CN109612185A - 一种移动方舱 - Google Patents

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蒋春艳
王孟召
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Abstract

本发明提供了一种移动方舱，包括箱体，所述箱体内设有散热装置、电源系统、主控制器，以及用于所述主控制器和所述云端服务器通信的通信模块，所述主控制器连接着散热装置、电源系统和通信模块。本发明通过主副压缩机的配置，在主压缩机故障后，副压缩机及时替换工作，保证方舱的正常运行。同时，通过单向阀进行恒压调节，保持系统的稳定性。并且，依靠准确的温度控制，维持温度平衡。通过给冷凝器表面喷水进行散热，降低冷凝器的内部压力，减少高压跳机的风险，清洁度提高，不再积有灰尘，增加了冷凝器的散热效果，提升高温环境下整个系统的稳定性以及制冷效果。

Description

一种移动方舱
技术领域
本发明涉及一种移动方舱，属于移动冷链装置领域。
背景技术
目前，通过冷链运输的各类运输物品种类繁多。尤其药品、疫苗、试剂、血液等医用药品对环境的温湿度非常敏感，如储藏不当，易变质失效。现有的冷链运输装置，对温度的控制和交付数据无法精确的将温度控制在2-8℃之间，没有预警机制和备用机制，掌控度差，一旦故障要到维修点进行维修，延时并不利于保护运输品。而且隔热效果较差，不易清洁。
发明内容
根据现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种移动方舱，目的在于克服现有技术的缺陷而提供移动冷链方舱，提供备用工作机制（双压缩机，主压缩机工作，副压缩机备用）和预警机制。
本发明实现上述目的的技术方案如下：一种移动方舱，包括箱体，所述箱体内设有散热装置、电源系统、主控制器，以及用于所述主控制器和所述云端服务器通信的通信模块，所述主控制器连接着散热装置、电源系统和通信模块。
本发明进一步设置为，所述散热装置包括蒸发器、主压缩机、副压缩机、冷凝器和干燥过滤器；
所述冷凝器的出口连通所述干燥过滤器的进口，所述干燥过滤器的出口通过毛细管连通所述蒸发器的进口；
所述冷凝器的进口通过第一排气管连通主压缩机的出口，通过第二排气管连通副压缩机的进口；所述主压缩机的出口和所述副压缩机的出口之间通过第一回气管连通，所述第一回气管的中部连通第二回气管，所述第二回气管连通蒸发器的出口。
本发明进一步设置为，所述箱体内还设有冷凝器降温系统，所述冷凝器降温系统包括水箱、水泵、雾化喷射器和回流管；所述水泵连通水箱，并通过软管连接雾化喷射器；所述雾化喷射器正对所述冷凝器，所述回流管的一端连通水箱，所述回流管的一端连通用于接水的水盘，所述水盘位于冷凝器下方。
本发明进一步设置为，所述主控制器连接着水泵、所述蒸发器、所述主压缩机和所述副压缩机；所述主控制器电连接着温度传感器，所述温度传感器设于移动方舱外，用于检测冷凝器附近环境温度；
所述温度传感器、所述主控制器、所述通信模块和云端服务器构成温度监控实时报警系统，所述温度传感器采集的舱内温度通过所述主控制器和所述通信模块传送至所述云端服务器；
所述云端服务器将舱内温度与阈值比较，温度异常时推送信息给用户。
本发明进一步设置为，所述主控制器连接着主控制器和副控制器。主控制器检测两个压缩机是否使用正常，并且主控制器会以行程为单位来切换主副压缩机交替工作，这能充分利用双压缩机的优势，并且在主副压缩机切换工作的同时，追踪其使用情况，如有异常及时反馈给主控制器，通过移动网络上传云端服务器，推送报警给相关责任人及时处理，避免因为压缩机的问题产生使用异常。
本发明进一步设置为，所述电源系统包括分别电连接蓄电池的方舱电源管理系统和电池电源管理系统，所述方舱电源管理系统包括开关电源、主控制器、云端服务器和液晶霍尔库仑计；
所述蓄电池通过所述液晶霍尔库仑计向所述主控制器供电；
所述液晶霍尔库仑计监测所述蓄电池的电量；
所述开关电源将市电转换为直流电，一方面通过所述液晶霍尔库仑计给所述蓄电池充电，另一方面给所述主控制器供电；
所述主控制器通过所述液晶霍尔库仑计获取所述蓄电池的采样电压，并传给所述云端服务器；
所述云端服务器将采样电压与预设阈值比较，根据比较结果发送欠压信息给预定手机用户。
所述主控制器包括主板硬件电路和主板处理器，所述主板硬件电路通过电阻分压采样后，将采样电压输给主板处理器，主板处理器将采样电压上传云端服务器。
本发明进一步设置为，所述的预设阈值包括第一阈值和第二阈值，第一阈值为电压过低需要充电的电压值，第二阈值为电压过低电量即将耗尽，主板已切断方舱压缩机供电的电压值；采样电压低于第一阈值时，云端服务器发送欠压信息到手机；采样电压低于第二阈值时，所述主控制器切断方舱压缩机供电，所述云端服务器发送欠压关机信息到手机，可通过如网页端、微信小程序、短信。
本发明进一步设置为，所述述电池电源管理系统包括：
用于采集电池各类参数的电池参数采样模块；
用于计算电池的剩余电量的比例的荷电状态估算模块；
用于均衡各单体电池之间能量的主动均衡控制模块；
根据电池参数诊断电池故障的电池故障诊断模块；以及
根据电池温度对电池降温或升温的电池热管理控制模块。
本发明进一步设置为，所述电池参数采样模块采集的电池参数包括：单体电池电压、单体电池温度、整组电池电压和整组电池电流。
本发明进一步设置为，所述荷电状态估算模块采用卡尔曼滤波法进行荷电状态估算。
本发明进一步设置为，所述电池故障诊断模块通过连接上位机或基于服务器的远程监控平台，所述上位机或远程监控平台根据电池工作时的电流、电压、温度参数，诊断电池的运行状态。
本发明进一步设置为，所述箱体的内壁和外壳均为PE材料。
本发明的有益效果是：本发明通过主副压缩机的配置，在主压缩机故障后，副压缩机及时替换工作，保证方舱的正常运行。同时，通过单向阀进行恒压调节，保持系统的稳定性。并且，依靠准确的温度控制，维持温度平衡。通过给冷凝器表面喷水进行散热，降低冷凝器的内部压力，减少高压跳机的风险，清洁度提高（不再积有灰尘），增加了冷凝器的散热效果，提升高温环境下整个系统的稳定性以及制冷效果。
附图说明
图1是本发明的移动方舱散热装置的原理结构图；
图2是本发明的移动方舱散热装置的实物结构图；
图3是本发明中温度监控实时报警系统的结构图；
图4是本发明中电源系统的结构图；
图5是本发明中电池电源管理系统的模块结构图；
图6是本发明中电池电源管理系统的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1和图2，本发明的移动方舱，包括箱体，以及分别设置在箱体内的蒸发器1、毛细管2、吸气压力调节阀器5、主压缩机13、副压缩机15、第一单向阀16、第二单向阀17、第一回气管11、第二回气管、第一排气管12、第二排气管13、冷凝器3、干燥过滤器4和冷凝器降温系统。
冷凝器3、干燥过滤器4、毛细管2和蒸发器1依次连通。蒸发器1连接吸气压力调节阀器5的进口。主压缩机13的进口通过第一排气管连通吸气压力调节阀器5的出口，主压缩机13的出口通过第一单向阀16连通冷凝器3。副压缩机15的进口通过第二排气管连通吸气压力调节阀器5的 出口，副压缩机15的出口通过第二单向阀17连通冷凝器3。
冷凝器降温系统包括水箱6、水泵7、软管8、雾化喷射器9和回流管10。水泵7从水箱6中吸取水，然后通过软管8后由雾化喷射器9喷到冷凝器3的表面，最后经由回流管10汇入水箱6。
为了实现有效控制，本发明移动方舱还包括：温度传感器30、温度控制面板和主控制器20。温度传感器30用于检测冷凝器3附近环境温度。温度控制面板用于输入温度指令给主控制器20。温度控制面板镶嵌在方舱外部，LED（发光二极管）显示屏直接显示箱体内部温度，便于随时观察箱体内温度变化，用户可根据实际需求，通过温度控制面板输入温度指令。主控制器20根据温度传感器30所测温度或者温度指令，控制水泵7开/闭，同时控制主压缩机13开/闭和副压缩机15开/闭。将收到的温度指令和温度传感器30采集到的环境温度进行对比，下达指令给相应的系统(制冷/制热)，精确到±0.5度。
同时，为实现远端控制，增加通信模块，通信模块连接主控制器20，用于和远端控制平台或手机移动端通信，用于传输指令和参数数据。
如图3所示，温度传感器30、主控制器20、通信模块和云端服务器21构成温度监控实时报警系统。温度传感器30采集的舱内温度通过主控制器20和通信模块传送至云端服务器21，云端服务器21将舱内温度与阈值比较，温度异常时推送信息给用户，温度正常时不报警，通信模块可使用物联网卡。
本发明的移动方舱还包括蓄电池18，以及电连接蓄电池18的电源系统和电池电源管理系统，
如图4所示，电源系统包括S-750-36的开关电源19、主控制器20、云端服务器21和WLS-PVA050的液晶霍尔库仑计22。主控制器20包括主板硬件电路23和主板处理器24。
蓄电池18通过液晶霍尔库仑计22向主控制器20供电。在蓄电池18欠压的情况下，由开关电源19将市电转换为DC24V给主控制器20供电。液晶霍尔库仑计22监测蓄电池18的电量。液晶霍尔库仑计22可以随时观察电池剩余电量百分比(采用电池图标格数表示)和剩余电量数，电池充电时库仑计液晶显示屏会显示负电流、负功率、负累积电能，电池放电时液晶库仑计会显示正电流、正功率及正累积电能，让使用者清晰明了的了解当前电池使用情况。库仑计还可设置超压、低压、超电流报警显示功能，以保证电池的使用稳定性。
主板硬件电路23通过液晶霍尔库仑计22获取蓄电池18的采样电压，通过电阻分压采样后，将采样电压输给主板处理器24，主板处理器24将采样电压上传云端服务器21。云端服务器21将采样电压与预设阈值比较，根据比较结果发送欠压信息给预定手机用户。预设阈值包括第一阈值和第二阈值，采样电压低于第一阈值时，云端服务器21发送欠压信息到预设手机，手机接收到欠压信息后使用者可以给电池充电，以继续满足工作需求。采样电压低于第二阈值时，主控制器20切断方舱压缩机供电，云端服务器21发送欠压关机信息到手机，提醒使用人员方舱压缩机已断电，蓄电池18需要充电。在电压低于第二阈值时，虽然方舱压缩机已被切断供电，但主控制器20依然可以上传方舱温度及位置信息给云端服务器21，主控制器20至少还可以带电工作24小时，以备使用者及时掌握方舱使用情况。本实施例中，第一阈值和第二阈值分别为24.5V和22V。
当蓄电池18欠压，方舱设备已关机时，这时可以启动开关电源19，方舱进入开关电源19供电、充电模式。开关电源19将市电转换为直流电，一方面通过液晶霍尔库仑计22给蓄电池18充电，另一方面给主控制器20供电，以保证方舱安全稳定的运行。因此，方舱利用物联网技术在电源系统的整体协调下使设备端和云端服务器21都可以实现实时查看电池使用情况，实现远程监控，达到控制电源提供稳定电压的目的。
如图5所示，电池电源管理系统包括电池参数采样模块26、荷电状态估算模块27、主动均衡控制模块28、电池故障诊断模块29、电池热管理控制模块210。
蓄电池18由多节单体电池串联形成。电池参数采样模块26用于采集电池各类参数，包括：单体电池电压、单体电池温度、整组电池电压和整组电池电流。电池参数采样是电池管理系统的核心部分，SOC（荷电状态）的估算和均衡系统的控制都是以电池参数的采样数据为基础的。方舱使用者不但能在云端实时查看电压信息，也可以在上位机查看更详细的电池参数。这都依托于电池自身的电池采样系统。电流、总电压的采样周期为20ms，温度的采样周期为16s，采样周期是可优化的，未来可以根据需要重新设计。时刻掌握当前电池详细参数，有利于我们了解电池使用性能，并为后续对电池的持续优化提供帮助，从而最长久有效的使用电池，节省资源。
荷电状态估算模块27用于计算电池的剩余电量的比例。在上位机或显示屏上显示电池剩余电量比例。采用卡尔曼滤波法进行荷电状态估算，比霍尔库仑计22的电量测量精确度更高。霍尔库仑计22的按时计量法是对输出电流直接对时间进行积分，需要一个精准的初始SOC值，而实际精准的SOC值很难得到，由于初始值产生的误差会随着锂电池充放电时间的推移积累下去，这样就会降低测量的精度。但卡尔曼滤波法是通过前一时刻的值来预测下一时刻的值，并通过观测值对预测值进行补偿，通过对误差方差的最小二乘估计来确定补偿加权值。对初始值并不十分敏感，而且收敛性比较好，随着迭代的进行，其值会逐渐靠近真实值。通过更精准的测量电池剩余电量，让使用者通过上位机的监测，更精确的掌握方舱电池的使用情况。从而保证电源供电的稳定性。
蓄电池18由多节单体电池串联形成，由于单体材料、工艺或充电不均等一些因素，导致任何一个单体电池的能量都可能较高或者较低，所以当一个单体电池的能量较高时它可以把能量转出给其他电池，当单体电池能量较低时，它也可以从其他电池获得能量。这种能量的互相转换通过主动均衡控制模块28实现，主动均衡模块的组成主要是LTC3300-1芯片、电池监视器与MCU，均衡系统的均衡算法依托于SOC的估算与采样系统，采用LTC3300-1芯片进行均衡控制。LTC3300-1适用于对多节电池的电池组进行基于变压器的双向主动平衡，该器件集成了所有相关的栅极驱动电路、高精度电池感测、故障检测电路和一个带内置看门狗定时器的坚固型串行接口。LTC3300-1芯片所实现的架构是双向同步反激式，每个LTC3300-1平衡芯片最多可连接6个单体电池，包含6个独立的同步反激式控制器，8节单体电池采用两个LTC3300-1芯片即可进行均衡控制。其均衡工作由MCU通过SPI接口发送命令进行控制，即MCU根据采集到的电池组中各节电压大小以某种均衡算法控制特定变换器工作（时间、方向），以实现整个电池组的电压均衡。主动均衡电路，与一般常用的被动均衡相比能量的利用率更高。各单体电池的能量如果能尽量得到充足的利用，对提高电池的使用寿命有极大的帮助，这也让方舱的使用能够更持久，因为整个方舱最重要、最容易损坏的部件就是蓄电池18，蓄电池18的使用寿命直接决定方舱的实际利用率。
通过电池自身的电源管理系统可以更详细的了解电池参数，最主要的是不需要有网络，云平台对电压的监测对移动用户有较大的帮助，移动用户可以通过手机随时查看电池的电压状态。在无网络的情况下，使用者在与蓄电池18通讯的上位机显示屏或LED（发光二极管）显示屏上可以观察到更加详细的电池参数。上位机还可以设置过充、过放、过流、过温、欠温的参数阈值。在出现上述异常情况时上位机或显示屏会出现报警预警以提醒使用者。
电池故障诊断模块29实时记录电池工作时的电流、电压、温度等参数，并将这些参数传送至监控平台，相互配合，根据电池工作时的电流、电压、温度参数，诊断电池的运行状态。提前发现电池异常与故障判断对方舱的持续高效利用有莫大的帮助。这对物流冷链方舱来说具有里程碑的意义。
电池热管理控制模块210根据电池温度与设定阈值比较，根据差值控制加热模块或者冷却模块对电池进行升温或降温，以预防过温与欠温的异常情况。将电池温度调节到适宜的工作范围内，用以延长电池的使用寿命，保证方舱稳定运行。图6是电池电源管理系统的硬件结构示意图。
以上两种电源管理系统分别在云端和设备端使电池得到最大程度的监测、保护与利用。设备方舱的整体电源管理系统能够将采样电压上传云端服务器21，方便使用者在任何有网络的地点通过手机访问服务器，来掌握电池的电压状态，起到一个极好的预防作用。电源自身的管理系统能够将更详细的电池参数通过与上位机链接于显示屏上显示，方便设备周边的使用者随时查看详细参数，还可提前分析参数信息，用以提前诊断电池健康状况。能将电池详细参数也上传服务器以实现真正的远程监控与诊断。这样，方舱真正实现了全方位、智能化的电源管理。
箱体采用高密度聚氨酯整体发泡技术制作，隔热性能优秀，箱体的内壁和外壳均为PE材料，易清洁。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种移动方舱，包括箱体，其特征在于，所述箱体内设有散热装置、电源系统、主控制器，以及用于所述主控制器和所述云端服务器通信的通信模块，所述主控制器连接着散热装置、电源系统和通信模块。
2.根据权利要求1所述的移动方舱，其特征在于，所述散热装置包括蒸发器、主压缩机、副压缩机、冷凝器和干燥过滤器；
所述冷凝器的出口连通所述干燥过滤器的进口，所述干燥过滤器的出口通过毛细管连通所述蒸发器的进口；
所述冷凝器的进口通过第一排气管连通主压缩机的出口，通过第二排气管连通副压缩机的进口；所述主压缩机的出口和所述副压缩机的出口之间通过第一回气管连通，所述第一回气管的中部连通第二回气管，所述第二回气管连通蒸发器的出口。
3.根据权利要求1所述的移动方舱，其特征在于，所述箱体内还设有冷凝器降温系统，所述冷凝器降温系统包括水箱、水泵、雾化喷射器和回流管；所述水泵连通水箱，并通过软管连接雾化喷射器；所述雾化喷射器正对所述冷凝器，所述回流管的一端连通水箱，所述回流管的一端连通用于接水的水盘，所述水盘位于冷凝器下方。
4.根据权利要求2所述的移动方舱，其特征在于，所述主控制器连接着水泵、所述蒸发器、所述主压缩机和所述副压缩机；所述主控制器电连接着温度传感器，所述温度传感器设于移动方舱外，用于检测冷凝器附近环境温度；
所述温度传感器、所述主控制器、所述通信模块和云端服务器构成温度监控实时报警系统，所述温度传感器采集的舱内温度通过所述主控制器和所述通信模块传送至所述云端服务器；
所述云端服务器将舱内温度与阈值比较，温度异常时推送信息给用户。
5.根据权利要求1所述的移动方舱，其特征在于，所述电源系统包括分别电连接蓄电池的方舱电源管理系统和电池电源管理系统，所述方舱电源管理系统包括开关电源、主控制器、云端服务器和液晶霍尔库仑计；
所述蓄电池通过所述液晶霍尔库仑计向所述主控制器供电；
所述液晶霍尔库仑计监测所述蓄电池的电量；
所述开关电源将市电转换为直流电，一方面通过所述液晶霍尔库仑计给所述蓄电池充电，另一方面给所述主控制器供电；
所述主控制器通过所述液晶霍尔库仑计获取所述蓄电池的采样电压，并传给所述云端服务器；
所述云端服务器将采样电压与预设阈值比较，根据比较结果发送欠压信息给预定手机用户；
所述主控制器包括主板硬件电路和主板处理器，所述主板硬件电路通过电阻分压采样后，将采样电压输给主板处理器，主板处理器将采样电压上传云端服务器。
6.根据权利要求5所述的移动方舱，其特征在于，所述的预设阈值包括第一阈值和第二阈值，第一阈值为电压过低需要充电的电压值，第二阈值为电压过低电量即将耗尽，主板已切断方舱压缩机供电的电压值；采样电压低于第一阈值时，云端服务器发送欠压信息到手机；采样电压低于第二阈值时，所述主控制器切断方舱压缩机供电，所述云端服务器发送欠压关机信息到手机。
7.根据权利要求5所述的移动方舱，其特征在于，所述述电池电源管理系统包括：
用于采集电池各类参数的电池参数采样模块；
用于计算电池的剩余电量的比例的荷电状态估算模块；
用于均衡各单体电池之间能量的主动均衡控制模块；
根据电池参数诊断电池故障的电池故障诊断模块；以及
根据电池温度对电池降温或升温的电池热管理控制模块。
8.根据权利要求7所述的移动方舱，其特征在于，所述电池参数采样模块采集的电池参数包括：单体电池电压、单体电池温度、整组电池电压和整组电池电流。
9.根据权利要求7所述的移动方舱，其特征在于，所述荷电状态估算模块采用卡尔曼滤波法进行荷电状态估算。
10.根据权利要求1所述的移动方舱，其特征在于，所述箱体的内壁和外壳均为PE材料。
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