用于电动载具的潜热型热能储存装置、系统以及控制方法

专利名称：用于电动载具的潜热型热能储存装置、系统以及控制方法
技术领域：
本发明一般涉及电动载具(EV)内用于加热、通风及/或空调(Heating,ventilating, and/or air-conditioning, HVAC)的潜热型热能储存(LHTES)装置，尤其涉及可使用热能和冷度回充并且使用或不使用热传递液体(Heat transferfluid, HTF)来运作LHTES装置。此外，本发明也提供包含该等LHTES装置的系统及控制该系统的方法。
背景技术：
全球暖化以及气候变迁都强迫人类采取某些严厉的手段，来保护我们赖以为生的地球环境。电动载具エ业为近年来重大的发展之一，提供有效、经济可施行的节能与环保载具。上升的燃油价格以及对减少ニ氧化碳(CO2)排放的迫切需要，都是汽车エ业必须面对并且迅速解决的两个议题。虽然有大量全新驱动概念正在发展，不过并无法迅速普及。因此，最重要就是改善内燃机的整体效率，并非对载具进行微幅变更，而是提出针对技术方面的量子步骤。因此，电动载具必须导入市场，成为整体运输与能源概念的一部分，而不是成为ー项独立的技木。对于电源供应与需求(来自电动载具)必须具有整合方法，以确保能源效率。电动载具内的其中ー个主要峰的负载需求就是空调(冷气)与加热运作(暖气)，这要耗用大量能源并且大幅缩短每次EV充电后的续航范围。因此，为了用于长途旅程，所以让电动载具节省能源并且具有高能源储存量就变成电源效率以及能源管理方面重要的议题。本发明的目的在于利用在EV充电模式中LHTES储存热能(或冷度)并且在EV驱动模式中从LHTES取得能源(或冷度)，使得毎次EV充电后的续航范围不受相同电池容量影响。

发明内容
鉴于上述问题，本发明的主要目的在于升高、降低或維持EV驾驶舱或乘客舱的温度，而不会大幅消耗EV电池组内储存的电能。本发明的另ー主要目的在于提供用于EV的LHTES装置，其用来储存EV充电时产生的冷度或热能，并且在EV运作时释放该冷度或热能，来调整EV乘客舱内的温度。本发明的又另ー主要目的在于提供一种空调解决方案，其可将EV驾驶舱或乘客舱内的温度调节至舒适程度，但不会大幅缩短续航范围。本发明的ー个具体实施例内，用于EV的LHTES装置包含腔室、位于该腔室内的多个热导性增强单元以及填入该腔室内的相变材料(PCM)。在本发明的另一具体实施例内，一种分离式低温LHTES系统包含 第一 LHTES装置，其包含腔室、位于该腔室内的多个热导性增强单元和填入该腔室内具有相变温度低于50C的PCM，以及与该第一 LHTES装置热连接的第二 LHTES装置，该第二 LHTES装置包含腔室、位于该腔室内的多个热导性增强单元、填入该腔室内具有相变温度低于0°C的PCM以及多个与该腔室热连接的散热片。在本发明的ー个具体实施例内，ー种提供热调节空气进入EV驾驶舱内的空调系、统包含热能产生设备 ，第一 LHTES装置，其填入PCM并且与该热能产生设备热连接，以储存因此产生的该热能；以及通风装置，其用于驱动空气通过该第一 LHTES装置，由此使该空气进行热调节并且进入该驾驶舱。本发明的又一具体实施例内，ー种提供热调节空气进入电动载具驾驶舱内的空调系统包含上述的该分离式低温LHTES系统；热能产生设备，其与该第一 LHTES装置热连接；以及通风装置，用于驱动空气通过该第二 LHTES装置，由此使该空气进行热调节并且进入该驾驶舱。在本发明的ー个具体实施例内，控制电动载具中内含PCM和热导性增强媒体的至少ー LHTES装置使用的方法包含(a)获得至少ー状态參数；(b)根据所收集的该状态參数来决定该LHTES装置的使用模式；以及(c)根据该LHTES的该使用模式，致动热能产生设备、风扇、空气通道门以及该电动载具的移动设备至少其中之一。从下列本发明的详细说明并且搭配附图，可对本发明的其它目的、优点与创新特征有全面了解。


为了对范例具体实施例和其特征及优点有更全面的了解，因此參照下列说明并且配合附图，其中相同的參考编号代表相同部件，其中图I为本发明ー个具体实施例内的LHTES装置的例示图；图2为本发明ー个具体实施例内的LHTES装置的部分分解图；图3为本发明ー个具体实施例内的空调系统的例示图；图4为显示在ー个具体实施例内使用两个LHTES装置用于空调的例示图；图5为本发明ー个具体实施例内的分离式低温LHTES系统的例不图；图6为在利用蒸发器作为热能产生设备的ー个具体实施例内的LHTES装置的例示图；图I为本发明ー个具体实施例内的分离式低温LHTES系统的例示图；图8为显示整合到EV内的本发明空调系统的具体实施例的方块图；图9为显示本发明ー个具体实施例的控制面板的前视图；图10为显示可用来控制本发明ー个具体实施例的空调系统的许多系统变量的表格；图11为显示用于决定本发明ー个具体实施例内系统模式的控制算法的流程图；图12为例示在不同系统模式下，PCM温度与时间之间关系的曲线图；图13为显示用于决定本发明ー个具体实施例内不同类型通风模式的控制算法的流程图；以及图14为显示不同系统模式下，不同致动器的运作状态的表格。主要组件符号说明I 空调系统10 LHTES 装置IOa LHTES 装置IOb LHTES 装置
11第一盖板12腔室13可旋转接头13a可旋转接头13b可旋转接头14热导性增强单元15第二盖板

16相变材料17散热片19格栅板20热能产生设备22冷接合表面24热接合表面30通风装置50移动设备52散热装置60分离式低温LHTES系统62第一低温LHTES装置63可旋转接头64第二低温LHTES装置66散热片65鼓风机70蒸发器72管路74泵80能源90控制面板92PCM充电按钮94通风按钮96温度设定按钮
具体实施例方式在探讨底下描述的具体实施例细节之前，某些词汇定义如下针对本发明目的，“热能” ー词表示一种例如可造成EV驾驶舱或乘客舱内温度上升、下降或維持的能量型态。当热能与冷或冷度(用于降低温度的能量)一起使用时，热能一般代表热或热度(用于提高温度的能量)，但本领域技术人员应该了解，除非有声明，否则单独使用时涵盖热、热度、冷以及冷度，例如热能产生设备为可以产生热能的设备，包含热、热度、冷或冷度(像是蒸气压缩冷冻循环、C02型压缩冷冻循环、二次回路系统、气体冷冻系统、热电式冷却器或加热器、正温度系数(Positive temperaturecoefficient, PTC))加热器或加热线圏。针对本说明书内所使用，“热传递”ー词用来描述从热源到散热体的热度传递，且可运用在加热与冷却(例如冷冻)系统。因此，热传递装置就是被调整可将热、热度、冷或冷度从像是LHTES装置这类热源传递至像是另ー LHTES装置这类散热体的装置，并且热传递流体包含液体、黏性材料以及蒸气或在热传递装置运作温度下流动的气相热传递材料。本说明书中使用“热电模块”ー词代表热电式冷却器、加热器或作为热泵的发电机。在电流施加于热电模块之后，热度会从其ー侧移动至另ー侧，然后传递至散热体或由散热体去除。在某些具体实施例内，冷侧可用来将热度抽离物体。此外，若使电流反向，则该装置可用来将热度抽至物体。在某些具体实施例内，热电模块可堆栈，以达成提高热度抽提的冷却与加热效果
在本发明当中，“热导性增强单元”可选自于热管、石墨、碳、导热材料及其组合所构成的群组，用来帮助相变材料的热传递。此外，这些热导性增强单元的形状并未特别设限，可为平板、线圈、丝、条、纤维、粉末或泡沫。针对本发明目的，该等热导性增强单元包含例如碳纤维刷、碳纤维片、石墨泡沫或铝泡沫，下列文件中所掲示者皆在此以參考方式完整并入本文由Al-Hallaj等人、J. Fukai等人提出标题为“Thermal response inthermalenergy storage material around neat transfer tubes effect of additiveson heattransfer rates” 刊登于 Solar Energy, 75, (2003), 317-328 内、J. Fukai 等人提出怀题为「Improvement of thermal characteristics of latent heat thermalenergystorage units using carbon-fiber brushes -experiments and modeling」刊登于 International Journal of Heat and Mass Transfer,46, (2003),4513-4525 内的第6，942，944号美国专利。本说明书中使用的“电动载具”ー词包含“全电动型”以及“混合电动型”载具。混合电动型载具与全电动型载具不同之处在于它也包含内燃机，其以许多方式与该载具的电驱动系统耦合。此外，「电动载具」ー词一般代表可用电池组内所储存电力来行驶的任何载具，像是汽车、巴士、火车、船舶、飞机等。针对本说明书所使用，“潜热”ー词代表例如化学物质在不改变温度的情况下的状态改变期间(也就是像是冰块熔化或水沸腾这类相转变)，所释放或吸收的能量。再者，本发明内将“潜热”ー词用于包含下列类型熔化的潜热-用于将物质从固态改变成液态的热度、固化的潜热-用于将物质从液态改变成固态的热度以及结晶的潜热-用于让物质在非晶相与晶相之间转变的热度。本说明书中所使用的“相变”ー词代表其中物质在处理期间进行相位变化的处理。“相变温度” ー词代表物质进行相位变化时的温度。「相变材料ー词代表使用相变在相对等温之下吸收或释出相对大量潜热的材料，业界内已知许多相变材料的范例，包含由M. Farad等人所掲示标题为“A review onphase change energy storage !materials andapplications，，干丨j登于 EnergyConversion and Management，45，(2004)，1597-1615，在此以參照方式完整并入本文。图I为本发明ー个具体实施例内的LHTES装置的例示图。LHTES装置10 —般包含腔室12、位于腔室12内的多个热导性增强单元14以及填入该腔室内的相变材料(PCM) 16。腔室12较佳由具有所要強度、与内含的PCM16兼容、在PCM 16的运作温度下稳定并隔热的材料制成，并且该材料可实作为像是热电池这类内含PCM的LHTES装置10的外壳。PCM 16的选择，包含业界内已熟知的，像是水合盐、石腊、脂肪酸以及有机化合物和无机化合物的共熔物，与所要的EV驾驶舱温度有关；不过在调整PCM 16用于冷度储存的情况下，PCM 16较佳具有从-100至20°C的相变温度范围；在调整PCM 16用于热能储存的情况下，PCM 16较佳具有从20至500°C的相变温度范围。此外，从高效能的观点来看，较佳是具有高能量密度的材料。在考虑到某些PCM 16的低热导性之下，将热导性增强单元14当成填充剂填入腔室12，以帮助热能或冷度的取得与储存。有用的热导性增强单元14的材料包含但并不设限为石墨、碳、导热金属及其组合，并且其合适的形状可为平板、线圈、丝、条、纤维、粉末、管或泡沫。如图I内所示，热导性增强单元14具有等间隔螺旋拉长丝形状，可由低成本不锈钢洗浄器或洗涤器制备。 在较佳具体实施例内，腔室12封闭在第一盖板11与第二盖板15之间，而这两盖板之上分别设有可旋转接头13和多个散热片17。可旋转接头13可在充电模式期间旋转装入热能产生设备的冷或热接合表面，并且在待命模式或驱动模式期间从接合表面拔除，以避免热回流；散热片17从第二盖板15的表面延伸出来，借由增强对流来提高热传递速率。利用上述结构设计，在EV充电模式之下产生的热能或冷度就可透过第一盖板11传递至PCM 16并储存在此；在驱动模式中当驾驶员开启通风装置吋，PCM 16内储存的热能或冷度可传递至第二盖板15，然后到达散热片17，在此发生热交换，允许该通风装置将热调节空气导入驾驶舱或乘客舱如此改变其中的温度或将温度維持在所要的度数。在ー个具体实施例内，为了有效进行热传递，第一盖板11、第二盖板15、可旋转接头13和散热片17都由具备高热导性的材料制成。图2为例示如何组装本发明ー个具体实施例内的LHTES装置的LHTES装置部分分解图。为了提供排列整齐的热导性增强单元14来促成均匀并有效的热传递，因此使用以纵向方式将热导性增强单元14固定于两个格栅板19之间。在此具体实施例内，热导性增强単元14借由拉长一般用在清洗锅子或煎锅的厨房洗浄器或洗涤器的不锈钢丝来制备，如此大幅降低成本。然后格栅板19分别用螺栓固定至第一盖板11和第二盖板15，接着形成外壳来容纳热导性增强单元14，并在该外壳、第一盖板11、第二盖板15围成的空间内填入相变材料。图3为运用该LHTES装置的本发明ー个具体实施例内空调系统的例示图。如所示，空调系统I包含LHTES装置10、热能产生设备20以及通风装置30。在此具体实施例内，热电模块(也就是已知的Peltier装置)用来作为热能产生设备20，分别在两个不同侧上产生热能与冷度。如本技艺所熟知，热电模块可包含两个陶瓷板，而在两陶瓷板之间具有碲化秘成份。尤其是针对本发明目的，例如由Kazushi Shikata等人所提出的第6，213，198号美国专利内的图9A中所描述并显示的热电模块设置在此以參照方式完整并入本文。以下进ー步描述空调系统I如何在不同模式下运作，以使用储存冷度的PCM来降低或維持乘客舱内温度。不过本领域技术人员应该了解，空调系统I也可用类似方式运作，以使用储存热能的PCM来提高或維持乘客舱内温度。配备空调系统I的EV在充电模式下运作时，此时由当成热电模块的热能产生设备20产生冷度，并且储存在LHTES装置10内，LHTES装置10由移动设备50带动，该移动设备像是本技艺已知的气动控制致动器，如同Automotive Air Conditioning and ClimateControl Systems第19-20页内所掲示者,在此以參照方式完整并入本文，以紧密接触该热电模块的冷接合表面22，例如用其可旋转接头13旋转装配冷接合表面22。因此，将热能产生设备20所产生的冷度传递至第一盖板11，并且传送至并储存在PCM 16内。另ー方面，较佳使散热装置52与该热电模块的热接合表面24紧密接触，使得该热电模块在该冷度产生期间产生的热度可由例如散热装置52的散热体或鼓风机所驱散。散热装置52安装在该热电模块的ー侧上(即热接合表面24)，而另ー侧(即冷接合表面22)则有LHTES装置10，确保该热电模块两侧之间具有低温差，因此该热电模块具有高工作效率。此外，通风装置30 (在此具体实施例内为鼓风机)在充电模式下不会启动。一旦LHTES装置10已经到达预定温度，例如可能稍微低于或等于PCM16的相变温度，或已经以潜热形式提供足够的冷度量于其中的PCM 16，则空调系统I从充电模式切換 成待命模式。在待命模式中，LHTES装置10藉由移动设备50与已经关闭的热能产生设备20分离，以避免PCM 16内储存的冷度经由与热能产生设备20的传导而释出。另外，通风装置30和散热装置52的鼓风机并未运作。特别是待命模式内，运用感应器(未显示)来监控LHTES装置10内储存的温度或冷度百分比，以便进行对应于温度或冷度百分比的运作，例如温度高于待命模式内的预定值时，则再次带动LHTES装置10与热能产生设备20接触并充电，直到储存足够的冷度量。一般来说所选的该预定温度对应于PCM 16的相变温度，例如若PCM 16的相变温度为_5°C，并且空调系统I切換成待命模式的温度为-10°C，则该预定温度可为_7°C或_6°C ;若PCM 16的相变温度为_20°C，则该预定温度可为_23°C或-22°C。简单来说，空调系统I在待命模式内的运作可根据LHTES装置10的温度来控制。在驱动模式中，PCM 16内储存的冷度会从已经与热能产生设备20分离的LHTES装置10释出。透过散热片17提供的大表面积，藉由通风装置30的推动，冷度可有效传递至气流，让冷空气吹入驾驶舱。因此，在适当空气管道设计以及对应控制策略之下，可以在不消耗大量EV电池组内所储存电力的情况下，将驾驶舱的温度调整或維持在所要的温度，同时在不损耗旅程的范围下，提供驾驶及乘客ー个愉快的旅游经验。图4为显示在ー个具体实施例内使用两个LHTES装置用于空调的例示图。在此具体实施例内，两个LHTES装置10a、IOb填入不同种的PCM，以分别储存热能与冷度。较佳是热能产生设备20上方的LHTES装置IOa填入相变温度高于20°C的PCM来储存热能，并且热能产生设备20下方的LHTES装置IOb填入相变温度低于20°C的PCM来储存冷度，因为这种设置避免空气中湿气凝结所形成的水滴滴落所导致的热能产生设备20内电子零件失效。为了避免水滴滴在应防水的EV电子组件上，在LHTES装置IOb正下方可安装集水盘或槽(未显示)。此外，此具体实施例具有比単一 LHTES装置的具体实施例更多优点，例如在充电模式中，两个LHTES装置10a、10b分别与该热电模块的热接合表面24和冷接合表面22紧密接触，如此产生的热能与冷度可分别储存在该等LHTES装置内，而不是保留ー种而抛弃另ー种，如此可善用能量而不造成浪费。再者，使用两个具有不同PCM的LHTES装置允许使用者在驱动模式中选择性提高或降低驾驶舱温度。如图4内所示，LHTES装置IOa上或热能产生设备20上可配备可旋转接头13a、13b，并且热接合表面24和冷接合表面22的设计与形状可对应地改变或修改，以便有效分离和组合LHTES装置10a、IOb与热能产生设备20。此外，为了进ー步提高热导性，在热接合表面24及/或冷接合表面22上可涂抹导热油、膏或胶或其同等品。为了避免不同LHTES装置内所储存热能与冷度之间产生热交换，在驱动模式中LHTES装置较佳于不同、至少部分相_的空间中运作。KazushiShikata等人所提出的第6，213，198号美国专利的图I内可发现符合上述需求的合适空气管道配置，在此以參照方式完整并入本文。针对图I至图4内所示的具体实施例，用于储存冷度的PCM较佳具有高于(TC的相变温度，并且具有相变温度为6°C的正十四烷为合适材料。若由上述具体实施例所采用的PCM的相变温度低于或等于0°C，则释出的冷度倾向冷冻空气中的水气，并且在要进行热交换的散热片上形成冰，即散热片结冰。因此在驱动模式之下运作一段时间之后，LHTES装置的运作效率会不如ー开始，因为冰会逐渐占据并阻挡散热片所界定的气流通道或空间。因此，用于冷度储存的PCM选择受到限制，可惜许多具备高潜热或能量密度的PCM都不适用。为了解决此问题并且解除PCM选择的限制，本发明的ー个具体实施例提出ー种分离式LHTES系统，尤其是分离式低温LHTES系统，如图5内所示。在此具体实施例内，分离 式低温LHTES系统60主要包含第一低温LHTES装置62以及第二低温LHTES装置64，这两者都具有腔室、多个位于该腔室内的热导性增强单元以及填入该腔室的PCM。为了帮助两个低温LHTES装置分离与组合，可提供可旋转接头63给任ー个低温LHTES装置或在此具体实施例内作为热电模块的热能产生设备20。较佳是第二低温LHTES装置64的PCM具有高于(TC的相变温度，并且第一低温LHTES装置62具有低于5°C的相变温度，并且熔化的潜热大于250焦耳/公克。维持第二低温LHTES装置64的温度高于(TC的目的在于避免散热片66结冰，更佳是第一低温LHTES装置62内使用的PCM可为水或相变温度低于(TC的其它PCM。此外，两个低温LHTES装置间的主要差异在于只有第二低温LHTES装置64设有散热片66。在充电模式内，该热电模块ー侧上产生的冷度会传递至第一低温LHTES装置62，然后透过热传导通过其间的可旋转接头63到达第二低温LHTES装置64，并且鼓风机65将另ー侧上产生的热度驱散，以确保该热电模块的高运作效率。一旦第一低温LHTES装置62及/或第二低温LHTES装置64内已经储存预定的冷度量或冷度百分比，并且分离式低温LHTES系统60的运作已经切换至待命模式，如上述，其中热能产生设备20根据感应器提供的数据，间歇地对两个LHTES装置充电。在驱动模式中，运用第二低温LHTES装置64与像是鼓风机这类通风装置所吹送的空气进行热交换并且运用第一低温LHTES装置62作为储槽，好透过热传导或精通技术人士了解的任何其它冷度传递装置，像是包含连接在低温LHTES装置之间并且有热传递流体循环于其内的循环管的热传递装置，将冷度提供给第二低温LHTES装置64。除了运用额外热电模块来产生热能及/或冷度，本发明也可整合至EV常用的现有热能产生系统内，即蒸气压缩冷冻循环，其主要包含压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器。在该蒸气压缩冷冻循环内，循环冷媒进入压缩机，并且压缩至较高压カ以及较高温度。然后将该热、压缩蒸气绕送通过冷凝器并且冷却、凝结成液体，然后凝结的液态冷媒绕送通过膨胀阀内的线圈或管子，在此迅速降低压力，之后将冷混合物绕送通过蒸发器内的线圈或管子，然后送回该压缩机完成该冷冻循环。该蒸发器可包含蛇管，其内设有多个皱折成锯齿状的冷媒管道，以及介于该蛇管相对外侧表面之间的隔板，如在Hiroshi Kondo等人所提出的第4，557，324号美国专利中掲示者，在此以參照方式完整并入本文。在该蒸发器背后，运用风扇推送空气通过携带该冷却冷媒液体和蒸气混合物的线圈或管子。该空气在导入该驾驶舱时，蒸发该冷却冷媒混合物的液体部分，同时冷却以降低驾驶舱的温度。请参阅图6，为利用蒸发器作为LHTES装置的热能产生设备之一具体实施例的例示图。在此具体实施例内，LHTES装置10—般包含腔室12、填入该腔室的PCM 16以及从腔室12周边延伸出来的多个散热片17。尤其是，腔室12围绕至少部分蒸发器70，该蒸发器具有蛇管束以及介于其相对外侧表面之间的隔板，使得该等隔板用来作为腔室12内的热导性增强单元14，并且可将PCM 16填入热导性增强单元14所界定的空间内。在充电模式中，内含蒸发器70的该蒸气压缩冷冻循环被启动，让该冷媒在该压缩机、该冷凝器、该膨胀阀以及蒸发器70形成的热循环当中循环。在该低温冷媒通过LHTES装置10时，该冷度传递至PCM 16并储存在此。一旦完成充电，则可根据PCM 16内储存的冷度温度或百分比(其可如上述用感应器来监控)，来控制蒸气压缩冷冻循环的运作。因此，在驱动模式期间，使用者可打开通风装置，其可为蒸发器70后面的鼓风机或风扇，以强 迫空气通过散热片17，然后在该等散热片上发生热交换来降低空气温度并进入驾驶舱。因此，不同于需要大量电池组的能量来驱动压缩机的习知EV空调系统，图6内揭示的具体实施例允许储存EV充电时产生的冷度，并且在EV进入驱动模式时取得冷度，而不用启动压缩机。再者，LHTES装置10与HTF循环的热源(像是上述蒸气压缩冷冻循环的冷凝器或使用加热线圈作为热源以及用液态聚多元醇当成HTF的独立热循环)整合之后也可用来储存热能，类似于图6内所揭示的设置。另外，LHTES装置10可与用于加热EV驾驶舱的热核心或加热器整合。同样地，为了让PCM没有选择限制，使用HTF进行冷度或热能交换的该LHTES装置也可实作为分离式低温LHTES系统，如图7内所示，该图为本发明一个具体实施例内分离式低温LHTES系统的例示图。在此具体实施例内，如同图5内所示的具体实施例内，分离式低温LHTES系统60主要包含第一低温LHTES装置62以及第二低温LHTES装置64，这两者都具有腔室、多个位于该腔室内用来作为热导性增强单元的隔板以及填入该腔室的PCM。较佳是第二低温LHTES装置64的PCM具有高于(TC的相变温度，并且第一低温LHTES装置62具有低于5°C之相变温度，并且熔化的潜热大于250焦耳/公克。更佳是第一低温LHTES装置62内使用的PCM可为水或相变温度低于0°C的其它PCM。此外，两个低温LHTES装置间的主要差异在于只有第二低温LHTES装置64具有散热片66。在充电模式中，蒸气压缩冷冻循环的蒸发器70内循环的冷媒所携带的冷度传递至第一低温LHTES装置62的PCM内并储存在此，之后该冷度透过像是泵74所抽提的冷媒这类HTF传递至第二低温LHTES装置64的PCM，并且在第一低温LHTES装置62与第二低温LHTES装置64之间的管路72内循环。一旦第一低温LHTES装置62及/或第二低温LHTES装置64内已经储存预定的冷度量或冷度百分比，并且分离式低温LHTES系统60的运作已经切换至待命模式，其中根据感应器提供的数据，选择性驱动该蒸气压缩冷冻循环来产生冷度。在驱动模式中，运用第二低温LHTES装置64与通风装置(像是鼓风机)吹送的空气通过散热片66来进行热交换，并且运用第一低温LHTES装置62作为储槽，用来透过内含泵74所驱动的HTF的管路72，将冷度提供给第二低温LHTES装置64。图8为显示整合到EV内的本发明空调系统的具体实施例的方块图。可提供热调节空气给乘客舱的空调系统I使用热能产生设备20，像是热电模块或蒸气压缩冷冻循环，以在EV充电时产生热能及/或冷度，使得该热能及/或冷度可储存在LHTES装置内，供稍后驱动EV时使用，而不用耗用电池组内储存的大量电力。热能产生设备20可由能源80供电，例如交流(Alternating current, AC)电源,像是格栅电源或发电机产生的电力，以及直流(Direct current, DC)电源,像是太阳能电力、风力电力或燃料电池产生的电力,这些全都是适合驱动热能产生设备20的能源。如精通技术人士所了解，能源80也可调整成对电动载具的电池充电，像是分别用于推进负载(例如主马达)以及辅助负载(例如车厢照明以及音响)的推进电池以及辅助电池。在供电给热能产生设备20之前，可藉由像是DC-DC、DC-AC或AC-DC变压器这类变压器转变来自能源80的电力由电源80供电时，热能产生设备20可产生冷度或热能形式的热能，并储存于空调系统I的至少一个LHTES装置的PCM内，其具有高于20°C (热PCM)或低于20°C (冷PCM)的相变温度。在一个具体实施例内，空调系统I包含两个分别内含高温PCM和低温PCM的LHTES装置。因此，热能产生设备20产生的热能及/或冷度转换成潜热，并且储存在PCM内，稍后由空气推送通过热交换器(像是LHTES装置的散热片)并进入驾驶舱来取得。较佳是分别使用两个LHTES装置来储存冷度与热能，使得使用者可根据车厢与外界温度，选择排放冷空气或热空气进入乘客舱。再者，可在冷侧或热侧上运用多个LHTES装置例如在冷侧上可调整超过一个LHTES装置来储存冷度，如分离式低温LHTES系统内所揭示者。因此，不同于驱动EV时消耗电池内储存的电力来供电给蒸气压缩冷冻循环的所有组件(像是压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器)，而大幅缩短EV续航范围的习知EV空调系统，本发明的空调系统I只需要少量电力驱动风扇吹送空气通过LHTES装置或热交换器，如此就可提供空调而不会大量消耗电池内所储存的电力。图9为显示本发明一个具体实施例的控制面板的前视图。控制面板90包含PCM充电按钮92、通风按钮94、一对温度设定按钮96以及显示设定温度Ts的显示器，在此范例中Ts为25°C。较佳是当EV已经充电完成之后按下或开启PCM充电按钮92时，热能产生设备可被启动来产生冷度或热能，好由LHTES装置的PCM储存。较佳是当驱动EV时按下或启动通风按钮94时，像是鼓风机或风扇这类通风装置会被启动，让LHTES装置与推送通过其间的空气进行热交换，以便将热调节空气导入驾驶舱。此外，类似于习知EV空调系统的控制面板，温度设定按钮96让使用者设定驾驶舱内所要的温度，并且显示温度值在显示器上。图10为显示可用来控制本发明一个具体实施例内的空调系统的许多系统变量的表格。在EV的不同点上安装多个感应器，以感应或测量感应数据，像是乘客舱或驾驶舱内的温度Tr、外界温度Ta、具有高或低相变温度的PCM温度Th或Tc、通风装置推送进入驾驶舱的空气温度To、储存在PCM内的冷度或热量百分比Ec(%*Eh(%，以及电池的电压Vp和Va0该感应数据搭配手动指令用来决定系统模式以及通风模式，然后根据系统模式控制不同的致动器。为了对一个具体实施例的空调系统有更好的运用与管理，本发明也揭示一种适用于运用LHTES装置作为温度调节装置的任何EV的控制方法。图11为显示用于决定本发明一个具体实施例内系统模式的控制算法的流程图。如所示，此具体实施例的空调系统可在五种不同系统模式之下运作，包含关闭、充电、待命、通风以及除霜。根据感应器感应的数据以及手动指令，其可统一用来作为代表空调系统目前状态的参数，此具体实施例的控制方法可决定空调系统的运作模式。例如载具未运作、已经按下PCM充电按钮并且LHTES装置的能量储存百分比低于预定值或未满，则空调系统的运作模式为充电，其表示能源供电给热能产生设备以产生热能或冷度，以便储存在LHTES装置内。在待命模式中，如上述，根据LHTES装置的PCM温度或LHTES装置内所储存的冷度或热能的百分比，控制热能产生设备的运作或热能产生设备与LHTES装置间的互动。例如用来储存冷度的PCM的温度高于待命模式内的预定值时，则供电给该热能产生设备以提供冷度给LHTES装置，直到已储存足够的冷度量。因此，待命模式内PCM的温度可如图12内所示般变动，其显示不同模式下PCM的温度变化。
图13为显示用于决定本发明一个具体实施例内不同类型通风模式的控制算法的流程图。在内含有用来分别储存冷度与热能的两个LHTES装置的具体实施例内，该控制方法另比较在该空调系统的运作模式为通风时的车厢温度与设定温度。例如若车厢温度Tr低于设定温度Ts，其表示想要有较温暖的车厢，则开启用于储存热能的LHTES装置的空气信道门，并且关闭用于储存冷度的LHTES装置的空气信道门，使得空气在热交换之后由该LHTES装置加热并吹入乘客舱，反之亦然。一旦获得该等系统变量并且决定运作模式，则该控制方法可对应地控制或致动所不同的致动器，像是热能产生设备、风扇、空气信道门以及LHTES装置的状态，在此范例中就是LHTES装置与热能产生设备的接触状态，其可由移动设备切换，好带动该等LHTES装置与该热能产生设备接触并且让该等LHTES装置从该处分离。为了让精通技术人士完全了解本发明，图14的表格显示不同致动器如何在不同模式下运作，其中空气通道门I代表用于储存冷度的该LHTES装置的信道门、空气信道门2代表用于储存热能的该LHTES装置的信道门，并且该第一 LHTES装置与该第二 LHTES装置分别代表用于储存冷度的该LHTES装置以及用于储存热能的该LHTES装置；此外，在该通风模式与该除霜模式下该风扇的转速可为相同或不同。虽然已经详细描述并例示本发明，本领域技术人员可清楚了解上述只为例示与范例，而非作为限制。本发明的精神与范畴只受限于所附的权利要求书。
权利要求
1.一种用于电动载具的潜热型热能储存装置，其特征在于，该装置用于储存该电动载具充电时产生的冷度或热能，以及释放该冷度或热能来调节该电动载具乘客舱内的温度，该潜热型热能储存装置包含腔室、位于该腔室内的多个热导性增强单元以及填入该腔室内的相变材料。
2.如权利要求I的潜热型热能储存装置，其特征在于，该腔室封闭并位于设有可旋转接头的第一盖板与设有多个散热片的第二盖板之间。
3.如权利要求2的潜热型热能储存装置，其特征在于，该第一盖板以及该第二盖板分别附加第一格栅以及第ニ格栅，在其间纵向固定该等热导性增强单元。
4.如权利要求I的潜热型热能储存装置，其特征在于，该腔室部分包围蒸气压缩冷冻循环的蒸发器或冷凝器。
5.如权利要求4的潜热型热能储存装置，其特征在于，该腔室部分被多个散热片围绕。
6.如权利要求I的潜热型热能储存装置，其特征在于，该等热导性增强单元选自于石墨、碳、导热金属及其组合所构成的群组之中。
7.如权利要求I的潜热型热能储存装置，其特征在于，该等热导性增强单元为平板、线圈、丝、条、纤维、粉末、管或泡沫的形状。
8.如权利要求I的潜热型热能储存装置，其特征在于，调整该相变材料用来储存冷度，并且具有范围从-100至20°C的相变温度。
9.如权利要求I的潜热型热能储存装置，其特征在于，调整该相变材料用来储存热能，并且具有范围从20至500°C的相变温度。
10.一种用于电动载具的潜热型热能储存系统，其特征在于，包含 第一潜热型热能储存装置，其包含腔室、位于该腔室内的多个热导性增强单元以及填入该腔室内并且具有相变温度低于5°C的相变材料；以及 第二潜热型热能储存装置，其与该第一潜热型热能储存装置热连接，该第二潜热型热能储存装置包含腔室、位于该腔室内的多个热导性增强单元、填入该腔室内并且具有相变温度高于0°C的相变材料以及与该腔室热连接的多个散热片。
11.如权利要求10的用于电动载具的潜热型热能储存系统，其特征在于，该第一潜热型热能储存装置的该相变材料具有高于250焦耳/公克的熔化潜热。
12.如权利要求10的用于电动载具的潜热型热能储存系统，其特征在于，该第一潜热型热能储存装置的该相变材料为水或具有低于或等于0°C的相变温度。
13.如权利要求10的用于电动载具的潜热型热能储存系统，其特征在于，还包含ー热传递装置，用来从该第一潜热型热能储存装置将冷度传递至该第二潜热型热能储存装置。
14.如权利要求13的用于电动载具的潜热型热能储存系统，其特征在于，该热传递装置包含与该第一潜热型热能储存装置和第二潜热型热能储存装置连接的循环管，以及在该循环管内循环的热传递流体。
15.如权利要求10的用于电动载具的潜热型热能储存系统，其特征在于，该第一潜热型热能储存装置和第二潜热型热能储存装置的该等热导性增强单元分别选自于石墨、碳、导热金属及其组合所构成的群组之中。
16.如权利要求15的用于电动载具的潜热型热能储存系统，其特征在于，该第一潜热型热能储存装置和第二潜热型热能储存装置的该等热导性增强单元分别为平板、线圈、丝、条、纤維、粉末、管或泡沫的形状。
17.ー种提供热调节空气进入电动载具驾驶舱内的空调系统，其特征在于，包含 热能产生设备； 第一潜热型热能储存装置，其填入相变材料并且与该热能产生设备热连接，以储存因此产生的该热能；以及 通风装置，用于驱动空气通过该第一潜热型热能储存装置，藉此使该空气进行热调节并且进入该驾驶舱。
18.如权利要求17的空调系统，其特征在于，还包含移动设备，其被调整用来携带该第一潜热型热能储存装置接触该热能产生设备，并且用于将该第一潜热型热能储存装置与该热能产生设备分离。
19.如权利要求17的空调系统，其特征在于，该热能产生设备包含热电模块，该模块具有与该第一潜热型热能储存装置相対的ー侧，并且设有散热体。
20.如权利要求17的空调系统，其特征在于，还包含第二潜热型热能储存装置，其填入相变材料并且与该热能产生设备热连接，以储存因此产生的该热能。
21.如权利要求20的空调系统，其特征在于，该热能产生设备包含热电模块，该模块具有上侧以及下側，并且该第一和第二潜热型热能储存装置分别位于该热电模块的该上侧与该下侧之上。
22.如权利要求21的空调系统，其特征在于，该第一潜热型热能储存装置的该相变材料具有高于20°C的相变温度，并且该第二潜热型热能储存装置的该相变材料具有低于20°C的相变温度。
23.如权利要求20的空调系统，其特征在于，该第一潜热型热能储存装置和第二潜热型热能储存装置分别设有热导性增强单元。
24.如权利要求23的空调系统，其特征在于，该第一潜热型热能储存装置和第二潜热型热能储存装置的该等热导性增强单元分别选自于石墨、碳、导热金属及其组合所构成的群组之中，并且分别为平板、线圈、丝、条、纤维、粉末、管或泡沫的形状。
25.如权利要求17的空调系统，其特征在于，该热能产生设备包含蒸气压缩冷冻循环。
26.如权利要求25的空调系统，其特征在于，该第一潜热型热能储存装置部分包围该蒸气压缩冷冻循环的蒸发器或冷凝器。
27.如权利要求25的空调系统，其特征在于，该第一潜热型热能储存装置部分被多个散热片围绕。
28.如权利要求17的空调系统，其特征在于，该热能产生设备包含加热线圏。
29.ー种提供热调节空气进入电动载具驾驶舱内的空调系统，其特征在于，包含 如权利要求10的该用于电动载具的潜热型热能储存系统； 热能产生设备，其与该第一潜热型热能储存装置热连接；以及 通风装置，用于驱动空气通过该第二潜热型热能储存装置，由此使该空气进行热调节并且进入该驾驶舱。
30.如权利要求29的空调系统，其特征在于，该第一潜热型热能储存装置的该相变材料具有高于250焦耳/公克的熔化潜热。
31.如权利要求29的空调系统，其特征在于，该第一潜热型热能储存装置的该相变材料为水或具有低于或等于0°c的相变温度。
32.如权利要求29的空调系统，其特征在于，还包含热传递装置，用来从该第一潜热型热能储存装置将冷度传递至该第二潜热型热能储存装置。
33.如权利要求32的空调系统，其特征在于，该热传递装置包含与该第一潜热型热能储存装置和第二潜热型热能储存装置连接的循环管，以及在该循环管内循环的热传递流体。
34.如权利要求29的空调系统，其特征在于，该第一潜热型热能储存装置和第二潜热型热能储存装置的该等热导性增强单元分别选自于石墨、碳、导热金属及其组合所构成的群组之中。
35.如权利要求34的空调系统，其特征在于，该第一潜热型热能储存装置和第二潜热 型热能储存装置的该等热导性增强单元分别为平板、线圈、丝、条、纤维、粉末、管或泡沫的形状。
36.一种控制电动载具的至少ー潜热型热能储存装置使用的方法，该潜热型热能储存装置内含相变材料和热导性增强媒体，其特征在于，该方法包含 (a)获得至少ー状态參数； (b)根据所收集的该状态參数来决定该潜热型热能储存装置的使用模式；以及 (C)根据该潜热型热能储存的该使用模式，致动热能产生设备、风扇、空气通道门以及该电动载具的移动设备至少其中之一。
37.如权利要求36的方法，其特征在于，该状态參数代表该载具运作的状态、充电开关、能量储存百分比或通风开关。
38.如权利要求36的方法，其特征在于，该载具未运作、该充电开关开启并且该能量储存百分比低于预定值时，会对该潜热型热能储存装置充电。
39.如权利要求36的方法，其特征在于，该载具未运作、该充电开关开启并且该能量储存百分比高于预定值时，则该潜热型热能储存装置为待命。
40.如权利要求36的方法，其特征在于，该载具运作中、该通风开关开启并且该能量储存百分比高于预定值时，则该潜热型热能储存装置用于通风。
41.如权利要求40的方法，其特征在于，该潜热型热能储存装置根据车厢温度与设定温度的比较，用于通风热空气或冷空气。
全文摘要
本发明公开了一种用于电动载具(Electric vehicle，EV)的潜热型热能储存(Latent heat thermal energy storage，LHTES)装置，该装置包含腔室、位于该腔室内的多个热导性增强单元以及填入该腔室内的相变材料(Phase changematerial，PCM)，允许储存该EV充电时产生的冷度或热能，以及在该EV驱动时取得该冷度或热能来调节该EV乘客舱内的温度。此外，本发明也引入包含LHTES装置的系统及控制该系统的方法。
文档编号F25D3/00GK102654371SQ20111005299
公开日2012年9月5日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者张建龙, 林伯璋, 苏靖媛, 陈正欣, 魏建隆 申请人:旭正隆股份有限公司, 林伯璋