DE102015001490A1

DE102015001490A1 - Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges mit Hilfe eines Solarmoduls und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102015001490A1
Application number: DE102015001490.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Reichl; Gabriel Reichl; Bernhard Lehner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2016-08-11

Abstract

Um zu ermöglichen, die elektrische Speichervorrichtung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit mitgeführtem elektrischem Energiespeicher, beispielsweise eines Elektrofahrrads, mit elektrischer Energie auch dann zu laden, wenn weder ein Anschluss ans öffentliche Stromnetz noch eine ortsfeste netzautarke Ladevorrichtung in erreichbarer Nähe zur Verfügung stehen, wird der elektrische Energiespeicher mittels eines oder mehrerer Solarmodule aufgeladen, die aufrollbar sind. Im zusammengerollten Zustand können die Solarzellen platzsparend am Fahrzeug mitgeführt werden. Um den elektrischen Energiespeicher aufzuladen, werden die Solarzellen flächig ausgerollt und beispielsweise in der Nähe des während des Ladens sich nicht fortbewegenden Fahrzeugs auf den Boden gelegt.

Description

Bedingt durch die Fortschritte in der Speicherung von elektrischer Energie und die Weiterentwicklung von Akkus aber auch durch die Anforderung Mobilität unabhängig vom Einsatz fossiler Brennstoffe zu ermöglichen, erfreuen sich elektrisch angetriebene Fahrzeuge immer größerer Beliebtheit. Insbesondere hat dies im Bereich des Individualverkehrs zu einer starken Verbreitung von elektrisch angetrieben Fahrrädern geführt.
Üblicherweise sind solche Fahrzeuge mit einem Energiespeicher ausgestattet, der über eine Steuereinrichtung einen im Fahrzeug integrierten Motor antreibt der die elektrische Energie in Antriebsenergie umsetzt.
Der Energiespeicher wird üblicherweise aus dem öffentlichen Stromnetz geladen. Für die Nutzer von solchen elektrifizierten Fahrzeugen stellt die Erreichbarkeit von geeigneten Anschlussstellen zum Aufladen des Energiespeichers eine Einschränkung in der Anwendung des Fahrzeuges dar. Sollte bei leerem Energiespeicher kein Anschluss ans öffentliche Stromnetz in erreichbarer Nähe zur Verfügung stehen so bleibt nur, die Fahrt ausschließlich durch Muskelkraft fortzusetzen.
Wünschenswert wäre es, die Energie der Sonne in ökologisch vorteilhafter Weise zu verwenden um den Energiespeicher zu laden. Bekannt, jedoch leider nur wenig verbreitet, sind dazu ortsfeste Anlagen wie z. B. Carports oder Fahrradabstellanlagen, die durch die Anbringung von photovoltaischen Solarzellen ein Laden des Energiespeichers solcher Fahrzeuge ermöglichen.
Durch den geringen Verbreitungsgrad solcher Anlagen löst dies jedoch nicht das Problem, der immer größer werdenden Nutzergruppe der elektrifizierten Fahrzeuge, ihre Energiespeicher an jedem beliebigen Ort und Zeit zu laden wenn dies erforderlich ist.
Bisher wurden auch Versuche an Fahrzeugen durchgeführt, die Solarzellen mitführten. So z. B. an Flugzeugen, deren Tragflächen mit Solarzellen bestückt sind, oder Autos, deren Oberfläche mit Solarzellen bestückt sind. Solche Anordnungen sind jedoch an den allermeisten Fahrzeugarten nicht praktisch verwendbar, da die Fahrzeuge bauartbedingt nicht dazu geeignet sind.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, um zu ermöglichen, die elektrische Speichervorrichtung mit elektrischer Energie auch dann zu laden, wenn weder ein Anschluss ans öffentliche Stromnetz noch eine ortsfeste netzautarke Ladevorrichtung in erreichbarer Nähe zur Verfügung stehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst wie in den Ansprüchen 1 bzw. 7 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteilhaft wird ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit mitgeführtem elektrischem Energiespeicher mittels einer oder mehrerer aufrollbarer Solarmodule aufgeladen. Im zusammengerollten Zustand können die Solarmodule platzsparend mit dem Fahrzeug mitgeführt werden. Um den elektrischen Energiespeicher aufzuladen, werden die Solarmodule durch Ausrollen flächig ausgebreitet und beispielsweise in der Nähe des während des Ladens sich nicht fortbewegenden Fahrzeugs auf den Boden gelegt. Aufgrund der Aufrollbarkeit kann das Solarmodul ohne Beschädigung wiederholt abwechselnd flächig ausgebreitet und dann wieder in eine näherungsweise zylinderartige Form überführt werden, in der das Solarmodul mindestens eine, bevorzugt jedoch mehrere Lagen bildet und somit platzsparend und handlich transportiert werden kann.
Die Erfindung ermöglicht somit das Laden des Energiespeichers mit Hilfe der Sonne, ohne dass permanent am Fahrzeug große Flächen verwendet werden oder zur Verfügung stehen müssen. Mit Hilfe der Erfindung ist das Laden des Energiespeichers unabhängig vom öffentlichen Stromnetz oder von ortsfesten photovoltaischen Ladeeinrichtungen möglich. Übliche, für die vorliegende Erfindung einsetzbare elektrische Energiespeicher sind beispielsweise Lithiumakkumulatoren oder NiCd Akkus oder Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren. Jedoch ist die Erfindung nicht auf einen bestimmten Typ von elektrischem Energiespeicher beschränkt.
Das elektrisch angetriebene Fahrzeug ist beispielsweise ein mit einem Elektromotor als Hilfsantrieb oder Hauptantrieb ausgestattetes Zweirad, Dreirad oder Vierrad, beispielsweise ein mit einem elektrischen Hilfsantrieb ausgestattetes Fahrrad, beispielsweise ein Elektrofahrrad, E-Bike, Pedelec, S-Pedelec oder E-Mofa oder ähnliches. Jedoch ist die Erfindung prinzipiell auch auf andere Arten elektrisch angetriebener Fahrzeuge anwendbar. Zu Beispiel elektrisch angetriebene GolfCaddys wie sie auf Golfplätzen zum Transport der Spieler eingesetzt werden.
Als Solarmodul können beispielsweise kommerziell erhältliche Erzeugnisse verwendet werden, die zumindest in einer Richtung ausreichend flexibel sind, um zu einer kompakten, am Fahrzeug mitführbaren Einheit aufgerollt werden zu können. Die Solarmodule können daher in gerollter Form (4 in 2) verpackt und transportiert werden. Sie bestehen z. B. aus einem Trägermaterial aus Kunststoff welches in Dünnschichttechnologie aufgebrachte photovoltaische Solarzellen enthält, die jeweils in Serie geschaltet sind, um eine Spannung zu erzeugen, die zur Ladung von elektrischen Energiespeichern geeignet ist. Solche Solarzellen werden z. B. von Firma Fuji hergestellt und vertrieben.
Jede photovoltaische Zelle ist bevorzugt so flexibel, dass sie einen Biegeradius einnehmen kann, der dem Radius des aufgerollten Solarmoduls im Wesentlichen entspricht. Durch diese Flexibilität werden die Zellen außerdem den Belastungen besser gerecht, die sich bei der Mitführung des aufgerollten Solarmoduls am Fahrzeug und beim Ausrollen und Betrieb des Moduls auf dem Boden ergeben.
Es kann jedoch schon genügen, die einzelnen photovoltaischen Zellen kleinflächig, zumindest aber ausreichend schmal auszubilden, und nur die elektrischen und mechanischen Verbindungen der Zellen untereinander, nicht jedoch die einzelnen Zellen elastisch biegbar auszugestalten, um ein aufrollbares Solarmodul zu erhalten.
Im Folgenden werden Ausführungsansprüche der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines zu Darstellungszwecken teilweise aufgerollten Solarmoduls (4)
3 zeigt Ausführungsbeispiele von Transportbehältern
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltung zur Ladung des elektrischen Energiespeichers in der Anordnung nach 1
1 zeigt eine Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. In dieser Figur zeigt (1) ein mittels eines Hilfs-Elektromotors (6) elektrisch angetriebenes Fahrrad. Dieses Fahrrad weist einen elektrischen Energiespeicher (2) in Form eines Lithiumakkumulators auf und einen Elektromotor (6). (4) bezeichnet zwei neben dem Fahrrad (1) ausgebreitete, aufrollbare Solarmodule, die über elektrische Anschlusskabel (5) mit einem am Fahrrad (1) montierten Spannungswandler (3) verbunden sind. (12) bezeichnet auf die Solarmodule einfallendes Sonnenlicht, das von den (nicht dargestellten) photovoltaischen Elementen der Solarmodule (4) in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Spannungswandler (3) wandelt die mehrere hundert Volt betragende Gleichspannung der Solarmodule in eine Spannung um, die für die (nicht dargestellte) Ladeschaltung am Fahrrad (1) zur Ladung des Akkus (2) geeignet ist.
In diesem Ausführungsbeispiel wurden zur Ladung des Akkus (2) zunächst die Solarmodule (4), die unterwegs in aufgerolltem Zustand am Fahrzeug mitgeführt wurden, auf dem Boden ausgebreitet, um mit ihrer ganzen Fläche dem Sonnenlicht (12) ausgesetzt zu werden. Im ausgebreiteten Zustand, während das Fahrrad (1) steht, findet jetzt, wie dargestellt, die Aufladung des Akkus statt. Nach Beendigung des Ladevorganges werden die Solarmodule dann wieder aufgerollt, um in kompakter Form bei Fortsetzung der Fahrt mit dem Fahrrad mitgeführt werden zu können.
Um die aufgerollten Solarmodule mitzuführen, kann am Fahrrad (1) und/oder an mindestens einem der Solarmodule eine geeignete Halterung vorgesehen sein. Im einfachsten Fall wird ein elastisches Band um die zu einer Rolle ineinander gerollten Solarmodule geschlungen, um die Rolle auf dem Gepäckträger zu befestigen. Vorzugsweise ist jedoch ein Transportbehälter vorgesehen, der die Solarmodule in aufgerolltem Zustand aufnehmen kann und vorzugsweise gleichzeitig dafür sorgt, dass die Solarmodule während des Transports aufgerollt bleiben. Dieser Transportbehälter kann am Fahrrad fest oder abnehmbar montiert sein, beispielsweise in Gestalt eines leichten Kunststoffbehälters, der beispielsweise oberhalb des Hinterrades angeordnet ist und an vorteilhaft auf seiner Oberseite eine Gepäckträgervorrichtung aufweist. Einfachere Lösungen sehen einen Sack als Transportvorrichtung für die aufgerollten Solarmodule vor, der entweder rucksackartig auf dem Rücken des Radfahrers gehalten oder mittels einer Clip- oder Schraubeinrichtung an geeigneter Stelle des Fahrrades befestigt werden kann. Beispielsweise können auch die weit verbreiteten Fahrradpacktaschen, welche links und/oder rechts, vorne und/oder hinten am Fahrrad an den üblichen Gepäckträgern befestigt werden können, zum Transport der aufgerollten Solarmodule eingesetzt werden.
2 zeigt ein zu Darstellungszwecken teilweise aufgerolltes Solarmodul (4), mit einem elektrischen Anschluss (14), beispielsweise ein Steckverbinder oder eine Buchse, mit dem ein passendes Gegenstück (9) am Anschlusskabel (5) verbindbar ist. Bevorzugt ist das Kabel (5) mit einem vom Anschluss (14) des Solarmoduls (4) lösbaren Anschluss (9) ausgestattet. Dies erleichtert den Transport. Außerdem können dadurch Beschädigungen am Solarmodul (4) aufgrund übermässigen Zugs vermieden werden.
3 zeigt Ausführungsbeispiele von Transportbehältern zur Aufnahme der aufgerollten Solarmodule. (10) bezeichnet einen flexiblen Packsack beispielsweise aus reißfestem Kunststoff in einer zylindrischen Grundform, der bevorzugt staub- und wasserdicht ausgeführt sein kann (IP64). (11) zeigt eine alternative Ausführungsform in Gestalt eines einfachen Rucksacks. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich Erläuterungszwecken. Für die vorliegende Erfindung sind zahlreiche weitere Ausführungsformen von Transportbehältern für die Solarmodule (4) geeignet.
Alternativ kann auf einen gesonderten Transportbehälter auch völlig verzichtet werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, direkt an zumindest einem der Solarmodule eine Halterung zur Befestigung am Fahrzeug vorzusehen. Dieses mit einer Halterung versehene Modul kann dann im aufgerollten Zustand ein weiteres Modul, soweit vorhanden, umschließen und somit für solche weitere Solarmodule als Transportbehälter dienen.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltung zur Ladung des elektrischen Energiespeichers der Anordnung nach 1 in Form eines Blockschaltbildes. In dieser Figur bezeichnet (3) einen Gleichspannungswandler, um die hohe Gleichspannung, die aus der Reihenschaltung einer Vielzahl von photovoltaischen Elementen eines oder mehrerer Solarmodule (4) resultiert, möglichst verlustarm in eine niedrigere Gleichspannung umzusetzen, die von der Ladeelektronik für das Laden des elektrischen Energiespeichers (2) verwendet werden kann. Sofern die photovoltaischen Solarzellen (4) in einer Serienschaltung eingesetzt werden, kommt vorteilhafter Weise ein Spannungswandler (3) zum Einsatz. Sowohl ein derartiger Spannungswandler (3) als auch Schaltungen zur optimalen Ladung von elektrischen Energiespeichern sind nach dem Stand der Technik bekannt und kommerziell verfügbar.
Die dargestellte Fahrzeugsteuerung (15) dient in an sich bekannter Weise dazu, im Fahrbetrieb Energie aus der elektrischen Energiespeichervorrichtung (2) beispielsweise in einen Mehrphasenstrom umzuwandeln und damit den Motor (6) zu betreiben.
Der für die Umwandlung der gewonnen Energie benötigte Spannungswandler (3) wird vorteilhafter Weise am Fahrzeug (1) mitgeführt. Alternativ kann er z. B. in der Ladeelektronik des elektrischen Energiespeichers (2) integriert sein oder in der Transportvorrichtung (10, 11) am Fahrzeug mitgeführt werden.

Claims

Verfahren zum Aufladen eines am Fahrzeug (1) mitgeführbaren elektrischen Energiespeichers eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges (1) mit Hilfe mindestens eines Solarmoduls (4) mit mindestens einer photovoltaischen Zelle zur Gewinnung von elektrischer Energie aus Licht, dadurch gekennzeichnet, dass als Solarmodul ein aufrollbares Solarmodul (4) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul (4) vor Beginn des Ladens durch Ausrollen flächig ausgebreitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgerollte Solarmodul zur Mitnahme am Fahrzeug an diesem befestigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul (4) vor und/oder nach dem Laden des elektrischen Energiespeichers (2) aufgerollt und in einem Transportbehältnis verstaut ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportbehältnis nach Aufnahme des mindestens einen Solarmoduls (4) in dem Transportbehältnis an dem Fahrzeug (1) befestigt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) ein Fahrrad mit elektrischem Antrieb durch einen Elektromotor (6) ist.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer am Fahrzeug mitgeführten, aufladbaren elektrischen Energiequelle und mindestens einem Solarmodul (4), welches zur Mitführung an dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug (1) untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Solarmodul aufrollbar ist und aufgerollt sowie vom Fahrzeug abnehmbar am Fahrzeug angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass das mindestens eine Solarmodul in einem Transportbehältnis (10, 11) untergebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass das Transportbehältnis ein Packsack (10) oder ein Rucksack (11) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet dadurch, dass das Transportbehältnis an dem Fahrzeug (1) dauerhaft oder zur werkzeuglos abnehmbaren Mitführung an dem Fahrzeug (1) befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch – eine Ladeschaltung, die ausgebildet ist, mittels elektronischer Laderegelung den elektrischen Energiespeicher (2) zu laden, und – eine Schnittstellenschaltung (3), um die elektrische Energie, die in der photovoltaischen Solarzelle (4) gewonnen wird, zum Laden des elektrischen Energiespeichers (2) in eine für die Versorgung der Ladeschaltung geeignete elektrische Spannung umzuwandeln.
Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass die Schnittstellenschaltung zur Umwandlung der elektrischen Energie (3) im Transportbehältnis der photovoltaischen Solarzellen (4) verpackt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass die Schnittstellenschaltung (3) fest oder lösbar mit dem Fahrzeug (1) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass die Schnittstellenschaltung zur Umwandlung der elektrischen Energie (3) Teil der elektronischen Schaltung zur Ladung des elektrischen Energiespeichers (2) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet dadurch, dass die Schnittstellenschaltung (3) einen Spannungswandler enthalten kann, der die Spannung der in Serie geschalteten photovoltaischen Solarzellen (4) in eine von der Ladeelektronik benötigte Versorgungsspannung umwandelt.