KR20120008451A - 전기 히팅 장치 - Google Patents

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KR20120008451A
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heating
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ptc
supplemental
vehicle
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KR1020110069978A
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디터 엠마누엘
라이스 홀거
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에베르쉬페쳐 카템 게엠베하 운트 캄파니 카게
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Abstract

본 발명은 전기 추진 자동차를 위한 PTC 기초 히팅과 관련되며, 히팅 회로에 연결되며 선택적으로 스위칭 인 되는 하나 또는 복수의 보충 회로를 포함한다. 본 발명에 따르면 전기 차량에서 중요한 에너지 관리에 대한 온도 제어의 다수의 가능성이 사용될 수 있다.

Description

전기 히팅 장치{ELECTRICAL HEATING DEVICE}
본 발명은 자동차를 위한 전기 히팅 장치에 관한 것으로서, 특히 전기 하이브리드 차량에 적합한 열전달 매체로서 유체를 구비한 전기 히팅 장치에 관한 것이다.
전기 구동 또는 하이브리드 구동 차량에서 히팅과 관련하여, 자동차의 구동 유닛이 히팅 또는 공기조화를 위한 충분한 양의 폐열을 소멸시키지 않는데 문제점이 있다. 그러므로 차량 히팅 시스템은 자동차 내부에 히팅 목적으로 필요한 열을 제공함은 물론, 예컨대 차량 충전 배터리를 예열하는 것과 같이 자동차의 개별 시스템 부품들에서 운영 목적으로 필요하거나 적어도 그를 지원하는 열을 제공하는데 부합해야 한다. 확실한 방법은 전기 수단에 의해 필요한 열을 제공하는 것이다. 통상적으로 소위 저항 히팅 소자 또는 정특성 온도 계수(PTC;Positive Temperature Coefficient) 히팅 소자는 이러한 목적으로 사용될 수 있는 소자로 알려져 있다. 이들 소자는 온도가 올라갈수록 더욱 높은 저항을 보여주기 때문에, 더욱 낮은 양의 전류를 통과시키는 자기 조절 기능을 갖는다.
따라서, PTC 히팅 소자는 차량 내에서 차량 객실을 히팅하기 위해 사용되는 히팅 장치 내에서 주로 사용되며, 그 구동은 차량 객실의 공기조화 또는 히팅시스템을 위한 충분한 프로세스 열을 생산하지 않는다. 또한, 하이브리드 차량에서, PTC 히팅 장치는 내부 연소 엔진이 동작되지 않는 단계에서(예를 들어, 신호등에서 또는 교통 체증시에) 보조 히터로서 사용될 수 있다.
전기 히팅 장치가 차량 내에서 전기 추진기로 사용될 때, 차량 배터리(축전지)가 견인력을 제공하기 위한 차량 구동과 히팅 모두에 대한 에너지원으로 동작하는데 문제점이 있다. 그러므로, 차량 구동과 히팅이 두 개의 배터리 충전 프로세스 사이에 사용가능한 에너지의 제한된 양에 대하여 경쟁을 하게 된다. 다른 방법으로, 두 개의 배터리 충전 사이에서 차량 구동 범위가 전기 히팅을 위해 사용되는 전기 에너지를 감소시킨다.
그러므로, 전기 또는 하이브리드 차량에서 세심히 계획된 에너지 관리 컨셉트는 차량 구동에 중심 역할을 부여한 상태에서 히팅 구성품이나 다른 구성품(예컨대, 라이팅 등과 같은)이 소비하는 파워를 고려하는 것이다. 에너지 관리의 중요한 부분은 배터리의 전기 에너지에 근거하지 않고 차량 내 추가적인 에너지 자원을 사용하는 것이다. 이러한 자연적인 자원은 특히 차량 내에서 어떤 차량 구성품으로부터의 폐열의 유형으로 이용 가능하다. 폐열의 유형으로 이용 가능한 추가적인 에너지를 만드는 구성품은 하이브리드 차량에서 추가적인 내부 연소 엔진(range extender), 브레이크 및 차량 배터리 자체 또는 빌트인 배터리 충전기(on-board charger)를 포함한다. 그러므로 에너지 관리 관점에서 가능한 한 구동 범위를 확장하기 위한 히팅을 위해 차량 내에서 유발되는 폐열을 활용하는 것이 바람직하다. PTC 히팅에 따라, 차량 객실 내의 공기는 PTC 저항 히팅 소자에 의해 직접적으로 가열되거나 라디에이터를 통한 뜨거운 유체의 순환을 통하여 간접적으로 가열된다. 바람직하게는, 물이 유체(온수 히팅)로서 사용된다. 에너지 관리 시스템 관점에서 온수 히팅은 차량의 한 구역(냉각 회로)에서 물에 의해 발생된 폐열이 다른 구역에서 히팅을 위한 냉각 및 히팅 회로에 의해 사용된다는 점에서 장점을 갖는다.
그러나 차량 구성품으로부터의 폐열은 대개 단지 임시로 이용 가능하다는 점에 주의해야 한다. 하이브리드 차량의 추가 내부 연소 엔진은 구동할 때에만 폐열을 공급한다. 브레이킹은 특히 긴 내리막 경사 구간에서 충분한 양의 폐열을 공급한다. 차량 배터리와 관련하여, 먼저 예열에 의해 필요한 동작 온도에 도달한 상황에서 동작 중에 냉각된다. 그러므로, 히팅 및 냉각 회로의 조합은 특히 폐열이 부족할 때, 순환시에 많은 양의 냉매가 존재함으로 인해 효과적인 히팅이 이루어지지 않고 전기 에너지 소비 및 동작 범위에 부정적인 영향을 미친다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 특히 전기적인 추진을 할 때 효과적인 에너지 관리를 가능하게 하는 자동차용 전기 히팅 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 특히 전기적인 추진을 하는 자동차용 전기 히팅 장치를 제공한다. 히팅 장치의 열전달 매체로서 유체가 사용된다. 히팅 장치는 열전달 매체로서 유체를 수용한 히팅 회로를 포함한다. 또한, 히팅 장치는 히팅 회로 내에 유체 히팅을 위한 PTC 히팅 소자를 포함한다. 또한, 히팅 장치는 독립적인 열원을 가지며 상기 히팅 회로에 선택적으로 스위칭되는 보충 회로를 포함한다.
본 발명의 특징은 효과적인 에너지 관리를 위하여 사용될 수 있도록 히팅 장치를 추가적 열원을 이용하도록 만들어진 PTC 히팅 소자와 함께 배치하는 것이다. 이는 전기 히팅 소자로부터 독립적으로 이용 가능한 열을 만들어 내며 선택적으로 스위칭 가능한 보충 회로에 의해 달성된다. 히팅 요구와 동작 조건에 따라 보충 회로의 스위칭 인 및 아웃을 제어하는 것에 의해, 보충 회로가 에너지 관리에 포함될 수 있다.
히팅 장치는 PTC 히팅 소자를 제어하는 제어 장치를 더 포함한다. 제어 장치는 PTC 히팅 소자를 제어하여, PTC 히팅 소자가 보충 회로에 의해 공급될 수 없는 전체 히팅 파워의 일부를 감당할 수 있게 한다. 그러므로 가능한 한 비 전기적인 에너지 자원, 특히 폐열로부터 공급되는 히팅이 달성된다. 전기적인 히팅은 다른 자원으로부터의 열이 충분하지 않을 때 사용된다.
보충 회로의 스위칭은 히팅 장치에서 요구하는 열을 보충 회로의 스위칭에 의해 우선적으로 커버하도록 제어된다. 보충 회로는 히팅 장치의 열 요청이 발생될 때 보충 회로에서 커버할 수 있도록 스위칭 제어된다. 바람직한 실시예에 따르면, 보충 회로의 선택적인 스위칭은 밸브에 의해 발생된다.
히팅 장치는 히팅 회로 내에서 유체를 순환시키는 펌프를 추가적으로 포함할 수 있다. 히팅 회로 내에서의 유체의 순환은 전기 히팅 소자와 다른 열원에 의해 공급되는 열의 전달을 위해 사용된다. 이는 단지 펌프가 필요에 따라 스위칭 온 및 오프 되는 것, 또는 추가적인 펌프 파워의 제어에 의해 달성될 수 있다. 일반적으로 더 높은 히팅 파워, 더 큰 유체 속도가 적용될 것이다. 더 높은 히팅 파워으로 더 많은 양의 열의 요구는 더 높은 순환 속도로 전송될 것이다.
보충 회로의 독립적인 열원은 자동차 구성품으로부터의 폐열일 것이다. 이러한 방법으로 쓸모없이 소멸될 현재의 열이 효과적으로 활용된다. 그러므로 차량의 하나의 구성품 또는 하나의 구역의 냉각이 차량의 다른 구성품 또는 다른 구역의 히팅과 연계될 수 있다. 이것은 차량의 전기 에너지를 절약하고 차량의 동작 범위를 향상시도록 한다. 열은 하이브리드 차량의 내부 연소 엔진에 의해 만들어질 수 있다. 이러한 자연적인 내부 연소 엔진은 소위 "레인지 익스텐더(range extender)"로 불리울 수 있으며, 특히 범위 향상을 위해 더욱 긴 트립 동안에 스위칭 인 된다. 이러한 자연적인 레인지 익스텐더는 특히 직렬 하이브리드 설계에서 사용될 수 있으며, 내부 연소 엔진(레인지 익스텐더)은 차량 구동을 위해 직접적으로, 또한, 배터리 충전을 위해 간접적으로 발전기를 통해 사용될 수 있는 전기 에너지를 생산한다. 대체적인 스위칭을 통해 다양한 조합이 가능하다. 또한, 레인지 익스텐더는 차량 추진을 위한 직접 구동으로서(병렬 하이브리드 설계에서) 클러치를 통해 스위칭 인 될 수도 있다.
또한, 보충 회로에 공급되는 가능한 열원은 특히 내리막 경사 구간에서의 브레이크로부터의 폐열 및 차량 배터리로부터의 폐열이다. 전기 및 하이브리드 차량에 사용되는 차량 배터리의 수백 볼트의(예컨대, 300V, 380V 및 500V) 고전압 범위에서, 동작 중 배터리의 계속되는 냉각은 중요한 역할을 수행한다. 다른 측면에서, 차량이 동작할 때, 초기에 차가운 배터리를 어떤 동작 온도까지 예열할 필요가 있다. 본 발명에서는, 예를 들어 보충 회로의 밸브 제어를 사용하는 것으로 배터리를 초기에 예열하는 것과, 배터리가 동작 온도에 도달할 때 배터리의 폐열을 차량 객실을 히팅하는 용도로 사용하는 것이 가능하다.
차량 구성에서, 본 발명에 따른 히팅 장치는 선택적으로 스위칭 가능한 추가의 보충 회로를 더 포함할 수 있다.
히팅 장치는 히팅 회로 내에 배치되는 온도 프로브(온도 센서)를 더 포함할 수 있으며, 온도 프로브에 의해 측정된 온도가 특정한 온도 목표값으로 조정되도록 제어될 수 있다. 또한, 제어 장치는 온도 프로브에 의해 측정된 온도를 온도 목표값과 비교하는 비교기를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 에너지 관리 시스템의 프레임워크에서, 만약 온도가 상승하면, 초기에 보충 회로가 충분한 온수를 공급할 수 있는지 여부의 상태 점검이 수행될 수 있다. 단지 이러한 상태 점검이 충분하지 못할 때 PTC의 파워가 상승된다. 온도가 감소되는 경우, 초기에 PTC 히팅 파워가 감소되고, 만약 더욱 빠른 냉각이 필요하다면 보충 회로로부터의 냉각수가 공급된다.
또한, 보충 회로는 히팅을 위해 이용 가능한 열이 만들어질 수 없을 때 스위칭 오프 될 수 있다. 이는 특히 히팅을 위해 전기적인 히팅이 필요하다고 요청될 때 중요하다. 차량 냉각 상태에서, 예를 들어 트립의 시작 전에, 히팅을 시작하는 것은 보다 효과적으로 덜 냉각된 물을 가열되어야 하는 순환의 초기에 위치시킨다.
본 발명에 따른 히팅 장치에서, PTC 히팅 소자는 미리 정해진 히팅 파워에 종속하여 제어될 수 있다. 또한, 미리 정해진 히팅 파워는 필요한 전체 히팅 파워와 보충 회로에 의해 커버될 수 있는 히팅 파워 사이의 차이와 동등하다.
일실시예에 따르면, 하나 또는 복수의 PTC 히팅소자, 제어 장치, 하나 또는 복수의 보충 회로를 스위칭 인 및 아웃하기 위한 밸브 및 유체의 순환을 발생시키는 펌프는 공통의 하우징 내에 배치될 수 있다. 이러한 유형은 히팅 장치를 특별하게 컴팩트하게 하여, 특히 제어를 위한 소자들이 히팅 장치에 집적되어 프로세서 용량을 최적으로 활용하고 독립된 컨트롤 유닛을 불필요하게 한다. 이는 더 높은 집적을 가능하게 하고 통상적인 제어의 복잡함을 줄어들게 한다.
바람직하게는, 물이 유체(열전달 매체)로서 사용된다.
본 발명에 따르면, 히팅 장치를 추가적 열원을 이용하도록 만들어진 PTC 히팅 소자와 함께 배치하여 효과적인 에너지 관리를 가능하게 한다.
도 1은 본 발명에 따라 보충 회로를 구비한 히팅 장치의 히팅 회로를 묘사한 도면으로서,
도 1a는 보충 회로가 히팅 회로로부터 독립된 상태를 묘사한 도면, 및
도 1b는 보충 회로를 개방한 상태(히팅 회로 내에 포함시킨 상태)를 묘사한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따라 추가의 보충 회로를 포함한 히팅 회로를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 히팅 장치의 제어 컨셉트의 계통도,
도 4는 본 발명에 따른 히팅 장치의 제어의 일실시예를 보인 흐름도, 및
도 5는 본 발명에 따른 히팅 장치의 제어의 일예를 보인 흐름도이다.
본 발명은 온수(hot-water) 히터로서 형성되며 하나 또는 복수의 PTC 히팅 소자를 포함한 자동차 히터에 관한 것이다. 만약 복수의 히터 소자들이 개시된다면, 이들은 하나 또는 복수의 히팅 단계들을 형성하도록 조합될 수 있고, 여기서 각 히팅 단계의 히터 소자들은 함께 제어된다. 제어는 예를 들어 펄스 폭 변조(PWM;Pulse Width Modulation)로 가능하다. 또한, 복수의 이진 히팅 단계들의 조합이 반 연속적으로 조정되거나 PWM을 이용한 세부 단계로 조정되는 것이 가능하다. 그러므로 세부적인 단계 조정이 EMC(Electro-Magnetic Compatibility) 간섭 등과 같은 자동차의 고전압 범위에서의 바람직하지 않은 부작용을 최소화하도록 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 히팅 장치는 차량 객실의 히팅을 가능하게 하며, 또한 차량 구성품에 의하여 전기적인 에너지(PTC 히팅 소자를 통한)가 아닌 사용 가능한 열원(바람직하게는 비전기적인)을 적용할 수 있다. 후자는 냉각되어야 할 차량 구성품으로부터의 폐열로서 그렇지 않으면 소실되거나 사용되지 않을 폐열과 관련될 수 있다. 이를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 히팅 장치는 메인 회로(히팅 회로)와 더불어 선택적으로 스위칭되는 하나 또는 복수의 보충 회로를 포함한다. 제어 장치를 사용하여 보충 회로를 선택적으로 스위칭 인 및 아웃함에 따라, 히팅 장치는 효과적인 차량의 에너지 관리를 지원한다. 이러한 관점에서, 다른 자원으로부터 이용 가능한 충분한 열이 존재하지 않을 때 단지 전기적 히팅 파워에 의존하는 것이 달성된다. 이는 효과적인 전기 에너지의 활용과 가능한 넓은 차량 범위(구동 범위)를 가능하게 한다.
전기 히팅 장치의 제어를 위한 어떠한 경우에 필요한 일반적인 제어 경비를 감소시키기 위한 목적으로, 프로세서 용량이 보충 회로의 제어를 제공하는 추가적인 작업으로 할당될 수 있다.
본 발명에 따라 히팅 회로(메인 회로)(2)와 보충 회로(3)를 구비한 히팅 장치의 일예가 도 1에 개념적으로 도시되어 있다. 도 1a는 메인 회로로부터 차단된 보충 회로를 묘사하며, 도 1b는 개방된 보충 회로의 상태로서 열전달 매체인 유체(이하에서는 물을 예로 들어 언급하는)가 보충 회로(3)를 통해 흐르는 것을 보여준다.
히팅 장치(1)는 메인 회로(2)와 3/2웨이 밸브(40a, 40b)에 의해 연결되는 보충 회로(3)를 구비한다.
회로 내의 화살표는 회로를 통한 물의 흐름을 상징한다. 자동차의 안전을 위하여 최대 물 온도는 바람직하게는 60℃이다.
메인 회로 내에는 PTC 히팅 소자(20), 라디에이터(열 교환기)(30) 및 펌프(60)가 위치한다. 여기에 묘사된 바람직한 실시예에서, 밸브(40a, 40b)는 PTC 히팅 소자(20)와 비교하여 유체 흐름의 반대편에 위치하는 히팅 회로(2)의 일부로서 배치된다. 추가적인 열원(50)은 보충 회로 내에 배치되며, 바람직한 실시예에서 하이브리드 차량의 추가적인 내부 연소 엔진(레인지 익스텐더(range extender))이다.
PTC 히팅 소자(20)의 전원 공급은 차량의 견인(추진)을 책임지는 차량 배터리(10)에 의해 공급된다. 열 교환기(라디에이터)(30)에서 열은 물로부터 주변 공기로 소멸된다. 라디에이터(30)는 예를 들어 객실 내에서 공기가 직접적으로 가열되도록 배치될 수 있다. 다른 예로서, 공기는 팬에 의하여 객실 내부로 송풍되도록 가열될 수 있다. 또한, 복수의 라디에이터에 의하여 내부 공기가 직간접 조합으로 가열되는 것도 가능하다. 펌프(60)는, 바람직하게는 전기적으로 구동되는, 회로 내에서 물의 흐름을 유지시킨다. 밸브(40a, 40b)의 제어에 따라서, 물의 순환은 밸브(40a)와 밸브(40b) 사이의 메인 회로의 짧은 구간을 통해 직접적으로 이루어지거나(도 1a에서와 같이), 보충 회로(3)를 포함하여(도 1b에서와 같이) 이루어진다. 도 1b에 보여진 바와 같이, 물은 보충 회로(3)의 개방단에 위치한 밸브(40a)로부터 시작되어 보충 회로(3)를 통하여 레인지 익스텐더(50)로 흐른다. 여기서, 물은 바람직하게는 다른 열 교환기(도면에 도시되지 않은)에 의해 레인지 익스텐더로부터 폐열을 취할 수 있다. 그리고 물은 적절하게 활성화 되어 밸브(40b)를 경유하여 보충 회로(3)를 통해 메인 회로로 귀환하여 흘러간다.
레인지 익스텐더(50) 대신에, 보충 회로에 전기적인 PTC 히팅과 독립된 다른 열원이 배치될 수 있다. 적절한 열 교환 장치에 의해, 예를 들어 브레이크로부터의 폐열이 보충 회로를 통한 물의 흐름에 의해 제거될 수 있다.
전기 또는 하이브리드 차량의 전체 에너지 관리 시스템에 히팅 장치(1)를 포함시키기 위하여, 적어도 PTC 히팅 소자(20)와 밸브(40a, 40b)의 적절한 제어가 요구된다. 제어 컨셉트와 대응하는 제어 장치(도 1에는 도시되지 않은)가 도 3 및 5를 참조하여 후술된다. 펌프(60) 역시 제어 장치에 의해 제어되며, 제어 장치는 단지 펌프의 온/오프 스위칭을 제어하거나 펌프의 파워(회전 속도에 종속되는)를 제어할 수 있다. 만약 PTC 히터가 단일 하우징 내에 밸브, 펌프 및 제어 장치와 함께 집적된다면 기계적인 구조의 견지에서 장점을 갖는다. 이는 공간을 절약하고 특히 비용 효율을 높게 한다.
본 발명에서는 선택적으로 스위칭 인 가능한 다른 보충 회로를 통하여 자동차의 어떤 구역에 특정하게 열을(선택적으로 히팅 회로 내에 포함되는) 공급하는 것 또한 가능하다. 이러한 선택적인 보충 회로를 연결하기 위한 밸브는 바람직하게는 전기적인 PTC 히팅 장치의 관점에서 흐름의 방향 내에 배치된다.
도 2에서 보충 회로(3)가 밸브(40a, 40b)의 제어를 통해 스위칭 인 될 수 있는 것과 마찬가지로 제2의 보충 회로(3a)가 3/2웨이 밸브(40c, 40d)에 의해 스위칭 인 될 수 있는 것이 묘사되어 있다. 도 2에 도시된 예시에서 보충 회로(3a)는 차량 배터리(10)의 부근에서 동작한다. 이 보충 회로는 다음과 같은 두가지 기능을 이행할 수 있다.
한편으로는, 보충 회로(3a)는 동작 온도에 도달할 때까지 배터리를 예열하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 보충 회로(3a)는 밸브(40c, 40d)의 적절한 제어에 의하여 히팅 회로에 포함될 수 있으며, PTC 히팅 소자(20)에 의해 가열된 물의 흐름을 갖는다. 배터리 예열 단계에서, 밸브(40a, 40b)는 바람직하게는 레인지 익스텐더의 보충 회로(3)가 스위칭 오프되도록 제어된다. 차량이 동작하기 전에는 어떠한 열도 공급할 수 없으므로, 보충 회로(3)를 스위칭 오프 하는 것에 의하여 순환하는 물의 양을 줄여 히팅 회로 내에서 물을 빠르고 효과적으로 히팅할 수 있는 장점이 있다.
또한, 적절한 밸브(도 2에 도시되지 않은)에 의해 대체하여 회로의 구간을 스위칭하는 것에 의하여 라디에이터(30)가 차량 객실을 히팅하는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 일실시예에서 특히 빠른 배터리의 히팅을 위하여, 라디에이터(30)는 초기에 히팅 회로에서 제거될 수 있으며, 후에 바람직하게는 배터리가 동작 온도에 도달할 때 다시 스위칭 인될 수 있다. 동시에 보충 회로(3a)는 스위칭 오프 될 수 있다.
다른 한편으로는, 보충 회로(3a)는 도 2에서 왼쪽에 도시된 보충 회로(3)와 동일한 방법으로 추가적인 열원으로서 사용될 수 있다. 여기서, 배터리(10)의 동작 중에 발생된 배터리 폐열은 독립된 열원으로서 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 보충 회로(3a)는 배터리가 동작 온도에 도달할 때 회로의 일부에서 분리되지 않거나, 요청에 따라 동작중인 이후 시간에 다시 스위칭 인 된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히팅 장치의 제어 컨셉트 개관을 보여준다. 본 발명의 중요한 장점은 밸브 및 펌프의 제어를 위한 제어 장치가 고전압(HV) PTC 히터(20) 내에 포함된 제어 전자장치 내에 집적될 수 있다는 것이다. 즉, PTC 히터 내에 존재하는 제어 전자장치는 펌프(60) 및 밸브(도 3에서 3/2웨이 밸브(40a, 40b)로 묘사된)의 제어 등과 같은 추가적인 업무를 할당 받는다. 이러한 목적을 위하여, HV PTC 히터는 고전압 접속수단(HV 플러그(22)로 묘사된)에 추가하여 자동차의 저전압 범위에서의 접속수단(LV(low voltage) 플러그(24)로 묘사된)을 갖는다. 이들 접속수단은 HV PTC 히터(20)의 외부에 위치한 구성품들(펌프 및 밸브)에 제어 데이터를 전송할 목적으로 사용된다. 다른 한편으로 전송 데이터는 이러한 접속수단들을 통하여 제어 장치로 전송된다. 도시된 예시에서 차량의 공기조화 운영 패널(70)이 데이터 소스의 예로 도시되어 있다. 이러한 방법에서 예를 들어 바람직한 온도에 대한 요청 또는 유저에 의해 입력된 파워 요청이 가능하다. 데이터 통신은 바람직하게는 차량 버스(도 3에서 LIN bus로 묘사된)를 통해 발생된다. 그러나 본 발명은 어떤 인터페이스 포맷을 한정하지는 않는다. 예를 들어 CAN 버스 시스템 등과 같은 다른 버스 시스템이 사용될 수도 있다. 저전압 범위에서 제어 접속수단들을 통하여(바람직하게는 차량 버스 시스템을 통하여), 히팅 장치의 제어와 관련된 다른 데이터가 HV PTC 히터(20) 내에 집적된 제어 장치와 통신될 수 있다. 이는 예를 들어 히팅 회로 내부 또는 차량 내 다른 위치의 온도 측정 장치(온도 센서)에 의해 결정되는 데이터의 공급과 관련될 수 있다. 대체하거나 추가적으로, 대체하여 스위칭 인 될 수 있는 어떤 보충 회로에서의 히팅 에너지(예컨대, 폐열로부터의)의 이용 가능성과 관련하여, 데이터는 차량 버스 및 LV 플러그(24)를 통하여 제어 장치와 통신될 수 있다.
본 발명에 따른 히팅 장치의 제어 실시예는 도 4 및 5의 흐름도에 근거하여 다음에 예를 들어 설명된다.
도 4는 측정된 온도가 특정한 온도 목표값으로 조정되는 프로세싱 예를 묘사하고 있다. 측정된 온도는 히팅 회로의 어떤 위치에서 온도 프로브에 의해 취득된 온도일 수 있다. 여기서, 온도 프로브는 바람직하게는 흐름 방향의 관점에서 PTC 히팅 장치의 후단에 배치된다. 그러나 다른 배치 또한 가능하다.
온도는 히팅 장치에 의해 가열된 자동차의 구역(예를 들어, 차량 객실 등과 같은) 내에서 측정된 온도와 관련된다. 그러나 차량 배터리(축전지)의 구역과 같은 자동차의 다른 구역에서의 온도일 수도 있다.
첫 번째 단계(S10)에서 온도 목표값 TSET가 정의된다. 이 단계는 예컨대 공기조화 운영 패널(70)을 이용하여 조작자(운전자 또는 차량 탑승자)에 의해 수행될 수 있다. 두 번째 단계(S20)에서 HV PTC 히팅 장치(20) 내에 집적된 제어 전자장치가 온도 프로브에 의해 측정된 현재 온도(TACTUAL)가 온도 목표값에 비해 낮은지 여부를 검사한다. 만약 측정된 온도값이 특정한 온도 목표값보다 낮다면(S20:Y), 단계 S30으로 이동한다.
단계 S30에서 제어 전자장치는 차단된 보충 회로가 추가적인 열을 공급할 수 있는지 여부에 대한 평가를 수행한다. 이러한 정보는 차량 버스를 통해 제어 장치에 전달될 수 있다. 예를 들어, 제어 장치는 레인지 익스텐더의 온도를 통해 레인지 익스텐더(하이브리드 차량의 추가적인 내부 연소 엔진)의 이용 가능한 폐열에 대한 정보를 갖는다. 유사하게, 브레이크 또는 차량 배터리 등과 같이 열을 공급하는 다른 자원의 적절한 정보가 그들의 온도에 근거하여 이용 가능하게 생성될 수 있다.
차단된 보충 회로가 열을 공급할 수 있는 경우에는(S30:Y), 다음 단계(S40)에서 관련된 보충 회로가 밸브의 적절한 제어에 의해 스위칭 인 된다. 그리고 단계 S60으로 진행된다. 단계 S60에서 제어 전자장치는 보충 회로가 온도를 온도 목표값인 TSET으로 이끌 수 있도록 충분한 열을 공급할 수 있는지 여부를 평가한다. 만약 위의 평가가 긍정적이라면(S60:Y), 도 4에 따라 단계가 종료된다. 화살표에 의해 보여지는대로(S60:Y->S20), 프로세싱 사이클은 처음으로 회귀한다. 다른 경우라면(S60:N), PTC 히팅 장치의 히팅 파워는 다음 단계(S50)에서 상승된다.
만약 단계 S30에서 평가가 다른 것으로 나타나서 현재 어떤 차단된 보충 회로도 추가적인 열을 공급할 수 없다면(S30:N), 직접 단계 S50으로 이동한다. 단계 S50에서 PTC 히팅 파워는 제어 장치에 의해 상승된다.
만약 단계 S20의 평가에서 현재 측정된 온도가 온도 목표값보다 낮지 않게 나타나면(S20:N), 단계는 평가 단계 S70으로 연속된다. 단계 S70에서 현재 온도가 온도 목표값보다 높은지 여부를 평가한다. 만약 그렇지 않다면(S70:N), 즉, 현재 온도(특정한 허용 오차 내에서) 온도 목표값과 동일하다면, 도 4의 흐름도에 따라 단계가 종료되며 다시 단계 S20에서 사이클이 시작된다.
다른 경우에(S70:Y), 즉, 측정된 온도가 온도 목표값보다 높은 경우에, 단계 S75로 진행된다. 단계 S75에서 제어 장치는 PTC 히팅 장치가 현재 열을 공급하고 있는지 여부를 평가한다. 만약 PTC 히팅 장치가 현재 열을 공급하고 있다면(S75:Y), 단계 S90으로 진행된다. 단계 S90에서 제어 장치는 현재 차단된 보충 회로가 현재 히팅 회로에 냉각수를 공급할 수 있는지 여부를 평가한다. 만약 그렇지 못하다면(S90:N), 도 4의 흐름도에 따라 단계가 종료된다. 만약 그와 다르다면(S90:Y) 냉각수를 공급할 수 있는 모든 보충 회로가 스위칭 인 된다(S100). 그러므로, 빠른 냉각이(온도 실제값을 온도 목표값과 정렬시키는) 달성된다.
만약 평가 단계 S75에서 현재 열이 PTC 히팅 장치에 의해 공급되지 않는다면, 다음 단계 S80에서 PTC 히팅 파워가 감소된다. 그리고 단계 S20의 결정 단계로 복귀하여 PTC 히팅 파워의 감소가 측정된 온도를 온도 목표값에 동등하게 하는데 충분한지 여부를 검사한다.
따라서, 제어 방법은 단계 S20에서 시작되는 도 4의 루프를 계속하여 반복한다. 그리고 단계 S20에 따라서 수행되는 평가와 S70은 특정한 정기적인 간격으로 진행될 수 있다. 이에 따라 루프를 통한 절차의 끝과 루프 S20을 통한 다음 절차의 시작 사이에 대응하는 대기 시간이 부여된다. 도 4에 따른 방법의 재시작은 단계 S10에서 특정한 온도 목표값 TSET를 재정의하는 것으로 발생된다.
본 발명의 기술사상에서 도 4에 묘사된 시퀀스의 다른 변경이 가해질 수 있다. 예를 들어, 초기의 단계 S70은 TACTUAL > TSET를 평가하고, 보정적인 경우에 단계 S20으로 진행될 수 있다.
다른 예로서, TSET 대신에 취득된 히팅 파워가 특정될 수 있다. PTC 히팅 장치(20)와 보충 회로(3, 3a)를 포함하는 히팅 장치의 제어는 초기에 히팅 파워 요청의 비율이 보충 회로를 통한 비 전기적인 열원으로부터 공급될 수 있는지를 평가하는 것으로 발생될 수 있다. 에너지 관리 관점에서 PTC 히팅의 사용은 다른 자원으로부터 공급될 수 없는 잔여 부분을 제한한다. 결국, 파워 특정은 온도 특정이 제어 전자장치에 의해 파워 특정으로 변환되는 것에 근거하여 가능하다.
도 5에 도시된 흐름도를 참조하여 본 발명에 따른 히팅 장치 제어의 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.
자동차가 긴 정지 구간 후에 동작을 개시할 때, 도 5에 따른 방법이 단계 S200에서 시작되어 PTC 히팅 장치(20)가 스위칭 온 되고 배터리 보충 회로(3a)가 밸브(40c, 40d)의 적절한 제어를 통해(도 2 참조) 차량 배터리(10)를 예열하기 위해 스위칭 인 된다. 정지 상태에서의 차량은 폐열 등과 같은 보충의 열원으로부터 기대되는 어떠한 열적 에너지가 없기 때문에, 레인지 익스텐더(50)를 위한 보충 회로(3) 등과 같은 다른 보충 회로의 접속을 위한 밸브의 위치는 바람직하게는 차단 위치이다. 그러므로 더욱 빠른 물의 순환과 더욱 빠른 배터리의 예열이 달성된다.
단계 S210에서 차량 배터리(10)의 동작 온도가 도달했는지 여부를 평가한다. 배터리(10)의 동작 온도가 도달되지 않는 동안(S210:N), 히팅 장치의 상태는 변경되지 않은 상태로 남아 있는다(loop S210:N->S210).
배터리 동작 온도가 도달되면(S210:Y), 단계 S220으로 진행된다. 단계 S220에서 배터리 보충 회로(3a)는 밸브(40c, 40d)의 위치가 적절하게 변경되어 스위칭 오프 된다. 단계 S230에서 제어 장치는 순환에서 추가적인 열의 요구가 필요한지 여부와 배터리 보충 회로(3a)가 폐열을 공급할 수 있는지 여부를 평가한다. 이러한 평가는 예를 들어 도 4에 묘사된 예와 같이 에너지 관리 관점에서 발생될 수 있다. 다른 예로서, 이러한 평가는 다른 기준(예컨대, 어떤 히팅 파워 특정에 근거한)에 따라 수행될 수도 있다.
어떤 배터리 폐열도 이용 가능하지 않거나 히팅을 위해 요청되지 않는 동안(S203:N), 히팅 장치의 상태는 변경되지 않는 상태로 유지된다. 그렇지 않다면(S203:Y) 배터리 보충 회로(3a)는 단계 S240에서 밸브(40c, 40d)의 적절한 제어를 통해 다시 제어 장치에 의해 스위칭 인 된다.
본 발명은 청구범위에 의해 한정될 뿐, 위에서 상세하게 설명된 실시예에 한정되지 않는다. 특히 어떤 실시예들의 개별적인 특징들은 충돌되지 않도록 조합될 수 있다.
요약하면, 본 발명은 전기 추진 자동차를 위한 PTC 기초 히팅과 관련되며, 하나 또는 복수의 보충 회로가 선택적으로 스위칭 인 되도록 히팅 회로에 연결된다. 이러한 방법에 따라 전기 차량에서 중요한 에너지 관리에 대한 온도 제어의 다수의 가능성이 사용될 수 있다.
1 : 히팅 장치 2 : 히팅 회로(메인 회로)
3 : 보충 회로 3a : 보충 회로(배터리 보충 회로)
10 : 열원(배터리) 20 : PTC 히팅 소자(PTC 히터, PTC 히팅 장치)
22 : HV 플러그 24 : LV 플러그
30 : 라디에이터 40a, 40b, 40c, 40d : 밸브
50 : 열원(내부 연소 엔진, 레인지 익스텐더)
60 : 펌프 70 : 공기조화 운영 패널

Claims (17)

  1. 열전달 매체로서 유체가 사용되는 전기 추진 자동차를 위한 히팅 장치에 있어서,
    열전달 매체로서 유체를 갖는 히팅 회로(2);
    상기 히팅 회로(2) 내에 배치되며 상기 유체를 가열하는 PTC 히팅 소자(20); 및
    독립된 열원(10, 50)을 가지며 상기 히팅 회로(2)에 선택적으로 스위칭 가능한 보충 회로(3, 3a)를 포함하는 히팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PTC 히팅 소자(20)를 제어하는 제어 장치(25)를 더 포함하며,
    상기 PTC 히팅 소자(20)는 상기 보충 회로(3, 3a)에 의해 제공될 수 없는 전체 히팅 파워의 일부에 기여하도록 제어되는 히팅 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보충 회로(3, 3a)의 선택적인 스위칭을 제어하여, 히팅 장치의 히팅 요구가 상기 보충 회로(3, 3a)의 스위칭에 의해 우선적으로 커버되도록 하는 제어 장치를 더 포함하는 히팅 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보충 회로(3, 3a)의 선택적 스위칭은 밸브(40a, 40b, 40c, 40d)에 의해 발생되는 히팅 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 히팅 회로(2) 내에서 유체의 순환을 발생시키는 펌프(60)를 더 포함하는 히팅 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보충 회로(3, 3a)의 독립된 열원(10, 50)은 차량 구성품의 폐열로부터 공급되는 히팅 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폐열은 하이브리드 차량의 레인지 익스텐더(range extender) 내부 연소 엔진(50)으로부터 만들어지는 히팅 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 히팅 회로(2) 내에 배치되는 온도 프로브를 더 포함하며,
    상기 히팅 장치는 상기 온도 프로브에 의해 측정된 온도가 특정 온도 목표값으로 조정되도록 제어되는 히팅 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보충 회로(3, 3a)는 보충 회로(3, 3a)가 히팅을 위한 어떠한 열도 제공할 수 없을 때 스위치 오프되는 히팅 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    선택적으로 스위칭 가능한 적어도 하나의 추가 보충 회로(3, 3a)를 더 포함하는 히팅 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 보충 회로(3, 3a)는 상기 히팅 회로(2) 내의 온도가 감소되고 보충 회로(3, 3a) 내의 유체가 히팅 회로(2) 내에 비해 차가울 때 히팅 회로(2)에 스위칭되는 히팅 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 PTC 히팅 소자(20)는 미리 정해진 히팅 파워에 종속하여 제어되는 히팅 장치.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 PTC 히팅 소자(20)는 미리 정해진 히팅 파워에 종속하여 제어되는 히팅 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 미리 정해진 히팅 파워는 필요한 전체 히팅 파워와 보충 회로(3, 3a)에 의해 커버될 수 있는 히팅 파워 사이의 차이와 동등한 히팅 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 미리 정해진 히팅 파워는 필요한 전체 히팅 파워와 보충 회로(3, 3a)에 의해 커버될 수 있는 히팅 파워 사이의 차이와 동등한 히팅 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 보충 회로(3, 3a)는 선택적으로 스위칭 가능하며, 자동차의 어떤 구역 또는 어떤 구성품을 특정하게 히팅하도록 형성되는 히팅 장치.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 PTC 히팅 소자(20), 제어 장치(25), 보충 회로(3, 3a)를 스위칭 인 및 아웃하는 밸브(40a, 40b, 40c, 40d) 및 유체의 순환을 발생시키는 펌프(60)는 공통 하우징 내에 배치되는 히팅 장치.
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