优化电动或混合动力车辆中太阳能光伏发电的使用

摘要

电动或混合动力电动车辆设置有能够产生电功率的车辆安装太阳能电池。来自于阵列的功率根据预定算法引导给车辆系统，预定算法旨在最有效地延长在电功率下操作时的车辆里程。来自于太阳能电池的功率由控制器引导，且取决于包括蓄电池电荷状态、车辆是否驻车和当前车舱温度的因素，可被施加以便直接给蓄电池充电或者驱动电功率接收装置，例如以控制车舱温度。控制器还能够控制和管理太阳能电池的操作电压以确保从电池提取最佳功率。

说明书

技术领域

本发明涉及管理太阳能光伏装置的操作的方法，所述太阳能光伏装置旨在用于电动或混合动力电动车辆中的补充电功率生成，用于光伏功率的最大功率使用。光伏装置可以是太阳能电池、模块或阵列，其中：太阳能电池是能够将光能转换为电能的独立半导体装置；模块是串联和/或并联布线连接的电池集合；阵列是串联或并联布线连接的模块集合。

背景技术

电动车辆日益增加地看成当前用于个人和货物运输的内燃机车辆的期望后继者。这种电动车辆可以是没有车载内燃机的“纯”蓄电池供电、电动马达驱动的电动车辆，或者具有小车载内燃机的混合动力电动车辆，其可用于蓄电池充电。在任一情况下，存储在蓄电池中的电功率传输给牵引马达，其推进车辆。对于给定车辆，排他地在电功率下的可用里程主要取决于其高电压（牵引）蓄电池容量的容量和性能。因而，每个努力都完全利用经受包装、重量或成本约束的电动或混合动力电动车辆的蓄电池容量。

旨在用于货物市场的电动车辆通常包括在对应内燃机车辆中可见的电气附件和便利特征、照明装置、可调节镜子、电动窗户等。因而，除了其高电压蓄电池之外，电动车辆还可包括低电压（标称12伏）蓄电池，定尺寸且适合于操作这些附件和便利特征。在混合动力电动车辆中，低电压蓄电池还可以操作用于车载内燃机的起动器。

因而，需要管理这种车辆中的电功率使用，以允许有效能量使用和延长车辆里程。里程的进一步增益可以通过增加用于再次捕获或再次产生电能（例如，再生制动）的车载装置而获得。

即使如此，这种电动车辆的里程仍小于其内燃机对应物。因而，持续感兴趣在纯电功率下操作电动或混合动力电动车辆时应用另外的方法以延长车辆里程。

发明内容

从车辆安装光伏（太阳能）电池功率源（通常包括多个互连的独立太阳能电池）获得的电功率用于补充电推进车辆的存储蓄电池功率。在安装在任何车辆水平表面上时，这种太阳能电池是最有效的，即，产生最大的功率。最常见地，这种电池位于车辆车顶上且包括大约1平方米的面积范围。电池可安装在固定的大致水平位置，或者可以安装成使得其可以响应于太阳相对于太阳能电池的位置而重新定向。

由于气候变化，太阳能电池的输出可大范围地变化，所述气候变化可能是短期的（例如隔离云在太阳前面通过）或长期的（例如，持久性的大阴天）。因而，优选的是，这种太阳能电池功率源的输出被频繁地评估。这需要能够确定入射到电池上的太阳能辐射的传感器，例如热电堆。这些传感器可以独立于电池或者与电池整体形成。

太阳能获得的电功率的输出优选着力于增加车辆里程。可以从太阳能电池提取的功率（甚至在时间一致的气候条件下）取决于要操作的电负载。从可变太阳能电池功率源实现最大输出需要将电需求与太阳能电池的可用功率持续地匹配。因而，总体太阳能电池功率管理方案具有两个互补方面：将太阳能电池输出导向最有效地增加车辆里程的那些应用；以及确保从太阳能电池提取最大可用功率。功率管理方案将是适应性的，从而其可以响应于入射在太阳能电池阵列上的光强度的变化，且还响应于变化的车辆使用型式，包括在驻车时和未乘载时。

功率管理将通过基于计算机的控制器实施。控制器可与多个传感器通信，且包括充分的计算能力以编译传感器输出和执行指定功率管理算法。控制器可连接到太阳能电池阵列以及连接到低电压蓄电池（例如，12-14伏）、高电压牵引蓄电池（例如，300伏）、以及车辆上的至少一个低电压功率接收装置。控制器可将从太阳能电池阵列可用的最大功率分配给蓄电池和/或一个或多个功率接收装置，用于延长车辆里程。

功率可以根据优先顺序列表分配。优先顺序列表可以反映太阳能阵列的配置以及阵列的电压容量，由电损失最小化的目标确定。例如，被互连以产生12-14伏的光伏电池阵列在操作低电压附件时招致最少的电损失，在给低电压蓄电池充电时招致更大的电损失，在给高电压牵引蓄电池充电时招致最大的电损失。然而，旨在产生大约300伏的阵列的功率损失在给牵引蓄电池充电时通常最少。

优先顺序还可以取决于车辆的操作模式，其中，在车辆乘载和/或在途中时，利于低电压附件操作，在车辆驻车时，利于给蓄电池中的一个或多个充电。

可以确定与各种低电压电气应用中的任何一个相关的电需求。这种需求可包括：直接给低电压蓄电池充电；操作一个或多个低电压装置；以及直接或者通过DC-DC电压转换给牵引蓄电池充电。此外，将评估每个应用对延长车辆里程的影响。该排序可以通过以下因素确定，例如：车辆操作条件；当前车舱温度；当前周围环境以及蓄电池的电荷状态。这些因素的情况可以通过使用控制器评估多个专用传感器的输出来获得，假定控制器被赋予一些计算能力。

控制系统将基于优先顺序将太阳能电池阵列的输出导向在具体车辆操作条件下被认为最有效地增加车辆里程的那些应用。这些应用可包括：给高电压蓄电池充电；给低电压蓄电池充电；操作选定装置，尤其是涉及增强操作者舒适性的那些装置；或者这些的任何组合。应用的选择将由车辆操作状态的情况确定，包括附件蓄电池电荷状态和牵引蓄电池电荷状态。控制器将控制和限制施加到任何应用的功率以最大化由太阳能电池阵列提供的功率。

评估太阳能电池输出且最有效地引导可用功率以增加车辆里程的过程将以规则间隔重复，以确保可用太阳能功率持续地最有效地分配给各种电负载，甚至在变化气候和操作条件下也是如此。

方案1. 一种延长电驱动车辆里程的方法，所述车辆包括：能够在由太阳能辐射照射时供应电功率的太阳能电池功率源；用于确定入射在太阳能电池上的太阳能辐射的传感器；用于管理和分配太阳能电池功率的基于计算机的控制器；高电压牵引蓄电池；低电压蓄电池；以及多个电功率接收装置；

所述方法包括以下步骤：

通过感测入射在太阳能阵列上的太阳能辐射，评估来自于太阳能阵列的可用最大功率；以及

根据预定优先顺序将可用最大功率分配给高电压牵引蓄电池、低电压蓄电池、以及所述多个电功率接收装置中的一个或多个，以延长车辆里程。

方案2. 一种延长至少电驱动车辆在电功率下操作时的里程的方法，所述车辆至少包括：包括多个光伏电池的太阳能电池功率源；包括计算机的控制器；车舱温度传感器；环境温度传感器；运动传感器；高电压牵引蓄电池和低电压蓄电池，低电压蓄电池和牵引蓄电池具有电荷状态传感器；以及多个电功率接收装置；

控制器被连接到所有传感器、太阳能电池阵列功率源和电功率接收装置；控制器能够接收和编译传感器的输出；控制器能够将来自于太阳能电池阵列的功率分配给电功率接收装置；所述方法包括以下步骤：

评估来自于太阳能电池阵列的可用最大功率；

确定车辆是否驻车和未乘载；

确定高电压牵引蓄电池的电荷状态；

确定低电压蓄电池的电荷状态；

确定车舱和环境温度；

根据其在评估的来自于太阳能阵列的可用最大功率下促进增加车辆里程的能力来对功率接收装置排定优先顺序；

引导控制器以将来自于太阳能阵列的可用最大功率分配给最高优先顺序的功率接收装置；以及

以规则间隔重复上述步骤。

方案3. 根据方案2所述的方法，其中，车辆未驻车且高电压牵引蓄电池的电荷状态不可接受，最高优先顺序的功率接收装置是高电压牵引蓄电池。

方案4. 根据方案2所述的方法，其中，车辆未驻车且高电压牵引蓄电池的电荷状态可接受并且低电压蓄电池的电荷状态不可接受，最高优先顺序的功率接收装置是低电压蓄电池。

方案5. 根据方案2所述的方法，其中，车辆驻车且高电压牵引蓄电池的电荷状态不可接受，最高优先顺序的功率接收装置是高电压牵引蓄电池。

方案6. 根据方案2所述的方法，其中，车辆驻车且高电压牵引蓄电池的电荷状态可接受并且低电压蓄电池的电荷状态不可接受，最高优先顺序的功率接收装置是低电压蓄电池。

方案7. 根据方案2所述的方法，还包括将车舱和环境温度与优选温度范围进行比较。

方案8. 根据方案7所述的方法，其中，优选温度范围是18℃至24℃。

方案9. 根据方案8所述的方法，还包括确定车舱温度是否处于优选温度范围内。

方案10. 根据方案9所述的方法，其中，当车舱温度处于优选范围内时，可用功率分配给高电压牵引蓄电池。

方案11. 根据方案9所述的方法，其中，当车舱温度处于优选范围内时，可用功率分配给低电压蓄电池。

方案12. 根据方案9所述的方法，其中，当车舱温度在优选范围之外时，可用功率分配给一个或多个功率接收装置。

方案13. 根据方案9所述的方法，其中，功率接收装置是以下组中的一个：HVAC风扇、空气调节器、加热器和座椅加热器。

方案14. 根据方案2所述的方法，其中，太阳能电池功率源的光伏电池中的至少一些被电连接以便以大约12伏的电压供应电功率。

方案15. 根据方案2所述的方法，其中，太阳能电池功率源的光伏电池中的至少一些被电连接以便以大约300伏的电压供应电功率。

方案16. 根据方案2所述的方法，其中，太阳能电池功率源包含不电连接到任何其它光伏电池的至少一个光伏电池，所述光伏电池适合于独立操作且适用于评估太阳能电池功率源的输出。

方案17. 根据方案2所述的方法，其中，太阳能电池阵列包括旨在用于独立操作以评估太阳能电池阵列的输出的至少一个太阳能电池。

方案18. 一种控制系统，用于将来自于太阳能电池功率源的功率最佳地引导且适合于在电功率操作下延长车辆里程，所述太阳能电池功率源包括安装在至少蓄电池驱动车辆上的多个电连接光伏电池；控制系统包括具有计算机的控制器以及与控制器通信的多个传感器；控制器连接到太阳能电池功率源和至少一个功率接收装置；控制器适合于最大化太阳能电池阵列的功率输出且将其引导到至少选定功率接收装置；选定功率接收装置根据在控制器计算机中实施的算法选择；所述算法旨在最大化电功率下的车辆里程。

方案19. 根据方案18所述的控制系统，其中，功率接收装置是以下组中的一个或多个：低电压蓄电池、高电压蓄电池、HVAC风扇、空气调节器、加热器和座椅加热器。

方案20. 根据方案18所述的控制系统，其中，所述多个传感器包括以下组中的至少一个：低电压蓄电池电荷状态传感器、高电压蓄电池电荷状态传感器、车舱温度传感器和环境温度传感器。

附图说明

图1是示意性地示出了在一致照射下太阳能电池的输出电流和输出功率随电压的变化的曲线图。示出了开路电压V_OC和短路电流I_SC。还示出了与电池电流开始下降相对应的电压V_CRIT以及与电池最大功率输出相对应的电压V_MPO。

图2示出了一些试验结果，图示太阳能电池的主动管理对优化可用太阳能的提取的有益效果。

图3是示意性地示出了暴露于100瓦/米²至1000瓦/米²范围的太阳能辐照度下的太阳能电池的输出电流-输出电压曲线族的曲线图。

图4是示意性地示出了在25℃至80℃范围内的操作温度下暴露于1000瓦/米²的太阳能辐照度下的太阳能电池的输出电流-输出电压曲线族的曲线图。

图5示出了决策树的说明性实施例，用于根据以下因素将太阳能电池阵列功率引导给车辆中的电负载，包括：车辆是否驻车；附件蓄电池电荷状态；牵引蓄电池电荷状态；以及车舱温度和周围温度。

具体实施方式

光伏（太阳能）电池的进步已经导致其输出的大的增加且使得这种电池是电功率的可靠和实际的源。太阳能电池是半导体，且可以基于相对简单的化学物（如单晶体或无定形硅）或更复杂的成分（如，CdTe或CuInSe）。这种电池寿命长且仅需要很少维护。因而，其可适合于作为车辆的被动功率生成源的应用。通过将太阳能发电应用于电动或混合动力电动车辆可以获得具体益处，其可以允许车载发电部分地弥补蓄电池相对于基于液态氢的化学燃料的减少能量密度。

静止太阳能电池阵列系统可位于固定取向或者包括用于跟踪太阳位置的装置。车辆安装的太阳能阵列也可以采用这些方案中的任一种。这种车辆安装阵列可以位于车辆的水平表面、发动机罩、车尾行李箱盖或车顶中的一个或者这些的任何组合上，总可用面积大约2至3平方米。然而，许多当前实施方式涉及仅仅使用车辆车顶，从而将太阳能电池面积限制为大约1平方米。

太阳能电池的最大功率输出可以基于入射在电池上的太阳能辐照度的情况来确定。入射太阳能功率可以使用多种独立式日射强度计（例如，基于热电堆或基于硅光电二极管的单元）中的一种独立地测量，或者太阳能电池本身可适合于执行传感功能。

可优选的是，这种车辆安装太阳能装置可作为互连太阳能电池阵列安装，以产生与6电池或标称12伏的低电压蓄电池相容的电压输出。在许多电动或混合动力电动车辆中，这种低电压蓄电池用作（标称）12伏附件和特征的功率源，例如，挡风玻璃刮擦器马达或电动门锁以及给混合动力电动车辆中的内燃机的起动器提供动力。由于在一些情况下太阳能电池阵列将需要给这些蓄电池充电且在可从-20℃延伸至50℃的温度范围内进行，因而太阳能电池系统的电压需求将超过12伏。例如，在该温度范围内铅酸蓄电池的优选充电电压是从13.5至16.5伏。这种考虑通常适用于所有蓄电池类型和系统，且需要蓄电池充电系统能够在高于蓄电池电压下传输电流。这些问题和考虑是蓄电池存储系统领域技术人员熟知的，因而，太阳能电池阵列的电容量将至少与任何蓄电池的充电需求很好地匹配。

可优选的是，车辆安装太阳能装置用于给牵引蓄电池（取代低电压蓄电池或者除了低电压蓄电池之外）充电。牵引蓄电池或蓄电池组通常是高电压（通常300伏或更大）蓄电池，适合于给车辆牵引马达提供动力且推进车辆。可采用多种方法来给这种高电压蓄电池充电。在一个方面，这可以通过将太阳能电池以标称12伏配置互连且采用DC-DC转换器来增加电压以便给牵引蓄电池充电而实现。在另一方面，这可以通过将太阳能电池以适合于以与给牵引蓄电池充电相容的电压（即，大约300伏）产生功率的配置互连。在该情况下，然后可以采用降压DC-DC转换器以产生适合于给低电压蓄电池充电的电压。在又一个第三方面，独立太阳能电池的总数量可以分配和连接，以形成至少两个阵列，一个以高电压牵引蓄电池充电电压产生功率，第二个以低电压蓄电池充电电压产生功率。这些方面中的任一个可在本发明实践中实施。

给牵引蓄电池充电同时给车辆提供动力可根据两个方面实现。在第一方面，可采用适当地配置和调节以确保功率从太阳能电池传输给蓄电池的DC-DC转换器。在第二效率更低的方面，蓄电池可以脉冲模式给车辆提供动力，仅在短时间段内将功率传输给驱动马达，且依赖于惯性来使车辆响应平稳。然后，在脉冲之间的时间段，在蓄电池不提供马达功率时，蓄电池可连接到太阳能电池且被充电。

尽管太阳能电池技术的最近进步，来自于安装在典型机动车上的太阳能电池阵列的输出被限制，甚至在最佳情况下，该输出在当前装置的情况下可能也不超过200至400瓦。这部分由于阵列可占据的面积的限制。如提到的那样，这种阵列最常见地仅安装在车辆车顶上且占据大约1平方米。然而，将理解的是，太阳能电池效率的提高与车辆安装面积的任何扩大结合，可增加太阳能电输出。因而，当前车辆安装太阳能电池装置的容量描述旨在是示例性的而非限制性的，且包括本发明应用于比可当前使用更高输出的太阳能电池系统。

车载太阳能电池系统可能不能满足电动车辆的低电压电需求，甚至在提供最佳条件的太阳天也是如此。在次优条件下，例如在阴天下，太阳能电池系统的输出将更少。因而，太阳能电池的功率输出必须被管理以便以最佳使用可用功率的方式引导太阳能功率。在该情况下，“最佳使用”被认为是在电功率下增加车辆里程最有效的。

将理解的是，能够在电功率下操作的任何车辆将包括各种宽范围功率接收装置，可使用太阳能电池阵列输出操作。这些功率接收装置或负载可包括部分放电的低电压蓄电池、部分放电的高电压牵引蓄电池、以及诸如收音机或电动座椅的附件、或者舒适性特征（例如，加热器或加热-通风-空气调节（HVAC）排风扇）。

具体太阳能电池阵列配置可影响功率可从电池传输到牵引和低电压蓄电池和/或驱动低电压附件的效率。在一个实施例中，驱动低电压附件可导致最少功率损失；给牵引蓄电池充电可导致最大功率损失；给低电压蓄电池充电可导致在驱动低电压附件和给牵引蓄电池充电之间的功率损失。与太阳能产生功率的不同应用有关的相对损失的情况可确定太阳能功率分配的任何优先顺序。

在车辆操作且由其电动传动系推进时，确定太阳能产生功率的最佳使用是相对直截了当的。在该情况下，电需求置于高电压牵引蓄电池上以及多个电需求置于标称12伏的低电压电气系统上。这些可包括HVAC风扇、热电加热或冷却、和电阻加热，包括用于加热座椅的加热器。通常，可用太阳能功率的最佳使用将其引导到高电压牵引蓄电池或低电压蓄电池，且使用太阳能功率来弥补蓄电池功率耗用。在除了相对短之外的所有间隔期间，例如在再生制动期间，操作车辆的电需求将超过太阳能电池容量，从而所有可用太阳能产生功率可由蓄电池（低电压蓄电池或高电压牵引蓄电池）供应。然而，如果如前述实施例那样驱动低电压附件中的一个或多个允许比给蓄电池中的一个或另一个充电更少的电损失，那么低电压附件可由太阳能阵列直接操作。

太阳能电池还能够在车辆驻车时产生功率。在该情况下，“最佳使用”的确定更复杂。同样，第一优先顺序通常是给蓄电池中的一个或两者充电。如果蓄电池按顺序充电，那么哪个蓄电池首先充电的选择可受到太阳能电池产生的电压影响。使用DC-DC功率转换器将导致功率损失，尽管其效率大于90％。于是，可优选的是，首先给电压最佳地匹配太阳能电池输出的蓄电池充电，且仅在第一蓄电池充电之后才给第二蓄电池充电。借助于该方法，在短暂停车期间，最大可用功率可传输给蓄电池，从而将DC-DC转换功率损失限制为在更多总太阳能功率可用时的较长停车。

然而，在驻车时，电需求将低，且可假定在一定时间段之后至少低电压蓄电池会完全充满。在该情况下，可优选的是，将已经给低电压蓄电池充电的附件太阳能电池输出的任何部分再次引导。一种方案可将所有可用功率使用前述方法之一施加到高电压牵引蓄电池。

可选方案是使用低电压太阳能电池功率来直接操作低电压附件或便利特征，以弥补预期未来低电压电需求。例如，在温暖的太阳天，车辆内部可达到升高温度，在返回车辆时操作者将认为该温度不舒适。因而，在进入车辆时，操作者期望立即打开HVAC风扇以引入外部空气，或者可能取决于外部空气温度，打开风扇和空气调节器两者。如果低电压蓄电池已经充分地充电且高电压牵引蓄电池也被认为充分地充电，因而可以在车辆驻车时更有效地使得太阳能电池基于太阳能功率操作HVAC风扇和可能空气调节器。这将降低操作者返回之前的内部温度。继而，这将减少返回操作者在驾驶时激进地冷却车辆内部的需要，从而减轻未来蓄电池需求。类似情形将适用于冷天，此时，可需要HVAC风扇和加热器。

将理解的是，与蓄电池充电对比低电压附件操作有关的相对功率损失在该情况下具有较少的重要性。车辆将驻车的时间长度未知。因而，在车辆驻车的整个时段期间低电压附件的操作（尤其是如果这是长时段）会仅具有有限益处。在该情况下，通过给蓄电池中的一个或两者充电来捕获太阳能（甚至在导致更大的电损失时也是如此）在延长车辆里程方面将更有效。

太阳能电池可以看作近似恒定电流功率源。即，一直到具体电压，由太阳能电池供应的电流大致恒定且等于短路电流I_SC，在电压高达开路电压V_OC或在没有电流抽吸下的电压时，电流为零。如图1所示，工作电池的电流对比电压曲线20将以这种方式很合理地描述，除了电流不是在开路电压处立即减少为零而是在获得临界电压V_CRIT时一定程度上更缓慢地下降或减少。

同样，短路电流很好地近似与入射在电池上的太阳能线性地成比例。因而，确定入射在电池上的太阳能的一种方法是将电池跨过分流电阻器连接并测量电流。借助于合适的标定，可以确定入射太阳能或可用太阳能电池功率。热电堆或外部硅光电二极管传感器也可以用于确定入射太阳能，但是入射太阳能和可用太阳能电池功率之间的关系同样需要传感器标定。

更具体地，还如图1所示，电池的功率输出随电池电压的变化曲线10在接近该临界电压V_CRIT的电压V_MPO（最大功率输出）处展现最大值。功率曲线10的进一步观察表明，在小于V_MPO的电压下操作电池导致功率输出与V_MPO和操作电压之间的差大致成线性比例地减少。以比V_MPO大很多的电压操作电池剧烈地减少可用功率。显然，优选以最大功率（即，在V_MPO时）操作，但是如果这不可行的话，那么优选太阳能电池大致在稍小于V_MPO的电压下操作。

由太阳能电池或模块传输给负载的功率将取决于负载的操作电压。例如，参考图1，如果负载具有的操作电压处于比V_MPO更低的电压的线性部分，那么供应的功率将随着负载电压偏离V_MPO而成比例地减少。功率的下降对于大于V_MPO的负载操作电压更大，如图1曲线10所示。因而，从太阳能电池或太阳能电池阵列提取最大功率需要功率管理以确保阵列在V_MPO操作。

该性能在图2的数据中直接示出，其将从以两个电压操作的太阳能电池阵列提取的电流进行比较。在该情况下，V_MPO大约14伏。以16伏（大于V_MPO的电压，且与数据组30相对应）操作阵列将电池电流输出限制为大约1安培，且电池功率输出（电压和电流的乘积）限制为大约18瓦。组30的数据与借助于用大约1000瓦/米²太阳能辐照度照射太阳能电池给蓄电池滴流充电相对应。相比而言，除了给蓄电池滴流充电之外，通过选择性地驱动附加电气装置或负载，以大致与V_MPO相对应的电压（如数据组35所示）操作阵列允许大约44瓦的阵列功率输出。在数据组35的情况下，太阳能电池暴露于大约810瓦/米²太阳能辐照度。因而，管理电池操作在大约V_MPO进行允许从电池提取显著更多的功率，甚至在减少入射能量通量的情况下也是如此。如图2所示，数据点40是在810瓦/米²太阳能辐照度辐射下电池的额定最大功率输出，~52瓦。可注意的是，数据点40落入试验数据组35的边界内。因而，该值与借助于通过选择性地增加电负载而将电池操作电压近似控制为大约V_MPO允许的主动功率管理获得的~44瓦测量输出很好地匹配。

太阳能电池的（电）输出不一致，而是受许多因素影响。这些可包括例如太阳能电池的清洁度、如图3所示入射在太阳能电池上的总体太阳能辐照度（表示为瓦/米²或W/m²）、以及如图4所示的电池温度（表示为℃）。此外，能够供应超过大约1伏的太阳能电池功率源将包括多个互连独立电池。这种互连电池的输出进一步影响在所有独立电池上的入射功率的一致性。这些影响因素中的一些可非常缓慢地变化，例如电池清洁度；其它因素（如电池温度）可能受一天中的时间强烈地影响，且可能相对缓慢地变化；而另外的因素（例如，入射在电池上的太阳能功率）可随着太阳被云、阴影等部分或完全地、临时遮挡而快速地变化。

因而，尤其如图3所示，太阳能电池的可用最大功率输出可大范围变化。在气候变化条件下，包括例如云在太阳前面通过，阵列输出可甚至在短至若干分钟的时间段内变化。

由于太阳能电池或模块的输出将通常达不到车辆的总电需求，因而优选以其最高效率操作电池且在所有时间从太阳能电池或模块提取最大功率。因而，电池输出的变化性可需要连续地调节电池上的电功率需求，以将需求与电池的最大功率输出匹配。这可以借助于能够评估最大电池输出并响应于评估电池输出将电负载与电池连接和断开的控制装置。

在实施例中，控制器用于评估太阳能电池功率源的输出容量且将功率源可用功率与电气应用中的一个或多个的需求匹配。优选电操作将是引起对提高车辆里程最大贡献的。然而，操作的选择将由可用太阳能电池功率输出大约等于操作电需求的需要确定。

通过监测阵列的输出，具体地开路电压和短路电流，可以估计阵列的输出。如上所述，短路电流通常与入射太阳能功率成比例。开路电压在确定V_MPO时尤其有用，因为V_MPO通常与开路电压线性相关，且其比率对于大范围的各种具有类似化学物（多晶体硅、无定形硅等）的太阳能电池类似。

该方法可需要将所有负载从太阳能电池断开，至少瞬时地，以进行测量。虽然断开时间可能短暂，但是优选的是电池输出频繁地测量且频繁地中断太阳能电池阵列功率可能是不利的。

另一种方法（不需要负载断开）要在太阳能电池阵列内嵌入一个或多个独立传感电池。这些传感电池将与构成阵列的多个电池分开地布线，但是它们将暴露于与阵列大致相同的环境。因而，可假定传感电池的输出跟踪阵列的输出。因而，太阳能阵列的输出可以通过基于已知相对电池面积和电池互连实践简单地标度传感电池输出来推断。最便利的是，从一部分太阳能阵列制作传感电池，使得传感电池和太阳能阵列的太阳能转换效率相同。然而，如果传感电池和太阳能阵列的成分不同，那么可以进行对标度因子的合适修改以适合该情况。

有效功率管理需要负载仅在高达可用最大功率的程度从太阳能电池操作或者试图从太阳能电池抽吸功率。如果所有车载装置的功率需求已知，这可以最简单地完成，从而允许由控制器快速识别抽吸所有可用功率的装置的合适组合。因而，优选的是，所有潜在装置的功率需求以电子形式存储且可由控制器访问，例如作为查询表。

一些装置的功率需求通常采用一个或多个固定值。这种装置的示例可以是HVAC风扇，其可以在多个分立设置（例如，“关闭”、“低”、“中等”和“高”）下操作，或者电座椅加热器（例如，可以“开启”或“关闭”）。对于这种装置，每个设置的功率需求可以存储为固定值，且由控制器使用例如简单的表查询方案访问。

其它负载可能是可变的。例如，取决于期望温差，旨在加热或冷却进入车舱的空气的热电装置可在各种操作电流下操作。类似地，蓄电池可在高或低电流下充电。因而，这种可变负载装置的功率需求在查询表中不能作为单个值包括，而应当由用于不同操作情形的多个值或更优选地由算法表示。清楚的是，这些可变负载在确保太阳能电池阵列输出被完全使用方面起重要作用。

优选的是，甚至当前在分立设置下操作的装置也能够以连续可变方式操作。该能力需要将电需求与太阳能电池阵列输出匹配。在具有分立设置的装置（例如，前述的HVAC风扇或座椅加热器）以连续可变方式操作时，这可以通过采用脉宽调制或PWM实现。脉宽调制是采用一系列具有最大幅值的方形波的技术。如果方形波一半时间是“on”，一半时间是“off”，那么效果与连续地施加最大幅值的一半相同。类似考虑适用于“on”和“off”时间的任何其它比率。因而，假定脉冲频率足够高以大致消除任何“振动”，甚至在PWM控制下操作的马达（例如，HVAC马达）提供连续速度和功率消耗响应。在本发明的实践中，所有操作装置都想要在允许装置功率需求连续变化的条件下操作。热电装置和电阻加热器内在地能够以这种方式操作，且在PWM下操作的HVAC风扇马达类似地展现连续功率需求特性。因而，使用来自于太阳能电池阵列的功率操作的主要负载可以均在允许调节电需求以与来自于阵列的可用最大功率匹配的条件下操作。

为了最佳地最大化车辆里程，控制器必须感测选定车辆和环境参数。这些可包括蓄电池电荷状态（SOC）；蓄电池的电流电需求；车辆内部温度；车辆外部温度；以及车辆是否驻车，等等。

控制器将预先编程以将车辆装置与太阳能电池阵列功率连接的益处进行排位或排序。通常优选的是，如果蓄电池少于完全充电，第一优先顺序是将太阳能电池阵列功率连接到蓄电池，但是其它因素（例如，考虑电功率损失）可促使可选优先顺序。将理解的是，通常而言，尤其是在主要在不需要由备用IC发动机产生的功率来补充可用蓄电池功率的短行程内操作时，至少牵引蓄电池将被消耗掉电荷。因而，在许多操作情形下，太阳能功率将总体上应用于给蓄电池充电。

然而，蓄电池充电速率可变化。通常优选给蓄电池快速充电，直到其产生大约80－85％SOC，且然而给它们更缓慢地充电（滴流充电），直到实现完全电荷状态。因而，取决于蓄电池SOC，可优选将太阳能电池功率的仅一部分引导给蓄电池，甚至在其SOC小于100％也是如此。在该条件下，蓄电池将称为“可接受地充电”（acceptably charged）。

因而，如果附件和牵引蓄电池被可接受地充电，那么超过给蓄电池充电需求的太阳能功率将可用。优选将该“过量”太阳能电池功率引导到可合理地预期其未来使用的应用。这些应用中的许多与保持舒适车舱环境有关，因为大多数车辆操作者优选车舱温度在18℃和24℃之间。而且，如果外部空气温度明显大于或小于这些极限值，那么大多数操作者将在进入车辆时就试图调节车舱空气。这将需要适当地加热或冷却车舱空气，与至少部分地来自于HVAC风扇操作的空气循环结合。如果这些装置（加热器、冷却器和风扇）可操作以使用可用太阳能功率将车舱温度变为更接近操作者优选范围，那么可减少用于车舱舒适性的未来蓄电池需求。

该方法具体地涉及车舱由于太阳能加热显著比环境更热的情况，因为这意味着太阳能阵列将能够具有显著的输出。

由于太阳能加热引起的温度升高可以是可察觉的。作为示例，在SUV上进行的试验中，完全驻车在太阳中，内部温度达到45℃，环境温度30℃。即，车舱环境比环境热15℃。虽然具体情况可根据案例变化，但是通常观察该行为。通常，进入客舱的热能的50％至75％来自于玻璃窗处传输和吸收的太阳能。传输能量主要由内部物质直接吸收。在玻璃窗处吸收的能量通过对流传输给内部且以热IR波长范围再次照射。

可以采用各种通风方法来减少内部温度。可采用被动方法（例如，部分地打开窗户或天窗，如果配备的话），但是这些通常不是优选的，因为其可能进入雨、昆虫和其它动物且其对车辆安全有负面影响。然而，主动方法（例如，仅以其中等设置操作鼓风机）被证明在降低车舱温度方面同样有效，且避免安全性和雨或昆虫进入问题。

当然，车舱温度不需要接近该示例中遇到的温度，但是将理解的是，太阳能加热将总是将车舱温度增加高于环境，使得太阳能电池驱动的主动通风将在降低车舱温度方面总是有效。然而，该降低的车舱温度仍察觉为不舒适的，且操作者可试图进一步降低车舱温度。

由控制器用于引导太阳能电池阵列功率的决策树100作为图5示出且在下文描述。接着前文描述，可假定太阳能电池的功率输出对控制器是已知的。还应当认识到，控制器将包括用于从太阳能电池接收功率且将该功率以预定比例分配给任何装置的合适控制能力和电气连接。该功率分配且其下面的逻辑可通过在计算机或类似计算机装置中包括的一组算法实施。优选的是，计算机与控制器整体形成，但是也可以采取其它方法（例如，采用车辆ECU或电子控制单元）来执行计算。

第一“开始”决策步骤100是确定车辆是否驻车和未乘载。该确定可以通过检查推进马达功率开关（施加高电压蓄电池功率给推进马达的开关）和当前包括在车辆中用于控制气囊展开的车辆乘员传感器两者来容易地进行。显然，推进马达功率开关的位置（“Off”或“On”）将表示车辆是否操作，乘员传感器将确定车辆是否乘载。

如果未驻车且未乘载，但是在推进马达功率开关“On”（输出112）的情况下的操作中，那么将假定由于舒适性和附件使用需求将置于低电压蓄电池上。推进马达功率开关“Off”但是检测到乘员的情况将以相同的方式处理。将假定乘员可利用车辆的舒适性、娱乐或其它附件特征，且将类似电需求置于低电压蓄电池上。接着前述描述，还假定电需求可超过可用太阳能功率。该情况触发决策步骤120，评估牵引蓄电池电荷状态（SOC）且确定评估SOC是“可接受”（路径111）还是“不可接受”（路径113）。如果在120“牵引蓄电池SOC”是“不可接受”，那么要采取的动作是“给高电压牵引蓄电池充电”（步骤117）且将太阳能获得的功率直接地或者通过使用DC-DC转换器引导到牵引蓄电池。如果“牵引蓄电池SOC”是“可接受”，那么启动决策步骤119，评估附件蓄电池SOC。如果在步骤119“低电压蓄电池SOC”是“不可接受”（路径121），那么在步骤123采取的动作是“给低电压蓄电池充电”。可选地，如果低电压蓄电池SOC是“可接受”（输出125），那么采取的动作应当为“操作附件”（步骤127）。

返回决策步骤110，如果车辆驻车且未乘载，第一步骤130是评估牵引蓄电池的SOC。如果在130“牵引蓄电池SOC”是“不可接受”（输出132），那么应当执行动作140“给牵引蓄电池充电”。

如果在130“牵引蓄电池SOC”是“可接受”（输出135），那么下一动作是评估低电压蓄电池SOC（步骤131）。如果“低电压蓄电池SOC”是“不可接受”（输出139），那么在步骤133太阳能电池功率应当引导以“给低电压蓄电池充电”。如果低电压蓄电池SOC是“可接受”（输出137），那么将采用其它因素的知识以适当地引导功率。

在步骤150，确定车舱温度是否位于大约18-24℃的优选范围内。如果“车舱温度>18℃且<24℃”（输出152），那么不需要采用动作控制车舱温度且可用太阳能功率可引导以给高电压牵引蓄电池充电。

如果车舱温度大于大约24℃的优选温度最大值（输出152），那么需要在步骤180“确定环境温度”。如果环境温度大于大约24℃的期望车舱温度（输出182），那么HVAC应当设置为其“通风”设置，以吸入外部空气，且HVAC风扇操作（步骤187）。如果冷却器可用，尤其是内在地可在几乎无限功率输入范围内操作的热电冷却器，那么其可以有利地在风扇和冷却器之间划分太阳能电池阵列输出。在该情况下，风扇将比在太阳能功率排他地引导给风扇时更慢地运行。然而，太阳能电池阵列输出功率可被限制，甚至在理想情况下可能不超过200W，从而可能需要识别风扇和冷却器之间的可用功率的适当分配。

例如，如果通过试验和/或建模可发现不冷却进来的空气而是将其更频繁地循环更有利，那么可不使用冷却器。这将允许所有可用太阳能功率引导到风扇，使得风扇可在较高速度下操作。类似地，以具体功率分配操作风扇和冷却器两者可能是更有益的。风扇和冷却器功率分配的优选组合也可以依车辆而变化且受到采用其它技术（例如，反射玻璃窗、低太阳能吸收油漆和本领域技术人员已知的其它技术）来减少车舱温度而影响。

如果车舱温度大于大约24℃而环境空气温度小于大约24℃（输出185），那么可假定车舱温度可仅仅通过循环外部空气而降低至优选温度范围。因而，优选HVAC基于“通风”操作且HVAC风扇以其最大速度（与可用太阳能功率一致）操作，如步骤189所示。

如果内部温度小于大约24℃（输出175）且也低于大约18℃（步骤190），那么在输出192下，下一步骤是评估是否有足够功率可用于显著地增加车舱温度，“评估可用于加热车舱的太阳能功率”，决策步骤200。如果基于试验和/或建模，足够的功率可用（输出202），那么优选方法是基于“循环”操作HVAC风扇且操作加热器。加热器将是电动的且可以是热电的或更优选地是电阻加热器。试验和/或建模可用于在加热器和风扇之间最有效地分配可用太阳能功率，且该分配可随着环境温度而变化。

作为非限制性示例，在决策步骤200，例如在冷的有云天，可确定可用太阳能功率不足以显著地升高车舱温度（输出205）。然而，可能存在足够可用功率来局部地升高温度，例如通过“操作加热座椅”，如220所示。

在识别太阳能电池阵列的输出的变化性时，太阳能功率可用性和负载需求将频繁地进行，通常基于预定取样速率。因而，在算法引导控制器循环回到“开始”决策110且重复过程之前，120、140、160、187、189、210和220所示的任何动作将仅短时间进行。

这种循环的频率应当至少匹配且优选超过电需求变化或电功率生成变化的最高频率，以将这些保持平衡。入射在太阳能电池上的太阳能辐射，甚至在部分有云的天（具有快速移动的云），不可能比大约一分钟一次更频繁地变化。相比而言，尤其是在拥堵交通中，再生制动的出现或不存在可每若干秒变化。因而，可以看出，分配2和10秒之间的预定循环频率可足以提供适当地响应的系统，而不招致过多计算超负荷。

本发明的实践已经通过参考某些优选实施例描述，所述实施例旨在是示例性的而不是限制性的。本发明的全部范围仅仅由所附权利要求限定和界定。