KR20230054757A - 열 관리 시스템 및 열 관리 시스템을 포함하는 전기 차량 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량 구성요소 (4) 를 포함하는 전기 차량의 에너지 저장 시스템 (3) 및 캐빈 (2) 에서 온도를 제어하기 위한 열 관리 시스템 (1) 에 관한 것이다.
본 발명은 또한 시스템 (1) 을 포함하는 차량에 관한 것이다. 시스템 (1) 은 상기 에너지 저장 시스템 (3) 을 가열하도록 배열된 하나의 열 교환기 (5), 상기 캐빈 (2) 및 상기 열 교환기 (5) 를 가열하기 위한 히터 (6), 상기 차량 구성요소 (4) 를 냉각하기 위해 사용된 유체를 수용하고 상기 유체를 히터 (6) 에 제공하도록 배열된 제 1 밸브 (7), 상기 제 1 밸브로 들어가는 유체의 온도를 측정하도록 배열된 온도 센서 (8) 상기 히터로부터 유체를 수용하고 상기 캐빈 (2) 과 유체 연통하는 제 1 출구 (11b) 및 상기 열 교환기 (5) 와 유체 연통하는 제 2 출구 (11c) 를 갖는 제 2 밸브 (11), 및 제어 유닛 (9) 으로서, 상기 제어 유닛 (9) 은: 상기 온도 센서 (8) 로부터의 측정된 온도에 기초하여 상기 제 1 밸브 (7) 로 들어가는 유체에 과도한 열이 존재하는 지를 결정하고, 상기 유체에 과도한 열이 존재하고 상기 에너지 저장 시스템 (3) 및 상기 캐빈 (2) 의 임의의 것이 가열될 필요가 있을 때, 상기 유체가 상기 히터 (6) 에 제공되도록 상기 제 1 밸브 (7) 를 제어하고, 그리고 상기 캐빈 및 상기 에너지 저장 시스템의 가열의 필요에 기초하여 상기 히터 (6) 로부터의 상기 유체가 상기 캐빈 (2) 및/또는 상기 열 교환기 (5) 로 분배되도록 상기 제 2 밸브 (11) 를 제어하도록 구성된다.
본 발명은 또한 시스템 (1) 을 포함하는 차량에 관한 것이다. 시스템 (1) 은 상기 에너지 저장 시스템 (3) 을 가열하도록 배열된 하나의 열 교환기 (5), 상기 캐빈 (2) 및 상기 열 교환기 (5) 를 가열하기 위한 히터 (6), 상기 차량 구성요소 (4) 를 냉각하기 위해 사용된 유체를 수용하고 상기 유체를 히터 (6) 에 제공하도록 배열된 제 1 밸브 (7), 상기 제 1 밸브로 들어가는 유체의 온도를 측정하도록 배열된 온도 센서 (8) 상기 히터로부터 유체를 수용하고 상기 캐빈 (2) 과 유체 연통하는 제 1 출구 (11b) 및 상기 열 교환기 (5) 와 유체 연통하는 제 2 출구 (11c) 를 갖는 제 2 밸브 (11), 및 제어 유닛 (9) 으로서, 상기 제어 유닛 (9) 은: 상기 온도 센서 (8) 로부터의 측정된 온도에 기초하여 상기 제 1 밸브 (7) 로 들어가는 유체에 과도한 열이 존재하는 지를 결정하고, 상기 유체에 과도한 열이 존재하고 상기 에너지 저장 시스템 (3) 및 상기 캐빈 (2) 의 임의의 것이 가열될 필요가 있을 때, 상기 유체가 상기 히터 (6) 에 제공되도록 상기 제 1 밸브 (7) 를 제어하고, 그리고 상기 캐빈 및 상기 에너지 저장 시스템의 가열의 필요에 기초하여 상기 히터 (6) 로부터의 상기 유체가 상기 캐빈 (2) 및/또는 상기 열 교환기 (5) 로 분배되도록 상기 제 2 밸브 (11) 를 제어하도록 구성된다.
Description
본 발명은 차량 구성요소를 포함하는 전기 차량의 에너지 저장 시스템 및 캐빈에서 온도를 제어하기 위한 열 관리 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 열 관리 시스템을 포함하는 전기 차량에 관한 것이다.
전기 차량은 점점 더 인기를 얻고 있다. 한편으로는, 이들은 화석 연료를 피함으로써 환경적 이유로 선호되고, 다른 한편으로는, 이들은 감소된 총 소유 비용과 관련하여 선호된다.
전기 차량이 될 수 있는 자동차의 종류는 차량만이 아니다. 예를 들어, 보트, 트럭, 기관차, 비행기 및 중장비 차량도 전기 차량으로 이용 가능하다.
전기 차량은 통상 운전 중에 에너지 저장 시스템에 의해 전력을 공급받는다. 여기서 에너지 저장 시스템은 전기 차량에 전력을 공급하기 위한 임의의 종류의 배터리, 배터리 팩 또는 일련의 배터리로서 정의된다.
전기 차량의 실용성을 위해, 에너지 저장 시스템은 긴 수명, 즉 셀이 만족스럽게 작동하지 않기 전에 가능한 많은 수의 충전/방전 사이클을 갖는 것이 중요하다. 수명을 극대화하기 위해서는 에너지 저장 시스템을 최적의 온도 범위로 유지하는 것이 필수적이다.
에너지 저장 시스템 수명을 개선하는 것 외에도, 에너지 저장 시스템을 작동 동안 최적의 온도 범위 내에 유지하는 것은 에너지 저장 시스템이 가능한 한 많은 전력을 전달하는 것을 보장한다.
에너지 저장 시스템을 최적의 온도로 유지하는 것뿐만 아니라, 차량의 운전자 및 승객이 수용되는 캐빈에서의 온도도 조절되어야 한다.
에너지 저장 시스템 및 캐빈에서 온도를 관리하기 위한 많은 시스템들이 존재한다. 예를 들어, US7789176B2 에서는, 구동 모터를 냉각하기 위한 냉각 루프, 열 교환기에 냉각을 제공하는 냉장 서브시스템, 열 교환기에서의 열 전달을 통해 냉각된 냉각제를 갖는 에너지 저장 냉각 서브시스템, 및 차량의 승객 캐빈에 대한 온도 제어를 제공하는 HVAC 서브시스템을 갖는 열 관리 시스템이 제시된다. HVAC 서브시스템은 또한 냉각제가 냉장 서브시스템에 의해 냉각되도록 열 교환기에 또한 커플링되고, 냉각제가 냉각 루프에 의해 가열되도록 구동 모터를 냉각시키기 위해 냉각 루프에 커플링된다. 이 해결책에서, 구동 모터에 대한 냉각 루프에서의 열은 캐빈을 가열하기 위해 사용될 수 있고, 냉장 서브시스템으로부터의 냉각은 에너지 저장 시스템 및 캐빈 모두를 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 에너지 저장 냉각 서브시스템은 또한 에너지 저장 시스템이 가열을 필요로 한다면 히터를 갖는다.
전기 차량에서의 열 관리의 또 다른 중요한 양태는 차량에서 공간을 점유할 뿐만 아니라 중량을 증가시킨다는 것이다. 따라서, 공간 효율적이고 중량 최적화된 열 관리 시스템이 바람직하다.
US 2016/0107501A1 은 열 전달 유체를 순환시키고 차량 승객 캐빈의 온도 제어를 제공하는 승객 캐빈 열 제어 루프, 열 전달 유체를 순환시키고 차량 배터리 팩에 열적으로 커플링되는 배터리 열 제어 루프, 및 열 전달 유체를 순환시키고 구동 트레인 구성요소에 열적으로 커플링되는 구동 트레인 제어 루프를 포함하는 차량 열 관리 시스템을 개시한다. 승객 캐빈 열 제어 루프는 캐빈을 가열하기 위한 히터 및 열 교환기를 포함한다. 열 관리 시스템은 제 1 밸브 조립체로서, 제 1 밸브 조립체가 제 1 밸브 조립체 제 1 모드로 구성될 때 승객 캐빈 열 제어 루프는 배터리 열 제어 루프와 병렬로 그리고 독립적으로 작동하고, 제 1 밸브 조립체가 제 1 밸브 조립체 제 2 모드로 구성될 때 승객 캐빈 열 제어 루프는 배터리 열 제어 루프에 직렬로 커플링되는, 상기 제 1 밸브 조립체; 및 제 2 밸브 조립체로서, 배터리 열 제어 루프는 제 2 밸브 조립체가 제 2 밸브 조립체 제 1 모드로 구성될 때 구동 트레인 열 제어 루프와 병렬로 그리고 독립적으로 작동하고, 배터리 열 제어 루프는 제 2 밸브 조립체가 제 2 밸브 조립체 제 2 모드로 구성될 때 구동 트레인 열 제어 루프에 직렬로 커플링되는, 상기 제 2 밸브 조립체를 더 포함한다. 승객 캐빈 열 제어 루프와 배터리 열 제어 루프가 직렬로 커플링될 때 히터는 캐빈 및 배터리를 모두 가열하고, 승객 캐빈 열 제어 루프와 배터리 열 제어 루프가 병렬로 커플링되면 히터는 캐빈만 가열한다.
전기 차량에서, 가열 및 냉각을 위한 전력은 에너지 저장 시스템으로부터 나온다. 따라서, 에너지 저장 시스템의 더 많은 전력이 전기 차량를 작동시키는데 사용될 수 있도록 열 관리가 가능한 에너지 효율인 것이 필수적이다.
본 발명의 목적은 차량 구성요소 및 차량 구성요소를 냉각하기 위한 열 유체를 포함하는 냉각 루프를 포함하는 전기 차량의 에너지 저장 시스템 및 캐빈에서 온도를 제어하기 위한 개선된 열 관리 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1 에 정의된 바와 같은 열 관리 시스템에 의해 달성된다.
열 관리 시스템은 다음을 포함한다:
- 상기 에너지 저장 시스템을 가열하도록 배열된 하나의 열 교환기,
- 상기 캐빈을 가열하고 상기 열 교환기에 열을 제공하도록 배열된 하나의 히터, 및
- 냉각 루프에 배치되고 차량 구성요소를 냉각시키는 데 사용된 열 유체를 수용하도록 배열된 입구 및 히터와 유체 연통하는 개방가능하고 폐쇄가능한 출구를 갖는 제 1 밸브,
- 제 1 밸브의 입구로 들어가는 열 유체의 온도를 측정하도록 배열된 제 1 온도 센서로서, 제 1 온도 센서는 제 1 밸브에 또는 열 유체가 제 1 밸브로 들어가기 전의 통로에 배열되는, 상기 제 1 온도 센서,
- 상기 히터로부터 열 유체를 수용하도록 배열된 입구, 상기 캐빈과 유체 연통하는 제 1 출구, 및 상기 열 교환기와 유체 연통하는 제 2 출구를 갖는 제 2 밸브 및 제어 유닛을 포함하고,
상기 제어 유닛은:
o 상기 캐빈에서 측정된 온도와 연관된 데이터를 수신하고,
o 상기 에너지 저장 시스템에서 측정된 온도와 연관된 데이터를 수신하고,
o 상기 수신된 데이터에 기초하여, 상기 캐빈 또는 상기 에너지 저장 시스템의 임의의 것이 가열될 필요가 있는지를 결정하고,
o 상기 제 2 온도 센서로부터 상기 제 3 열 유체의 측정된 상기 온도를 수신하고,
o 제 1 온도 센서로부터의 상기 측정된 온도에 기초하여 상기 제 1 밸브의 상기 입구로 들어가는 상기 열 유체에 과도한 열이 존재하는 지를 결정하고,
o 상기 열 유체에 과도한 열이 존재하고 상기 에너지 저장 시스템 및 상기 캐빈의 임의의 것이 가열될 필요가 있을 때, 상기 열 유체가 상기 히터에 제공되도록 제 1 밸브의 출구의 개폐를 제어하고, 그리고
o 상기 캐빈 및 상기 에너지 저장 시스템의 가열의 필요에 기초하여 상기 히터로부터의 상기 열 유체가 상기 캐빈 및/또는 상기 열 교환기로 분배되도록 상기 제 2 밸브를 제어하도록 구성된다.
본 발명은 캐빈을 가열하기 위한 에너지 저장부 및 에너지 저장부로부터 필요한 에너지를 감소시킨다. 이는 캐빈 및 에너지 저장 시스템을 가열하기 위해 동일한 히터를 사용함으로써, 냉각 루프에서 열 유체에 과도한 열이 존재하고 에너지 저장 시스템 및 캐빈의 임의의 것이 가열될 필요가 있을 때 차량 구성요소를 냉각하기 위한 루프로부터 히터로 열 유체를 공급하고, 캐빈 및 에너지 저장의 가열의 필요에 따라 히터로부터 캐빈으로 및/또는 열 교환기로 열 유체를 분배하도록 달성된다.
시스템은 에너지 저장 시스템을 가열하도록 배열된 하나의 열 교환기, 캐빈 온도가 사용자 선택 온도보다 더 차가울 때 캐빈을 가열하고 에너지 저장 시스템이 최소 온도보다 더 차가울 때 열 교환기에 열을 제공하도록 배열된 하나의 히터, 차량 구성요소를 냉각시키기 위해 사용된 열 유체를 수용하도록 배열된 제 1 밸브, 수용된 열 유체의 온도를 측정하도록 배열된 제 1 온도 센서, 및 제어 유닛을 포함한다. 제 1 밸브는 히터와 유체 연통하는 개방가능하고 폐쇄가능한 출구를 갖는다.
차량 구성 요소는 열 유체에 의한 냉각을 필요로 하는 전기 차량의 임의의 구성요소일 수 있다. 예를 들어, 차량 구성요소는 파워 트레인, 임의의 종류의 e-모터, 인버터, 또는 DC/DC 컨버터의 하나 이상의 파트일 수 있다.
용어 "열 유체에 과도한 열이 존재하는지를 결정하는 것"은 열 유체에서 열 에너지가 캐빈 및/또는 에너지 저장 시스템의 가열에 기여하기에 충분한지를 결정하는 것을 의미한다. 예를 들어, 이는 열 유체가 캐빈 및/또는 에너지 저장 시스템의 가열에 기여하기에 충분히 따뜻한 지를 결정함으로써 행해질 수 있다. 대안적으로, 이용가능한 열 출력은 열 유체의 온도 및 펌프 속도에 기초하여 계산될 수 있다.
제 2 밸브는 3방향 밸브, 또는 동일한 기능을 갖는 대응하는 밸브 또는 밸브 조립체일 수 있다.
냉각 루프에 과도한 열이 존재하는 경우, 열 유체는 제 1 밸브의 제 1 출구를 통해 히터로 통과된다. 따라서, 히터는 차량 구성요소를 냉각시키는 것으로부터의 열 유체로부터의 열 없이 동일한 온도를 달성하기 위해 열 유체를 덜 가열하거나 전혀 가열하지 않을 필요가 있다. 열 유체가 충분한 열 에너지를 가지면, 히터는 열 유체를 전혀 가열할 필요가 없다. 따라서, 에너지 저장 시스템 및 캐빈을 가열하기 위한 에너지 저장 시스템으로부터 요구되는 전력은 감소되거나 심지어 0 이다.
제 1 밸브의 입구에서의 열 유체의 온도는 차량 구성요소를 냉각하는데 사용된 열 유체에 과도한 열이 존재하는지 여부의 표시를 제공한다. 열 관리 시스템은 차량 구성요소를 냉각하는 것으로부터의 과도한 열이 캐빈 뿐만 아니라 에너지 저장 시스템을 가열하는 데 사용될 수 있도록 배열된다. 캐빈을 위해, 열은 캐빈에 배열된 냉각 및 가열 유닛, 예를 들어, 가열, 환기 및 공조, HVAC 유닛에 제공된다.
온도 센서로부터의 데이터 및 캐빈 및 에너지 저장 시스템에서 측정된 온도와 연관된 입력 데이터를 사용하여, 제어 유닛은 차량 구성요소로부터의 과도한 열이 캐빈, 에너지 저장 시스템, 또는 둘 모두에서 사용될 수 있도록 제 1 밸브를 제어할 수 있다. 따라서, 에너지 저장 시스템 및 캐빈을 가열하기 위한 에너지 저장 시스템으로부터 에너지의 사용은 감소된다. 따라서, 에너지 저장 시스템에서 에너지는 더 오래 지속될 것이고, 에너지 저장 시스템은 덜 빈번하게 충전될 필요가 있다.
동일한 히터가 캐빈 및 에너지 저장 시스템 둘 모두를 가열하는데 사용된다. 히터의 수를 최소화함으로써, 시스템의 중량을 최소화한다. 또한, 전기 차량의 작동 중에, 임의의 히터에 전력을 공급하는 것은 에너지 저장 시스템이다. 따라서, 열 관리 시스템에서 모든 가열에 하나의 히터만을 사용하는 것도 이점이다. 히터를 하나만을 가짐으로써 비용도 절감된다.
바람직하게는, 제 1 밸브로부터의 열 유체는 열 유체의 냉각을 야기할 수 있고 따라서 에너지 절감을 감소시킬 수 있는 열 교환기와 같은 임의의 다른 열 제어 루프 또는 구성요소를 통과하지 않고 히터로 직접 통과된다.
히터는 캐빈 온도가 사용자 선택 온도보다 더 차가울 때 캐빈을 가열하고 에너지 저장 시스템이 최소 온도보다 더 차가울 때 열 교환기에 열을 제공하도록 배열된다.
제어 유닛은 에너지 저장 시스템을 가열하기 위해 히터로부터 캐빈으로 모든 열 유체를 통과시키거나, 히터로부터 열 교환기로 모든 열 유체를 통과시키거나, 또는 열 유체의 일부를 캐빈으로 그리고 다른 일부를 열 교환기로 통과시키도록 선택할 수 있다.
일부 양태에 따르면, 제어 유닛은, 캐빈, 또는 에너지 저장 시스템, 또는 캐빈 및 에너지 저장 시스템 모두가 가열될 필요가 있는지 여부에 기초하여 캐빈, 또는 에너지 저장 시스템, 또는 캐빈 및 에너지 저장 시스템 모두에 히터로부터의 열 유체가 제공되도록 제 2 밸브를 제어하도록 배열된다. 제어 유닛은 열 유체를 히터로부터 캐빈으로, 또는 에너지 저장 시스템을 가열하기 위한 열 교환기로, 또는 둘 모두로 통과시키도록 선택할 수 있다. 따라서, 과도한 열은 선택적으로 캐빈 및/또는 에너지 저장 시스템에 분배될 수 있다.
일부 양태에 따르면, 제어 유닛은, 캐빈 및 에너지 저장 시스템의 임의의 것의 가열이 우선순위화되어야 하는지 여부에 대한 정보, 및 캐빈의 가열의 결정된 실제 필요성, 및 에너지 저장 시스템의 가열의 결정된 실제 필요성에 기초하여 히터로부터의 열 유체가 캐빈 및/또는 에너지 저장 시스템에 분배되도록 제 2 밸브를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 캐빈의 가열은 에너지 저장 시스템의 가열보다 더 높은 우선순위를 가질 수 있거나, 또는 에너지 저장 시스템의 가열은 캐빈의 가열보다 더 높은 우선순위를 가질 수 있다. 이는 우선순위 관리를 가능하게 하며, 이는 유리할 수 있다.
일부 양태에 따르면, 제 2 밸브는 제 1 출구 및 제 2 출구가 동시에 완전히 개방되거나 부분적으로 개방될 수 있고 상기 히터로부터의 열 유체가 캐빈 및 상기 열 교환기에 다양한 정도로 분배될 수 있도록 구성된 비례 밸브이다. 제 2 밸브로부터의 제 1 및 제 2 출구는 완전히 개방되거나 완전히 폐쇄될 수 있을 뿐만 아니라, 부분적으로 개방된다. 제 1 및 제 2 출구는 동일하거나 상이한 정도의 개방으로 동시에 부분적으로 개방될 수 있다. 이는 가열의 그 실제 필요에 따라 히터로부터 캐빈 및/또는 열 교환기로 유체를 분배하는 것을 가능하게 한다. 또한, 캐빈 및 에너지 저장 시스템 중 하나가 다른 하나보다 더 가열되도록 하고, 우선순위 관리를 수행하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 제 2 밸브는 제 1 및 제 2 출구의 개폐가 서로 독립적으로 제어될 수 있도록 구성되고, 제 1 및 제 2 출구 사이에서 개방 정도가 달라질 수 있다. 바람직하게는, 제 2 밸브는 프로그램가능한 밸브이다.
일부 양태에 따르면, 상기 냉각 루프는 외부 수동 냉각 시스템을 통과하고, 상기 제어 유닛은 상기 열 유체에 과도한 열이 존재하지 않거나 또는 상기 에너지 저장 시스템 및 상기 캐빈의 어느 것도 가열될 필요가 없을 경우 상기 수동 냉각 시스템으로 다시 상기 열 유체를 순환시키도록 배열된다. 열 유체가 캐빈 및/또는 에너지 저장 시스템의 가열에 기여하기에 충분히 따뜻하지 않으면, 열 유체는 차량 구성요소를 냉각시키면서 냉각 루프에서 순환하는 상태로 유지된다. 열 유체는 제어 시스템이 열 유체에 과도한 열이 존재한다고 결정할 때까지, 즉 열 유체가 캐빈 및/또는 에너지 저장 시스템의 가열에 기여하기에 충분히 따뜻하고, 에너지 저장 시스템 및 캐빈 중 어느 하나 또는 둘 모두가 가열될 필요가 있다고 결정할 때까지 냉각 루프에서 반복적으로 순환된다.
일부 양태에 따르면, 상기 제 1 밸브는 상기 외부 수동 냉각 시스템과 유체 연통하는 개방가능하고 폐쇄가능한 출구를 갖고, 상기 제어 유닛은 상기 열 유체에 과도한 열이 존재하지 않거나, 상기 에너지 저장 시스템 및 상기 캐빈의 어느 것도 가열될 필요가 없을 경우, 상기 열 유체가 상기 수동 냉각 시스템으로 다시 순환되도록 상기 제 1 밸브의 상기 제 2 출구의 개폐를 제어하도록 배열된다. 일부 양태에 있어서, 제 1 밸브는 3방향 밸브, 또는 동일한 기능을 갖는 대응하는 밸브 또는 밸브 조립체일 수 있다.
일부 양태에 있어서, 제 1 밸브는 제 1 및 제 2 출구가 동시에 부분적으로 개방될 수 있고 제 1 밸브의 입구로 들어가는 열 유체가 수동 냉각 시스템 및 히터로 다시 다양한 정도로 분배될 수 있도록 구성된 비례 밸브이다. 따라서, 제 1 밸브의 입구로 들어가는 유체의 일부만이 히터로 통과될 수 있는 반면, 나머지 부분은 수동 냉각 시스템으로 복귀된다. 따라서, 단지 캐빈 및/또는 에너지 저장 시스템을 가열하기 위해 필요한 열량이 히터로 통과된다.
일부 양태에 따르면, 제어 유닛은 수신된 데이터에 기초하여 캐빈의 가열의 실제 필요성 및 에너지 저장 시스템의 가열의 실제 필요성을 결정하고, 캐빈의 결정된 실제 가열 필요성에 따라 제 2 밸브의 제 1 출구의 개방 정도를 제어하고, 에너지 저장 시스템의 가열의 결정된 실제 필요성에 따라 제 2 밸브의 제 2 출구의 개방 정도를 제어하도록 구성된다. 이는 히터로부터 유체로의 에너지가 최적의 방식으로 사용되기 때문에 유리하다. 또 다른 부가적인 값은 캐빈 또는 에너지 저장 시스템의 가열 요구가 매우 정밀하게 그리고 서로 독립적으로 뒤따를 수 있다는 것이다.
일부 양태에 따르면, 제 2 밸브는 히터로부터의 입구, 캐빈으로의 제 1 출구 및 열 교환기로의 제 2 출구를 갖고서 배열되는 3방향 밸브일 수 있고, 제어 유닛은 제 2 밸브를 통한 열 유체의 유동을 제어하도록 배열된다. 제어 유닛은 따라서 제 2 밸브를 통해 캐빈 및 에너지 저장 시스템으로의 유동을 제어한다. 즉, 제어 유닛은 열 유체가 캐빈으로, 에너지 저장 시스템으로 또는 둘 모두로 유동해야 할지를 제어하도록 제 2 밸브를 제어한다. 따라서, 캐빈과 에너지 저장 시스템 중 하나만을 가열하거나, 둘 모두를 가열하는 것이 가능하다.
일부 양태에 따르면, 시스템은 상기 히터로 들어오는 상기 열 유체의 온도를 측정하도록 배열된 히터 온도 센서를 포함하고, 상기 제어 유닛은 상기 히터 온도 센서로부터 측정된 온도를 수신하고, 상기 제 1 온도 센서로부터 상기 열 유체의 수신된 측정된 온도 및 상기 히터 온도 센서로부터 측정된 온도에 기초하여 상기 열 유체에 과도한 열이 존재하는지를 결정하도록 배열된다. 히터 온도 센서는 그것이 히터에 의해 가열되기 전에 열 유체의 온도를 측정하도록 배열된다. 히터 온도 센서는, 열 유체가 히터로 들어오기 전에 통로 또는 히터 내측에 배치될 수 있다.
일부 양태에 따르면, 상기 제어 유닛은 상기 제 1 온도 센서로부터의 상기 측정된 온도가 상기 히터 온도 센서로부터의 상기 측정된 온도보다 따뜻한지를 결정하고, 상기 에너지 저장 시스템 및 상기 캐빈의 임의의 것이 가열되어야 하고 상기 제 1 온도 센서로부터의 상기 열 유체의 상기 측정된 온도가 상기 히터 온도 센서로부터의 상기 측정된 온도보다 따뜻할 경우, 상기 제 1 밸브의 상기 입구로 들어가는 상기 열 유체가 상기 히터에 제공되도록 상기 제 1 밸브의 상기 출구의 개폐를 제어하도록 배열된다. 제어 유닛은 제 1 온도 센서로부터의 열 유체의 측정된 온도가 히터 온도 센서로부터의 측정된 온도보다 따뜻할 때 열 유체에 과도한 열이 존재하는 것으로 결정하도록 구성된다. 따라서, 차량 구성요소를 냉각하기 위해 사용된 열 유체에 과도한 열이 존재하는지를 결정하는 효율적인 방법이 달성된다. 제 1 온도 센서로부터의 열 유체의 측정된 온도가 히터 온도 센서로부터의 측정된 온도보다 따뜻하면, 차량 구성요소를 냉각시키는 것으로부터의 열 유체는 캐빈 및/또는 에너지 저장 시스템을 가열하는 데 유용할 것이다.
즉, 차량 구성요소를 냉각시키는 것으로부터의 열 유체가 히터로 들어오는 열 유체보다 더 따뜻하면, 차량 구성요소를 냉각시키는 것으로부터의 열 유체는 히터로 들어오는 열 유체를 가열할 것이고, 따라서 차량 구성요소를 냉각시키는 것으로부터의 열 유체에 과도한 열이 존재한다.
일부 양태에 따르면, 히터 온도 센서는 히터에서 열 유체의 온도를 측정하도록 배열된다. 제어 유닛은 제 1 온도 센서로부터의 열 유체의 측정된 온도가 히터에서 열 유체의 측정된 온도보다 따뜻하면 열 유체에 과도한 열이 존재하는 것으로 결정하도록 배열된다. 제 1 온도 센서로부터의 열 유체의 측정된 온도가 히터에서 열 유체의 측정된 온도보다 따뜻하면, 차량 구성요소를 냉각하는 것으로부터의 열 유체는 캐빈 및/또는 에너지 저장 시스템을 가열하는 데 유용할 것이다.
일부 양태에 따르면, 열 관리 시스템은 캐빈이 사용자 선택 온도보다 따뜻할 때 캐빈을 냉각하고 에너지 저장 시스템이 미리 결정된 최대 온도보다 따뜻할 때 에너지 저장 시스템을 냉각하기 위해 열 교환기에 냉각을 제공하도록 배열된 하나의 냉각 유닛을 포함할 수 있다. 동일한 냉각 유닛이 따라서 캐빈 및 에너지 저장 시스템 둘 모두를 냉각하기 위해 사용된다. 히터 및 냉각 유닛의 수를 최소화함으로써, 유닛의 중량은 최소화된다. 전기 차량의 작동 중에, 그것은 히터 및 냉각 유닛에 전력을 공급하는 에너지 저장 시스템이기 때문에, 모든 가열 및 냉각을 위해 단지 하나의 히터 및 단지 하나의 냉각 유닛만이 사용되는 것도 또한 이점이다. 냉각 유닛을 하나만 가짐으로써 비용도 절감된다.
일부 양태에 따르면, 열 관리 시스템은 에너지 저장 시스템으로부터 입구, 열 교환기로의 제 1 출구 및 외부 수동 냉각 시스템으로의 제 2 출구를 갖고서 배열된 제 3 밸브를 포함하고, 제어 유닛은 에너지 저장 시스템을 가열 또는 냉각하기 위해 사용되는 제 3 열 유체가 상기 열 교환기 또는 외부 수동 냉각 시스템으로 지향되도록 제 3 밸브의 제 1 출구 및 상기 제 2 출구의 개폐를 제어하도록 배열된다.
에너지 저장 시스템을 가열하거나 냉각할 필요가 없는 경우, 제어 유닛은 열 유체가 열 교환기를 통과하지 않도록 제 3 밸브를 제어할 수 있다. 밸브는 또한 유체가 열 교환기만을 통과하도록 제어될 수 있다.
이러한 양태에서, 제 3 밸브는 3-방향 밸브, 또는 동일한 기능을 갖는 대응하는 밸브 또는 밸브 조립체일 수 있다.
일부 양태에 따르면, 열 관리 시스템은 제 3 밸브로 들어가는 열 유체의 온도를 측정하도록 배열된 제 2 온도 센서를 포함한다. 제어 유닛은 다음과 같이:
- 상기 제 2 온도 센서로부터 상기 제 3 열 유체의 측정된 상기 온도를 수신하고,
- 수신된 온도에 기초하여 상기 제 3 밸브의 상기 제 1 출구 및 상기 제 2 출구의 개폐를 제어하도록 배열된다.
에너지 저장 시스템에서의 측정된 온도와 연관된 데이터와 함께, 측정된 온도에 있어서, 에너지 저장 시스템이 가열 또는 냉각을 필요로 하는지가 공지된다. 따라서, 제어 유닛은 수신된 데이터에 기초하여 제 3 밸브를 제어할 수 있다. 제 2 온도 센서는 열 관리 시스템의 외부에 존재할 수 있다는 것에 유의해야 한다.
일부 양태에 따르면, 제 1 밸브는 제 2 개방가능하고 폐쇄가능한 출구를 갖고, 열 관리 시스템은 제 4 밸브를 포함한다. 제어 유닛은 다음과 같이:
- 상기 제 1 밸브의 상기 제 1 출구가 개방될 때 개방되고, 상기 제 1 밸브의 상기 제 1 출구가 폐쇄될 때 폐쇄되도록 제 4 밸브의 개폐를 제어하고,
- 상기 제 1 밸브의 상기 제 1 출구가 폐쇄될 때 개방되고, 상기 제 1 밸브의 상기 제 1 출구가 폐쇄될 때 개방되도록 상기 제 2 출구의 개폐를 제어하도록 배열된다.
이에 의해, 열 유체에 과도한 열이 존재하지 않거나 캐빈 또는 에너지 저장 시스템이 어떠한 열도 필요로 하지 않을 때 차량 구성요소를 냉각시키기 위한 열 유체를 위한 루프를 갖는 것이 가능하다.
일부 양태에 따르면, 열 관리 시스템은 하나 이상의 펌프를 포함하고, 제어 유닛은:
- 수신된 데이터 및 수신된 측정된 온도에 기초하여 하나 이상의 펌프들의 속도를 제어하도록 배열된다.
따라서, 하나 이상의 밸브를 제어하는 것 이외에, 제어 유닛은 또한 하나 이상의 펌프를 통한 열 유체의 유동을 제어할 수 있다. 제어 유닛은 따라서 시스템에 대한 더 많은 제어를 가질 수 있고, 또한 가열 또는 냉각할 때 팩터로서 유량을 사용할 수 있다.
일부 양태에 따르면, 열 교환기는 칠러이다. 칠러는 열 에너지를 열 유체로부터 다른 열 유체로 또는 하나의 유체로부터 여러 유체로 전달하는 플레이트-대-플레이트 열 교환기 (plate-to-plate heat exchanger) 이다.
상기 목표는 또한 제 14 항에 정의된 전기 차량에 의해 달성된다. 차량은 캐빈, 에너지 저장 시스템, 차량 구성요소, 및 차량 구성요소 (4) 를 냉각하기 위한 열 유체를 포함하는 냉각 루프 (14a), 및 본 발명에 따른 열 관리 시스템 (1) 을 포함한다. 차량은, 적은 구역 내에서 작업을 실시하고 있고, 장거리 트레블을 의도하지 하지 않는, 불도저나 굴삭기 등과 같이 근거리형의 차량이다. 차량은 또한 사람 및/또는 물품의 이송을 위해 의도된 자동차, 버스, 및 트럭과 같은 장거리 유형일 수 있다.
이제, 본 발명은 상이한 양태들의 설명에 의해 그리고 첨부된 도면들을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2 는 온도 센서의 추가 입력을 갖는 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 3 은 추가적인 밸브의 추가 제어를 갖는 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 4 는 추가적인 밸브의 추가 제어를 갖는 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 5 는 추가적인 온도 센서의 추가 입력을 갖는 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 6 은 추가적인 밸브의 추가 제어를 갖는 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 7 은 하나 이상의 펌프의 추가 제어를 갖는 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 8 은 추가된 온도 센서, 펌프, 압력 센서 및 열 팽창 밸브의 예를 갖는 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2 는 온도 센서의 추가 입력을 갖는 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 3 은 추가적인 밸브의 추가 제어를 갖는 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 4 는 추가적인 밸브의 추가 제어를 갖는 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 5 는 추가적인 온도 센서의 추가 입력을 갖는 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 6 은 추가적인 밸브의 추가 제어를 갖는 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 7 은 하나 이상의 펌프의 추가 제어를 갖는 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 8 은 추가된 온도 센서, 펌프, 압력 센서 및 열 팽창 밸브의 예를 갖는 예시적인 열 관리 시스템의 개략도를 도시한다.
본 발명은 물론 개시된 실시형태들에 제한되지 않고, 다음의 청구항의 범위 내에서 변경되고 변화될 수 있다. 예를 들어, 펌프들, 온도 센서들 및 압력 센서들은 열 관리 시스템의 많은 상이한 위치들에 추가될 수 있다. 펌프들, 온도 센서들 및/또는 압력 센서들을 추가하는 것이 유리할 수 있는 일부 예들이 아래에 설명된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 개시된 열 관리 시스템은 많은 상이한 형태들로 실현될 수 있고, 본 명세서에 설명된 양태들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 전체에 걸쳐 동일한 부재를 나타낸다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 본 개시의 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본원에서 사용된 바와 같은, 단수 형태는 본문에 명백하게 다르게 나타내지 않는 한 또한 복수 형태들을 포함하도록 의도된다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어 (기술 및 과학적 용어를 포함) 는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
도면들에서 점선들을 갖는 구성요소들은 캐빈 (2), 에너지 저장 시스템 (3), 차량 구성요소 (4), 및 수동 냉각 시스템 (25), 냉각 유닛 (10), 차량 구성요소 (4) 를 냉각시키기 위한 제 1 열 유체를 포함하는 제 1 냉각 루프 (14a), 캐빈 (2) 을 냉각시키기 위한 제 2 열 유체를 포함하는 제 2 냉각 루프 (14b), 및 에너지 저장 시스템 (3) 을 냉각시키기 위한 제 3 열 유체를 포함하는 제 3 냉각 루프 (14c) 와 같은 차량의 파트들을 나타낸다. 냉각 루프 (14a-c) 는 냉각 루프 (14a-c) 에서 열 유체를 냉각하기 위해 수동 냉각 시스템 (25) 을 통과한다. 제 1 및 제 3 열 유체는 물과 글리콜, 또는 오일을 포함할 수 있다. 제 2 열 유체는 냉매 가스를 포함할 수 있다. 냉각 루프 (14a-c) 는 점선으로 도시되어 있고, 선과 함꼐 화살표는 열 유체의 유동 방향을 도시한다. 열 유체는 냉각 루프 (14a-c) 에서의 통로로 이송된다. 통로는 예를 들어 파이핑이다다.
연속된 선을 갖는 구성 요소는 열 관리 시스템에 포함된 파트를 나타낸다.
배경 기술 섹션에서 또한 언급된 바와 같이, 에너지 저장 시스템은 본 명세서에서 전기 차량의 전기 모터에 전력을 공급하기 위한 임의의 종류의 배터리 팩 또는 일련의 배터리들로서 정의된다. 다시 말해서, 본 개시에서 에너지 저장 시스템이라는 용어가 사용될 때, 단일 배터리 또는 복수의 배터리가 용어에 포함된다. 전기 차량용 에너지 저장 시스템은 보통 직렬로 여러 개의 배터리들을 포함한다.
차량 구성 요소는 열 유체에 의한 냉각을 필요로 하는 전기 차량의 임의의 구성요소이다. 예를 들어, 차량 구성요소는 임의의 종류의 e-모터, 인버터, 또는 DC/DC 컨버터일 수 있다.
도 1 은 예시적인 열 관리 시스템 (1) 의 개략도를 도시한다. 열 관리 시스템 (1) 은 차량 구성요소 (4) 를 포함하는 전기 차량의 에너지 저장 시스템 (3) 및 캐빈 (2) 에서 온도를 제어하기 위한 것이다.
열 관리 시스템 (1) 은 에너지 저장 시스템 (3) 을 가열하도록 배열된 하나의 열 교환기 (5), 캐빈 온도가 사용자 선택 온도보다 더 차가울 때 캐빈 (2) 을 가열하고 에너지 저장 시스템 (3) 이 최소 온도보다 더 차가울 때 열 교환기 (5) 에 열을 제공하도록 배열된 하나의 히터 (6) 를 포함한다. 동일한 히터 (6) 가 캐빈 (2) 및 에너지 저장 시스템 (3) 둘 모두를 가열하는데 사용된다는 것을 유념해야 한다. 히터는 에너지 저장 시스템 (3) 에 의해 전력을 공급받지만, 전기 치량이 이에 연결될 때, 예를 들어 충전 중일 때 외부 전력 소스에 의해 전력을 공급받을 수도 있다.
열 교환기 (5) 는 열 유체로부터 또 다른 열 유체로, 또는 하나의 유체로부터 여러 유체로 열 에너지를 전달하도록 배열된다. 열 교환기 (5) 는 예를 들어 칠러 (chiller) 이다. 칠러는 열 에너지를 열 유체로부터 또 다른 열 유체로 또는 하나의 유체로부터 여러 유체로 전달하는 플레이트-대-플레이트 열 교환기 (plate-to-plate heat exchanger) 이다. 히터 (6) 는 예를 들어, 고전압 히터, 저전압 저항 히터, PTC 타입 히터, 또는 AC 전력형 히터이다. 이는 또한 열-펌프 시스템의 응축 파트일 수 있다. 히터 (6) 는 전기 차량에 배열되기에 적합한 열 유체를 가열하기 위한 임의의 히터일 수 있다.
시스템 (1) 은 차량 구성요소 (4) 이후에 냉각 루프 (14a) 에 배치된 제 1 밸브 (7) 를 포함한다. 제 1 밸브 (7) 는 차량 구성요소 (4) 로부터 열 유체를 수용하도록 배열된 입구 (7a) 를 가지며, 이 열 유체는 차량 구성요소 (4) 를 냉각시키기 위해 사용된다. 제 1 밸브 (7) 는 히터 (6) 와 유체 연통하는 개방가능하고 폐쇄가능한 제 1 출구 (7b) 를 갖는다. 즉, 제 1 밸브 (7) 는 전기 차량의 차량 구성요소 (4) 를 냉각하는데 사용되된 열 유체를 수용한다. 제 1 밸브 (7) 는 열 유체를 다시 수동 냉각 시스템 (25) 으로 순환시키도록 배열된 개방가능하고 폐쇄가능한 제 2 출구 (7c) 를 갖는다. 바람직하게, 상기 제 1 밸브는 상기 제 1 출구와 상기 제 2 출구의 개폐를 서로 독립적으로 제어할 수 있는 타입이어서, 양 출구가 동시에 개방되고, 출구 중 하나가 개방되고 다른 하나가 폐쇄되며, 각각의 출력이 얼마만큼 개방되어야 하는지를 제어할 수 있다. 따라서, 각각의 출구를 통과하는 유동의 일부의 크기를 제어할 수 있다.
열 유체는 제 1 냉각 루프 (14a) 의 통로에서 이송되며, 통로는 예를 들어 파이핑이다. 제 1 냉각 루프 (14a) 에서 열 유체는 차량 구성요소를 냉각하기 위해 수동 냉각 시스템 (25) 을 통과하고 더 나아가 차량 구성요소 (4) 로 통과한다. 유체는 차량 구성요소 (4) 를 통과하고 제 1 밸브 (7) 의 입구 (7a) 로 더 유동한다. 그후, 유체는 제 1 출구 (7b) 를 통해 히터 (6) 로 통과될 수 있거나, 제 1 밸브 (7) 의 제 2 출구 (7c) 를 통해 수동 냉각 시스템 (25) 으로 다시 순환될 수 있다. 열 유체는 제 1 출구 (7b) 가 개방되면 히터 (6) 로 통과하고, 그렇지 않으면 열 유체는 냉각 시스템 (25) 으로 다시 통과된다.
제 1 밸브 (7) 는 하나의 입구와 2개의 출구를 갖는 밸브 조립체의 임의의 종류의 밸브일 수 있다. 예를 들어, 밸브 (7) 는 3방향 밸브이다. 밸브 (7) 는 유선 또는 무선 신호를 통해 제어 유닛으로부터의 신호를 통해 제어될 수 있는 밸브이다. 이는 후술하는 제 2 및 제 3 밸브 (11, 12) 에도 동일하게 적용된다. 예를 들어, 제 1 밸브 (7) 는 제 1 및 제 2 출구 (7b, 7c) 가 동시에 부분적으로 개방될 수 있고 제 1 밸브 (7) 의 입구 (7a) 로 들어가는 열 유체가 수동 냉각 시스템 및 히터로 다시 다양한 정도로 분배될 수 있도록 구성된 비례 밸브이다. 따라서, 유체의 일부만이 히터로 통과될 수 있는 반면, 나머지 부분은 수동 냉각 시스템으로 복귀된다.
열 관리 시스템 (1) 은 열 관리 시스템 (1) 의 밸브 및 펌프와 같은 구성 요소를 제어하기 위한 제어 유닛 (9) 을 포함한다.
시스템 (1) 은 제 1 밸브의 입구 (7a) 로 들어가는 열 유체의 온도를 측정하기 위해 제 1 냉각 루프 (14a) 에 배열된 제 1 온도 센서 (8) 를 포함한다. 온도 센서 (8) 는 차량 구성요소 (4) 를 냉각하기 위해 사용된 열 유체의 온도를 측정하도록 배열되며, 상기 열 유체는 제 1 밸브 (7) 에 의해 수용된다. 제 1 온도 센서 (8) 는, 예를 들어, 열 유체가 제 1 밸브 (7) 로 들어가기 전에 제 1 밸브 (7) 에 또는 파이프와 같은 통로에 배열된다.
열 관리 시스템 (1) 은 히터 (6) 로부터 캐빈을 가열하기 위해 캐빈으로, 또는 에너지 저장 시스템을 가열하기 위해 열 교환기 (5) 로, 또는 둘 모두로 열 유체를 선택적으로 통과시키는데 사용될 수 있는 제 2 밸브 (11) 를 포함한다. 제 2 밸브 (11) 는 히터 (6) 로부터 열 유체를 수용하도록 배열된 입구 (11a) 및 캐빈 (2) 에 연결되고 그것이 개방될 때 히터 (6) 로부터 캐빈 (2) 으로 열 유체를 통과시키도록 배열된 개방가능하고 폐쇄가능한 제 1 출구 (11b) 를 갖는다. 제 2 밸브 (11) 는 열 교환기 (5) 에 연결되고 그것이 개방될 때 히터 (6) 로부터 열 교환기 (5) 로 열 유체를 통과시키도록 배열된 개방가능하고 폐쇄가능한 제 2 출구 (11c) 를 갖는다. 제어 유닛 (9) 은 밸브 (11) 를 제어하도록 구성되고, 따라서 히터 (6) 로부터의 열 유체가 캐빈 (2) 또는 에너지 저장 시스템 (3), 또는 둘 모두를 가열하는데 사용될지, 또는 둘 중 하나에 더 많은 열을 가할 수 있는지 여부를 제어한다.
차량은 캐빈 (2) 을 냉각시키기 위한 제 2 냉각 루프 (14b) 를 포함한다. 제 2 냉각 루프 (14b) 는 유체를 수동 냉각 시스템 (25) 으로부터 캐빈으로, 캐빈으로부터 냉각 유닛 (10) 을 통해, 그리고 그후 다시 수동 냉각 시스템 (25) 으로 지향시킨다. 제 2 냉각 시스템은 또한 열 교환기 (5) 를 통해 에너지 저장 시스템 (3) 을 냉각시키는 데 사용될 수 있다.
차량은 그것이 냉각될 필요가 있을 때 에너지 저장 시스템 (3) 을 냉각하기 위한 제 3 냉각 루프 (14c) 를 포함한다. 제 3 냉각 루프 (14c) 는 유체를 수동 냉각 시스템 (25) 으로부터 에너지 저장 시스템 (3) 으로, 에너지 저장 시스템 (3) 을 통해, 그리고 그후 다시 냉각 시스템 (25) 으로 지향시킨다. 열 관리 시스템은 제 3 열 유체를 열 교환기 (5) 로 지향시키기 위한 제 3 밸브 (12) 를 포함할 수 있다. 제 3 밸브 (12) 는 하나의 입구 (12a) 와 제 1 및 제 2 개방가능하고 폐쇄가능한 출구 (12b, 12c) 를 포함한다. 제 3 밸브 (12) 는 열 유체를 에너지 저장 시스템 (3) 으로부터 열 교환기 (5) 로 제 1 출구 (12b) 를 통해, 또는 다시 수동 냉각 시스템 (25) 으로 제 2 출구 (12c) 를 통해 선택적으로 통과시키기 위해 사용될 수 있다. 제 3 밸브 (12) 의 제 2 출구 (12c) 로부터의 제 3 열 유체는 열 교환기 (5) 에서 양쪽 가열 및 냉각될 수 있다. 제 3 열 유체가 냉각되어야 할 때 그것은 제 2 열 유체에 의해 열 교환기 (5) 를 통해 냉각되며, 제 3 열 유체가 가열될 때 그것은 히터 (6) 로부터의 열 유체에 의해 열 교환기 (5) 를 통해 가열된다. 제어 유닛 (9) 은 제 3 밸브 (12) 를 제어하고, 따라서 에너지 저장 시스템 (3) 으로부터의 열 유체가 열 교환기 (5) 로 통과될지 또는 수동 냉각 시스템 (25) 으로 통과될지를 제어하도록 구성된다.
열 관리 시스템 (1) 은 제 1 밸브 (7) 의 제 1 출구 (7b) 에 연결된 입구 (13a) 및 수동 냉각 시스템 (25) 에 연결된 출구 (13b) 를 갖는 제 4 밸브 (13) 를 더 포함할 수 있다. 그후 제어 유닛 (9) 은 도 6 에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 밸브 (7) 의 제 1 출구 (7b) 가 개방되면 개방되고, 상기 제 1 밸브 (7) 의 제 1 출구 (7b) 가 폐쇄되면 폐쇄되도록 상기 제 4 밸브 (13) 의 개폐를 제어하고 (S10), 상기 제 1 밸브 (7) 의 제 1 출구 (7b) 가 폐쇄되면 개방되고, 상기 제 1 밸브 (7) 의 제 1 출구 (7b) 가 개방되면 폐쇄되도록 상기 제 2 출구 (7c) 의 개폐를 제어하도록 배열될 수 있다 (S11).
이에 의해, 열 유체에 과도한 열이 존재하지 않을 때 또는 캐빈 (2) 또는 에너지 저장 시스템 (3) 이 어떠한 열도 필요로 하지 않을 때 차량 구성요소 (4) 를 냉각하기 위해 제 1 냉각 루프 (14a) 에서 제 1 열 유체를 순환시키는 것이 가능하다. 제 1 열 유체는 캐빈 (2) 및 에너지 저장 시스템 (3) 의 임의의 것이 가열을 필요로 하고 열 유체에 과도한 열이 존재할 때까지 제 1 냉각 루프 (14a) 에서 순환하도록 유지된다.
제어 유닛 (9) 은 다음과 같이 배열된다:
- 상기 제 1 온도 센서 (8) 로부터 상기 열 유체의 측정된 상기 온도를 수신하고 (S1),
- 상기 캐빈 (2) 에서 측정된 온도와 연관된 데이터를 수신하고 (S2),
- 상기 에너지 저장 시스템 (3) 에서 측정된 온도와 연관된 데이터를 수신하고 (S3),
- 상기 수신된 데이터에 기초하여, 상기 캐빈 (2) 또는 상기 에너지 저장 시스템 (3) 의 임의의 것이 가열될 필요가 있는지를 결정하고 (S4),
- 제 1 온도 센서 (8) 로부터 열 유체의 수신된 측정된 온도에 기초하여 제 1 밸브 (7) 로 들어가는 열 유체에 과도한 열이 존재하는지를 결정하고 (S5),
- 열 유체에 과도한 열이 존재하고 에너지 저장 시스템 (3) 및 캐빈 (2) 의 임의의 것이 가열을 필요로 할 때 열 유체가 제 1 밸브 (7) 의 제 1 출구 (7b) 를 통해 히터 (6) 에 제공되도록 제 1 밸브 (7) 의 제 1 출구 (7b) 의 개폐를 제어하고 (S6),
- 상기 캐빈 및 상기 에너지 저장 시스템의 가열의 필요에 기초하여 상기 히터 (6) 로부터의 상기 열 유체가 상기 캐빈 (2) 및/또는 상기 열 교환기 (5) 로 분배되도록 상기 제 2 밸브 (11) 를 제어하도록 (S7) 배열된다.
제어 유닛은 제 1 밸브 (7) 로 들어가는 열 유체에 과도한 열이 존재하는지를 결정하도록 구성된다. 이것은 상이한 방식으로 이루어질 수 있다. 열 유체에 과도한 열이 존재하는 지를 결정하는 하나의 간단한 방법은 제 1 온도 센서로부터의 측정된 온도를 미리결정된 한계값과 비교하는 것이다. 이러한 경우에, 제 1 밸브로 들어오는 열 유체는 제 1 온도 센서로부터의 측정된 온도가 한계값을 초과할 때 히터로 분배되고, 에너지 저장 시스템 및 캐빈의 임의의 것이 가열될 필요가 있으며, 제 1 밸브로 들어가는 열 유체는 제 1 온도 센서로부터의 측정된 온도가 한계값 미만일 때 수동 냉각 시스템 (25) 으로 다시 분배된다.
또 다른 대안은 히터 (6) 로 들어오는 열 유체의 온도를 측정하고, 제 1 밸브 (7) 로 들어오는 열 유체의 측정된 온도와 히터로 들어오는 열 유체의 측정된 온도 사이의 차이에 기초하여 열 유체에 과도한 열이 존재하는지를 결정하는 것이다.
추가의 대안은 제 1 밸브로 들어가는 유체 내에 얼마나 많은 열 에너지가 존재하는지 계산하는 것이다. 예를 들어, 이용가능한 열 에너지는 제 1 냉각 루프 (14a) 에서 열 유체의 현재 (current) 유동 (통상적으로 분당 리터 단위) 및 제 1 밸브 (7) 로 들어오는 열 유체의 온도에 기초하여 계산될 수 있다. 유체의 guswo 유동은 제 1 냉각 루프 (14a) 에서 펌프의 속도에 기초하여 결정될 수 있다.
에너지 저장 시스템 및 캐빈의 가열 요구는 구성요소들의 사양 및 현재 요구에 기초하여 알려져 있고, 열 유체를 가열하기 위해 또는 정상 상태로 그것을 유지하기 위해 히터를 통해 추가하는 데 얼마나 많은 "열"이 필요한지를 계산하는 것이 가능하다.
열 관리 시스템 (1) 은 차량 구성요소 (4) 를 냉각하는 것으로부터의 과도한 열이 캐빈 (2) 및 에너지 저장 시스템 (3) 을 가열하기 위해 사용될 수 있도록 배열된다. 시스템에서 동일한 히터 (6) 가 캐빈 (2) 및 에너지 저장 시스템 (3) 둘 모두를 가열하는데 사용된다. 온도 센서로부터의 데이터 및 캐빈 (2) 및 에너지 저장 시스템 (3) 에서 측정된 온도와 연관된 입력 데이터를 사용하여, 제어 유닛 (9) 은 차량 구성요소 (4) 로부터의 과도한 열이 캐빈 (2), 에너지 저장 시스템 (3), 또는 둘 모두에서 사용될 수 있도록 제 1 밸브 (7) 를 제어할 수 있다.
제어 유닛 (9) 은, 예를 들어, 캐빈 및 에너지 저장 시스템의 임의의 것의 가열이 우선순위화되어야 하는지 여부에 대한 정보, 및 캐빈의 가열의 결정된 실제 필요성, 및 에너지 저장 시스템의 가열의 결정된 실제 필요성에 기초하여 히터 (6) 로부터의 열 유체가 캐빈 (2) 및/또는 에너지 저장 시스템 (3) 에 분배되도록 제 2 밸브 (11) 를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 캐빈의 가열은 에너지 저장 시스템의 가열보다 더 높은 우선순위를 가질 수 있거나, 또는 에너지 저장 시스템의 가열은 캐빈의 가열보다 더 높은 우선순위를 가질 수 있다. 이는 우선순위 관리를 가능하게 하며, 이는 유리할 수 있다. 예를 들어, 캐빈은 일반적으로 단지 5 kW 의 냉각 성능을 필요로 하고 배터리는 10 kW 를 필요로 한다: 시스템은 10 kW 를 갖는 하나의 히터를 갖는다 - 배터리의 필요로 인해 - 캐빈의 가열을 우선순위화하고 이 10 kW 를 캐빈에 대해서만 사용하고 따라서 그것은 매우 신속하게 가열하고, 캐빈이 원하는 온도로 가열된 후에 배터리의 가열을 시작하는 것이 가능하다. 가열의 우선순위에 관한 정보는 예를 들어 차량의 사용자로부터 우선순위 커맨드의 형태로 제어 유닛 (9) 에 의해 수신될 수 있거나, 미리 결정된 우선순위 선택으로서 제어 유닛 (9) 의 데이터 저장소에 저장될 수 있다.
히터의 개수를 최소화함으로써, 시스템의 중량을 최소화한다. 또한, 그것은 전기 차량의 작동 중에, 임의의 히터에 전력을 공급하는 에너지 저장 시스템 (3) 이다. 따라서, 열 관리 시스템 (1) 에서 모든 가열에 하나의 히터 (6) 만이 사용되는 것이 또한 유리하다. 히터 (6) 를 하나만 가짐으로써 비용도 절감된다.
단계 S1 내지 S6 은 도 1 에 도시되어 있다. 제어 유닛 (9) 은 데이터를 프로세싱하기 위한 프로세싱 회로부를 포함하고, 통신 회로부를 포함하거나 센서 데이터를 수신하고 그것이 제어하는 구성요소들에 대한 명령들을 전송하기 위한 통신 회로부에 연결된다. 제어 유닛 (9) 과 구성요소들, 즉 임의의 밸브들, 펌프들, 압력 센서들 및/또는 열 팽창 밸브들 사이의 통신은 유선 또는 무선 통신을 포함할 수 있다.
제어 유닛 (9) 은 제 1 센서, 캐빈, 및 에너지 저장 시스템 (3) 으로부터 수신된 센서 데이터를 프로세싱하고, 그것이 제어하는 구성요소들, 예를 들어 밸브들 (7, 11, 12, 및 13) 에 명령들을 전송하기 위한 프로세싱 회로부를 포함한다. 제어 유닛 (9) 은 센서 데이터를 프로세싱하고 그것이 제어하는 구성요소들에 대해 제어 신호들을 생성하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램과 같은 소프트웨어 코드 부분들, 및 소프트웨어 코드 부분들의 명령들을 수행하기 위한 프로세서, 메모리 및 입력/출력 디바이스들과 같은 하드웨어를 포함할 수 있다.
캐빈 (2) 에서 측정된 온도와 연관된 데이터는 캐빈 (2) 에서 실제 온도 또는 캐빈 (2) 이 원하는 온도와 상이한 정도의 수를 나타내는 데이터일 수 있다. 예를 들어, 전기 차량 운전자에게 쾌적하도록 캐빈 (2) 이 22℃ 로 설정되고, 실제 온도가 20℃ 인 경우, 캐빈 (2) 에서 측정된 온도에 관한 데이터는 20℃ 일 수 있다. 그러한 경우에 제어 유닛 (9) 은 더 많은 열이 필요하다고 결정하기 위해 원하는 온도를 측정된 온도와 비교한다. 또한, 캐빈 (2) 에서 측정된 온도와 연관된 데이터는 캐빈 (2) 이 원하는 온도에 도달하기 위해 2도가 더 필요하다는 것을 표시하기 위해 -2℃ 를 나타낼 수 있다. 또한, 측정된 온도와 연관된 데이터는 특정 수 없이 더 많은 열이 필요하다는 표시만을 제공하는 것일 수 있다. 또한, 측정된 온도와 연관된 데이터가 퍼센트로 주어지는 것일 수 있으며, 여기서 예를 들어, 0% 는 가열 또는 냉각이 필요하지 않다는 표시이고, 각각의 퍼센트는 변경될 미리결정된 수의 정도를 나타내는 것일 수 있다.
에너지 저장 시스템 (3) 에서 측정된 온도에 관한 데이터는 대응하는 형태일 수 있다. 실제 온도는 제어 유닛 (9) 으로 전송되고, 대형 배터리 팩의 경우에, 실제 온도는 에너지 저장 시스템 (3) 에서 상이한 위치에 배열된 여러 개의 온도 센서의 평균일 수 있거나, 실제 온도 사이의 차이가 전송되거나, 에너지 저장 시스템 (3) 이 가열될 필요가 있는지의 표시만이 전송된다.
캐빈 (2) 및 에너지 저장 시스템 (3) 에서 측정된 온도와 관련된 데이터는 또한 전술한 것 이외의 다른 방식으로 표시될 수 있다.
캐빈 (2) 또는 에너지 저장 시스템 (3) 의 임의의 것이 가열되어야 하는지를 를 결정하기 위해 (S4), 수신된 데이터에 기초하여, 수신된 데이터가 전술된 바와 같이 측정된 온도를 어느 방식으로 표시하는 지에 따라 상이할 수 있다. 캐빈 (2) 또는 에너지 저장 시스템 (3) 의 실제 온도가 수신되면, 캐빈 (2) 또는 에너지 저장 시스템 (3) 의 임의의 것이 가열되어야 하는지를 결정하는 것 (S4) 은 수신된 데이터를 참조 리스트 또는 캐빈 (2) 의 이전에 수신된 원하는 온도와 비교하는 것을 포함할 수 있다. 원하는 온도와 실제 온도의 차이가 존재한다면, 결정은 캐빈 (2) 또는 에너지 저장 시스템 (3) 이 너무 따뜻하거나 너무 추운지 검출하는 것일 수 있다. 측정된 온도와 연관된 데이터가 더 많은 열이 필요하다는 표시만을 제공하면, 결정은 단지 수신된 데이터를 체크하는 것일 수 있다.
열 유체에 과도한 열이 존재하고 에너지 저장 시스템 (3) 및 캐빈 (2) 의 임의의 것이 가열되어야 할 때 열 유체가 제 1 밸브 (7) 의 제 1 출구 (7b) 를 통해 히터 (6) 에 제공되도록 제 1 밸브 (7) 의 제 1 출구 (7b) 의 개방 및 폐쇄를 제어하는 것 (S6) 은, 제 1 출구 (7b) 를 개방하라는 명령와 함께 밸브에 신호를 전송하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 차량 구성요소 (4) 로부터의 열 유체가 캐빈 (2) 또는 에너지 저장 시스템 (3) 을 가열하기 위해 사용될 수 있을 정도로 따뜻할 때 행해진다.
제어 유닛 (9) 은 또한 전기 차량와 통신하고 명령을 수신하고, 전기 차량에 피드백을 제공할 뿐만 아니라, 전기 차량 및 열 관리 시스템의 상태 및 열 관리 시스템 (1) 또는 사용된 구성요소에서의 잠재적 에러를 수신 및 송신하도록 배열될 수 있다.
열 관리 시스템 (1) 의 파트들이 아닌, 도 1 내지 도 7 에 예시된 파트들이 존재한다는 것을 유의해야 한다. 예를 들어, 차량 구성요소 (4) 및 열 유체를 갖는 그 냉각 시스템은 차량의 파트들이다. 또한, 수동 냉각 시스템 (25) 은 종종 전기 차량에 존재하지만 설명된 열 관리 시스템 (1) 의 파트가 아니다. 캐빈 (2) 및 캐빈 (2) 의 가열 및 냉각 시스템, 예를 들어 HVAC 는 차량의 파트가고 열 관리 시스템 (1) 에 포함되지 않는다. 냉각 유닛 (10) 은 시스템에서 선택적이며 아래에서 설명된다. 밸브 (11, 12 및 13) 는 또한 시스템에 대해 선택적이다.
도 1 에는 열 관리 시스템 (1) 이 차량에서의 파트들에 어떻게 연결될 수 있는지의 예가 예시되어 있다. 냉각을 위한 3개의 냉각 루프 (14a-c) 가 차량의 수동 냉각 시스템 (25) 을 통과한다. 제 1 냉각 루프 (14a) 는 전기 차량의 차량 구성요소 (4) 을 냉각하는데 사용된다. 열 관리 시스템 (1) 은 열 유체에 과도한 열이 존재하는지 여부를 결정하기 위한 온도 센서 (8) 를 포함한다. 이는 외부 구성요소를 냉각하기 위해 사용되는 열 유체가 캐빈 및 에너지 저장 시스템의 가열에 기여하기에 충분히 따뜻한지를 결정하는 것을 의미한다. 그렇지 않다면, 열 유체는 제 1 밸브 (7) 의 제 2 출구 (7c) 를 통해 수동 냉각 시스템 (25) 으로 다시 순환될 수 있다. 과도한 열이 존재하는 경우, 열 유체는 밸브 (7) 의 제 1 출구 (7b) 를 통해 히터 (6) 로 전달될 수 있어서, 히터는 차량 구성요소로부터의 열 유체로부터의 열이 없는 경우보다 열 유체를 덜 가열할 수 있다. 이 예에서, 열 관리 시스템 (1) 은 열 유체가 캐빈, 또는 에너지 저장 시스템, 또는 둘 모두를 열 교환기를 통해 가열하는데 사용되어야 하는지를 제어하는데 사용될 수 있는 제 2 밸브 (11) 를 포함한다.
제 2 냉각 루프 (14b) 는 수동 냉각 시스템 (25) 을 통과하고 냉각 유닛 (10) 을 지나고, 제 2 냉각 루프 (14b) 에서의 제 2 열 유체는 캐빈 및/또는 에너지 저장 시스템을 열 교환기 (5) 를 통해 냉각시키는데 사용된다.
열 관리 시스템은 제 3 밸브 (12) 를 포함할 수 있다. 제 3 냉각 루프 (14c) 는 에너지 저장 시스템의 냉각에 사용되고, 제 3 밸브 (12) 를 통해 열 교환기 (5) 에 선택적으로 연결된다. 제 3 냉각 루프 (14c) 의 제 3 열 유체는 열 교환기에서 양쪽 가열 및 냉각될 수 있다. 그것이 냉각되어야 할 때, 그것은제 2 열 유체에 의해 열 교환기를 통해 냉각되며, 그것이 가열될 때 그것은, 히터 (6) 로부터의 열 유체에 의해 열 교환기를 통해 가열된다.
열 관리 시스템은 히터 (6) 로 들어오는 열 유체의 온도를 측정하도록 배열된 히터 온도 센서 (6a) 를 포함할 수 있다. 상기 제어 유닛 (9) 은 상기 히터 온도 센서 (6a) 로부터 측정된 온도를 수신하고 (S5a), 상기 제 1 온도 센서 (8) 로부터 수신된 측정된 온도 및 상기 히터 온도 센서 (6a) 로부터 측정된 온도에 기초하여 상기 열 유체에 과도한 열이 존재하는지를 결정하도록 (S5) 배열된다. 히터 온도 센서 (6a) 는 그것이 히터에 의해 가열되기 전에 열 유체의 온도를 측정하도록 배열된다. 히터 온도 센서 (6a) 는 도 2 에 도시된 바와 같이 히터 온도 센서 (6a) 가 히터 (6) 에서 열 유체의 온도를 측정하도록 히터 (6) 내측에 배치될 수 있다. 히터 온도 센서 (6a) 는 별도의 구성으로서 히터 (6) 의 외측에 배열될 수도 있다. 히터 온도 센서 (6a) 는, 예를 들어, 열 유체가 히터 (6) 로 들어오기 전에 통로, 예를 들어 파이핑에 배열될 수 있다. 히터는 케이싱에 배열되는 히터 요소를 포함할 수 있고, 히터 온도 센서 (6a) 는 히터 요소와 동일한 케이싱에 배열될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 시스템은 히터를 떠나는 열 유체의 온도를 측정하도록 배열된 제 2 히터 온도 센서를 포함할 수 있고, 제어 유닛은 제 1 및 제 2 히터 온도 센서들로부터의 측정된 온도들에 기초하여 열 유체에 과도한 열이 존재하는지 여부를 결정하도록 구성된다. 제 1 및 제 2 히터 온도 센서들은 모두 히터 요소와 동일한 케이싱에 배열될 수 있다. 히터 전 및 후의 온도도 측정하는 것이 유리한데, 왜냐하면 인가되는 가열 파워를 역방향으로 계산할 수 있기 때문이며 (부피 유동이 알려지기 때문에), 히터가 적절하게 작동하고 있는지를 이 계산으로 체크할 수 있기 때문이다.
출구 온도의 공지로, 가열된 후의 유체에서의 온도가 공지된다.
그 경우에, 열 유체의 수신된 측정된 온도에 기초하여 열 유체에 과도한 열이 존재하는지를 결정하는 것 (S5) 은 히터 온도 센서로부터 열 유체의 측정된 온도를 수신하는 것 (S5a), 및 제 1 온도 센서 (8) 로부터의 열 유체의 측정된 온도가 히터 (6) 내의 열 유체의 측정된 온도보다 따뜻한지를 결정하는 것 (S5b) 을 포함한다. 따라서, 차량 구성요소를 냉각하기 위해 사용된 열 유체에 과도한 열이 존재하는지를 결정하는 효율적인 방법이 달성된다. 제 1 온도 센서로부터의 열 유체의 측정된 온도가 히터에서 열 유체의 측정된 온도보다 따뜻하면, 차량 구성요소를 냉각하는 것으로부터의 열 유체는 캐빈 및/또는 에너지 저장 시스템을 가열하는 데 유용할 것이다. 즉, 차량 구성요소를 냉각시키는 것으로부터의 열 유체가 히터로 들어오는 열 유체보다 더 따뜻하면, 차량 구성요소를 냉각시키는 것으로부터의 열 유체는 히터로 들어오는 열 유체를 가열할 것이고, 따라서 차량 구성요소를 냉각시키는 것으로부터의 열 유체에 과도한 열이 존재한다.
열 유체의 수신된 측정된 온도에 기초하여 차량 구성요소 (4) 를 냉각시키기 위해 사용된 열 유체에 과도한 열이 존재하는 지를 결정하기 위한 (S5) 대안적인 방법은, 차량 구성요소 (4) 를 냉각시키기 위해 사용된 열 유체 내의 수신된 측정된 온도를 제 4 온도 센서 (18) 에서 측정된 열 유체의 온도와 비교하는 것이며, 이는 도 8 과 관련하여 아래에서 더 설명된다.
열 관리 시스템 (1) 은 캐빈 (2) 이 사용자 선택 온도보다 따뜻할 때 캐빈 (2) 을 냉각하고 에너지 저장 시스템 (3) 이 미리 결정된 최대 온도보다 따뜻할 때 에너지 저장 시스템 (3) 을 냉각하기 위해 열 교환기 (5) 에 냉각을 제공하도록 배열된 하나의 냉각 유닛 (10) 을 포함할 수 있다. 동일한 냉각 유닛 (10) 이 따라서 캐빈 (2) 및 에너지 저장 시스템 (3) 둘 모두를 냉각하기 위해 사용된다. 히터 및 냉각 유닛의 수를 최소화함으로써, 유닛의 중량은 최소화된다. 전기 차량의 작동 중에, 그것은 히터 (6) 및 냉각 유닛 (10) 에 전력을 공급하는 에너지 저장 시스템 (3) 이기 때문에, 모든 가열 및 냉각을 위해 단지 하나의 히터 (6) 및 단지 하나의 냉각 유닛 (10) 만이 사용되는 것도 또한 이점이다. 단지 하나의 히터 (6) 및 하나의 냉각 유닛 (10) 만을 가짐으로써 시스템의 비용도 최소화된다.
냉각 유닛 (10) 은 예를 들어, 열 교환기 및 캐빈에서 증발기와 연관하여 배열된 열 팽창 밸브와 함께 2개의 냉장 기계를 형성하는 압축기이다. 이러한 경우에, 압축기 (10) 에 연결되는 제 2 냉각 루프 (14b) 는 제 2 열 유체를 열 증기의 형태로 이송하기 위한 것이다. 냉각 유닛 (10) 은 또한 히트 펌프 시스템일 수 있다.
제어 유닛 (9) 은 또한 히터 (6) 로의 전력 및 따라서 히터 (6) 를 통해 유동하는 열 유체가 얼마나 많이 가열되어야 하는지를 제어하도록 배열될 수 있다. 이 제어는 제 1 밸브 (7) 의 제어와 동일한 파라미터, 즉 열 유체의 온도 및 캐빈 (2) 및/또는 에너지 저장 시스템 (3) 의 온도와 연관된 데이터에 기초할 수 있다.
도 3 은 추가적인 밸브의 추가 제어를 갖는 예시적인 열 관리 시스템 (1) 의 개략도를 도시한다. 열 관리 시스템 (1) 은 히터 (6) 로부터의 입구 (11a), 캐빈 (2) 으로의 제 1 출구 (11b) 및 열 교환기 (5) 로의 제 2 출구 (11c) 와 함께 배열되는 3방향 밸브일 수 있는 제 2 밸브 (11) 를 포함할 수 있고, 제어 유닛 (9) 은 제 2 밸브 (11) 를 통한 열 유체의 유동을 제어하도록 배열된다. 제어 유닛 (9) 은 따라서 제 2 밸브 (11) 를 통해 캐빈 (2) 및 에너지 저장 시스템 (3) 으로의 유동을 제어한다. 즉, 제어 유닛 (9) 은 제 2 밸브 (11) 를 제어하고, 따라서 열 유체가 히터 (6) 로부터 캐빈 (2) 으로, 에너지 저장 시스템 (3) 으로 또는 둘 모두로 유동해야 할 지를 제어한다.
제 2 밸브 (11) 를 제어하기 위해, 상기 제어 유닛 (9) 은 열 유체에 과도한 열이 존재하고 캐빈 (2) 이 가열되어여야 할 때, 열 유체가 캐빈 (2) 에 공급되도록 상기 제 2 밸브 (11) 의 제 1 출구 (11b) 의 개폐를 제어하고 (S7), 열 유체에 과도한 열이 존재하고 상기 에너지 저장 시스템 (3) 이 가열되어야 할 때, 열 유체가 상기 히터 (5) 에 제공되도록 제 1 밸브 (11) 의 출구 (11c) 를 제어하도록 (S8) 배열될 수 있다.
제 2 밸브 (11) 는 제 1 출구 (11a) 및 제 2 출구 (11c) 가 동시에 완전히 개방되거나 부분적으로 개방될 수 있고 상기 히터 (6) 로부터의 열 유체가 캐빈 및 상기 열 교환기에 다양한 정도로 분배될 수 있도록 구성된 비례 밸브이다. 제 2 밸브 (11) 는 바람직하게는 프로그램가능 밸브이다. 바람직하게는, 제 2 밸브는 제 1 및 제 2 출구 (11b, 11c) 의 개폐가 서로 독립적으로 제어될 수 있도록 구성되고, 제 1 및 제 2 출구 사이에서 개방 정도가 달라질 수 있도록 구성된다. 이것은 가열의 그들의 실제 필요에 따라 히터로부터 캐빈 및/또는 열 교환기로 유체를 분배하는 것을 가능하게 한다.
일 양태에서, 제어 유닛 (9) 은 다음과 같이 구성된다:
- 캐빈에서 측정된 온도 및 캐빈에서 사용자 선택 온도와 연관된 수신된 데이터에 기초하여 캐빈 (2) 의 가열의 실제 필요성을 결정하고,
- 에너지 저장 시스템에서 측정된 온도 및 최소 온도와 연관된 수신된 데이터에 기초하여 에너지 저장 시스템의 가열의 실제 필요성을 결정하고,
- 상기 캐빈 (2) 의 가열의 결정된 실제 필요성에 따라 상기 제 2 밸브의 상기 제 1 출구 (11b) 의 개방의 정도를 제어하고,
- 상기 에너지 저장 시스템의 가열의 결정된 실제 필요성에 따라 상기 제 2 밸브의 상기 제 2 출구 (11c) 의 개방 정도를 제어하도록 구성된다.
캐빈 및 에너지 저장 시스템을 가열할 필요성이 상이한 방식들로 계산될 수 있다. 배터리에 대해, 특정 시간에 1 ℃ 만큼 배터리 온도를 올리기 위해 필요한 가열 전력은 보통 OEM / 배터리 제조업체로부터 알려져 있다. 그 값은 주위 온도와 함께 가열의 필요성의 계산에 이용될 수 있다. 대안적으로, 현재 배터리 온도 및 원하는 배터리 온도가 알려져 있고, 우리는 배터리의 원하는 온도를 달성하기 위해 단지 풀 속도 (full speed) (이용가능한 만큼 많은 전력) 로 가열한다. 캐빈에 대해, 이것은 일반적으로 캐빈 내측의 Climate ECU 에 의해 수행된다. 이로부터 % 가열 값이 수신된다. 가열 요구가 공지된 바와 같이 계산에서 100 % 값을 달성하는 것이 용이하다.
도 4 는 추가적인 밸브의 추가 제어를 갖는 예시적인 열 관리 시스템 (1) 의 개략도를 도시한다. 열 관리 시스템 (1) 은 에너지 저장 시스템 (3) 으로부터의 입구 (12a), 열 교환기 (5) 로의 제 1 출구 (12b) 및 차량의 수동 냉각 시스템 (25) 으로의 제 2 출구 (12c) 와 함께 배열된 3방향 밸브일 수 있는 제 3 밸브 (12) 를 포함할 수 있고, 제어 유닛 (9) 은 에너지 저장 시스템 (3) 을 가열 또는 냉각하기 위해 사용되는 제 3 열 유체가 상기 열 교환기 (5) 또는 외부 수동 냉각 시스템 (25) 으로 지향되도록 제 3 밸브 (12) 의 제 1 출구 (12b) 및 상기 제 2 출구 (12c) 의 개폐를 제어 (S9) 하도록 배열된다. 에너지 저장 시스템 (3) 을 가열하거나 냉각할 필요가 없는 경우, 제어 유닛 (9) 은 열 유체가 열 교환기 (5) 를 통과하지 않도록, 즉 제 1 출구 (12b) 를 폐쇄하도록 제 3 밸브 (12) 를 제어할 수 있다. 밸브는 또한 유체가 단지 열 교환기 (5) 를 통과하도록, 즉 제 1 출구 (12b) 를 개방하고 제 2 출구 (12c) 를 폐쇄하도록 제어될 수 있다.
도 5 는 추가적인 온도 센서의 추가 입력을 갖는 예시적인 열 관리 시스템 (1) 의 개략도를 도시한다. 열 관리 시스템 (1) 은 제 3 밸브 (12) 로 들어가는 열 유체의 온도를 측정하도록 배열된 제 2 온도 센서 (20) 를 포함할 수 있다. 그후, 제어 유닛 (9) 은 제 2 온도 센서 (20) 로부터 열 유체의 측정된 온도를 수신하고 (S9a), 수신된 온도에 기초하여 제 3 밸브 (12) 의 제 1 출구 (12b) 및 제 2 출구 (12c) 의 개폐를 제어하도록 배열된다 (S9b).
에너지 저장 시스템 (3) 에서의 측정된 온도와 연관된 데이터와 함께, 측정된 온도에 있어서, 에너지 저장 시스템 (3) 이 가열 또는 냉각을 필요로 하는지가 공지된다. 따라서, 제어 유닛 (9) 은 수신된 데이터에 기초하여 제 3 밸브 (12) 를 제어할 수 있다. 제 2 온도 센서 (20) 는 열 관리 시스템 (1) 을 포함하는 차량의 파트일 수 있다는 것에 유의해야 한다.
도 6 은 추가적인 밸브의 추가 제어를 갖는 예시적인 열 관리 시스템 (1) 의 개략도를 도시한다. 제 1 밸브 (7) 는 제 2 개방가능하고 폐쇄가능한 출구 (7c) 를 갖는다. 열 관리 시스템 (1) 은 제 4 밸브 (13) 를 포함한다. 그후 제어 유닛 (9) 은 제 1 밸브 (7) 의 제 1 출구 (7b) 가 개방되면 그것이 개방되고, 상기 제 1 밸브 (7) 의 제 1 출구 (7b) 가 폐쇄되면 그것이 폐쇄되도록 제 4 밸브 (13) 의 개폐를 제어하고 (S10), 상기 제 1 밸브 (7) 의 제 1 출구 (7b) 가 폐쇄되면 개방되고, 상기 제 1 밸브 (7) 의 제 1 출구 (7b) 가 폐쇄되면 개방되도록 제 2 출구 (7c) 의 개폐를 제어한다 (S11).
이에 의해, 열 유체에 과도한 열이 존재하지 않거나 캐빈 (2) 또는 에너지 저장 시스템 (3) 이 어떠한 열도 필요로 하지 않을 때 차량 구성요소 (4) 를 냉각시키기 위한 열 유체를 위한 루프를 갖는 것이 가능하다. 도 6 에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 밸브 (7) 및 제 4 밸브 (13) 가 둘 다 폐쇄되면, 차량 구성요소 (4) 가 수동 냉각 시스템 (25) 을 통해 냉각되는 루프가 생성된다. 양 밸브 (7, 13) 가 개방될 때, 차량 구성요소 (4) 를 냉각하는 것으로부터 열 유체는 캐빈 (2) 또는 에너지 저장 시스템 (3) 또는 둘 모두를 가열하는데 사용된다.
도 7 은 하나 이상의 펌프 (15, 16, 17) 의 추가 제어를 갖는 예시적인 열 관리 시스템 (1) 의 개략도를 도시한다. 열 관리 시스템 (1) 은 하나 이상의 펌프 (15, 16, 17) 를 포함할 수 있고, 그후 제어 유닛 (9) 은 수신된 데이터 및 수신된 측정된 온도에 기초하여 하나 이상의 펌프 (15, 16, 17) 의 속도를 제어 (S12) 하도록 배열된다. 따라서, 하나 이상의 밸브를 제어하는 것 이외에, 제어 유닛 (9) 은 또한 하나 이상의 펌프 (15, 16, 17) 를 통한 열 유체의 유동을 제어할 수 있다. 제어 유닛 (9) 은 따라서 시스템에 대한 더 많은 제어를 가질 수 있고, 또한 가열 또는 냉각할 때 팩터로서 유량을 사용할 수 있다. 제 1 펌프 (15), 제 2 펌프 (16) 및 제 3 펌프 (17) 는 서로 독립적으로 시스템에 추가될 수 있다.
모든 밸브들 및 펌프들의 제어는 또한 에너지 저장 시스템 (3) 의 선택된 온도 및 미리결정된 최소 온도에 기초할 수 있다.
도 8 은 추가된 온도 센서 (18, 19, 20, 21), 펌프 (15, 16, 17), 압력 센서 (22, 23) 및 열 팽창 밸브 (24) 의 예를 갖는 예시적인 열 관리 시스템 (1) 의 개략도를 도시한다. 제 1 항에 기재된 부분만이 본 발명의 목적을 달성하기 위해 필요하다. 다른 부분은 선택적이거나 위에서 또한 설명된 바와 같이 시스템 외측에 배열된다.
압력 센서 (22, 23) 는 냉각 루프 (14) 가 냉매 가스를 이송하는 경우의 온도를 나타낸다. 압력 센서 (22, 23) 는 시스템 (1) 을 포함하는 차량에 배열될 수 있다. 제어 유닛은 예를 들어 열 팽창 밸브 (24) 및/또는 냉각 유닛 (10) 을 제어하기 위해 압력 센서로부터의 입력을 사용할 수 있다. 열 유체가 냉매 가스인 경우, 이는 예를 들어 R134a 또는 R1234YF 등이다. 파이핑의 상이한 파트들이 글리콜 냉각제, 물 또는 냉매 가스와 같은 상이한 타입들의 열 유체를 유지할 수 있다는 것을 주의해야 한다. 일반적으로, 냉각을 위해 열 유체를 이송하는 통로들은 냉매 가스를 갖고, 가열을 위한 통로들은 열 액체를 포함한다. 그러나, 다른 해결책들이 가능하다.
열 팽창 밸브 (24) 는 열 교환기의 일부인 증발기로 방출되는 냉매의 양을 제어하며, 증발기를 떠나는 증기의 과열을 조절하도록 의도된다. 열 팽창 밸브는 또한 열 교환기에 통합될 수 있거나, 또는 열 팽창 밸브가 시스템 (1) 을 포함하는 차량에 배열될 수 있다. 열 팽창 밸브는 압력 제어되거나 전기 제어될 수 있다. 이것은 전기적으로 맞물릴 수 있거나 (정상적으로 폐쇄하나 정상적으로 개방) 또는 단지 압력 맞물릴 수 있다.
1.
열 관리 시스템
2. 캐빈
3. 에너지 저장 시스템
4. 차량 구성요소
5. 열 교환기
6. 히터
a. 히터 온도 센서
7. 제 1 밸브
a. 입구
b. 제 1 출구
c. 제 2 출구
8. 제 1 온도 센서
9. 제어 유닛
10. 냉각 유닛
11. 제 2 밸브
a. 입구
b. 제 1 출구
c. 제 2 출구
12. 제 3 밸브
a. 입구
b. 제 1 출구
c. 제 2 출구
13. 제 4 밸브
a. 입구
b. 출구
14. 열 유체를 위한 냉각 루프
a. 제 1 냉각 루프
b. 제 2 냉각 루프
c. 제 3 냉각 루프
15. 제 1 펌프
16. 제 2 펌프
17. 제 3 펌프
18. 제 4 온도 센서
19. 제 3 온도 센서
20. 제 2 온도 센서
21. 제5 온도 센서
22. 제 1 압력 센서
23. 제 2 압력 센서
24. 열팽창 밸브
25. 외부 수동 냉각 시스템
2. 캐빈
3. 에너지 저장 시스템
4. 차량 구성요소
5. 열 교환기
6. 히터
a. 히터 온도 센서
7. 제 1 밸브
a. 입구
b. 제 1 출구
c. 제 2 출구
8. 제 1 온도 센서
9. 제어 유닛
10. 냉각 유닛
11. 제 2 밸브
a. 입구
b. 제 1 출구
c. 제 2 출구
12. 제 3 밸브
a. 입구
b. 제 1 출구
c. 제 2 출구
13. 제 4 밸브
a. 입구
b. 출구
14. 열 유체를 위한 냉각 루프
a. 제 1 냉각 루프
b. 제 2 냉각 루프
c. 제 3 냉각 루프
15. 제 1 펌프
16. 제 2 펌프
17. 제 3 펌프
18. 제 4 온도 센서
19. 제 3 온도 센서
20. 제 2 온도 센서
21. 제5 온도 센서
22. 제 1 압력 센서
23. 제 2 압력 센서
24. 열팽창 밸브
25. 외부 수동 냉각 시스템
Claims (15)
- 차량 구성요소 (4) 및 상기 차량 구성요소 (4) 를 냉각하기 위한 열 유체를 포함하는 냉각 루프 (14a) 를 포함하는 전기 차량의 캐빈 (2) 및 에너지 저장 시스템 (3) 내의 온도를 제어하기 위한 열 관리 시스템 (1) 으로서,
상기 시스템 (1) 은,
- 상기 에너지 저장 시스템 (3) 을 가열하도록 배열된 하나의 열 교환기 (5),
- 상기 캐빈 (2) 을 가열하고 상기 열 교환기 (5) 에 열을 제공하도록 배열된 하나의 히터 (6), 및
- 제어 유닛 (9) 으로서, 상기 제어 유닛 (9) 은:
o 상기 캐빈 (2) 에서 측정된 온도와 연관된 데이터를 수신하고 (S2),
o 상기 에너지 저장 시스템 (3) 에서 측정된 온도와 연관된 데이터를 수신하고 (S3),
o 상기 수신된 데이터에 기초하여, 상기 캐빈 (2) 또는 상기 에너지 저장 시스템 (3) 의 임의의 것이 가열될 필요가 있는지를 결정하도록 (S4) 구성되는, 상기 제어 유닛 (9), 및
상기 냉각 루프 (14a) 에 배치되고, 상기 차량 구성요소 (4) 를 냉각하기 위해 사용된 상기 열 유체를 수용하도록 배열된 입구 (7a), 및 상기 히터 (6) 와 유체 연통하는 출구 (7b) 를 갖는 제 1 밸브 (7) 를 포함하고,
상기 시스템 (1) 은:
- 상기 제 1 밸브의 상기 입구 (7a) 로 들어가는 상기 열 유체의 온도를 측정하도록 배열된 온도 센서 (8) 로서, 상기 온도 센서 (8) 는 상기 제 1 밸브 (7) 에 또는 상기 열 유체가 제 1 밸브 (7) 로 들어가기 전의 통로에 배열되는, 상기 온도 센서 (8),
- 상기 히터 (6) 로부터 상기 열 유체를 수용하도록 배열된 입구 (11a), 상기 캐빈 (2) 과 유체 연통하는 제 1 출구 (11b), 및 상기 열 교환기 (5) 와 유체 연통하는 제 2 출구 (11c) 를 갖는 제 2 밸브 (11) 를 포함하고,
상기 제어 유닛 (9) 은:
o 상기 온도 센서 (8) 로부터 상기 열 유체의 측정된 상기 온도를 수신하고 (S1),
o 상기 온도 센서 (8) 로부터의 상기 측정된 온도에 기초하여 상기 제 1 밸브의 상기 입구 (7a) 로 들어가는 상기 열 유체에 과도한 열이 존재하는 지를 결정하고 (S5),
o 상기 열 유체에 과도한 열이 존재하고 상기 에너지 저장 시스템 (3) 및 상기 캐빈 (2) 의 임의의 것이 가열될 필요가 있을 때, 상기 열 유체가 상기 히터 (6) 에 제공되도록 상기 제 1 밸브 (7) 의 상기 출구 (7b) 를 제어하고 (S6), 그리고
o 상기 캐빈 및 상기 에너지 저장 시스템의 가열의 필요에 기초하여 상기 히터 (6) 로부터의 상기 열 유체가 상기 캐빈 (2) 및/또는 상기 열 교환기 (5) 로 분배되도록 상기 제 2 밸브 (11) 를 제어하도록 (S7) 구성되는 것을 특징으로 하는, 열 관리 시스템 (1). - 제 1 항에 있어서,
상기 제어 유닛 (9) 은, 상기 캐빈 및 상기 에너지 저장 시스템의 임의의 것의 가열이 우선순위화되어야 하는지 여부에 대한 정보에 기초하여, 상기 히터 (6) 로부터의 상기 열 유체가 상기 캐빈 (2) 및/또는 상기 에너지 저장 시스템 (3) 에 분배되도록 상기 제 2 밸브 (11) 를 제어하도록 구성되는, 열 관리 시스템 (1). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 밸브 (11) 는 상기 제 1 출구 (11a) 및 상기 제 2 출구 (11b) 가 동시에 부분적으로 개방될 수 있고 상기 히터 (6) 로부터의 상기 열 유체가 상기 캐빈 (2) 및 상기 열 교환기 (5) 에 다양한 정도로 분배될 수 있도록 구성된 비례 밸브인, 열 관리 시스템 (1). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 루프 (14a) 는 외부 수동 냉각 시스템 (25) 을 통과하고, 상기 제어 유닛 (9) 은 상기 열 유체에 과도한 열이 존재하지 않거나 또는 상기 에너지 저장 시스템 (3) 및 상기 캐빈 (2) 의 어느 것도 가열될 필요가 없을 경우 상기 수동 냉각 시스템 (25) 으로 다시 상기 열 유체를 순환시키도록 배열되는, 열 관리 시스템 (1). - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 밸브 (7) 는 상기 외부 수동 냉각 시스템 (25) 과 유체 연통하는 제 2 출구 (7c) 를 갖고, 상기 제어 유닛 (9) 은 상기 열 유체에 과도한 열이 존재하지 않거나, 상기 에너지 저장 시스템 (3) 및 상기 캐빈 (2) 의 어느 것도 가열될 필요가 없을 경우, 상기 열 유체가 상기 수동 냉각 시스템 (25) 으로 다시 순환되도록 상기 제 1 밸브 (7) 의 상기 제 2 출구 (7c) 를 제어하도록 배열되는, 열 관리 시스템 (1). - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 유닛 (9) 은:
- 수신된 데이터에 기초하여 상기 캐빈 (2) 의 가열의 실제 필요성 및 상기 에너지 저장 시스템 (3) 의 가열의 실제 필요성을 결정하고,
- 상기 캐빈의 가열의 결정된 실제 필요성에 따라 상기 제 2 밸브의 상기 제 1 출구 (11b) 의 개방의 정도를 제어하고,
- 상기 에너지 저장 시스템 (3) 의 가열의 결정된 실제 필요성에 따라 상기 제 2 밸브의 상기 제 2 출구 (11c) 의 개방 정도를 제어하도록 배열되는, 열 관리 시스템 (1). - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히터 (6) 로 들어오는 상기 열 유체의 온도를 측정하도록 배열된 히터 온도 센서 (6a) 를 포함하고, 상기 제어 유닛 (9) 은 상기 히터 온도 센서 (6a) 로부터 측정된 온도를 수신하고 (S5a), 상기 제 1 온도 센서 (8) 로부터 상기 열 유체의 수신된 측정된 온도 및 상기 히터 온도 센서 (6a) 로부터 측정된 온도에 기초하여 상기 열 유체에 과도한 열이 존재하는지를 결정하도록 (S5) 배열되는, 열 관리 시스템 (1). - 제 7 항에 있어서,
상기 히터 온도 센서는, 상기 히터의 내측 또는 상기 열 유체가 상기 히터로 들어오기 전의 통로에 배치되는, 열 관리 시스템 (1). - 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 제어 유닛 (9) 은 상기 제 1 온도 센서 (8) 로부터의 상기 측정된 온도가 상기 히터 온도 센서 (6a) 로부터의 상기 측정된 온도보다 따뜻한지를 결정하고 (S5), 상기 에너지 저장 시스템 (3) 및 상기 캐빈 (2) 의 임의의 것이 가열되어야 하고 상기 제 1 온도 센서 (8) 로부터의 상기 열 유체의 상기 측정된 온도가 상기 히터 온도 센서 (6a) 로부터의 상기 측정된 온도보다 따뜻할 경우, 상기 제 1 밸브 (7) 의 상기 입구 (7a) 로 들어가는 상기 열 유체가 상기 히터 (6) 에 제공되도록 상기 제 1 밸브 (7) 의 상기 출구 (7b) 의 개폐를 제어 (S6) 하도록 배열되는, 열 관리 시스템 (1). - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 저장 시스템 (3) 으로부터 입구 (12a), 상기 열 교환기 (5) 로의 제 1 출구 (12b) 및 외부 수동 냉각 시스템 (25) 으로의 제 2 출구 (12c) 를 갖고서 배열된 제 3 밸브 (12) 를 포함하고,
상기 제어 유닛 (9) 은:
o 상기 에너지 저장 시스템 (3) 을 가열 또는 냉각하기 위해 사용되는 제 3 열 유체가 상기 열 교환기 (5) 또는 상기 외부 수동 냉각 시스템 (25) 으로 지향되도록 상기 제 3 밸브 (12) 의 상기 제 1 출구 (12b) 및 상기 제 2 출구 (12c) 의 개폐를 제어 (S9) 하도록 배열되는, 열 관리 시스템 (1). - 제 10 항에 있어서,
상기 제 3 밸브 (12) 로 들어가는 상기 제 3 열 유체의 온도를 측정하도록 배열되는 제 2 온도 센서 (20) 를 포함하고,
상기 제어 유닛 (9) 은,
o 상기 제 2 온도 센서 (20) 로부터 상기 제 3 열 유체의 측정된 상기 온도를 수신하고 (S9a),
o 수신된 온도에 기초하여 상기 제 3 밸브 (12) 의 상기 제 1 출구 (12b) 및 상기 제 2 출구 (12c) 의 개폐를 제어하도록 (S9b) 배열되는, 열 관리 시스템 (1). - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 펌프들 (15, 16, 17) 을 포함하고,
상기 제어 유닛 (9) 은,
o 수신된 데이터 및 수신된 측정된 온도에 기초하여 상기 하나 이상의 펌프들 (15, 16, 17) 의 속도를 제어하도록 (S12) 배열되는, 열 관리 시스템 (1). - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열 교환기 (5) 는 칠러 (chiller) 인, 열 관리 시스템 (1). - 제 5 항에 있어서,
상기 열 관리 시스템은 제 4 밸브 (13) 를 포함하고,
상기 제어 유닛 (9) 은,
- 상기 제 1 밸브의 상기 제 1 출구 (7b) 가 개방될 때 개방되고, 상기 제 1 밸브의 상기 제 1 출구 (7b) 가 폐쇄될 때 폐쇄되도록 제 4 밸브 (13) 의 개폐를 제어하고, 그리고
- 상기 제 1 밸브의 상기 제 1 출구 (7b) 가 폐쇄될 때 개방되고, 상기 제 1 밸브의 상기 제 1 출구 (7b) 가 폐쇄될 때 개방되도록 상기 제 1 밸브의 상기 제 2 출구 (7c) 의 개폐를 제어하도록 배열되는, 열 관리 시스템 (1). - 캐빈 (2), 에너지 저장 시스템 (3), 차량 구성요소 (4), 및 상기 차량 구성요소 (4) 를 냉각하기 위한 열 유체를 포함하는 냉각 루프 (14a), 및 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 열 관리 시스템 (1) 을 포함하는 전기 차량.
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