DE102017209975A1

DE102017209975A1 - Thermoelektrische generatorvorrichtung für ein fahrzeug und verfahren zum steuern derselben

Info

Publication number: DE102017209975A1
Application number: DE102017209975.5A
Authority: DE
Inventors: Hochan An
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2018-07-05
Also published as: CN108252778B; CN108252778A; US20180187587A1; KR102600205B1; US10260397B2; KR20180077459A

Abstract

Eine thermoelektrische Generatorvorrichtung kann einen thermoelektrischen Generatorabschnitt enthalten, der in einem ersten Strömungskanal angeordnet ist und zum Wandeln der Wärmeenergie des den ersten Strömungskanal passierenden Abgases in elektrische Energie konfiguriert ist; einen in einem zweiten Strömungskanal angeordneten Wärmetauscherabschnitt, der zum Erwärmen des Kühlmittels durch Wärmeaustausch des Kühlmittels und des den zweiten Strömungskanal passierenden Abgases konfiguriert ist; einen dritten Strömungskanal, der das erhaltene Abgas unverändert weiterleitet; und ein Ventil, das zum selektiven Öffnen oder Schließen des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals, oder des dritten Strömungskanals und damit zum Steuern eines Strömungswegs des Abgases konfiguriert ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug und insbesondere eine thermoelektrische Generatorvorrichtung für das Fahrzeug.
Beschreibung der verwandten Technik
Eine thermoelektrische Generatorvorrichtung ist ein Gerät zum Erzeugen elektrischer Energie durch Nutzen einer Potentialdifferenz zwischen einem Heizelement und einem Kühlelement, wobei die thermoelektrische Generatorvorrichtung elektrische Energie direkt durch eine Wärmequelle ohne eine mechanische Operation erzeugen kann.
Die thermoelektrische Generatorvorrichtung wird in anderen technischen Gebieten als der Fahrzeugtechnologie in breitem Umfang eingesetzt. Zum Beispiel wird die thermoelektrische Generatorvorrichtung in Stromerzeugungsanlagen an abgelegenen Orten, etwa einer Raumsonde (Voyager II) usw. eingesetzt. In letzter Zeit sind verschiedene Verfahren zur Anwendung der thermoelektrischen Generatorvorrichtung in unterschiedlichen Bereichen, z. B. Müllverbrennungsanlagen, Energieerzeugung durch geothermische Kraft-Wärmekopplung, Energieerzeugung durch geothermische Gradienten usw. intensiv erforscht und erörtert worden.
Bei Betrachtung des Energieflusses in Fahrzeugen wird die chemische Energie des in einem Fahrzeug-Verbrennungsmotor verbrannten Benzins in mechanische Energie gewandelt. Im vorliegenden Fall beträgt der Wärmewirkungsgrad nur ca. 30%, und die übrige Energie wird als Wärme, Vibrationen, Schall usw. emittiert.
Deshalb ist die Rückgewinnung der Emissionsenergie zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz erforderlich. Da Wärmeenergie mit höherer Temperatur der Emissionswärmeenergien einen höheren Energiewirkungsgrad hat, führen zahlreiche Entwicklungsingenieure und Unternehmen intensive Forschungsarbeiten mit verschiedenen Verfahren zur Nutzung der Abwärme des Verbrennungsmotors mit einer Hochtemperaturzone von einigen hundert Grad (Celsius) als Hochtemperaturquelle aus oder erzeugen elektrische Energie auf thermoelektrischem Wege.
Die in diesem Hintergrund-Abschnitt der Erfindung offenbarten Informationen dienen nur dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sind nicht als Bestätigung oder irgendeine Form eines Hinweises zu verstehen, dass sie den dem Fachmann bekannten Stand der Technik darstellen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind auf die Bereitstellung einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung für ein Fahrzeug gerichtet, die zur variablen Steuerung eines Abgas-Strömungskanals nicht nur in Abhängigkeit vom Zustand der Wärmemenge des in die thermoelektrische Generatorvorrichtung strömenden Abgases, sondern auch von der Temperatur des Kühlmittels des Verbrennungsmotors konfiguriert ist, wobei der maximale Wirkungsgrad eines thermoelektrischen Generatorsystems für jede Fahrzeug-Fahrbedingung erhalten werden kann, und ein Verfahren zum Steuern der thermoelektrischen Generatorvorrichtung.
Weitere Aspekte der Erfindung sind zum Teil in der folgenden Beschreibung angegeben und zum Teil aus der Beschreibung offensichtlich, oder lassen sich durch die Verwirklichung der Erfindung erfahren.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine thermoelektrische Generatorvorrichtung einen thermoelektrischen Generatorabschnitt enthalten, der in einem ersten Strömungskanal angeordnet und zum Wandeln der Wärmeenergie des den ersten Strömungskanal passierenden Abgases in elektrische Energie konfiguriert ist; einen in einem zweiten Strömungskanal angeordneten Wärmetauscherabschnitt, der zum Erwärmen des Kühlmittels durch Wärmeaustausch des Kühlmittels und des den zweiten Strömungskanal passierenden Abgases konfiguriert ist; einen dritten Strömungskanal, der das erhaltene Abgas unverändert weiterleitet; und ein Ventil zum selektiven Öffnen oder Schließen des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals, oder des dritten Strömungskanals und damit zum Steuern eines Strömungswegs des Abgases.
Die thermoelektrische Generatorvorrichtung kann ferner enthalten: eine Steuerung, die zum variablen Steuern des Öffnens und Schließens des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals und des dritten Strömungskanals durch Steuern des Ventils gemäß einer Temperatur des Abgases und einer Temperatur des Kühlmittels konfiguriert ist.
Wenn die Temperatur des Kühlmittels niedriger ist als eine Kühlmittel-Referenztemperatur, kann die Steuerung den ersten Strömungskanal und den zweiten Strömungskanal öffnen und den dritten Strömungskanal schließen, so dass das Abgas nur durch den thermoelektrischen Generatorabschnitt und den Wärmetauscherabschnitt strömt.
Wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als die Kühlmittel-Referenztemperatur und die Abgastemperatur niedriger ist als die Abgas-Referenztemperatur, kann die Steuerung den ersten Strömungskanal partiell öffnen und den zweiten Strömungskanal und den dritten Strömungskanal schließen, so dass das Abgas nur durch einige Teile des thermoelektrischen Generatorabschnitts strömt.
Wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als die Kühlmittel-Referenztemperatur und die Abgastemperatur gleich oder höher ist als die Abgas-Referenztemperatur, kann die Steuerung den ersten Strömungskanal vollständig öffnen und den zweiten Strömungskanal und dritten Strömungskanal schließen, so dass das Abgas durch den gesamten thermoelektrischen Generatorabschnitt strömt.
Wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als eine Kühlmittel-Überhitzungstemperatur und die Abgastemperatur gleich oder höher ist als eine Abgas-Überhitzungsreferenztemperatur, kann die Steuerung den dritten Strömungskanal öffnen und den ersten Strömungskanal und den zweiten Strömungskanal schließen, so dass das Abgas nur durch den dritten Strömungskanal ausgeleitet wird.
Der thermoelektrischen Generatorabschnitt und der Wärmetauscherabschnitt können zu einem thermoelektrischen Generatormodul integriert sein, und das thermoelektrische Generatormodul kann in einem Gehäuse untergebracht sein.
Der dritte Strömungskanal kann in dem Bereich, der nicht vom thermoelektrischen Generatormodul eingenommen wird, innerhalb des Gehäuses ausgebildet sein.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung bereitgestellt, die einen thermoelektrischen Generatorabschnitt in einem ersten Strömungskanal enthält, die zum Wandeln von Wärmeenergie des den ersten Strömungskanal passierenden Abgases in elektrische Energie konfiguriert ist; einen im zweiten Strömungskanal angeordneten Wärmetauscherabschnitt, der zum Erwärmen des Kühlmittels durch Wärmeaustausch des Kühlmittels und des den zweiten Strömungskanal passierenden Abgases konfiguriert ist; einen dritten Strömungskanal, der das empfangene Abgas unverändert weiterleitet; und ein Ventil, das zum selektiven Öffnen oder Schließen des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals oder des dritten Strömungskanals konfiguriert ist, und so den Strömungsweg des Abgases steuert; wobei das Verfahren enthalten kann: Empfangen einer Temperatur des Abgases und einer Temperatur des Kühlmittels; und Steuern des Ventils entsprechend der Abgastemperatur und der Kühlmitteltemperatur, und damit variabel Steuern des Öffnens und Schließens des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals und des dritten Strömungskanals.
Die Steuerung des Ventils kann ferner enthalten: wenn die Temperatur des Kühlmittels niedriger ist als eine Kühlmittel-Referenztemperatur, Öffnen des ersten Strömungskanals und des zweiten Strömungskanals und Schließen des dritten Strömungskanals, so dass das Abgas nur durch den thermoelektrischen Generatorabschnitt und den Wärmetauscherabschnitt strömt.
Die Steuerung des Ventils kann ferner enthalten: wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als die Kühlmittel-Referenztemperatur und die Abgastemperatur niedriger ist als die Abgas-Referenztemperatur, partielles Öffnen des ersten Strömungskanals und Schließen des zweiten Strömungskanal sowie des dritten Strömungskanals, so dass das Abgas nur durch einige Teile des thermoelektrischen Generatorabschnitts strömt.
Die Steuerung des Ventils kann ferner enthalten: wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als die Kühlmittel-Referenztemperatur und die Abgastemperatur gleich oder höher ist als die Abgas-Referenztemperatur, vollständiges Öffnen des ersten Strömungskanals und Schließen des zweiten Strömungskanals sowie des dritten Strömungskanals, so dass das Abgas durch den gesamten thermoelektrischen Generatorabschnitts strömt.
Die Steuerung des Ventils kann enthalten: wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als eine Kühlmittel-Überhitzungstemperatur und die Abgastemperatur gleich oder höher ist als eine Abgas-Überhitzungsreferenztemperatur, Öffnen des dritten Strömungskanals und Schließen des ersten Strömungskanals sowie des zweiten Strömungskanals, so dass das Abgas nur durch den dritten Strömungskanal ausgeleitet wird.
Der thermoelektrische Generatorabschnitt und der Wärmetauscherabschnitt können zu einem thermoelektrischen Generatormodul integriert sein, und das thermoelektrische Generatormodul kann in einem Gehäuse untergebracht sein.
Der dritte Strömungskanal kann in dem Bereich, der nicht vom thermoelektrischen Generatormodul eingenommen wird, innerhalb des Gehäuses ausgebildet sein.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine thermoelektrische Generatorvorrichtung einen thermoelektrischen Generatorabschnitt in einem ersten Strömungskanal enthalten, der zum Wandeln der Wärmeenergie des den ersten Strömungskanal passierenden Abgases in elektrische Energie konfiguriert ist; einen Wärmetauscherabschnitt im zweiten Strömungskanal, der zum Erwärmen des Kühlmittels durch Wärmeaustausch des Kühlmittels und des den zweiten Strömungskanal passierenden Abgases konfiguriert ist; und ein Ventil, das zum selektiven Öffnen oder Schließen des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals oder des dritten Strömungskanals und damit zum Steuern des Strömungswegs des Abgases konfiguriert ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine thermoelektrische Generatorvorrichtung einen thermoelektrischen Generatorabschnitt in einem ersten Strömungskanal enthalten, der zum Wandeln der Wärmeenergie des den ersten Strömungskanal passierenden Abgases in elektrische Energie konfiguriert ist; einen in einem zweiten Strömungskanal angeordneten Wärmetauscherabschnitt, der zum Erwärmen des Kühlmittels durch Wärmeaustausch des Kühlmittels und des den zweiten Strömungskanal passierenden Abgases konfiguriert ist; einen dritten Strömungskanal, den das empfangene Abgas ohne Änderung durchströmt; ein Ventil, das zum selektiven Öffnen oder Schließen des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals oder des dritten Strömungskanals und damit zum Steuern des Strömungswegs des Abgases konfiguriert ist; und ein Gehäuse zur Aufnahme des thermoelektrischen Generatorabschnitts, des Wärmetauscherabschnitts und des Ventils, wobei der dritte Strömungskanal in dem Bereich innerhalb des Gehäuses ausgebildet ist, der nicht vom thermoelektrischen Generatormodul eingenommen wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine thermoelektrische Generatorvorrichtung eines Fahrzeugs einen thermoelektrischen Generatorabschnitt in einem ersten Strömungskanal enthalten, der zum Wandeln der Wärmeenergie des den ersten Strömungskanal passierenden Abgases in elektrische Energie konfiguriert ist; einen Wärmetauscherabschnitt im zweiten Strömungskanal, der zum Erwärmen des Kühlmittels durch Wärmeaustausch des Kühlmittels und des den zweiten Strömungskanal passierenden Abgases konfiguriert ist; einen dritten Strömungskanal, den das empfangene Abgas ohne Änderung durchströmt; ein Ventil, das zum selektiven Öffnen oder Schließen des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals oder des dritten Strömungskanals und damit zum Steuern des Strömungswegs des Abgases konfiguriert ist; und eine Steuerung, die zum variablen Steuern des Öffnens oder nnSchließens des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals und des dritten Strömungskanals durch Steuern des Ventils entsprechend der Abgastemperatur und der Kühlmitteltemperatur konfiguriert ist.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben noch andere Merkmale und Vorteile, die sich im Einzelnen aus den beiliegenden Zeichnungen erschließen oder darin angegeben sind, die hiermit einbezogen werden, sowie aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die gemeinsam zur Erläuterung bestimmter Grundlagen der vorliegenden Erfindung dienen.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Ansicht einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung des Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Ansicht der Struktur eines thermoelektrischen Generatormoduls einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Konzeptdiagram eines Steuerungssystems der thermoelektrischen Generatorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Ansicht eines Ventilzustands, wenn eine Kühlmitteltemperatur niedriger ist als eine Referenztemperatur.
7 ist eine Ansicht eines Ventilzustands nicht nur dann, wenn eine Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als eine Referenztemperatur, sondern auch, wenn eine Abgastemperatur niedriger ist als eine Referenztemperatur.
8 ist eine Ansicht eines Ventilzustands nicht nur dann, wenn eine Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als eine Referenztemperatur, sondern auch, wenn eine Abgastemperatur gleich oder höher ist als eine Referenztemperatur.
9 ist eine Ansicht eines Ventilzustands nicht nur dann, wenn eine Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als eine Überhitzungstemperatur, sondern auch, wenn eine Abgastemperatur gleich oder höher ist als eine Überhitzungstemperatur.

Es ist zu beachten, dass die beigefügten Zeichnungen nicht unbedingt maßstäblich sind, da sie eine etwas vereinfachte Darstellung der verschiedenen bevorzugten Merkmale zeigen, die für die Grundlagen der Erfindung beispielhaft sind. Die hierin offenbarten spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, die z. B. bestimmte Abmessungen, Ausrichtungen, Orte und Formen umfassen, werden zum Teil durch die besondere vorgesehene Anwendung und die Umgebungsbedingungen am Einsatzort bestimmt.
In den Figuren kennzeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung in den verschiedenen Figuren der Zeichnung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nunmehr wird ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en) eingegangen, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind und nachstehend beschrieben werden. Obwohl die Erfindung(en) in Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen beschrieben wird/werden, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung(en) nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränken soll. Die Erfindung(en) soll(en) vielmehr nicht nur die Ausführungsbeispiele, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die von Geist und Gültigkeitsbereich der Erfindung, die in den angefügten Ansprüchen definiert sind, abdecken.
1 ist eine Ansicht eines Fahrzeugs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 zeigt eine Auspuffeinrichtung, die zum einfachen Ausleiten des vom Verbrennungsmotor 102 des Fahrzeugs 100 erzeugten Abgases aus dem Fahrzeug 100 nach außen konfiguriert ist. Die Auspuffeinrichtung kann das bei der Verbrennung von Kraftstoff im Verbrennungsmotor 102 erzeugte Abgas aus dem Fahrzeug 100 nach außen leiten. Außerdem kann die Auspuffeinrichtung im Abgas enthaltene giftige Gase in einem Abgas-Ausleitprozess entfernen. Des Weiteren können Laustärke und Klang des beim Ausleiten des Abgases entstehenden Lärms gesteuert werden.
Der Prozess zum Ausleiten des Abgases aus dem Verbrennungsmotor 102 kann wie folgt zusammengefasst werde. Das Abgas aus dem Verbrennungsmotor 102 strömt durch eine Auslassöffnung des Zylinderkopfes des Verbrennungsmotors 102 in einen Auspuffkrümmer 104 und wird dann im Abgasrohr 106 gesammelt. Danach passiert das gesammelte Abgas sequentiell einen Katalysator 108, der zum Reinigen und Entfernen giftiger Gase konfiguriert ist, einen Resonator 112, der zum Einstellen der Lautstärke und des Klangs des Abgaslärms konfiguriert ist, und einen Schalldämpfer 114 und wird schließlich durch ein Endrohr 116 nach außen ausgeleitet.
Der Auspuffkrümmer 104 ist durch Zusammenführen der Abgasrohre gebildet, die mit den jeweiligen Zylindern des Verbrennungsmotors 102 verbunden sind, und verhindert das Auftreten von Störungen durch Steuern des austretenden Luftgemischs unter den jeweiligen Zylindern, um einen geeigneten Gegendruck aufrechtzuerhalten. Der Katalysator 108 ist zum Reinigen des Abgases konfiguriert und kann einen Sammler-Katalysator nahe dem Auspuffkrümmer 104 und einen Unterboden-Katalysator enthalten, der unter einem Boden angeordnet ist. Der Resonator 112 und der Schalldämpfer 114 können die Temperatur und den Druck des Abgases senken und die Lautstärke und den Klang des Abgaslärms anpassen.
In 1 ist eine thermoelektrische Generatorvorrichtung 110 gemäß der Ausführungsform zwischen dem Katalysator 108 und dem Resonator 112 angeordnet. Die Einbauposition der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 110 ist nicht nur auf den Abschnitt zwischen dem Katalysator 108 und dem Resonator 112 beschränkt, sondern es kann jede andere Position der Abgaseinrichtung festgelegt werden, ohne von Gültigkeitsbereich oder Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die thermoelektrische Generatorvorrichtung 110 kann Energie erzeugen, indem sie Wärmeenergie des Abgases in elektrische Energie wandelt. Die von der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 110 erzeugte Energie kann die Batterie laden oder kann direkt an elektronische Bauteile geliefert werden.
Die Struktur der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 110 des Fahrzeugs 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der 2, 3 und 4 beschrieben.
2 ist eine Ansicht einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung des Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 2 dargestellt kann die thermoelektrische Generatorvorrichtung 110 gemäß der Ausführungsform an einen Abgas-Strömungskanal zwischen dem Katalysator 108 und dem Resonator 112 angebaut werden. Da das Abgasrohr 106 mit beiden Endabschnitten eines Gehäuses 206 verbunden ist, kann das von der einen zur anderen Seite des Abgasrohrs 106 strömende Abgas das thermoelektrische Generatormodul 202 oder den Umgehungskanal 208 passieren. In 2 kann ein Ventil 204 den Durchsatz des das thermoelektrische Generatormodul 202 und den Umgehungskanal 208 durchströmenden Abgases regeln. Das heißt, das Ventil 204 kann eine Oberfläche des thermoelektrischen Generatormoduls 202 vollständig oder partiell öffnen, so dass das Ventil 204 den Durchsatz des das thermoelektrische Generatormodul 202 durchströmenden Abgases regeln kann. Außerdem wird der Umgehungskanal 208 unter dem thermoelektrischen Generatormodul 202 im Gehäuse 206 geöffnet oder geschlossen, und der Durchsatz des Abgases kann vom Umgehungskanal 208 geregelt werden.
Wie aus 2 ersichtlich ist, kann eine Oberfläche des thermoelektrischen Generatormoduls 202 vollständig oder partiell geöffnet oder geschlossen werden. Das Öffnen und Schließen des Ventils kann durch Anheben oder Absenken des Ventils 204 an einem Endabschnitt des thermoelektrischen Generatormoduls 202 erfolgen. Das heißt, das Ventil 204 kann parallel zur Oberfläche des einen Endabschnitts des thermoelektrischen Generatormoduls 202 angehoben oder abgesenkt werden, wodurch der Strömungskanal des thermoelektrischen Generatormoduls 202 insgesamt oder partiell geöffnet oder geschlossen werden kann. Der Strömungskanal des in die thermoelektrische Generatorvorrichtung 110 strömenden Abgases kann durch Öffnen oder Schließen des Ventils 204 gebildet werden. Das heißt, das Abgas kann nur durch den vom Ventil 204 geöffneten Strömungskanal strömen und nicht in den anderen vom Ventil 204 geschlossenen Strömungskanal.
An einer Seitenfläche des Ventils 204 kann eine Verzahnung 210 ausgebildet sein. Ein mit der Verzahnung 210 in Eingriff stehendes Zahnrad 214 kann von einem Elektromotor 212 in Rotation versetzt werden. Das heißt, die Rotationskraft des Elektromotors 212 kann das Zahnrad drehen 214, und das Ventil 204 kann durch die Rotationsbewegung des Zahnrads 214 eine geradlinige Bewegung ausführen, so dass das Ventil 204 angehoben oder abgesenkt werden kann. Wenn das Ventil 204 bei einer Vorwärtsrotation des Elektromotors 212 angehoben wird, kann das Ventil 204 bei einer Rückwärtsrotation des Elektromotors 212 abgesenkt werden.
Der Umgehungskanal 208 kann im Abschnitt unter dem thermoelektrischen Generatormodul 202 ausgebildet sein. Der Umgehungskanal 208 kann das Durchströmen des Abgases durch die thermoelektrische Generatorvorrichtung 110 gestatten, ohne dass es das thermoelektrische Generatormodul 202 passiert, so dass das Abgas aus der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 110 ausgeleitet wird. Das den Umgehungskanal 208 passierende Abgas beeinflusst die thermoelektrische Energieerzeugung und den Wärmeaustausch nicht. Das Öffnen oder Schließen des Umgehungskanals 208 kann auch durch Anheben oder Absenken des Umgehungskanals 208 erfolgen. Mit anderen Worten, wenn das Ventil 204 hinreichend angehoben wird, kann der Umgehungskanal 208 geöffnet werden. Wenn dagegen das Ventil 204 hinreichend abgesenkt wird, kann der Umgehungskanal 208 vom Ventil 204 geschlossen werden.
3 ist eine Ansicht der Struktur eines thermoelektrischen Generatormoduls einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 3 kann das in die thermoelektrische Generatorvorrichtung 110 strömende Abgas mindestens einen von drei Strömungskanälen passieren, d. h. einen durch einen thermoelektrischen Generatorabschnitt 350 des thermoelektrischen Generatormoduls 202 verlaufenden Strömungskanal, einen durch einen Wärmetauscherabschnitt 360 verlaufenden Strömungskanal und einen unter dem thermoelektrischen Generatormodul 202 ausgebildeten Umgehungskanal 208.
Das den thermoelektrischen Generatorabschnitt 350 des thermoelektrischen Generatormoduls 202 passierende Abgas kann nach dem Durchströmen des thermoelektrischen Generatormoduls 350 zur Energieerzeugung beitragen. Die thermoelektrische Generatorvorrichtung 110 des Fahrzeugs 100 gemäß der Ausführungsform kann die Abgaswärme als eine Hochtemperatur-Wärmequelle nach dem Seebeck-Effekt nutzen, oder kann die Abgaswärme in elektrische Energie wandeln. Nach dem Seebeck-Effekt werden zwei Metalle oder beide Endabschnitte des Halbleiters verbunden, so dass im verbundenen Abschnitt eine Temperaturdifferenz entsteht, die in einer thermischen elektromotorischen Kraft resultiert. Eine Mehrzahl Schlitze 352 kann im thermoelektrischen Generatorabschnitt 350 des thermoelektrischen Generatormoduls 202 von 3 ausgebildet sein, und in jedem Schlitz 352 kann eine Rippenstruktur 354 angeordnet sein. Die Wärme des durch den Schlitz 352 strömenden Abgases kann von der Rippenstruktur 354 absorbiert werden. Ein thermoelektrisches Element 356 kann den Außenumfang jedes Schlitzes 352 umgeben, und die Außenseite des thermoelektrischen Elements 356 kann mit einem Kühlmittel 370 gefüllt sein. Das heißt, die Rippenstruktur 354, das thermoelektrische Element 356 und das Kühlmittel 370 sind nacheinander angeordnet, wobei das thermoelektrische Element 356 Energie aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen der Rippenstruktur 354 und dem Kühlmittel 370 erzeugen kann. Das heißt, die Rippenstruktur 354 im Schlitz 352 kommt durch die absorbierte Wärme aus dem Abgas auf eine hohe Temperatur, und das den Schlitz 352 umgebende thermoelektrische Element 356 wird durch das Kühlmittel 370 gekühlt. Im vorliegenden Fall kann eine elektromotorische Kraft durch eine Temperaturdifferenz zwischen einer Rippenstruktur 354 mit hoher Temperatur und einem thermoelektrische Element 356 mit niedriger Temperatur, erzeugt werden, was in einer elektromotorischen Kraft und Energie resultiert (Seebeck-Effekt).
Das den Wärmetauscherabschnitt 360 des thermoelektrischen Generatormoduls 202 passierende Abgas durchströmt den Wärmetauscherabschnitt 360, in dem das Kühlmittel durch Wärmeaustausch erwärmt werden kann. Eine Mehrzahl Schlitze 362 kann im Wärmetauscherabschnitt 360 des thermoelektrischen Generatormoduls 202 von 3 ausgebildet sein, und die Rippenstruktur 364 kann in den Schlitzen 362 angeordnet sein. Die Wärme des den Schlitz 362 passierenden Abgases kann von der Rippenstruktur 364 absorbiert werden. Anders als beim thermoelektrischen Generatorabschnitt 350 kann der Umfang der Schlitze 362 des Wärmetauscherabschnitts 360 in direktem Kontakt mit dem Kühlmittel 370 stehen. Deshalb kann das Kühlmittel 370 durch direkten Wärmeaustausch zwischen der Rippenstruktur 364 mit hoher Temperatur, die die Abgaswärme absorbiert hat, und dem Kühlmittel 370 mit niedriger Temperatur erwärmt werden.
4 ist ein Konzeptdiagram eines Steuerungssystems der thermoelektrischen Generatorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Steuerung 402 kann eine elektronische Steuereinheit (ECU) zum Steuern des Gesamtbetriebs der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 110 sein. Die Steuerung 402 kann eines der Bestandelemente der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 110 sein. Wahlweise kann die Steuerung 402 eine externe ECU außerhalb der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 110 sein. Die Steuerung 402 kann Informationen bezüglich der Temperatur des Kühlmittels und Informationen bezüglich der Temperatur des Abgases empfangen, und kann ein Steuersignal zum Ansteuern des Ventils 204 auf Basis der empfangenen Kühlmitteltemperatur und Abgastemperatur erzeugen. Das heißt, die Steuerung 402 kann die Rotationsrichtung und die Drehzahl des Elektromotors 212 durch Erzeugen eines Steuersignals steuern, so dass Bewegungsrichtung und -weg des Ventils 204 eingestellt werden können. Durch Abgleiche der Bewegungsrichtung und des Wegs des Ventils 204 kann ein Abgas-Strömungskanal in der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 110 definiert werden.
Ein Verfahren zum Steuern der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 110 des Fahrzeugs 100 und zum Öffnen und Schließen des Ventils 204 wird im Folgenden anhand der 5 bis 9 beschrieben.
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der thermoelektrischen Generatorvorrichtung des Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 5 dargestellt kann die Steuerung 402 ein Steuersignal zum richtigen Anpassen eines Abgas-Strömungskanals auf Basis der Kühlmitteltemperaturinformationen und der Abgastemperaturinformationen erzeugen, wobei die Steuerung der thermoelektrischen Energieerzeugung und Wärmeaustauschsteuerung in Abhängigkeit von der Abgastemperatur und der Kühlmitteltemperatur effizient ausgeführt werden können. Das heißt, die Steuerung 204 kann das Ausmaß des Öffnens und Schließens des thermoelektrischen Generatorabschnitts 350, den Wärmetauscherabschnitt 360 und den Umgehungskanal 208 durch Einstellen der Bewegungsrichtung und des Wegs des Ventils 204 entsprechend der Kühlmitteltemperatur und der Abgastemperatur steuern, wobei der Abgas-Strömungskanal gesteuert wird.
Für den vorliegenden Zweck kann die Steuerung 204 die Kühlmitteltemperatur und die Abgastemperatur mit jeweils unterschiedlichen Referenztemperaturen vergleichen. Die Referenztemperatur des Kühlmittels und die Referenztemperatur des Abgases können voneinander verschieden sein. Die Referenztemperatur des Kühlmittels kann eine Temperatur sein, die auf das Warmlaufen des Fahrzeugs bezogen ist, und die Referenztemperatur des Abgases kann einen Referenztemperaturwert sein, der zwischen einer Temperatur mit einem hinreichenden thermoelektrischen Energieerzeugungs-Wirkungsgrad oder einem hinreichenden Wärmeaustausch-Wirkungsgrad und der anderen Temperatur mit einem unzureichenden thermoelektrischen Energieerzeugungs-Wirkungsgrad oder einem unzureichenden Wärmeaustausch-Wirkungsgrad unterscheidet. Das heißt, wenn das Kühlmittel eine niedrigere Temperatur als die Referenztemperatur hat, bedeutet dies, dass ein Warmlaufen des Fahrzeugs erforderlich ist. Wenn die Abgastemperatur niedriger ist als die Referenztemperatur, bedeutet dies, dass der Energieerzeugungs-Wirkungsgrad oder der Wärmeaustausch-Wirkungsgrad relativ gering ist. Wenn dagegen die Abgastemperatur gleich oder höher ist als die Referenztemperatur, bedeutet dies, dass der Energieerzeugungs-Wirkungsgrad oder der Wärmeaustausch-Wirkungsgrad relativ hoch ist.
Außerdem kann die Steuerung 402 die Kühlmitteltemperatur und die Abgastemperatur mit jeweils unterschiedlichen Überhitzungstemperaturen vergleichen. Die Überhitzungstemperatur des Kühlmittels und die Überhitzungstemperatur des Abgases können voneinander verschieden sein. Die Kühlmittel-Überhitzungstemperatur und die Abgas-Überhitzungstemperatur können einen Referenztemperaturwert haben, der höher ist als eine Temperatur einem hinreichenden thermoelektrischen Energieerzeugungs-Wirkungsgrad oder einem hinreichenden Wärmeaustausch-Wirkungsgrad, um zu bestimmen, ob die Wahrscheinlichkeit einer Gefahr aufgrund einer solchen Überhitzung vorherzusehen ist oder nicht. Das heißt, bei Annahme, dass die Kühlmitteltemperatur und die Abgastemperatur gleich oder höher sind als die jeweiligen Überhitzungstemperaturen, bedeutet dies, dass eine hohe Wahrscheinlichkeit einer Gefahr aufgrund von Überhitzung besteht.
Wie in 5 dargestellt kann die Steuerung 402 die Kühlmitteltemperaturinformationen und die Abgastemperaturinformationen empfangen (Operation 502). Die Steuerung 402 kann die Kühlmitteltemperaturinformationen und die Abgastemperaturinformationen empfangen, die empfangenen Informationen mit einer Referenztemperatur oder einer Überhitzungstemperatur vergleichen und das Ventil 204 entsprechend einer aktuellen Kühlmitteltemperatur und einer aktuellen Abgastemperatur variabel steuern, wie mit den Bezugszeichen 504 bis 510 angegeben ist.
Bei Annahme in Operation 504 von 5, dass die Kühlmitteltemperatur niedriger ist als die Referenztemperatur, kann die Steuerung 402 das Ventil 204 so steuern, dass der thermoelektrische Generatorabschnitt 350 und der Wärmetauscherabschnitt 360 vollständig geöffnet sind, und kann den Umgehungskanal 208 schließen (Operation 504). Zustände des Ventils 204 sind in 6 dargestellt. 6 zeigt Zustände des Ventils 204 bei niedriger Kühlmitteltemperatur. Wie in 6 dargestellt können der thermoelektrische Generatorabschnitt 350 und der Wärmetauscherabschnitt 360 vollständig geöffnet werden, und der Umgehungskanal 208 kann geschlossen werden.
Wenn die Kühlmitteltemperatur in Operation 504 von 5 niedriger ist als die Referenztemperatur (eine niedrige Temperatur), bedeutet dies, dass sich der Verbrennungsmotor 102 nach der Zündung des Verbrennungsmotors in der Aufwärmphase befindet. Im vorliegenden Fall kann die Steuerung 402 bestimmen, dass aufgrund der niedrigen Temperatur des Kühlmittels und der niedrigen Temperatur des Abgases kein elektrischer Energieerzeugungswirkungsgrad und kein hinreichender Wärmeaustauschwirkungsgrad zu erwarten sind, so dass der thermoelektrische Generatorabschnitt 350 und der Wärmetauscherabschnitt 360 geöffnet und der Umgehungskanal 208 geschlossen werden. Als Ergebnis kann sich das Abgas im thermoelektrischen Generatorabschnitt 350 und im Wärmetauscherabschnitt 360 konzentrieren und den Umgehungskanal 208 nicht durchströmen. Im vorliegenden Fall passiert das Abgas den thermoelektrischen Generatorabschnitt 350 und den Wärmetauscherabschnitt 360. Da das Abgas eine relativ niedrige Temperatur hat, ist kaum mit einem hinreichenden elektrischen Energieerzeugungswirkungsgrad zu rechnen, und das Kühlmittel kann schneller erwärmt werden, wenn das Abgas den Wärmetauscherabschnitt 360 passiert.
Wenn während der Aufwärmphase des Verbrennungsmotors 102 das Kühlmittel schnell erwärmt wird, kann die Aufwärmzeit des Verbrennungsmotors 102 verkürzt werden, und ein Fahrgastraum (Einstiegsraum) des Fahrzeugs kann schnell erwärmt werden. Außerdem kommt die thermoelektrische Generatorvorrichtung schneller mit einer Situation zurecht, in der Wärmeenergie mit relativ hoher Temperatur erforderlich ist.
Wenn die Kühlmitteltemperatur in Operation 506 von 5 gleich oder höher ist als eine Referenztemperatur (d. h. bei hoher Kühlmitteltemperatur) und wenn die Abgastemperatur niedriger ist als eine Referenztemperatur (d. h. bei niedriger Abgastemperatur), kann die Steuerung 402 nur einige Teile des thermoelektrischen Generatorabschnitts 350 öffnen, und der verbleibende Abschnitt des thermoelektrischen Generatorabschnitts 350, der gesamte Wärmetauscherabschnitt 360 und der gesamte Umgehungskanal 208 können geschlossen werden (Operation 506). Zustände des Ventils 204 sind in 7 dargestellt. 7 zeigt die Zustände des Ventils 204, wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als eine Referenztemperatur und die Abgastemperatur niedriger ist als eine Referenztemperatur. Wie in 7 dargestellt, können nur einige Teile des thermoelektrischen Generatorabschnitts 350 geöffnet sein, und der verbleibende Abschnitt des thermoelektrischen Generatorabschnitts 350, der gesamte Wärmetauscherabschnitt 360 und der gesamte Umgehungskanal 208 können geschlossen werden.
Wenn die Kühlmitteltemperatur in Operation 506 von 5 gleich oder höher ist als eine Referenztemperatur (d. h. bei hoher Kühlmitteltemperatur), und wenn die Abgastemperatur niedriger ist als eine Referenztemperatur (d. h. bei niedriger Abgastemperatur), bedeutet dies, dass der Verbrennungsmotor 102 mit relativ niedriger Drehzahl arbeitet. Das heißt, dass das Fahrzeug 100 mit niedriger Geschwindigkeit gefahren wird. Im vorliegenden Fall ist die Abgastemperatur relativ niedrig, während die Kühlmitteltemperatur hoch ist, so dass die vom Abgas gelieferte Wärmemenge gering ist. Als Ergebnis kann die Steuerung 402 nur einige Teile des thermoelektrischen Generatorabschnitts 350 öffnen, und der verbleibende Abschnitt des thermoelektrischen Generatorabschnitts 350, der gesamte Wärmetauscherabschnitt 360 und der gesamte Umgehungskanal 208 können geschlossen werden, so dass sich das Abgas nur in manchen Teilen des thermoelektrischen Generatorabschnitts 350, die die das Abgas strömt, konzentriert, was in Energieerzeugung resultiert. Durch Steuern des obigen Ventils 204 kann die Steuerung 402 selbst in dem Fall, in dem die Kühlmitteltemperatur höher oder gleich ist der Referenztemperatur (hohe Kühlmitteltemperatur), und die Abgastemperatur niedriger ist als eine Referenztemperatur (niedrige Abgastemperatur), einige Teile des thermoelektrischen Generatorabschnitts 350 so steuern, dass elektrische Energie (Spannung) erzeugt wird, was in einem höheren Energiererzeugungswirkungsgrad resultiert.
Wenn die Kühlmitteltemperatur in Operation 508 von 5 gleich oder höher ist als eine Referenztemperatur (hohe Kühlmitteltemperatur) und die Abgastemperatur ebenfalls gleich oder höher ist als die Referenztemperatur (hohe Abgastemperatur), kann die Steuerung 402 das Ventil 204 so steuern, dass es den gesamten thermoelektrischen Generatorabschnitt 350 und den gesamten Wärmetauscherabschnitt 360 sowie den gesamten Umgehungskanal 208 durch Steuern des Ventils 204 schließt (Operation 508). Die Zustände des Ventils 204 sind in 8 dargestellt. 8 zeigt die Zustände des Ventils 204, wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als eine Referenztemperatur und die Abgastemperatur gleich oder höher ist als eine Referenztemperatur. Wie in 8 dargestellt können nur einige Teile des thermoelektrischen Generatorabschnitts 350 geöffnet werden, und der verbleibende Abschnitt des thermoelektrischen Generatorabschnitts 350, der gesamte Wärmetauscherabschnitt 360 und der gesamte Umgehungskanal 208 können geschlossen werden.
Wenn die Kühlmitteltemperatur in Operation 508 von 5 gleich oder höher ist als eine Referenztemperatur (d. h. hohe Kühlmitteltemperatur) und die Abgastemperatur gleich oder höher ist als eine Referenztemperatur (d. h. hohe Abgastemperatur), bedeutet dies, dass der Verbrennungsmotor 102 mit relativ niedriger Drehzahl arbeitet. Das heißt, dass das Fahrzeug 100 mit niedriger Geschwindigkeit gefahren wird. Im vorliegenden Fall kann die Steuerung 402 bestimmen, dass die Kühlmitteltemperatur hoch und die Abgastemperatur hoch ist, so dass die gelieferte Wärmemenge als ausreichend gilt, wobei die Steuerung 402 den gesamten thermoelektrischen Generatorabschnitts 350 öffnen und den gesamten Wärmetauscherabschnitt 360 sowie den gesamten Umgehungskanal 208 schließen kann, so dass sich das Abgas im gesamten thermoelektrischen Generatorabschnitt 350 konzentrieren und den Wärmetauscherabschnitt 360 sowie den Umgehungskanal 208 nicht passieren kann. Wenn die Abgastemperatur ausreichend hoch ist und die vom Abgas gelieferte Wärmemenge als ausreichend gilt, konzentriert sich durch Steuern des obigen Ventils 204 das Abgas nur im thermoelektrischen Generatorabschnitt 350, so dass der thermoelektrische Generatorabschnitt 350 maximale Energie erzeugen kann.
Wenn die Kühlmitteltemperatur in Operation 510 von 5 gleich oder höher ist als eine Überhitzungstemperatur und die Abgastemperatur ebenfalls gleich oder höher ist als eine Überhitzungstemperatur, kann die Steuerung 402 den gesamten thermoelektrischen Generatorabschnitt 350 und den gesamten Wärmetauscherabschnitt 360 durch Steuern des Ventils 204 schließen und nur den Umgehungskanal 208 öffnen (Operation 510). Die Zustände des Ventils 204 sind in 9 dargestellt. 9 zeigt die Zustände des Ventils 204, wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als eine Überhitzungstemperatur und die Abgastemperatur gleich oder höher ist als eine Überhitzungstemperatur. Wie in 9 dargestellt können der gesamte thermoelektrischen Generatorabschnitt 350 und der gesamte Wärmetauscherabschnitt 360 geschlossen und der gesamte Umgehungskanal 208 geöffnet werden.
Wenn die Kühlmitteltemperatur in Operation 510 von 5 gleich oder höher ist als eine Kühlmittel-Überhitzungstemperatur (d. h. das Kühlmittel überhitzt) und die Abgastemperatur ebenfalls gleich oder höher ist als eine Abgas-Überhitzungstemperatur (d. h. das Abgas ist überhitzt), besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Verbrennungsmotor 102 überhitzt ist. Im vorliegenden Fall und unter der Voraussetzung, dass die Steuerung 402 die thermoelektrische Energieerzeugung und den Wärmeaustausch verwirft und den gesamten thermoelektrischen Generatorabschnitt 350 sowie den Wärmetauscherabschnitt 360 schließt, öffnet die Steuerung 402 nur den Umgehungskanal 208, so dass das Abgas nur den Umgehungskanal 208 und nicht den thermoelektrischen Generatorabschnitt 350 sowie den Wärmetauscherabschnitt 360 passieren kann. Deshalb findet keine thermoelektrische Energieerzeugung durch den thermoelektrischen Generatorabschnitt 350 und kein Wärmeaustausch durch den Wärmetauscherabschnitt 360 statt, so dass das obige Ergebnis den Anstieg der Kühlmitteltemperatur nicht beeinflusst. Abgas hoher Temperatur wird jedoch nur durch den Umgehungskanal 208 schnell nach außen ausgeleitet, wodurch eine Überhitzung des Verbrennungsmotors 102 verhindert werden kann.
Gleichermaßen kann die thermoelektrische Generatorvorrichtung 110 des Fahrzeugs 100 gemäß der Ausführungsform Energie aus der Abgaswärme erzeugen, wobei Spannungsschwankungen von der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 110 für jeden Zustand des Verbrennungsmotors 102 minimiert werden können. Die von der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 110 erzeugte Energie kann zum Laden der Batterie durch einen DC/DC-Wandler verwendet oder direkt an verschiedene elektronische Bauteile des Fahrzeugs 100 geliefert werden.
Der DC/DC-Wandler kann auch einen Gleichstrom- (DC) Ausgang durch Gleichrichten des DC-Eingangs erzeugen. Bei Annahme, dass eine an den DC/DC-Wandler angelegte Gleichspannung (z. B. vom thermoelektrischen Generatormodul 110 erzeugte Gleichspannung) instabil ist und während aller Situationen des Verbrennungsmotors 102 große Spannungsschwankungen vorliegen, muss der DC/DC-Wandler verschiedene Funktionen haben, um den unterschiedlichen Situations des Verbrennungsmotors 102 gerecht zu werden, was die strukturelle Auslegung des DC/DC-Wandlers kompliziert macht, wodurch sich die Preise der elektronischen Bauteile des Fahrzeugs erhöhen. Wie jedoch in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist unter der Voraussetzung, dass das thermoelektrische Generatormodul 110 Energie mit mimimaler Spannungsschwankung während aller Situationen des Verbrennungsmotors an den DC/DC-Wandler liefert, die Abweichung minimal, so dass die angelegte Spannung auf einem vorhersagbaren Niveau stabilisiert werden kann. Deshalb sind bei der Auslegung des DC/DC-Wandlers nur einige in 5 dargestellte Situationen zu berücksichtigen, wodurch die DC/DC-Wandlerstruktur vereinfacht werden kann und auch die Produktionskosten gesenkt werden können.
Wie aus der obigen Beschreibung offensichtlich ist, wird bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Abgas-Strömungskanal entsprechend der Wärmemenge des in die thermoelektrische Generatorvorrichtung strömenden Abgases und einer Temperatur des Kühlmittels des Verbrennungsmotors variabel gesteuert, wobei ein maximaler Wirkungsgrad des thermoelektrischen Generatorsystems für jede Fahrzeug-Fahrbedingung erzielt werden kann.
Zur Vereinfachung der Beschreibung und zur genauen Definition. in den beigefügten Ansprüchen dienen die Begriffe „oberer, obere, oberes, oberen“, „unterer, untere, unteres, unteren“, „nach oben“, „nach unten“, „aufwärts“, „abwärts“, „innen“, „außen“, „im Innern“, „außerhalb“, „nach innen“, „nach außen“, „intern“, „extern“, „vorne“, „hinten“, „rückseitig“, „vorwärts“ und „rückwärts“ zur Beschreibung von Merkmalen der Ausführungsbeispiele bezogen auf die Positionen solcher Merkmale wie sie in den Figuren dargestellt sind.
Die obigen Beschreibungen spezifischer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dienen zu Beispiel- und Beschreibungszwecken. Sie sind nicht erschöpfend oder sollen die Erfindung nicht auf die offenbarten präzisen Formen beschränken, und offensichtlich sind zahlreiche Modifikationen und Variationen angesichts der obigen Lehren möglich. Die Ausführungsbeispiele wurden gewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, damit andere Fachleute verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen ausführen und nutzen können. Der Gültigkeitsbereich der Erfindung soll durch die angefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert werden.

Claims

Thermoelektrische Generatorvorrichtung, aufweisend: einen thermoelektrischen Generatorabschnitt, der in einem ersten Strömungskanal angeordnet und zum Wandeln der Wärmeenergie des den ersten Strömungskanal passierenden Abgases in elektrische Energie konfiguriert ist; einen in einem zweiten Strömungskanal angeordneten Wärmetauscherabschnitt, der zum Erwärmen des Kühlmittels durch Wärmeaustausch des Kühlmittels und des den zweiten Strömungskanal passierenden Abgases konfiguriert ist; einen dritten Strömungskanal, der das erhaltene Abgas unverändert weiterleitet; und ein Ventil zum selektiven Öffnen oder Schließen des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals, oder des dritten Strömungskanals und damit zum Steuern eines Strömungswegs des Abgases.
Thermoelektrische Generatorvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Steuerung, die zum variablen Steuern des Öffnens oder Schließens des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals und des dritten Strömungskanals durch Steuern des Ventils gemäß einer Temperatur des Abgases und einer Temperatur des Kühlmittels konfiguriert ist.
Thermoelektrische Generatorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei dann, wenn die Temperatur des Kühlmittels niedriger ist als eine vorgegebene Kühlmitteltemperatur, die Steuerung zum Öffnen des ersten Strömungskanals und des zweiten Strömungskanals und zum Schließen des dritten Strömungskanals konfiguriert ist, und wobei das Abgas nur durch den thermoelektrischen Generatorabschnitt und den Wärmetauscherabschnitt strömt.
Thermoelektrische Generatorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei dann, wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als die vorgegebene Kühlmitteltemperatur und die Abgastemperatur niedriger ist als eine vorgegebene Abgastemperatur, die Steuerung zum partiellen Öffnen des ersten Strömungskanals und zum Schließen des zweiten Strömungskanal und des dritten Strömungskanals konfiguriert ist, und wobei das Abgas durch vorgegebene Abschnitte des thermoelektrischen Generatorabschnitts strömt.
Thermoelektrische Generatorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei dann, wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als die vorgegebene Kühlmitteltemperatur und die Abgastemperatur gleich oder höher ist als die vorgegebene Abgastemperatur, die Steuerung zum vollständigen Öffnen des ersten Strömungskanals und zum Schließen des zweiten Strömungskanals und des dritten Strömungskanals konfiguriert ist, und wobei das Abgas durch den gesamten thermoelektrischen Generatorabschnitt strömt.
Thermoelektrische Generatorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei dann, wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als eine Kühlmittel-Überhitzungstemperatur und die Abgastemperatur gleich oder höher ist als eine vorgegebene Abgas-Überhitzungstemperatur, die Steuerung zum Öffnen des dritten Strömungskanals und zum Schließen des ersten Strömungskanals und des zweiten Strömungskanals konfiguriert ist, und wobei das Abgas durch den dritten Strömungskanal ausgeleitet wird.
Thermoelektrische Generatorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der thermoelektrische Generatorabschnitt und der Wärmetauscherabschnitt zu einem thermoelektrischen Generatormodul integriert sind; und das thermoelektrische Generatormodul in einem Gehäuse angeordnet ist.
Thermoelektrische Generatorvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der dritte Strömungskanal in einem verbleibenden Bereich, mit Ausnahme des Einbaubereichs des thermoelektrischen Generatormoduls, im Gehäuse ausgebildet ist.
Verfahren zum Steuern einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung, die einen in einem ersten Strömungskanal angeordneten thermoelektrischen Generatorabschnitt enthält, der zum Wandeln der Wärmeenergie des den ersten Strömungskanal passierenden Abgases in elektrische Energie konfiguriert ist; einen im zweiten Strömungskanal angeordneten Wärmetauscherabschnitt, der zum Erwärmen des Kühlmittels durch Wärmeaustausch des Kühlmittels und des den zweiten Strömungskanal passierenden Abgases konfiguriert ist; einen dritten Strömungskanal, der das empfangene Abgas unverändert weiterleitet; und ein Ventil, das zum selektiven Öffnen oder Schließen des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals oder des dritten Strömungskanals, und damit zum Steuern eines Strömungswegs des Abgases konfiguriert ist, wobei das Verfahren aufweist: Empfangen einer Temperatur des Abgases und einer Temperatur des Kühlmittels; und Steuern des Ventils entsprechend der Abgastemperatur und der Kühlmitteltemperatur, und damit variabel Steuern des Öffnens oder Schließens des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals und des dritten Strömungskanals.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Steuern des Ventils ferner enthält: wenn die Temperatur des Kühlmittels niedriger ist als eine vorgegebene Kühlmitteltemperatur, Öffnen des ersten Strömungskanals und den zweiten Strömungskanals und Schließen des dritten Strömungskanals, so dass das Abgas nur durch den thermoelektrischen Generatorabschnitt und den Wärmetauscherabschnitt strömt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Steuern des Ventils ferner enthält: wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als die vorgegebene Kühlmitteltemperatur und die Abgastemperatur niedriger ist als die vorgegebene Abgastemperatur, partielles Öffnen des ersten Strömungskanals und Schließen des zweiten Strömungskanals sowie des dritten Strömungskanals, so dass das Abgas nur durch vorgegebene Abschnitte des thermoelektrischen Generatorabschnitts strömt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Steuern des Ventils ferner enthält: wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als die vorgegebene Kühlmitteltemperatur und die Abgastemperatur gleich oder höher ist als die vorgegebene Abgastemperatur, vollständiges Öffnen desersten Strömungskanals und Schließen des zweiten Strömungskanals sowie des dritten Strömungskanals, so dass das Abgas durch den gesamten thermoelektrischen Generatorabschnitt strömt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Steuern des Ventils ferner enthält: wenn die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher ist als eine Kühlmittel-Überhitzungstemperatur und die Abgastemperatur gleich oder höher ist als eine vorgegebene Abgas-Überhitzungstemperatur, Öffnen des dritten Strömungskanals und Schließen des ersten Strömungskanals sowie des zweiten Strömungskanals, so dass das Abgas durch den dritten Strömungskanal ausgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der thermoelektrische Generatorabschnitt und der Wärmetauscherabschnitt zur Bildung eines thermoelektrischen Generatormoduls integriert sind; und das thermoelektrische Generatormodul in einem Gehäuse angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der dritte Strömungskanal in einem verbleibenden Bereich, mit Ausnahme des Einbaubereichs des thermoelektrischen Generatormoduls, im Gehäuse ausgebildet ist.
Thermoelektrische Generatorvorrichtung, aufweisend: einen thermoelektrischen Generatorabschnitt, der in einem ersten Strömungskanal angeordnet ist, und konfiguriert, Wärmeenergie des den ersten Strömungskanal passierenden Abgases in elektrische Energie zu wandeln; einen in einem zweiten Strömungskanal angeordneten Wärmetauscherabschnitt, der zum Erwärmen des Kühlmittels durch Wärmeaustausch des Kühlmittels und des den zweiten Strömungskanal passierenden Abgases konfiguriert ist; und ein Ventil zum selektiven Öffnen oder Schließen des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals, oder des dritten Strömungskanals und damit zum Steuern eines Strömungswegs des Abgases.
Thermoelektrische Generatorvorrichtung, aufweisend: einen thermoelektrischen Generatorabschnitt, der in einem ersten Strömungskanal angeordnet und zum Wandeln der Wärmeenergie des den ersten Strömungskanal passierenden Abgases in elektrische Energie konfiguriert ist; einen in einem zweiten Strömungskanal angeordneten Wärmetauscherabschnitt, der zum Erwärmen des Kühlmittels durch Wärmeaustausch des Kühlmittels und des den zweiten Strömungskanal passierenden Abgases konfiguriert ist; einen dritten Strömungskanal, der das erhaltene Abgas unverändert weiterleitet; ein Ventil zum selektiven Öffnen oder Schließen des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals, oder des dritten Strömungskanals und damit zum Steuern eines Strömungswegs des Abgases; und ein Gehäuse, das den thermoelektrischen Generatorabschnitt, den Wärmetauscherabschnitt und das Ventil enthält, wobei der dritte Strömungskanal in einem verbleibenden Bereich, mit Ausnahme des Einbaubereichs des thermoelektrischen Generatormoduls, im Gehäuse ausgebildet ist.
Thermoelektrische Generatorvorrichtung eines Fahrzeugs, aufweisend: einen thermoelektrischen Generatorabschnitt, der in einem ersten Strömungskanal angeordnet und zum Wandeln der Wärmeenergie des den ersten Strömungskanal passierenden Abgases in elektrische Energie konfiguriert ist; einen in einem zweiten Strömungskanal angeordneten Wärmetauscherabschnitt, der zum Erwärmen des Kühlmittels durch Wärmeaustausch des Kühlmittels und des den zweiten Strömungskanal passierenden Abgases konfiguriert ist; einen dritten Strömungskanal, der das erhaltene Abgas unverändert weiterleitet; ein Ventil zum selektiven Öffnen oder Schließen des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals, oder des dritten Strömungskanals und damit zum Steuern eines Strömungswegs des Abgases; und eine Steuerung, die zum variablen Steuern des Öffnens oder Schließens des ersten Strömungskanals, des zweiten Strömungskanals und des dritten Strömungskanals durch Steuern des Ventils gemäß einer Temperatur des Abgases und einer Temperatur des Kühlmittels konfiguriert ist.