用于运输制冷单元的用于带有双输出电压的电池充电器的架构和方法以及充电管理与流程

本公开涉及一种用于对运输制冷系统中的电池进行充电的方法和系统。更特别地，采用一种电池充电系统和方法论，以便改进电池充电系统中的电池的效率和可靠性。

背景技术：

典型的制冷运货卡车或制冷卡车挂车(诸如，被利用来经由大海、铁轨或公路而运输货物的那些)是具有货舱的卡车或挂车，货舱被修改成包括位于卡车或挂车的一端处的制冷单元。制冷单元包括压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器，压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器通过封闭的制冷剂回路中的制冷剂管路根据已知的制冷剂蒸汽压缩循环来顺次连接。包括发动机的功率(或电力，即power)单元驱动制冷单元的压缩机，并且典型地以柴油供电，或在其它应用中，以天然气供电。在许多卡车/挂车运输制冷系统中，压缩机由发动机轴通过带驱动或通过机械的轴对轴连结而驱动。在其它系统中，发动机驱动生成电功率的发电机，发电机转而驱动压缩机。

多队制冷卡车和制冷卡车挂车的制造者和操作者期望不仅使制冷单元的操作效率最大化，而且还使作为整体的卡车或牵引车挂车系统的操作效率最大化。在一些系统中，运输制冷单元包括用以支持制冷单元的操作的电池。这些电池包括用以确保电池始终被充电的充电电路。然而，有时，起因于经常充电，电池可能变得被过度充电。过度充电的电池缩短电池寿命时间并且浪费电力。

技术实现要素：

根据一个实施例，在本文中描述一种用于对于运输制冷单元中的电池的充电管理的方法和系统。该方法包括：使运输制冷单元配置有可从主电源操作的多个dc电源；使第一dc电源作为可操作地连接到电池并且配置成给电池提供充电功率的电池充电器而连接；以及使第二dc电源作为用于针对运输制冷系统的控制器和针对电池充电器的控制器中的至少一个的电源而连接。该方法还包括：监测电池的电压和被电池汲取的电流；和基于对电池的电压和被电池汲取的电流的监测，使电池的充电中断。

根据在本文中描述一个实施例是一种运输制冷单元。运输制冷单元包括：ac功率源，ac功率源配置成将功率供应到运输制冷单元的ac负载；电池充电模块，其可操作地连接到ac功率源并且配置成使ac功率转换成关于第一dc电源的第一dc功率和关于第二dc电源的第二dc功率；以及电池，其可操作地连接到第一dc电源，第一dc电源配置为用于电池的dc电源。运输制冷单元还包括运输制冷单元的控制器和电池充电模块的控制器中的至少一个，其可操作地连接到第二dc电源，第二dc电源供应第二dc功率用于运输制冷单元的控制器和电压监测器的控制器中的至少一个，其可操作地连接到电池并且可操作地连接到运输制冷单元的控制器和电池充电模块的控制器中的至少一个，电压监测器配置成测量电池的电压。电池充电模块的控制器配置成基于至少电池的电压独立于第二dc电源而使从第一dc电源供应的第一dc功率中断。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：电池充电模块基于至少电池的电压来使从第一dc电源供应的第一dc功率断开。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：电池充电模块的控制器配置成独立于第二dc电源而基于至少电池的电压中断第一dc电源将功率供应到电池。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：电池充电模块是用以使ac功率转换成dc功率的ac/dc转换器，并且，第一dc功率和第二dc功率中的至少一个被调整。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：在所选择的条件下，第二dc电源被与第一dc电源隔离。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：该隔离是二极管隔离。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：该隔离配置成确保由第二dc电源生成的第二dc电压与第一dc电源和电池隔离，并且，如果第二dc电源不起作用，则来自第一dc电源的第一dc电压作为第二dc电压而传送。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：电流传感器，其可操作地连接到电池，并且可操作地连接到运输制冷单元的控制器和电池充电模块的控制器中的至少一个，电流传感器配置成测量供应到电池或从电池供应的电流，其中，电池充电模块的控制器进一步配置成基于至少供应到电池或从电池供应的电流，独立于第二dc电源而使第一dc电源中断。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：蒸发器风扇和压缩机中的至少一个，其中，ac电源将ac功率供应到蒸发器风扇和压缩机中的至少一个。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：ac功率源包括发动机和发电机。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：当第一dc输出被中断时，电池将功率供应到运输制冷单元的控制器和电池充电模块的控制器中的至少一个。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：使电池的充电中断包括使从第一dc电源供应的第一dc功率断开。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：配置包括使ac功率转换成dc功率，并且，第一dc功率和第二dc功率中的至少一个被调整。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：在所选择的条件下，使第二dc电源与第一dc电源隔离。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：该隔离配置成确保由第二dc电源生成的第二dc电压与第一dc电源和电池隔离，并且，如果第二dc电源不起作用，则来自第一dc电源的第一dc电压作为第二dc电压而传送。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：利用电流传感器来测量供应到电池或从电池供应的电流，电流传感器可操作地连接到电池，并且可操作地连接到运输制冷单元的控制器和电池充电模块的控制器中的至少一个，其中，独立于第二dc电源而使第一dc电源中断进一步至少基于供应到电池或从电池供应的电流。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：使运输制冷单元配置成包括蒸发器风扇和压缩机中的至少一个，其中，ac电源将ac功率供应到蒸发器风扇和压缩机中的至少一个。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：主电源是ac电源，并且包括发动机和发电机。

除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选，另外的实施例可以包括：当第一dc输出被中断时，将功率从电池供应到运输制冷单元的控制器和电池充电模块的控制器中的至少一个。

通过本公开的技术而实现额外的特征和优点。在本文中详细地描述本公开的其它实施例和方面。为了更好地理解本公开的优点和特征，参考说明书和附图。

附图说明

实施例的前文的和其它的特征和优点从结合附图的下文的详述而显而易见，在附图中：

图1描绘根据一个实施例的具有运输制冷单元和货舱的牵引车挂车系统；

图2描绘根据一个实施例的用于图1的牵引车挂车系统的货舱的运输制冷单元；

图3描绘根据一个实施例的用于输出调整的功率的运输制冷单元电力系统；以及

图4描绘根据一个实施例的运输制冷单元电力系统中的电池充电模块的简化示意图；以及

图5是根据一个实施例的用于操作运输制冷单元电力系统的过程的流程图。

具体实施方式

一般而言，本文中的实施例一般涉及用于运输制冷单元的电力系统的电池充电电路及配置。特别地，电力系统的一个单独的输出为系统提供电力，同时一个单独的供应被采用来对电池进行充电。系统将提供对于充电电池的智能管理，并且同时提供对单元的所有电子设备构件的独立的功率供应，以促进独立控制。这样的架构通过提高效率并且改进电池寿命和可靠性，从而改进系统在各种操作模式下的功能。

出于推动对本公开的原理的理解的目的，现在将参考附图中所图示的实施例，并且，具体语言将用于描述这些实施例。虽然如此，将理解，并不旨在从而限制本公开的范围。下文的描述本质上只不过是说明性的，并且不旨在限制本公开、其应用或使用。应当理解，在全部附图中，对应的参考标号指示同样或对应的部分和特征。如本文中所使用的，术语控制器指可以包括专用集成电路(asic)、电子电路、电子处理器(共享、专用或群组)以及执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能性的其它合适的接口和构件的处理电路系统。

另外，术语“示范性”在本文中用于意指“充当示例、实例或图示”。在本文中描述为“示范性”的任何实施例或设计都不一定将被解释为比其它实施例或设计优选或有利。术语“至少一个”和“一个或多个”被理解成包括大于或等于一的任何整数数字(即，一、二、三、四等等)。术语“多个”被理解成包括大于或等于二的任何整数数字(即，二、三、四、五等等)。术语“连接”能够包括间接“连接”和直接“连接”。

如图所示并且如本文中所描述的，将呈现本公开的各种特征。各种实施例可以具有相同或类似的特征，并且因而，相同或类似的特征可以用相同的参考标号标记，但以不同的第一个数字开头，该第一个数字指示示出该特征的图。因而，例如，图x中所示出的元件“a”可以标记为“xa”，并且，图z中的类似特征可以标记为“za”。虽然类似的参考编号可以在一般意义上使用，但将描述各种实施例，并且，各种特征可以包括如本领域技术人员将意识到(不论是明确地描述还是本领域技术人员本将意识到)的改变、变更、修改等等。

图1是牵引车挂车系统100的实施例。牵引车挂车系统100包括牵引车102，牵引车102包括操作者的隔间或驾驶室104，并且还包括发动机，发动机充当牵引车挂车系统100的驱动系统。挂车106联接到牵引车102。挂车106是制冷挂车106，并且包括顶壁108、正对的底壁110、相对的侧壁112、以及前壁114，其中前壁114最靠近牵引车102。挂车106进一步包括与前壁114相对的位于后壁116处的(一个或多个)门(未示出)。挂车106的壁限定货舱。挂车106配置成通过使用位于挂车106上的运输制冷单元120而将位于货舱内部的货物118维持于所选择的温度。如图1中所示出的，运输制冷单元120位于前壁114处或附接到前壁114。

现在参考图2，更详细地示出运输制冷单元120。运输制冷单元120包括压缩机122、冷凝器124、膨胀阀126、蒸发器128以及蒸发器风扇130。压缩机122可操作地连接到驱动压缩机122的ac电源132。ac电源132可以包括发动机和发电机，如在本文中参考图3而描述的那样。

空气流借助于运输制冷单元120来循环到挂车106的货舱中并且循环通过挂车106的货舱。返回空气流134从挂车106的货舱通过制冷单元入口136流动到运输制冷单元120中，并且经由蒸发器风扇130来穿越蒸发器128流动，因而使返回空气流134冷却。冷却的返回空气流134(其现在被称为供应空气流138)通过制冷单元出口140供应到挂车106的货舱中，在一些实施例中，制冷单元出口140位于挂车106的顶壁108附近。供应空气流138使挂车106的货舱中的货物118冷却。

图3描绘用于输出调节、调整的功率和/或用于对电池充电的常规的运输制冷单元电力系统200。在图3中示出ac电源132。如上所述，ac电源132可以包括内燃发动机160(例如，柴油发动机)和产生未调整的ac功率的发电机。在示范性实施例中，发电机162生成未调整的三相ac功率，不存在除了控制发动机160的速度之外的调整能力。

运输制冷单元电力系统200包括控制装置210，在运输制冷单元120的操作的各种模式期间，控制装置210使ac电源132的输出连接到所选择的负载。在一个实施例中，控制装置210在系统要求制冷时，使ac电源132的输出连接到运输制冷单元120，或者，控制装置210使ac电源132的输出连接到辅助功率连接件(或功率连接，即powerconnection)，诸如，一个或多个dc功率连接件204和/或一个或多个ac功率连接件206。当控制装置在第一模式下操作时，ac电源132的输出连接到运输制冷单元120的压缩机122和蒸发器风扇130。当控制装置210处于第二模式时，ac电源132的输出连接到功率调节模块214和216，功率调节模块214和216分别连接到一个或多个dc功率连接件204或一个或多个ac功率连接件206。第一功率调节模块214可以是ac到dc转换器。第一功率调节模块214从ac电源132接收未调整的三相ac功率，并且生成干净、稳定、被调整并且调节的dc功率(例如，24vdc、200安培)。调整的dc功率连接到一个或多个dc功率连接件204。一个或多个dc功率连接件204可以包括但不限于dc电池充电器。在另一实施例中，一个或多个dc功率连接件204可以包括dc出口，操作者能够使dc负载(例如，软饮料泵)或与挂车相关联的dc负载(诸如，升降门)连接到dc出口。

第二功率调节模块216可以可选地采用为dc到ac转换器。第二功率调节模块216从第一功率调节模块214接收干净、稳定、被调整并且调节的dc功率，并且产生干净、稳定、被调整并且调节的ac功率(例如，120/240vac、20安培、60hz)。调整的ac功率连接到一个或多个ac功率连接件206。一个或多个ac功率连接件206可以包括ac出口，操作者能够使ac负载(例如，收银机、计算机)或与挂车相关联的ac负载(例如，ac供电式手推车充电器)连接到ac出口。

控制器230控制运输制冷单元120和运输制冷单元电力系统200的各种方面。控制器230能够取决于选择哪个操作模式而变更发动机160的速度。控制器230还控制控制装置210。

图4在示范性实施例中描绘了用于控制电池260的充电的运输制冷单元电力系统200的局部视图。在图4中示出ac电源132，如上所述，ac电源132可以包括内燃发动机160(例如，柴油发动机)和产生未调整的ac功率的发电机162。在一个实施例中，发电机162生成未调整的三相ac功率，ac功率通过控制发动机160的速度而略微调整。在一些实施例中，该控制更复杂，并且包括对所生成的ac功率的更优的调整。在一实施例中，运输制冷单元电力系统200配置成使得ac电源132的输出可操作地连接到功率控制单元210。功率控制单元210配置成控制并且引导功率到各种子系统构件的应用和路由。特别地，路由功率到电池260和路由功率来自于电池260，以及路由和维持功率至用于运输制冷单元电力系统200的控制单元230。在常规的运输制冷电力系统200中，普遍地采用单一的dc功率供应来给系统控制单元(例如，230)提供电力，以在对电池260进行充电的同时，确保制冷系统100的正确的功能。令人遗憾的是，该途径导致由于对电池260过度充电的低效性，而同时还负面地影响电池可靠性。在所描述的实施例中，对电池260进行充电的功能被隔离于运输制冷单元电力系统200的其它功能和对控制器230供电，由此促进用于对电池进行充电的单独的输出和控制。结果，提供对电池260和电池充电功能的更加智能化的利用、应用以及集成。

以图3和图4继续，用于实施例的电池充电器310的操作和功能的细节。电池充电器310从发电机132接收未调整的ac功率，并且制定两个独立的、可控制的dc电压输出。指代为vout1312的第一dc输出被引导至电池260以便维持电池260上的电荷，并且，指代为vout2314的第二dc输出用于提供激励给用于运输制冷电力系统120的控制器230，以及在内部用于电池充电器310及其控制器330。在一实施例中，第一dc输出vout1312和指代为vout2314的第二dc输出两者都配置成单独地被调整并且可控制。而且，在一实施例中，第二dc输出电压vout2314配置成大于或等于指代为vout1312的第一dc输出电压。在以此方式配置的情况下，基于系统120的配置，并且具体地基于电池充电器310，vout2314依然与vout1312隔离。第一dc输出314配置成为电池260提供充电电流。电池充电器310中的控制器330被采用来分别控制第一dc输出312和第二dc输出314。在一实施例中，电流传感器318被采用来监测供应到电池260/从电池260供应的电流。另外，电池260的电压经由用于运输制冷电力系统120的线路322通过电池充电器控制器330以及控制器230两者来监测。控制器330执行用于监测电池260的状态并且相应地控制第一dc电压输出312的过程。在一实施例中，当发电机可操作且系统功率可利用时，控制器330使第一dc输出312和第二dc输出314分别能够提供功率。当在这样的条件下操作时，当电池260已达到满电荷时，控制器330禁用第一dc输出312，由此将电池断开并且隔离于充电。该途径确保电池260被适当地充电，还避免过多地过度充电。如果电池电荷被耗尽，以致于期望额外的电荷，则第一dc输出312再一次被启用，以给电池260提供充电电流。在一实施例中，第一dc输出312的激活至少基于电池电压是否降到所选择的阈值以下。在其它实施例中，控制器330基于电池260的电压、由电池260汲取/供应的电流、温度、时间等等，采用更复杂的过程。例如，在一实施例中，电流传感器320被采用并且连接到控制器330，以监测供应到电池260/从电池260供应的电流。在这样的情况下，应用充电(或移除充电)也可以还取决于供应到电池260/从电池260供应的电流。在一些实施例中，电池260的模型可以被采用来促进预测电池260的电荷的状态，其中，模型还提供对于应用/移除电池260的充电的基础。

以图3和图4继续，在一实施例中，控制器330执行用于监测并且控制第二dc电压输出314的过程。再一次，当发电机132可操作且系统功率可利用时，控制器330使第一dc输出312和第二dc输出314分别能够提供功率。当在这样的条件下操作时，特别地，在第一dc输出312给电池260提供充电电流时，或当控制器禁用第一dc输出312，由此使电池断开并且使电池与充电隔离时，第二dc输出314基本上独立于第一dc输出312而操作。在一实施例中，被引导至控制器230的第二dc输出vout2314经由二极管316来与第一dc输出vout1312隔离。该隔离确保如果系统功率被中断(例如，来自发电机132、生成vout2314的电池充电器310的内部故障、等等)，则功率将经由vout1312和/或电池260中的任一个来持续地供应到用于运输制冷电力系统120的控制器230。应当意识到，由于vout2314配置成大于或等于vout1312，因而二极管316通常被反向偏置并且不导通。然而，vout2314不可利用时，二极管316导通，以确保功率路由到处理器230。另外，功率继续被供应到电池充电器310和控制器330。换而言之，当第一dc输出312被中断或主功率被中断时，电池260于是将功率供应到控制器230，以确保运输制冷系统100的适当的操作。另外，通过隔离二极管316提供激励，以给电池充电器310以及控制器230和330提供功率。

以此方式，运输制冷系统100配置成在运输制冷系统100的所有操作条件下提供电池充电和电池备用，同时确保电池260不被过度地充电并且由此对系统100的总效率造成影响并且特别地对电池260的可靠性和操作寿命造成影响。

图5描绘对于运输制冷系统100中的电池260的充电管理的方法400的流程图。方法400在过程步骤410开始，其中，使运输制冷系统100以及更具体地电力系统120配置有两个电源以分别生成第一dc输出312和第二dc输出314。第一电源及dc输出312配置成为电池260提供充电电流，如在过程步骤420描绘的那样。同样地，第二电源及dc输出314配置成给控制器230提供激励，如在过程步骤430描绘的那样。另外，如上所述，第二电源及dc输出314也配置成给电池充电器310的控制器330提供激励。在过程步骤440，方法400继续至少监测电池260上的电压和被电池260汲取的电流。

另外，如由电流传感器320测量的供应到电池260/从电池260供应的电流也可以可选地被监测，以促进对电池260的充电的控制。方法400在过程步骤450处继续，其中至少基于所监测的电池电压、供应到电池260的电流、电荷状态、温度、时间等等，使电池260的充电中断。另外，如在线452处描绘的那样，可以递归地重复选择过程步骤，以持续地监测电池260的充电状态，并且在需要时使充电中断。此外，在所选择的条件下，一旦第一dc电源312已被中断，并且，控制器230或330从电池供应的功率而操作，如果电池状态为如此的而需要额外的充电，则就恢复电池260的充电。

虽然已仅结合有限数量的实施例而详细地提供本公开，但应当容易理解，本公开不限于这样的所公开的实施例。相反，能够修改实施例，从而将迄今为止尚未描述的任何数量的变型、变更、替代、组合、子组合或等同布置合并，但其与本公开的精神和范围相称。另外，虽然已描述各种实施例，但将理解，本公开的方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，实施例不被视为受限于前文的描述，而是仅受限于所附权利要求的范围。