專利名稱：用于運輸制冷單元的整體式多功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
0001
本發(fā)明總體上涉及車輛電氣子系統(tǒng)，更具體地涉及用于給
車輛制冷系統(tǒng)提供電力的車輛電氣子系統(tǒng)。
背景技術：
—個問題在于，車輛發(fā)動機關閉時通常不能允許車輛制冷 系統(tǒng)停止工作。另一問題在于，車輛制冷系統(tǒng)通常比空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要 更多電力，且通常需要一些不同電壓的AC和DC電源，不同的制冷子 系統(tǒng)的每一個通常需要獨特的電氣子系統(tǒng)來給它們提供電力。 所需要的是一種提供多個AC和DC電源的電氣子系統(tǒng)， 以給安裝在車輛上的制冷系統(tǒng)提供電力，并且在車輛發(fā)動機關閉時該電氣子系統(tǒng)能夠通過AC電網(wǎng)操作。也需要一種更通用的車輛制冷電氣子 系統(tǒng)，其能夠與 一 種以上的車輛制冷系統(tǒng) 一 起使用。

發(fā)明內(nèi)容
0007
一方面，本發(fā)明涉及一種給車輛制冷系統(tǒng)提供電力的電氣 子系統(tǒng)，該電氣子系統(tǒng)包括AC電源，以提供AC電力給該電氣子系統(tǒng)， 在道路模式中，該AC電源包括車輛AC電源，在待命;t莫式中，該AC 電源包括商業(yè)AC電源。電氣子系統(tǒng)還包括道路模式整流器，該道路 模式整流器電聯(lián)接至車輛AC電源；和待命模式整流器，在待命模式中 時，該待命神莫式整流器電聯(lián)接至商業(yè)AC電源。道路;t莫式整流器或待命 模式整流器將AC電源轉(zhuǎn)換至"高壓DC總線"。電氣子系統(tǒng)還包括電 聯(lián)接至高壓DC總線的AC驅(qū)動器。AC驅(qū)動器響應于冷卻需求提供"制 冷壓縮機AC電力"。制冷壓縮機AC電力具有壓縮機AC電壓和壓縮 才幾AC頻率，壓縮才幾AC電壓和壓縮才幾AC頻率都響應于壓縮機控制輸 入。電氣子系統(tǒng)還包括電聯(lián)接至高壓DC總線的DC電源。DC電源提供 "低壓DC總線"。低壓DC總線給包括制冷風扇在內(nèi)的多個低壓制冷 部件提供電力。電氣子系統(tǒng)還包括微控制器，微控制器被編程以接收與 AC電源、車輛制冷系統(tǒng)狀態(tài)和控制需求相關的信息。微控制器也通信 地聯(lián)接至至少AC驅(qū)動器，其中，微控制器基于所接收的信息來設定壓 縮機AC電壓和壓縮才幾AC頻率。 另一方面，本發(fā)明涉及一種防止車輛制冷系統(tǒng)壓縮機停轉(zhuǎn) 的方法，包括步驟提供車輛電氣子系統(tǒng)，以給車輛制冷系統(tǒng)中的壓縮 機提供AC電力；提供使用AC電力的制冷壓縮機；提供AC電源以給 車輛電氣子系統(tǒng)提供電力；監(jiān)控AC電源的可用AC電量；以及通過限 制供電給壓縮機的AC電力頻率來限制供應給壓縮機的AC電力，從而 使得供電給壓縮機的AC電力總是比AC電源的可用AC電量少一定的 余量，從而使給壓縮機供AC電力的AC電壓不會下降導致壓縮機停轉(zhuǎn)。 在

圖1中示出了使用AC發(fā)電機110的電氣子系統(tǒng)100的 一個實施例。當動力源是車輛發(fā)動機時，來自于AC發(fā)電機110的AC 電力(通常在從150到400 VAC的范圍內(nèi))，能夠在"道路模式"期間 給AC/AC變換器101 (電子功率模塊)供電。AC發(fā)電機U0可以是具 有轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組的AC發(fā)電機，這些繞組之一由DC電流供電， 或者可以是常規(guī)永久磁體AC發(fā)電機。AC發(fā)電機110也可以包括可選 的AC電壓調(diào)整器(圖1未示出)，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子或定子DC電流或通 過增加附加DC調(diào)整繞組，以在車輛發(fā)動機速度范圍內(nèi)保持相對恒定的 AC電壓。這種AC發(fā)電機電壓調(diào)整器是根據(jù)本發(fā)明的電氣子系統(tǒng)的可 選特征。 在"待命"模式時，AC/AC變換器101也可以由AC電壓
源(例如，AC電網(wǎng)102)提供動力，在"待命"模式中，與來自車輛發(fā) 動^L的電力相比，主要電力源來自于AC電網(wǎng)102。"電網(wǎng)電力"在此 定義為任何固定AC電源，例如通常建筑物中或建筑物附近可用的AC 電力，該AC電力通常由電網(wǎng)、其它化石燃料發(fā)電機和其它局部產(chǎn)生的 AC電源(包括可再生源，例如基于由太陽能電池板或風力發(fā)電機產(chǎn)生的電力的局部AC電源)提供。例如，圖1所示的示例性400 VAC AC 電網(wǎng)作為單相或三相AC電源通常能夠在200至500 VAC范圍內(nèi)可用。
0015] 來自于AC/AC變換器101的AC電力能夠在約50至450 VAC的范圍內(nèi)可用，且頻率范圍約lOHz至120Hz,用于例如給一個或 多個制冷壓縮機103提供電力。 使用高壓DC總線215 (圖2 ) ， AC/AC變換器101也能 夠提供200 V至600 V范圍內(nèi)的一種或多種DC電壓，其能夠給一個或 多個加熱器104提供電力，例如用于給制冷設備和空氣調(diào)節(jié)空間中的制 冷部件的部件除霧的加熱器。與由三相AC總線系統(tǒng)給加熱器提供電力 相比，直接通過單個高壓DC總線給加熱器104提供電力能夠降低加熱 器系統(tǒng)的復雜性。另外，在一些實施例中，加熱器能夠通過控制高壓 DC總線和/或通過開關212 (例如，固態(tài)DC切換開關)控制，因此不 需要常規(guī)繼電器。通過高壓DC總線給加熱器104提供電力的另一益處 在于，這種加熱器可以是相對簡單的電阻加熱器，通常僅需要保護性恒 溫器(圖1或圖2中未示出)。 一個或多個保護性恒溫器通?？梢圆贾?在加熱器104上的一個或多個位置處。這樣的保護性恒溫器能夠提供過 溫安全互鎖，通常通過使得開關控制件212斷開。相比而言， 一些現(xiàn)有 技術的用AC電力的加熱器需要更昂貴和復雜的正溫度系數(shù)(PTC)加 熱元件。 微控制器106可以由車輛電池107提供電力。借助于電池 提供的電力，微控制器106在多個AC電源(例如AC發(fā)電機110) AC 電網(wǎng)102)切換期間能夠保持有電。微控制器106也能夠通信地連接至 AC/AC變換器101，以完成各種控制和電壓選擇功能，如示例性控制器局域網(wǎng)(CAN)總線連接線108所示的。微控制器106也能夠控制風扇 105的循環(huán)，以及例如經(jīng)由總線108為子系統(tǒng)100的任何部件提供控制、 監(jiān)控和管理功能。微控制器106可以由車輛電池107提供電力。顯示器 211可以位于車輛制冷系統(tǒng)中或上，和/或位于車輛駕駛室中。顯示器2U 能夠由CAN總線108連接性地聯(lián)接至微控制器106。其它微計算機210, 例如由本發(fā)明的電氣子系統(tǒng)供電的制冷子系統(tǒng)中的微計算機，也能夠由 CAN總線108通信地聯(lián)接至微控制器106。
0019
圖2示出了圖1所示的發(fā)電子系統(tǒng)的電氣框圖。AC發(fā)電 機110能夠提供電力給AC/AC變換器101。例如發(fā)電機的電氣、機械和 溫度值一樣的信息也能夠經(jīng)由信息線或數(shù)據(jù)總線(圖1未示出)發(fā)送。 AC/AC變換器101內(nèi)示出了整流器203,在道路^^式中，整流器203能 夠使用由AC發(fā)電機UO提供的電力來提供200 V至600 V范圍內(nèi)的一 種或多個DC電壓。AC/AC變換器101內(nèi)也示出了整流器214,在待命 模式中，整流器214能夠使用由商業(yè)AC電網(wǎng)提供的電力來提供200 V 至600 V范圍內(nèi)的一種或多種DC電壓。整流器203和214兩者都能夠 給一個或多個加熱器104和AC驅(qū)動單元204提供電力。
0020
在圖2的示例性實施例中，AC驅(qū)動單元204也能夠提供 通常在50至450 VAC和10 Hz-120 Hz范圍內(nèi)的AC電力，以用于例如 給一個或多個制冷壓縮機203提供電力。AC驅(qū)動單元204也能夠被定 制成操作一種或多種類型的壓縮機103。借助于AC驅(qū)動單元204操作 的電子控制，通常不需要附加壓縮機馬達接觸器，因此進一步簡化設計 并改進總體系統(tǒng)可靠性。在一些實施例中，AC驅(qū)動器204能夠使用絕 緣柵雙極晶體管(IGBT)橋電路結構。 如圖1和2所示的電氣子系統(tǒng)100能夠構造成適合于如圖 3所示的各種類型的車輛制冷子系統(tǒng)300。爿使電氣子系統(tǒng)100匹配具體 類型的車輛制冷子系統(tǒng)300的一個方面是建立需要的AC和DC電壓的 列表。例如，風扇是需要12 VDC還是24 VDC。這種信息能夠經(jīng)過通 信總線(例如CAN總線)從制冷子系統(tǒng)中的微計算機傳輸給電氣子系 統(tǒng)100中的微控制器106。還可以想到，在制冷子系統(tǒng)至微控制器106 之間可以有各種類型的連接器聯(lián)接電力，微控制器106可以使用電子或 電動機械開關設置不同的插腳處的電壓?？蛇x地，可以將適用不同類型 制冷子系統(tǒng)300的標準連接器"插腳引線"和纜線類型建立在具體產(chǎn)品 線內(nèi)或者有可能的話作為工業(yè)寬標準。 提供通用電氣子系統(tǒng)100的另 一方面涉及AC驅(qū)動器204。 壓縮機103通常具有電壓幅值和AC頻率規(guī)格，其需要操作AC電壓和 AC頻率范圍。通常，可以給壓縮機103供應相對恒定的AC電壓。于 是，壓縮機的速度(與壓縮機功率和冷卻速率有關)能夠通過改變AC 電壓的頻率來改變。每種壓縮機103具有規(guī)定的電壓頻率(V/f)操作特 征，通常由一個或多個V/f曲線表示。例如，壓縮機103可以規(guī)定約400 VAC90 Hz的額定操作，或者另 一壓縮機103額定操作點是約300 VAC80 Hz。另外， 一旦限定AC電壓，每個壓縮機103都具有有用操作頻率范 圍，例如，從35Hz(例如，用于啟動和最小的冷卻需求)到100Hz(用 于傳輸最高的壓縮機軸速度和因此產(chǎn)生的最高冷卻速率)。電氣子系統(tǒng) 100和各種車輛制冷子系統(tǒng)300之間的通用相容性的另一方面包括車輛 制冷子系統(tǒng)將壓縮機103AC電壓和頻率操作特征信息傳輸給微控制器 106 (例如經(jīng)過CAN數(shù)據(jù)總線)的能力。例如，這種操作特征信息能夠 作為V/f曲線上的數(shù)據(jù)點逐字地傳輸，或者通過傳輸標識符，所述標識 符使得微控制器106選擇適合于具體制冷子系統(tǒng)300中的壓縮機103類 型的預編程V/f操作特征。相容性的另一方面是電氣子系統(tǒng)100的AC 驅(qū)動器204響應于各種壓縮機103操作模式。例如，微控制器106能夠 ;陂編程，使得在每次壓縮才幾103馬達啟動時，AC頻率乂人35 Hz逐漸增 加到需要的操作頻率(與壓縮機103軸旋轉(zhuǎn)速度有關)，以便軟啟動。 這種軟啟動慣例能夠極大地限制潛在危險的機械應力，否則可能會損害 壓縮一幾103。 另外，在每次需要冷卻時，制冷子系統(tǒng)中的微計算機或者 微控制器106例如經(jīng)由CAN總線可以設定合適的操作AC頻率。在其它 因素中，期望操作頻率取決于制冷空間中的溫度距溫度設定點多遠。壓 縮機103的合適操作頻率的確定能夠在制冷子系統(tǒng)中的微計算機中(其 中，制冷子系統(tǒng)中的微計算機然后需要一定的操作頻率)作出，或者可 選地，使用足夠的輸入信息(例如制冷空間中的實際溫度距當前溫度設 定點多遠)作出，被編程帶有壓縮機103的V/f曲線或V/f數(shù)據(jù)點的微控制器106能夠確定和設定由AC驅(qū)動器204傳輸?shù)腁C電的合適頻率。
0028
確定和設定壓縮機103的操作頻率的相關考慮因素包括考 慮電氣子系統(tǒng)IOO的可用輸入電量(數(shù)量)。例如，在"道路模式"期 間，當車輛發(fā)動機減慢時，例如在暫時停止或較慢車輛速度時，從AC 發(fā)電機IIO獲得的電力較少。如果可從AC發(fā)電機110獲得的電量小于 設定具有相應AC壓縮機功率負載的具體壓縮機103AC頻率所需的量 時，微控制器106可以設定響應于功率限制的頻率上限，以防止超過該 上限，直到車輛發(fā)電機速度返回到較高的額定值。如果電氣子系統(tǒng)100 不這樣施加壓縮機AC頻率極限，那么來自于AC驅(qū)動器204的AC電 壓可能下降，其很可能導致壓縮機103停轉(zhuǎn)。這種壓縮機103停轉(zhuǎn)可能 引起壓縮機和/或壓縮機馬達的毀滅性故障。
[0029
示例車輛制冷子系統(tǒng)記錄制冷空間中的溫度和當前溫度 設定點之間的20。C差。車輛制冷子系統(tǒng)發(fā)送最大壓縮機速度請求給車 輛電氣子系統(tǒng)。在該示例的車輛制冷系統(tǒng)中，最大壓縮機速度請求提出 在壓縮機AC頻率為60 Hz時給電氣子系統(tǒng)的4千瓦負載。然而，電氣 子系統(tǒng)中的微控制器注意到此時僅有可用的3千瓦提供給電氣子系統(tǒng)， 因此限制壓縮4幾頻率為40Hz, A/v而防止壓縮4;M亭轉(zhuǎn)。
[0030
術語"微控制器"，如參考微控制器106使用的，在此定 義為與"微控制器"、"控制器模塊"和"微計算機"同義且可與"微 控制器"、"控制器模塊"和"微計算機"互換。應當理解的是，微控 制器通常包括"微處理器"和/或任何其它集成裝置(例如，"數(shù)字信號 處理器"(DSP)芯片和能夠被編程執(zhí)行微計算機功能的"現(xiàn)場可編程 邏輯陣列"(FPGA))。
[0031
應當注意的是，雖然本發(fā)明系統(tǒng)已經(jīng)總體上描述為使用從 車輛發(fā)動機獲得的機械能給發(fā)電機提供動力，但是在本文所述的任何實 施例中，其它機械能源能夠取代內(nèi)燃機使用。
0032
雖然本發(fā)明已經(jīng)具體顯示并參考附圖中所示的優(yōu)選模式 描述，但是本領域技術人員應當理解的是，可以進行細節(jié)的各種變化而 不偏離由權利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種給被制冷的車廂或空間提供電力的電氣子系統(tǒng)，包括AC電源，其向所述電氣子系統(tǒng)提供AC電力，在道路模式中，該AC電源包括車輛AC電源，在待命模式中，該AC電源包括商業(yè)AC電源；道路模式整流器，其電聯(lián)接至所述車輛AC電源；和待命模式整流器，當處于待命模式時該待命模式整流器電聯(lián)接至所述商業(yè)AC電源，所述道路模式整流器或所述待命模式整流器將所述AC電源轉(zhuǎn)換至“高壓DC總線”；AC驅(qū)動器，其電聯(lián)接至所述高壓DC總線，所述AC驅(qū)動器響應于冷卻需求提供“制冷壓縮機AC電力”，該制冷壓縮機AC電力具有壓縮機AC電壓和壓縮機AC頻率，該壓縮機AC電壓和壓縮機AC頻率響應于壓縮機控制輸入；DC電源，其電聯(lián)接至所述高壓DC總線，所述DC電源提供“低壓DC總線”，所述低壓DC總線向包括制冷風扇的多個低壓制冷部件提供電力；和微控制器，其被編程以接收與AC電源、車輛制冷系統(tǒng)狀態(tài)和冷卻需求相關的信息，所述微控制器還通信地聯(lián)接至至少所述AC驅(qū)動器，所述微控制器基于所接收的信息來設定所述壓縮機AC電壓和壓縮機AC頻率。
2. 根據(jù)權利要求l所述的子系統(tǒng)，其特征在于所述車輛AC電源是 由車輛發(fā)動機提供動力的AC發(fā)電機。
3. 根據(jù)權利要求2所述的子系統(tǒng)，其特征在于所述AC發(fā)電機的 AC電源還包括AC發(fā)電機電壓調(diào)整器。
4. 根據(jù)權利要求l所述的子系統(tǒng)，其特征在于所述AC驅(qū)動器包括 絕緣柵雙極晶體管。
5. 根據(jù)權利要求l所述的子系統(tǒng)，其特征在于所述高壓DC總線 也向車輛制冷系統(tǒng)中的 一 個或多個電阻加熱器提供電力。
6. 根據(jù)權利要求l所述的子系統(tǒng)，其特征在于所述道路模式整流 器、待命模式整流器、AC驅(qū)動器和DC電源共同定位在公共外殼中，所 述子系統(tǒng)還包括DC操作的風扇，該風扇由DC電源或車輛電池提供電力 以冷卻所述外殼。
7. 根據(jù)權利要求l所述的子系統(tǒng)，其特征在于所述DC電源包括受調(diào)制的DC至DC轉(zhuǎn)換模式的電源，該電源具有至少12VDC或24VDC 的低壓DC電輸出。
8. 根據(jù)權利要求l所述的子系統(tǒng)，其特征在于所述高壓DC總線 具有處于約200 V至600 V范圍內(nèi)的DC電壓。
9. 根椐權利要求l所述的子系統(tǒng)，其特征在于壓縮機AC電壓的范 圍是約50 VAC至450 VAC,壓縮機AC頻率的范圍是約10 Hz至120 Hz。
10. 根據(jù)權利要求l所迷的子系統(tǒng)，其特征在于所述電氣子系統(tǒng) 具有"道路模式，，和"待命模式"，在道路模式中，電氣子系統(tǒng)從AC 發(fā)電機接收電力，所述AC發(fā)電機由車輛發(fā)動機提供動力，在待命模式中， 電氣子系統(tǒng)從車輛外部的AC電網(wǎng)接收電力。
11. 根據(jù)權利要求10所述的子系統(tǒng)，其特征在于低壓DC負栽由 低壓DC總線提供電力，在道路模式中時該低壓DC總線由車輛電池提供 電力，在待命模式時該低壓DC總線則由DC電源提供電力。
12. 根據(jù)權利要求l所述的子系統(tǒng)，其特征在于所述電氣子系統(tǒng) 向包括多個被制冷空間的制冷子系統(tǒng)提供電力，所述多個空間中的至少 一個由 一個或多個加熱器加熱，而所述多個制冷空間中的另 一個由壓縮 機冷卻，如此使得在下列情況的至少所選擇的一種情況下不超過電氣子 系統(tǒng)可用的電力限制至所述一個或多個加熱器中的至少一個的高壓DC總線電力；和限制至壓縮機的制冷壓縮機AC電力。
13. —種防止車輛制冷系統(tǒng)壓縮機停轉(zhuǎn)的方法，包括步驟提供車輛電氣子系統(tǒng)，以給車輛制冷系統(tǒng)中的壓縮機提供AC電力； 提供使用AC電力的制冷壓縮機； 提供AC電源以給車輛電氣子系統(tǒng)提供電力； 監(jiān)控AC電源的可用AC電量；和通過限制供給壓縮機的AC電頻率來限制供給壓縮機的AC電力，使 得供給壓縮機的AC電力的功率總是比AC電源可用的AC電量少一定余
14. 一;給車輛制冷系統(tǒng)中的壓縮機提供電力的電氣子系統(tǒng)，包括 由AC電源提供電力的AC驅(qū)動單元，所述AC驅(qū)動單元向壓縮機提具有AC頻率的AC電壓；和微控制器，其運行包含壓縮機的特征電壓頻率(V/f)操作信息的程 序，所述特征電壓頻率V/f操作信息將V/f操作點與壓縮機功率聯(lián)系起來， 所述微控制器指令AC驅(qū)動單元來設定給壓縮機的AC電壓和AC頻率，以 滿足車輛制冷系統(tǒng)中的被制冷空間的冷卻功率需求。
15. 根據(jù)權利要求14所述的電氣子系統(tǒng)，其特征在于車輛制冷系 統(tǒng)中的被制冷空間的冷卻功率需求基于在所迷被制冷空間中測得的溫 度與被制冷空間溫度設定點之間的差來確定。
16. 根椐權利要求14所述的電氣子系統(tǒng)，其特征在于每次壓縮機 被指令"運行"時，AC頻率以"軟啟動"的方式從OHz增加至至少最小 操作頻率，該最小操作頻率在約30 Hz至40 Hz的范圍內(nèi)。
17. 根椐權利要求16所述的電氣子系統(tǒng)，其特征在于AC頻率還從 所述最小操作頻率增加至基于期望冷卻速率的期望操作頻率，其中，該 期望操作頻率限制在最大頻率，該最大頻率在約70 Hz至120 Hz的范圍 內(nèi)。
18. 根據(jù)權利要求14所述的電氣子系統(tǒng)，其特征在于壓縮機的特 征電壓頻率V/f操作信息包含壓縮機的預編程V/ f操作信息，微控制器基 于標識符來選擇壓縮機的合適的V/f操作信息，所迷標識符識別制冷系統(tǒng) 的具體類型，該制冷系統(tǒng)包含壓縮機的具體類型。
19. 根據(jù)權利要求14所述的電氣子系統(tǒng)，其特征在于壓縮機的特 征電壓頻率V/f操作信息包括經(jīng)過數(shù)據(jù)總線從制冷系統(tǒng)接收的V/f數(shù)據(jù)。
20. 根據(jù)權利要求14所述的電氣子系統(tǒng)，其特征在于用于給制冷 系統(tǒng)提供電力的多個電氣子系統(tǒng)AC和DC電壓是基于經(jīng)過數(shù)據(jù)總線從制 冷系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)來設定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種給車輛制冷系統(tǒng)提供電力的電氣子系統(tǒng)。該電氣子系統(tǒng)包括電聯(lián)接至高壓DC總線的AC驅(qū)動器。該AC驅(qū)動器響應于冷卻需求提供“制冷壓縮機AC電力”。該電氣子系統(tǒng)還包括“低壓DC總線”。低壓DC總線給包括制冷風扇在內(nèi)的多個低壓制冷部件提供電力。微控制器設定壓縮機AC電壓和壓縮機AC頻率。一種防止車輛制冷系統(tǒng)壓縮機停轉(zhuǎn)的方法，包括步驟限制給壓縮機的AC電力，使得AC電壓不下降使得壓縮機停轉(zhuǎn)。另外，一種給車輛制冷系統(tǒng)中的壓縮機提供電力的電氣子系統(tǒng)包括壓縮機的“V/f”操作信息，微控制器指令給壓縮機AC電壓和AC頻率。
文檔編號F25B1/00GK101611273SQ200780050768
公開日2009年12月23日 申請日期2007年1月31日 優(yōu)先權日2007年1月31日
發(fā)明者A·施通普夫, S·博維奧 申請人:開利公司