CN114008838A - 电池组模块的温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电池组模块(5)的温度控制装置。除了具有与电池单体热接触的多个通道的温度控制回路(50)和热交换器外，该温度控制装置还包括泵(1)。泵(1)包括主轴壳体(10)和至少一个螺杆主轴(2a、2b)，其与干式转子型电动机(3)相联接。

Description

电池组模块的温度控制装置

本发明涉及一种用于电池储存模块，例如，在电动汽车的动力电池中的电池储存模块的温度控制装置。

电池储存模块的温度控制尤其有助于借助温度控制介质经由热交换器来排放在充电或耗电过程中产生的废热。

纯电动汽车的冷却回路非常复杂，具有多样的管路分支、流体连接以及各种泵和阀。将整个冷却回路的通道横截面分为管路分支，诸如具有对应较小通道横截面的冷却通道(可能是毛细管)网工程，需要比内燃机的相对大容积冷却回路中高得多的输送压力。这种分支冷却回路的结构在电池储存模块的构造中产生的程度更高，其中多样的电池单体通过小通道进行冷却。

本发明的目的是提供一种替代技术，用于控制具有分支温度控制回路的电池储存模块的温度。

本目的进一步的部分方面还在于提供对应的技术方案，使其也能通过大规模生产而廉价地大量生产。

根据本发明，该目的是通过具有权利要求1的特征的温度控制装置实现的。用于电池储存模块的温度控制装置，特别的是其特征在于，该温度控制装置的泵包括具有入口开口和出口开口的主轴壳体；以及可旋转地容纳在主轴壳体中并与电动机联接的至少一个螺杆主轴；其中电动机的形式为干式转轮，并以限定的方式相对于主轴壳体布置。

根据本发明的温度控制装置允许在温度控制回路中的输送压力高于离心泵所能实现的压力。与离心泵相比，根据本发明的温度控制装置的泵可以使冷却回路或具有管路分支和对应限制的温度控制回路得到更高的输送压力。

在离心泵类型的冷却剂泵情况下，对于密封，叶轮和泵室之间的轴向空隙构成了泵的吸入侧和压力侧之间的最大薄弱点。在较高的输送压力下，轴向空隙处的泄漏和对应的输送性能损失会增加。处于有效密封目的的空隙尺寸的调整取决于组装后叶轮和壳体之间轴向配合的尺寸稳定性。当为更高的输送压力生产离心泵时，为确保合适的轴向密封空隙的支出和成本达到了经济可行性的极限。如果不这样，在较高输送压力下的容积效率会受到不利影响。

在根据本发明的温度控制装置的螺杆主轴机构的情况下，有效的密封空隙延伸到吸入侧和压力侧之间的螺杆主轴的整个长度上。由于在操作期间，螺杆主轴压抵在吸入侧的运行表面上，所以没有必要保持轴向间隙尺寸。

此外，与离心泵相比，根据本发明的温度控制装置的螺杆主轴机构相对于周围的壳体而言，包括较小的声学有效表面。叶轮叶片的旋转运动在泵室的室壁处产生与转速相关的旋转压力波动，这些压力波动可能在壳体部件的共振频率范围内。

替代的类型的位移泵，诸如叶片泵或旋转活塞泵，由于位移过程而产生压力侧脉动，这在温度控制回路的入口中引起相当大的振荡。与声学频率无关，有尝试是将电池储存模块的振动保持在尽可能低的水平，从而避免单个电池单体之间导体结构的许多接触点和焊接点处的疲劳损坏。

相反，螺杆主轴的旋转运动产生了相对单一的输送行为。因此，根据本发明用于电池储存模块的温度控制装置的泵确保了较低的噪音发展水平，特别是与温度控制装置中用于容纳电池单体的腔体相结合。

尽管在现有技术中，螺杆泵是已知的，迄今为止其已用于不同类型的构造和应用中。

螺杆泵包括坚固的旋转活塞机构，其对污垢不敏感，并且在运行时不需要诸如截止阀之类的精细元件。相对于预设的旋转速度而言，容积调整不能进行。机械驱动螺杆泵大多是在大型应用中使用，例如固定设施中的油泵或船舶发动机，其中机械驱动螺杆泵在相对稳定的操作点上运行。

在车辆的燃料输送泵领域，较小的电驱动螺杆泵最近已经成为已知的。这种燃料输送泵的电力驱动件设计成没有分离罐的湿式运行电动机，因此转子和定子都与燃料接触。

因此，US 2018/0216614 A1描述了一种螺杆泵，其被设置为燃料泵。带有轴向出口的盖附接到螺杆泵的壳体。电动机接收在盖子的出口室中，燃料在离开出口之前流经该出口室。

DE 10 2015 101 443 B3描述了一种具有壳体的燃料泵，其中电动驱动电机与螺杆泵相联接。燃料在离开压力侧出口之前流经驱动电机。

WO 2014/138519 A1公开了一种螺杆式的电动液体泵。流经入口和出口的液体也围绕着电机。其中燃料被称为液体。

DE 10 2017 210 771 A1公开了一种电驱动螺杆泵作为燃料输送组件。泵壳体和电动机被接收在壳体中。在图示的实施例中，该方案不包括在电动机的定子上的分离罐，电机的电动部件与主轴室的压力侧上的出口导板内的燃料直接接触。

然而，已知的螺杆式燃料泵不能转用于作为根据本发明的用于电池储存模块的温度控制装置的泵。与油基燃料相比，水基温度控制介质或冷却剂会腐蚀损坏湿式运行的电动机的暴露部件，例如定子的线圈绕组。

本发明首次提供了一种用于电池储存模块的温度控制装置，该装置具有用于输送温度控制介质的螺杆主轴机构。本发明进一步提供了用于驱动主轴机构的干式运行的电动机。该温度控制装置适于输送腐蚀性的温度控制介质。

本发明的有利发展在附属的技术方案中提供。

根据本发明的一个方面，受驱动的螺杆主轴和联动的螺杆主轴可以以浮动方式安装，并借助径向间隙配合在主轴壳体内部可进行轴向移动。以此方式，在螺杆主轴和主轴壳体之间自动产生有效的径向密封空隙以防止泄漏。轴向密封空隙的形成不受制造公差的影响。在螺杆主轴的相对端处保持轴向空隙尺寸是没有必要的。因此，成本效益高的大规模生产得到了很大的促进。

根据本发明的一个方面，温度控制装置还可以包括具有轴向自由度的插入式连接器，其布置在电动马达的轴和受驱动的螺杆主轴之间。通过使用至少允许轴向间隙的插入式连接器，可以尽可能地减少对用于受驱动的螺杆主轴的浮动安装的间隙配合的损害。此外，产生了用于不同电动机的轴的联接的接口，使得用于温度控制装置的模块化驱动概念成为可能。

根据本发明的一个方面，温度控制装置还可以包括容纳壳体，该容纳壳体包括开放腔体和温度控制回路的送流管路以及回流管路，其都通入开放的腔体中。因此，主轴壳体可以从轴向端插入开放腔体中直至壳体凸缘，而温度控制回路可连接到主轴壳体的入口开口和出口开口。

这种形式提供了泵侧壳体和温度控制装置的壳体部分之间的构造集成。因此，在泵和温度控制回路的送流和回流之间的接口处的软管连接或流体联接可以省去，并且可以节省温度控制装置中用于其的对应的安装空间。

围绕主轴壳体的容纳室的开放腔体被用作泵的出口室。在温度控制装置的容纳壳体的构造期间，对于泵的回流管路的径向布置因此可以有360°的自由度。因此，可以选择一种优化为尽可能小的安装空间的布置。

在一侧，泵有可插入腔体的泵头，其形状与主轴壳体相同，而另一侧上具有位于腔体外部的电机壳体。尽管采用了集成构造，但使用不同尺寸的电动机是可能的。

根据本发明的一个方面，布置在主轴壳体和电机壳体之间的壳体凸缘可以包括用于轴轴承的轴承座，该轴承座朝向电机壳体的一侧延伸。这种结构使得使用单轴轴承成为可能，并有助于实现温度控制装置中的泵的紧凑轴向尺寸。

根据本发明的一个方面，主轴壳体可以由通过径向组装空隙插入的导向键在入口开口的区域中界定。通过导向键的形成简化了螺杆主轴的安装和插入，该导向键可以以简化的方式形成为具有入口开口的轴承护罩。

根据本发明的一个方面，电动机的轴可以借助带有滑动轴承衬套的轴轴承安装，并且滑动轴承套可以被密封填充的润滑剂所包围。这种形成使得轴的轴承可以是紧凑和持久的。滑动轴承衬套的密封润滑可抵抗温度控制介质的任何冲刷或沉淀。与待输送的油基介质，诸如润滑油或燃料相比，滑动轴承和温度控制介质之间的接触会对轴轴承的滑动性能产生不利影响。此外，润滑剂的密封填充，加上滑动轴承套的滑动轴承空隙，确保了特殊的密封功能。良好和持久的密封功能与泵的使用寿命和待控制温度的电池储存模块的运行安全高度相关，特别是一方面在以较高的输送压力运行，另一方面使用干式运行的电动机的情况下。

根据本发明的一个方面，动力电子件可以布置在电机壳体内部中，与壳体凸缘热接触。壳体凸缘与主轴壳体和容纳壳体接触并处于热交换关系中，温度控制回路的冷却剂流动通过该容纳壳体。动力电子件与壳体凸缘的热接触的布置提供了用于转移来自电动机的动力电子件的废热的有效结构。

下文将借助实施例并参照附图来描述本发明，

图1示出了根据本发明的一个实施例的温度控制回路的示意图和电池储存模块的温度控制装置的螺杆主轴机构的横截面图。

就本公开而言，术语“温度控制回路”应理解为用于温度控制介质的输送回路。要输送的介质可以是含有诸如乙二醇或其他防冻剂的添加剂的水基冷却剂。温度控制电路的操作方式不限于冷却功能。因此，例如在系统的启动阶段或环境温度较低时，温度控制回路也可以利用热源提供加热功能。

温度控制回路的“送流管路”和“回流管路”涉及如何观察待控制温度的电池储存模块。因此，温度控制回路的进送管路连接到泵的出口开口，并且温度控制回路的回流管路连接到泵的入口开口。

在温度控制回路中，可以连接多个电池储存模块，使流并联地或串联地通过它们。此外，温度控制回路可以连接多个温度控制装置和多个泵。

术语“温度控制源”对本公开而言涉及到系统环境的大气或对流气流，涉及到带有冷却剂的冷源或热源，诸如电加热元件。对应的温度控制源经由热交换器与温度控制回路中的温度控制介质进行热接触，诸如带有肋部的散热器或类似物。

对本公开而言，术语“螺杆泵”理解为斜向旋转活塞泵，具有用于待输送介质的位移的螺距。这种类型的泵通常包括受驱动的螺杆主轴和经由齿啮合与之联动的至少一个进一步的螺杆主轴。

在图1所示的温度控制装置的情况下，泵1以集成方式布置在温度控制回路50内。温度控制回路50用于控制电池储存模块5的温度，特别是借助由泵1输送的温度控制介质，经由热交换器(未示出)来排放在充电或耗电期间产生的废热。在以下应用中，未详细示出的电池储存模块5是用于纯电动汽车的动力电池。温度控制回路50包括具有小横截面的多个通道，其与电池储存模块5的多个电池单体进行热接触。

在图1的示意图的实施例中，在泵1的主轴壳体10中，受驱动的螺杆主轴2a和联动的螺杆主轴2b以可旋转的方式接收到主轴壳体10的主轴室12中。主轴室12的横截面轮廓由主轴壳体10中的两个孔形成，其半径重叠，以确螺杆主轴2a、2b的啮合。主轴室12的开放侧由导向键18界定。导向键18作为主轴室12的端表面室壁平坦地形成，并具有主轴壳体10的入口开口16。导向键18穿过垂直于螺杆主轴2a、2b的安装槽插入主轴壳体10中。

螺杆主轴2a、2b通过相对于主轴室12的横截面轮廓的径向间隙配合和主轴室12的轴向间隙配合以浮动方式安装。在泵的运行期间，主轴通过位移过程压抵导向键18。导向键18起了轴向滑动轴承的相对于螺杆主轴2a、2b的端表面的轴承护罩的作用。

主轴室12的与主轴壳体10的出口开口17连通的压力侧位于螺杆主轴2a、2b的驱动侧上，该侧被描述处于右侧上。主轴室12的吸入侧位于螺杆主轴2a、2b的另一侧上，导向键18配置在该侧上。主轴室12的吸入侧与主轴壳体10的入口开口17相连通。

主轴壳体10与螺杆主轴2a、2b形成可插入的泵头，该泵头从主轴壳体10的轴向端插入到温度控制装置的容纳壳体15中(入口开口16朝向该容纳壳体)直至与主轴壳体10的相对轴向端相连接的壳体凸缘14。容纳壳体15是该温度控制装置的、泵1和温度控制回路50的一体式部件。容纳壳体15也可以是电池储存模块5的模块壳体的一体式部件，其中温度控制回路50以集成通道的形式继续存在。

容纳壳体15包括开放腔体11，其接收主轴壳体10直至壳体凸缘14。温度控制回路50的回流管路56和送流管路57通入腔体11中。送流管路57开到腔体11的周边表面。腔体11围绕着主轴壳体10，使腔体11的环形部分暴露在其与出口开口17和送流管路57的口部重叠的地方。腔体11的暴露部分在主轴壳体10和温度控制回路50之间产生压力侧连接。

回流管路56通到开放的腔体11的端面基部表面，并以相对的布置分配到插入的主轴壳体10的轴向端的入口开口16。密封元件4围绕着回流管路56的口部和入口口部16，使得在温度控制回路50和主轴壳体10之间产生吸入侧连接。密封元件4在组装槽的区域中进一步围绕着主轴壳体10的周边，导向键18通过该组装槽引入。因此，可能的泄漏流沿着导向键18的插入配合密封。在暴露的腔体11中，密封环19引入壳体凸缘14上游的沟槽状径向自由空间，以便将泵1的压力侧对于外部密封。

从动螺杆主轴2a与电动机3相连接。在主轴室12的压力侧上，主轴壳体10包括用于轴32的孔，该轴32由电动机3驱动。在壳体凸缘14的相对侧上连接着电动机壳体13，电动机3布置在该电动机壳体13中。电动机3的内定子33位于壳体凸缘14的突环部分上。外桶形转子35围绕着定子33，并与轴32的一个端部连接。用于轴轴承31的轴承座在壳体凸缘14的突环部分上于内部形成。轴轴承31是滑动轴承，其在两个轴向端处都是密封的，并填充有润滑剂。轴32的另一端借助允许轴向间隙的插入连接器23与从动螺杆主轴2a相连接。

电机壳体13包括分离的电机室，在该电机室中接收干式运行的电动机3和电子系统，特别是用于在电动机3处切换电力的动力电子件34。定子33包括由动力电子件34激活并提供电力的场线圈。定子33与壳体凸缘14的突环部分的周边表面处于热接触中。因此，来自定子33的场线圈的废热经由壳体凸缘14转移到容纳壳体15和主轴壳体10，并被穿过其的温度控制回路所吸收。动力电子件34同样与壳体凸缘14的端表面进行热接触，从而将电子部件的废热排放进入温度控制回路的区域中，该区域有流通过。

这里考虑的是温度控制装置在温度控制回路50的输送方向，以便控制电池储存模块5的温度。待输送的液体介质从温度控制回路50的回流管路56通过密封件4和主轴壳体10的在吸入侧上的入口开口16吸入主轴室12。旋转螺杆主轴2a、2b的啮合的螺杆轮廓的旋转运动在主轴室12的吸入侧产生负压，在主轴室12的相对的压力侧上产生正压。温度控制介质通过沿啮合的螺杆轮廓的螺距的连续位移来输送，并通过主轴壳体10的出口开口17从主轴室12中喷射。在出口开口17的下游，温度控制介质经由腔体11流入温度控制回路50的送流管路57，并流入电池储存模块5。

此后，电池储存模块5中的温度控制介质流经温度控制回路50的通道的分支布置，这些通道形成在温度控制装置的容纳壳体15中，并与电池储存模块5的电池单体热接触。然后，温度控制介质流经热交换器，将电池储存模块5的电池单体吸收的废热排放到较冷的介质中，诸如环境空气，并被吸回到泵1中。该流动也可以以相反的顺序通过电池储存模块5和温度控制回路50中的热交换器。此外，温度控制装置50还可以另外具有进一步的温度控制源，诸如加热元件，温度控制回路50通过该加热元件。

附图标记列表

1 泵

2a 受驱动的螺杆主轴

2b 联动的螺杆主轴

3 电动机

4 密封件

5 电池储存模块

10 主轴壳体

11 腔体

12 主轴室

13 电机壳体

14 壳体凸缘

15 容纳壳体

16 主轴壳体的入口开口

17 主轴壳体的出口开口

18 导向键

19 密封环

23 插入式连接器

31 轴轴承

32 轴

33 定子

34 动力电子件

35 转子

50 温度控制回路

56 温度控制回路的回流管路

57 温度控制回路的送流管路

Claims (8)

1.一种用于电池储存模块(5)的温度控制装置，包括：

温度控制回路(50)，所述温度控制回路(50)构造用于所述控制电池储存模块(5)中多个电池单体的温度；其中

所述温度控制回路(50)运输温度控制介质，且包括与所述电池单体热接触的多个通道；

热交换器，所述热交换器在所述温度控制介质和温度控制源之间建立热接触；

其特征在于，

所述温度控制装置的用于所述温度控制回路(50)的输送的泵(1)包括：

主轴壳体(10)，所述主轴壳体(10)具有入口开口(16)和出口开口(17)；以及

至少一个螺杆主轴(2a、2b)，所述至少一个螺杆主轴(2a、2b)可旋转地容纳在所述主轴壳体(10)内，并与电动机(3)相联接；其中

所述电动机(3)的形式为干式转轮，并以限定的方式布置到所述主轴壳体(10)。

2.根据权利要求1所述的温度控制装置，其特征在于，

受驱动的螺杆主轴(2a)和联动的螺杆主轴(2b)以浮动方式安装，并借助径向间隙配合而在所述主轴壳体(10)内部能轴向移动。

3.根据权利要求1或2所述的温度控制装置，其特征在于，进一步包括

具有轴向自由度的插入式连接器(23)，布置在所述电动机(3)的轴(32)和所述受驱动的螺杆主轴(2a)之间。

4.根据前述权利要求之一所述的温度控制装置，其特征在于，进一步包括：

容纳壳体(15)，所述容纳壳体(15)包括开放腔体(11)和所述温度控制回路(50)的送流管路(57)和回流管路(56)，所述送流管路(57)和回流管路(56)通入所述开放腔体(11)中；其中

所述主轴壳体(10)能从轴向端插入所述开放腔体(11)直至壳体凸缘(14)，并且所述温度控制回路(50)能与所述主轴壳体(10)的所述入口开口(16)和所述出口开口(17)连接。

5.根据前述权利要求之一所述的温度控制装置，其特征在于：

布置在所述主轴壳体(10)和电机壳体(13)之间的壳体凸缘(14)，所述壳体凸缘(14)包括用于轴轴承(31)的轴承座，所述轴承座朝向所述电机壳体(13)的侧部延伸。

6.根据前述权利要求之一所述的温度控制装置，其特征在于：

所述主轴壳体(10)在所述入口开口(16)的区域中由通过径向组装空隙所插入的导向键(18)所界定。

7.根据前述权利要求之一所述的温度控制装置，其特征在于：

所述电动机(3)的轴(32)安装在带有滑动轴承衬套的轴轴承(31)中，并且所述滑动轴承衬套被密封填充的润滑剂所包围。

8.根据前述权利要求之一所述的温度控制装置，其特征在于：

动力电子件(34)布置在所述电机壳体(13)内部，与接触所述主轴壳体(10)的壳体凸缘(14)热接触。

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