专利名称：气冷电机及新能源汽车电池加热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及新能源汽车热管理系统，尤其是电机气冷散热方式及新能源汽车电池的加热方式。
背景技术：
油电混合动力汽车与电动汽车由于其优于传统汽车的高经济性和低排放，被列为新能源汽车的行业，并得到广泛关注。油电混合动力汽车一般由发动机、电动机、动力电池或者超级电容以及控制系统组成，其特点是由电动机作为发动机的辅助动力驱动汽车，其能量转换器为发动机和电动机，能量储存系统为油箱和动力电池；而电动汽车(或者叫做纯电动汽车)则是由动力电池给电动机提供能量，由电动机独立驱动车辆。经过十几年的发展，混合动力系统已经相当成熟，但是仍然存在很大改进的空间。混合动力汽车和电动汽车所用的电机在工作时会产生大量的热量，特别是大功率电机，需要及时散热，否则会严重影响电机的工作效率。目前电机的散热主要有风冷，水冷和油冷。一般的风冷电机利用电机转子末端的叶片，在转子转动过程中对电机壳内的空气产生扰动气流，进而对电机内部进行散热。用于车辆的电机对密封性要求较高以适应雨雪天气等工况，所以电机的壳体是封闭的，风冷散热的电机大多只能通过对壳体材料进行设计以提高散热效率。油冷和水冷电机虽然散热性较好，但是需要特别设计冷却管道，而且由于液体的加入，也会使电机质量增加，给制造和维修造成不便。另一方面，混合动力车辆和电动车辆所使用的锂离子电池一般平均运作温度为-20 60 °C，正常运行的最适宜温度为30 °C左右。这样就导致车辆在严寒气候条件下启动时，电池包产生的能量大部分会用来发热而不是产生车辆运行的电流。如果在低温下行驶会导致电池包中电流不稳定，同时还会影响电池的寿命。为了保证电池正常有效运行，必须在低温下对电池包加热，使电池温度组温度均匀分布，控制在25 35°C，使其性能和寿命达到最佳状态。目前对电池组进行加热的方法主要有利用相变材料生热对电池组加热、采用液体作为传热介质加热以及使用加热板或电热膜包覆的方法。但是上述方式都不是最理想的加热方式，原因在于:(I)利用相变材料加热的方法研发制造成本过高，不利于大范围推广应用；(2)液体作为传热介质时，对传热通道密封性要求极高，否则造成泄露引发危险；其结构复杂且液体的重量较大，造成维修和保养困难；(3)加热板加热、发热线缠绕加热、电热膜包覆加热等，能量损失大，不利于电池壳体的绝缘。
发明内容
本发明提供一种气冷电机，包括电机轴、转子、定子、定子绕组、机壳、前端盖、后端盖、转子支架，所述电机轴、机壳、前端盖、后端盖形成密闭空间，电机定子、定子绕组、转子设置其中，所述转子支架沿轴向带有镂空孔，其特征在于，所述机壳上设置有出风口和进风口，所述出风口和所述进风口连通至所述定子绕组端部与前后端盖形成的腔室，所述出风口与所述进风口在机壳外部通过管道连通，所述管道上设置有散热部。作为本发明的一种优选方案，所述转子一端设置有叶片，所述出风口设置于靠近所述叶片一侧机壳上，所述进风口设置于远离所述叶片一侧机壳上。所述管道上可以设置有风机，用于增加管道内空气流动。 所述管道上可以设置有阀门，开通或阻断管道内空气流动。本发明还提供一种新能源汽车电池加热装置，包括动力电池组、电池管理系统、电动机、电动机控制器，所述动力电池组外部设置有电池厢，其特征在于，所述电机是上述的气冷电机，所述电池厢设置于所述散热部。所述电池厢设置有加热进气孔和加热出气孔，所述气冷电机的出风口与所述电池厢的加热进气孔通过进风管道相连通；所述气冷电机的进风口与所述电池厢的加热出气孔通过出风管道相连通。所述进风管道上设置有保温装置，以保持管道内的热量，用于电池加热。所述风机设置于所述电池厢内部，所述阀门设置于所述电池厢内部。本发明的有益效果在于:1.散热装置结构简单，用对电机内产生的热空气进行冷却的方式进行电机冷却，克服了液体冷却方式中电机质量增大，系统结构复杂的问题；2.使用空气作为传热媒介对电池进行加热，结构简单成本低廉，较液体作为传热介质的方式安全系数高，生产制造工艺上更易实现；3.回收电机冷却废热进行电池加热，实现了系统能量的有效回收利用，降低整个车辆系统的制造和维护成本，更加节能。
图1是本发明所涉及的气冷电机的剖面结构示意图；图2是本发明所涉及的新能源汽车加热装置所涉及的剖面结构示意图；I是电机转子轴，2是定子，3是转子，4是定子绕组，5是叶片，6是电机壳，7是进风口，8是出风口，9是出风管道，10是动力电池组，11是电池厢，12是加热进气孔，13是加热出气孔，14是进风管道，15是风机，16是阀门，20是加热部，21是转子支架，22是前端盖，23是后端盖。
具体实施例方式下面结构附图1对本发明的气冷电动机及其工作方式进一步详细说明。附图仅表示为实现本发明目的所采取的技术方案的最佳实施例之一，本发明所涉及的技术方案可能会有相类似的若干表现形式，并不唯一地以附图为准。如图1所示，本发明中的气冷电机在机壳6上设置有进风口 7和出风口 8，进风口7和出风口 8的位置不仅限于图上所示位置，可以根据实际情况，在机壳6上靠近前后端盖的一侧设置进风口 7，另一侧设置出风口 8。进风口 7与出风口 8之间在电机外部通过连通管道连通，所连通管道上设置有散热部20。进风口 7与出风口 8分别连通至端盖与定子绕组4、转子3、转子支架21之间的空腔内。电机工作时，由于定子绕组4的发热产生的热量可以使绕组周围的空气达到上百度的高温，转子3的转动使电机内空气产生扰动，使高温空气通过出风口 8进入连通管道，在散热部20散热后冷却的空气通过进风口 7回到电机内部，达到电机散热的效果。电机与连通管道、散热部20形成封闭的循环回路，可以保证气流通畅，并且满足电机密封性的要求。作为一种优选的方式,气冷电机的转子3末端设置叶片5,此时,进风口 7和出风口 8的位置取决于电动机转子3上的叶片5的位置。具体地讲，当叶片5处于电机后端盖23 一侧时，即图1所示的位置，出风口 8位于电机后端盖23 —侧机壳上，连通至电机后端盖23与定子绕组4、转子3、转子支架21所形成的空腔内，进风口 7位于电机前端盖22 —侧机壳上，连通至电机前端盖22与定子绕组4、转子3、转子支架21所形成的空腔内；当叶片5处于电机前端盖22 —侧时，出风口 8设置于电机前端盖22 —侧的机壳6上,连通至前端盖22与定子绕组4、转子3、转子支架21所形成的空腔内，进风口 7设置于电机后端盖23一侧机壳6上，连通至后端盖23与定子绕组4、转子3、转子支架21所形成的空腔内。叶片5的作用在于，转子3转动时通过叶片5扰动电机壳6内气流，使电机前后端盖与转子3、定子绕组4形成的空间内产生压强差，空气通过转子支架21缕空孔流动，在电机内部形成气流。一方面，电机中带有转子叶片5的一端形成相对高压，高温空气通过出风口 8被推入连通管道内，在散热部20进行散热；另一方面，电机转子无叶片的一端由于空气的流动形成相对低压，经散热部20冷却后的空气通过连通管道被吸入电机内部，从而形成空气的循环，加强散热效果，如图1中箭头所示。为了加强散热效果，可以在连通管道上安装风机15，使电机内空气流动更快，进一步加强散热效果。另外，在连通管道上安装阀门16，通过控制装置控制阀门16的打开或者闭合，从而控制空气是否流动，可以增加散热装置的操控灵活性。本发明中所述的设置于连通管道上的散热部20，是指设置的用于降低管道内空气温度的机构，如风扇、冷媒或者管道本身的特殊设计以及其它可以起到类似效果的机构。可以是设置于整个连通管道上的上述机构，也可以设置在整个管道中的其中一段。本发明中所述的进风口 7和出风口 8，可以是一个或多个，但是至少存在一个出风口和一个进风口。当进风口和出风口是多个时可以有多条连通管道。除此之外，本说明书中还将介绍一种利用电机气热对电池组进行加热的装置，用动力电池组作为上面所提到的散热部。下面结合附图2对这一装置进行说明。动力电池组10外设置有电池厢11，所述电池厢11上开设有加热进气孔12和加热出气孔13，所述的连通管道分为进风管道14和出风管道9两部分，其中设置于电机机壳6上的出风口与设置于电池厢上的加热进气12孔之间设置出风管道，设置于电机机壳上的进风口 8与设置于电池厢11上的加热出气孔13之间设置有进风管道。为了达到本发明的给电池加热的目的，在所述的出风管道9上设置有保温装置，以保持从电机腔内排出的气体的热量。出风管道9上还可以设置风机15，以增加气流的速度，加强电池加热效率。阀门16的设置可以根据需要决定是否对电池加热，比如电池温度较低，需要对电池加热时，应将阀门16打开；电池温度适宜或较高，不需要对电池加热时，可以将阀门16关闭。从电机内部排出的热气通过出风管道9进入电池厢，由于电池组10在连结时各电池单元间留有一定的空隙，故热空气可以从各电池单元间的空隙进入电池组，对电池组进行均匀加热，比使用液体容器加热以及相变材料更加经济和高效。当然，本发明也可以使用均匀的由热导材料制作的管道布置于各电池单元之间，或者布置于电池厢内，热空气流过管道，从而加热电池单元，但是这种方式比热空气直接接触电池单元效率偏低。经过与电池热量交换，冷却后的空气通过进风管道回到电机内部，形成循环，在冷却电机的同时，加热电池，使能量利用效率更高。
权利要求
1.一种气冷电机，包括电机轴、转子、定子、定子绕组、机壳、前端盖、后端盖、转子支架，所述电机轴、机壳、前端盖、后端盖形成密闭空间，电机定子、定子绕组、转子设置其中，所述转子支架沿轴向带有镂空孔，其特征在于，所述机壳上设置有出风口和进风口，所述出风口和所述进风口连通至所述定子绕组端部与前后端盖形成的腔室，所述出风口与所述进风口在机壳外部通过管道连通，所述管道上设置有散热部。
2.根据权利要求1所述的气冷电机，其特征在于，所述转子一端设置有叶片，所述出风口设置于靠近所述叶片一侧机壳上，所述进风口设置于远离所述叶片一侧机壳上。
3.根据权利要求1所述的气冷电机，其特征在于，所述管道上设置有风机，用于增加管道内空气流动。
4.根据权利要求1所述的气冷电机，其特征在于，所述管道上设置有阀门，开通或阻断管道内空气流动。
5.一种新能源汽车电池加热装置，包括动力电池组、电池管理系统、电动机、电动机控制器，所述动力电池组外部设置有电池厢，其特征在于，所述电机是如权利要求1-4任意一项所述的气冷电机，所述电池厢设置于所述散热部。
6.根据权利要求5所述的新能源汽车电池加热装置，其特征在于，所述电池厢设置有加热进气孔和加热出气孔，所述气冷电机的出风口与所述电池厢的加热进气孔通过进风管道相连通；所述气冷电机的进风口与所述电池厢的加热出气孔通过出风管道相连通。
7.根据权利要求6所述的新能源汽车电池加热装置，其特征在于，所述进风管道上设置有保温装置。
8.根据权利要求5所述的新能源汽车电池加热装置，其特征在于，所述风机设置于所述电池厢内部。
9.根据权利要求5所述的新能 源汽车电池加热装置，其特征在于，所述阀门设置于所述电池厢内部。
全文摘要
本发明涉及一种气冷电机以及利用该电机余热给电池加热的装置。气冷电机包括电机轴、转子、定子、定子绕组、机壳、前后端盖、转子支架，所述电机轴、机壳、前端盖、后端盖形成密闭空间，电机定子、定子绕组、转子设置其中，所述转子支架沿轴向带有镂空孔，其特征在于，所述机壳上设置有出风口和进风口，所述出风口和所述进风口连通至所述定子绕组端部与前后端盖形成的腔室，所述出风口与所述进风口在机壳外部通过管道连通，所述管道上设置有散热部。一种新能源汽车电池加热装置，动力电池组外部设置有电池厢，电池厢设置于所述散热部。回收电机冷却废热进行电池加热，实现了系统能量的有效回收利用，降低整个车辆系统的制造和维护成本，更加节能。
文档编号H01M10/50GK103219831SQ201310093179
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者王润鑫, 赵建虎, 于金良 申请人:天津市松正电动汽车技术股份有限公司