JP2012515526A - 車両用ソーラーパワー管理 - Google Patents

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Abstract

車両用太陽光蓄電及び充電システムは、放射エネルギーを吸収し、前記吸収された放射エネルギーを電気エネルギーに変換するために前記車両に配置される太陽光発電装置を含む。少なくとも一つのエネルギー蓄積装置は、太陽光発電装置から電気エネルギーを蓄積し、蓄積された電力は車両で利用可能となる。電気エネルギーコンバータは、太陽光発電装置とエネルギー蓄積装置との間に配置され、太陽光発電装置から電気エネルギーを受け取り、エネルギーをエネルギー蓄積装置に充電するための所定レベルに増幅し、増幅した電気エネルギーをエネルギー蓄積装置に供給する。
【選択図】図８

Description

本開示は、一般に車両に関する。より詳細には、本開示は、エネルギー源としてのソーラーパワー及びソーラーパワー供給管理を利用する車両に関する。
車両（例えば、自動車）は、車両を動作させる動力を供給するためにエネルギー源を利用する。石油系生成物がエネルギー源として広く用いられている一方で、メタノール、エタノール、天然ガス、水素、電気、太陽光等の代替エネルギー源が利用可能である。ハイブリッド車は、車両に動力を供給するために、エネルギー源を組み合わせて利用する。かかる車両は、車両の性能及び走行距離特性を強化し、ガソリン車と比較して環境への影響を低減するために、複数の燃料資源の利点を利用しているので、望ましい。
ハイブリッド車の実施例は、動力源として電力及びソーラーエネルギーを利用する車両である。電気自動車は、その低排出特性及び動力源として電気の一般向け提供により、環境保護に関して有利である。しかし、バッテリ容量により、同等のガソリン車に対して電気自動車の性能は制限される。ソーラーエネルギーは、容易に利用可能であるが、単独で車両を動作させるためには十分でないだろう。このように、改良された太陽光発電エネルギー供給システムを有するハイブリッド車の技術が求められている。
したがって、本開示は、太陽光蓄電及び充電システムに関する。本システムは、放射エネルギーを吸収し、吸収された放射エネルギーを電気エネルギーに変換するための車両に配置される太陽光発電装置を含む。少なくとも一つのエネルギー蓄積装置は太陽光発電装置から電気エネルギーを蓄積し、蓄積された電力は車両で利用可能となる。電気エネルギーコンバータは太陽光発電装置とエネルギー蓄積装置との間に配置され、太陽光発電装置から電気エネルギーを受け取り、エネルギーをエネルギー蓄積装置に充電するために所定レベルに増幅し、増幅した電気エネルギーをエネルギー蓄積装置に供給する。
本開示は、ソーラーパワーを利用して車両のエネルギー蓄積装置を連続的に充電する効果を提供する。また、本開示の別の効果は、低電圧及び高電圧エネルギー蓄積装置間のエネルギー供給による効率的な車両運用を可能にすることである。更に、本開示の別の効果は、ソーラーパワーを高電圧バッテリ装置に供給する機会をもたらすことである。本開示の更なる効果は、システムがエネルギー蓄積装置（例えば、バッテリ）と通信し、エネルギー蓄積装置内にエネルギーを蓄積するということである。また、本開示の更なる効果は、ソーラーパネルから生成されたエネルギーが後の供給のために蓄積され得るということである。本開示の効果は、放射エネルギーの吸収を高めるために、ソーラーパネルが車両の広い表面積を覆うということである。また、本開示の別の効果は、ソーラーパネルが、最大電力点追従制御により異なる太陽放射の角度及び部分日陰条件で効率を最大化するために、独立モジュールに分割されるということである。
本開示の他の機構及び効果は、添付の図面と併せて次の説明を読んだ後に同じことがよく理解されるので、容易に正しく認識されるであろう。
車両のルーフに取り付けられた太陽光発電システムを有する車両の斜視図である。 車両のトランクに取り付けられた太陽光発電システムを有する車両の斜視図である 車両用ソーラーパネルの上部斜視図である。 ルーフ用ソーラーパネルの平面図である。 ソーラーパネルの分解詳細図である。 接続された隣接する太陽電池の詳細図である。 車両用太陽充電システムを図示しているブロック図である。 車両用太陽充電システムを図示しているブロック図である。 車両の低電圧充電及び高電圧充電時のエネルギーフローを図示しているブロック図である。 車両用ＤＣ／ＤＣコンバータを有する低電圧バッテリ充電システムを図示している概略図である。 ソーラーパネルからの低電圧充電配給と車両構成要素へのエネルギー供給を図示している概略フロー図である。 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて高電圧バッテリに充電している低電圧バッテリを図示している概略フロー図である。 エネルギー供給の実施例を時間関数として示すグラフである。 高電圧充電システム内のエネルギー供給を図示している概略フロー図である。 エネルギーフロー切換器を有する高電圧充電システムを図示している概略フロー図である。 スイッチ、低電圧ＤＣ／ＤＣコンバータ及び双方向高電圧ＤＣ／ＤＣコンバータによる低電圧及び高電圧充電の更なる実施例を図示している概略フロー図である。
図１〜２に示すように、ソーラーパネル１４を有する車両１０が図示される。本実施例では、車両１０は、太陽光及び電気で動くプラグインハイブリッド車である。車両１０は、フレームと、フレームを覆って協調的に車両の形状を形成するアウターパネル１２と、を有する車体構造を含む。車両１０は、乗員区画と呼ばれる内部空間１１を含む。コンバーチブル型車両１０では、乗員区画１１は、展開位置で乗員区画１１を覆う可動式コンバーチブルトップによって囲まれる。車両１０は、トランク又は荷物室１３と呼ばれる収納空間１３も含む。トランク又は荷物室１３は、デッキリッド１５から利用可能である。デッキリッド１５は、デッキリッド１５が複数箇所で連結され得るように車体に回動可能に接続されるパネル部材である。例えば、デッキリッド１５は、車両１０のトランク１３を利用可能にするために前縁部１５Ａを中心として回動してもよいし、車両トランク内に折り畳まれた屋根を収容するために後縁部１５Ｂを中心として回動してもよい。
車両１０は、車両１０を推進するように操作可能であるパワートレーンも含む。本実施例では、パワートレーンは、プラグインハイブリッドであり、電動モーター及びモーターコントローラを含む。車両１０は、特定の運転条件下で必要な場合に電動モーターを補うガソリンエンジンを含んでいてもよい。電気エネルギーは、後述するエネルギー蓄積装置（例えば、バッテリ）に蓄積され得る。鉛蓄電池、リチウムイオン電池等の様々なタイプのバッテリが利用可能である。車両１０は、一種類以上のバッテリ又はエネルギー蓄積装置を含んでいてもよいことを理解されたい。バッテリは、様々な車両構成要素を動作させるために電力という形で動力を供給する。本実施例では、車両構成要素に電力を供給する低電圧バッテリ７０（例えば、典型的な１２Ｖの鉛蓄電池）及び高電圧バッテリ７２（例えば、６０Ｖ以上のトラクションバッテリ）を有し、本実施例では、電動モーターに電力を供給する４００Ｖのトラクションバッテリを有している。バッテリ７０，７２は、車両１０内での（例えば、電動モーター、車両構成要素、他の装備品等への）電力の供給を調整する制御システムと通信してもよい。本実施例では、高電圧バッテリは、差込式電源及びガソリンエンジンから電気エネルギーを受け取り、低電圧バッテリ７０は、高電圧バッテリ又はソーラー電源から後述する方法で電気エネルギーを受け取る。更なる実施例では、高電圧バッテリ７２及び低電圧バッテリ７０は、ソーラー電源から電気エネルギーを受け取る場合がある。
図３〜６に示すように、車両は、光エネルギーを受け取り、そのエネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電装置１４を含む。実施例において、太陽光発電装置は、一般に、車両１０の表面に太陽から放射エネルギーを受け取るように設置される平面的なソーラーパネル１４である。ソーラーパネル１４は、例えば、ルーフパネル、デッキリッド１５又は別の車体パネル１２内に、放射エネルギーの集積を容易にするように設置される。実施例において、ソーラーパネル１４は、略平面形状、曲線形状、又は車両のアウターパネル１２の輪郭に対応するその他の形状に形成される。更なる実施例において、太陽光発電領域を拡大するために、ソーラーパネルを開放して太陽光に晒すように操作可能な格納式ソーラーパネルが提供されてもよい。
ソーラーパネル１４は、太陽から放射エネルギーを集め、太陽のエネルギーを車両１０の運転に利用できる蓄積された電気エネルギーに変換するように処理可能である。ソーラーエネルギーは、他のエネルギー源（例えば、本実施例の差込式電源又は化石燃料）のエネルギーを補うために利用できる。補足的なソーラーエネルギーは、車両１０の性能を効果的に向上させる、すなわち、別の車両機構又は装備品が使用するための電力量を増加させる。
ソーラーパネル１４は、図３，４及び７に示すようにソーラーアレイに配置された複数の太陽電池２０を含む。実施例において、個々の太陽電池２０は、ポリマー層１８内でカプセル化されてもよい。太陽電池２０は、吸収された太陽光を電気に有効に変換する。太陽電池２０は、グループ化され、電気的に接続され、後述する方法で共にパッケージ化されてもよい。一般に、太陽電池２０は、半導体物質（例えば、シリコン、結晶シリコン、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等）から製造される。太陽電池２０が太陽光を受けると、太陽光の一部は半導体内に吸収され、吸収された光のエネルギーは半導体物質に伝達される。太陽光からのエネルギーは、半導体物質内の電子を自由にする。この電子は自由キャリアと呼ばれる。これらの自由電子は電流を形成するために移動することができ、その結果、自由電子の流れは起電圧場を生み出す。金属接点は、電流が太陽電池から取り出され、他で使用されるように、太陽電池２０に取り付けられる。金属接点は、後述する方法で所定の様式に配置されてもよい。
ソーラーパネル１４は、電気的に個別の領域を形成する四つの区画又はモジュール２２に分割される。太陽電池２０は、所定の構成又は様式（例えば、配列）で各モジュール内に設置される。例えば、各モジュールは、５×４の配列の太陽電池を含んでいてもよい。モジュール２２自体は、図６に示すクロスコネクタ２４又は母線により接続される。更に、モジュールの内の各太陽電池２０は、図６に示すように、セルコネクタ２６又はストリンガーによって、電気的に直列接続されている。モジュール内の各太陽電池及び対応する配列の寸法は、利用可能な空間を満たすような大きさである。特定の例では、配列は、部分的に略扇形に形成される。
ソーラーパネル１４は様々な技術を使用して製造されてもよく、どの製造方法を選択してもよい。実施例において、ソーラーパネルは、ラミネート構造体を有するガラスパネルから製造される。別の例では、太陽光発電システムは、例えば、ポリマー又は複合材料内に一体的に形成された複合構造物内に取り付けられるか又は組み込まれてもよい。ソーラーモジュールは、耐久性のあるポリマー（例えば、傷のつきにくいポリカーボネート）内で積層されてもよい。更なる実施例において、ソーラーモジュール２２は、薄膜（例えば、アモルファスシリコン等）内に取り付けられる。更なる実施例において、太陽光発電システムは、他の露出した車両構造（例えば、ウインドウ）に形成されるモジュール２２を含む。縁にある太陽電池に光を導く有機ソーラー集光装置又は特別に染色された窓が用いられてもよい。したがって、ソーラーパネル構造は、車両の特徴（例えば、重量、コスト、パッケージ等）に影響を与える。
図５に示すように、積層ソーラーパネル構造の実施例が図示される。したがって、第一層１６は、裏材料（例えば、フォイル材）であってもよい。第二層１８は、ポリマー層であってもよい。ポリマー材の実施例は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）等である。第三層は、ガラス材であってもよい。太陽電池２０は、ポリマー材内に含まれていてもよい。第二層１８はポリマー被覆の別の層を含んでいてもよく、それによって太陽電池２０及びコネクタ２４，２６をポリマー層の間にはさむ。実施例において、ソーラーパネルは、ガラスの第三層又は最上層２８を更に含む（図５）。この最上層２８は、本質的に装飾的又は機能的である様々なコーティングを含んでいてもよい。例えば、シリコンが光る材料であり、反射される光子は太陽電池２０に利用されることはないので、最上層２８の内面は反射防止膜を有していてもよい。実施例において、反射防止膜は、光子の反射を減らす。反射防止膜は、ソーラーパワーを集める太陽電池２０上を除く最上層のすべての領域上に適用される遮光スクリーンであってもよい。反射防止膜の色は、黒であってもよい。例えば、黒色コーティングは、アクリル、フリット塗料等の材質であってもよい。最上層２８は、ソーラーパネルの外観を視覚的に高める付加的なグラフィックコーティング３２を含んでいてもよい。実施例において、付加的なグラフィックパターン３２は、例えば、塗料又はシルクスクリーン処理によって、ガラスの最上層に加えられてもよい。更なる実施例において、グラフィックパターンは、金の塗料で施される。層は、ガラスへの加熱によって、互いに接合され、単一の単位として共に層を形成してもよい。
ソーラーパネル１４は、太陽充電システム３４と有効に通信する。ソーラーエネルギーを最大にし、これにより燃料使用を相殺するために、ソーラーパネル１４から生成されたエネルギーは蓄積される。典型的には、エネルギーは、低電圧バッテリ７０に蓄積される。更に、太陽充電システム３４は、後述する方法で車両充電システムと有効に通信してもよい。ソーラーパネルのモジュール２２の各々は、後述する方法でソーラーパネル１４の様々な太陽放射の角度及び部分日陰条件に対する電力出力を最大にする最大電力点（ＭＰＰ）追従制御機構を含む。本機構は、特定のモジュール２２の１つの太陽電池２０が太陽から遮られる場合、モジュール上の他の太陽電池の性能が低下し得ることを想定している。各モジュール２２は、電気的に単独であり、他のモジュールから分離されていて、独立しているので、他の利用可能なモジュール２２のエネルギー集積動作は最適化されてもよい。
図７に示すように、最大電力点追従制御機構が記載されている。太陽充電システム３４は、モジュール２２の出力電流を調整するためにソーラーパネルモジュール２２のうちの少なくとも一つと通信する、ＤＣ／ＤＣコンバータとも呼ばれる電気コンバータ（例えば、ＤＣ／ＤＣブーストコンバータ３６）を含む。例えば、各モジュール２２は、そのモジュール２２からの電圧出力を調整するために、パワーブースター又はＤＣ／ＤＣコンバータ３６に接続される。モジュール２２からの電圧は、低電圧バッテリ７０を充電するために必要な電圧より低い。このようにして、各モジュール２２の出力電圧は維持されるので、低電圧バッテリ７０を充電するためにソーラーエネルギーを用いることができる。実施例において、各ソーラーパネルモジュール２２は、最大３Aまで、すなわち、四つのモジュール２２では合計１２Aまで出力可能である。本実施例では、パワーブースター３６は、ソーラーモジュール２２から電流を受け取り、車両が使用可能な範囲の電圧に変換するＤＣ／ＤＣエネルギーブーストコンバータ３６である。典型的な範囲は、低電圧バッテリでは１４〜１６Ｖ、高電圧バッテリでは約２１６〜４２２Ｖを含む。更なる実施例において、モジュール２２の出力電圧は１０〜１２Ｖの間、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は１４〜１６Ｖの間である。
各モジュール２２は、電圧をコンバータ３６に供給する電線を含む。エネルギー蓄積装置又はバッテリ７０は、正端子７１ａ及び負端子７１ｂを含む。モジュール２２からの電圧は、正電圧入力ライン７９ａ及び負電圧入力ライン７９ｂを介してコンバータ３６に供給される。コンバータ３６の出力は、正端子７１ａ及び負端子７１ｂのそれぞれに対応する正電圧出力ライン７９ｃ及び負電圧出力ライン７９ｄを含む。
車両位置に対する利用可能な太陽光によって、ソーラーモジュール２２又は太陽光発電モジュールは、部分的又は完全に陰になり得る。単一の太陽電池が陰になると、対応するモジュールの性能が低下し得る。例えば、陰が３％になると、電力が２５％減少する場合がある。部分日陰による損失を最小限にするために、各モジュール２２は、他のモジュールから電気的に分離される。各モジュール２２は、それ自身の最大電力点（ＭＰＰ）追従制御を含む。ＭＰＰは、照明下のソーラーモジュール２２の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線上において、電流と電圧の積が最大（Ｐｍａｘ，ワットで計測）となる点である。この曲線上の点を表すＩ軸及びＶ軸上の位置は、Ｉｍｐ（最大電力時電流）及びＶｍｐ（最大電力時電圧）と呼ばれる。
ソーラーパネルが複合曲率を有する（すなわち、図１に示すように複数の方向において、湾曲している）場合、様々な太陽放射の角度において、ルーフの一方のコーナは他方部分より多くの太陽放射を受けるであろう。このように、太陽電池２０は、太陽放射を最大限に受けるためにモジュール２２内で配置されてもよい。ソーラーパネル１４は、複数のモジュール２２（本実施例では四つ）に分割されるので、一つのモジュールのみに影響を及ぼす部分日陰条件は軽減され得る。例えば、一つのモジュール２２に含まれる太陽電池上に置かれた物体は、任意の他のモジュール２２に影響を及ぼさない。
図８及び９に示すように、太陽充電システム３４は、低電圧バッテリ７０の充電状態を監視するバッテリ監視システム（ＢＭＳ）３８を含んでいてもよい。実施例において、低電圧バッテリの電圧は、典型的な車両運用時には、８〜１６Ｖの間で変化する。更なる実施例において、ＢＭＳ３８は、モジュール２２に吸収されたソーラーエネルギー量を監視するために用いられてもよい。双方向エネルギーフロー機能は、充電状態によって、低電圧バッテリ７０と高電圧バッテリ７２との間で使用され得る。ＢＭＳ３８は、バッテリ７０のパラメータ及びモジュール２２からのソーラーエネルギーフローを測定する電気センサを含み得る。その場合、ＢＭＳ３８は、車両性能を調整できるように監視されたデータを受け取るハイブリッド制御装置（ＨＣＵ）４４と通信し得る。ＨＣＵ４４は、所定のパラメータ又は予めプログラムされたパラメータに基づいて効率的な運転を容易にするために、様々な車両構成要素の動作を調整するようにプログラムされ得る。
太陽充電システム３４は、低電圧バッテリ７０と高電圧バッテリ７２との間の双方向エネルギーフローの電圧を増幅又は減衰するためにＤＣ／ＤＣコンバータ７３と通信する補助電力モジュール（ＡＰＭ）４０を更に含み得る。例えば、高電圧７２と低電圧バッテリ７０との間で使用されるＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、エネルギーが流れている方向によって、電圧を増幅又は減衰する。ＡＰＭ４０は、バッテリ７０及び７２へのエネルギー供給を最適化するように太陽充電システム３４と通信するために、エネルギーフローを監視する。
太陽充電システム３４は、高電圧バッテリ７２の状態を監視し、充電状態を制御するバッテリ電子制御モジュール（ＢＥＣＭ）４２を更に含み得る。しかし、ＢＥＣＭ４２は、複数のエネルギー蓄積装置（例えば、低電圧バッテリ７０及び高電圧バッテリ７２）の状態を監視し、充電状態を制御するように作製され得ることを理解されたい。更なる実施例において、コンデンサ、複数の低電圧バッテリ等の他のエネルギー蓄積装置が用いられてもよい。太陽充電システム３４は、例えば、高電圧インターロックのような高電圧接触器（図示せず）を制御するコントローラであるＨＣＵ４４を含む。ＨＣＵ４４は、他のコントローラ（例えば、車両制御モジュール（ＶＣＭ）４６、ＡＰＭ４０、ＢＭＳ３８及び／又はＢＥＣＭ４２）と連動してもよい。結果として、充電は定常状態の出力となる。ＶＣＭ４６は、太陽光発電装置１４、高電圧バッテリ充電システム及び電動モーターとの間の電力供給を管理する。
ソーラーパネル１４から変換されたエネルギーは、低電圧バッテリ７０を充電するために用いられ得る。更に、バッテリ７０は、高電圧バッテリを充電するために用いられ得る。実施例において、低電圧バッテリは、連続的にソーラーパネル１４からエネルギーを受け取るために、所定の閾値電圧より低く維持される。したがって、車両１０は、所定のパラメータと、太陽光発電装置１４、低電圧バッテリ７０及び高電圧バッテリ７２との間のエネルギー供給に基づいて効率的に動作するようにプログラムされ得る。
図１０〜１６に、本開示による充電システムのいくつかの実施例が示される。実施例において、ソーラーエネルギーの利用を強化し、これにより、少なくとも部分的に燃料使用を相殺するために、エネルギーは、エネルギー蓄積装置（例えば、バッテリ）に蓄積される。エネルギー蓄積装置は、鉛蓄電池、鉛発泡体蓄電池、ＡＧＭバッテリ、リチウムイオン電池、リチウム空気電池等を含むバッテリであってもよいが、これに限定されるものではない。コンデンサは、エネルギー蓄積装置の別の実施例である。エネルギーは、太陽光発電システムから生成される。図１０に模式的に示すように、太陽光発電システム１４は、低電圧バッテリ７０に適応させるためにエネルギー準位（すなわち、電圧）を増幅するＤＣ／ＤＣコンバータ又はコンバータ３６にエネルギーを供給する。エネルギーは、正端子７１ａ及び負端子７１ｂを介してバッテリに入る。
図１１は、低電圧バッテリ充電を含む電気構造の実施例を図示する。矢印は、必要に応じてデータ転送又はエネルギーフローの方向を表す。この構造において、ソーラーパネル１４は、ブーストコンバータ３６（電子制御装置（ＥＣＵ）の一部）に接続される。ブーストコンバータ３６は、装置（例えば、暖房・換気及び空調（ＨＶＡＣ）システムのファン１１０）に直接的に電力を供給し得る。実施例において、ソーラーパネル１４は、装置（例えば、ファン１１０）に電力を供給し得るバッテリ７０を充電することができる。ファン１１０は、ＨＶＡＣコントローラ１１１により制御され得る。ソーラーパネル１４は、電磁放射（光）を電力（電流及び電圧）に変換する。ブーストコンバータ３６は、車両の低電圧システムによって、ソーラーパネル１４からの電圧出力を有用な準位まで増幅する。
実施例において、１２Ｖのバッテリ７０が低電圧バッテリ７０として使用される。バッテリ７０は、蓄電のために電気エネルギーを化学ポテンシャルエネルギーに変換し、装置が使用するために化学ポテンシャルエネルギーを電気エネルギーに変換する。実施例である装置（例えば、ＨＶＡＣファン１１０）は、様々な機能を果たすために電気エネルギーを使用する。ファン１１０は、直接的にブーストコンバータ３６によって、又は１２Ｖのバッテリ７０によって、電力が供給され得る。実施例において、構成要素を制御するために、様々なシステムと通信し、蓄積し、データを処理するコントローラ（ＶＣＭ４６、ＨＣＵ４４、ＡＰＭ４０等）が用いられる。更なる実施例において、タッチパネル１１２は、例えば、ソーラーエネルギーの利用方法（ＨＶＡＣ、充電等）を選択するために、ユーザが太陽光発電システム１４と対話できるように車両に提供される。タッチパネル１１２は、システムの動作に関する情報も表示する。センサ（例えば、ＨＶＡＣコントローラ１１１に接続された温度センサ１１３）は、システムを動作させるために、入力情報をコントローラに送る。例えば、特定のモードでは、運転室の温度が閾値を上回る場合、車両は充電ではなく、換気のためにソーラーパワーをすぐに使用してもよい。
実施例において、車両が作動状態の場合、低電圧バッテリ７０は最低許容範囲の充電状態（ＳＯＣ）まで消耗され、その最低レベルを維持させられる。これにより、車両が停止状態の場合に充電するために残る容量が多くなり、太陽光発電の有用性を向上させ、多くの燃料を相殺する。バッテリ７０がほぼ最大充電状態に維持される場合、ソーラーエネルギーは充電を維持するのに役立つのみで、例えば、高電圧バッテリ７２に十分利用されないだろう。
さらに、高電圧バッテリ７２は、太陽光発電装置１４から連続的にエネルギーを受け取っている低電圧バッテリ７０により充電されてもよい。一般に、ソーラーパワーは、直接的に高電圧充電を維持するために利用できる可能性は低い。高電圧接触器のような特定の構成要素は、太陽光発電システム１４が単独で達しないであろう動作に必要な最小閾値電力を有していてもよい。したがって、太陽光発電は、最大電力点追従制御を用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して連続的に低電圧バッテリを閾値（例えば、ほぼ全容量）に達するまで充電する。この時、低電圧バッテリは、ブーストコンバータを介して最大効率で（比較的高電力で）低電圧バッテリがその最小閾値に達するまで高電圧バッテリを充電すると、高電圧充電は終わり、低電圧太陽光充電は続く。太陽光発電エネルギーが利用可能である限り、この処理を繰り返すことが可能である。太陽光発電装置が１３０Ｗしか生成しないのに対し、低電圧バッテリ７０は、低電圧バッテリ７０と高電圧バッテリ７２との間にあるブーストコンバータ７３を介して６００Ｗの高電圧まで電圧を増幅する場合がある。
図１２は、図１０の充電システムの更なる実施例である。矢印は、太陽光発電装置１４からのエネルギーフローの方向を表す。本実施例では、複数のコンバータ３６が用いられる。車両が作動状態の場合、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、主に車両の低電圧システムに電力を供給し、低電圧バッテリ７０の充電を維持する。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、車両が高電圧バッテリ７２のみでは始動できないという厳しい状況下では、低電圧バッテリ７０から高電圧バッテリ７２又は高電圧システムにエネルギーを追加して供給する。更なる実施例において、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、低電圧バッテリ７０が太陽光充電によって、完全に充電されるたびに、低電圧バッテリ７０から高電圧バッテリ７２にエネルギーを供給し得る。コンバータ７３は、短い間、低電圧バッテリ７０から高電圧バッテリ７２まで電圧を増幅するようにその最適効率点（より高い電力）近くまで作動され得る（図１３を参照）。更なる実施例において、コンバータ７３が、専用のブーストコンバータとして用いられ得る。高電圧バッテリ７２は、蓄積された化学エネルギーと電気エネルギーとの間でエネルギーを変換し得る。実施例において、高電圧バッテリ７２は、パワートレーン、ＨＶＡＣシステム等を含む車両の高電圧システムに電力を供給する。図１２は、各構成要素全体のエネルギー動作範囲の実施例を示す。実施例において、典型的には高電圧バッテリ７２は約２１０〜４２０Ｖに及び、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３のブーストは約２１６〜４２２Ｖに及ぶ。低電圧バッテリの動作範囲は、約６００Ｗまでの電力で約１０〜１６Ｖであり、低電圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３６のブーストは、約１６０Ｗまでの電力で約１４〜１６Ｖである。太陽光発電装置１４は、１０〜１２Ｖの電圧を生成するために利用できる。
図１３は、本開示の低電圧・高電圧充電システムを使用して蓄積されたエネルギーの測定値のグラフ例を図示する。太陽光発電装置の出力電力を測定する試験条件は、照射量１０００Ｗ／ｍ２、太陽分光放射照度分布の基準エアマス１．５、太陽電池又はモジュール接合部温度２５℃である。加えられたエネルギーは、所定の都市（本実施例ではサクラメント）のある夏日の時間に依存されていた。０時間（日の出）に、車両は、定義された最低の充電状態でその低電圧バッテリと共に始動する。図９〜１１に示すように、１〜８時間の間に、車両は太陽光発電から低電圧バッテリを充電し、高電圧バッテリシステムは停止状態のままである。８時間に、低電圧バッテリは、その最大許容範囲の充電状態に達し、図１２のように、ＤＣ／ＤＣブーストコンバータを介して高電圧バッテリに放電する。この時間帯に、太陽光発電から得られたエネルギーは、低電圧バッテリからのエネルギーと並行して電圧が増幅される。これは、太陽光発電が単独で提供し得るものより高い電力の状態である、システムの最大効率点で起こる。高電圧システムをこの時間帯に限定することにより、その耐用寿命を延ばしている。また、高電圧バッテリを動作させる際の安全性も高めるだろう。９〜１６時間の間、１〜８時間と同様に、車両は低電圧バッテリを充電し続ける。低電圧から高電圧へ充電する能力が無ければ、低電圧バッテリが比較的完全に充電されたままとなり、システムがこのエネルギーを取り込むことはなかっただろう。実施例において、安全性を高めるために、低電圧から高電圧へのコンバータに高電圧バッテリパックを詰め込んでもよい。これは、高電圧システムの起動時に、高電圧システムと接触する可能性を最小限にするためである。
実施例において、高電圧バッテリは、図１４に示すように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して太陽光発電システムから充電される。最大電力点追従制御を有するＤＣ／ＤＣコンバータは、太陽光発電の電圧レベルから高電圧バッテリが充電するのに必要とするレベルまでエネルギーを増幅することができる。コンバータを高電圧バッテリと同じケースに収納すると、高電圧の露出が低減される。更に、実施例において、この二つを一緒に収納すると、構成要素の数、コスト及び重量が低減される。わずかに効率が低下する可能性がある。矢印は、高電圧バッテリ７２、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３、太陽光発電装置１４及び低電圧バッテリ７０の間のエネルギーフローを示す。図１４は、通常動作時の各構成要素のエネルギー電圧範囲の実施例を示す。実施例において、典型的には高電圧バッテリ７２は約２１０〜４２０Ｖに及び、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３のブーストは約２１６〜４２２Ｖに及ぶ。低電圧バッテリの動作範囲は、約１０〜１６Ｖであり、低電圧バッテリ７０に対するＤＣ／ＤＣコンバータ７３のバックは、約１４〜１６Ｖに及ぶ。
実施例において、典型的には双方向コンバータ７３は、電圧を増幅することと減衰することを同時に行わない。したがって、高電圧バッテリ７２が低電圧構成要素に電力を供給する時又は低電圧バッテリ７０の充電時に、ソーラーパネル１４は高電圧バッテリ７２を充電しない。したがって、エネルギー経路１４１，１４２は、排他的である。比較的小規模の低電圧バッテリ７０を備えたシステムでは、車両が作動状態である間は、システムがソーラーエネルギーを取り込むことができないということになるだろう。しかし、多くの場合、車両の駐車時に太陽光充電が行われるので、太陽光発電システムの有用性はわずかに損なわれるだけだろう。標準の又は大規模の低電圧バッテリ７０を備えたシステムでは、車両が作動状態である間でも、太陽光充電を行うことが可能である。低電圧システムは、低電圧バッテリ７０に蓄積されるエネルギーで動作し、コンバータ７３は必要に応じて周期的に低電圧バッテリを充電するためにタスクを切替えてもよい。この状況において、低電圧バッテリ７０の充電時に、システムは潜在的なソーラーエネルギーを無視するだけである。システムは、太陽光発電装置１４からの低電圧バス１５０（コンバータでない）への直接接続を含んでいてもよい。太陽光発電システム１４は、スイッチ１５１を通ったほうが有利な場合に自動的にスイッチを切り替える。したがって、最大電力点追従制御が無くても、電圧が低電圧バス１５０の要件を満たす（例えば、図１５のように低電圧バッテリを充電する又は低電圧装置に電力を供給する）のに十分な場合がある。あるいは、太陽光発電は、低電圧及び高電圧コンバータに直接的に接続してもよい。このように、図１６に示すように、システムは、様々な状況で殆ど全ての利用可能なソーラーエネルギーを使用することができ、更に最大電力点追従制御を利用することも可能である。
ハイブリッド車は、従来、車両用として知られている他の機構（例えば、ガソリンモーター、他のコントローラ、ドライブトレーン等）を含んでいてもよい。
上記教示に照らして、本開示の多くの修正及び変更が可能である。したがって、添付の請求の範囲内で、明確に記載されているもの以外の方法で本開示を実施してもよい。
１０ 車両
１１ 内部空間（乗員区画）
１２ アウターパネル（車体パネル）
１３ 荷物室（収納空間、トランク）
１４ 太陽光発電装置（太陽光発電システム、ソーラーパネル）
１５ デッキリッド
１５Ａ 前縁部
１５Ｂ 後縁部
１６ 第一層
１８ 第二層（ポリマー層）
２０ 太陽電池
２２ ソーラーパネルモジュール（ソーラーモジュール）
２４ クロスコネクタ
２５ モジュール接合部温度
２６ セルコネクタ
２８ 最上層
３２ グラフィックコーティング（グラフィックパターン）
３４ 太陽充電システム
３６ ブーストコンバータ（パワーブースター、エネルギーブーストコンバータ）
４０ 補助電力モジュール（ＡＰＭ）
４２ バッテリ電子制御モジュール（ＢＥＣＭ）
４４ ハイブリッド制御装置（ＨＣＵ）
４６ 車両制御モジュール（ＶＣＭ）
７０ 低電圧バッテリ
７１ａ 正端子
７１ｂ 負端子
７２ 高電圧バッテリ
７３ ブーストコンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ）
７９ａ 正電圧入力ライン
７９ｂ 負電圧入力ライン
７９ｃ 正電圧出力ライン
７９ｄ 負電圧出力ライン
１１０ ＨＶＡＣファン
１１１ ＨＶＡＣコントローラ
１１２ タッチパネル
１１３ 温度センサ
１４１，１４２ エネルギー経路
１５０ 低電圧バス
１５１ スイッチ

Claims (15)

  1. 車両用太陽光蓄電及び充電システムであって、
    放射エネルギーを吸収し、前記吸収された放射エネルギーを電気エネルギーに変換するための前記車両に配置される太陽光発電装置と、
    前記太陽光発電装置から前記電気エネルギーを蓄積し、前記車両用に蓄積された電力を供給するための少なくとも一つのエネルギー蓄積装置と、
    前記太陽光発電装置と前記エネルギー蓄積装置との間に配置された電気エネルギーコンバータと、を備え、
    前記コンバータは、前記太陽光発電装置から前記電気エネルギーを受け取り、該エネルギーを前記エネルギー蓄積装置に充電し、増幅された電気エネルギーを前記エネルギー蓄積装置に供給するための所定レベルに増幅させるように構成される、
    ことを特徴とする車両用太陽光蓄電及び充電システム。
  2. 前記エネルギー蓄積装置は、低電圧バッテリである、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記太陽光発電装置は、互いに電気的に分離された複数のソーラーモジュールを含み、各ソーラーモジュールは、複数の太陽電池を含む、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記電気エネルギーコンバータは、低電圧ＤＣ／ＤＣブーストコンバータである、請求項１に記載のシステム。
  5. 高電圧バッテリと、該高電圧バッテリ及び前記低電圧バッテリに接続された高電圧双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、を更に備え、前記低電圧バッテリの充電状態に基づいて、前記低電圧バッテリと前記高電圧バッテリとの間のエネルギーフローを制御する、請求項２に記載のシステム。
  6. バッテリ監視システムは、最初に、前記太陽光発電装置からの電気エネルギーを用いて前記低電圧バッテリを充電し、次に、前記太陽光発電装置からの電気エネルギーを用いて前記高電圧バッテリを充電するために、前記低電圧バッテリの充電状態を監視する、請求項５に記載のシステム。
  7. 前記太陽光発電システムは、前記高電圧バッテリを有効に充電するために、前記高電圧双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに接続される、請求項６に記載のシステム。
  8. エネルギーフローを監視し、前記低電圧バッテリと前記高電圧バッテリとの間の双方向エネルギー供給における電圧を増幅又は減衰するように構成された補助電力モジュールを更に備える、請求項７に記載のシステム。
  9. 前記高電圧バッテリの充電状態を監視及び制御するバッテリ電子制御モジュールを更に備える、請求項８に記載のシステム。
  10. 前記エネルギー蓄積装置は、少なくとも一つの補助的な車両構成要素に接続されている、請求項１に記載のシステム。
  11. 車両用のソーラーエネルギーを蓄積及び供給する方法であって、
    車両に配置される太陽光発電装置を用いてソーラーエネルギーを集めることであって、前記太陽光発電装置は、互いに電気的に分離された複数のソーラーモジュールを含み、各ソーラーモジュールは、複数の太陽電池を含む、ことと、
    前記太陽光発電装置の太陽電池によって、前記ソーラーエネルギーを電気エネルギーに変換することと、
    電気エネルギーコンバータによって、前記太陽光発電装置から前記電気エネルギーを受け取り、前記電気エネルギーをエネルギー蓄積装置に充電するための所定レベルに増幅させることと、
    前記増幅された電気エネルギーを前記エネルギー蓄積装置に供給することと、
    前記車両運用のために前記増幅されたエネルギーを供給することと、
    を備えることを特徴とする車両用のソーラーエネルギーを蓄積及び供給する方法。
  12. 前記エネルギー蓄積装置は、低電圧バッテリである、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記低電圧バッテリの充電状態に基づいて、高電圧バッテリに接続された高電圧双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記低電圧バッテリと前記高電圧バッテリとの間のエネルギーフローを制御する工程を更に備える、請求項１２に記載の方法。
  14. 最初に、前記太陽光発電装置からの電気エネルギーを用いて前記低電圧バッテリを充電し、次に、前記太陽光発電装置からの電気エネルギーを用いて前記高電圧バッテリを充電するために、前記低電圧バッテリの充電状態を監視する工程を更に備える、請求項１３に記載の方法。
  15. 補助電力モジュールを用いて前記低電圧バッテリと前記高電圧バッテリとの間の双方向エネルギー供給の電圧を増幅又は減衰させるためにエネルギーフローを監視する工程を更に備える、請求項１４に記載の方法。
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