CN116653821A - 具有直流电源的运输制冷系统 - Google Patents

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CN116653821A CN202310162369.1A CN202310162369A CN116653821A CN 116653821 A CN116653821 A CN 116653821A CN 202310162369 A CN202310162369 A CN 202310162369A CN 116653821 A CN116653821 A CN 116653821A
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Abstract

一种运输制冷系统，包括：运输制冷单元，被配置成向集装箱的冷藏载货空间提供调节空气；低压DC电源，包括被配置成向运输制冷单元提供电力的燃料电池；功率转换器，被配置成在供应给运输制冷单元负载之前调节来自低压DC电源的DC功率；以及功率管理模块，被配置成管理提供给运输制冷单元的功率。

Description

具有直流电源的运输制冷系统
技术领域
本文公开的实施例一般涉及运输制冷系统，并且更具体地，涉及具有直流电源的运输制冷系统。
背景技术
冷藏交通工具和拖车通常用于运输易腐物品。运输制冷单元(TRU)通常被安装到交通工具或拖车上，与限定在交通工具或拖车内的载货空间操作关联，用于维持载货空间内的受控温度环境。
常规地，与冷藏交通工具和冷藏拖车结合使用的运输制冷单元包括制冷剂压缩机、带有一个或多个关联冷凝器风扇的冷凝器、膨胀装置和带有一个或多个关联蒸发器风扇的蒸发器，它们经由适当的制冷剂管路在封闭的制冷剂流动回路中连接。空气或空气/气体混合物借助于与蒸发器关联的(一个或多个)蒸发器风扇从载货空间的内部体积中抽出，以与制冷剂进行热交换的关系穿过蒸发器的空气侧，由此制冷剂从空气中吸收热量，从而冷却空气。冷却的空气然后被供应回载货空间。
在许多商用运输制冷单元中，压缩机通常还有运输制冷单元的其它组件，在运送过程期间由原动机或者通过或者直接机械耦合或者皮带传动来提供动力。备选地，运输制冷单元可以是电力供电的(例如，使用生成AC功率的交流(AC)同步发电机)。所生成的AC功率通常被用于给电动马达供电，以驱动制冷压缩机和运输制冷单元的其它组件。
传统运输制冷单元的特征在于高压AC组件(例如，发电机、压缩机、风扇等)，它们并不理想地适合由较低压直流(DC)电源直接供电。与常规的柴油发动机供电的发电机相比，这种系统要求大量电转换(以及它们关联的所要求的硬件)来获得DC电源的可持续性益处。
发明内容
根据一个实施例，一种运输制冷系统，包括：运输制冷单元，被配置成向集装箱的冷藏载货空间提供调节空气；低压DC电源，包括被配置成向所述运输制冷单元提供电力的燃料电池；功率转换器，被配置成在供应给运输制冷单元负载之前调节来自所述低压DC电源的DC功率；以及功率管理模块，被配置成管理提供给运输制冷单元的功率。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例可以包括，其中，所述低压DC电源包括一个或多个补充电源，所述补充电源被配置成向所述运输制冷单元提供补充电力。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例可以包括，其中，所述一个或多个补充电源包括：能量存储装置，被配置成存储电力并向所述运输制冷单元提供电力；以及电生成装置，被配置成生成电力并将电力提供给运输制冷单元。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例可以包括，其中，所述一个或多个补充电源包括能量存储装置，所述能量存储装置被配置成存储电力并向所述运输制冷单元提供电力。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例可以包括，其中，所述能量存储装置包括电池系统、电容器或热存储系统中的至少一个。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例可以包括，其中，所述一个或多个补充电源包括电生成装置，所述电生成装置被配置成生成电力并将所述电力提供给所述运输制冷单元。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例可以包括，其中，所述电生成装置包括小型辅助内燃机发电机、轮轴发电机、轮毂发电机或太阳能板中的至少一个。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例可以包括，其中，所述功率转换器包括：连接到低压DC电源输出的低压逆变器；连接到低压逆变器输出的低频变压器；连接到运输制冷单元负载的低频变压器的输出。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例可以包括，其中，所述功率转换器包括：连接到低压DC电源输出的高频变压器隔离的DC-DC转换器；连接到高频DC-DC转换器输出的高压逆变器；连接到运输制冷单元负载的高压逆变器的输出。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例可以包括，其中，所述功率转换器包括：低压中频逆变器，其连接到所述低压DC电源的输出；中频变压器，其连接到所述低压中频逆变器的输出；AC-AC转换器，其连接到所述中频变压器的输出；所述AC-AC转换器的输出，其连接到所述运输制冷单元负载。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例可以包括，其中，所述功率转换器包括：低压逆变器，其连接到所述低压DC电源的输出；低频变压器，其连接到所述低压逆变器的输出；所述低频变压器的输出，其连接到所述运输制冷单元负载；所述低压DC电源的输出，其连接到第二运输制冷单元负载。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例可以包括，其中，所述功率转换器包括：低压中频逆变器，其连接到所述低压DC电源的输出；中频变压器，其连接到所述低压中频逆变器的输出；AC/DC/AC转换器，其连接到所述中频变压器的输出；所述AC/DC/AC转换器的输出，其连接到所述运输制冷单元负载；所述AC/DC/AC转换器的输出，其连接到第二运输制冷单元负载；所述低压DC电源的输出，其连接到第三运输制冷单元负载。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例可以包括，其中，所述功率转换器包括：高频变压器隔离的DC-DC转换器，其连接到所述低压DC电源的输出；高压逆变器，其连接到所述高频DC-DC转换器的输出；所述高压逆变器的输出，其连接到所述运输制冷单元负载；所述高频变压器隔离的DC-DC转换器的输出，其连接到第二运输制冷单元负载；所述低压DC电源的输出，其连接到第三运输制冷单元负载。
根据另一个实施例，运输制冷系统包括：运输制冷单元，被配置成向集装箱的冷藏载货空间提供调节空气，所述运输制冷单元具有运输制冷单元负载；低压DC电源，包括配置成向所述运输制冷单元提供电力的燃料电池；其中，所述低压DC电源直接连接到所述运输制冷单元负载。
本公开实施例的技术效果包括用一个或多个直流电源为运输制冷系统供电。
除非另有明确指示，否则前述特征和元件可以各种组合进行组合，而没有排他性。鉴于以下描述和附图，这些特征和元件以及其操作将变得更加明显。然而，应该理解，以下描述和附图意在本质上是说明性和解释性的而非限制性的。
附图说明
以下描述不应被视为以任何方式的限制。参考附图，相似的元件被相似地编号：
图1是根据本公开实施例的示例性运输制冷系统的示意图示。
图2是根据本公开实施例的图1运输制冷系统的示例性运输制冷单元的放大示意图示。
图3描绘了根据本公开实施例的电功率架构。
图4描绘了根据本公开实施例的电功率架构。
图5描绘了根据本公开实施例的电功率架构。
图6描绘了根据本公开实施例的电功率架构。
图7描绘了根据本公开实施例的电功率架构。
图8描绘了根据本公开实施例的电功率架构。
图9描绘了根据本公开实施例的电功率架构。
具体实施方式
本文公开的实施例涉及用一个或多个DC电源给运输制冷单元供电。参考图1和图2，图示了本公开的各种实施例。图1示出了根据本公开实施例的运输制冷系统200的示意图示。图2示出了根据本公开实施例的图1的运输制冷系统200的放大示意图示。
运输制冷系统200被图示为如图1所见的运输系统100。运输系统100包括整体连接到运输集装箱106的交通工具102。交通工具102包括驾驶舱或驾驶室104和推进马达320，该马达充当运输系统100的驱动系统。推进马达320被配置成给交通工具102供电。给推进马达320供电的能源可以是压缩天然气、液化天然气、汽油、电力、柴油、燃料电池或其任意组合中的至少一种。推进马达320可以是电动马达或混合马达(例如，内燃机和电动马达)。运输集装箱106耦合到交通工具102。运输集装箱106可以可拆卸地耦合到交通工具102。运输集装箱106是冷藏拖车，并且包括顶壁108、直接相对的底壁110、相对的侧壁112和前壁114，其中前壁114最靠近交通工具102。运输集装箱106进一步包括在与前壁114相对的后壁116处的一个或多个门117。运输集装箱106的壁限定了冷藏载货空间119。本领域技术人员领会到，本文描述的实施例可以应用于牵引车-拖车冷藏系统或非拖车制冷，诸如例如刚性卡车、具有冷藏室的卡车和/或具有载货空间的装运集装箱。
通常，运输制冷系统200用于运输和配送易腐物品和环境敏感物品(本文称为易腐物品118)。易腐物品118可以包括但不限于水果、蔬菜、谷物、豆类、坚果、蛋类、乳制品、种子、花卉、肉类、家禽、鱼、冰、血液、药物或任何其它需要温控运输的合适货物。参考图2，运输制冷系统200包括运输制冷单元22、制冷剂压缩装置32、用于驱动制冷剂压缩装置32的电动马达26和控制器30。运输制冷单元22与冷藏载货空间119操作关联，并且被配置成向运输集装箱106提供调节空气。运输制冷单元22在控制器30的控制下运作，以建立和调节期望的环境参数，诸如例如温度、压力、湿度、二氧化碳、乙烯、臭氧、曝光、振动暴露以及本领域普通技术人员已知的冷藏载货空间119中的其它条件。在一个实施例中，运输制冷单元22能够提供期望的温度和湿度范围。
运输制冷单元22包括制冷剂压缩装置32、制冷剂排热换热器34、膨胀装置36和制冷剂吸热换热器38，它们以制冷剂流动连通的方式在闭环制冷剂回路中连接，并布置在常规制冷循环中。运输制冷单元22还包括与制冷剂排热换热器34关联并由(一个或多个)风扇马达42驱动的一个或多个风扇40，以及与制冷剂吸热热交换器38关联并由(一个或多个)风扇马达46驱动的一个或多个风扇44。运输制冷单元22还可包括与制冷剂吸热换热器38关联的加热器48。在一个实施例中，加热器48可以是电阻加热器。应当理解，其它组件(未示出)可以根据需要并入制冷剂回路中，包括例如但不限于吸入调制阀、接收器、过滤器/干燥器、节能器回路。
例如，制冷剂排热换热器34例如可包括一个或多个制冷剂输送盘管或由多个制冷剂输送管形成的一个或多个管束，所述制冷剂输送管穿过流路到达热出口142。(一个或多个)风扇40操作以使空气(通常是周围环境空气)穿过制冷剂排热换热器34的管，以冷却通过管的制冷剂蒸汽。制冷剂排热换热器34可以作为制冷剂冷凝器操作，诸如如果运输制冷单元22在亚临界制冷剂循环中操作，或者作为制冷剂气体冷却器，诸如如果运输制冷单元22在跨临界循环中操作。
例如，制冷剂吸热换热器38例如还可包括一个或多个制冷剂输送盘管或由多个制冷剂输送管形成的一个或多个管束，所述制冷剂输送管从返回空气入口136延伸穿过流路。(一个或多个)风扇44操作用于使从冷藏载货空间119抽出的空气穿过制冷剂吸热换热器38的管，以加热和蒸发穿过管的制冷剂液体并冷却空气。穿过制冷剂吸热换热器38时被冷却的空气通过制冷单元出口140被供应回冷藏载货空间119。应该理解的是，术语“空气”当本文用于指货箱内的大气时，包括空气与其它气体的混合物，诸如例如但不限于有时被引入到冷藏货箱中用于运输易腐产品的氮气或二氧化碳。
气流借助于运输制冷单元22循环进入并通过运输集装箱106的冷藏载货空间119。返回气流134从冷藏载货空间119通过制冷单元返回空气入口136流入运输制冷单元22，并经由风扇44穿过制冷剂吸热换热器38，从而将返回气流134调节到选定或预定的温度。被调节的返回气流134，现在被称为供应气流138，通过制冷单元出口140被供应到运输集装箱106的冷藏载货空间119中。热量135通过热量出口142从制冷剂排热换热器34中移除。如图2所示，运输制冷单元22可包含外部空气入口144，以通过拉入外部空气137来帮助从制冷剂排热换热器34移除热量135。供应气流138可以冷却运输集装箱106的冷藏载货空间119中的易腐物品118。应当领会，当例如外部温度非常低时，运输制冷单元22能进一步反向操作以使运输集装箱106变暖。在图示的实施例中，返回空气入口136、制冷单元出口140、热出口142和外部空气入口144被配置为格栅，以帮助防止外来物体进入运输制冷单元22。
运输制冷系统200还包括控制器30，该控制器配置用于控制运输制冷系统200的操作，包括但不限于制冷单元22的各种组件的操作，以提供和维持冷藏载货空间119内所期望的热环境。控制器30可能还能够选择性地操作电动马达26。控制器30可以是电子控制器，包括处理器和关联的存储器存储器，存储器包括计算机可执行指令，所述指令当由处理器执行时使得处理器执行各种操作。处理器可以是但不限于各种各样可能架构中的任何一种的单处理器或多处理器系统，所述架构包括同质或异质布置的现场可编程门阵列(FPGA)、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或图形处理单元(GPU)硬件。存储器可以是存储装置，诸如例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或其它电子、光、磁或任何其它计算机可读介质。由控制器30获得的信息可以通过远程信息处理上传到数据管理系统。
参考图1，运输制冷单元22由一个或多个DC电源供电，包括但不限于燃料电池400和/或一个或多个补充DC电源500。
燃料电池400可包括由电解质分开的阳极电极和阴极电极(为简单起见，未示出)。诸如氢气的还原性流体被供应到阳极电极，并且诸如氧气或空气的氧化剂被供应到阴极电极。在利用质子交换膜(“PEM”)作为电解质的电池中，氢气在阳极电极的催化剂表面进行电化学反应，以产生氢离子和电子。电子被传导到外部负载电路(例如，运输制冷单元22或能量存储装置510)，并且然后返回到阴极电极，同时氢离子通过电解质转移到阴极电极，在阴极电极，它们与氧化剂和电子反应，以产生水并释放热能。燃料箱410被配置成存储还原性流体并将其提供给燃料电池400。在一个实施例中，还原性流体是氢气。在一个实施例中，燃料电池400和燃料箱410可以位于运输制冷单元22的外部，如图1所示。
在一个实施例中，一个或多个补充电源500可以位于运输制冷单元22的外部，如图1所示。在另一个实施例中，一个或多个补充电源500可以位于运输制冷单元22内。一个或多个补充电源500可以包括能量存储装置510和/或电生成装置520。燃料电池400可以直接给运输制冷单元22供电，或者可以向能量存储装置510提供电力，该能量存储装置然后向运输制冷单元22提供功率。
能量存储装置510可以包括电池系统512、电容器514、热存储系统518和/或本领域技术人员已知的任何其它电力存储系统。电池系统512可以包括化学电池、锂离子电池、固态电池、液流电池或本领域技术人员已知的任何其它类型的电池。电池系统512可以采用组织成电池组的多个电池。电容器514可以是电解电容器、云母电容器、纸电容器、薄膜电容器、非极化电容器、陶瓷电容器或本领域技术人员已知的任何类型的电容器。热存储系统518可以被配置成通过电化学或相变材料吸收热量，用于以后的能量提取。
由电生成装置520生成的电力可以为能量存储装置510充电，或直接给运输制冷单元22供电。电生成装置520可包括轮轴发电机524、轮毂发电机526和/或本领域技术人员已知的任何其它电力生成系统(例如，顶壁108外部的太阳能板)。
轮轴发电机524被配置成当运输制冷系统20运动时回收旋转能，并将旋转能转换为电能，诸如例如，当运输系统100的轮轴365由于加速、巡航或制动而旋转时。轮轴发电机524可以被安装在或可操作地连接到运输系统100的轮轴365上。要理解，轮轴发电机524可以被安装在运输系统100的任何轮轴365上，并且图1所图示的轮轴发电机524的安装位置是安装位置的一个示例。轮轴发电机524可以通过至少一个机械联动装置，诸如例如驱动轴、皮带系统或齿轮系统，可操作地连接到轮轴365。机械联动装置被配置成当轮轴发电机524被激活时随着轮轴365旋转而旋转轮轴发电机524。轮轴发电机524可包括被配置成在至少一个电压下生成直流(DC)功率的DC发电机。
轮毂发电机526被配置成当运输制冷系统20运动时回收旋转能，并将旋转能转换为电能，诸如例如，当运输系统100的车轮364由于加速、巡航或制动而旋转时。轮毂发电机526可以被安装在运输系统100的车轮364上。要理解，轮毂发电机526可以被安装在运输系统100的任何车轮364上，并且图1所图示的轮毂发电机526的安装位置是安装位置的一个示例。轮毂发电机526可以通过至少一个机械联动装置，诸如例如驱动轴、皮带系统或齿轮系统，可操作地连接到车轮364。机械联动装置被配置成当轮毂发电机526被激活时随着车轮364旋转而旋转轮毂发电机526。轮毂发电机526可包括被配置成在至少一个电压下生成直流(DC)功率的DC发电机。
惯性传感器360可以存在并且被配置成检测交通工具102的减速度和交通工具102的向下俯仰(例如，指示交通工具102正在下坡移动)中的至少一项。惯性传感器360可以是5轴传感器。惯性传感器360可以被配置成检测三个线性加速度和两个旋转加速度。三个线性加速度可以沿着三维笛卡尔坐标系的X轴、Y轴和Z轴。旋转加速度可以围绕三维笛卡尔坐标系的三个轴中的两个，诸如例如X轴和Z轴。惯性传感器360可以利用多个连接的传感器或单个传感器来完成这种检测。在一个实施例中，惯性传感器360是与功率管理模块310电子通信的单个传感器。功率管理模块310被配置成当惯性传感器360检测到交通工具102的减速和交通工具102的向下俯仰中的至少一个时，激活轮轴发电机524和/或轮毂发电机526。惯性传感器360还可以包括GPS装置，以便提前预测交通工具102的减速度和交通工具102的向下俯仰中的至少一个。
能量存储装置510可通过固定充电站386(诸如例如墙壁480V AC电源插座)充电。
运输制冷单元22在能量存储装置510上具有多个电功率需求负载，包括但不限于用于压缩装置32的电动马达26、用于与制冷剂排热换热器34关联的风扇40的驱动马达42、以及用于与制冷剂吸热换热器38、加热器48和控制器30关联的风扇44的驱动马达46。由于风扇马达42、46和电动马达26中的每个都可以是AC马达或DC马达，要理解到，各种功率转换器52，诸如AC到DC整流器、DC到AC逆变器、正弦滤波器、AC到AC电压/频率转换器和DC到DC电压转换器，并且相关的滤波器可以被适当地与能量存储装置510结合采用。运输制冷系统200还可以包括电压传感器28，以感测进入运输制冷单元22的电压。
运输制冷单元22的功率需求负载可由能量管理系统300管理和满足。能量管理系统300可以包括燃料电池400和/或一个或多个补充电源500。能量管理系统300包括与运输制冷单元22、燃料电池400和/或一个或多个补充电源500通信的功率管理模块310。
功率管理模块310可以是电子控制器，包括处理器和关联的存储器，该存储器包括计算机可执行指令，所述指令当由处理器执行时使得处理器执行各种操作。处理器可以是但不限于各种各样可能架构中的任何一种的单处理器或多处理器系统，所述架构包括同质或异质布置的现场可编程门阵列(FPGA)、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或图形处理单元(GPU)硬件。存储器可以是存储装置，诸如例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或其它电子、光、磁或任何其它计算机可读介质。功率管理模块310可以由控制器30实现。
功率管理模块310被配置成控制电力从一个或多个DC电源(包括燃料电池400和一个或多个补充电源500)运输制冷单元22。
功率管理模块310也可与惯性传感器360(如果存在的话)通信。惯性传感器360被配置成检测交通工具102的减速。惯性传感器360与交通工具102操作关联，并且可以检测何时交通工具102的制动器103被应用以使交通工具102减慢和/或交通工具102在制动器103未被应用的情况下(即，驾驶员放开加速器踏板)减速。惯性传感器360与功率管理模块310可操作地通信，并且功率管理模块310控制惯性传感器360的操作。
功率管理模块310被配置成当减速度大于选择的减速度时，激活轮轴发电机524和/或轮毂发电机526，这可指示不再需要一些推进马达320旋转来驱动交通工具102，并且此时正是使用轮轴发电机524和/或轮毂发电机526放出运输系统100的车轮364或轮轴365的一些旋转能量的好时机。当交通工具102正在减速时，放出车轮364或轮轴365的旋转能量有助于降低对推进马达320给交通工具102供电的能力的任何性能影响。
惯性传感器360还被配置成检测交通工具102的俯仰角。功率管理模块310被配置成当俯仰角小于选择的俯仰角时，激活轮轴发电机524和/或轮毂发电机526，这可指示不再需要一些推进马达320旋转来驱动交通工具102，并且此时正是使用轮轴发电机524和/或轮毂发电机526放出运输系统100的轮子364或轮轴365的一些旋转能量的好时机。例如，当交通工具102正在以负俯仰角下坡下降时，重力有助于驱动交通工具102下坡，并且可能不再需要车轮364和轮轴365的全容量的旋转能量来驱动交通工具102。当交通工具102正在下坡下降时，放出车轮364或轮轴365的旋转能量有助于降低对推进马达320给交通工具102供电的能力的任何性能影响。
轮轴发电机524和/或轮毂发电机526还可包括旋转速度传感器360a，被配置成测量电生成装置的旋转速度(例如，每分钟转数(RPM))。旋转速度传感器360a与功率管理模块310通信，并且功率管理模块310可以控制旋转速度传感器360a的操作。功率管理模块310被配置成利用惯性传感器360和/或旋转速度传感器360a来确定何时交通工具102减速，这可以指示不再需要一些推进马达320旋转来驱动交通工具102(即，交通工具102正在下坡或减速)，并且这是使用轮轴发电机524和/或轮毂发电机526放出运输系统100的车轮364或轮轴365的一些旋转能量的好时机。当交通工具102正在减速或下坡时，放出车轮364或轮轴365的旋转能量有助于降低对推进马达320给交通工具102供电的能力的任何性能影响。
在一个实施例中，旋转速度传感器360a可以是机械连接到发电机524、526的传感器，以检测发电机524、526的旋转速度。在另一个实施例中，旋转速度传感器360a可以是电连接到发电机524、526的电子传感器，以通过测量发电机524、526的电频率输出来检测发电机524、526的旋转速度。在另一个实施例中，旋转速度传感器360a可以是连接到发电机524、526的逆变器，以通过测量电生成装置540的电频率输出来检测发电机524、526的旋转速度。在又一实施例中，旋转速度传感器360a可以是能够无线检测发电机524、526的旋转速度的无线传感器，诸如例如RFID跟踪、无线电容传感器、无线电磁感应传感器或本领域技术人员已知的任何其它无线检测方法。
图3-9描绘了根据各种实施例的电功率架构；图3-9描绘了具有电气特性的各种运输制冷单元负载。运输制冷系统负载包括但不限于以下一个或多个：用于压缩装置32的电动马达26、用于与制冷剂排热换热器34关联的风扇40的驱动马达42、以及用于与制冷剂吸热换热器38、加热器48和控制器30关联的风扇44的驱动马达46。
图3描绘了根据本公开实施例的电功率架构。电气架构被布置成使用低压DC电源800为运输制冷系统200供电。低压DC电源800可以包括燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520中的一个或多个。燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520提供DC功率，这简化了燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520的输出的组合。
来自低压DC电源800的功率被供应给功率转换器52。在一个实施例中，低压DC电源800提供小于50伏DC的DC输出，标称DC输出为48伏。低压DC电源800的输出(例如，直接)连接到功率转换器52的低压逆变器802的输入。低压逆变器802将低压电源800的DC输出转换成具有低频(例如，50或60Hz)的低压(例如，小于50伏)AC输出。低压逆变器802的输出(例如，直接)连接到功率转换器52的低频变压器804(例如，50或60Hz)的输入。低频变压器804逐步提升低压逆变器802的输出)。低频变压器804的输出(例如，直接)连接到运输制冷单元负载808。在图3的实施例中，运输制冷单元负载808包括所有低压AC供电的(一个或多个)负载。
功率管理模块310可感测图3的元件中一个或多个元件的状况(例如，经由传感器)，并向低压DC电源800、功率转换器52的组件和/或运输制冷单元负载808提供控制信号，以确保运输制冷系统200在各种操作模式下恰当操作。运输制冷系统200的示例操作模式包括：1)启动，2)关闭，3)开始/停止操作，4)连续操作，5)除霜，6)加热，以及其它操作模式。功率管理模块310调整到那些操作模式，并发信号通知低压DC电源800以最有效的方式操作。
图4描绘了根据本公开实施例的电功率架构。电气架构被布置成使用低压DC电源800为运输制冷系统200供电。低压DC电源800可以包括燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520中的一个或多个。燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520提供DC功率，这简化了燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520的输出的组合。
来自低压DC电源800的功率被供应给功率转换器52。在一个实施例中，低压DC电源800提供小于50伏DC的DC输出，标称DC输出为48伏。低压DC电源800的输出(例如，直接)连接到功率转换器52的高频变压器隔离的(例如，1kHz到数十kHz)DC-DC转换器812的输入。DC-DC转换器812将低压电源800的DC输出转换成高压DC电压(例如，数百伏)。DC-DC转换器812的输出(例如，直接或通过滤波器)连接到功率转换器52的高压逆变器814的输入。高压逆变器814的输出是高压AC功率(例如，400-500VAC)。高压逆变器814的输出(例如，直接或通过诸如正弦滤波器的滤波器)连接到运输制冷单元负载816。高压逆变器814可以是在功率管理模块310控制下的变频逆变器，以提供变频驱动。在图4的实施例中，运输制冷单元负载816包括所有高压、AC供电的(一个或多个)负载和其它负载(例如，12V电池)，这些负载可以通过附加的电压转换从该高压AC功率供电。
功率管理模块310可感测图4的元件中一个或多个元件的状况(例如，经由传感器)，并向低压DC电源800、功率转换器52的组件和/或运输制冷单元负载816提供控制信号，以确保运输制冷系统200在各种操作模式下恰当操作。运输制冷系统200的示例操作模式包括：1)启动，2)关闭，3)开始/停止操作，4)连续操作，5)除霜，6)加热，以及其它操作模式。功率管理模块310调整到那些操作模式，并发信号通知低压DC电源800以最有效的方式操作。
图5描绘了根据本公开实施例的电功率架构。电气架构被布置成使用低压DC电源800为运输制冷系统200供电。低压DC电源800可以包括燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520中的一个或多个。燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520提供DC功率，这简化了燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520的输出的组合。
来自低压DC电源800的功率被供应给功率转换器52。在一个实施例中，低压DC电源800提供小于50伏DC的DC输出，标称DC输出为48伏。低压DC电源800的输出(例如，直接)连接到功率转换器52的低压中频(例如，数百赫兹)逆变器820的输入。逆变器820将低压电源800的DC输出转换成低压AC输出。逆变器820的输出(例如，直接)连接到功率转换器52的中频变压器822的输入。中频变压器822逐步提升逆变器820的输出。变压器822的输出(例如，直接)连接到功率转换器52的AC-AC转换器824的输入。AC-AC转换器824的输出是与运输制冷单元负载兼容的高压和低频(例如，正弦波)。AC-AC转换器824的输出(例如，直接)连接到运输制冷单元负载826。在图5的实施例中，运输制冷系统负载826包括所有高压、AC供电的(一个或多个)负载和其它负载(例如，12V电池)，这些负载可以通过附加的电压转换从该高压AC功率供电。
功率管理模块310可感测图5的元件中一个或多个元件的状况(例如，经由传感器)，并向低压DC电源800、功率转换器52的组件和/或运输制冷单元负载826提供控制信号，以确保运输制冷系统200在各种操作模式下恰当操作。运输制冷系统200的示例操作模式包括：1)启动，2)关闭，3)开始/停止操作，4)连续操作，5)除霜，6)加热，以及其它操作模式。功率管理模块310调整到那些操作模式，并发信号通知低压DC电源800以最有效的方式操作。
图6描绘了根据本公开实施例的电功率架构。电气架构被布置成使用低压DC电源800为运输制冷系统200供电。低压DC电源800可以包括燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520中的一个或多个。燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520提供DC功率，这简化了燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520的输出的组合。
来自低压DC电源800的功率被供应给功率转换器52。在一个实施例中，低压DC电源800提供小于50伏DC的DC输出，标称DC输出为48伏。低压DC电源800的输出(例如，直接)连接到功率转换器52的低压逆变器802的输入。低压逆变器802将低压电源800的DC输出转换成具有低频(例如，50或60Hz)的低压AC输出。低压逆变器802的输出(例如，直接)连接到功率转换器52的低频变压器804(例如，50或60Hz)的输入。低频变压器804逐步提升低压逆变器802的输出。低频变压器804的输出(例如，直接)连接到运输制冷单元负载808。在图6的实施例中，运输制冷单元负载808包括所有高压AC供电的(一个或多个)负载。
低压DC电源800的输出也(例如，直接)连接到运输制冷单元负载828。在图6的实施例中，运输制冷单元负载828包括所有低压DC供电的(一个或多个)负载。
功率管理模块310可感测图3的元件中一个或多个元件的状况(例如，经由传感器)，并向低压DC电源800、功率转换器52的组件和/或运输制冷单元负载808和828提供控制信号，以确保运输制冷系统200在各种操作模式下恰当操作。运输制冷系统200的示例操作模式包括：1)启动，2)关闭，3)开始/停止操作，4)连续操作，5)除霜，6)加热，以及其它操作模式。功率管理模块310调整到那些操作模式，并发信号通知低压DC电源800以最有效的方式操作。
图7描绘了根据本公开实施例的电功率架构。电气架构被布置成使用低压DC电源800为运输制冷系统200供电。低压DC电源800可以包括燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520中的一个或多个。燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520提供DC功率，这简化了燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520的输出的组合。
来自低压DC电源800的功率被供应给功率转换器52。在一个实施例中，低压DC电源800提供小于50伏DC的DC输出，标称DC输出为48伏。低压DC电源800的输出(例如，直接)连接到功率转换器52的低压中频(例如，数百赫兹)逆变器820的输入。逆变器820将低压电源800的DC输出转换成低压AC输出。逆变器820的输出(例如，直接)连接到功率转换器52的中频变压器822的输入。中频变压器822逐步提升逆变器822的输出。变压器822的输出(例如，直接)连接到功率转换器52的AC/DC/AC转换器834的输入。AC/DC/AC转换器834的第一输出是高压、低频。AC/DC/AC转换器834的第一输出(例如，直接)连接到运输制冷单元负载826。在图5的实施例中运输制冷单元负载826包括所有高压AC供电的(一个或多个)负载。
AC/DC/AC转换器834的第二输出是高压(例如，数百伏)DC功率。AC/DC/AC转换器834的第二输出(例如，直接)连接到运输制冷单元负载838。在图7的实施例中运输制冷单元负载838包括所有高压DC供电的(一个或多个)负载。
低压DC电源800的输出也(例如，直接)连接到运输制冷单元负载828。在图7的实施例中，运输制冷单元负载828包括所有低压DC供电的(一个或多个)负载。
功率管理模块310可感测图7的元件中一个或多个元件的状况(例如，经由传感器)，并向低压DC电源800、功率转换器52的组件和/或运输制冷系统负载826、838和828提供控制信号，以确保运输制冷系统200在各种操作模式下恰当操作。运输制冷系统200的示例操作模式包括：1)启动，2)关闭，3)开始/停止操作，4)连续操作，5)除霜，6)加热，以及其它操作模式。功率管理模块310调整到那些操作模式，并发信号通知低压DC电源800以最有效的方式操作。
图8描绘了根据本公开实施例的电功率架构。电气架构被布置成使用低压DC电源800为运输制冷系统200供电。低压DC电源800可以包括燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520中的一个或多个。燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520提供DC功率，这简化了燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520的输出的组合。
来自低压DC电源800的功率被供应给功率转换器52。在一个实施例中，低压DC电源800提供小于50伏DC的DC输出，标称DC输出为48伏。低压DC电源800的输出(例如，直接)连接到功率转换器52的高频变压器隔离的(例如，1kHz到数十kHz)DC-DC转换器812的输入。DC-DC转换器812将低压电源800的DC输出转换成高压DC电压(例如，数百伏)。DC-DC转换器812的输出(例如，直接)连接到功率转换器52的高压逆变器814的输入。高压逆变器814的输出是高压AC功率(例如，400-500VAC)。高压逆变器814的输出(例如，直接)连接到运输制冷单元负载816。在图8的实施例中运输制冷单元负载816包括所有高压AC供电的(一个或多个)负载。
DC-DC转换器812的输出也(例如，直接)连接到运输制冷单元负载838。在图8的实施例中运输制冷单元负载838包括所有高压DC供电的(一个或多个)负载。
低压DC电源800的输出也(例如，直接或通过附加的功率转换间接)连接到运输制冷单元负载828。在图8的实施例中，运输制冷单元负载828包括所有低压DC供电的(一个或多个)负载。DC-DC转换器可以用于将来自低压DC电源800的电压(例如，48VDC)转换成合适的DC负载电压(例如，24VDC或12VDC)。
功率管理模块310可感测图8的元件中一个或多个元件的状况(例如，经由传感器)，并向低压DC电源800、功率转换器52的组件和/或运输制冷单元负载816、838和828提供控制信号，以确保运输制冷系统200在各种操作模式下恰当操作。运输制冷系统200的示例操作模式包括：1)启动，2)关闭，3)开始/停止操作，4)连续操作，5)除霜，6)加热，以及其它操作模式。功率管理模块310调整到那些操作模式，并发信号通知低压DC电源800以最有效的方式操作。
图9描绘了根据本公开实施例的电功率架构。电气架构被布置成使用低压DC电源800为运输制冷系统200供电。低压DC电源800可以包括燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520中的一个或多个。燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520提供DC功率，这简化了燃料电池400、能量存储装置510和电生成装置520的输出的组合。
来自低压DC电源800的功率(例如，直接)供应给运输制冷单元负载808。在图9的实施例中，运输制冷单元负载808包括所有低压DC供电的(一个或多个)负载。在一个实施例中，低压DC电源800是直接向48VDC马达供电的燃料电池，该马达机械地驱动半封闭式密封的往复式压缩机。在另一个实施例中，低压DC电源800是燃料电池，其直接向使用48VDC马达的封闭式密封压缩机提供功率。
在示例实施例中，压缩机马达的标称电压为48V，但可在从24至约56VDC的电压范围内操作。这种马达有它们自己的逆变器，器也能是水冷的，以保持马达紧凑。该马达能够生成至多约12kW的连续功率，但在短时间内，它可能生成多达30kW的功率。更优选地，马达产生至多18kW的连续功率。更优选地，马达产生至多22kW的连续功率。马达控制从12V或24V获取输入。48VDC马达还能驱动交流发电机，以为运输制冷单元中的其它系统组件生成AC功率，其可以利用离合器来接合。功率管理模块310控制器可以通过CAN总线控制马达。
功率管理模块310可感测图9的元件中一个或多个元件的状况(例如，经由传感器)，并向低压DC电源800和/或运输制冷系统负载828提供控制信号，以确保运输制冷系统200在各种操作模式下恰当操作。运输制冷系统200的示例操作模式为：1)启动，2)关闭，3)开始/停止操作，4)连续操作，5)除霜，6)加热，以及其它操作模式。功率管理模块310调整到那些操作模式，并发信号通知低压DC电源800以最有效的方式操作。
本文使用的技术术语仅出于描述特定实施例的目的，并不意在限制本公开。本文所用的单数形式“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，术语“包括”当在本说明书中使用时，规定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或者添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件组件和/或其群组。
虽然已参考一个或多个示例性实施例描述了本公开，但本领域技术人员将理解，可进行各种改变，并且可在不脱离本公开的范围的情况下用等效物代替元件。此外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情形或材料适应本公开的教导。因此，意图的是本公开并不限于设想用于实行本公开的最佳模式而公开的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (14)

1.一种运输制冷系统，包括：
运输制冷单元，被配置成向集装箱的冷藏载货空间提供调节空气；
低压DC电源，包括被配置成向所述运输制冷单元提供电力的燃料电池；
功率转换器，被配置成在供应给运输制冷单元负载之前调节来自所述低压DC电源的DC功率；以及
功率管理模块，被配置成管理提供给所述运输制冷单元的功率。
2.如权利要求1所述的运输制冷系统，其中，所述低压DC电源包括一个或多个补充电源，所述补充电源被配置成向所述运输制冷单元提供补充电力。
3.如权利要求2所述的运输制冷系统，其中，所述一个或多个补充电源包括：
能量存储装置，被配置成存储电力并向所述运输制冷单元提供电力；以及
电生成装置，被配置成生成电力并将电力提供给所述运输制冷单元。
4.如权利要求2所述的运输制冷系统，其中，所述一个或多个补充电源包括能量存储装置，所述能量存储装置被配置成存储电力并向所述运输制冷单元提供电力。
5.如权利要求4所述的运输制冷系统，其中，所述能量存储装置包括电池系统、电容器或热存储系统中的至少一个。
6.如权利要求2所述的运输制冷系统，其中，所述一个或多个补充电源包括电生成装置，所述电生成装置被配置成生成电力并将所述电力提供给所述运输制冷单元。
7.如权利要求6所述的运输制冷系统，其中，所述电生成装置包括小型辅助内燃机发电机、轮轴发电机、轮毂发电机或太阳能板中的至少一个。
8.如权利要求1所述的运输制冷系统，其中，所述功率转换器包括：
低压逆变器，其连接到所述低压DC电源的输出；
低频变压器，其连接到所述低压逆变器的输出；
所述低频变压器的输出，其连接到所述运输制冷单元负载。
9.如权利要求1所述的运输制冷系统，其中，所述功率转换器包括：
高频变压器隔离的DC-DC转换器，其连接到所述低压DC电源的输出；
高压逆变器，其连接到所述高频DC-DC转换器的输出；
所述高压逆变器的输出，其连接到所述运输制冷单元负载。
10.如权利要求1所述的运输制冷系统，其中，所述功率转换器包括：
低压中频逆变器，其连接到所述低压DC电源的输出；
中频变压器，其连接到所述低压中频逆变器的输出；
AC-AC转换器，其连接到所述中频变压器的输出；
所述AC-AC转换器的输出，其连接到所述运输制冷单元负载。
11.如权利要求1所述的运输制冷系统，其中，所述功率转换器包括：
低压逆变器，其连接到所述低压DC电源的输出；
低频变压器，其连接到所述低压逆变器的输出；
所述低频变压器的输出，其连接到所述运输制冷单元负载；
所述低压DC电源的输出，其连接到第二运输制冷单元负载。
12.如权利要求1所述的运输制冷系统，其中，所述功率转换器包括：
低压中频逆变器，其连接到所述低压DC电源的输出；
中频变压器，其连接到所述低压中频逆变器的输出；
AC/DC/AC转换器，其连接到所述中频变压器的输出；
所述AC/DC/AC转换器的输出，其连接到所述运输制冷单元负载；
所述AC/DC/AC转换器的输出，其连接到第二运输制冷单元负载；
所述低压DC电源的输出，其连接到第三运输制冷单元负载。
13.如权利要求1所述的运输制冷系统，其中，所述功率转换器包括：
高频变压器隔离的DC-DC转换器，其连接到所述低压DC电源的输出；
高压逆变器，其连接到所述高频DC-DC转换器的输出；
所述高压逆变器的输出，其连接到所述运输制冷单元负载；
所述高频变压器隔离的DC-DC转换器的输出，其连接到第二运输制冷单元负载；
所述低压DC电源的输出，其连接到第三运输制冷单元负载。
14.一种运输制冷系统，包括：
运输制冷单元，被配置成向集装箱的冷藏载货空间提供调节空气，所述运输制冷单元具有运输制冷单元负载；
低压DC电源，包括被配置成向所述运输制冷单元提供电力的燃料电池；
其中，所述低压DC电源直接连接到所述运输制冷单元负载。
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