KR20210102479A - 전기 가열 디바이스 - Google Patents

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KR20210102479A
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electric heating
heating device
vehicle
battery
charging
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KR1020217025145A
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크리스티안 바케르
미카엘 포흐네르
우베 스트래커
베르너 포글
니콜라우스 게르하르트
닐스 엘름
옌스 비에스케
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베바스토 에스이
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Abstract

본 발명은 외부 시스템 전압에 연결되고, 온-보드(on-board) 차량 냉각 회로 내에 통합되도록 구성된 차량용 전기 가열 디바이스로서, 냉각 회로 내에 존재하는 냉각 유체로 열을 전달하기 위한 적어도 하나의 전기 가열 요소(12); 순환 펌프, 차량 팬 및 충전 배터리에 공급하기 위해 외부 시스템 전압을 국부 전압으로 변환시키기 위한 파워 서플라이 유니트(14); 및 파워 서플라이 유니트(14)에 의해 전달되는 국부 전압을 이용하여, 순환 펌프와 팬의 작동을 위한 하나 이상의 제어 신호들을 출력하도록 구성되고, 차량의 배터리에 대한 충전 기능을 제어하도록 구성된, 제어 유니트(20)를 구비하고, 배터리에 대한 충전 기능의 제어는 유지관리 충전 기능을 실행하고, 전기 가열 요소(12), 파워 서플라이 유니트(14) 및 제어 유니트(20)는 공통 하우징 내에 배치되고, 유지관리 충전은, 전기 가열 디바이스의 작동의 시작 시간에서 충전의 실제 상태가 먼저 결정되고, 초기의 실제 상태가 회복될 때까지 나중의 시점에서 충전의 실제 상태가 특정 값 또는 백분율 값 만큼 감소하는 것을 관찰하여 배터리가 충전 과정을 거치도록 수행된다.

Description

전기 가열 디바이스{ELECTRIC HEATING DEVICE}
본 발명은 전기 가열 디바이스 및 그 작동 방법 특히, 자동차용 주차 히터(parking heater)와 같은 전기 가열 디바이스 및 그 작동 방법에 관한 것이다.
자동차용 주차 히터들은 선행기술로부터 일반적으로 알려져 있다. 여기서, 알려진 기술은 승객실(passenger compartment)을 가열시키지 않으면서, 엔진의 예열(pre-heating)과 관계된다. 이러한 예열은, 부분적으로, 냉각수용 순환 펌프없이, 대류와 독립적으로 실행된다. 다른 알려진 기술은 엔진 예열기와 승객실의 가열(및 적용될 수 있는 경우, 배터리 충전)을 위한 별개의 컴포넌트들을 가진, 모듈 시스템을 포함한다.
적어도 추운 계절에 단지 엔진의 예열을 위한 디바이스들은, 승객실의 가열 또는 윈도우들의 서리 제거가 필요없는 경우에는 불리하다.
모듈 디자인의 시스템들은 다수의 컴포넌트들의 설치가 필요하다. 승객실은 전용 팬이 마련된 전기 히터들에 의해 가열된다. 이런 것들은 승객실 내에 설치되거나(일부의 경우들에서, 케이블류와 함께), 윈도우의 방빙(de-icing)이 가능하지 않거나 제한된 정도로만 가능하도록, 예를 들어, 승객실 시트 아래에 설치된다.
담배 라이터를 통해 작동되거나, 차량 배터리에 직접적으로 연결된 시스템들은 오로지 제한된 가열 능력을 가지고, 그 작동은 배터리를 소모시킨다. 배터리는, 장시간 사용하게 되면, 차량이 더 이상 시동될 수 없을 정도로 방전될 수 있다.
본 발명의 목적은, 효과적이고 공간-절약적인 방식으로 엔진 예열과 승객실의 가열이 가능한, 전기 가열 디바이스 특히, 차량용 주차 히터, 및 가열 디바이스의 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 형태의 가열 디바이스를 가진 상응하는 시스템 및 자동차를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 가열 디바이스에 의해 달성되고 바람직하게, 자동차(예, 자가용차 또는 대형트럭(HGV))용 주차 히터에 의해 특히 달성되고, 전기 가열 디바이스는 외부 전원(예, 공중 전기 그리드 시스템)에 연결되고, 온-보드(on-board) 냉각 회로 내에 통합도록 구성되고, 냉각 회로 내에 존재하는 냉각 유체(coolant fluid)(특히, 냉각수)로 열을 전달하기 위한 적어도 하나의 가열 요소, 및 외부 전원의 시스템 전압을 다른 컴포넌트 또는 다수의 다른 컴포넌트들(차량 특히, 차량의 히트-업 디바이스 또는 가열 디바이스의), 특히, 순환 펌프(냉각 유체용), 및/또는 차량 팬의 공급용, 및/또는 배터리의 충전용 국부(local) 전압(특히, DC 전압)으로 변환하기 위한 파워 서플라이 유니트를 구비한다. 여기서, 제어 유니트(제어 신호의 출력용)는 자동차의 차량 팬의 제어 및/또는 자동차의 배터리의 충전의 제어를 위해 마련될 수 있다.
본 발명의 핵심적인 기술적 사상은, 다른 컴포넌트들 특히, 순환 펌프에 국부 전압이 제공될 수 있는, (통합된) 파워 서플라이 유니트를 구비하는, 전기 가열 디바이스 특히, 주차 히터의 설비이다. 바람직하게, 차량 팬은 부가적으로 공급 및/또는 작동될 수 있다. 본 발명의 다른 기술적 사상에 따르면, 이것은 배터리의 충전을 위한 제어 기능(특히, 유지관리 충전(maintenance charging))에 유용하게 결합된다. 이를 위해, 임의의 경우에 존재하는 차량 팬은 한편으로 승객실의 가열을 위해 이용될 수 있다. 동시에, 배터리의 충전(특히, 배터리에 의해 차량 팬에 전력이 공급되는 경우)은 차량이 더 이상 시동될 수 없을 정도의 방전이 발생하지 않는 것을 보장할 수 있다. 종합적으로, 효율적이고 구속받지 않은 승객실의 가열이 상응하게 허용된다.
가열 디바이스는, 파워 서플라이 유니트에 의해 전달되는 국부 전압을 이용하여, 예컨대, 순환 펌프 및/또는 팬과 같은 컴포넌트들의 작동을 위한 하나 이상의 제어 신호들을 출력하도록 구성될 수 있고, 및/또는 자동차의 배터리를 위한 충전 기능을 제어할 수 있도록 구성될 수 있다.
차량 팬은, 다수의 공기 출구 개구들(예, 슬롯들)을 포함하는 환기 시스템(예를 들어, 앞유리의 구역 내에, 또는 차량 피팅(fitting) 구역 내 또는 발밑 공간 내에)과 관용적으로 협력하는 자동차 내의 팬(공장에서 미리-설비된)으로서 이해되어야 한다. 파워 서플라이 유니트와 제어 유니트는 다양한 컴포넌트들에 의해 또는 공통 컴포넌트에 의해 구성될 수 있다. 또한, 파워 서플라이 유니트는 제어 유니트의 적어도 일 부분을 이루도록(다른 컴포넌트들과 함께) 구성될 수 있다. 바람직하게, (전기) 가열 요소는 전기 저항기, 예를 들어, 관형(tubular) 히터 및/또는 적어도 하나의 레이어(layer) 히터이다. 가열 디바이스는 순환 펌프에 미리 통합할 수 있다. 그러나, 순환 펌프는 보충적으로(예, 다른 하우징 내에) 마련될 수도 있다.
바람직하게, 외부 전원은 AC 전압이다. 시스템 전압의 주파수는 40 헤르쯔와 70 헤르쯔 사이(특히, ≥ 50 헤르쯔 또는 ≤ 60 헤르쯔)에 놓일 수 있다. 바람직하게, 시스템 전압은 100 볼트와 500 볼트 사이에 놓인다. 국부 전압은 2볼트와 80볼트 사이, 바람직하게 5 볼트와 50볼트 사이에 놓일 수 있다. 국부 전압(온-보드(on-board) 전압)에 할당된 전류는 적용 가능한 경우, 배타적으로 직류이거나, 대안적으로, 교류일 수 있다.
실시예의 특수한 형태에서, 전기 가열 디바이스는 파워 서플라이 유니트에 의해 국부 전압을 차량 팬에 공급하도록 구성된다. 이러한 형태의 실시예에서, 적용할 수 있는 경우, 차량 팬은, 전기 가열 디바이스에 의해 작동(그리고 나서, 예를 들어, 차량 배터리를 통해 전압이 공급되고)될 뿐만 아니라, 전압 공급 그 자체는 전기 가열 디바이스 즉, 파워 서플라이 유니트에 의해 전달된다. 이것은 단순한 수단에 의해 승객실의 특히 효율적인 가열을 가능하게 한다.
바람직하게, 배터리에 대한 충전 기능의 제어는 유지관리 충전이 수행되도록 실행된다. 예를 들어, 유지관리 충전은, 충전의 실제 상태가 먼저 결정되고(예를 들어, 전기 가열 디바이스의 작동의 시작 시간에서), 원래의 실제 상태로 복원될 때까지, 나중의 시점에서 충전의 실제 상태의 감소(예를 들어, 특정 값에 의해 또는 백분율 값에 만큼)를 관찰하여 배터리가 충전 과정을 거치도록, 수행될 수 있다. 따라서, 배터리는 히트-업(승객실의 가열 또는 엔진 예열)이 실행되지 않았을 임의의 경우에도 존재하게 되는 상태로 유지될 수 있다. 또한, 제어는 충전을 가능하게 하는 전압을 배터리를 손상시키기 않으면서 배터리에 연속적으로 공급하도록 진행할 수 있다.
한편으로, 적용가능한 경우, 물 채널을 가진 가열 요소, 및 파워 서플라이 유니트 및/또는 제어 유니트는 하위-조립체 내에, 적용가능한 경우, 하우징 내에 배치될 수 있다. 하위-조립체는 특히, 가열 요소와 파워 서플라이 유니트 또는 제어 유니트가 상호 아주 가깝게(예를 들어, 10cm 미만 또는 5cm 미만의 여유 공간 이내에, 또는 서로 직접적으로 인접되게) 배치된, 구조적 유니트로서 이해되어야 한다. 다른 한편으로, 적용가능한 경우, 가열 요소 및 파워 서플라이 유니트 및/또는 제어 유니트가 별개의 하우징 내에 각각 배치되고, 결과적으로 다수의 하우징들이 서로 인접되게(특히, 5cm 미만의 여유 공간 내에, 또는 직접적으로 상호 인접되게 특히, 상호 접촉되게) 배치될 수도 있다. 부응하여, 컴팩트한 전기 가열 디바이스가 제안되고, 간단한 수단에 의해 승객실의 효율적인 가열이 가능해 진다.
바람직하게, 전기 가열 요소와 파워 서플라이 유니트 및/또는 제어 유니트는 전기 가열 디바이스의 동일한 네트워크 연결을 통해 공급된다. 바람직하게, 전기 가열 요소는 시스템 전압이 직접적으로 즉, 파워 서플라이 유니트를 경유하는 "우회로(detour)" 없이 공급된다. 종합적으로, 이것은 효과적인 작동을 가능하게 한다.
전술한 목적은, 전술한 형태의 전기 가열 디바이스, 및 전술한 순환 펌프, 및/또는 전술한 팬, 및/또는 전술한 배터리, 및/또는 시스템/가열 디바이스, 원격 제어 또는 UMTS 연결을 작동시키기 위한 수단 및/또는 차량 팬의 온도-의존 작동 수단, 및/또는 물 펌프의 온도-의존 제어 수단을 포함하는 시스템에 의해 더 달성된다.
전술한 목적은, 전술한 형태의 전기 가열 디바이스 및/또는 전술한 형태의 시스템을 구비하는 자동차에 의해 더 달성된다.
본 발명의 목적은 전기 가열 디바이스 바람직하게, 자동차 특히, 전술한 형태의 주차 히터의 적용에 의해 더 달성되고, 전기 가열 디바이스는 외부 전원에 연결되고 온-보드) 냉각 회로 내에 통합되도록 구성되고, 차량의 배터리의 충전을 위해 및/또는 온-보드 차량의 공급을 위해, 냉각 회로 내에 존재하는 냉각 유체로 열을 전달하기 위한 적어도 하나의 가열 요소를 구비한다.
따라서, 본 발명의 핵심 기술적 사항은 전기 가열 디바이스가 차량의 배터리의 충전을 위해 및/또는 온-보드 팬에 전압을 공급하기 위해 이용된다는 사실에 있다. 특히, 가열 디바이스의 파워 서플라이 유니트는 이것을 가능하게 하는 상응하는 출력(또는 다수의 출력들)과 통합할 수 있다.
가열 디바이스 특히, 주차 히터는 장시간에 걸쳐 효과적으로 작동될 수 있다.
전술한 목적은, 전술한 형태의 가열 디바이스 또는 전술한 형태의 시스템의 작동 방법에 의해 더 달성되고, 충전을 위한 차량의 배터리는, 가열 디바이스를 이용하여 전력이 공급되고, 및/또는 가열 디바이스를 통해 온-보드 차량 팬에 전력이 공급되고, 및/또는 가열 디바이스를 이용하여 차량의 배터리의 충전이 제어되고, 및/또는 가열 디바이스에 의해 온-보드 차량 팬의 작동이 제어된다. 또한, 특히, 순환 펌프에 전압이 인가되고, 적용가능한 경우, 전기 가열 디바이스를 이용하여 제어된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예에 대해 아래에서 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 가열 디바이스를 나타내는 개략적 구성도이다.
도 1은 전기 가열 디바이스의 개략도이다. 가열 디바이스는 물 채널(11)을 가진 하우징(10)을 구비한다. 물 채널(11) 내에서, 전기 가열 요소(12)는, 전기 가열 요소를 통해 전류가 흐를 때, 결과적인 열이 물 채널(11) 내의 유체(물)의 가열을 유도하도록 배치된다. 냉각 유체(냉각수)는 연결부들(13)을 통해 공급 및 배출될 수 있다.
가열 디바이스는 파워 서플라이 유니트(14), 및 순환 펌프의 작동용 출력(15), 배터리 충전용 출력(16), 및 선택적으로, 차량 팬 작동용 출력(17)을 더 구비한다. 또한, 전기 가열 디바이스를 외부 전원(예, 공중 전기 그리드 시스템)에 연결시킬 수 있는 네트워크 연결부(18)가 마련된다. 전기 가열 요소는 스위치(감온 스위치)(19)의 도움으로 스위치 온될 수 있다. 전기 가열 요소에는 공중 전기 그리드 시스템으로부터 직접적으로, 즉, 파워 서플라이 유니트를 경유하지 않고 외부 전압이 공급된다. 또한, 제어 유니트(20)는, 적용가능한 경우, 파워 서플라이 유니트(14)의 컴포넌트로서 적어도 부분적으로, 하나 이상의 출력들(22a,22b,22c)을 경유하여, 적용가능한 경우, 순환 펌프, 및/또는 배터리 충전 기능, 및/또는 차량 팬을 작동시킬 수 있다.
파워 서플라이 유니트(14)는 설치 공간(21) 내에, 적용가능한 경우, 제어 유니트와 결합하여, 배치될 수 있다. 이러한 설치 공간은, 전기 가열 요소와 함께, 공통의 하우징 내에 마련될 수 있고, 또는 별개의 하우징(그럼에도 불구하고 전기 가열 요소가 배치된 하우징 상에 배치된)에 의해 수납될 수 있다.
도 1에 따른 실시예에서, 열은 직접적으로 냉각수로 전달된다. 파워 서플라이 유니트(14)는 공급 전압(예, 230볼트)이 예를 들어, 순환 펌프, 및 적용가능한 경우, 차량 팬의 공급을 위한 13.8볼트로 변형되게 한다.
모든 전술한 컴포넌트들은 그 자체가 개별적으로 그리고 임의의 조합으로 고려되어야 하고, 특히 도면들에서 제시된 상세한 내용들은 본 발명에 필수적인 것으로 청구되었다. 그로부터의 변형들은 당업자에게 자명하다.
10...하우징 11...물 채널
12...전기 가열 요소 13...연결
14...파워 서플라이 유니트 15...순환 펌프용 출력
16...배터리 충전 기능용 출력 17...팬을 위한 출력
18...네트워크 연결부 19...스위치
20...제어 유니트 21...설치 공간

Claims (6)

  1. 외부 시스템 전압에 연결되고, 온-보드(on-board) 차량 냉각 회로 내에 통합되도록 구성된 차량용 전기 가열 디바이스로서,
    상기 냉각 회로 내에 존재하는 냉각 유체로 열을 전달하기 위한 적어도 하나의 전기 가열 요소(12);
    순환 펌프, 차량 팬, 및 충전 배터리에 공급하기 위해 상기 외부 시스템 전압을 국부 전압으로 변환시키기 위한 파워 서플라이 유니트(14); 및
    상기 파워 서플라이 유니트(14)에 의해 전달되는 상기 국부 전압을 이용하여, 상기 순환 펌프와 상기 팬을 작동시키기 위한 하나 이상의 제어 신호들을 출력하도록 구성되고, 상기 차량의 배터리에 대한 충전 기능을 제어하도록 구성된, 제어 유니트(20)를 구비하고,
    상기 배터리에 대한 충전 기능의 제어는 유지관리 충전 기능을 실행하고,
    상기 전기 가열 요소(12), 상기 파워 서플라이 유니트(14), 및 상기 제어 유니트(20)는 공통 하우징 내에 배치되고,
    상기 유지관리 충전은, 상기 전기 가열 디바이스의 작동의 시작 시간에서 충전의 실제 상태가 먼저 결정되고, 초기의 실제 상태가 회복될 때까지 나중의 시점에서 충전의 실제 상태가 특정 값 또는 백분율 값만큼 감소하는 것을 관찰하여 배터리가 충전 과정을 거치도록 수행되는, 전기 가열 디바이스.
  2. 청구항 1에서,
    상기 외부 시스템 전압은 100V와 500V 사이이고, 상기 시스템 전압의 주파수는 50Hz와 60Hz 사이이고, 상기 국부 전압은 5V와 50V 사이인, 전기 가열 디바이스.
  3. 청구항 1에서,
    상기 전기 가열 요소(12), 상기 파워 서플라이 유니트(14), 및 상기 제어 유니트(20)는 동일한 네트워크 연결를 통해 공급되는, 전기 가열 디바이스.
  4. 청구항 1에 따른 전기 가열 디바이스, 순환 펌프, 차량 팬, 배터리, 가열 디바이스, 원격 제어, 또는 UMTS 연결의 작동 수단, 상기 팬의 온도-의존 작동 수단, 및 물 펌프의 온도-의존 제어 수단을 구비하는, 차량용 전기 가열 시스템.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 전기 가열 디바이스 또는 청구항 4에 따른 전기 가열 시스템을 구비하는, 자동차.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 차량용 전기 가열 디바스의 작동 방법으로서,
    상기 전기 가열 디바이스를 이용하여 차량의 배터리를 충전하기 위해 배터리에 전력을 공급시키는 단계;
    상기 전기 가열 디바이스를 이용하여 온-보드 차량 팬에 전력을 공급시키는 단계;
    상기 전기 가열 디바이스를 이용하여 차량의 배터리의 충전을 제어하는 단계; 및
    상기 전기 가열 디바이스를 이용하여 온-보드 차량 팬의 작동을 제어하는 단계를 포함하는, 차량용 전기 가열 디바이스의 작동 방법.


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