CN114151385A - 一种动力电池热管理系统用电泵 - Google Patents

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Abstract

一种动力电池热管理系统用电泵，包括：电动机，结合于电动机轴向一端由其共轴传动的泵，对泵液体电加热的结构，该结构为内置电加热元件环绕电动机柱面供泵液体穿越的腔体。该技术方案巧妙利用动力电池热管理系统中电泵的电加热功能仅于寒冷环境启动且有完善的温度控制，因而打破电动机不宜靠近热结构以免受损的常规，让内置电加热元件供泵液体穿越的腔体环绕于电动机柱面，使该电泵“T”字形的二侧空间得以利用，因而减少使用位置并便于实施高效率的流道设计，而电动机的温升仍可满足产品标准的要求。该设计的卧式屏蔽电泵可避免加热器表面困气导致局部温度过高。

Description

一种动力电池热管理系统用电泵
技术领域
本发明涉及一种动力电池热管理系统用电泵，IPC分类可属于F04D13/06、F04D29/44或 F04D29/54。
背景技术
在寒冷环境，电动汽车等设施中的动力电池热管理系统常以电泵驱动电加热液体提高电池的温度，以确保其电性能。该泵传统设计泵体径向尺寸需稍大而共轴的电动机径向尺寸可稍小，因而整体沿轴向呈“T”字形；且对泵液体电加热的结构通常位于泵体内。可参见中国专利文献CN103089710B、CN101657137A和CN109154307B。现有技术该泵需较多的使用位置，且效率有必要提高。
有关术语和公知常识参见国家标准GB/T 33925.1《液体泵及其装置通用术语、定义、量、字符和单位第1部分：液体泵》和GB/T 7021《离心泵名词术语》、机械行业标准JB/T5415 《微型离心电泵》、中国标准出版社1992年版《IEC电工电子标准术语词典》、机械工业出版社1983年或1997年版的《机械工程手册》和《电机工程手册》、机械工业出版社2014年版《泵理论与技术》、中国宇航出版社2011年版《现代泵理论与技术》、中国电力出版社 2008年版《泵与风机》、北京航空航天大学出版社2006年版《热交换器原理与设计》和化学工业出版社2011年版《电动汽车动力电源系统》。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力电池热管理系统用电泵，可比现有技术减少使用位置和有较高的效率。
本发明解决技术问题的技术方案是：一种动力电池热管理系统用电泵，包括：电动机，结合于电动机轴向一端由其共轴传动的泵，对泵液体电加热的结构；其特征在于，该结构为内置电加热元件环绕电动机柱面供泵液体穿越的腔体。
该技术方案巧妙利用动力电池热管理系统中电泵的电加热功能仅于寒冷环境启动且有完善的温度控制，因而打破电动机不宜靠近热结构以免受损的常规，让内置电加热元件供泵液体穿越的腔体环绕于电动机柱面，使该电泵“T”字形的二侧空间得以利用，因而减少使用位置并便于实施高效率的流道设计，电动机的温升仍可满足产品标准的要求。
按该技术方案的卧式屏蔽电泵包括：
——电动机，具有筒状的电动机壳体，其轴向传动的叶轮于蜗室驱动泵液体；
——电动机壳体的外周大致同轴套设有筒状的泵外壳，所述泵外壳和电动机壳体(4272) 之间具有一环抱电动机壳体的空腔，所述空腔为所述轴向的环柱形；
——套设在所述空腔内的折流板套，成形有数片沿轴向布置的横向折流板，所述横向折流板将所述环柱形的空腔分隔为沿顺时针环绕且多次横向折流向上和逆时针环绕且多次横向折流向上的两路流道，该两路流道的始端和终端于共同入口分流和共同出口汇合；所述共同入口位于所述空腔轴线之最下方，且通往所述蜗室；所述共同出口位于所述空腔轴线之最上方，且通往泵的吐出口；
——所述数片横向折流板整体沿轴向开设一环柱形分布的槽口，该槽口嵌入一筒状加热器，以内置在所述空腔内加热所述泵液体。
该卧式屏蔽电泵方案针对其轴向水平的使用状态，以横向折流板将空腔分隔为沿圆周分流的两路流道，分别按顺、逆时针引导泵液体总体向上流动：沿轴向往返折流，沿周向爬升。筒状加热器嵌入折流板的环柱形分布槽口从而内置于空腔内分隔流道各局部段落，使得筒状加热器内、外壁全表面达到相当流速对泵液体换热，因而提高热效率，同等功能不仅缩小电泵的体积而减少使用位置，同时由于卧式安装的环柱形空腔中的液体总体自下而上流动，因而先填满空腔中的下侧空间再往上流，驱动气体排出，避免气体在流道中积聚，巧妙地消除在加热器的表面容易出现的困气导致局部温度过高的问题。该卧式屏蔽电泵的典型设计还包括：
泵罩：成形有泵盖和于泵盖外边缘凸出的圆筒状的泵罩外壳；
泵体：成形有大致呈环形的底板和于底板内环边缘凸出的圆筒状的内壳体；
折流板套还具有内筒状基体和外筒状基体，所述内筒状基体和所述外筒状基体之间一体成形若干所述轴向的折流板；
所述空腔由电动机二端的泵罩与泵体连接围合而成，泵罩的泵盖和泵体的底板构成空腔的两端，泵罩外壳构成空腔的外周，成为泵外壳一部分，泵体的内壳体构成空腔的内周，成为电机外壳一部分；
所述筒状加热器固定于泵体的底板并内置在空腔内；
所述折流板套套装入空腔内，外筒状基体贴合泵罩外壳一同组合为泵外壳，内筒状基体贴合内壳体一同组合为电动机壳体。
制作模型实验，该典型设计卧式安装的环柱形空腔中的液体从下方位向上流，液体先填满空腔中的下侧空间再往上流，流道中电阻加热膜表面未积聚较大的困气，加热器的筒状表面测试温度均匀。
该典型设计更具体的方案还可以有若干变形结构，其制造各有特点，都是设置沿轴向卧式安装的环柱形空腔，空腔中的液体从下方位向上流，液体先填满空腔中的下侧空间再往上流，气体不易在流道中积聚，避免在加热器的筒状加热表面困气导致局部温度过高。
进一步设计是：轴向折流板在贴合空腔的两端与空腔的内周壁或外周壁相连处开设斜缺口。卧式泵使用安装时，其轴向与水平方向有可能存在小的倾斜角度，泵停止运转时，气泡可以通过斜缺口上逸至上方，使下次启动迅速排气。
各具体设计的技术方案和效果，详见具体实施方式。
附图说明
图1为本发明实施例卧式屏蔽电泵分解示意图；
图2为图1电泵的左视示意图；
图3为图4的B-B左剖视示意图；
图4为图1电泵的主剖视示意图；
图5为图1电泵的仰剖视示意图；
图6为图1电泵的折流板套的仰剖视示意图；
图7为图1电泵的折流板套剖视立体图；
图8为图1电泵拆除泵罩后的立体图；
图8a为图1电泵拆除泵罩后的另一方位立体图；
图9为图1电泵拆除泵罩、剖去外筒状基体后的立体图(展示内、外周流道流线)；
图10为图9再拆除筒状加热器、去掉环柱形的槽口外周的折流板套后的立体图(沿图2 及图3的A剖切圆展示内周流道流线)；
图11为图9再拆除筒状加热器后的立体图；
图12为图11再闭合环柱形的槽口后的立体图(展示内、外周流道合并后流线)；
图13为沿图2及图3的A剖切圆展开流道的示意图(展示筒状加热器内周流道流线)；
图13a为沿图2及图3的A’剖切圆展开流道的示意图(展示筒状加热器外周流道流线)。
附图标记：
定子组件10；
叶轮转子组件20，转子21、叶轮22；
电动机1021；
泵罩30，泵盖31，泵罩外壳32，吸入口33，吐出口34；
泵体40，底板41，内壳体42，泵体筋板43；
屏蔽套50；
筒状加热器60，支耳61，电阻加热膜62；
引出电线密封罩65；
折流板套70，外筒状基体71，内筒状基体72，横向折流板73，槽口74，折流板缺口75，斜缺口76；
电动机壳体(内壳体+内筒状基体)4272；
泵外壳(泵罩外壳+外筒状基体)3271；
空腔80，流道83a、83b，内周流段831，外周流段832，汇合流段835，入口833，出口834；
蜗室90。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。
文中所述“上”、“下”方位，如图3所示，以吐出口34朝向为“上”，相反方向为“下”。文中所述“前”、“后”方位，如图4所示，以吸入口33朝向为“前”，相反方向为“后”。上游特指流道接近源头的部分，与源头和中游并无严格的分界；下游特指流道接近出口的部分，与中游及出口并无严格的分界，参见上海辞书出版社2000年版《辞海》。
本文所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，不是旨在限制本发明。
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例
本实施例为一种动力电池热管理系统用电泵的卧式屏蔽电泵的基本实施方式，包括电动机、泵头、加热组件，如图1、4、5、8、8a所示，具体包括定子组件10、叶轮转子组件20、泵罩30、泵体40、屏蔽套50、筒状加热器60、引出电线密封罩65、折流板套70、后盖。
电动机和泵头部分：
如图1-4所示，叶轮转子组件20制造是将转子21、叶轮22同轴注塑成形固连为一体，泵罩30成形有泵盖31和于泵盖31外边缘凸出的圆筒状的泵罩外壳32，还成形有泵的吸入口33和吐出口34，泵体40成形有大致呈环形的底板41和于底板41内环边缘凸出的圆筒状的内壳体42；屏蔽套50成形有一端封闭另一端开口的圆筒状的转子腔容纳叶轮转子组件20的转子21部分，开口端向外扩大延伸为大致呈圆形的台阶面以适配叶轮转子组件20的叶轮22部分；泵罩30、泵体40、屏蔽套50套合安装，在转子腔外周由屏蔽套50和泵体40的内壳体42围合成与转子腔反向开口的定子腔容纳定子组件10，在定子腔的外周由泵体40的环形的底板42及筒状的内壳体42和泵罩30的泵盖31及筒状的泵罩外壳32连接围合成一沿泵轴环柱形的空腔80用于容纳筒状加热器60和导流泵液体的折流板套70所组成的加热组件 (详见后述)，在转子腔的开口端由泵罩30的泵盖31部分与屏蔽套50相迎围合成叶轮腔室容纳叶轮转子组件20的叶轮22部分，此部分即泵头，叶轮腔室包括吸入室、输出压力液流的蜗室90，叶轮腔室和转子腔室连通以容纳一体成形的叶轮转子组件20。泵按卧式安装，泵的吐出口34设置于上方位，蜗室90的出口朝向下方位，各腔室之间的分隔和密封可采用与零组件一体成形的筋板、法兰及橡胶密封等常用方式，通过焊接或螺钉紧固等方式固连。这样，转子21和定子组件10构成电动机1021，以泵体40的内壳体42作为电动机壳体，共轴驱动叶轮22，在泵头，叶轮22于泵盖31和屏蔽套50围合而成的叶轮腔室内驱动液体经蜗室90流入空腔80。
加热组件及流道包括：
如图1、5，筒状加热器60，包括：引出电线和附设于外表面中部的电阻加热膜62，外表面边缘5mm内不设加热电阻，引出电线密封罩65密封区域不设加热电阻以免温度过高，电阻加热膜表面覆盖具备加强绝缘的涂层，满足防水等级IPX8的持续潜水实验要求，外表面在引出电线的一端沿圆周对称均布焊有3个开有螺钉孔的支耳61；
引出电线密封罩65，用于密封筒状加热器60的外表面引出电线的区域；
如图5-7所示，折流板套70，包括：外筒状基体71和内筒状基体72，外筒状基体71和内筒状基体72之间沿轴向成形若干横向折流板73，横向折流板73整体对应筒状加热器60的直径部位沿轴向开设一个环柱形的槽口74，槽口径向间隙略大于筒状加热器60的壁厚以方便套装嵌入，折流板73的两端间隔地设置缺口75，引导泵液体折流如图12所示。
如图3-9所示：泵罩30、泵体40套合安装前，先将筒状加热器60套装在泵体的环形的底板41朝向泵盖31的一端，引出电线穿过底板41，通过支耳61及螺栓紧固，再将引出电线密封罩65及橡胶密封垫紧贴筒状加热器60的外表面和底板41并用螺栓紧固以密封引出电线，然后将环形的槽口74对准嵌入筒状加热器60以套入折流板套70，其内筒状基体72贴合泵体的内壳体42，二者一同构成筒状的电动机壳体4272，再将泵罩30套合安装紧固，泵罩外壳32贴合折流板套70的外筒状基体71，二者一同构成筒状的泵外壳3271。这样，围合形成了环抱电动机壳体4272的沿泵轴环柱形的空腔80，由泵罩的泵盖31构成空腔的前端，泵体的底板41构成空腔的后端，泵外壳3271构成了空腔80的外周，电动机壳体4272构成空腔的内周；在空腔80轴线的最下方设置成入口833连通蜗室90，空腔80轴线的最上方设置成出口834连通泵的吐出口34；横向折流板73将空腔80分隔为沿圆周分流的顺时针曲折向上和逆时针曲折向上的两路流道83a、83b，两路流道的始端于共同入口833分流；两路流道的终端于共同出口834汇合；筒状加热器60内置于空腔80环柱形半径方向的居中部位，将所在流道分隔为内周流道、外周流道，且在空腔80的前端与泵盖31之间设有较宽的间隙 d，在空腔80的后端抵接泵体的底板41或与底板一体成形的筋板43，使得流道83a、83b中的各轴向流段和后端周向流段分流为内周、外周两条短的分支即内周流段831、外周流段832 分别流经筒状加热器60的内、外壁，然后汇合于空腔80的前端周向的汇合流段835，之后再按同样的分流—汇合方式重复多次，因而从入口833开始分流—汇合重复直至最后汇合到出口834，使得筒状加热器60内、外壁全表面的热量都传递给流道83a或83b内的液体而不浪费。两路加热流道83a、83b于空腔80的周向最下方的共同入口833分流后，各自按顺、逆时针总体向上流动，横向折流板73使该流动沿轴向往返横向折流、沿周向爬升，最后在空腔80的周向最上方的共同出口834汇合后通往泵的吐出口34。
折流板缺口75是用于折流板与泵罩的泵盖31或泵体的底板41之间留有适当的间隙供泵液体折返，然而，朝向泵盖31的底板41端装有引出电线密封罩65，使得该部位空腔80后端朝前端偏移，相应地，该部位的折流板缺口75也朝前端同样地偏移，以同样地留出适当的间隙供泵液体折返。
图9为图1电泵拆除泵罩、剖去外筒状基体后的立体图中展示内周流道流线(被筒状加热器60遮隔部分以虚线表示)、外周流道流线各轴向段及该二流道线在前端汇合、折流和在后端各自折流的情况。图10、13在筒状加热器60内周展示两路流道83a、83b的内周流道流线，图13a在筒状加热器60外周展示两路流道83a、83b的外周流道流线，图12在不设置筒状加热器60并且闭合环柱形的槽口的情况下，展示两路流道83a、83b各自的内周流道流线和外周流道流线合并的情况，图11拆除筒状加热器观察到环柱形的槽口74在折流板73上开设穿通的情况。
由于液体从下方位向上流，液体会先填满空腔中的下侧空间再往上流，气体不易在流道中积聚，避免在筒状加热器60的外表面电阻加热膜62部位困气导致局部温度过高。用于加热的空腔环抱电动机柱面设置而且与蜗室或电泵的吐出口直接连通，特别在蜗室或电泵的吐出口位于电机同侧情况下，可以轴向最大限度地利用电泵“T”字形的二侧空间而减少使用位置。
如图5-8所示，折流板73在贴合空腔80的两端与空腔的内周和外周相连处倒角开设斜缺口76，由于折流板下方是压力稍高的上游，折流板上方是压力稍低的下游，折流板上下方两侧存在压差而通过斜缺口76形成少量泄漏，同时促使折流板下侧方积聚的气泡向上侧方逸出。卧式泵使用安装时，其轴向与水平方向有可能存在小的倾斜角度，泵停止运转时，气泡可以通过斜缺口76及筒状加热器60和折流板环柱形的槽口74之间的安装缝隙上逸至上方，使下次启动迅速排气。斜缺口76也可以是倒圆或任意形式的小缺口。
本实施例可以有如下设计修改。
设计修改之一：
——在空腔80的前端，筒状加热器60与泵盖31之间设置的间隙d，可以改为无间隙设计，具体是通过与泵盖31一体成形的筋板和筒状加热器60端面抵接，这样，内周流段831、外周流段832就保持分流而不汇合，这种设计可以仅仅在任意两片折流板之间设置，不影响其余折流板之间的汇合流段。
在空腔80的后端，筒状加热器60抵接泵体的底板41或与底板一体成形的筋板43，可以改为间隙设计，具体是减少筋板43的高度尺寸，这样，就在筋板43和筒状加热器60端面之间形成缺口，使得内周流段831、外周流段832也在空腔80的后端汇合，增加汇合的次数，使得内、外周加热的液流混合温度更为均匀。
设计修改之二：
——折流板套70环柱形的槽口74紧贴外筒状基体71，套装嵌入环柱形的槽口74的筒状加热器60紧贴外筒状基体71作为空腔80的外周壁，也就成为流道83a、83b的外周壁。该设计使被原居中的筒状加热器60间隔而成的各内周、外周流段均合二而一，用于筒状加热器内侧单面加热液体的情形避免局部困气，单面加热如果局部困气，由于另一面无液流冷却，会导致困气部位温度急剧升高，更需要消除。
类似地，还可以设计修改为，折流板套70环柱形的槽口74紧贴内筒状基体72，套装嵌入环柱形的槽口74的筒状加热器60紧贴内筒状基体72作为空腔80的内周壁，也就成为流道83a、83b的内周壁，该设计适用于筒状加热器外侧单面加热液体的情形避免局部困气。
本实施例卧式泵也可用于立式安装，这是因为仅在筒状加热器60外表面的中部区域才布置电阻加热膜62，两端没有，而气泡只可能积聚在高于电阻加热膜的一端，不会在电阻加热膜表面困气而避免了局部温度过高。
沿轴向布置的折流板在具体制造设置时与轴向会略有倾斜、弯曲，不会导致困气即可。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种动力电池热管理系统用电泵，包括：电动机，结合于电动机轴向一端由其共轴传动的泵，对泵液体电加热的结构；其特征在于，该结构为内置电加热元件环绕电动机柱面供泵液体穿越的腔体。
2.根据权利要求1所述电泵，其特征在于，该泵为卧式屏蔽电泵，包括：
——电动机(1021)，具有筒状的电动机壳体(4272)，其轴向传动的叶轮(22)于蜗室(90)驱动泵液体；
——电动机壳体(4272)的外周大致同轴套设有筒状的泵外壳(3271)，所述泵外壳(3271)和电动机壳体(4272)之间具有一环抱电动机壳体(4272)的空腔(80)，所述空腔(80)为所述轴向的环柱形；
——套设在所述空腔(80)内的折流板套(70)，成形有数片沿轴向布置的横向折流板(73)，所述横向折流板(73)将所述环柱形的空腔(80)分隔为沿顺时针环绕且多次横向折流向上和逆时针环绕且多次横向折流向上的两路流道(83a、83b)，该两路流道(83a、83b)的始端和终端于共同入口(833)分流和共同出口(834)汇合；所述共同入口(833)位于所述空腔(80)轴线之最下方，且通往所述蜗室(90)；所述共同出口(834)位于所述空腔(80)轴线之最上方，且通往泵的吐出口(34)；
——所述数片横向折流板(73)整体沿轴向开设一环柱形分布的槽口(74)，该槽口(74)嵌入一筒状加热器(60)，以内置在所述空腔(80)内加热所述泵液体。
3.根据权利要求2所述电泵，其特征在于：还包括：
——泵罩(30)：成形有泵盖(31)和于泵盖外边缘凸出的圆筒状的泵罩外壳(32)；
——泵体(40)：成形有大致呈环形的底板(41)和于底板内环边缘凸出的圆筒状的内壳体(42)；
——折流板套(70)还具有内筒状基体(72)和外筒状基体(71)，内筒状基体(72)和外筒状基体(72)之间一体成形若干所述横向折流板(73)；
——所述空腔(80)由电动机(1021)二端的所述泵罩(30)与所述泵体(40)连接围合而成，泵罩的泵盖(31)和泵体的底板(41)构成所述空腔(80)的两端，泵罩外壳(32)构成所述空腔(80)的外周，成为泵外壳(3271)的一部分，泵体的内壳体(42)构成所述空腔(80)的内周，成为电动机壳体(4272)的一部分；
——所述筒状加热器(60)固定于泵体(40)的底板(41)；
——所述折流板套(70)套装入所述空腔(80)内，外筒状基体(71)贴合泵罩外壳(32)一同组合为泵外壳(3271)，内筒状基体(72)贴合内壳体(42)一同组合为电动机壳体(4272)。
4.根据权利要求3所述电泵，其特征在于：所述横向折流板(73)在贴合所述空腔(80)的两端与空腔(80)的内周壁或外周壁相连处开设斜缺口(76)。
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