(57)【要約】  互いに電気的に分離され、太陽放射を受け、太陽放射を電気エネルギーに変換するように調整された複数のソーラーモジュールを含む車両用太陽光発電装置。装置は、電気的に分離されたモジュールに電気的に接続され、ソーラーモジュールから電気エネルギーを受け取り、車両の少なくとも一つの構成要素に供給される電圧を増幅させるように調整される少なくとも一つのＤＣ／ＤＣコンバータを含む。ソーラーモジュールは、太陽放射を受け、太陽放射を電気エネルギーに変換するように調整された複数の太陽電池を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用太陽光発電装置であって、
互いに電気的に分離された複数のソーラーモジュールであって、各ソーラーモジュールは、太陽放射を受け、該太陽放射を電気エネルギーに変換する複数の太陽電池を含む、複数のソーラーモジュールと、
複数のＤＣ／ＤＣコンバータであって、各々が前記対応するソーラーモジュールに電気的に接続され、前記対応するソーラーモジュールから電気エネルギーを受信し、該受信した電気エネルギーを出力電圧に変換する、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記出力電圧を蓄積するための前記コンバータの各々と電気的に通信するエネルギー蓄積装置と、
を備えることを特徴とする車両用太陽光発電装置。
【請求項２】
前記エネルギー蓄積装置は、低電圧バッテリ、高電圧バッテリ、コンデンサ及びそれらの組み合わせから成る群から選択される要素である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ソーラーモジュールは、拡散層、第一ポリマー層、ソーラーモジュール層、第二ポリマー層及びガラス層を有するラミネート構造体を形成しているソーラーパネルに取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ソーラーモジュールは、一体的なユニットとして前記第一ポリマー層及び前記第二ポリマー層内に形成される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ソーラーモジュールは、耐久性のあるポリマー材内に積層される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
各ソーラーモジュールは、ポリマー、複合ポリマー、薄膜アモルファスシリコン及びそれらの組み合わせから成る群から選択される材料により形成されるソーラーパネルに取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
各ソーラーモジュールは、所定の構成で配置される複数の太陽電池を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記所定の構成は、配列である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記太陽電池は、ポリマー層内でクロスコネクタに取り付けられる、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記ソーラーモジュールは、四つのソーラーモジュールを有するソーラーパネルを形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記ソーラーモジュールは、曲線形状のソーラーパネルを形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記ソーラーパネルは、複数の方向に湾曲する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
各ソーラーモジュールは、対応するＤＣ／ＤＣブーストコンバータに電気的に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
各ソーラーモジュールは、互いに電気的に分離された前記コンバータ内に電気経路を有する対応するＤＣ／ＤＣコンバータに電気的に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記ソーラーモジュールは、前記車両のルーフに取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記ソーラーパネルは、前記車両のデッキリッドに取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
各ソーラーモジュール内の前記太陽電池は、太陽放射を最大限に受けるように配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
太陽光発電装置から電気エネルギーを車両に供給する方法であって、以下の工程を備えることを特徴とする方法。
ａ．複数の電気的に分離されたソーラーモジュールを用いて太陽放射エネルギーを集めることであって、各ソーラーモジュールは、太陽放射を受け、該受けた太陽放射を電気エネルギーに変換するように調整された複数の太陽電池を含む。
ｂ．前記集積した電気エネルギーを複数のＤＣ／ＤＣコンバータに供給することであって、各コンバータは、ソーラーモジュールに対応する。
ｃ．各コンバータにより集積された電気エネルギーを増幅させること。
ｄ．前記増幅された電気エネルギーを各コンバータから車両用のエネルギー蓄積装置に出力すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ソーラーパワーを利用する車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
したがって、本開示は、互いに電気的に分離され、太陽放射を受け、太陽放射を電気エネルギーに変換するように調整された複数のソーラーモジュールを含む車両用太陽光発電装置に関する。少なくとも一つのＤＣ／ＤＣコンバータは、電気的に分離されたモジュールに電気的に接続され、ソーラーモジュールから電気エネルギーを受け取り、車両に関連する少なくとも一つの構成要素に供給される電圧を増幅するように調整される。
【０００５】
本開示は、複数のソーラーモジュールが取り付けられた外面を有する車体を含む太陽光発電装置を有する車両を更に提供する。ソーラーモジュールは、互いに電気的に分離され、太陽放射を受け、太陽放射を電気エネルギーに変換するように調整される。少なくとも一つのＤＣ／ＤＣコンバータは、電気的に分離されたモジュールに電気的に接続され、ソーラーモジュールから電気エネルギーを受け取り、車両の少なくとも一つの構成要素に供給される電圧を増幅するように調整される。
【０００６】
本開示は、太陽光発電装置から電気エネルギーを車両に供給する方法を更に提供する。本方法は、太陽放射エネルギーを複数の電気的に分離されたソーラーモジュールに集める工程を含む。各ソーラーモジュールは太陽放射を受け、受けた太陽放射を電気エネルギーに変換するように調整される。ソーラーエネルギーから変換されて集積した電気エネルギーは、少なくとも一つのＤＣ／ＤＣコンバータに供給される。コンバータは、電気エネルギーの電圧を増幅し、コンバータから車両まで電圧が増幅された電気エネルギーを出力する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の効果は、ソーラーパネルは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、ソーラーパネルが形状において、曲線式であるということである。また、本開示の別の効果は、ソーラーパネルが一体的なグラフィックパターンを含むということである。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。本開示の更なる効果は、システムがエネルギー蓄積装置に通信及び充電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。
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】車両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。
【図２】車両に取り付けられた太陽光発電システムを有する別の車両の斜視図である
【図３】図１又は図２の車両用ソーラーパネルの斜視図である。
【図４】図３のルーフ用ソーラーパネルの平面図である。
【図５】図３のソーラーパネルの分解図である。
【図６】図３の隣接するソーラーパネル用太陽電池の詳細図である。
【図７】電気的に分離されたソーラーモジュールを用いた電力供給方法を図示しているブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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、エネルギー蓄積装置７０（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７０が利用可能である。車両１０は、一種類以上のタイプのバッテリ７０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（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、高電圧バッテリ及び低電圧バッテリは、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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、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。本実施例では、各モジュールに対応するＤＣ／ＤＣエネルギーブースターがある。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。低電圧バッテリ７０は典型的には１２Ｖのバッテリであるが、電圧は変動する場合がある。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【符号の説明】
【００２５】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012515452.tif 000008
【図７】
2012515452.tif 000009
【国際調査報告】
2012515452.tif 000010