CN109476211A - 用于运输制冷单元的高压*** - Google Patents

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Abstract

一种混合动力运输制冷单元包括高压电池、至少一个高压部件、发电机、内燃发动机、以及低压起动机。所述高压电池包括连接到所述高压部件的多个电池单元。所述发电机被配置成向所述至少一个高压部件中的至少一个提供电力。所述内燃发动机被构造和布置成驱动所述发电机。所述低压起动机电气地连接到所述多个电池单元中的至少一个，并且被构造和布置成起动所述内燃发动机。

Description

用于运输制冷单元的高压***
背景技术
本公开涉及运输制冷单元，并且更具体地，涉及全电运输制冷单元。
传统上，诸如用于经由海、铁路或公路来运输货物的那些运输制冷单元是载货卡车、牵引车拖车或货物集装箱，通常限定货舱，并且经过修改以包括位于卡车、拖车或货物集装箱的一端处的制冷***。制冷***通常包括由闭合制冷剂回路中的制冷剂管线根据已知制冷剂蒸气压缩循环串联地连接的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。动力单元(诸如内燃发动机)驱动制冷单元的压缩机，并且可以是以柴油为动力、以天然气为动力、或其他类型的发动机。在很多牵引车拖车运输制冷***中，压缩机由发动机轴通过带传动或机械轴到轴连杆来驱动。在其他***中，制冷单元的发动机驱动发电机，所述发电机产生电力，该电力继而驱动压缩机。
在当前环境趋势下，特别期望朝向环境影响方面的运输制冷单元的改进。利用环境友好的制冷单元，还期望可靠性、成本和重量减轻方面的改进。
发明内容
根据本公开的一个非限制性实施方案的一种混合动力运输制冷单元包括：高压电池，其包括多个电池单元；至少一个高压部件，其电气地连接到所述多个电池单元；发电机，其被配置成向所述至少一个高压部件中的至少一个提供电力；内燃发动机，其被构造和布置成驱动所述发电机；以及低压起动机，其电气地连接到所述多个电池单元中的至少一个，并且被构造和布置成起动所述内燃发动机。
除了上述实施方案之外，所述内燃发动机是柴油发动机。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，所述内燃发动机是天然气发动机。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，所述发电机是高压发电机。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，所述内燃发动机不包括低压交流发电机。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，所述至少一个高压部件包括变速冷凝器马达。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，所述混合动力运输制冷单元包括在所述高压电池与所述低压起动机之间电气地定向的降压变压器。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，所述高压电池具有至少四十八(48)伏的电势，并且所述低压起动机以约十二(12)伏操作。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，所述混合动力运输制冷单元包括用于单元控制的低压微处理器。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，所述低压微处理器被配置成确定何时起动所述内燃发动机。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，所述混合动力运输制冷单元包括继电器，所述继电器被配置成将所述多个电池单元中的至少一个与其余电池单元电气地隔离。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，在经由所述低压起动机起动所述内燃发动机时关闭所述至少一个高压部件。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，所述混合动力运输制冷单元包括太阳能电池板，所述太阳能电池板被配置成至少给所述多个电池单元中的至少一个电气地充电。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，所述多个电池单元串联电气地布置。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，所述混合动力运输制冷单元包括：压缩机，其被构造和布置成压缩制冷剂；以及电动压缩机马达，其为所述至少一个高压部件并且被配置成驱动所述压缩机，并且其中所述发电机被配置成在标准设定点条件期间向所述压缩机马达提供高压电力，并且所述高压电池被配置成在降温(temperature pulldown)条件期间向所述压缩机马达补充所述高压电力。
一种用于运输制冷单元的高压***，所述运输制冷单元具有至少一个高压部件、至少一个低压部件和内燃发动机，根据另一非限制性实施方案的所述高压***包括：高压电池，其电气地连接到所述至少一个高压部件和所述至少一个低压部件；以及高压发电机，其被配置成至少给所述高压电池电气地充电，并且其中所述高压发电机由所述内燃发动机驱动。
除了上述实施方案之外，所述高压***包括降压变压器，所述降压变压器在所述高压电池与所述至少一个低压部件之间电气地定向。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，所述高压电池包括串联布置的第一电池单元和第二电池单元。
在替代方案中或另外地，在上述实施方案中，所述高压***包括一系列断开/闭合接触器，其电气地定向在所述第一电池单元与所述第二电池单元之间、在所述高压电池与所述至少一个高压部件之间、以及在所述高压电池与所述至少一个低压部件之间。
根据另一非限制性实施方案的一种操作混合动力运输制冷单元的方法包括：利用高压电池来运行高压部件；停止运行所述高压部件；利用从所述高压电池的至少一部分接收电力的低压起动机来起动内燃发动机；在没有交流发电机的情况下运行所述内燃发动机；经由所述内燃发动机来驱动发电机；以及重新起动所述高压部件。
除非另有明确指示，否则上述特征和元件可以不排他地在各种组合中进行组合。鉴于以下描述和附图，这些特征和元件以及它们的操作将更显而易见。然而，应理解，以下描述和附图意图在本质上是示例性而非限制性的。
附图说明
根据以下对所公开的非限制性实施方案的详细描述，各种特征对于本领域的技术人人员来说是显而易见的。伴随详细描述的附图可以简略地描述如下：
图1是作为本公开的一个非限制性实施方案的具有运输制冷单元的牵引车拖车***的透视图；
图2是运输制冷单元的示意图；
图3是示出电力负载的运输制冷单元的电气示意图；
图4是操作运输制冷单元的方法的流程图；
图5是运输制冷单元的高压***的电气示意图；
图6是高压***的第二实施方案；以及
图7是操作高压***的方法的流程图。
具体实施方式
参考图1，示出本公开的牵引车拖车***20。牵引车拖车***20可以包括牵引车或卡车22、拖车24，以及运输制冷单元26。牵引车22可以包括驾驶舱或驾驶室28和内燃发动机42，所述内燃发动机是牵引车22的动力传动***或驱动***的一部分。拖车24可以联接到牵引车22并且因此被拉动或推进到期望的目的地。拖车可以包括顶壁30、与顶壁30相对并与之间隔开的底壁32、彼此间隔开并相对的两个侧壁34、以及相对的前壁36和后壁38，其中前壁36最靠近牵引车22。拖车24还可以包括在后壁38或任何其他壁处的门(未示出)。壁30、32、34、36、38一起限定货舱40的边界。应预期并理解，货舱也可以分成用于不同温度货物要求的两个或更多个较小舱。
拖车24通常被构造成将货物(未示出)储存在舱40中。运输制冷单元26通常集成到拖车24中并且可以安装到前壁36。通过经由运输制冷单元26冷却舱40来将货物维持在期望温度，所述运输制冷单元使空气循环进入并穿过拖车24的货舱40。还应预期并理解，运输制冷单元26可以应用于任何运输集装箱并且不一定是牵引车拖车***中使用的那些。此外，运输集装箱可以是拖车24的一部分并且被构造成从拖车24的框架和车轮(未示出)移除以用于替代的运输方式(例如，海运、铁路、飞机以及其他)。
参考图1和图2，运输制冷单元26可以是混合动力运输制冷单元26，并且可以包括压缩机58、电动压缩机马达60、可以是空冷式的冷凝器热交换器64、冷凝器风扇组件66、接收器68、过滤器干燥器70、热交换器72、恒温膨胀阀74、蒸发器热交换器76、蒸发器风扇组件78、抽吸调制阀80、以及可以包括基于计算机的处理器(例如，微处理器)的控制器82。通过在压缩机58处起动可以最佳地理解运输制冷单元26的操作，其中吸入气体(例如，制冷剂)在吸入端口84处进入压缩机并且被压缩到更高温度和压力。制冷剂气体在出口端口85处从压缩机58排放并且随后可以流到冷凝器热交换器64的管86中。
跨越多个冷凝器盘管翅片(未示出)和管86流动的空气将所述气体冷却到饱和温度。跨越冷凝器热交换器64的空气流动可以由冷凝器风扇组件66的一个或多个风扇88促进。冷凝器风扇88可以由风扇组件66的相应冷凝器风扇马达90驱动，所述冷凝器风扇马达可以是电动的并且可以是变速的。
通过移除潜热，管86内的气体冷凝成高压高温液体并且流到接收器68，所述接收器可以在低温操作期间为过多的液体制冷剂提供储存。液体制冷剂可以从接收器68穿过冷凝器热交换器64的过冷器热交换器92，穿过保持制冷剂清洁且干燥的过滤器干燥器70，随后到达增加制冷剂过冷的热交换器72，并且最终到达恒温膨胀阀74。
在液体制冷剂穿过膨胀阀74的孔口时，液体中的一些蒸发成气体(即，闪蒸气体)。来自冷藏空间(即，货舱40)的返回空气流过蒸发器热交换器76的热传递表面。在制冷剂流过蒸发器热交换器76的多个管94时，其余液体制冷剂吸收来自返回空气的热量，并且在这样做时被蒸发。
蒸发器风扇组件78包括一个或多个蒸发器风扇96，所述蒸发器风扇可以由相应风扇马达98驱动，所述风扇马达可以是电动的并且可以是变速的。跨越蒸发器热交换器76的空气流动由蒸发器风扇96促进。蒸气形式的制冷剂随后可以从蒸发器热交换器76流过抽吸调制阀80，并且返回到压缩机58。恒温膨胀阀探头(bulb)传感器100可以位于蒸发器管94的出口附近。探头传感器100意图控制恒温膨胀阀74，由此控制蒸发器管94的出口处的制冷剂过热。还应预期并理解，上文大体上描述了可以用于任何类型的制冷剂(包括诸如丙烷和氨的天然制冷剂)的单级蒸气压缩***。也可以应用使用二氧化碳(CO2)制冷剂和可以是双级蒸气压缩***的其他制冷剂***。
旁通阀(未示出)可以促进制冷剂的闪蒸气体绕过蒸发器热交换器76。这将允许蒸发器盘管充满液体并且完全‘变湿’以提高热传递效率。在CO2制冷剂的情况下，可以将这个绕过的闪蒸气体重新引入到双级压缩机的中间级中。
压缩机58和压缩机马达60可以经由互连驱动轴102进行连接。压缩机58、压缩机马达60和驱动轴102可以全部密封在公共壳体104内。在一些实施方案中，压缩机马达60可以置于压缩机壳体104外部，并且因此互连驱动轴102可以穿过位于压缩机壳体内的轴封。压缩机58可以是单压缩机。单压缩机可以是双级压缩机、涡旋式压缩机，或者适于压缩天然制冷剂的其他压缩机。天然制冷剂可以是CO2、丙烷、氨，或者可以包括全球变暖潜能值(GWP)约为一(1)的任何其他天然制冷剂。
参考图2和图3，运输制冷单元26还包括被配置成选择性地为运输制冷单元26的多个部件(即，直接地或间接地)提供动力的多能量源50，所述多个部件可以包括压缩机马达60、冷凝器风扇马达90、蒸发器风扇马达98、控制器82、内燃发动机56的起动机106、以及可以包括各种螺线管和/或传感器的其他部件108。电力可以通过各种总线、电气装置和/或电导线110进行传递。多能量源50可以包括能量储存装置52和由内燃发动机56机械地驱动的发电机54，所述内燃发动机可以是运输制冷单元26的一部分并且专用于所述运输制冷单元。能量储存装置52可以是至少一个电池和/或电池组。在一个实施方案中，能量储存装置52可以固定到拖车24的底壁32的下侧(见图1)。还应预期并理解，能量储存装置52的其他实例可以包括燃料电池单元，以及其他能够储存和输出电力的装置。
参考图2和图3，相对于多能量源50的电力管理和相对于各种电力负载(即，部件)的受控电力分配可以被配置成最小化内燃发动机56的尺寸并且最小化化石燃料消耗，同时仍提供足够的电力以满足操作运输制冷单元26的降温需求。通过各种路径112上的一系列数据和命令信号，控制器82可以例如控制电动马达60、90、98和如由制冷单元26的冷却需要指定的其他部件。控制器82还可以控制发电机54和电池52的电力输出，以便满足运输制冷单元26的不同负载需求。
在一个实例中，发电机54和能量储存装置52可以串联电气地布置。电力可以通常通过总线110来分配，并且可以是直流电(DC)。转换器(未示出)可以布置在发电机54的出口处。风扇马达90、98可以是DC或交流(AC)马达，并且压缩机马达60可以是DC马达或AC马达，其中逆变器(未示出)在马达60的电力输入处。在一个实例中，发电机54可以具有约15kW的最大功率输出，能量储存装置52可以输出约10kW的电力，稳态压缩机马达60负载可以是约10kW，并且蒸发器风扇马达98和冷凝器风扇马达90负载可以是约2kW。还应预期并理解，各种电力调节装置可以被配置在整个运输制冷单元26中，这取决于任何特定部件的电流类型和电压需求。
在一个实施方案中，发电机54可以被配置或缩小尺寸以在标准设定点条件(即，稳态条件)期间提供运输制冷单元26(包括马达60、90、98)的基本上所有电力需求。然而，当运输制冷单元26在降温状态下操作时，能量储存装置52可用作‘电池升压’以通过总线110来增大或补充DC功率，由此满足例如压缩机马达60的电力需求的临时增加。在这个实施方案中，能量储存装置52的电压电势可以是约5kW至7kW。
在另一实施方案中，能量储存装置52可以被配置成在标准设定点条件(即，稳态条件)期间提供运输制冷单元26(包括马达60、90、98)的基本上所有电力需求。然而，当运输制冷单元26在降温状态下操作时，发电机54可用作‘电池升压’以通过总线110来增大或补充DC功率，由此满足例如压缩机马达60的电力需求的临时增加或浪涌。在这个实施方案中，能量储存装置52的电压电势可以是约15kW。
运输制冷单元26还可以包括能量储存装置充电器114(例如，电池充电器)和可再生能源116(例如，太阳能电池板)。在运输制冷单元26的部分负载操作条件(即，部分压缩机负载条件)期间，电池充电器114可以由发电机54供电。电池充电器114可以由控制器82控制并且可以被配置成在需要时且在理想操作条件期间给能量储存装置52充电。通过在减小的压缩机负载条件期间给能量储存装置52充电，发电机54和驱动发动机56的尺寸和重量可以最小化。可再生能源116可以被配置成根据需要并且不管运输制冷单元26的操作状态如何都给能量储存装置52充电。可再生能源116可以通过充电器114、通过专用充电器(未示出)或者直接地促进充电功能。
参考图4，操作运输制冷单元26的方法可以包括由内燃发动机56来驱动发电机54的第一框200。在框202中，在稳态条件期间，运输制冷单元26可以利用发电机54和能量储存装置52中的一个向压缩机马达60、蒸发器风扇马达98和冷凝器风扇马达90提供电力。按照框204，在通常可能比稳态条件要求更多电力的降温状态期间，补充功率可以由发电机54和能量储存装置52中的另一个来提供。在框206中，在运输制冷单元26的部分负载操作条件期间，能量储存装置52可以由发电机54再充电。
参考图5，运输制冷单元26的高压***118在不同电压下促进电力的受控分配，由此减少较多传统运输制冷单元的设备和重量。高压***118可以包括可以是高压能量储存装置的能量储存装置52、可以是高压发电机的发电机54、可以包括高压导线120和低压导线122的电力分配总线110、以及在高压能量储存装置52与低压导线122之间电气地定向的降压变压器124。高压能量储存装置52可以是具有多个电池单元(示为126、128、130、132的四个)的高压电池，其中电池单元126、128、130、132被配置成彼此串联。在一个实例中，每个电池单元126、128、130、132可以具有约十二(12)伏的电压电势，其中总电势为约四十八(48)伏(即，高压)。
高压导线120将运输制冷单元26的高压部件电气地连接到高压电池52。高压部件的实例可以是压缩机马达60。降压变压器124可以电气地连接在高压电池52和/或高压导线120与低压导线122之间。作为一个实例，降压变压器124可以将电池从约四十八(48)伏减小到约十二(12)伏。在本实例中，低压导线122可以适于携载十二伏，并且将运输制冷单元26的低压部件通常电气地连接到降压变压器。低压部件的实例可以包括控制器82(例如，微处理器)和发动机起动机106。尽管未示出，但起动机106可以包括电动马达和起动机接触器，如本领域中通常已知。
高压***118的使用消除了对专用于起动内燃发动机56的更传统低压电池(例如，十二伏电池)的需要，和/或对用于在发动机不操作时给运输制冷单元26的低压部件供电的低压电池的需要。更具体地，通过将高压电池52用于运输制冷单元26的混合动力操作，可以消除更传统的备用低压电池，并且可以使用高压电池来代替低压电池用于相同应用和目的。通过利用降压变压器124，低压电力(例如，直流电)可以从高压电池52递送到低压起动机106和其他低压部件。当使用高压***118时，高压和低压直流电力两者可以持续地施加到高压和低压部件两者。
参考图6，示出高压***的第二实施方案，其中除了添加撇号后缀之外，与第一实施方案相似的元件具有相似的识别标号。高压***118’可以包括具有多个电池单元126’、128’、130’、132’的高压电池52’、可以包括高压导线120’和低压导线122’的电力分配总线110’、以及继电器134。继电器134促进例如电池单元132’与高压电池52’的其余电池单元126’、128’、130’的电气隔离，以间歇地给低压部件(例如，起动机106’)供电。继电器134可以包括一系列断开/闭合接触器136、138、140、142，以用于在低压导线120’与高压导线122’之间切换，并且在电池52’的低压电池单元布置与高压电池单元布置之间切换。在一个实例中，接触器136、138可以是电池电压接地(BVG)接触器，并且接触器140、142可以是电池电压(BV)接触器。当需要低压时，定向在电池单元130’、132’之间的BVG接触器136断开，定向在电池单元132’与接地面之间的BVG接触器138闭合，置于高压导线120’中间的BV接触器140断开，并且置于低压导线122’中间的BV接触器142闭合。当需要高压时，接触器136、138、140、142可以在断开位置与闭合位置之间切换。
不同于高压***118，高压***118’可以不同时向相应的高压和低压部件供应高压和低压两者(即，除了可以始终向单元控制器供应的低电流低电压之外)。在消除用于标准低压起动机106的专用低压电池的实例中，当起动内燃发动机56时，高压***118’通常将至少关闭压缩机马达60和其他高压部件。一旦起动，内燃发动机56可以驱动高压发电机54，并且高压部件可以重新初始化。当使用高压***118’时在内燃发动机56运行的情况下，不向发动机56供应低压电力(即，仅在起动期间)。如果内燃发动机56用汽油运行，那么可能需要交流发电机(未示出)来将火花供应到火花塞。如果内燃发动机56是例如柴油发动机或天然气发动机，那么不再需要用于给低压电池再充电的传统交流发电机，由此进一步降低重量和成本。
参考图7，示出利用高压***118来操作混合动力运输制冷单元26的方法。在框300处，诸如压缩机马达60的高压部件利用来自高压电池的电力进行运行。在框302处，在准备(例如)分开高压电池的电池单元时，可以终止高压压缩机60和其他高压部件的运行。在框304处，利用从高压电池52的至少一部分(例如，一个电池单元)接收低压电力的低压起动机106来起动内燃发动机56。在框306处，在不使用交流发电机的情况下运行内燃发动机56。在框308处，由内燃发动机来驱动高压发电机54。在框310处，可以重新起动高压部件(例如，压缩机马达)。
当与更多传统的运输制冷单元相比时，本公开的益处包括更低燃料消耗以及可以发出更少噪声且重量可以更轻的制冷单元。此外，本公开包括能量储存装置，所述能量储存装置便利地且有效地再充电以满足制冷单元的电力需求而同时满足可能由监管/政府策略强制执行的内燃发动机功率和排放要求。另外的优点包括运输制冷单元，所述运输制冷单元包括内燃发动机并且可以不需要低压电池来起动发动机，并且可以不需要交流发电机来维持发动机的运行和/或给不再需要的低压电池再充电。
尽管参考附图描述本公开，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以作出各种变化，并且可以用等效物代替。另外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以应用各种修改，以使本公开的教导适合于特定情形、应用和/或材料。因此，本公开不限于本文中公开的特定实例，而是包括落在所附权利要求书的范围内的所有实施方案。

Claims (20)

1.一种混合动力运输制冷单元，其包括：
高压电池，其包括多个电池单元；
至少一个高压部件，其电气地连接到所述多个电池单元；
发电机，其被配置成向所述至少一个高压部件中的至少一个提供电力；
内燃发动机，其被构造和布置成驱动所述发电机；以及
低压起动机，其电气地连接到所述多个电池单元中的至少一个，并且被构造和布置成起动所述内燃发动机。
2.根据权利要求1所述的混合动力运输制冷单元，其中所述内燃发动机是柴油发动机。
3.根据权利要求1所述的混合动力运输制冷单元，其中所述内燃发动机是天然气发动机。
4.根据权利要求2所述的混合动力运输制冷单元，其中所述发电机是高压发电机。
5.根据权利要求4所述的混合动力运输制冷单元，其中所述内燃发动机不包括低压交流发电机。
6.根据权利要求1所述的混合动力运输制冷单元，其中所述至少一个高压部件包括变速冷凝器马达。
7.根据权利要求1所述的混合动力运输制冷单元，其还包括：
降压变压器，其在所述高压电池与所述低压起动机之间电气地定向。
8.根据权利要求1所述的混合动力运输制冷单元，其中所述高压电池具有至少四十八(48)伏的电势，并且所述低压起动机以约十二(12)伏操作。
9.根据权利要求1所述的混合动力运输制冷单元，其还包括：
用于单元控制的低压微处理器。
10.根据权利要求9所述的混合动力运输制冷单元，其中所述低压微处理器被配置成确定何时起动所述内燃发动机。
11.根据权利要求1所述的混合动力运输制冷单元，其还包括：
继电器，其被配置成将所述多个电池单元中的所述至少一个与其余电池单元电气地隔离。
12.根据权利要求11所述的混合动力运输制冷单元，其中在经由所述低压起动机起动所述内燃发动机时关闭所述至少一个高压部件。
13.根据权利要求1所述的混合动力运输制冷单元，其还包括：
太阳能电池板，其被配置成至少给所述多个电池单元中的所述至少一个电气地充电。
14.根据权利要求1所述的混合动力运输制冷单元，其中所述多个电池单元串联电气地布置。
15.根据权利要求1所述的混合动力运输制冷单元，其还包括：
压缩机，其被构造和布置成压缩制冷剂；以及
电动压缩机马达，其为所述至少一个高压部件并且被配置成驱动所述压缩机，并且其中所述发电机被配置成在标准设定点条件期间向所述压缩机马达提供高压电力，并且所述高压电池被配置成在降温条件期间向所述压缩机马达补充所述高压电力。
16.一种用于运输制冷单元的高压***，所述运输制冷单元具有至少一个高压部件、至少一个低压部件和内燃发动机，所述高压***包括：
高压电池，其电气地连接到所述至少一个高压部件和所述至少一个低压部件；以及
高压发电机，其被配置成至少给所述高压电池电气地充电，并且其中所述高压发电机由所述内燃发动机驱动。
17.根据权利要求16所述的高压***，其还包括：
降压变压器，其在所述高压电池与所述至少一个低压部件之间电气地定向。
18.根据权利要求16所述的高压***，其中所述高压电池包括串联布置的第一电池单元和第二电池单元。
19.根据权利要求18所述的高压***，其还包括：
一系列断开/闭合接触器，其电气地定向在所述第一电池单元与所述第二电池单元之间、在所述高压电池与所述至少一个高压部件之间、以及在所述高压电池与所述至少一个低压部件之间。
20.一种操作混合动力运输制冷单元的方法，其包括：
利用高压电池来运行高压部件；
停止运行所述高压部件；
利用从所述高压电池的至少一部分接收电力的低压起动机来起动内燃发动机；
在没有交流发电机的情况下运行所述内燃发动机；
经由所述内燃发动机来驱动发电机；以及
重新起动所述高压部件。
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