DE102021105750A1 - Thermal management system for a motor vehicle with a temperature control system and a separate transfer system - Google Patents

Thermal management system for a motor vehicle with a temperature control system and a separate transfer system Download PDF

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Markus Meier
Ralf Lüders
Felix Ehrhardt
Andreas Krause
Heino Schiller
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Volkswagen AG
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Abstract

Ein Thermomanagementsystem eines Kraftfahrzeugs 1 umfasst ein Temperiersystem 3, in das eine Mehrzahl von zu temperierenden Funktionskomponenten 2, ein Umgebungswärmetauscher 5 und ein Heizungswärmetauscher 4, durch den Luft 21, die einem Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 zugeführt werden soll, temperierbar ist, integriert sind. Jede der Funktionskomponenten 2 und der Heizungswärmetauscher sind mittels eines Verteilsystems wechselweise mit sowohl einem ersten Verbindungswärmetauscher 6 als auch einem zweiten Verbindungswärmetauscher 7 zur Ausbildung von Temperierkreisen, in denen jeweils ein Temperierfluid förderbar ist, verbindbar, wobei der Umgebungswärmetauscher 5 zumindest in einen den ersten Verbindungwärmetauscher 6 umfassenden Temperierkreis integrierbar ist. Weiterhin umfasst das Thermomanagementsystem ein von dem Temperiersystem 3 fluidisch getrenntes Transfersystem 15, das in zumindest einem Transferkreislauf den ersten Verbindungswärmetauscher 6 und den zweiten Verbindungwärmetauscher 7 integriert. Das Thermomanagementsystem ermöglicht eine vorteilhafte Temperierung der Funktionskomponenten 2 sowie des Innenraums des Kraftfahrzeugs 1, was durch die vorgesehene Verschaltung zwischen einerseits dem Temperiersystem 3 und andererseits dem Transfersystem 15 über die zwei Verbindungswärmetauscher 6, 7, die diese Systeme wärmetechnisch koppeln, gewährleistet ist.A thermal management system of a motor vehicle 1 comprises a temperature control system 3, in which a plurality of functional components 2 to be temperature-controlled, an ambient heat exchanger 5 and a heating system heat exchanger 4, through which air 21, which is to be supplied to an interior of the motor vehicle 1, can be temperature-controlled, are integrated. Each of the functional components 2 and the heating heat exchanger can be connected alternately by means of a distribution system to both a first connection heat exchanger 6 and a second connection heat exchanger 7 to form temperature control circuits, in each of which a temperature control fluid can be conveyed, with the ambient heat exchanger 5 being connected at least to the first connection heat exchanger 6 comprehensive temperature control circuit can be integrated. The thermal management system also includes a transfer system 15 which is fluidically separate from the temperature control system 3 and which integrates the first connection heat exchanger 6 and the second connection heat exchanger 7 in at least one transfer circuit. The thermal management system enables an advantageous temperature control of the functional components 2 and the interior of the motor vehicle 1, which is ensured by the connection provided between the temperature control system 3 on the one hand and the transfer system 15 on the other via the two connection heat exchangers 6, 7, which thermally couple these systems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, d.h. ein ausschließlich mittels mindestens eines elektrischen Traktionsmotors antreibbares Kraftfahrzeug. Konkret betrifft die Erfindung ein Thermomanagementsystem eines solchen Kraftfahrzeugs, mittels dessen einerseits eine Temperierung, d.h. bedarfsweise eine Kühlung oder Erwärmung, von Funktionskomponenten und andererseits eine Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs möglich ist.The invention relates to a motor vehicle, in particular an electric vehicle, i.e. a motor vehicle that can be driven exclusively by means of at least one electric traction motor. Specifically, the invention relates to a thermal management system of such a motor vehicle, by means of which on the one hand temperature control, i.e. cooling or heating if necessary, of functional components and on the other hand temperature control of an interior of the motor vehicle is possible.

Ein besonderer Fokus bei der Ausgestaltung eines Thermomanagementsystems für ein Elektrofahrzeug liegt darin, den Verbrauch an elektrischer Energie für die Temperierung sowohl der Funktionskomponenten als auch des Innenraums möglichst gering zu halten, was u.a. dadurch erreicht werden kann, dass möglichst viel von der bei der Temperierung an einer Stelle anfallenden Abwärme für eine Temperierung an anderer Stelle genutzt wird, so dass in diesem Umfang auf eine aktive, insbesondere elektrische Erzeugung von Wärmeenergie verzichtet werden kann. Bekannt ist, ein Klimaanlagensystem, mittels dessen eine Kühlung insbesondere des Innenraums durchgeführt werden kann, bedarfsweise als Wärmepumpe zu nutzen, um anfallende Abwärme für eine Temperierung an anderer Stelle zu nutzen.A special focus when designing a thermal management system for an electric vehicle is to keep the consumption of electrical energy for the temperature control of both the functional components and the interior as low as possible, which can be achieved, among other things, by using as much as possible of the temperature control Waste heat generated at one point is used for temperature control at another point, so that active, in particular electrical, generation of thermal energy can be dispensed with to this extent. It is known to use an air conditioning system, by means of which cooling of the interior in particular, as a heat pump, if necessary, in order to use the waste heat produced for temperature control elsewhere.

Ein Klimaanlagensystem für ein elektrisches Kraftfahrzeug, das auch eine Wärmepumpenfunktionalität aufweist, ist in der US 2019/0092121 A1 offenbart.An air conditioning system for an electric vehicle, which also has a heat pump functionality is in U.S. 2019/0092121 A1 disclosed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermomanagementsystem für ein Kraftfahrzeug und insbesondere ein Elektrofahrzeug anzugeben, das eine vorteilhafte Temperierung sowohl von Funktionskomponenten als auch eines Innenraums des Kraftfahrzeugs ermöglicht.The invention is based on the object of specifying a thermal management system for a motor vehicle and in particular an electric vehicle that enables advantageous temperature control both of functional components and of an interior of the motor vehicle.

Diese Aufgabe ist bei einem Kraftfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Kraftfahrzeugs sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is achieved in a motor vehicle according to claim 1. Advantageous embodiments of the motor vehicle are the subject matter of the further patent claims and result from the following description of the invention.

Erfindungsgemäß ist ein Kraftfahrzeug mit einem Thermomanagementsystem vorgesehen, wobei das Thermomanagementsystem einerseits ein Temperiersystem umfasst, in das zumindest eine Mehrzahl von zu temperierenden Funktionskomponenten, ein Umgebungswärmetauscher und ein (erster) Heizungswärmetauscher, durch den Luft, die einem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführt werden soll, temperierbar ist, integriert sind. Die Funktionskomponenten sind dabei vorzugsweise zumindest zwei aus einer Gruppe, die folgende Funktionskomponenten umfasst:

  • - einen elektrischen Traktionsmotor, d.h. einen Elektromotor, mittels dessen zumindest ein Teil und zumindest zeitweise, gegebenenfalls (stets) die gesamte Antriebsleistung für das Fahren des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird;
  • - eine Leistungselektronik, insbesondere zur Ansteuerung des Traktionsmotors; diese kann insbesondere einen Pulswechselrichter umfassen;
  • - eine Traktionsenergiequelle, d.h. eine Energiequelle für elektrische Energie, die dem Traktionsmotor für den Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt wird; die Traktionsenergiequelle kann dabei insbesondere eine Speichervorrichtung für elektrische Energie (Traktionsbatterie) oder ein beliebiger Generator für elektrische Energie, beispielsweise eine Brennstoffzelle, sein;
  • - ein Ladegerät, insbesondere ein Ladegerät für eine als Traktionsbatterie ausgestaltete Traktionsenergiequelle, wobei das Ladegerät insbesondere auch eine Schnittstelle für einen Anschluss an eine externe, d.h. außerhalb des Kraftfahrzeugs gelegene Energiequelle aufweisen kann; und
  • - eine Thermomanagementsystemsteuerung, d.h. eine Steuerungsvorrichtung, durch die zumindest ein Verteilsystem des Thermomanagementsystems ansteuerbar ist; dabei kann die Thermomanagementsystemsteuerung in eine zentrale Steuerungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs (funktional) integriert sein.
According to the invention, a motor vehicle is provided with a thermal management system, with the thermal management system comprising a temperature control system, in which at least a plurality of functional components to be temperature-controlled, an ambient heat exchanger and a (first) heating heat exchanger, through which air that is to be supplied to an interior of the motor vehicle, can be temperature-controlled is, are integrated. The functional components are preferably at least two from a group that includes the following functional components:
  • - An electric traction motor, ie an electric motor, by means of which at least part and at least temporarily, optionally (always) the entire drive power for driving the motor vehicle is provided;
  • - Power electronics, in particular for controlling the traction motor; this can in particular include a pulse-controlled inverter;
  • - A traction energy source, ie an energy source for electrical energy, which is provided to the traction motor for driving the motor vehicle; the traction energy source can in particular be a storage device for electrical energy (traction battery) or any generator for electrical energy, for example a fuel cell;
  • a charger, in particular a charger for a traction energy source configured as a traction battery, the charger also being able to have an interface for connection to an external energy source, ie an energy source located outside the motor vehicle; and
  • - A thermal management system controller, ie a control device by which at least one distribution system of the thermal management system can be controlled; The thermal management system control can be (functionally) integrated into a central control device of the motor vehicle.

Vorgesehen ist, dass jede der Funktionskomponenten und der Heizungswärmetauscher mittels des Verteilsystems des Thermomanagementsystems wechselweise (d.h. mit entweder dem einen oder dem anderen) mit sowohl einem ersten Verbindungswärmetauscher (beziehungsweise einer ersten Wärmetauschseite davon) als auch einem zweiten Verbindungswärmetauscher (beziehungsweise einer ersten Wärmetauschseite davon) zur Ausbildung von Temperierkreisen, in denen jeweils ein Temperierfluid mittels einer oder mehrerer Temperierfluidfördervorrichtungen im Kreislauf förderbar ist, verbindbar sind, wobei der Umgebungswärmetauscher zumindest in einen den ersten Verbindungwärmetauscher umfassenden Temperierkreis integriert oder integrierbar ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das den oder die entsprechenden (d.h. den ersten Verbindungwärmetauscher und den Umgebungswärmetauscher umfassenden) Temperierkreis(e) durchströmende Temperierfluid zumindest zeitweise, gegebenenfalls immerzu Kühlungszwecken (d.h. für eine Kühlung des Temperierfluids) durch den Umgebungswärmetauscher geführt wird.It is envisaged that each of the functional components and the heating heat exchanger can be connected alternately (i.e. with either one or the other) to both a first connection heat exchanger (or a first heat exchange side thereof) and a second connection heat exchanger (or a first heat exchange side thereof) by means of the distribution system of the thermal management system. to form temperature control circuits, in each of which a temperature control fluid can be circulated by means of one or more temperature control fluid conveying devices, wherein the ambient heat exchanger is integrated or can be integrated into at least one temperature control circuit comprising the first connection heat exchanger. Provision can be made for the temperature control fluid flowing through the corresponding temperature control circuit(s) (i.e. comprising the first connection heat exchanger and the ambient heat exchanger) to be routed through the ambient heat exchanger at least temporarily, if necessary always for cooling purposes (i.e. for cooling the temperature control fluid).

Als „Umgebungswärmetauscher“ wird dabei ein Wärmetauscher verstanden, der für einen Wärmeübergang zwischen einerseits dem Temperierfluid und andererseits Umgebungsluft vorgesehen ist. Dabei kann dieser Wärmeübergang sowohl einem Kühlen des Temperierfluids (aufgrund eines Wärmeübergangs auf die Umgebungsluft) als auch einem Erwärmen des Temperierfluids (aufgrund eines Wärmeübergangs von der Umgebungsluft) dienen.A “ambient heat exchanger” is understood to mean a heat exchanger which is provided for heat transfer between the tempering fluid on the one hand and the ambient air on the other. This heat transfer can be used both for cooling the tempering fluid (due to heat transfer to the ambient air) and for heating the tempering fluid (due to heat transfer from the ambient air).

Weiterhin umfasst das Thermomanagementsystem ein von dem Temperiersystem fluidisch getrenntes Transfersystem, das in zumindest einem (ersten) Transferkreislauf den ersten Verbindungswärmetauscher (beziehungsweise eine zweite Wärmetauschseite davon) und den zweiten Verbindungwärmetauscher (beziehungsweise eine zweite Wärmetauschseite davon) integriert.The thermal management system also includes a transfer system that is fluidically separate from the temperature control system and that integrates the first connection heat exchanger (or a second heat exchange side thereof) and the second connection heat exchanger (or a second heat exchange side thereof) in at least one (first) transfer circuit.

Als fluidische Trennung des Temperiersystems und des Transfersystems voneinander wird dabei verstanden, dass im Betrieb dieser Systeme keine Vermischung von einerseits dem Temperierfluid und andererseits dem Transferfluid erfolgt. Demnach kann auch vorgesehen sein, dass sich das Temperierfluid von dem Transferfluid unterscheidet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Temperierfluid ein Fluid ist, das jederzeit im Betrieb des Temperiersystems flüssig ist. Dementsprechend kann/können die Temperierfluidfördervorrichtung(en) insbesondere auch als Pumpe(n) ausgestaltet sein. Das Transferfluid kann dagegen im Betrieb des Transfersystems sowohl im flüssigen als auch im gasförmigen Aggregatzustand vorliegen. Die Transferfluidfördervorrichtung(en) kann/können somit insbesondere als Pumpe und/oder Verdichter ausgestaltet sein. In bestimmten Ausgestaltungsformen eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann auch vorgesehen sein, dasselbe Fluid für sowohl das Temperiersystem als auch das Transfersystem zu nutzen.Fluidic separation of the temperature control system and the transfer system from one another is understood to mean that during operation of these systems there is no mixing of the temperature control fluid on the one hand and the transfer fluid on the other. Accordingly, it can also be provided that the tempering fluid differs from the transfer fluid. In particular, it can be provided that the tempering fluid is a fluid that is liquid at all times during operation of the tempering system. Accordingly, the tempering fluid delivery device(s) can also be configured in particular as a pump(s). The transfer fluid, on the other hand, can be present both in the liquid and in the gaseous state of aggregation during operation of the transfer system. The transfer fluid delivery device(s) can thus be designed in particular as a pump and/or compressor. In certain configurations of a motor vehicle according to the invention, it can also be provided that the same fluid is used for both the temperature control system and the transfer system.

Das Thermomanagementsystem eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ermöglicht eine vorteilhafte Temperierung der Funktionskomponenten sowie des Innenraums des Kraftfahrzeugs, was durch die vorgesehene Verschaltung zwischen einerseits dem Temperiersystem und andererseits dem Transfersystem über die zwei diese Systeme wärmetechnisch koppelnden Verbindungswärmetauscher ermöglicht ist. Der Transferkreis beziehungsweise das darin strömende Transferfluid kann dabei eine vorteilhafte Übertragung von Wärmeenergie zwischen den Verbindungswärmetauschern ermöglichen, über die wiederum eine möglichst optimale Temperierung der Funktionskomponenten und des Innenraums des Kraftfahrzeugs erfolgen kann.The thermal management system of a motor vehicle according to the invention enables advantageous temperature control of the functional components and the interior of the motor vehicle, which is made possible by the connection provided between the temperature control system on the one hand and the transfer system on the other via the two connection heat exchangers that thermally couple these systems. The transfer circuit or the transfer fluid flowing in it can enable an advantageous transfer of thermal energy between the connecting heat exchangers, via which the temperature of the functional components and the interior of the motor vehicle can be controlled as optimally as possible.

Besonders vorteilhaft kann diese Übertragung von Wärmeenergie mittels des Transfersystems erfolgen, wenn die Transferfluidfördervorrichtung als Verdichter ausgestaltet ist und der (erste) Transferkreis zusätzlich eine Drossel integriert. Das Transfersystem weist dann folglich sämtliche Komponenten auf, die für eine Funktion als Kompressionswärmepumpe und/oder als Kompressionskältemaschine erforderlich sind. Dadurch besteht die Möglichkeit, mittels des Transfersystems besonders hohe Temperaturunterschiede zu generieren, was sich vorteilhaft hinsichtlich der Temperierung der Funktionskomponenten und des Innenraums des Kraftfahrzeugs auswirken kann.This transfer of thermal energy can take place particularly advantageously by means of the transfer system if the transfer fluid conveying device is designed as a compressor and the (first) transfer circuit additionally integrates a throttle. Consequently, the transfer system then has all the components that are required for a function as a compression heat pump and/or as a compression refrigerating machine. This makes it possible to use the transfer system to generate particularly high temperature differences, which can have an advantageous effect with regard to the temperature control of the functional components and the interior of the motor vehicle.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann vorgesehen sein, dass der Umgebungswärmetauscher in jeden Temperierkreis, der zumindest eine der Funktionskomponenten und den ersten Verbindungswärmetauscher umfasst, integriert oder integrierbar ist. Dies ermöglicht eine möglichst optimale bedarfsgerechte Temperierung dieser Funktionskomponenten.According to a preferred embodiment of a motor vehicle according to the invention, it can be provided that the ambient heat exchanger is integrated or can be integrated into each temperature control circuit that includes at least one of the functional components and the first connecting heat exchanger. This enables the best possible, needs-based temperature control of these functional components.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Umgebungswärmetauscher zudem in zumindest einen den zweiten Verbindungswärmetauscher umfassenden Temperierkreis integriert oder integrierbar ist. Auch dies kann sich vorteilhaft hinsichtlich einer möglichst optimalen Temperierung der Funktionskomponenten und des Innenraums des Kraftfahrzeugs auswirken. Dabei kann vorgesehen sein, dass das den oder die entsprechenden Temperierkreise durchströmende Temperierfluid zumindest zeitweise, gegebenenfalls immer zu Erwärmungszwecken (d.h. für eine Erwärmung des Temperierfluids) durch den Umgebungswärmetauscher geführt wird.Furthermore, it can be provided that the ambient heat exchanger is also integrated or can be integrated into at least one temperature control circuit comprising the second connection heat exchanger. This can also have an advantageous effect with regard to the best possible temperature control of the functional components and the interior of the motor vehicle. Provision can be made for the temperature control fluid flowing through the corresponding temperature control circuit or circuits to be routed through the ambient heat exchanger at least temporarily, possibly always for heating purposes (i.e. for heating the temperature control fluid).

Um eine möglichst optimale, bedarfsgerechte Temperierung zu erzielen kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Traktionsenergiequelle und der Traktionsmotor in paralleler Anordnung in das Temperiersystem integriert sind, so dass diese unabhängig voneinander mittels des Temperierfluids durchströmbar sind.In order to achieve the best possible, needs-based temperature control, provision can be made in particular for the traction energy source and the traction motor to be integrated in a parallel arrangement in the temperature control system, so that the temperature control fluid can flow through them independently of one another.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Traktionsmotor und zumindest eine Funktionskomponente einer Gruppe, die folgende Funktionskomponenten umfasst: die Leistungselektronik, das Ladegerät und die Thermomanagementsystemsteuerung, in serieller Anordnung in das Temperiersystem integriert sind, so dass diese Funktionskomponenten stets nur gemeinsam mittels des Temperierfluids durchströmbar sind. Dies kann zu einer relativ einfache Ausgestaltung des Temperiersystems und damit des gesamten Thermomanagementsystems eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs führen.Furthermore, it can be provided that the traction motor and at least one functional component of a group, which includes the following functional components: the power electronics, the charger and the thermal management system control, are integrated in a serial arrangement in the temperature control system, so that these functional components can only ever flow through together by means of the temperature control fluid . This can lead to a relatively simple configuration of the temperature control system and thus of the entire thermal management system of a motor vehicle according to the invention.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann auch vorgesehen sein, dass dann, wenn eine der Funktionskomponenten die Traktionsenergiequelle ist, Temperiermittel in einem die Traktionsenergiequelle umfassenden und die Verbindungswärmetauscher sowie die andere(n) Funktionskomponente(n) ausschließenden Kurzschlusskreis förderbar ist. Dies ermöglicht eine zumindest zeitweise vorgesehene Selbsttemperierung der Traktionsenergiequelle, bei der mittels des Kurzschlusskreises beziehungsweise durch das darin mittels einer Temperierfluidfördervorrichtung geförderte Temperierfluid eine gleichmäßige Verteilung von lokal innerhalb der Traktionsenergiequelle anfallender Abwärme realisiert wird, was insbesondere bei einer aus einer Vielzahl von Zellen bestehenden Traktionsbatterie vorteilhaft sein kann. Eine solche Abkopplung der Traktionsenergiequelle kann zudem eine bedarfsangepasste Temperierung der übrigen Funktionskomponenten und des Innenraums des Kraftfahrzeugs vereinfachen.According to a preferred embodiment of a motor vehicle according to the invention, it can also be provided that when one of the functional components is the traction energy source, temperature control medium can be conveyed in a short circuit that includes the traction energy source and excludes the connecting heat exchanger and the other functional component(s). This enables the traction energy source to be self-temperature controlled at least temporarily, in which, by means of the short-circuit circuit or the temperature control fluid conveyed therein by means of a temperature control fluid delivery device, a uniform distribution of waste heat occurring locally within the traction energy source is realized, which can be particularly advantageous in the case of a traction battery consisting of a large number of cells can. Such a decoupling of the traction energy source can also simplify temperature control of the other functional components and of the interior of the motor vehicle, adapted to requirements.

Das Verteilsystem des Thermomanagementsystems eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann vorzugsweise eine erste Verteilvorrichtung umfassen, die ausschließlich mit dem ersten Verbindungswärmetauscher (d.h. nicht auch mit dem zweiten Verbindungswärmetauscher) verbunden oder verbindbar ist, und eine zweite Verteilvorrichtung, die ausschließlich mit dem zweiten Verbindungswärmetauscher (d.h. nicht auch mit dem ersten Verbindungswärmetauscher) verbunden oder verbindbar ist. Die erste Verteilvorrichtung und/oder die zweite Verteilvorrichtung kann/können dabei vorzugsweise als Drehschieberventil (beispielsweise mit einem kugelförmigen oder zylindrischen Ventilkörper) und/oder als Linearschieberventil (beispielsweise als Folienschieberventil) ausgestaltet sein. Dabei können die beiden Verteilvorrichtungen voneinander separiert beziehungsweise eigenständig ausgestaltet sein. Eine integrale Ausgestaltung und insbesondere eine Anordnung innerhalb desselben Gehäuses kann jedoch ebenfalls vorteilhaft umgesetzt werden. Vorzugsweise ist den Verteilvorrichtungen jeweils ein eigner, aktiv ansteuerbarer, insbesondere elektrischer Aktor zugeordnet, um eine unabhängige Ansteuerung der Verteilvorrichtungen zu ermöglichen.The distribution system of the thermal management system of a motor vehicle according to the invention can preferably comprise a first distribution device which is or can be connected exclusively to the first connection heat exchanger (i.e. not also to the second connection heat exchanger), and a second distribution device which is exclusively connected to the second connection heat exchanger (i.e. not also to the first connection heat exchanger) is connected or connectable. The first distribution device and/or the second distribution device can preferably be designed as a rotary slide valve (e.g. with a spherical or cylindrical valve body) and/or as a linear slide valve (e.g. as a film slide valve). The two distribution devices can be designed separately from one another or independently. However, an integral design and in particular an arrangement within the same housing can also be advantageously implemented. Preferably, each distribution device is assigned its own, actively controllable, in particular electric, actuator in order to enable independent control of the distribution devices.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann vorgesehen sein, dass das Transfersystem in dem ersten Transferkreislauf den ersten Verbindungswärmetauscher und den zweiten Verbindungswärmetauscher integriert und einen Luftwärmetauscher, durch den die Luft, die dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführt werden soll, zusätzlich (neben dem Heizungswärmetauscher) oder alternativ (anstelle des Heizungswärmetauschers) temperierbar ist, ausschließt. Weiterhin kann dann ein zweiter Transferkreislauf den ersten Verbindungswärmetauscher und den Luftwärmetauscher integrieren und den zweiten Verbindungswärmetauscher ausschließen, wobei mittels des Verteilsystems eine bedarfsweise Verteilung des Transferfluids auf den ersten Transferkreislauf und/oder den zweiten Transferkreislauf einstellbar ist. Auch diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders flexible Übertragung von Wärmeenergie mittels des Transfersystems und damit eine möglichst optimale, bedarfsgerechte Temperierung der Funktionskomponenten und des Innenraums des Kraftfahrzeugs. Insbesondere kann damit eine vorteilhafte Temperierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs realisiert werden, wobei der Luftwärmetauscher sowohl eine Erwärmung als auch eine Kühlung der dem Innenraum zuzuführenden Luft bewirken kann.According to a preferred embodiment of a motor vehicle according to the invention, it can be provided that the transfer system in the first transfer circuit integrates the first connecting heat exchanger and the second connecting heat exchanger and an air heat exchanger through which the air that is to be supplied to the interior of the motor vehicle also (in addition to the heating heat exchanger) or alternatively (instead of the heating heat exchanger) can be tempered, excludes. Furthermore, a second transfer circuit can then integrate the first connection heat exchanger and the air heat exchanger and exclude the second connection heat exchanger, with the distribution system being able to be used to distribute the transfer fluid to the first transfer circuit and/or the second transfer circuit as required. This configuration also enables a particularly flexible transfer of thermal energy by means of the transfer system and thus the most optimal possible, needs-based temperature control of the functional components and the interior of the motor vehicle. In particular, an advantageous temperature control of the interior of the motor vehicle can thus be implemented, with the air heat exchanger being able to bring about both heating and cooling of the air to be supplied to the interior.

Eine vorteilhafte Temperierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs kann auch bei einem solchen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug realisiert werden, das einen zweiten Heizungswärmetauscher umfasst, wobei der erste Heizungswärmetauscher und der zweite Heizungswärmetauscher insbesondere in paralleler Anordnung in das Temperiersystem integriert sein können.Advantageous temperature control of the interior of the motor vehicle can also be implemented in a motor vehicle according to the invention that includes a second heating heat exchanger, it being possible for the first heating heat exchanger and the second heating heat exchanger to be integrated into the temperature control system, in particular in a parallel arrangement.

Zudem kann das Thermomanagementsystem eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs einen Luftheizer zur Erwärmung der Luft, die dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführt werden soll, umfassen, um vollkommen unabhängig von dem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs und von dabei in dem Thermomanagementsystem anfallender Abwärme eine Erwärmung des Innenraums zu gewährleisten. Der Luftheizer kann dabei insbesondere elektrisch betreibbar sein, d.h. dieser wandelt elektrische Energie zu Heizzwecken in Wärmeenergie um. Möglich ist aber beispielsweise auch eine Ausgestaltung als Brenner.In addition, the thermal management system of a motor vehicle according to the invention can include an air heater for heating the air that is to be supplied to the interior of the motor vehicle, in order to ensure that the interior is heated completely independently of the operating state of the motor vehicle and of the waste heat generated in the thermal management system. In particular, the air heater can be operated electrically, i.e. it converts electrical energy into thermal energy for heating purposes. However, an embodiment as a burner is also possible, for example.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in vereinfachter Darstellung:

  • 1: ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausgestaltungsform;
  • 2: das Thermomanagementsystem des Kraftfahrzeugs in einem ersten Betriebszustand;
  • 3: das Thermomanagementsystem des Kraftfahrzeugs in einem zweiten Betriebszustand;
  • 4: das Thermomanagementsystem des Kraftfahrzeugs in einem dritten Betriebszustand;
  • 5: das Thermomanagementsystem des Kraftfahrzeugs in einem vierten Betriebszustand;
  • 6: das Thermomanagementsystem des Kraftfahrzeugs in einem fünften Betriebszustand;
  • 7: das Thermomanagementsystem des Kraftfahrzeugs in einem sechsten Betriebszustand;
  • 8: das Thermomanagementsystem des Kraftfahrzeugs in einem siebten Betriebszustand;
  • 9: das Thermomanagementsystem des Kraftfahrzeugs in einem achten Betriebszustand;
  • 10: das Thermomanagementsystem des Kraftfahrzeugs in einem neunten Betriebszustand;
  • 11: das Thermomanagementsystem des Kraftfahrzeugs in einem zehnten Betriebszustand;
  • 12: ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform;
  • 13: ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug gemäß einer dritten Ausgestaltungsform;
  • 14: ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug gemäß einer vierten Ausgestaltungsform;
  • 15: ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug gemäß einer fünften Ausgestaltungsform;
  • 16: ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug gemäß einer sechsten Ausgestaltungsform;
  • 17: eine erste Alternative bezüglich der Integration von Funktionskomponenten in ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug gemäß den 1 und 12 bis 16; und
  • 18: eine zweite Alternative bezüglich der Integration von Funktionskomponenten in ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug gemäß den 1 und 12 bis 16.
The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings. The drawings show, each in a simplified representation:
  • 1 : a motor vehicle according to the invention according to a first embodiment;
  • 2 : the thermal management system of the motor vehicle in a first operating state;
  • 3 : the thermal management system of the motor vehicle in a second operating state;
  • 4 : the thermal management system of the motor vehicle in a third operating state;
  • 5 : the thermal management system of the motor vehicle in a fourth operating state;
  • 6 : the thermal management system of the motor vehicle in a fifth operating state;
  • 7 : the thermal management system of the motor vehicle in a sixth operating state;
  • 8th : the thermal management system of the motor vehicle in a seventh operating state;
  • 9 : the thermal management system of the motor vehicle in an eighth operating state;
  • 10 : the thermal management system of the motor vehicle in a ninth operating state;
  • 11 : the thermal management system of the motor vehicle in a tenth operating state;
  • 12 : a motor vehicle according to the invention according to a second embodiment;
  • 13 : a motor vehicle according to the invention according to a third embodiment;
  • 14 : a motor vehicle according to the invention according to a fourth embodiment;
  • 15 : a motor vehicle according to the invention according to a fifth embodiment;
  • 16 : a motor vehicle according to the invention according to a sixth embodiment;
  • 17 : A first alternative regarding the integration of functional components in a motor vehicle according to the invention 1 and 12 until 16 ; and
  • 18 : A second alternative regarding the integration of functional components in a motor vehicle according to the invention 1 and 12 until 16 .

Die 1 zeigt eine erste Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Dieses ist in Form eines Elektrofahrzeugs ausgestaltet und umfasst als Funktionskomponenten 2 einen elektrischen Traktionsmotor 2a und eine Traktionsbatterie 2b, aus der der Traktionsmotor 2a mit elektrischer Energie versorgt werden kann, um das Kraftfahrzeug 1 anzutreiben. Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug 1 als Funktionskomponenten 2 eine Leistungselektronik 2c, die einen Pulswechselrichter zur Ansteuerung des Traktionsmotors 2a ist oder umfasst, eine Thermomanagementsystemsteuerung 2d sowie ein Ladegerät 2e, über das die Traktionsbatterie 2b zum Aufladen an eine externe Energiequelle (nicht dargestellt) anschließbar ist.the 1 shows a first embodiment of a motor vehicle 1 according to the invention. This is designed in the form of an electric vehicle and comprises, as functional components 2, an electric traction motor 2a and a traction battery 2b, from which the traction motor 2a can be supplied with electrical energy in order to drive the motor vehicle 1. Furthermore, the motor vehicle 1 comprises, as functional components 2, power electronics 2c, which is or comprises a pulse-controlled inverter for controlling the traction motor 2a, a thermal management system controller 2d and a charger 2e, via which the traction battery 2b can be connected to an external energy source (not shown) for charging.

Sämtliche dieser Funktionskomponenten 2 des Kraftfahrzeugs 1 sind in ein Thermomanagementsystem des Kraftfahrzeugs 1 integriert, um deren bedarfsgerechte Temperierung zu gewährleisten. Eine solche Temperierung kann dabei zumindest zeitweise sowohl während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 1 als auch während einer Nichtnutzung (d.h. kein Fahrbetrieb), insbesondere während eines Ladens der Traktionsbatterie 2b (Ladebetrieb), sinnvoll oder erforderlich sein.All of these functional components 2 of the motor vehicle 1 are integrated into a thermal management system of the motor vehicle 1 in order to ensure that they are heated as required. Such temperature control can be useful or necessary at least temporarily both while the motor vehicle 1 is being driven and when it is not being used (i.e. no driving operation), in particular while the traction battery 2b is being charged (charging operation).

Das Thermomanagementsystem umfasst einerseits ein Temperiersystem 3, innerhalb dessen die genannten Funktionskomponenten 2 sowie zusätzlich noch ein Heizungswärmetauscher 4, durch den Luft 21, die einem Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 zugeführt werden soll, temperierbar ist, einen Umgebungswärmetauscher 5, eine erste Wärmetauschseite eines ersten Verbindungswärmetauschers 6, eine erste Wärmetauschseite eines zweiten Verbindungswärmetauschers 7, mehrere Pumpen 8 (als Temperierfluidfördervorrichtungen) sowie eine erste Verteilvorrichtung 9 und eine zweite Verteilvorrichtung 10, die Teil eines Verteilsystems des Thermomanagementsystems sind, integriert sind. Die Verteilvorrichtungen 9, 10 sind dabei jeweils einem der beiden Verbindungwärmetauscher 6, 7 zugeordnet.The thermal management system comprises, on the one hand, a temperature control system 3, within which the functional components 2 mentioned and, in addition, a heating heat exchanger 4, through which the air 21 that is to be supplied to an interior of the motor vehicle 1 can be temperature-controlled, an ambient heat exchanger 5, a first heat exchange side of a first connection heat exchanger 6 , A first heat exchange side of a second connection heat exchanger 7, several pumps 8 (as tempering fluid conveying devices) and a first distribution device 9 and a second distribution device 10, which are part of a distribution system of the thermal management system, are integrated. The distribution devices 9, 10 are each assigned to one of the two connecting heat exchangers 6, 7.

Die Integration dieser Komponenten in das Temperiersystem 3 bedeutet, dass diese miteinander fluidleitend über Fluidleitungen verbunden sind und bedarfsweise von Temperierfluid durchströmbar sind. Dazu wird das Temperierfluid bedarfsgerecht von den Pumpen 8 gefördert und mittels der Verteilvorrichtungen 9, 10, die beispielsweise in Form von Drehschieber- oder Linearschieberventilen ausgestaltet sind, innerhalb des Temperiersystems 3 verteilt, wobei mehrere Temperierkreise ausgebildet werden können. Das Temperiersystem 3 ist dabei derart ausgestaltet, dass alle der genannten Funktionskomponenten 2, der Heizungswärmetauscher 4 sowie der Umgebungswärmetauscher 5 wechselweise mit sowohl dem ersten Verbindungswärmetauschers 6 als auch dem zweiten Verbindungswärmetauscher 7 zur Ausbildung jeweils eines Temperierkreises verbindbar sind.The integration of these components into the temperature control system 3 means that they are connected to one another in a fluid-conducting manner via fluid lines and, if necessary, temperature control fluid can flow through them. For this purpose, the temperature control fluid is conveyed by the pumps 8 as required and distributed within the temperature control system 3 by means of the distribution devices 9, 10, which are designed, for example, in the form of rotary slide or linear slide valves, with several temperature control circuits being able to be formed. The temperature control system 3 is designed in such a way that all of the functional components 2 mentioned, the heating heat exchanger 4 and the ambient heat exchanger 5 can be connected alternately to both the first connection heat exchanger 6 and the second connection heat exchanger 7 to form a temperature control circuit in each case.

Für diese Verschaltung des Temperiersystems 3 bildet jede der Verteilvorrichtungen 9, 10 zwei nicht-schaltbare Anschlüsse 11 zur Verbindung mit dem jeweils zugeordneten Verbindungswärmetauscher 6, 7 aus. Jeder dieser beiden Anschlüsse 11 ist mit jeweils einer Gruppe von schaltbaren Anschlüssen 12 fluidleitend verbunden. Jede der Anschlussgruppen umfasst jeweils einen schaltbaren Anschluss 12, der mit dem Traktionsmotor 2a, der Traktionsbatterie 2b, der seriell angeordneten Gruppe der Funktionskomponenten 2 bestehend aus Leistungselektronik 2c, Thermomanagementsystemsteuerung 2d und Ladegerät 2e, und dem Heizungswärmetauscher 4 fluidleitend verbunden ist. Weiterhin umfasst jede der Verteilvorrichtungen 9, 10 zwei schaltbare Anschlüsse 12, die mit dem Umgebungswärmetauscher 5 fluidleitend verbunden sind.For this interconnection of the temperature control system 3, each of the distribution devices 9, 10 forms two non-switchable connections 11 for connection to the associated connection heat exchanger 6, 7 in each case. Each of these two connections 11 is connected to a respective group of switchable connections 12 in a fluid-conducting manner. Each of the connection groups includes a switchable connection 12, which is connected to the traction motor 2a, the traction battery 2b, the serially arranged group of functional components 2 consisting of power electronics 2c, thermal management system controller 2d and charger 2e, and the heating system heat exchanger 4 is fluidly connected. Furthermore, each of the distribution devices 9, 10 comprises two switchable connections 12, which are connected to the ambient heat exchanger 5 in a fluid-conducting manner.

Weiterhin ist noch eine Kurzschlussleitung 13 vorgesehen, die die beiden Fluidleitungen, über die die Traktionsbatterie 2b mit den beiden Verteilvorrichtungen 9, 10 verbunden ist, miteinander verbindet, wobei in diese Kurzschlussleitung 13 ein Absperrventil, das konkret in Form eines Thermostatventils 14 ausgestaltet sein kann, integriert ist.Furthermore, a short-circuit line 13 is also provided, which connects the two fluid lines via which the traction battery 2b is connected to the two distribution devices 9, 10, with a shut-off valve, which can be designed specifically in the form of a thermostatic valve 14, in this short-circuit line 13. is integrated.

Insgesamt sind vier Pumpen 8 vorgesehen, von denen jeweils eine unmittelbar stromauf des Traktionsmotors 2a, der Traktionsbatterie 2b, der Funktionskomponentengruppe bestehend aus Leistungselektronik 2c, Thermomanagementsystemsteuerung 2d und Ladegerät 2e sowie dem Heizungswärmetauscher 4 in die entsprechenden Fluidleitungen integriert sind. Eine Integration der Pumpen 8 unmittelbar stromab einiger oder aller dieser Komponenten ist gleichfalls möglich.A total of four pumps 8 are provided, one of which is integrated in the corresponding fluid lines immediately upstream of the traction motor 2a, the traction battery 2b, the functional component group consisting of power electronics 2c, thermal management system control 2d and charger 2e and the heating heat exchanger 4. An integration of the pumps 8 immediately downstream of some or all of these components is also possible.

Das Thermomanagementsystem umfasst weiterhin ein Transfersystem 15, das zwei Transferkreise ausbildet. In beide Transferkreise beziehungsweise in einen integralen Abschnitt von diesen ist einerseits ein Verdichter 16 (als Transferfluidfördervorrichtung) und eine zweite Wärmetauschseite des ersten Verbindungswärmetauschers 6 integriert. In einen ersten Transferkreis ist dann zusätzlich noch eine erste, aktiv ansteuerbare beziehungsweise einstellbare Drossel 17 (z.B. in Form eines einstellbaren Expansionsventils oder als Kombination aus Expansionsventil und Schaltventil) und eine zweite Wärmetauschseite des zweiten Verbindungswärmetauschers 7 integriert, während in den zweiten Transferkreis zusätzlich noch eine zweite, ebenfalls aktiv ansteuerbare Drossel 17 sowie ein Luftwärmetauscher 18 integriert sind, durch den Luft 21, die dem Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 zugeführt werden soll, zusätzlich temperierbar ist.The thermal management system also includes a transfer system 15 that forms two transfer circuits. A compressor 16 (as a transfer fluid conveying device) and a second heat exchange side of the first connection heat exchanger 6 are integrated into both transfer circuits or into an integral section of them. A first, actively controllable or adjustable throttle 17 (e.g. in the form of an adjustable expansion valve or as a combination of expansion valve and switching valve) and a second heat exchange side of the second connection heat exchanger 7 are then additionally integrated into a first transfer circuit, while another second, also actively controllable throttle 17 and an air heat exchanger 18 are integrated, through which the air 21, which is to be supplied to the interior of the motor vehicle 1, can also be temperature-controlled.

Grundsätzlich kann mittels des in den Transferkreisen strömenden Transferfluids Wärmeenergie zwischen den verschiedenen Wärmetauschern 6, 7, 18 transferiert werden. Gleichzeitig ist das Transfersystem 15 derart ausgestaltet, dass dieses sowohl als Kompressionswärmepumpe als auch als Kompressionskältemaschine genutzt werden kann.In principle, thermal energy can be transferred between the various heat exchangers 6, 7, 18 by means of the transfer fluid flowing in the transfer circuits. At the same time, the transfer system 15 is designed in such a way that it can be used both as a compression heat pump and as a compression refrigeration machine.

Bei einer Nutzung als Kompressionswärmepumpe erfolgt ein Wärmeübergang auf das Transferfluid in dem zweiten Verbindungswärmetauscher 7 und/oder in dem Luftwärmetauscher 18, wodurch das Transferfluid verdampft. Dieses noch relativ kalte, gasförmige Transferfluid wird dann mittels des Verdichters 16 verdichtet, wodurch (auch) dessen Temperatur ansteigt. Dadurch kann das Transferfluid in dem ersten Verbindungswärmetauscher 6 vorteilhaft zur Erwärmung von diesen ebenfalls durchströmendem Temperierfluid genutzt werden. Der entsprechende Wärmeübergang führt dazu, dass das Transferfluid kondensiert, wobei das Transferfluid anschließend noch mittels einer der Drosseln 17 auf einen niedrigeren Druck entspannt wird. Der Kreislauf des Kreisprozesses ist dann geschlossen.When used as a compression heat pump, heat is transferred to the transfer fluid in the second connecting heat exchanger 7 and/or in the air heat exchanger 18, as a result of which the transfer fluid evaporates. This still relatively cold, gaseous transfer fluid is then compressed by means of the compressor 16, as a result of which its temperature (also) increases. As a result, the transfer fluid in the first connection heat exchanger 6 can advantageously be used to heat temperature control fluid that also flows through it. The corresponding heat transfer causes the transfer fluid to condense, with the transfer fluid then being expanded to a lower pressure by means of one of the throttles 17 . The circuit of the cyclic process is then closed.

Bei der Nutzung des Transfersystems 15 als Kompressionskältemaschine erfolgt eine Verdichtung des gasförmigen Transferfluids mittels des Verdichters 16. In dem ersten Verbindungswärmetauscher 6 wird das Transferfluid dann verflüssigt, was unter Abgabe von Wärmeenergie erfolgt. Anschließend durchströmt das flüssige Transferfluid zumindest eine der Drosseln 17, wodurch dieses entspannt wird. Bei der anschließenden Durchströmung des zweiten Verbindungswärmetauschers 7 und/oder des Luftwärmetauschers 18 verdampft das Transferfluid. Der Kreislauf des Kreisprozesses ist dann geschlossen. Der das Verdampfen bewirkende Wärmeübergang auf das Transferfluid in dem zweiten Verbindungswärmetauscher 7 und/oder in dem Luftwärmetauscher 18 kann vorteilhaft zur Kühlung von einem den entsprechenden Wärmetauscher 7, 18 ebenfalls durchströmenden Fluid (Temperierfluid oder Luft 21) genutzt werden.When the transfer system 15 is used as a compression refrigerating machine, the gaseous transfer fluid is compressed by means of the compressor 16. The transfer fluid is then liquefied in the first connection heat exchanger 6, which takes place with the release of thermal energy. The liquid transfer fluid then flows through at least one of the throttles 17, as a result of which it is expanded. During the subsequent flow through the second connecting heat exchanger 7 and/or the air heat exchanger 18, the transfer fluid evaporates. The circuit of the cyclic process is then closed. The heat transfer causing the evaporation to the transfer fluid in the second connection heat exchanger 7 and/or in the air heat exchanger 18 can advantageously be used to cool a fluid (tempering fluid or air 21) also flowing through the corresponding heat exchanger 7, 18.

Sowohl bei einer Nutzung des Transfersystems 15 als Kompressionswärmepumpe als auch als Kompressionskältemaschine dient folglich der erste Verbindungswärmetauschers 6 als Kondensator und der zweite Verbindungswärmetauscher 7 und/oder der Luftwärmetauscher 18 als Verdampfer für das Transferfluid. Folglich ist es nicht erforderlich, für die unterschiedlichen Nutzungen des Transfersystems 15 die Strömungsrichtung des Transferfluids zu ändern. Dadurch wird eine relativ einfache und demnach vorteilhafte Ausgestaltung des Transfersystems 15 ermöglicht.When using the transfer system 15 as a compression heat pump as well as a compression refrigerating machine, the first connection heat exchanger 6 consequently serves as a condenser and the second connection heat exchanger 7 and/or the air heat exchanger 18 as an evaporator for the transfer fluid. Consequently, it is not necessary to change the direction of flow of the transfer fluid for the different uses of the transfer system 15 . As a result, a relatively simple and therefore advantageous embodiment of the transfer system 15 is made possible.

Die 2 zeigt einen ersten Betriebszustand des Thermomanagementsystems, der bei einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 bei einer oberhalb einer Grenztemperatur liegenden Umgebungstemperatur („Umgebungsgrenztemperatur“; z.B. 18°C) und bei einer unmittelbar stromab des Umgebungswärmetauschers 5 gemessenen Temperatur des Temperierfluids, die unterhalb einer Grenztemperatur („Temperierfluidgrenztemperatur“; z.B. 50°C) liegt, vorgesehen sein kann.the 2 shows a first operating state of the thermal management system, which occurs when the motor vehicle 1 is driving when the ambient temperature is above a limit temperature (“ambient limit temperature”; eg 18° C.) and when the temperature of the tempering fluid is measured directly downstream of the ambient heat exchanger 5 and is below a limit temperature (“ Tempering fluid limit temperature "; eg 50 ° C) is, can be provided.

Durch eine entsprechende Ansteuerung der schaltbaren Anschlüsse 12 der ersten Verteilvorrichtung 9 sind zwei Temperierkreise ausgebildet, die jeweils den ersten Verbindungswärmetauscher 6 und den Umgebungswärmetauscher 5 und zusätzlich entweder den Traktionsmotor 2a oder die Funktionskomponentengruppe bestehend aus Leistungselektronik 2c, Thermomanagementsystemsteuerung 2d und Ladegerät 2e integrieren. Weiterhin ist ein Kurzschlusskreis ausgebildet, indem die der Traktionsbatterie 2b zugeordnete Kurzschlussleitung 13 mittels des Thermostatventils 14 freigegeben und die der Traktionsbatterie 2b zugeordneten schaltbaren Anschlüssen 12 der ersten Verteilvorrichtung 9 verschlossen sind. Dadurch wird Temperierfluid mittels einer der Pumpen 8 in einem ausschließlich die Traktionsbatterie 2b als Funktionskomponente 2 umfassenden und zudem die Verbindungswärmetauscher 6, 7, den Umgebungswärmetauscher 5 sowie den Heizungswärmetauscher 4 ausschließenden Temperierkreis gefördert. Dies dient einem sogenannten Batteriebalancing, bei dem lediglich eine Gleichverteilung der von der Traktionsbatterie 2b erzeugten, lokal variierenden Abwärme bewirkt wird.By appropriately controlling the switchable connections 12 of the first distribution device Two temperature control circuits are formed in device 9, each integrating the first connecting heat exchanger 6 and the ambient heat exchanger 5 and additionally either the traction motor 2a or the functional component group consisting of power electronics 2c, thermal management system control 2d and charger 2e. Furthermore, a short-circuit is formed in that the short-circuit line 13 assigned to the traction battery 2b is released by means of the thermostatic valve 14 and the switchable connections 12 of the first distribution device 9 assigned to the traction battery 2b are closed. As a result, temperature control fluid is conveyed by means of one of the pumps 8 in a temperature control circuit that exclusively includes the traction battery 2b as a functional component 2 and also excludes the connection heat exchangers 6, 7, the ambient heat exchanger 5 and the heating heat exchanger 4. This is used for what is known as battery balancing, in which only an even distribution of the locally varying waste heat generated by the traction battery 2b is effected.

Und schließlich ist durch eine entsprechende Ansteuerung der schaltbaren Anschlüsse 12 der zweiten Verteilvorrichtung 10 ein Temperierkreis ausgebildet, der ausschließlich den zweiten Verbindungswärmetauscher 7 und den Heizungswärmetauscher 4 integriert.And finally, a temperature control circuit that exclusively integrates the second connecting heat exchanger 7 and the heating heat exchanger 4 is formed by appropriate activation of the switchable connections 12 of the second distribution device 10 .

Das Transfersystem 15 kann während dieses ersten Betriebszustands des Thermomanagementsystems als Kompressionskältemaschine genutzt werden, wobei die Luft 21, die dem Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 zugeführt werden soll, sowohl in dem Luftwärmetauscher 18 als auch in dem Heizungswärmetauscher 4, der hierzu über den zweiten Verbindungswärmetauscher 7 mit entsprechend kaltem Temperiermittel versorgt wird, gekühlt werden kann. Die dabei in dem ersten Verbindungswärmetauschers 6 (als Kondensator) anfallende Wärmeenergie - ebenso wie Abwärme des Traktionsmotors 2a und der Funktionskomponentengruppe - wird mittels des Umgebungswärmetauschers 5 an Umgebungsluft abgegeben.During this first operating state of the thermal management system, the transfer system 15 can be used as a compression refrigeration machine, with the air 21 that is to be supplied to the interior of the motor vehicle 1 in both the air heat exchanger 18 and in the heating heat exchanger 4, which is connected to it via the second connecting heat exchanger 7 is supplied according to cold tempering, can be cooled. The thermal energy occurring in the first connecting heat exchanger 6 (as a condenser)—as well as waste heat from the traction motor 2a and the functional component group—is released into the ambient air by means of the ambient heat exchanger 5 .

Die 3 zeigt einen zweiten Betriebszustand des Thermomanagementsystems, der sich von dem ersten Betriebszustand gemäß der 2 lediglich dahingehend unterscheidet, dass der Kurzschlusskreis nicht vorhanden ist und die Traktionsbatterie 2b durch eine entsprechende Ansteuerung der schaltbaren Anschlüsse 12 der ersten Verteilvorrichtung 9 in einen weiteren, ebenfalls noch den ersten Verbindungswärmetauschers 6 und den Umgebungswärmetauscher 5 einschließenden Temperierkreis integriert ist. Dieser zweite Betriebszustand sieht folglich zusätzlich eine (passive) Kühlung der Traktionsbatterie 2b über das Temperiermittel durch einen Wärmeübergang an die Umgebungsluft mittels des Umgebungswärmetauschers 5 vor. Auch dieser zweite Betriebszustand kann bei einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 bei einer oberhalb einer/der Grenztemperatur liegenden Umgebungstemperatur und bei einer Temperatur des Temperierfluids, die unterhalb einer/der Grenztemperatur liegt, vorgesehen sein.the 3 shows a second operating state of the thermal management system, which differs from the first operating state according to the 2 only differs in that the short-circuit is not present and the traction battery 2b is integrated into a further temperature control circuit, which also also includes the first connecting heat exchanger 6 and the ambient heat exchanger 5, by appropriate activation of the switchable connections 12 of the first distribution device 9. Consequently, this second operating state also provides for (passive) cooling of the traction battery 2b via the temperature control medium by heat transfer to the ambient air by means of the ambient heat exchanger 5 . This second operating state can also be provided when the motor vehicle 1 is being driven at an ambient temperature above a/the limit temperature and at a temperature of the tempering fluid which is below a/the limit temperature.

Die 4 zeigt einen dritten Betriebszustand des Thermomanagementsystems, der sich von dem ersten Betriebszustand gemäß der 2 dahingehend unterscheidet, dass die Funktionskomponentengruppe bestehend aus der Leistungselektronik 2c, der Thermomanagementsystemsteuerung 2d und dem Ladegerät 2e nunmehr in einen Temperierkreis integriert ist, der zusätzlich noch den zweiten Verbindungswärmetauscher 7 und den Heizungswärmetauscher 4 umfasst. Das mittels des zweiten Verbindungswärmetauschers 7 gekühlte Temperiermittel kann folglich nicht nur zur Kühlung der dem Innenraum zuzuführenden Luft 21 sondern auch für eine aktive Kühlung dieser Funktionskomponentengruppe genutzt werden. Dieser dritte Betriebszustand kann bei einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 bei einer oberhalb einer/der Grenztemperatur liegenden Umgebungstemperatur und bei einer Temperatur des Temperierfluids, die oberhalb einer/der Grenztemperatur liegt, vorgesehen sein.the 4 shows a third operating state of the thermal management system, which differs from the first operating state according to the 2 differs in that the functional component group consisting of the power electronics 2c, the thermal management system controller 2d and the charger 2e is now integrated into a temperature control circuit which also includes the second connection heat exchanger 7 and the heating heat exchanger 4. The temperature control medium cooled by means of the second connecting heat exchanger 7 can consequently be used not only for cooling the air 21 to be supplied to the interior, but also for active cooling of this functional component group. This third operating state can be provided when the motor vehicle 1 is being driven when the ambient temperature is above a/the limit temperature and when the temperature of the tempering fluid is above a/the limit temperature.

Die 5 zeigt einen vierten Betriebszustand des Thermomanagementsystems, der sich von dem dritten Betriebszustand gemäß der 4 dahingehend unterscheidet, dass zusätzlich auch die Traktionsbatterie 2b aktiv, d.h. durch Temperierfluid, dass durch eine Nutzung des Transfersystems 15 als Kompressionskältemaschine gekühlt wurde, gekühlt wird. Dazu ist anstelle des Kurzschlusskreises, der in dem dritten Betriebszustand gemäß der 4 vorgesehen ist, ein weiterer Temperierkreis ausgebildet, der durch eine entsprechende Ansteuerung der schaltbaren Anschlüsse der zweiten Verteilvorrichtung 10 die Traktionsbatterie 2b, den zweiten Verbindungswärmetauschers 7 und den Heizungswärmetauscher 4 integriert. Auch dieser vierte Betriebszustand kann bei einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs bei einer oberhalb der Umgebungsgrenztemperatur liegenden Umgebungstemperatur und bei einer Temperatur des Temperierfluids, die oberhalb einer/der Temperierfluidgrenztemperatur liegt, vorgesehen sein.the 5 shows a fourth operating state of the thermal management system, which differs from the third operating state according to the 4 differs in that the traction battery 2b is also actively cooled, ie by tempering fluid that has been cooled by using the transfer system 15 as a compression refrigerating machine. For this purpose, instead of the short circuit, which is in the third operating state according to the 4 is provided, a further temperature control circuit is formed, which integrates the traction battery 2b, the second connection heat exchanger 7 and the heating heat exchanger 4 by appropriate control of the switchable connections of the second distribution device 10 . This fourth operating state can also be provided when the motor vehicle is being driven at an ambient temperature that is above the ambient limit temperature and at a temperature of the tempering fluid that is above a/the tempering fluid limit temperature.

Die 6 zeigt einen fünften Betriebszustand des Thermomanagementsystems, der bei einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 und bei einer Temperatur des Temperierfluids, die unterhalb einer/der Temperierfluidgrenztemperatur liegt, vorgesehen sein kann. Vergleichbar zu den (ersten und dritten) Betriebszuständen gemäß den 2 und 4 ist durch eine Ausbildung des Kurzschlusskreises ein Batteriebalancing für die Traktionsbatterie 2b vorgesehen. Weiterhin werden durch entsprechende Ansteuerung der schaltbaren Anschlüsse 12 der zweiten Verteilvorrichtung 10 zwei Temperierkreise ausgebildet, die jeweils den zweiten Verbindungswärmetauscher 7 und entweder den Traktionsmotor 2a oder die Funktionskomponentengruppe bestehend aus der Leistungselektronik 2c, der Thermomanagementsystemsteuerung 2d und dem Ladegerät 2e integrieren. Bedarfsweise kann in diese Temperierkreise auch noch der Umgebungswärmetauscher 5 eingebunden werden. Zudem ist durch eine entsprechende Ansteuerung der schaltbaren Anschlüsse 12 der ersten Verteilvorrichtung 9 ein Temperierkreis ausgebildet, der neben dem ersten Verbindungswärmetauscher 6 noch den Heizungswärmetauscher 4 integriert.the 6 shows a fifth operating state of the thermal management system, which can be provided when the motor vehicle 1 is being driven and the temperature of the tempering fluid is below a/the tempering fluid limit temperature. Comparable to the (first and third) operating states according to the 2 and 4 is through a training of short closed circuit battery balancing for the traction battery 2b provided. Furthermore, by appropriate control of the switchable connections 12 of the second distribution device 10, two temperature control circuits are formed, each of which integrates the second connection heat exchanger 7 and either the traction motor 2a or the functional component group consisting of the power electronics 2c, the thermal management system controller 2d and the charger 2e. If required, the ambient heat exchanger 5 can also be integrated into these temperature control circuits. In addition, a temperature control circuit is formed by a corresponding control of the switchable connections 12 of the first distribution device 9, which also integrates the heating heat exchanger 4 in addition to the first connecting heat exchanger 6.

Das Transfersystem 15 wird in dem fünften Betriebszustand des Thermomanagementsystems als Kompressionswärmepumpe genutzt. Dabei wird einerseits in dem zweiten Verbindungswärmetauscher 7 Abwärme des Traktionsmotors 2a und der Funktionskomponentengruppe (als zu kühlende Funktionskomponenten 2) und andererseits in dem Luftwärmetauscher 18 Wärmeenergie der dem Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 zuzuführenden Luft 21 auf das Transferfluid übertragen. Diese Wärmeenergie wird in dem ersten Verbindungswärmetauscher 6 zur Erwärmung von Temperierfluid genutzt, das den diesen einbindenden Temperierkreis durchströmt. Dieses relativ warme Temperierfluid wird dann in dem Heizungswärmetauscher 4 für ein Erwärmen der dem Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 zuzuführenden Luft 21 genutzt. Diese Luft 21 wird folglich zunächst mittels des Luftwärmetauschers 18 gekühlt und anschließend mittels des Heizungswärmetauschers 4 erwärmt, was mit dem Ziel erfolgt, diese Luft 21 zu trocknen, indem Wasser aus der zunächst gekühlten Luft 21 auskondensiert, bevor diese wieder erwärmt wird (sogenannte „Reheat“-Funktionalität). Die optionale Einbindung des Umgebungswärmetauschers 5 in die auch den zweiten Verbindungswärmetauscher 7 einschließenden Temperierkreise erfolgt dabei bedarfsgerecht in Abhängigkeit von dem Wärmebedarf, den der erste Verbindungswärmetauscher 6 für das Erwärmen der Luft 21 hat. Dabei kann nicht nur überschüssige Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgegeben werden sondern in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur kann auch Wärmeenergie aus der Umgebungsluft aufgenommen werden.The transfer system 15 is used as a compression heat pump in the fifth operating state of the thermal management system. On the one hand, in the second connecting heat exchanger 7, waste heat from the traction motor 2a and the functional component group (as functional components 2 to be cooled) and, on the other hand, in the air heat exchanger 18, thermal energy from the air 21 to be supplied to the interior of the motor vehicle 1 is transferred to the transfer fluid. This heat energy is used in the first connecting heat exchanger 6 to heat temperature control fluid which flows through the temperature control circuit that incorporates it. This relatively warm tempering fluid is then used in the heating heat exchanger 4 for heating the air 21 to be supplied to the interior of the motor vehicle 1 . This air 21 is consequently first cooled by means of the air heat exchanger 18 and then heated by means of the heating heat exchanger 4, which is done with the aim of drying this air 21 by water condensing out of the initially cooled air 21 before it is heated again (so-called "reheat “ functionality). The optional integration of the ambient heat exchanger 5 into the temperature control circuits that also include the second connection heat exchanger 7 takes place as required, depending on the heat requirement that the first connection heat exchanger 6 has for heating the air 21 . Not only can excess thermal energy be given off to the ambient air, but depending on the ambient temperature, thermal energy can also be absorbed from the ambient air.

Die 7 zeigt einen sechsten Betriebszustand des Thermomanagementsystems, der bei einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 und bei einer Umgebungstemperatur, die unterhalb einer/der Umgebungsgrenztemperatur liegt, vorgesehen sein kann. Dieser Betriebszustand unterscheidet sich von dem fünften Betriebszustand gemäß der 6 lediglich darin, dass eine Durchströmung des zweiten Transferkreises mittels des Transferfluids durch ein entsprechendes Schließen der dazugehörigen Drossel 17 unterbunden ist. Zur Erwärmung der dem Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 zuzuführenden Luft 21 wird folglich unter einer Nutzung des Transfersystems 15 als Kompressionswärmepumpe Abwärme des Traktionsmotors 2a und der Funktionskomponentengruppe bestehend aus Leistungselektronik 2c, Thermomanagementsystemsteuerung 2d und Ladegerät 2e genutzt. Über die wiederum optionale Einbindung des Umgebungswärmetauschers 5 kann dabei überschüssige Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgegeben oder aber die Umgebungsluft als zusätzliche Wärmequelle genutzt werden.the 7 shows a sixth operating state of the thermal management system, which can be provided when the motor vehicle 1 is being driven and at an ambient temperature that is below a/the ambient limit temperature. This operating state differs from the fifth operating state according to the 6 only in that a flow through the second transfer circuit by means of the transfer fluid is prevented by a corresponding closing of the associated throttle 17 . Waste heat from the traction motor 2a and the functional component group consisting of power electronics 2c, thermal management system controller 2d and charger 2e is consequently used to heat the air 21 to be supplied to the interior of the motor vehicle 1 using the transfer system 15 as a compression heat pump. By incorporating the ambient heat exchanger 5, which is again optional, excess thermal energy can be given off to the ambient air or the ambient air can be used as an additional heat source.

Die 8 zeigt einen siebten Betriebszustand des Thermomanagementsystems, der bei einem Ladebetrieb des Kraftfahrzeugs 1 (im dauerhaften Stillstand beziehungsweise bei einer Nichtnutzung) und bei einer Umgebungstemperatur, die oberhalb einer/der Umgebungsgrenztemperatur liegt, vorgesehen sein kann. Dieser Betriebszustand unterscheidet sich von dem zweiten Betriebszustand gemäß der 3 lediglich darin, dass - da eine Kühlung des Traktionsmotors 2a aufgrund des Nichtbetriebs nicht erforderlich ist - der den Traktionsmotor 2a, den ersten Verbindungswärmetauscher 6 und den Umgebungswärmetauscher 5 integrierende Temperierkreis nicht vorgesehen ist. Hierzu sind die dem Traktionsmotor 2a zugeordneten schaltbaren Anschlüsse 12 der ersten Verteilvorrichtung 9 geschlossen. Gleichzeitig wird jedoch eine passive Kühlung der ladenden Traktionsbatterie 2b und der Funktionskomponentengruppe bestehend aus Leistungselektronik 2c, Thermomanagementsystemsteuerung 2d und Ladegerät 2e mittels Temperierfluid, das in dem Umgebungswärmetauscher 5 gekühlt wurde, bewirkt. Weiterhin kann bedarfsweise durch eine Nutzung des Transfersystems 15 als Kompressionskältemaschine ein Kühlen der dem Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 zuzuführenden Luft 21 realisiert werden (sogenannte „Standklimatisierung“), wobei die dabei in dem ersten Verbindungswärmetauscher 6 anfallende Wärmeenergie über den Umgebungswärmetauscher 5 an die Umgebungsluft abgegeben wird.the 8th shows a seventh operating state of the thermal management system, which can be provided when the motor vehicle 1 is charging (permanently stationary or not in use) and at an ambient temperature that is above a/the ambient limit temperature. This operating state differs from the second operating state according to the 3 only in that - since cooling of the traction motor 2a is not required due to the non-operation - the traction motor 2a, the first connection heat exchanger 6 and the ambient heat exchanger 5 integrating temperature control circuit is not provided. For this purpose, the switchable connections 12 of the first distribution device 9 assigned to the traction motor 2a are closed. At the same time, however, passive cooling of the charging traction battery 2b and the functional component group consisting of power electronics 2c, thermal management system controller 2d and charger 2e is effected by means of tempering fluid that has been cooled in the ambient heat exchanger 5. Furthermore, if necessary, by using the transfer system 15 as a compression refrigeration machine, the air 21 to be supplied to the interior of the motor vehicle 1 can be cooled (so-called “stationary air conditioning”), with the thermal energy occurring in the first connecting heat exchanger 6 being released to the ambient air via the ambient heat exchanger 5 .

Die 9 zeigt einen achten Betriebszustand des Thermomanagementsystems, der ebenfalls bei einem Ladebetrieb des Kraftfahrzeugs 1 vorgesehen ist und der bei einer Umgebungstemperatur, die unterhalb einer/der Umgebungsgrenztemperatur liegt, vorgesehen sein kann. Eine Temperierung des Traktionsmotors 2a ist demnach wiederum aufgrund des Nichtbetriebs nicht vorgesehen. Gleichzeitig ist ein Erwärmen der dem Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 zuzuführenden Luft 21 vorgesehen (sogenannte „Standheizung“), wozu Abwärme der Funktionskomponentengruppe bestehend aus Leistungselektronik 2c, Thermomanagementsystemsteuerung 2d und Ladegerät 2e und optional beziehungsweise bedarfsabhängig auch Wärmeenergie der Umgebungsluft genutzt wird. Diese Abwärme/Wärmeenergie wird in dem zweiten Verbindungswärmetauscher 7 für ein Verdampfen des Transferfluids genutzt. Die bei dem Kondensieren dieses Transferfluids in dem ersten Verbindungswärmetauscher 6 an das diesen durchströmende Temperiermittel abgegebene Wärmeenergie wird dann in dem Heizungswärmetauscher 4 auf Luft 21, die dem Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 zugeführt werden soll, übertragen. Dazu ist ein entsprechender, den ersten Verbindungswärmetauscher 6 und den Heizungswärmetauscher 4 ausbildender Temperierkreis vorgesehen. Das Transfersystem 15 wird dabei demnach als Kompressionswärmepumpe genutzt. Die Traktionsbatterie 2b ist gleichzeitig zur Realisierung eines Batteriebalancing in den Kurzschlusskreis eingebunden.the 9 shows an eighth operating state of the thermal management system, which is also provided when the motor vehicle 1 is charging and which can be provided at an ambient temperature that is below a/the ambient limit temperature. A temperature control of the traction motor 2a is therefore not provided due to the non-operation. At the same time, the air 21 to be supplied to the interior of the motor vehicle 1 is heated (so-called “auxiliary heating”), For which waste heat from the functional component group consisting of power electronics 2c, thermal management system control 2d and charger 2e and optionally or as required also heat energy from the ambient air is used. This waste heat/thermal energy is used in the second connecting heat exchanger 7 for evaporating the transfer fluid. The thermal energy released during the condensing of this transfer fluid in the first connection heat exchanger 6 to the temperature control medium flowing through it is then transferred in the heating heat exchanger 4 to air 21 which is to be supplied to the interior of the motor vehicle 1 . A corresponding temperature control circuit forming the first connection heat exchanger 6 and the heating heat exchanger 4 is provided for this purpose. The transfer system 15 is accordingly used as a compression heat pump. At the same time, the traction battery 2b is integrated into the short-circuit circuit in order to implement battery balancing.

Die 10 zeigt einen neunten Betriebszustand des Thermomanagementsystems, der sich von dem achten Betriebszustand gemäß der 9 lediglich dahingehend unterscheidet, dass die ladende Traktionsbatterie 2b aktiv gekühlt wird und die dabei anfallende Abwärme ergänzend für ein Verdampfen des Transferfluids in dem zweiten Verbindungswärmetauscher 7 genutzt wird.the 10 shows a ninth operating state of the thermal management system, which differs from the eighth operating state according to the 9 differs only in that the charging traction battery 2b is actively cooled and the resulting waste heat is additionally used for evaporating the transfer fluid in the second connection heat exchanger 7 .

Die 11 zeigt einen zehnten Betriebszustand des Thermomanagementsystems, der sich von dem achten Betriebszustand gemäß der 9 lediglich dahingehend unterscheidet, dass die ladende Traktionsbatterie 2b zusätzlich erwärmt wird, was bei relativ kalten Umgebungstemperaturen sinnvoll oder erforderlich sein kann. Dazu ist ein entsprechender, die Traktionsbatterie 2b und den ersten Verbindungswärmetauscher 6 integrierender Temperierkreis ausgebildet. Ebenso wie für die Standheizung wird Abwärme der Funktionskomponentengruppe bestehend aus Leistungselektronik 2c, Thermomanagementsystemsteuerung 2d und Ladegerät 2e und optional beziehungsweise bedarfsabhängig auch Wärmeenergie der Umgebungsluft für das Erwärmen der Traktionsbatterie 2b genutzt.the 11 shows a tenth operating state of the thermal management system, which differs from the eighth operating state according to the 9 differs only in that the charging traction battery 2b is additionally heated, which can be useful or necessary at relatively cold ambient temperatures. For this purpose, a corresponding temperature control circuit integrating the traction battery 2b and the first connection heat exchanger 6 is formed. Just as for the auxiliary heating, waste heat from the functional component group consisting of power electronics 2c, thermal management system control 2d and charger 2e and optionally or as required also heat energy from the ambient air is used to heat up the traction battery 2b.

Die 12 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform, das sich von demjenigen gemäß der 1 dahingehend unterscheidet, dass insgesamt drei Pumpen 8 des Temperiersystems 3 vorgesehen sind, die zudem an anderen Stellen in das Temperiersystem 3 integriert sind. Konkret ist jeweils eine Pumpe 8 unmittelbar stromauf (stromab ist ebenfalls möglich) der beiden Verbindungswärmetauscher 6, 7 und die dritte Pumpe 8 in die der Traktionsbatterie 2b zugeordnete Kurzschlussleitung 13 integriert. Aufgrund dessen kann eine Freigabe der Kurzschlussleitung 13 und damit die Ausbildung eines die Traktionsbatterie 2b umfassenden Kurzschlusskreises mittels dieser dritten Pumpe 8 in Verbindung mit einem einfachen Überdruckventil 19 (z.B. Rückschlagventil) realisiert werden. Das komplexere Thermostatventil 14, das bei dem Kraftfahrzeug 1 gemäß der 1 in die Kurzschlussleitung 13 integriert ist, kann dadurch entfallen. Für das Kraftfahrzeug 1 gemäß der 12 können den 2 bis 11 entsprechende Betriebszustände vorgesehen sein.the 12 shows a motor vehicle 1 according to the invention according to a second embodiment, which differs from that according to FIG 1 differs in that a total of three pumps 8 of the temperature control system 3 are provided, which are also integrated into the temperature control system 3 at other points. Specifically, one pump 8 is integrated directly upstream (downstream is also possible) of the two connecting heat exchangers 6, 7 and the third pump 8 in the short-circuit line 13 assigned to the traction battery 2b. Because of this, a release of the short-circuit line 13 and thus the formation of a short circuit encompassing the traction battery 2b can be realized by means of this third pump 8 in conjunction with a simple overpressure valve 19 (eg check valve). The more complex thermostatic valve 14, which in the motor vehicle 1 according to 1 is integrated into the short-circuit line 13 can be omitted. For the motor vehicle 1 according to 12 can the 2 until 11 corresponding operating states must be provided.

Die 13 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 gemäß einer dritten Ausgestaltungsform, das sich von demjenigen gemäß der 12 dahingehend unterscheidet, dass keine Traktionsbatterie 2b in das Thermomanagementsystem integriert ist. Dies kann der Fall sein, wenn eine solche Traktionsbatterie 2b auf andere Weise temperiert wird oder es keiner aktiven Temperierung der Traktionsbatterie 2b bedarf oder wenn eine andere Traktionsenergiequelle, beispielsweise einer Brennstoffzelle, vorgesehen ist, für die das gilt. Durch die fehlende Integration einer Traktionsbatterie 2b kann die Anzahl der für das Fördern des Temperierfluids erforderlichen Pumpen 8 auf zwei reduziert sein. Für dieses Kraftfahrzeug 1 können den 2 bis 11 entsprechende Betriebszustände - jeweils ohne die entsprechende Einbindung der Traktionsbatterie 2b - vorgesehen sein.the 13 shows a motor vehicle 1 according to the invention according to a third embodiment, which differs from that according to FIG 12 differs in that no traction battery 2b is integrated into the thermal management system. This can be the case if such a traction battery 2b is tempered in a different way or no active tempering of the traction battery 2b is required or if another traction energy source, for example a fuel cell, is provided for which this applies. Due to the lack of integration of a traction battery 2b, the number of pumps 8 required for conveying the tempering fluid can be reduced to two. For this motor vehicle 1 can 2 until 11 corresponding operating states - be provided - in each case without the corresponding integration of the traction battery 2b.

Die 14 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug gemäß einer vierten Ausgestaltungsform, das sich von demjenigen gemäß der 1 dahingehend unterscheidet, dass (wie bei dem Kraftfahrzeug 1 gemäß der 13) keine Traktionsbatterie 2b in das Thermomanagementsystem integriert ist. Für dieses Kraftfahrzeug können den 2 bis 11 entsprechende Betriebszustände - jeweils ohne die entsprechende Einbindung der Traktionsbatterie 2b - vorgesehen sein.the 14 shows a motor vehicle according to the invention according to a fourth embodiment, which differs from that according to FIG 1 differs in that (as in the motor vehicle 1 according to 13 ) no traction battery 2b is integrated into the thermal management system. For this motor vehicle can 2 until 11 corresponding operating states - be provided - in each case without the corresponding integration of the traction battery 2b.

Gemäß den 15 und 16 kann bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 1 auch vorgesehen sein, dass das Transfersystem 15 lediglich einen (ersten) Transferkreis aufweist, der den Verdichter 16, eine Drossel 17 und jeweils die zweite Wärmetauschseite der beiden Verbindungswärmetauscher 6, 7 integriert. Weiterhin besteht gemäß den darin gezeigten Ausgestaltungsbeispielen die Möglichkeit, den dadurch nicht mehr vorhandenen Luftwärmetauscher 18 des Transfersystems 15 durch einen zweiten Heizungswärmetauscher 15 (vgl. 15) und/oder durch einen beispielsweise elektrischen Luftheizer 20 (vgl. 16) zu ersetzen, um die gemäß den 2 bis 11 vorgesehenen Funktionalitäten zu realisieren. Die 15 und 16 zeigen diese möglichen Ausgestaltungsformen des Thermomanagementsystems bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 1 gemäß der 13. Entsprechende Ausgestaltungen sind jedoch auch bei den Tempomanagementsystemen gemäß den 1, 11, 12 und 14 bis 16 möglich.According to the 15 and 16 it can also be provided in a motor vehicle 1 according to the invention that the transfer system 15 has only one (first) transfer circuit, which integrates the compressor 16, a throttle 17 and the second heat exchange side of the two connection heat exchangers 6, 7 in each case. Furthermore, according to the exemplary embodiments shown therein, there is the possibility of replacing the air heat exchanger 18 of the transfer system 15, which is no longer present, with a second heating heat exchanger 15 (cf. 15 ) and/or by an electric air heater 20, for example (cf. 16 ) to replace those according to the 2 until 11 to implement the intended functionalities. the 15 and 16 show these possible configurations of the thermal management system in a motor vehicle 1 according to the invention according to FIG 13 . Corresponding configurations are, however, also in the speed management systems according to the 1 , 11 , 12 and 14 until 16 possible.

Die 17 und 18 zeigen noch alternative Möglichkeiten zur Gruppierung der Funktionskomponenten 2: Traktionsmotor 2a, Leistungselektronik 2c, Thermomanagementsystemsteuerung 2d und Ladegerät 2e.the 17 and 18 show alternative options for grouping the functional components 2: traction motor 2a, power electronics 2c, thermal management system control 2d and charger 2e.

Bei der Ausgestaltungsform gemäß der 17 sind der Traktionsmotor 2a und die Leistungselektronik 2c mit serieller Anordnung in einer ersten Funktionskomponentengruppe und die Thermomanagementsystemsteuerung 2d und das Ladegerät 2e mit serieller Anordnung in einer zweiten Funktionskomponentengruppe kombiniert.In the embodiment according to the 17 the traction motor 2a and the power electronics 2c are combined with a serial arrangement in a first functional component group and the thermal management system controller 2d and the charger 2e with a serial arrangement are combined in a second functional component group.

Bei der Ausgestaltungsform gemäß der 18 sind dagegen sämtliche dieser vier Funktionskomponenten 2 mit serieller Anordnung in einer Funktionskomponentengruppe kombiniert.In the embodiment according to the 18 On the other hand, all of these four functional components 2 are combined with a serial arrangement in a functional component group.

BezugszeichenlisteReference List

11
Kraftfahrzeugmotor vehicle
22
Funktionskomponentefunctional component
2a2a
Traktionsmotortraction engine
2b2 B
Traktionsbatterie (Traktionsenergiequelle)Traction battery (traction energy source)
2c2c
Leistungselektronikpower electronics
2d2d
Thermomanagementsystemsteuerungthermal management system control
2e2e
Ladegerätcharger
33
Temperiersystemtemperature control system
44
Heizungswärmetauscherheating heat exchanger
55
Umgebungswärmetauscherambient heat exchanger
66
erster Verbindungswärmetauscherfirst connection heat exchanger
77
zweiter Verbindungswärmetauschersecond connection heat exchanger
88th
Pumpe (Temperierfluidfördervorrichtung)Pump (tempering fluid delivery device)
99
erste Verteilvorrichtungfirst distribution device
1010
zweite Verteilvorrichtungsecond distribution device
1111
nicht-schaltbarer Anschluss einer Verteilvorrichtungnon-switchable connection of a distribution device
1212
schaltbarer Anschluss einer Verteilvorrichtungswitchable connection of a distribution device
1313
Kurzschlussleitungshort-circuit line
1414
Thermostatventilthermostatic valve
1515
Transfersystemtransfer system
1616
Verdichter (Transferfluidfördervorrichtung)Compressor (Transfer Fluid Conveying Device)
1717
Drosselthrottle
1818
Luftwärmetauscherair heat exchanger
1919
Überdruckventilpressure relief valve
2020
Luftheizerair heater
2121
LuftAir

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 2019/0092121 A1 [0003]US 2019/0092121 A1 [0003]

Claims (13)

Kraftfahrzeug (1) mit einem Thermomanagementsystem, das - ein Temperiersystem (3), in das • eine Mehrzahl von zu temperierenden Funktionskomponenten (2), • ein Umgebungswärmetauscher (5) und • ein (erster) Heizungswärmetauscher (4), durch den Luft (21), die einem Innenraum des Kraftfahrzeugs (1) zugeführt werden soll, temperierbar ist, integriert sind, wobei jede der Funktionskomponenten (2) und der Heizungswärmetauscher (4) mittels eines Verteilsystems wechselweise mit sowohl einem ersten Verbindungwärmetauscher (6) als auch einem zweiten Verbindungwärmetauscher (7) zur Ausbildung von Temperierkreisen, in denen jeweils ein Temperierfluid in einem Kreislauf mittels mindestens einer Temperierfluidfördervorrichtung (8) förderbar ist, verbindbar sind, wobei der Umgebungswärmetauscher (5) zumindest in einen den ersten Verbindungwärmetauscher (6) umfassenden Temperierkreis integriert oder integrierbar ist, und - ein von dem Temperiersystem (3) fluidisch getrenntes Transfersystem (15), das in einem (ersten) Transferkreis eine Transferfluidfördervorrichtung (16) zur Förderung von Transferfluid, den ersten Verbindungwärmetauscher (6) und den zweiten Verbindungwärmetauscher (7) integriert, umfasst.Motor vehicle (1) with a thermal management system that - a temperature control system (3), in which • a plurality of functional components (2) to be tempered, • an ambient heat exchanger (5) and • a (first) heating heat exchanger (4) through which the temperature of the air (21) that is to be supplied to an interior of the motor vehicle (1) can be controlled, are integrated each of the functional components (2) and the heating heat exchanger (4) being alternately connected to both a first connection heat exchanger (6) and a second connection heat exchanger (7) by means of a distribution system to form temperature control circuits, in each of which a temperature control fluid is conveyed in a circuit by means of at least one temperature control fluid conveying device (8) can be conveyed, can be connected, wherein the ambient heat exchanger (5) is integrated or can be integrated at least in a temperature control circuit comprising the first connection heat exchanger (6), and - a transfer system (15) which is fluidically separate from the temperature control system (3) and which integrates a transfer fluid delivery device (16) for delivering transfer fluid, the first connection heat exchanger (6) and the second connection heat exchanger (7) in a (first) transfer circuit, includes. Kraftfahrzeug (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transferfluidfördervorrichtung (16) als Verdichter ausgestaltet ist und der (erste) Transferkreis zusätzlich eine Drossel (17) integriert.Motor vehicle (1) according to claim 1 , characterized in that the transfer fluid delivery device (16) is designed as a compressor and the (first) transfer circuit additionally integrates a throttle (17). Kraftfahrzeug (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebungswärmetauscher (5) in jeden Temperierkreis, der zumindest eine der Funktionskomponenten (2) und den ersten Verbindungwärmetauscher (6) umfasst, integriert oder integrierbar ist.Motor vehicle (1) according to claim 1 or 2 , characterized in that the ambient heat exchanger (5) is integrated or can be integrated into each temperature control circuit which comprises at least one of the functional components (2) and the first connection heat exchanger (6). Kraftfahrzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebungswärmetauscher (5) in zumindest einen den zweiten Verbindungswärmetauscher (7) umfassenden Temperierkreis integriert oder integrierbar ist.Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the ambient heat exchanger (5) is integrated or can be integrated into at least one temperature control circuit comprising the second connection heat exchanger (7). Kraftfahrzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionskomponenten (2) zumindest zwei aus der Gruppe umfassend einen elektrischen Traktionsmotor (2a), eine Leistungselektronik (2c), eine Traktionsenergiequelle (2b), ein Ladegerät (2e) und eine Thermomanagementsystemsteuerung (2d) sind.Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the functional components (2) include at least two from the group comprising an electric traction motor (2a), power electronics (2c), a traction energy source (2b), a charging device (2e) and a thermal management system controller (2d). Kraftfahrzeug (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsenergiequelle (2b) und der Traktionsmotor (2a) in paralleler Anordnung in das Temperiersystem integriert sind.Motor vehicle (1) according to claim 5 , characterized in that the traction energy source (2b) and the traction motor (2a) are integrated in a parallel arrangement in the temperature control system. Kraftfahrzeug (1) gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Traktionsmotor (2a) und zumindest eine Funktionskomponente (2) der Gruppe umfassend die Leistungselektronik (2c), das Ladegerät (2e) und die Thermomanagementsystemsteuerung (2d) in serieller Anordnung in das Temperiersystem (3) integriert sind.Motor vehicle (1) according to claim 5 or 6 , characterized in that the traction motor (2a) and at least one functional component (2) of the group comprising the power electronics (2c), the charger (2e) and the thermal management system controller (2d) are integrated in a serial arrangement in the temperature control system (3). Kraftfahrzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Funktionskomponenten (2) eine/die Traktionsenergiequelle (2b) ist, wobei Temperiermittel in einem die Traktionsenergiequelle (2b) umfassenden und die Verbindungswärmetauscher (6, 7) sowie den oder die andere(n) Funktionskomponente(n) (2) ausschließenden Kurzschlusskreis förderbar ist.Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that one of the functional components (2) is a/the traction energy source (2b), with temperature control means in one comprising the traction energy source (2b) and the connecting heat exchangers (6, 7) and the or the other(s) functional component(s) (2) excluding short-circuit circuit can be conveyed. Kraftfahrzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilsystem eine erste Verteilvorrichtung (9) umfasst, die ausschließlich mit dem ersten Verbindungswärmetauscher (6) verbunden oder verbindbar ist, und eine zweite Verteilvorrichtung (10), die ausschließlich mit dem zweiten Verbindungswärmetauscher (7) verbunden oder verbindbar ist.Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the distribution system comprises a first distribution device (9) which is or can be connected exclusively to the first connecting heat exchanger (6), and a second distribution device (10) which is exclusively connected to the second connection heat exchanger (7) is connected or connectable. Kraftfahrzeug (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verteilvorrichtung (9) und/oder die zweite Verteilvorrichtung (10) als Drehschieberventil und/oder Linearschieberventil ausgestaltet ist/sind.Motor vehicle (1) according to claim 9 , characterized in that the first distribution device (9) and/or the second distribution device (10) is/are designed as a rotary slide valve and/or linear slide valve. Kraftfahrzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Transfersystem (15) - in dem ersten Transferkreislauf den ersten Verbindungswärmetauscher (6) und den zweiten Verbindungswärmetauscher (7) integriert und einen Luftwärmetauscher (18), durch den die Luft (21), die dem Innenraum des Kraftfahrzeugs (1) zugeführt werden soll, temperierbar ist, ausschließt und - in einem zweiten Transferkreislauf den ersten Verbindungswärmetauscher (6) und den Luftwärmetauscher (18) integriert und den zweiten Verbindungswärmetauscher (7) ausschließt, wobei mittels des Verteilsystems eine bedarfsweise Verteilung des Transferfluids auf den ersten Transferkreislauf und/oder den zweiten Transferkreislauf einstellbar ist.Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the transfer system (15) - in the first transfer circuit, integrates the first connection heat exchanger (6) and the second connection heat exchanger (7) and an air heat exchanger (18) through which the air ( 21), which is to be supplied to the interior of the motor vehicle (1), is temperature-controllable, excludes and - integrates the first connection heat exchanger (6) and the air heat exchanger (18) in a second transfer circuit and excludes the second connection heat exchanger (7), whereby by means of the Distribution system, if necessary, distribution of the transfer fluid to the first transfer circuit and / or the second transfer circuit is adjustable. Kraftfahrzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zweiten Heizungswärmetauscher (4), wobei der erste Heizungswärmetauscher (4) und der zweite Heizungswärmetauscher (4) in paralleler Anordnung in das Temperiersystem (3) integriert sind.Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized by a second heating heat exchanger (4), the first heating heat exchanger (4) and the second heating heat exchanger (4) being integrated into the temperature control system (3) in a parallel arrangement. Kraftfahrzeug (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Luftheizer (20) zur Erwärmung der Luft (21), die dem Innenraum des Kraftfahrzeugs (1) zugeführt werden soll.Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized by an air heater (20) for heating the air (21) which is to be supplied to the interior of the motor vehicle (1).
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