CN114070101A - 电力调节单元以及使用该电力调节单元的运输制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及电力调节单元以及使用该电力调节单元的运输制冷装置，属于电源技术领域。本公开的电力调节单元包括：整流模块，其被构造为将交流输入进行整流操作以获得第一直流信号；控制器，其被配置为基于用于反映所述交流输入的波动变化的相应参数信息控制所述整流模块的整流操作以使其获得的所述第一直流信号免受所述波动变化的影响；第一输出端，其输出所述第一直流信号；第一直流‑直流转换模块，其被配置为将所述第一直流信号转换为第二直流信号；以及第二输出端，其输出所述第二直流信号。本公开的电力调节单元可以提供多模式的直流输出并且直流输出稳定。

Description

电力调节单元以及使用该电力调节单元的运输制冷装置
技术领域
本公开属于电源技术领域，涉及一种将交流输入转换为直流输出的电力调节单元、以及使用该电力调节单元的运输制冷装置。
背景技术
电力调节单元可以将交流（Alternating Current， AC）输入转换为直流（DirectCurrent，DC）输出并提供相应的直流电信号，其可以配置在例如运输制冷（TransportRefrigeration）装置（例如冷藏卡车）上来为其制冷机组进行直流供电。
目前，一种电力调节单元简单地采用二极管整流桥将交流输入转换为直流输出，并且仅提供一种直流输出模式来为制冷机组供直流电；另一种电力调节单元（例如车载充电器），其采用无桥（Bridge-less）整流技术（例如MOS和二极管组成的无桥整流模块）来将AC转换为DC并将DC升压至设计值，再通过LLC谐振电路控制输出功率。
发明内容
按照本公开的一方面，提供一种电力调节单元，其用于将交流输入转换为直流输出，所述电力调节单元包括：
整流模块，其被构造为将所述交流输入进行整流操作以获得第一直流信号；
控制器，其被配置为基于用于反映所述交流输入的波动变化的相应参数信息控制所述整流模块的整流操作以使其获得的所述第一直流信号基本免受所述波动变化的影响；
第一输出端，其输出所述第一直流信号；
第一直流-直流转换模块，其被配置为将所述第一直流信号转换为第二直流信号；以及
第二输出端，其输出所述第二直流信号。
根据附加或替代实施方案，所述电力调节单元还包括：
第二直流-直流转换模块，其被配置为将所述第一直流信号转换为第三直流信号；以及
第三输出端，其输出所述第三直流信号。
根据附加或替代实施方案，所述第一直流-直流转换模块被构造为能提供恒压或恒流充电模式的直流充电输出装置。
根据附加或替代实施方案，所述第一直流-直流转换模块和/或第二直流-直流转换模块包括LLC谐振电路。
根据附加或替代实施方案，所述第一直流信号是适于为制冷机组供电的高压直流电源，所述第二直流信号是适于为高压电池组充电的直流充电电源，所述第三直流信号是适于为所述制冷机组的控制器供电的低压直流电源；其中，所述低压直流电源的输出电压小于所述高压直流电源的输出电压。
根据附加或替代实施方案，所述参数信息包括交流电压以及交流频率；或者
所述参数信息包括交流电压和、发电机转速和/或发电机温度，其中所述交流输入由发电机输出并提供。
根据附加或替代实施方案，所述控制器被配置为包括：
参数信息处理单元，其用于将接收到的所述参数信息进行分析处理；
比较单元，其用于将分析处理后的相应参数信息与预定值进行比较以确定波动大小；以及
整流控制信号生成单元，其用于基于所述波动大小生成用于所述整流模块的开关元件的整流控制信号。
根据附加或替代实施方案，所述控制器被配置为进一步包括：
直流转换控制单元，其用于生成用于控制直流-直流转换操作的直流转换控制信号。
根据附加或替代实施方案，所述整流模块为可控硅整流模块或绝缘栅双极型功率管IGBT整流模块。
按照本公开的又一方面，提供一种运输制冷装置，其包括制冷机组和制冷机组控制器，并且还包括如以上任一所述的电力调节单元；
其中，所述电力调节单元的第一输出端输出第一直流信号至所述制冷机组以为其供电，所述电力调节单元的第二输出端输出为高压电池组充电的第二直流信号。
根据附加或替代实施方案，所述高压电池组为设置在所述运输制冷装置中的专用的电池组。
根据附加或替代实施方案，所述电力调节单元的第三输出端输出第三直流信号至所述制冷机组控制器以为其供电。
根据以下描述和附图本发明的以上特征、操作和优点将变得更加明显。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本公开的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
图1是按照本公开一实施例的电力调节单元的模块结构示意图。
图2是按照本公开又一实施例的电力调节单元的模块结构示意图。
图3是按照本公开一实施例的电力调节单元所使用的控制器的模块结构示意图。
图4是按照本公开一实施例的运输制冷装置的模块结构示意图。
具体实施方式
出于简洁和说明性目的，本文主要参考其示范实施例来描述本发明的原理。但是，本领域技术人员将容易地认识到，相同的原理可等效地应用于所有类型的电力调节单元和/或使用电力调节单元的运输制冷装置并且可以在其中实施这些相同的原理，以及任何此类变化不背离本专利申请的真实精神和范围。而且，在下文描述中，参考了附图，这些附图图示特定的示范实施例。在不背离本发明的精神和范围的前提下可以对这些实施例进行电、机械、逻辑和结构上的更改。此外，虽然本发明的特征是结合若干实施/实施例的仅其中之一来公开的，但是如针对任何给定或可识别的功能可能是期望和/或有利的，可以将此特征与其他实施/实施例的一个或多个其他特征进行组合。因此，下文描述不应视为在限制意义上的，并且本发明的范围由所附权利要求及其等效物来定义。
尽管阐述本发明的广义范围的数值范围和参数是适合的，但是特定示例中阐述的数值是尽可能精确地进行报告的。然而，任何数值固有地包括因其相应测试测量中常见的标准离差必然导致的某些误差。而且，本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包括的任何以及所有子范围。在被使用的情况下，术语“第一”、“第二”等不一定表示任何顺序或优先级关系，而是可以用于更清晰地将元件等彼此区分。
以下示例的电力调节单元是以在运输制冷（Transport Refrigeration）装置（例如运输制冷单元TRU）的应用环境下进行说明的，将理解，以下示例的电力调节单元同样可以应用于与运输制冷装置具有相似的供电要求的其他装置中。
图1所示为按照本公开一实施例的电力调节单元的模块结构示意图。参见图1，电力调节单元10可以将交流输入91转换为直流输出，示例地，电力调节单元10通过第一输出端142和第二输出端152提供两种直流输出，从而可以提供双模式直流输出。
交流输入91可以是各种类型的交流电信号，其例如可以通过发电机来提供、也可以通过市电来提供。将理解，交流输入91的来源或类型等不是限制性的，其可以根据电力调节单元的具体应用环境来选择确定。
电力调节单元10主要地包括整流模块110，整流模块110可以被构造为将交流输入91进行整流操作以获得第一直流信号；其中，第一直流信号是一种适于为制冷机组供电的高压直流电源，其具有较高的电压（例如其电压大于或等于250V且小于或等于750V），例如第一直流信号的电压可以达到650伏。整流模块110的输入端接入交流输入91、输出端电连接高压直流母线140，第一直流信号可以直接输出到电力调节单元10内部的高压直流母线140上。高压直流母线140上的第一直流信号可以通过第一输出端142输出，从而为制冷机组的高压负载供电。
发明人注意到，交流输入91容易因各种因素（例如车辆上的发电机提供交流电时发电机功率容易产生较大波动）发生波动变化，从而现有的电力调节单元的直流输出表现为不稳定，这对于例如制冷机组等高压负载是非常不利的。
在一实施例中，鉴于交流输入91的波动变化，电力调节单元10中还设置有控制器130，用于反映交流输入91的波动变化的相应参数信息92被输入至控制器130中，控制器91被配置为基于相应参数信息92控制整流模块110的整流操作以使其获得的第一直流信号基本免受交流输入91的波动变化的影响，例如，输出到高压直流母线140上的第一直流信号具有稳定的直流电压且基本不具有电压波动。这样，即使交流输入91在交流电压和/或交流频率等方面发生明显波动变化，第一输出端142输出的高压直流电源也保持稳定，对制冷机组等高压负载的影响小。
在一实施例中，反映交流输入91的波动变化的参数信息92主要包括交流电压92b和交流频率92a，当交流输入91由例如市电提供时，交流电压92b和交流频率92a可以通过相应的采集元件获取。在又一实施例中，如果交流输入由发电机输出并提供，反映交流输入91的波动变化的参数信息92可以主要包括交流电压92b、发电机转速，还可以包括发电机温度；其中，发电机转速用来反映交流频率，它们可以通过对应发电机301设置的采集部件302来精确地采集得到。将理解，任何可以用来表征交流电压92b/交流频率92a的变化的参数信息都可以被采集并接入控制器130中。
整流模块110具体地可以为可控硅整流模块，其可以通过多个例如晶闸管来实现。整流模块110具体地也可以为IGBT（绝缘栅双极型功率管）整流模块，其可以通过多个IGBT来实现。控制器130输出的整流控制信号可以加载在晶闸管或IGBT上主动控制其导通或关断，从而使整流模块110的输出保持稳定。
继续如图1所示，电力调节单元10中还设置有第一直流-直流（DC/DC）转换模块150，第一直流-直流转换模块150被配置为接收第一直流信号并将第一直流信号转换为不同于第一直流信号的第二直流信号151；对应于的第一直流信号，设置有电力调节单元10的第二输出端152，第二直流信号从第二输出端152输出。因此，电力调节单元10可以提供两种不同的直流输出。
在一实施例中，第一直流信号是适于为制冷机组等高压负载供电的高压直流电源，第二直流信号151是适于为高压电池组充电的直流充电电源；从而电力调节单元10可以提供两种完全不同的输出模式；在第一种输出模式下电力调节单元10对应输出高压直流电源，其可以为类似于制冷机组的高压负载供电；在第二种输出模式下电力调节单元10对应输出直流充电电源，其可以为高压电池组充电；从而，在例如运输制冷装置即使只有交流输入91的应用环境下，电力调节单元10既可以方便地为制冷机组稳定地供电、又可以为运输制冷装置专用的电池组进行充电，非常容易满足运输制冷装置的供电要求，制冷机组能可靠地工作且寿命长。
对应地，第一直流-直流转换模块150可以被构造为能提供恒压或恒流充电模式的直流充电输出装置。第一直流-直流转换模块150的输出功率是可控的，并且以不同的模式（例如恒压模式、恒流模式）下工作以对高压电池组充电。
在一示例中，在第一直流-直流转换模块150被触发进行充电操作的情况下，第一直流-直流转换模块150可以先工作在以恒流模式提供恒流输出的直流充电电源再转换成以恒压模式提供恒压输出的直流充电电源；第一直流-直流转换模块150可以与控制器130连接，并且由控制器130控制第一直流-直流转换模块150进行恒压模式-恒流模式转换操作，从而完成具体的充电控制过程。将理解，直流充电输出装置的具体充电操作并不限于上述示例，可以根据高压电池组的相应要求来进行设计。
具体地，第一直流-直流转换模块可以通过LLC谐振电路来实现，LLC谐振电路的具体电路结构不是限制性。
继续如图1所示，第二输出端152与第一输出端142之间设置有连接电路，通过该连接电路，第二输出端152对应的高压电池组可以为制冷机组等高压负载供电（例如缺少交流输入91的情况下）；该连接电路上进一步设置有受控制器130控制的功率开关元件153（例如IGBT），在控制器130控制整流模块110和第一直流-直流转换模块150同时工作时，为避免在充电的高压电池组为例如制冷机组供电，控制器130可以同时控制功率开关元件153关断。
需要说明的是，以上示例说明的电力调节单元10的元件可以集成在一块电路板上，从而使得其整体结构紧凑、占用空间小。
图2所示为按照本公开又一实施例的电力调节单元的模块结构示意图。参见图2，电力调节单元20相比于电力调节单元10，电力调节单元20多提供了一种直流输出模式，对应地，电力调节单元20中还设置了第二直流-直流转换模块170，第二直流-直流转换模块170被配置为接收第一直流信号并将第一直流信号转换为第三直流信号171；并且还包括第三输出端172，第三输出端172输出第三直流信号171。
第三直流信号171可以是适于为制冷机组的控制器供电的低压直流电源；其中，低压直流电源的输出电压明显小于第一输出端142的高压直流电源的输出电压，例如其输出电压低于36V（例如12V或24V）。第三输出端172因此可以为运输制冷装置的低压负载进行直流供电，更好地满足了类似于运输制冷装置使用环境下的供电要求。
继续参见图2，第二直流-直流转换模块170可以与控制器130连接，并且由控制器130控制第二直流-直流转换模块170进行相应的直流转换操作，从而完成直流高压到直流低压的转换过程。第二直流-直流转换模块170也可以通过LLC谐振电路来实现，LLC谐振电路的具体电路结构不是限制性。
将理解，电力调节单元20中还可以集成设置有电力调节单元10中的元件或部件并能获得相同或类似的功能，在此不再对它们一一赘述。
图3示出了电力调节单元10或20中所使用控制器130的模块结构，其中，控制器130可以包括参数信息处理单元131、比较单元132、整流控制信号生成单元133、直流转换控制单元134。参数信息处理单元131可以将接收到的参数信息92a或92b进行分析处理，例如提取参数信息92a或92b中的对应交流电压或交流频率的特征量；比较单元132可以将分析处理后的相应参数信息与预定值进行比较以确定波动大小，将理解，预定值可以由稳定状态下的交流输入91确定；整流控制信号生成单元133可以基于波动大小生成用于整流模块110的开关元件（例如晶闸管或IGBT）的整流控制信号；直流转换控制单元134可以生成控制直流-直流转换操作的直流转换控制信号（例如包括恒压模式-恒流模式转换控制信号），直流转换控制信号可以有多个，例如分别加载在第一直流-直流转换模块150上的直流转换控制信号和加载在第二直流-直流转换模块170上的直流转换控制信号，它们可以是不同的。示例地，加载在第二直流-直流转换模块170上的直流转换控制信号可以用来触发第二直流-直流转换模块170开始工作、控制第二直流-直流转换模块170具体输出的第三直流信号171的电压大小。
控制器177具体地可以包括运算逻辑单元(ALU)、浮点数单元(FPU)、数字信号处理(DSP)、可编程控制器或者它们的任何组合，其可以被预先地编程来实现例如图3所示的模块。
以上示例的电力调节单元10或20不但可以抑制交流输入91的波动变化并能够提供稳定的直流输出，并且能提供多模式下的多路直流输出，非常适合应用于对直流输出稳定要求高且要求多模式的多路直流输出的环境下应用，例如在如图4示例的运输制冷装置200中应用。
图4基于图2示例的电力调节单元20示例说明了其在一实施例的运输制冷装置200中的应用原理。参见图4，运输制冷装置200可以包括制冷机组203和制冷机组控制器205，运输制冷装置200整体可以以例如附于保温箱上的形式安装在电动汽车或燃油汽车上，这样，在例如运输过程中运输制冷装置200也可以控制保温箱内部的温度。
在运输制冷装置200安装于燃油汽车上时，由于燃油汽车上一般地装有发电机301，在运输工况下，发电机301可以为电力调节单元20提供交流输入91， 同时在非运输工况下，交流输入91可以从市电等外部接入。
在运输制冷装置200安装于电动汽车上时，在非运输工况下，交流输入91可以从市电等外部接入；在运输工况下，可以是电动汽车行驶提供能量的高压动力电池组、也可以是运输制冷装置200专用的电池组（例如在不允许使用电动汽车自身的高压动力电池组的情况下），为制冷机组203和电力调节单元200提供直流高压供电；在例如充电工况下，电力调节单元20可以同时为制冷机组203、高压电池组204供电。
继续参见图4，电力调节单元20的第一输出端142可以输出第一直流信号至制冷机组203以为其供电；电力调节单元20的第二输出端152可以输出为高压电池组204充电的第二直流信号151，高压电池组204可以是运输制冷装置200专用的电池组；电力调节单元20的第三输出端172输出第三直流信号171至制冷机组控制器205以为其供电。
由此可见，电力调节单元20/运输制冷装置200可以同时兼容于具有发电机301的燃油汽车和新型的电动车辆，因此，适用性好；多模式直流输出允许在对高压电池组204（例如运输制冷装置200专用的高压电池组204）进行充电的同时还能为制冷机组203甚至制冷机组控制器205正常供电，可以确定充电过程运输制冷装置200的例如集装箱中的温度处于良好的控制；并且，不需要为运输制冷装置200提供多个电力调节单元，成本低、节省了安装空间。
将理解，当据称将部件“连接”或“耦接”到另一个部件时，它可以直接连接或耦接到另一个部件或可以存在中间部件。
以上例子主要说明了本发明的电力调节单元以及使用其的运输制冷装置。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (12)

1.一种电力调节单元，其用于将交流输入转换为直流输出，其特征在于，所述电力调节单元包括：
整流模块，其被构造为将所述交流输入进行整流操作以获得第一直流信号；
控制器，其被配置为基于用于反映所述交流输入的波动变化的相应参数信息控制所述整流模块的整流操作以使其获得的所述第一直流信号免受所述波动变化的影响；
第一输出端，其输出所述第一直流信号；
第一直流-直流转换模块，其被配置为将所述第一直流信号转换为第二直流信号；以及
第二输出端，其输出所述第二直流信号。
2.如权利要求1所述的电力调节单元，其特征在于，还包括：
第二直流-直流转换模块，其被配置为将所述第一直流信号转换为第三直流信号；以及
第三输出端，其输出所述第三直流信号。
3.如权利要求1所述的电力调节单元，其特征在于，所述第一直流-直流转换模块被构造为能提供恒压或恒流充电模式的直流充电输出装置。
4.如权利要求1所述的电力调节单元，其特征在于，所述第一直流-直流转换模块和/或第二直流-直流转换模块包括LLC谐振电路。
5.如权利要求2所述的电力调节单元，其特征在于，所述第一直流信号是适于为制冷机组供电的高压直流电源，所述第二直流信号是适于为高压电池组充电的直流充电电源，所述第三直流信号是适于为所述制冷机组的控制器供电的低压直流电源；其中，所述低压直流电源的输出电压小于所述高压直流电源的输出电压。
6.如权利要求1所述的电力调节单元，其特征在于，所述参数信息包括交流电压以及交流频率；或者
所述参数信息包括交流电压和发电机转速、和/或发电机温度，其中所述交流输入由发电机输出并提供。
7.如权利要求1所述的电力调节单元，其特征在于，所述控制器被配置为包括：
参数信息处理单元，其用于将接收到的所述参数信息进行分析处理；
比较单元，其用于将分析处理后的相应参数信息与预定值进行比较以确定波动大小；以及
整流控制信号生成单元，其用于基于所述波动大小生成用于所述整流模块的开关元件的整流控制信号。
8.如权利要求7所述的电力调节单元，其特征在于，所述控制器被配置为进一步包括：
直流转换控制单元，其用于生成用于控制直流-直流转换操作的直流转换控制信号。
9.如权利要求1所述的电力调节单元，其特征在于，所述整流模块为可控硅整流模块或绝缘栅双极型功率管IGBT整流模块。
10.一种运输制冷装置，包括制冷机组和制冷机组控制器，其特征在于，还包括如权利要求1-9中任一所述的电力调节单元；
其中，所述电力调节单元的第一输出端输出第一直流信号至所述制冷机组以为其供电，所述电力调节单元的第二输出端输出为高压电池组充电的第二直流信号。
11.如权利要求10所述的运输制冷装置，其特征在于，所述高压电池组为设置在所述运输制冷装置中的专用的电池组。
12.如权利要求10所述的运输制冷装置，其特征在于，
所述电力调节单元的第三输出端输出第三直流信号至所述制冷机组控制器以为其供电。
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