FEIGE. 2 zeigt Komponenten eines Antriebsmotors und eines Batteriewärmemanagementsystems, sowohl konstruiert als auch in Betrieb.

Während des Betriebs können Elektromotoren erhebliche Wärmemengen erzeugen, insbesondere durch den Fahrmotor eines Fahrzeugs, bei dem Größen- und Gewichtsbeschränkungen mit der Notwendigkeit einer hohen Leistungsabgabe verbunden sind. Durch Überhitzung des Elektromotors verschlechtert sich die Isolation der Motorwicklung schnell. Ein weiteres Problem, das durch Überhitzung verursacht wird, besteht darin, dass Permanentmagnete im Rotor ihre magnetischen Eigenschaften verlieren, wenn sie überhitzen, was zu einem Wirkungsgradverlust führt.

Deshalb ist es wichtig, sowohl die internen als auch die äußeren Motorkomponenten zu kühlen. Das Kühlsystem des Elektromotors muss bei großen Schwankungen der Betriebsumgebung effizient arbeiten, da der Elektromotor einem weiten Bereich von Umgebungstemperaturen, Luftfeuchtigkeit und / oder Staub- / Schmutzwerten ausgesetzt sein kann.

Tesla verfolgte verschiedene Ansätze, um die Kühlanforderungen zu erfüllen, die in seinen früheren patentierten Erfindungen an den Elektromotor eines Fahrzeugs gestellt wurden. Diese früheren Lösungen hatten jedoch eine Reihe von Mängeln. Sie konnten die unterschiedlichen Wärmeerzeugungsorte entlang der Länge des Rotors nicht berücksichtigen. Im mittleren Teil des Rotors wird im Vergleich zu den End- oder distalen Teilen des Rotors tendenziell mehr Wärme erzeugt.

Ein weiteres Problem beim Betrieb von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen besteht darin, dass die Batterien bei niedrigen Temperaturen nicht effizient arbeiten.

Deshalb hat Tesla das System verbessert und ein Patent angemeldet "Elektromotor-Abwärmemodus zum Erhitzen der Batterie"

Gespeichert: 9. März 2020
Veröffentlicht: 5. November 2020


FEIGE. 3 zeigt Komponenten eines Antriebsmotors und einen Teil der Komponenten eines Wärmemanagementsystems eines Antriebsmotors gemäß einer offenbarten Ausführungsform.

In einem Abwärmemodus versorgt die Elektronik des Antriebsmotors den Stator mit Strom, ohne eine Drehung des Rotors zu verursachen. Ferner füllt im Abwärmemodus die Fluidpumpe des Antriebsmotors den hohlen zylindrischen Körper zumindest teilweise mit dem Fluid, um das Fluid aus dem hohlen zylindrischen Körper über die Fluidaustrittsöffnungen zu zwingen, auf die Statorendwicklungen zu sprühen und Wärme zu extrahieren von den Statorendwicklungen. Weiterhin zirkuliert die Fluidpumpe des Antriebsmotors das Fluid zu einem Wärmetauscher zum Erhitzen einer Batterie.

Mit dem Elektromotor der vorliegenden Offenbarung wird ein Fluid durch die Endwicklungen des Stators erwärmt, während der Rotor stationär ist und die aufgenommene Wärme zum Erhitzen der Batterie verwendet wird. Somit ist keine separate Batterieheizstruktur erforderlich, was die Komplexität und die Kosten einer Maschine verringert, die von dem Elektromotor und der Batterie gewartet wird.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors das Antreiben eines Stators des Elektromotors zum Erhitzen von Endwicklungen des Stators, ohne oder ohne dass sich ein Rotor des Elektromotors dreht. Dabei wird am Stator Wärme induziert. Das Verfahren umfasst ferner das Pumpen von Fluid in einen hohlen zylindrischen Körper des Rotors über ein Fluidzufuhrrohr und aus dem hohlen zylindrischen Körper des Rotors über mehrere Fluidaustrittsöffnungen. Das Fluid kann auf den Außendurchmesser der Endringe gerichtet sein. Ein Teil der Flüssigkeit kann auch auf oder durch den Stator fließen (Kanalkühlung).

Die Kombination von einer oder mehreren der Statorkühlung und Rotorkühlung bietet Vorteile beim Sammeln von Abwärme in einem Abwärmemodus, der zum Heizen einer Batterie, einer Kabine und / oder anderer Komponenten des Fahrzeugs verwendet werden kann. Das Verfahren kann dann das Pumpen des erhitzten Fluids zu einem Wärmetauscher zur späteren Verwendung beim Erhitzen der Batterie oder der Kabine umfassen.

Das Verfahren dient dazu, Flüssigkeit durch die Statorendwicklungen zu erwärmen und die erhitzte Flüssigkeit zum Erhitzen einer Batterie zu verwenden. Mit dem Flüssigkeitsstrom dieser Methode unterstützt ein einziger Vorgang die Batterieheizung. Somit ist ein separates Batterieheizverfahren nicht erforderlich.

Diese Erfindung löst eine Reihe wichtiger Probleme bei der Verwendung eines Tesla-Fahrzeugs, einschließlich einer signifikanten Steigerung der Effizienz und einer Verringerung der Komplexität und der Kosten der Maschine, die von einem Elektromotor und einer Batterie angetrieben wird.

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