は、各接合が様々な帯域のスペクトラムの光を吸収するよう、選択される。更にこれらの層を組織化して、最大のエネルギーフォトンを上部層が吸収し、最小のエネルギーフォトンを底部層が吸収する。

光学集光器のアレイを、マルチジャンクションセルにより形成されるアレイの前に配置する。従来公知の方法で、光学集光器の焦点距離は光波に依存する。かくして様々な帯域のスペクトラムが、それぞれ多層構造の太陽電池の様々なジャンクションの上に集まる。これらのマルチジャンクション太陽電池は、従来の太陽電池よりも、遙かに高い効率を有する。

当業者に明らかなように、マルチジャンクションセルを横方向アーキテクチャとして形成することができる。この様な場合、複数個のセルは、それぞれが様々な帯域のスペクトラム内の光を吸収し、それらを並べて配置する。色素分散要素(chromatic dispersion elements)を含む光学要素のアレイ例えばプリズムが、太陽電池の配列により構成されるアレイの前に配置される。色素分散要素と集光器の組み合わせにより、様々な帯域のスペクトラムが、横方向に並べられた様々な太陽電池の上に集光する。更に複数個の垂直方向の積層構造と横並びの構造を組み合わせることにより、ハイブリッド構造と非特許文献１に開示された均一性を有することができる。集光器と太陽電池の組み合わせの利点は、それらは４０％以上更には５０％以上の効率を有する点である。

この実施例においては、車のウィンドウは透明な太陽電池を搭載する。フロントガラスと他のガラスに組み込まれた太陽電池は、非特許文献２に開示されている。車両本体に関しては、ウィンドウ用の太陽電池のアレイは、複数個の領域に分割されている。その領域内では、太陽電池は、ほぼ同一の方向を向いている。複数個の領域は、フロントガラス１１、リアガラス１２、窓ガラス１３、１４である。この実施例においては、同じ領域の太陽電池は、透明な導電性フィルムで接続されている。

従来公知のように、太陽電池は、強い線形特性を具備する発電器を構成する。言い換えると、同一の光強度共同においても生成される電力は、接続する負荷に依存して変わる。図２を参照すると、太陽電池は、最大パワーポイントトラッカー（即ちＭＰＰＴ）５に領域ごとに接続される。ＭＰＰＴ５は、ＤＣ−ＤＣコンバーターとして作用し、太陽電池の各領域に接続される負荷を、自動的に最適にし、その結果、太陽電池は、利用可能な最大に得られるパワーを、永続的に供給する。

ＭＰＰＴ５から電力は、バッテリー３の方向に向けられ、それをチャージする、あるいは電気モータ９にコンバーター９を介して直接向けられる。ＭＰＰＴ５に付属するコントローラーは、バッテリー３に接続される負荷を制御する。電気モータ７が必要とする電力が、太陽電池が供給できる電力以上の場合になると、バッテリーが機能し出す。逆に、太陽電池により供給される電力が、電気モータ７の必要量を超えるときには、余剰電力は、バッテリーをチャージする。更に本考案の一実施例によれば、電気モータ７は、発電器としても機能する。この特徴は、自動車は、ブレーキを再生できるエネルギーとして用いることができる。再生型のブレーキングの間、電気モータ７は、発電器モードに替わり、自動車のブレーキングにより生成された電力を、バッテリー３にチャージする。図２のコンバーター９は、コンバーターとしての機能を実行する。例えばブレーキングの間、整流器として機能する。かくして再生型のブレーキングの間生成される交流は、バッテリー３をチャージするために適した直流に変換される。従来のブレーキングシステムを搭載して、緊急時のブレーキングを強化することもできる。

バッテリー３は、高電力密度のバッテリーである。リチウムイオンバッテリーあるいはそのバッテリー群は、１Ｋｇあたり１６０Ｗｈ更には２００Ｗｈを蓄電できる。この特徴により、バッテリー群内に２４ｋＷｈ更には３０ｋＷｈのパワーを蓄積できるが、その全重量は、１５０Ｋｇを超えることはない。かくして車の中にバッテリーを搭載することにより引き起こされる余分な重量は、自動車の自立性を若干制限したり減らしたりするだけである。しかしこの重量は、バッテリーの冷却システムを含まない。

本考案の他の実施例によれば、バッテリーは、１０分でその全容量の８０％までチャージできる。この様な高速充電型のバッテリーを使用することにより、長距離の運行が可能となる。実際、バッテリー充電ステーションにおいて、１０分間停止することは、ユーザにとって休養できるものと考えられる。バッテリーは、最大１分以内に容量の８０％まで充電できる。この様なバッテリーは、現在市販されてはいないが、すぐに市販されるようになるであろう。実際に、東芝は、１分間で最大８０％までチャージできる２００８年型のリチウムイオンバッテリーが可能であると、アナウンスしている。この変形例によれば、バッテリーをチャージする可能性は、利用できる電力が限られている時でもより遙かにゆっくりとなる。この可能性は、電力が限られている家での充電に有益であるが、充電しなければならない時間は比較的長くなる。

本考案の変形例として、ドープしたシリコンの薄い層を、直接車両本体を構成する材料の上に堆積する替わりに、標準化されたフレキシブルな太陽電池を使用することもできる。これらのフレキシブルな太陽電池を、その車両本体の構成要素の様々なコアを形成する材料に、結合することができ、その後、透明なコーティングを施すこともできる。

以上の説明は、本考案の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本考案の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本考案の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、考案の容易なる理解の為に付したものであり、考案を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。

３ バッテリー
５ ＭＰＰＴ
７ 電気モータ
９ コンバーター
１１ フロントガラス
１２ リアガラス
１３ 窓ガラス
１４ 窓ガラス
１５ ルーフ
１６ ボンネット
１７ 後部領域
１８ 左側面領域
１９ 右側面領域

Claims (6)

1. 太陽電池自動車において、
   （Ａ）電気モータ（７）と、
   （Ｂ）前記電気モータ（７）に電力を供給するバッテリー（３）と、
   （Ｃ）乗客用のコンパートメントと、
   （Ｄ）前記電気モータ（７）と前記バッテリー（３）と乗客用コンパートメントを包囲するケースを構成する不透明材料製の車両本体（１５，１６，１７，１８）と、
   （Ｅ）自動車の開口部分に配置される透明材料製のフロントガラス（１１）と、
   を有し、
   前記車両本体を構成する不透明な材料は、車両の側面と上部に配置された太陽電池を有し、太陽光に当たる時に電力を生成し、
   前記太陽電池により生成された電力は、前記バッテリー（３）又は電気モータ（７）に供給され、
   前記フロントガラス（１１）が形成される透明材料は、前記バッテリー（３）又は電気モータ（７）に、電気的に接続される透明な太陽電池を有し、
   前記バッテリー（３）は、１Ｋｇあたり１６０Ｗｈの電力を蓄電し、１０分以内にその全容量の８０％までチャージでき、
   前記透明な太陽電池を搭載したウィンドウ（１１，１２，１３）は、自動車本体の開口の複数の開口内に配置され、
   前記自動車本体の側面の太陽電池と、前記トップの太陽電池と、前記ウィンドウ内の太陽電池は、複数の領域（１５，１６，１７，１８，１９，１１，１２，１３，１４）に分割され、
   前記複数の領域内では、前記太陽電池が、同一の方向を向いている
   ことを特徴とする太陽電池自動車。
2. 前記バッテリー（３）は、１Ｋｇあたり２００Ｗｈ以上の電力を蓄電できる
   ことを特徴とする請求項１記載の太陽電池自動車。
3. 前記車両本体により搭載される太陽電池の効率は、４０％以上である
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池自動車。
4. 前記太陽電池の効率は、５０％以上である
   ことを特徴とする請求項３記載の太陽電池自動車。
5. 前記バッテリー（３）は、１分以内にその全容量の８０％まで蓄電できる
   ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の太陽電池自動車。
6. 前記電気モータ（７）は、発電器として機能し、
   前記電気モータ（７）は、前記自動車にブレーキをかけた時に、前記バッテリー（３）を充電する
   ことを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載の太陽電池自動車。

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