WO2024094807A1 - Kühlgerät, insbesondere für die kühlung von in einem schaltschrank aufgenommenen elektrischen und/oder elektronischen baugruppen - Google Patents

Kühlgerät, insbesondere für die kühlung von in einem schaltschrank aufgenommenen elektrischen und/oder elektronischen baugruppen Download PDF

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WO2024094807A1
WO2024094807A1 PCT/EP2023/080590 EP2023080590W WO2024094807A1 WO 2024094807 A1 WO2024094807 A1 WO 2024094807A1 EP 2023080590 W EP2023080590 W EP 2023080590W WO 2024094807 A1 WO2024094807 A1 WO 2024094807A1
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converters
cooling device
designed
intermediate circuit
unit
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PCT/EP2023/080590
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Inventor
Sebastian Schroth
Marco Weckert
Original Assignee
Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • H05K7/20536—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for racks or cabinets of standardised dimensions, e.g. electronic racks for aircraft or telecommunication equipment
    • H05K7/207—Thermal management, e.g. cabinet temperature control

Definitions

  • Cooling device in particular for cooling electrical and/or electronic components housed in a control cabinet
  • the invention relates to a cooling device, in particular for cooling electrical and/or electronic components housed in a control cabinet.
  • the invention is based on the object of designing a cooling device in a scalable manner with little technical effort and thereby ensuring that the cooling device does not disturb other devices through unwanted electrical or electromagnetic effects or is disturbed by other devices.
  • the invention relates to a cooling device which is provided in particular for cooling electrical and/or electronic assemblies accommodated in a switch cabinet, wherein this comprises at least one central electronic unit, wherein this comprises at least two active units arranged remotely from the central electronic unit and wherein this comprises at least one DC intermediate circuit, wherein each DC intermediate circuit is fed by at least one of the at least one central electronic unit, wherein the central electronic unit comprises at least one converter for feeding each DC intermediate circuit and wherein at least one of the active units is designed as a fan unit which comprises an electric motor and a fan wheel, wherein each electric motor is connected to one of the DC intermediate circuits, wherein each electric motor comprises commutation electronics and an EMC filter, o wherein the commutation electronics are either integrated in the electric motor or are arranged directly on the electric motor and o wherein the EW filter is arranged between the
  • the cooling device is scalable by adjusting the number of active units. Furthermore, the at least one DC intermediate circuit and the special arrangement of the EMC filters ensure that the cooling device does not disturb other devices through unwanted electrical or electromagnetic effects or is disturbed by other devices.
  • the interference generated by the individual active units and in particular the active units designed as fan units remain locally in the active unit.
  • the EW filter installed at the input of the active unit suppresses the propagation of interference back into a DC system designed as a DC intermediate circuit.
  • each active unit integrated into the communication comprises a transmitter/receiver, o wherein it is particularly provided that the communication is carried out either wired and with the interposition of a further EMC filter arranged in the central electronics unit via a control line network or that the communication is carried out wirelessly via a radio network.
  • At least one of the active units is designed as a sensor unit and/or control element. This allows an operating state of the
  • cooling device more closely so that unwanted Operating states can be recognized and the operation of the cooling device can be influenced accordingly. Furthermore, the operation of operating elements can be directly detected. By integrating at least one sensor unit and/or at least one operating element into the control line network in this way, immediate transmission of sensor values and/or operating element values is ensured.
  • At least one of the active units is designed as a compressor unit. This allows an active
  • Cooling is possible, which is controlled by the control device.
  • EMC filter of the fan unit can be planned to design the EMC filter of the fan unit as a high-frequency filter.
  • Such EMC filters are available as cost-effective components
  • one of the DC intermediate circuits is supplied by several of the DC/DC converters, whereby the outputs of the individual DC/DC converters are the same or whereby the outputs of the individual DC/DC converters are different. This allows the DC intermediate circuit to be supplied depending on the power requirements of the active units connected to the DC intermediate circuit and this avoids over- or under-dimensioning of the power supply, so that the power supply can be provided with minimal losses at the converters and minimal loads on the converters. It is also provided that one of the DC intermediate circuits is supplied by several of the AC/DC converters, whereby the outputs of the individual AC/DC converters are the same or whereby the outputs of the individual AC/DC converters are different. This allows the DC intermediate circuit to be supplied depending on the power requirements of the active units connected to the DC intermediate circuit and this avoids over- or under-dimensioning of the power supply, so that the power supply can be provided with minimal losses at the converters and minimal loads on the converters.
  • one of the DC intermediate circuits is supplied by at least one of the AC/DC converters and by at least one of the DC/DC converters, whereby the outputs of the individual converters are the same or whereby the outputs of the individual converters are different. This allows the DC intermediate circuit to be supplied depending on the power requirements of the active units connected to the DC intermediate circuit and over- or under-supply of the power supply can be avoided, so that the power supply can be provided with minimal losses at the converters and minimal loads on the converters.
  • the DC/DC converters or the AC/DC converters are designed to be self-regulated or that the DC/DC converters or the AC/DC converters are regulated by the control device, whereby the DC/DC converters or the AC/DC converters are set in such a way that the power transmitted into the intermediate circuit is increased or reduced depending on an intermediate circuit voltage. Further details of the invention are described in the drawing using a schematically illustrated embodiment. This shows:
  • Figure 1 a schematic representation of an inventive
  • FIG. 1 schematically shows a cooling device 1 according to the invention.
  • the cooling device 1 is intended in particular for cooling electrical and/or electronic assemblies BG1 to BG3 accommodated in a switch cabinet S.
  • the cooling device 1 comprises a central electronic unit 2, six active units 3, 4, 5, 6, 7 and 8 arranged remotely from the central electronic unit 2 and a DC voltage intermediate circuit 9.
  • the active units 3, 4 and 5 are designed as fan units 10, 11 and 12.
  • the active units 6, 7 are designed as sensor units 13, 14.
  • the active unit 8 is designed as compressor unit 15.
  • the DC voltage intermediate circuit 9 is fed by the central electronics unit 2.
  • the central electronics unit 2 comprises two converters 16a, 16b for feeding the DC voltage intermediate circuit 9.
  • the first converter 16a is designed as an AC/DC converter 17 and the second converter 16b is designed as a DC/DC converter 18.
  • the fan units 10, 11, 12 each comprise an electric motor 10a, 11a, 12a and a fan wheel 10b, 11b, 12b, wherein the electric motor 10a, 11a, 12a is designed as an electronically commutated EC motor. All three electric motors 10a, 11a, 12a are connected to the DC intermediate circuit 9. Accordingly, each electric motor 10a, 11a, 12a comprises a commutation electronics 10c, 11d, 12c, which is also referred to as an inverter, and an EW filter 10d, 11d, 12d.
  • Commutation electronics 10c, 11c, 12c are each arranged directly on the associated electric motor 10a, 11a, 12a. Alternatively, it is provided that the commutation electronics are integrated in the electric motor 10a, 11a, 12a.
  • the EW filters 10d, 11d, 12d are each arranged between the commutation electronics 10c, 11c, 12c and the DC voltage intermediate circuit 9.
  • the central electronics unit 2 comprises a control device 19, wherein the control device 19 comprises a control/regulation device 19a and operating device 19b.
  • the control device 19 is supplied by a DC/DC converter 19c, which is connected to the DC voltage intermediate circuit 9.
  • the control device 19 is wired and, with the interposition of a further EW filter 20 arranged in the central electronics unit 2, is connected to the active units 4, 6 and 8 for communication via a control line network 21 leading to the active units 4, 6 and 8 and sends and/or receives signals for this purpose.
  • control device 19 is wirelessly connected via a radio network 22 to the active units 3, 5 and 7 for
  • Each active unit 3, 5 and 7 involved in the communication comprises a transmitter/receiver 3a, 5a, 7a.
  • the converter 16a designed as an AC/DC converter 17 comprises an EW filter 23 on the input side.
  • the EMC filters 10d, 11d and 12d of the fan units 10;, 11, 12 are designed as high-frequency filters.
  • the DC voltage intermediate circuit 9 is supplied by the one DC/DC converter 18. Alternatively, it can also be provided to supply it by several DC/DC converters with the same or different power and to switch the converters on and off as required.
  • the DC voltage intermediate circuit 9 is supplied by the one AC/DC converter 17. Alternatively, it can also be provided to supply it by several AC/DC converters with the same or different power and to switch the converters on and off as required.
  • the DC/DC converter 18 is self-regulated.
  • the AC/DC converter 17 is regulated by the control device 19, whereby this regulation takes place via the control line network 21.
  • the sensor unit 13 is integrated into the control line network 21.
  • the sensor unit 14 is integrated into the radio network 22.
  • it can also be provided to integrate one or more of the active units both into the control line network and into the radio network.
  • the compressor unit 15 is equipped with commutation electronics and in particular also an EMC filter.
  • An EMC filter 24 is connected downstream of the AC/DC converter 17 towards the DC voltage intermediate circuit 9.
  • the central electronic unit can be supplied from an AC network or a DC network, or even from both at the same time.
  • DC/DC converters can also be used to generate different DC intermediate circuits. If the intermediate circuits and possibly also the AC/DC converters are protected separately, the cooling device can continue to operate with the remaining functioning active units, in particular with reduced power, if one of the active units fails.
  • the DC intermediate circuit or the DC intermediate circuits can be fed by one or more AC/DC converters and/or DC/DC converters of the same or different power.
  • the AC/DC converter can be self-controlled or controlled and/or regulated by the control device.
  • the control of the AC/DC converter is set so that the power transferred to the intermediate circuit is increased or reduced depending on a certain intermediate circuit voltage. This makes it possible to operate several AC/DC converters in parallel as required.
  • the AC/DC converters or PFC stages have an EMC filter on the mains side. When using several PFC stages, it is possible to control them via their own or a common EMC filter on the mains side.
  • the PFC stages can be operated in an interleaved mode - at the same frequency and at least briefly with the same phase position. Likewise, for low power levels, individual PFC stages can be switched off in order to optimize efficiency and current harmonics.
  • the output of the PFC stage must be filtered.
  • the PFC can have a small backup capacitor as an auxiliary intermediate circuit.
  • bridgeless PFC variants or totem pole PFC variants or comparable variants the rectifier is saved in this case.
  • the following basic rule applies to DC intermediate circuits: To control low-power consumers or for an auxiliary voltage supply, a DC/DC conversion is carried out centrally in one or more of the DC intermediate circuits.
  • a new DC intermediate circuit with a lower voltage can be built up using a buck inverter or a PFC buck inverter, either from one of the central DC intermediate circuits or by connecting the buck inverter in parallel with one of the DC intermediate circuits or a rectifier.
  • the DC intermediate circuit has an EMC filter at its input and output if it is supplied by a clocked power electronic converter.
  • One or more active units and in particular fan units and/or Compressor units and/or other DC/DC converters are connected. If the same DC intermediate circuit is used, one line can be used to supply all active units. These active units are connected in parallel to the line. Another option is to route the lines centrally from a DC intermediate circuit. If the lines are distributed, the DC intermediate circuit can contain modules for power monitoring in the individual lines in order to detect a short circuit.
  • the active units typically have an EMC filter with an inverter connected to it at the input.
  • the auxiliary voltage required to commutation of the inverter is either obtained via a second DC intermediate circuit or generated by the active unit itself.
  • the interference generated by the active units remains locally in the active units.
  • the EMC filter installed at the input of the active units suppresses the interference from spreading back into the DC intermediate circuit. This is done in such a way that the active unit contains the inverter - and the interference emitted by it is suppressed directly in the active unit.
  • the control, or the necessary variables to be set and/or regulated are obtained from the DC bus by direct cabling or by means of an information transmission unit.
  • This concept has the advantage that all consumers can be supplied via one line, thus reducing the wiring effort.
  • interference is eliminated in the direction of the line, so that radiation and radio interference voltage are reduced and the Laying the cable has less influence on the EMC behavior.
  • AC/DC controllers or DC/DC controllers are designed in such a way that in the event of a short circuit or overload in the DC intermediate circuit, the power transmission is stopped or reduced in order to avoid arcing in electronic components connected to the DC intermediate circuit, such as cables and PCBs.
  • the PFC converter or the DC intermediate circuit contains power measuring devices. If an overload is indicated in one of the measuring devices, the supply of DC voltage can be interrupted, so that an electronic fuse is simulated. This means that the fuses in the active units connected to the DC intermediate circuit can be saved.
  • An alternative embodiment includes DC fuses in the respective components.
  • signals can be modulated onto the DC intermediate circuits.
  • a transceiver unit is attached to the control and one to the corresponding consumer.
  • Another possibility is to specify a target speed or a control level, for example for fan units and/or compressor units, by lowering the voltage of the DC intermediate circuit.
  • the The energy supply voltage of the DC intermediate circuit or the auxiliary voltage supply can be reduced or modulated.
  • different consumers can also be operated at different voltages. It is also possible to use the voltage supply of the DC intermediate circuit with so-called Power Line Communication (PLC). In this case, signals are modulated onto the auxiliary voltage DC bus.
  • PLC Power Line Communication
  • the transceiver (PLC) units are therefore significantly cheaper. Furthermore, all components require an auxiliary voltage supply so that communication can reach all components of the system via this. However, the prerequisite is the presence of a central auxiliary voltage supply. Another possibility is the use of a communication network with the help of which the individual components can implement a corresponding data exchange. This is comparable, for example, to RS232 or RS485. Furthermore, it is possible to equip each of the modules with a radio module so that the individual active units, including the central electronic unit, can form a mesh with each other in order to enable appropriate signal transmission.
  • the regulation of the system can be carried out in a decentralized manner. This means that the AC/DC converter and/or the DC/DC converter and/or the fan unit and/or the compressor unit independently regulate a corresponding operating point based on the sensor signals applied to the respective control board or set the setpoint specified by the control board. However, it can also be provided that one or more higher-level control boards either carry out the regulation completely, or communicate this to the individual device via setpoint specifications.
  • the control boards can transmit signals to the DC intermediate circuits directly or via modulation.
  • a configuration/assignment of consumers, e.g. sensors, to individual modules/power units can be carried out and thus it can also be configured whether the response to certain operating cases or faults is centralized or decentralized.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Kühlgerät (1), welches mindestens eine zentrale Elektronikeinheit (2) umfasst, welches wenigstens zwei entfernt von der zentralen Elektronikeinheit (2) angeordnete Aktiveinheiten (3-8) umfasst und welches wenigstens einen Gleichspannungs-Zwischenkreis (9) umfasst, wobei jeder Gleichspannungs-Zwischenkreis (9) von wenigstens einer der mindestens einen zentralen Elektronikeinheit (2) gespeist ist, wobei die zentrale Elektronikeinheit (2) zur Speisung jedes Gleichspannungs-Zwischenkreises (9) wenigstens einen Wandler (16a, 16 b) umfasst und wobei wenigstens eine der Aktiveinheiten (3-8) als Lüftereinheit (10-12) ausgebildet ist, welche einen Elektromotor (10a-12a) und ein Lüfterrad (10b-12b) umfasst, wobei jeder Elektromotor (10a-12a) an einen der Gleichspannungs-Zwischenkreise (9) angeschlossen ist, wobei jeder Elektromotor (10a-12a) eine Kommutierungselektronik (10c-12c) und einen EMV-Filter (10d-12d) umfasst, wobei die Kommutierungselektronik (10c-12c) entweder in den Elektromotor (10a-12a) integriert ist oder direkt an dem Elektromotor (10a-12a) angeordnet ist und wobei der EMV-Filter (10d-12d) zwischen der Kommutierungselektronik (10a-12c) und dem Gleichspannungs-Zwischenkreis (9) angeordnet ist, wobei die zentrale Elektronikeinheit (2) eine Kontrolleinrichtung (19) umfasst.

Description

"Kühlgerät, insbesondere für die Kühlung von in einem Schaltschrank aufgenommenen elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen” Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät, insbesondere für die Kühlung von in einem Schaltschrank aufgenommenen elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlgerät mit technisch geringem Aufwand skalierbar auszubilden und hierbei sicher zu stellen, dass das Kühlgerät andere Geräte nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte stört oder durch andere Geräte gestört wird.
Diese Aufgäbe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den ünteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.
Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät, welches insbesondere für die Kühlung von in einem Schaltschrank aufgenommenen elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen vorgesehen ist, wobei dieses mindestens eine zentrale Elektronikeinheit umfasst, wobei dieses wenigstens zwei entfernt von der zentralen Elektronikeinheit angeordnete Aktiveinheiten umfasst und wobei dieses wenigstens einen Gleichspannungs-Zwischenkreis umfasst, wobei jeder Gleichspannungs“Zwischenkreis von wenigstens einer der mindestens einen zentralen Elektronikeinheit gespeist ist, wobei die zentrale Elektronikeinheit zur Speisung jedes Gleichspannungs-Zwischenkreises wenigstens einen Wandler umfasst und wobei wenigstens eine den Aktiveinheiten als Lüftereinheit ausgebildet ist, welche einen Elektromotor und ein Lüfterrad umfasst, wobei jeder Elektromotor an einen der Gleichspannungs- Zwischenkreise angeschlossen ist, wobei jeder Elektromotor eine Kommutiexungselektronik und einen EMV-Filter umfasst, o wobei die Kommutierungselektronik entweder in den Elektromotor integriert ist oder direkt an dem Elektromotor angeordnet ist und o wobei der EW -Filter zwischen der
Kommutierungselektronik und dem Gleichspannungs- Zwisehenkreis angeordnet ist, wobei die zentrale Elektronikeinheit eine Kontrolleinrichtung umfasst. Durch ein Anpassen der Zahl der Aktiveinheiten ist das Kühlgerät skalierbar. Weiterhin ist durch den wenigstens einen Gleichspannungs-Zwischenkreis und die spezielle Anordnung der EMV-Filter sichergestellt,'dass das Kühlgerät andere Geräte nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte stört oder durch andere Geräte gestört wird. Die durch die einzelnen Aktiveinheiten und insbesondere die als Lüftereinheiten ausgebildeten Aktiveinheiten generierten Störungen verbleiben jeweils lokal in der Aktiveinheit. Durch den am Eingang der Aktiveinheit verbauten EW -Filter wird eine Rückausbreitung von Störungen in ein als Gleichspannungs- Zwischenkreis ausgebildete DC-System unterdrückt. 'Weiterhin kann es bei einem derartigen Kühlgerät vorgesehen sein, o drahtgebunden und unter Zwischenschaltung eines weiteren, in der zentralen Elektronikeinheit angeordneten EW -Eilters über ein zu wenigstens einem Teil der Aktiveinheiten führendes Kontrollleitungsnetz mit diesen Aktiveinheiten zu kommunizieren und hierzu Signale zu senden und/oder zu empfangen und/oder o über einen Sende/Empfänger mit mehreren der Aktiveinheiten zu kommunizieren und hierzu Signale zu senden und zu empfangen, wobei jede in die Kommunikation eingebundene Aktiveinheit einen Sende/Empfänger umfasst, o wobei es insbesondere vorgesehen ist, die Kommunikation entweder drahtgebunden und unter Zwischenschaltung eines weiteren, in der zentralen Elektronikeinheit angeordneten EMV-Filters über ein Kontrollleitungsnetz zu führen oder die Kommunikation drahtlos über ein Funknetzwerk zu führen.
Durch eine derartige Trennung von Energie- und Informationsübertragung ist eine Störempfindlichkeit der Informationsübertragung gegenüber der Energieübertragung stark reduziert.
Es ist kann auch vorgesehen sein, alle Wandler als DC/DG-Wandler auszubilden oder alle Wandler als AC/DC-Wandler auszubilden und"- jeweils einen eingangsseitigen EMV-Filter zu verbauen oder - wenigstens einen der Wandler als DC/DC-Wandler sowie wenigstens einen der Wandler als AC/DC-Wandler auszubilden und jeweils einen eingangsseitigen EMV-Filter zu verbauen. Hierdurch ist eine Störung anderer Geräte durch elektrische oder elektromagnetische Effekte weitgehend vermieden und die ggf. erforderlichen EMV-Filter sind als kostengünstige Bauteile verfügbar.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, wenigstens eine der Aktiveinheiten als Sensoreinheit und/oder Bedienelement auszubilden. Hierdurch lässt sich ein Betriebszustand des
Kühlgeräts genauer überwachen, so dass ungewünschte Betriebszustände erkannt werden können und auf einen Betrieb des Kühlgeräts entsprechend Einfluss genommen werden kann. Weiterhin kann die Betätigung von Bedienelementen hierdurch direkt erfasst werden. Durch eine derartige Einbindung wenigstens einer Sensoreinheit und/oder wenigstens eines Bedienelements in das Kontrollleitungsnett'ist eine unmittelbare Weitergabe von Sensorwerten und/oder Bedienelementwerten sichet gestellt.
Es kann auch vorgesehen sein, wenigstens eine der Aktiveinheiten als Kompressoreinheit auszubilden. Hierdurch ist einen aktive
Kühlung möglich, welche von der Kontrolleinrichtung kontrolliert ist.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, den EMV-Filter der Lüftereinheit als Hochfrequenzfilter auszubilden. Derartige EMV- Filter sind als kostengünstige Bauteile verfügbar
Es kann auch vorgesehen sein, einen der Gleichspannungs- Zwischenkreise durch mehrere der DC/DC-Wandler zu versorgen, wobei Leistungen der einzelnen DC/DC-Wandler gleich sind oder wobei Leistungen der einzelnen DC/DC-Wandler unterschiedlich sind. Hierdurch lässt sich der Gleichspannungs-Zwischenkreis in Abhängigkeit des Leistungsbedarfs der an den Gleichspannungs- Zwischenkreis angeschlossenen Aktiveinheiten versorgen und hierdurch lässt sich eine Ober- oder ünterdimensionierung der Stromversorgung vermeiden, so dass die Stromversorgung mit minimalen Verlusten an den Wandlern und minimaler Belastungen der Wandler erfolgen kann. Weiterhin ist es vorgesehen, einen der Gleichspannungs- Zwischenkreise durch mehrere der AC/DC-Wandler zu versorgen, wobei Leistungen der einzelnen AC/DC-Wandler gleich sind oder wobei Leistungen der einzelnen AC/DC-Wandler unterschiedlich sind. Hierdurch lässt sich der Gleichspannungs-Zwischenkreis in Abhängigkeit des Leistungsbedarfs der an den Gleichspannungs- Zwischenkreis angeschlossenen Aktiveinheiten versorgen und hierdurch lässt sich eine Über- oder Unterdimensionierung der Stromversorgung vermeiden, so dass die Stromversorgung mit minimalen Verlusten an den Wandlern und minimaler Belastungen der Wandler erfolgen kann.
Es kann auch vorgesehen sein, einen der Gleichspannungs- Zwischenkreise durch wenigstens einen der AC/DC-Wandler und durch wenigstens einen der DC/DC-Wandler zu versorgen, wobei Leistungen der einzelnen Wandler gleich sind oder wobei Leistungen der einzelnen Wandler unterschiedlich sind. Hierdurch lässt sich der GleichSpannungs-Zwischenkreis derart in Abhängigkeit des Leistungsbedarfs der an den-Gleichspannungs- Zwischenkreis angeschlossenen Aktiveinheiten versorgen und lässt sich eine Über- oder UnterdirnenSignierung der Stromversorgung vermeiden, so dass die Stromversorgung mit minimalen Verlusten an den Wandlern und minimaler Belastungen der Wandler erfolgen kann.
Schließlich kann es vorgesehen sein, die DC/DC-Wandler oder die AC/DC-Wandler eigengeregelt auszubilden oder die'DC/DC-Wandler oder die AC/DC-Wandler durch die Kontrolleinrichtung zu regeln, wobei die DC/DC-Wandler oder die AC/DC-Wandler bei Eigenregelung derart eingestellt sind, dass abhängig von einer Zwischenkreisspannung die in den Zwischenkreis übertragene Leistung erhöht oder abgesenkt wird. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben . Hierbei zeigt:
Figur 1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Kühlgeräts.
In der Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kühlgerät 1 schematisch dargestellt. Das Kühlgerät 1 ist insbesondere für die Kühlung von in einem Schaltschrank S aufgenommenen elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen BG1 bis^BG3 vorgesehen.
Das Kühlgerät 1 umfasst eine zentrale Elektronikeinheit 2, sechs entfernt von der zentralen Elektronikeinheit 2 angeordnete Aktiveinheiten 3, 4, 5, 6, 7 und 8 und einen Gleichspannungs- Zwischenkreis 9.
Die Aktiveinheiten 3, 4 und 5 sind als Lüftereinheiten 10, 11 und 12 ausgebildet. Die Aktiveinheit &, 7 sind als Sensoreinheiten 13, 14 ausgebildet. Die Aktiveinheit 8 ist als Kompressoreinheit 15 ausgebildet.
Der Gleichspannungs-Zwischenkreis 9 ist von der zentralen Elektronikeinheit 2 gespeist. Die zentrale Elektronikeinheit 2 umfasst zur Speisung des Gleichspannungs-Zwischenkreises 9 zwei Wandler 16a, 16b. Hierbei ist der erste Wandler 16a als AC/DC- Wandler 17 ausgebildet und hierbei ist der zweite Wandler 16b als DC/DC-Wandler 18 ausgebildet.
Die Lüftereinheiten 10, 11, 12 umfassen jeweils einen Elektromotor 10a, 11a, 12a und ein Lüfterrad 10b, 11b, 12b, wobei der Elektromotor 10a, 11a, 12a als elektronisch kommutierter EC-Motor ausgebildet ist. Alle drei Elektromotoren 10a, 11a, 12a sind an den Gleichspannungs"Zwischenkreis 9 angeschlossen. Entsprechend umfasst jeder Elektromotor 10a, 11a, 12a eine Kommutierungselektronik 10c, Ile, 12c, welche auch als inverter bezeichnet ist, und einen EW -Filter lOd, lld, 12d. Die
Kommutierungselektronik 10c, 11c, 12c 1st jeweils direkt an dem zugehörigen Elektromotor 10a, 11a, 12a angeordnet. Alternativ ist es vorgesehen, dass die Kommutierungselektronik in den Elektromotor 10a, 11a, 12a integriert ist. Die EW -Filter lOd, lld, 12d sind jeweils zwischen der Kommutierungselektronik 10c, 11c, 12c und dem Qleichspannungs-Zwischenkreis 9 angeordnet. Die zentrale Elektronikeinheit 2 umfasst eine Kontrolleinrichtung 19, wobei die Kontrolleinrichtung 19 eine Steuer/Regeiungseinrichtung 19a und Bedieneinrichtung 19b umfasst. Die Kontrolleinrichtung 19 wird von einem DC/DC-Wandler 19c. versorgt, welcher an den Gleichspannungs-Zwisahenkreis 9 angeschlossen ist.
Die Kontrolleinrichtung 19 ist drahtgebunden und unter Zwischenschaltung eines weiteren, in der zentralen Elektronikeinheit 2 angeördneten EW -Filters 20 über ein zu den Aktiveinheiten 4, 6 und 8 führendes Kontrollleitungsnetz 21 mit den Aktiveinheiten 4, 6 und 8 zur Kommunikation verbunden und sendet und/oder empfängt hierzu Signale.
Weiterhin ist die Kontrolleinrichtung 19 drahtlos über ein Funknetzwerk 22 mit den Aktiveinheiten 3, 5 und 7 zur
Kommunikation verbunden und sendet und/oder empfängt hierzu mittels eines Sende/Empfängers 19d Daten. Jede in die Kommunikation eingebundene Aktiveinheit 3, 5 und 7 umfasst einen Sende/Empfänger 3a, 5a, 7a.
Der als AC/DC-Wandler 17 ausgebildete^Wandler 16a umfasst einen eingangsseitigen EW -Filter 23.
Die EMV-Filter lOd, lld und 12d der Lüftereinheiten 10;, 11, 12 sind als Hochfrequenzfilter ausgebildet.
Der Gleichspannungs-Zwischenkreise 9 ist durch den einen DC/DC- Wandler 18 versorgt. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, diesen durch mehrere DC/DC-Wandler mit gleicher oder unterschiedlicher Leistung zu versorgen und die Wandler bedarfsabhängig zu- und abzuschalten.
Der Gleichspannungs-Zwischenkreis 9 ist durch den einen AC/DC- ' Wandler 17 versorgt. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, diesen durch mehrere AC/DC-Wandlermit gleicher ödem unterschiedlicher Leistung zu versorgen und die Wandler bedarfsabhängig zu- und abzuschalten.
Der DC/CD-Wandler 18 ist eigengeregelt. Der AC/DC-Wandler 17 ist durch die Köntrolleinrichtung 19 geregelt,wobei diese Regelung über das Kontrollleitungsnetz 21 erfolgt.
Die Sensoreinheit 13 ist in das Kontrollleitungsnetz 21 eingebunden. Die Sensoreinheit 14 ist in das Funknetzwerk 22 eingebunden, üm redundante Übertragungswege zu schaffen, kann es auch vorgesehen sein, eine oder mehrere der Aktiveinheiten sowohl rn das Kontrollleitungsnetz als auch in das Funknetz einzubinden. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist die Kompressoreinheit 15 mit einer Kommutierungselektronik und insbesondere auch einem EMV-Filter ausgestattet. Zum Gleichspannungs-Zwischenkreise 9 hin ist dem AC/DC-Wandler 17 ein EMV-Filter 24 nachgeschaltet.
Zum Thema Netzeingang ist grundsätzlich festzuhalten: Die Versorgung der zentralen Elektronikeinheit kann sowohl aus einem AC-Netz als auch aus einem DC-Netz erfolgen oder sogar aus beiden gleichzeitig. Zur Erzeugung unterschiedlicher Gleichspannungs-Zwischenkreise können je nach optimaler Auslegung und AbsicherungsStrategie auch DC/DC-Wandler eingesetzt werden. Bei getrennter Absicherung der Zwischenkreise und ggf. auch der AC/DC-Wandler kann bei Ausfall einer der Aktiveinheiten das Kühlgerät mit den verbleibenden funktionierenden Aktiveinheiten, insbesondere auch mit reduzierter Leistung weiterbetrieben werden. Zum Thema AC/DC Wandlung ist grundsätzlich festzuhalten: Der Gleichspannungs-Zwischenkreis oder die Gleichspannungs- Zwischenkreise können durch ein oder mehrere AC/DC-Wandler und/oder DC/DC-Wandler gleicher oder unterschiedlicher Leistung gespeist werden. Dabei kann der AC/DC-Wandler eigengesteuert oder von der Kontrolleinrichtung gesteuert und/oder geregelt werden. Bei der Bigensteuerung wird die Regelung des AC/DC- Wandlers so eingestellt, dass abhängig von einer bestimmten Zwischenkreisspannung die in den Zwischenkreis übertragene Leistung erhöht oder abgesenkt wird. Hierdurch ist es möglich, je nach Bedarf mehrere AC/DC-Wandler parallel zu betreiben. Die AC/DC-Wandler oder PFC-Stufen weisen dabei netzseitig einen EMV- Filter auf. Bei Verwendung mehrerer PFC-Stufen besteht die Möglichkeit, diese über jeweils einen eigenen oder einen gemeinsamen EMV-Filter netzseitig zu filtern. Die PFC-Stufen kennen für bessere EMV-Eigenschaften dabei in einem interleaved- Modus - bei gleicher Frequenz und zumindest kurzzeitig gleicher Phasenlage - betrieben werden. Ebenso könnten bei kleinen Leistungen einzelne PFC-Stufen abgeschaltet werden/ um Wirkungsgrad und Stromoberwellen zu optimieren. Wird der Gleichspannungs-Zwischenkreise und die PFC-Stufe in mehreren Modulen aufgebaut, so ist der Ausgang der PFC-Stufe zu filtern. Die PFC kann dabei einen kleinen Stützkondensator als Hilfszwischenkreis aufweisen. Durch den Einsatz sogenannter Bridgless-PFC-Varianten oder Totempole-PFC-Varianten oder vergleichbarer Varianten wird in diesem Fall der Gleichrichter eingespart. Zum Thema Gleichspannungs-Zwischenkreise ist grundsätzlich festzuhalten: Zur Ansteuerung von Verbrauchern kleiner Leistung bzw. auch für die eine Hilfs-Spannungsversorgung wird zentral, in einem oder mehreren der Gleichspannüngs-Zwischenkreise eine DC/DC-Wandlung durchgeführt. Sofern Gleichspannungs- Zwischenkreise mit höherer Leistung verwendet werden, kann mittels eines Buck-Inverters bzw. eines PFC-Buck-Inverters entweder aus einem der zentralen Gleichspannüngs-Zwischenkreise oder aber durch Parallelschalten des Buck-Inverters mit einem der Gleichspannüngs-Zwischenkreise oder eines Gleichrichters ein erneuter Gleichspannüngs-Zwischenkreise mit niedrigerer Spannung aufgebaut werden. Der Gleichspannungs-Zwischenkreis weist, sofern dieser von einem .taktenden leistungselektronischen Wandler versorgt wird, an seinem Ein- und Ausgang einen EMV- Filter auf.
An den Gleichspannungs-Zwischenkreis oder die Gleichspannüngs- Zwischenkreise wird/werden über Leitungen ein oder mehrere Aktiveinheiten und insbesondere Lüftereinheiten und/oder Kompressoreinheiten und/oder weitere DC/DC-Wandler angeschlossen. Dabei kann, sofern der gleiche Gleichspannungs-Zwischenkreis verwendet wird, eine Leitung zur Versorgung aller Aktiveinheiten verwendet werden. Diese Aktiveinheiten werden parallel zur Leitung angeschlössen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Leitungen zentral von einem Gleichspannungs-Zwischenkreis aus zu führen. Der Gleichspannungs-Zwischenkreis kann bei verteilter Leitungsführung dabei Module zur Leistungsüberwachung in den einzelnen Leitungen enthalten, um einen Kurzschluss zu erkennen.
Zum Thema Aktiveinheiten ist grundsätzlich festzuhalten: Die Aktiveinheiten und insbesondere die Lüftereinheiten und Kompressoreinheiten weisen typischerweise am Eingang einen EMV- Filter mit daran angeschlossenem Inverter auf. Die zur Kommutierung des Inverters benötigte Hilfsspännung wird entweder über einen zweiten Gleichspannungs-Zwischenkreis bezogen oder von der Aktiveinheit selbst generiert. Die durch die Aktiveinheiten generierten Störungen verbleiben entsprechend lokal in den Aktiveinheiten.Durch den am Eingang der Aktiveinheiten verbauten EMV-Filter wird eine Rückausbreitung der Störungen in den Gleichspannungs-Zwischenkreis unterdrückt. Hierbei erfolgt dies so, dass die Aktiveinheit den Inverter enthält-und die von diesem äusgesendeten Störungen direkt in der Aktiveinheit unterdrückt werden. Die Ansteuerung, bzw. die dafür notwendigen einzustellenden und/oder zu regelnden Größen werden durch direkte Verkabelung oder mittels einer Informationsübertragungseinheit aus dem DC-Bus gewonnen. Dieses Konzept hat den Vorteil, dass über eine Leitung alle Verbraucher versorgt werden können und somit der Verdrahtungsaufwand sinkt. Durch die Umsetzung eines Zonenschutzkonzepts wird eine Entstörung in Richtung der Leitung vorgenommen, so dass Abstrahlung und Funkstörspannung vermindert werden und die Verlegung der Leitung weniger Einfluss auf das EMV-Verhalten besitzt.
Zum Thema Sicherheit kann grundsätzlich festgehalten werden: Die AC/DC-Steller oder DC/DC -Steller sind derart ausgebildet, dass bei Kurzschluss bzw. Überlast im Gleichspannungs-Zwischenkreis die Leistungsübertragung eingestellt oder reduziert wird, um Lichtbogenbildungen bei am Gleichspannungs-Zwischenkreise angeschlossenen Elektronikkomponenten wie z.B. Leitungen und PCB zu vermeiden. Hierzu umfasst entweder der PFC-Wandler oder der Gleichspannungs-Zwischenkreis Leistungsmesseinrichtungen. Bei Überlastanzeige einer der Messeinrichtungen kann somit die Bereitstellung von DC-Spannung unterbrochen werden, so dass eine elektronische 'Sicherung nachgebildet ist. Hierdurch lassen sich die Sicherungen in den am DC-Zwischenkreis angeschlossenen Aktiveinheiten einsparen. Eine alternative Ausführungsform beinhaltet DC-Sicherungen in den jeweiligen Komponenten.
Getrennte PFCs sowie auch getrennt abgesicherte Gleichspannungs- Zwischenkreise erlauben eine getrennte Abschaltung der Gleichspannungs-Zwischenkreise bzw. eine Teilabschaltung der Aktiveinheit und damit in einem Ein-Fehlerfall einen Teilbetrieb der Anlage.
Zum Thema Informationsübertragung, PLC und Wireless kann festgehalten werden: Zur Steuerung der Verbraucher an den Gleichspannungs-Zwischenkreisen können einerseits auf die Gleichspannungs-Zwischenkreise Signale auf moduliert werden. Hierzu wird eine:Transceiver-Einheit an der Steuerung und eine am entsprechenden Verbraucher angebracht. Eine weitere: Möglichkeit besteht auch darin, zum Beispiel bei Lüftereinheiten und/oder Kompressoreinheiten über ein Absenken der Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises eine Solldrehzahl bzw. einen Aussteuergrad vorzugeben. Hierbei kann zum einen die energieversorgende Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises oder aber die HilfsSpannungsversorgung abgesenkt oder auch moduliert werden. Bei getrennten Gleichspannungs-Zwischenkreisen können auch unterschiedliche Verbraucher an unterschiedlichen Spannungen betrieben werden. Des Weiteren ist es auch möglich, die/eine Spannungsversorgung des Gleichspannungs-Zwischenkreises mit sogenannter Power Line Communication (PLC) zu verwenden. Dabei werden Signale auf den Hilfsspannungs-DC-Bus aufmoduliert. Aufgrund des geringen SpannungsieveLs fallen somit die Transceiver-(PLC)-Einheiten deutlich günstiger aus. Des Weiteren benötigen alle Komponenten eine HiLf-SpannungsVersorgung, so dass eine Kommunikation hierüber alle Komponenten des Systems erreichen kann. Die Voraussetzung ist jedoch das Vorhandensein einer zentralen Hilf-Spannungsversorgung. Eine weitere Möglichkeit stellt die Verwendung eines Kommunikationsnetzes dar, mit dessen Hilfe die Einzelkomponenten einen entsprechenden Datenaustausch realisieren können. Dies ist z.B, vergleichbar zu RS232 oder RS485. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, jedes der Module mit Hilfe eines Funkmoduls auszustatten, so dass die einzelnen Aktiveinheiten einschließlich der zentralen Elektronikeinheit untereinander einen Mesh bilden können, um damit eine entsprechende Signalübertragung zu ermöglichen.
Zum Thema Regelung und Steuerung kann grundsätzlich festgehalten werden: Die Regelung des Systems kann dezentral ausgeführt werden.”Dies bedeutet, dass jeweils der AC/DC-Wändler und/oder der DC/DC-Wandler und/oder die Lüftereinheit und/oder die Kompressoreinheit aufgrund der an der jeweiligen Steuerungsplatine anliegenden Sensorsignale selbstständig einen entsprechenden Arbeitspunkt einregelt oder den von der Steuerplatine vorgegebenen Sollwert einstellt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein oder mehrere übergeordnete Steuerungsplatinen, entweder komplett die Regelung vornehmen, oder über Sollwertvorgaben diese dem einzelnen Gerät mitteilen.
Die Steuerplatinen können dabei direkt oder über Äufmodulation auf die Gleichspannüngs-Zwischenkreise Signale übertragen.
Weiterhin kann eine Konfiguration/Zuordnung von Verbrauchern, z.B. auch Sensoren, zu einzelnen Modulen/Leistungseinheiten erfolgen und somit kann auch konfiguriert werden, ob in bestimmen Betriebsfällen oder Fehlerfällen zentral oder dezentral reagiert wird.
Bezugszeichenliste
1 Kühlgerät
2 zentrale Elektronikeinheit von 1 3-8 Aktiveinheit von 1
3a, 5a, 7a Sende/Empfanget von 3, 5 bzw. 7
9 Gleichspannuhgs-Zwischenkreis
10-12 liüftereinheiten
10a—12a Elektromotor von 10, 11 bzw. 12 10b-12b Lüfterrad von 10, 11 bzw. 12
100-120 Kommutierungselektronik von 10, 11 bzw. 12
10d-12d EMV-Filter von 10, 11 bzw. 12
13, 14 Sensoreinheit
15 Kompressoreinheit 16a, 16b Wandler
17 AC/DC-Wand1er
18 DC/DC-Wandler
19 Kontrolleinrichtung
19a Steuer/Regelungseinrichtung von 19 19b Bedieneinrichtung von 19 19c DC/DC-Wandler von 19
19d Sende/Empfänger von 19
20 EMV-Filter von 21
21 Kontrollleitungsnetz 22 Funknetzwerk
23 eingangsseitiger EW -Filter von 16a
24 EMV-Filter
Schaltschrank BG1-BG3 elektronische Baugruppe BG1 bis BG3

Claims

Ansprüche:
1. Kühlgerät (1), insbesondere für die Kühlung von in einem Schaltschrank (S) aufgenommenen elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen (BG1-BG3), umfassend:
- mindestens eine rentrale Elektronikeinheit (2),
- wenigstens zwei entfernt von der zentralen Elektronikeinheit (2) angeordnete Aktiveinheiten (3-8) und
- wenigstens einen Gleichspannungs-Zwischenkreis (9),
- wobei jeder Gleichspannungs-Zwischenkreis (9) von wenigstens einer der mindestens einen zentralen Elektronikeinheit (2) gespeist'ist,
- wobei die zentrale Elektronikeinheit (2) zur Speisung jedes Gleichspannungs-Zwischenkreises (9) wenigstens einen Wandler (16a, 16b) umfasst und
- wobei wenigstens eine der Aktiveinheiten (3-8) als Lüftereinheit (10-12) ausgebildet ist, welche einen Elektromotor (10a-12a) und ein Lüfterrad (10b-12b) umfasst,
- wobei jeder Elektromotor (10a-12a) an einen der Gleichspannungs-Zwischenkreise (9) angeschlossen ist,
- wobei jeder Elektromotor (L0a-12a) eine
Kommutierungselektronik (10c-12c) und einen EMV-Filter (10d-12d) umfasst, o wobei die Kommutierungselektronik (10c-12c) entweder in den Elektromotor (10a-12a) integriert ist oder direkt an dem Elektromotor (10a-12a) angeordnet ist und o wobei der EMV-Filter (10d-12d) zwischen der Kommutierungselektronik (10a-12c) und dem Gleichspannungs-Zwischenkreis (9) angeordnet ist,
- wobei die zentrale Elektronikeinheit (2) eine Kontrolleinrichtung (19) umfasst.
2. Kühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung (19) o drahtgebunden und unter Zwischenschaltung eines weiteren, in der zentralen Elektronikeinheit angeordneten EMV-Filters (20) über ein zu wenigstens einem Teil der Aktiveinheiten (3-8) führendes Kontrollleitungsnetz (21) mit diesen Aktiveinheiten (4, 6, 8) kommuniziert und hierzu Signale sendet und/oder empfängt und/oder o drahtlos über ein Funknetzwerk (22) mit mehreren der Aktiveinheiten (3—8) kommuniziert und hierzu Signale sendet und empfängt, wobei jede in die Kommunikation eingebundene Aktiveinheit (3, 5, 7) einen Sende/Empfänger (3a, 5a, 7a) umfasst.
3. Kühlgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Wandler als DC/DC-Wandler (18) ausgebildet sind oder dass alle Wandler als AC/DC-Wandler (17) ausgebildet sind und jeweils einen eingangsseitigen EMV-Filter (23) umfassen oder dass wenigstens einer der Wandler als DC/DC-Wandler (18) und wenigstens einer der Wandler als AC/DC-Wandler (17) ausgebildet ist und jeweils einen eingangsseifigen EMV- Filter (23) umfasst.
4. Kühlgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Aktiveinheiten (3-8) als Sensoreinheit (13, 14) und/oder Bedienelement ausgebildet ist.
5. Kühlgerät nach wenigstens einem,der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Aktiveinheiten (3-8) als Kompressoreinheit (15) ausgebildet ist.
6. Kühlgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der EW -Filter (lOd-12d) der Lüftereinheit (10-12) als Hochfrequenzfilter ausgebildet ist.
7. Kühlgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Gleichspannungs- Zwischenkreise (9) durch mehrere der DC/DC-Wandler (18) versorgt ist, wobei Leistungen der einzelnen DC/DC-Wandler (18) gleich sind oder wobei Leistungen der einzelnen DC/DC-Wandler (18) unterschied!ich sind.
8. Kühlgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Gleichspannungs- Zwischenkreise (9) durch mehrere der AC/DC-Wandler (17) versorgt ist, wobei Leistungen der einzelnen AC/DC-Wandler (17) gleich sind oder wobei Leistungen der einzelnen AC/DC-Wandler (17) unterschiedlich sind.
9. Kühlgerät nach wenigstens einem der'vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Gleichspannungs- Zwischenkreise (9) durch wenigstens einen der AC/DC-Wandler (17) und durch wenigstens einen der DC/DC-Wandler (18) versorgt ist, wobei Leistungen der einzelnen Wandler (16a, 16b) gleich sind oder wobei Leistungen der einzelnen Wandler (16a, 16b) unterschiedlich sind.
10. Kühlgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die DC/DC-Wandler (18) oder die AC/DC-Wandler eigengeregelt sind oder dass die pc/DC-Wandler oder die AC/DC-Wandler (17) durch die Kontrolleinrichtung (19) geregelt sind, - wobei die DC/DC-Wandler (18) oder die AC/DC-Wandler (17) bei Eigenregelung derart eingestellt sind, dass abhängig von einer Zwischenkreisspannung die in den Zwischenkreis (19) überträgene Leistung erhöht oder abgesenkt wird.
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