专利名称：用于运输制冷单元的整体式多功率转换系统的制作方法
技术领域：
0001
本发明总体上涉及车辆电气子系统，更具体地涉及用于给
车辆制冷系统提供电力的车辆电气子系统。
背景技术：
—个问题在于，车辆发动机关闭时通常不能允许车辆制冷 系统停止工作。另一问题在于，车辆制冷系统通常比空气调节系统需要 更多电力，且通常需要一些不同电压的AC和DC电源，不同的制冷子 系统的每一个通常需要独特的电气子系统来给它们提供电力。 所需要的是一种提供多个AC和DC电源的电气子系统， 以给安装在车辆上的制冷系统提供电力，并且在车辆发动机关闭时该电气子系统能够通过AC电网操作。也需要一种更通用的车辆制冷电气子 系统，其能够与 一 种以上的车辆制冷系统 一 起使用。
发明内容
0007
一方面，本发明涉及一种给车辆制冷系统提供电力的电气 子系统，该电气子系统包括AC电源，以提供AC电力给该电气子系统， 在道路模式中，该AC电源包括车辆AC电源，在待命;t莫式中，该AC 电源包括商业AC电源。电气子系统还包括道路模式整流器，该道路 模式整流器电联接至车辆AC电源；和待命模式整流器，在待命模式中 时，该待命神莫式整流器电联接至商业AC电源。道路;t莫式整流器或待命 模式整流器将AC电源转换至"高压DC总线"。电气子系统还包括电 联接至高压DC总线的AC驱动器。AC驱动器响应于冷却需求提供"制 冷压缩机AC电力"。制冷压缩机AC电力具有压缩机AC电压和压缩 才几AC频率，压缩才几AC电压和压缩才几AC频率都响应于压缩机控制输 入。电气子系统还包括电联接至高压DC总线的DC电源。DC电源提供 "低压DC总线"。低压DC总线给包括制冷风扇在内的多个低压制冷 部件提供电力。电气子系统还包括微控制器，微控制器被编程以接收与 AC电源、车辆制冷系统状态和控制需求相关的信息。微控制器也通信 地联接至至少AC驱动器，其中，微控制器基于所接收的信息来设定压 缩机AC电压和压缩才几AC频率。 另一方面，本发明涉及一种防止车辆制冷系统压缩机停转 的方法，包括步骤提供车辆电气子系统，以给车辆制冷系统中的压缩 机提供AC电力；提供使用AC电力的制冷压缩机；提供AC电源以给 车辆电气子系统提供电力；监控AC电源的可用AC电量；以及通过限 制供电给压缩机的AC电力频率来限制供应给压缩机的AC电力，从而 使得供电给压缩机的AC电力总是比AC电源的可用AC电量少一定的 余量，从而使给压缩机供AC电力的AC电压不会下降导致压缩机停转。 在
图1中示出了使用AC发电机110的电气子系统100的 一个实施例。当动力源是车辆发动机时，来自于AC发电机110的AC 电力(通常在从150到400 VAC的范围内)，能够在"道路模式"期间 给AC/AC变换器101 (电子功率模块)供电。AC发电机U0可以是具 有转子绕组和定子绕组的AC发电机，这些绕组之一由DC电流供电， 或者可以是常规永久磁体AC发电机。AC发电机110也可以包括可选 的AC电压调整器(图1未示出)，通过调节转子或定子DC电流或通 过增加附加DC调整绕组，以在车辆发动机速度范围内保持相对恒定的 AC电压。这种AC发电机电压调整器是根据本发明的电气子系统的可 选特征。 在"待命"模式时，AC/AC变换器101也可以由AC电压
源(例如，AC电网102)提供动力，在"待命"模式中，与来自车辆发 动^L的电力相比，主要电力源来自于AC电网102。"电网电力"在此 定义为任何固定AC电源，例如通常建筑物中或建筑物附近可用的AC 电力，该AC电力通常由电网、其它化石燃料发电机和其它局部产生的 AC电源(包括可再生源，例如基于由太阳能电池板或风力发电机产生的电力的局部AC电源)提供。例如，图1所示的示例性400 VAC AC 电网作为单相或三相AC电源通常能够在200至500 VAC范围内可用。
0015] 来自于AC/AC变换器101的AC电力能够在约50至450 VAC的范围内可用，且频率范围约lOHz至120Hz,用于例如给一个或 多个制冷压缩机103提供电力。 使用高压DC总线215 (图2 ) ， AC/AC变换器101也能 够提供200 V至600 V范围内的一种或多种DC电压，其能够给一个或 多个加热器104提供电力，例如用于给制冷设备和空气调节空间中的制 冷部件的部件除雾的加热器。与由三相AC总线系统给加热器提供电力 相比，直接通过单个高压DC总线给加热器104提供电力能够降低加热 器系统的复杂性。另外，在一些实施例中，加热器能够通过控制高压 DC总线和/或通过开关212 (例如，固态DC切换开关)控制，因此不 需要常规继电器。通过高压DC总线给加热器104提供电力的另一益处 在于，这种加热器可以是相对简单的电阻加热器，通常仅需要保护性恒 温器(图1或图2中未示出)。 一个或多个保护性恒温器通常可以布置 在加热器104上的一个或多个位置处。这样的保护性恒温器能够提供过 温安全互锁，通常通过使得开关控制件212断开。相比而言， 一些现有 技术的用AC电力的加热器需要更昂贵和复杂的正温度系数(PTC)加 热元件。 微控制器106可以由车辆电池107提供电力。借助于电池 提供的电力，微控制器106在多个AC电源(例如AC发电机110) AC 电网102)切换期间能够保持有电。微控制器106也能够通信地连接至 AC/AC变换器101，以完成各种控制和电压选择功能，如示例性控制器局域网(CAN)总线连接线108所示的。微控制器106也能够控制风扇 105的循环，以及例如经由总线108为子系统100的任何部件提供控制、 监控和管理功能。微控制器106可以由车辆电池107提供电力。显示器 211可以位于车辆制冷系统中或上，和/或位于车辆驾驶室中。显示器2U 能够由CAN总线108连接性地联接至微控制器106。其它微计算机210, 例如由本发明的电气子系统供电的制冷子系统中的微计算机，也能够由 CAN总线108通信地联接至微控制器106。
0019
图2示出了图1所示的发电子系统的电气框图。AC发电 机110能够提供电力给AC/AC变换器101。例如发电机的电气、机械和 温度值一样的信息也能够经由信息线或数据总线(图1未示出)发送。 AC/AC变换器101内示出了整流器203,在道路^^式中，整流器203能 够使用由AC发电机UO提供的电力来提供200 V至600 V范围内的一 种或多个DC电压。AC/AC变换器101内也示出了整流器214,在待命 模式中，整流器214能够使用由商业AC电网提供的电力来提供200 V 至600 V范围内的一种或多种DC电压。整流器203和214两者都能够 给一个或多个加热器104和AC驱动单元204提供电力。
0020
在图2的示例性实施例中，AC驱动单元204也能够提供 通常在50至450 VAC和10 Hz-120 Hz范围内的AC电力，以用于例如 给一个或多个制冷压缩机203提供电力。AC驱动单元204也能够被定 制成操作一种或多种类型的压缩机103。借助于AC驱动单元204操作 的电子控制，通常不需要附加压缩机马达接触器，因此进一步简化设计 并改进总体系统可靠性。在一些实施例中，AC驱动器204能够使用绝 缘栅双极晶体管(IGBT)桥电路结构。 如图1和2所示的电气子系统100能够构造成适合于如图 3所示的各种类型的车辆制冷子系统300。爿使电气子系统100匹配具体 类型的车辆制冷子系统300的一个方面是建立需要的AC和DC电压的 列表。例如，风扇是需要12 VDC还是24 VDC。这种信息能够经过通 信总线(例如CAN总线)从制冷子系统中的微计算机传输给电气子系 统100中的微控制器106。还可以想到，在制冷子系统至微控制器106 之间可以有各种类型的连接器联接电力，微控制器106可以使用电子或 电动机械开关设置不同的插脚处的电压。可选地，可以将适用不同类型 制冷子系统300的标准连接器"插脚引线"和缆线类型建立在具体产品 线内或者有可能的话作为工业宽标准。 提供通用电气子系统100的另 一方面涉及AC驱动器204。 压缩机103通常具有电压幅值和AC频率规格，其需要操作AC电压和 AC频率范围。通常，可以给压缩机103供应相对恒定的AC电压。于 是，压缩机的速度(与压缩机功率和冷却速率有关)能够通过改变AC 电压的频率来改变。每种压缩机103具有规定的电压频率(V/f)操作特 征，通常由一个或多个V/f曲线表示。例如，压缩机103可以规定约400 VAC90 Hz的额定操作，或者另 一压缩机103额定操作点是约300 VAC80 Hz。另外， 一旦限定AC电压，每个压缩机103都具有有用操作频率范 围，例如，从35Hz(例如，用于启动和最小的冷却需求)到100Hz(用 于传输最高的压缩机轴速度和因此产生的最高冷却速率)。电气子系统 100和各种车辆制冷子系统300之间的通用相容性的另一方面包括车辆 制冷子系统将压缩机103AC电压和频率操作特征信息传输给微控制器 106 (例如经过CAN数据总线)的能力。例如，这种操作特征信息能够 作为V/f曲线上的数据点逐字地传输，或者通过传输标识符，所述标识 符使得微控制器106选择适合于具体制冷子系统300中的压缩机103类 型的预编程V/f操作特征。相容性的另一方面是电气子系统100的AC 驱动器204响应于各种压缩机103操作模式。例如，微控制器106能够 ;陂编程，使得在每次压缩才几103马达启动时，AC频率乂人35 Hz逐渐增 加到需要的操作频率(与压缩机103轴旋转速度有关)，以便软启动。 这种软启动惯例能够极大地限制潜在危险的机械应力，否则可能会损害 压缩一几103。 另外，在每次需要冷却时，制冷子系统中的微计算机或者 微控制器106例如经由CAN总线可以设定合适的操作AC频率。在其它 因素中，期望操作频率取决于制冷空间中的温度距温度设定点多远。压 缩机103的合适操作频率的确定能够在制冷子系统中的微计算机中(其 中，制冷子系统中的微计算机然后需要一定的操作频率)作出，或者可 选地，使用足够的输入信息(例如制冷空间中的实际温度距当前温度设 定点多远)作出，被编程带有压缩机103的V/f曲线或V/f数据点的微控制器106能够确定和设定由AC驱动器204传输的AC电的合适频率。
0028
确定和设定压缩机103的操作频率的相关考虑因素包括考 虑电气子系统IOO的可用输入电量(数量)。例如，在"道路模式"期 间，当车辆发动机减慢时，例如在暂时停止或较慢车辆速度时，从AC 发电机IIO获得的电力较少。如果可从AC发电机110获得的电量小于 设定具有相应AC压缩机功率负载的具体压缩机103AC频率所需的量 时，微控制器106可以设定响应于功率限制的频率上限，以防止超过该 上限，直到车辆发电机速度返回到较高的额定值。如果电气子系统100 不这样施加压缩机AC频率极限，那么来自于AC驱动器204的AC电 压可能下降，其很可能导致压缩机103停转。这种压缩机103停转可能 引起压缩机和/或压缩机马达的毁灭性故障。
[0029
示例车辆制冷子系统记录制冷空间中的温度和当前温度 设定点之间的20。C差。车辆制冷子系统发送最大压缩机速度请求给车 辆电气子系统。在该示例的车辆制冷系统中，最大压缩机速度请求提出 在压缩机AC频率为60 Hz时给电气子系统的4千瓦负载。然而，电气 子系统中的微控制器注意到此时仅有可用的3千瓦提供给电气子系统， 因此限制压缩4几频率为40Hz, A/v而防止压缩4;M亭转。
[0030
术语"微控制器"，如参考微控制器106使用的，在此定 义为与"微控制器"、"控制器模块"和"微计算机"同义且可与"微 控制器"、"控制器模块"和"微计算机"互换。应当理解的是，微控 制器通常包括"微处理器"和/或任何其它集成装置(例如，"数字信号 处理器"(DSP)芯片和能够被编程执行微计算机功能的"现场可编程 逻辑阵列"(FPGA))。
[0031
应当注意的是，虽然本发明系统已经总体上描述为使用从 车辆发动机获得的机械能给发电机提供动力，但是在本文所述的任何实 施例中，其它机械能源能够取代内燃机使用。
0032
虽然本发明已经具体显示并参考附图中所示的优选模式 描述，但是本领域技术人员应当理解的是，可以进行细节的各种变化而 不偏离由权利要求书限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种给被制冷的车厢或空间提供电力的电气子系统，包括AC电源，其向所述电气子系统提供AC电力，在道路模式中，该AC电源包括车辆AC电源，在待命模式中，该AC电源包括商业AC电源；道路模式整流器，其电联接至所述车辆AC电源；和待命模式整流器，当处于待命模式时该待命模式整流器电联接至所述商业AC电源，所述道路模式整流器或所述待命模式整流器将所述AC电源转换至“高压DC总线”；AC驱动器，其电联接至所述高压DC总线，所述AC驱动器响应于冷却需求提供“制冷压缩机AC电力”，该制冷压缩机AC电力具有压缩机AC电压和压缩机AC频率，该压缩机AC电压和压缩机AC频率响应于压缩机控制输入；DC电源，其电联接至所述高压DC总线，所述DC电源提供“低压DC总线”，所述低压DC总线向包括制冷风扇的多个低压制冷部件提供电力；和微控制器，其被编程以接收与AC电源、车辆制冷系统状态和冷却需求相关的信息，所述微控制器还通信地联接至至少所述AC驱动器，所述微控制器基于所接收的信息来设定所述压缩机AC电压和压缩机AC频率。
2. 根据权利要求l所述的子系统，其特征在于所述车辆AC电源是 由车辆发动机提供动力的AC发电机。
3. 根据权利要求2所述的子系统，其特征在于所述AC发电机的 AC电源还包括AC发电机电压调整器。
4. 根据权利要求l所述的子系统，其特征在于所述AC驱动器包括 绝缘栅双极晶体管。
5. 根据权利要求l所述的子系统，其特征在于所述高压DC总线 也向车辆制冷系统中的 一 个或多个电阻加热器提供电力。
6. 根据权利要求l所述的子系统，其特征在于所述道路模式整流 器、待命模式整流器、AC驱动器和DC电源共同定位在公共外壳中，所 述子系统还包括DC操作的风扇，该风扇由DC电源或车辆电池提供电力 以冷却所述外壳。
7. 根据权利要求l所述的子系统，其特征在于所述DC电源包括受调制的DC至DC转换模式的电源，该电源具有至少12VDC或24VDC 的低压DC电输出。
8. 根据权利要求l所述的子系统，其特征在于所述高压DC总线 具有处于约200 V至600 V范围内的DC电压。
9. 根椐权利要求l所述的子系统，其特征在于压缩机AC电压的范 围是约50 VAC至450 VAC,压缩机AC频率的范围是约10 Hz至120 Hz。
10. 根据权利要求l所迷的子系统，其特征在于所述电气子系统 具有"道路模式，，和"待命模式"，在道路模式中，电气子系统从AC 发电机接收电力，所述AC发电机由车辆发动机提供动力，在待命模式中， 电气子系统从车辆外部的AC电网接收电力。
11. 根据权利要求10所述的子系统，其特征在于低压DC负栽由 低压DC总线提供电力，在道路模式中时该低压DC总线由车辆电池提供 电力，在待命模式时该低压DC总线则由DC电源提供电力。
12. 根据权利要求l所述的子系统，其特征在于所述电气子系统 向包括多个被制冷空间的制冷子系统提供电力，所述多个空间中的至少 一个由 一个或多个加热器加热，而所述多个制冷空间中的另 一个由压缩 机冷却，如此使得在下列情况的至少所选择的一种情况下不超过电气子 系统可用的电力限制至所述一个或多个加热器中的至少一个的高压DC总线电力；和限制至压缩机的制冷压缩机AC电力。
13. —种防止车辆制冷系统压缩机停转的方法，包括步骤提供车辆电气子系统，以给车辆制冷系统中的压缩机提供AC电力； 提供使用AC电力的制冷压缩机； 提供AC电源以给车辆电气子系统提供电力； 监控AC电源的可用AC电量；和通过限制供给压缩机的AC电频率来限制供给压缩机的AC电力，使 得供给压缩机的AC电力的功率总是比AC电源可用的AC电量少一定余
14. 一;给车辆制冷系统中的压缩机提供电力的电气子系统，包括 由AC电源提供电力的AC驱动单元，所述AC驱动单元向压缩机提具有AC频率的AC电压；和微控制器，其运行包含压缩机的特征电压频率(V/f)操作信息的程 序，所述特征电压频率V/f操作信息将V/f操作点与压缩机功率联系起来， 所述微控制器指令AC驱动单元来设定给压缩机的AC电压和AC频率，以 满足车辆制冷系统中的被制冷空间的冷却功率需求。
15. 根据权利要求14所述的电气子系统，其特征在于车辆制冷系 统中的被制冷空间的冷却功率需求基于在所迷被制冷空间中测得的温 度与被制冷空间温度设定点之间的差来确定。
16. 根椐权利要求14所述的电气子系统，其特征在于每次压缩机 被指令"运行"时，AC频率以"软启动"的方式从OHz增加至至少最小 操作频率，该最小操作频率在约30 Hz至40 Hz的范围内。
17. 根椐权利要求16所述的电气子系统，其特征在于AC频率还从 所述最小操作频率增加至基于期望冷却速率的期望操作频率，其中，该 期望操作频率限制在最大频率，该最大频率在约70 Hz至120 Hz的范围 内。
18. 根据权利要求14所述的电气子系统，其特征在于压缩机的特 征电压频率V/f操作信息包含压缩机的预编程V/ f操作信息，微控制器基 于标识符来选择压缩机的合适的V/f操作信息，所迷标识符识别制冷系统 的具体类型，该制冷系统包含压缩机的具体类型。
19. 根据权利要求14所述的电气子系统，其特征在于压缩机的特 征电压频率V/f操作信息包括经过数据总线从制冷系统接收的V/f数据。
20. 根据权利要求14所述的电气子系统，其特征在于用于给制冷 系统提供电力的多个电气子系统AC和DC电压是基于经过数据总线从制 冷系统接收的数据来设定。
全文摘要
本发明涉及一种给车辆制冷系统提供电力的电气子系统。该电气子系统包括电联接至高压DC总线的AC驱动器。该AC驱动器响应于冷却需求提供“制冷压缩机AC电力”。该电气子系统还包括“低压DC总线”。低压DC总线给包括制冷风扇在内的多个低压制冷部件提供电力。微控制器设定压缩机AC电压和压缩机AC频率。一种防止车辆制冷系统压缩机停转的方法，包括步骤限制给压缩机的AC电力，使得AC电压不下降使得压缩机停转。另外，一种给车辆制冷系统中的压缩机提供电力的电气子系统包括压缩机的“V/f”操作信息，微控制器指令给压缩机AC电压和AC频率。
文档编号F25B1/00GK101611273SQ200780050768
公开日2009年12月23日 申请日期2007年1月31日 优先权日2007年1月31日
发明者A·施通普夫, S·博维奥 申请人:开利公司