CN116691554A - 用于运输制冷单元的燃料电池健康和安全系统 - Google Patents

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CN116691554A CN202310169114.8A CN202310169114A CN116691554A CN 116691554 A CN116691554 A CN 116691554A CN 202310169114 A CN202310169114 A CN 202310169114A CN 116691554 A CN116691554 A CN 116691554A
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Abstract

一种运输制冷系统，包括：配置成向运输容器的制冷货物空间提供调节的空气的运输制冷单元；配置成向运输制冷单元提供电力的燃料电池；以及配置成控制运输制冷单元和燃料电池的操作的监督管理模块。

Description

用于运输制冷单元的燃料电池健康和安全系统
技术领域
本文的实施例一般涉及运输制冷，并且更具体地涉及运输制冷单元的能量源。
背景技术
制冷交通工具和拖车通常用于运输易腐的货品。运输制冷单元通常与限定在交通工具或拖车内的货物空间操作关联地安装到交通工具或安装到拖车，以用于维持货物空间内的控制温度和环境。
常规地，与制冷交通工具和制冷拖车结合使用的运输制冷单元包括制冷剂压缩机、具有一个或多个关联的冷凝器风扇的冷凝器、膨胀装置以及具有一个或多个关联的蒸发器风扇的蒸发器，它们经由适当的制冷剂线路连接在闭合的制冷剂流动回路中。空气借助于与蒸发器关联的(一个或多个)蒸发器风扇从货物空间的内部容积被抽吸，穿过与制冷剂处于热交换关系的蒸发器的空气侧，由此制冷剂从空气吸收热，从而冷却空气。然后，冷却的空气被供应回到货物空间。
在许多商业上可用的运输制冷单元上，压缩机、风扇、控制器和运输制冷单元的典型的其它组件在运送期间由原动机通过直接机械耦合或带驱动来提供功率。备选地，运输制冷单元可以是电气供电的(例如，使用生成交流(AC)功率的AC同步发电机)。所生成的AC功率通常用来为用于驱动制冷剂压缩机的电马达和运输制冷单元的其它组件供电。在不同的电气供电的运输制冷单元中，AC发电机可以利用耦合到功率逆变器的蓄电池组替换以向负载提供功率。蓄电池组是有限的功率源。相应地，期望为运输制冷单元提供清洁功率的附加方法。
发明内容
根据一个实施例，提供一种运输制冷系统。所述运输制冷系统包括：配置成向运输容器的制冷货物空间提供调节的空气的运输制冷单元；配置成向所述运输制冷单元提供电力的燃料电池；以及配置成控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作的监督管理模块。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括所述功率管理配置成基于来自所述燃料电池的燃料电池参数或来自所述运输制冷单元的制冷参数中的至少一个来控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括所述监督管理模块是通过有线或无线连接与所述燃料电池和所述运输制冷单元电子通信的硬件组件。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括所述监督管理模块是安装在所述运输制冷单元上的软件模块。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括所述监督管理模块是安装在所述燃料电池上的软件模块。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括配置成存储来自所述燃料电池的所述电力并向所述运输制冷单元提供所述电力的能量存储装置，其中所述监督管理模块配置成控制从所述燃料电池发送到所述能量存储装置的所述电力以及从所述能量存储装置发送到所述运输制冷单元的所述电力。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括配置成存储燃料并向所述燃料电池提供所述燃料的燃料箱，其中所述监督管理模块配置成控制从所述燃料箱到所述燃料电池的所述燃料的质量流或压力。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括所述功率管理配置成基于来自所述燃料电池的燃料电池参数、来自所述运输制冷单元的制冷参数和来自所述燃料箱的燃料箱参数中的至少一个来控制所述运输制冷单元、所述燃料电池和所述燃料箱的操作。
根据另一实施例，提供一种操作运输制冷系统的方法。所述方法包括：使用运输制冷单元来向运输容器的制冷货物空间提供调节的空气；使用燃料电池来向所述运输制冷单元提供电力；以及使用监督管理模块来控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括使用所述监督管理模块来控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作进一步包括基于来自所述燃料电池的燃料电池参数或来自所述运输制冷单元的制冷参数中的至少一个而使用监督管理模块来控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括将命令从所述监督管理模块传送到所述燃料电池和所述运输制冷单元中的至少一个，其中所述监督管理模块是通过有线或无线连接与所述燃料电池和所述运输制冷单元电子通信的硬件组件。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括将命令从安装在所述运输制冷单元上的所述监督管理模块传送到所述燃料电池，其中所述监督管理模块是安装在所述运输制冷单元上的软件模块。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括将命令从安装在所述燃料电池上的所述监督管理模块传送到所述运输制冷单元，其中所述监督管理模块是安装在所述燃料电池上的软件模块。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括使用能量存储装置来存储来自所述燃料电池的所述电力并向所述运输制冷单元提供所述电力；以及使用所述监督管理模块来控制从所述燃料电池发送到所述能量存储装置的所述电力以及从所述能量存储装置发送到所述运输制冷单元的所述电力。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括使用燃料箱来存储燃料并向所述燃料电池提供所述燃料；以及使用所述监督管理模块来控制从所述燃料箱到所述燃料电池的所述燃料的质量流和压力。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括基于来自所述燃料电池的燃料电池参数、来自所述运输制冷单元的制冷参数和来自所述燃料箱的燃料箱参数中的至少一个而使用所述监督管理模块来控制所述运输制冷单元、所述燃料电池和所述燃料箱的操作。
根据另一实施例，提供一种有形地体现在非暂时性计算机可读介质上的计算机程序产品。所述计算机程序产品包括指令，所述指令在由处理器执行时使所述处理器执行包括以下的操作：使用运输制冷单元来向运输容器的制冷货物空间提供调节的空气；使用燃料电池来向所述运输制冷单元提供电力；以及使用监督管理模块来控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括使用所述监督管理模块来控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作进一步包括：基于来自所述燃料电池的燃料电池参数或来自所述运输制冷单元的制冷参数中的至少一个而使用监督管理模块来控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括所述操作进一步包括：将命令从所述监督管理模块传送到所述燃料电池和所述运输制冷单元中的至少一个，其中所述监督管理模块是通过有线或无线连接与所述燃料电池和所述运输制冷单元电子通信的硬件组件。
除了上面描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选方案，另外的实施例可以包括所述操作进一步包括：将命令从安装在所述运输制冷单元上的所述监督管理模块传送到所述燃料电池，其中所述监督管理模块是安装在所述运输制冷单元上的软件模块。
本公开的实施例的技术效果包括利用燃料电池向运输制冷单元供电，以及使用功率管理来控制燃料电池和运输制冷单元的操作，所述功率管理是安装在燃料电池、运输制冷单元或在运输制冷单元的元件中的一个中存在的任何其它控制器上的单独的组件或软件。
除非另有明确指示，前述特征和元件可以以各种组合来组合而没有排它性。依据以下描述和附图，这些特征和元件及其操作将变得更加明显。然而，应该理解到，以下描述和附图本质上旨在是说明性和解释性的，并且是非限制性的。
附图说明
以下描述不应该被认为以任何方式进行限制。参考附图，相似的元件相似地编号：
图1是根据本公开的实施例的示范运输制冷系统的示意说明；
图2是根据本公开的实施例的图1的运输制冷系统的示范运输制冷单元的放大示意图示；
图3是根据本公开的实施例的用于图1和图2的运输制冷系统的功率管理系统的框图；
图4是根据本公开的实施例的用于图1和图2的运输制冷系统的功率管理系统的框图；
图5是根据本公开的实施例的用于图1和图2的运输制冷系统的功率管理系统的框图；以及
图6是根据本公开的实施例的图示操作图1和图2的运输制冷系统的示范方法的流程图。
具体实施方式
本文参考附图，通过例示而非限制的方式给出所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。
本文公开的实施例涉及利用燃料电池向运输制冷单元供电，以及使用功率管理系统控制运输制冷单元和燃料电池的操作，所述功率管理系统是安装在燃料电池或运输制冷单元上的单独的硬件装置或软件。
参考图1和图2，图示本公开的各种实施例。图1示出根据本公开的实施例的运输制冷系统200的示意图示。图2示出根据本公开的实施例的图1的运输制冷系统200的放大示意图示。
运输制冷系统200被图示为拖车系统100，如图1中所见的。拖车系统100包括整体地连接到运输容器106的交通工具102。交通工具102包括操作员的隔室或驾驶室104和用作拖车系统100的驱动系统的推进马达320。推进马达320配置成向交通工具102提供功率。为推进马达320提供功率的能量源可以是压缩天然气、液化天然气、汽油、电力、柴油、氢、来自燃料电池的电力、来自氢燃料质子交换膜(PEM)燃料电池的电力、来自蓄电池的电力、来自发电机的电力中的至少一种，或其任何组合。推进马达320可以是电马达或混合马达(例如，内燃机和电马达)。运输容器106耦合到交通工具102。运输容器106可以可移除地耦合到交通工具102。运输容器106是制冷拖车，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。运输容器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。运输容器106的壁限定制冷货物空间119。由本领域技术人员领会到，本文所描述的实施例可以应用于牵引车-拖车制冷系统或非拖车制冷，例如诸如刚性卡车、具有制冷隔室的卡车或具有制冷隔室的运送容器。
通常，运输制冷系统200用来运输和分配易腐货品和环境敏感货品(本文中称为易腐货品118)。易腐货品118可以包括但不限于水果、蔬菜、谷物、豆类、坚果、蛋类、乳品、种子、花、肉、家禽、鱼、冰、血液、药物或要求温度控制运输的任何其它适合的货物。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的电马达26和控制器600。运输制冷单元22与制冷货物空间119操作的关联，并且配置成向运输容器106提供调节的空气。运输制冷单元22在控制器600的控制之下起作用，以建立和调节期望的环境参数，例如诸如温度、压力、湿度、二氧化碳、氧气、乙烯、臭氧、光暴露、振动暴露和制冷货物空间119中的其它状况，如本领域普通技术人员已知的。在实施例中，运输制冷单元22能够提供期望的温度、二氧化碳和湿度范围。制冷货物空间119可以被细分成一个或多个子空间，并且运输制冷单元22可以能够在每个子空间中维持不同的温度。
运输制冷单元22包括以制冷剂流动连通地连接在闭环制冷剂回路中且布置在常规制冷循环中的制冷剂压缩装置32、制冷剂排热热交换器34(冷凝器)、膨胀装置36和制冷剂吸热热交换器38(蒸发器)。运输制冷单元22还包括与制冷剂排热热交换器34关联并且由(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关联并且由(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还可以包括与制冷剂吸热热交换器38关联的加热器48。在实施例中，加热器48可以是电阻加热器。要理解到，其它组件(未示出)可以根据需要结合到制冷剂回路中，其包括例如但不限于吸入调节阀、接收器、过滤器/干燥器、节约器回路。
制冷剂排热热交换器34可以例如包括一个或多个制冷剂输送盘管或由跨到热出口142的流动路径的多个制冷剂输送管形成的一个或多个管束。(一个或多个)风扇40操作以跨制冷剂排热热交换器34的管传递空气(通常是周围空气)以冷却穿过所述管的制冷剂蒸气。制冷剂排热热交换器34可以作为制冷剂冷凝器操作(例如当运输制冷单元22在亚临界制冷剂循环中在操作时)或者作为制冷剂气体冷却器操作(例如当运输制冷单元22在跨临界循环中在操作时)。
制冷剂吸热热交换器38例如还可以包括一个或多个制冷剂输送盘管或由跨流动路径从返回空气入口136延伸的多个制冷剂输送管形成的一个或多个管束。(一个或多个)风扇44操作以跨制冷剂吸热换热器38的管传递从制冷货物空间119抽吸的空气，以加热和蒸发穿过管的制冷剂液体并冷却空气。在横穿制冷剂吸热热交换器38中冷却的空气通过制冷单元出口140被供应回到制冷货物空间119。要理解到，术语“空气”当在本文参考货物舱内的大气使用时包括空气与其它气体的混合物，例如诸如但不限于氮气或二氧化碳(有时被引入制冷货物舱以用于运输易腐产品)。
气流借助于运输制冷单元22环流进入并通过运输容器106的制冷货物空间119。返回气流134从制冷货物空间119通过运输制冷单元返回空气入口136，并且经由风扇44跨制冷剂吸热热交换器38流动到运输制冷单元22中，从而将返回气流134调节到选择或预定温度。现在被称为供应气流138的调节的返回气流134通过运输制冷单元出口140被供应到运输容器106的制冷货物空间119中。热135通过热出口142从制冷剂排热热交换器34移除。运输制冷单元22可以包含外部空气进口144(如图2中示出的)以通过汲取外部空气137来帮助从制冷剂排热热交换器34移除热135。供应气流138可以冷却运输容器106的制冷货物空间119中的易腐货品118。要领会，当例如外面温度非常低时，运输制冷单元22可以进一步反向操作以加热运输容器106。在图示的实施例中，返回空气入口136、运输制冷单元出口140、热出口142和外部空气进口144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600，其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)，以在制冷制货物空间119内提供和维持期望的热环境。控制器600还可以能够选择性地操作电马达26。控制器600还可配置成向燃料电池400提供前馈信号，使得其将在运输制冷单元22将负载置于燃料电池400上之前启动。
控制器600可以是包括处理器和关联的存储器的电子控制器，所述关联的存储器包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令当由处理器执行时，使处理器执行各种操作。处理器可以是但不限于各种各样的可能的架构中的任何的单处理器或多处理器系统，包括同构或异构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，例如比如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或其它电子、光学、磁性或任何其它计算机可读介质。控制器600可以具有多个输入(例如，模拟、数字等)和多个输出以及通信接口(例如，CAN总线、以太网)。
运输制冷单元22由燃料电池400和/或能量存储装置510供电。燃料电池400、关联的燃料箱410和能量存储装置510可以附于拖车系统100。燃料电池400、关联的燃料箱410和能量存储装置510可以附于拖车系统100的底部(或在运输制冷单元22的壳体内)。
燃料电池400可以包括由电解质(为了简单性而未示出)隔开的阳极电极和阴极电极。将还原流体(例如氢)供应到阳极电极，并且将氧化剂(例如氧或空气)供应到阴极电极。在利用PEM作为电解质的电池中，氢在阳极电极的催化剂表面处电化学反应以产生氢离子和电子。电子被传导到外部负载回路(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，在阴极电极处它们与氧化剂和电子反应以产生水并释放热能。燃料箱410配置成存储还原流体并将其提供到燃料电池400。在实施例中，还原流体是氢。燃料箱410可以在燃料站411处再填充有燃料。
可以存在一个或多个燃料电池400和一个或多个燃料箱410。在一个实施例中，燃料电池400和/或燃料箱410可以位于运输制冷单元22的内部，如图2中示出的。在另一实施例中，燃料电池400和/或燃料箱410可以位于运输制冷单元22的外部。燃料电池400和/或燃料箱410可以位于拖车系统100的运输集装箱106之下。
在一个实施例中，能量存储装置510可以位于运输制冷单元22的外部，如图1中示出的。在另一实施例中，能量存储装置510可以位于运输制冷单元22内。燃料电池400可以直接向运输制冷单元22供电，或者可以向能量存储装置510提供电力，所述能量存储装置然后向运输制冷单元22提供功率。运输制冷单元22可以同时由一个或多个组件供电。例如，运输制冷单元22可以同时由燃料电池400、能量存储装置510和/或外部功率源供电。
能量存储装置510可以包括蓄电池系统512、电容器514和/或本领域技术人员已知的任何其它电力存储系统。蓄电池系统512可以包括化学蓄电池、锂离子蓄电池、固态蓄电池、液流蓄电池或本领域技术人员已知的任何其它类型的蓄电池。蓄电池系统512可以采用组织成蓄电池组的多个蓄电池。电容器514可以是电解电容器、云母电容器、纸电容器、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。蓄电池系统512还可以包括用于与控制器600、燃料电池的控制器420(参见图3-5)、燃料箱410的控制器412(参见图3-5)或能量管理系统520的控制器520(参见图3-5)通信的蓄电池管理模块。蓄电池系统512还可以包括用于健康和安全的热管理系统。
能量存储装置510可以由固定充电站386(例如比如三相460Vac(60Hz)或400Vac(50Hz)功率出口)充电。充电站386可以向能量存储装置510提供单相(例如，2级充电能力)或三相AC功率。理解到，充电站386可以具有任何相充电，并且本文所公开的实施例不限于单相或三相AC功率。在实施例中，单相AC功率可以是高压DC功率，例如诸如500VDC。充电站386的一个功能是要以某种规则节奏平衡蓄电池系统的个体电池的电池电压。
运输制冷单元22在能量存储装置510和燃料电池400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的电马达26、用于与制冷剂排热热交换器34关联的风扇40的驱动马达42、以及用于与制冷剂吸热热交换器38关联的风扇44的驱动马达46。由于风扇马达42、46和电马达26中的每个可以是AC马达或DC马达，要理解到，各种功率转换器52(例如AC到DC整流器、DC到AC逆变器、AC到AC电压/频率转换器、DC到DC电压转换器)和过滤器可以适当地与能量存储装置510结合采用。在所描绘的实施例中，加热器48还构成电功率需求负载。每当温度控制的货物舱内的控制温度下降到低于预设的温度下限(这可能在寒冷的周围环境中发生)时，电阻加热器48可以由控制器600选择性地操作。在这样的情况下，控制器600将激活加热器48以通过与制冷剂吸热热交换器38关联的(一个或多个)风扇44加热在加热器48之上环流的空气。加热器48也可以用来对返回空气入口136除冰。另外，用来向制冷剂压缩装置32供电的电马达26构成需求负载。制冷剂压缩装置32可以包括单级或多级压缩机，例如诸如往复式压缩机或涡旋式压缩机。运输制冷系统200还可以包括用于感测进入运输制冷单元22的电压的电压传感器28。
运输制冷单元22的功率需求负载可以由功率系统500管理和实现。功率系统500可以包括燃料电池400和/或能量存储装置510。功率系统500包括与运输制冷单元22、燃料电池400和/或一个或多个补充功率源500通信的监督管理模块310。
监督管理模块310配置成控制从燃料电池400和/或能量存储装置510提供到运输制冷单元22的电力。监督管理模块310可以作为软件结合在运输制冷单元22的控制器600或燃料电池400的控制器内，或者可以是如本文进一步描述的单独的电子控制器。监督管理模块310还可以配置成执行热管理以及启动和冷却的排序。
现在在继续参考图1和图2的情况下参考图3，根据本公开的实施例图示功率系统300的框图。如前面提到的，用于运输单元22的功率系统500由燃料电池400、能量存储装置510和监督管理模块310组成。控制器600、420、412、522和320可以跨CAN总线通信。
如图3中图示的，监督管理模块310可以是功率系统500的独立且单独的硬件组件。监督管理模块310可以通过有线或无线连接而电子地连接到运输制冷单元22的控制器600。监督管理模块310可以通过有线或无线连接而电子地连接到燃料电池400的控制器420。监督管理模块310可以通过有线或无线连接而电子地连接到燃料箱410的控制器412。
监督管理模块310可以包括控制器320。控制器320可以是电子控制器，所述电子控制器包括处理器324和包括计算机可执行指令(即，计算机程序产品)的关联存储器322，所述计算机可执行指令当由处理器324执行时，使处理器324执行各种操作。处理器324可以是但不限于各种各样的可能的架构中的任何的单处理器或多处理器系统，包括同构或异构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322可以是但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或其它电子、光学、磁性或任何其它计算机可读介质。控制器600可以具有多个输入(例如，模拟、数字等)和多个输出以及通信接口(例如，CAN总线、以太网)。
运输制冷单元22的控制器600可以是电子控制器，所述电子控制器包括处理器624和包括计算机可执行指令(即，计算机程序产品)的关联存储器622，所述计算机可执行指令当由处理器624执行时，使处理器624执行各种操作。处理器624可以是但不限于各种各样的可能的架构中的任何的单处理器或多处理器系统，包括同构或异构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622可以是但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或其它电子、光学、磁性或任何其它计算机可读介质。
运输制冷单元22的控制器600配置成检测制冷参数450并且向监督管理模块310传送制冷参数450。制冷参数450可以包括但不限于温度(T)、压力(p)、制冷剂的质量流泄漏或本领域技术人员已知的任何其它可测量参数。其它参数是功率电平、到压缩机、风扇和22内的其它内部组件的电流和/或电压。控制器600可以包括具有过载接地故障(OGF)、倒相模块(PRM)和电流互感器(CT)的功率网络控制器(PNC)。
燃料电池400的控制器420可以是电子控制器，所述电子控制器包括处理器424和包括计算机可执行指令(即，计算机程序产品)的关联存储器422，所述计算机可执行指令当由处理器424执行时，使处理器424执行各种操作。处理器424可以是但不限于各种各样的可能的架构中的任何的单处理器或多处理器系统，包括同构或异构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422可以是但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或其它电子、光学、磁性或任何其它计算机可读介质。
控制器600可以向监督管理模块310的控制器320提供前馈信号，使得监督管理模块310可以告诉燃料电池400的控制器420启动。
燃料电池400的控制器420配置成检测燃料电池参数440并向监督管理模块310传送燃料电池参数440。燃料电池参数440可以包括但不限于燃料电池400的电流(I)、电压(V)、燃料进口压力、空气质量流率、冷却剂温度和温度(T)分布。
燃料箱410的控制器412可以是电子控制器，所述电子控制器包括处理器416和包括计算机可执行指令(即，计算机程序产品)的关联存储器414，所述计算机可执行指令当由处理器416执行时，使处理器416执行各种操作。处理器416可以是但不限于各种各样的可能的架构中的任何的单处理器或多处理器系统，包括同构或异构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414可以是但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或其它电子、光学、磁性或任何其它计算机可读介质。
在备选实施例中，监督管理模块310可以替换燃料箱410的控制器412，并且可以配置成控制燃料箱410。备选地，燃料箱410的控制器412的功能被结合在燃料电池400的控制器420中。
燃料箱410的控制器412与燃料箱410的阀419和燃料箱410的一个或多个传感器418通信。阀419是配置成控制燃料480从燃料箱到燃料电池400的流动的可调整的打开/关闭阀。燃料箱410包括安全阀。燃料箱410可以包括控制燃料系统的进口压力的压力调节器。监督管理模块310配置成控制来自燃料箱410的燃料的质量流和/或压力。
传感器418可以配置成检测燃料箱410内的燃料480、离开燃料箱410的燃料480的燃料箱参数430以及阀位置。传感器418可以配置成检测燃料箱参数430，包括但不限于燃料箱410内或离开燃料箱410的燃料480的温度(T)和压力(p)。传感器418还可以配置成检测燃料箱参数430，包括但不限于离开燃料箱410的燃料480或再填充燃料箱410的燃料480的质量流率阀419的打开或燃料泄漏。如前面提到的，燃料可以是氢(H2)。燃料箱410的控制器412配置成向监督管理模块310传送这些燃料箱参数430。
能量存储装置510可以包括配置成控制能量存储装置510的充电和放电的能量管理系统520。能量管理系统520可以是蓄电池管理系统或电容器管理系统。能量管理系统520可以包括控制器522。控制器522可以是电子控制器，所述电子控制器包括处理器526和包括计算机可执行指令(即，计算机程序产品)的关联存储器524，所述计算机可执行指令当由处理器526执行时，使处理器526执行各种操作。处理器526可以是但不限于各种各样的可能的架构中的任何的单处理器或多处理器系统，包括同构或异构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524可以是但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或其它电子、光学、磁性或任何其它计算机可读介质。
能量管理系统520的控制器522配置成检测能量存储参数522并且向监督管理模块310传送能量存储参数522。
监督管理模块310可以配置成基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来控制运输制冷单元22、燃料电池400、燃料箱410和/或能量存储装置510的操作。可以考虑的附加参数包括但不限于天气、负载预报和/或开始和停下。例如，监督管理模块310可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522调整阀419的位置。在另一示例中，监督管理模块310可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来调整从燃料电池400发送到运输制冷单元22和/或能量存储装置510的电力460。在另一示例中，监督管理模块310可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来调整从燃料电池400和/或能量存储装置510发送到运输制冷单元22的电力460。在另一示例中，控制器600可以向监督管理模块310的控制器320提供前馈信号，使得监督管理模块310可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来告诉燃料电池400的控制器420启动。在另一示例中，监督管理模块310可以决定操作燃料电池400以在运输制冷单元22不操作的时间期间对能量存储装置充电，使得能量存储装置510可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522而保持在有益于整个系统的某个充电状态。
监督管理模块310可以响应于设备的额定操作范围外面的状况提供受限的或减额的制冷输出。例如，如果周围温度超过最大允许(例如，设计的)值，则可以要求减少冷却以防止系统过载。类似地，如果检测到超出规范设备性能参数，则控制器可以默认成“跛行回家”模式，以防止进一步的损坏。
在另一示例中，监督管理模块310可以配置成基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522命令燃料电池400在燃料箱410被再填充时保持关闭。如果运输制冷单元22在燃料箱410的补给燃料期间要求功率来维持温度，则运输制冷单元22可以从能量存储装置510获得功率。在另一示例中，监督管理模块310可以配置成基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来控制从充电站386对能量存储装置的再充电。
监督管理模块310可以配置成基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来传送命令470以控制运输制冷单元22、燃料电池400、燃料箱410和/或能量存储装置510的操作。命令470可以包括对运输制冷单元22的接通或关掉运输制冷单元22的打开-关闭命令。命令470可以包括来自燃料电池400的控制器420的功率电平命令，其描绘有多少功率从燃料电池400可用，以及运输制冷单元22的控制器600调整由运输制冷单元22汲取的电力460。命令470可以包括对燃料电池400的接通或关掉燃料电池400的打开-关闭命令。监督管理模块310可以从燃料电池400接收关于可以从燃料电池400提取多达多少功率的信息，并且燃料电池400可以配置成当运输制冷单元22在其上施加太多负载时关闭。命令470可以包括对燃料箱410的调整燃料箱410的阀419的位置的阀位置命令。
现在在继续参考图1和图2的情况下参考图4，根据本公开的实施例图示功率系统300的框图。如前面提到的，用于运输单元22的功率系统300由燃料电池400、能量存储装置510和监督管理模块310组成。控制器600、420、412和522可以跨CAN总线通信。
如图4中图示的，监督管理模块310可以是安装在运输制冷单元22的控制器600内的存储器622上的软件模块(例如，软件代码或算法)。运输制冷单元22的控制器600可以通过有线或无线连接而电子地连接到燃料电池400的控制器420。运输制冷单元22的控制器600可以通过有线或无线连接而电子地连接到燃料箱410的控制器412。运输制冷单元22的控制器600可以通过有线或无线连接而电子地连接到能量存储装置510的控制器522。
运输制冷单元22的控制器600配置成检测制冷参数450并且向监督管理模块310提供制冷参数450。燃料电池400的控制器420配置成检测燃料电池参数440并向安装在运输制冷单元22上的监督管理模块310传送燃料电池参数440。燃料箱410的控制器412配置成检测燃料箱参数430并向安装在运输制冷单元22上的监督管理模块310传送燃料箱参数430。能量管理系统520的控制器522配置成检测能量存储参数522并向安装在运输制冷单元22上的监督管理模块310传送能量存储参数522。
安装在运输制冷单元22的控制器600上的监督管理模块310可以配置成基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来控制运输制冷单元22、燃料电池400、燃料箱410和/或能量存储装置510的操作。可以考虑的附加参数包括但不限于天气、负载预报、门打开和/或开始和停下。例如，监督管理模块310可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522调整阀419的位置。在另一示例中，监督管理模块310可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来调整从燃料电池400发送到运输制冷单元22和/或能量存储装置510的电力460。在另一示例中，监督管理模块310可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来调整从燃料电池400和/或能量存储装置510发送到运输制冷单元22的电力460。在另一示例中，控制器600可以向监督管理模块310提供前馈信号，使得监督管理模块310可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来告诉燃料电池400的控制器420启动。在另一示例中，监督管理模块310可以决定操作燃料电池400以在运输制冷单元22不操作的时间期间对能量存储装置充电，使得能量存储装置510可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522而保持在有益于整个系统的某个充电状态。
在另一示例中，监督管理模块310可以配置成基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522命令燃料电池400在燃料箱410被再填充时保持关闭。如果运输制冷单元22在燃料箱410的补给燃料期间要求功率来维持温度，则运输制冷单元22可以从能量存储装置510获得功率。在另一示例中，监督管理模块310可以配置成基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来控制从充电站386对能量存储装置的再充电。监督管理模块310可以配置成通过命令470直接控制运输制冷单元22，并且基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522传送命令470以控制燃料电池400、燃料箱410和/或能量存储装置510的操作。命令470可以包括对运输制冷单元22的接通或关掉运输制冷单元22的打开-关闭命令。命令470可以包括来自燃料电池400的控制器420的功率电平命令，所述命令描绘有多少功率从燃料电池400可用，以及运输制冷单元22的控制器600调整由运输制冷单元22汲取的电力460。命令470可以包括对燃料电池400的接通或关掉燃料电池400的打开-关闭命令。监督管理模块310可以从燃料电池400接收关于可以从燃料电池400提取多达多少功率的信息，并且燃料电池400可以配置成当运输制冷单元22在其上施加太多负载时关闭。命令470可以包括对燃料箱410的调整燃料箱410的阀419的位置的阀位置命令。
现在在继续参考图1和图2的情况下参考图5，根据本公开的实施例图示功率系统300的框图。如前面提到的，用于运输单元22的功率系统300由燃料电池400、能量存储装置510和监督管理模块510组成。控制器600、420、412和522可以跨CAN总线通信。
如图5中图示的，监督管理模块310可以是安装在燃料电池400的控制器420内的存储器422上的软件模块(例如软件代码或算法)。燃料电池400的控制器420可以通过有线或无线连接而电子地连接到运输制冷单元22的控制器600。燃料电池400的控制器420可以通过有线或无线连接而电子地连接到燃料箱410的控制器412。
燃料电池400的控制器420配置成检测燃料电池参数440并向监督管理模块310提供燃料电池参数440。运输制冷单元22的控制器600配置成检测制冷参数450并且向安装在燃料电池400上的监督管理模块310传送制冷参数450。燃料箱410的控制器412配置成检测燃料箱参数430并向安装在燃料电池400上的监督管理模块310传送燃料箱参数430。
安装在燃料电池400的控制器420上的监督管理模块310可以配置成基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来控制运输制冷单元22、燃料电池400、燃料箱410和/或能量存储装置510的操作。例如，监督管理模块310可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522调整阀419的位置。在另一示例中，监督管理模块310可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来调整从燃料电池400发送到运输制冷单元22和/或能量存储装置510的电力460。在另一示例中，监督管理模块310可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来调整从燃料电池400和/或能量存储装置510发送到运输制冷单元22的电力460。在另一示例中，控制器600可以向监督管理模块310提供前馈信号，使得监督管理模块310可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来告诉燃料电池400的控制器420启动。在另一示例中，监督管理模块310可以决定操作燃料电池400以在运输制冷单元22不操作的时间期间对能量存储装置充电，使得能量存储装置510可以基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522而保持在有益于整个系统的某个充电状态。
在另一示例中，监督管理模块310可以配置成基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522命令燃料电池400在燃料箱410被再填充时保持关闭。如果运输制冷单元22在燃料箱410的补给燃料期间要求功率来维持温度，则运输制冷单元22可以从能量存储装置510获得功率。在另一示例中，监督管理模块310可以配置成基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522来控制从充电站386对能量存储装置的再充电。
监督管理模块310可以配置成通过命令470直接控制燃料电池400，并且基于燃料箱参数430、燃料电池参数440、制冷参数450和/或能量存储参数522传送命令470以控制运输制冷单元22、燃料箱410和/或能量存储装置510的操作。命令470可以包括对运输制冷单元22的接通或关掉运输制冷单元22的打开-关闭命令。命令470可以包括来自燃料电池400的控制器420的功率电平命令，其描绘有多少功率从燃料电池400可用，以及运输制冷单元22的控制器600调整由运输制冷单元22汲取的电力460。命令470可以包括对燃料电池400的接通或关掉燃料电池400的打开-关闭命令。监督管理模块310可以从燃料电池400接收关于可以从燃料电池400提取多达多少功率的信息，并且燃料电池400可以配置成当运输制冷单元22在其上施加太多负载时关闭。命令470可以包括对燃料箱410的调整燃料箱410的阀419的位置的阀位置命令。
运输制冷单元200可以具有其自身的实现制冷环路的某个性能的热管理系统。燃料电池400和能量存储装置510可以包括热管理系统，所述热管理系统包括散热器、冷却泵、过滤器和控制阀，其用来将燃料电池系统及其功率电子装置和具有其自身的功率电子装置的能量存储装置两者维持在期望的温度范围内，其中能量存储装置的温度预期低于燃料电池系统的温度。
现在在继续参考图1和图2的情况下参考图6。根据本公开的实施例图示操作运输制冷系统20的方法700的流程过程。在实施例中，方法700可以由监督管理模块310执行。
在框704处，使用燃料电池400向运输制冷单元22提供电力460。在框706处，使用运输制冷单元22向运输容器106的制冷货物空间119提供调节的空气。在框708处，使用监督管理模块310来控制运输制冷单元22和燃料电池400的操作。框708可以包括基于来自燃料电池400的燃料电池参数440或来自运输制冷单元22的制冷参数450中的至少一个而使用监督管理模块310来控制运输制冷单元22和燃料电池400的操作。
框708可以包括由监督管理模块310控制能量存储装置510的充电。方法700还可以包括当运输制冷单元22在其设定点已经达到时不再要求功率时关断燃料电池400。
方法700可以进一步包括监督管理模块310向燃料电池400和运输制冷单元22中的至少一个传送命令470。监督管理模块310可以是通过有线或无线连接与燃料电池400和运输制冷单元22电子通信的硬件组件。
方法700还可以包括安装在运输制冷单元22上的监督管理模块310向燃料电池400传送命令470。监督管理模块310可以是安装在运输制冷单元22上的软件模块。
方法700还可以包括安装在燃料电池400上的监督管理模块310向运输制冷单元22传送命令470。监督管理模块310可以是安装在燃料电池400上的软件模块。
方法700可以进一步包括使用能量存储装置510存储来自燃料电池400的电力460并将其提供到运输制冷单元22。监督管理模块310可以控制从燃料电池400发送到能量存储装置510的电力460和从能量存储装置510发送到运输制冷单元22的电力460。
方法700还可以包括燃料箱410存储燃料480并向燃料电池400提供燃料480。监督管理模块310通过控制到燃料电池的氢燃料电池压力来控制燃料480从燃料箱410到燃料电池400的流动。监督管理模块310在突然的压力增加/降低、事故或任何其它安全事件的情况下控制燃料的流动的断开。监督管理模块310可以基于来自燃料电池400的燃料电池参数440、来自运输制冷单元22的制冷参数450和来自燃料箱410的燃料箱参数430中的至少一个来控制运输制冷单元22、燃料电池400和燃料箱410的操作。
虽然以上描述已经以特定顺序描述了图6的流程过程，但是应当领会，除非在所附权利要求中另有特别要求，否则可以改变步骤的顺序。
如上面所述，实施例可采用处理器实现的过程和用于实践那些过程的装置(诸如处理器)的形式。实施例还可采用含有体现在有形介质(例如，非暂时计算机可读介质)(诸如软盘、CD ROM、硬驱动器或任何其它计算机可读存储介质)中的指令的计算机程序代码(例如，计算机程序产品)的形式，其中，当计算机程序代码被加载到计算机中并由计算机运行时，计算机变成用于实践实施例的装置。实施例还可采用例如下列的形式：无论是存储在存储介质中、加载到计算机中和/或由计算机运行的计算机程序代码，还是通过一些传输介质(诸如通过电线或电缆、通过光纤(fiber opt ics)、或经由电磁辐射)传送的计算机程序代码；其中，当计算机程序代码被加载到计算机中并由计算机运行时，计算机变成用于实践示范实施例的装置。当在通用微处理器上实现时，计算机程序代码段配置微处理器以创建特定的逻辑电路。
术语“大约”旨在包括与基于提交申请时可用的设备的特定量的测量相关联的误差程度。例如，“大约”能够包括给定值的±8％或5％或者2％的范围。
本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在成为本公开的限制。如本文中所使用的，单数形式“一(a/an)”和“该(the)”旨在也包含复数形式，除非上下文另有清楚地指示。将进一步理解的是，术语“包括(comprises和/或compris ing)”当在本说明书中使用时规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件组件和/或其群组的存在或添加。
虽然参照一个或多个示范实施例描述了本公开，但是本领域中的技术人员将会理解，可进行各种改变，并且等效方案可代替其元件，而没有背离本公开的范围。另外，可进行多种修改以使特定状况或材料适合本公开的教导，而没有背离其实质范围。因此，预计本公开并不局限于作为执行本公开所考虑的最佳模式所公开的特定实施例，本公开而是将包括落入权利要求书的范围之内的全部实施例。

Claims (20)

1.一种运输制冷系统，包括：
配置成向运输容器的制冷货物空间提供调节的空气的运输制冷单元；
配置成向所述运输制冷单元提供电力的燃料电池；以及
配置成控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作的监督管理模块。
2.如权利要求1所述的运输制冷系统，其中，所述功率管理配置成基于来自所述燃料电池的燃料电池参数或来自所述运输制冷单元的制冷参数中的至少一个来控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作。
3.如权利要求1所述的运输制冷系统，其中，所述监督管理模块是通过有线或无线连接与所述燃料电池和所述运输制冷单元电子通信的硬件组件。
4.如权利要求1所述的运输制冷系统，其中，所述监督管理模块是安装在所述运输制冷单元上的软件模块。
5.如权利要求1所述的运输制冷系统，其中，所述监督管理模块是安装在所述燃料电池上的软件模块。
6.如权利要求1所述的运输制冷系统，进一步包括：
配置成存储来自所述燃料电池的所述电力并向所述运输制冷单元提供所述电力的能量存储装置，
其中所述监督管理模块配置成控制从所述燃料电池发送到所述能量存储装置的所述电力以及从所述能量存储装置发送到所述运输制冷单元的所述电力。
7.如权利要求1所述的运输制冷系统，进一步包括：
配置成存储燃料并向所述燃料电池提供所述燃料的燃料箱，
其中所述监督管理模块配置成控制从所述燃料箱到所述燃料电池的所述燃料的质量流或压力。
8.如权利要求7所述的运输制冷系统，其中，所述功率管理配置成基于来自所述燃料电池的燃料电池参数、来自所述运输制冷单元的制冷参数和来自所述燃料箱的燃料箱参数中的至少一个来控制所述运输制冷单元、所述燃料电池和所述燃料箱的操作。
9.一种操作运输制冷系统的方法，所述方法包括：
使用运输制冷单元来向运输容器的制冷货物空间提供调节的空气；
使用燃料电池来向所述运输制冷单元提供电力；以及
使用监督管理模块来控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作。
10.如权利要求9所述的方法，其中，使用所述监督管理模块来控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作进一步包括：
基于来自所述燃料电池的燃料电池参数或来自所述运输制冷单元的制冷参数中的至少一个而使用监督管理模块来控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作。
11.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
将命令从所述监督管理模块传送到所述燃料电池和所述运输制冷单元中的至少一个，
其中所述监督管理模块是通过有线或无线连接与所述燃料电池和所述运输制冷单元电子通信的硬件组件。
12.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
将命令从安装在所述运输制冷单元上的所述监督管理模块传送到所述燃料电池，
其中所述监督管理模块是安装在所述运输制冷单元上的软件模块。
13.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
将命令从安装在所述燃料电池上的所述监督管理模块传送到所述运输制冷单元，
其中所述监督管理模块是安装在所述燃料电池上的软件模块。
14.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
使用能量存储装置来存储来自所述燃料电池的所述电力并向所述运输制冷单元提供所述电力；以及
使用所述监督管理模块来控制从所述燃料电池发送到所述能量存储装置的所述电力以及从所述能量存储装置发送到所述运输制冷单元的所述电力。
15.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
使用燃料箱来存储燃料并向所述燃料电池提供所述燃料；以及
使用所述监督管理模块来控制从所述燃料箱到所述燃料电池的所述燃料的质量流和压力。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
基于来自所述燃料电池的燃料电池参数、来自所述运输制冷单元的制冷参数和来自所述燃料箱的燃料箱参数中的至少一个而使用所述监督管理模块来控制所述运输制冷单元、所述燃料电池和所述燃料箱的操作。
17.一种有形地体现在非暂时性计算机可读介质上的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括指令，所述指令在由处理器执行时使所述处理器执行包括以下的操作：
使用运输制冷单元来向运输容器的制冷货物空间提供调节的空气；
使用燃料电池来向所述运输制冷单元提供电力；以及
使用监督管理模块来控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作。
18.如权利要求17所述的计算机程序产品，其中，使用所述监督管理模块来控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作进一步包括：
基于来自所述燃料电池的燃料电池参数或来自所述运输制冷单元的制冷参数中的至少一个而使用监督管理模块来控制所述运输制冷单元和所述燃料电池的操作。
19.如权利要求17所述的计算机程序产品，其中，所述操作进一步包括：
将命令从所述监督管理模块传送到所述燃料电池和所述运输制冷单元中的至少一个，
其中所述监督管理模块是通过有线或无线连接与所述燃料电池和所述运输制冷单元电子通信的硬件组件。
20.如权利要求17所述的计算机程序产品，其中，所述操作进一步包括：
将命令从安装在所述运输制冷单元上的所述监督管理模块传送到所述燃料电池，
其中所述监督管理模块是安装在所述运输制冷单元上的软件模块。
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