ES2946545T3

ES2946545T3 - Vehículo eléctrico con sistema de regulación de energía

Info

Publication number: ES2946545T3
Application number: ES17879325T
Authority: ES
Inventors: Martin Smalc; John Southard; Ryan Wayne
Original assignee: Neograf Solutions LLC
Current assignee: Neograf Solutions LLC
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2023-07-20
Anticipated expiration: 2037-12-06
Also published as: US20190257598A1; CA3039632A1; JP3224671U; WO2018106793A1; EP3552267A1; CN210628456U; EP3552267B1; KR20190090378A; KR102643512B1; EP3552267A4

Abstract

Se proporciona un sistema de regulación de energía y un artículo regulado térmicamente para un espacio habitable o espacio interior de un vehículo que incluyen un elemento conductor térmico, como una o más láminas de un elemento de grafito flexible, en comunicación térmica con una fuente de energía térmica, como una fuente de calor o fuente fría. El miembro térmicamente conductor que tiene una superficie exterior adaptada para ser expuesta a un ocupante del vehículo o edificio. Un controlador está en comunicación operativa con una fuente de energía conectada en la fuente de calor o fuente de frío para regular la temperatura percibida por el ocupante variando la energía suministrada a la fuente de calor o fuente de frío. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Vehículo eléctrico con sistema de regulación de energía

Campo técnico

La divulgación se refiere a un vehículo eléctrico que tiene un sistema de regulación de energía. La presente invención radica en el uso de grafito para el sistema de regulación de energía con el fin de usar el mismo en la regulación de la temperatura percibida por un ocupante del interior de un vehículo eléctrico. El sistema de regulación de energía incluye un artículo que tiene un elemento de conservación de energía en comunicación térmica con una fuente de energía térmica, funcionando la fuente de energía como una fuente de calor o como una fuente de frío, o como ambas. El sistema de regulación de energía también incluye un controlador en comunicación operativa con la fuente de energía térmica para controlar su funcionamiento en respuesta a información procedente de sensores.

Antecedentes

Los vehículos eléctricos alimentados por batería utilizan el mismo sistema de batería para alimentar el motor de tracción eléctrica y para calentar la cabina del vehículo. Esto reduce la autonomía de conducción del vehículo. En ambientes extremadamente fríos, esto puede resultar en una pérdida de la autonomía de hasta un cincuenta (50) por ciento en un automóvil eléctrico alimentado por batería, según informes del Laboratorio Nacional de Argonne, consulte http://www.anl.gov/energy-systems/group/downloadable-dynamometer-database/electric-vehicles.

El documento DE11 2014 005550 T5 describe un dispositivo de transferencia de calor que acopla un elemento de generación de calor con un elemento de radiación de calor y transfiere calor desde el elemento de generación de calor al elemento de radiación de calor. El dispositivo de transferencia de calor incluye un elemento compuesto y un conductor de calor. El elemento compuesto incluye múltiples nanotubos de carbono y múltiples fibras de carbono que se mezclan en un material base y con las que se forman complejos, y las respectivas fibras de carbono se entrecruzan entre sí mediante los nanotubos de carbono.

El documento DE 102012015375 A1 describe un componente que tiene un elemento calefactor de resistencia plano y una capa decorativa, que están laminados en un elemento portador. Una cinta de contacto, para proporcionar la conexión eléctrica, está conectada de manera positiva y no separable con una porción del elemento calefactor.

El documento WO 2016/077843 A1 describe un dispositivo de calefacción y enfriamiento que comprende al menos una fuente integral de calefacción y enfriamiento de bajo voltaje y un medio de distribución de calor flexible y eficiente, que tiene una conductividad térmica de 375 a 4000 W/mK para distribuir el calor y el frío a través de una superficie.

El documento US 2016/001632 A1, que divulga el preámbulo de la reivindicación 1, describe un calefactor laminar para automóvil que incluye una estructura apilada compuesta por una capa radiante de infrarrojo lejano, una capa metálica y una capa calefactora metálica con nanotubos de carbono que contiene alambres.

El documento US 2006/289000 A1 describe un aparato calefactor radiante que tiene un elemento calefactor eléctrico plano, una capa plana de difusión de calor, una capa de acabado, una capa de aislante térmico y un acoplamiento de energía eléctrica.

Breve descripción

La presente invención se refiere a un vehículo eléctrico que tiene un sistema de regulación de energía para regular la energía de una fuente de energía térmica, que comprende un elemento termoconductor en comunicación térmica con la fuente de energía, comprendiendo el elemento una lámina de grafito flexible; un elemento de transferencia térmica en comunicación térmica con el elemento, teniendo el elemento de transferencia térmica una superficie exterior; un sensor de temperatura dispuesto cerca de al menos uno del elemento de transferencia térmica y el elemento; un controlador, en comunicación operativa con el sensor y la fuente de energía para controlar la aplicación de energía a la fuente de energía térmica en respuesta a una señal del sensor; y una fuente de alimentación de tipo batería en comunicación operativa con la fuente de energía térmica.

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 es una vista esquemática de un recinto que puede incluir uno o más sistemas de gestión de energía; la FIG. 2 es una vista esquemática de una realización de un vehículo eléctrico de la presente invención, que incluye un sistema de gestión de energía (regulación de energía) descrito en el presente documento;

la FIG. 3 es una vista esquemática de una realización de los sistemas de gestión de energía descritos en el presente documento;

la FIG. 4 es una vista esquemática de una realización de los sistemas de gestión de energía descritos en el presente documento;

la FIG. 5 es una vista esquemática de una realización de los sistemas de gestión de energía descritos en el presente documento;

la FIG. 6 es una vista esquemática de una realización de los sistemas de gestión de energía descritos en el presente documento;

la FIG. 7 es una vista esquemática de una realización de los sistemas de gestión de energía descritos en el presente documento;

la FIG. 8 es una vista esquemática de una realización de los sistemas de gestión de energía descritos en el presente documento;

la FIG. 9 es una realización de un equipo de prueba usado en los ejemplos;

la FIG. 10 es un gráfico de temperatura y potencia frente al tiempo para un sistema de prueba de control de referencia que no incluía un elemento termoconductor de conservación de energía;

la FIG. 11 es un gráfico de temperatura y potencia frente al tiempo para el Ejemplo A descrito en el presente documento;

la FIG. 12 es un gráfico de temperatura y potencia frente al tiempo para el Ejemplo B descrito en el presente documento;

la FIG. 13 es un gráfico de temperatura y potencia frente al tiempo para el Ejemplo C descrito en el presente documento;

la FIG. 14 es un gráfico de temperatura y potencia frente al tiempo para el Ejemplo D descrito en el presente documento; y

la FIG. 15 es un gráfico de temperatura y potencia frente al tiempo para el Ejemplo D descrito en el presente documento.

Descripción detallada de las realizaciones

Con referencia ahora a las FIGS. 1 y 2, se muestra con la referencia general 2 un sistema de regulación de energía para un espacio 4 cerrado ocupado por una persona o un animal (no mostrado), con ejemplos específicos descritos a continuación y denominados 2a, 2b y 2c. El sistema de regulación de energía 2 también puede denominarse sistema de regulación de temperatura para regular la temperatura de una superficie exterior 12 de un elemento de transferencia térmica 10 (mostrado en las FIGS. 3-7), en donde la superficie está expuesta a un ocupante del espacio 4. En lo que se refiere al sistema en su conjunto, pueden usarse indistintamente los términos "regular" y "gestionar". En las realizaciones ilustrativas descritas en el presente documento, se hace referencia a los elementos similares utilizando los mismos números de referencia.

De acuerdo con la presente invención, el sistema 2 es parte de un vehículo eléctrico. También se divulga el caso en el que el sistema está en un recinto tal como el interior de un espacio habitable 4a de un edificio, casa u otro tipo de vivienda 5 permanente o temporal, como se muestra en la FIG. 1, para regular la temperatura percibida por un ocupante del espacio en las proximidades de la superficie exterior 12. El elemento de transferencia térmica 10 puede ser un material de construcción, del cual algunos ejemplos pueden incluir, pero sin limitación, láminas de vinilo, azulejos de suelo, baldosas de cerámica, madera, hormigón, tableros de yeso, papel de pared, así como solados o materiales de respaldo utilizados junto con estos materiales de construcción.

En uno o más ejemplos, el sistema 2 es un componente del vehículo 6 para regular la temperatura percibida por un ocupante del interior 4b de vehículo, como se muestra en la FIG. 2. El vehículo 6 puede ser cualquier tipo de vehículo apto para el transporte de personas, animales o artículos sensibles a la temperatura tales como, pero sin limitación, frutas, hortalizas, fluidos, sólidos, etc. Algunos ejemplos del componente 2 de vehículo pueden incluir, pero sin limitación, un asiento, una cubierta de asiento, una alfombrilla, tejido de alfombrilla, un panel de puerta, un agarrador, una pieza de acabado interior, una pieza de tablero de instrumentos, un reposabrazos, un reposacabezas, un volante, revestimiento u otro componente de techo, un panel de tablero de suelo, paredes de un durmiente de semirremolque, un colchón, una o más superficies interiores de una sección de carga de un vehículo, u otra superficie periférica.

El vehículo 6 es un vehículo eléctrico ("VE").

Con referencia ahora a la FIG. 3, se muestra con la referencia general 2a un ejemplo del sistema 2. El sistema 2a de regulación de energía incluye un elemento de transferencia térmica 10 que tiene una superficie exterior 12 adaptada para quedar orientada hacia el interior 4, p. ej., el interior 4b del vehículo 6. La superficie 12 estará en comunicación térmica con el ocupante de manera que el ocupante esté expuesto a los efectos de regulación térmica del sistema 2a. Otros ejemplos de materiales usados para el elemento 10 pueden incluir, pero sin limitación, tela, cuero, plástico, polímero y moqueta para su uso en un vehículo.

El sistema 2a incluye un elemento termoconductor 14 de conservación de energía, para dispersar energía del sistema de manera efectiva para calentar o enfriar el elemento de transferencia térmica 10. El elemento 14 actúa como un elemento regulador de energía térmica en el sistema 2. El elemento 14 incluye una o más láminas de grafito que se describen con mayor detalle a continuación. Como se muestra en el ejemplo del sistema 2a, el elemento 14 se dispone junto al elemento 10, enfrente de la superficie 12. Además de los efectos de regulación térmica descritos en el presente documento, el elemento 14 puede proporcionar una mejor amortiguación del sonido en comparación con los componentes de vehículos convencionales.

El elemento 14 es una lámina de grafito flexible. La lámina flexible puede ser de partículas comprimidas de grafito exfoliado. En uno o más otros ejemplos, el elemento 14 puede ser de grafito sintético, formado a partir de una lámina de polímero grafitado. En tales realizaciones, el elemento 14 de grafito sintético es una lámina de grafito flexible de polímero grafitado (también conocido como grafito sintético). En otro ejemplo, la una o más láminas 14 de grafito flexible incluyen partículas comprimidas de grafito exfoliado (también conocido como grafito expandido) y polímero grafitado (también conocido como grafito sintético). En otro ejemplo, las láminas 14 de grafito flexible incluyen tanto láminas de partículas comprimidas de grafito exfoliado (también conocido como grafito expandido) como láminas de polímero grafitado (también conocido como grafito sintético). El hecho de que el elemento 14 esté compuesto de grafito flexible permitirá ventajosamente la adecuación con la fuente de energía, y también supondrá una baja resistencia de contacto con la fuente de energía durante la comunicación térmica con la misma. Tal y como se usa en el presente documento, dos objetos están en comunicación térmica cuando puede transferirse calor de un objeto al otro. En un ejemplo, los dos objetos están separados de tal manera que el calor se transfiera de un objeto al otro mediante radiación y/o convección (mediante corrientes de aire circundantes) y/o conducción. En otro ejemplo, los dos objetos están dispuestos en contacto físico entre sí.

En al menos un ejemplo, la lámina 14 de grafito flexible tiene un espesor comprendido entre aproximadamente 0,001 mm y aproximadamente 1,0 mm. En otro ejemplo, la lámina de grafito flexible tiene un espesor comprendido entre aproximadamente 0,025 mm y aproximadamente 0,5 mm. En otro ejemplo, la lámina de grafito flexible tiene un espesor comprendido entre aproximadamente 0,05 mm y aproximadamente 0,250 mm. En otro ejemplo, la lámina de grafito flexible tiene un espesor comprendido entre aproximadamente 0,05 mm y aproximadamente 0,150 mm. En otro ejemplo, la lámina de grafito flexible tiene un espesor comprendido entre aproximadamente 0,07 mm y aproximadamente 0,125 mm.

En una realización particular, la lámina 14 de grafito flexible está sustancialmente libre de resina, en donde libre de resina quiere decir un nivel por debajo de los límites de detección convencionales. En otros ejemplos, la lámina de grafito flexible tiene menos de un 1 % en peso de resina. En al menos un ejemplo particular, la lámina 14 de grafito flexible no está impregnada de resina, p. ej., no está impregnada con epoxi.

En un ejemplo, el elemento 14 tiene una conductividad térmica en el plano de al menos aproximadamente 140 W/m*K. En otro ejemplo, el elemento tiene una conductividad térmica en el plano de al menos aproximadamente 250 W/m*K. En otro ejemplo, el elemento tiene una conductividad térmica en el plano de al menos aproximadamente 400 W/m*K. Si fuera necesario, un extremo superior para la conductividad térmica en el plano del elemento puede comprender hasta 2000 W/mK.

La lámina 14 de grafito flexible puede tener una cantidad relativamente pequeña de aglutinante, o no tener aglutinante. En al menos un ejemplo, la lámina 14 de grafito flexible puede tener menos de un 10 % en peso de aglutinante. En otro ejemplo, la lámina 14 de grafito flexible puede tener menos de un 5 % en peso de aglutinante. En al menos uno, la lámina 14 de grafito flexible está sustancialmente libre de aglutinante, en donde libre de aglutinante quiere decir un nivel por debajo de los límites de detección convencionales.

La lámina 14 de grafito flexible puede tener una cantidad relativamente pequeña de refuerzo, o no tener refuerzo. Refuerzo se define como una fase sólida, continua o discontinua, presente dentro de la matriz de grafito continua. Algunos ejemplos de refuerzo incluyen fibras de carbono, fibras de vidrio fibras plásticas y fibras metálicas. En al menos un ejemplo, la lámina 14 de grafito flexible puede tener menos de un 50 % en peso de refuerzo. En otro ejemplo, la lámina 14 de grafito flexible puede tener menos de un 5 % en peso de refuerzo. En al menos un ejemplo particular, la lámina 14 de grafito flexible puede estar sustancialmente libre de refuerzo, en donde libre de refuerzo quiere decir un nivel por debajo de los límites de detección convencionales.

Los precursores del elemento 14 formado a partir de grafito sintético pueden ser una película de polímero a seleccionar de entre polifenilenooxadiazoles (POD), polibenzotiazol (PBT), polibenzobistiazol (PBBT), polibenzooxazol (PBO), polibenzobisoxazol (PBBO), poli(piromelitimida) (PI), poli(fenilenisoftalamida) (PPA), poli(fenilenbenzoimidazol) (PBI), poli(fenilenbenzobisimidazol) (PPBI), politiazol (PT) y poli(para-fenilenvinileno) (PPV). Los polifenilenooxadiazoles incluyen polifenileno-1, 3, 4-oxadiazol e isómeros de los mismos. Estos polímeros son capaces de convertirse en grafito de buena calidad cuando se tratan térmicamente de manera apropiada. Aunque se ha mencionado que el polímero para la película inicial se selecciona de entre POD, PBT, PBBT, ^pB^o, PBBO, P ⁱ, PPA, PBI, PPBI, PT y PPV, también se pueden usar otros polímeros que puedan producir grafito de buena calidad mediante tratamiento térmico.

El sistema 2a puede incluir una fuente de energía térmica, tal como, pero sin limitación, una fuente de calor 16 dispuesta en comunicación térmica con el elemento 14. La fuente de calor 16 puede incluir un calefactor de resistencia, siendo un ejemplo no limitativo un alambre calentado. En un ejemplo, la fuente de calor 16 está incrustada en un tejido 17, tal como una tela no tejida, siendo un ejemplo no limitativo un fieltro. La tela no tejida 17 puede proporcionar propiedades aislantes. La fuente de calor 16 también puede incluir calor residual que se recupere de una fuente disponible de energía térmica residual y se transporte al elemento 14. Las fuentes disponibles de energía térmica residual en un vehículo incluyen baterías, condensadores, células de combustible, motores eléctricos, inversores y otros dispositivos electrónicos de potencia, y motores de combustión interna. Algunos métodos para transportar energía térmica desde la fuente de energía térmica a la fuente de calor 16 incluyen, pero sin limitación, la conducción a través de un material de alta conductividad térmica (tal como aluminio, grafito o cobre) y la convección natural o forzada a través de un fluido (tal como aire, refrigerante, agua o un enfriador).

La fuente de calor 16 puede opcionalmente reemplazarse o complementarse calentando el elemento 14 de forma inalámbrica por inducción. Tal calentamiento inalámbrico podría estar respaldado por campos magnéticos convertidos a partir de energía cinética transformada a partir del proceso de conducción. Como alternativa, los campos de inducción magnética se pueden forzar utilizando otras fuentes de energía a bordo, tal como la batería o los sistemas de frenado regenerativo, para generar campos magnéticos en fuentes puntuales a través de bobinas de inducción ubicadas junto al elemento 14. En tales casos de calefacción inductiva, el grafito es el material preferido debido a su capacidad para acoplarse inductivamente con los campos magnéticos para generar calor, y además se aprovechan sus mejores capacidades de distribución de energía para transferir eficientemente la energía térmica, a través de una superficie distribuida más uniformemente, desde el suceso de acoplamiento localizado.

Otros ejemplos de fuente de calor 16 pueden incluir, pero sin limitación, calefactores PTC, gas natural u otras fuentes de calor puntuales combustibles. La fuente de calor 16 puede ser una de las fuentes que resultan particularmente útiles en artículos de regulación térmica usados en edificios. Las fuentes de calor pueden incluir un fluido de calefacción (p. ej., agua, un fluido de agua y glicol), o un dispositivo de calor residual.

En el ejemplo mostrado en la FIG. 3, el sistema 2a incluye un aislante 18 dispuesto junto a la fuente de calor 16, de manera que la fuente de calor está dispuesta entre el elemento 14 y el aislante 18. Algunos ejemplos del aislante 18 pueden incluir, pero sin limitación, fibra de vidrio, poliuretano y corcho. En algunos ejemplos no limitantes, el aislante 18 es un elemento opcional.

El sistema 2a se puede asegurar a una superficie 22 de una capa base 20 que se incluye como parte del vehículo 6. En ejemplos del sistema 2, la capa base 20 puede incluir metal u otro material que forme parte del vehículo.

Una fuente de alimentación 24 está conectada operativamente a la fuente de calor 16 para proporcionar energía para calentar la fuente de calor. En un ejemplo no limitante, la fuente de alimentación 24 es una batería que proporciona energía eléctrica al calefactor 16 de resistencia. Un controlador 30 está conectado operativamente a la fuente de alimentación 24 para controlar el suministro de energía a la fuente de calor 16 para proporcionar la regulación térmica. El controlador 30 puede usar información de uno o más sensores 40 para controlar la aplicación de energía desde la fuente de alimentación 24 a la fuente de calor 16. En un ejemplo no limitante, un sensor térmico 40, también conocido como sensor de temperatura, puede estar dispuesto en la superficie 12 para detectar la temperatura en la misma, comunicando la información de temperatura al controlador 30 de cualquier manera adecuada. En uno o más otros ejemplos, el uno o más sensores 40 podrían estar ubicados en el elemento 14. El sensor 40 puede estar ubicado alrededor del elemento 14 o el elemento de transferencia térmica 10. En el presente documento, el término "alrededor" se utiliza para indicar que el sensor puede estar en el interior o exterior del componente particular. En uno o más otros ejemplos, se pueden ubicar uno o más sensores adicionales en cualquier ubicación fuera del espacio 4. Estos sensores exteriores podrían usarse para anticipar cambios en el ambiente externo que pudieran afectar a la comodidad en el interior.

El controlador 30 puede ser un controlador proporcional-integral-diferencial ("PID") que utiliza un mecanismo de retroalimentación de bucle de control para controlar la aplicación de energía, regulando así la temperatura que siente la persona, animal u objeto situado en el espacio 4 o 4'. El uso de un elemento 14 de grafito en combinación con el controlador PID 30 aumenta la sensibilidad térmica del sistema 2 de regulación de temperatura, mejorando así la sensibilidad y la capacidad de respuesta del controlador para ofrecer una temperatura más estable con una variación reducida, como lo demuestra un control más estricto de la temperatura objetivo media, una desviación estándar reducida de la temperatura objetivo, un intervalo reducido alrededor de la temperatura objetivo, etc. Esto tendrá el efecto de que no se excederán los objetivos de temperatura, lo que a su vez promueve tanto homogeneidad térmica muy mejorada como eficiencia energética.

Con referencia ahora a la FIG. 4, un ejemplo del sistema 2b incluye una fuente de calor 16 dispuesta junto al elemento 10 en oposición a la superficie 12. El sistema 2b también incluye un elemento termoconductor 14 que conserva la energía, opcionalmente formado con grafito, como se ha descrito anteriormente, dispuesto junto a la fuente de calor 16 y un aislante 18 opcional (como se ha descrito anteriormente) dispuesto junto al elemento 14. El aislante 18 está dispuesto junto a la capa base 20 descrita anteriormente. Como alternativa, si no se utiliza el aislante 18, el elemento se dispone junto a la capa base 20.

Con referencia ahora a la FIG. 5, un ejemplo del sistema 2c de regulación térmica incluye el elemento 14 dispuesto junto al elemento 10 en el lado opuesto de la superficie 12. El sistema 2c también incluye una fuente de calor 16 dispuesta junto al regulador 14 y un segundo elemento 14 dispuesto junto a la fuente de calor 16, de modo que la fuente de calor queda intercalada entre el primer y segundo elementos. Un aislante 18 opcional (como se ha descrito anteriormente) está dispuesto junto al segundo elemento 14. El aislante 18 también está dispuesto junto a la capa base 20 descrita anteriormente. Como alternativa, si no se utiliza el aislante, el segundo elemento 14 se dispone junto a la capa base 20. En uno o más ejemplos del sistema 2c de regulación térmica, la fuente de calor 16 se proporciona separada y aparte del sistema 2c de regulación térmica.

Se ha descubierto que los materiales más delgados y más termoconductores tienden a presentar generalmente mayores ventajas en términos de capacidad de respuesta térmica, promoviendo eficiencias energéticas y limitando la variación en la superficie que se está controlando térmicamente.

El uso del sistema 2 en vehículos, como se describe en el presente documento, aumenta tanto la función como la eficiencia del vehículo al reducir el consumo de energía de la batería de a bordo. Calentar directamente a los ocupantes de un vehículo mediante el sistema 2 mejora su comodidad; aumentando así, en última instancia, la autonomía del vehículo sin sacrificar la comodidad en la cabina.

Una ventaja de una realización que se incluye en el presente documento es que el ocupante puede experimentar una comodidad uniforme en todo su cuerpo, al estar expuesto a la superficie exterior 12. Otra ventaja puede incluir una eficiencia mejorada para el vehículo 6. La eficiencia eléctrica del sistema del vehículo se puede mejorar gracias a la alta conductividad térmica del regulador. Otra ventaja es una mejora en la respuesta térmica de la regulación de temperatura proporcionada por el sistema 2 de regulación térmica. De forma adicional, debido a la naturaleza anisotrópica del grafito flexible, la delgadez del elemento 14 de grafito también puede ahorrar peso con respecto a otros materiales para el elemento termoconductor que conserva energía.

Con referencia ahora a las FIGS. 6-8, otros ejemplos del sistema 2d, 2e y 2f de regulación térmica, respectivamente, que se denominan en lo sucesivo generalmente sistema 2, puede incluir una fuente 66 de frío en lugar de o junto con la fuente de calor 16. Algunos ejemplos de la fuente 66 de frío pueden incluir, pero sin limitación, un fluido refrigerante (por ejemplo, agua, un fluido de agua y glicol), un fluido refrigerante, un dispositivo Peltier, o una fuente de frío residual. El controlador 30 usa uno o más sensores de temperatura 40 para controlar la fuente de energía que produce el frío proporcionado por la fuente de frío. El controlador 30 puede ser un controlador PID.

El sistema 2 puede incluir además aluminio, cobre u otros metales utilizados junto con el aislante 18 para mejorar la sensibilidad térmica y la capacidad de respuesta para promover la eficiencia energética del sistema de regulación térmica.

El elemento 14 comprende una lámina de grafito flexible. Algunos ejemplos no limitantes de tipos adecuados de grafito flexible incluyen al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado (también conocido como grafito expandido), polímero grafitado y combinaciones de los mismos.

Otros ejemplos particulares de grafito flexible pueden incluir grafito flexible que tenga una constante térmica no superior a 0,25 W/K, determinándose la constante térmica al multiplicar el espesor del grafito flexible por la conductividad térmica en el plano del mismo. Otros ejemplos incluyen una constante térmica no superior a 0,20 W/K, no superior a 0,10 W/K, no superior a 0,05 W/K, no superior a 0,04 W/K, no superior a 0,02 W/K o no superior a 0,015 W/K.

El sistema 2 puede comprender un segundo elemento 14 en comunicación térmica con la fuente de energía, en donde el segundo elemento puede disponerse debajo de la fuente de energía y el elemento puede disponerse encima de la fuente de energía.

Un componente opcional del sistema 2 puede comprender una capa aislante en comunicación térmica con al menos uno de la fuente de energía, el elemento, el elemento de transferencia térmica, y combinaciones de los mismos.

La presente invención comprende una fuente de alimentación de tipo batería dispuesta en comunicación con la fuente de energía. Algunos ejemplos adecuados no limitantes de la fuente de alimentación incluyen una batería de iones de litio, una batería de plomo-ácido, una batería de magnesio o una pila de combustible. El tamaño preferido para la batería en esta aplicación es una dimensión adecuada para alimentar un vehículo.

Otros ejemplos no limitantes de la fuente de energía térmica incluyen los siguientes: un elemento calefactor resistivo, recuperación de calor residual, un fluido de transferencia de energía térmica. Una realización de recuperación de calor residual puede ser el calor generado por un paquete de baterías de iones de litio durante su funcionamiento.

En una realización particular, la fuente de energía está en contacto con no más del veinticinco por ciento (25 %) del área superficial de una primera superficie del elemento. En otra realización, un área superficial de una primera superficie del elemento comprende al menos un veinticinco por ciento más que un área superficial de la fuente de energía.

El elemento 14 también puede incluir un refuerzo adyacente a la lámina de grafito flexible. El refuerzo incluye al menos uno de un polímero reforzado con fibras, un tejido sintético, un tejido de fibras, una estera de fibras, o combinaciones de los mismos. El nailon es un ejemplo específico, no limitativo, de un refuerzo. Otro elemento opcional es que el artículo puede incluir un revestimiento protector. El revestimiento protector se puede alinear con una de la primera superficie o la segunda superficie del elemento de grafito. Si el revestimiento protector se alinea con la misma superficie de la lámina que el refuerzo, en una realización, el refuerzo queda adyacente a la lámina y el revestimiento protector queda adyacente al refuerzo. Si así se desea, el refuerzo y/o el revestimiento protector pueden cubrir al menos sustancialmente la totalidad de la superficie principal de la lámina, así como una o más superficies de borde de la misma. Algunos ejemplos de la capa protectora incluyen plásticos, tales como, pero sin limitación, tereftalato de polietileno (PET), poliimidas u otros plásticos adecuados. El revestimiento protector puede proporcionar la ventaja de aislar eléctricamente la lámina de grafito con respecto a otro componente. Si así se desea, el revestimiento protector puede incluir solo perforaciones.

En una realización alternativa, el revestimiento (también conocido como capa) protector/a puede estar en una superficie de la lámina opuesta al refuerzo. Por ejemplo, si el refuerzo está alineado con la primera superficie de la lámina, el revestimiento protector puede estar alineado con la segunda superficie de la lámina. Opcionalmente, el revestimiento protector se puede adherir a la segunda superficie. Una realización adicional particular incluye un segundo revestimiento protector, ubicado junto al refuerzo y opuesto a la lámina.

Similarmente a cómo el revestimiento protector puede estar en ambas superficies exteriores del artículo, igualmente la capa de refuerzo puede estar a ambos lados de la lámina de grafito. En esta realización, el revestimiento protector puede estar situado en una o ambas superficies de grafito.

En una realización adicional, el artículo puede incluir una segunda lámina de grafito. La segunda lámina de grafito puede ser una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado o una lámina de polímero grafitado. Preferentemente, en esta realización el refuerzo se ubica entre la primera lámina de grafito y la segunda lámina de grafito. La realización también puede incluir el revestimiento protector en la superficie exterior de la lámina, la segunda lámina de grafito, o ambas.

Una ventaja de uno o más de los sistemas 2 descritos en el presente documento es una eficiencia energética mejorada, tal como una reducción en el uso de la fuente de energía para proporcionar energía térmica para la comodidad del ocupante del recinto. Además o en lugar de la ventaja de que se reduce el uso de la fuente de energía, otra ventaja de una o más de las realizaciones puede incluir una reducción en el tiempo que el sistema tarda en alcanzar la temperatura de estado estable. Otra ventaja puede incluir una homogeneidad, que puede ser un aumento en la homogeneidad de la temperatura experimentada por un ocupante del recinto sobre el área de superficie del recinto con el que el ocupante está en contacto, y/o el tiempo que el ambiente tarda en adoptar una temperatura homogénea.

Las realizaciones descritas en el presente documento se pueden usar en un sistema para lograr una temperatura deseada a una velocidad de al menos un veinticinco por ciento (25 %) más rápido que en un sistema que no incluya el regulador de energía. En otros casos, la reducción del tiempo para obtener la temperatura deseada puede ser al menos un treinta y cinco (35 %) por ciento más rápida que en un control sin el regulador de energía. En realizaciones adicionales, la mejora en la tasa de respuesta para lograr una temperatura deseada puede ser de hasta una reducción del cincuenta por ciento (50 %) en el tiempo de respuesta.

Además, las realizaciones incluidas en el presente documento no solo pueden alcanzar la temperatura establecida (también conocida como temperatura deseada) más rápido, sino que lo harán consumiendo menos energía. Por ejemplo, las realizaciones divulgadas en el presente documento han incluido una reducción en el tiempo para alcanzar la temperatura establecida de al menos un veinticinco por ciento (25 %) mientras se consume un veinte (20 %) por ciento menos de energía. En una realización adicional, la reducción en el tiempo para alcanzar la temperatura establecida es de al menos un treinta y cinco (35 %) por ciento y la reducción en la energía consumida es de al menos un cuarenta (40 %) por ciento. En una realización adicional, la reducción en el tiempo para alcanzar la temperatura establecida es de al menos un cuarenta y cinco (45 %) por ciento y la reducción del consumo de energía es de al menos un cuarenta y cinco (45 %) por ciento.

Otra ventaja de las realizaciones divulgadas en el presente documento puede incluir que, una vez alcanzada la temperatura establecida deseada, pueda mantenerse la misma durante un período de tiempo determinado con un menor consumo de energía. Por ejemplo, una vez alcanzada la temperatura establecida, puede mantenerse la misma durante un período de aproximadamente dos (2) horas con una reducción del consumo de energía de aproximadamente un diez (10(+)%) por ciento o más; preferentemente de aproximadamente un quince (15 %) o más.

Las realizaciones divulgadas en el presente documento se pueden usar en un sistema para lograr una temperatura deseada a una velocidad de al menos un veinticinco por ciento (25 %) más rápido que en un sistema que no incluya los componentes del sistema de regulación de energía descritos en el presente documento. En otros casos, la reducción en el tiempo para obtener una temperatura deseada puede ser al menos un treinta y cinco (35 %) por ciento más rápida. En realizaciones adicionales, la reducción en el tiempo para obtener una temperatura deseada puede ser al menos un treinta y cinco (50 %) por ciento más rápida.

Otra ventaja de las realizaciones divulgadas en el presente documento puede incluir que, una vez alcanzada la temperatura establecida deseada, pueda mantenerse la misma durante un período de tiempo determinado con un menor consumo de energía. Por ejemplo, una vez alcanzada la temperatura establecida, puede mantenerse durante un período de aproximadamente dos (2) horas con una reducción del consumo de energía de aproximadamente un diez por ciento (10 %) o más; preferentemente de aproximadamente un quince por ciento (15 %) o más.

Los sistemas 2 descritos en el presente documento se pueden utilizar en un método para fabricar un vehículo que tenga un sistema calefactor para ocupantes y, posteriormente, en otro método para calentar el vehículo. En un ejemplo de método para fabricar un vehículo, el vehículo es un vehículo eléctrico que tiene una batería, tal como una batería de iones de litio dimensionada para alimentar el vehículo. El método incluye colocar un elemento como se describe en el presente documento en comunicación térmica con un calefactor, y colocar el elemento y/o el calefactor en comunicación térmica con un material de transferencia de calor como se describe en el presente documento. El elemento calefactor se alimenta mediante una fuente de energía, y la aplicación de energía puede controlarse mediante un controlador como se describe en el presente documento. Los diversos componentes opcionales del sistema divulgado en el presente documento también son aplicables a los métodos anteriores.

Ejemplos

La invención divulgada en el presente documento se describirá ahora adicionalmente en términos de los siguientes ejemplos. Dichos ejemplos se incluyen en el presente documento solo con fines ilustrativos y no pretenden limitar la materia objeto reivindicada.

En la FIG. 9 se ilustra un equipo de prueba, que se muestra generalmente con la referencia 100, para probar al menos algunos de los ejemplos descritos en el presente documento. El equipo 100 de prueba incluye un armario exterior 105 y una cubierta 106. El armario 105 y la cubierta 106 pueden construirse con cualquier material adecuado. Si así se desea, el armario 105 y la cubierta 106 pueden aislar térmicamente la muestra de prueba con respecto al entorno exterior. El equipo de prueba puede incluir unos separadores 104. Los separadores, como se muestra, están construidos con material aislante, aunque la elección del material para los separadores no es un factor limitante.

El equipo 100 de prueba también incluye un recinto 101 que tiene un fondo 102 y una tapa 103, que se encaja en el recinto 101. El recinto está dimensionado para caber dentro del armario 105. Como material de construcción para el recinto 101 y la tapa 103 se utilizó aluminio, sin embargo, se pueden usar otros materiales para cualquiera de los dos o para ambos, si así se desea. En el equipo 100 de prueba se muestra un sistema 2c ilustrativo como se describe en el presente documento. El sistema 2c incluye dos capas aislantes 18 inferiores. El sistema 2c mostrado incluye dos elementos 14, tal y como se ha descrito en el presente documento. El calefactor 16 incluye un cable calefactor 108 y un sensor 110. El cable calefactor 108 puede estar alimentado por una fuente de alimentación eléctrica, tal como una batería (no mostrada).

El equipo de prueba incluye una alfombrilla de caucho (comúnmente conocida como alfombrilla para suelo de vehículo) como elemento 10 de transferencia de calor y un sensor 110 de temperatura, dispuesto en una superficie superior 12 de la alfombrilla 10. El sensor 110 está en comunicación con un controlador (no mostrado). Este sistema se colocó encima la superficie 22 del fondo del recinto y en contacto con la misma.

En la prueba ilustrativa A, se probó el sistema 2a como se muestra en la FIG. 3, que incluye un elemento sintético 14 de 10 micras dispuesto encima del calefactor 16 y un aislante 18 de espuma de poliuretano dispuesto debajo del calefactor, utilizando el equipo 100 de prueba.

Un producto de ejemplo realizado por el sistema 2a puede ser una alfombrilla de suelo calentada. Tal superficie de alfombrilla descansaría sobre un calefactor de resistencia con un elemento, p. ej., una lámina de grafito sintético, colocado encima de la superficie de calefactor y el resto de este conjunto descansaría sobre el suelo de cabina de automóvil y estaría aislado con una barrera aislante térmica adecuada. El ejemplo incorporó el uso de un elemento 14 de película de grafito sintético que tenía un espesor de 10 micras, revestido en cada lado con una fina capa de película de PET (~0,05 mm). Tales películas de grafito revestidas están comercializadas como eGraf® SS1800-0,010 (constante térmica 0,018 W/K) por Advanced Energy Technologies LLC, Lakewood, Ohio. El elemento 14 se colocó encima de un elemento calefactor 16 resistivo comercial, tal como el comercializado por Dorman con número de producto 641-307, que tiene una resistencia interna de 4 O. El elemento calefactor 16 se colocó encima de un material aislante 18 adecuado, tal como una capa de espuma de poliuretano soplado con un espesor de aproximadamente 6 mm (sin comprimir), y todo ello descansaba sobre una superficie 20 fría como se muestra. La temperatura de la superficie fría en el equipo 100 de prueba se mantuvo a 0 °C y se controló activamente la temperatura superficial a 18 °C mediante un controlador PID, tal como un Extech 48VFL (ajustado de forma independiente y optimizado para este caso concreto de calefacción), para alcanzar una temperatura superficial (18 °C) de un material de poliuretano delgado tal como el elemento de transferencia térmica 10.

En la FIG. 10 se muestra un gráfico de las temperaturas frente al tiempo, y de la potencia frente al tiempo, para un control que no incluía el elemento termoconductor 14. Como se muestra, la energía/potencia 200 se suministra de manera controlada al elemento calefactor 16 mediante el controlador (no mostrado). La temperatura de refrigerante se muestra con la referencia 202. La temperatura del recinto 101 se muestra con la referencia 204. El cambio (A) en la temperatura del aire en el recinto 101, que es la temperatura en el recinto 204 menos la temperatura 202 de refrigerante, se muestra con la referencia 206. La temperatura en la parte superior de la capa aislante 18 se muestra con la referencia 208. La temperatura del elemento de transferencia térmica 10 se muestra con la referencia 210. La temperatura del elemento 2de transferencia térmica 10 menos la temperatura 202 de refrigerante se muestra con la referencia 212.

En la FIG. 11 se muestra un gráfico de las temperaturas y la potencia frente al tiempo para el ejemplo A, ilustrándose los elementos similares a los del gráfico de la FIG. 10 con números de referencia similares. En este ejemplo, se observó que la velocidad de calentamiento desde el estado inicial de 0 °C hasta la temperatura superficial objetivo de 18 °C del elemento de transferencia se logró en 6,8 minutos, un 46,0 % más rápido que en una versión de control de este ejemplo en la que no se emplea el elemento 14 de grafito. También se observó que la energía total consumida por este proceso de calefacción desde el estado inicial hasta la temperatura superficial objetivo fue de 6,3 W h, lo que supuso un 46,2 % menos de energía total consumida que en el control sin el elemento 14. Se utilizó un controlador PID para mantener a 18 °C la temperatura del elemento de transferencia durante un periodo de 1,85 horas, mientras que la temperatura del banco de pruebas se mantuvo a 0 °C. La energía total consumida durante ese intervalo fue de 60,97 W h, que fue un 15 % menos de energía total consumida durante ese intervalo que en el control.

En otra prueba ilustrativa B, se probó el sistema 2c mostrado en la FIG. 5, que incluye un primer elemento 14 de grafito sintético de 10 micras dispuesto directamente encima del calefactor 16, un segundo elemento 14 de grafito sintético de 10 micras dispuesto directamente debajo del calefactor, y un aislante 18 de espuma de poliuretano dispuesto debajo del segundo elemento (frente al calefactor 16), usando un equipo 100 de prueba.

Esta realización usa dos capas separadas de elementos 14 de película de grafito sintético que funcionan como los reguladores de energía descritos en el presente documento. Los elementos 14 tienen un espesor de 10 micrómetros y están revestidos en cada lado con una fina película de PET (~0,05 mm). Dichos elementos 14 revestidos están comercializados como eGRAF® SS1800-0,010 (constante térmica 0,018 W/K) por Advanced Energy Technologies LLC. En este ejemplo, el elemento calefactor 16 resistivo fue el mismo que en el Ejemplo A, que está comercializado por Dorman con el número de producto 641-307, que tiene una resistencia interna de 4 O. El elemento calefactor 16 estaba intercalado entre los dos elementos 14 separados. Todos los elementos mencionados anteriormente, estaban aislados con respecto a la estructura de armario 105 y colocados encima de un material aislante 18 adecuado, tal como una capa de espuma de poliuretano soplado con un espesor de aproximadamente 6 mm, y descansando sobre una superficie 22 fría. La temperatura de la superficie 22 fría se mantuvo a 0 °C y se controló activamente la temperatura superficial a 18 °C mediante un controlador PID, tal como un Extech 48VFL ajustado de forma independiente y optimizado para este caso concreto de calefacción, para alcanzar una temperatura superficial de un material de superficie de poliuretano delgado tal como el elemento de transferencia térmica 10.

En la FIG. 12 se muestra un gráfico de las temperaturas frente al tiempo, y de la potencia frente al tiempo, ilustrándose los elementos similares a los del gráfico de la FIG. 10 con números de referencia similares. Se observó que la velocidad de calentamiento desde el estado inicial de 0 °C hasta la temperatura superficial objetivo de 18 °C del asiento se logró en 5,8 minutos, un 54,0 % más rápido que en una versión de control de este escenario en la que no se emplea la película de grafito. Se observó que la energía total consumida por este proceso de calefacción desde el estado térmico inicial hasta la temperatura superficial objetivo fue de 5,9 W h, lo que supuso un 49,6% menos de energía total consumida que en el control sin el elemento. La temperatura objetivo se mantuvo dinámicamente a 18 °C según lo regulado por el controlador PID durante un período de 1,85 horas, en contacto continuo con el banco de pruebas a la temperatura inicial de 0 °C como entorno general, siendo la energía total consumida durante ese intervalo 68,1 W h, que fue un 5,0 % menos de energía total consumida durante ese intervalo que en el control.

En otra prueba ilustrativa C, se probó el sistema 2b mostrado en la FIG. 4, que incluye un elemento 14 de grafito sintético de 10 micras dispuesto directamente debajo del calefactor 16 y un aislante 18 de espuma de poliuretano ^{dispuesto debajo del elemento (frente al calefactor}16 ^{), utilizando el equipo 100 de prueba.}

En este ejemplo, la superficie del calefactor 16 está en contacto directo con el elemento de transferencia térmica 10 que forma el material de la superficie. El elemento 14 se formó con una película de grafito sintético que tenía un espesor de 10 micras y una conductividad térmica de 1800 W /m K (constante térmica 0,018 W/K) que se revistió adicionalmente en cada lado con una capa delgada de película PET (0,05 mm de espesor), estando disponibles comercialmente tal película de grafito como se indicó anteriormente en los ejemplos A y B. En esta realización, el elemento 14 se colocó en la parte inferior del calefactor resistivo 16 comercial, que era el mismo calefactor usado en los Ejemplos A y B. El calefactor 16 y el elemento 14 se colocaron debajo del elemento de transferencia térmica 10, que iba a ser calentado y aislado con respecto a la base del armario colocando encima del mismo un material aislante 18 de capa de espuma de poliuretano soplado de aproximadamente 6 mm (sin comprimir). A continuación, se colocó todo el conjunto sobre una superficie 20 fría. La temperatura del equipo 100 de prueba se controló activamente a 0 °C y la temperatura superficial se controló a 18 °C de forma independiente mediante un controlador PID, tal como un Extech 48VFL (ajustado de forma independiente y optimizada para el ejemplo de calefacción particular en cuestión), para alcanzar la temperatura superficial anteriormente mencionada del elemento 12 de transferencia térmica de poliuretano. En este ejemplo, se observó que la velocidad de calentamiento desde el estado inicial de 0 °C hasta la temperatura objetivo de 18 °C de la superficie 12 se logró en 9,3 minutos, un 26,2 % más rápido que en una versión de control de este ejemplo sin el elemento 14.

En la FIG. 13 se muestra un gráfico de las temperaturas y la potencia frente al tiempo, ilustrándose los elementos similares a los del gráfico de la FIG. 10 con números de referencia similares. También se observó que la energía total consumida por este proceso de calefacción desde la temperatura inicial de 0 °C hasta la temperatura superficial objetivo de 18 °C fue de 9,28 W h, lo que supuso un 20,5 % menos de energía total consumida que en el control para las mismas condiciones. La temperatura objetivo se mantuvo dinámicamente a 18 °C según lo regulado por el controlador PID durante un período de 1,85 horas, en contacto continuo con la temperatura ambiental circundante de 0 °C, siendo la energía total consumida durante ese intervalo 71,7 W h, lo que no tuvo un impacto significativo en la energía total en relación con el control. Al colocar el elemento 14 de grafito en la base como se describe en esta realización, el elemento permite que el calefactor admita la aceleración de la velocidad de calentamiento y cierto ahorro de energía (en intervalos cortos), como se indica. También proporciona el beneficio de gradientes de temperatura ligeramente más altos en la superficie calentada. Esto puede tener un impacto al soportar una calidad de calentamiento más notable para un pasajero que esté en contacto con la superficie 12.

En otra prueba ilustrativa D, se probó el sistema 2a mostrado en la FIG. 3, que incluye una lámina de 40 micras de espesor de partículas comprimidas de grafito exfoliado (CPEG) que se utiliza como elemento 14 dispuesto encima del calefactor 16, y un aislante 18 de espuma de poliuretano dispuesto debajo del calefactor, utilizando el equipo 100 de prueba.

Un producto ilustrativo incorporado por este sistema puede ser una alfombrilla de suelo con calefacción o un asiento con calefacción. Tal superficie de alfombrilla descansaría sobre un calefactor de resistencia con un elemento de grafito natural colocado encima de la superficie del calefactor, y este conjunto descansaría sobre el suelo 20 de cabina de automóvil y estaría aislado con un aislante térmico 18 adecuado. Un ejemplo de este tipo incorpora el uso de una película eGRAF® SS 400 CPEG como elemento 14, que tiene un espesor de 40 micras, revestida en cada lado con una fina capa de película de PET (~0,05 mm). Tal película de grafito revestida está comercializada como SS400-0,040 (constante térmica 0,016 W/K) por Advanced Energy Technologies LLC. La película 14 de grafito se coloca encima del calefactor resistivo 16 comercial, tal como el comercializado por Dorman con número de producto 641-307, que tiene una resistencia interna de 4 O, que se dispone encima de un material aislante 18 adecuado. En este ejemplo, el aislante 18 es una capa de espuma de poliuretano soplado con un espesor de aproximadamente 6 mm (sin comprimir). Este conjunto se dispone apoyado sobre una superficie 22 fría. La temperatura en el equipo 100 de prueba se mantuvo a 0 °C y se controló activamente a 18 °C la temperatura objetivo de la superficie del elemento 12 de transferencia térmica mediante un controlador PID, tal como un Extech 48VFl (ajustado de manera independiente y optimizada para el ejemplo de calefacción en cuestión). El elemento de transferencia térmica 10 era un material de poliuretano. En la FIG. 14 se muestra un gráfico de las temperaturas y la potencia frente al tiempo, ilustrándose los elementos similares a los del gráfico de la FIG. 10 con números de referencia similares. En este ejemplo, se observó que la velocidad de calentamiento desde el estado inicial de 0 °C hasta la temperatura objetivo de 18 °C del elemento de transferencia térmica se logró en 6,6 minutos, un 47,6 % más rápido que en una versión de control de este ejemplo en la que no se empleó el elemento 14 de grafito. Se observó que, en este ejemplo, la energía total consumida por este proceso de calefacción desde el estado inicial hasta la temperatura superficial objetivo fue de 6,1 W h, lo que supuso un 47,9 % menos de energía total consumida que en el control. La temperatura objetivo se mantuvo dinámicamente a 18 °C según lo regulado por el controlador PID durante un período de 1,85 horas, en contacto continuo con la temperatura inicial de 0 °C como entorno general, siendo la energía total consumida durante ese intervalo 61,9 W h, que fue un 13,6 % menos de energía total consumida durante ese intervalo que en el control. Esta realización proporciona un calentamiento rápido de la temperatura superficial de la alfombrilla y un aislamiento térmico de la superficie calentada para aislarla frente a la pérdida de calor debido a la estructura de cabina fría que se encuentra debajo. El uso de elementos de grafito de alta conductividad térmica en este contexto permite mejoras de calidad térmica, que conllevan las mejoras de eficiencia energética descritas.

En otra prueba ilustrativa E, se probó el sistema 2a mostrado en la FIG. 3, que incluye una lámina de aluminio de 125 micras de espesor que se utiliza como elemento 14 dispuesto encima del calefactor 16, y un aislante 18 de espuma de poliuretano dispuesto debajo del calefactor, utilizando el equipo 100 de prueba.

Un producto ilustrativo incorporado por este sistema puede ser una alfombrilla de suelo con calefacción o un asiento con calefacción. Tal alfombrilla o asiento que forma el elemento de transferencia térmica 10 descansaría sobre un calefactor 16 de resistencia con un elemento 14 de aluminio colocado encima de la superficie del calefactor, y este conjunto descansaría sobre el suelo 20 de cabina de automóvil y estaría aislado con un aislante térmico 18 adecuado. Un ejemplo de este tipo incorporaría el uso de un elemento termoconductor 14 de conservación de energía de aluminio con un espesor de 125 micras, revestido en cada lado con una fina capa de película de PET (~0,05 mm). En este ejemplo, el elemento 14 de aluminio se colocó encima del calefactor resistivo 16 comercial mencionado anteriormente que tiene una resistencia interna de 4 O, asentado encima de una capa de espuma de poliuretano soplado como material aislante 18 de aproximadamente 6 mm de espesor (sin comprimir). Este conjunto se colocó sobre una superficie 20 fría. La temperatura del equipo de prueba se mantuvo a 0 °C y se reguló activamente a 18 °C la temperatura superficial del elemento 12 de transferencia térmica mediante un controlador PID, tal como un Extech 48VFL (ajustado de manera independiente y optimizada para el escenario de calefacción en cuestión), para alcanzar una temperatura superficial de 18 °C en la superficie 12 del elemento de transferencia térmica 10.

En la FIG. 15 se muestra un gráfico de las temperaturas y la potencia frente al tiempo, ilustrándose los elementos similares a los del gráfico de la FIG. 10 con números de referencia similares. En este ejemplo, se observó que la velocidad de calentamiento desde el estado inicial de 0 °C hasta la temperatura superficial objetivo de 18 °C del asiento se logró en 11,0 minutos, un 12,7 % más rápido que en una versión de control de este ejemplo en la que no se emplea el elemento 14 de aluminio. También se observó que la energía total consumida por este proceso de calefacción desde el estado inicial hasta la temperatura superficial objetivo fue de 10,2 W h, lo que supuso un 12,8 % menos de energía total consumida que en el control. Cabe señalar además que la temperatura objetivo se mantuvo dinámicamente a 18 °C según lo regulado por el controlador PID durante un período de 1,85 horas, en contacto continuo con la temperatura inicial de 0 °C como entorno general, siendo la energía total consumida durante ese intervalo 70,7 W h, que fue un 1,4 % menos de energía total consumida durante ese intervalo que en el control. Esta realización proporcionaría un calentamiento rápido de la temperatura superficial de la alfombrilla o del asiento y un aislamiento térmico de la superficie 12 calentada para aislarla frente a la pérdida de calor debido a la estructura 20 de cabina fría que se encuentra debajo. El uso de elementos 14 de aluminio de alta conductividad térmica en este contexto permite mejoras de calidad térmica, que conllevan las mejoras de eficiencia energética descritas. En aplicaciones en las que la ligereza de peso y la velocidad de calentamiento no sean primordiales, son aceptables las mejoras de eficiencia de energía siempre que se trate de autonomías relativamente cortas.

En la Tabla 1 se proporciona un sumario de los resultados de los Ejemplos A-E.

La descripción anterior está destinada a permitir que los expertos en la materia pongan en práctica la invención. No se pretende detallar todas las posibles variaciones y modificaciones que resultarán evidentes para los mismos al leer la descripción. El alcance de la invención está definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un vehículo eléctrico (6), que tiene un sistema de regulación de energía (2) para regular la energía de una fuente de energía térmica (16), que comprende:

un elemento termoconductor (14) en comunicación térmica con la fuente de energía (16),

un elemento de transferencia térmica (10), en comunicación térmica con el elemento (14), teniendo el elemento de transferencia térmica una superficie exterior (12);

un sensor de temperatura (40), dispuesto cerca de al menos uno del elemento de transferencia térmica (10) y del elemento (14);

un controlador (30), en comunicación operativa con el sensor (40) y con la fuente de energía para controlar la aplicación de energía a la fuente de energía térmica (16) en respuesta a una señal del sensor (40), y una fuente de alimentación de tipo batería (24) en comunicación operativa con la fuente de energía térmica (16), caracterizado por que el elemento termoconductor (14) comprende una lámina de grafito flexible.

2. El vehículo eléctrico de la reivindicación 1, en el que el grafito flexible tiene una constante térmica no superior a 0,25 W/K, determinándose la constante térmica al multiplicar el espesor del grafito flexible por la conductividad térmica en el plano del mismo.

3. El vehículo eléctrico de la reivindicación 1, que comprende además una capa aislante (18) en comunicación térmica con al menos una de la fuente de energía (16), el elemento (14) y el elemento de transferencia térmica (10).

4. El vehículo eléctrico de la reivindicación 1, en el que la fuente de energía térmica comprende un elemento calefactor resistivo.

5. El vehículo eléctrico de la reivindicación 1, en el que el elemento (14) comprende además una superficie interior y la fuente de energía (16) está en contacto físico con no más del veinticinco por ciento (25 %) del área superficial de la superficie interior.

6. El vehículo eléctrico de la reivindicación 1, que comprende además un segundo elemento termoconductor, que comprende una lámina de grafito flexible en comunicación térmica con la fuente de energía térmica, en donde la fuente de energía está dispuesta entre el elemento termoconductor y el segundo elemento termoconductor.

7. El vehículo eléctrico de la reivindicación 6, en el que el elemento termoconductor (14) está dispuesto encima de la fuente de energía (16) y el segundo elemento termoconductor (14) está dispuesto debajo de la fuente de energía (16).