EP4051887A1 - Elektrische kühlmittelpumpe mit heizelement - Google Patents

Elektrische kühlmittelpumpe mit heizelement

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EP4051887A1
EP4051887A1 EP20792297.2A EP20792297A EP4051887A1 EP 4051887 A1 EP4051887 A1 EP 4051887A1 EP 20792297 A EP20792297 A EP 20792297A EP 4051887 A1 EP4051887 A1 EP 4051887A1
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EP
European Patent Office
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electric
coolant
motor vehicle
coolant pump
pump
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20792297.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Hörnlein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec GPM GmbH
Original Assignee
Nidec GPM GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec GPM GmbH filed Critical Nidec GPM GmbH
Publication of EP4051887A1 publication Critical patent/EP4051887A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P5/12—Pump-driving arrangements
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    • F01P2060/18—Heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2070/00—Details
    • F01P2070/04—Details using electrical heating elements

Definitions

  • the present invention relates to an electric coolant pump for a cooling circuit with the features of the preamble of claim 1 and a method for operating an electric coolant pump assigned to a drive unit of a motor vehicle with the features of the preamble of claim 11.
  • heating elements have so far either been used in the engine block or integrated into existing hose lines.
  • the object of the present invention is to specify an electric coolant pump with a heating device for preheating the coolant, which can be operated efficiently in a simple and environmentally friendly manner. This object is achieved by an electric coolant pump with the features of claim 1.
  • an electric coolant pump for a cooling circuit of a motor vehicle with a pump chamber, the electric coolant pump having a suction line that leads into a suction side of the pump chamber, a discharge channel that leads from a pressure side of the pump chamber, and an electric motor with a control device, wherein the electric coolant pump has a heating device which comprises an electric heating element, which protrudes into the suction line or the discharge channel and can be flushed by the coolant, wherein the electric heating element has at least two operating states, wherein in a first operating state the electrical heating element from an external power supply and can be operated in a second operating state from an on-board network of the motor vehicle, and the control device of the electric motor is designed such that the electric motor has at least two operating states, with the electric motor in a first operating state tor can be operated from the external power network and in a second operating state from the on-board network.
  • the heating element and the electric motor of the pump can thus also without a drive unit of the motor vehicle, for. B. an internal combustion engine or an electric drive motor in electric vehicles, runs, can be operated in an environmentally friendly manner. Since the heating device is part of the pump, the device is particularly compact.
  • the external power grid is not part of the vehicle. In the first operating state, the heating element and the electric motor are thus preferably fed via a connection on the motor vehicle for an external power supply.
  • the power grid can be, for example, a charging station, but also a household power connection.
  • the electrical coolant pump has a first electrical connection for connection to the external power supply system and a second electrical connection for connection to the vehicle electrical system, the first connection being designed to supply energy for the heating element and deliver the electric motor. No additional connection is required for the heating element, which makes the design particularly simple.
  • the electric coolant pump preferably comprises a transformer which is set up to operate the electric motor with alternating current from the power grid.
  • a motor vehicle is provided with at least one drive unit and an electrical coolant pump described above, the coolant pump being designed to circulate coolant in a cooling circuit of one of the drive units.
  • the power grid is preferably an external power grid.
  • the electric coolant pump preferably has a housing which forms a component of the drive unit. The arrangement is thus space-saving.
  • the at least one drive unit of a motor vehicle preferably comprises an electric drive motor and / or an internal combustion engine.
  • the motor vehicle has at least one electrical consumer and an electrical coolant pump described above, the coolant pump being designed to circulate coolant in a cooling circuit of the electrical consumer.
  • an electrical consumer can be, for example, an LED module of a motor vehicle headlight, which is preferably operated at a predefined operating temperature.
  • an electric motor vehicle has at least one battery pack and a previously described electrical coolant pump, the coolant pump being designed to circulate coolant in a cooling circuit of the battery pack.
  • the battery pack preferably supplies energy for a drive electric motor. The efficiency of the battery pack is highly dependent on the temperature.
  • the battery pack can be heated or cooled by the electric coolant pump so that a desired operating temperature can be maintained.
  • the motor vehicle preferably generally has internal electrical connections which provide an electrical connection to the first and second electrical connections of the electrical coolant pump.
  • the motor vehicle has an external electrical connection which can be connected to an external power network for energizing the heating device.
  • the external electrical connection is also designed for charging the electric car (battery pack).
  • a method for operating an electric coolant pump of a motor vehicle assigned to a cooling circuit having at least one drive unit which is tempered by the cooling circuit, the electric coolant pump having a pump chamber, a suction line that leads into a suction side of the pump chamber and a Discharge channel, which leads from a pressure side of the pump chamber, and has an electric motor with a control device.
  • the electric coolant pump also has a heating device which comprises an electric heating element which protrudes into the suction line or the discharge channel and can be flushed with a coolant.
  • the heating element has at least two operating states, wherein in a first operating state the electrical heating element can be operated or fed from an external power supply and in a second operating state from an on-board network of the motor vehicle and the electric motor also has at least two operating states, in a first operating state the electric motor can be operated or fed from the external power network and, in a second operating state, from the on-board network of the motor vehicle.
  • the process consists of the following steps:
  • the coolant can be heated efficiently without the drive unit having to run. Both the pump and the heater are then powered from an external source.
  • This is particularly advantageous in the case of electric cars or hybrid drives that already have a connection to an external power grid and which are then preferably accessed.
  • the external power grid is not part of the vehicle.
  • the heating element and the electric motor are thus fed in the first operating state via a connection on the motor vehicle for an external power supply.
  • the power grid can be, for example, a charging station, an inductive charging point, but also a household power connection.
  • control device of the electric motor is set up to carry out the method steps described.
  • An additional control unit can then be dispensed with.
  • the heating device is then completely integrated into the pump in terms of control technology.
  • an additional, separate control unit is used.
  • the electric motor is preferably operated at a low, constant speed.
  • the electric motor is preferably operated with direct current from an on-board network of a vehicle.
  • the signal for heating the coolant is generated from a signal for a stationary heating mode, i. H. the heating device is used when the drive unit is switched off by operating the pump and the electrical heating element as part of a stand-alone heater.
  • the at least one Drive unit has a drive electric motor and / or an internal combustion engine.
  • the motor vehicle is a purely electric car, it is preferred that the external electrical connection is also designed for charging the electric car (battery pack).
  • FIG. 2 a circuit diagram of the coolant pump of FIG. 1.
  • an electric coolant pump 1 is shown in longitudinal section along a pump shaft 2.
  • the coolant pump 1 is provided for circulating coolant in a cooling circuit of a drive unit of a motor vehicle.
  • the drive unit can be an internal combustion engine or an electric drive motor.
  • the two types of drive can also be used together in a hybrid vehicle.
  • the cooling circuit can then be assigned to one of the two drives.
  • the pump shaft 2 passes through the pump housing 3.
  • the pump shaft 2 is driven to rotate about a longitudinal axis 100 by means of an electric motor 4.
  • the pump housing 3 is formed by a motor housing 5 surrounding the electric motor 4 or a housing that is independent of the motor housing.
  • a pump chamber 6 is formed in the pump housing 3.
  • a pump element 7 in the form of a pump wheel 8 is arranged in a rotationally fixed manner, which is located in the pump chamber 6 and is surrounded by the pump housing 3.
  • the shape of the pump chamber 6 is adapted to the pump element 7.
  • a pressure line 11 in the form of a discharge channel leads radially to the central axis 100 of the pump element 7 from a pressure side 12 of the pump chamber 6.
  • a heating device 13 is arranged in the suction line 9.
  • the heating device 13 has an electrical heating element 14 and an electrical connection 15, the electrical heating element 14 being connected to the electrical connection 15.
  • the electrical connection 15 is provided for connecting the electrical heating element 14 to an external power network with alternating current, in particular with a voltage of 230 volts.
  • the electrical heating device 13 is attached to the suction line 9 in such a way that the electrical heating element 14 is washed around by the coolant in the suction line 9.
  • the electrical heating element 14 heats the coolant in the suction line 9.
  • the coolant pump 1 is driven by the electric motor 4.
  • the pump element 7 rotates and conveys the heated coolant, in particular cooling water, from the suction line 9 into the pump chamber 6 and from the pump chamber 6 to the pressure line 11, where it is fed into the coolant circuit of the drive unit.
  • the advantage of this arrangement is the accelerated heating of the coolant when the coolant pump 1 is driven.
  • the already existing installation space of the coolant pump 1 is optimally used by the structurally simple electrical heating device 13.
  • the power supply can be ensured in an environmentally friendly way even when the engine is switched off or when it is cold.
  • the heating device is in the discharge channel
  • the heated coolant is not sucked in directly by the pump 1, but is fed directly into the coolant circuit of the drive unit.
  • the electric motor is a brushless direct current motor comprising a rotor 21 which is connected to a motor shaft 16 and is rotatably mounted in the motor housing 5.
  • the rotor 21 is provided with permanent magnets.
  • a stator 17 is arranged around the rotor 21 and carries a number of windings on an iron core (not shown). With suitable control, the windings generate a magnetic field that the rotor 21 to Rotation drives.
  • the windings are usually wound in three phases and are accordingly provided with three electrical connections via which the windings are connected to a control unit (ECU) 18.
  • the control unit 18 is supplied with power from the on-board network 19 when the ferry is in operation.
  • the electric coolant pump 1 is also fed by the external power supply system 15 when the drive unit is at a standstill.
  • the heating device 13 and a transformer 20 are connected to the power grid 15.
  • the transformer 20 transforms the input voltage into an output voltage adapted to the pump motor 4, in particular 12 volts, 24 volts or 48 volts.
  • the electric motor 4 of the coolant pump 1 can optionally be supplied with current from the vehicle electrical system 19 or from the external electrical system 15. Switching between the two energy sources takes place by means of the control unit 18.
  • the heating device 13 and the coolant pump 1 are energized by the external power supply network 15.
  • the electric motor 4 is operated at a low constant speed so that good heat dissipation and distribution of the heated cooling water can take place.
  • the ferry is in operation and the drive unit is running, the electric motor 4 is supplied with power from the on-board network 19.
  • the area of application makes sense in all water-cooled motor vehicles and utility vehicles and especially in hybrid vehicles which already have an electrical connection that can be used to power the coolant pump and the heating device.
  • the electrical heating device 13 and the coolant pump 1 can be supplied with electricity externally, so that efficient preheating of the drive unit is possible. Cold start problems in internal combustion engines such as increased emissions and increased wear can be reduced or avoided by preheating the cooling water in this way. In addition, warm air can be provided for the interior ventilation at the start of the journey, which increases driving comfort. It is also conceivable to use the heated coolant for an auxiliary heating mode in the manner of an auxiliary heating. It can also be provided that the electric coolant pump is used to control the temperature of electrical consumption. Many such small, decentralized, electric coolant pumps can be used in a motor vehicle. For example, the coolant in thermal contact with an LED module can be a
  • the electric coolant pump is provided for cooling / heating a battery pack of an electric vehicle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe (1) für einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges mit einem Pumpenraum (6), wobei die elektrische Kühlmittelpumpe (1) eine Saugleitung (9), die in eine Saugseite (10) des Pumpenraums (6) führt, einen Abführkanal (11), der aus einer Druckseite (12) des Pumpenraums (6) führt, und einen Elektromotor (4) mit einer Steuereinrichtung (18) aufweist, und wobei die elektrische Kühlmittelpumpe (1) eine Heizeinrichtung (13) aufweist, die ein elektrisches Heizelement (14) umfasst, das in die Saugleitung (9) oder den Abführkanal (11) ragt und von dem Kühlmittel umspülbar ist, wobei das elektrische Heizelement (14) wenigstens zwei Betriebszustände aufweist, wobei in einem ersten Betriebszustand das elektrische Heizelement (14) aus einem Stromnetz (15) und in einem zweiten Betriebszustand aus einem Bordnetz (19) des Kraftfahrzeuges betreibbar ist, und die Steuereinrichtung (18) des Elektromotors (4) derart ausgestaltet ist, dass der Elektromotor (4) wenigstens zwei Betriebszustände aufweist, wobei in einem ersten Betriebszustand der Elektromotor (4) aus einem Stromnetz (15) und in einem zweiten Betriebszustand aus dem Bordnetz (19) betreibbar ist.

Description

Elektrische Kühlmittelpumpe mit Heizelement
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer einem Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeuges zugeordneten elektrischen Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11.
Verbrennungsmotoren weisen nach einem Kaltstart zunächst einen verminderten Wirkungsgrad sowie gegebenenfalls eine erhöhte Schadstoffemission auf. Ursache hierfür ist neben anderen Aspekten die in diesem Betriebszustand hohe Viskosität der Öle, welche die Reibung zwischen den sich bewegenden ölgeschmierten Bauteilen noch nicht ausreichend vermindern können. Deshalb wird grundsätzlich eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels und des Motor- bzw. Getriebeöls angestrebt. Hierbei ist es zumindest für extreme klimatische Einsatzbedingungen notwendig, eine entsprechende Erwärmung bereits vor dem Start der Brennkraftmaschine zu realisieren.
Für die Erwärmung des Kühlmittels werden Heizelemente bisher entweder in den Motorblock eingesetzt oder in vorhandene Schlauchleitungen integriert.
Aus der Offenlegungsschrift DE 103 25 981 Al ist weiterhin bekannt, ein elektrisches Heizelement in eine Saugleitung einer mechanischen Kühlwasserpumpe einzusetzen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einer Heizeinrichtung zum Vorheizen des Kühlmittels anzugeben, die auf einfache und umweltfreundliche Art effizient betrieben werden kann. Diese Aufgabe wird von einer elektrischen Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach ist eine elektrische Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges mit einem Pumpenraum vorgesehen, wobei die elektrische Kühlmittelpumpe eine Saugleitung, die in eine Saugseite des Pumpenraums führt, einen Abführkanal, der aus einer Druckseite des Pumpenraums führt, und einen Elektromotor mit einer Steuereinrichtung aufweist, wobei die elektrische Kühlmittelpumpe eine Heizeinrichtung aufweist, die ein elektrisches Heizelement umfasst, das in die Saugleitung oder den Abführkanal ragt und von dem Kühlmittel umspülbar ist, wobei das elektrische Heizelement wenigstens zwei Betriebszustände aufweist, wobei in einem ersten Betriebszustand das elektrische Heizelement aus einem externen Stromnetz und in einem zweiten Betriebszustand aus einem Bordnetz des Kraftfahrzeuges betreibbar ist, und die Steuereinrichtung des Elektromotors derart ausgestaltet ist, dass der Elektromotor wenigstens zwei Betriebszustände aufweist, wobei in einem ersten Betriebszustand der Elektromotor aus dem externen Stromnetz und in einem zweiten Betriebszustand aus dem Bordnetz betreibbar ist.
Das Heizelement und der Elektromotor der Pumpe können somit auch ohne das ein Antriebsaggregat des Kraftfahrzeuges, z. B. ein Verbrennungsmotor oder ein Antriebs-Elektromotor bei Elektrofahrzeugen, läuft, umweltfreundlich betrieben werden. Da die Heizvorrichtung einen Teil der Pumpe darstellt, ist die Vorrichtung besonders kompakt ausgebildet. Das externe Stromnetz ist nicht Teil des Kraftfahrzeuges. Das Heizelement und der Elektromotor werden somit im ersten Betriebszustand bevorzugt über einen Anschluss am Kraftfahrzeug für eine externe Stromeinspeisung gespeist. Das Stromnetz kann beispielsweise eine Stromtankstelle, aber auch ein Haushaltsstromanschluss sein.
Es ist vorteilhaft, wenn die elektrische Kühlmittelpumpe einen ersten elektrischen Anschluss zum Anschließen an das externe Stromnetz und einen zweiten elektrischen Anschluss zum Anschließen an das Bordnetz aufweist, wobei der ersten Anschluss dazu eingerichtet ist, Energie für das Heizelement und den Elektromotor zu liefern. Es wird kein zusätzlicher Anschluss für das Heizelement benötigt, was die Ausgestaltung besonders einfach macht.
Vorzugsweise umfasst die elektrische Kühlmittelpumpe einen Transformator, der dazu eingerichtet ist, den Elektromotor mit Wechselstrom des Stromnetzes zu betreiben.
Weiterhin ist ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Antriebsaggregat und einer zuvor beschriebenen elektrischen Kühlmittelpumpe vorgesehen, wobei die Kühlmittelpumpe zur Umwälzung von Kühlmittel in einem Kühlkreislauf eines der Antriebsaggregate ausgebildet ist. Das Stromnetz ist in diesem Fall vorzugsweise ein externes Stromnetz. Vorzugsweise weist die elektrische Kühlmittelpumpe ein Gehäuse auf, das ein Bauelement des Antriebsaggregates ausbildet. Die Anordnung ist somit bauraumsparend.
Vorzugsweise umfasst das wenigstens eine Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeuges einen Antrieb-Elektromotor und/oder einen Verbrennungsmotor.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug wenigstens einen elektrischen Verbraucher und eine zuvor beschriebene elektrische Kühlmittelpumpe aufweist, wobei die Kühlmittelpumpe zur Umwälzung von Kühlmittel in einem Kühlkreislauf des elektrischen Verbrauchers ausgebildet ist. Ein solcher elektrischer Verbraucher kann zum Beispiel ein LED-Modul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers sein, der bevorzugt bei einer vordefinierten Betriebstemperatur betrieben wird.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Elektro-Kraftfahrzeug wenigstens ein Akkupack und eine zuvor beschriebene elektrische Kühlmittelpumpe aufweist, wobei die Kühlmittelpumpe zur Umwälzung von Kühlmittel in einem Kühlkreislauf des Akkupacks ausgebildet ist. Das Akkupack liefert bevorzugt Energie für einen Antrieb-Elektromotor. Die Effizienz des Akkupacks ist stark temperaturabhängig. Durch die elektrische Kühlmittelpumpe kann das Akkupack erwärmt oder gekühlt werden, so dass eine gewünschte Betriebstemperatur gehalten werden kann. Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug allgemein interne elektrische Anschlüsse auf, die eine elektrische Verbindung zu dem ersten und zweiten elektrischen Anschluss der elektrischen Kühlmittelpumpe bereitstellen.
Dabei ist es bevorzugt, wenn das Kraftfahrzeug einen externen elektrischen Anschluss aufweist, der mit einem externen Stromnetz zur Bestromung der Heizvorrichtung verbindbar ist. Für den Fall, dass das Kraftfahrzeug ein reines Elektroauto ist, ist es bevorzugt, dass der externe elektrische Anschluss auch zum Aufladen des Elektroautos (Akkupack) ausgebildet ist.
Zudem ist ein Verfahren zum Betreiben einer einem Kühlkreislauf zugeordneten elektrischen Kühlmittelpumpe eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, wobei das Kraftfahrzeug wenigstens ein Antriebsaggregat aufweist, das von dem Kühlkreislauf temperiert wird, wobei die elektrische Kühlmittelpumpe einem Pumpenraum, eine Saugleitung, die in eine Saugseite des Pumpenraums führt und einen Abführkanal, der aus einer Druckseite des Pumpenraums führt, und einen Elektromotor mit einer Steuereinrichtung aufweist. Die elektrische Kühlmittelpumpe weist zudem eine Heizeinrichtung auf, die ein elektrisches Heizelement umfasst, das in die Saugleitung oder den Abführkanal ragt und von einem Kühlmittel umspülbar ist. Das Heizelement weist wenigstens zwei Betriebszustände auf, wobei in einem ersten Betriebszustand das elektrische Heizelement aus einem externen Stromnetz und in einem zweiten Betriebszustand aus einem Bordnetz des Kraftfahrzeuges betreibbar ist bzw. gespeist wird und der Elektromotor ebenfalls wenigstens zwei Betriebszustände aufweist, wobei in einem ersten Betriebszustand der Elektromotor aus dem externen Stromnetz und in einem zweiten Betriebszustand aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges betreibbar ist bzw. gespeist wird. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- Empfangen eines Signals, dass das Kühlmittel erwärmt werden soll,
- Abfragen eines Betriebszustandes des Antriebsaggregates und/oder Abfragen ob das Kraftfahrzeug mit einem externen Stromnetz (15) verbunden ist,
- Falls das Antriebsaggregat nicht läuft und/oder das Kraftfahrzeug mit einem externen Stromnetz (15) verbunden ist, Betreiben des elektrischen Heizelements (13) und des Elektromotors (4) in dem ersten Betriebszustand.
Somit kann ein effizientes Aufheizen des Kühlmittels erfolgen, ohne dass das Antriebsaggregat laufen muss. Sowohl die Pumpe als auch die Heizeinrichtung werden dann von einer externen Quelle mit Strom versorgt. Dies ist insbesondere bei Elektroautos oder Hybridantrieben von Vorteil, die bereits über einen Anschluss an ein externes Stromnetz verfügen und auf den dann bevorzugt zugegriffen wird. Das externe Stromnetz ist nicht Teil des Kraftfahrzeuges. Das Heizelement und der Elektromotor werden somit im ersten Betriebszustand über einen Anschluss am Kraftfahrzeug für eine externe Stromeinspeisung gespeist. Das Stromnetz kann beispielsweise eine Stromtankstelle, eine induktive Ladestelle, aber auch ein Haushaltsstromanschluss sein.
Es ist vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung des Elektromotors dazu eingerichtet ist, die beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen. Es kann dann auf eine zusätzliche Steuereinheit verzichtet werden. Die Heizeinrichtung ist dann steuerungstechnisch vollständig in die Pumpe integriert. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine zusätzliche separate Steuereinheit verwendet wird.
Vorzugsweise wird der Elektromotor mit einer geringen konstanten Drehzahl betrieben.
Für den Fall, dass der Verbrennungsmotor läuft, wird der Elektromotor bevorzugt mit Gleichstrom eines Bordnetzes eines Fahrzeuges betrieben.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Signal zum Erwärmen des Kühlmittels aus einem Signal für einen Stand-Heizbetrieb generiert, d. h. die Heizvorrichtung wird bei abgeschalteten Antriebsaggregat durch Betreiben der Pumpe und des elektrischen Heizelementes als Teil einer Stand-Heizung verwendet.
Wie zuvor beschrieben, ist es bevorzugt, wenn das wenigstens eine Antriebsaggregat einen Antrieb-Elektromotor und/oder einen Verbrennungsmotor aufweist. Für den Fall, dass das Kraftfahrzeug ein reines Elektroauto ist, ist es bevorzugt, dass der externe elektrische Anschluss auch zum Aufladen des Elektroautos (Akkupack) ausgebildet ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung einer elektrischen Kühlmittelpumpe mit elektrischer Heizvorrichtung, sowie
Fig. 2: einen Schaltplan der Kühlmittelpumpe der Figur 1.
In den Figuren 1 und 2 ist eine elektrische Kühlmittelpumpe 1 im Längsschnitt entlang einer Pumpenwelle 2 dargestellt. Die Kühlmittelpumpe 1 ist zum umwälzen von Kühlmittel in einem Kühlkreislauf eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Das Antriebsaggregat kann ein Verbrennungsmotor oder Antriebselektromotor sein. Die beiden Antriebsarten können auch gemeinsam in einem Hybridfahrzeug eingesetzt sein. Der Kühlkreislauf kann dann einem der beiden Antriebe zugeordnet sein. Die Pumpenwelle 2 durchsetzt das Pumpengehäuse 3. Die Pumpenwelle 2 wird mittels eines Elektromotors 4 zur Drehung um eine Längsachse 100 angetrieben. Das Pumpengehäuse 3 ist durch ein den Elektromotor 4 umgebendes Motorgehäuse 5 oder ein gegenüber dem Motorgehäuse selbstständiges Gehäuse gebildet.
In dem Pumpengehäuse 3 ist ein Pumpenraum 6 ausgebildet. Auf der Pumpenwelle 2 ist ein Pumpenelement 7 in Form eines Pumpenrades 8 drehfest angeordnet, das in dem Pumpenraum 6 liegt und von dem Pumpengehäuse 3 umgeben ist. Der Pumpenraum 6 ist dem Pumpenelement 7 in seiner Form angepasst. Konzentrisch zur Mittelachse des Pumpenelements 7 mündet eine Saugleitung 9 in Form eines Zuführkanals in eine Saugseite 10 des Pumpenraums. Radial zur Mittelachse 100 des Pumpenelements 7 führt eine Druckleitung 11 in Form eines Abführkanals aus einer Druckseite 12 des Pumpenraums 6. In der Saugleitung 9 ist eine Heizvorrichtung 13 angeordnet. Die Heizvorrichtung 13 weist ein elektrisches Heizelement 14 und einen elektrischen Anschluss 15 auf, wobei das elektrische Heizelement 14 mit dem elektrischen Anschluss 15 verbunden ist. Der elektrische Anschluss 15 ist zum Anschluss des elektrischen Heizelements 14 an ein externes Stromnetz mit Wechselstrom, insbesondere mit 230 Volt Spannung, vorgesehen. Die elektrische Heizeinrichtung 13 ist so an der Saugleitung 9 befestigt, dass das elektrische Heizelement 14 von dem Kühlmittel in der Saugleitung 9 umspült ist. Bei Zuführen von elektrischer Energie an das elektrische Heizelement 14 über den elektrischen Anschluss 15, erwärmt sich das elektrische Heizelement 14. Das elektrische Heizelement 14 erwärmt das Kühlmittel in der Saugleitung 9. Die Kühlmittelpumpe 1 wird mittels des Elektromotors 4 angetrieben. Das Pumpenelement 7 dreht sich und fördert das erwärmte Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser aus der Saugleitung 9 in den Pumpenraum 6 und aus dem Pumpenraum 6 zur Druckleitung 11, wo es in den Kühlmittelkreislauf des Antriebsaggregats eingespeist wird.
Der Vorteil dieser Anordnung ist die beschleunigte Erwärmung des Kühlmittels bei angetriebener Kühlmittelpumpe 1. Der bereits vorhandene Bauraum der Kühlmittelpumpe 1 ist durch die konstruktiv einfach aufgebaute elektrische Heizeinrichtung 13 optimal genutzt. Durch den Anschluss der Kühlmittelpumpe
I an eine externe Stromversorgung kann die Bestromung auch bei ausgeschaltetem Motor oder kalter Jahreszeit umweltfreundlich sichergestellt werden.
Es kann allgemein auch vorgesehen sein, die Heizvorrichtung im Abführkanal
II der Kühlmittelpumpe 1 einzusetzen. In diesem Fall wird das erwärmte Kühlmittel nicht unmittelbar von der Pumpe 1 angesaugt, sondern direkt in den Kühlmittelkreislauf des Antriebsaggregats eingespeist.
Der Elektromotor ist ein bürstenloser Gleichstrommotor umfassend einen Rotor 21, der mit einer Motorwelle 16 verbunden ist und in dem Motorgehäuse 5 drehbar gelagert ist. Der Rotor 21 ist mit Permanentmagneten versehen. Um den Rotor 21 herum ist ein Stator 17 angeordnet, der auf einem nicht dargestellten Eisenkern eine Anzahl von Wicklungen trägt. Bei geeigneter Ansteuerung erzeugen die Wicklungen ein Magnetfeld, das den Rotor 21 zur Rotation antreibt. Die Wicklungen werden üblicherweise dreiphasig gewickelt und werden dementsprechend mit drei elektrischen Anschlüssen versehen, über die die Wicklungen mit einer Steuereinheit (ECU) 18 verbunden sind. Die Steuereinheit 18 wird im Fährbetrieb vom Bordnetz 19 mit Strom versorgt.
Wie in der Figur 2 dargestellt ist, wird die elektrische Kühlmittelpumpe 1 bei stehendem Antriebsaggregats ebenfalls durch das externe Stromnetz 15 gespeist. An das Stromnetz 15 sind die Heizvorrichtung 13 und ein Transformator 20 angeschlossen. Der Transformator 20 transformiert die Eingangsspannung in eine an den Pumpenmotor 4 angepasste Ausgangsspannung, insbesondere 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt. Der Elektromotor 4 der Kühlmittelpumpe 1 kann von dem Bordnetz 19 oder von dem externen Stromnetz 15 wahlweise bestromt werden. Das Umschalten zwischen den beiden Energiequellen erfolgt mittels der Steuereinheit 18. Bei einem Stillstand des Antriebsaggregats werden die Heizvorrichtung 13 und die Kühlmittelpumpe 1 durch das externe Stromnetz 15 bestromt. Der Elektromotor 4 wird mit einer geringen konstanten Drehzahl betrieben, so dass eine gute Wärmeableitung und Verteilung des erwärmten Kühlwassers erfolgen kann. Im Fährbetrieb und laufendem Antriebsaggregat wird der Elektromotor 4 hingegen vom Bordnetz 19 mit Strom versorgt.
Der Einsatzbereich ist in allen wassergekühlten Kraft- und Nutzfahrzeugen und ganz besonders in Hybridfahrzeugen sinnvoll, welche bereits über einen Elektro-Anschluss verfügen, der zur Bestromung der Kühlmittelpumpe und der Heizvorrichtung verwendet werden kann.
Die elektrische Heizeinrichtung 13 und die Kühlmittelpumpe 1 lassen sich extern mit Strom versorgen, so dass ein effizientes Vorwärmen des Antriebsaggregats möglich ist. Kaltstartproblematiken beim Verbrennungsmotor wie erhöhte Emissionen und erhöhter Verschleiß lassen sich durch ein solches Vorwärmen des Kühlwassers verringern oder vermeiden. Zudem kann bereits zu Fahrbeginn warme Luft für die Innenraumbelüftung bereitgestellt werden, was den Fahrkomfort erhöht. Es ist auch denkbar das erwärmte Kühlmittel für einen Stand-Heizbetrieb in der Art einer Standheizung einzusetzen. Es kann auch vorgesehen sein, die elektrische Kühlmittelpumpe zur Temperierung eines elektrischen Verbrauchs einzusetzen. In einem Kraftfahrzeug können viele solcher kleinen, dezentralen, elektrischen Kühlmittelpumpen eingesetzt werden. So kann beispielsweise das Kühlmittel im thermischen Kontakt mit einem LED-Modul eines
Kraftfahrzeugscheinwerfers stehen. Für den Fall, dass das Kühlmittel zu kalt ist, kann es mittels der Heizeinrichtung erwärmt werden.
In einer anderen Ausführungsform ist die elektrische Kühlmittelpumpe zum Kühlen/Erwärmen eines Akkupacks eines Elektrofahrzeuges vorgesehen.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Kühlmittelpumpe (1) für einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges mit einem Pumpenraum (6), wobei die elektrische Kühlmittelpumpe (1) eine Saugleitung (9), die in eine Saugseite (10) des Pumpenraums (6) führt, einen Abführkanal (11), der aus einer Druckseite (12) des Pumpenraums (6) führt, und einen Elektromotor (4) mit einer Steuereinrichtung (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kühlmittelpumpe (1) eine Heizeinrichtung (13) aufweist, die ein elektrisches Heizelement (14) umfasst, das in die Saugleitung (9) oder den Abführkanal (11) ragt und von dem Kühlmittel umspülbar ist, wobei das elektrische Heizelement (14) wenigstens zwei Betriebszustände aufweist, wobei in einem ersten Betriebszustand das elektrische Heizelement (14) aus einem externen Stromnetz (15) und in einem zweiten Betriebszustand aus einem Bordnetz (19) des Kraftfahrzeuges betreibbar ist, und die Steuereinrichtung (18) des Elektromotors (4) derart ausgestaltet ist, dass der Elektromotor (4) wenigstens zwei Betriebszustände aufweist, wobei in einem ersten Betriebszustand der Elektromotor (4) aus dem Stromnetz (15) und in einem zweiten Betriebszustand aus dem Bordnetz (19) betreibbar ist.
2. Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kühlmittelpumpe (1) einen ersten elektrischen Anschluss zum Anschließen an das externe Stromnetz (15) und einen zweiten elektrischen Anschluss zum Anschließen an das Bordnetz aufweist, wobei der ersten Anschluss dazu eingerichtet ist, Energie für das Heizelement (14) und den Elektromotor (4) im jeweils ersten Betriebszustand zu liefern.
3. Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kühlmittelpumpe (1) einen Transformator (20) umfasst, der dazu eingerichtet ist, den Elektromotor (4) mit Wechselstrom des Stromnetzes (15) in dem ersten Betriebszustand zu betreiben.
4. Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Antriebsaggregat und einer elektrischen Kühlmittelpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlmittelpumpe (1) zur Umwälzung von Kühlmittel in einem Kühlkreislauf eines Antriebsaggregates eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist.
5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kühlmittelpumpe (1) ein Gehäuse (3) aufweist, welches ein Bauelement eines Antriebsaggregats ausbildet.
6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Antriebsaggregat einen Antrieb-Elektromotor und/oder einen Verbrennungsmotor umfasst.
7. Kraftfahrzeug mit wenigstens einem elektrischen Verbraucher und einer elektrischen Kühlmittelpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kühlmittelpumpe (1) zur Umwälzung von Kühlmittel in einem Kühlkreislauf des elektrischen Verbrauchers ausgebildet ist.
8. Elektro-Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Akkupack und einer elektrischen Kühlmittelpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kühlmittelpumpe (1) zur Umwälzung von Kühlmittel in einem Kühlkreislauf des wenigstens einen Akkupacks ausgebildet ist.
9. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug interne elektrische Anschlüsse aufweist, die eine elektrische Verbindung zu dem ersten und zweiten elektrischen Anschluss der elektrischen Kühlmittelpumpe (1) bereitstellen.
10. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug einen externen elektrischen Anschluss aufweist, der mit einem externen Stromnetz (15) zur Bestromung der Heizvorrichtung (13) verbindbar ist.
11. Verfahren zum Betreiben einer einem Kühlkreislauf zugeordneten elektrischen Kühlmittelpumpe (1) eines Kraftfahrzeuges, wobei das Kraftfahrzeug wenigstens ein Antriebsaggregat aufweist, das von dem Kühlkreislauf temperiert wird, und wobei die elektrischen Kühlmittelpumpe (1) einem Pumpenraum (6), aufweisend eine Saugleitung (9), die in eine Saugseite (10) des Pumpenraums (6) führt und einen Abführkanal (11), der aus einer Druckseite (12) des Pumpenraums (6) führt, und einen Elektromotor (4) mit einer Steuereinrichtung (18), aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kühlmittelpumpe (1) eine Heizeinrichtung (13) aufweist, die ein elektrisches Heizelement (14) umfasst, das in die Saugleitung (9) oder den Abführkanal (11) ragt und von einem Kühlmittel umspülbar ist, und das Heizelement (14) wenigstens zwei Betriebszustände aufweist, wobei in einem ersten Betriebszustand das elektrische Heizelement (14) aus einem externen Stromnetz (15) und in einem zweiten Betriebszustand aus einem Bordnetz (19) des Kraftfahrzeuges betreibbar ist und der Elektromotor (4) wenigstens zwei Betriebszustände aufweist, wobei in einem ersten Betriebszustand der Elektromotor (4) aus dem externen Stromnetz (15) und in einem zweiten Betriebszustand aus dem Bordnetz (19) des Kraftfahrzeuges betreibbar ist und folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind:
- Empfangen eines Signals, dass das Kühlmittel erwärmt werden soll,
- Abfragen eines Betriebszustandes des Antriebsaggregates und/oder Abfragen ob das Kraftfahrzeug mit einem externen Stromnetz (15) verbunden ist,
- Falls das Antriebsaggregat nicht läuft und/oder das Kraftfahrzeug mit einem externen Stromnetz (15) verbunden ist, Betreiben des elektrischen Heizelements (13) und des Elektromotors (4) in dem ersten Betriebszustand.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (18) des Elektromotors (4) dazu eingerichtet ist, die Verfahrensschritte auszuführen.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (4) mit einer geringen konstanten Drehzahl betrieben wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (4) im zweiten Betriebszustand betrieben wird, wenn das Antriebsaggregat läuft.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal zum Erwärmen des Kühlmittels aus einem Signal für einen Stand-Heizbetrieb generiert wird.
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