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Title:
CONTROL ELECTRONICS FOR REFRIGERATION SYSTEMS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/015812
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to control electronics for refrigeration systems having refrigeration components (K1,..., Kn) comprising a central electronic control module (10) having a rectifier (11) and an intermediate circuit capacitor (12) and a plurality of output stages (13), to which the refrigeration components (K1,..., Kn) can be connected at interfaces (S) on the voltage side, wherein the respective output stages (13) are connected to the commonly used rectifiers (11) on the input side via the commonly used intermediate circuit capacitor (12), and the interfaces (S) are connected to a central interface controller (20) by means of control technology.

Inventors:
SCHNEIDER, Alex (Klebweg 8, Künzelsau, 74653, DE)
LIPP, Helmut (Ludwig-Eyth-Str. 3, Dörzbach-Hohebach, 74677, DE)
Application Number:
EP2018/056793
Publication Date:
January 24, 2019
Filing Date:
March 19, 2018
Export Citation:
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Assignee:
EBM-PAPST MULFINGEN GMBH & CO. KG (Bachmühle 2, Mulfingen, 74673, DE)
International Classes:
H02P27/06; H02M5/458; H02M1/00
Domestic Patent References:
WO2011000492A12011-01-06
WO2008151859A12008-12-18
Foreign References:
DE102012108869A12014-03-20
DE102015108910A12015-12-10
DE202016106910U12017-01-27
DE102015108910A12015-12-10
Attorney, Agent or Firm:
WENDELS, Stefan (Staeger & Sperling Partnerschaftsgesellschaft mbB, Sonnenstr. 19, München, 80331, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Steuerungselektronik für kältetechnische Anlagen mit kältetechnischen Komponenten (K1 , Kn) umfassend ein zentrales elektronisches Steuerungsmodul (10) mit einem Gleichrichter (1 1) und einem Zwi- schenkreiskondensator (12) sowie einer Mehrzahl an Endstufen (13), an welche die kältetechnischen Komponenten (K1 , Kn) span- nungsseitig an Schnittstellen (S) angeschlossen werden können, wobei die jeweilige Endstufen (13) eingangsseitig über den gemeinsam genutzten Zwischenkreiskondensator (12) mit dem gemeinsam genutzten Gleichrichter (1 ) verbunden sind und die Schnittstellen (S) mit einem zentralen Schnittstellencontroller (20) steuerungstechnisch verbunden sind.

2. Steuerungselektronik nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Steuerungsmodul (10) ferner einen gemeinsam genutzter EMV-Filter (14) aufweist, der schaltungstechnisch vorzugsweise eingangsseitig zwischen dem Gleichrichter (1 1) und einem Eingang (15) für eine Netzspannungsversorgung (Un) vorgesehen ist.

3. Steuerungselektronik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Steuerungsmodul (10) ferner einen gemeinsam genutzten Hochsteller und/oder Tiefsteller (16) aufweist, der schaltungstechnisch vorzugsweise zwischen dem Gleichrichter (11) und dem Zwischenkreiskondensator (12) angeordnet ist.

4. Steuerungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Steuerungsmodul (10) ferner eine berührsichere DC/DC-Niederspannungsversorgung (17) zur Bereitstellung einer SELV-Spannung für Kommutierungselektroniken der zu kommutierenden Motoren (M), Ventile oder anderer zu kommutie- render Einheiten der kältetechnischen Komponenten (K1 , Kn) auf- weist.

5. Steuerungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Steuerungsmodul (10) eine Schnittstelle für einen integrierbaren oder externen Kältekreislaufregler aufweist.

6. Steuerungselektronik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufen (13) als DC/AC-Wandler ausgebildet sind.

7. Steuerungselektronik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Endstufen (13) ferner über einen Mikrocontroller (18) mit dem Schnittstellencontroller (20) steuerungstechnisch verbunden sind.

8. Steuerungselektronik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittstellencontroller (20) ein- gangsseitig über eine serielle Schnittstelle mit einem eine Kommutierungselektronik (K) steuernden Mikrocontroller (18) über eine galvanische Trennung (T) verbunden ist.

9. Kältetechnische Anlage umfassend eine Mehrzahl an kältetechnischen Komponenten (K1 , Kn), die mit der Steuerungselektronik gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 über die Schnittstellen (S) verbunden sind.

10. Kältetechnische Anlage nach Anspruch 9, wobei wenigstens zwei der kältetechnischen Komponenten (K1 , Kn) entweder einen Lüfter, einen Kompressor, einen Ventilator oder eine andere einen Elektromotor aufweisende Komponente darstellen.

Description:
Steuerungselektronik für kältetechnische Anlagen

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Steuerungselektronik für kältetechnische Anlagen.

Die Kältetechnik wird längst nicht mehr ausschließlich zur Kühlung von La- gerräumen genutzt. Vielmehr wird in modernen Gebäuden, Analgen, Fabriken oder Prozessen eine Kühlung eingesetzt, um bestimmte klimatische Be- dingungen zu erzeugen. Die Ansprüche an die steuerungstechnische Regelung und die Leistung der Kälteanlage sind zwischenzeitlich, auch aufgrund der veränderten Umweltgesetzgebung und der damit verbundenen neuen Kältemittel, so breit gefächert, dass ein komplexes (viel umfassendes) Angebot an kältetechnischen Komponenten und Systemen zur Lösung der kältetechnischen Aufgaben zur Verfügung steht. Der Steuerung und Konzeption einer solchen kältetechnischen Anlage kommt daher besondere Bedeutung zu.

Aus der DE 202016106910 U1 ist eine Konzeption betreffend der EMV- Einhausung einer Kühlvorrichtung bekannt. Diese Kühlvorrichtung umfasst dazu eine metallische und/oder elektrisch leitfähige EMV-Einhausung und einen Umrichter sowie mehrere elektrisch betriebene Einheiten innerhalb der EMV-Einhausung, die ausgebildet sind eine lokale Temperatur in wenigstens einem Bereich innerhalb oder außerhalb der EMV-Einhausung zu beeinflussen, wobei der Umrichter wenigstens eine oder mehrere der Einheiten mit einer jeweiligen Versorgungsspannung unmittelbar versorgt und wobei der Umrichter und die Einheiten jeweils so ausgebildet sind, dass die von dieser Einheit im Betrieb der Kühlvorrichtung spezifisch erzeugten leitungsgebundene und/oder feldgebundene EMV-Störung durch eine leitungsgebundene und/oder feldgebundene Störung wenigstens einer der jeweils anderen Einheiten teilweise oder vollständig in ihrem jeweiligen Störpegel kompensiert wird.

Die DE 10 2015 108 910 A1 betrifft ein Kühlgerät, insbesondere für die Kühlung von in einem Schaltschrank aufgenommenen Komponenten, mit einem ersten Lüfter für die Durchströmung eines ersten Wärmetauschers mit Schaltschrankluft und mit einem zweiten Lüfter für die Durchströmung eines zweiten Wärmetauschers mit Umgebungsluft, wobei das Kühlgerät eine Spannungsversorgung mit einem Aufwärts- und/oder Abwärtswandler auf- weist, der über einen Gleichrichter mit einem Weitbereichseingang für ein- oder mehrphasige Wechselspannung verbunden ist und einen Kondensator auf eine Zwischenkreisspannung auflädt, die oberhalb bzw. unterhalb einer an dem Weitbereichseingang anliegenden Netzspannung liegt, wobei ein Netzteil mindestens eines der beiden Lüfter parallel zu dem Kondensator geschaltet ist.

Typischerweise werden zur Realisierung einer kältetechnischen Anlagensteuerung die einzelnen Komponenten zugekauft. Nachteilig ist dabei, dass dadurch hohe Kosten entstehen, da jede der verwendeten Komponenten, die einen EMV-Schutz benötigt auch ihren eigenen EMV-Filter besitzt. Ferner wird für jede technische Komponente, wie z. B. beteiligte Lüfter, Kompressoren, Elektromotoren usw. ein jeweils eigener Gleichrichter, Zwischenkreis- kondensator, DC/DC-Wandler und dergleichen benötigt, um die für die Komponenten jeweils erforderliche Betriebsspannung zu erzeugen. Ein weiterer Nachteil entsteht durch die erforderliche Vernetzung (Kommunikation) der Komponenten, die sich häufig als schwierig gestaltet, da es keine einheitlichen Standards hierfür gibt. Darüber hinaus ist der benötigte Platzbedarf im Gesamtgerät (Kälteanlage) demzufolge groß und entsteht auch ein hoher Montageaufwand der einzelnen elektrischen und elektronischen Kom- ponenten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine Steuerung bzw. Steuerungselektronik für kältetechnische Anlagen bereitzustellen, bei der die Anzahl der Komponenten reduziert ist und bei der sich die kältetechnischen Komponenten bestimmte elektroni- sehe Einheiten teilen bzw. diese gemeinsam nutzen können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ein Grundgedanke der Erfindung liegt dabei darin, dass die Steuer- und/oder Regelungselektroniken für kältetechnische Anlagen wenigstens teilweise funktionell in einer gemeinsamen Steuerungsmoduleinheit integriert werden, wozu insbesondere eine integrative Bauweise einer Mehrzahl von Kompo- nenten vorgesehen ist und diese mit einem Schnittstellencontroller kombiniert werden.

Erfindungsgemäß wird hierzu eine Steuerungselektronik für kältetechnische Anlagen mit kältetechnischen Komponenten vorgeschlagen, umfassend ein zentrales elektronisches Steuerungsmodul mit einem Gleichrichter und ei- nem Zwischenkreiskondensator sowie einer Mehrzahl an Endstufen, an welche die kältetechnischen Komponenten spannungsseitig an Schnittstellen des Steuerungsmoduls angeschlossen werden können, wobei die jeweilige Endstufen für kältetechnische Anlagen eingangsseitig über den gemeinsam genutzten Zwischenkreiskondensator mit dem gemeinsam genutzten Gleich- richter verbunden sind und die Schnittstellen ferner mit einem zentralen Schnittstellencontroller steuerungstechnisch verbunden sind.

Erfindungsgemäß weist damit das zentrale elektronische Steuerungsmodul einen Schnittstellencontroller auf, der ausgangsseitig mit allen Komponenten für den Kältekreislauf auf der Zentralelektronik ohne galvanische Trennung über eine einfache serielle Schnittstelle (z. B. PWM oder PC) verbunden werden kann bzw. verbunden ist.

Der Schnittstellencontroller kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eingangsseitig mit einem Kältekreislaufregler galvanisch getrennt oder auch nicht galvanisch getrennt über eine serielle Schnittstelle und/oder mit externen Signalgebern z. B. mit Temperatur- oder Drucksensoren verbunden sein.

Weiter vorteilhaft ist es, wenn das elektronische Steuerungsmodul ferner einen gemeinsam genutzter EMV-Filter vor dem Spannungszwischenkreis aufweist, der schaltungstechnisch vorzugsweise eingangsseitig zwischen dem Gleichrichter und einem Eingang für eine einphasige oder dreiphasige Netzeinspeisung mit einer Speisespannungsversorgung vorgesehen ist.

In einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektronische Steuerungsmodul ferner einen gemeinsam genutzten Hochsteller und/oder Tiefsteller aufweist, der schaltungstechnisch vorzugsweise zwischen dem Gleichrichter und dem Zwischenkreiskondensator im Spannungszwischenkreis angeordnet ist.

Es ist weiter von Vorteil, wenn das elektronische Steuerungsmodul darüber hinaus auch eine berührsichere DC/DC-Niederspannungsversorgung zur Bereitstellung einer SELV-Spannung für Kommutierungselektroniken der zu kommutierenden Komponenten, wie die Elektromotoren, elektronisch ansteuerbare Ventile oder anderer zu kommutierender Einheiten der kältetechnischen Komponenten aufweist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektronische Steuerungsmodul eine Schnittstelle für einen integrierbaren oder externen Kältekreislaufregler aufweist. Für eine besonders kompakte Bauweise kann der Kältekreislaufregler mit oder ohne ein im Steuerungsmodul integrierten Bedienteil, Display und/oder Schnittstellen zum Anschluss einer Sensorik und/oder zum Anschluss von Steuerungselementen, wie z. B. Ventilen, ausgebildet sein.

Die Steuerungselektronik ist in einer bevorzugten Ausführungsform so konfiguriert, dass die Endstufen für den Anschluss der Kühlkomponenten als DC/AC-Wandler ausgebildet sind. So können z. B. Ventilatoren, Kühlkompressoren oder die dazu benötigten Motoren über EMV-Eingangsfilter direkt mit den DC/AC-Wandler verbunden werden.

Es ist in diesem Zusammenhang weiter von Vorteil, wenn die jeweiligen End- stufen bzw. DC/AC-Wandler über je einen Mikrocontroller mit dem Schnittstellencontroller steuerungstechnisch verbunden sind, so dass jeweils ein Mikrocontroller den angeschlossenen Komponenten, wie Kompressoren, Ventilatoren und dergleichen steuerungstechnisch zugeordnet ist. Weiter kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass der Schnittstellencontroller eingangsseitig über eine serielle Schnittstelle mit einem, eine Kommutierungselektronik steuernden, Mikrocontroller über eine galvanische Trennung verbunden ist.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine kältetechnische Anlage umfassend eine Mehrzahl an kältetechnischen Komponenten (Kompressoren, Lüfter, Ventilatoren, usw.), die mit einer wie zuvor beschriebenen Steuerungselektronik ausgestattet bzw. verbunden sind.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Be- Schreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Steuerungselektronik.

In der Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Steue- rungselektronik für kältetechnische Anlagen zum Betrieb von den dargestellten kältetechnischen Komponenten (K1 , K2, K3,...) gezeigt.

Die Steuerungselektronik umfasst ein zentrales elektronisches Steuerungsmodul 10, welches mit einem Gleichspannungszwischenkreis ausgebildet ist. Hierzu sind ein Gleichrichter 1 , eine Zwischenkreisspannungsanpassung 16 und ein Zwischenkreiskondensator 12 vorgesehen.

Die Zwischenkreisspannungsanpassung 16 stellt einen gemeinsam genutz- ten Hochsteller und/oder Tiefsteller dar. Am Ausgang des gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis steht somit die Zwischenkreisspannung für die gezeigten Endstufen 13 zur Verfügung. Wie in dem Blockschaltbild zu erkennen ist, verwenden die angeschlossenen kältetechnischen Komponen- ten (K1 , K2, K3,...) gemeinsam den Gleichrichter 1 1 , den EMV-Filter 14, den Hochsteller und/oder Tiefsteller 16 und den Zwischenkreiskondensator 12.

Die verwendeten Endstufen 13 sind als DC/AC-Wandler bzw. DC/AC- Leistungsstufen ausgebildet und stellen eine Schnittstelle S bereit, an welche die jeweiligen kältetechnischen Komponenten (K1 , K2, K3, ...) angeschlossen werden. Exemplarisch ist dargestellt, wie die kältetechnische Komponente K3, nämlich der Lüfter 2, bereits an der Schnittstelle der dargestellten Endstufe 13 angeschlossen ist.

Die Endstufen 13 sind mit einem zentralen Schnittstellencontroller 20 steuerungstechnisch über die jeweiligen Mikrocontroller 18 verbunden. Das elektronische Steuerungsmodul 10 weist ferner den gemeinsam genutzter EMV-Filter 14 auf, der schaltungstechnisch eingangsseitig zwischen dem Gleichrichter 1 1 und einem Eingang 15 für eine Netzspannungsversorgung U n vorgesehen ist.

Weiterhin besitzt die Steuerungselektronik 10 eine berührsichere DC/DC- Niederspannungsversorgung 17 zur Bereitstellung einer SELV-Spannung für Kommutierungselektroniken der zu kommutierenden Motoren M und Ventile oder für andere Anlagenkomponenten.

Das gezeigte elektronische Steuerungsmodul 10 weist ferner einen integrierten Kältekreislaufregler 24 auf, der mit einem Display 21 verbunden ist. Das Display 21 kann gleichzeitig über Eingabefunktionen als Bedienteil ausgebildet sein. Die Kommunikation mit Sensoren oder anderen Komponenten kann über ein Bus-Protokoll, wie z. B. dem Modbus erfolgen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzen die kältetechnischen Komponenten (K1 , K2, K3,...), somit der Kompressor und die beiden exemplarisch dargestellten Lüfter (Lüfter 1 und Lüfter 2) jeweils einen eigenen EMV-Eingangsfilter 22. Der Schnittstellencontroller 20 ist ferner eingangsseitig über eine serielle Schnittstelle mit einem eine Kommutierungselektronik K steuernden Mikro- controller 18 über eine galvanische Trennung T verbunden.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht, so kann es z.B. ab einer Last bzw. Ventilatorleistungen der angeschlossenen Komponenten von ca. 200 Watt technisch vorteilhaft sein den Leistungsteil der Kommutierung jeweils im Motor zu integrieren und die Komponente mit Hochvolt-Gleichspannung (z. B. 320V - 420V DC) aus dem gemeinsamen Zwischenkreis zu versorgen. Hierzu kann auch vorgesehen sein, dass es Bypass-Verbindungen zum Zwischenkreis gibt, die einen Anschluss der Komponenten K1 , K2, K3, ... an den jeweiligen Leistungsstufen 13 des Steuerungsmoduls 0 vorbei, direkt am Zwischenkreis ermöglichen.

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