KR20230036963A - 대체 연료 차량용 충전 어댑터 및 충전 방법 - Google Patents

대체 연료 차량용 충전 어댑터 및 충전 방법 Download PDF

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Abstract

대체 연료 차량용 충전 어댑터 및 충전 방법이 개시된다. 대체 연료 차량의 연료 탱크의 입구 노즐에 유체적으로 결합되도록 구성된 제1충전 포트, 여기서 제1충전 포트는 제1연료 공급 유형의 입구 노즐에 끼워지도록 구성됨; 대체 연료 디스펜서, 특히 대체 연료 펌프의 디스펜서 노즐에 유체적으로 결합되도록 구성된 제2충전 포트, 여기서 제2충전 포트는 제2연료 공급 유형의 디스펜서 노즐에 끼워지도록 구성되며, 제2연료 공급 유형은 제1연료 공급 유형과 상이함; 대체 연료 차량의 차량 충전 시스템과 통신하도록 구성된 어댑터 제어 유닛; 및 제1충전 포트와 제2충전 포트 사이에 유체 연결을 제공하고 유체 연결을 선택적으로 개폐하도록 어댑터 제어 유닛에 의해 제어되는 밸브를 포함한다.

Description

대체 연료 차량용 충전 어댑터 및 충전 방법{REFUELING ADAPTER FOR ALTERNATIVE FUEL VEHICLE AND METHOD FOR REFUELING}
본 발명은 대체 연료 차량용 충전 어댑터, 이러한 어댑터를 구비한 대체 연료 차량 및 대체 연료 차량의 충전 방법에 관한 것이다.
환경 문제, 고유가 및 피크 오일의 가능성과 같은 요인의 조합으로 인해 더 깨끗한 대체 연료 및 차량용 고급 동력 시스템의 개발이 전 세계 많은 정부 및 차량 제조업체의 최우선 과제가 되었다. 따라서, 대체 연료로 작동하는 대체 연료 차량에 대한 다양한 해결책이 최근 몇 년 동안 점점 더 많이 고려되고 있다. 이와 관련하여 한 가지 특정한 예는 동력으로 수소 연료를 사용하는 수소 차량이다. 이러한 차량은 일반적으로 내연 기관에서 수소를 연소시키거나 전기 모터에 동력을 공급하기 위해 연료 전지에서 수소를 산소와 반응시켜 수소의 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다.
원칙적으로 수소 차량은 석유나 다른 연료를 주유소에서 채우는 것과 같은 방식으로 수소 충전소에서 충전될 수 있다. 현재 전 세계적으로 일반적으로 사용되는 두 가지 충전 압력, 즉 한편으로는 H70 또는 700bar가 있고 다른 한편으로는 H35 또는 350bar 표준이 있다. 이 두 표준은 서로 호환되지 않으므로, 예를 들어 700bar 시스템용으로 설계된 차량을 350bar 수소 충전소에서 재충전하는 경우 장애물이 된다. 한편으로는, 이러한 차량을 기계적으로 수소 충전소에 연결하는 것은 불가능하지는 않더라도 문제가 있다. 다른 한편으로, 이러한 연결은 350bar 수소 충전소는 고유량 노즐이 장착되어 있고 예냉각 기능이 없기 때문에 충전 과정 동안 연료의 더 높은 온도가 예상되어 어떤 경우에는 안전 문제를 제기할 수 있다. 더욱이, 이러한 수소 충전소에는 현재 IR 통신이 장착되어 있지 않으므로 과열 시 차량이 자동으로 충전 과정을 종료할 수 없을 수 있다.
예를 들어, Maximator GmbH와 같은 일부 회사는 두 압력 범위의 차량에 가능한 한 최단 시간에 하나의 디스펜서 유닛에서 연료를 보급할 수 있는 복잡한 공급 해결책을 제공한다. 이를 위해 하나의 통합 디스펜서 유닛에 각 압력 범위에 대해 하나씩, 두 개의 충전 유닛이 제공된다.
따라서, 대체 연료 차량을 위한 간단하면서도 유연한 충전 해결책을 찾을 필요가 있다.
이를 위해, 본 발명은 청구항 1에 따른 충전 어댑터, 청구항 11에 따른 대체 연료 차량 및 청구항 12에 따른 방법을 제공한다.
본 발명의 하나의 양상에 따르면, 대체 연료 차량용 충전 어댑터는 대체 연료 차량의 연료 탱크의 입구 노즐에 유체적으로 결합되도록 구성된 제1충전 포트, 여기서 제1충전 포트는 제1연료 공급 유형의 입구 노즐에 끼워지도록 구성됨; 대체 연료 디스펜서, 특히 대체 연료 펌프의 디스펜서 노즐에 유체적으로 결합되도록 구성된 제2충전 포트, 여기서 제2충전 포트는 제2연료 공급 유형의 디스펜서 노즐에 끼워지도록 구성되며, 제2연료 공급 유형은 제1연료 공급 유형과 상이함; 대체 연료 차량의 차량 충전 시스템과 통신하도록 구성된 어댑터 제어 유닛; 및 제1충전 포트와 제2충전 포트 사이에 유체 연결을 제공하고 유체 연결을 선택적으로 개폐하도록 어댑터 제어 유닛에 의해 제어되는 밸브를 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 대체 연료 차량은 본 발명의 하나의 양상에 따른 충전 어댑터를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 대체 연료 차량을 충전하는 방법은 제1충전 포트를 대체 연료 차량의 연료 탱크의 입구 노즐에 유체적으로 결합하는 단계, 여기서 제1충전 포트는 제1연료 공급 유형의 입구 노즐에 끼워지도록 구성됨; 충전 어댑터의 제2충전 포트를 대체 연료 디스펜서, 특히 대체 연료 펌프의 디스펜서 노즐에 유체적으로 결합하는 단계, 여기서 제2충전 포트는 제2연료 공급 유형의 디스펜서 노즐에 끼워지도록 구성되고, 제2연료 공급 유형은 제1연료 공급 유형과 상이함; 및 유체 연결을 선택적으로 개폐하기 위해 어댑터 제어 유닛으로 제1충전 포트와 제2충전 포트 사이에 유체 연결을 제공하는 충전 어댑터의 밸브를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 하나의 아이디어는 두 연료 공급 시스템이 선험적으로 서로 호환되지 않는 경우에 연료 디스펜서에서 차량을 충전하기 위해 충전소에 중개자로서 사용될 수 있는 어댑터를 제공하는 것이다. 이를 위해 어댑터는 차량과 연료 디스펜서의 호환되지 않는 연료 공급 유형을 맞추도록 차량의 입구 노즐과 연료 디스펜서의 디스펜서 노즐 사이에 일렬로 설치될 수 있다. 어댑터는 제1충전 포트 역할을 하는 디스펜서측 리셉터클 및 제2충전 포트 역할을 하는 차량측 리셉터클을 갖는 플러그인 장치로 구성될 수 있다. 어댑터는, 예를 들어 충전소의 운영자에 의해 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 차량 운전자는 이러한 어댑터를 차량에 탑재할 수 있다. 어댑터는 원칙적으로 차량 내부에도 장착될 수 있다.
따라서, 본 발명은 자체적으로는 호환될 수 없는 서로 다른 충전 시스템을 적응시키기 위한 현장 구제 수단으로 개조 및/또는 사용될 수 있는 매우 간단하지만 매우 실용적인 솔루션을 제공한다. 어댑터 제어 유닛은 차량과 연료 디스펜서 사이의 유체 연결의 개폐를 제어하고 차량의 충전 시스템과 통신한다. 이는 비상 및/또는 오류가 발생한 경우 프로세스가 중단 및/또는 금지될 수 있기 때문에 고장 안전(fail-safe) 방식으로 충전 프로세스를 통합하는 것을 가능하게 한다. 결과적으로, 대체 연료 차량은 더 넓은 범위에서 사용될 수 있으며 잠재적으로 사용 가능한 충전소의 개수는 각 사용 사례 및 사용 가능한 연료 공급 시스템(예를 들어, 장거리 여행, 데모 프로젝트 등)에 따라 크게 증가할 수 있다.
본 명세서에 사용된 "차량" 또는 "차량의" 또는 기타 유사한 용어는 스포츠 유틸리티 차량(SUV)을 포함하는 승용차, 버스, 트럭, 다양한 상업용 차량 등을 포함하는 일반적인 자동차를 포함하고, 특히 수소 동력 차량뿐만 아니라 하이브리드 차량을 포함하는 기타 대체 연료 차량을 포함하는 것으로 이해된다. 본 명세서에서 언급되는 바와 같이, 하이브리드 차량은 2개 이상의 동력원을 갖는 차량, 예를 들어 연료 동력 및 전기 동력 차량 모두 또는 2개의 상이한 연료로 주행할 수 있는 차량이다.
본 발명의 유리한 실시예 및 개선점은 종속항에서 발견된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 대체 연료는 수소를 포함할 수 있다.
따라서, 하나의 특정 실시예에서, 본 발명은 각각의 차량의 충전 시스템과 선험적으로 호환될 수 없는 수소 충전소에서 수소 동력 차량을 충전하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1연료 공급 유형은 제1공칭 작동 압력 하에서 작동할 수 있고 제2연료 공급 유형은 제2공칭 작동 압력 하에서 작동할 수 있으며, 제1공칭 작동 압력은 제2공칭 작동 압력과 상이하다.
따라서, 본 충전 어댑터는 호환되지 않는 압력 시스템을 서로 일치시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1공칭 작동 압력은 350 bar일 수 있고 제2공칭 작동 압력은 700 bar일 수 있다. 대안적으로, 제1공칭 작동 압력은 700 bar일 수 있고 제2공칭 작동 압력은 350 bar일 수 있다.
예를 들어, 현재 유럽에는 상용차(CV)용 700 bar 수소 충전소(HRS)가 없다(용량 >10kg). 예를 들어, 버스용 350bar HRS(용량 >10kg)에서 700bar CV(용량 >10kg)를 충전하는 것도 불가능하다. 한편으로는, 이러한 차량을 HRS에 연결하는 것이 기계적으로 불가능합니다. 다른 한편으로, 더 중요한 것은 350bar HRS에 주로 고유량 노즐이 장착되어 있고 일반적으로 예냉각 기능이 없으며, 이는 더 높은 온도가 예상됨을 의미하므로 이것이 안전하지 않을 것이라는 점이다. 더욱이, 이러한 시스템은 적어도 현재로서는 IR 통신을 특징으로 하지 않으므로, 예를 들어 과열의 경우 차량의 개입에 의한 충전 프로세스의 종료 가능성은 불가능하다.
그러나 본 발명에서는 700bar CV(용량 > 10kg)가 모든 350bar HRS(용량 > 10kg)에서 재충전 가능하게 된다. 본 발명에서 제공하는 어댑터는 350bar HRS의 노즐에 맞는 리셉터클과 700bar 리셉터클에 맞는 노즐 사이에 직렬로 설치할 수 있습니다. 예를 들어, 여러 대의 350bar 버스/트럭 HRS가 이미 유럽 연합에서 사용 가능하다. 또한, 예를 들어 스위스에서는 이러한 HRS 유형의 그리드가 증가하고 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 어댑터 제어 유닛은 IR 통신을 통해 차량 충전 시스템과 통신하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 시스템은 현재 표준 SAE J2799에 설명된 대로 IR 통신 프로토콜을 사용할 수 있다. 어댑터 제어 장치는 차량 측에서 IR 통신을 수신하고 해석하기 위해 이 표준과 동일한 해당 소프트웨어를 실행할 수 있다.
SAE J2799는 연료 전지 차량과 같은 수소 표면 차량(HSV)을 충전하기 위한 통신 하드웨어 및 소프트웨어 요구 사항을 지정하지만 적절한 경우 압축 수소 저장 장치를 가진 대형 차량(예를 들어, 버스) 및 산업용 트럭(예를 들어, 지게차)에 사용될 수도 있다. 여기에는 HSV를 충전하는데 사용될 수 있는 통신 하드웨어 및 통신 프로토콜에 대한 설명이 포함되어 있다. 이 표준의 목적은 수소 충전 인터페이스의 조화로운 개발 및 구현을 가능하게 하는 것이다.
무엇보다도, IR 통신은 제어 수단으로 사용될 수 있으며, 특히 오작동, 압력 피크, 허용할 수 없는 온도 상승 또는 기타 문제가 발생한 경우 충전 프로세스를 중단할 수 있다. 이를 위해 연료 온도, 최대 연료 유량, 압력 및/또는 압력 증가를 포함한 프로세스 매개변수 및/또는 프로세스 한계가 IR 인터페이스를 통해 통신될 수 있다. 차량 충전 시스템은 충전 프로세스의 이러한 매개변수 및 기타 매개변수를 모니터링할 수 있고 이에 따라 특히 오작동이 발생하거나 프로세스 제한을 초과하거나 초과하려고 하는 경우에 어댑터에 알릴 수 있다. 충전 어댑터는 그에 따라 충전 프로세스를 중단하고/중단하거나 다른 적절한 조치를 취할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 어댑터 제어 유닛은 차량 충전 시스템으로부터 수신된 제어 신호에 기초하여 밸브를 제어하도록 구성될 수 있다.
하나의 특정 예에서, 제어 신호는 충전 프로세스를 허용, 금지 및/또는 중단하는 명령을 포함할 수 있다. 예를 들어 과열, 통신 누락 등의 경우 시스템은 이러한 목적을 위해 다양한 제어 기능을 사용하여 충전의 오작동을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 밸브는 평상시 닫혀 있을 수 있고 어댑터 제어 유닛은 차량 충전 시스템으로부터 제어 신호가 밸브 개방 신호를 포함하는 경우 밸브를 개방하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 밸브는 평상시 닫혀 있는 솔레노이드 밸브이거나 이를 포함할 수 있다. 어댑터가 연료 디스펜서와 차량 사이에 연결되자 마자 차량은 밸브를 열고 충전 프로세스를 시작하도록 적절한 명령을 제출할 수 있다. 이것은 어댑터가 연결된 후 자동으로 시작될 수 있다. 대안적으로, 어댑터는, 예를 들어 활성화 스위치, 버튼 등과 같은 제어 요소를 포함할 수 있고, 이에 의하여 작동자가 연결된 어댑터를 활성화할 수 있다. 그러면 어댑터가 차량 시스템과의 통신을 시작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 충전 어댑터는 어댑터 제어 유닛 및/또는 밸브에 전력을 공급하도록 구성된 전원을 더 포함할 수 있다.
전원은, 예를 들어 전기 배터리 등을 포함할 수 있습니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브는 2개의 밸브 요소를 포함할 수 있다. 제1밸브 요소는 제1충전 포트와 제2충전 포트 사이의 유체 연결을 개폐하도록 구성될 수 있다. 제2밸브 요소는 개방 시 제2충전 포트를 충전 어댑터의 배출구와 연결할 수 있고, 제1충전 포트와의 유체 연결을 우회하며 배출구에서 대체 연료를 배출하도록 구성될 수 있다.
따라서, 제1밸브 요소는 제1충전 포트와 제2충전 포트 사이의 실제 유체 연결의 개폐를 제어할 수 있다. 반면에 제2밸브 요소는, 예를 들어 차량 탱크가 가득 차고/차거나 충전 프로세스가 운전자에 의해 종료되자 마자 어댑터를 분리하기 전에 시스템의 연료 라인을 환기시키는 데 사용될 수 있다. 따라서 충전은 제1밸브 요소가 열려 있고 제2밸브 요소가 닫혀 있을 때에만 어댑터에 의해 허용될 수 있다. 진행 중인 충전 프로세스는 제1밸브 요소를 닫아 완료하거나 중단할 수 있다. 다른 한편으로, 연료 디스펜서 시스템은 충전 동안 제1밸브 요소가 닫힐 때 압력 피크를 검출할 수 있고, 결과적으로 충전을 중단할 수 있다. 이어서, 어댑터 내에 남아 있는 연료를 비우기 위해 제2밸브 요소가 짧은 시간 동안 개방될 수 있다.
하나의 특정 예에서, 이들 밸브 요소 중 하나 또는 둘 모두는 충전 어댑터의 통합 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있는 (평시에 닫힌) 솔레노이드 밸브로서 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 충전 어댑터는 유체 연결을 따라 대체 연료의 유체 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서 및/또는 유체 연결을 따라 대체 연료의 연료 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 어댑터 제어 유닛은 측정된 연료 온도 및/또는 측정된 연료 압력이 사전 정의된 임계값을 초과하고/초과하거나 사전 정의된 범위를 벗어나는 경우 밸브를 제어하도록 구성될 수 있다.
따라서, 시스템은 몇 가지 고장 안전 메커니즘으로 보완될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 압력 피크를 감지하고 결과적으로 충전을 중단할 수 있다(예를 들어, 오작동, 전원 부족 등으로 인해 충전 프로세스 중에 밸브가 예기치 않게 닫혀야 하는 경우). 다른 예에서, 시스템은 예상 온도 범위로부터의 편차를 감지할 수 있다. 또한, 시스템은 그에 따라 유체 압력을 모니터링하여 배출 프로세스가 성공적인지 여부를 평가할 수 있다. 그러나, 예를 들어 중요한 프로세스 매개변수의 모니터링은 또한 IR 인터페이스를 통해 충전 어댑터와 통신할 수 있는 차량 충전 시스템에 의해 수행될 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 예시적인 실시 예를 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
본 발명은 자체적으로는 호환될 수 없는 서로 다른 충전 시스템을 적응시키기 위한 현장 구제 수단으로 개조 또는 사용될 수 있는 매우 간단하지만 매우 실용적인 솔루션을 제공할 수 있다. 또한, 어댑터 제어 유닛은 차량과 연료 디스펜서 사이의 유체 연결의 개폐를 제어하고 차량의 충전 시스템과 통신한다. 비상 및/또는 오류가 발생한 경우 프로세스가 중단 및/또는 금지될 수 있기 때문에 고장 안전(fail-safe) 방식으로 충전 프로세스를 통합하는 것을 가능하게 한다. 결과적으로, 대체 연료 차량은 더 넓은 범위에서 사용될 수 있으며 잠재적으로 사용 가능한 충전소의 개수는 각 사용 사례 및 사용 가능한 연료 공급 시스템(예를 들어, 장거리 여행, 데모 프로젝트 등)에 따라 크게 증가할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
첨부된 도면은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 포함되며 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 실시 예를 예시하고 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 본 발명의 다른 실시 예 및 본 발명의 많은 의도된 이점은 이어지는 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있음을 쉽게 인식할 수 있다. 도면의 요소는 반드시 서로에 대해 축적에 맞을 필요가 없다. 도면에서, 유사한 참조 번호는, 달리 표시되지 않는 한, 유사하거나 기능적으로 유사한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 대체 연료 차량을 충전하기 위해 사용되는 본 발명의 실시예에 따른 충전 어댑터를 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 대체 연료 차량을 충전하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3은 도 1의 충전 어댑터의 상세도를 도시한다.
특정 실시 예가 본 명세서에 예시되고 설명되지만, 다양한 대안적 및/또는 등가적 구현이, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 도시되고 설명된 특정 실시 예를 대체할 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 일반적으로, 본 출원은 여기에 논의된 특정 실시예의 임의의 수정 또는 변형을 포함하도록 의도된다.
도 1은 연료 디스펜서(11)에서 대체 연료 차량(10)을 충전하기 위해 사용되는 본 발명의 실시예에 따른 충전 어댑터(1)를 개략적으로 도시한다. 도 2는 도 1의 대체 연료 차량을 충전하는 방법의 흐름도를 도시하는 반면, 도 3은 도 1의 충전 어댑터의 상세도를 도시한다.
이 실시예의 대체 연료 차량(10)은, 예를 들어 이동을 위한 주요 동력원으로 수소를 사용하는 버스, 트럭 또는 기타 상업용 차량 또는 승용차일 수 있다. 그러나, 예를 들어 천연 가스, 액화 천연 가스, 액화 석유 가스 등과 같은 다른 대체 연료가 다른 실시예에서 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 예를 들어 하이브리드 파워트레인의 일부로 수소는 몇 가지 동력원 중 하나로만 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 차량(10)은 수소 내연 기관 차량(hydrogen internal combustion engine vehicle; HICEV)일 수 있으며, 이는 기존의 가솔린 동력 내연 기관의 수정된 버전이고 내연 기관에서 가솔린 대신 수소를 연소한다. 대안적으로, 차량(10)은 또한 수소가 전기 모터에 동력을 공급하는 연료 전지를 통해 전기로 전환되는 연료 전지 변환에 의존할 수 있다. 두 방법 모두 사용된 수소의 유일한 부산물은 물이고, 이 공정에서 CO2가 전혀 배출되지 않으며, 이것이 수소가 특히 매력적인 대체 연료인 이유 중 하나이다.
차량(10)은 기체 수소를 저장하도록 구성된 연료 탱크(21)를 포함하며, 기체 수소는 입구 노즐(6)을 통해 연료 탱크(21)로 채워질 수 있다. 입구 노즐(6)은 H70또는 700bar 표준을 준수하도록 구성되고 수소를 700bar의 공칭 작동 압력 아래로 유지하는 차량 충전 시스템(14)의 일부일 수 있다. 차량 충전 시스템(14)은, 예를 들어 전자 제어 유닛(ECU)과 같은 충전 시스템 제어기(22)에 의해 제어될 수 있다.
연료 디스펜서(11)는 수소 연료 펌프로 구성되며, 디스펜서 노즐(12)은 기체 수소로 차량을 채우는 데 사용될 수 있다. 연료 디스펜서(11)는 차량 충전 시스템(14)과 다른 연료 공급 유형에 맞게 조정될 수 있다. 예를 들어, 연료 디스펜서(11)는 수소 충전을 위하여 350bar의 공칭 작동 압력 하에서 수소를 조절하는 H35 또는 350bar 표준을 따를 수 있다. 다른 실시예에서, 차량 충전 시스템(14)이 350bar에 맞춰진 반면에 연료 디스펜서(11)는 700bar에 맞춰진 역 배열이 가동할 준비가 되어 있을 수 있다. 그러나 두 경우 모두에서, 차량 충전 시스템(14) 및 연료 디스펜서(11)의 연료 공급 유형은 서로 호환되지 않는다.
예를 들어, 350bar 시스템의 노즐과 입구는 일반적으로 700bar 시스템의 각 노즐과 입구에 기계적으로 맞지 않는다. 이러한 측면을 무시하더라도, 이러한 시스템은 안전상의 이유로 최소한 추가 조치 없이는 서로 결합되어서는 안 된다. 350bar 시스템은 일반적으로 예냉각 없는 고유량 노즐을 사용한다. 반면에 700bar 시스템은 예냉각 및 정상 흐름 노즐에 의존한다. 따라서, 두 시스템이 서로 결합될 때 한쪽의 고유량과 다른 쪽의 누락된 예냉각으로 인해 과열이 발생할 수 있다. 또한 최신의 700bar 시스템은 일반적으로 개개의 차량과 연료 디스펜서 간의 무선 IR 통신에 적합하지만, 350bar 시스템에는 이러한 기능이 없다. IR 통신은 700bar 시스템의 경우 제어 수단으로 사용되며, 특히 오작동, 압력 피크, 허용할 수 없는 온도 상승 또는 기타 문제가 발생한 경우 충전 프로세스를 중단할 수 있다. 이와 같이 호환되지 않는 시스템을 결합함으로써 충전 프로세스를 종료할 가능성이 손상될 수 있다.
이러한 상황을 개선하기 위해, 본 접근 방식은 연료 디스펜서(11)의 디스펜서 노즐(12)과 차량 충전 시스템(14)의 입구 노즐(6) 사이에 연결되거나 양자 비호환 시스템을 서로 적응시킬 수 있는 충전 어댑터(1)를 제공한다.
보다 구체적으로, 충전 어댑터(1)는 대체 연료 차량(10)의 연료 탱크(21)의 입구 노즐(6)에 유체적으로 결합되도록 구성된 차량측 리셉터클(20)에 제1충전 포트(2)를 포함한다. 충전 어댑터(1)는 연료 디스펜서(11)의 디스펜서 노즐(12)에 유체적으로 결합되도록 구성된 디스펜서측 리셉터클(19)에 제2충전 포트(3)를 더 포함한다.
밸브(5)는 어댑터 하우징(16) 내부에 제공되어 제1충전 포트(2)와 제2충전 포트(3)를 유체적으로 연결한다. 밸브(5)의 개폐는, 예를 들어 IR 통신을 통해 대체 연료 차량(10)의 차량 충전 시스템(14)과 통신하는 전자 제어 유닛과 같은 어댑터 제어 유닛(4)에 의해 제어된다. 이를 위해, 충전 어댑터(1)에는 SAE J2799 표준을 준수하도록 구성된 IR 인터페이스(17)가 제공된다. 따라서, 어댑터 제어 유닛(4)은 차량 충전 시스템(14)으로부터 전송된 IR-통신을 수신하고 해석할 수 있다. 차량(10)에 의해 전송된 데이터는 이후 밸브(5)를 제어하는 데 사용된다.
밸브(5)는 2개의 밸브 요소(5a, 5b)를 포함하며, 이들 모두는 평시에 닫힌(normally closed) 솔레노이드 밸브로 구성된다. 제1밸브 요소(5a)는 차량 충전 시스템(14)으로부터의 제어 신호가 밸브 개방 신호를 포함하는 경우 제1충전 포트(2)와 제2충전 포트(3) 사이의 유체 연결을 개방하도록 구성된다. 제2밸브 요소(5b)는 개방 시 제2충전 포트(3)를 충전 어댑터(1)의 배출구(8)와 연결하고, 제1충전 포트(2)와의 유체 연결을 우회하며 배출구(8)에서 대체 연료를 배출하도록 구성된다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 밸브 요소(5a, 5b)를 연결하는 연료 라인(13)은 어댑터 하우징(16) 내에서 "T"자형으로 배열되고 어댑터 하우징(16) 외부에서 호스로 계속된다. 따라서, 제1밸브 요소(5a)는 충전 과정을 허용, 금지 또는 중단할 수 있다. 다른 한편으로, 제2밸브 요소(5b)는 특히 입구 노즐(6)이 분리되기 전에 필요한 경우 시스템을 배기할 수 있다.
따라서, 도 2에 도시된 대응하는 방법(M)은 M1 하에서 제1충전 포트(2)를 입구 노즐(6)에 유체적으로 결합하고, M2 하에서 제2충전 포트(3)를 디스펜서 노즐(12)에 유체적으로 결합하며, M3 하에서 어댑터 제어 유닛(4)을 통해 차량 충전 시스템(14)과 통신하고, M4 하에서 어댑터 제어 유닛(4)으로 밸브(5), 및 이에 따른 밸브 요소(5a, 5b)를 제어하여 유체 연결을 선택적으로 개폐하고 배출구(8)에서 대체 연료를 선택적으로 배출한다.
어댑터 제어 유닛(4)뿐만 아니라 솔레노이드 밸브 요소(5a, 5b)에는 어댑터(1)에 통합된 전원(7), 예를 들어 배터리 또는 기타 적절한 충전 가능 및/또는 교체 가능한 전기 에너지용 저장 장치에 의해 전력이 공급된다. 어댑터 제어 유닛(4) 및 이에 따른 충전 어댑터(1)는 수동으로 작동되는 제어 요소(15), 예를 들어 푸시 버튼에 의해 스위치 온 및 오프될 수 있다. 제어 요소(15)는 상태 LED 또는 다른 신호전달 요소에 의해 보완될 수 있다.
도시된 실시예에서, 충전 어댑터(1)는 선택적으로 압력 센서(23) 및 온도 센서(24)를 더 포함할 수 있다. 압력 센서(23)는 유체 연결을 따라 대체 연료의 유체 압력을 측정하도록 구성된다. 온도 센서(24)는 유체 연결을 따라 대체 연료의 연료 온도를 측정하도록 구성된다. 이러한 측정에 기초하여, 어댑터 제어 유닛(4)은 측정된 연료 온도 및/또는 측정된 연료 압력이 사전 정의된 임계값을 초과하고/초과하거나 사전 정의된 범위를 벗어나는 경우 밸브(5)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 허용 가능한 범위로부터의 온도 편차가 감지될 수 있고, 이에 따라 밸브가 닫힐 수 있다. 다른 예에서, 압력은 배출이 성공적인지 여부를 평가하기 위해 배출 프로세스 동안 모니터링될 수 있다.
따라서 충전 어댑터(1)는 측정된 물리적 매개변수에 기초하여 충전 프로세스의 현재 상태를 평가할 수 있고, 이러한 매개변수가 정의된 매개변수 범위를 벗어나는 경우 충전을 중단할 수 있다. 다른 한편으로, 충전 프로세스의 종료는 또한 차량 충전 시스템(14) 및/또는 연료 디스펜서(11)에 의해 개시될 수 있다. 예를 들어, 진행 중인 충전 프로세서 동안 충전 어댑터(1)의 제1밸브 요소(5a)가 어떤 이유로든 폐쇄되어야 하면, 예를 들어 연료 디스펜서(11)의 대응하는 센서 요소에 의해 압력 피크가 감지될 수 있고, 이후 수소의 전달을 중단할 수 있다.
따라서, 일반적인 충전 프로세스는 충전 어댑터(1)를 차량(10)의 입구 노즐(6)에 연결함으로써 시작될 수 있다(제어 요소(15)는 "오프"로 설정되고 상태 LED는 꺼짐). 다음으로, 충전 어댑터(1)는 제어 요소(15)를 "온"으로 전환함으로써 활성화될 수 있다. 제어 요소(15)의 상태 LED는 차량 충전 시스템(14)과의 IR 통신이 수립되는 동안 먼저 노란색으로 켜질 수 있으며 이 프로세스가 완료될 때 단지 녹색으로 전환되어 충전 어댑터(1)를 사용할 준비가 되었으며 충전이 시작될 수 있음을 알려줄 수 있다. 다음으로, 연료 디스펜서(11)의 디스펜서 노즐(12)을 충전 어댑터(1)에 연결하고 충전이 시작된다. 충전이 완료되자 마자, 디스펜서 노즐(12)은 충전 어댑터(1)로부터 분리될 수 있고, 충전 어댑터(1)는 스위치 오프될 수 있다. 그러면, 배출 프로세스가 실행되는 동안(쉿하는 소리) 제어 요소(15)의 LED는 제한된 시간, 예를 들어 몇 초 동안 노란색으로 변할 수 있다. 제어 요소(15)의 LED가 꺼지자 마자, 충전 어댑터(1)는 차량(10)에서 분리될 수 있다.
충전 프로세스 중 오작동 또는 기타 사고(과열, 데이터 링크 손실 등)가 발생하면(제1밸브 요소(5a) 닫힘), LED가 빨간색으로 변하여 충전 프로세스가 중단되었음을 알릴 수 있다. 그러면, 디스펜서 노즐(12)은 충전 어댑터(1)로부터 분리될 수 있다. 그 다음, 작업자는 LED가 녹색으로 다시 전환될 때까지 기다릴 수 있고, LED가 녹색으로 다시 전환되자 마자 충전 어댑터(1)를 디스펜서 노즐(12)과 다시 연결함으로써 충전을 재시도할 수 있다.
전술한 상세한 설명에서, 다양한 특징들은 본 개시를 간소화할 목적으로 하나 이상의 예들로 함께 그룹화된다. 위의 설명은 예시를 위한 것이며 제한적인 것이 아님을 이해해야 한다. 이는 상이한 특징 및 실시 예의 모든 대안, 수정 및 등가물을 포함하도록 의도된다. 많은 다른 예들이 상기 명세서를 검토할 때 당업자에게 명백할 것이다. 실시 예는 본 발명의 원리 및 그 실제 적용을 설명하기 위해 선택되고 설명되며, 이에 의해 당업자가 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 갖는 본 발명 및 다양한 실시 예를 활용할 수 있게 한다.
1: 충전 어댑터 2: 제1충전 포트
3: 제2충전 포트 4: 어댑터 제어 유닛
5: 밸브 5a: 제1밸브 요소
5b: 제2밸브 요소 6: 입구 노즐
7: 전원 8: 배출구
9: 전기선 10: 대체 연료 차량
11: 연료 디스펜서 12: 디스펜서 노즐
13: 연료 라인 14: 차량 충전 시스템
15: 제어 요소 16: 어댑터 하우징
17: IR인터페이스 18: 어댑터 다이얼
19: 디스펜서측 리셉터클 20: 차량측 리셉터클
21: 연료 탱크 22: 충전 시스템 제어기
23: 압력 센서 24: 온도 센서
M: 방법 M1-M4: 방법 단계

Claims (17)

  1. 대체 연료 차량(10)용 충전 어댑터(1)에 있어서,
    대체 연료 차량(10)의 연료 탱크(21)의 입구 노즐(6)에 유체적으로 결합되도록 구성된 제1충전 포트(2);
    대체 연료 디스펜서(11)의 디스펜서 노즐(12)에 유체적으로 결합되도록 구성된 제2충전 포트(3);
    대체 연료 차량(10)의 차량 충전 시스템(14)과 통신하도록 구성된 어댑터 제어 유닛(4); 그리고
    제1충전 포트(2)와 제2충전 포트(3) 사이에 유체 연결을 제공하고, 유체 연결을 선택적으로 개폐하도록 어댑터 제어 유닛(4)에 의해 제어되는 밸브(5);
    를 포함하고,
    제1충전 포트(2)는 제1연료 공급 유형의 입구 노즐(6)에 끼워지도록 구성되며,
    제2충전 포트(3)는 제1연료 공급 유형과 상이한 제2연료 공급 유형의 디스펜서 노즐(12)에 끼워지도록 구성된 대체 연료 차량(10)용 충전 어댑터(1).
  2. 제1항에 있어서,
    대체 연료는 수소를 포함하는 충전 어댑터(1).
  3. 제1항에 있어서,
    제1연료 공급 유형은 제1공칭 작동 압력 하에서 작동하고 제2연료 공급 유형은 제2공칭 작동 압력 하에서 작동하며, 제1공칭 작동 압력은 제2공칭 작동 압력과 다른 충전 어댑터(1).
  4. 제3항에 있어서,
    제1공칭 작동 압력은 350 bar이고 제2공칭 작동 압력은 700 bar이거나,
    제1공칭 작동 압력은 700 bar이고 제2공칭 작동 압력은 350 bar인 충전 어댑터(1).
  5. 제1항에 있어서,
    어댑터 제어 유닛(4)은 IR 통신을 통해 차량 충전 시스템(14)과 통신하도록 구성되는 충전 어댑터(1).
  6. 제1항에 있어서,
    어댑터 제어 유닛(4)은 차량 충전 시스템(14)으로부터 수신된 제어 신호에 기초하여 밸브(5)를 제어하도록 구성되는 충전 어댑터(1).
  7. 제6항에 있어서,
    밸브(5)는 평상시 닫혀 있고, 어댑터 제어 유닛(4)은 차량 충전 시스템(14)으로부터 제어 신호가 밸브 개방 신호를 포함하는 경우 밸브(5)를 개방하도록 구성되는 충전 어댑터(1).
  8. 제1항에 있어서,
    어댑터 제어 유닛(4) 및/또는 밸브(5)에 전력을 공급하도록 구성된 전원(7)을 더 포함하는 충전 어댑터(1).
  9. 제1항에 있어서,
    밸브(5)는 2개의 밸브 요소(5a, 5b)를 포함하고, 제1밸브 요소(5a)는 제1충전 포트(2)와 제2충전 포트(3) 사이의 유체 연결을 개폐하도록 구성되고, 제2밸브 요소(5b)는 개방 시 제2충전 포트(3)를 충전 어댑터(1)의 배출구(8)와 연결하고, 제1충전 포트(2)와의 유체 연결을 우회하며 배출구(8)에서 대체 연료를 배출하도록 구성되는 충전 어댑터(1).
  10. 제1항에 있어서,
    유체 연결을 따라 대체 연료의 유체 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서(23) 및/또는 유체 연결을 따라 대체 연료의 연료 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서(24)를 더 포함하고,
    어댑터 제어 유닛(4)은 측정된 연료 온도 및/또는 측정된 연료 압력이 사전 정의된 임계값을 초과하거나 사전 정의된 범위에서 벗어나는 경우 밸브(5)를 제어하도록 구성된 충전 어댑터(1).
  11. 제1항에 따른 충전 어댑터(1)를 구비한 대체 연료 차량(10).
  12. 대체 연료 차량(10)을 충전하는 방법(M)에 있어서,
    대체 연료 차량(10)의 연료 탱크(21)의 입구 노즐(6)에 제1충전 포트(2)를 유체적으로 결합하는 단계(M1);
    충전 어댑터(1)의 제2충전 포트(3)를 대체 연료 디스펜서(11)의 디스펜서 노즐(12)에 유체적으로 결합하는 단계(M2);
    충전 어댑터(1)의 어댑터 제어 유닛(4)을 통해 대체 연료 차량(10)의 차량 충전 시스템(14)과 통신하는 단계(M3); 그리고
    유체 연결을 선택적으로 개폐하기 위해, 어댑터 제어 유닛(4)으로 제1충전 포트(2)와 제2충전 포트(3) 사이에 유체 연결을 제공하는 충전 어댑터(1)의 밸브(5)를 제어하는 단계(M4);
    를 포함하고,
    제1충전 포트(2)는 제1연료 공급 유형의 입구 노즐(6)에 끼워지도록 구성되며,
    제2충전 포트(3)는 제1연료 공급 유형과 상이한 제2연료 공급 유형의 디스펜서 노즐(12)에 끼워지도록 구성된 방법(M).
  13. 제12항에 있어서,
    어댑터 제어 유닛(4)은 IR 통신을 통해 차량 충전 시스템(14)과 통신하는 방법(M).
  14. 제12항에 있어서,
    어댑터 제어 유닛(4)은 차량 충전 시스템(14)으로부터 수신된 제어 신호에 기초하여 밸브(5)를 제어하는 방법(M).
  15. 제14항에 있어서,
    밸브(5)는 평상시 닫혀 있고, 어댑터 제어 유닛(4)은 차량 충전 시스템(14)으로부터 제어 신호가 밸브 개방 신호를 포함하는 경우 밸브(5)를 개방하는 방법(M).
  16. 제12항에 있어서,
    밸브(5)는 2개의 밸브 요소(5a, 5b)를 포함하고, 제1밸브 요소(5a)는 제1충전 포트(2)와 제2충전 포트(3) 사이의 유체 연결을 선택적으로 개폐하며, 제2밸브 요소(5b)는 개방 시 제2충전 포트(3)를 충전 어댑터(1)의 배출구(8)와 연결하고, 제1충전 포트(2)와의 유체 연결을 선택적으로 우회하며 배출구(8)에서 대체 연료를 배출하는 방법(M).
  17. 제12항에 있어서,
    압력 센서(23)로 유체 연결을 따라 대체 연료의 유체 압력을 측정하는 단계 및/또는 온도 센서(24)로 유체 연결을 따라 대체 연료의 연료 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고,
    어댑터 제어 유닛(4)은 측정된 연료 온도 및/또는 측정된 연료 압력이 사전 정의된 임계값을 초과하는 경우 밸브(5)를 닫는 방법(M).
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