Die Erfindung betrifft ein Kältegerät, aufweisend einen Kältekreislauf mit einem drehzahlregelbaren Verdichter, einem Verflüssiger, mindestens einem Verdampfer und mindestens einem Drosselorgan, einen Kühlraum mit mindestens einer Temperaturzone, der jeweils mindestens ein Verdampfer zugeordnet ist, mindestens einen Temperatursensor pro Temperaturzone zum Abfühlen von Ist-Werten einer zugehörigen Zonentemperatur, einen Satz von über Stellgrößen einstellbaren Aktoren, einschließlich des Verdichters, welche einen merklichen Einfluss auf einen Betrieb des Kältekreislauf besitzen, wobei die Zahl der Aktoren höher ist als die Zahl der Verdampfer, und ein Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, Stellgrößen der Aktoren beruhend auf Abweichungen zwischen den Ist- Werten der Zonentemperaturen und vorgegebenen Soll-Werten davon vorzugeben, wobei das Steuergerät mit einem computerlesbaren Speichermedium datentechnisch gekoppelt ist, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch das Steuergerät dieses veranlassen, die Werte der Stellgrößen der Aktoren auf Grundlage eines Kreislaufmodells zu berechnen, und das Kreislaufmodell einen Regelkreis zum Einstellen der Ist-Werte der Zonentemperaturen auf jeweils vorgegebene Soll-Werte beschreibt. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Kältegeräts. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Haushalts-Kältegeräte, bei denen der Verdichter im Dauerlauf betrieben wird.

Der Artikel von Alexsandro S. Silveira, Marcelo D.C. de Oliveira, Alexandre Trofino Neto, Christian J. L. Hermes: "Least power point tracking (LPPT) control for refrigeration systems running with variable-speed compressors", International Journal of Refrigeration, verfügbar online am 9. Januar 2021, offenbart einen Least Power Point Tracking (LPPT)- Regelalgorithmus, der auf ein Kühlsystem angewendet wird. Der LPPT ist eine adaptive Version einer Dual-Speed-Steuerung, die eine On-Off-Steuerung mit zwei von Null verschiedenen Geschwindigkeitswerten ist: Der niedrigere Geschwindigkeitswert wird gewählt, um den Energieverbrauch zu minimieren, während der höhere Geschwindigkeitswert verwendet wird, um starke Störungen zu unterdrücken. Die LPPT- und Dual-Speed- Ergebnisse werden mit anderen Regeltechniken verglichen, die im Bereich von Kühlsystemen verwendet werden können, nämlich der On-Off (Basislinie)-Ansatz und dem Pro- portional-Integral-Ansatz. Experimentelle Analysen zeigten, dass die LPPT-Kontrolle etwa 16% weniger Energie verbraucht als der Basislinien-Ansatz.

In dem Artikel von Daniel J. Burns, Christopher R. Laughman und Martin Guay: "Proportional-Integral Extremum Seeking for Vapor Compression Systems", IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY, Vol.28, Nr.2, März 2020 wird ein Stromverbrauch eines Dampfkompressionssystems (VCS) durch die Anwendung eines proportional-integralen Extremum-Suchreglers (PI-ESC) beschrieben, der im gleichen Zeitrahmen wie der Prozess konvergiert. Dieses Extremum-Suchverfahren verwendet eine zeitvariable Parameterschätzung, um den lokalen Gradienten in der Karte von manipulierten Eingaben bis zu Leistungsausgaben zu bestimmen. Außerdem enthält das Extremum- Suchverfahren Terme proportional zum geschätzten Gradienten, was eine nachfolgende Modifikation einer Schätzroutine erfordert, um Verzerrungen zu vermeiden. Der PI-ESC-Algorithmus wird abgeleitet und mit anderen Methoden an einem Benchmark- Beispiel verglichen, das die Konvergenzrate von PI-ESC demonstriert. PI-ESC wird auf das Problem der Auswahl des Verdichterauslasstemperatur-Sollwerts für ein VCS angewendet, so dass der Stromverbrauch auf ein Minimum reduziert wird. Ein physikbasiertes Simulationsmodell des VCS wird verwendet, um zu zeigen, dass mit PI-ESC die Konvergenz zum optimalen Betriebspunkt schneller erfolgt als die Bandbreite typischer Störungen - was die Anwendung der Extremum-Suchsteuerung auf VCSs in Umgebungen unter realistischen Betriebsbedingungen ermöglicht. Schließlich validieren Experimente an einer Produktionsraumklimaanlage, die in einer adiabatischen Testanlage installiert ist, den Ansatz in Gegenwart von signifikantem Rauschen und Aktor- und Sensorquantisierung.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere auf Basis eines vergleichsweise einfach implementierbaren Reglerentwurfs eine Möglichkeit für einen besonders energiesparenden Betrieb eines Kältegeräts mit mehreren Kühlfächern, die unterschiedliche Fachtemperaturen aufweisen können, bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kältegerät, aufweisend einen Kältekreislauf mit einem drehzahlregelbaren Verdichter, einen Verflüssiger, mindestens einen Verdampfer und mindestens ein Drosselorgan, einen Kühlraum mit mindestens einer Temperaturzone, der jeweils mindestens ein Verdampfer zugeordnet ist, mindestens einen Temperatursensor pro Temperaturzone zum Abfühlen von Ist- Werten einer zugehörigen Zonentemperatur, einen Satz von variabel über Stellgrößen einstellbaren Aktoren, einschließlich des Verdichters, welche einen merklichen Einfluss auf einen Betrieb des Kältekreislauf besitzen, wobei die Zahl der Aktoren um mindestens eins höher ist als die Zahl der Verdampfer, ein Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, Stellgrößen der Aktoren beruhend auf Abweichungen zwischen den für jede Temperaturzone gemessenen Ist-Werten der Zonentemperaturen und vorgegebenen Soll-Werten der Zonentemperaturen vorzugeben, wobei das Steuergerät mit einem computerlesbaren Speichermedium datentechnisch gekoppelt ist, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch das Steuergerät dieses veranlassen, die Werte der Stellgrößen der Aktoren auf Grundlage eines Kreislaufmodells eines Kältesystems bestehend aus dem Kältekreislauf und der mindestens einen Temperaturzone, zu berechnen, das Kreislaufmodell einen vollständigen Regelkreis zum Einstellen der Ist-Werte der Zonentemperaturen auf jeweils vorgegebene Soll-Werte beschreibt, in dem das Kreislaufmodell, insbesondere dessen (modellhafte) Regelstrecke des Kreislaufmodells, ein dynamisches Teilmodell der mindestens einen Temperaturzone umfasst, das aus Werten von der jeweiligen Temperaturzonen zugeführten Kälteleistungen zugehörige Ist-Werte der Fachtemperaturen berechnet, dem dynamischen Teilmodell ein, insbesondere ebenfalls der Regelstrecke zugehöriges, stationäres Teilmodell vorgeschaltet ist, das aus Stellgrößen der Aktoren jeweilige Werte der Kälteleistungen berechnet und an das dynamische Teilmodell übergibt sowie Werte mindestens einer weiteren physikalischen Zustandsgröße der Regelstrecke berechnet, dem stationären Teilmodell ein dazu inverses stationäres Teilmodell vorgeschaltet ist, das aus vorgegebenen Soll-Werten der Kälteleistungen der jeweiligen Temperaturzo- nen sowie Vorgabewerten der mindestens einen weiteren Zustandsgröße Werte der Stellgrößen der Aktoren berechnet und an das stationäre Teilmodell übergibt, dem inversen stationären Teilmodell pro Temperaturzone ein Reglermodell vorgeschaltet ist, das aus Differenzen zwischen den vorgegebenen Soll-Werten der zugehörigen Zonentemperatur und den gemessenen Ist-Werten der zugehörigen Zonentemperatur eine jeweilige Soll-Kälteleistung berechnet und an das inverse stationäre Teilmodell übergibt, und ein Optimierer dazu vorgesehen ist, aus einem gemessenen Ist-Wert einer weiteren Zustandsgröße als Eingangsgröße einen Vorgabewert einer anderen weiteren Zustandsgröße zu bestimmen bzw. zu berechnen, diesen Vorgabewert an das inverse stationäre Teilmodell zu übergeben und die Vorgabewerte iterativ auf einen vorgegebenen Zielzustand der Eingangsgröße hin einzustellen.

Dieses Kältegerät weist den Vorteil auf, dass ein nahezu energieoptimaler Betrieb erreicht werden kann, welcher trotz Bauteil-Streuungen und Alterungseffekten aufrecht erhalten werden kann, weil diese durch die Regelung kompensiert werden können. Vorteilhaft ist dabei zudem, dass die Regelung über das Kreislaufmodell nicht nur bei einzelnen ausgezeichneten stationären Betriebszuständen, welche z.B. für eine Energieklassifizierung relevant sind, sondern bei prinzipiell jedem stationären Betriebszustand wirksam ist. Es ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass die weitere Zustandsgröße des stationären Teilmodells, welche als Eingangsgröße des Optimierers verwendet wird, als Regelgröße aufgefasst wird, die während des Betriebs ständig überwacht und ggf. stetig nachgeregelt bzw. nachgestellt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Linearisierung der Regelstrecke über das inverse stationäre Teilmodell vorgenommen wird. Dies erlaubt die Verwendung von vergleichsweise einfachen Reglerentwurfsverfahren für lineare Systeme für die Einregelung der einzelnen Zonentemperaturen. Außerdem besteht ein Vorteil darin, dass das dort beschriebene Verfahren nur für Geräte mit einem Fach und einem Verdichter als Aktor Verwendung finden kann. Eine einfache Erweiterbarkeit auf Geräte mit mehreren Fächern und mehreren, ggf. andersartigen, Aktoren besteht nicht.

Das Kältegerät ist insbesondere ein Haushalts-Kältegerät. Das Kältegerät kann z.B. ein Kühlschrank, eine Gefriertruhe oder eine Kombination davon sein. Dass die Aktoren variabel über Stellgrößen einstellbar sind, umfasst in einer Weiterbildung, dass die Stellgrößen kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich (d.h., mit kleinen Schrittweiten) einstellbar sind. Dies ermöglicht eine besonders genaue Erreichung eines geringen Stromverbrauchs des Kältekreislaufs.

Unter einem drehzahlregelbaren Verdichter kann ein Verdichter verstanden werden, der eine variabel einstellbare Drehzahl und/oder ein variabel einstellbares Fördervolumen aufweist.

Das Drosselorgan kann ein Ventil, eine Kapillare, eine Düse, usw. sein.

Dass einer Temperaturzone mindestens ein Verdampfer zugeordnet ist, bedeutet, dass diese Temperaturzone mittels des mindestens einen Verdampfers gekühlt wird. Dazu ist die Temperaturzone mit dem zugehörigen mindestens einen Verdampfer thermisch gekoppelt. Beispielsweise kann der Verdampfer in der Temperaturzone vorhanden sein, eine Wandung der Temperaturzone darstellen oder unmittelbar hinter einer Wand der Temperaturzone angeordnet sein.

Der Kältekreislauf und die Temperaturzone(n) bilden zusammen das Kältesystem.

Der Kühlraum kann eine Temperaturzone oder mehrere Temperaturzonen mit individuell einstellbaren Zonentemperaturen umfassen.

Jeder Temperaturzone ist mindestens ein Temperatursensor zum Abfühlen einer Ist- Zonentemperatur dieser Temperaturzone zugeordnet.

Unter einem Aktor, der einen merklichen Einfluss auf einen Betrieb des Kältekreislaufs besitzt oder aufweist, kann insbesondere eine Komponente des Kältegeräts verstanden werden, deren Betrieb bzw. die bei Betrieb das Verhalten des Kältekreislaufs, insbesondere dessen Betriebspunkt, signifikant beeinflussen. Insbesondere können durch solche Aktoren zusammen alle gewünschten stationären Betriebspunkte hinsichtlich Zonentemperaturen und Leistungsaufnahme prinzipiell eingestellt werden. Solche Aktoren können beispielsweise umfassen: den Verdichter, Drosselorgane mit einstellbarem Durchfluss, gezielt auf den Kältekreis einwirkende Lüfter, usw. Da der Kältekreis mindestens einen Verdampfer aufweist, umfasst der Satz von Aktoren mindestens zwei Aktoren, nämlich insbesondere den Verdichter und mindestens einen weiteren Aktor.

Das Steuergerät dient zur Steuerung des Kältekreises und ggf. weiterer Funktionen des Kältegeräts. Das Steuergerät kann dazu insbesondere eine elektronische Schaltung und mindestens einen Datenspeicher aufweisen, auf dem Befehle und ggf. Daten zum Betrieb des Steuergeräts gespeichert sind. Die elektronische Schaltung kann z.B. ein Mikroprozessor, ASIC, FPGA usw. sein.

Das Steuergerät, kann die Stellgrößen der Aktoren einstellen, beispielsweise beruhend auf Abweichungen zwischen den für jede Temperaturzone gemessenen Ist-Werten und vorgegebenen Soll-Werten der zugehörigen Zonentemperaturen, insbesondere im Rahmen eines Regelkreises, bei dem die von den Temperatursensoren gemessenen Ist- Werte der Zonentemperaturen als Regelgrößen rückgeführt werden, mit den als Führungsgrößen dienenden Soll-Werten verglichen werden und deren Differenzen als Regelabweichungen einer Regeleinrichtung zugeführt werden, welche entsprechende Stellgrößen an die Aktoren ausgibt.

Dass das Steuergerät mit einem computerlesbaren Speichermedium datentechnisch gekoppelt ist, kann umfassen, dass das Speichermedium ein Datenspeicher des Steuergeräts ist, oder kann umfassen, dass das Speichermedium eine davon separate Einheit ist, die Daten mit dem Steuergerät austauschen kann, z.B. eine in das Kältegerät einsetzbare Speicherkarte oder sogar eine externe Instanz wie ein Cloud-Speicher.

Dass das Speichermedium Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch das Steuergerät dieses veranlassen, die Werte der Stellgrößen der Aktoren auf Grundlage eines Kreislaufmodells zu berechnen, umfasst insbesondere, dass das Kreislaufmodell in dem Speichermedium gespeichert ist und das Steuergerät das Kreislaufmodell rechentechnisch ablaufen lassen kann, daraus die Werte der Stellgrößen der Aktoren erhält und folgend diese Werte an den Aktoren einstellt.

Die modellierte Regelstrecke des Kreislaufmodells umfasst insbesondere in Reihe geschaltet das inverse stationäre Teilmodell, dahinter das stationäre Teilmodell und dahinter das dynamische Teilmodell. Das stationäre Teilmodell und das dynamische Teilmodell beschreiben zusammen die Regelstrecke des realen Kältegeräts anhand von Zustandsgleichungen. Das inverse stationäre Teilmodell entspricht einer inversen Beschreibung des stationären Teilmodells.

Durch die Aufteilung des Modells der Regelstrecke des realen Kältesystems in einen dynamischen Teil und einen stationären Teil wird erreicht, dass die Dynamiken des Kältekreislaufs und der Temperaturzonen in unterschiedlichen Zeitskalen stattfinden. Die Zeitkonstanten des Kältekreislaufs liegen üblicherweise im Bereich von Sekunden bis wenigen Minuten, wohingegen sich die Dynamik der Temperaturzonen typischerweise im Bereich von vielen Minuten bis wenigen Stunden abspielt. Dies wird in dem vorliegenden modellbasierten Regelungsentwurf gezielt ausgenutzt um das Gesamtmodell der Regelstrecke des Kältesystems in zumindest zwei Sub- oder Teilmodelle aufzuteilen, nämlich ein Teilmodell des Kältekreislaufs (auch als "Kältekreislaufmodell" bezeichenbar) und ein Teilmodell der Temperaturzone(n). Da die Zeitkonstanten der Temperaturzone(n) dominant sind, wird nur dieses Teilmodell dynamisch modelliert, so dass es im Folgenden als "dynamisches" Teilmodell bezeichnet wird. Der Kältekreislauf wird hingegen als stationäres Modell abgebildet und wird im Folgenden als "stationäres" Teilmodell bezeichnet. Das dynamische Teilmodell für die Temperaturzone(n) wird durch lineare Zustandsgleichungen beschrieben, d.h. durch einen Satz linearer Differentialgleichungen mit konstanten Koeffizienten. Das stationäre Teilmodell für den Kältekreislauf wird dagegen durch nichtlineare Zustandsgleichungen beschrieben, die aber rein algebraische Gleichungen sein können. Eine Reihenschaltung aus einem nichtlinearen, stationären Teilmodell und einem dynamischen, linearen Teilmodell ist als Hammerstein-System grundsätzlich bekannt und wird daher nicht weiter beschrieben.

Das dynamische Teilmodell ist dazu ausgelegt, anhand der dafür hinterlegten Zustandsgleichungen aus berechneten Werten von Kälteleistungen Q der jeweiligen Temperaturzonen bzw. aus den jeweiligen Temperaturzonen zugeführten Kälteleistungen Q zugehörige Ist-Werte der Zonentemperaturen zu berechnen.

Das stationäre Teilmodell ist dazu ausgelegt, aus Werten der Stellgrößen der Aktoren jeweilige Werte der Kälteleistungen Q zu berechnen und an das dynamische Teilmodell zu übergeben. Abhängig von der Art der verwendeten Zustandsgleichungen, welche den Kältekreislauf physikalisch beschreiben, wird durch das stationäre Teilmodell auch min- destens eine weitere physikalische Zustandsgröße der Regelstrecke berechnet, z.B. deren Leistungsaufnahme, eine Verdichterendtemperatur, Füllungsgrade von Wärmeübertragern (d.h., mindestens eines Verdampfers und/oder mindestens eines Verflüssigers) und/oder Kältemitteltemperaturen an verschiedenen Stellen entlang des Kältekreislaufs, usw.

Die Kombination aus stationärem Teilmodell und dynamischem Teilmodell bildet also wieder die Regelstrecke des realen Kältesystems mit den Werten der Stellgrößen der Aktoren als Stellgrößen und den Ist-Werten der Temperaturzonen als Regelgrößen ab.

Dadurch, dass dem stationären Teilmodell ein möglichst genaues, dazu entsprechendes inverses stationäres Teilmodell vorgeschaltet wird, wird der Vorteil erreicht, dass die Nichtlinearitäten der Regelstrecke größtenteils (idealerweise gänzlich) kompensiert werden.

Damit das inverses stationäre Teilmodell eindeutig bestimmt ist, weist es vorteilhafterweise die gleiche Zahl an Ein- und Ausgangsgrößen aufweisen, sollte also vorteilhafterweise weder über- noch unterbestimmt sein. Die Ausgangsgrößen des inversen stationären Teilmodells sind dann identisch sein mit den Eingangsgrößen des Kältesystems und damit hier des stationären Teilmodells. Für das gewählte Beispiel bedeutet dies, dass das inverse stationäre Teilmodell die Werte aller Stellgrößen der Aktoren aus derselben Anzahl an Eingangsgrößen eindeutig bestimmen kann.

Aus dem stationären Teilmodell bzw. Kältekreislaufmodell lassen sich, wie bereits oben angedeutet, neben den Kälteleistungen Q für die jeweiligen Temperaturzonen und der elektrischen Leistungsaufnahme noch weitere physikalische Zustandsgrößen auslesen, z.B. eine Leistungsaufnahme bzw. ein Leistungsverbrauch, eine Verdichtungsendtemperatur, Füllungsgrade von Wärmeübertragern, Kältemitteltemperaturen an verschiedenen Stellen entlang des Kältekreislaufs, usw. Somit bestehen bei dem inversen stationären Teilmodell prinzipiell Freiheiten bei der Wahl der übrigen Eingangsgröße(n). Falls vorliegend die Kälteleistungen Q für die jeweiligen Temperaturzonen vorgegeben werden sollen, ist es vorteilhafterweise, diese als Eingangsgrößen des inversen stationären Teilmodells zu setzen. Folgend wird mindestens eine Eingangsgröße aus der Gruppe der weiteren Zustandsgrößen für das inverse Modell festzulegen. Die Zahl der noch festzulegen- den weiteren Zustandsgrößen entspricht der Differenz zwischen der Zahl der Aktoren und der Zahl der Temperaturzonen und beträgt mindestens eins.

Wäre das inverse stationäre Teilmodell perfekt, würden die dem inversen stationären Teilmodell vorgegebenen Soll-Werte der Kälteleistungen Q identisch mit den aus dem stationären Teilmodell an das dynamische Teilmodell übergebenen modelhaften (Ist- )Werten der Kälteleistungen Q sein. Es ist eine Weiterbildung, dass diese Annahme vorliegend getroffen wird.

Da durch das inverse stationäre Teilmodell eine Kompensation der Nichtlinearitäten der Regelstrecke eingebracht wird, sind dann auch die so modifizierten Teil-Regelstrecken der Temperaturzonen idealerweise linear und entkoppelt. Dies ergibt den Vorteil, dass der bzw. die eingangsseitig dem inversen stationären Teilmodell vorgeschaltete Temperaturregler besonders einfach umsetzbar ist bzw. sind. Die Erzeugung der Soll-Werte der jeweiligen Kälteleistungen Q kann damit für jede Temperaturzone getrennt über einen eigenen modellhaften Temperaturregler (Reglermodell) erfolgen. Es können somit vorteilhafterweise für jede Temperaturzone jeweils zugehörige Temperaturregler verwendet werden, welche aus Differenzen zwischen den vorgegebenen Soll-Werten der zugehörigen Zonentemperatur und den von dem dynamischen Teilmodell rückgeführten Ist-Werten der zugehörigen Zonentemperatur eine jeweilige Soll-Kälteleistung berechnet und an das inverse stationäre Teilmodell übergibt.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Reglermodell ein Modell eines linearen Reglers bzw. eines Reglers für lineare Systeme ist, z.B. eines PI-Reglers, eines PID-Reglers usw. Ein linearer Reglers ist besonders robust und einfach umsetzbar.

Ist der obige modellhafte Regelkreis korrekt ausgelegt, werden die Ist-Werte der Zonentemperaturen asymptotisch auf die jeweiligen Soll-Werte eingestellt. Gleichzeitig muss der Vorgabewert bzw. die Vorgabewerte für die noch übrige mindestens eine weitere Zustandsgröße, welche als Eingangsgröße(n) des inversen stationären Modells ausgewählt worden ist, zu jeder Zeit so eingestellt sein, dass die zugehörigen Kälteleistungen Q stationär bei dieser mindestens einen Zonentemperatur vom Kältegerät dargestellt werden können. Vorteilhafterweise wird der jeweilige Vorgabewert für die noch übrige mindestens eine weitere Zustandsgröße so gewählt, dass eine der in dem stationären Teilmodell berechneten weiteren Zustandsgröße(n) auf einen vorgegebenen Zielzustand hin eingestellt wird. Hierzu wird ein entsprechender Optimierer oder Optimierungsalgorithmus bereitgestellt, der zumindest stationär beruhend auf einem Wert einer in dem stationären Kreislaufmodell berechneten Zustandsgröße den Vorgabewert einer als Eingangsgröße des inversen stationären Teilmodells verwendeten anderen Zustandsgröße berechnet und an das inverse stationäre Teilmodell übergibt. Der Optimierer ist ferner dazu eingerichtet, die Vorgabewerte der als Eingangsgröße des inversen stationären Teilmodells verwendeten Zustandsgröße iterativ auf einen vorgegebenen bzw. gewünschten Zielzustand der Eingangsgröße des Optimierers hin einzustellen, z.B. durch zielgerichtete, inkrementelle Veränderung des Vorgabewerts so, dass die Eingangsgröße des Optimierers einen Maximal- oder Minimalwert erreicht. Dazu kann der Optimierer beispielsweise ein Gradientenverfahren nutzen.

Die als Eingangsgröße des Optimierers verwendete weitere Zustandsgröße ist insbesondere eine physikalisch andere Größe als die an das inverse stationäre Teilmodell übergebene weitere Zustandsgröße.

Grundsätzlich ist die Zahl der Verdampfer, Temperaturzonen und Aktoren nicht beschränkt, solange die Zahl der Verdampfer geringer ist als die Zahl der Aktoren.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die Zahl der Aktoren um eins höher ist als die Zahl der Verdampfer. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders einfache Auslegung des Regelungsmodells.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die Eingangsgröße des Optimierers eine elektrische Leistungsaufnahme umfasst oder ist, also die elektrische Leistungsaufnahme der (mindestens einen) weiteren Zustandsgröße entspricht, anhand derer der Optimierer den Vorgabewert anderen weiteren Zustandsgröße bestimmt, die an das inverse stationäre Teilmodell übergeben wird, und der Zielzustand ein Minimum der Leistungsaufnahme ist. Es wird also, neben den Zonentemperaturen, die Leistungsaufnahme des Kältekreislaufs gezielt als zusätzliche Einstell- bzw. Regelgröße aufgefasst. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass sich das Kältegerät mit geringem Realisierungsaufwand selbsttätig so einstellen kann, dass zumindest stationär eine geringe, insbesondere nahezu minimale Leistungsaufnahme erreicht wird. Diese Energieoptimierung lässt sich nicht nur bei einzelnen ausgezeichneten stationären Betriebszuständen (z.B. solchen, welche für eine Energieklassifizierung relevant sind), sondern bei prinzipiell jedem stationären Betriebszustand erreichen, der durch die Soll-Zonentemperaturen bestimmt wird.

Es ist eine Ausgestaltung, dass das Kältegerät eine Einrichtung zur Bestimmung einer elektrischen Leistungsaufnahme des Kältekreislaufs aufweist, wobei die Eingangsgröße des Optimierers eine aus dem Betrieb des Kältegeräts bestimmte (z.B. eine gemessene oder abgeschätzte, und nicht nur aus dem stationären Modell berechnete) Leistungsaufnahme ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die energieminimierende Einstellung der elektrischen Leistungsaufnahme trotz Bauteil-Streuungen und Alterungseffekten aufrechterhalten werden kann, weil diese Effekte durch den Optimierer kompensiert werden. Die Einrichtung zur Bestimmung der elektrischen Leistungsaufnahme kann beispielsweise eine Strommesseinrichtung und/oder eine Einrichtung zum Abschätzen der elektrischen Leistungsaufnahme sein, z.B. eine Inverterelektronik. Beispielsweise kann die Inverterelektronik ebenfalls modellbasiert geregelt werden und kann dann aus ihrem Modell einen Schätzwert für die Leistungsaufnahme des Verdichters ausgeben.

Unter der elektrischen Leistungsaufnahme des Kältekreislaufs kann die elektrische Leistungsaufnahme der Aktoren des Kältekreislaufs verstanden werden, d.h., des Verdichters zuzüglich der weiteren in dem Kältekreislaufmodell betrachteten Aktoren, falls diese stationär eine Leistung aufnehmen. Insbesondere falls die weiteren in dem Kältekreislaufmodell betrachteten Aktoren eine nur geringe Leistung aufnehmen, insbesondere im stationären Zustand keine oder praktisch keine Leistung aufnehmen, kann die elektrische Leistungsaufnahme des Kältekreislaufs durch die die elektrische Leistungsaufnahme des Verdichters angenähert werden.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die von dem Optimierer an das inverse stationäre Modell (zur Verwendung als dortige Eingangsgröße) ausgegebenen Vorgabewerte Werte einer Verdichtungsendtemperatur des Verdichters sind. Die Nutzung der Verdichtungsendtemperatur als Eingangsgröße des inversen stationären Modells ergibt den Vorteil, dass durch ihre Vorgabe die Leistungsaufnahme des Kältekreislaufs kontinuierlich eingestellt werden kann, da sie selbst ebenfalls kontinuierlich und stets positiv ist. Sie ermöglicht aus diesem Grund eine einfachere Beschreibung bzw. Aufstellung der Zustandsgleichungen des stationären Teilmodells als z.B. - grundsätzlich auch verwendbare - physikalischen Größen wie Überhitzungs- oder Unterkühlungstemperaturen, für die negative, physikalisch nicht sinnvolle, Werte vorgegeben werden müssten. Außerdem ist sie messtechnisch leicht zugänglich und begünstigt daher den Modellabgleich mit Messdaten eines realen Systems.

Es ist eine besonders vorteilhafte Weiterbildung, dass die Eingangsgröße des Optimierers die elektrische Leistungsaufnahme ist und die von dem Optimierer an das inverse stationäre Modell ausgegebene Vorgabegröße die Verdichtungsendtemperatur ist.

Es ist eine Ausgestaltung, dass das dynamische Teilmodell, das stationäre Teilmodell und das inverse stationäre Teilmodell eine Umgebungstemperatur des Kältegeräts als Störgröße beschreiben. Dadurch wird vorteilhafterweise eine für den Betrieb des Kältesystems, insbesondere eine Leistungsaufnahme, einflussreichsten Größen berücksichtigt. Beispielsweise können zumindest einige den Teilmodellen zugrundeliegende Zustandsgleichungen die Umgebungstemperatur als einen Parameter aufweisen. Zum Beispiel kann das stationäre Teilmodell aus den Stellgrößen der Aktoren von der Umgebungstemperatur abhängige Werte der Kälteleistungen berechnen und/oder das dynamische Teilmodell die Ist-Werte der Fachtemperaturen abhängig von der Umgebungstemperatur berechnen, usw.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die Stellgröße des Verdichters seine Drehzahl ist. Der Verdichter kann dazu beispielsweise einen drehzahlsteuerbaren Elektromotor (z.B. einen BLDC-Motor) als Antriebseinheit aufweisen.

Es ist eine Ausgestaltung, dass der Satz von Aktoren mindestens ein Drosselorgan in Form eines variabel einstellbaren Expansionsventils umfasst, dessen Stellgröße der Stellung des Expansionsventils, insbesondere einen Strömungsquerschnitt, entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann des Drosselorgan z.B. eine durch einen Lüfter gekühlte Kapillare usw. umfassen. Es ist eine Ausgestaltung, dass zumindest eine Temperaturzone einem Kühlfach entspricht und die zugehörigen Zonentemperaturen Fachtemperaturen entsprechen.

Jedoch ist die Art der Temperaturzone grundsätzlich nicht beschränkt. So kann der Kühlraum des Kältegeräts in einer Weiterbildung eine einzige Temperaturzone darstellen, oder der Kühlraum kann einer Temperaturzone entsprechen, und ein oder mehrere davon abgetrennte Kühlfächer (z.B. für Gemüse, Fleisch usw.) können weiteren Temperaturzonen entsprechen.

Es ist eine Ausgestaltung, dass der Kühlraum mehrere Temperaturzonen aufweist, denen jeweils genau ein Verdampfer zugeordnet ist. Dies vereinfacht eine konstruktiven Aufbau des Kältegeräts als auch die modellhafte Beschreibung des Kältesystems.

Es ist eine Weiterbildung, dass jedem Drosselorgan mindestens ein Verdampfer im Fluss des Kältemittels des Kältekreislaufs seriell vor oder nachgeschaltet ist. Es ist eine Weiterbildung, dass eine Zahl der Drosselorgane einer Zahl der Verdampfer entspricht. Es ist eine Weiterbildung, dass jeweils ein Drosselorgan und ein Verdampfer ohne dazwischenliegende Verzweigung in Reihe geschaltet sind.

Es ist eine Ausgestaltung, dass das Kältegerät dazu eingerichtet ist, den Verdichter im Dauerlauf zu betreiben. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine kontinuierliche oder quasikontinuierliche Arbeit des Optimierers und damit Einstellung seiner Eingangsgröße auf den Zielzustand. Unter einem Dauerlauf des Verdichters kann bei einem drehzahlgeregelten Verdichter eine Betriebsart im normalen Einsatz verstanden werden, wobei Fachtemperaturen mehrere °C niedriger als die Umgebungstemperatur sind, so dass ständig ein Wärmeeintrag in das Kältegerät stattfindet, dessen Abführung mindestens die minimale Drehzahl des Verdichters erfordert. Bei tiefen Umgebungstemperaturen schaltet der Verdichter ab.

Sowohl für eine Betriebsart mit Dauerlauf des Verdichters als auch für eine Betriebsart mit intermittierend arbeitendem Verdichter gilt, dass der Verdichter dann abschaltet, wenn eine minimal einstellbare Gesamtkälteleistung höher ist als eine stationär erforderliche Gesamtkälteleistung. Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältegeräts, wobei Verfahren zum Betreiben eines Kältegeräts, wobei das Kältegerät einen Kältekreislauf mit einem drehzahlregelbaren Verdichter, einem Verflüssiger, mindestens einem Verdampfer und mindestens einem Drosselorgan, einen Kühlraum mit mindestens einer Temperaturzone, der jeweils mindestens ein Verdampfer zugeordnet ist, mindestens einen Temperatursensor pro Temperaturzone zum Abfühlen von Ist-Werten einer zugehörigen Zonentemperatur und einen Satz von variabel über Stellgrößen einstellbaren Aktoren, einschließlich dem Verdichter, welche einen merklichen Einfluss auf einen Betrieb des Kältekreislaufs besitzen, wobei die Zahl der Aktoren höher ist als die Zahl der Verdampfer, aufweist, wobei bei dem Verfahren

Werte der Stellgrößen der Aktoren beruhend auf Abweichungen zwischen den für jede Temperaturzone gemessenen Ist-Werten der Zonentemperaturen und vorgegebenen Soll-Werten der Zonentemperaturen vorgegeben werden, die Werte der Stellgrößen der Aktoren auf Grundlage eines Kreislaufmodells berechnet werden, das einen vollständigen Regelkreis zum Einstellen der Ist-Werte der Zonentemperaturen auf die Soll-Werte der Zonentemperaturen beschreibt, in dem eine Regelstrecke des Regelkreises des Kreislaufmodells ein dynamisches Teilmodell der mindestens einen Temperaturzone umfasst, das aus Werten von Kälteleistungen der jeweiligen Temperaturzonen zugehörige Ist-Werte der Zonentemperaturen berechnet, dem dynamischen Teilmodell ein stationäres Teilmodell der Regelstrecke vorgeschaltet ist, das aus den Werten der Stellgrößen der Aktoren die jeweiligen Werte der Kälteleistungen berechnet und an das dynamische Teilmodell übergibt sowie Ist-Werte mindestens einer weiteren Zustandsgröße der Regelstrecke berechnet, dem stationären Teilmodell ein dazu inverses stationäres Teilmodell vorgeschaltet ist, das aus vorgegebenen Soll-Werten der Kälteleistungen der jeweiligen Temperaturzonen sowie Vorgabewerten der mindestens einen weiteren Zustandsgröße die Werte der Stellgrößen der Aktoren berechnet und an das stationäre Teilmodell übergibt, dem inversen stationären Teilmodell pro Temperaturzone ein Reglermodell vorgeschaltet ist, das aus Differenzen zwischen den vorgegebenen Soll-Werten der zugehörigen Zonentemperatur und den von dem dynamischen Teilmodell rückgeführten Ist-Werten der zugehörigen Zonentemperatur jeweilige Soll-Werte der Kälteleistungen berechnet und an das inverse stationäre Teilmodell übergibt, und ein Optimierer aus einem gemessenen Ist-Wert einer weiteren Zustandsgröße einen Vorgabewert einer anderen weiteren Zustandsgröße bestimmt, diesen Vorgabewert an das inverse stationäre Teilmodell übergibt und die Vorgabewerte iterativ auf einen vorgegebenen Zielzustand der Eingangsgröße hin einstellt.

Das Verfahren kann analog zu dem Kältegerät ausgebildet werden, und umgekehrt, und weist die gleichen Vorteile auf.

Es ist eine Ausgestaltung, dass der Optimierer dauernd arbeitet, also während eines Betriebs des Kältekreislaufs bzw. des Kältegeräts (quasi-)kontinuierlich die Vorgabewerte iterativ auf einen vorgegebenen Zielzustand der Eingangsgröße hin einstellt. Dies kann auch so beschrieben werden, dass der Optimierer dauernd läuft, um den Zielzustand seiner Eingangsgröße einzustellen. Im stationären Zustand wird dieser Zielzustand typischerweise nach einer gewissen Zeit bzw. nach einer gewissen Iterationszahl erreicht sein, wobei die Werte der Stellgrößen dann insbesondere gleich bleiben können. Wenn durch äußere Einflüsse wie eine Türöffnung, eine Änderung der Umgebungstemperatur usw. der stationäre Zustand aufgehoben wird, versucht der Optimierer weiterhin, den Zielzustand seiner Eingangsgröße einzustellen, wobei sich dann ggf. andere Werte der Stellgrößen ergeben.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.

Fig.1 zeigt eine Skizze eines Kältekreislaufs eines Kältegeräts mit zwei Verdampfern und drei Aktoren;

Fig.2 zeigt ein Blockdiagramm von Eingangs- und Ausgangsgrößen eines Kältesystems des Kältegeräts aus Fig.1 ;

Fig.3 zeigt ein Blockdiagramm eines Modells der Regelstrecke des Kältegerätes aus Fig.1 als Hammerstein-System;

Fig.4 zeigt ein Blockdiagramm des Modells der Regelstrecke aus Fig.3 mit zusätzlich vorgeschaltetem inversen Teilmodell;

Fig.5 zeigt ein Blockdiagramm des Modells der Regelstrecke aus Fig.4 unter vereinfachenden Annahmen; Fig.6 zeigt ein Blockdiagramm eines Modells eines Regelkreises unter Verwendung der Regelstrecke aus Fig.5; und

Fig.7 zeigt ein Blockdiagramm einer Umsetzung des Modells des Regelkreises aus Fig.7 in dem Kältegerät aus Fig.1.

Fig.1 zeigt eine Skizze eines Kältekreislaufs eines Kältegeräts 1 mit zwei Verdampfern 2, 3, die jeweilige der Kälteleistungen Q bzw. <j ₂ ^zur Kühlung nicht eingezeichneter jeweiliger Temperaturzonen aufbringen, und drei Aktoren, nämlich einem Verdichter 4 mit einstellbarer Drehzahl n und elektrischer Leistungsaufnahme P _e i, ein Expansionsventil 5 mit einstellbarem Strömungsquerschnitt di und ein Expansionsventil 6 mit einstellbarem Strömungsquerschnitt d2. Das Expansionsventil 5 liegt in Reihe zu dem Verdampfer 2 und das Expansionsventil 6 liegt in Reihe zu dem Verdampfer 3. Die beiden Ventil- /Verdampfer-Paare 5, 2 und 6, 3 sind wiederum zueinander in Reihe geschaltet. Der Kältekreislauf weist ferner einen Verflüssiger 7 auf.

Der Kältekreislauf ist Teil eines Kältesystems 10, zu dem zusätzlich noch jedem Verdampfer 2, 3 eine Temperaturzone in Form eines Kühlfachs zugeordnet ist (o. Abb.). Die Dynamiken des Kältekreislaufs und der Kühlfächer finden dabei mit unterschiedlichen Zeitskalen statt. Die Zeitkonstanten des Kältekreislaufs 2 bis 7 liegen üblicherweise im Bereich von Sekunden bis wenigen Minuten, wohingegen die Zeitkonstanten der Kühlfächer typischerweise im Bereich von vielen Minuten bis wenigen Stunden liegen.

Erweiterungen auf Kältekreisläufe mit mehr Kühlfächern und mehr Aktoren sind analog umsetzbar, solange die Zahl der Aktoren höher ist als die Zahl der Verdampfer, insbesondere um eins höher.

Fig.2 zeigt ein Blockdiagramm von Eingangs- und Ausgangsgrößen des Kältesystems 10 des Kältegeräts 1. Durch Einstellung der Verdichterdrehzahl n und der Strömungsquerschnitte di und d2 ergeben sich die durch jeweilige Temperatursensoren (o. Abb.) gemessene Ist-Werte Tpi.mess und TF2,mess der den Verdampfern 2 bzw. 3 zugeordneten Fachtemperaturen sowie die für den Betrieb des Kältekreislaufs 2 bis 7 aufgewandte elektrische Leistung Pei.mess. Die Umgebungstemperatur T _am b stellt dabei eine signifikante Einfluss- oder Störgröße dar. Dass die Dynamiken des Kältekreislaufs und der Kühlfächer unterschiedliche Zeitskalen aufweisen, kann bei einem modellbasierten Regelungsentwurf gezielt ausgenutzt werden, indem die Regelstrecke des Kältesystems in zwei Sub- oder Teilmodelle unterteilt wird, nämlich ein Teilmodell MKstat für den Kältekreislauf und ein Teilmodell MTd _yn für die Kühlfächer. Da die Zeitkonstanten der Kühlfächer dominant sind, wird nur das den Kühlfächern entsprechende "dynamische" Teilmodell MTd _yn dynamisch modelliert und der Kältekreislauf als "stationäres" Teilmodell MKstat abgebildet, wie in Fig.3 als Blockdiagramm dargestellt.

Das dynamische Teilmodell MTd _yn weist eine lineare Struktur auf, d.h., dass es sich durch einen Satz linearer Differentialgleichungen mit konstanten Koeffizienten beschreiben lässt. Das stationäre Teilmodell MKstat ist dagegen nichtlinear, aber kann durch rein algebraische Gleichungen beschrieben werden. Eine solche Reihenschaltung aus einem nichtlinearen, stationären Modell und einem dynamischen, linearen Modell wird üblicherweise als Hammerstein-System bezeichnet. Die übliche Herangehensweise bei der Regelung eines Hammerstein-Systems besteht darin, dem stationären Teilmodell ein möglichst genaues, entsprechendes inverses (Teil-)Modell M Kinv _s tat vorzuschalten, so dass die Nichtlinearitäten der Regelstrecke größtenteils (idealerweise gänzlich) kompensiert werden, wie in Fig.4 anhand eines Blockdiagramms dargestellt.

Damit das inverse stationäre Teilmodell MKinv _s tat eindeutig bestimmt ist, muss es die gleiche Anzahl an Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen haben. Die Ausgangsgrößen des inversen stationären Teilmodells MKinvstat sind identisch mit den Eingangsgrößen des Kältekreislaufmodells bzw. des stationären Teilmodells M Kstat. Für das gewählte Ausführungsbeispiel bedeutet dies, dass das inverse stationäre Teilmodell M Kinvstat die Werte aller drei Stellgrößen n, di , d2 aus derselben Zahl an Eingangsgrößen bestimmt. Aus dem Kältekreislaufmodell lassen sich dazu, neben den Kälteleistungen Q bzw. <j ₂ für die einzelnen Kühlfächer noch weitere physikalische Größen auslesen bzw. berechnen, nämlich die bereits oben erwähnte Leistungsaufnahme P _e i,caic und z.B. eine Verdichterendtemperatur Tdi, Füllungsgrade von Wärmeübertragern 2, 3, 7 und Kältemitteltemperaturen an verschiedenen Stellen entlang des Kältekreislaufs (o. Abb.), usw. Somit bestehen bei der Wahl der Eingangsgrößen des inversen stationären Teilmodells MKinvstat prinzipiell Freiheiten. Jedoch sollten die Eingangsgrößen auf geeignete Art und Weise durch das Regelungskonzept vorgegeben werden. Da die Soll-Kälteleistungen Q _1:SO u bzw. Q ₂ , _SO II für die einzelnen Kühlfächer im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgegeben werden sollen, sind sie als Eingangsgrößen des inversen stationären Teilmodells MKinv _s tat gesetzt. Da die Anzahl der Aktoren 2, 3, 4 hier um eins größer ist als die Zahl der Verdampfer 2, 3 bzw. Kühlfächer, muss noch eine Eingangsgröße für das inverse stationäre Teilmodell MKinv _s tat festgelegt werden. Diese Eingangsgröße wird vorteilhafterweise so gewählt, dass durch ihre Vorgabe die Leistungsaufnahme P _e , caici möglichst kontinuierlich eingestellt werden kann. Aus diesem Grund sind z.B. Überhitzungs- oder Unterkühlungstemperaturen weniger geeignet, weil dafür negative und folglich physikalisch nicht sinnvolle Werte vorgegeben werden müssten. Eine physikalische Größe, welche oben genannte Anforderung erfüllt, ist hingegen die Verdichtungsendtemperatur Tdi, da diese stets positiv ist.

Wäre das inverse stationäre Teilmodell MKinvstat perfekt, dann ergäbe sich die in Fig.5 anhand eines Blockdiagramms gezeigte Struktur, bei der die von dem stationären Teilmodell MKstat ausgegebenen Ist-Werte der Kälteleistungen Q _± bzw. Q ₂ . den dem inversen stationären Teilmodell MKinvstat vorgegebenen Werten der Soll-Kälteleistungen Q _liSO u bzw. Q _2ISO U entsprechen, also Q _r = Q _liSO u und Q ₂ = Q _2ISO U gilt. Auch gilt dann für die Verdichtungsendtemperatur Tdi ~ T i'-ref- Von dieser Situation wird für den weiteren Regelungsentwurf ausgegangen.

Da die durch den Kompensationsvorgang modifizierten Teil-Regelstrecken von den Soll- Kälteleistungen Q _{r so} u bzw. Q _2ISO U auf die jeweils zugehörigen modellhaft berechneten Fachtemperaturen TFi,caic bzw. TF2,caic nun idealerweise linear und entkoppelt sind, können bewährte und leicht umsetzbare Entwurfsverfahren für modellhafte Temperaturregler ("Reglermodelle") TRi bzw. TR2 verwendet werden, wie Fig.6 illustriert. Mittels der Temperaturregler TR1 und TR2 werden die Soll-Kälteleistungen Q _liSO u bzw. Q _2ISO U für jedes Kühlfach getrennt anhand jeweils vorgegebener Sollwerte TFI ,SOII und TF2,SOII der berechneten Fachtemperaturen Tpi.caic bzw. TF2,caic erzeugt. Die Temperaturregler TR1 und TR2 können z.B. als PI-Regler modelliert sein.

Ist der Regelkreis korrekt ausgelegt, dann werden die beiden berechneten Fachtemperaturen Tpi.caic bzw. TF2,caic asymptotisch auf die jeweiligen Sollwerte TFI ,SOII und TF2,SOII einge- stellt. Gleichzeitig wird der Vorgabewert Tdi.ref für die Verdichtungsendtemperatur Tdi zu jeder Zeit so gewählt, dass die beiden Kälteleistungen Q bzw. <j ₂ stationär bei diesen Fachtemperaturen Tpi.caic bzw. TF2,caic vom Kältegerät 1 dargestellt werden können.

Die Vorgabegröße Tdi.ref wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart gewählt, dass für die Leistungsaufnahme Pei.caic zumindest stationär eine nahezu minimale Leistungsaufnahme Pei, son als Zielzustand erreicht wird. Hierzu wird das Signal Pei.caic einem Optimierungsalgorithmus bzw. "Optimierer" OPT zur Verfügung gestellt, welcher daraus den für eine geringste Leistungsaufnahme Pei.soii als dem Zielzustand passenden Wert für Tdi.ref bestimmt. Dies kann beispielsweise durch zielgerichtete, inkrementelle Veränderung von Tdi.ref erreicht werden, bis ein Minimum von Pei.caic gefunden ist.

Durch eine solche Auslegung des Optimierers OPT wird die Verdichtungsendtemperatur Tdi vorteilhafterweise zwar als Rechengröße im Optimierer OPT und in den Teilmodellen MKinvstat und MKstat verwendet, braucht aber nicht am realen Kältegerät 1 gemessen zu werden. Es wird also kein dedizierter Temperatursensor zum Messen der Verdichtungsendtemperatur Tdi benötigt.

Fig.7 zeigt ein Blockdiagramm einer Umsetzung des Modells des Regelkreises aus Fig.6 in dem Kältegerät 1. Die Stellgrößen n, di , d2 werden mittels einer Gerätesteuerung 9 eingestellt, die mit einem Datenspeicher 8 datentechnisch gekoppelt ist, z.B. einen Datenspeicher 8 aufweist, der Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch das Steuergerät 8 dieses veranlassen, die Werte der Stellgrößen n, di , d2 auf Grundlage des oben beschriebenen Kreislaufmodells des Kältesystems 1 zu berechnen. In anderen Worten ist das in Fig.6 gezeigte Modell des Kältesystems 10 und für den Betrieb am realen Kältegerät 1 modifizierte in dem Datenspeicher 8 programmiert gespeichert.

Insbesondere unterscheidet sich das durch die Gerätesteuerung 9 ausgeführte Modell des Kältesystems 10 von dem in Fig.6 gezeigten Modell dadurch, dass die dem Optimierer OPT zugeführte Eingangsgröße nicht die aus dem stationären Teilmodell M Kstat berechnete elektrische Leistungsaufnahme, sondern eine durch das Kältegerät 1 aus dem Betrieb bestimmte (z.B. durch Abfrage einer Inverterelektronik gemessene oder abgeschätzte) elektrische Leistungsaufnahme Pei.mess ist. Damit wird vorteilhafterweise gewähr- leistet, dass Modellfehler bezüglich der Beschreibung der berechneten Leistungsaufnahme Pei,cai _c am realen Kältegerät 1 kompensiert werden.

Auch werden nicht die durch das stationäre Teilmodell MTd _yn berechneten Fachtemperaturen TFi .caic, TF2,caic rückgeführt und dann mit den entsprechenden Soll-Werten negativ rückgekoppelt, sondern die durch die Temperatursensoren real gemessenen Fachtemperaturen Tpi .mess, T F2,mess-

Das in dem Datenspeicher 8 gespeicherte Modell benötigt somit zum Ablauf auf der Gerätesteuerung 9 nur die typischerweise bereits heutzutage gemessenen Fachtemperaturen T F1 .mess, T 2,mess und die typischerweise bereits heutzutage bestimmte elektrische Leistungsaufnahme Pei, mess und ist daher konstruktiv besonders einfach umsetzbar.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.

So wurde das Regelungskonzept oben beispielhaft an einem Kältegerät mit zwei Temperaturzonen und drei Aktoren (zwei Expansionsventilen und einem Verdichter) genauer erläutert. Dieses Konzept lässt sich aber analog auf Kältegeräte mit einer anderen Zahl von Temperaturzonen und/oder andersartigen Aktoren übertragen.

Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.

Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist. Bezugszeichenliste

1 Kältegerät

2 Verdampfer

3 Verdampfer

4 Verdichter

5 Expansionsventil

6 Expansionsventil

7 Verflüssiger

8 Datenspeicher

9 Gerätesteuerung

10 Kältesystem di Strömungsquerschnitt des Expansionsventils 5 d2 Strömungsquerschnitt des Expansionsventils 6

MTdyn Dynamisches Teilmodell

MKinvstat Inverses stationäres Teilmodell

MKstat Stationäres Teilmodell n Drehzahl

OPT Optimierer

Pei Elektrische Leistungsaufnahme

Q Kälteleistung des Verdampfers 2

<j ₂ Kälteleistung des Verdampfers 3

Qi, sau Soll-Kälteleistung des Verdampfers 2

Q ₂ ,soii Soll-Kälteleistung des Verdampfers 3

Tamb Umgebungstemperatur

Tdi Ist-Wert der Verdampfungsendtemperatur

Tdi.ref Vorgabewert der Verdampfungsendtemperatur

TFI Ist-Wert der Fachtemperatur eines ersten Kühlfachs

TF2 Ist-Wert der Fachtemperatur eines zweiten Kühlfachs

TFI ,SOII Soll-Wert der Fachtemperatur eines ersten Kühlfachs

T 2,SOII Soll-Wert der Fachtemperatur eines zweiten Kühlfachs

TRi Erster Temperaturregler

TR2 Zweiter Temperaturregler