KR20220127916A - Hvac 시스템을 갖는 전기화학 발전기를 구비한 전기 차량을 위한 열 에너지 회수 및 조절하기 위한 디바이스 - Google Patents

Hvac 시스템을 갖는 전기화학 발전기를 구비한 전기 차량을 위한 열 에너지 회수 및 조절하기 위한 디바이스 Download PDF

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렉스에 가쉬
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벨레노스 클린 파워 홀딩 아게
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Abstract

본 발명은 유체가 순환하는 전기화학 발전기를 갖는 전기 차량의 열 에너지 회수 및 조절 디바이스에 관한 것이며, 공조 회로는 적어도 하나의 외부 응축기/증발기 (2), 압축기 (4), 객실을 가열하도록 의도된 내부 응축기 (6), 내부 응축기 (6) 의 하류에 제공된 제 1 팽창 오리피스 (8), 객실을 냉각하도록 의도된 내부 증발기 (14), 및 내부 증발기 (14) 의 상류에 제공된 제 2 팽창 오리피스 (12) 를 포함한다. 상기 조절 디바이스는 전기화학 발전기, 전기 모터 (5), 전자 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 를 가열하기 위한 제 1 가열 또는 열 에너지 회수 회로, 및 전기화학 발전기, 전기 모터, 전자 회로 및 제동 회로를 냉각하기 위한 제 2 냉각 또는 열 에너지 회수 회로를 더 포함한다. 복수의 밸브들 (24, 28, 32, 20) 은 공조 회로를 제 1 가열 회로 및 제 2 냉각 회로 중 일방 또는 타방과 연통할 수 있도록 배열되고, 상기 밸브들 (24, 28, 32, 20) 을 제어하기 위한 수단은, 전기화학 발전기 (1), 전기 모터, 전자 회로 및 제동 회로의 온도에 따라서, 가열 작동을 위한 제 1 가열 회로에서 공조 회로로부터의 유체의 순환 뿐만 아니라 냉각 작동을 위한 제 2 냉각 회로에서 공조 회로로부터의 유체의 순환을 허용하도록 배열된다.

Description

HVAC 시스템을 갖는 전기화학 발전기를 구비한 전기 차량을 위한 열 에너지 회수 및 조절하기 위한 디바이스
본 발명은 HVAC 시스템을 갖는 배터리, 연료 전지 또는 하이브리드와 같은 전기화학 발전기를 구비한 전기 차량의 열 에너지를 회수 및 조절하기 위한 디바이스에 관한 것이다. 열 에너지를 회수 및 조절하기 위한 디바이스는, 유체가 순환하는, 차량 객실용 HVAC (heating-ventilation-air conditioning-cooling) 시스템의 공조 회로를 포함하고, 공조 회로는 적어도 하나의 외부 응축기-증발기, 압축기, 객실을 가열하기 위한 내부 응축기, 내부 응축기와 외부 응축기/증발기 사이의 내부 응축기의 하류에 제공되는 제 1 팽창 오리피스, 객실을 냉각하도록 의도된 내부 증발기, 및 외부 응축기/증발기와 내부 증발기 사이의 내부 증발기의 상류에 제공되는 제 2 팽창 오리피스를 포함한다.
이러한 디바이스들은 당업자에게 공지되어 있고, 특히 전기 가열 시스템을 많은 전기를 소비하는 가열 요소들로 대체하기 위한 전기 또는 하이브리드 차량에 사용된다. HVAC 시스템은 또한 여름철에 공조기로 자체 변형시키는 이점을 갖는다. HVAC 시스템은 차량의 전기 에너지 소비를 최적화하면서 차량 객실의 온도를 조절하는데 가장 효과적이다. 따라서, 이들은 그 범위를 증가시키는 것을 가능하게 한다.
전기 또는 하이브리드 차량의 범위를 증가시키기 위한 목적을 위해, 또한 그 온도를 조절함으로써 전기화학 발전기의 에너지 효율을 최적화하는 것이 고려된다. 이는 전기화학 발전기의 기능에 큰 영향을 미치기 때문이고: 전기화학 발전기는 온도가 너무 높으면 냉각되고, 온도가 너무 낮으면 가열되어야 한다. 특히, 겨울철에는 전기화학 발전기의 온도가 지나치게 낮아져 효율이 매우 크게 저하되어 차량의 범위가 절반으로 감소할 수 있다. 또한, 전기화학 발전기가 배터리인 경우, 배터리의 충전 시간에 따른 충전 상태의 곡선은 온도에 따라 충전 시간이 증가한다는 것을 나타낸다. 또한, 충전 동안의 온도 상승 때문에, 충전 시간은 충전의 80% 에 도달하는데 비교적 빠르지만, 충전의 100% 에 도달하는데 매우 길다.
이와 관련하여, 특허 CH 711 726 B1 은 선행 기술로서 이하에 상세히 설명되는 바와 같이, 도 1 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 전기 차량의, 배터리 또는 연료 전지 또는 하이브리드와 같은 전기화학 발전기의 온도를 조절하기 위한 디바이스를 기술한다.
예를 들어, 도 1 을 참조하면, 전기 또는 하이브리드 차량의 전기화학 발전기의 온도를 조절하기 위한 디바이스는 차량 객실용 HVAC 시스템의 공조 회로를 포함한다. 도 1 은 예를 들어 차량이 정지된 상태에서 충전 중인 배터리를 가열하는 방법을 도시한다.
보다 구체적으로, 공조 회로는, 제 1 루프에서, 유체의 순환 방향으로, 일반적으로 차량의 전방에 위치된 외부 응축기/증발기 (2), 축압기 (3), 압축기(4), 객실을 가열하도록 의도된 바람직하게는 고속, 내부 응축기 (6), 및 내부 응축기 (6) 와 외부 응축기/증발기 (2) 사이에서, 내부 응축기의 하류에 제공된 제 1 팽창 오리피스 (8) 를 포함한다. 바이패스 (10) 는 제 1 팽창 오리피스 (8) 에서, 내부 응축기 (6) 와 외부 응축기/증발기 (2) 사이에 제공된다. 제 2 루프는, 외부 응축기/증발기 (2) 와 내부 증발기 (14) 사이에서 내부 증발기 (14) 의 상류에 제공된 제 2 팽창 오리피스 (12) 를 포함하고, 이는 객실을 냉각하도록 의도된다. 공조 유닛의 팬 (16) 은 내부 증발기 (14) 에 제공된다. 다양한 요소들은 냉매 기체와 같은 냉각 유체가 순환하는 도관들에 의해 함께 연결된다. 제 1 루프 또는 제 2 루프 및 바이패스에서의 순환은 한 세트의 밸브들 (18, 20, 21, 28, 32, 36, 38) 에 의해 제어된다. 밸브들 (18, 20) 은 제 1 루프와 제 2 루프의 교차점에 제공되고, 밸브 (21) 는 제 1 팽창 오리피스 (8) 의 상류에 제 1 루프와 바이패스 (10) 의 교차점에 제공된다. 이들 밸브들은, 예를 들어 적어도 4 방향을 갖는 밸브 (20) 를 제외하고 적어도 3 방향을 갖는 예를 들어 솔레노이드 밸브들이다.
이 실시형태에서 도관들 내의 기체 유체의 순환은 차량이 정지된 상태에서 충전 중인 배터리를 가열하는 이 방법에 대해 더 어두운 선으로 도 1 에 도시되어 있다는 점에 유의해야 한다. 이하의 도 2 내지 도 5 도 동일하게 적용된다.
조절 디바이스는, 공조 회로에서와 동일한 유체가 순환할 수 있는, 전기화학 발전기 (1) 를 가열하기 위한 제 1 회로를 더 포함한다. 전기화학 발전기를 가열하기 위한 제 1 회로는, 유체의 순환 방향으로, 전기화학 발전기 (1) 와 연관된 열전달 요소에 유체 (22) 를 공급하기 위한 제 1 도관을 포함한다. 제 1 공급 도관 (22) 은 3-방향 밸브 (24) 에 의해 압축기 (4) 와 내부 응축기 (6) 사이에 제공된 제 1 출구, 및 열전달 요소로부터 유체 (26) 를 배출하기 위한 제 1 도관에 연결된다. 제 1 배출 도관 (26) 은 3-방향 밸브 (28) 에 의해 내부 응축기 (6) 와 제 1 팽창 오리피스 (8) 사이에 제공된 제 1 입구에 연결된다.
조절 디바이스는, 동일한 유체가 공조 회로에서와 같이 순환할 수 있는, 전기화학 발전기 (1) 를 냉각하기 위한 제 2 회로를 더 포함한다. 전기화학 발전기 (1) 를 냉각하기 위한 제 2 회로는, 유체의 순환 방향으로, 전기화학 발전기 (1) 와 연관된 열전달 요소에 유체 (30) 를 공급하기 위한 제 2 도관을 포함한다. 제 1 공급 도관 (30) 은 3-방향 밸브 (32) 에 의해 제 2 팽창 오리피스 (12) 와 내부 증발기 (14) 사이에 제공된 제 2 출구, 및 열전달 요소로부터 유체 (34) 를 배출하기 위한 제 2 도관에 연결된다. 제 2 배출 도관 (34) 은 4-방향 밸브로 구성된 밸브 (20) 에 의해 내부 증발기 (14) 와 압축기 (4) 사이에서 내부 증발기 (14) 의 하류에 제공된 제 2 입구에 연결된다.
이러한 설명을 위해, 비록 일반적으로 공조를 위해, 이것이 주로 제 2 팽창 오리피스 (12) (감압기) 를 통한 기체의 통과에 관한 것일지라도, 공조 회로는 제 1 가열 회로 및 제 2 냉각 회로를 포함하는 것이 이해되어야 한다. 제 1 가열 회로 및 제 2 냉각 회로는 서로 끼워맞춤되고, 그들의 기능을 달성하기 위한 제어 수단에 의해 다양한 밸브들의 제어에 의존한다.
전기화학 발전기 (1) 의 열전달 요소에 유체를 공급하는 제 1 도관 (22) 및 제 2 도관 (30) 은 3-방향 밸브 (36) 에 의해서만 상기 열전달 요소에 연결된다. 마찬가지로, 열전달 요소로부터 유체를 배출하는 제 1 도관 (26) 및 제 2 도관 (34) 은 3-방향 밸브 (38) 에 의해서만 상기 열전달 요소에 연결된다. 열전달 요소에 별개의 그리고 독립적인 연결들을 제공하는 것이 또한 가능하다. 열교환을 촉진하기 위해 밸브들 (36, 38) 과 전기화학 발전기 (1) 사이에 교환기를 제공하는 것이 또한 가능하다.
밸브들 (24, 28, 32, 20) 은 공조 회로를 전기화학 발전기 (1) 의 제 1 가열 회로 및 제 2 냉각 회로 중 일방 또는 타방과 연통시킬 수 있도록 배열된 밸브들을 구성한다.
조절 디바이스는 전기화학 발전기 (1) 의 온도에 따라, 전기화학 발전기 (1) 를 가열하기 위한 제 1 가열 회로에서 공조 회로의 유체의 순환 및/또는 전기화학 발전기 (1) 를 냉각하기 위한 제 2 냉각 회로에서 공조 회로의 유체의 순환을 허용하여 그 온도를 조절하도록 배열된 밸브들 (24, 28, 32, 20, 36, 38) 을 제어하기 위한 수단을 포함한다.
공조 회로의 밸브들을 제어하기 위한 다른 수단이 전기화학 발전기의 온도의 조절에 더하여, 객실의 온도를 조절하기 위한 상기 밸브들 (18, 20 및 21) 의 기능을 위해 제공된다.
제어 수단은 차량의 정지 또는 주행 여부에 따라 그리고 배터리 또는 연료 전지의 존재에 따라 추구되는 효과에 따라 밸브들을 작동시키기 위해 전기화학 발전기 (1) 의 온도 센서와 연관된다. 도 1 내지 도 5 에 따르면, 실시형태들에서 도관들 내의 기체 유체의 순환은 더 어두운 선들로 도시된다. 도 1 은 차량 정지 상태에서 충전 중인 배터리 (1) 에 대한 가열 모드를 도시한다. 도 2 는 차량 정지 상태에서 충전 중인 배터리 (1) 에 대한 냉각 모드를 도시한다. 도 3 은 객실의 가열 모드 및 차량 주행 상태에서 배터리 (1) 의 가열을 도시한다. 도 4 는 차량이 주행중인 객실 공조 및 배터리 (1) 냉각을 위한 모드를 도시한다. 마지막으로, 도 5 는 차량이 주행중인 객실 가열 및 배터리 (1) 냉각을 위한 모드를 도시한다.
보다 구체적으로는, 차량이 정지될 때, 밸브들, 압축기 (4) 및 모든 전자 부품들을 제어하기 위한 수단은 메인에 기능하도록 배열되며, 차량은 메인에 연결되거나 그렇지 않다.
밸브들을 제어하기 위한 수단은, 차량이 정지될 때, 내부 응축기 (6) 및 내부 증발기 (14) 가 객실의 온도의 조절에 비하여 작동하지 않게 하여 배터리 가열 또는 냉각 모드만이 작동하도록 배열될 수 있다.
외부 온도가 저온일 때, 차량의 시동을 용이하게 하기 위해 배터리 또는 연료 전지를 가열할 뿐만 아니라, 충전의 효율을 향상시키기 위해 배터리를 가열할 필요가 있다. 전기화학 발전기 (1) 에 대한 가열 모드의 경우에, 차량은 정지되고, 배터리의 경우에, 상기 배터리는 도 1 에 따라서 충전 중에 있을 수 있고, 밸브들을 제어하기 위한 수단은, 저온 공기 (A) 와 접촉하는 외부 응축기/증발기 (2) 를 통과하는 유체가 밸브들 (18 및 20) 을 통해 축압기 (3) 를 향해 유동한 후, 압축시키는 압축기 (4) 에서 유동하여 가열되고, 이어서 밸브 (24) 를 통해 전기화학 발전기의 가열 회로를 공급하는 제 1 도관 (22) 으로 보내져서, 밸브 (36) 를 통해 전기화학 발전기 (1) 의 열전달 요소까지 보내지도록 배열된다. 이러한 통과 동안, 유체는 열전달 요소를 재가열하고, 이는 전기화학 발전기 (1) 를 가열한다. 그 후, 유체는 밸브 (38) 를 통해 전기화학 발전기 (1) 의 가열 회로의 제 1 배출 도관 (26) 내에서 순환하고, 밸브들 (28, 21) 을 통해 공조 회로와 합류하고, 제 1 팽창 오리피스 (8) 를 통과함으로써 외부 응축기/증발기 (2) 로 되돌아온다. 이 모드에서, 내부 응축기 (6) 및 증발기 (14) 는 비활성이다.
시동시에, 전기화학 발전기가 너무 뜨겁거나, 충전 시간에 배터리가 너무 뜨거우면, 과도하게 뜨거운 외부 공기로 전기화학 발전기가 냉각되어야 하기 때문에, 밸브들을 제어하는 수단은 전기화학 발전기 냉각 모드로 진입하도록 배열되고, 차량은 정지된다. 배터리의 경우에, 상기 배터리는 도 2 에 따라 충전 중일 수 있다. 그 후, 밸브들을 제어하는 수단은, 고온 공기 (B) 와 접촉하는 외부 응축기/증발기 (2) 를 통과하는 유체가 밸브 (36) 를 통해 배터리 (1) 의 열전달 요소까지, 밸브 (18), 냉각되는 제 2 팽창 오리피스 (12), 및 밸브 (32) 를 통해 전기화학 발전기의 냉각 회로를 공급하는 제 2 도관 (30) 을 향해 순환하도록 배열된다. 유체가 통과함에 따라, 유체는 열전달 요소를 냉각하고, 이는 전기화학 발전기 (1) 를 냉각한다. 그 후, 유체는 밸브 (38) 를 통해 냉각 회로의 제 2 배출 도관 (34) 내로 유동하고, 밸브 (20) 를 통해 공조 회로에 재합류하여, 축압기 (3) 및 압축시키는 압축기 (4) 를 통과하고, 밸브 (24) 를 통해 내부 응축기 (6) 를 통과하며, 상기 내부 응축기는 폐색기 (40) 에 의해 객실의 조절에 비하여 작동되지 않게 된다. 그 다음, 유체는 밸브들 (21, 28) 을 통해 바이패스 (10) 내로 유동한 후, 제 1 팽창 오리피스 (8) 를 통과하지 않고 외부 응축기/증발기 (2) 로 되돌아온다. 이 모드에서, 내부 응축기 (6) 및 증발기 (14) 는 객실의 온도의 조절에 비하여 활성이 아니다.
전기화학 발전기가 배터리인 경우, 밸브들을 제어하는 수단은, 최적의 충전 온도에 도달할 때까지 배터리를 가열하기 위해 제 1 가열 회로에서의 유체 순환을 허용하도록 그리고 가능한 짧은 시간에 배터리를 충전하기 위해 최적의 충전 온도를 회복하기 위해 배터리를 냉각시키기 위해 제 2 냉각 회로에서 공조 회로의 유체 순환을 허용하도록 배열된다. 이 경우에, 밸브를 제어하는 수단은, 도 1 에 따라서, 차량이 정지되고 배터리가 충전 중인 배터리 가열 모드에서부터, 도 2 에 따라서, 차량이 정지되고 배터리가 충전 중인 배터리 냉각 모드로 그리고 그 반대로, 가능한 짧은 시간에 배터리를 충전하기 위해 유지되어야 하는 배터리의 최적 온도에 따라 자동으로, 이동하도록 배열된다. 배터리의 최적 충전 온도는 5 내지 25℃ 일 수 있다.
전술한 다양한 경우에, 밸브들을 제어하는 수단은 임의의 인간의 행위 없이 자동으로 관리된다. 이는 특히 배터리의 온도를 이상적인 충전 온도로 유지하기 위해 사용된다.
차량이 정지되면, 객실의 온도를 조절하기 위하여 전기화학 발전기 (1) 에 의해 공급되는 열 에너지를 이용할 수 있다. 따라서, 충분히 가열하기 위해 배터리 충전 시간을 프로그래밍할 수 있고, 객실을 가열하기 위해 또는 충분히 냉각하기 위해 배터리의 충전 동안 배터리에 의해 발산되는 열을 이용하고, 객실을 냉각하기 위해 배터리의 충전 동안 배터리에 의해 발산되는 냉기를 이용할 수 있다. 이 경우에, 밸브들을 제어하는 수단은, 차량이 정지될 때 내부 응축기 (6) 및 내부 증발기 (14) 의 기능을 허용하도록 그리고 전기화학 발전기 (1) 의 온도에 더하여 객실의 온도를 조절하도록 배열된다. 따라서, 객실의 온도는 사용자가 차량을 시동하기 위해 차량에 탑승할 때 편안하다.
차량이 주행할 때, 밸브들을 제어하는 수단과 압축기 (4) 는 전기화학 발전기에 기능하도록 배열된다.
다른 변형예에 따라서, 밸브들을 제어하는 수단은, 차량이 주행중일 때 내부 응축기 (6) 및 내부 증발기 (14) 의 기능을 허용하도록 그리고 전기화학 발전기의 온도에 더하여 객실의 온도를 조절하도록 배열된다.
보다 구체적으로, 외부 온도가 저온일 때, 밸브들을 제어하는 수단은, 도 3 에 도시된 바와 같이, HVAC 시스템을 객실 가열 모드로 변경하도록 그리고 차량이 주행할 때 객실과 전기화학 발전기를 가열하기 위해 전기화학 발전기의 제 1 가열 회로에서 공조 회로의 유체의 순환을 허용하도록 배열된다. 객실 및 전기화학 발전기를 가열하기 위한 모드의 경우에, 밸브들을 제어하는 수단은, 응축기/증발기 (2) 를 통과하고 냉기 (A) 와 접촉하는 유체가 밸브들 (18, 20) 을 통해 축압기 (3) 를 향해 유동한 후, 압축시키는 압축기 (4) 로 유동하여 가열되고, 이어서 밸브 (24) 를 통해, 첫째로 전기화학 발전기의 가열 회로를 공급하는 제 1 도관 (22) 내로 보내져서 밸브 (36) 를 통해 전기화학 발전기 (1) 의 열전달 요소까지 보내어지고 그리고 둘째로 내부 응축기 (6) 내로 보내지도록 배열된다. 공조 유닛 (16) 의 팬은 개방되도록 배열되어, C 에서 진입하는 냉기가 이를 가열하기 위해 객실 내로 보내지기 전에 내부 응축기 (6) 를 통과함으로써 가열된다. 그런 다음, 유체는 다시 제 1 팽창 오리피스 (8) 를 통과하여 외부 응축기/증발기 (2) 의 방향으로 빠져나간다. 전기화학 발전기의 가열 회로에서, 유체는 열전달 요소를 재가열하고, 이는 전기화학 발전기 (1) 를 가열한다. 그 후, 유체는 밸브 (38) 를 통해 전기화학 발전기의 가열 회로의 제 1 배출 도관 (26) 내에서 유동하고, 밸브들 (28, 21) 을 통해 공조 회로와 재합류하고, 제 1 팽창 오리피스 (8) 를 통과함으로써 외부 응축기/증발기 (2) 로 되돌아온다. 이 모드에서, 내부 응축기 (6) 는 객실의 온도의 조절에 비하여 활성이다. 이러한 모드에서, 조절 디바이스는 더 나은 효율을 보장하기 위해 최적의 온도로 유지하기 위해 한편으로 객실을 가열하기 위해 열을 생성하고 다른 한편으로 전기화학 발전기를 가열할 수 있게 한다.
전기화학 발전기가 너무 뜨거워지면, 차량이 주행할 때, 예를 들어 매우 높은 견인 전력 부하 (traction power load) 로 인해, 또는 외부 공기가 너무 뜨거워서, 전기화학 발전기가 냉각되어야 하고, 그 후 밸브들을 제어하는 수단은 HVAC 시스템을 객실 공조 모드로 이동시키도록 배열된다. 또한, 이는 도 4 에 따라서, 객실과 전기화학 발전기를 냉각시키기 위해 전기화학 발전기의 제 2 냉각 회로에서 공조 회로의 유체 순환을 가능하게 한다. 그 후, 밸브들을 제어하는 수단은, 고온 공기 (B) 와 접촉하는 외부 응축기/증발기 (2) 를 통과하는 유체가 밸브 (18) 를 통해, 냉각시키는 제 2 팽창 오리피스 (12) 로 배향되고, 그 후 유체가 밸브 (32) 로 배향되도록 배열되고, 여기서 유체는 첫째로 전기화학 발전기의 냉각 회로를 공급하는 제 2 도관 (30) 을 향해 밸브 (36) 를 통해 전기화학 발전기 (1) 의 열 전달 요소까지, 그리고 두번째로 내부 증발기 (14) 를 향해 분할된다. 공조 유닛 (16) 의 팬은 개방되도록 배열되어, D 에서 진입하는 열기가 이를 냉각하기 위해 객실 내로 보내지기 전에 내부 증발기 (14) 를 통과함으로써 냉각된다. 그런 다음 유체는 밸브 (20) 를 통해 다시 공조 회로 내로 이동한다. 전기화학 발전기 (1) 의 냉각 회로와 나란히, 유체는 전기화학 발전기 (1) 를 냉각시킨 후, 밸브 (38) 를 통해 냉각 회로의 제 2 배출 도관 (34) 내로 유동하고, 밸브 (20) 를 통해 공조 회로에 재합류하여, 내부 증발기 (14) 로부터 나오는 유체와 함께, 밸브 (24) 를 통해 축압기 (3), 압축시키는 압축기 (4), 및 내부 응축기 (6) 를 통과하며, 상기 내부 응축기는 폐색기 (40) 에 의한 객실의 조절에 비하여 작동 불가능하게 된다. 그 다음, 유체는 밸브들 (21, 28) 을 통해 바이패스 (10) 내로 유동한 후, 제 1 팽창 오리피스 (8) 를 통과하지 않고 외부 응축기/증발기 (2) 로 되돌아간다. 이러한 모드에서, 조절 디바이스는 더 나은 효율을 보장하기 위해 최적의 온도로 유지하기 위해 한편으로 객실을 냉각하기 위해 냉기를 생성하고 다른 한편으로 전기화학 발전기를 냉각할 수 있게 한다.
예를 들어 집중적인 기능 때문에, 차량 주행 중에 전기화학 발전기가 너무 뜨거워지면, 전기화학 발전기는 냉각되어야 하지만 외부 공기는 냉각되고 객실은 가열되어야 하고, 그 후 밸브들을 제어하는 수단은, 도 5 에 따라서, HVAC 시스템을 객실 가열 모드로 이동시키도록 그리고 객실을 가열하고 전기화학 발전기를 냉각시키기 위해 전기화학 발전기의 제 2 냉각 회로에서 공조 회로의 유체의 순환을 허용하도록 배열된다. 그 후, 밸브들을 제어하는 수단은, 냉기 (A) 와 접촉하여 응축기/증발기 (2) 를 통과하는 유체가 밸브 (18) 를 통해 첫째로 밸브 (20) 로 직접 그리고 두번째로 냉각시키는 제 2 팽창 오리피스 (12) 로 지향되도록 그리고 이어서 밸브 (32) 를 통해, 전기화학 발전기의 냉각 회로를 밸브 (36) 를 통해 전기화학 발전기 (1) 의 열전달 요소까지 공급하는 제 2 도관 (30) 내에서 지향되도록 배열된다. 전기화학 발전기 (1) 를 냉각시킨 후에, 유체는 밸브 (38) 를 통해 냉각 회로의 제 2 배출 도관 (34) 내로 유동하고, 밸브 (20) 를 통해 공조 회로에 재합류하여, 밸브 (18) 로부터 직접 나온 유체와 함께, 밸브 (24) 를 통해 축압기 (3), 압축시키는 압축기 (4), 및 내부 응축기 (6) 를 통과한다. 공조 유닛 (16) 의 팬은 개방되도록 배열되어, E 에서 진입하는 냉기가, 이를 가열하기 위해 객실 내로 보내지기 전에 내부 응축기 (6) 를 통과하면서 가열된다. 그 다음, 유체는 밸브 (21) 를 통해 제 1 팽창 오리피스 (8) 를 통과하고 외부 응축기/증발기 (2) 로 되돌아온다. 이러한 모드에서, 조절 디바이스는, 최적의 효율을 보장하기 위해 최적의 온도로 유지되도록, 한편으로는 객실을 가열하기 위해 열을 생성할 수 있고 다른 한편으로 전기화학 발전기를 냉각하기 위해 냉기를 생성할 수 있고, 전기화학 발전기에 의해 생성된 열은 객실을 가열하기 위해 사용된다.
자동차가 주행하는 온도를 조절하기 위한 이들 3 개의 모드들에서, 밸브들을 제어하는 수단은 반자동으로 관리되고, 사용자는 객실의 온도를 조절하기 위해 HVAC 시스템을 가열 모드로 또는 객실 공조 모드로 이동시키도록 작동하고, 전기화학 발전기의 온도는 온도 센서들에 의해 자동으로 제어된다.
특허 US 10,168,079 B2 는, 특히 배터리를 위한 냉동 사이클을 갖는 디바이스를 기재한다. 그러나, 예를 들어 배터리 또는 차량의 격실을 가열하거나 냉각하기 위해 차량 요소로부터 열 에너지를 회수하기 위한 제공되지 않는다. 또한, 배터리의 온도를 정확하게 조절할 수 있는 가능성 없이, 매우 대략적인 기체-공기 교환기만을 공조 회로에 사용한다.
본 발명의 목적은, 특히 공지된 전기 또는 하이브리드 차량을 구비하는 전기화학 발전기의 다양한 단점을 극복하는 것이고, 차량의 전체 효율을 최적화하고 객실 내의 온도를 조절하기 위한 양 (positive) 의 에너지로 열 손실을 변환시키기 위해, 가열 회로 또는 냉각 회로 내에서, 또한 열 에너지를 회복 및 조절하기 위해, 차량의 적어도 하나의 전기 모터 및 적어도 하나의 전자 제어 회로 및 전기화학 발전기를 연결하기 위해 제공하는 것이다.
보다 구체적으로는, 본 발명의 목적은, 전기화학 발전기의 에너지 효율을 최적화하기 위해, 특히 전기화학 발전기에 대한 열 에너지의 회수를 가능하게 하는 HVAC 시스템을 갖는, 배터리 또는 연료 전지 또는 하이브리드와 같은 전기화학 발전기를 갖는 전기 차량의 열 에너지를 회수 및 조절하기 위한 디바이스를 제공하는 것이다. 가열 또는 냉각 열 에너지의 회수는, 또한 차량의 범위를 증가시키기 위해, 전기화학 발전기와 관련하여 또는 심지어 제동 에너지와 관련하여 적어도 전기 모터 및 적어도 전자 제어 회로에 대하여 제공된다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전기화학 발전기가 배터리인 경우, 충전 시간을 최적화하고 가능한 한 짧게 하기 위해 배터리가 충전될 때, 열 에너지를 회수하기 위한 디바이스를 제공하는 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 독립항 1 의 특징을 포함하는 전기화학 발전기를 구비한 전기 차량의 열 에너지를 회수 및 조절하기 위한 디바이스에 관한 것이다.
열 에너지 회수 및 조절 디바이스의 특정 실시형태들은 종속항 2 내지 11 에 규정되어 있다.
따라서, 본 발명의 열 에너지 회수 및 조절 디바이스는 전기화학 발전기의 에너지 효율을 최적화할 수 있도록 하고, 전기 견인 모터 및 전자 제어 회로와 연계하여 차량의 범위를 증사시킬 수 있다. 또한, 전기화학 발전기가 배터리인 경우, 본 발명의 열 에너지 회수 및 조절 디바이스는 배터리 충전 시간을 가능한 한 짧게 함으로써 배터리 충전 시간을 최적화시킬 수 있다.
열 에너지 회수 및 조절 디바이스의 일 장점은, 전자 제어 견인 모터가 배터리로 가열 회로 또는 냉각 회로에 연결된다는 사실에 있고, 이는 열 에너지의 어떠한 손실도 피할 수 있게 하고 차량이 배터리의 또 다른 충전 전에 차량의 범위를 증가시킴을 보장할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은, 간단한 예시적이고 비제한적인 실시예로서 제공된 본 발명의 다양한 실시형태들의 이하의 설명과 첨부된 도면을 읽을 때 더욱 명백해질 것이다.
도 1 은 선행 기술의, 차량이 정지되어 있고 배터리가 충전 중인, 전기 차량의 전기화학 발전기의 온도를 조절하기 위한 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 2 은 선행 기술의, 차량이 정지되어 있고 배터리가 충전 중인, 전기 차량의 전기화학 발전기의 온도를 조절하기 위한 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 3 은 선행 기술의, 차량이 주행 중인, 전기 차량의 전기화학 발전기의 온도를 조절하기 위한 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 4 은 선행 기술의, 차량이 주행 중인, 전기 차량의 전기화학 발전기의 온도를 조절하기 위한 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 5 은 선행 기술의, 차량이 주행 중인, 전기 차량의 전기화학 발전기의 온도를 조절하기 위한 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 6 은 본 발명에 따른 전기화학 발전기를 구비한 전기 차량의 열 에너지를 회수 및 조절하기 위한 디바이스의 제 1 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 7 은 본 발명에 따른 전기화학 발전기를 구비한 전기 차량의 열 에너지를 회수 및 조절하기 위한 디바이스의 제 2 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 8 은 본 발명에 따른 전기화학 발전기를 구비한 전기 차량의 열 에너지를 회수 및 조절하기 위한 디바이스의 제 3 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 9 는 본 발명에 따른 모터에 의해 전기화학 발전기의 직접 충전 및 제동 회로의 열 에너지 회수를 위한 전기 모터, 전자장치, 전기화학 발전기 및 제동 회로의 배열을 도시한다.
본 명세서에서, 전기화학 발전기라는 용어는, 배터리 또는 연료 전지와는 상이하게, 도면부호 1 로 도면들에 지칭되는, 전기 하이브리드 차량에 사용되는 배터리들 및 연료 전지들을 나타낸다. 또한, 선행 기술의 도 1 내지 도 5 를 참조하여 설명한 바와 같이, 전기화학 발전기를 위한 온도 조절 디바이스가 아닌 열 에너지 회수 및 조절 디바이스를 규정한다.
본 발명의 전기화학 발전기를 구비한 차량의 열 에너지 회수 및 조절 디바이스는 선행 기술의 이전의 도 1 내지 도 5 를 참조하여 설명한 바와 동일한 공조 회로를 포함한다. 이로 인해, 이전의 도면 1 내지 5 에 의해 도시된 다양한 실시형태 및 상기 디바이스의 모든 부품들은 전체적으로 반복되지는 않을 것이다. 공조 회로들에 관한 디바이스의 다양한 요소들의 기능에 관한 모든 것은 동일하고 반복되지 않을 것이다. 공조 회로의 디바이스의 가열 회로 또는 냉각 회로와 관련된 신규한 부품들 및 디바이스의 다른 부품에 에너지를 공급하기 위해 에너지를 회수하는 능력에 대해서만 상세히 설명될 것이다. 본 발명의 중요성은 열 에너지의 어떠한 상당한 손실 없이, 예를 들어 전기 차량의 객실을 가열 또는 냉각하기 위해 가열 회로 또는 냉각 회로에 연결된 작동 중인 특정 부품들의 가열 또는 냉각 열 에너지를 사용할 수 있는 것이다.
도 6 은 차량 객실의 HVAC 시스템의 공조 회로를 포함하는 전기화학 발전기 (1) 를 갖는 차량의 신규한 열 에너지 회수 및 조절 디바이스의 제 1 실시형태를 도시한다. 예를 들어, 도 6 에 도시되고 원칙적으로 도 5 에 대응하는 이 제 1 실시형태에 따르면, 객실을 가열하고 전기화학 발전기 (1) 를 냉각하기 위한 방법이 적어도 하나의 전기 모터 (5) 및 적어도 하나의 전자 회로 (7) 또는 전자 장비와 함께 제시된다. 그러나, 도 6 의 모든 부품들은 전기화학 발전기 (1) 와 함께 적어도 전기 모터 (5) 및 적어도 전자 회로 (7) 의 새로운 배열로 설명된다. 전기 모터 또는 모터들 (5) 은 차량의 견인을 위한 것인 반면, 전자 회로 (7) 는 전기 모터 또는 모터들 (5) 을 제어하는 역할을 할 수 있다.
따라서, 도 1 내지 도 5 를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 공조 회로는 유체가 순환하는 차량의 객실의 HVAC 시스템의 공조 회로를 포함한다. 유체, 예를 들어 냉매, 예컨대 냉매 기체는 특히 다양한 도관들에서 순환한다. 이러한 공조 회로는 차량의 전방에 일반적으로 위치된 적어도 하나의 외부 응축기/증발기 (2), 압축기 (4), 객실을 가열하기 위한 바람직하게는 고속, 내부 응축기 (6), 내부 응축기 (6) 와 외부 응축기/증발기 (2) 사이에서 내부 응축기 (6) 의 하류에 제공된 제 1 팽창 오리피스 (8), 객실을 냉각하기 위한 내부 증발기 (14), 및 외부 응축기/증발기 (2) 와 내부 증발기 (14) 사이에서 내부 증발기 (14) 의 상류에 제공된 제 2 팽창 오리피스 (12) 를 포함한다.
열 에너지 회수 및 조절 디바이스는 또한 특히 전기화학 발전기 (1) 를 가열하기 위한 제 1 가열 또는 열 에너지 회수 회로, 및 유체가 순환하는, 특히 전기화학 발전기 (1) 를 냉각하기 위한 제 2 냉각 또는 열 에너지 회수 회로를 포함한다. 본 발명에 따르면, 도 6 의 이 제 1 실시형태에서, 공조 회로 및 전기화학 발전기 (1) 와 함께, 적어도 하나의 전기 모터 (5), 예를 들어 차량용 견인 모터, 및 예를 들어 제공된 전기 모터 또는 모터들을 제어하기 위한 적어도 하나의 전자 회로 (7) 가 또한 제공된다. 전자 회로 (7) 또는 전자 장비는 모터 또는 모터들 (5) 을 제어하는 전자장치 및 밸브들을 제어하는 수단, 온도 센서 또는 센서들의 제어, DC 대 DC 변환 수단, 제동 회로 또는 다른 부품들과 함께 배터리를 충전하기 위한 제어 모두에 관한 것이다.
전기 모터 또는 모터들 (5) 및 적어도 전자 회로 (7) 는 또한 전기화학 발전기 (1) 와 같이 열적 가열 또는 냉각 에너지의 회수를 위해 사용된다. 전기 모터 또는 모터들 (5) 및 적어도 전자 회로 (7) 는 후술되는 바와 같이 제 1 가열 회로 또는 제 2 냉각 회로와 함께 전기화학 발전기 (1) 와 병렬로 회로에 배열된다. 이는 이상적인 구성이며, 이는 각각의 요소의 온도를 개별적으로 측정할 수 있기 때문에, 전자 회로 (7) 또는 전기화학 발전기 (1) 로부터 모터 또는 모터들 (5) 로부터의 열 에너지의 회수에 의해 가열 또는 냉각 작동에 대해 명확하게 차별화된 적응을 허용한다.
제동 회로 (9) 는 또한 전기 모터 또는 모터들 (5), 전자 회로 또는 일반적인 전자장치들 (7) 및 전기화학 발전기 (1) 와 병렬로 제공되고 이에 연결될 수 있다. 이러한 제동 회로 (9) 는 디스크 브레이크들에 의해 또는 전기 모터 (5) 에 의한 제동에 의해 차량의 제동을 트리거링한 후에 전류가 통과하는 저항기를 본질적으로 포함한다. 도 6 에 상징적으로 도시된 전기 와이어로 연결된 저항기는 제동 시 가열되고 저항기 주변의 기체 또는 액체를 가열한다. 이러한 기체 또는 액체는 제 1 가열 회로 또는 제 2 냉각 회로의 도관들 내에서 전달되어, 배터리 (1) 를 통과하고 전기 모터 또는 모터들 (5) 및 모든 전자장치들 (7) 을 통과한다. 열 에너지는 본질적으로 공급되어, 객실에 양의 가열 에너지를 제공하기 위해 가열 또는 냉각 회로들 중 하나에서 송신될 수 있게 한다. 이러한 열 에너지는 또한 전기화학 발전기 (1) 를 가열하는 역할을 할 수 있다.
전기 차량이 고속인 경우, 전기 모터 또는 모터들 (5) 을 통한 긴급 제동으로 전기화학 발전기 (1) 를 직접 충전할 수 없는데, 이는 모터에 과도한 강한 전류가 통과하고 있기 때문이다. 도 9 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 우선 전자장치들 (7) 을 통과함으로써 전기 저항기 (9) 에 에너지를 통과시킬 있는 것이 가능하다. 모터 또는 모터들 (5) 의 출력에서 그리고 전자장치들 (7) 의 입력에서 2 개의 전력 전기 와이어들이 연결되고, 이는 2 개의 전기 와이어들에 의해, 제동 회로 (9) 의 저항기의 2 개의 와이어들을 출력부로서 연결한다. 열 에너지는 HVAC 시스템 및 제 1 가열 회로 또는 제 2 냉각 회로에 연결된 제동 회로 (9) 의 출력부에서 회수된다. 모터 또는 모터들 (5) 에서 전력이 감소할 때, 그 순간에, 전자장치들 (7) 을 통과하는 전기 모터 또는 모터들 (5) 로부터 출력된 전력으로 전기화학 발전기 (1) 의 충전을 시작할 수 있다. 따라서, 유압 브레이크가 없는 차량을 상상하는 것이 가능하며, 이는 전기화학 발전기 (1) 를 충전하기 위해 열적 또는 전기적 중 어느 하나에서 제동 에너지의 100% 를 회수할 수 있게 한다. 따라서, 전기 또는 열 에너지는 손실되지 않고 전기화학 발전기 (1) 를 충전 또는 가열하기 위한 양의 에너지를 구성한다.
4 개의 전기 모터들 (5), 즉 차량의 각 휠에 하나의 모터를 상상할 수 있고, 각 휠에 대해 매우 안전하고 독립적인 제동을 수행할 수 있다. 제동 회로 (9) 는 각각의 전기 모터 (5) 와 함께 차량의 각각의 휠에 장착될 수 있다.
도 6 내지 도 8 의 도관에서의 기체 유체와 같은 유체의 순환은 도 5 에서와 같이 제 2 냉각 회로에 대해서만 도시되어 있음을 유의해야 한다. 유체의 순환은 더 어두운 선으로 도시된다. 그러나, 제 1 가열 회로 또는 가열 열 에너지 회수 회로의 부분들이 또한 아래에서 설명된다.
전기화학 발전기 (1) 및 적어도 전자 회로 (7) 의 전기 모터 (5), 또는 심지어 제동 회로 (9) 를 가열하기 위한 제 1 가열 또는 열 에너지 회수 회로는 제 1 유체 공급 도관 (22) 을 포함한다. 이러한 제 1 유체 공급 도관 (22) 은 전기화학 발전기 (1) 와 관련된 열전달 요소에, 그리고 적어도 모터 (5) 및 적어도 전자 회로 (7) 의 도관의 일부에, 또는 심지어 제동 회로 (9) 의 도관의 일부에 유체를 전달한다. 제 1 가열 회로 또는 가열 열 에너지 회수 회로는 또한 열전달 요소로부터 그리고 적어도 모터 (5) 및 전자 회로 (7) 의 도관 부분들로부터 유체를 배출하기 위한 제 1 도관 (26) 을 포함한다. 제 1 유체 배출 도관 (26) 은 내부 응축기 (6) 와 제 1 팽창 오리피스 (8) 사이의 3-방향 복귀 밸브 (28) 의 제 1 입구에 연결된다.
제 1 공급 도관 (22) 은 압축기 (4) 와 내부 응축기 (6) 사이에 제공된 일차 3-방향 밸브 (24) 의 제 1 출구, 및 이차 4-방향 밸브 (36) 의 제 1 입구에 연결된다. 유체는 제 2 밸브 (36) 의 제 1 출구로부터 전기화학 발전기 (1) 와 연관된 열전달 요소로 전달되고, 제 2 밸브 (36) 의 제 2 출구로부터 일차 상보적인 4-방향 밸브 (37) 의 입구로 전달된다. 이러한 일차 상보적인 밸브 (37) 의 제 1 출구는 적어도 전기 모터 (5) 의 도관 부분들에 연결되는 반면, 일차 상보적인 밸브 (37) 의 제 2 출구는 적어도 전자 회로 (7) 의 도관 부분들에 연결되며, 일차 상보적인 밸브 (37) 의 제 3 출구는 전기화학 발전기 (1), 전기 모터 또는 모터들 (5) 및 전자 회로 (7) 와 병렬로 배치된 제동 회로 (9) 에 연결된다. 적어도 전기 모터 (5), 적어도 전자 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 의 출력은 일차 상보적인 4-방향 밸브 (39) 의 입구에 연결되고, 이 밸브의 출구는 연결 밸브 (41) 의 입구에 연결되며, 이 밸브의 다른 입구는 전기화학 발전기 (1) 의 열전달 요소에 연결된다. 이 연결 밸브 (41) 의 출구는 삼차 3-방향 밸브 (38) 의 제 1 입구에 연결되고, 삼차 밸브 (38) 의 제 1 출구는 밸브들 (28, 21) 을 통해 공조 회로에 합류하고 제 1 팽창 오리피스 (8) 를 통과함으로써 외부 응축기/증발기 (2) 로 되돌아온다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 전기화학 발전기 (1) 및 적어도 전기 모터 (5) 및 적어도 전자 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 의 냉각을 위한 제 2 냉각 또는 열 에너지 회수 회로는 제 2 유체 공급 도관 (30) 을 포함한다. 이러한 제 2 유체 공급 도관 (30) 은, 전기화학 발전기 (1) 와 연관된 열전달 요소에 그리고 적어도 모터 (5) 및 적어도 전자 회로 (7) 의 도관 일부에, 그리고 제동 회로 (9) 의 도관 일부에 유체를 전달한다. 제 2 냉각 회로 또는 냉각 열 에너지 회수 회로는 전기화학 발전기 (1) 와 연관된 열전달 요소로부터 적어도 모터 (5) 및 적어도 전자 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 의 도관 일부로 유체를 방출하기 위한 제 2 도관 (34) 을 포함한다.
제 2 냉각 회로 또는 냉각 열 에너지 회수 회로에 따르면, 외부 응축기/증발기 (2) 를 통과하는 유체는 제어 수단에 의해 제어되는 밸브들 (18, 20) 을 통해 축압기 (3) 로 유동하고, 이어서 압축시키는 압축기 (4) 내로 유동하며, 따라서 가열된 후 밸브 (24) 로 보내진다. 유체는 또한 밸브 (18) 를 통해 제 2 팽창 오리피스 (12) 의 방향으로 유동한다. 제 2 유체 공급 도관 (30) 은 제 2 팽창 오리피스 (12) 와 내부 증발기(14) 사이에 제공된 사차 3-방향 밸브 (32) 의 제 2 출구에 그리고 이차 4-방향 밸브 (36) 의 제 2 입구에 연결되는 반면, 열전달 요소의 제 2 유체 배출 도관 (34) 은 삼차 밸브 (38) 의 제 2 출구를 통과하고 내부 증발기 (14) 와 압축기 (4) 사이에서 내부 증발기 (14) 의 하류에 제공된 오차 4-방향 밸브 (20) 의 제 2 입구에 연결된다. 외부 응축기/증발기 (2) 에 의한 에너지 (A) 는 압축기 (4) 에서 전기화학 발전기 (1) 및 적어도 전기 모터 (5) 및 적어도 전자 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 로 구성된 조립체로부터 나오는 에너지에 추가된다. 뜨거운 유체가 밸브 (24) 를 통해 내부 응축기 (6) 에 진입하고, 밸브 (21) 를 통해 제 1 팽창 오리피스 (8) 를 통과하도록 그리고 외부 응축기/증발기 (2) 로 되돌아오도록 내부 응축기 (6) 로부터 더 차가운 상태로 배출된다.
이미 전술한 바와 같이, 복수의 밸브들 (18, 20, 21, 24, 28, 32, 36, 37, 38, 39, 41) 은 전기화학 발전기 (1) 에 대한 제 1 가열 회로 및 제 2 냉각 회로 중 일방 또는 타방 및 적어도 하나의 전기 모터 (5) 및 적어도 하나의 전자 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 와 공조 회로를 연통시킬 수 있도록 배열된다. 또한, 제 1 가열 회로 또는 제 2 냉각 회로에서 공조 회로로부터의 유체의 순환을 허용하도록 배열된 상기 밸브들 (18, 20, 21, 24, 28, 32, 36, 37, 38, 39, 41) 을 제어하기 위한 수단이 제공된다.
전기화학 발전기 (1) 및 적어도 전기 모터 (5) 및 적어도 전자 회로 (7) 를 함께 또는 별도로 또는 심지어 제동 회로 (9) 를 제어하는 수단과 연관된 적어도 하나의 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따라, 유체의 순환은 전기화학 발전기 (1) 및 전기 모터 (5) 및 전자 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 를 가열하기 위해 또는 전기화학 발전기 (1), 전기 모터 (5) 및 전자 회로 (7) 및 선택적으로 제동 회로 (9) 를 가열하기 위한 열 에너지를 회수하기 위해 제 1 가열 회로 내로 진행할 수 있다. 유체의 순환은 또한 전기화학 발전기 (1) 및 전기 모터 (5) 및 전자 회로 (7), 또는 심지어 제동 회로 (9) 를 냉각시키기 위해, 또는 전기화학 발전기 (1), 전기 모터 (5) 및 전자 회로 (7), 또는 심지어 제동 회로 (9) 를 냉각시키기 위해 열 에너지를 회수하기 위해 제 2 냉각 회로 내로 진행할 수 있다. 이는 초기에 전기화학 발전기 (1) 및/또는 전기 모터 (5) 및/또는 전자 회로 (7) 의 온도를 조절하는 역할을 하지만, 특히 차량 객실을 가열 또는 냉각하기 위해 전기화학 발전기 (1) 로부터, 전기 모터 (5) 로부터 그리고 전자 회로 (7) 로부터 나오는 열 또는 냉기를 사용하는 역할을 할 수도 있다.
도 1 내지 도 5 를 참조하여 전술한 바와 같이, 공조 회로는 또한 제 1 루프에서 제 1 팽창 오리피스 (8) 에서, 내부 응축기 (6) 와 외부 응축기/증발기 (2) 사이에 제공된 바이패스 (10) 를 포함할 수 있다. 내부 증발기 (14) 에는 공조 유닛용 팬 (16) 이 제공될 수 있다. 제 1 루프 또는 제 2 루프 및 바이패스에서의 순환은, 제 1 루프 및 제 2 루프의 교차점에 제공된 밸브들 (18, 20), 및 제 1 팽창 오리피스 (8) 의 상류에서, 제 1 루프 및 바이패스 (10) 의 교차점에 제공된 밸브 (21) 에 의해 관리된다. 이들 밸브들은, 예를 들어 적어도 3 방향, 또는 심지어 적어도 4 방향을 갖는 솔레노이드 밸브들이다.
도 7 은 차량 객실의 HVAC 시스템의 공조 회로를 포함하는 전기화학 발전기 (1) 를 갖는 차량의 신규한 열 에너지 회수 및 조절 디바이스의 제 2 실시형태를 도시한다. 전술한 바와 같이, 전기화학 발전기 (1) 의 객실 가열 및 냉각을 위한 모드는 적어도 하나의 전기 모터 (5) 및 적어도 하나의 전자 회로 (7) 와 함께, 도 7 에 도시된 이 제 2 실시형태에 따라 제시된다. 제동 회로 (9) 를 갖는 것이 또한 상정할 수 있다. 도 7 은 도 6 과 동일한 부품들의 주요 부분과 이에 상응하는 기능을 포함하므로, 제 1 실시형태에 대하여 차이점만을 설명한다.
적어도 하나의 전기 모터 (5) 및 적어도 하나의 전자 회로 (7) 는 전기화학 발전기 (1) 와 직렬로 연결되어 배열되고 제 1 가열 회로 또는 제 2 냉각 회로에 연결된다. 제동 회로 (9) 는 또한 전기화학 발전기 (1), 전기 모터 또는 모터들 (5) 및 전자 회로 (7) 와 직렬로 연결될 수 있다. 이러한 구성에서, 각각의 요소, 즉 전기화학 발전기 (1), 견인 전기 모터 (5), 전자 제어 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 의 온도의 측정은, 공통 온도를 공급하기 위해 그리고 차량 객실을 가열 또는 냉각하는데 사용될 요소들 각각으로부터 열 또는 냉기를 회수할 수 있게 하기 위해, 또는 전술한 바와 같이 전기화학 발전기 (1) 를 충전하기 위해 온도 센서에 의해 수행된다.
제 1 가열 회로 또는 제 2 냉각 회로에 대한 연결부는 전기화학 발전기 (1), 견인 전기 모터 (5), 전자 제어 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 가 직렬로 연결됨에 따라 이차 3-방향 밸브 (36) 에 의해서만 그리고 삼차 3-방향 밸브 (38) 에 의해 이루어진다.
도 8 은 차량 객실의 HVAC 시스템의 공조 회로를 포함하는 전기화학 발전기 (1) 를 갖는 차량의 신규한 열 에너지 회수 및 조절 디바이스의 제 3 실시형태를 도시한다. 전술한 바와 같이, 도 8 에 도시된 이 제 3 실시형태에 따르면, 전기화학 발전기 (1) 의 격실 가열 및 냉각 모드가 적어도 하나의 전기 모터 (5) 및 적어도 하나의 전자 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 와 함께 제시된다. 도 8 은 도 6 과 동일한 부품들의 주요 부분과 이에 상응하는 기능을 포함하므로, 제 1 실시형태에 대하여 차이점만을 설명한다.
적어도 하나의 전기 모터 (5), 적어도 하나의 전자 회로 (7) 및 예를 들어 제동 회로 (9) 는 전기화학 발전기 (1) 와 직렬로 연결되어 배열되고 물이 유체 또는 다른 액체 (글리콜) 로서 순환하는 도관에 의해 연결된다. 이를 위해, 액체를 순환시키기 위한 펌프 (13) 및 조립체의 입구에서 액체를 수용하는 교환기 (11) 가 제공되고, 조립체는 전기화학 발전기 (1), 전기 모터 (5), 전자 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 를 포함한다. 기체 유체를 수용하는 교환기의 외부 입구에서 제 1 가열 회로 또는 제 2 냉각 회로에 대한 연결이 이루어진다. 유리하게는 기체-공기 교환기라기보다는 기체-액체 교환기 (11) 가 사용된다.
전술한 바와 같이, 각각의 요소, 즉 전기화학 발전기 (1), 견인 전기 모터 (5), 전자 제어 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 의 온도의 측정은, 공통 온도를 공급하기 위해 그리고 차량 객실을 가열 또는 냉각하는데 사용될 요소들 각각으로부터 열 또는 냉기를 회수할 수 있게 하기 위해, 또는 심지어 전술한 바와 같이 전기화학 발전기 (1) 를 충전하기 위해 단일 온도 센서에 의해 수행된다.
본래, 전기 차량의 다른 요소들이 고려될 수 있고, 특히 열 에너지의 회수를 위해 공조 회로의 폐쇄 회로 내에 배치된다. 특히 차량의 제동 회로와의 연결이 언급될 수 있고, 여기서 제동 동안 가열될 수 있는 저항기가 사용될 수 있다. 이 저항기는 제 1 가열 회로 또는 제 2 냉각 회로와 연결되도록 배치될 수 있다. 그리고 이러한 조건 하에서, 열은 객실을 가열하기 위해 차량에서 전달되도록 분리 또는 회수될 수 있다. 제동 회로와 연결되는 회로는 제 1 가열 회로 또는 제 2 냉각 회로와 저항기를 통해 직접 연결될 수 있다. 따라서, 전기 차량을 가열 또는 냉각시킬 수 있는 임의의 요소가 특히 차량 객실 내로 전달될 열 또는 냉기를 회수하기 위해 공조 회로와 연결하여 사용될 수 있다.
본래, 본 발명은 예시된 예들에 한정되지 않고, 당업자에게 명백한 다양한 변형 및 수정이 가능하다. 다른 조합들은 물론 전기화학 발전기, 견인 전기 모터 또는 모터들, 및 모터 또는 모터들을 제어하는 전자 회로로 이미 알려진 것과 함께 가능하다.

Claims (11)

  1. 전기화학 발전기 (1) 를 갖는 전기 차량의 열 에너지 회수 및 조절 디바이스로서,
    상기 전기화학 발전기 (1) 는 배터리들 및 연료 전지들 또는 하이브리드들을 포함하는 그룹으로부터 선택되고,
    상기 조절 디바이스는 유체가 순환하는, 차량 객실의 HVAC 시스템의 공조 회로를 포함하며,
    상기 공조 회로는 적어도 하나의 외부 응축기/증발기 (2), 압축기 (4), 객실을 가열하도록 의도된 내부 응축기 (6), 상기 내부 응축기 (6) 와 상기 외부 응축기/증발기 (2) 사이의 상기 내부 응축기 (6) 의 하류에 제공되는 제 1 팽창 오리피스 (8), 상기 객실을 냉각하도록 의도된 내부 증발기 (14), 및 상기 외부 응축기/증발기 (2) 와 상기 내부 증발기 (14) 사이의 상기 내부 증발기 (14) 의 상류에 제공되는 제 2 팽창 오리피스 (12) 를 포함하고,
    상기 열 에너지 회수 및 조절 디바이스는, 상기 전기화학 발전기 (1) 의 제 1 가열 또는 열 에너지 회수 회로 및 상기 유체가 순환하는 상기 전기화학 발전기 (1) 의 제 2 냉각 또는 열 에너지 회수 회로를 포함하고,
    상기 전기화학 발전기 (1) 의 제 1 가열 회로는, 상기 전기화학 발전기 (1) 와 연관된 열전달 요소에 유체를 공급하기 위한 제 1 도관 (22) 으로서, 제 1 공급 도관 (22) 은 상기 압축기 (4) 와 상기 내부 응축기 (6) 사이에 제공된 제 1 출구에 연결되는, 상기 제 1 도관 (22), 및 상기 열전달 요소로부터 유체를 배출하기 위한 제 1 도관 (26) 으로서, 상기 내부 응축기 (6) 와 상기 제 1 팽창 오리피스 (8) 사이에 제공된 제 1 입구에 연결되는, 상기 제 1 도관 (26) 을 포함하고,
    상기 전기화학 발전기 (1) 의 제 2 냉각 회로는, 상기 전기화학 발전기 (1) 와 연관된 열전달 요소에 유체를 공급하기 위한 제 2 도관 (30) 으로서, 제 2 유체 공급 도관 (30) 은 상기 제 2 팽창 오리피스 (12) 와 상기 내부 증발기 (14) 사이에 제공된 제 2 출구에 연결되는, 상기 제 2 도관 (30), 및 상기 내부 증발기 (14) 와 상기 압축기 (4) 사이의 상기 내부 증발기 (14) 의 하류에 제공된 제 2 입구에 연결된 열전달 요소의 제 2 유체 배출 도관 (34) 을 포함하고,
    상기 공조 회로를 상기 전기화학 발전기 (1) 의 상기 제 1 가열 회로 및 상기 제 2 냉각 회로 중 일방 또는 타방과 연통시킬 수 있도록 복수의 밸브들 (24, 28, 32, 20, 36, 38) 이 배열되고,
    상기 전기화학 발전기 (1) 의 온도에 따라서, 상기 전기화학 발전기 (1) 를 가열하거나 상기 전기화학 발전기 (1) 로부터 가열 열 에너지를 회수하기 위해 상기 제 1 가열 회로에서 상기 공조 회로로부터의 유체의 순환, 뿐만 아니라 상기 전기화학 발전기 (1) 를 냉각하거나 상기 전기화학 발전기 (1) 로부터 냉각 열 에너지를 회수하기 위해 상기 제 2 냉각 회로에서 상기 공조 회로로부터의 유체의 순환을 허용하도록 상기 밸브들 (24, 28, 32, 20, 36, 38) 을 제어하는 수단이 배열되며,
    상기 열 에너지 회수 및 조절 디바이스는, 상기 전기화학 발전기 (1) 에 연결된 상기 제 1 가열 회로 또는 상기 제 2 냉각 회로에 둘 다 연결되도록 적어도 하나의 전기 모터 (5) 및 적어도 하나의 전자 회로 (7) 를 더 포함하고,
    적어도 상기 전기 모터 (5) 및 적어도 상기 전자 회로 (7) 는 가열 또는 냉각 열 에너지를 회수하도록 적응되는 것을 특징으로 하는, 열 에너지 회수 및 조절 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 전기 모터 (5) 및 적어도 상기 전자 회로 (7) 는 상기 제 1 가열 회로 또는 상기 제 2 냉각 회로에 연결된 상기 전기화학 발전기 (1) 와 병렬로 회로 내에 배열되는 것을 특징으로 하는, 열 에너지 회수 및 조절 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 전기 모터 (5) 및 적어도 상기 전자 회로 (7) 는 상기 제 1 가열 회로 또는 상기 제 2 냉각 회로에 연결된 상기 전기화학 발전기 (1) 와 직렬로 회로 내에 배열되는 것을 특징으로 하는, 열 에너지 회수 및 조절 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 전기 모터 (5) 및 적어도 상기 전자 회로 (7) 는, 유체 등의 액체가 순환하는 도관들에 의해 연결되면서 상기 전기화학 발전기 (1) 와 직렬로 회로 내에 배열되고,
    상기 열 에너지 회수 및 조절 디바이스는, 액체를 순환시키기 위한 펌프 (13) 및 조립체의 입구에서 액체를 수용하는 기체-액체 열 교환기 (11) 를 더 포함하고,
    상기 조립체는 상기 전기화학 발전기 (1), 상기 전기 모터 (5) 및 상기 전자 회로 (7) 를 포함하며, 기체 유체를 수용하는 상기 열 교환기의 외부 입구에서 상기 제 1 가열 회로 또는 상기 제 2 냉각 회로에 대한 연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는, 열 에너지 회수 및 조절 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 에너지 회수 및 조절 디바이스는 제동 동안 가열할 수 있는 저항기를 가진 상기 차량의 제동 회로 (9) 를 포함하고, 상기 저항기는 열 에너지의 회수를 위해 상기 제 1 가열 회로 또는 상기 제 2 냉각 회로와 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 열 에너지 회수 및 조절 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 전기 모터 (5), 적어도 상기 전자 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 는 상기 제 1 가열 회로 또는 상기 제 2 냉각 회로에 연결된 상기 전기화학 발전기 (1) 와 병렬로 회로 내에 배열되는 것을 특징으로 하는, 열 에너지 회수 및 조절 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 전기 모터 (5), 적어도 상기 전자 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 는 상기 제 1 가열 회로 또는 상기 제 2 냉각 회로에 연결된 상기 전기화학 발전기 (1) 와 직렬로 회로 내에 배열되는 것을 특징으로 하는, 열 에너지 회수 및 조절 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 전기 모터 (5), 적어도 상기 전자 회로 (7) 및 제동 회로 (9) 는, 유체 등의 액체가 순환하는 도관들에 의해 연결되면서 상기 전기화학 발전기 (1) 와 직렬로 회로 내에 배열되고,
    상기 열 에너지 회수 및 조절 디바이스는, 액체를 순환시키기 위한 펌프 (13) 및 조립체의 입구에서 액체를 수용하는 기체-액체 열 교환기 (11) 를 더 포함하고,
    상기 조립체는 상기 전기화학 발전기 (1), 상기 전기 모터 (5) 및 상기 전자 회로 (7) 를 포함하며,
    기체 유체를 수용하는 상기 열 교환기의 외부 입구에서 상기 제 1 가열 회로 또는 상기 제 2 냉각 회로에 대한 연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는, 열 에너지 회수 및 조절 디바이스.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제동 회로 (9) 는 차량의 제동을 트리거링한 후에 전류가 통과하는 저항기를 본질적으로 포함하고, 상기 저항기는 제동 동안 가열되고, 상기 저항기를 둘러싸는 기체 또는 액체 유체를 가열하여 상기 객실 또는 상기 전기화학 발전기 (1) 를 가열하기 위한 열 에너지를 제공하는 것을 특징으로 하는, 열 에너지 회수 및 조절 디바이스.
  10. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 에너지 회수 및 조절 디바이스는 차량의 각 휠에 모터가 하나씩 4 개의 견인 전기 모터들 (5) 을 포함하여, 각 휠에 대한 독립적인 제동을 확보하면서도 제동 회로로부터 보다 정확한 열 에너지를 회수할 수 있는 것을 특징으로 하는, 열 에너지 회수 및 조절 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제동 회로 (9) 가 각각의 전기 모터 (5) 와 함께 차량의 각 휠에 장착되는 것을 특징으로 하는, 열 에너지 회수 및 조절 디바이스.
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