CN111164359B - 用于拖车制冷单元的多功率转换器单元 - Google Patents

Abstract

提供了一种拖车制冷单元。多个方面包括多个功率源，其中所述多个功率源选择性地联接到功率转换器和至少一个压缩机。所述功率转换器联接到至少一个风扇并且选择性地联接到所述至少一个压缩机。微控制器电路被包括并且被配置为基于所述拖车制冷单元内的环境参数以多个模式中的一个选择性地操作所述拖车制冷单元。所述多个模式包括：第一模式，其中所述至少一个压缩机和至少一个风扇由所述功率转换器提供功率，以及第二模式，其中所述至少一个压缩机由所述多个功率源中的至少一个提供功率。

Description

用于拖车制冷单元的多功率转换器单元

背景技术

示例性实施例涉及功率转换器领域，并且更特别地涉及用于拖车制冷单元的多功率转换器单元。

拖车制冷单元（TRU）是被设计成在特定温度下或温度范围内承载易腐货运的集装箱。TRU能装备有用于维持车厢内的特定温度的多种制冷***。典型地，柴油发动机驱动的拖车制冷单元被利用以在运输期间保持新鲜的、冷冻的食物和其它货物。然而，这些柴油发动机TRU存在问题，诸如，例如燃料成本、有害废气排放、特别物质和噪音污染。为了解决以上问题，电力的TRU被利用。然而，电力的TRU缺乏用来添加诸如太阳能的其它更清洁的功率源或来自发动机和/或能量存储（例如，电池）的功率输出（power take off）的灵活性。另外，机械装置用于部分装载操作，其对效率具有负面影响。

发明内容

根据一个实施例，提供了一种拖车制冷单元。所述拖车制冷单元包括：多个功率源，其中所述多个功率源选择性地联接到功率转换器和至少一个压缩机。所述功率转换器联接到至少一个风扇并且选择性地联接到所述至少一个压缩机。微控制器电路被包括并且被配置为：基于所述拖车制冷单元内的环境参数以多个模式中的一个来选择性地操作所述拖车制冷单元。所述多个模式包括：第一模式，其中所述至少一个压缩机和至少一个风扇由所述功率转换器提供功率，以及第二模式，其中所述至少一个压缩机由所述多个功率源中的至少一个提供功率。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代，所述拖车制冷单元的另外的实施例可以包括适合于确定所述拖车制冷单元内的所述环境参数的至少一个传感器。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代，所述拖车制冷单元的另外的实施例可以包括：所述多个功率源中的至少一个是柴油发电机。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代，所述拖车制冷单元的另外的实施例可以包括：所述多个功率源中的至少一个是车载柴油发动机。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代，所述拖车制冷单元的另外的实施例可以包括：所述多个功率源中的至少一个是干线功率源（mains power supply）。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代，所述拖车制冷单元的另外的实施例可以包括：所述多个功率源中的至少一个是车轴发电机（axle generator）。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代，所述拖车制冷单元的另外的实施例可以包括联接到所述功率转换器的至少一个电池。

除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代，所述拖车制冷单元的另外的实施例可以包括：所述功率转换器包括：至少一个交流到直流转换器，至少一个直流到直流转换器，以及至少一个直流到交流转换器。

根据一个实施例，提供了一种制冷***。所述制冷***包括：制冷单元，其包括至少一个压缩机、蒸发器、多个功率源和至少一个风扇，所述至少一个风扇可操作以将空气朝向蒸发器移动。所述多个功率源选择性地联接到功率转换器和所述至少一个压缩机。所述功率转换器联接到所述至少一个风扇并且选择性地联接到所述至少一个压缩机。微控制器电路被包括并被配置为：基于所述拖车制冷单元内的环境参数以多个模式中的一个选择性地操作所述拖车制冷单元。所述多个模式包括：第一模式，其中所述至少一个压缩机和至少一个风扇由所述功率转换器提供功率，以及第二模式，其中所述至少一个压缩机由所述多个功率源中的至少一个提供功率。

附图说明

以下描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图，相同的元件被相同地编号：

图1描绘了示例性实施例中的运输制冷单元；

图2描绘了根据一个或多个实施例的运输制冷单元功率***；以及

图3描绘了用于在实现一个或多个实施例中使用的计算机***的框图。

具体实施方式

图1示出了具有制冷拖车的运输制冷***20。拖车可以由牵引机22拉动。示例性拖车包括限定了内部隔室26的集装箱24。理解的是，本文中所描述的实施例可以应用于由轨道或海洋输运的输运集装箱，而不使用牵引机22。安装到集装箱24的前部的装备壳体28可以包含电力的发电机***，该发电机***包括内燃发动机30（例如，压缩点火/柴油）和机械地联接到发动机30以由此被其驱动的电力的发电机32。制冷***34可以电联接到发电机32以接收电功率。如本领域中已知的，制冷***34包括限定了用于使制冷剂循环的制冷回路的压缩机、冷凝器、膨胀阀和一个或多个蒸发器。制冷***34还包括一个或多个风扇，诸如冷凝器风扇、蒸发器风扇或通风风扇。本文中所描述的本发明的实施例使用直流（DC）为一个或多个风扇（诸如冷凝器风扇、蒸发器风扇和/或通风风扇）提供功率。

拖车制冷单元（TRU）典型地利用柴油发电机作为功率源来顺应（accommodate）制冷负载。考虑到柴油发电机的一些缺点，一些方法已经利用较多的电力的TRU。然而，该方法缺乏添加诸如太阳能的其它更清洁的功率源或来自发动机和/或诸如电池的能量存储的功率输出的灵活性。另外，制冷***中的压缩机速度不能被持续地控制来匹配冷却负载，因此机械装置通常用于部分负载控制，这能对效率有影响。部分负载效率指的是***的用于处理在制冷***中的部分负载能量使用的能力。当这些制冷***在它们的最大容量下工作时，这些制冷***通常以峰值效率操作，并且大多数***被定尺寸以满足保守地（sparingly）发生的冷却条件。因为这个，制冷***通常尺寸过大以满足满负载需求。然而，与***在小于满负载下操作的时间相比，在实践中很少需要满负载。

图2描绘了根据一个或多个实施例的运输制冷单元功率***。运输制冷单元功率***200包括多功率转换单元（MPCU）112、微控制器110、***控制器114、压缩机116和至少一个可变速风扇118。MPCU 112电联接到电池组106和至少一个可变速风扇118。MPCU 112通过开关126选择性地联接到至少一个压缩机116。MPCU还通过开关122选择性地联接到发电机102、干线功率104和车载功率源108。微控制器110能操作开关122和开关126。***控制器114与微控制器110电子通信，并且能定位在TRU内或定位在TRU外。***控制器114能从一个或多个传感器接收环境参数（例如，诸如TRU内部的温度的环境数据）。传感器能是任何类型的传感器，诸如，例如温度传感器或湿度传感器。由***控制器114接收的环境参数能用于指示TRU功率***200的操作。例如，如果温度保持在指定范围内，则***控制器114能引导微控制器110以温度控制模式来操作MPCU 112。如果温度升高，则***控制器114能引导微控制器110来接合压缩机116以降低TRU内部的温度。

在一个或多个实施例中，MPCU 112是能包括交流（AC）到直流（DC）转换器的功率转换器。AC到DC转换器能是任何类型的转换器，诸如无源整流器或有源整流器。MPCU 112还能包括DC到AC转换器，诸如例如功率逆变器。而且，MPCU 112能包括DC到DC转换器，诸如例如电压调节器或线性调节器。MPCU输入可以是无源整流器或有源整流器，到电池组106的接口能是双向的DC到DC转换器，并且到至少一个压缩机116和至少一个风扇118的接口能是集成的可变速驱动器。DC链路电容器组被共享用于所有的输入和输出转换器，并且DC链路电压由电池充电器转换器控制，通过这样做，源、负载和能量存储的功率流能被间接地控制。当多个负载和源通过共享相同的DC链路电容器组的功率电子转换器被互接时，从DC链路端子看到的功率流方程能被写成如下：

P_{dc_Link} = P_out__load1 +P_out__load2 + P_out__loadn+P_{in_source_1} + P_in_source2 + P_{in_source_n}+ P_{_batt} 。

如果功率输入、功率输出和去往电池的功率之间存在不匹配，则P_{dc_Link}可以是负的（Dc链路电容器放电&DC_link电压减小）或者可以是正的（D_C链路电容器充电&DC_link电压增加）。因此，DC链路电压包含关于***中的功率流的信息，该信息能用于控制电池充电器转换器对电池进行充电或放电以保持发电和消耗之间的功率平衡。

电池充电器转换器控制器具有外部回路电压调节器，所述外部回路电压调节器将DC链路电压控制在给定的参考电压周围。参考与反馈之间的不匹配将产生到内部电流回路调节器的参考电流，所述内部电流回路调节器控制进入或流出电池的电流。内部电流回路调节器的特征在于用于对接收来自监管控制器（SC）或电池管理***（BMS）的限制的电池进行充电或放电的动态电流限制，所述动态电流限制还包括可以由SC或BMS使用以将电池电荷状态保持在期望值周围的附加的电流参考。

另外，MPCU能包括加速度计和陀螺仪。当使用来自发动机（即，车载功率源108）的功率输出或来自利用车轴发电机的拖车车轮轴的功率输出时，这是特别有用的。加速度计和陀螺仪能用于估计卡车行驶条件，使得当卡车正在下坡或减速时，MPCU能决定对电池进行充电以收获卡车的动能量，而当卡车正在上坡或加速时不对电池进行充电。

在一个或多个实施例中，多功率转换器单元112是+/-功率电子转换器，其允许独立于它们的产生功率的能力或它的内部动态的各种功率源和能量存储的集成。MPCU允许功率从各种源传递到负载。同时，MPCU 112能用于互接电池并控制压缩机旋转速度以匹配冷却要求，避免对低效的机械部分负载控制装置的需要。MPCU并入了可变速驱动器的所有的功率电子部件传感器和控制算法。因此，MPCU 112能通过改变施加到机械地联接到至少一个压缩机116的电动马达的电压和频率来控制压缩机116的马达速度。如以上所讨论的，当满负载指示了下拉期间的压缩机116时，制冷***通常尺寸过大以满足满负载需求。至少一个压缩机116可具有例如从35Hz（诸如用于启动和最小冷却需求）到100Hz（下拉）的操作频率范围，用于输送最高压缩机轴速度并因此输送最高冷却速率。

在一个或多个实施例中，TRU功率***200包括至少两种操作模式。第一操作模式是在被压缩机116下拉的期间，其中来自压缩机116的功率需求最高。在第一操作模式期间，微控制器110利用开关122和开关126控制下拉以来自发电机102、车载功率源108或（如果可得到的话）干线功率104。第二操作模式是在需要较低功率要求的温度控制期间。在第二模式中，微控制器110利用开关126通过MPCU 112将功率路由到压缩机116。通过在下拉期间从除MPCU 112之外的功率源拉取功率，MPCU 112的成本由于减小尺寸要求而能被向下驱动，并且能为***改进效率。例如，MPCU能被定尺寸为最大负载要求的25%或50%，因为下拉正在由另一功率源直接处理。这有效地减小了需要从MPCU 112汲取的功率的范围。这还允许附加的功率源与MPCU 112一起使用，诸如电池组106。在其它实施例中，除了或代替电池组106，能利用诸如太阳能面板的功率源。

在一个或多个实施例中，MPCU 112是多端口功率电子转换器，其并入了所有的部件、传感器和控制算法以互接多个DC或AC源，并且它还能互接多个负载，诸如，例如至少一个压缩机116和至少一个可变速度风扇118。MPCU 112能向压缩机和风扇提供可变电压和可变频率以独立地控制它们的旋转速度。通过控制压缩机和风扇速度，***能匹配冷却负载，避免需要使用显著降低***效率的方法，诸如开-关控制或制冷剂旁通阀。

参考图3，示出了用于实现本文中的教导的处理***300的实施例。在该实施例中，***300具有一个或多个中央处理单元（处理器）21a、21b、21c等（统称为或一般称为（一个或多个）处理器21）。在一个或多个实施例中，每个处理器21可以包括精简指令集计算机（RISC）微处理器。处理器21经由***总线33联接到***存储器34和各种其它部件。只读存储器（ROM）22联接到***总线33，并且可以包括基本输入/输出***（BIOS），其控制***300的某些基本功能。

图3还描绘了联接到***总线33的输入/输出（I/O）适配器27和网络适配器26。I/O适配器27可以是与硬盘23和/或磁带存储驱动器25或任何其它类似部件通信的小型计算机***接口（SCSI）适配器。I/O适配器27、硬盘23和磁带存储装置25在本文中被统称为大容量存储器24。用于在处理***300上执行的操作***40可以存储在大容量存储器24中。网络适配器26将总线33与外部网络36（诸如无线网络或Wi-Fi）互连，使得数据处理***300能够与其它这样的***通信。屏幕（例如，显示监视器）35通过显示适配器32连接到***总线33，显示适配器32可包括用于改进图形密集型应用的性能的图形适配器和视频控制器。在一个实施例中，适配器27、26和32可以连接到经由中间总线桥（未示出）连接到***总线33的一个或多个I/O总线。用于连接诸如硬盘控制器、网络适配器和图形适配器的***装置的合适的I/O总线典型地包括公共协议，诸如***部件互连（PCI）。附加的输入/输出装置被示出为经由用户接口适配器28和显示适配器32连接到***总线33。键盘29、鼠标30和扬声器31都经由用户接口适配器28互连到总线33，用户接口适配器28可以包括例如将多个装置适配器集成到单个集成电路中的超级I/O芯片。

在示例性实施例中，处理***300能与以上描述的传感器和其它传感器（诸如，例如环境传感器、陀螺仪、加速度计、全球定位***（GPS）等）互接。

因此，如在图3中所配置的，***300包括采用处理器21形式的处理能力、包括***存储器34和大容量存储器24的存储能力、诸如键盘29和鼠标30的输入手段、以及包括扬声器31和显示器35的输出能力。在一个实施例中，***存储器34和大容量存储器24的一部分共同地存储操作***，并且协调图3中所示出的各种部件的功能。

在一个或多个实施例中，微控制器110和***控制器114能利用图3中的***300来实现。微控制器110和***控制器114能通信地联接到传感器，所述传感器获取关于拖车制冷***和/或移动拖车的机动（或轨道）车辆的传感器读数。

通过示例而非限制的方式参考附图，本文中呈现了所公开的设备的一个或多个实施例的详细描述。

术语“大约（about）”旨在包括与基于在提交本申请时可得到的装备对特别量的测量相关联的误差程度。例如，“大约”能包括给定值的±8%或5%或2%的范围。

本文中所使用的术语仅出于描述特别实施例的目的，而不旨在限制本公开。如本文中所使用的，单数形式“一（a）”、“一个（an）”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示了。还将理解的是，术语“包括（comprises）”和/或“包括（comprising）”当在本说明书中使用时，指定所述的特征、整体、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它的特征、整体、步骤、操作、元素、部件和/或其群组的存在或添加。

虽然已经参考一个或多个示例性实施例描述了本公开，但是将被本领域技术人员理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替代其元素。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使得特别情况或材料适应于本公开的教导。因此，意图是本公开不限于作为被设想用于执行本公开的最佳模式而公开的特别实施例，而是本公开将包括落入权利要求的范围内的所有的实施例。

Claims (5)

1.一种拖车制冷单元，其包括：

多个功率源，其包括发电机和干线功率；

功率转换器和至少一个压缩机；

其中所述功率转换器联接到至少一个风扇；

第一开关，用于选择性地连接至所述发电机和所述干线功率中的一个；

第二开关，用于选择性地将所述至少一个压缩机连接至所述第一开关和所述功率转换器中的一个；以及

微控制器电路，其中所述微控制器电路被配置为：

基于所述拖车制冷单元内的环境参数以多个模式中的一个来选择性地操作所述拖车制冷单元，其中所述多个模式包括：

第一模式，其中所述至少一个压缩机通过在所述第一模式中将所述第二开关电串联连接至所述第一开关由所述发电机和所述干线功率中的一个提供功率，以及

第二模式，其中所述至少一个压缩机通过在所述第二模式中将所述第二开关电串联连接至所述功率转换器、所述第一开关、所述功率转换器和所述第二开关由所述功率转换器提供功率。

2.根据权利要求1所述的拖车制冷单元，还包括适合于确定所述拖车制冷单元内的所述环境参数的至少一个传感器。

3.根据权利要求1所述的拖车制冷单元，还包括联接到所述功率转换器的至少一个电池。

4.根据权利要求1所述的拖车制冷单元，其中所述功率转换器包括：

至少一个交流到直流转换器；

至少一个直流到直流转换器；以及

至少一个直流到交流转换器。

5.一种制冷***，其包括：

根据权利要求1所述的拖车制冷单元。

Images