Die Erfindung betrifft ein Wärmeenergiesystem zum Regulieren von Temperaturen eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug umfassend ein solches Wärmeenergiesystem.

Elektrofahrzeuge benötigen ein Kühlsystem, um Verlustleistungen, die in den Aggregaten (Batterie, elektrische Maschine (E-Maschine/E-Motor/eDrive), Untersetzungsgetriebe, Lager, etc.) und elektronischen Komponenten (Leistungselektronik wie Inverter, DC/DC-Wandler, DC-AC-Wandler, etc.) im Betrieb und beim Laden der Batterie anfallen, abzuführen.

Die Fahrzeugsysteme weisen hierbei meist mehrere Kühlkreise auf, die zum Teil miteinander gekoppelt werden können, um ein Thermomanagement-System zu bilden. In der Regel ist ein Kühlmittelkreis mit Wasser-Glykol-Basis vorhanden, über den die Wärme an die Umgebung abgeführt wird. Ein weiterer Kreis umfasst eine Wärme- pumpe/einen AC-Kompressor zur Klimatisierung des Fahrgastraums/Fahrgastzelle oder zur Unterstützung der Wärmeabfuhr aus den Komponenten. Ein dritter Kreis ist in manchen Systemen zur Wärmeabfuhr aus dem Schmier- und Kühlölsystem des Getriebes vorgesehen.

Bei den bekannten Systemen herrschen zwei grundsätzliche Prinzipien bzgl. der Innenraumklimatisierung und der Kühlung der Leistungselektronik vor.

Die Fahrgastzelle wird mittels einem Kühlmittel-Wärmetauscher aus dem Kühlkreis des E-Antriebes geheizt und über den Kältekreis der Klimaanlage/einer Wärmepumpe gekühlt, was zusätzliche Wärmetauscher für die Klimatisierung der Fahrgastzelle erfordert. Für größere Heizleistungen sind meist zusätzliche elektrische Heizer erforderlich, die entweder den Kühlmittelstrom oder die Innenraumluft direkt erwärmen.

Das zweite Prinzip bündelt die Funktionen Heizen und Kühlen über den Kältekreis, indem statt einem Heiz-Wärmetauscher ein Kondensierer-Wärmetauscher eingesetzt wird und je nach Bedarf die Luft entweder durch diesen (Heizen) oder durch den Verdampfer-Wärmetauscher (Kühlen) geleitet wird.

Allen Systemen ist gemein, dass die Leistungselektronik bzgl. Kühlung in Reihe zur elektrischen Maschine vorgeschaltet ist, wobei der dann vorgewärmte Kühlmittelstrom zur Kühlung des Motors verwendet wird.

Der Energiespeicher/Akku/Hochvolt-, HV-Batterie weist ebenfalls Verluste beim Energieumsatz auf, bedingt durch die chemischen und physikalischen Prozesse innerhalb der Zellen. Deren Einfluss ist leistungs- und temperaturabhängig, sodass bei geringen Leistungen die Verlustleistung ebenfalls gering und je größer der Energieumsatz desto höher die internen Verluste sind. Zur Sicherstellung der Kühlleistung ist dafür in den meisten Systemen eine Flüssigkeitskühlung bereitgestellt.

E-Antriebe benötigen eine intelligente Verteilung der Energie, um die verfügbare Batteriekapazität effizient auszunutzen. Die bekannten Thermomanagement-Systeme trennen die Funktionen Innenraumklimatisierung (Heizung/Kühlung) in mehrere Wärmetauscher auf (Wasser-Luft für die Heizung und Kältemittel-Luft für die Kühlung). Dazu sind häufig auch elektrischen Zuheizer vorgesehen.

Neben den Kosten zeigen sich hier Nachteile im Bauraumbedarf und der Leitungslänge und dem Matenaleinsatz.

Des Weiteren führt die Reihenschaltung der Kühlung von Leistungselektronik und elektrischer Maschine dazu, dass die Leistungsfähigkeit der E-Maschine oder die Effizienz des eDrives leidet. Durch eine hohe Temperatur des Kühlmittels ist die Strombelastbarkeit der Leistungselektronik reduziert, sodass die Kühlleistung begrenzt ist. Jedoch führt eine höhere Temperatur im eDrive zu reduzierten mechanischen Verlusten aufgrund niedrigerer Viskosität des Öls. Bei niedriger Kühlmitteltemperatur kehrt sich diese Eigenschaft um. Es ist also stets ein Kompromiss zu finden

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmeenergiesystem und ein Fahrzeug bereitzustellen, die einen oder mehrere der zuvor genannten Nachteile beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Wärmeenergiesystem und ein Fahrzeug mit einem solchen bereitzustellen, bei dem Verlustenergie des Fahrzeugs bzw. einzelner Komponenten so weit wie möglich genutzt werden und nur überschüssige, nicht nutzbare Energie an die Umgebung abgegeben wird

Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt durch ein Wärmeenergiesystem zum Regulieren von Temperaturen eines Fahrzeugs gelöst, umfassend eine Wärmepumpe mit einer Kühleinheit zum Kühlen eines Kühlmittelstroms und einer Heizeinheit zum Erwärmen eines Kühlmittelstroms, die derart ausgebildet ist, dass Wärmeenergie von einem der Kühleinheit zugeführten Kühlmittelstrom zu einem der Heizeinheit zugeführten Kühlmittelstrom zuführbar ist. Das Wärmeenergiesystem weist eine Vielzahl an System abschnitten auf und die Systemabschnitte sind zum Erwärmen und/oder Kühlen eines jeweiligen Fahrzeugabschnitts des Fahrzeugs ausgebildet. Ein erster Systemabschnitt der Systemabschnitte zum Kühlen eines ersten Fahrzeugabschnitts der Fahrzeugabschnitte mit zumindest einer ersten Elektronikeinheit und ein fünfter Systemabschnitt zum Kühlen eines fünften Fahrzeugabschnitts der Fahrzeugabschnitte mit einem Motor ausgebildet ist. Das System umfasst weiter einen stromabwärts der Kühleinheit beginnenden Niedrigtemperatur-, NT-Leitungspfad und einen stromabwärts der Heizeinheit beginnenden Hochtemperatur-, HT-Leitungs- pfad, wobei zumindest einer der HT- und NT-Leitungspfade dazu ausgebildet ist, einen Kühlmittelstrom zu zumindest einem der Vielzahl an Systemabschnitten zu leiten. Stromabwärts der Kühleinheit ist der NT-Leitungspfad zum Leiten des Kühlmittelstroms zu dem ersten Systemabschnitt der Vielzahl an Systemabschnitten ausgebildet. Der NT-Leitungspfad ist weiter dazu ausgebildet, bei einem Leiten des Kühlmittelstroms zu dem fünften Systemabschnitt stromabwärts des ersten Systemabschnitts und stromaufwärts des fünften System abschnitts den Kühlmittel ström zu zumindest einem weiteren Systemabschnitt zu leiten, wobei der weitere Systemabschnitt zum Kühlen und/oder Erwärmen eines weiteren Fahrzeugabschnitts mit einer Fahrgastzelle, einer Batterie oder eines Radiators ausgebildet ist. Ein erster der HT- und NT-Leitungspfade ist weiter dazu ausgebildet, den Kühlmittelstrom zu der Heizeinheit zu leiten, und ein zweiter der HT- und NT-Leitungspfade ist weiter dazu ausgebildet, den Kühlmittelstrom zu der Kühleinheit zu leiten. Folglich kann einer der HT- und NT-Leitungspfade den Kühlmittelstrom zu dem fünften Systemabschnitt mit dem Motor leiten. Leitet der NT-Leitungspfad den Kühlmittelstrom zu dem Motor, leitet der NT-Leitungspfad den Kühlmittelstrom stromabwärts des ersten Systemabschnitts zu zumindest einem weiteren Systemabschnitt der Systemabschnitte, bevor der Kühlmittelstrom zu dem fünften Systemabschnitt geleitet wird. Folglich kann eine Kühlung weiterer Systemabschnitte, die nicht den ersten und fünften Systemabschnitt umfassen, erfolgen, bevor der Motor gekühlt wird. Somit kann eine verbesserte Energieeffizienz erreicht werden. Die weiteren Systemabschnitte können zumindest einen von einem zweiten bis vierten Systemabschnitt umfassen bzw. ein solcher sein. Leitet alternativ der HT-Leitungspfad den Kühlmittelstrom zu dem fünften Systemabschnitt, leitet der NT-Leitungspfad den Kühlmittelstrom zumindest zu dem ersten Systemabschnitt.

Das System kann den Motor, die zumindest eine erste und/oder weitere Elektronikeinheiten, einen Fahrgastzellenwärmetauscher der Fahrgastzelle, einen ersten Wärmetauscher der Fahrgastzelle, einen zweiten Wärmetauscher der Fahrgastzelle, eine Batterie und/oder einen Radiator umfassen. Zur Klimatisierung der Fahrgastzelle kann das Fahrzeug und/oder das System den Fahrgastzellenwärmetauscher bereitstellen. Alternativ kann der Fahrgastzellenwärmetauscher durch die zwei einzelnen Wärmetauscher ersetzt werden. Durch einen parallelen Betrieb der ersten und zweiten Wärmetauscher ist eine Entfeuchtung der Fahrgastzellenluft möglich, indem die Luft als erstes über den zweiten Wärmetauscher geführt und dabei abgekühlt wird, wobei die Feuchtigkeit kondensiert und abgeführt werden kann. Anschließend wird die Luft durch den ersten Wärmetauscher geleitet und wieder auf das Zieltempera- turniveau erwärmt. Es ist jedoch grundsätzlich ein Kühlen und Heizen der Fahrgastzelle über den einzelnen Fahrgastzellenwärmetauscher möglich, der in einem ersten Betriebsmodus mit dem HT-Leitungspfad zur Heizung der Luft verbunden werden kann und in einem zweiten Betriebsmodus mit den NT-Leitungspfad zum Kühlen der Luft geschaltet werden kann. Eine Entfeuchtung der Luft ist damit nur während des Kühlens möglich. Durch eine geeignete Einrichtung zur Umschaltung der Luftführung kann Wärmeenergie an einem der ersten und zweiten Wärmetauscher, insbesondere dem ersten Wärmetauscher entweder an die Fahrgastzelle oder an die Umgebungsluft abgeben werden. Durch Zwischenstellungen ist eine stufenlose Verteilung der Wärmeenergie-Abgabe zwischen Fahrgastzelle und Umgebungsluft möglich.

Die Systemabschnitte sind zum Erwärmen und/oder Kühlen eines jeweiligen Fahrzeugabschnitts ausgebildet. Folglich ist jedem Systemabschnitt zumindest ein Fahrzeugabschnitt zugeordnet. Erwärmen kann bedeuten, dass Wärmeenergie zugeführt wird, um den jeweiligen Fahrzeugabschnitt bzw. die jeweilige Einheit zu erwärmen. Kühlen kann bedeuten, dass Wärmeenergie abgeführt wird, um den jeweiligen Fahrzeugabschnitt bzw. die jeweilige Einheit zu kühlen. Folglich kann ein kühlender Systemabschnitt einer der System abschnitte sein, der zumindest einen Fahrzeugabschnitt und/oder zumindest eine Einheit des Fahrzeugabschnitts kühlt. Ein erwärmender Systemabschnitt kann einen Fahrzeugabschnitt und/oder zumindest eine Einheit des Fahrzeugabschnitts erwärmen. Insbesondere ist dem ersten System abschnitt der erste Fahrzeugabschnitt zugeordnet. Einer der Systemabschnitte kann ausschließlich nur zum Erwärmen oder Kühlen ausgebildet sein. Einer der Systemabschnitte kann zum Kühlen und Erwärmen ausgebildet sein. Der erste Leitungspfad kann dazu ausgebildet sein, den ersten Wärmetauscher und/oder den Radiator zu erwärmen und den Motor zu kühlen.

Die Leitungspfade können dazu ausgebildet sein, mit den Systemabschnitten verbindbar zu sein. Die Systemabschnitte können eine oder mehrere Leitungspfade o- der Abschnitte der NT- und/oder HT-Leitungspfade aufweisen.

Eine Elektronikeinheit der ersten und oder weiteren Elektronikeinheiten (siehe nachfolgend) des Fahrzeugs kann eine elektronische Einheit sein, die insbesondere im Betrieb Wärmeenergie erzeugt und sich somit erwärmt. Um eine Leistung der Elektronikeinheit zu gewährleisten, kann die Elektronikeinheit beispielsweise mittels des Kühlmittelstroms des NT-Leitungspfads gekühlt werden. Die Elektronikeinheit kann eines von einer Steuerungselektronik, einem Inverter, einem DC/DC-Wandler, einem DC/AC-Wandler und einem On-Board-Charger (OBC) sein. Es können zwei, drei, vier oder mehr Elektronikeinheiten mittels des vorgeschlagenen Systems gekühlt und/oder erwärmt, insbesondere gekühlt werden. Der erste Fahrzeugabschnitt kann eine, zwei, drei oder mehr erste Elektronikeinheiten aufweisen. Weitere Systemabschnitte können eine, zwei, drei oder mehr zweite und dritte Elektronikeinheiten aufweisen. Zumindest eine der ersten und nachfolgend genannten Elektronikeinheiten kann zur Steuerung eines Fahrzeugantriebs des Fahrzeugs ausgebildet sein.

Der erste der HT- und NT-Leitungspfade ist dazu ausgebildet, den Kühlmittelstrom zu der Heizeinheit zu leiten, wobei der zweite der HT- und NT-Leitungspfade dazu ausgebildet ist, den Kühlmittelstrom zu der Kühleinheit (sogenannter „Chiller“) zu leiten. Ist der erste Leitungspfad der HT-Leitungspfad und der zweite Leitungspfad der NT- Leitungspfad, liegt ein System mit zwei Kühlmittelstrom kreisläufen (Dual-Circuit-Auf- bau) vor. Ist hingegen der erste Leitungspfad der NT-Leitungspfad und der zweite Leitungspfad der HT-Leitungspfad, liegt ein einziger Kühlmittelstromkreislauf (Single- Circuit-Aufbau) vor.

Der Kühlmittelstrom des NT-Leitungspfads kann eine durchschnittlich niedrigere Temperatur als der Kühlmittelstrom des HT-Leitungspfads aufweisen.

Die Kühleinheit und/oder die Heizeinheit können dazu ausgebildet sein, den der jeweiligen Einheit zugeführten (ansaugseitig der jeweiligen Einheit) Kühlmittelstrom zu Erwärmen und/oder zu Kühlen und zu dem jeweiligen Leitungspfad auszugeben. Die Leitungspfade können zumindest teilweise durch Rohre, Schläuche, Kanäle und/oder eine Kombination dieser ausgebildet sein.

Es wird gemäß dem ersten Aspekt ein Wärmeenergiesystem vorgeschlagen, welches die Verlustenergien aus den elektrischen Komponenten, insbesondere der Elektronikeinheit und/oder der Batterie und die Energie aus der Kühlung der Fahrgastzelle immer dorthin transportieren kann, wo diese nützlich ist bzw. in der thermischen Masse für spätere Nutzung gespeichert werden kann. Erst wenn die Bedarfe und die Speicherkapazitäten ausgeschöpft sind, kann die Energie an die Umgebung abgeführt werden.

Um die Effizienz zu steigern ist die Wärmepumpe vorgesehen, die Wärmeenergie von dem Kühlmittel ström des NT-Leitungspfads mit niedrigem Temperatu rniveau in den Kühlmittelstrom des HT-Leitungspfads mit höherem Temperaturniveau transferiert. Durch unterschiedliche Strömungsflüsse ist es möglich mittels der Wärmepumpe auch Energie aus der Umgebungsluft zu Heizzwecken zu verwenden. Darüber hinaus ermöglicht die Wärmepumpe die Kühlung/ A/C der Fahrgastzelle.

Die Grundidee des vorgeschlagenen Systems begründet sich auf die Darstellung zweier Kühlmittelkreise, bestehend aus dem NT-Leitungspfad und dem HT-Leitungs- pfad mit unterschiedlichem Temperaturniveau. Eine Differenz der Temperaturen der beiden Leitungspfade kann zwischen -10 bis +100K betragen. Die thermische Kopplung der beiden Kühlmittelströme ist über die Wärmepumpe erzeugt. Die Wärmepumpe kann ein Kältemittelreservoir, einen Kompressor, ein Expansionsventil oder eine Drosselklappe, einen Verdampfer-Wärmetauscher für die Kühleinheit und einen flüssigkeitsgekühlten Verflüssiger (englisch: liquid cooled condenser, LCC) für die Heizeinheit umfassen.

Im Folgenden wird das System mit bis zu drei Ventilen (engl. „flow-switch“) beschrieben. Diese können derart angeordnet sein, dass durch die jeweilige Kombination der Schaltzustände der Ventile alle erforderlichen Betriebszustände des Fahrzeugs mit dem System bedient werden können. Die Ausführung zumindest eines der Ventile ist vorteilhaft als radiale Drehschieberausführung vorgesehen, jedoch ist eine andere Form (axialer Kolbenschieber) ebenfalls möglich.

Die Kühlung des Motors, welcher insbesondere ein elektrischer Motor (E-Motor) sein kann, bzw. die Kühlung eines Motor-Wärmetauschers, insbesondere eines Öl-Was- ser-Wärmetauschers (siehe nachfolgend) des Motors kann dem HT-Leitungspfad zugeordnet sein, während Elektronikkomponenten wie insbesondere die ersten Elektronikeinheiten (siehe nachfolgend) in dem NT-Leitungspfad eingebunden sind. Die ersten bis dritten Elektronikeinheiten können einen On-Board-Charger, OBC, ein Controller und/oder ein oder mehrere Leistungselektroniken eines Fahrzeugs umfassen. Die ersten bis dritten Elektronikeinheiten, insbesondere die ersten Elektronikeinheiten können den OBC und den Controller umfassen. Die Trennung von Motor und den ersten Elektronikeinheiten bietet den Vorteil, dass die ersten Elektronikeinheiten mit niedrigerer Vorlauftemperatur gekühlt werden können und damit höhere Leistung und Effizienz erreichbar ist, während der Motor selbst grundsätzlich höhere Temperaturniveaus erträgt bzw. durch seine hohe thermische Masse wesentlich länger belastet werden kann, bis eine Grenztemperatur des Motors erreicht ist. Damit kann die erforderliche Kühlleistung bedarfsgerecht und leistungsoptimiert sichergestellt werden.

Die ersten bis dritten (siehe nachfolgend) Elektronikeinheiten können Elektronik-Subsysteme umfassen. Weiter können die ersten, zweiten und/oder dritten Elektronikeinheiten eine einzelne Elektronikeinheit oder zwei, drei oder mehr Elektronikeinheiten umfassen. Die ersten Elektronikeinheiten können insbesondere zwei oder drei Elektronikeinheiten umfassen. Die zweiten und/oder dritten Elektronikeinheiten können insbesondere eine einzelne Elektronikeinheit umfassen. Zumindest eine der ersten bis dritten Elektronikeinheiten können seriell nacheinander (in Reihe) von einem der Leitungspfade, insbesondere dem Kühlmittelstrom des NT-Leitungspfads durchströmt werden, wobei vorteilhafterweise die Reihenfolge basierend auf Anforderungen und/oder Kühlleistungsbedarfe der zu durchströmenden Elektronikeinheiten bestimmt sein kann. Besonders vorteilhaft scheint die Reihenfolge derart, dass als erstes die Elektronikeinheiten mit dem kältesten Kühlmittelstrom versorgt und der Kühlmittelstrom anschließend durch einen Zentralrechner der Elektronikeinheiten fließt, während der OBC (on-board charger) am Ende durchströmt wird, da dieser nur aktiv ist, wenn die anderen Systeme abgeschaltet oder keine wesentliche Verlustleistung erzeugen/kein Kühlleistungsbedarf vorhanden ist. Eine abweichende Versorgungsreihenfolge ist möglich und kann basierend auf den Kühlleistungsbedarfen der verschiedenen Elektronikeinheiten bestimmt sein.

In einer weiteren Variante ist grundsätzlich eine parallele Versorgung der Elektronikeinheiten oder eine Kombination aus serieller und paralleler Durchströmung möglich. Dabei kann die Anordnung basierend auf den Kühlleistungsbedarfen und/oder Massenstromverhältnissen der Elektronikeinheiten aufgeteilt sein. Es kann dabei empfehlenswert sein, die Volumenströme entsprechend der zu erwartenden Kühlleistungsverhältnisse unter Berücksichtigung der Druckverhältnisse der Elektronikeinheiten, insbesondere der Subsysteme, z.B. mittels Blenden am Eintritt hydraulisch abzugleichen. Ein weiteres Merkmal des Systems stellt die indirekte Klimatisierung der Cabin/Fahr- gastzelle dar, realisiert über den einzigen Fahrgastzellenwärmetauscher oder die zwei Wärmetauscher, wobei insbesondere der Fahrgastzellenwärmetauscher je nach Bedarf entweder mit dem warmen Kühlmittelstrom aus dem HT-Leitungspfad (Heizbedarf) oder dem kaltem Kühlmittelstrom aus dem NT-Leitungspfad (Kühlbedarf) versorgt wird. Bei zwei separaten Fahrgastzellen-Wärmetauschern kann der erste Wärmetauscher mit kaltem Kühlmittel zur Kühlung der Fahrgastzellen-Luft aus dem NT- Leitungspfad versorgt werden, während der zweite Wärmetauscher mit dem warmen Kühlmittel-Strom, zur Heizung der Fahrgastzellen-Luft, versorgt wird. Die Luft, die der Fahrgastzelle zugeführt werden soll, kann dabei zuerst durch den ersten Wärmetauscher geleitet werden, um die Luft abzukühlen und durch Kondensation der Luftfeuchtigkeit eine Entfeuchtung der Luft in der Fahrgastzelle zu ermöglichen. Anschließend kann die Wiedererwärmung der Luft in gewünschtem Maße durch den zweiten Wärmetauscher erfolgen.

Das System oder das Fahrzeug kann weiter den, insbesondere den einzigen Radiator (siehe nachfolgend) zum Austausch von Energie mit der Umgebungsluft aufweisen, welcher je nach Bedarf im NT- oder im HT-Leitungspfad eingebunden sein kann und es damit ermöglicht wird, sowohl die überschüssige Verlustleistung abzuführen, aber auch Wärmeenergie aus der Umgebung aufzunehmen, um diese per Wärmepumpe einem der Leitungspfade, insbesondere an den HT-Leitungspfad einzuspeisen.

Der Energiespeicher/die Batterie kann ebenfalls bedarfsgerecht mit beiden Leitungspfaden bedient werden, wobei die Verschaltungen eine serielle Versorgung von Fahrgastzelle und Batterie erlaubt, wie auch deren Parallelbetrieb. Somit ist es möglich die Fahrgastzelle unabhängig vom Bedarf (Kühlen oder Heizen) der Batterie zu Kühlen.

Die Kombination der Ventile kann darüber hinaus eine Verschaltung der Kreise als eine hydraulische Reihenschaltung aller Systemabschnitte und/oder Fahrzeugabschnitte ermöglichen, sodass ein Betrieb des Fahrzeugs ohne Betrieb der Wärmepumpe möglich ist und damit die höchstmögliche Effizienz des Gesamtsystems ermöglicht wird.

In einem zweiten Betriebsmodus dieser vorgenannten Reihenschaltung kann mittels der Wärmepumpe die Kühlmitteltemperatur vor der Durchströmung der ersten Elektronikeinheiten und der Fahrgastzelle oder der Batterie abgesenkt und gleichzeitig die Kühlmitteltemperatur vor dem Radiator erhöht werden, um die Kühlleistung des Gesamtsystems und die Klimatisierungsleistung der Fahrgastzelle zu erhöhen.

Abhängig von den Randbedingungen (Temperatur Umgebung, Fahrzustand des Fahrzeugs, Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, Sonneneinwirkung, etc.) sind unterschiedliche Verschaltungen erforderlich, um die Anforderungen an Klimatisierung und Temperierung der Fahrzeugabschnitte wie der ersten bis dritten, insbesondere der ersten Elektronikeinheiten zu erfüllen. Das Ziel, jeweils die bestmögliche Effizienz zu erreichen, kann damit sichergestellt werden.

Ein zweiter System abschnitt der Vielzahl an Systemabschnitten kann zum Erwärmen und Kühlen eines zweiten Fahrzeugabschnitts der Fahrzeugabschnitte mit der Fahrgastzelle des Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrgastzellenwärmetauschers der Fahrgastzelle des Fahrzeugs ausgebildet sein. Ein dritter Systemabschnitt der Vielzahl an Systemabschnitten kann zum Erwärmen und/oder Kühlen eines dritten Fahrzeugabschnitts der Fahrzeugabschnitte mit der Batterie des Fahrzeugs ausgebildet sein. Ein vierter System abschnitt der Vielzahl an System abschnitten kann zum Erwärmen und/oder Kühlen eines vierten Fahrzeugabschnitts der Fahrzeugabschnitte mit dem Radiator ausgebildet ist.

Ein fünfter Systemabschnitt der Vielzahl an Systemabschnitten ist zum Kühlen eines fünften Fahrzeugabschnitts der Fahrzeugabschnitte mit dem Motor ausgebildet und kann insbesondere zum Kühlen zumindest einer zweiten Elektronikeinheit und stromabwärts der zweiten Elektronikeinheit zum Kühlen des Motors ausgebildet sein. Das Kühlen der zweiten Elektronikeinheit und des Motors kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn z.B. Kondensation an der zweiten Elektronikeinheit verhindert werden soll. Der Motor kann basierend auf einem Fahrzeugmodel des Fahrzeugs in dem fünften Fahrzeugabschnitt, dem ersten oder dem dritten Fahrzeugabschnitt angeordnet sein.

Der erste System abschnitt kann weiter zum Kühlen des ersten Fahrzeugabschnitts mit der ersten Elektronikeinheit und dem Motor ausgebildet sein, derart, dass der jeweilige Leitungspfad den Kühlmittelstrom stromabwärts der ersten Elektronikeinheit zu dem Motor und/oder parallel zu der ersten Elektronikeinheit leitet. Insbesondere kann dies der NT-Leitungspfad sein. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Elektronikeinheit und der Motor sehr nahe aneinander positioniert sind bzw. die Elektronikeinheit und der Motor in einem Gehäuse integriert sind. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Elektronikeinheit und den Motor dem NT-Leitungspfad zuzuordnen, und zunächst der Elektronikeinheit die niedrigste Vorlauftemperatur bereitzustellen und anschließend den Kühlmittelstrom direkt zu dem Motor zu leiten. Möglich ist die Einbindung zusätzlicher Elektronikeinheiten zu der ersten Elektronikeinheit (z.B. DC-DC-Konverter) parallel, oder auch in Reihe zu dem Motor, falls die räumliche Anordnung entsprechend vorteilhaft ist.

Der dritte Systemabschnitt kann weiter zum Erwärmen und/oder Kühlen des dritten Fahrzeugabschnitts mit der Batterie und dem Motor ausgebildet sein, derart, dass der jeweilige Leitungspfad den Kühlmittelstrom stromabwärts des Motors zu der Batterie, insbesondere zu einer dritten Elektronikeinheit, stromabwärts der dritten Elektronikeinheit zu dem Motor und stromabwärts des Motors zu der Batterie leitet. Die Einbindung der dritten Elektronikeinheit und des Motors sind vorteilhaft, wenn z.B. der Motor weit entfernt vor Wärmepumpe eingebaut werden muss/soll.

Der NT-Leitungspfad kann der erste Leitungspfad und der HT-Leitungspfad kann der zweite Leitungspfad sein, wobei der NT-Leitungspfad zum Leiten des Kühlmittelstroms in Reihe zu dem ersten, zweiten, dritten und fünften Abschnitt und der HT- Leitungspfad zum Leiten des Kühlmittelstroms in Reihe zu dem zweiten und vierten System abschnitt ausgebildet sind. Dies kann dem Single-Circuit-Aufbau entsprechen. Durch den vorgeschlagenen Aufbau und die Anordnung der Komponenten und des Wärmetauschers ist ein thermischer Bypass möglich, indem besonders vorteilhaft die Temperatur des Kühlmittelstroms vor der ersten Elektronikeinheit und dem zweiten Wärmetauscher zur Kühlung der Fahrgastzelle abgesenkt und damit ein höheres Kühlleistungspotential und eine Klimatisierung überhaupt erst ermöglicht wird. Die Heizeinheit ist derart angeordnet, dass im Anschluss daran der erste Wärmetauscher der Fahrgastzelle und weiter der Radiator durchströmt wird, bevor der Kühlmittelstrom zur Kühleinheit geleitet wird. Der Single-Circuit-Aufbau kann also unterschiedliche Temperaturniveau aufweisen, die eine Steigerung der Wärmeleistung ermöglicht, indem die Vorlauftemperaturen an den Hauptkomponenten optimiert werden. Die Wärmepumpe ist thermisch so eingebunden, dass diese einen thermischen Bypass ermöglicht, um den Kühlmittelstrom-Vorlauf der ersten Elektronikeinheit auf ein niedrigeres Temperaturniveau zu bringen. Diese Energie wird vor dem ersten Wärmetauscher eingespeist und erhöht die Vorlauftemperatur für die Fahrgastzellen- Heizung und/oder den Radiator. Damit wird die Gesamt-Systemkühlleistung gesteigert. Darüber hinaus ist bei inaktiver Wärmepumpe ein Eco-Mode möglich, was insbesondere eine Steigerung der Reichweite des Fahrzeugs ermöglicht.

Der HT-Leitungspfad kann der erste Leitungspfad und der NT-Leitungspfad kann der zweite Leitungspfad sein, wobei der HT-Leitungspfad zum Leiten des Kühlmittelstroms in Reihe zu dem zweiten, vierten und fünften System abschnitt und der NT- Leitungspfad zum Leiten des Kühlmittelstroms in Reihe zu dem ersten, zweiten und dritten System abschnitt ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist der vereinfachte Aufbau zu nennen, der neben weniger Komponenten auch wesentlich geringeren Aufwand für eine Steuerung oder Steuerungselektronik des Systems erfordert, sodass hier deutliche Bauraum - und Kostenvorteile zu verzeichnen sind.

Beide zuvor genannten Aufbauten können insbesondere vorteilhaft sein, wenn das System keine Ventile aufweist.

Zumindest einer der ersten bis fünften Systemabschnitte kann einen, zwei oder mehr System leitungspfade aufweisen, wobei die System leitungspfade dazu ausgebildet sind, mittels eines, zwei oder mehreren Eingängen und/oder Ausgängen der Systemleitungspfade mit zumindest einem der NT- und HT-Leitungspfade verbindbar zu sein. Folglich kann ein Kühlmittelstrom von einem der Leitungspfade von einem Systemleitungspfad weitergeleitet werden. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest einer der ersten bis fünften Systemabschnitte Abschnitte der NT- und/oder HT-Lei- tungspfade umfassen. Zumindest einer der ersten bis fünften System abschnitte kann dazu ausgebildet sein, mittels der Systemleitungspfade und/oder der Abschnitte den jeweiligen Fahrzeugabschnitt zu Kühlen und/oder zu Erwärmen.

Das System kann ein erstes und ein zweites Ventil mit jeweils ersten und zweiten Schaltzuständen umfassen, die jeweils zwei Ventileingänge und zwei Ventilausgänge zum Verbinden mit den HT- und NT-Leitungspfaden aufweisen. Folglich können die Ventile Knotenpunkte darstellen, an denen die NT- und HT-Leitungspfade mit dem jeweiligen Knotenpunkt verbunden sind. Das erste Ventil weist zwei Eingänge auf, wobei ein erster Eingang für den NT-Leitungspfad und ein zweiter Eingang für den HT-Leitungspfad bereitgestellt sind. Weiter weist das erste Ventil zwei Ausgänge auf, jeweils einen Ausgang für den HT-Leitungspfad und einen Ausgang für den NT-Lei- tungspfad. Der zuvor beschriebene Aufbau kann auf das zweite Ventil und jedes weitere Ventil zutreffen. Die HT- und NT-Leitungspfade können dazu ausgebildet sein, basierend auf den Schaltzuständen der ersten und zweiten Ventile die Kühlmittelströme zu zumindest einem der Vielzahl an Systemabschnitten zu leiten.

Das erste Ventil kann dazu ausgebildet sein, basierend auf dem ersten Schaltzustand a) des ersten Ventils den Kühlmittelstrom von dem vierten Systemabschnitt zu dem fünften System abschnitt oder der Heizeinheit und den Kühlmittelstrom von dem dritten System abschnitt zu der Kühleinheit zu leiten. Weiter kann das erste Ventil dazu ausgebildet sein, basierend auf dem zweiten Schaltzustand b) des ersten Ventils den Kühlmittelstrom von dem dritten Systemabschnitt zu dem fünften Systemabschnitt oder direkt zu der Heizeinheit und den Kühlmittelstrom von dem vierten Systemabschnitt zu der Kühleinheit zu leiten. Das erste Ventil kann die zuvor genannten Schaltzustände unabhängig davon aufweisen, ob eine Kühlung und/oder Erwärmung der Fahrgastzelle mittels dem Fahrgastzellenwärmetauscher oder den ersten und zweiten Wärmetauschern erfolgt.

Der zweite System abschnitt kann einen Heizungsabschnitt und einen Kühlungsabschnitt umfassen, wobei der Heizungsabschnitt zum Erwärmen des ersten Wärmetauschers des Fahrgastzellenwärmetauschers und der Kühlungsabschnitt zum Kühlen des zweiten Wärmetauschers des Fahrgastzellenwärmetauschers ausgebildet sind, wobei der Kühlungsabschnitt stromabwärts des ersten Systemabschnitts und stromaufwärts vor dem dritten oder vierten Systemabschnitt und der Heizungsabschnitt stromabwärts nach der Heizeinheit und stromaufwärts vor dem vierten oder dritten System abschnitt angeordnet ist. Der zuvor genannte Aufbau des zweiten Systemabschnitts kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn anstelle des einzelnen Fahrgastzellenwärmetauschers die ersten und zweiten Wärmetauscher vorhanden sind.

Das zweite Ventil kann dazu ausgebildet sein, basierend auf dem ersten Schaltzustand c) des ersten Ventils den Kühlmittelstrom von dem Kühlungsabschnitt zu dem dritten System abschnitt und den Kühlmittelstrom von dem Heizungsabschnitt zu dem vierten System abschnitt zu leiten, wobei das zweite Ventil weiter dazu ausgebildet sein kann, basierend auf dem zweiten Schaltzustand d) des zweiten Ventils den Kühlmittelstrom von dem Kühlungsabschnitt zu dem vierten Systemabschnitt und den Kühlmittelstrom von dem Heizungsabschnitt zu dem dritten System abschnitt zu leiten. Entsprechend können bei dem Vorhandensein des ersten und zweiten Wärmetauschers mittels der ersten und zweiten Ventile alle notwendigen Betriebszustände des Fahrzeugs erreicht werden. Mit dem vorgeschlagenen Aufbau und zwei Wärmetauschern kann die Innenraumluft der Fahrgastzelle entfeuchtet werden, da hierzu die Luft zunächst abgekühlt, um die Feuchtigkeit zu kondensieren, und anschließend wieder erwärmt werden. Dies ist mit nur einem einzelnen Fahrgastzellenwärmetauscher nicht unter allen Umgebungsbedingungen möglich. Zur Sicherstellung der Entfeuchtungsfunktion ist kann es vorteilhaft sein, Heizen und Kühlen der Fahrgastzelle über jeweils den ersten und zweiten Wärmetauscher vorzusehen. Gemäß dem Dual- Circuit-Aufbau kann mit den ersten und zweiten Wärmetauschern für Kühlung und Heizung der Fahrgastzelle gesorgt werden. Die Schaltzustände der ersten und zweien Ventile ermöglichen die Kühlung aller Komponenten und wahlweise die Kühlung oder Heizung der Batterie, unabhängig von der Klimatisierung der Fahrgastzelle, vergleichbar zum Basis-Layout.

Das System kann weiter ein drittes Ventil mit einem ersten und einem zweiten Schaltzustand umfassen, das zwei Ventileingänge und zwei Ventilausgänge zum Verbinden mit den HT- und NT-Leitungspfaden aufweist, wobei die HT- und NT- Leitungspfade dazu ausgebildet sind, basierend auf den Schaltzuständen der ersten bis dritten Ventile die Kühlmittelströme zu zumindest einem der Vielzahl an Systemabschnitten zu leiten. Das Bereitstellen des dritten Ventils zu den ersten und zweiten Ventilen kann insbesondere vorteilhaft für den Aufbau mit dem einzelnen Fahrgastzellenwärmetauscher sein.

Das zweite und dritte Ventil können dazu ausgebildet sein, basierend auf:

- den ersten Schaltzuständen c), e) der zweiten und dritten Ventile den Kühlmittelstrom von dem ersten System abschnitt zu dem zweiten Systemabschnitt, den Kühlmittelstrom von dem zweiten Systemabschnitt zu dem dritten Systemabschnitt und den Kühlmittelstrom von der Heizeinheit zu dem vierten System abschnitt zu leiten; und/oder

- dem ersten Schaltzustand c) des zweiten Ventils und dem zweiten Schaltzustand f) des dritten Ventils den Kühlmittelstrom von dem ersten Systemabschnitt zu dem zweiten System abschnitt, den Kühlmittelstrom von dem zweiten Systemabschnitt zu dem vierten Systemabschnitt und den Kühlmittelstrom von der Heizeinheit zu dem dritten Systemabschnitt zu leiten;

- dem zweiten Schaltzustand d) des zweiten Ventils und dem ersten Schaltzustand e) des dritten Ventils den Kühlmittelstrom von dem ersten Systemabschnitt zu dem vierten Systemabschnitt, den Kühlmittelstrom von der Heizeinheit zu dem zweiten Systemabschnitt und den Kühlmittelstrom von dem zweiten Systemabschnitt zu dem dritten Systemabschnitt zu leiten; und/oder

- den zweiten Schaltzuständen d) und f) der zweiten und dritten Ventile den Kühlmittelstrom von dem ersten Systemabschnitt zu dem dritten Systemabschnitt, den Kühlmittelstrom von der Heizeinheit zu dem zweiten Systemabschnitt und den Kühlmittelstrom von dem zweiten Systemabschnitt zu dem vierten Systemabschnitt zu leiten.

Das Wärmeenergiesystem kann dazu ausgebildet sein, basierend auf den Schaltzuständen zumindest eines der ersten bis dritten Ventile den zweiten, dritten, vierten und/oder fünften System abschnitt mittels der HT- und NT-Leitungspfade zu Erwärmen und/oder zu Kühlen. Das Erwärmen und/oder Kühlen kann weiter durch den Radiator verbessert werden, in mittels dem Radiator Wärmeenergie an das Umgebungsfluid abgegeben oder von dieser Wärmeenergie aufgenommen werden kann. Entsprechend kann überschüssige Wärmeenergie an das Umgebungsfluid abgegeben werden oder Wärmeenergie von dem Umgebungsfluid in die Kühlmittelströme eingespeist werden.

Das System kann weiter eine erste und/oder eine zweite Kühlmittelpumpe umfassen, wobei die erste Kühlmittelpumpe entlang des ersten Leitungspfads stromaufwärts vor der Heizeinheit oder vor dem fünften Systemabschnitt angeordnet und zum Pumpen des Kühlmittelstroms zu der Heizeinheit ausgebildet sein kann. Die zweite Kühlmittelpumpe kann entlang des zweiten Leitungspfads stromaufwärts von der Kühleinheit und zum Pumpen des Kühlmittelstroms zu der Kühleinheit ausgebildet sein. Das System kann weitere Kühlmittelpumpen umfassen.

Die erste und/oder die zweite Kühlmittelpumpe können einen aktiven und einen inaktiven Zustand aufweisen, wobei die erste und/oder die zweite Kühlmittelpumpe in dem aktiven Zustand dazu ausgebildet sind, den Kühlmittelstrom zu pumpen, wobei die erste und/oder die zweite Kühlmittelpumpe in dem inaktiven Zustand dazu ausgebildet sind, den Kühlmittel ström ohne ein Pumpen weiterzu leiten.

Der Kühlmittelstrom des HT-Leitungspfads kann beim Verlassen der Heizeinheit eine höhere Temperatur als der Kühlmittelstrom des NT-Leitungspfads beim Verlassen der Kühleinheit aufweisen.

Die Wärmepumpe kann einen aktiven und einen inaktiven Zustand aufweisen, wobei die Wärmepumpe dazu ausgebildet sein kann, in dem aktiven Zustand Wärmeenergie von dem der Kühleinheit zugeführten Kühlmittel ström zu dem der Heizeinheit zugeführten Kühlmittelstrom zuzuführen, wobei die Wärmepumpe dazu ausgebildet sein kann, in dem inaktiven Zustand einen Wärmeenergieaustausch zwischen der Kühleinheit und der Heizeinheit zu verhindern. Folglich kann die Wärmepumpe in dem inaktiven Zustand den der jeweiligen Kühl- oder Heizeinheit zugeführten Kühlmittelstrom weiterleiten, ohne dass Wärmeenergie zugeführt oder abgenommen wird. Der fünfte System abschnitt kann zum Kühlen eines Motor-Wärmetauschers, insbesondere eines Öl-Wasser-Wärmetauschers zur Kühlung des Motors ausgebildet sein. Alternativ kann die Kühlung des Motors durch eine Wasserkühlung erfolgen.

Der Motor-Wärmetauscher kann einen aktiven und einen inaktiven Zustand aufweisen, wobei der Motor-Wärmetauscher in dem aktiven Zustand zum Austauschen von Wärmeenergie mit dem Motor ausgebildet ist, wobei der Motor-Wärmetauscher in dem inaktiven Zustand kein Wärmeenergieaustausch mit dem Kühlmittelstrom des jeweiligen Leitungspfads erfolgt oder verhindert wird.

Der HT- und/oder der NT-Leitungspfad können einen aktiven und einen aktiven Zustand aufweisen, wobei in dem aktiven Zustand des bzw. der Leitungspfade ein Wärmeenergietransport durch den Kühlmittestrom erfolgt, wobei der bzw. die Leitungspfade dazu ausgebildet sind, in dem inaktiven Zustand des bzw. der Leitungspfade einen Wärmeenergietransport zu verhindern. In dem inaktiven Zustand kann ein Leiten, insbesondere eine Umwälzung der Kühlmittelströme der Leitungspfade erfolgen, jedoch kein Wärmeenergietransport.

Das erste, zweite und/oder dritte Ventil können dazu ausgebildet sein, die Schaltzustandskombinationen:

- a, c, f;

- a, d, e; und/oder

- b, d, f; zu schalten. Jedes der ersten bis dritten Ventile kann dazu ausgebildet sein, zwischen den beiden jeweiligen Schaltzuständen wechseln. Sind lediglich das erste und zweite Ventil vorgesehen, können die ersten und zweiten Ventile dazu ausgebildet sein, die Schaltzustandskombinationen a und c, a und d oder b und d zu schalten. Weiter können die ersten und zweiten oder ersten bis dritten Ventile dazu ausgebildet sein, jegliche mögliche Schaltzustandskombination aus a, b, c, d, e und f zu schalten.

Der Radiator kann einen aktiven und einen inaktiven Betriebszustand aufweisen. In dem aktiven Betriebszustand kann der Radiator zum Kühlen oder Erwärmen des Umgebungsfluids, insbesondere der Umgebungsluft des Fahrzeugs ausgebildet sein, wobei in dem inaktiven Betriebszustand des Radiators kein Wärmeenergieaustausch mit dem Umgebungsfluid und/oder dem Radiator erfolgen kann oder verhindert wird. Der Radiator kann dazu ausgebildet sein, Wärmeenergie des dem Radiator zugeführten Kühlmittelstroms dem Umgebungsfluid zuzuführen oder von dem Umgebungsfluid dem Kühlmittelstrom zuzuführen. Der vierte Systemabschnitt kann eine Parallelschaltung mit einem Beipass-Ventil aufweisen. Die Parallelschaltung kann einen ersten und einen zweiten parallelen Leitungspfadabschnitt umfassen. Der erste parallele Leitungspfadabschnitt kann dazu ausgebildet sein, den Kühlmittelstrom stromabwärts des Beipass-Ventils zu dem Radiator zu leiten. Der zweite parallele Leitungspfadabschnitt kann dazu ausgebildet sein, den Kühlmittelstrom parallel zu dem ersten parallelen Leitungspfadabschnitt zu leiten, insbesondere derart, dass der Kühlmittelstrom an dem Radiator vorbei geleitet wird. Basierend auf einer Schaltung des Beipass-Ventils kann der Kühlmittelstrom zu dem Radiator oder an diesem parallel vorbei geleitet werden.

Das System kann weiter ein erstes und/oder ein zweites Expansionsreservoir umfassen. Das erste und/oder das zweite Expansionsreservoir können dazu ausgebildet sein, Kühlmittel einem der Kühlmittelströme zuzuführen oder solches von diesen aufzunehmen. Das erste Expansionsreservoir kann dazu ausgebildet sein, Kühlmittel dem Kühlmittelstrom des ersten Leitungspfads zuzuführen oder von diesem aufzunehmen. Das zweite Expansionsreservoir kann dazu ausgebildet sein, Kühlmittel dem Kühlmittelstrom des zweiten Leitungspfad zuzuführen oder von diesem aufzunehmen. Bei dem Dual-Circuit-Aufbau können das erste und das zweite Kühlmittelreservoir bereitgestellt sein. Insbesondere bei dem Aufbau ohne Ventile mit Dual-Cir- cuit kann dies vorteilhaft sein. Sofern der Single-Circuit-Aufbau vorliegt und/oder zwischen dem Single-Circuit-Aufbau und dem Dual-Circuit-Aufbau durch die zwei oder drei Ventile gewechselt werden kann, kann ein einzelner der ersten und zweiten Expansionsreservoire bereitgestellt sein. Im Single-Circuit-Aufbau kann von einem einzelnen der Expansionsreservoir Kühlmittel dem gesamten Kühlmittelkreislauf zugeführt werden. Wird zu einem späteren Zeitpunkt zu dem Dual-Circuit-Aufbau gewechselt, kann vorab im Single-Circuit-Aufbau entsprechend Kühlmittel zugeführt oder aufgenommen werden. Das Kühlmittelreservoir, das erste und/oder das zweite Expansionsreservoir können dazu ausgebildet sein, Druckänderungen und/oder Volumenänderungen des Kühlmittelstroms infolge von Temperaturunterschieden auszugleichen.

Das System kann dazu ausgebildet sein, mittels dem zweiten Systemabschnitt die Fahrgastzelle, insbesondere den Fahrgastzellenwärmetauscher oder den ersten und zweiten Wärmetauscher zu Erwärmen und/oder zu Kühlen, mittels dem dritten Systemabschnitt die Batterie zu Erwärmen und/oder zu Kühlen, mittels dem vierten Systemabschnitt den Radiator zu Erwärmen und/oder zu Kühlen und/oder mittels dem fünften Systemabschnitt den Motor zu Kühlen. Das System kann weiter dazu ausgebildet sein, basierend auf den Schaltzuständen der ersten und zweiten oder der ersten bis dritten Ventile das Erwärmen und/oder Kühlen der Systemabschnitte zu erreichen. Weiter kann das System dazu ausgebildet sein, die ersten und zweiten Ventile oder die ersten bis dritten Ventile zwischen den ersten und zweiten Schaltzuständen zu schalten, um das Erwärmen und/oder Kühlen der Systemabschnitte zu ermöglichen.

Das System kann dazu ausgebildet sein, einen Volumen- und/oder Druckausgleich zwischen den Kühlmittelströmen der HT- und NT-Leitungspfade zu ermöglichen. Das System kann hierzu eine Ausgleichsleitung umfassen, die mit den jeweiligen Kühlmittelströmen und/oder Leitungspfaden verbunden ist. Dies ist insbesondere bei dem Dual-Circuit-Aufbau vorteilhaft. Weiter kann dieser Ausgleich mittels eines einzigen Reservoirs, beispielsweise dem ersten oder zweiten Expansionsreservoir. Die Ausgleichsfunktion kann mit einer Leitungs-Querschnittsfläche, die insbesondere relativ klein sein kann, bereitgestellt werden. Alternativ kann die Ausgleichsleitung ein Drosselventil aufweisen. Beide Alternativen können derart ausgebildet sein, dass ein Befüllen mit Kühlmittel ermöglicht wird. Die Ausgleichsleitung kann derart mit den Leitungspfaden verbunden sein, dass ein erstes Ende der Ausgleichsleitung mit Kühlmittel stromaufwärts vor der ersten Kühlmittelpumpe und ein zweites Ende der Ausgleichsleitung stromaufwärts vor der zweiten Kühlmittelpumpe angeordnet ist, um dort jeweils Kühlmittel zuzuführen oder zu entnehmen. Diese Positionen sind vorteilhaft, da hier der Druck der Kühlmittelströme relativ unbeeinflusst von Druckwiderständen der HT- und NT-Leitungspfade ist.

Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt durch ein Fahrzeug, insbesondere ein elektronisches Fahrzeug umfassend ein Wärmeenergiesystem gemäß dem ersten Aspekt gelöst.

Zuvor beschriebene Merkmale des ersten Aspekts können als Merkmale des zweiten Aspekts ausgebildet sein.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden exemplarisch anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 eine schematische Darstellung eines Wärmeenergiesystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Wärmeenergiesystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 bis 8 eine schematische Darstellung eines Wärmeenergiesystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Wärmeenergiesystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Wärmeenergiesystems gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;

Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Wärmeenergiesystems gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Wärmeenergiesystems gemäß einem achten Ausführungsbeispiel;

Fig. 13 eine schematische Darstellung eines Wärmeenergiesystems gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel;

Fig. 14 eine schematische Darstellung eines Wärmeenergiesystems gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel;

Fig. 15 eine schematische Darstellung einer Verbindung zwischen ersten Elektronikeinheiten und dem NT-Leitungspfad; Fig. 16 bis 21 eine schematische Darstellung eines Wärmeenergiesystems gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel; und

Fig. 22 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Wärmeenergiesystem.

In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen funktionsgleiche beziehungsweise -ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Fig. 1 zeigt ein Wärmeenergiesystem 100 zum Regulieren von Temperaturen eines Fahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer Batterie 180. Das Wärmeenergiesystem 100 umfasst eine Wärmepumpe 110 mit einer Heizeinheit 111 und einer Kühleinheit 112. Die Heizeinheit 111 ist dazu ausgebildet, einem der Heizeinheit 111 zugeführten Kühlmittelstrom Wärmeenergie zuzuführen und damit zu erwärmen. Die Kühleinheit 112 ist dazu ausgebildet, einem der Kühleinheit 112 zugeführten Kühlmittelstrom Wärmeenergie zu entnehmen und damit zu kühlen. Die mittels der Kühleinheit 112 aufgenommene Wärmeenergie kann mittels der Wärmepumpe 1 10 zu der Heizeinheit 1 11 übertragen und auf den Kühlmittelstrom der Heizeinheit 111 übertragen werden. Die Wärmepumpe 110 weist gemäß der Fig. 1 weiter ein Expansionsventil 113, einen Kompressor 114 und ein Reservoir 115 auf, um Wärmeenergie von der Kühleinheit 1 12 zu der Heizeinheit 1 11 zu übertragen.

Stromabwärts der Heizeinheit 1 11 beginnt ein sogenannter Hochtemperatur-, HT-Lei- tungspfad, der dazu ausgebildet ist, den von der Heizeinheit 111 ausgegebenen Kühlmittelstrom zu leiten. Stromabwärts der Kühleinheit 1 12 beginnt ein sogenannter Niedrigtemperatur-, NT-Leitungspfad, der dazu ausgebildet ist, den von der Kühleinheit 112 ausgegebenen Kühlmittelstrom zu leiten. Der Kühlmittelstrom des HT-Lei- tungspfads kann eine höhere Temperatur beim Ausgang der Heizeinheit 11 1 als der Kühlmittelstrom des NT-Leitungspfads beim Ausgang der Kühleinheit 1 12 aufweisen.

Das Wärmeenergiesystem 100 kann gemäß der Fig. 2 eine Vielzahl von Systemabschnitten, SA aufweisen. Gemäß der Fig. 2 weist das System 100 erste bis fünfte System abschnitte 1 SA bis 5SA auf. Es wurde in der Fig. 2 auf die Bezugszeichen der weiteren gezeigten Einheiten für eine verbesserte Übersicht verzichtet. Die Bezugszeichen der einzelnen Einheiten sind in der Fig. 1 gezeigt. Die Systemabschnitte 1 SA bis 5SA sind zum Erwärmen und/oder Kühlen eines jeweiligen Fahrzeugabschnitts des Fahrzeugs ausgebildet.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist der erste Systemabschnitt 1 SA zum Kühlen eines ersten Fahrzeugabschnitts mit ersten Elektronikeinheiten 120 des Fahrzeugs ausgebildet, wobei die ersten Elektronikeinheiten 120 drei Elektronikeinheiten aufweisen. Die ersten Elektronikeinheiten 120 sind in Reihe angeordnet und werden nacheinander von dem Kühlmittelstrom des NT-Leitungspfads durchflossen. Besonders vorteilhaft können die ersten Elektronikeinheiten 120 in der Folgenden Reihenfolge durchflossen werden: Leistungselektronik (engl. „power electronic“), On-Board-Charger und Steuerelektronik und/oder sonstige zu temperierende elektronische Komponenten. Der zweite Systemabschnitt 2SA ist zum Kühlen und/oder Erwärmen eines zweiten Fahrzeugabschnitts mit einem Fahrgastzellenwärmetauscher 140, insbesondere zum Erwärmen eines ersten Wärmetauschers 141 und zum Kühlen eines zweiten Wärmetauschers 142 ausgebildet. Der erste und zweite Wärmetauscher 141 , 142 können den einzelnen Fahrgastzellenwärmetauscher 140 ersetzen. Der Fahrgastzellenwärmetauscher 140 und die ersten und zweiten Wärmetauscher 141 , 142 sind zum Erwärmen und Kühlen der Fahrgastzelle des Fahrzeugs ausgebildet. Der dritte Systemabschnitt 3SA ist zum Erwärmen und/oder Kühlen eines drittem Fahrzeugabschnitts mit einer Batterie 180 des Fahrzeugs ausgebildet und kann zum Kühlen und/oder Erwärmen, insbesondere zum Kühlen der Batterie 180 ausgebildet sein. Gemäß der Fig. 1 kühlt der dritte Systemabschnitt 3SA die Batterie. Der vierte Systemabschnitt 4SA ist zum Kühlen und/oder Erwärmen eines vierten Fahrzeugabschnitts mit einem Radiator 170 des Fahrzeugs ausgebildet. Mittels dem Radiator 170 kann ein Wärmeenergieaustausch mit einem Umgebungsfluid, insbesondere einer Umgebungsluft des Fahrzeugs erfolgen, derart, dass Wärmeenergie von einem dem Radiator 170 zugeführten Kühlmittelstrom aufgenommen und an die Umgebungsluft abgegeben oder Wärmeenergie von der Umgebungsluft aufgenommen und dem Kühlmittelstrom zugeführt wird. Entsprechend kann überschüssige Wärmeenergie abgeführt und zusätzliche Wärmeenergie von der Umgebungsluft aufgenommen werden. Der fünfte System abschnitt 5SA ist zum Kühlen eines fünften Fahrzeugabschnitts mit einem Motor 130, insbesondere einem elektrischen Motor ausgebildet. Der fünfte Systemabschnitt 5SA kann je nach Ausführungsbeispiel nicht bereitgestellt sein, siehe beispielsweise Fig. 10, da der Motor 130 von einem anderen Systemabschnitt gekühlt und/oder erwärmt wird.

In der Fig. 1 sind die ersten bis fünften System abschnitte zur Verbesserung der Übersicht nicht gezeigt. Der Motor kann einen Motor-Wärmetauscher 132, insbesondere einen Öl-Wasser-Wärmetauscher zum Übertragen von Wärmeenergie an den Kühlmittelstrom des fünften Systemabschnitts aufweisen. Weiter ist in der Fig. 1 ein Öl-Kreislauf mit einer Ölpumpe gezeigt, um Öl von dem Motor 130 zu dem Motor- Wärmetauscher 132 zu pumpen. Mittels des Öl-Kreislaufs kann Wärmeenergie von dem Motor zu dem Motor-Wärmetauscher 132 und dem Kühlmittelkreislauf des fünften Systemabschnitts 5SA übertragen werden.

Weiter sind in der Fig. 1 eine erste und eine zweite Kühlmittelpumpe 151 , 152 gezeigt. Die erste Kühlmittelpumpe 151 ist stromaufwärts vor dem fünften Systemabschnitt 5SA und die zweite Kühlmittelpumpe 152 ist stromaufwärts vor der Kühleinheit 112 angeordnet. Die ersten und zweiten Kühlmittelpumpen 151 , 152 sind zum Pumpen des jeweiligen Kühlmittelstroms ausgebildet.

Die Fig. 1 und 2 zeigen das System 100 gemäß einem Einzelkreis- (Single-Circuit-) Aufbau, bei dem der NT-Leitungspfad den Kühlmittelstrom von der Kühleinheit 112 zu der Heizeinheit 111 leitet. Der HT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom von der Heizeinheit 111 zu der Kühleinheit 112. Gemäß diesem Aufbau kann eine hydraulische Reihenschaltung aller gezeigten Einheiten vorliegen. Mittels des Single-Circuit- Aufbaus und der Wärmepumpe ist ein Energietransport von einem Bereich des Kühlmittelkreises in einen anderen Bereich desselben Kühlmittelkreises ermöglicht. Durch die o.g. Reihenfolge der Komponenten und dem Wärmetauscher ist ein thermischer Bypass möglich, indem besonders sinnvoll die Temperatur des Kühlmittelstroms vor den ersten Elektronikeinheiten 120 und dem zweiten Wärmetauscher 142 abgesenkt und damit ein höheres Kühlleistungspotential und eine Klimatisierung überhaupt erst ermöglicht wird. Die Heizeinheit 111 ist derart angeordnet, dass stromabwärts der erste Wärmetauscher 141 und weiter stromabwärts der Radiator 170 mittels dem HT- Leitungspfad bzw. dem Kühlmittelstrom durchströmt wird, bevor der Kühlmittelstrom über die zweite Kühlmittelpumpe 152 zur Kühleinheit strömt. Der Kühlmittelstrom kann folglich unterschiedliche Temperaturniveaus aufweisen, die eine Steigerung der Wärmeleistung der Kühleinheit 112 ermöglicht, indem die Vorlauftemperaturen an den Hauptkomponenten des Fahrzeugs optimiert werden. Die Wärmepumpe 110 ist thermisch so eingebunden, dass diese einen thermischen Bypass ermöglicht, um den Kühlmittelstrom -Vorlauf der Elektronik auf ein niedrigeres Temperaturniveau zu bringen. Diese Energie wird vor dem ersten Wärmetauscher in den Kühlmittelstrom des HT-Leitungspfads eingespeist und erhöht die Vorlauftemperatur für den ersten Wärmetauscher 141 und den Radiator 170. Damit wird die Gesamt-Systemkühlleistung gesteigert. Darüber hinaus ist bei abgeschalteter bzw. inaktiver Wärmepumpe 120 ein Eco-Mode möglich, was insbesondere eine Steigerung der Reichweite des Fahrzeugs aufgrund des reduzierten Energieverbrauchs ermöglicht.

Ein erster Leitungspfad I der HT- und NT-Leitungspfade ist dazu ausgebildet, den Kühlmittelstrom zu der Heizeinheit zu leiten, während ein zweiter Leitungspfad II der HT- und NT-Leitungspfade zum Leiten des Kühlmittelstroms zu der Kühleinheit ausgebildet ist. Gemäß den Fig. 1 und 2 ist der erste Leitungspfad I der NT-Leitungspfad und der zweite Leitungspfad II der HT-Leitungspfad, es liegt der Single-Circuit-Auf- bau vor. Ist der erste Leitungspfad I der HT-Leitungspfad und der zweite Leitungspfad II der NT-Leitungspfad liegt der Dual-Circuit-Aufbau vor.

Mehrfach-Pfeile in den Figuren bei bestimmten Einheiten wie dem Motor 130, der Heizeinheit 111 , der Kühleinheit 112, dem Kompressor 114, den ersten und zweiten Wärmetauschern 141 , 142 deuten auf ein Aufnehmen oder Abgeben von Wärmeenergie hin. Bspw. zeigen die Mehrfachpfeile bei der Heizeinheit 111 ein Abgeben von Wärmeenergie an den Kühlmittelstrom zum Erwärmen dessen. Entsprechend zeigen die Mehrfachpfeile in der Fig. 1 bei der Heizeinheit 111 tendenziell nach unten. Hingegen zeigen die Mehrfachpfeile der Kühleinheit 112 tendenziell nach oben, da Wärmeenergie zum Kühlen des Kühlmittelstroms aufgenommen wird.

Die Fig. 3 zeigt im Vergleich zu den Fig. 1 und 2 einen Doppel-Kreislauf- (Dual-Cir- cuit-) Aufbau des Systems 100, bei dem der NT-Leitungspfad den Kühlmittelstrom zu der Kühleinheit 112 und der HT-Leitungspfad den Kühlmittelstrom zu der Heizeinheit 111 leiten. Der HT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom zu dem ersten Wärmetauscher 141 zum Erwärmen der Fahrgastzelle und anschließend zu dem Radiator 170, der Wärmeenergie von dem Kühlmittelstrom an die Umgebungsluft abgibt. Mittels der Kühlmittelpumpe 151 wird der Kühlmittelstrom zu dem Motor-Wärmetauscher 132 gepumpt und anschließend zu der Heizeinheit 1 11 geleitet. Der NT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom zunächst zu den ersten Elektronikeinheiten 120, um diese zu kühlen. Anschließend wird der Kühlmittelstrom durch den Fahrgastzellen-Wärmetau- scher 142 geleitet, wobei Energie aus der Fahrgastzellen-Luft aufgenommen und diese damit gekühlt werden kann, oder auch verhindert werden kann. Im Anschluss wird der Kühlmittelstrom zu der Batterie 180 geleitet, die ebenfalls gekühlt wird. Schließlich wird der Kühlmittelstrom mittels der Kühlmittelpumpe 152 zu der Kühleinheit 112 gepumpt. Die von den ersten Elektronikeinheiten 120, des Wärmetauschers 142 und der Batterie 180 mittels dem NT-Leitungspfad aufgenommene Wärmeenergie kann mittels der Wärmepumpe 1 10 an die Heizeinheit 11 1 und damit auf den HT- Leitungspfad übertragen werden. Besonders vorteilhaft ist hier der vereinfachte Aufbau zu nennen, der neben weniger Komponenten auch wesentlich geringeren Aufwand für eine Steuerung des Systems 100 erfordert, sodass hier deutliche Bauraumund Kostenvorteile zu verzeichnen sind.

Die Fig. 4 bis 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Systems 100 mit einem ersten und einem zweiten Ventil 161 , 162 und den ersten und zweiten Wärmetauschern 141 , 142. Jedes der Ventile 161 , 162 weist zwei Eingänge und zwei Ausgänge auf und ist mit den HT- und NT-Leitungspfaden verbunden. Die ersten und zweiten Ventile 161 , 162 weisen jeweils einen ersten Schaltzustand a), c) und einen zweiten Schaltzustand b), d) auf. Das erste Ventil 161 ist stromabwärts des zweiten System abschnitts 2SA und des dritten System abschnitts 3SA und stromaufwärts vor der Kühleinheit 112 und dem fünften Systemabschnitt 5SA angeordnet.

Der zweite Systemabschnitt 2SA kann einen Heizungsabschnitt und einen Kühlungsabschnitt umfassen, wobei der Heizungsabschnitt zum Erwärmen des ersten Wärmetauschers 141 und der Kühlungsabschnitt zum Kühlen des zweiten Wärmetauschers 142 ausgebildet sind. Der Kühlungsabschnitt ist stromabwärts des ersten System abschnitts 1 SA und stromaufwärts vor dem dritten 3SA oder vierten 4SA Systemabschnitt (je nach Schaltzustand der Ventile 161 , 162, in Fig. 4: vor dem vierten System abschnitt 4SA) und der Heizungsabschnitt stromabwärts nach der Heizeinheit 111 und stromaufwärts vor dem vierten 4SA oder dritten 3SA Systemabschnitt (je nach Schaltzustand der Ventile 161 , 162, in Fig. 4: vor dem dritten Systemabschnitt 4SA) angeordnet ist. Das zweite Ventil 162 ist stromabwärts des Kühlungsabschnitts des zweiten System abschnitts 2SA und stromabwärts des Heizungsabschnitts des zweiten Systemabschnitts 2SA angeordnet. Weiter ist das zweite Ventil 162 stromaufwärts vor dem dritten Systemabschnitt 3SA und stromaufwärts vor dem vierten System abschnitt 4SA angeordnet.

Die Schaltzustände der ersten und zweiten Ventile 161 , 162 sind nachfolgend zum besseren Verständnis der Figuren gezeigt. Diese ersten und zweiten Schaltzustände a), c) und b), d) der ersten und zweiten Ventile 161 , 162 zeigen ebenfalls die ersten und zweiten Schaltzustände eines dritten Ventils 162, siehe beispielsweise Fig. 9.

1. Tabelle: Schaltzustände der ersten bis dritten Ventile 161, 162, 163

Gemäß den Schaltzuständen der ersten bis dritten Ventile 161 bis 163 können die verschiedenen Eingänge und Ausgänge des jeweiligen Ventils wie in den Figuren gezeigt verbunden werden.

Gemäß der Fig. 4 weist das erste Ventil 161 den ersten Schaltzustand a) und das zweite Ventil 162 den zweiten Schaltzustand b) auf. Entsprechend leitet der NT- Leitungspfad den Kühlmittelstrom mittels des zweiten Ventils 162 von dem Kühlungsabschnitt des zweiten Systemabschnitts 2SA zu dem vierten Systemabschnitt 4SA und den Kühlmittelstrom mittels des ersten Ventils 161 von dem vierten Systemabschnitt 4SA zu dem fünften Systemabschnitt 5SA. Der HT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom mittels des zweiten Ventils 162 von dem Heizungsabschnitt des zweiten Systemabschnitts 2SA zu dem dritten Systemabschnitt 3SA und den Kühlmittelstrom mittels des ersten Ventils 161 von dem dritten Systemabschnitt 3SA zu der Kühleinheit 112.

Gemäß der Fig. 4 liegt der Single-Circuit-Aufbau vor und die Batterie 180 wird erwärmt. Weiter ist der Motor-Wärmetauscher 132 in einem inaktiven Zustand und es wird ein Wärmeenergieaustausch zwischen dem Kühlmittelstrom des NT-Leitungs- pfads und dem Öl-Kreislauf verhindert. Durch das Einstellen einer Einheit in den inaktiven Zustand kann elektrische Energie zum Betreiben der Einheit eingespart werden. Die Fahrgastzelle wird mittels des ersten Wärmetauschers 141 erwärmt. Der zweite Wärmetauscher 142 ist inaktiv oder ein Austausch von Wärmeenergie zwischen dem zweiten Wärmetauscher 142 und der Luft in der Fahrgastzelle ist verhindert. Zur Verhinderung des Wärmeenergieaustausches zur Umgebung kann als vorteilhafte Maßnahme vorgeschlagen werden, die ohnehin häufig schon aus aerodynamischen Hintergründen im Fahrzeug vorgesehenen Luftleit- und -sperreinrichtungen zu nutzen, z.B. Schließen einer Jalousie zum Blockieren des Luftdurchsatzes.

Gemäß der Fig. 5 erfolgt mittels des zweiten Wärmetauschers 142 ein Kühlen der Fahrgastzelle. Weiter wird mittels dem Radiator 170 dem Kühlmittelstrom des NT- Leitungspfads Wärmeenergie von der Umgebungsluft zugeführt.

Gemäß der Fig. 6 weisen das erste Ventil 161 den zweiten Schaltzustand b) und das zweite Ventil 162 den ersten Schaltzustand c) auf. Der NT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom von Kühlungsabschnitt des zweiten Systemabschnitts 2SA mit dem zweiten Wärmetauscher 142 mittels des zweiten Ventils 162 zu dem dritten Systemabschnitt 3SA mit der Batterie 180, es kann folglich die Fahrgastzelle und die Batterie 180 gekühlt werden. Mittels des ersten Ventils 161 wird der Kühlmittelstrom von dem dritten System abschnitt 3SA zu dem fünften Systemabschnitt mit dem Motor 130 und dem Motor-Wärmetauscher 132 geleitet, es kann folglich der Motor 130 gekühlt werden. Anschließend wird der Kühlmittelstrom des NT-Leitungspfads zu der Heizeinheit

111 geleitet. Folglich ist der erste Leitungspfad I der NT-Leitungspfad und der zweite Leitungspfad II der HT-Leitungspfad.

Der HT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom mittels des zweiten Ventils 162 von dem Heizungsabschnitt des zweiten System abschnitts 2SA mit dem ersten Wärmetauscher 141 zu dem vierten Systemabschnitt 4SA. Mittels des ersten Ventils 161 wird der Kühlmittelstrom des HT-Leitungspfads von dem vierten Systemabschnitt 4SA zu der Kühleinheit 1 12 geleitet. Die Fahrgastzelle kann mittels des ersten Wärmetauschers 141 erwärmt werden und anschließend kann überschüssige Wärmeenergie mittels des Radiators 170 an die Umgebungsluft abgegeben werden. Die von dem NT-Leitungspfad von den ersten Elektronikeinheiten 120, dem zweiten Wärmetauscher 142, der Batterie 180 und dem Motor 130 aufgenommene Wärmeenergie wird zu der Heizeinheit 111 geleitet und der HT-Leitungsabschnitt kann mit dieser Wärmeenergie die Fahrgastzelle erwärmen und dann die überschüssige Wärmeenergie über den Radiator 170 abgeben.

Die Wärmepumpe 1 10 kann unabhängig von dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen aktiven und einen inaktiven Zustand aufweisen. In dem aktiven Zustand überträgt die Wärmepumpe 1 10 die von der Kühleinheit 11 1 zugeführten Kühlmittelstrom aufgenommene Wärmeenergie zu der Heizeinheit 1 12. In dem inaktiven Zustand wird ein Wärmeenergieaustausch zwischen der Heizeinheit 1 11 und der Kühleinheit

112 verhindert, indem beispielsweise der Kältemittelstrom der Wärmepumpe 110 zwischen der Kühl- und der Heizeinheit 1 11 , 112 eingestellt wird.

Die Wärmepumpe 1 10 kann in dem inaktiven Zustand sein, wenn das Fahrzeug einen Eco-Modus einstellt. Aufgrund des reduzierten Energiebedarfs der Wärmepumpe 110 in dem inaktiven Zustand kann Energie eingespart werden.

Die Fig. 7 zeigt das erste Ventil 161 mit dem ersten Schaltzustand a) und das zweite Ventil 162 mit dem ersten Schaltzustand c). Der NT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom nach dem ersten System abschnitt 1 SA zu dem Kühlungsabschnitt des zweiten System abschnitts 2SA und anschließend mittels des zweiten Ventils 162 zu dem dritten System abschnitt 3SA. Mittels des ersten Ventils 162 leitet der NT-Lei- tungspfad das Kühlmittel von dem dritten Systemabschnitt zu der Kühleinheit 111. Folglich ist der zweite Leitungspfad II der NT-Leitungspfad und der erste Leitungspfad der HT-Leitungspfad, es liegt der Dual-Circuit-Aufbau vor.

Der HT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom zu dem Heizungsabschnitt des zweiten Systemabschnitts 2SA und anschließend mittels des zweiten Ventils 162 zu dem vierten System abschnitt 4SA mit dem Radiator 170. Mittels des ersten Ventils 161 leitet der HT-Leitungsabschnitt den Kühlmittelstrom von dem vierten Systemabschnitt 4SA zu dem fünften Systemabschnitt 5SA mit dem Motor und dann zu der Heizeinheit 111. Gemäß der Fig. 7 wird eine Kühlung der Fahrgastzelle und der Batterie 180 mittels dem NT-Leitungspfad erreicht. Weiter kann eine Kühlung des Motors 130 mittels dem HT-Leitungspfad erreicht werden, da dem Kühlmittelstrom mittels dem Radiator 170 vor dem Motor 130 Wärmeenergie entzogen wird.

Die Wärmepumpe 1 10 kann in dem Single-Circuit-Aufbau als auch in dem Dual-Cir- cuit-Aufbau in den aktiven Zustand und den inaktiven Zustand geschaltet werden. Der Eco-Modus kann insbesondere im Single-Circuit-Aufbau angewandt werden.

Fig. 8 zeigt das erste Ventil 161 in dem zweiten Schaltzustand b) und das zweite Ventil 162 in dem zweiten Schaltzustand d). Der NT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom mittels dem zweiten Ventil 162 von dem Kühlungsabschnitt des zweiten Systemabschnitts 2SA zu dem vierten Systemabschnitt 4SA mit dem Radiator 170. Anschließend leitet der NT-Leitungspfad den Kühlmittelstrom mittels dem ersten Ventil 161 zu der Kühleinheit. Folglich ist der zweite Leitungspfad II der NT-Leitungspfad und der erste Leitungspfad I der HT-Leitungspfad.

Der HT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom von dem Heizungsabschnitt des zweiten Systemabschnitts 2SA mittels des zweiten Ventils 162 zu dem dritten Systemabschnitt 3SA mit der Batterie 180. Anschließend wird der Kühlmittelstrom mittels des ersten Ventils 161 zu dem fünften Systemabschnitt 5SA mit dem Motor und dann zu der Heizeinheit 111 geleitet. Gemäß der Fig. 8 wird die Fahrgastzelle und die Batterie 180 erwärmt und es erfolgt eine Wärmeenergiezufuhr mittels des Radiators 170.

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Systems 100 mit ersten bis dritten Ventilen 161 , 162, 163. Weiter zeigt die Fig. 9 ein Beipass-Ventil 164. Im Vergleich zu den vorherigen gezeigten Ausführungsbeispielen ist in der Fig. 9 ein einziger Fahrgastzellenwärmetauscher 140 anstatt der ersten und zweiten Wärmetauscher 141 , 142 gezeigt. Das erste Ventil 161 weist den ersten Schaltzustand a), das zweite Ventil 162 den Schaltzustand d) und das dritte Ventil 163 den zweiten Schaltzustand f) auf. Der NT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom von dem ersten Systemabschnitt 1 SA mit den ersten Elektronikeinheiten mittels der zweiten und dritten Ventile 162, 163 zu dem dritten System abschnitt 3SA mit der Batterie. Anschließend leitet der NT-Lei- tungspfad den Kühlmittel ström mittels des ersten Ventils 161 zu der Kühleinheit. Folglich ist der erste Leitungspfad I der HT-Leitungspfad und der zweite Leitungspfad der NT-Leitungspfad, es liegt der Dual-Circuit-Aufbau vor. Weiter zeigt die Fig. 9 einen Hochtemperaturabschnitt, HTA und einen Niedrigtemperaturabschnitt, NTA des Systems 100. Der Hochtemperaturabschnitt HTA und der Niedrigtemperatur NTA stellen Bereiche des Wärmeenergiesystems 100 dar, bei denen im Verhältnis eine höhere und eine niedrigere Temperatur des Kühlmittels vorliegt. Dabei können die Hoch- und Niedrigtemperaturabschnitte HTA, NTA verschiedene Abschnitte der HT- und NT-Leitungspfade und des Wärmeenergiesystems 100 umfassen.

Der HT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom von der Heizeinheit 11 1 mittels des zweiten Ventils 162 zu dem zweiten Systemabschnitt 2SA mit dem Fahrgastzellenwärmetauscher 140. Mittels dem dritten Ventil 163 leitet der HT-Leitungspfad den Kühlmittelstrom anschließend zu dem vierten Systemabschnitt 4SA. Der vierte Systemabschnitt weist in der Fig. 9 das Beipass-Ventil 164 sowie eine erste und eine zweite Parallelleitung auf. Die erste Parallelleitung ist zum Leiten des Kühlmittelstroms zu dem Radiator 170 ausgebildet, während die zweite Parallelleitung den Kühlmittelstrom an dem Radiator 170 vorbei leitet. Basierend auf einem Schaltzustand des Beipass-Ventils 164 kann der Kühlmittelstrom des HT-Leitungspfads zu dem Radiator 170 oder an diesem vorbei geleitet werden. Die Parallelschaltung und das Beipass-Ventil 164 sind optional. Alternativ kann der vierte Systemabschnitt 4SA den jeweiligen Kühlmittel ström nur zu dem Radiator 170 leiten und weist keine Parallelschaltung auf. Durch die Umgehung des Radiators 170 kann erstens ein Wärmeenergieaustausch mit der Umgebung verhindert und zweitens die effektive/beteiligte thermische Masse des umlaufenden Kühlmittels reduziert werden, damit bei Heizbetrieb die Ansprechzeit des Fahrgastzellenwärmetauschers zur Heizung verkürzt wird, indem weniger Energie bis zum Erreichen der Zieltemperatur benötigt wird. Zur Verhinderung des Wärmeenergieaustausches zur Umgebung wird als vorteilhafte Maßnahmen vorgeschlagen, die zweite Parallelleitung auf der Luftseite des Radiators 170 anzuordnen, da diese ohnehin häufig schon aus aerodynamischen Hintergründen im Fahrzeug vorgesehen wird, z.B. Schließen einer Jalousie zum Blockieren des Luftdurchsatzes. Weiter kann mit oder ohne Parallelschaltung durch eine Jalousie des Fahrzeugs eine Frischluftzufuhr zu dem Radiator blockiert oder ermöglicht werden. Wird eine Frischluftzufuhr blockiert, kann fast ausschließlich nur die thermische Masse bzw. Kapazität des Radiators 170 zum Wärmeenergieaustausch verwendet werden.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Systems 100 mit einer im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen anderen Anordnung des Motors 130. Gemäß der Fig. 10 ist der dritte System abschnitt 3SA zum Kühlen des Motors 130 ausgebildet. Der fünfte Systemabschnitt 5SA ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht vorhanden.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Systems 100, bei dem der dritte System abschnitt 3SA zum Kühlen einer zweiten Elektronikeinheit 121 , des Motors 130 und des Radiators 180 in Reihe ausgebildet ist.

Die Ausführungsbeispiele der Fig. 10 und 11 sind vorteilhaft, wenn der Motor 130 weit entfernt von der Wärmepumpe 110 in dem Fahrzeug eingebaut werden muss / soll. Die Figuren 10 und 11 zeigen nur exemplarisch jeweils eine der sinnvoll möglichen Einbindungen des Motors 130 vor der Batterie 180, wobei zwar eine Heizung des Motors 130 möglich ist, aber v.a. bei Fig. 11 eine zwangsläufige Heizung der zweiten Elektronikeinheit 121 erfolgt, wenn die Batterie 180 geheizt werden soll. Die Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wärmeenergiesystems 100. Wie bei den Figuren 10 und 11 weisen das erste Ventil 161 den ersten Schaltzustand a), das zweite Ventil 162 den zweiten Schaltzustand d) und das dritte Ventil 163 den zweiten Schaltzustand f) auf. Gemäß der Fig. 12 ist der erste Systemabschnitt 1 SA zum Kühlen des Motors 130 und der ersten Elektronikeinheiten 120 ausgebildet. Gemäß der Fig. 12 können die ersten Elektronikeinheiten 120 und der Motor 130 nahe beieinander positioniert sein. Dies kann beispielsweise vorliegen, wenn die ersten Elektronikeinheiten 120 und der Motor 130 innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. In diesem Fall ist es vorteilhaft die ersten Elektronikeinheiten 120 und den Motor 130 dem NT-Leitungspfad zuzuordnen und zunächst den ersten Elektronikeinheiten 120 die niedrigste Vorlauftemperatur bereitzustellen und anschließend das Kühlmittel direkt an die Motor-Kühlung zu leiten. Möglich ist die Einbindung einer der ersten Elektronikeinheiten (z.B. DC-DC-Konverter) parallel, oder auch in Reihe zu dem Motor 130, falls die räumliche Anordnung entsprechend vorteilhaft ist.

Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Systems 100, bei dem der fünfte System abschnitt 5SA bereitgestellt ist. Der fünfte System abschnitt 5SA ist zum Kühlen einer dritten Elektronikeinheit 123 und stromabwärts dieser des Motors 130 ausgebildet. Die Fig. 13 weist dieselben Schaltzustände der ersten bis dritten Ventile 161 , 162, 153 wie die Fig. 10 bis 12 auf. Folglich kann auch eine Einbindung von Elektronikeinheiten in den HT-Leitungspfad sinnvoll sein, wenn z.B. Kondensation an der dritten Elektronikeinheit 123 verhindert werden soll. In diesem Fall sollte der Vorlauf in die dritte Elektronikeinheit vorteilhafterweise vor der Heizeinheit erfolgen, um eine möglichst hohe Kühlleistung zu ermöglichen.

Die Fig. 14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Systems 100 mit einer Wasserkühlung des Motors 130. Die ersten bis dritten Ventile 161 , 162, 163 weisen die Schaltzustände a), b) und f) auf. Die ersten Elektronikeinheiten 120 werden in Reihe durch den NT-Leitungspfad gekühlt, anschließend wird die Batterie 170 gekühlt. Die Fahrgastzelle kann mittels des HT-Leitungspfads erwärmt werden.

Die Fig. 15 zeigt die ersten Elektroneinheiten 120 mit Drosseln 125 stromabwärts der ersten Elektronikeinheiten 120. Alternativ können Blenden verwendet werden. Die Drosseln 125 sind zum hydraulischen Abgleich ausgebildet. Durch Abstimmung der Blenden auf die grundsätzlichen Kühlbedarfe der einzelnen Elektronikeinheiten kann der Volumenstrom jeder Einheit 120 individuell im konstanten Verhältnis sichergestellt werden. Eine Aufteilung des Gesamtzulauf-Stroms in Einzelvolumenströme mit definiertem Verhältnis kann erfolgen. Der Volumenstrom kann sich entsprechend der Widerstände in den Komponenten, wie den Elektronikeinheiten aufteilen. Um diese Einzelvolumenströme in einem bestimmten Verhältnis aufzuteilen, kann ein hydraulischer Abgleich erforderlich sein, denn sonst würde die Komponente mit dem geringsten Strömungswiderstand stets den höchsten Anteil bekommen, unabhängig davon, ob dieser benötigt wird oder nicht.

Fig. 16 bis 21 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Systems 100. Gemäß der Fig. 16 weist das erste Ventil 161 den zweiten Schaltzustand b), das zweite Ventil

162 den ersten Schaltzustand c) und das dritte Ventil 163 den ersten Schaltzustand e) auf. Der NT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom zu dem ersten Systemabschnitt 1 SA mit den ersten Elektronikeinheiten 120 und anschließend mittels des zweiten Ventils 162 zu dem zweiten Systemabschnitt 2SA mit dem Fahrgastzellenwärmetauscher 140, sodass zumindest die ersten Elektronikeinheiten 120 gekühlt werden können. Nach dem zweiten Systemabschnitt 2SA wird der Kühlmittelstrom des NT-Leitungspfads mittels des dritten Ventils 163 zu dem dritten Systemabschnitt 3SA zur Kühlung der Batterie 180 geleitet. Von dem dritten System abschnitt 3SA wird der Kühlmittelstrom des NT-Leitungspfads mittels des ersten Ventils 161 zu dem fünften Systemabschnitt 5SA zur Kühlung des Motors 130 mittels des Motor-Wärmetauschers 133 und dann zur Heizeinheit 111 geleitet. Folglich liegt der S ingle-Ci reu it- Aufbau vor. Der HT-Leitungspfad wird mittels des zweiten und dritten Ventils 162,

163 zu dem vierten Systemabschnitt 4SA zum Erwärmen des Radiators 170 und anschließend über das erste Ventil 161 zu der Kühleinheit 112 geleitet. Gemäß der Fig. 16 ist die Wärmepumpe 110 im inaktiven Zustand. In dem inaktiven Zustand kann die Heizeinheit 111 und/oder die Kühleinheit 112 ebenfalls inaktiv sein, sodass die Heizeinheit 111 im inaktiven Zustand den ihr zugeführten Kühlmittelstrom leitet und ein Zuführen von Wärmeenergie verhindert wird. Die Kühleinheit 1 12 leitet in dem inaktiven Zustand den ihr zugeführten Kühlmittelstrom weiter, ohne dass Wärmeenergie von dem Kühlmittelstrom aufgenommen wird. Aufgrund des inaktiven Zustands der Wärmepumpe 1 10, insbesondere der inaktiven Zustände der Heizeinheit 111 und der Kühleinheit 112 kann der Eco-Modus eingestellt werden.

Die Fig. 17 zeigt im Vergleich zur Fig. 16 die Wärmepumpe 110 in dem aktiven Zustand, insbesondere dem aktiven Zustand der Heizeinheit 111 , der Kühleinheit 1 12 sowie der Wärmeenergieübertragung von der Kühleinheit 112 zu der Heizeinheit 111. Die Kühlmittelpumpe 151 pumpt den Kühlmittelstrom des NT-Leitungspfads zu dem Motor-Wärmetauscher 133 und kühlt das Öl, strömt anschließend über die Heizeinheit 111 und nimmt Energie von der Kühleinheit 1 12 auf und erreicht ein höheres Temperaturniveau, bevor der Kühlmittelstrom über das zweite und dritte Ventil 162, 163 zu dem Radiator 170 geleitet wird, wo Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Anschließend strömt der Kühlmittelstrom über das erste Ventil zur zweiten Kühlmittelpumpe 152 und wird weiter zur Kühleinheit 112 geleitet, wo dem Kühlmittelstrom Wärmeenergie entzogen wird, wodurch die Temperatur des Kühlmittelstroms abgesenkt wird, bevor es zu den ersten Elektronikeinheiten 120 mit möglicher Energieaufnahme, weiter über das zweite und dritte Ventil 162, 163 zum Fahrgastzellenwärmetauscher 140 strömt. Aus der Fahrgastzelle wird Wärmeenergie aus der Innenraumluft aufgenommen und dadurch die Fahrgastzelle gekühlt, bevor der Kühlmittelstrom zu der Batterie 180 geleitet wird, um auch hier Wärmeenergie aufzunehmen. Es wird die Verlustwärme aller Komponenten an die Umgebung abgeführt. Vorteilhaft erweist sich hier, dass mittels der Wärmepumpe 110 ein thermischer Bypass erreicht wird, der zu einer deutlichen Steigerung der Kühlleistung führt, indem im Vorlauf des Radiators 170 die höchste Kühlmittelstrom-Temperatur erreicht wird und gleichzeitig im Vorlauf der zu kühlenden Einheiten die niedrigste Kühlmittelstrom- Temperatur in einem einzigen Kühlmittelstrom -Kreis herrscht. Zudem ist auch eine Klimatisierung der FGZ möglich.

Fig. 18 zeigt im Vergleich zu den Fig. 16 und 17 die Wärmepumpe 110 und den Motorwärmetauscher 133 in dem inaktiven Zustand. Es wird die Verlustwärme der Batterie 180 an die Umgebung abgeführt.

Fig. 19 zeigt das erste Ventil 161 im ersten Schaltzustand a), das zweite Ventil 162 im ersten Schaltzustand c) und das dritte Ventil im Schaltzustand e), sodass gemäß der Fig. 19 der Dual-Circuit-Aufbau vorliegt. Die Wärmepumpe 110 und der Motor- Wärmetauscher 133 sind in dem aktiven Zustand. Der NT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom zu dem ersten System abschnitt 1 SA zur Kühlung der ersten Elektronikeinheiten 120 und dann über das zweite Ventil 162 zu dem zweiten Systemabschnitt 2SA zur Kühlung des Fahrgastzellenwärmetauschers 140. Mittels dem dritten Ventil 163 wird der Kühlmittelstrom weiter zum dritten Systemabschnitt 3SA zur Kühlung der Batterie 180 und mittels dem ersten Ventil 161 zurück zu der Kühleinheit 112 geleitet. Der HT-Leitungspfad wird mittels der ersten und zweiten Ventile 162, 163 zu dem vierten Systemabschnitt 4SA zum Erwärmen des Radiators und über das erste Ventil 161 zu dem fünften System abschnitt zur Kühlung des Motors 130 bzw. des Motor-Wärmetauschers 133 und dann zur Heizeinheit 111 geleitet. Es wird die Verlustwärme des Motors 130, der ersten Elektronikeinheiten 120 und Wärmeenergie aus der Fahrgastzelle, sowie die elektrische Leistung der Wärmepumpe 110 in den HT-Leitungspfad übertragen und an die Umgebung mittels dem Radiator 170 abgeführt.

Fig. 20 zeigt das erste Ventil 161 in dem zweiten Schaltzustand b), das zweite Ventil 162 in dem ersten Schaltzustand c) und das dritte Ventil 163 in dem zweiten Schaltzustand f), sodass der Dual-Circuit-Aufbau vorliegt. Alle Einheiten bis auf den Radiator 170 sind in dem aktiven Zustand. Der NT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom zu dem ersten Systemabschnitt 1 SA zur Kühlung der ersten Elektronikeinheiten 120 und über das zweite Ventil 162 zu dem zweiten Systemabschnitt 2SA zur Kühlung der Fahrgastzelle. Mittels dem dritten Ventil 163 wird der Kühlmittelstrom zu dem vierten System abschnitt 4SA und über das erste Ventil 161 zur Kühleinheit 111 geleitet. Der HT-Leitungspfad wird mittels der ersten und zweiten Ventile 162, 163 zum dritten System abschnitt 3SA zum Erwärmen der Batterie 180 und über das erste Ventil 161 zu dem fünften System abschnitt 5SA zur Kühlung des Motors 130 geleitet. Anschließend wird der Kühlmittelstrom zu der Heizeinheit 1 11 geleitet. Es wird die Verlustwärme des Motors 130, der ersten Elektronikeinheiten 120, sowie die elektrische Leistung der Wärmepumpe 110 in den HT-Leitungspfad übertragen.

Alternativ können der NT-Leitungspfad und die Wärmepumpe 110 in dem inaktiven Zustand sein. Dabei kann der NT-Leitungspfad durchströmt werden, nimmt aber am thermischen Umsatz nicht teil. Die Kühlmittelpumpe 151 entlang des HT-Leitungs- pfads pumpt den Kühlmittelstrom zu dem Motor-Wärmetauscher 133 und nimmt Verlustwärme von dem Motor 130. Es kann auch die Verlustwärme eines Getriebes des Motors 130 und/oder des Fahrzeugs aufgenommen werden. Anschließend strömt der Kühlmittelstrom über die inaktive Heizeinheit 11 1 der Wärmepumpe 110 und strömt weiter durch das zweite und dritte Ventil 162, 163 zur Batterie 180 und übergibt die Wärmeenergie, bevor der Kühlmittelstrom über das erste Ventil 161 wieder der ersten Kühlmittelpumpe 151 zugeführt wird und damit der Kreislauf geschlossen wird.

Alternativ kann der Radiator 170 in dem aktiven Zustand sein und Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgeben oder von dieser aufnehmen. Es wird die Verlustwärme des Motors 130, der ersten Elektronikeinheiten 120 und die gewonnene Wärmeenergie aus der Umgebungsluft, sowie die elektrische Leistung der Wärmepumpe 110 in den HT-Leitungspfad übertragen.

Fig. 21 zeigt das erste Ventil 161 in dem zweiten Zustand b), das zweite Ventil 162 in dem zweiten Zustand d) und das dritte Ventil 163 in dem ersten Zustand e), sodass der Dual-Circuit-Aufbau vorliegt. Der NT-Leitungspfad den Kühlmittelstrom zu dem ersten Systemabschnitt 1 SA zum Kühlen der ersten Elektronikeinheiten 120 und über das zweite und dritte Ventil 162, 163 zu dem vierten Systemabschnitt 4SA, bevor es zur Kühleinheit 112 geleitet wird. Der HT-Leitungspfad leitet den Kühlmittelstrom über das zweite Ventil 162 zu dem zweiten Systemabschnitt 2SA zum Erwärmen der Fahrgastzelle und über das dritte Ventil 163 zu dem dritten Systemabschnitt 3SA zum Erwärmen der Batterie 180. Anschließend wird der Kühlmittelstrom über das erste Ventil 161 zu dem fünften Systemabschnitt 5SA zur Kühlung des Motors 130 und dann zur Heizeinheit 111 geleitet. Es wird nur die Verlustwärme der ersten Elektronikeinheiten 120 und die elektrische Leistung der Wärmepumpe 110 in den HT-Lei- tungspfad übertragen.

Alternativ ist nur der HT-Leitungspfad aktiv und der NT-Leitungspfad inaktiv. Eine Umwälzung des Kühlmittelstroms des NT-Leitungspfads ist möglich, jedoch findet kein Wärmetransport statt. Es wird nur die Verlustwärme die ersten Elektronikeinheiten 120 und die Leistung der Wärmepumpe 110 in den HT-Leitungs- pfad zur Heizung übertragen.

Alternativ kann der Radiator 170 in dem aktiven Zustand sein und Wärmeenergie aus der Umgebungsluft aufgenommen werden.

Fig. 22 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 200 umfassend ein Wärmeenergiesystem 100 nach einem der vorherigen Ausführungsbeispiele. Das Fahrzeug 200 kann dazu ausgebildet sein, das Wärmeenergiesystem 100 zu steuern. Insbesondere kann das Fahrzeug 200 dazu ausgebildet sein, Steuerbefehle an eine oder mehrere Einheiten des Wärmeenergiesystems 100 zum Steuern des Wärmeenergiesystems 100 zu senden. Das Fahrzeug 200 kann ein elektrisches und/oder elektronisches Fahrzeug mit einem elektronischen Motor (Elektromotor) sein.

Bezugszeichen

100 Wärmeenergiesystem

110 Wärmepumpe

111 Heizeinheit

112 Kühleinheit

113 Expansionsventil

114 Kompressor

115 Reservoir

HT HT-Leitungspfad

NT NT-Leitungspfad

120 erste Elektronikeinheiten

121 zweite Elektronikeinheiten

123 dritte Elektronikeinheiten

124 Expansionsreservoir

125 Drossel

130 Elektromotor

131 Expansionsreservoir

132 Ölpumpe

133 Ö I-Wasser-Wärm e-T auscher

1 SA erster Systemabschnitt

2SA zweiter Systemabschnitt

3SA dritter Systemabschnitt

4SA vierter Systemabschnitt

5SA fünfter Systemabschnitt

140 Fahrgastzellenwärmetauscher

141 erster Wärmetauscher

142 zweiter Wärmetauscher

151 erste Kühlmittelpumpe

152 zweite Kühlmittelpumpe

161 erstes Ventil

162 zweites Ventil

163 drittes Ventil 164 Beipass-Ventil

170 Radiator

180 Batterie

I erster Leitungspfad

II zweiter Leitungspfad

HTA Hochtemperaturabschnitt

NTA Niedrigtemperaturabschnitt

200 Fahrzeug