WO2020109553A1 - Schraubenspindelpumpe zur kühlung von batteriepacks - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an electric coolant pump with the features of the preamble of claim 1.
  • Electric coolant pumps are used to cool the battery of
  • an electric coolant pump for cooling battery packs of a battery-operated motor vehicle which has an electric motor with a shaft, the electric coolant pump having a
  • the electrically driven screw pump has a very good efficiency and thus increases the efficiency of the cooling and indirectly the range of the battery-operated motor vehicle.
  • the battery-operated motor vehicle can generally be a purely electric vehicle or a
  • the electric motor is a dry runner, whereby the
  • the electric motor is in one
  • Pump housing wherein the motor housing is connected to the pump housing, and wherein the shaft of the electric motor is sealed by a seal against liquid penetrating from the pump housing.
  • the pump housing is preferably flanged to the motor housing.
  • the shaft of the electric motor is preferably sealed with a sealing washer and a main seal in the motor housing.
  • the sealing washer starts from the drive spindle in front of the main seal.
  • the main seal preferably comprises a two-lip seal.
  • a space is formed between the sealing washer and the main seal, which is relieved of pressure via a connecting hole to the intake area. In this way, the main seal is only pressurized with a low suction pressure and not with the higher discharge pressure.
  • a leakage space is preferably provided behind the main seal. This is delimited by a further seal, which is arranged to protect the bearing provided for mounting the shaft.
  • the bearing is preferably a compact bearing in which the seal is already integrated.
  • a single secondary rotor spindle is provided.
  • the electric motor is advantageously an inner rotor which has a rotor and a stator, the stator preferably having electromagnets and the rotor preferably having permanent magnets.
  • a battery pack of a battery-operated motor vehicle with at least one cooling device for cooling the battery pack, which has an electrical coolant pump described above, is provided.
  • Such a battery pack is preferred in battery operated ones
  • Fig. 3 a longitudinal section through the electric coolant pump
  • FIG. 2 along the line A-A
  • Fig. 4 a longitudinal section through the electric coolant pump
  • FIGS 1 to 5 show an electric coolant pump 1, which is designed as a screw pump 2.
  • the screw pump 2 is surrounded by a pump housing 3.
  • In the pump housing 3 are one Drive spindle 4 and a secondary rotor 5 arranged.
  • the screw pump 2 is a so-called displacement pump, in which the shape of the rotating displacer resembles that of a spindle screw.
  • the drive spindle 4 and the secondary rotor spindle 5 are designed with a regular, thread-like profile and mesh with each other like a gear.
  • the conveyed medium flows in the flow direction SRI through an inlet channel 7 into the
  • Pump housing 3 and is in the conveying direction FR parallel to the axis of rotation or longitudinal axis 100 of the drive spindle 4 by the
  • the drive spindle 4 is hydraulically supported in the pump housing 3.
  • the drive spindle 4 is by means of a coupling 9 with a shaft 10
  • Electric motor 11 rotatably coupled.
  • the electric motor 11 is a dry runner.
  • the electric motor 11 is surrounded by a motor housing 12 that is firmly connected to the pump housing.
  • the shaft 10 of the electric motor is sealed with a sealing washer 14 and a main seal 13 in the motor housing 12.
  • the sealing washer 14 sits from the
  • the main seal 13 preferably comprises a two-lip seal.
  • a space is formed between the sealing washer 14 and the main seal 13, which is relieved of pressure via a connecting bore to the suction area. In this way, the main seal 13 is only subjected to a low intake pressure and not to the higher delivery pressure.
  • a leakage space 20 is provided behind the main seal 13. This is delimited by a further seal 21 which is arranged to protect the bearing 22 provided for mounting the shaft.
  • the bearing 22 is preferably a compact bearing in which the seal 21 is already integrated.
  • the drive spindle 4 is driven by the electric motor 11 for rotation about the longitudinal axis 100.
  • the electric motor 11 has a rotor 15 connected to the shaft 10 in a rotationally fixed manner, and a stator 19 surrounding the rotor 15.
  • the rotor 15 has and around a rotor core
  • the stator 19 contains a number of electromagnets, which are generally formed by an iron core 17 and a winding 18. A suitable energization of the windings of the stator 18 generates a rotating field, which correspondingly generates a torque in the rotor 15 and thus drives the drive spindle 4 by means of the shaft 10.
  • the electric coolant pump 1 has a very high efficiency and
  • the screw pump has a very good efficiency of 85-90%, which makes it very high
  • the on-board electrical system of the motor vehicle can be relieved and the range of the motor vehicle can be extended with electrical operation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe (1) zur Kühlung von Batteriepacks eines batteriebetriebenen Kraftfahrzeuges aufweisend einen Elektromotor (11) mit einer Welle (10), wobei die elektrische Kühlmittelpumpe (1) eine Schraubenspindelpumpe (2) mit einer Antriebsspindel (4) und wenigstens einer Nebenläuferspindel (5) aufweist, und wobei die Antriebsspindel (4) mit der Welle des Elektromotors (10) drehfest verbunden ist.

Description

SCHRAUBENSPINDELPUMPE ZUR KÜHLUNG VON BATTERIEPACKS
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Elektrische Kühlmittelpumpen werden zur Batteriekühlung von
batteriebetriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt. Eine Vielzahl an Batteriezellen wird dabei in einem Batteriepack zusammengefasst. Die Batteriepacks des Kraftfahrzeugantriebs werden gekühlt, um den Wirkungsgrad zu erhöhen . Es ist bekannt Nassläuferpumpen mit Spalttopf in solchen Kühleinrichtungen einzusetzen, bei denen der elektromagnetische Fluss zwischen Stator und magnetischen Polen eines Rotors eines permanenterregten Motors geschwächt wird . Zusätzlich kommt es bei diesen Pumpen zu beträchtlichen
Pantschverlusten des drehenden Rotors im Kühlmedium . Herkömmlicherweise werden solche Pumpen zur Batteriekühlung mit radialem Flügelrad ausgeführt. Aufgrund eines ungünstigen Verhältnisses von Volumenstrom und
Druckerhöhung ergibt sich ein eher schlechter hydraulisch mechanischer Wirkungsgrad . Gerade bei der Kühlung von Batteriepacks eines Elektroautos ist es aber wichtig, einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, um die Reichweite des batteriebetriebenen Kraftfahrzeugs zu erhöhen .
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektrische
Kühlmittelpumpe zur Kühlung von Batteriepacks eines batteriebetriebenen Kraftfahrzeuges anzugeben, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird von einer elektrischen Kühlmittelpumpe zur Kühlung von Batteriepacks eines batteriebetriebenen Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung genannt.
Demnach ist eine elektrische Kühlmittelpumpe zur Kühlung von Batteriepacks eines batteriebetriebenen Kraftfahrzeuges aufweisend einen Elektromotor mit einer Welle vorgesehen, wobei die elektrische Kühlmittelpumpe eine
Schraubenspindelpumpe mit einer Antriebsspindel und wenigstens einer Nebenläuferspindel aufweist, und wobei die Antriebsspindel mit der Welle des Elektromotors drehfest verbunden ist.
Die elektrisch angetriebene Schraubenspindelpumpe weist einen sehr guten Wirkungsgrad auf und erhöht somit die Effizienz der Kühlung und indirekt die Reichweite des batteriebetriebenen Kraftfahrzeuges. Das batteriebetriebene Kraftfahrzeug kann ganz allgemein ein reines Elektrofahrzeug oder ein
Hybridfahrzeug sein.
Vorzugsweise ist der Elektromotor ein Trockenläufer, wodurch der
Wirkungsgrad weiter gesteigert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor in einem
Motorgehäuse angeordnet und die Schraubenspindelpumpe in einem
Pumpengehäuse, wobei das Motorgehäuse mit dem Pumpengehäuse verbunden ist, und wobei die Welle des Elektromotors mittels einer Dichtung gegen aus dem Pumpengehäuse eindringender Flüssigkeit abgedichtet ist. Das Pumpengehäuse ist vorzugsweise an dem Motorgehäuse angeflanscht.
Die Welle des Elektromotors ist bevorzugt mit einer Dichtscheibe und einer Hauptdichtung in dem Motorgehäuse abgedichtet. Die Dichtscheibe sitzt dabei von der Antriebsspindel ausgehend vor der Hauptdichtung. Die Hauptdichtung umfasst bevorzugt eine Zweilippendichtung. Zwischen Dichtscheibe und Hauptdichtung ist ein Raum gebildet, der über eine Verbindungsbohrung zum Ansaugbereich druckentlastet ist. Die Hauptdichtung wird auf diese Weise nur mit einem niedrigen Ansaugdruck beaufschlagt und nicht mit dem höheren Förderdruck. Hinter der Hauptdichtung ist bevorzugt ein Leckageraum vorgesehen. Dieser wird von einer weiteren Dichtung begrenzt, die zum Schutz des zur Lagerung der Welle vorgesehenen Lagers angeordnet ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Lager um ein Kompaktlager, in dem die Dichtung bereits integriert ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine einzige Nebenläuferspindel vorgesehen.
Der Elektromotor ist vorteilhafterweise ein Innenläufer, der einen Rotor und einen Stator aufweist, wobei der Stator bevorzugt Elektromagneten und der Rotor bevorzugt Permanentmagnete aufweist.
Weiterhin ist ein Batteriepack eines batteriebetriebenen Kraftfahrzeuges mit wenigstens einer Kühleinrichtung zur Kühlung der Batteriepacks, die eine zuvor beschriebene elektrische Kühlmittelpumpe aufweist, vorgesehen.
Ein solches Batteriepack wird bevorzugt in batteriebetriebenen
Kraftfahrzeugen eingesetzt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind dabei figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen :
Fig. 1 : eine räumliche Ansicht einer elektrischen Kühlmittelpumpe,
Fig. 2: eine Draufsicht auf die elektrische Kühlmittelpumpe der Figur 1,
Fig. 3: einen Längsschnitt durch die elektrische Kühlmittelpumpe der
Figur 2 entlang der Linie A-A,
Fig. 4: einen Längsschnitt durch die elektrische Kühlmittelpumpe der
Figur 2 entlang der Linie B-B, sowie
Fig. 5: einen Längsschnitt durch die elektrische Kühlmittelpumpe der
Figur 2 entlang der Linie C-C.
Die Figuren 1 bis 5 zeigen eine elektrische Kühlmittelpumpe 1, die als Schraubenspindelpumpe 2 ausgeformt ist. Die Schraubenspindelpumpe 2 ist von einem Pumpengehäuse 3 umgeben. In dem Pumpengehäuse 3 sind eine Antriebsspindel 4 und eine Nebenläuferspindel 5 angeordnet. Die Schraubenspindelpumpe 2 ist eine so genannte Verdrängerpumpe, bei der die Form der rotierenden Verdränger der einer Spindelschraube ähnelt. Die
Antriebsspindel 4 und die Nebenläuferspindel 5 sind mit einer regelmäßigen, gewindeförmigen Profilierung ausgebildet und greifen zahnradartig ineinander.
Die Hohlräume 6, die durch das Pumpengehäuse 3, die Antriebsspindel 4 und die Nebenläuferspindel 5 gebildet werden, bilden die Förderräume für das geförderte Medium, bevorzugt Kühlmittelflüssigkeit. Das geförderte Medium strömt in Strömungsrichtung SRI durch einen Einlasskanal 7 in das
Pumpengehäuse 3 ein und wird in Förderrichtung FR parallel zur Drehachse beziehungsweise Längsachse 100 der Antriebsspindel 4 durch das
Pumpengehäuse 3 transportiert. Bei der Drehung der Schraubenspindeln 4,5 wandern die Förderräume in Förderrichtung FR und fördern somit das Medium von der Saugseite (= Einlasskanal) zur Druckseite (= Auslasskanal). Das Medium verlässt das Pumpengehäuse 2 über den Auslasskanal 8, der radial nach außen zur Längsachse der Antriebsspindel 100 ausgerichtet ist.
Die Antriebsspindel 4 ist in dem Pumpengehäuse 3 hydraulisch gelagert. Die Antriebsspindel 4 ist mittels einer Kupplung 9 mit einer Welle 10 eines
Elektromotors 11 drehfest gekoppelt. Bei dem Elektromotor 11 handelt es sich um einen Trockenläufer. Der Elektromotor 11 ist von einem Motorgehäuse 12 umgeben, dass mit dem Pumpengehäuse fest verbunden ist. Die Welle 10 des Elektromotors ist mit einer Dichtscheibe 14 und einer Hauptdichtung 13 in dem Motorgehäuse 12 abgedichtet. Die Dichtscheibe 14 sitzt von der
Antriebsspindel 4 ausgehend vor der Hauptdichtung 13. Die Hauptdichtung 13 umfasst bevorzugt eine Zweilippendichtung. Zwischen Dichtscheibe 14 und Hauptdichtung 13 ist ein Raum gebildet, der über eine Verbindungsbohrung zum Ansaugbereich druckentlastet ist. Die Hauptdichtung 13 wird auf diese Weise nur mit einem niedrigen Ansaugdruck beaufschlagt und nicht mit dem höheren Förderdruck. Hinter der Hauptdichtung 13 ist ein Leckageraum 20 vorgesehen. Dieser wird von einer weiteren Dichtung 21 begrenzt, die zum Schutz des zur Lagerung der Welle vorgesehenen Lagers 22 angeordnet ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Lager 22 um ein Kompaktlager, in dem die Dichtung 21 bereits integriert ist. Die Antriebsspindel 4 wird von dem Elektromotor 11 zur Drehung um die Längsachse 100 angetrieben. Der Elektromotor 11 weist einen mit der Welle 10 drehfest verbundenen Rotor 15, und einen den Rotor 15 umgebenden Stator 19 auf. Der Rotor 15 weist einen Rotorkern und darum herum
angeordnete Permanentmagnete 16 auf. Der Stator 19 enthält eine Anzahl von Elektromagneten, die im Allgemeinen von einem Eisenkern 17 und einer Wicklung 18 gebildet werden. Eine geeignete Bestromung der Wicklungen des Stators 18 erzeugt ein drehendes Feld, das entsprechend ein Drehmoment in dem Rotor 15 erzeugt und somit mittels der Welle 10 die Antriebsspindel 4 antreibt.
Die elektrische Kühlmittelpumpe 1 weist eine sehr hohe Effizienz und
Akustikvorteile durch eine pulsationsfreie Förderung des Fördermediums und der bevorzugten Verwendung eines hochpoligen Elektromotors mit geringeren Drehmomentrippein für elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge auf. Dadurch, dass der Elektromotor lediglich in Luft rotiert, entfällt die viskose
Flüssigkeitsreibung eines Nassläufers und der Luftspalt zwischen Stator und Rotor kann verringert werden. Die Schraubenspindelpumpe weist einen sehr guten Wirkungsgrad von 85-90% auf, wodurch ein sehr hoher
Gesamtwirkungsgrad entsteht. Da weniger Energie beim Kühlen der
Batteriepacks benötigt wird, kann das Bordnetz des Kraftfahrzeuges entlastet und die Reichweite des Kraftfahrzeugs bei Elektrobetrieb verlängert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Kühlmittelpumpe (1) zur Kühlung von Batteriepacks eines batteriebetriebenen Kraftfahrzeuges aufweisend einen Elektromotor (11) mit einer Welle (10), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kühlmittelpumpe (1) eine Schraubenspindelpumpe (2) mit einer
Antriebsspindel (4) und wenigstens einer Nebenläuferspindel (5) aufweist, wobei die Antriebsspindel (4) mit der Welle des Elektromotors (10) drehfest verbunden ist.
2. Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Elektromotor (11) ein Trockenläufer ist.
3. Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Elektromotor (11) in einem Motorgehäuse (12) angeordnet ist und die Schraubenspindelpumpe (2) in einem
Pumpen-gehäuse (3), wobei das Motorgehäuse (12) mit dem
Pumpengehäuse (12) verbunden ist, und wobei die Welle des
Elektromotors (10) mittels einer Dichtung (21,13,14) gegen aus dem Pumpengehäuse (3) eindringender Flüssigkeit abgedichtet ist.
4. Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dichtung eine Lippendichtung (13) und eine Dichtscheibe (14) aufweist.
5. Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dichtung (21,13,14) im Motorgehäuse (12) angeordnet ist.
6. Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Nebenläuferspindel (5) vorgesehen ist.
7. Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (11) ein Innenläufer ist und einen Rotor (15) und einen Stator (19) aufweist.
8. Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der Stator (19) Elektromagneten (17,18) und der Rotor (15) Permanentmagnete (16) aufweist.
9. Batteriepack eines batteriebetriebenen Kraftfahrzeuges mit wenigstens einer Kühleinrichtung zur Kühlung der Batteriepacks, die eine elektrische Kühlmittelpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
10. Batteriebetriebenes Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Batteriepack nach Anspruch 9.
11. Elektrische Kühlmittelpumpe (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 8 zur Verwendung in einem batteriebetriebenen
Kraftfahrzeug zur Kühlung von Batteriepacks des Kraftfahrzeugantriebs.
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