KR20240047969A - 전기 차량의 동적 유체 가열을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

전기 차량의 동적 유체 가열을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20240047969A
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세드릭 이스라엘손
브렛 헤르나디
이안 윌리엄 타이그
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마이크로히트 테크놀로지스 피티와이 엘티디
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Abstract

차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템 및 방법이 제공되며 이는 유체를 유지하기 위한 하나 이상의 셀을 포함하고, 각각의 셀은 그 내부에 위치된 하나 이상의 전극 쌍을 포함한다. 하나 이상의 셀은 하나 이상의 셀로의 입구 및 하나 이상의 셀로부터의 출구를 포함하는 흐름 경로를 따라 배열된다. 입구로부터 하나 이상의 셀로의 유체의 흐름을 조절하고; 하나 이상의 셀에서 유체의, 전기 전도도, 또는 비전도도를 결정하고; 유체의 전기 전도도, 또는 비전도도로부터, 유체를 가열하기에 충분한 전류에서 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐, 고 전압 배터리, 또는 차량 외부에 위치된 외부 전원으로부터 인가할 전압을 결정하고; 그리고 전류를 하나 이상의 전극 쌍으로부터 유체로 통과시켜 가열된 유체를 생성하도록 구성된 컨트롤러가 제공되고, 여기서 가열된 유체는 출구를 통해 하나 이상의 차량 구성요소에 열을 전달한다.

Description

전기 차량의 동적 유체 가열을 위한 시스템 및 방법
본 발명은 유체를 가열하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것으로 보다 구체적으로, 차량 내의 열 전도성 혼합물을 가열하는 것에 관한 것이다.
전기 및 하이브리드 전기 차량은 차량 소유자에게 점점 더 바람직한 것이 되고 있다. 전기 차량 사용의 가장 두드러진 이점 중 하나는 내연 기관에 의해 배출되는 잠재적으로 유해한 온실 가스 배출을 제거하는 것을 포함한다. 게다가, 배터리 기술은 합리적인 크기의 배터리 팩이 많은 수의 운전자가 수용할 수 있는 충분한 거리와 가속도를 제공할 수 있을 정도로 발전하였다. 사용가능한 전기 차량을 제공하기 위해, 배터리 팩은 효율적으로 충전되고(이상적으로는, 가능한 빨리) 여러 번 방전되어야 한다.
전기 차량 설계자가 직면한 한 가지 과제는 고 전압 배터리를 포함하는 주요 전기 차량 구성요소의 온도 민감도이다. 보다 구체적으로, 배터리의 최대 충전 전류와 최대 방전 전류는, 무엇보다도 배터리 온도에 기초하여 달라진다. 배터리의 온도는 작동 중에 배터리 내에서 발생하는 화학 반응 뿐만 아니라 차량이 위치된 환경의 주변 온도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 배터리의 온도가 미리 결정된 한계 미만일 때 충전이 발생하는 경우 배터리의 최대 충전 전류와 작동 수명이 크게 감소될 수 있다. 배터리의 온도가 미리 결정된 작동 한계를 초과할 때 배터리 충전 및 방전 효율과 배터리 작동 수명은 또한 최적 이하일 수 있다. 주요 전기 차량 구성요소를 최적의 작동 온도로 유지하는 것은 매우 중요하며 효과적인 열 관리를 통해 달성될 수 있다. 효과적인 열 관리는 주요 구성요소 작동 성능과 수명을 개선시킬 수 있다.
게다가, 차량 연소 엔진을 위한 기존의 히터는 전기 차량 배터리 팩을 따뜻하게 하기에 적합하지 않을 수 있다. 기존의 많은 엔진 블록 히터는 12 V 또는 24 V 전원 공급장치에 의해 전원을 공급받는다. 가열 요소의 와트-밀도(watt-density)는 이에 따라 정의된다. 이 히터들은 원하는 기능을 수행하나, 약 450 VDC의 범위의 고 전압 전원 공급장치를 탑재한 전기 차량 내에 간단하게 장착될 수 없을 수 있다. 고 전압 회로와 연관된 히터를 제어하는 것 또한 주요 차량 구성요소의 과열 상태를 방지하는 것을 보장하기 위해 매우 중요해지고 있다. 따라서, 각각의 주요 전기 차량 구성요소, 보다 구체적으로, 고 전압 배터리에 관한 원하는 최적의 온도를 유지할 수 있는 온도 제어 시스템을 제공하는 것이 유리할 수 있다.
가열될 유체로서 액체 냉각수를 사용하고 이어서 액체 냉각수로 전달되어야 하는 열을 생성하기 위한 가열 요소를 갖는 히터가 알려져 있다. 액체 냉각수 유형의 액체는 일반적으로 사용되는 액체이고 고온 및 극저온을 견디며, 필요한 열 관리를 제공하기 위해 우수한 열 용량과 열 전도성을 가지도록 제조되었으며 필요한 수준의 열 전도성을 유지하는 첨가제를 포함하며 순환하는 도관을 양호한 상태로 유지하기 때문에 액체 냉각수는 가열되는 액체로 식별된다. 그럼에도 불구하고, 이하에서는 가열될 액체는 총칭하여 유체 또는 열 유체로 지칭될 것이다.
공지된 히터의 예가 US20120295141에 나타나 있다. 해당 문서는 하우징, 가열 요소 및 서미스터(thermistor)를 포함하는 냉각수 히터를 설명한다. 히터는 전기 차량 배터리를 가열하는데 적합하다. 요소는 주전자처럼, 하우징 내에 유지되는 냉각수와 열 전달 관계에 있다. 요소는 원하는 와트 밀도를 제공하기 위해 특정 기하학적 구조로 제조된 저항성 가열 요소이다(이 경우, 제곱 센티미터 당 대략 30 와트이므로, 대부분의 차량 응용분야에 관해, 필요한 5000 와트 이상을 달성하기 위해서는 상대적으로 커짐). 이상적으로, 냉각수 히터는 가능한 한 작고, 무게도 최소화되어야 하며, 설치 최적화와 또한 배터리 저장소와 같은, 다른 요소에 관해 사용될 수 있는 공간 절약을 위해 가능한 한 적은 공간을 차지하도록 설계되어야 한다.
냉각수를 가열하기 위해, 전력은 펄스 폭 변조를 사용하여 요소로 선택적으로 공급된다(그리고 공급되지 않음). 이러한 제어 전략은 장기간 작동 기간에 걸쳐 요소에 제공되는 에너지의 전체 양을 감소시킬 수 있으며 서미스터에 의해 제공되는 신호에 기초하여 히터 기능의 폐쇄-루프 제어를 제공할 수 있다. 하지만, 전체 설계와 함께 펄스 폭 변조에 의해 요소를 가열하는 것은 히터가 열 관성의 영향을 받기 쉬워, 냉각수 회로의 온도를 동적으로 그리고 정확하게 제어하기 매우 힘들게 만들어 적절한 열 관리 전략을 제공하지 않게 된다. 게다가, 냉각수와 하우징 사이에 상당한 열 교환이 있기 때문에 하우징의 표면 온도는 매우 뜨거울 수 있고(+300℃ 정도), 이는 예를 들어 손상을 야기할 수 있는, 배터리 그 자체 또는 민감한 전자장치 구성요소에 근접한 차량 내의 특정 위치에 적합하지 않게 만든다.
이러한 결함 중 일부를 해결하기 위한 시도들이 이루어졌고 이로써 예를 들어 폴리머 PTC 가열 요소와 같은 후막 가열 요소의 사용을 통해 전반적인 열 관리 효율이 개선되었다. 하지만, 이러한 설계로 열 관성 문제는 개선되었지만, 반응형 에너지와 효과적인 냉각수 열 관리에 관한 주요 문제는 여전히 남아 있다.
가열 요소가 물과 접촉하는 경우(두 개념의 경우와 마찬가지로), 요소가 스케일 형성을 방지하는 재료로 코팅되지 않고 및/또는 물이 여과되지 않는 한, 스케일이 요소 상에 형성되는 경향이 있다는 것도 알려져 있다. 스케일이 가열 요소 상에 형성될 때, 요소가 히터로서의 효율성이 떨어지고 가열 요소의 영구적인 손상을 초래할 수 있다.
상기 문제점 중 하나 이상을 개선하거나 또는 적어도 완화하는 시스템 및 방법을 제공하거나 또는 대안을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
또한 알려진 차량, 특히 전기 차량의 유체 가열 시스템 및 방법의 하나 이상의 단점 또는 불편함을 개선하거나 또는 극복하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
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본 발명의 일 측면에 따르면, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템이 제공되고, 시스템은: 유체를 유지하기 위한 하나 이상의 셀로서, 각각의 셀은 그 내부에 위치된 하나 이상의 전극 쌍을 포함하고; 하나 이상의 셀은 하나 이상의 셀로의 입구 및 하나 이상의 셀로부터의 출구를 포함하는 흐름 경로를 따라 배열되고; 입구로부터 하나 이상의 셀로의 유체의 흐름을 조절하고; 하나 이상의 셀에서 유체의, 전기 전도도, 또는 비전도도를 결정하고; 유체의 전기 전도도, 또는 비전도도로부터, 유체를 가열하기에 충분한 전류에서 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐, 고 전압 배터리, 또는 차량 외부에 위치된 외부 전원으로부터 인가할 전압을 결정하고; 그리고 전류를 하나 이상의 전극 쌍으로부터 유체로 통과시켜 가열된 유체를 생성하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하고, 여기서 가열된 유체는 출구를 통해 하나 이상의 차량 구성요소에 열을 전달한다. 하나 이상의 가열 셀은 유체의 흐름을 유지할 뿐만 아니라 용이하게 할 수도 있다. 하나 이상의 전극 쌍은 단일의 전극 쌍을 복수의 전극 섹션 쌍 또는 세그먼트로 분할함으로써 형성될 수 있고, 각각의 세그먼트는 그 자신의 유효 표면적을 갖는다. 유효 표면적은 동일하거나 또는 서로 다른 크기일 수 있다.
유리하게는, 시스템은 하나 이상의 전극 쌍으로부터 유체로 전류를 통과시켜 유체를 가열하는 데 적합하다. 시스템은 동적이며 열 관성이 발생하지 않으므로, 냉각된 유체를 통과시키는 데 적합하다. 예를 들어, 냉각수(즉, 열 전달 매체)를 포함하는 냉각수 루프에 커플링된 배터리 냉각 서브시스템. 즉, 냉각수 루프는 또한 시스템에 열적으로 커플링될 수 있고, 이에 따라 배터리의 온도가 주변 온도와 관계없이 그것의 바람직한 작동 범위 내에서 유지될 수 있도록 보장한다.
전극에 인가되는 전압은 직류(DC; Direct Current)일 수 있다. 다른 경우에서, 전기 전원은 배터리에 의해 공급될 수 있다. 하지만, 교류(AC; Alternating Current) 또한 일부 실시예에서 사용될 수 있으며, 이에 따라 전력은 차량 외부의 단상 또는 3상 전원 공급장치에 의해 공급될 수 있다. 다양한 전자 구성요소가 전력 공급장치 사이에서 스위치하기 위해 제공될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 유체를 유지하기 위한 하나 이상의 셀은 하나 이상의 차량 구성요소에 근접해 있다. 물 및 에틸렌 글리콜 혼합물의 전형적인 냉각수 용액의 상대적으로 높은 전도도와 높은 작동 전압으로 인해, 시스템은 매우 컴팩트하고 가벼운 폼 팩터를 가질 수 있어 길고 복잡한 열 회로 또는 루프를 실행할 필요 없이 온도에 민감한 구성요소를 매우 가깝게 배치할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 차량 구성요소는 고 전압 배터리, DC 모터, 공기조화(HVAC; Heating Ventilation Air Conditioning) 시스템, 및 구동 전자장치 중 하나 이상을 포함한다. 시스템은 열 재킷, 특별히 설계된 유체 통로를 포함하는 열 플레이트, 방열판, 라디에이터, 핀 삽입물, 등을 포함하여, 해당 기술분야에 알려진 열 교환의 다양한 가능한 구성에 커플링될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
하나 이상의 실시예에서, 유체의 비전도도는 물의 비전도도보다 크다. 유리하게는, 이로 인해 전극이 더 작아지고 시스템 전체가 더 컴팩트해진다. 유체의 비전도도는 약 2,500 μS/cm 내지 5,000 μS/cm의 범위에 있고 물 및 에틸렌 글리콜 혼합물을 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 에틸렌 글리콜 품질 또는 에틸렌 글리콜 농도를 포함하는 혼합물의 특성을 모니터링한다. 이는 혼합물에 의해 인입되는 전류를 측정하여 수행될 수 있다. 유리하게는, 특성은 온-보드 진단(OBD; On-Board Diagnostic) 포트 또는 무선(예를 들어, 다양한 유형의 무선 통신 기술을 사용하여)을 통해 고급 진단 기능을 제공할 수 있다. 특성은 에틸렌 글리콜 혼합물의 품질 및 농도와 관련될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 혼합물의 원하는 열 전도도를 유지하기 위해 에틸렌 글리콜 품질 또는 에틸렌 글리콜 혼합물 농도를 모니터링한다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 에틸렌 글리콜 혼합물의 비전도도를 모니터링함으로써 혼합물의 열 전도도를 관리하도록 구성된다. 컨트롤러는 혼합물의 동적이고 효과적인 열 관리를 제공하여 하나 이상의 차량 구성요소의 최적 작동 온도가 유지되는 것을 보장하도록 구성될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 혼합물의 열 전도도를 관리하여 하나 이상의 차량 구성요소의 최적 작동 온도가 유지되는 것을 보장하도록 구성된다.
하나 이상의 실시예에서, 고 전압 배터리는 하이브리드 차량 또는 배터리 전기 차량(BEV; Battery Electric Vehicle)의 차량 추진을 위해 사용되는 리튬-이온 배터리이다. 전기 차량 리튬-이온(Li-ion) 배터리 셀의 충전은 배터리의 성능 또는 열화와 관련된 제약으로 인해 어려울 수 있다. 예를 들어, 일부 조건 하에서(예를 들어, 특정 온도에서), Li-ion 배터리의 충전은 배터리의 양극 상에 리튬의 증착을 유발할 수 있다. 양극 상의 리튬 증착은 충전 주기 단축, 배터리 수명 단축, 또는 셀 내부 단락과 같은, 성능 저하로 이어질 수 있다. 셀 내부 단락은 발열로 이어질 수 있고 이는 배터리 셀 고장을 유발할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 유체의 전기 전도도, 또는 비전도도를 결정하여 지속적으로 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐 인가할 전압을 결정하도록 더 구성된다. 컨트롤러는 유체의 전기 전도도, 또는 비전도도를 결정함으로써 요구되는 동적 열 관리를 제공하고 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐 지속적으로 인가할 전압을 결정함에 있어서, 동적이고 효과적인 열 관리를 제공하도록 더 구성될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 두 개 이상의 세그먼트로 분할되고, 각각의 세그먼트는 컨트롤러에 의해 선택되어 개별적으로 전기적으로 전력이 공급되도록 구성된다. 두 개 이상의 세그먼트에 걸쳐 개별적으로 전압을 인가하는 것은 하나 이상의 전극 쌍의 유효 표면적을 증가 또는 감소시킨다. 유리하게는 전도도 또는 비전도도 구배가 이로써 관리된다. 분할된 전극의 개별적 세그먼트를 활성화함으로써 분할된 전극에 의해 원하는 전류 및 전압을 매우 정확하게 전달하는 방식으로 수행될 수 있다. 각각의 분할된 전극은 다양한 크기의 세그먼트로 분할되어, 원하는 유효 영역의 선택 정확도를 증가시키기 위해 선택되는 세그먼트의 조합을 허용한다. 예를 들어, 분할된 전극이 세 개의 세그먼트로 분할된 경우, 세그먼트는 1:2:4의 비율의 상대적 유효 영역을 가질 수 있고, 즉, 세그먼트는 바람직하게는 총 유효 전극 영역의 4/7, 2/7 및 1/7을 각각 구성한다. 이러한 실시예에서, 세 개의 전극 세그먼트의 적절한 활성화는 일곱 개의 이용가능한 유효 영역 중 임의의 것의 선택을 허용한다. 대안적인 세그먼트 면적 비율 및 세그먼트의 수가 제공될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 전극 쌍은 각각이 1:2:…2(n-1) 비율의 유효 표면적을 갖는 n 개의 세그먼트로 분할된다.
하나 이상의 실시예에서, 두 개 이상의 세그먼트에 걸친 전압은 전극 표면적에 의해 유체에 의해 인입되는 유효 전류를 증가 또는 감소시킨다. 초기 전압은 하나 이상의 전극 쌍에 걸친 전압의 인가 시 유체에 의해 인입되는 전류가 전기 공급장치의 피크 전류 정격 또는 전극 쌍에 전압을 공급하는 공급 전력 제어 디바이스의 피크 전류 정격을 초과하지 않도록 결정될 수 있다. 피크 전류 정격은 전기 공급장치가 트립되거나 또는 손상 또는 비가역적인 손상 없이 처리할 수 있는 최대 전류일 수 있다. 유리하게는, 이는 또한 전기 공급장치(비싸고 차량에서 잠재적인 가연성이 있음)와 전극 쌍에 전압을 공급하는 전력 제어 디바이스에 대한 보호를 제공할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 두 개 이상의 세그먼트는 균일한 크기를 갖는다.
하나 이상의 실시예에서, 두 개 이상의 세그먼트는 상이한 크기를 갖는다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 각각이 1:2:…2(n-1) 비율의 유효 표면적을 갖는 n 개의 세그먼트로 분할된다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 실질적으로 평행하고 흐름 경로에 대해 일반적으로 수평인 평면에 위치된다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 실질적으로 수직이고 흐름 경로에 대해 일반적으로 수직인 평면에 위치된다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 불활성 전기 전도성 재료, 또는 전도성 플라스틱 재료, 탄소 함침 재료, 및 그것들의 조합을 포함하는 비-금속 전도성 재료로 적어도 부분적으로 코팅된다. 유리하게는, 재료는 스케일 축적 또는 부식 없이 에틸렌 글리콜 및 물의 혼합물에 대한 장기간의 노출을 견딜 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 금속 또는 비-금속 전도성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 적어도 부분적으로 형성된다. 재료는 층상 구조를 포함할 수 있고 다양한 결합 재료를 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 흑연, 탄소, 및 그것들의 조합을 포함하는 전기 전도성의, 불활성 재료로 형성된다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 흐름 경로를 통해 흐르는 유체의 유량을 측정하도록 더 구성된다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 하나 이상의 셀에서의 유체의 체류 시간을 조절하기 위해 흐름 경로를 통해 흐르는 유체의 유량을 증가 또는 감소시키도록 더 구성된다. 주어진 양의 유체가 전극으로부터 전력을 받는 체류 시간은 통로를 통한 유체의 유량을 측정함으로써 결정될 수 있다. 유량은 또한 유랑 및/또는 유체의 펌핑 또는 조절과 연관된 하나 이상의 임계 값에 의해 제한될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 흐름 경로를 통해 흐르는 유체의 온도를 측정하도록 더 구성된다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 출구에서의 유체의 온도를 측정하고; 그리고 유체의 가열을 증가 또는 감소시키도록 구성된 온도 컨트롤러에 피드백으로 온도를 제공하도록 더 구성된다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 셀은 흐름 경로를 따라 직렬로 배열된다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 유체의 전기 전도도, 또는 비전도도가 미리 결정된 범위를 벗어나는 경우 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐 전압을 인가하지 않도록 더 구성된다. 유리하게는, 이는 또한 전극 쌍에 전압을 공급하는 전기 공급장치 및 전력 제어 디바이스에 대한 보호를 제공할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 입구 및 출구는 서로에 대해 실질적으로 180도로 연장된다.
하나 이상의 실시예에서, 시스템은 하나 이상의 차량 구성요소와 열 통신하는 가압 유체를 제공하는 펌프를 더 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 다른 차량 시스템과 통신하는 차량 버스를 포함한다. 차량 버스는 매우 저렴한 차량 내 서브-네트워크인 LIN(Local Interconnect Network)을 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 배터리 전압은 약 250 VDC 내지 450 VDC의 범위에 있다. 유리하게는, 고 전압은 차량에 필요한 와이어의 크기를 줄여, 무게와 공간을 절약하는 장점이 있어 컴팩트하고 경량의 설계에 기여한다.
하나 이상의 실시예에서, 유체를 유지하기 위한 하나 이상의 셀은 전기 비-전도성 경량 플라스틱 재료로 만들어진다. 유리하게는, 경량 플라스틱 재료는 시스템의 전체 무게를 감소시킨다. 추가적으로, 플라스틱이 절연체라는 것은 모든 하우징의 표면 온도가 매우 뜨겁지는 않다는 것을 의미한다. 즉, 유체와 하우징 사이에는 미미한 열 교환이 있어 차량 내의 특정한 위치, 예를 들어 배터리 자체 또는 민감한 전자 구성요소 근처에 적합하며, 손상을 유발하지 않는다.
하나 이상의 실시예에서, 시스템은 최대 약 9 kW에서 작동할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법이 제공되고, 방법은: 차량 추진을 위해 적어도 부분적으로 사용되는 고 전압 배터리에 전기적 연결을 제공하고; 유체를 유지하기 위한 하나 이상의 셀을 제공하되, 각각의 셀은 그 내부에 위치된 하나 이상의 전극 쌍을 포함하고; 흐름 경로를 따라 하나 이상의 셀을 배열하되, 흐름 경로는 하나 이상의 셀로의 입구 및 하나 이상의 셀로부터의 출구를 포함하고; 하나 이상의 셀에서 유체의, 전기 전도도, 또는 비전도도를 결정하고; 유체의 전기 전도도, 또는 비전도도로부터, 유체를 가열하기에 충분한 전류에서 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐, 고 전압 배터리, 또는 차량 외부에 위치된 외부 전원으로부터 인가할 전압을 결정하고; 그리고 전류를 하나 이상의 전극 쌍으로부터 유체로 통과시켜 가열된 유체를 생성하는 단계를 포함하고, 여기서 가열된 유체는 출구를 통해 하나 이상의 차량 구성요소에 열을 전달한다.
하나 이상의 실시예에서, 유체를 유지하기 위한 하나 이상의 셀은 하나 이상의 차량 구성요소에 근접하게 제공된다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 차량 구성요소는 고 전압 배터리, DC 모터, 공기조화(HVAC; Heating Ventilation Air Conditioning) 시스템, 및 구동 전자장치 중 하나 이상을 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 유체의 비전도도는 물의 비전도도보다 크다.
하나 이상의 실시예에서, 유체의 비전도도는 약 2,500 μS/cm 내지 5,000 μS/cm의 범위에 있다.
하나 이상의 실시예에서, 유체는 물 및 에틸렌 글리콜 혼합물을 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 방법은 물 에틸렌 글리콜 품질 또는 물 에틸렌 글리콜 혼합물 농도를 포함하는 혼합물의 특성을 모니터링하는 단계를 더 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 고 전압 배터리는 하이브리드 차량 또는 배터리 전기 차량(BEV; Battery Electric Vehicle)의 차량 추진을 위해 사용되는 리튬-이온 배터리이다.
하나 이상의 실시예에서, 유체의 전기 전도도, 또는 비전도도를 결정하고 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐 인가할 전압을 결정하는 것은 흐름 경로를 따라 지속적으로 수행된다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 두 개 이상의 세그먼트로 분할되고, 각각의 세그먼트는 유체에 개별적으로 전압을 인가하도록 구성된다.
하나 이상의 실시예에서, 두 개 이상의 세그먼트에 걸쳐 개별적으로 전압을 인가하는 것은 전극 표면적에 의해 유체에 의해 인입되는 유효 전류를 증가 또는 감소시킨다.
하나 이상의 실시예에서, 두 개 이상의 세그먼트는 균일한 크기를 갖는다.
하나 이상의 실시예에서, 두 개 이상의 세그먼트는 상이한 크기를 갖는다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 각각이 1:2:…2(n-1) 비율의 유효 표면적을 갖는 n 개의 세그먼트로 분할된다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 실질적으로 평행하고 흐름 경로에 대해 일반적으로 수평인 평면에 위치된다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 실질적으로 수직이고 흐름 경로에 대해 일반적으로 수직인 평면에 위치된다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 불활성 전기 전도성 재료, 또는 전도성 플라스틱 재료, 탄소 함침 재료, 및 그것들의 조합을 포함하는 비-금속 전도성 재료로 적어도 부분적으로 코팅된다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 금속 또는 비-금속 전기 전도성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 적어도 부분적으로 형성된다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 흑연, 탄소, 및 그것들의 조합을 포함하는 전기 전도성의, 불활성 재료로 형성된다.
하나 이상의 실시예에서, 방법은 흐름 경로를 통해 흐르는 유체의 유량을 측정하는 단계를 더 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 방법은 하나 이상의 셀에서의 유체의 체류 시간을 조절하기 위해 흐름 경로를 통해 흐르는 유체의 유량을 증가 또는 감소시키는 단계를 더 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 방법은 흐름 경로를 통해 흐르는 유체의 온도를 측정하는 단계를 더 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 방법은 출구에서 유체의 온도를 측정하고; 그리고 유체의 가열을 증가 또는 감소시키도록 구성된 온도 컨트롤러에 피드백으로 온도를 제공하는 단계를 더 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 셀은 흐름 경로를 따라 직렬로 배열된다.
하나 이상의 실시예에서, 방법은 유체의 전기 전도도, 또는 비전도도가 미리 결정된 범위를 벗어나는 경우 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐 전압을 인가하지 않거나 또는 변경하는 단계를 더 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 입구 및 출구는 서로에 대해 실질적으로 180도로 연장된다.
하나 이상의 실시예에서, 방법은 하나 이상의 차량 구성요소와 열 통신하는 가압 유체를 제공하는 펌프를 제공하는 것을 더 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 방법은 다른 차량 시스템과 통신하는 차량 버스로의 연결을 제공하는 것을 포함한다. 차량 버스는 매우 저렴한 차량 내 서브-네트워크인 LIN(Local Interconnect Network)을 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 전압은 약 250 VDC 내지 450 VDC의 범위에 있다.
하나 이상의 실시예에서, 유체를 유지하기 위한 하나 이상의 셀은 전기 비-전도성 경량 플라스틱 재료로 만들어진다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 전극 쌍은 최대 약 9 kW에서 작동할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법이 제공되고, 방법은: 입구로부터 출구로의 흐름 경로를 따라 유체를 통과시키되, 흐름 경로는 제1 셀을 통과하는 유체가 후속적으로 제2 셀을 통과하도록 흐름 경로를 따라 위치된 적어도 제1 및 제2 셀을 포함하고, 각각의 셀은 흐름 경로를 따라 통과하는 동안 유체 내부에 열을 생성하기 위해 유체를 통해 전류가 통과되는 적어도 하나의 전극 쌍을 포함하고, 그리고 셀 중 적어도 하나는 적어도 하나의 분할된 전극을 포함하고, 분할된 전극은 복수의 전기적 분리가능 세그먼트를 포함하여 분할된 전극의 유효 표면적이 세그먼트를 선택적으로 활성화함으로써 제어될 수 있게 하여 활성화된 전극 세그먼트(들)에 전압을 인가할 때, 인입되는 전류가 유효 표면적에 따라 부분적으로 달라질 수 있고; 입구에서의 유체 전도도, 또는 비전도도를 결정하고; 제1 양만큼 유체 내부의 온도를 높이기 위해 측정된 유체 전도도, 또는 비전도도로부터 제1 셀에 의해 유체로 전달될 요구 전압 및 전류를 결정하고; 제1 셀의 작동으로 인한 가열된 유체 전도도, 또는 비전도도를 결정하고; 제2 양만큼 유체 내부의 온도를 높이기 위해 가열된 유체 전도도, 또는 비전도도로부터 제2 셀에 의해 유체로 전달될 요구 전압 및 전류를 결정하고; 분할된 전극에 의해 원하는 전류 및 전압을 전달하는 방식으로 분할된 전극의 세그먼트를 활성화하고; 그리고 출구를 통해 가열된 유체로부터 하나 이상의 차량 구성요소에 열을 전달하는 단계를 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 출구는 차량 내의 열 교환 시스템에 커플링된다.
하나 이상의 실시예에서, 열 교환 시스템은 하나 이상의 차량 구성요소 사이에서 열 에너지를 분배하기 위한 복수의 밸브를 포함한다.
하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 차량 구성요소는 하이브리드 차량 또는 배터리 전기 차량(BEV; Battery Electric Vehicle)의 차량 추진을 위해 사용되는 고 전압 배터리를 포함한다.
이제 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다. 도면의 특수성은 본 발명의 이전 설명의 일반성을 대체하지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주요 차량 구성요소를 가열하기 위한 유체 히터가 장착된 플러그-인 전기 차량의 블록도를 나타낸다;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 n 개의 가열 셀을 통과하는 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템의 단순화된 블록도를 나타낸다; 그리고
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 n 개의 가열 셀을 통과하는 유체로 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법의 흐름도를 나타낸다.
본 발명은 전기 차량 또는 "EV"에 적합하며, 이 예시적이나, 비-제한적인 응용과 관련하여 본 발명을 설명하는 것이 편리할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플러그-인 전기 차량(102)의 전체적인 블록도(100)를 나타낸다. 차량(102)은 잠재적으로 일부 추가적인 구동 구성요소(108)를 통해 DC 모터(110)에 의해 구동되는 네 개의 휠(104)을 포함한다. DC 모터는 내부 전력 공급장치(120)에 의해 전력이 공급된다. 도시된 실시예에서, 내부 전력 공급장치(120)는 재충전 가능한 DC 전력 공급장치이고 DC 모터 구동 전자장치와 예를 들어 리튬 이온 배터리와 같은 배터리의 조합으로 형성된다. 내부 전력 공급장치(120)의 전압은, 예를 들어 약 250 VDC 내지 450 VDC이다. 내부 전력 공급장치(120)는 충전 포트(118a)를 통한 외부 전력 공급장치(116)를 통해 충전된다. 충전 포트(118b)는 차량(102) 외부의 외부 전력 공급장치(116)로부터의 전기 전력을 수신하기 위한 전기 전력 인터페이스이다. 충전 시, 충전 케이블(126)의 커넥터(118a)는 충전 포트(118b)에 연결된다.
충전 포트(118b)는 내부 전력 공급장치에 전기적으로 연결된다. 커넥터(118a)가 충전 포트(118b)에 연결될 때, 다양한 상호연결된 전자 시스템은 외부 전력 공급장치(116)로부터 공급된 전기 전력을 내부 전력 공급장치(120)에 의해 요구되는 전기 전력으로 변환하여 충전한다. 해당 기술분야의 통상의 기술자는 언급된 충전 기능을 제공하기 위한 적절한 설계, 예를 들어, 하나 이상의 배터리 충전기, 컨버터(DC/DC, AC/DC, 및/또는 DC/AC) 및/또는 인버터 등을 인식할 것이다.
차량(102)은 또한 해당 기술분야에 잘 알려진 바와 같이, 히터 및/또는 에어컨 장비(124), 전자 제어 유닛(ECU; Electronic Control Unit)(122), 인버터, 컨버터, 및 파워 스티어링 모터 또는 펌프(도시되지 않음)와 같은 구성요소를 포함할 수 있다. 현대의 차량은 엔진, 파워트레인, 변속기, 브레이크, 서스펜션, 온보드 엔터테인먼트 시스템, 통신 시스템, 등과 같은 구성요소의 작동을 제어하기 위해 많은 ECU를 활용한다. ECU는 파워 스티어링부터 브레이크, 가속까지 현대 차량의 기본적인 작동을 제어한다. 게다가, 일부 자동차는 온-보드 진단(OBD; On-Board Diagnostic) 포트 또는 무선(over-the-air)(예를 들어, 다양한 유형의 무선 통신 기술을 사용하여)을 통해 고급 진단 기능을 제공하도록 구성된 ECU가 장착될 수 있다. 도시된 실시예에서, ECU(122)는 이들 언급된 목적 중 적어도 일부를 제공하기 위해 버스(112)를 통해 여러 차량 구성요소에 전기적으로 연결된다. 지나치게 복잡한 도면을 피하기 위해, 버스(112)는 모든 차량 구성요소에 연결되는 것으로 도시되지는 않았다. 하지만, 현대의 차량에서, 구동트레인을 포함하는 기타 구성요소는 OBD 포트에 연결될 가능성이 있다.
각각의 차량 구성요소(108, 110, 120, 122, 124)에 근접하게 하나 이상의 유체 히터(106)가 있다. 히터(106)는 열 교환기(114)를 통해 각각의 차량 구성요소(108, 110, 120, 122, 124)에 열적으로 커플링된다. 열 교환기(114)의 다양한 가능한 구성은 해당 기술분야에 알려져 있다.
도 1의 실시예는 복잡한 열 루프 또는 열 회로 및 상기 루프와 연관된 관련 열 방출 없이 열 교환기(114)를 통해 가열되는 차량 구성요소에 효과적으로 커플링되는 소형의 유체 히터(106)를 제공한다. 예를 들어, 열 전달 경로 및 패턴은 바람직하지 않는 열 손실을 줄이기 위해 포괄적으로 설계되어야 하며, 열 과학으로부터의 이론 및 방법론에 기초하여, 가열되는 구성요소에 열원을 근접하게 위치시켜, 긴 전도 또는 대류 경로 상에서 열 손실을 방지하는 것을 포함하는 일부 개선이 이루어질 수 있다.
하지만, 여섯 개 미만의 유체 히터가 채용될 수 있으며, 이 경우 순환 유체, 하나 이상의 펌프, 하나 이상의 열 교환기, 그리고 선택적으로 흐름을 제어하는 밸브를 포함하는 열 루프 또는 열 회로가 채용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 예에서, 열 루프는 선택적으로 유체로 루프를 채우기 위한 포트와, 그리고 또한 선택적으로 저장 탱크를 포함한다. 열 루프는 열을 차량 구성요소, 특히 배터리로 전달하거나 또는 배터리로부터 전달하며, 그리고 필요한 경우, 이 열을 다른 루프로 다시 보내거나 또는 주변 공기로 직접 방출하는 기능을 한다.
유체 히터(106)는 소형 펌프를 사용하여 유체 히터(106)와 그것들 각각의 열 교환기(114) 사이에서 순환하는 유체를 가열하기 위해 사용된다. 열 교환기(114)는 가열되는 차량 구성요소로 열을 전달하기 위해 사용된다. 전달되는 열의 수준은 유체 히터(106) 및 컨트롤러에 의해 제어되며, 이는 도 2 및 3과 관련하여 더욱 자세히 논의될 것이다.
본 실시예, 또는 유사한 실시예에서, 유체 히터(106)는 다중 전극 섹션을 사용하고, 전기 에너지를 유체에 직접 적용하는 것을 통해 유체를 가열하여 전자적 제어 하에 유체 자체 내의 가열을 유발한다.
유체 히터 전압은 내부 전력 공급장치(120) 또는 외부 전력 공급장치(116)에 의해 제공되고 설정된 유체 유량 및 유체 전도도의 변화를 관리한다. 펌프를 통해 유체 흐름이 촉진되는 폐쇄형 루프 연속 흐름 유체 히터인 유체 히터(106)는, 온도 및 전도도의 제한된 변동 범위 내에서 작동한다. 외부 온도에 따라, 차량이 충전을 위해 외부 전력 공급장치(116)에 연결될 때 차량 구성요소는 특정한 온도 수준으로 사전 조정될 수 있다. 내부는 외부 전력 공급장치(116)와 독립적으로 사전 조정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유체를 가열하기 위한 시스템(200)의 단순화된 블록도를 나타낸다. 유체는 흐름 경로(208)를 따라 배열된 세 개의 가열 셀(202, 204 및 206)을 통해 흐르게 된다. 흐름 경로(208)는 가열 셀(202, 204 및 206)로의 입구(210) 및 가열 셀(202, 204 및 206)로부터의 출구(212)를 포함한다. 입구 및 출구는 서로에 대해 실질적으로 180도로 연장되나, 다른 구성도 고안될 수 있다. 가열 셀(202, 204 및 206)은 유체가 흐름 경로를 통해 통과할 때 유체를 유지하며 해당 기술분야의 통상의 기술자는, 예를 들어 튜브 또는 파이프와 같이, 언급된 기능을 제공하기 위한 적절한 설계를 인식할 것이다.
하나 이상의 실시예에서, 가열 셀(202, 204 및 206)은 본체(214) 내에 수용되거나, 또는 통합된다. 본체(214)는 바람직하게는 합성 플라스틱 재료와 같은, 전기적으로 비-전도성이고 경량의 재료로 만들어진다. 유리하게는, 이는 시스템을 매우 가볍게 만들어(1.7kg 정도) 자동차 응용분야에 바람직하다. 하지만, 본체(214)는 전기 전도성이 있는, 구리 파이프 또는 니플과 같은 금속 고정장치에 연결될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 접지 연결부(216)는 시스템(200)에 연결된 임의의 금속 배관을 전기적으로 접지하기 위해 본체(214)의 입구(210) 및 출구(212)에 포함된다. 접지 연결부(216)는 실시예의 가열 시스템이 설치된 차량의 전기적 접지에 이상적으로 연결될 것이다. 접지 연결부(216)가 전극 전압에 의해, 시스템(200)을 통해 통과하는 물을 통한 전류를 인입(draw)할 수 있으므로, 접지 누출 보호의 활성화가 발생할 것이다. 시스템(200)은 접지 누출 보호 회로를 포함한다. 해당 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 접지 누출 보호 회로는 최소 접지 누출 전류를 검출하고, 이러한 전류로부터 사람 또는 장비를 보호하기 위해, 다운스트림 회로로부터 전력 공급장치를 분리시키도록 설계된다.
자동차 응용분야에서 시스템(200)은 전기 차량에 포함된 전기 시스템이 절연 저항 테스트를 받을 것을 요구하는 ISO 16750-2:2010(E)를 포함하는 다양한 안전 표준을 준수하도록 요구될 수 있다는 것 또한 이해될 것이다. 예를 들어, 시스템(200)은 갈바닉 절연 회로(여기서 절연은 유도성 또는 용량성 수단에 의해 달성된다)와, 시스템(200)의 전도성 부분 사이의 전류를 방지하는 데 요구되는 저항의 최소 옴 값을 보장하는 테스트를 통과해야 할 필요가 있을 수 있다. 이러한 테스트는 본체(214) 재료를 포함하는 절연 시스템의 상대적 품질에 대한 표시(indication)를 제공할 수 있다. 전기적 비-전도성 플라스틱 재료로 본체(214)를 제조할 수 있다는 것은 배경기술 부분에서 설명된 종래 기술의 히터에 상당한 이점을 제공한다.
도시된 실시예에서, 흐름 경로(208)는, 각각의 전극 쌍 세트(202a, 204a 및 206a)를 포함하는 세 개의 가열 셀(202, 204 및 206)이 제공된다. 하지만, 더 많거나 또는 더 적은 가열 셀이 사용될 수 있다는 것 또한 이해될 것이다. 전극은 금속 또는 전도성 플라스틱 재료, 탄소, 탄소 함침 재료 등과 같은 비-금속 전도성 재료일 수 있다.
물, 에틸렌 글리콜 혼합물을 가열하는 동안 화학 반응 및/또는 전기 분해를 최소화하기 위해 전극 기판 및 코팅은 전기 전도성 재료(또는 재료의 조합)의 그룹으로부터 선택되는 것이 중요하다.
전극 쌍은 또한 흑연, 탄소 및 그것들의 조합과 같은 전기 전도성의, 불활성 재료로 제조될 수 있다. 그것들은 또한 서로 다른 전극으로 구분되지만 공통 기판 등을 공유하도록 제조될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 각각의 전극 쌍 중 하나의 전극(202a, 204a 및 206a)은 두 개 이상의 세그먼트로 분할되고, 각각의 세그먼트는 개별적으로 전압을 인가하도록 구성된다. 각각의 전극 쌍 중 분할된 전극(202a, 204a 및 206a)은 별도의 전압 공급 전력 제어 디바이스(Q1, Q2, …, Qn)을 통해 공통 스위칭 전기 공급 경로(218)에 연결되는 반면, 각각의 전극 쌍 중 다른 전극(202b, 204b 및 206b)은 입력 DC 전압 공급장치(220)에 각각 연결된다. 별도의 전압 공급 전력 제어 디바이스(Q1, Q2, …, Qn)은 컨트롤러(222)에 의해 제공되는 전력 관리 제어에 따라 공통 전기 공급을 스위칭한다. 컨트롤러(222)는 유체의 유량을 조절 또는 측정하고, 접지 누출을 검출하고, 입구(210) 및/또는 출구(212)에서(또는 흐름 경로(208)에 따른 다른 위치에서) 온도를 측정하고, 및/또는 가열 셀(202, 204 및 206)에서(또는 유체 경로(208)에 따른 다른 위치에서) 유체에 의해 인입되는 전류(224)를 측정하기 위해 시스템(200)의 다른 구성요소와 상호작용하는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
가열 셀(202)로 공급되고, 또한 가열 셀(204 및 206)로 공급되는 전류는, 전류 측정 디바이스(들)(224)에 의해 측정된다. 하나의 전류 측정 디바이스(224)만이 도시되어 있다. 하지만, 각각의 가열 셀(202, 204 및 206)에서 전류가 개별 전류 측정 디바이스(224)에 의해 측정될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 전력 제어 디바이스(Q1, Q2, …, Qn)의 출력에 전기적으로 연결된 홀 전류 센서에 의해 이루어진 전류 측정값은 전력 관리 컨트롤러(222)에 전달된다.
하나 이상의 실시예에서, 전류 측정 디바이스(224)는 유체에 의해 DC 전력 공급장치(220)로부터 인입되는 전류를 결정하기 위해 작동 가능하도록 전력 제어 디바이스(Q1, Q2, …, Qn)에 커플링된다. 전류 증폭기는 전류 측정 디바이스(224)의 출력 신호를 증폭하기 위해 사용될 수 있다. 증폭된 신호는 이어서 컨트롤러(222)에 의해 수신되고 임계 수준과 비교된다. 계산된 전류 임계 수준은 일반적으로 암페어 범위로 설정되어, 유체가 흐름 경로(208)를 통해 흐를 때만 유체에 의해 인입되는 전류가 임계 수준과 동일하거나 또는 가깝게 유지되도록 한다. 시스템(200)이 사용 중인 동안, 컨트롤러(222)는 전류 측정 디바이스(들)(224) 출력을 임계 수준과 계속하여 비교하고 전극 쌍의 조합 선택에 대한 적절한 조정을 할 뿐만 아니라, 전기 공급장치의 전류 처리 능력이 초과되지 않도록 일관되게 보장하면서, 유체를 가열하기 위해 실질적으로 일정한 전류를 유지하도록 전극 쌍(202a, 204a 및 206a)에 공급되는 전압에 대한 적절한 조정을 수행한다. 하지만, 시스템(200)이 스탠바이 모드에 진입하는 것과 같이 비-사용 상태에 진입하면, 컨트롤러(222)는 이에 따라 가열 셀(202, 204 및 206)에 인가되는 전압을 제거할 것이다.
비-제한적인 예로서, 전류 측정 디바이스(들)(224)는 유체를 가열하기 위해 전극 쌍(202a, 204a 및 206a)에 걸쳐 인가할 이상적인 전압을 결정하기 위해 유체를 통한 전류의 감지된 흐름의 약간의 증가를 감지할 수 있다. 즉, 전류 측정값(들)은 전력 공급 컨트롤러로 작동하는 컨트롤러(222)로 입력 인터페이스(224)를 통해 입력 신호로서 공급된다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러(222)는 또한 본체(214)에 대한 입구(210) 근처에 위치된 유량 제한장치(226)를 통합하는 유량 스위치 또는 유량 측정 디바이스로부터의 신호를 입력 인터페이스(224)를 통해 수신할 수 있다. 임의의 전극(202a, 204a 및 206a) 세트 사이를 통과하는 유체의 부피는 유량을 측정함으로써 정확하게 결정될 수 있다. 유사하게, 주어진 양의 유체가 전극으로부터 전기 전력을 받는 체류 시간은 통로를 통한 유체의 유량을 측정함으로써 결정될 수 있다. 유량은 유량 및/또는 유체의 펌핑 또는 조절과 연관된 하나 이상의 임계 값에 의해 제한될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
유체의 가열은 가열 셀의 (상기 논의된 바와 같은) 전극에 유체가 노출됨으로써 발생한다. 유체에 의해 인입되기 위해 필요한 전류를 제공함으로써 가열이 촉진된다. 이 응용에서, 유체(예를 들어, 물 및 에틸렌 글리콜 혼합물)의 비전도도(specific conductance)는 약 2,500 μS/cm 내지 5,000 μS/cm의 범위에 있고, 즉 물의 전도도보다 상당히 크다. 이는 전극이 물을 가열하기 위해 사용될 수 있는 전극보다 상당히 작을 수 있음을 의미하며, 전기 차량이 약 250 VDC 내지 450 VDC의 매우 높은 DC 전압에서 작동한다는 점을 고려하면, 이는 매우 높은 전력 공급 전압에 의해 이루어진다. 프로필렌 글리콜 뿐만 아니라 글리세롤, 트리메틸올프로판, 헥산트리올, 펜타에리트리톨, 등을 포함하는 글리콜의 다른 혼합물 또한 적절할 수 있음이 이해될 것이다.
따라서, 유체를 통해 흐르는 전류는 유체의 전기 전도도, 또는 해당 유체의 비전도도의 척도로서 사용될 수 있으며 따라서 가열 및 해당 열을 매우 효율적으로 유지하기에 적합한 인입된 전류를 유지하는데 필요한 선택되는 전극 조합 및 인가되는 전압의 필요한 변화를 결정할 수 있다.
전기 전도도 및 그에 따른 유체의 비전도도는 온도 상승에 따라 변할 것이며, 따라서 유체 흐름의 경로(208)를 따라 비전도도 구배를 야기한다. 하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러(222)는 또한 입구(210)에서 유체의 온도를 측정하기 위해 입구 온도 측정 디바이스(228)로부터의 신호를 신호 입력 인터페이스(224)를 통해 수신한다. 출력 온도 측정 디바이스(230)는 또한 출구(212)에서 유체의 온도를 측정하기 위해 제공될 수 있다. 입력 온도 측정 디바이스(228), 및 출력 온도 측정 디바이스(230)로부터의 신호는 컨트롤러(222)에 피드백으로서 제공되어 유체 온도가 정확하게 계산되고, 또한 지속적으로 모니터링 되도록 한다.
본 실시예의 시스템(200)은 추가로 시스템이 설치되는 특정 위치로부터 발생하든지 또는 단일의 위치에서 또는 유체 온도의 변화로 인해 때때로 발생하든지, 유체 전도도, 또는 비전도도의 변화에 적응할 수 있다. 이와 관련하여 유체 전도도, 또는 비전도도는 가열 셀(202, 204 및 206)을 통해 흐르는 유체에 의해 인입되는 전류에 직접적으로 비례하도록 결정된다. 유리하게는, 이러한 변화는 또한 컨트롤러(222)에 의해 해석될 수 있고 진단 목적을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 물 및 에틸렌 글리콜 혼합물의 전도도가 예상보다 낮으면 품질이 불량한 에틸렌 글리콜 또는 이와 유사한 것을 나타낼 수 있다. 이러한 표시는 컨트롤러(222)에 의해 OBD 포트 또는 무선(예를 들어, 다양한 유형의 무선 통신 기술을 사용하여)(234)을 통해 고급 진단 기능을 제공하도록 구성된 ECU로 전송될 수 있다. 입구 온도, 출구 온도, 전력 사용 비율, 유체 품질 및 전도도 증가 또는 저하, 전력 소비, 전압, 유량, 오류 코드 및 기타 진단 정보, 등을 포함하나 이에 제한되지 않는 다른 진단 정보가 이러한 방식으로 전송될 수 있다. 유사하게, 컨트롤러(222)는 또한 최대 인가 전력 수준 설정, 다른 디바이스와의 전력 소비 상호-조정, 최대 및 최소 유체 온도 제한 설정, 작동 중 또는 스탠바이 중 온도 설정 변경, 오류 및 고장 관리 정보, 온 또는 오프 메시지를 포함하나 이에 제한되지 않는 정보를 수신할 수 있다.
유체 전도도, 또는 비전도도의 변동은 주어진 인가된 전압에 관해 각각의 전극에 의해 인입되는 전류의 양의 변화를 유발할 것이다. 이러한 실시예는 이러한 변동을 모니터링하고 시스템(200)이 작동하도록 허용하기 전에 전극 세그먼트의 적절한 조합을 초기에 선택하기 위해 결정된 전도도, 또는 비전도도 값을 사용하여 시스템(200)이 원하는 수준의 전류를 유도하는 것을 보장한다. 202a, 204a, 206a로 표현되는 전극은 다수의 전극, 202ai 및 202aii, 204ai, 204aii, 206ai, 및 206aii로 분할된다.
각각의 개별 전극에 관해, ai 세그먼트는 전형적으로 전극의 활성 영역의 약 1/3 또는 2/3를 형성하도록 제조되고, aii 세그먼트는 전형적으로 전극의 활성 영역의 2/3 또는 1/3을 형성하도록 제조된다. 적절한 세그먼트 또는 세그먼트의 적절한 조합의 선택은 전극의 유효 영역이 전극 영역에 관해 사용 가능한 세 가지 값 중 하나가 될 수 있도록 한다. 결과적으로, 전도성이 높은 유체의 경우 주어진 전압에 관해 전극에 의해 유도되는 전류가 원하는 또는 안전한 수준 이상으로 상승하는 것을 방지하는 동시에, 유체를 가열하기 위해 인입되는 데 필요한 전류를 유지하도록 더 작은 전극 영역이 선택될 수 있다. 역으로, 전도성이 낮은 유체의 경우, 원하는 가열에 영향을 미치기 위해 필요한 전류가 인입될 수 있도록 더 큰 전극 영역이 선택될 수 있다. 세그먼트의 선택은 전력 스위칭 디바이스(Q1, …, Qn)를 적절히 활성화 또는 비활성화함으로써 간단하게 이루어질 수 있다.
특히, 선택된 전극 세그먼트의 결합된 표면적은 전기 전력 시스템의 정격 최대 전류 값이 초과되지 않도록 구체적으로 계산된다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러(222)는 유체 경로(208)를 통해 흐르는 유체를 가열하기 위해, 다양한 모니터링 된 입력을 수신하고 전극 활성 영역 선택, 원하는 전극 쌍 전압 및 전류와 관련된 필요한 계산을 수행한다. 컨트롤러(222)는 각각의 전극 섹션(202, 204 및 206)에 연결된, 내부 DC 전력 공급장치 또는 외부 전력 공급장치(도 1을 참조하여 설명된 바와 같음) 중 하나로부터의 전압 공급을 제어한다.
전압 공급은 컨트롤러(222)로부터 전력 스위칭 디바이스(Q1, …, Qn)로의 개별 제어 신호에 의해 개별적으로 제어된다. 따라서, 다양한 매개변수(컨트롤러(222)가 이를 위해 대표적인 입력 신호를 수신함)에 기초하여, 컨트롤러(222) 내의 소프트웨어 프로그램 또는 펌웨어의 제어 하에 있는 컴퓨팅 수단은 도 3과 관련하여 논의될 바와 같이, 흐름 경로(208)를 통해 흐르는 유체의 원하는 온도를 부여하기 위해 필요한 전압을 공급하기 위해 전력 스위칭 디바이스에 의해 요구되는 제어 펄스를 계산한다는 것이 이해될 것이다. 펄스 폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation) 제어는 요구되지 않으나, 컨트롤러(222)는 변조된 신호를 수용하도록 구성될 수 있다. 이는 시스템(200)이 본질적으로 차량의 제어 시스템에 의해 결정되는 요구사항에 기초하여 열적 열 방정식을 적용하기 때문이다. 이 시스템(200)은 이어서 배터리, 구동 전자장치, 구동 모터, 실내 냉각수 가열 시스템 등의 열역학적 부하에 따른 요구사항을 동적으로 변경할 수 있다.
많은 실시예에서, 컨트롤러(222)는 또한 전류 측정 디바이스(들)(224), 온도 센서(228 및 230), 유량 측정 디바이스 또는 유량 제한장치(226)를 통합하는 흐름 스위치, 전력 스위칭 디바이스(Q1, …, Qn) 등으로부터의 판독값을 디지털 값으로 변환하고 그러한 디지털 값에 기초하여 메시지를 디지털 통신 디바이스(232)로 전달한다. 펌웨어에서 구현되기에 특히 적절할 수 있는, 이동 평균 필터, 균일하게 가중된 이동 평균 필터, 등 또는 이러한 필터의 조합을 포함하나 이에 제한되지 않는 필터링 방법 또한 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 메시지는 이어서 차량 BUS 기술, 이더넷, RS485 등을 포함하나 이에 제한되지 않는 유선 디지털 통신 서비스, 또는 애플리케이션(234) 또는 클라우드 컴퓨팅 플랫폼에 의한 처리를 위한 802.11, 와이파이 네트워크 또는 블루투스와 같은 무선 연결을 통해 다른 디바이스(예를 들어, 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 컴퓨터 시스템의 기타 형태)로 전송될 수 있다. 유리하게는, 이는 시스템(200)의 원격 모니터링 및/또는 구성을 제공하여, 오퍼레이터가 가열되는 유체의 특성에 기초하여, 유량 또는 전기 전력과 같은 매개변수를 수정하는 것을 편리하게 만든다. 예를 들어, 용액 전도도가 낮을 때 유량을 감소시키거나 및/또는 온도를 증가시킨다. 또한, 시스템 유지 및 관리도 디지털 통신 방법을 채택하여 용이하게 될 수 있다.
다양한 제어 구현이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 시스템(200)은, 다수의 실시예에서, 부분적으로, 클라우드-기반 서비스를 사용할 수 있는, 인공지능-기반 제어 메커니즘을 포함할 수 있다. 언급된 바와 같이, 유량을 증가 또는 감소시킬지(즉, 유체가 가열 셀에 머무는 체류 시간을 증가 또는 감소시키는 것) 또는 전압(및 이어지는 전류 인입)을 증가 또는 감소시킬지 여부의 결정은 컨트롤러(222)(또는 무선 트랜시버(232)를 통한 또 다른 플랫폼)에 제공되는 인터페이스(224)를 통한 다수의 센서 입력에 기초할 수 있다. 이러한 통신 및 계산의 조정은 컨트롤러(222), 애플리케이션(234) 또는 클라우드에서 호스팅되는 애플리케이션 내에서 자동으로 발생할 수 있다. 또한, 컨트롤러(222)는 입력 데이터에 기초하여 머신-러닝을 구현할 수 있다. 이러한 정보에 기초하여, 시스템(200)은 유량, 전압, 온도 등을 선제적으로 변경할 수 있다.
통신은 AFDX, ARINC 429, Byteflight, 자동차 구성요소를 상호연결하기 위한 저렴한 저속 직렬버스인 CAN(Controller Area Network), 고속 멀티미디어 인터페이스인 D2B(Domestic Digital Bus), 안전에 중요한 기능을 갖춘 범용 고속 프로토콜인 FlexRay, IDB-1394, IEBus, I2C, ISO 9141-1/-2, J1708 및 J1587, J1850, J1939 및 상업용(J1939) 및 농업용(ISO 11783) 차량을 위한 CAN의 적용인 ISO 11783, 자동차 진단 디바이스에 관한 프로토콜인 키워드 프로토콜 2000(KWP2000)(직렬 라인 또는 CAN 중 어느 하나의 상에서 실행), 매우 저렴한 차량 내 서브-네트워크인 LIN(Local Interconnect Network), SMARTwireX, SPI, VAN(Vehicle Area Network), UAVCAN(Uncomplicated Application-level Vehicular Communication And Networking), Wi-Fi 802.11, 6LowPan/ZIGBEETM 802.15, Ethernet 802.3, 802.11 및 802.15.4, 및 RS485를 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 적절한 디지털 통신 프로토콜을 사용하여 수행될 수 있음이 이해될 것이다. 그것은 버스, 케이블, 무선 통신 채널, 라디오 기반 통신 채널, 인터넷, 근거리 통신망(LAN), 무선 근거리 통신망(WLAN), 광역 통신망(WAN), 셀룰러 통신망, 또는 통신 네트워크 등에 기초한 임의의 인터넷 프로토콜(IP)을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 통신은 LIN 버스를 사용하여 수행된다. LIN 버스는 차량의 네트워크 내의 원격 애플리케이션을 효과적으로 지원하는, 저렴한 직렬 통신 프로토콜이다. 이는 특히 분산된 자동차 애플리케이션의 메카트로닉 노드를 위해 고안되었으나, 산업 애플리케이션에도 동등하게 적합하다. 이는 자동차 내의 계층적 네트워크로 이어지는 기존의 CAN 네트워크를 보완하기 위한 것이다.
무선 트랜시버(232)는 또한 원격 펌웨어 업데이트 메커니즘 및 컨트롤러(222) 사이의 통신을 용이하게 하기 위해 구성될 수 있다. 해당 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 컨트롤러(222)를 함께 이용한 원격 펌웨어 업데이트 메커니즘은 원격 저장소로부터의 업데이트를 주기적으로 확인하고, 펌웨어 업데이트를 다운로드하고 다운로드 된 펌웨어를 설치할 필요성을 결정하기 위해 다운로드 된 펌웨어를 기존 펌웨어와 비교하는 등 하도록 구성될 수 있다.
도 3은 도 2와 관련화여 논의된 실시예를 포함하는, 본 발명의 실시예에 따른 유체를 가열하기 위한 방법의 흐름도를 나타낸다.
방법(300)은 블록 302에서 시작하고, 단계 304에서 유체의 전기 전도도, 또는 비전도도가 제1 전극 쌍을 포함하는 제1 가열 셀의 입구에서 결정된다. 하나 이상의 실시예에서, 초기 전압이 전압 공급 전력 제어 디바이스(즉, 도 1을 참조하여 논의된 Q1)로부터의 제1 전극 쌍에 걸쳐 인가되는 동안 전기 전도도, 또는 비전도도는 유체에 의해 인입되는 전류의 양에 의해 결정된다.
단계 306에서, 유체의 전기 온도도, 또는 비전도도로부터 설정된 온도로 유체를 가열하는데 충분한 전류에서 제1 전극 쌍에 걸쳐 인가되는 전압이 결정된다. 단계 308에서, 전극 세그먼트 조합이 결정된다. 예를 들어, 분할된 전극이 세 개의 세그먼트로 분할되면, 세그먼트는 1:2:4의 비율의 상대 유효 영역을 가질 수 있고, 즉, 세그먼트는 바람직하게는 총 유효 전극 영역의 4/7, 2/7 및 1/7을 각각 구성한다. 하나 이상의 실시예에서, 상대적으로 낮은 전도도 또는 비전도도를 갖는 유체에 관해 모든 세그먼트가 활성화될 수 있으며, 상대적으로 높은 전도도, 또는 비전도도를 갖는 유체에 관해 세그먼트 중 하나 이상이 활성화될 수 있다.
인가된 전압 및 전극 세그먼트 조합이 결정되면, 유체에 의해 인입되는 전류가 이어서 단계 310에서 측정된다.
단계 312에서 시스템의 전류 제한이 초과되었는지 여부가 결정된다. 시스템 전류 제한이 제한을 초과한 경우, 프로세스는 단계 318에서 종료한다. 시스템 전류가 제한을 초과하지 않은 경우, 단계 314에서 설정된 온도로 유체를 가열하기 위해 충분한 전류가 있는지 여부가 결정된다.
하나 이상의 실시예에서, 방법은 단계 316으로 돌아가서 설정된 온도로 유체를 유지하기 위해 실질적으로 일정한 전류를 유지하도록 전기 전도도, 또는 비전도도가 지속적으로 결정되고 모든 가열 셀(202, 204 및 206)의 공급된 전압 및 전극 세그먼트 조합에 대한 적절한 조정이 이루어진다. 유리하게는, 단계 316으로 돌아가서 방법은 특정 위치에 기초하여 또는 때때로 발생할 수 있는 에틸렌 글리콜의 특정 품질 또는 에틸렌 글리콜 및 물 혼합물의 변경된 농도로부터 발생하는, 유체의 전도도, 또는 비전도도의 변화에 적응할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 단계 310 내지 316은 방법이 단계 318에서 끝날 때까지 n 개의 가열 셀에 관해 반복될 수 있다.
일부 실시예는 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 맞춤형 프로세서 및 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA; Field Programmable Gate Array)와 같은 하나 이상의 범용 또는 특수 컨트롤러 또는 프로세서(또는 "처리 디바이스")와, 본 명세서에 설명된 방법 및/또는 장치의 기능 중 일부, 대부분, 또는 전부를, 특정한 비-프로세서 회로와 함께 구현하기 위해, 하나 이상의 프로세서를 제어하는 고유 저장 프로그램 명령(소프트웨어 및 펌웨어 모두 포함)으로 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 대안적으로, 일부 또는 모든 기능은 저장된 프로그램 명령이 없는 스테이트 머신에 의해, 또는 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC; Application Specific Integrated Circuit)에 의해 구현될 수 있으며, 여기서 각각의 기능 또는 특정한 기능의 일부 조합은 맞춤형 로직으로 구현된다. 물론, 두 가지 방식의 조합이 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 "코팅된 전극"과 관련하여 사용된 용어 "코팅된"은, 다른 재료의 외부 표면에 재료를 부착하는 것을 지칭할 수 있다. 부착은 다른 재료의 표면을 부분적으로 또는 전체적으로 덮을 수 있으며 기계적, 화학적, 또는 기타 힘 또는 결합에 의할 수 있다.
용어 "제조된"은 흑연, 탄소 및 그것들의 조합과 같은 전기 전도성의, 불활성 재료로 제조될 수 있는 하나 이상의 전극 쌍의 생성을 지칭할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "열 교환기"는, 하나의 매체에서 다른 매체로 열을 전달하기 위한 디바이스를 지칭할 수 있다. 열 교환기의 예는 코일, 플레이트, 핀, 파이프, 및 그것들의 조합을 포함할 수 있는, 라디에이터를 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "유체"는, 기체, 액체, 젤 및 그것들의 조합을 지칭할 수 있다. 냉각수 액체, 또는 냉각수는, 열 회로 내에서 열을 전달하는 데 도움이 된다. 일부 예에서, 고체 전도체가 열 전달 유체를 대체할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "열적으로 커플링된"은, 두 개 이상의 구성요소 또는 디바이스 사이에서 열을 교환(즉, 수용 또는 발산)할 수 있도록, 통신하는 두 개 이상의 구성요소 또는 디바이스를 지칭할 수 있다. 열적으로 커플링된 디바이스는 열을 전달하거나 또는 교환하기 위해 파이프 또는 기타 매체에 의해 서로 근접해 있거나 또는 분리될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 영어 "열 루프"는, 적어도 순환 유체, 하나 이상의 펌프, 열 교환기, 선택적으로 전기 유체 히터, 그리고 선택적으로 흐름을 제어하는 밸브를 포함하는 회로를 지칭할 수 있다. 일부 예에서, 열 루프는 선택적으로 유체로 루프를 채우기 위한 포트와, 그리고 또한 선택적으로 저장 탱크를 포함한다. 열 루프는 열을 배터리로 전달하거나 또는 배터리로부터 전달하며, 그리고 필요한 경우, 이 열을 다른 루프나 또는 주변 공기로 직접 방출하는 기능을 한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "파워트레인"은, 엔진, 배터리, 전기 모터(들), 모터 전력 전자장치, 배터리 전력 정자장치, 온-보드 배터리 충전기, 및 DC-DC 컨버터 중 하나 이상을 지칭할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "구동트레인"은, 변속기를 구동축에 연결하는 자동차의 시스템을 지칭한다. 하이브리드 차량은 예를 들어, 전기 구동트레인을 포함할 수 있다.
본 명세서에서(청구범위 포함) "포함하다(comprise)", "포함하다(comprises)", "포함되다(comprised)" 또는 "포함하는(comprising)"의 용어가 사용되는 경우, 이는 언급된 특징, 수, 단계 또는 구성요소의 존재를 지정하는 것이나, 하나 이상의 다른 특징, 수, 단계 또는 구성요소, 또는 그것들의 그룹의 존재를 배제하지는 않는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 제한된 수의 실시예와 관련하여 설명되었지만, 전술한 설명을 고려하여 많은 대안적인 수정 및 변형이 가능하다는 것이 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 폐쇄된 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 대안, 수정 및 변형 모두를 포괄하는 것으로 의도된다.

Claims (70)

  1. 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은:
    유체를 유지하기 위한 하나 이상의 셀 - 각각의 셀은 그 내부에 위치된 하나 이상의 전극 쌍을 포함하고, 상기 하나 이상의 셀은 상기 하나 이상의 셀로의 입구 및 상기 하나 이상의 셀로부터의 출구를 포함하는 흐름 경로를 따라 배열됨 -; 및
    컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는:
    상기 입구로부터 상기 하나 이상의 셀로의 상기 유체의 흐름을 조절하고;
    상기 하나 이상의 셀에서 상기 유체의, 전기 전도도(electrical conductivity), 또는 비전도도(specific conductance)를 결정하고;
    상기 유체의 상기 전기 전도도, 또는 비전도도로부터, 상기 유체를 가열하기에 충분한 전류에서 상기 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐, 고 전압 배터리, 또는 상기 차량 외부에 위치된 외부 전원으로부터 인가할 전압을 결정하고; 그리고
    상기 전류를 상기 하나 이상의 전극 쌍으로부터 상기 유체로 통과시켜 가열된 유체를 생성하도록 구성되는 - 상기 가열된 유체는 상기 출구를 통해 하나 이상의 차량 구성요소에 열을 전달함 -, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체를 유지하기 위한 상기 하나 이상의 셀은 상기 하나 이상의 차량 구성요소에 근접해 있는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 하나 이상의 차량 구성요소는 상기 고 전압 배터리, DC 모터, 변속기, 공기조화(HVAC; Heating Ventilation Air Conditioning) 시스템, 및 구동 전자장치 중 하나 이상을 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체의 상기 비전도도는 물의 비전도도보다 큰, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체의 상기 비전도도는 약 2,500 μS/cm 내지 5,000 μS/cm의 범위에 있는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 물 및 에틸렌 글리콜 혼합물을 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 컨트롤러는 에틸렌 글리콜 품질 또는 물 및 에틸렌 글리콜 혼합물 농도를 포함하는 상기 혼합물의 특성을 모니터링하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 혼합물에 의해 인입되는 전류를 측정함으로써 에틸렌 글리콜 품질 또는 물 및 에틸렌 글리콜 혼합물 농도를 포함하는 상기 혼합물의 특성을 모니터링하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 혼합물의 원하는 열 전도도를 유지하기 위해 에틸렌 글리콜 품질 또는 물 및 에틸렌 글리콜 혼합물 농도를 모니터링하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 에틸렌 글리콜 품질과 상기 물 및 에틸렌 글리콜 혼합물 농도를 모니터링함으로써 상기 혼합물의 열 전도도를 관리하도록 구성되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 혼합물의 열 전도도를 관리하여 상기 하나 이상의 차량 구성요소의 최적 작동 온도가 유지되는 것을 보장하도록 구성되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고 전압 배터리는 하이브리드 차량 또는 배터리 전기 차량(BEV; Battery Electric Vehicle)의 차량 추진을 위해 사용되는 리튬-이온 배터리인, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 유체의 상기 전기 전도도, 또는 비전도도를 결정하여 지속적으로 상기 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐 인가할 전압을 결정하도록 더 구성되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은 두 개 이상의 세그먼트로 분할되고, 각각의 세그먼트는 상기 컨트롤러에 의해 개별적으로 전압을 인가하도록 구성되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 두 개 이상의 세그먼트에 걸쳐 개별적으로 상기 전압을 인가하는 것은 전극 표면적에 의해 상기 유체에 의해 인입되는 유효 전류를 증가 또는 감소시키는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 두 개 이상의 세그먼트는 균일한 크기를 갖는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  17. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 두 개 이상의 세그먼트는 상이한 크기를 갖는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은 각각이 1:2:…2(n-1) 비율의 유효 표면적을 갖는 n 개의 세그먼트로 분할되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은 실질적으로 평행하고 상기 흐름 경로에 대해 일반적으로 수평인 평면에 위치되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  20. 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은 실질적으로 수직이고 상기 흐름 경로에 대해 일반적으로 수직인 평면에 위치되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  21. 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은,
    불활성 전기 전도성 재료, 또는
    전기 전도성 플라스틱 재료, 탄소 함침 재료 및 그것들의 조합을 포함하는 비-금속 전기 전도성 재료,
    로 적어도 부분적으로 코팅되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  22. 청구항 1 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은 금속 또는 비-금속 전기 전도성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 적어도 부분적으로 형성되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  23. 청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은 흑연, 탄소, 및 그것들의 조합을 포함하는 전기 전도성의, 불활성 재료로 형성되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  24. 청구항 1 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 흐름 경로를 통해 흐르는 상기 유체의 유량을 측정하도록 더 구성되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 하나 이상의 셀에서의 상기 유체의 체류 시간을 조절하기 위해 흐름 경로를 통해 흐르는 상기 유체의 상기 유량을 증가 또는 감소시키도록 더 구성되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  26. 청구항 1 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 흐름 경로를 통해 흐르는 상기 유체의 온도를 측정하도록 더 구성되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 입구 및 출구에서 상기 유체의 상기 온도를 측정하고; 그리고
    상기 유체의 가열을 증가 또는 감소시키도록 구성된 온도 컨트롤러에 피드백으로 상기 온도를 제공하도록 더 구성되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  28. 청구항 1 내지 청구항 27 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 셀은 상기 흐름 경로를 따라 직렬로 배열되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  29. 청구항 1 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 유체의 상기 전기 전도도, 또는 비전도도가 미리 결정된 범위를 벗어나는 경우 상기 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐 상기 전압을 인가하지 않도록 더 구성되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  30. 청구항 1 내지 청구항 29 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입구 및 출구는 서로에 대해 실질적으로 180도로 연장되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  31. 청구항 1 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 차량 구성요소와 열 통신하는 가압 유체를 제공하는 펌프를 더 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  32. 청구항 1 내지 청구항 31 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 다른 차량 시스템과 통신하는 차량 버스를 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  33. 청구항 1 내지 청구항 32 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압은 약 250 VDC 내지 450 VDC의 범위에 있는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  34. 청구항 1 내지 청구항 33 중 어느 한 항에 있어서,
    유체를 유지하기 위한 상기 하나 이상의 셀은 전기 비-전도성 경량 플라스틱 재료로 만들어지는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  35. 청구항 1 내지 청구항 34 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 최대 약 9 kW에서 작동할 수 있는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 시스템.
  36. 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    차량 추진을 위해 적어도 부분적으로 사용되는 고 전압 배터리에 전기적 연결을 제공하고;
    유체를 유지하기 위한 하나 이상의 셀을 제공하고 - 각각의 셀은 그 내부에 위치된 하나 이상의 전극 쌍을 포함함 -;
    흐름 경로를 따라 상기 하나 이상의 셀을 배열하고 - 상기 흐름 경로는 상기 하나 이상의 셀로의 입구 및 상기 하나 이상의 셀로부터의 출구를 포함함 -;
    상기 하나 이상의 셀에서 상기 유체의, 전기 전도도, 또는 비전도도를 결정하고;
    상기 유체의 상기 전기 전도도, 또는 비전도도로부터, 상기 유체를 가열하기에 충분한 전류에서 상기 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐, 상기 고 전압 배터리, 또는 상기 차량 외부에 위치된 외부 전원으로부터 인가할 전압을 결정하고; 그리고
    상기 전류를 상기 하나 이상의 전극 쌍으로부터 상기 유체로 통과시켜 가열된 유체를 생성하는 - 상기 가열된 유체는 상기 출구를 통해 하나 이상의 차량 구성요소에 열을 전달함 - 단계를 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  37. 청구항 36에 있어서,
    상기 유체를 유지하기 위한 상기 하나 이상의 셀은 상기 하나 이상의 차량 구성요소에 근접하게 제공되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  38. 청구항 36 또는 청구항 37에 있어서,
    상기 하나 이상의 차량 구성요소는 상기 고 전압 배터리, DC 모터, 공기조화(HVAC; Heating Ventilation Air Conditioning) 시스템, 및 구동 전자장치 중 하나 이상을 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  39. 청구항 36 내지 청구항 38 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체의 상기 비전도도는 물의 비전도도보다 큰, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  40. 청구항 36 내지 청구항 39 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체의 상기 비전도도는 약 2,500 μS/cm 내지 5,000 μS/cm의 범위에 있는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  41. 청구항 36 내지 청구항 40 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 물 및 에틸렌 글리콜 혼합물을 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  42. 청구항 41에 있어서,
    에틸렌 글리콜 품질 또는 물 및 에틸렌 글리콜 농도를 포함하는 상기 혼합물의 특성을 모니터링하는 단계를 더 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  43. 청구항 36 내지 청구항 42 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고 전압 배터리는 하이브리드 차량 또는 배터리 전기 차량(BEV; Battery Electric Vehicle)의 차량 추진을 위해 사용되는 리튬-이온 배터리인, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  44. 청구항 36 내지 청구항 43 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체의 상기 전기 전도도, 또는 비전도도를 결정하고 상기 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐 인가할 전압을 결정하는 것은 상기 흐름 경로를 따라 지속적으로 수행되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  45. 청구항 36 내지 청구항 44 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은 두 개 이상의 세그먼트로 분할되고, 각각의 세그먼트는 상기 유체에 개별적으로 전압을 인가하도록 구성되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  46. 청구항 45에 있어서,
    상기 두 개 이상의 세그먼트에 걸쳐 개별적으로 상기 전압을 인가하는 것은 전극 표면적에 의해 상기 유체에 의해 인입되는 유효 전류를 증가 또는 감소시키는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  47. 청구항 45 또는 청구항 46에 있어서,
    상기 두 개 이상의 세그먼트는 균일한 크기를 갖는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  48. 청구항 45 또는 청구항 46에 있어서,
    상기 두 개 이상의 세그먼트는 상이한 크기를 갖는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  49. 청구항 50에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은 각각이 1:2:…2(n-1) 비율의 유효 표면적을 갖는 n 개의 세그먼트로 분할되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  50. 청구항 36 내지 청구항 49 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은 실질적으로 평행하고 상기 흐름 경로에 대해 일반적으로 수평인 평면에 위치되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  51. 청구항 36 내지 청구항 49 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은 실질적으로 수직이고 상기 흐름 경로에 대해 일반적으로 수직인 평면에 위치되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  52. 청구항 36 내지 청구항 51 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은,
    불활성 전기 전도성 재료, 또는
    전기 전도성 플라스틱 재료, 탄소 함침 재료 및 그것들의 조합을 포함하는 비-금속 전기 전도성 재료,
    로 적어도 부분적으로 코팅되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  53. 청구항 36 내지 청구항 51 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은 금속 또는 비-금속 전기 전도성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 적어도 부분적으로 형성되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  54. 청구항 36 내지 청구항 53 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은 흑연, 탄소, 및 그것들의 조합을 포함하는 전기 전도성의, 불활성 재료로 형성되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  55. 청구항 36 내지 청구항 54 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흐름 경로를 통해 흐르는 상기 유체의 유량을 측정하는 단계를 더 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  56. 청구항 55에 있어서,
    상기 하나 이상의 셀에서의 상기 유체의 체류 시간을 조절하기 위해 상기 흐름 경로를 통해 흐르는 상기 유체의 상기 유량을 증가 또는 감소시키는 것을 더 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  57. 청구항 36 내지 청구항 56 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흐름 경로를 통해 흐르는 상기 유체의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  58. 청구항 57에 있어서,
    상기 입구 및 출구에서 상기 유체의 상기 온도를 측정하고; 그리고
    상기 유체의 가열을 증가 또는 감소시키도록 구성된 온도 컨트롤러에 피드백으로 상기 온도를 제공하는 단계를 더 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  59. 청구항 36 내지 청구항 58 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 셀은 상기 흐름 경로를 따라 직렬로 배열되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  60. 청구항 36 내지 청구항 59 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체의 상기 전기 전도도, 또는 비전도도가 미리 결정된 범위를 벗어나는 경우 상기 하나 이상의 전극 쌍에 걸쳐 상기 전압을 인가하지 않거나 또는 변경하는 단계를 더 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  61. 청구항 36 내지 청구항 60 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입구 및 출구는 서로에 대해 실질적으로 180도로 연장되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  62. 청구항 36 내지 청구항 61 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 차량 구성요소와 열 통신하는 가압 유체를 제공하는 펌프를 제공하는 것을 더 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  63. 청구항 36 내지 청구항 62 중 어느 한 항에 있어서,
    다른 차량 시스템과 통신하는 차량 버스로의 연결을 제공하는 것을 더 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  64. 청구항 36 내지 청구항 63 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압은 약 250 VDC 내지 450 VDC의 범위에 있는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  65. 청구항 36 내지 청구항 64 중 어느 한 항에 있어서,
    유체를 유지하기 위한 상기 하나 이상의 셀은 전기 비-전도성 경량 플라스틱 재료로 만들어지는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  66. 청구항 36 내지 청구항 65 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 쌍은 최대 약 9 kW에서 작동할 수 있는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  67. 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    입구로부터 출구로의 흐름 경로를 따라 유체를 통과시키고 - 상기 흐름 경로는 제1 셀을 통과하는 상기 유체가 후속적으로 제2 셀을 통과하도록 상기 흐름 경로를 따라 위치된 적어도 상기 제1 및 제2 셀을 포함하고, 각각의 셀은 상기 흐름 경로를 따라 통과하는 동안 유체 내부에 열을 생성하기 위해 상기 유체를 통해 전류가 통과되는 적어도 하나의 전극 쌍을 포함하고, 그리고 상기 셀 중 적어도 하나는 적어도 하나의 분할된 전극을 포함하고, 상기 분할된 전극은 복수의 전기적 분리가능 세그먼트를 포함하여 상기 분할된 전극의 유효 표면적이 상기 세그먼트를 선택적으로 활성화함으로써 제어될 수 있게 하여 상기 활성화된 전극 세그먼트(들)에 전압을 인가할 때, 인입되는 전류가 상기 유효 표면적에 따라 부분적으로 달라질 수 있음 -;
    상기 입구에서의 유체 전도도, 또는 비전도도를 결정하고;
    제1 양만큼 상기 유체 내부의 온도를 높이기 위해 측정된 유체 전도도, 또는 비전도도로부터 상기 제1 셀에 의해 상기 유체로 전달될 요구 전압 및 전류를 결정하고;
    상기 제1 셀의 작동으로 인한 가열된 유체 전도도, 또는 비전도도를 결정하고;
    제2 양만큼 상기 유체 내부의 온도를 높이기 위해 상기 가열된 유체 전도도, 또는 비전도도로부터 상기 제2 셀에 의해 상기 유체로 전달될 요구 전압 및 전류를 결정하고;
    상기 분할된 전극에 의해 원하는 전류 및 전압을 전달하는 방식으로 상기 분할된 전극의 세그먼트를 활성화하고; 그리고
    상기 출구를 통해 상기 가열된 유체로부터 하나 이상의 차량 구성요소에 열을 전달하는 단계를 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  68. 청구항 67에 있어서,
    상기 출구는 상기 차량 내의 열 교환 시스템에 커플링되는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  69. 청구항 68에 있어서,
    상기 열 교환 시스템은 상기 하나 이상의 차량 구성요소 사이에서 열 에너지를 분배하기 위한 복수의 밸브를 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
  70. 청구항 67 내지 청구항 69 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 차량 구성요소는 하이브리드 차량 또는 배터리 전기 차량(BEV; Battery Electric Vehicle)의 차량 추진을 위해 사용되는 고 전압 배터리를 포함하는, 차량 구성요소를 가열하기 위한 방법.
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