KR20170028880A - 자동차 측 전기 에너지 저장 장치의 온도 제어 장치 - Google Patents

자동차 측 전기 에너지 저장 장치의 온도 제어 장치 Download PDF

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마르코 라날리
웨이 주
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Abstract

본 발명은 자동차 측 전기 에너지 저장 장치(2)의 온도 제어를 위한 장치(1)에 관한 것이며, 상기 장치는, 적어도 하나의 펠티어 소자를 구비한 적어도 하나의 온도 제어 유닛(3)을 포함하고, 이 온도 제어 유닛은 해당하는 또는 어느 하나의 온도 제어할 자동차 측 전기 에너지 저장 장치(2)와 열적으로 결합될 수 있거나, 또는 열적으로 결합되어 있으며, 추가로 적어도 하나의 온도 제어 유닛(3)은 적어도 하나의 온도 제어 액체를 포함하는 적어도 하나의 온도 제어 액체 저장 용기(7)와 열적으로 결합되어 있다.

Description

자동차 측 전기 에너지 저장 장치의 온도 제어 장치{DEVICE FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE OF AN ELECTRICAL ENERGY STORE ON THE MOTOR VEHICLE SIDE}
본 발명은, 자동차 측 전기 에너지 저장 장치의 온도 제어를 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는, 적어도 하나의 펠티어 소자를 구비한 적어도 하나의 온도 제어 유닛을 포함하며, 이 온도 제어 유닛은 해당하는 또는 어느 하나의 온도 제어할 자동차 측 전기 에너지 저장 장치와 열적으로 결합될 수 있거나, 또는 열적으로 결합되어 있다.
전기 에너지 저장 장치들의 온도 제어를 위한, 즉 가열 또는 냉각을 위한 상기 유형의 장치들은 원칙상 공지되어 있으며, 자동차 공학의 분야에서 이용된다. 상응하는 장치들은 전형적으로 온도 제어 유닛들을 포함하고, 이 온도 제어 유닛들은 재차 펠티어 소자들의 형태인 열-전기 변환기들을 포함하거나, 또는 열-전기 변환기들 자체로서 형성된다.
상응하는 온도 제어 유닛들은 각각의 작동 모드에 따라서 히트 싱크 또는 열원과 결합된다. 이 경우, 자동차 공학의 분야에서 통상적으로는 온도 제어 유닛을 에워싸는 공기를 히트 싱크 또는 열원으로서 이용한다.
상기 접근법은, 상응하는 온도 제어 유닛들 또는 이들을 포함하는 장치들의 효율적인 작동 또는 잠재 전력(power potential)과 관련하여 향상시킬 가치가 있다.
따라서 본 발명의 과제는, 자동차 측 전기 에너지 저장 장치의 온도 제어를 위한 향상된 장치를 명시하는 것에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라서, 적어도 하나의 온도 제어 유닛이 적어도 하나의 온도 제어 액체를 포함하는 적어도 하나의 온도 제어 액체 저장 용기와 추가로 열적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 최초에 언급한 유형의 장치를 통해 해결된다.
본 발명에 따른 원리는 자동차 측, 즉 자동차의 차체의 일부분에 간접 또는 직접적으로 연결될 수 있거나, 또는 연결되어 있는 적어도 하나의 전기 에너지 저장 장치의 온도 제어를 위한 특별한 장치에 관한 것이다.
하기에서 단축하여 에너지 저장 장치로서도 지칭되는 전기 에너지 저장 장치는, 에너지 저장 장치 하우징 내에 수용되는 하나의 전기 에너지 저장 셀로, 또는 서로 전기 연결된 복수의 전기 에너지 저장 셀로 구성되는 어셈블리를 의미한다. 그러므로 "에너지 저장 장치"란 개념은 항상 상응하는, 예컨대 리튬 또는 리튬 화합물을 기반으로 하는 에너지 저장 재료로 형성되어 에너지 저장 장치 하우징 내에 수용되는 하나 또는 복수의 에너지 저장 셀로 구성되는 어셈블리에 관한 것이다. 에너지 저장 장치 하우징 상에는 통상 전기 연결 수단들이 구성되며, 이 전기 연결 수단들을 통해서는 예컨대 전기 발전기 또는 전기 부하 장치와 같은 적어도 하나의 제3의 대상으로 에너지 저장 장치의 전기 연결이 가능하다.
본원의 장치는 적어도 하나의 온도 제어 유닛을 포함한다. 온도 제어 유닛은 온도 제어할 에너지 저장 장치(들)와 열적으로 결합되어 있다. 온도 제어할 에너지 저장 장치(들)와 온도 제어 유닛의 열적 결합은 온도 제어 유닛과 온도 제어할 에너지 저장 장치(들) 간의 간접 또는 직접적인 열 교환을 가능하게 하고, 그에 따라 온도 제어할 에너지 저장 장치(들)의 가열 또는 냉각을 가능하게 한다. 그러므로 "온도 제어"란 개념은 같은 정도로 가열(heating) 및 가온(warming)도 포함한다. 해당하는 전문가 그룹에서는 "온도 제어"란 개념 대신, 습관적으로 "조건 조절(conditioning)"이란 개념이 이용된다.
온도 제어 유닛은 적어도 하나의 펠티어 소자를 포함하거나, 또는 펠티어 소자 자체로서 형성된다. 펠티어 소자란, 일반적으로 (펠티어 효과를 기반으로) 제1 열 교환 표면에 전류를 인가할 때 냉각되고 제2 열 교환 표면에 전류를 인가할 때에는 가온되도록 형성되거나 구성되는 열-전기 변환기를 의미한다. 전형적으로, 대개 직육면체형인 상응하는 펠티어 소자들은, 서로 상이하게 도핑되거나 구성되어 전류 공급 시 각각 정해진 초기 온도에 비해 서로 상이한 온도 레벨을 취하는 반도체 소자들(semiconductor element)로 구성된 어셈블리이다. 그러므로 전류 세기 및 전류 방향에 따라서 펠티어 소자의 제1 열 교환 표면의 목표하는 가온 및 그에 상응하게 펠티어 소자의 제2 열 교환 표면의 목표하는 냉각, 또는 그 반대되는 냉각 및 가온이 실현된다. 펠티어 소자의 열 교환 표면들은 예컨대 알루미늄 산화물로 형성된다. 펠티어 소자의 반도체 소자들은 전형적으로 p형 또는 n형으로 도핑된다. 구체적으로 말하면, 이에 해당하는 도핑 재료는 예컨대 비스무트-텔루리드 또는 실리콘-게르마늄일 수 있다.
펠티어 소자의 작동을 위해 필요한 전기 에너지(전류)는 예컨대 온도 제어할 에너지 저장 장치, 및/또는 추가의 자동차 측 전기 에너지 저장 장치를 통해 공급될 수 있다.
본 발명에 따라서, 적어도 하나의 온도 제어 유닛은, 적어도 하나의 온도 제어 액체를 포함하는 적어도 하나의 온도 제어 액체 저장 용기와 추가로 열적으로 결합되어 있다. 해당하는 또는 적어도 어느 하나의 온도 제어 액체 저장 용기와 온도 제어 유닛의 추가적인 열적 결합은 온도 제어 유닛과 온도 제어 액체 저장 용기 간의 간접 또는 직접적인 열 교환을 가능하게 한다.
상응하는 온도 제어 액체 저장 용기와 온도 제어 유닛의 열적 결합은 온도 제어 유닛의 성능 능력 또는 효율성을 대폭 증가시킨다. 이는, 온도 제어 액체 저장 용기, 다시 말해 특히 이 온도 제어 액체 저장 용기 내에 포함되고 예컨대 물이거나, 또는 물과 적어도 하나의 유기 액체, 특히 글리콜로 이루어진 혼합물인 온도 제어 액체가 히트 싱크 또는 열원으로서 이용될 수 있다는 점을 통해 설명된다.
온도 제어 유닛에 할당된 히트 싱크 또는 열원으로서 상응하는 온도 제어 액체 저장 용기 및 온도 제어 액체 각각의 이용은, 특히 종래 기술에서 공지된 예컨대 공기와 같은 기체의 이용에 비해, 상대적으로 더 높은 열 질량 유량(thermal mass flow)의 실현을 허용한다. 그러므로 온도 제어 유닛의 냉각 모드에서 작동으로 인해 생성된 배출 열은 더 적합하고 더 신속하게 소산되며, 이는 효율성 또는 효율의 언급한 증대로 이어진다. 동일한 방식으로, 온도 제어 유닛의 가열 모드에서 열은 경우에 따라 더 신속하고 더 적합하게 공급된다. 그 결과로, 온도 제어할 에너지 저장 장치(들)의 전체적으로 향상된 온도 제어성 또는 온도 제어, 및 그에 따른 전체적으로 향상된 장치가 달성된다.
언급한 것처럼, 온도 제어 유닛은 해당하는 또는 어느 하나의 온도 제어할 에너지 저장 장치와 간접 또는 직접적으로 열적으로 결합되어 있을 수 있다. 적합하게는 간접적인 열적 결합이 제공되며, 이런 간접적인 열적 결합에 따라서 온도 제어 유닛은, 이 온도 제어 유닛과 에너지 저장 장치 사이에서 스위칭되면서 특히 기상인 온도 제어 매체에 의해 관류될 수 있거나 관류되는 적어도 하나의 제1 열 교환기를 통해, 해당하는 또는 어느 하나의 에너지 저장 장치와 열적으로 결합될 수 있거나, 또는 열적으로 결합되어 있다.
제1 열 교환기는, 전형적으로 적어도 일부 섹션에서, 해당하는 또는 어느 하나의 온도 제어 매체에 의해 관류될 수 있거나 관류되는 채널 구조를 관류하는 온도 제어 매체를 그에 상응하게 온도 제어하기 위해, 상기 채널 구조 내로 연결된다. 그러므로 제1 열 교환기에 의해, 온도 제어 유닛과 상응하는 온도 제어 매체 간의 열 교환이 가능하다. 채널 구조는 온도 제어할 에너지 저장 장치 상에 부착되거나, 또는 상기 에너지 저장 장치 내로, 또는 그를 통해 연장되며, 그럼으로써 에너지 저장 장치와 이 에너지 저장 장치를 관류하는 온도 제어 매체 간에 충분한 열 교환이 가능해진다. 에너지 저장 장치는, 전형적으로 에너지 저장 장치 내로 공급될 온도 제어 매체의 공급을 위한 공급 수단들과, 에너지 저장 장치로부터 전형적으로는 이 에너지 저장 장치를 관류한 후에 배출될 온도 제어 매체의 배출을 위한 배출 수단들을 포함한다.
온도 제어 매체는 원칙상 기체 내지 기체 혼합물이거나, 또는 액체 내지 액체 혼합물일 수 있다. 기체들, 즉, 예컨대 공기의 이용은 안전 기술적 관점에서 제공되는데, 그 이유는, 특히 전기 전도성 액체들, 즉 예컨대 물에 비해, 그만큼, 에너지 저장 장치 내부의 전기 단락 및 그에 따른 필시 수반될 수도 있는 에너지 저장 장치의 손상의 위험이 감소되기 때문이다.
해당하는 또는 어느 하나의 상응하는 온도 제어 매체를 이송하기 위해, 적어도 하나의 온도 제어 유닛 측 열 교환 표면을 따라서, 또는 온도 제어 유닛의 하류에 연결되는 열 교환기의 열 교환 표면을 따라서 해당하는 또는 어느 하나의 온도 제어 매체를 이송하기 위한 적어도 하나의 이송 유닛이 제공될 수 있다. 각각 온도 제어 매체가 액체인지, 또는 기체인지 그 여부에 따라서, 제1 이송 유닛은 예컨대 로터리 펌프와 같은 적어도 하나의 펌프 유닛, 또는 예컨대 송풍기와 같은 적어도 하나의 흡입 및/또는 송풍 유닛을 포함할 수 있거나, 또는 펌프 유닛 또는 흡입 및/또는 송풍 유닛 그 자체로서 형성될 수 있다.
동일한 정도로 언급한 것처럼, 온도 제어 유닛은 적어도 하나의 온도 제어 액체 저장 용기와 추가로 간접 또는 직접적으로 열적으로 결합되어 있을 수 있다. 여기서도 적합하게는 간접적인 열적 결합이 제공되며, 이런 간접적인 열적 결합에 따라서 온도 제어 유닛은, 이 온도 제어 유닛과 온도 제어 액체 저장 용기 사이에서 스위칭되는 추가 열 교환기를 통해, 온도 제어 액체 저장 용기와 열적으로 결합되어 있다. 그러므로 추가 열 교환기에 의해, 온도 제어 유닛과 온도 제어 액체 저장 용기 및 온도 제어 액체 각각 간의 열 교환이 가능해진다.
이 경우, 적어도 하나의 추가 열 교환기는 온도 제어 액체 저장 용기와 연결되어, 온도 제어 액체에 의해 관류될 수 있거나 관류되는 온도 제어 회로를 형성하는 점도 생각해볼 수 있다. 그러므로 추가 열 교환기와 온도 제어 액체 저장 용기 사이에는 라인 구조가 형성되고, 이 라인 구조의 내부에서 온도 제어 액체는 온도 제어 액체 저장 용기로부터 추가 열 교환기 내로, 그리고 그 반대 방향으로 유동하거나 순환할 수 있다. 따라서 라인 구조는 특히 온도 제어 액체 저장 용기로부터 추가 열 교환기 내로 이어지는 공급 라인과, 추가 열 교환기로부터 온도 제어 액체 저장 용기 내로 이어지는 공급 라인을 포함한다.
상기 온도 제어 회로를 통해 온도 제어 액체를 이송하기 위해, 적합하게는, 온도 제어 액체 저장 용기와 열 교환기를 연결하는 해당하는 또는 어느 하나의 온도 제어 회로를 통해 온도 제어 액체를 이송하기 위한 추가 이송 유닛이 제공된다. 상기 이송 유닛은 예컨대 로터리 펌프와 같은 적어도 하나의 펌프 유닛을 포함할 수 있거나, 또는 펌프 유닛 자체로서 형성될 수 있다. 이송 유닛은 온도 제어 액체 저장 용기 내에 통합될 수 있다.
추가로, 본 발명은, 적어도 하나의 자동차 측 에너지 저장 장치와, 이 에너지 저장 장치의 온도 제어를 위한 적어도 하나의 본 발명에 따른 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템에도 관한 것이다. 그러므로 본 발명에 따른 장치와 관련한, 그리고 이 장치와 관련하여 기재한 변형예들과 관련한 모든 설명 내용은 유사하게 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템에도 적용된다.
에너지 저장 시스템은 바깥쪽을 향해 폐쇄될 수 있거나 폐쇄된 수용 챔버를 구비하여 적어도 하나의 전기 에너지 저장 장치 및 본원의 장치를 수용하기 위한 수용 유닛을 포함할 수 있다. 특히 온도 제어할 에너지 저장 장치 또는 에너지 저장 장치들 및 본원의 온도 제어 장치, 즉 특히 이 온도 제어 장치에 관련된 온도 제어 유닛이 그 내부에 배치될 수 있는 상기 하우징 측 수용 유닛을 통해, 또는 상기 수용 유닛 내에, 에너지 저장 장치 또는 에너지 저장 장치들을 외면에서 에워싸는 추가 온도 제어 회로가 실현된다.
특히 상응하는 수용 유닛을 통해, 4개의 상이한 온도 제어 구역이 형성될 수 있으며, 이들 온도 제어 구역은 하기에서 본원의 장치 또는 이 장치에 관련된 온도 제어 유닛(들)에 의해 실현될 수 있거나 실현된 가열 또는 냉각 모드의 예시에 따른 가능성들과 관련하여 더욱 상세하게 설명된다.
이 경우, 제1 온도 제어 구역은 온도 제어할 에너지 저장 장치(들)의 내부에 형성된다. 제2 온도 제어 구역은 수용 유닛의 내부에서 온도 제어할 에너지 저장 장치(들)를 외면에서 에워싸는 수용 챔버의 영역을 통해 형성된다. 제3 온도 제어 구역은 온도 제어 유닛과 온도 제어 액체 저장 용기 사이에 형성되어 온도 제어 액체에 의해 관류되는 해당하는 또는 어느 하나의 온도 제어 회로를 통해 형성된다. 제4 온도 제어 구역은 수용 유닛을 외면에서 에워싸는 영역, 다시 말해 수용 유닛 외부의 주변 영역을 통해 형성된다. 하기에서 제시되는 것처럼, 온도 제어 구역들은 전형적으로 자신들의 각각의 온도 또는 열 용량에서 서로 구별된다.
본원의 장치의 가열 모드에서, 온도 제어 매체는, 제1 온도 제어 구역 내에 최고 온도가 우세하게 존재하는 방식으로, 온도 제어 유닛에 의해 가열된다. 따라서, 제1 온도 제어 구역의 온도는 나머지 온도 제어 구역들의 온도를 상회한다. 그에 상응하게, 제1 온도 제어 구역 내에서는, 에너지 저장 장치의 가열 또는 가온이 수행된다. 에너지 저장 장치로부터 수용 유닛 측 수용 챔버 내로 유출되는 온도 제어 매체의 유출 온도는 에너지 저장 장치를 가열 또는 가온하는 것을 통해 에너지 저장 장치 내의 유입 온도를 하회한다.
그럼에도 불구하고, 에너지 저장 장치로부터 수용 챔버 내로 유출되는 온도 제어 매체의 유출 온도는 전형적으로 수용 챔버 내에 존재하는 매체, 즉 전형적으로 공기의 온도보다 더 높으며, 그럼으로써 제2 온도 제어 구역이 가온된다. 이런 방식으로, 에너지 저장 장치의 외부 표면들의 추가적인 가열 및 그에 따른 외부 가열이 실현되며, 이는 매우 효율적인 가열 모드의 조건이다. 따라서, 수용 챔버 내에 존재하는 매체는 동일한 정도로 상응하는 온도 제어 매체로서 이용될 수 있다.
제3 온도 제어 구역 내에서는, 에너지 저장 장치 내로, 그리고 그에 따른 제1 온도 제어 구역 내로 유입 전에 온도 제어 매체의 가온을 위해 필요한 열이 온도 제어 유닛을 통해 공급된다. 이 경우, 온도 제어 액체 저장 용기 및 온도 제어 액체 각각은, 온도 제어 매체의 최대한 신속하면서도 효율적인 가온을 보조하기 위해, 열원으로서 이용될 수 있다. 이 경우, 온도 제어 액체 저장 용기 및 온도 제어 액체 각각은 열의 제거를 통해 냉각된다. 그러므로 온도 제어 액체 저장 용기 및 온도 제어 액체 각각의 온도 또는 열 용량은 감소한다. 그러나 온도 제어 액체 저장 용기 및 온도 제어 액체 각각에는, 자동차 측에 제공되어 열을 방출하거나, 또는 열을 생성하는 부품들 또는 유닛들을 통해 열이 공급될 수 있다.
자동차 측에 제공되어 열을 방출하거나, 또는 열을 생성하는 상응하는 부품들 또는 유닛들은 예컨대 특히 자동차 측 스티어링 휠 온도 제어 유닛, 시트 온도 제어 유닛 또는 미러 온도 제어 유닛의 형태인 자동차 측 대상의 온도 제어를 위한 자동차 측 온도 제어 장치들, 및/또는 예컨대 자동차 측 공기 조화 시스템의 형태인 자동차 측 차실 영역의 온도 제어를 위한 온도 제어 유닛들, 및/또는 자동차 측 구동 장치들, 다시 말해 예컨대 전기 모터들 및/또는 내연기관들 등일 수 있다.
따라서 이와 관련하여, 온도 제어 액체 저장 용기가 열을 방출하거나 열을 생성하는 상응하는 유닛들 또는 부품들과 열적으로 결합되어 있는 점을 생각해볼 수 있다. 열적 결합은 열을 방출하거나 생성하는 각각의 유닛 또는 부품과 온도 제어 액체 저장 용기 사이의 열 전도 구조들을 통해 수행될 수 있다. 상응하는 열 전도성 구조들은 바람직하게는 예컨대 알루미늄, 구리 등과 같이 열 전도성이 우수한 재료들로 형성된다. 따라서 상기 구조들은 언급한 목적을 위해 목표한 바대로 자동차의 차체 내에 구성 또는 통합되거나, 또는 여하히 차체 측에 제공되어 있을 수 있다. 또한, 동일한 목적으로, 온도 제어 액체 저장 용기와 열적으로 결합된 열 교환기들 역시도 자동차의 차체 내에 구성되거나, 통합되거나, 또는 열적으로 결합되는 방식으로 상기 차체 상에 연결되어 있을 수 있다.
이와 반대로, 온도 제어 매체는 본원의 장치의 냉각 모드에서, 제1 온도 제어 구역 내에 최저 온도가 우세하게 존재하는 방식으로, 온도 제어 유닛에 의해 냉각된다. 따라서 제1 온도 제어 구역의 온도는 나머지 온도 제어 구역들의 온도를 하회한다. 그에 상응하게, 제1 온도 제어 구역 내에서 에너지 저장 장치의 냉각이 수행된다. 에너지 저장 장치로부터 수용 유닛 측 수용 챔버 내로 유출되는 온도 제어 매체의 유출 온도는 에너지 저장 장치의 냉각을 통해 에너지 저장 장치 내로의 유입 온도를 상회한다.
그럼에도 불구하고, 에너지 저장 장치로부터 수용 챔버 내로 유출되는 온도 제어 매체의 유출 온도는 전형적으로 수용 챔버 내에 존재하는 매체, 다시 말해 전형적으로는 공기의 온도보다 더 낮으며, 그럼으로써 제2 온도 제어 구역 역시도 냉각된다. 이런 방식으로, 에너지 저장 장치의 외부 표면들의 추가적인 냉각과 그에 따른 외부 냉각이 실현되며, 이는 매우 효율적인 냉각 모드의 조건이다.
제3 온도 제어 구역 내에서는, 에너지 저장 장치 내로, 그리고 그에 따라 제1 온도 제어 구역 내로 유입 전에 온도 제어 매체의 냉각을 위해 필요한 열이 온도 제어 유닛을 통해 온도 제어 매체에서 제거된다. 이 경우, 온도 제어 액체 저장 용기 및 온도 제어 액체 각각은, 온도 제어 매체의 최대한 신속하면서도 효율적인 냉각을 보조하기 위해, 히트 싱크로서 이용될 수 있다. 이 경우, 온도 제어 액체 저장 용기 및 온도 제어 액체 각각은 온도 제어 유닛의 배출 열을 통해 가온된다. 그러므로 온도 제어 액체 저장 용기의 온도 또는 열 용량은 증가한다. 그러나 온도 제어 액체 저장 용기에서는 자동차 측에 제공되어 열을 흡수하거나, 또는 열을 요구하는 부품들 또는 유닛들을 통해 열이 추출될 수 있다.
자동차 측에 제공되어 열을 흡수하거나, 또는 열을 요구하는 상응하는 부품들 또는 유닛들은 원칙상 가열 모드의 범위에서 이용될 수 있으면서 자동차 측에 제공되어 열을 방출하거나, 또는 열을 생성하는 유닛들 또는 부품들과 관련하여 언급한 상응하는 유닛들 또는 부품들일 수 있다.
동일한 방식으로, 여기서도, 온도 제어 액체 저장 용기 및 온도 제어 액체 각각은 열을 흡수하거나, 또는 열을 요구하는 상응하는 유닛들 또는 부품들과 열적으로 연결되어 있을 수 있으며, 여기서 가열 모드의 범위에서 이용될 수 있으면서 자동차 측에 제공되어 열을 방출하거나, 또는 열을 생성하는 유닛들 또는 부품들과 관련한 상응하는 설명 내용들이 재차 참조된다.
추가로, 본 발명은 적어도 하나의 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템을 포함하는 자동차에도 관한 것이다. 그러므로 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템 및 이와 관련하여 기재한 변형예와 관련한 모든 설명 내용과 그에 따라 본 발명에 따른 장치 및 이와 관련하여 기재한 변형예들과 관련한 모든 설명 내용 역시 유사하게 본 발명에 따른 자동차에도 적용된다.
그에 상응하게, 적어도 하나의 장치 측 및 그에 따른 에너지 저장 시스템 측 온도 제어 액체 저장 용기는 적합하게는 자동차 측 대상의 온도 제어를 위한 적어도 하나의 자동차 측 온도 제어 유닛, 특히 적어도 하나의 자동차 측 스티어링 휠 온도 제어 유닛, 시트 온도 제어 유닛 또는 미러 온도 제어 유닛과, 그리고/또는 자동차 측 차실 영역, 특히 자동차 측 공기 조화 시스템, 및/또는 자동차의 차체, 특히 자동차의 차체의 적어도 하나의 노출된 외부 표면의 온도 제어를 위한 자동차 측 온도 제어 유닛과, 그리고/또는 예컨대 전기 모터 및/또는 내연기관과 같은 자동차 측 구동 장치와 열적으로 결합되어 있다.
일반적으로, 상기 자동차 측 외부 표면은, 자동차의 주행 동안 주행 기류에 노출되는 외부 표면을 의미한다. 주행 기류를 통해서는, 열이 자동차의 차체로부터 추출되며, 이는 특히 본원의 장치의 앞에서 기재한 냉각 모드와 관련하여 바람직하다. 따라서 자동차의 차체의 노출된 외부 표면이면서 적어도 하나의 온도 제어 액체 저장 용기와 열적으로 결합되는 상기 외부 표면은 예컨대 자동차의 저면(underside)이다.
온도 제어 액체 저장 용기 및 온도 제어 액체 각각과 자동차의 차체, 즉 자동차의 차체의 적어도 하나의 노출된 외부 표면 간의 효율적이면서 신속한 열 교환과 관련하여, 적합하게는, 자동차의 차체의 노출된 외부 표면이면서 적어도 하나의 온도 제어 액체 저장 용기와 열적으로 결합된 상기 외부 표면 내에, 또는 상기 외부 표면을 포함하는 자동차 측 부품 내에, 온도 제어 액체 저장 용기와 열적으로 결합된 적어도 하나의 열 교환기가 통합된다.
본 발명의 추가 장점들, 특징들 및 상세내용들은 하기에서 기재되는 실시예들로부터, 그리고 도면들에 따라서 제시된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따르는 장치를 도시한 각각의 계통도이다.
도 1에는, 본 발명의 한 실시예에 따르는, 자동차 측, 즉 자동차 측에 장착된 전기 에너지 저장 장치(2)의 온도 제어를 위한 장치(1)의 계통도가 도시되어 있다. 에너지 저장 장치(2)는 예컨대 리튬을 기반으로 하면서 서로 전기 연결되어 하나의 공통 에너지 저장 장치 하우징(미도시) 내에 수용되는 복수의 에너지 저장 셀(미도시)을 포함하는 리튬 에너지 저장 장치이다. 에너지 저장 장치(2)는 일반적으로 자동차 측 전기 부하 장치들로 전기 공급을 위해 이용되며, 따라서 자동차 측 내장 전기 시스템(on-board electrical system)(미도시)에 연결되어 있다.
본원의 장치(1)는, 적어도 하나의 펠티어 소자(미도시)를 구비한 온도 제어 유닛(3)을 포함한다. 온도 제어 유닛(3)은 온도 제어할 에너지 저장 장치(2)와 열적으로 결합되어 있다. 그에 상응하게, 에너지 저장 장치(2)는 온도 제어 유닛(3)에 의해 가열되거나 냉각될 수 있다. 펠티어 소자의 작동을 위해 필요한 펠티어 소자로의 전기 공급은 온도 제어할 에너지 저장 장치(2)를 통해 수행된다.
온도 제어 유닛(3)과 에너지 저장 장치(2) 간의 열적 결합은 온도 제어 유닛과 에너지 저장 장치 사이에서 스위칭되는 열 교환기(4)를 통해 실현된다. 이 경우, 열 교환기(4)는, 예컨대 공기와 같은 온도 제어 매체에 의해 관류될 수 있는 적어도 하나의 유동 채널을 범위 한정하는 화살표들을 통해 예시된 채널 구조(5) 내로 연결된다.
채널 구조(5)의 상류에는 송풍 유닛의 형태인 제1 이송 유닛(6)이 연결되며, 이 이송 유닛에 의해 온도 제어 매체는 채널 구조(5)를 통해 이 채널 구조(5) 내로 돌출되는 열 교환기(4)의 열 교환 표면을 따라서, 그리고 추가로 에너지 저장 장치(2) 내로 이송될 수 있다. 전형적으로는 단지 단일의 이송 유닛(6)만이 제공되며, 이는 본원의 장치(1)의 작동 중에 비교적 적은 소음 발생을 야기한다.
본원의 장치(1)는, 예컨대 단순한 액체 컨테이너 또는 탱크의 형태로 예컨대 물과 같은 온도 제어 액체를 포함하는 온도 제어 액체 저장 용기(7)를 추가로 포함한다. 또한, 명백하게 확인되는 점에서, 온도 제어 유닛(3)은 온도 제어 액체 저장 용기(7)와도 열적으로 결합되어 있다. 온도 제어 유닛(3)과 온도 제어 액체 저장 용기(7) 간의 열적 결합은 온도 제어 유닛과 온도 제어 액체 저장 용기 사이에서 스위칭되는 추가 열 교환기(8)를 통해 실현된다.
명백하게 확인되는 점에서, 추가 열 교환기(8)는 온도 제어 액체 저장 용기(7)와 연결되어, 온도 제어 액체에 의해 관류되는 온도 제어 회로를 형성한다. 이를 위해, 추가 열 교환기(8)와 온도 제어 액체 저장 용기 사이에 라인 구조(9)가 형성되며, 이 라인 구조 내부에서 온도 제어 액체는 온도 제어 액체 저장 용기(7)로부터 추가 열 교환기(8) 내로, 그리고 그 반대 방향으로 회로 유형으로 유동하거나, 또는 회로 유형으로 순환할 수 있다. 라인 구조(9)는 온도 제어 액체 저장 용기(7)로부터 추가 열 교환기(8) 내로 이어지는 공급 라인(9a)과 추가 열 교환기(8)로부터 온도 제어 액체 저장 용기(7) 내로 이어지는 공급 라인(9b)을 포함한다. 공급 라인(9a, 9b)들은 재차 화살표들을 통해 도시되어 있다.
온도 제어 액체 저장 용기(7) 내에는 펌프 유닛의 형태인 이송 유닛(10)이 통합되며, 이 이송 유닛은 라인 구조(9)를 통해, 또는 온도 제어 액체 저장 용기(7)와 추가 열 교환기(8) 사이에서 온도 제어 액체의 이송을 위해 이용된다. 자명한 사실로서, 해당하는 또는 어느 하나의 추가 이송 유닛(10)이 예컨대 라인 구조(9) 내로 연결될 수도 있다.
온도 제어 액체 저장 용기(7) 또는 온도 제어 액체는, 온도 제어 유닛(3)에 할당된 히트 싱크 또는 열원으로서 이용되면서 전체적으로 온도 제어 유닛(3) 및 본원의 장치(1) 각각의 성능 능력 또는 효율성을 대폭 상승시킨다. 따라서 에너지 저장 장치(2)는 매우 효율적으로 온도 제어될 수 있으며, 즉 가열되거나 냉각될 수 있다.
추가로, 온도 제어 액체 저장 용기(7)는, 자동차(12)의 차체(11), 또는 자동차(12)의 차체(11)에 연결된 부품과, 또는 예컨대 자동차 측 차실 영역의 온도 제어를 위한 온도 제어 유닛(13), 다시 말해 특히 자동차 측 공기 조화 시스템과 같이 자동차(12)의 차체에 연결된 유닛과, 또는 예컨대 자동차 측 스티어링 휠 온도 제어 유닛, 시트 온도 제어 유닛, 또는 미러 온도 제어 유닛과 같은 자동차 측 대상의 온도 제어를 위한 온도 제어 유닛(14)과도 열적으로 결합되어 있다.
온도 제어 유닛(13, 14)들을 통해, 열은 온도 제어 액체 저장 용기(7) 내로, 그리고 그에 따라 온도 제어 액체 내로 유입되며, 이는 본원의 장치(1)의 특히 효율적인 가열 모드를 위해 적합할 수 있다. 또한, 동일한 방식으로, 온도 제어 유닛(13, 14)들을 통해, 열은 온도 제어 액체 저장 용기(7)로부터, 그리고 그에 따라 온도 제어 액체로부터 추출되며, 이는 본원의 장치(1)의 특히 효율적인 냉각 모드를 위해 적합할 수 있다.
또한, 온도 제어 액체 저장 용기(7)는, 예컨대 저면과 같은 자동차(12)의 차체(11)의 노출된 외부 표면과도 열적으로 결합되어 있다. 이런 방식으로, 자동차(12)의 주행 동안 발생하는 주행 기류를 통해, 동일하게 열은 온도 제어 액체 저장 용기(7)로부터 추출된다.
추가로, 자동차(12)의 차체(11)의 노출된 외부 표면이면서 적어도 하나의 온도 제어 액체 저장 용기(7)와 열적으로 결합된 상기 외부 표면 내에는 온도 제어 액체 저장 용기(7)와 열적으로 결합된 적어도 하나의 추가 열 교환기(미도시)가 통합될 수 있다.
도 2에는, 본 발명의 추가 실시예에 따르는, 자동차 측 전기 에너지 저장 장치(2)의 온도 제어를 위한 장치(1)의 계통도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 실시예와 달리, 여기서는, 이미 도 1에서 별도로 설명하지 않았지만, 그러나 에너지 저장 장치(2)와 본원의 장치(1)로 구성되어 제공되는 에너지 저장 시스템은 수용 챔버(15)를 범위 한정하면서 폐쇄된, 즉 바깥쪽을 향해 밀봉된 수용 유닛(16)을 포함하며, 이 수용 유닛 내에는 본원의 장치(1) 및 에너지 저장 장치(2)가 수용되어 있다. 수용 유닛(16)은 터브(tub) 유형의 형상을 보유할 수 있다.
이런 방식으로, 본원의 장치(1)의 작동 중에, 4개의 상이한 온도 제어 구역, 즉, 각각 상이한 온도와 그에 따른 상이한 열 용량을 보유하는 4개의 온도 제어 구역(TZ1, TZ2, TZ3, TZ4)이 형성된다. 이 경우, 온도 제어 매체는 특히 온도 제어 구역(TZ1 및 TZ2)들을 관류한다. 온도 제어 매체의 유동은 화살표들을 통해 도시되어 있다.
제1 온도 제어 구역(TZ1)은 온도 제어할 에너지 저장 장치(2)의 내부에 형성된다. 제2 온도 제어 구역(TZ2)은 수용 유닛(16)의 내부에서 온도 제어할 에너지 저장 장치(2)를 외면에서 에워싸는 수용 챔버(15)의 영역을 통해 형성된다. 제3 온도 제어 구역(TZ3)은, 온도 제어 유닛(3)과 온도 제어 액체 저장 용기(7) 사이에 형성되어 온도 제어 액체에 의해 관류되는 온도 제어 회로를 통해 형성된다. 제4 온도 제어 구역(TZ4)은 수용 유닛(16)을 외면에서 에워싸는 영역, 즉 수용 유닛(16) 외부의 주변 영역을 통해 형성된다.
본원의 장치(1)의 가열 모드에서, 온도 제어 매체는, 제1 온도 제어 구역(TZ1) 내에 최고 온도가 우세하게 존재하는 방식으로, 온도 제어 유닛(3)에 의해 가열된다. 따라서 제1 온도 제어 구역(TZ1)의 온도는 나머지 온도 제어 구역(TZ2, TZ3, TZ4)들의 온도를 상회한다. 그에 상응하게, 제1 온도 제어 구역(TZ1) 내에서는 에너지 저장 장치(2)의 가열 또는 가온이 수행된다. 에너지 저장 장치(2)로부터 수용 챔버(15) 내로 유출되는 온도 제어 매체의 유출 온도는, 에너지 저장 장치(2)를 가열 또는 가온하는 것을 통해, 그리고 그에 따라 에너지 저장 장치(2)로 열의 방출을 통해 에너지 저장 장치(2) 내로의 유입 온도를 하회한다.
그럼에도 불구하고, 에너지 저장 장치(2)로부터 수용 챔버(15) 내로 유출되는 온도 제어 매체의 유출 온도는 전형적으로 수용 챔버(15) 내에 존재하고 전형적으로는 동일한 정도로 공기인 매체의 온도를 상회하며, 그럼으로써 제2 온도 제어 구역(TZ2)은 동일한 정도로 가온된다. 이런 방식으로, 에너지 저장 장치(2) 및 에너지 저장 장치 하우징 각각의 외부 표면들의 추가적인 가열, 및 그에 따른 본원의 장치(1)의 매우 효율적인 가열 모드가 실현된다.
제3 온도 제어 구역(TZ3) 내에서는, 에너지 저장 장치(2) 내로, 그리고 그에 따라 제1 온도 제어 구역(TZ1) 내로 유입 전에 온도 제어 매체의 가온을 위해 필요한 열이 온도 제어 유닛(3)을 통해 공급된다. 이 경우, 온도 제어 액체 저장 용기(7) 및 온도 제어 액체 각각은, 온도 제어 매체의 최대한 신속하면서도 효율적인 가온을 보조하기 위해, 열원으로서 이용된다. 이 경우, 온도 제어 액체 저장 용기(7) 및 온도 제어 액체 각각은 열의 제거를 통해 냉각된다. 그러므로 온도 제어 액체 저장 용기(7) 및 온도 제어 액체 각각의 온도 또는 열 용량은 감소한다. 그러나 온도 제어 액체 저장 용기(7)에는, 언급한 것처럼, 자동차 측에 제공되어 열을 방출하거나, 또는 열을 생성하는 부품들 또는 유닛들을 통해 열이 공급될 수 있다. 자동차 측에 제공되어 열을 방출하거나, 또는 열을 생성하는 상응하는 유닛들은 예컨대 자동차 측 차실 영역의 온도 제어를 위한 자동차 측 온도 제어 유닛(13)일 수 있다.
본원의 장치(1)의 냉각 모드에서, 온도 제어 매체는, 제1 온도 제어 구역(TZ1) 내에 최저 온도가 우세하게 존재하는 방식으로, 온도 제어 유닛(3)에 의해 냉각된다. 따라서 제1 온도 제어 구역(TZ1)의 온도는 나머지 온도 제어 구역(TZ2, TZ3, TZ4)들의 온도를 하회한다. 그에 상응하게, 제1 온도 제어 구역(TZ1) 내에서는 에너지 저장 장치(2)의 냉각이 수행된다. 에너지 저장 장치(2)로부터 수용 챔버(15) 내로 유출되는 온도 제어 매체의 유출 온도는 에너지 저장 장치(2)의 냉각과 그에 따라 에너지 저장 장치(2)로부터 열의 흡수를 통해 에너지 저장 장치(2) 내로의 유입 온도를 상회한다.
그럼에도 불구하고, 에너지 저장 장치(2)로부터 수용 챔버(15) 내로 유출되는 온도 제어 매체의 유출 온도는 전형적으로는 수용 챔버(15) 내에 존재하는 매체의 온도를 하회하며, 그럼으로써 제2 온도 제어 구역(TZ2) 역시도 냉각된다. 이런 방식으로, 에너지 저장 장치(2) 및 에너지 저장 장치 하우징 각각의 외부 표면들의 추가적인 냉각과 그에 따른 본원의 장치(1)의 매우 효율적인 냉각 모드가 실현된다.
제3 온도 제어 구역(TZ3) 내에서는, 에너지 저장 장치(2) 내로, 그리고 그에 따라 제1 온도 제어 구역(TZ1) 내로 유입 전에 온도 제어 매체의 냉각을 위해 필요한 열이 온도 제어 유닛(3)을 통해 온도 제어 매체로부터 제거된다. 이 경우, 온도 제어 액체 저장 용기(7) 및 온도 제어 액체 각각은, 온도 제어 매체의 최대한 신속하면서도 효율적인 냉각을 보조하기 위해, 히트 싱크로서 이용된다. 이 경우, 온도 제어 액체 저장 용기(7) 및 온도 제어 액체 각각은 온도 제어 유닛(3)의 배출 열을 통해 가온된다. 그러므로 온도 제어 액체 저장 용기(7) 및 온도 제어 액체 각각의 온도 또는 열 용량은 증가한다. 그러나 온도 제어 액체 저장 용기(7)에서는 자동차 측에 제공되어 열을 흡수하거나, 또는 열을 요구하는 부품들 또는 유닛들을 통해 열이 추출될 수 있다. 자동차 측에 제공되어 열을 흡수하거나, 또는 열을 요구하는 상응하는 유닛들은, 예컨대 다시금 자동차 측 차실 영역의 온도 제어를 위한 자동차 측 온도 제어 유닛(13)일 수 있다.

Claims (13)

  1. 자동차 측 전기 에너지 저장 장치(2)의 온도 제어를 위한 장치(1)로서, 적어도 하나의 펠티어 소자를 구비하여 상기 또는 어느 하나의 온도 제어할 자동차 측 전기 에너지 저장 장치(2)와 열적으로 결합될 수 있거나, 또는 열적으로 결합되어 있는 적어도 하나의 온도 제어 유닛(3)을 포함하는 상기 장치에 있어서,
    상기 적어도 하나의 온도 제어 유닛(3)은 적어도 하나의 온도 제어 액체를 포함하는 적어도 하나의 온도 제어 액체 저장 용기(7)와 추가로 열적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 측 전기 에너지 저장 장치의 온도 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 온도 제어 유닛(3)은, 상기 온도 제어 유닛(3)과 상기 전기 에너지 저장 장치(2) 사이에서 스위칭되면서 특히 기상인 온도 제어 매체에 의해 관류될 수 있거나 관류되는 적어도 하나의 제1 열 교환기(4)를 통해, 상기 또는 어느 하나의 전기 에너지 저장 장치(2)와 열적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 측 전기 에너지 저장 장치의 온도 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 온도 제어 유닛(3)은, 상기 온도 제어 유닛(3)과 상기 온도 제어 액체 저장 용기(7) 사이에서 스위칭되는 적어도 하나의 추가 열 교환기(8)를 통해, 상기 적어도 하나의 온도 제어 액체 저장 용기(7)와 열적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 측 전기 에너지 저장 장치의 온도 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 열 교환기(8)는 상기 온도 제어 액체 저장 용기(7)와 연결되어, 온도 제어 액체에 의해 관류될 수 있거나 관류되는 온도 제어 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차 측 전기 에너지 저장 장치의 온도 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 온도 제어 유닛 측 열 교환 표면을 따라서, 또는 상기 온도 제어 유닛(3)의 하류에 연결되는 열 교환기(4)의 열 교환 표면을 따라서 상기 또는 어느 하나의 온도 제어 매체를 이송하기 위한 적어도 하나의 제1 이송 유닛(6)을 특징으로 하는 자동차 측 전기 에너지 저장 장치의 온도 제어 장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 제어 액체 저장 용기(7)와 상기 열 교환기(8)를 연결하는 상기 또는 어느 하나의 온도 제어 회로를 통해 온도 제어 액체를 이송하기 위한 적어도 하나의 추가 이송 유닛(10)을 특징으로 하는 자동차 측 전기 에너지 저장 장치의 온도 제어 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 제어 액체는 물이거나, 또는 물과 적어도 하나의 유기 액체, 특히 글리콜로 이루어진 혼합물인 것을 특징으로 하는 자동차 측 전기 에너지 저장 장치의 온도 제어 장치.
  8. 적어도 하나의 자동차 측 전기 에너지 저장 장치(2)와, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따르는 적어도 하나의 장치(1)를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 바깥쪽을 향해 폐쇄될 수 있거나 폐쇄되는 수용 챔버(15)를 포함하여 상기 적어도 하나의 전기 에너지 저장 장치(2) 및 상기 장치(1)를 수용하기 위한 수용 유닛(16)을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 따르는 적어도 하나의 에너지 저장 시스템을 포함하는 자동차(12).
  11. 제10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 온도 제어 액체 저장 용기(7)는, 자동차 측 대상의 온도 제어를 위한 적어도 하나의 자동차 측 온도 제어 유닛(14), 특히 적어도 하나의 자동차 측 스티어링 휠 온도 제어 유닛, 시트 온도 제어 유닛 또는 미러 온도 제어 유닛과, 및/또는 자동차 측 차실 영역, 특히 적어도 하나의 자동차 측 공기 조화 시스템, 및/또는 자동차(12)의 차체(11), 특히 자동차(12)의 차체(11)의 적어도 하나의 노출된 외부 표면의 온도 제어를 위한 자동차 측 온도 제어 유닛(13)과, 및/또는 자동차 측 구동 장치와 열적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차.
  12. 제11항에 있어서, 상기 자동차(12)의 차체(11)의 노출된 외부 표면이면서 상기 적어도 하나의 온도 제어 액체 저장 용기(7)와 열적으로 결합되는 상기 외부 표면 내에, 또는 상기 외부 표면을 포함하는 자동차 측 부품 내에, 상기 온도 제어 액체 저장 용기(7)와 열적으로 결합되는 적어도 하나의 열 교환기가 통합되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 자동차(12)의 차체(11)의 노출된 외부 표면이면서 상기 적어도 하나의 온도 제어 액체 저장 용기(7)와 열적으로 결합되는 상기 외부 표면은 상기 자동차(12)의 저면인 것을 특징으로 하는 자동차.
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