CN106766419A - 一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统及其在不同工况下的切换方法 - Google Patents

一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统及其在不同工况下的切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统及其在不同工况下的切换方法，本发明包括由电动压缩机、机械压缩机、膨胀阀、冷凝器及蒸发器组成的制冷系统；其中机械压缩机的动力源为发动机；电动压缩机的动力源为光伏供电系统，光伏供电系统包括光伏板、光伏控制器、超级电容器、逆变器及蓄电池，光伏控制器具有控制超级电容器和蓄电池合理充放电的作用，有利于延长蓄电池使用寿命，提高放电效率；本发明采用“双压缩机”的形式，使其能够实现在冷藏车运输途中使用发动机提供制冷动力来源，中途休息、晚上和需要对车厢预冷时使用太阳能发电系统供电制冷，解决了冷藏车停车需要外接电源的问题，大大增加了配送范围。

Description

一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统及其在不同工况下 的切换方法
技术领域
本发明属于制冷利用领域，具体涉及一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统及其在不同工况下的切换方法。
背景技术
近年来，随着经济飞速发展，人们生活水平的提高以及生活方式的改变，人们对于生鲜食品和速冻食品的需求逐渐增大，极大推动了冷链物流的发展，冷藏车作为冷链物流的关键环节，对其的需求量与日俱增。2010年，发改委颁布了《农产品冷链物流发展规划》，2014年底国家发展改革委、财政部等10部门联合发布了《关于进一步促进冷链运输物流企业健康发展的指导意见》，大力推进农产品冷链物流体系的建设，鼓励企业改造、购进冷链加工设备，保证贮藏、运输环节可满足市场需求。
传统冷藏车是完全依靠消耗燃油，发动机带动制冷机工作制冷，这使得目前冷藏车燃油消耗比一般货车大，并且带制冷机组的冷藏车比普通货车尾气排放增加30％以上，这无疑是既不经济也不环保的。此外，冷藏车中途停车需要外接电源来提供电能制冷，增加了冷藏车的使用局限性。因此，在冷藏车上添加一种新能源辅助电源系统，一方面可以节省燃油消耗、减少尾气排放，另一方面能够解决冷藏车中途停车需要外接电源的问题。太阳能由于其普遍性、清洁性、可再生性无疑是最好的选择。
在冷藏车制冷方面的研究主要集中在液化天然气(LNG)制冷，中国专利(CN103496311A)公开了一种LNG冷藏车的制冷方法及其冷藏车，利用LNG在复温、气化阶段释放出大量的冷能，提供冷藏车优质的冷气，在不需要另外消耗能源的情况下解决了冷藏车制冷的问题。中国专利(CN103245226A)公开了一种小型液化天然气(LNG)汽化器，其结构包括壳体，壳体上设置有LNG进口、LNG出口、冷媒进口及冷媒出口，壳体内设置有与LNG进口相连通的内管，其特点是，内管外侧设置有套管，内管的插入端通过套管与LNG出口相连通。在LNG气化及冷能储存过程中，具有可避免冷媒结冰、热效率高等特点，适用于各种LNG冷能利用场合，尤其适用于LNG汽车空调或LNG冷藏车制冷。在冷藏车上运用太阳能方面，中国专利(CN203888581U)公开了一种太阳能冷藏车，包括车体、太阳能系统、制冷系统，所述制冷系统由太阳能系统供电，所述太阳能系统蓄能部件为超级电容器，所述太阳能系统的太阳能电池板安装在车厢顶部和两侧，并配有清洁装置，能够及时清理覆盖在太阳能电池板上的尘土等污物，保持太阳能电池板处于高透光度的状态，但是超级电容器作为蓄能部件具有能量密度低，端电压波动大的特点，不能很好的维持稳定、持续的制冷效果。中国专利(CN204936853U)公开了一种电动太阳能冷藏车，该冷藏车为一种小型三轮车，利用太阳能发电既要供电驱动车体还要供电制冷。中国专利(CN202952798U)公开了一种用于冷藏车车载太阳能制冷供电装置，冷藏车所有的制冷需要都来自太阳能发电，受天气制约大。
上述专利不适用于目前市场上主流中小型冷藏车，并且由于光伏发电的不连续性和不稳定性，仅仅使用太阳能电力的话，不利于长途运输，并且受天气制约很大。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统，及其在不同工况下的切换方法，创新性地采用“双压缩机”的形式，使其能够实现在冷藏车运输途中使用发动机带动压缩机提供制冷动力来源，中途休息、晚上和需要对车厢预冷时可以使用太阳能发电供给电动压缩机电能来制冷，解决了冷藏车停车需要外接电源的问题，大大增加了配送范围；此外，设计中包含的一种光伏供电控制系统，有利于延长蓄电池的寿命，提高放电效率。
一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统，包括压缩机、膨胀阀、冷凝器及蒸发器；所述压缩机包括电动压缩机和机械压缩机；
所述冷凝器、膨胀阀及蒸发器通过管道依次连接，所述冷凝器与膨胀阀之间依次设有贮液罐和干燥器，所述蒸发器的出、入口可以与电动压缩机、机械压缩机相连，电动压缩机、机械压缩机的出口端与蒸发器的入口之间设有电磁阀，电动压缩机、机械压缩机的入口端与蒸发器的出口之间设有吸气压力调节阀；
所述电动压缩机的动力源为光伏供电系统，所述光伏供电系统包括光伏板、光伏控制器、超级电容器、逆变器及蓄电池，所述光伏控制器通过导线分别与光伏板、超级电容器、逆变器及蓄电池连接，所述逆变器还与电动压缩机相连，以此实现光伏供电系统对电动压缩机的供电；所述机械压缩机的动力源为发动机，所述发动机与机械压缩机之间设有电磁离合器。
上述方案中，所述光伏控制器包括单向DC/DC、双向DC/DC1及双向DC/DC2，所述光伏板、单向DC/DC、双向DC/DC1、逆变器14和电动压缩机依次串联，所述双向DC/DC1与蓄电池并联，所述双向DC/DC2与超级电容器并联；所述双向DC/DC2设置于单向DC/DC和双向DC/DC1之间。
上述方案中，所述冷凝器接有两个管道，一个管道用于连接电动压缩机，另一个用于连接机械压缩机。
上述方案中，所述冷凝器和蒸发器均带有风机。
一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统在不同工况下的切换方法，其特征在于，车辆正常行驶、空置停在停车厂时，单向DC/DC工作在MPPT模式下，双向DC/DC1和双向DC/DC2根据所选光伏阵列充电电压和蓄电池、超级电容器的充电电压选择是升压或降压模式，实现对蓄电池和超级电容器的充电；当蓄电池达到最大充电电压时，单向DC/DC工作在恒压模式，双向DC/DC1工作于降压模式，由光伏阵列输出电压给蓄电池和超级电容器充电，电量充满则关断双向DC/DC；中途停车、车厢预冷或者晚上仍需供电制冷时，单向DC/DC关断，开启双向DC/DC1和双向DC/DC2，由超级电容器和蓄电池给负载供电,；当负载电流发生突变时，仅由超级电容器给负载供电；当蓄电池和超级电容器达到过放电压时，则双向DC/DC1和双向DC/DC2均处于关断状态。
本发明的有益效果为：
1.本发明采用“双压缩机”的结构形式，在冷藏车正常运输行驶时采用发动机带动机械压缩机制冷；在中途停车、晚上、车厢需要预冷时，通过光伏供电系统带电动压缩机制冷，解决了冷藏车中途停车需要外接电源的问题，增加了其灵活性，扩大了配送范围，节约了燃油以及减少了尾气排放。
2.电动压缩机采用光伏供电系统，为了减少电机启动大电流以及突变电流对蓄电池的冲击，采用了超级电容器和蓄电池混合储能以及供电系统，超级电容器有循环寿命长，充放电速度快、充放电效率高、功率密度大、环保无污染、高低温性能好等优点，超级电容器和蓄电池的混合储能，大大提高了系统放电效率，延长了蓄电池的使用寿命。
3.在光伏阵列和蓄电池之间连接有双向DC/DC1，不仅能使光伏阵列和蓄电池的容量可根据负载额定功率进行灵活的选择，而且还能够更好地控制蓄电池的充放电过程，防止蓄电池过冲或过放，保护蓄电池免受损害。
4.通过双向DC/DC2接入直流母线，能够提供恒定的直流母线电压，克服超级电容器在充放电过程中其两端电压变化范围很大的问题。
附图说明
图1为一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统的原理图；
图2为本发明装置电气连接图；
图3为光伏供电系统能量流动图，图3(a)为光伏板给蓄电池和超级电容器充电时的能量流动图，图3(b)为负载电流突变时的能量流动图，图3(c)为负载稳定工作时的能量流动图。
图中：1.电动压缩机，2.机械压缩机，3.电磁阀，4.膨胀阀，5.冷凝器，6.贮液罐，7.干燥器，8.吸气压力调节阀，9.风机，10.蒸发器，11.光伏板，12.光伏控制器，13.超级电容器，14.逆变器，15.蓄电池，16.发动机，17.电磁离合器。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统，包括安装在车厢底部的电动压缩机1、机械压缩机2、膨胀阀4、冷凝器5(风冷式)及蒸发器10(本发明的蒸发器为冷却空气式，蒸发器10安装在冷藏箱内部，使冷风直接吹入箱体内，强制对流，控制车内温度在设定范围内)，冷凝器5安装在车厢外部驾驶室上方，它接有两个管道，一个管道用于连接电动压缩机1，另一个用于连接机械压缩机2；
冷凝器5、膨胀阀4及蒸发器10通过管道依次连接，冷凝器5与膨胀阀4之间依次设有贮液罐6和干燥器7；蒸发器10的出、入口可以与电动压缩机1、机械压缩机2相连，电动压缩机1、机械压缩机2的出口端与蒸发器10的入口之间设有电磁阀3，电动压缩机1、机械压缩机2的入口端与蒸发器10的出口之间设有吸气压力调节阀8；冷凝器5和蒸发器10均带有风机9；
电动压缩机1的动力源为光伏供电系统，光伏供电系统包括光伏板11、光伏控制器12、超级电容器13、逆变器14及蓄电池15，光伏控制器12通过导线分别与光伏板11、超级电容器13、逆变器14及蓄电池15连接，光伏控制器12包括单向DC/DC、双向DC/DC1及双向DC/DC2，光伏板11、单向DC/DC、双向DC/DC1、逆变器14和电动压缩机1依次串联，双向DC/DC1与蓄电池15并联，双向DC/DC2与超级电容器13并联，双向DC/DC2设置于单向DC/DC和双向DC/DC1之间；太阳能电池板利用光生伏打效应发电，电能经过单向DC/DC、双向DC/DC1将存储在蓄电池15中，双向DC/DC1也可控制蓄电池15合理放电；此外，超级电容器器13与双向DC/DC2都和直流母线并联，由光伏板11为其充电，双向DC/DC2控制超级电容器13的充放电；逆变器14还与电动压缩机1相连，以此实现光伏供电系统对电动压缩机1的供电。；
机械压缩机2的动力源为发动机16，机械压缩机2放置在发动机16旁边，发动机16通过曲轴前皮带轮的三角皮带驱动机械压缩机2；发动机16与机械压缩机2之间设有电磁离合器17。
本发明由控制面板决定是由电动制冷机1工作还是机械式压缩机2工作。
一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统是按照以下过程进行工作的：
当冷藏车正常行驶运输过程中，仍然采用发动机16为机械式压缩机2提供动力制冷，机械式压缩机2运行工况的控制通过电磁离合器17的开闭来实现，车厢内需要制冷时，制冷剂气体被机械压缩机2吸入，压缩成高温高压气体进入冷凝器5，被箱外空气以及风机9的强制通风冷却降温成液态，温度和压力较高的液态制冷剂经膨胀阀4节流降温降压，以雾状进入蒸发器10吸收气化潜热而制冷，蒸发器10周围的冷气用强制通风装置吹入车厢，从而达到降温的目的。当冷藏车停车、夜晚、需要提前预冷车厢时，启动电动压缩机1完成上述制冷循环。
图2为本发明装置的电气连接图，当冷藏车正常行驶过程中，驾驶员通过操控控制面板，闭合电磁离合器17，启动机械压缩机2制冷降温，当需要中途长时间停车、夜晚、需要提前预冷车厢的时候，启动电动压缩机1制冷降温。
在光伏供电系统中，由于本发明中车厢顶部太阳能板铺设个数有限，光伏发电功率不足以启动电动压缩机1，所以电动压缩机1的能量来源主要是蓄电池15和超级电容器13，蓄电池15和超级电容器13是由太阳能电池板充电的。其中，单向DC/DC有最大功率点跟踪(MPPT)、恒压和关断3种模式，双向DC/DC1和双向DC/DC2有升压(Boost)、降压(Buck)及关断3种模式，双向DC/DC能实现能量双向流动，这种结构能较好地解决光伏电池阵列与蓄电池15和超级电容器13串并联数不匹配的问题，可以根据电路结构和功率容量比较灵活的选择；系统结构也比较简单，蓄电池15和超级电容器13的充放电过程通过一个双向变换器实现，可减轻系统重量。具体切换方法和能量流动方向如图3，箭头方向为能量流动方向。
图3(a)中,车辆正常行驶或空置停在停车厂时，单向DC/DC工作在MPPT模式下，太阳能电池板以最大功率为蓄电池15和超级电容器13充电，双向DC/DC1和双向DC/DC2根据所选光伏阵列充电电压和蓄电池15、超级电容器13的充电电压选择是Boost模式或Buck模式，使得太阳能电池板对蓄电池15和超级电容器13进行合理充电；当达到蓄电池15最大充电电压时(对于48V蓄电池，其最大充电电压可设置为55V，过放电压可设置为43V)，单向DC/DC工作在恒压模式，双向DC/DC1工作于Buck模式，控制光伏阵列输出电压给蓄电池15和超级电容器13充电，充满则双向DC/DC2关断。
图3(b)中，车辆中途停车、夜晚、需要提前预冷车厢时，关断单向DC/DC，电动压缩机1启动瞬间，电流会突变，增大到正常工作是的4-5倍，此时双向DC/DC2工作在Boost模式，由超级电容器13给负载供电；(在其他应用个例中，当负载电流突变时开启双向DC/DC2工作在Boost模式，由超级电容器13给负载供电)。
图3(c)中电动压缩机1稳定工作时，双向DC/DC1工作在Boost模式，蓄电池15和超级电容器13一起为电动压缩机1供电；若蓄电池15和超级电容器13达到了过放电压，则双向DC/DC1和双向DC/DC2均处于关断状态。
以上对本发明所提供的一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统及其在不同工况下的切换方法进行了详细介绍，本发明应用了具体个例对本发明的原理和实施方式进行了阐述，所要说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统，其特征在于，包括压缩机、膨胀阀(4)、冷凝器(5)及蒸发器(10)，所述压缩机包括电动压缩机(1)和机械压缩机(2)；
所述冷凝器(5)、膨胀阀(4)及蒸发器(10)通过管道依次连接，所述冷凝器(5)与膨胀阀(4)之间依次设有贮液罐(6)和干燥器(7)，所述蒸发器(10)的出、入口可以与电动压缩机(1)、机械压缩机(2)相连，电动压缩机(1)、机械压缩机(2)的出口端与蒸发器(10)的入口之间设有电磁阀(3)，电动压缩机(1)、机械压缩机(2)的入口端与蒸发器(10)的出口之间设有吸气压力调节阀(8)；
所述电动压缩机(1)的动力源为光伏供电系统，所述光伏供电系统包括光伏板(11)、光伏控制器(12)、超级电容(13)、逆变器(14)及蓄电池(15)，所述光伏控制器(12)通过导线分别与光伏板(11)、超级电容(13)、逆变器(14)及蓄电池(15)连接，所述逆变器(14)还与电动压缩机(1)相连，以此实现光伏供电系统对电动压缩机(1)的供电；所述机械压缩机(2)的动力源为发动机(16)，所述发动机(16)与机械压缩机(2)之间设有电磁离合器(17)。
2.如权利要求1所述的一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统，其特征在于，所述光伏控制器(12)包括单向DC/DC、双向DC/DC1及双向DC/DC2，所述光伏板(11)、单向DC/DC、双向DC/DC1、逆变器(14)和电动压缩机(1)依次串联，所述双向DC/DC1与蓄电池(15)并联，所述双向DC/DC2与超级电容(13)并联；所述双向DC/DC2设置于单向DC/DC和双向DC/DC1之间。
3.如权利要求1所述的一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统，其特征在于，所述冷凝器(5)接有两个管道，一个管道用于连接电动压缩机(1)，另一个用于连接机械压缩机(2)。
4.如权利要求1所述的一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统，其特征在于，所述冷凝器(5)和蒸发器(10)均带有风机(9)。
5.一种利用光伏储能的冷藏车混合制冷系统在不同工况下的切换方法，其特征在于，车辆正常行驶、空置停在停车厂时，单向DC/DC工作在MPPT模式下，双向DC/DC1和双向DC/DC2根据所选光伏阵列充电电压和蓄电池(15)、超级电容器(13)的充电电压选择是升压或降压模式，实现对蓄电池(15)和超级电容器(13)的充电；当蓄电池(15)达到最大充电电压时，单向DC/DC工作在恒压模式，双向DC/DC1工作于降压模式，仍由光伏阵列给蓄电池(15)和超级电容器(13)充电，电量充满则关断双向DC/DC；中途停车、车厢预冷或者晚上仍需供电制冷时，单向DC/DC关断，开启双向DC/DC1和双向DC/DC2，由超级电容器(13)和蓄电池(15)给负载供电；当负载电流发生突变时，仅由超级电容器(13)给负载供电；当蓄电池(15)和超级电容器(13)达到过放电压时，则双向DC/DC1和双向DC/DC2均处于关断状态。
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