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CN112313102B - 带有原动机能量存储装置的dc发电机充电的运输制冷单元 - Google Patents

带有原动机能量存储装置的dc发电机充电的运输制冷单元 Download PDF

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CN112313102B CN201980042810.4A CN201980042810A CN112313102B CN 112313102 B CN112313102 B CN 112313102B CN 201980042810 A CN201980042810 A CN 201980042810A CN 112313102 B CN112313102 B CN 112313102B
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Abstract

一种运输制冷单元TRU(26)和电力系统。该TRU(26)和电力系统包括配置成压缩制冷剂的压缩机(58)、可操作地联接到该压缩机(58)的蒸发器热交换器(76)、以及配置成提供返回空气流并使返回空气流流过蒸发器热交换器(76)的蒸发器风扇(98)。该系统还包括设置在返回空气流中并配置为测量返回空气流的温度的返回空气温度RAT传感器(142)；可操作地连接至RAT传感器(142)并配置为至少基于RAT(142)执行用于确定对于TRU(26)的AC电力需求的过程的TRU控制器(82)；被配置为提供第二DC电力(165b)的发电机电力转换器(164a)；被配置为接收第二DC电力(165)并提供三相AC电力(157)至电力管理系统(124)的能量存储系统(150)。

Description

带有原动机能量存储装置的DC发电机充电的运输制冷单元
技术领域
本文公开的主题大体上涉及运输制冷单元，并且更具体地涉及一种用于利用发电机和能量存储装置来为运输制冷单元供电的设备和方法。
背景技术
传统的制冷货物卡车或制冷牵引车挂车，诸如那些利用于通过海洋、铁路或公路运输货物的，是卡车、挂车或货物货厢(或集装箱，即container)，通常限定货物舱室，并且被修改为包括位于卡车、挂车或货物货厢的一端的制冷系统。制冷系统通常包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，其根据已知的制冷剂蒸气压缩循环在封闭的制冷剂回路中通过制冷剂管线串联连接。诸如内燃机的动力单元(power unit)驱动制冷单元的压缩机，并且可以是柴油动力的、天然气动力的或其它类型的发动机。在许多牵引车挂车运输制冷系统中，压缩机由发动机轴或通过带传动或通过机械的轴对轴连结来驱动。在其它系统中，制冷单元的发动机驱动发电机，该发电机产生电气电力，其继而驱动压缩机。
随着当前的环境趋势，特别是对于效率、声音和环境影响方面，在运输制冷单元中的改进是期望的。利用环境友好的制冷单元，在可靠性、成本和减重中的改进也是期望的。
发明内容
根据一个实施例，本文描述了一种运输制冷单元(TRU)和电力系统，该TRU和电力系统包括：压缩机，其被配置成压缩制冷剂，压缩机具有配置成驱动压缩机的压缩机马达；蒸发器热交换器，其可操作地联接到压缩机；和蒸发器风扇，其被配置成从返回空气入口提供返回空气流并使所述返回空气流流过蒸发器热交换器。该TRU和电力系统也包括：返回空气温度(RAT)传感器，其设置在返回空气流中并且被配置为测量返回空气流的温度；TRU控制器，其可操作地连接到RAT传感器并配置为基于至少RAT执行用于确定对于TRU的AC电力需求的过程。此外，该TRU和电力系统也包括：发电机电力转换器，所述发电机电力转换器被配置为接收由DC发电机提供的第一DC电力并传输第二DC电力；能量存储系统，其被配置为接收所述第二DC电力并且还提供/接收三相AC电力；和电力管理系统，其配置为基于AC电力需求接收三相AC电力并引导三相AC电力的至少一部分给TRU。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括电网电力来源，其配置为提供电网三相AC电力到电力管理系统。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括发电机电力转换器，其包括DC/DC转换器，并且第一DC电力表现出第一DC电压和第一DC电流，并且第二DC电力表现出第二DC电压和第二DC电流。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：发电机电力转换器可操作地连接到TRU控制器，该发电机电力转换器包括电压控制功能、电流控制功能，其中至少电压控制功能响应于AC电力需求。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：能量存储系统包括能量存储装置、切换装置、和DC/AC转换器与AC/DC转换器中的至少一个，该DC/AC转换器被配置为基于AC电力需求提供另一三相AC电力给电力管理系统，并且该AC/DC转换器配置成将三相AC电力的至少一部分转换以供应能量存储装置。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：切换装置被配置为基于AC电力需求来引导能量存储系统中的DC电力流，该引导包括：将第二DC电压引导至DC/AC转换器和DC/AC转换器以及能量存储装置中的至少一个；将DC电力从能量存储装置引导到DC/AC转换器；和从AC/DC转换器接收DC电力并将其提供给能量存储装置。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：能量存储装置包括电池、燃料池节和液流电池中的至少一个。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：电池管理系统可操作地连接至TRU控制器并被配置为监视能量存储装置的至少充电状态。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：DC/AC转换器和AC/DC转换器被集成，并且其中DC/AC转换器或AC/DC转换器可操作地连接到TRU控制器，并配置为基于AC电力需求和能量存储装置的充电状态中的至少一个将电力流引导到电力管理系统和从电力管理系统引导电力流。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：使另一三相AC电力同步以匹配电网三相AC电力。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：电力管理系统被配置为接收来自能量存储系统的三相AC电力，该能量存储系统配置为提供三相AC电力，并且电网电力连接配置为提供三相电网电力给电力管理系统，并且其中电力管理系统配置为提供选择的三相AC电力给TRU和能量存储系统中的至少一个。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：电力管理系统包括电力控制切换装置，该电力控制切换装置响应于TRU控制器并被配置为引导在TRU和电力系统中的多个电力流，该多个电力流基于至少AC电力需求、能量存储系统的能量存储装置的充电状态。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：多个电力流中的电力流的第一部分：如果电网电力来源是不可操作的，则从电网接收电网三相AC电力；和如果TRU是可操作的并且能量存储系统的能量存储装置表现出小于选择阈值的充电状态，则将电网三相AC电力的至少一部分引导到TRU和能量存储系统；或者如果TRU是可操作的并且能量存储系统的能量存储装置表现出大于或等于大约选择阈值的充电状态，则将电网三相AC电力的至少一部分引导到TRU；或者如果TRU是不可操作的并且能量存储系统的能量存储装置表现出小于第二选择阈值的充电状态，则将电网三相AC电力的至少一部分引导到能量存储系统。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：多个电力流的电力流的第二部分包括：接收来自能量存储系统的三相AC电力；如果电网AC电力来源是可操作的，接收来自电网电力来源的电网三相AC电力；将来自能量存储系统的三相AC电力与电网三相AC电力同步和组合；并且如果TRU是可操作的并且能量存储系统的能量存储装置表现出大于或等于大约另一选择阈值的充电状态，则将组合的三相AC电力引导到TRU。
在一个实施例中，本文还描述了另一种产生电力并将电力引导至运输制冷单元(TRU)系统的方法，该系统具有配置成压缩制冷剂的压缩机；可操作地联接到压缩机的蒸发器热交换器；配置成从返回空气入口提供返回空气流并使返回空气流流过蒸发器热交换器的蒸发器风扇；设置在返回空气流中并且被配置为测量返回空气流的温度的返回空气温度(RAT)传感器；和TRU控制器。该方法还包括将RAT传感器可操作地连接到TRU控制器；至少基于RAT确定用于TRU的AC电力需求；可操作地将发电机电力转换器连接到DC发电机，发电机电力转换器配置成接收由DC发电机提供的第一DC电力并传输第二DC电力；可操作地连接能量存储系统，能量存储系统可操作以接收所述第二DC电力并提供/接收三相AC电力；并且可操作地将电力管理系统连接到发电机电力转换器和TRU，电力管理系统配置为接收第二三相AC电力以基于至少AC电力需求来引导电力给TRU。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：可操作地连接电网电力来源，以提供电网AC电力给电力管理系统。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：发电机电力转换器包括DC/DC转换器，并且第一DC电力表现出第一DC电压和第一DC电流，并且第二DC电力表现出第二DC电压和第二DC电流。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：该能量存储系统包括能量存储装置、切换装置以及DC/AC转换器和AC/DC转换器中的至少一个，该DC/AC转换器被配置为基于AC电力需求向电力管理系统提供另一三相AC电力，并且AC/DC转换器被配置为将三相AC电力的至少一部分转换以供应能量存储装置。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：将切换装置配置为基于AC电力需求引导能量存储系统中的DC电力流。该引导包括：将第二DC电压施加到DC/AC转换器和DC/AC转换器以及能量存储装置中的至少一个；从能量存储装置施加DC电力到DC/AC转换器；和从AC/DC转换器接收DC电力并将其提供给能量存储装置。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：使电力管理系统配置带有电力控制切换装置，该电力控制切换装置响应于TRU控制器并且配置成引导在TRU和电力系统中的多个电力流，所述多个电力流基于至少AC电力需求、能量存储系统的能量存储装置的充电状态。
附加于上述一个或多个特征，或者作为备选方案，进一步的实施例可以包括：能量存储装置包括电池系统。
本公开的实施例的技术效果包括经由发电机电力转换器联接到外部发电机系统并由其供电的运输制冷单元，其中由发电机产生并由发电机电力转换器转换的电力基于运输制冷单元的AC电力需求。
除非另外明确指出，否则前述特征和元件可以以各种组合进行组合而没有排他性。根据以下描述和附图，这些特征和元件及其操作将变得更加明显。然而应当理解，以下描述和附图旨在本质上是说明性和解释性的，并且是非限制性的。
附图说明
被视为本公开的主题在说明书结尾处的权利要求中被特别指出并被清楚地要求保护。从以下结合附图的详细描述中，本公开的前述和其它特征和优点将变得明显，在附图中：
以下描述不应被考虑为是以任何方式地限制性的。参考附图，相似的元件被相似地编号：
图1是根据本公开的实施例的具有运输制冷单元作为一个非限制性的运输制冷系统的透视图；
图2是根据本公开的实施例的运输制冷单元的示意图；
图3是根据本公开的实施例的运输制冷单元和电力系统的框图；
图4A描绘了根据本公开的实施例的电力管理系统的电力流；
图4B描绘了根据本公开的实施例的电力管理系统的电力流；
图4C描绘了根据本公开的实施例的电力管理系统的电力流；
图4D描绘了根据本公开的实施例的电力管理系统的电力流；
图4E描绘了根据本公开的实施例的电力管理系统的电力流；
图4F描绘了根据本公开的实施例的电力管理系统的电力流；
图4G描绘了根据本公开的实施例的电力管理系统的电力流；
图4H描绘了根据本公开的实施例的电力管理系统的电力流；
图5是根据本公开的实施例的运输制冷单元和电力系统的框图；和
图6是根据本公开的实施例的运输制冷单元和电力系统的框图。
具体实施方式
本文通过例证且非限制的方式参考附图给出了所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。
参照图1，示出了本公开的运输制冷系统20。在所示的实施例中，运输制冷系统20可以包括牵引车或交通工具22、货厢24和运输制冷单元(TRU)26。货厢24可以由交通工具22拉动。应当理解，本文描述的实施例可以应用于通过铁路、海洋、航空或任何其它合适的货厢运送的运送货厢，因此交通工具可以是卡车、火车、轮船、飞机、直升机等。
交通工具22可以包括操作员的舱室或驾驶室(cab)28和内燃机42，内燃机42是交通工具22的动力系或驱动系统的一部分。在一些情况下，交通工具22可以是具有电马达的混合动力或全电动配置，用于为交通工具提供推进力。在一些配置中，TRU系统26可以是无发动机的。在一些实施例中，可以采用小型发动机或交通工具22的发动机来为TRU 26提供动力(或电力，即power)或部分地提供动力。货厢24可以联接至交通工具22，并且因此被拉动或推进至期望的目的地。挂车可包括顶壁30、与顶壁30相对并与其间隔开的底壁32、彼此间隔且相对的两个侧壁34、以及相对的前壁和后壁36、38，其中前壁36最靠近交通工具22。货厢24可进一步包括在后壁38或任何其它壁处的门(未示出)。壁30、32、34、36、38一起限定了货物舱室40的边界。通常，运输制冷系统20用于运输和分配货物，诸如易腐物品和对环境敏感的物品(本文中称为作为易腐物品)。易腐物品可以包括但不限于水果、蔬菜、谷物、豆、坚果、蛋、乳制品、种子、花卉、肉、家禽、鱼、冰、血、药品、或任何其它需要冷链运输的合适货物。在所示的实施例中，TRU 26与货厢24相关联以提供期望的环境参数，诸如，例如温度、压力、湿度、二氧化碳、乙烯、臭氧、光暴露、振动暴露、以及其它条件给货物舱室40。在进一步的实施例中，TRU 26是能够提供期望的温度和湿度范围的制冷系统。
参照图1和图2，货厢24通常被构造成将货物(未示出)存储在舱室40中。TRU 26通常被集成到货厢24中并且可以被安装到前壁36。通过经由使制冷空气流循环进入和通过货厢24的货物舱室40的TRU 26冷却舱室40，货物被保持在所期望的温度。进一步考虑和理解的是，TRU 26可应用于任何运输舱室(例如，运送或运输货厢)，而不一定是那些在牵引车挂车系统中使用的货厢。此外，运输货厢24可以是交通工具22的一部分，或者被构造成从货厢24的框架和轮子(未示出)移除，以用于备选的运送方式(例如，海运、铁路、飞行和其它)。
TRU 26的部件可以包括压缩机58、电压缩机马达60、可以被空气冷却的冷凝器64、冷凝器风扇组件66、接收器68、过滤干燥器70、热交换器72、膨胀阀74、蒸发器76、蒸发器风扇组件78、抽吸调节阀80和控制器82，该控制器82可包括基于计算机的处理器(例如，微处理器)等，如本文将进一步描述的。TRU 26的操作可以通过如下方式来最好地理解，即在压缩机58处起动，在此抽吸气体(例如，天然制冷剂、氢氟烃(HFC)R-404a、HFC R-134a等)在抽吸端口84处进入压缩机58并被压缩到更高的温度和压力。制冷剂气体从压缩机58在出口端口85处被排放，并且然后可流入冷凝器64的(多个)管86中。
流动经过多个冷凝器盘管翅片(未示出)和管86的空气将气体冷却至其饱和温度。经过冷凝器64的空气流可以被冷凝器风扇组件66的一个或多个风扇88所促进。冷凝器风扇88可以由风扇组件66的可以是电动的相应冷凝器风扇马达90所驱动。通过移除潜热，管86内的制冷剂气体冷凝成高压和高温液体，并流动到接收器68，该接收器68在低温操作期间为过量的液态制冷剂提供存储。液态制冷剂可从接收器68穿过冷凝器64的过冷器热交换器92，通过使制冷剂保持清洁和干燥的过滤干燥器70，然后到增加制冷剂过冷却的热交换器72，并且最后到膨胀阀74。
当液体制冷剂穿过膨胀阀74的孔口时，液体中的一些汽化为气体(即，闪蒸气体)。来自制冷空间(即货物舱室40)的返回空气流过蒸发器76的传热表面。当制冷剂流动通过蒸发器76的多个管94时，剩余的液态制冷剂从返回空气中吸收热，并因此被蒸发，并从而冷却返回空气。
蒸发器风扇组件78包括一个或多个蒸发器风扇96，其可以由可以是电动的相应风扇马达98所驱动。经过蒸发器76的空气流由蒸发器风扇96促进。然后，制冷剂以蒸气形式可从蒸发器76流动通过抽吸调节阀80，并回到压缩机58。膨胀阀74可以是恒温的或电气可调的。在一个实施例中，如所描绘的，膨胀阀74是恒温的。恒温膨胀阀球头传感器(thermostatic expansion valve bulb sensor)100可以位于蒸发器管94的出口附近。球头传感器100旨在控制恒温膨胀阀74，从而控制在蒸发器管94的出口处的制冷剂过热。进一步考虑和理解的是，以上大体上描述了可用于诸如R-404a和R-134a的HFC以及诸如丙烷和氨的天然制冷剂的单级蒸气压缩系统。也可以应用使用二氧化碳(CO2)制冷剂的其它制冷剂系统，并且其可以是两级蒸气压缩系统。在另一实施例中，膨胀阀74可以是电子膨胀阀。在这种情况下，膨胀阀由控制器82基于蒸气压缩循环的操作条件和系统的需求被命令至选择位置。
旁通阀(未示出)可以促进制冷剂的闪蒸气体绕过蒸发器76。这将允许蒸发器盘管被填充以液体并且完全被“润湿”以改进传热效率。借助CO2制冷剂，可以将这种旁通闪蒸气体重新引入两级压缩机58的中间级中。
压缩机58和压缩机马达60可以经由互连的驱动轴102连结。压缩机58、压缩机马达60和驱动轴102可以全部密封在公共壳体104内。压缩机58可以是单个压缩机。该单个压缩机可以是两级压缩机、涡旋式压缩机或其它适于压缩HFC或天然制冷剂的压缩机。天然制冷剂可以是CO2、丙烷、氨或可以包括大约一(1)的全球变暖潜能值(GWP)的任何其它天然制冷剂。
继续以图2，其中继续参考图1。图2还示出了通过TRU 26和货物舱室40的空气流。借助于TRU 26，空气流被循环进入和通过货厢24的货物舱室40并从其出来。返回空气流134从货物舱室40通过返回空气入口136，并经由风扇96经过蒸发器76而流到TRU 26中，从而将返回空气流134调整到选择的或预定的温度。经调整的返回空气流134，此时称为供应空气流138，通过制冷单元出口140被供应到货厢24的货物舱室40中，该制冷单元出口在一些实施例中位于货厢24的顶壁30附近。供应空气流138冷却货厢24的货物舱室40中的易腐物品。将意识到，当例如外侧温度非常低时，TRU 26可以进一步被反向操作以加热货厢24。
温度传感器142(即，热敏电阻、热电偶、RTD等)被放置在空气气流中、蒸发器76上、返回空气入口136处等，以监测来自货物舱室40的返回空气流134的温度。指示返回空气流温度的表示为RAT的传感器信号经由管线144可操作地连接到TRU控制器82，以促进TRU 26的控制和操作。类似地，温度传感器146被放置在供应空气流138中、蒸发器76上、制冷单元出口140处，以监测引导进入货物舱室40中的供应空气流138的温度。类似地，指示供应空气流温度的表示为SAT 14的传感器信号经由管线148可操作地连接至TRU控制器82，以促进TRU 26的控制和操作。
系统
此时参考图3，其中也继续参考图1和图2，TRU 26可以包括大体上作为120示出的电力供应接口或与之可操作地相互作用。电力供应接口120可以包括至各种电力来源的通常表示为122的接口，并且更具体地如下在本文中用于TRU 26及其部件。在一个实施例中，电力来源122可以包括但不限于能量存储装置152、发电机162和电网电力182。电力来源122中的每个可以被配置为选择性地向包括压缩机马达60、冷凝器风扇马达90、蒸发器风扇马达98、控制器82和TRU 26的其它部件99(其可包括各种螺线管和/或传感器)的TRU 26供电。控制器82通过各种路径108上的一系列数据和命令信号可以例如如由TRU 26的冷却需要所支配地来控制对电马达60、90、98的电力的施加。
TRU 26可以包括AC或DC架构，其中选择的部件采用交流电(AC)，而其它的采用直流电(DC)。例如，在一个实施例中，马达60、90、98可以被配置为AC马达，而在其它实施例中，马达60、90、98可以被配置为DC马达。当电力来源122供应电力给TRU 26时，电力来源122的操作可以由电力管理系统124管理和监视。电力管理系统124被配置为基于TRU 26的各种需求确定各种电力来源122的状态，控制它们的操作，以及引导电力到各种电力来源122和从各种电力来源122引导电力等。在一个实施例中，TRU控制器82接收指示TRU 26的操作状态的各种信号，并据此确定用于TRU系统 26的电力需求，并且引导电力供应接口120以及特别是电力管理系统124以将电力据此引导，来解决TRU 26的需求。在一个实施例中，将TRU系统26控制至由用户选择的温度设定点值。TRU控制器82监视分别由温度传感器142和146测量的RAT和可选的SAT。TRU控制器82基于RAT(以及其它)来估计用于TRU 26的电力需求，并据此提供命令至电力供应接口120的各个部件，以及特别是电力管理系统124、能量存储系统150和发电机电力转换器164，来管理在电力供应接口120和TRU系统26中的电力的产生、转换和路由(或导引，即routing)。通过使用所测量的RAT和设定点值，进行对电力需求的估计。更具体地，在一个实施例中，如果(RAT设定点值)高于第一阈值(例如，> 10华氏度)，则由TRU系统26需要完全电力(例如，在已知的电压供应下，电流需求是已知的)。如果(RAT设定点值)在第一阈值和第二阈值之间，则电流需求被限制(在已知电压下)以实现中等范围的电力(例如，〜50％电力或小于100％的某个电力)。如果(RAT设定点值)低于第二阈值，则限制电流(在电压下)以获得最小电力(例如，〜20％电力)。
TRU控制器82被配置为根据运输制冷系统20的操作需要来控制TRU 26中的部件以及电力供应接口120的部件。TRU控制器82通信地联接到电力管理系统124、DC/AC转换器156、电池管理系统154和发电机电力转换器164部件即电压调节器166、电流控制电路167、频率转换器168，和发电机162。对于TRU电力需求，TRU控制器82，使用来自BMS 154和发电机162的附加信息，提供指令以影响发电机输出到由TRU 26所需的电力形式。附加地，TRU控制器82根据与TRU 26电力需求联接的各种电力来源(即电网电力182、能量存储装置152和发电机162)的运行状态提供指令经由电力管理系统124来管理电力流。
如本文中进一步描述，存在三个电力来源122–电网电力182、发电机162/发电机电力转换器164和能量存储装置152。如果TRU 26为“打开”且在操作，则TRU控制器82知道对于TRU系统的电力需求，并且从而知道，需要什么电力。TRU控制器82还被编程为确定电网电力(例如182)是否可用。如果电网电力可用并且TRU打开且能量存储装置152(例如电池)SOC指示完全充电，则电网电力将满足TRU系统26电力需求。相反，如果电网电力182可用且TRU打开且能量存储装置未完全充电，则满足TRU电力需求作为第一优先级，并且然后DC/AC逆变器156被激活以提供必要的充电给能量存储装置152作为第二优先级。此外，如果电网电力182可用且TRU为“关闭”并且能量存储装置152未完全充电，则DC/AC逆变器156将被激活以提供必要的充电电流。如果电网电力182不可用并且发电机/发电机电力转换器162/164不可操作，则所有TRU电力需求由能量存储系统150经由能量存储装置被满足。最后，如果电网电力182不可用并且发电机/发电机电力转换器162/164是可操作的，则TRU电力需求由发电机162和能量存储系统150两者满足。
电力管理系统124直接和/或经由发电机电力转换器164从发电机162接收电力。在一个实施例中，电力管理系统124可以是独立单元，与发电机电力转换器164成一体，和/或与TRU 26成一体。发电机162可以安装在车轴(或轴部，即axle)或毂上，配置成在运输制冷系统20在运动中时回收旋转能量，并将该旋转能量转换为电能，诸如，例如当交通工具22的车轴由于加速、巡航或制动而正在旋转时。在一个实施例中，发电机162被配置为提供第一三相AC电力163，其包括在给定频率f1下的电压V1、AC电流I1，由参考数字163表示。发电机162可以是异步的或同步的。在另一个实施例中，发电机162可以是DC，提供第一DC电力163a，其包括DC电压和DC电流，表示为V1a，和DC电流I1a。在一个或多个实施例中，发电机电力转换器164产生第二三相AC电力165，其包括在选择频率f2下的AC电压V2、第二AC电流I2，并且被从发电机电力转换器164传输到电力管理系统124或如本文所描述的其它方式。
如本文中所描述，在操作中，TRU控制器82至少部分地基于RAT来识别对于TRU26的电力需求。TRU控制器82，根据满足TRU 26的需求的必要，将电力需求传送到电力管理系统124和/或发电机电力转换器164，以将第一三相AC电力163或第一DC电力163a转换为第二三相AC电力165。
AC发电机/AC转换器
在一个实施例中，发电机电力转换器164是AC/AC转换器，并且被配置为从发电机162接收三相AC电力163(例如，在AC电压V1、AC电流I1、频率f1下)并转换其为表示为165的第二三相AC电力，其包括在选择频率f2下的第二三相AC电压V2、第二AC电流I2。第二三相AC电力165从发电机电力转换器164传输到电力管理系统124。发电机电力转换器164被配置为基于TRU 26的操作需求提供第二三相AC电力165。在一个实施例中，发电机电力转换器164包括电压控制功能166、电流控制功能167和频率转换器功能168，它们各自被配置为促进转换。在一个或多个实施例中，TRU控制器82分别将表示为169、170和171的命令信号提供给电压控制功能166、电流控制功能167和频率转换器功能168。如本文中进一步讨论的，命令信号169、170和171由TRU控制器82基于TRU 26的电力消耗需求产生。另外，出于模式选择和诊断目的，TRU控制器82可以接收关于发电机162、发电机电力转换器164或电力管理系统124的由172所描绘的状态信息。发电机电力转换器164可以是被配置为紧邻发电机162或者甚至与发电机162成一体的独立单元。在另一个实施例中，发电机电力转换器164可以是与电力管理系统124和/或TRU 26一体的。
继续以图3和发电机电力转换器164，在一个实施例中，电压控制功能166包括电压调节功能，并被配置为监视来自发电机162的输出电压，并保持来自电压控制功能166的恒定电压。电压控制功能166将状态通信给TRU控制器82。电流控制功能167监视从发电机162汲取的电流的状态并将其通信给TRU26。在一个实施例中，可以根据TRU26的电力需求来限制电流。最后，频率转换器功能168监视由发电机162生成的三相电力163的频率，并将三相电力163转换成表现出由电压控制功能166和TRU控制器82确定的期望频率的三相电力165，用于供应至电力管理系统124，并最终供应至TRU 26。在一个实施例中，通信可以经过诸如CAN、RS-485等的标准通信接口。此外，如本文进一步讨论的，通信可以是有线或无线的。
DC发电机/AC转换器
在另一个实施例中，例如，当发电机162是DC发电机时，发电机电力转换器164是DC/AC转换器并且被配置为从发电机162接收DC电力163a(例如，在DC电压V1a，DC电流I1a下)，并将其转换为第二三相AC电力165，该第二三相AC电力165包括在选择频率f2下的第二三相AC电压V2、第二AC电流I2。如本文所描述，第二三相AC电力165从发电机电力转换器164传输到电力管理系统124。再次，如上面所描述，发电机电力转换器164被配置为基于如上面所描述的TRU 26的需求来提供第二三相AC电力165。在该实施例中，包括电压控制功能166、电流控制功能167和频率转换器功能168的发电机电力转换器164被(ach)配置为促进DC/AC转换。在该实施例中，再次TRU控制器82基于TRU 26的电力消耗需求分别将表示为169、170和171的命令信号提供给电压控制功能166、电流控制功能167和频率转换器功能168，如本文进一步讨论的。在该实施例中，电压控制功能166包括电压调节功能，并且被配置为监视来自发电机162的输出DC电压，并保持来自电压控制功能166的恒定AC电压。电流控制功能167监视从发电机162汲取电流的状态并将其通信至TRU 26。最后，频率转换器功能168监视由发电机转换器164生成的三相电力165的频率，以确保它表现出由电压控制功能166和TRU控制器82所确定的所期望的频率，用于供应至电力管理系统124并最终至TRU 26。
能量存储系统
继续以图3以及采用于为TRU 26及其部件供电的各种电力来源122和电力供应接口120的架构。在一个实施例中，电力来源122中的一个可以包括但不限于可操作地联接到电力管理系统124的能量存储系统150。如本文所描述，另一电力来源122(电力管理系统124从其接收电力)是发电机162，无论直接和/或经由发电机电力转换器164。此外，电网电力来源182在选择的条件下提供三相AC电力至电力管理系统124。能量存储系统150传输三相电力157至电力管理系统124并从电力管理系统124接收电力。能量存储系统150可以包括但不限于能量存储装置152、和AC/DC转换器156和电池管理系统154。在一个实施例中，电力管理系统124提供三相AC电力157至AC/DC转换器156以制定DC电压和电流用于在能量存储装置152上充电和存储能量。相反，在其它实施例中，能量存储装置152供应DC电压和电流至作为DC/AC转换器操作的AC/DC转换器156，以供应三相AC电力157用于为TRU 26供电。
电池管理系统154监视能量存储装置152的性能。例如，监视能量存储装置152的充电状态、能量存储装置152的健康状态以及能量存储装置152的温度。能量存储装置152的示例可以包括电池系统(例如，电池或电池组)、燃料池节、液流电池以及其它能够存储和输出可以是直流(DC)的电能的装置。能量存储装置152可以包括电池系统，该电池系统可以采用组织成电池组的多个电池，冷却空气可以流过所述电池组用于电池温度控制，如在2018年1月11日提交的系列号为No. 62/616,077的美国专利申请中所描述的，该美国专利申请的内容以其整体被合并于本文中。
如果能量存储系统150包括用于能量存储装置152的电池系统，则该电池系统可具有约二百伏(200V)至约六百伏(600V)范围内的电压电势。通常，电压越高，电气电力可持续性越大，这是优选的。然而，电压越高，例如能量存储装置152中的电池的尺寸和重量就越大，这在运输货物时不是优选的。附加地，如果能量存储装置152是电池，则为了增加电压和/或电流，根据电气需求，电池需要被串联或并联连接。电池能量存储装置152中的较高电压比较低电压将需要更多串联的电池，这继而导致更大和更重的电池能量存储装置152。可以使用较低电压和较高电流的系统，然而这种系统可能需要较大的布线(cabling)或母线(bus bar)。在一个实施例中，能量存储装置152可以被包含在TRU 26的结构27内。在一个实施例中，能量存储装置152随TRU 26定位，但是，其它配置也是可行的。在另一实施例中，能量存储装置152可以随货厢24定位，诸如例如在货物舱室40的下方。类似地，AC/DC转换器156可以随货厢24定位，诸如例如在货物舱室40的下方，然而，在一些实施例中，可期望使AC/DC转换器156紧密靠近于电力管理系统124和/或TRU 26和TRU控制器82。将意识到的是，在一个或多个实施例中，尽管针对包括能量存储装置152和/或AC/DC转换器156的选择部件的连接和放置描述了特定的定位，但是这种描述仅是说明性的，并且不意在是限制性的。部件的各种定位、布置和配置是可行的并且在本公开的范围内。
电池管理系统154和AC/DC转换器156可操作地连接到TRU控制器82并与TRU控制器82相互作用。TRU控制器82接收有关能量存储系统150包括能量存储装置152的状态的信息，以提供控制输入到AC/DC转换器156以监视能量存储装置152，控制对于能量存储装置152的充电和放电速率等。
继续以图3，如早前所描述，电力供应接口120可以包括到由电力管理系统124管理和监视的各种电力来源122的接口。电力管理系统124基于TRU 26的操作需要和电力供应接口120中的部件(例如，发电机162、转换器164、能量存储装置152等)的能力来管理和确定电力供应接口120中的电气电力流。电力管理系统124配置为基于TRU 26的各种需求，确定各种电力来源122的状态，控制它们的操作，并引导电力到各种电力来源122等和从各种电力来源122等引导电力。
在一个实施例中，有五个主要电力流由电力管理系统124管理。首先，到电力管理系统124中的电力经由发电机162或发电机电力转换器164供应，例如，第二三相AC电力165)。第二，当TRU系统26可操作地连接到电网电力来源182时，电力被提供至电力管理系统124。第三，电力从能量存储装置152供应至电力管理系统124。第四，电力从电力管理系统124引导至能量存储装置152。最后，电力从电力管理系统124引导至TRU 26用于提供电力以操作TRU 26。
电力流将基于对电力管理系统124的需求和电力供应接口120的特定配置，通过不同的路径传输。电力管理系统124作为中央电力总线操作，以连接各种电力来源122一起以供应TRU 26的电力需要。电力管理系统124根据需要控制切换、引导或重新引导电力至/自五个电力流，以满足TRU 26的电力需求。切换、引导和重新引导可以通过采用电力管理系统124的总线控制切换装置126很容易地实现。总线控制切换装置126可以包括但不限于机电和固态半导体切换装置，包括继电器、接触器、固态接触器以及诸如晶体管、FETs、MOSFETs、IGBT’s、晶闸管、SCR’s等的半导体切换装置。另外，为了促进和实现电力管理系统124的功能性，是否由能量存储系统150的AC/DC转换器156、发电机转换器164、发电机162或电网电力供应182所供应的电力的电压和频率需要被同步以提供要被供应至TRU 26和/或对能量存储装置152充电的公共电力来源。电流汲取将由TRU 26以及对能量存储装置152充电的需要来确定。
发电机电力转换器164输出(第二三相AC电力165)和/或来自电网电力来源182的电网电力和/或引导至/自能量存储系统150的电力，如由电力管理系统的总线控制切换装置126所确定的，以重叠或先断后合的条件，被供应至总线控制切换装置126。AC/DC转换器156在作为DC到AC转换器操作时，将经由能量存储系统150产生的三相电力(例如157)的电压和频率与连接总线控制切换装置126的电力同步，以便于根据需将电力从能量存储装置152传输至电力管理系统124(和进而TRU 26)。类似地，一旦被连接，从电网电力来源182提供至电力管理系统124的电网电力由总线控制切换装置126引导，并且AC/DC转换器156监视总线电压和频率，以确定是否上述参数在允许连接性之前是相等的。这将允许电力总线系统的最低限度中断。换句话说，在任何时候有两个或更多个电力来源可用，总线控制切换装置和AC/DC转换器156就会确保电力被匹配和同步以实现连接性。电力总线控制装置126通信至TRU控制器82以确定连接的流的状态。在一个实施例中，电力管理系统124和或TRU控制器82提供视觉指示：哪个来源(例如，电网电力来源182、发电机162或能量存储系统150)被选择并正在总线控制切换装置126上操作。
此时转到图4A-4H，每个图提供了描绘八个识别出的电力流组合中的每一种的简化图。图4A-4C描绘了对于从发电机162和/或发电机电力转换器164供应的电力(例如，第二三相AC电力)的电力流。参考图4A，在一个实施例中，由TRU控制器82采用于在电力管理系统124中引导电力的逻辑确定是否TRU 26正在操作。如果是这样，并且能量存储系统150指示能量存储装置120正表现出小于选择阈值的充电状态，则电力管理系统124将电力引导至TRU 26和能量存储系统150，用于对能量存储装置152再充电。在一个实施例中，优先级给予满足TRU 26的电力需求。任何剩余电力可以被引导到用于能量存储系统150的再充电应用。应当意识到，尽管对于所描述的实施例公开和采用了80％的特定阈值，这些值和描述仅是说明性的。对于阈值的其它值和应用是可行的。
此时也参考图4B，该图描绘了对于从发电机162和/或发电机电力转换器164供应的电力的电力流的第二种情况。在该实施例中，如果TRU 26在操作，并且能量存储系统150指示：能量存储装置152正表现出超过选择阈值的充电状态，则电力管理系统124将电力引导至仅TRU 26(因为和能量存储系统150尚未需求再充电)。类似地，在又一个实施例中，如图4C所描绘的，对于从发电机162和/或发电机电力转换器164供应的电力的由电力管理系统124管控的第三电力流。在该实施例中，由TRU控制器82采用的用于在电力管理系统124中引导电力的逻辑解决了在TRU 26不在操作时的情况，并且能量存储系统150指示该能量存储装置152正表现出小于选择阈值(在此情况下100％，但其它阈值也是可能的)的充电状态。在该实施例中，电力管理系统124仅引导电力至能量存储系统150以对能量存储装置152再充电。在一个实施例中，优先级给予满足能量存储系统150的电力需求，并且其次给予提供电力至TRU 26。
此时转到图4D-4F，其描绘了对于从电网电力来源182供应的电力的电力流。在如图4D中所描绘的实施例中，由TRU控制器82采用的用于在电力管理系统124中引导来自电网电力来源182的电力的逻辑确定TRU 26是否在操作，并且发电机162(或发电机电力转换器164)是否不在操作。如果是这样，并且能量存储系统150指示能量存储装置152正表现出小于选择阈值的充电状态，则电力管理系统124引导电力至TRU 26和能量存储系统150两者用于对能量存储装置152再充电。在一个实施例中，再次，优先级给予满足TRU 26的电力需求。任何剩余的电力可以被引导到用于能量存储系统150的再充电应用。应当意识到，对于所描述的实施例公开并采用了80％的特定阈值，这些值和描述仅是说明性的。对于阈值的其它值和应用是可行的。
此时也参考图4E，该图描绘了当发电机162不在操作时对于从电网电力来源182供应的电力的电力流的第二种情况。在该实施例中，如果TRU 26在操作，并且能量存储系统150指示能量存储装置152正表现出超过选择阈值的充电状态，则电力管理系统将电力仅引导至TRU26，(因为能量存储系统150尚未需求再充电)。类似地，在又一个实施例中，如由图4F所描绘，当发电机162不在操作时，关于从电网电力来源182供应的电力的由电力管理系统124管控的第三电力流。在该实施例中，由TRU控制器82采用的用于在电力管理系统124中引导电力的逻辑解决了当TRU 26也不在操作并且能量存储系统150指示能量存储装置152正表现出小于选择阈值(在这种情况下为100％，尽管其它阈值也是可行的)的充电状态时的情况。在该实施例中，电力管理系统124仅将电力引导至能量存储系统150以对能量存储装置152再充电。在一个实施例中，优先级给予满足能量存储系统150的电力需求。
此时转向图4G和4H，其描绘了关于在也用于从能量存储系统150操作的选择条件下供应给TRU 26的电力的电力流。在图4G中，到TRU 26的电力流提供自发电机162和/或发电机电力转换器164(例如，第二三相AC电力165)以及自能量存储系统150。在一个实施例中，由TRU控制器82采用的用于在电力管理系统124中引导电力的逻辑确定TRU 26是否在操作。如果是这样，并且能量存储系统150指示能量存储装置152正表现出大于选择阈值的充电状态，则电力管理系统124引导来自发电机162(或发电机电力转换器164)和能量存储系统150两者的电力到TRU26。在一个实施例中，10％的阈值被采用于能量存储装置152的充电状态。在该实施例中，电力由能量存储系统150提供，并从而对能量存储装置152放电。在一个实施例中，优先级给予满足TRU 26的电力需求。该实施例可以在发电机162和/或发电机电力转换器164的输出电力小于用于操作TRU26所需的电力的条件下被采用。应当意识到，尽管对于所描述的实施例公开并采用了10％的特定阈值，但是这样的值和描述仅仅是说明性的。对于阈值的其它值和应用也是可行的。例如，在一些情况下，可期望TRU 26的优先化的操作，以使完全耗尽能量存储装置152是可接受的。类似地，在其它实施例中，可期望修改TRU 26的功能或缩减TRU 26的操作，以避免过多地对能量存储装置152放电。
此时也参考图4H，该图描绘了对于仅来自能量存储系统150的电力流的第二种情况。在该实施例中，如果TRU 26在操作，但是发电机162和/或发电机电力转换器164不在操作，如果能量存储系统150指示能量存储装置152正表现出超过选择阈值的充电状态，则电力管理系统124将电力引导到TRU26。在一个实施例中，10％的阈值被采用于能量存储装置152的充电状态。在该实施例中，电力由能量存储系统150提供并因此使能量存储装置152放电。在一个实施例中，优先级给予满足TRU 26的电力需求。再次，该实施例可以在发电机162和/或发电机电力转换器164的输出电力小于用于操作TRU 26所需的电力的条件下被采用。应当意识到，尽管对于所描述的实施例公开并采用了10％的特定阈值，但是这样的值和描述仅是说明性的。对于阈值的其它值和应用也是可行的。例如，在一些情况下，可期望TRU26的优先化的操作，以使完全耗尽能量存储装置152是可接受的。类似地，在其它实施例中，可期望修改TRU的功能或缩减TRU的运行，以避免过多地对能量存储装置152放电。
在用于TRU系统26和电力供应接口120的另一实施例和专用操作模式以及电力流中。在该实施例中，被称为故障操作或“跛行回家(limp home)”模式，电力供应接口120被配置成使得，在选择的操作模式中，电力被从牵引车或交通工具22引导到TRU26。在一个实施例中，如果能量存储装置152表现出低于选择阈值(例如，<10％)的SOC，并且发电机162/发电机电力转换器164不可操作，但是TRU系统26可操作并且需要电力，TRU电力可从牵引车或卡车的电力系统中汲取(即嵌入牵引车/卡车的能量存储装置或发电机)。此外，应当意识到，所描述的实施例虽然大体上涉及发电机162被安装在交通工具22的挂车部分上，但这种描述仅仅是说明性的。在另一个实施例中，发电机162或另一个发电机可以安装在交通工具22的牵引车部分的毂或车轴上，而不失去一般性，并且仍然完全可适用于所描述的实施例。在一个实施例中，可以通过电网插头185将牵引车/卡车电力路由至电力管理系统。在电网电力来源182和交通工具电力之间可备选连接。例如，在操作中，当交通工具22挂车在操作中(例如在交货时)时，电网插头185将插入牵引车/挂车的电PTO中，并用作移动电网来源。TRU控制器82将被编程为确定电网插头是否是活动的，并且如果是这样的，则仅在能量存储装置SOC低于阈值时才吸引(pull)电力(或补充发电机电力)，以作为修改TRU系统26的功能或缩减TRU系统26的操作的备选方案。
AC/DC发电机充电能量存储系统
此时转到图5，其中描绘了采用于对TRU 26供电的各种电力来源122以及电力供应接口(在这些情况下表示为220)的架构的两个附加的实施例。在一个实施例中，电力来源122可以包括但不限于可操作地联接到电力管理系统124和电网电力来源182的能量存储系统150。此外，如上面所描述，发电机162，无论直接地和/或经由发电机电力转换器164地被可操作地连接到能量存储系统150，并且更具体地被连接到能量存储装置152。在一个实施例中，例如，当发电机162是AC发电机162时，发电机电力转换器164是AC/DC转换器，并且配置为从发电机162接收三相AC电力163(例如，在AC电压V1、AC电流I1和频率f1下)，并将其转换为表示为165b的第三DC电力，其包括DC电压V3、第三DC电流I3。备选地，在另一个实施例中，当发电机162是DC发电机(在图中表示为162a)、表示为164a的发电机电力转换器是DC/DC转换器并且被配置为从发电机162a接收表示为163a的DC电力(例如，在DC电压V1a、DC电流I1a下)并将其转换为表示为165b的第三DC电力，其包括DC电压V3、第三DC电流I3。
在每个实施例中，第三DC电力165b从发电机电力转换器164(或164a)直接传输到能量存储系统150。再次，如本文所描述，发电机电力转换器164、164a被配置为基于TRU 26的需求来提供第三DC电力165b，如上面所描述的。在该实施例中，包括电压控制功能166(例如，参见图3)、电流控制功能167(图3)的发电机电力转换器164、164a被配置为促进对于发电机电力转换器164的AC/DC转换，和类似地对于备选实施例的发电机电力转换器164a的DC/DC转换。在这些实施例中，如本文进一步讨论的，再次TRU控制器82基于TRU 26的电力消耗需求分别将表示为169、169a的命令信号提供给电压控制功能166、和/或电流控制功能167。如先前所描述的，电压控制功能166包括电压调节功能，并且被配置为监视来自发电机162的输出AC或DC电压，并且保持来自电压控制功能166的恒定DC电压用于供应给能量存储系统220和能量存储装置152。电流控制功能167监视从发电机162、162a汲取的电流状态并将其通信到TRU 26。再次，由TRU控制器82经由线路172、172a监视发电机162、162a的状态。
继续以图5和采用于向TRU 26及其部件供电的各种电力来源122和电力供应接口220的架构110的实施例。如上面所描述，发电机162、162a无论直接地和/或经由发电机电力转换器164可操作地连接到能量存储系统150。在一个实施例中，能量存储装置152包括可由TRU控制器控制的电气切换装置158和/或采用作DC电力管理器的BMS 154。电气切换装置158被配置为连接发电机162/发电机电力转换器164、164a和能量存储装置152的电池的电力流，以根据需要将DC电力155馈送到DC/AC转换器156和到电力管理系统124，以满足TRU需求。通过该电路装置(circuitry)，将通过或者来自发电机162/发电机转换器164、164a的所有电力、来自电池的所有电力或来自发电机262/发电机转换器164、164a和电池的电力的某种组合来满足TRU需求。例如，在一个实施例中，如果TRU电力需求小于可用的发电机电力，则以来自发电机162/发电机转换器164、164a的电力满足TRU电力需求，并且任何剩余的发电机电力被引导以对能量存储装置的电池充电。电气的电路装置的控制(通过BMS 154)将管理流入和流出电池的流动，并根据需要满足TRU需求。
继续以能量存储系统，并且更具体地到能量存储装置152，能量存储系统150经由操作为DC/AC转换器的AC/DC转换器156传输电力至电力管理系统124并从电力管理系统124接收电力。再次，能量存储系统150包括但不限于能量存储装置152、和AC/DC转换器156和电池管理系统154。在一个实施例中，当从电网电力来源182操作时，电力管理系统124提供三相AC电力给TRU 26，如上面关于电力流所描述。另外，根据需要，为了在能量存储装置152上保持足够的电荷，电力管理系统124还可以将三相AC电力引导到AC/DC转换器156以制定DC电压和电流以对能量存储装置152充电并将能量存储在能量存储装置152上。相反，在另一实施例中，当电网电力来源182不可用时，能量存储装置152将DC电压和电流供应给操作为DC/AC转换器的AC/DC转换器156以供应三相AC电压和电流到电力管理系统124，用于为TRU26供电。再次，假如能量存储装置152的充电状态超过选择阈值，就可以从能量存储系统150操作TRU 26。在一个实施例中，选择阈值可以是10％的充电状态。再次，如本文所描述的，电池管理系统154监视能量存储装置152的性能。例如，监视能量存储装置152的充电状态、能量存储装置152的健康状态，以及能量存储装置152的温度。电池管理系统154和AC/DC转换器156可操作地连接到TRU控制器82并与之相互作用。TRU控制器82接收有关能量存储系统150包括能量存储装置152的状态的信息，以提供控制输入至AC/DC转换器156用来监视能量存储装置152，控制对于能量存储装置152的充电和放电速率等。
如关于本文的各种实施例所描述的，能量存储装置152的示例可以包括电池系统(例如，电池或电池组)、燃料电池以及能够存储和输出电能的其它装置，该电能可以是直流(DC)。在一个实施例中，如果能量存储系统150包括用于能量存储装置152的电池系统，则该电池系统可具有在大约两百伏(200V)至大约六百伏(600V)的范围内的电压电势。在一个实施例中，能量存储装置152可以被包含在TRU 26的结构27内。在一个实施例中，能量存储装置152随TRU 26定位，然而其它配置是可行的。在另一个实施例中，能量存储装置152可以随货厢24定位，诸如例如在货物舱室40的下方。类似地，AC/DC转换器156可以随货厢24定位，诸如例如，在货物舱室40下方，然而，在一些实施例中，可期望使AC/DC转换器156紧密靠近于电力管理系统124和/或TRU 26和TRU控制器82。将意识到，在一个或多个实施例中，尽管针对包括能量存储装置152和/或AC/DC转换器156的选择部件的连接和放置描述了特定定位，但是这种描述仅是说明性的，并且不意在为限制性的。部件的各种定位、布置和配置是可行的并且在本公开的范围内。
继续以图5，如早前所描述的，电力供应接口220可以包括到由电力管理系统124管理和监视的各种电力来源122的接口。电力管理系统124基于TRU 26的操作需要和在电力供应接口220中部件(例如，发电机162、162a、发电机电力转换器164、164a、能量存储装置152、电网电力来源182等)的能力来管理和确定在电力供应接口220中的电气电力流。电力管理系统124被配置为基于TRU 26的各种操作需求来确定各种电力来源122的状态，控制它们的操作，以及引导电力至和/或自各种电力来源122等。在一个实施例中，TRU控制器82接收指示TRU 26的操作状态的各种信号，并据此确定对于TRU系统26的电力需求，并引导电力供应接口220和特别是电力管理系统124以据此引导电力，从而解决TRU 26的需求。在一个实施例中，TRU控制器82监视分别由温度传感器142和146测量的RAT和可选地SAT。TRU控制器82基于RAT(以及其它)来估计TRU 26的电力需求，并据此提供命令至电力供应接口220的各个部件，特别是电力管理系统124、能量存储系统150和发电机电力转换器164，以管理电力供应接口220和TRU系统26中的电力的产生、转换和路由。
带有AC/DC转换器的电力管理系统
此时转到图6，其中描绘了采用于向TRU 26供电的各种电力来源122和在这些情况下表示为320的电力供应接口的架构的两个附加的实施例。在一个实施例中，电力来源122可以包括但不限于可操作地联接到电力管理系统124a的能量存储系统150，该电力管理系统124a类似于先前实施例的电力管理系统124，但是包括附加功能和特征，以及电网电力来源182。此外，如上面所描述的，发电机162，无论直接地和/或经由发电机电力转换器164，可操作地连接到能量存储系统150，并且更具体地，连接到能量存储装置152。在一个实施例中，例如，当发电机162是AC发电机162时，发电机电力转换器164是AC/DC转换器并且被配置为从发电机162接收三相AC电力163(例如，在AC电压V1、AC电流I1和频率f1下)，并将其转换为包括DC电压V3、第三DC电流I3表示为165b的第三DC电力。备选地，在另一个实施例中，当发电机162是DC发电机(在图中表示为162a时，表示为164a的发电机电力转换器是DC/DC转换器并且被配置为从发电机162a接收表示为163a的DC电力(例如，在DC电压V1a、DC电流I1a下)并将其转换为表示为165b的包括DC电压V3、第三DC电流I3的第三DC电力。
在每个实施例中，第三DC电力165b从发电机电力转换器164(或164a)直接传输到能量存储系统150。再次，如本文所描述，发电机电力转换器164、164a被配置为如上所描述地基于TRU 26的需求来提供第三DC电力165b。在该实施例中，包括电压控制功能166(参见例如图3)、电流控制功能167(图3)的发电机电力转换器164、164a被配置为促进关于发电机电力转换器164的AC/DC转换，以及类似地，关于备选实施例的发电机电力转换器164a的DC/DC转换。在这些实施例中，如本文进一步讨论的，再次TRU控制器82基于TRU 26的电力消耗需求分别将表示为169、169a的命令信号提供给电压控制功能166和/或电流控制功能167。如先前所描述，电压控制功能166包括电压调节功能，并且被配置为监视来自发电机162的输出AC或DC电压，并保持电压控制功能166出来的恒定DC电压以供应给能量存储系统320和能量存储装置152。电流控制功能167监视从发电机162、162a汲取的电流的状态并将其通信到TRU 26。再次，由TRU控制器82经由线路172、172a监视发电机162、162a的状态。
继续以图6和采用于向TRU 26及其部件供电的各种电力来源122以及电力供应接口320的架构110的实施例。如上面所描述，发电机162、162a，无论直接地和/或经由发电机电力转换器164，可操作地连接到能量存储系统150。在一个实施例中，能量存储装置152包括可由TRU控制器控制的电气切换装置158和/或采用作DC电力管理器的BMS 154。电气切换装置158被配置为连接发电机162/发电机电力转换器164、164a和能量存储装置152的电池的电力流，以根据需要馈送DC电力155到DC/AC转换器156和到电力管理系统124，以满足TRU需求。通过该电路装置，将通过或来自发电机162/发电机转换器164、164a的所有电力、来自电池的所有电力或来自发电机262/发电机转换器164,164a和电池的电力的某种组合来满足TRU需求。例如，在一个实施例中，如果TRU电力需求小于可用的发电机电力，则TRU电力需求被以来自发电机162/发电机转换器164,164a的电力所满足，并且任何剩余的发电机电力被引导以对能量储存装置的电池充电。(通过BMS 154)电气电路装置的控制将管理流入和流出电池的流动，并根据需要满足TRU需求。
继续以图6以及采用于向TRU 26及其部件供电的各种电力来源122和电力供应接口320的架构的实施例。如上面所描述，发电机162、162a，无论直接地和/或经由发电机电力转换器164，可操作地连接到能量存储系统150，并且更具体地，连接到能量存储装置152。能量存储系统150传输电力至电力管理系统124a并且从电力管理系统124a接收电力。再次，能量存储系统150包括但不限于能量存储装置152、和AC/DC转换器156和电池管理系统154。在一个实施例中，当从电网电力来源182操作时，电力管理系统124a提供三相AC电力至TRU26，如上面关于电力流所描述。根据需要，除了在能量存储装置152上保持足够的电荷，电力管理系统124a还可以引导三相AC电力到AC/DC转换器156以制定DC电压和电流以对能量存储装置152进行充电和存储能量在能量存储装置152上。相反，在另一实施例中，当电网电力来源182不可用时，能量存储装置152将DC电压和电流供应给操作为DC/AC转换器的AC/DC转换器156以供应三相AC电压和电流至电力管理系统124，用于为TRU 26供电。再次，假如能量存储装置152的充电状态超过选择阈值，可以从能量存储系统150操作TRU 26。在一个实施例中，选择阈值可以是10％充电状态。再次，如本文所描述，电池管理系统154监视能量存储装置152的性能。例如，监视能量存储装置152的充电状态、能量存储装置152的健康状态以及能量存储装置152的温度。电池管理系统154和AC/DC转换器156可操作地连接到TRU控制器82并与之相互作用。TRU控制器82接收有关能量存储系统150包括能量存储装置152的状态的信息，以提供控制输入至AC/DC转换器156用于监视能量存储装置152，控制对于能量存储装置152的充电和放电速率等。
如先前关于本文的各种实施例所描述，能量存储装置152的示例可以包括电池系统(例如，电池或电池组)、燃料池节以及其它能够存储和输出电能的装置，其可以如本文所讨论的是直流(DC)。
继续以图6，如早前所描述，电力供应接口320可以包括到由电力管理系统124a管理和监视的各种电力来源122的接口。电力管理系统124基于TRU 26的操作需要和电力供应接口320中的部件(例如，发电机162、162a、发电机电力转换器164、164a、能量存储装置152、电网电力来源182等)的能力来管理和确定电力供应接口320中的电气电力流。电力管理系统124a被配置为基于TRU 26的各种操作要求确定各种电力来源122的状态，控制它们的操作，以及引导电力至和/或自各种电力来源122等。此外，在又另一实施例中，电力管理系统124a还可包括AC/DC转换器128，其被配置为接收进入的三相AC电压157并转换其一部分为DC电压129，以便于TRU 26的维护、配置和操作。在该实施例中，AC/DC转换器128的添加消除了对分离的TRU电池的需要以维持TRU控制器82的操作。此外，在一个实施例中，由AC/DC转换器129产生的DC电压也采用于为TRU系统26的选择的传感器和部件供电。有利地，在电力管理系统中产生需要的低电压DC电力通过消除在从能量存储装置152去往AC/DC转换器156的布线之上的额外一组DC布线简化了TRU系统26和电力供应接口320的接线和路由。否则，电力管理系统124a将需要从能源存储装置出来的两组DC布线(引导至AC/DC转换器156的高电压组、和可选直接引导至TRU的低电压组)，而不是在所描述的实施例中的单个DC布线。
在一个实施例中，TRU控制器82接收指示TRU 26的操作状态的各种信号，并据此确定对于TRU系统26的电力需求，并引导电力供应接口320和特别是电力管理系统124a来引导电力据此解决TRU 26的需求。在一个实施例中，TRU控制器82监视分别由温度传感器142和146测量的RAT和可选的SAT。TRU控制器82基于RAT(以及其它)来估计对于TRU 26的电力需求，并据此提供命令至电力供应接口320的各种部件，以及特别是电力管理系统124、能量存储系统150和发电机电力转换器164，以管理电力供应接口320和TRU系统26中的电力的产生、转换和路由。
TRU 26可以进一步包括被配置为对能量存储装置152的电池再充电的可再生电力来源110(图1)。可再生电力来源110的一个实施例可以是例如安装到货厢24的顶壁30的外侧的太阳能板(也见图1)。例如，可再生电力来源110可以为TRU控制器82产生所需要的低压DC电力的全部或部分。再次，这种配置通过消除在从能量存储装置152去往AC/DC转换器156的HV布线之外的额外一组DC布线简化了系统设计的接线和路由。
当与更传统的系统相比时，本公开的益处包括没有燃料厢(fuel carriage)、燃料系统和燃料消耗，以及发出更少的噪声并且没有燃烧副产物的制冷单元。还另外，本公开包括一种能量存储装置，其被方便且有效地再充电以满足制冷单元的电力需求。
如上面所描述，实施例可以是以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。实施例也可以是以包含在有形介质中实施的指令的计算机程序代码的形式，所述有形介质诸如是网络云存储、SD卡、闪存驱动器、软盘、CD ROM、硬盘驱动器或任何其它计算机可读存储介质，其中，当计算机程序代码被加载到计算机中并由计算机执行时，该计算机成为用于实施实施例的装置。实施例也可以是以计算机程序代码的形式，例如，无论存储在存储介质中，加载到计算机中和/或由计算机执行，或在某种传输介质上传输，加载到计算机中和/或由计算机执行，或在某种传输介质上传输，诸如在电气接线或布线上，通过光纤，或经由电磁辐射，其中，当计算机程序代码被加载到由计算机执行时，计算机成为用于实践所述实施例的装置。当在通用微处理器上实现时，计算机程序代码段将微处理器配置为创建特定逻辑电路。
术语“大约”旨在包括与基于在提交申请时可用的装备的特定数量的测量相关的误差程度。例如，“大约”可以包括给定值的±8％或5％或2％的范围。
本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括”规定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件部件和/或其组合。
尽管已经参考一个或多个示例性实施例描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以做出各种改变并且可以用等同物代替其要素。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，旨在本公开不限于作为预期用于实施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范围内的所有实施例。

Claims (21)

1.一种运输制冷单元TRU和电力系统，包括：
压缩机，其被配置成压缩制冷剂，所述压缩机具有配置成驱动所述压缩机的压缩机马达；
蒸发器热交换器，其可操作地联接到所述压缩机；
蒸发器风扇，其被配置成从返回空气入口提供返回空气流并使所述返回空气流流过所述蒸发器热交换器；
返回空气温度RAT传感器，其设置在所述返回空气流中并且被配置为测量所述返回空气流的温度；
TRU控制器，其可操作地连接到所述RAT传感器并配置为基于至少所述RAT执行用于确定对于所述TRU的AC电力需求的过程；
发电机电力转换器，所述发电机电力转换器被配置为接收由DC发电机提供的第一DC电力并传输第二DC电力；
能量存储系统，其被配置为接收所述第二DC电力并且还提供第一三相AC电力和接收第二三相AC电力；和
电力管理系统，其配置为至少部分地基于所述AC电力需求接收所述第一三相AC电力并引导所述第一三相AC电力的至少一部分到所述TRU。
2.根据权利要求1所述的TRU和电力系统，其特征在于，还包括电网电力来源，所述电网电力来源被配置成提供电网三相AC电力给所述电力管理系统。
3.根据权利要求2所述的TRU和电力系统，其特征在于，所述发电机电力转换器包括DC/DC转换器，并且所述第一DC电力表现出第一DC电压和第一DC电流，并且第二DC电力表现出第二DC电压和第二DC电流。
4.根据权利要求1所述的TRU和电力系统，其特征在于，所述发电机电力转换器可操作地连接到所述TRU控制器，所述发电机电力转换器包括电压控制功能、电流控制功能，其中至少所述电压控制功能至少部分响应于AC电力需求。
5.根据权利要求3所述的TRU和电力系统，其特征在于，所述能量存储系统包括：
能量存储装置；
切换装置；和
DC/AC转换器与AC/DC转换器中的至少一个，所述DC/AC转换器被配置为至少部分地基于所述AC电力需求提供所述第一三相AC电力给所述电力管理系统，并且所述AC/DC转换器被配置为接收所述第二三相AC电力的至少一部分以供应所述能量存储装置。
6.根据权利要求5所述的TRU和电力系统，其特征在于，所述切换装置被配置为至少部分地基于所述AC电力需求来引导所述能量存储系统中的DC电力流，所述引导包括：
将所述第二DC电压引导至所述DC/AC转换器和DC/AC转换器以及所述能量存储装置中的至少一个；
将DC电力从所述能量存储装置引导到所述DC/AC转换器；和
从所述AC/DC转换器接收DC电力并将其提供给所述能量存储装置。
7.根据权利要求5所述的TRU和电力系统，其特征在于，所述能量存储装置包括电池、燃料池节和液流电池中的至少一个。
8.根据权利要求5所述的TRU和电力系统，其特征在于，还包括电池管理系统，所述电池管理系统可操作地连接到所述TRU控制器并且被配置为至少监视所述能量存储装置的充电状态。
9.根据权利要求8所述的TRU和电力系统，其特征在于，所述DC/AC转换器和AC/DC转换器被集成，并且其中，所述DC/AC转换器或AC/DC转换器可操作地连接到所述TRU控制器，并且所述TRU控制器被配置成，至少部分地基于所述AC电力需求和所述能量存储装置的充电状态中的至少一个将电力流引导至所述电力管理系统以及从所述电力管理系统引导电力流。
10.根据权利要求9所述的TRU和电力系统，其特征在于，所述电力管理系统被配置为：接收来自所述能量存储系统的第一三相AC电力和来自电网电力连接的电网三相AC电力；并且提供选择的三相AC电力中的至少一个给所述TRU和所述第二三相AC电力给所述能量存储系统。
11.根据权利要求9所述的TRU和电力系统，其特征在于，还包括：所述电力管理系统包括电力控制切换装置，所述电力控制切换装置响应于所述TRU控制器并且被配置为引导所述TRU和电力系统中的多个电力流，所述多个电力流至少部分地基于至少所述AC电力需求、所述能量存储系统的能量存储装置的充电状态。
12.根据权利要求11所述的TRU和电力系统，其特征在于，所述多个电力流中的电力流的第一部分包括：
如果所述电网电力来源是可操作的，则从所述电网接收电网三相AC电力；和
如果所述TRU是可操作的并且所述能量存储系统的能量存储装置表现出小于选择阈值的充电状态，则将电网三相AC电力的至少一部分引导到所述TRU和能量存储系统；或者
如果所述TRU是可操作的并且所述能量存储系统的能量存储装置表现出大于或等于所述选择阈值的充电状态，则将所述电网三相AC电力的至少一部分引导到所述TRU；或者
如果所述TRU是不可操作的并且所述能量存储系统的能量存储装置表现出小于第二选择阈值的充电状态，则将所述电网三相AC电力的至少一部分引导到所述能量存储系统。
13.根据权利要求11所述的TRU和电力系统，其特征在于，所述多个电力流的电力流的第二部分包括：
接收来自所述能量存储系统的所述第一三相AC电力；
如果所述电网AC电力来源是可操作的，则接收来自所述电网电力来源的电网三相AC电力；并且
将来自所述能量存储系统的第一三相AC电力与所述电网三相AC电力同步并组合并且如果所述TRU是可操作的并且所述能量存储系统的能量存储装置表现出大于或等于另一选择阈值的充电状态，则将组合的三相AC电力引导到所述TRU。
14.一种产生电力并将电力引导至运输制冷单元TRU系统的方法，所述系统具有配置成压缩制冷剂的压缩机；可操作地联接到所述压缩机的蒸发器热交换器；配置成从返回空气入口提供返回空气流并使所述返回空气流流过所述蒸发器热交换器的蒸发器风扇；设置在所述返回空气流中并且被配置为测量所述返回空气流的温度的返回空气温度RAT传感器；和TRU控制器，所述方法包括：
基于至少所述RAT来确定对于所述TRU的AC电力需求；
可操作地将发电机电力转换器连接到DC发电机，所述发电机电力转换器配置成接收由所述DC发电机提供的第一DC电力并传输第二DC电力；
可操作地连接能量存储系统，所述能量存储系统可操作以实现以下中的至少一个：接收所述第二DC电力，提供第一三相AC电力，和接收第二三相AC电力；并且
可操作地将电力管理系统连接到所述能量存储系统和所述TRU，所述电力管理系统配置为至少部分地基于所述AC电力需求接收所述第二三相AC电力以引导电力给所述TRU。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括由所述电力管理系统从电网电力来源接收电网三相AC电力。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，其进一步包括由所述发电机电力转换器将带有第一DC电压和第一DC电流的所述第一DC电力转换为带有第二DC电压和第二DC电流的所述第二DC电力。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括以下中的至少一个：
至少部分地基于所述AC电力需求由配置为将所述第一DC电力转换为所述第一三相AC电力的DC/AC转换器将第一三相AC电力提供给所述电力管理系统；和
从所述电力管理系统接收所述第二三相AC电力，并将所述第二三相AC电力转换成DC电力，用于对所述能量存储系统充电；
其中，所述能量存储系统包括能量存储装置、切换装置、以及AC/DC转换器和DC/AC转换器中的至少一个。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：将所述切换装置配置为，至少部分地基于所述AC电力需求，引导所述能量存储系统中的DC电力流，所述引导包括：
将所述第二DC电压施加到所述DC/AC转换器和DC/AC转换器以及所述能量存储装置中的至少一个；
从所述能量存储装置施加DC电力到所述DC/AC转换器；和
从所述AC/DC转换器接收DC电力并将其提供给所述能量存储装置。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：通过所述电力管理系统的电力控制切换装置将多个电力流引导到所述TRU系统，所述电力控制切换装置响应于所述TRU控制器，所述多个电力流至少部分地基于至少AC电力需求、所述能量存储系统的能量存储装置的充电状态。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述多个电力流中的电力流的第一部分包括：
如果所述电网电力来源是可操作的，则接收来自所述电网的电网三相AC电力；和
如果所述TRU是可操作的并且所述能量存储系统的能量存储装置表现出小于选择阈值的充电状态，则将所述电网三相AC电力的至少一部分引导到所述TRU和能量存储系统；或
如果所述TRU是可操作的并且所述能量存储系统的能量存储装置表现出大于或等于所述选择阈值的充电状态，则将所述电网三相AC电力的至少一部分引导到所述TRU；或
如果所述TRU是不可操作的并且所述能量存储系统的能量存储装置表现出小于第二选择阈值的充电状态，则将所述电网三相AC电力的至少一部分引导到所述能量存储系统。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述多个电力流的电力流的第二部分包括：
从所述能量存储系统接收所述第一三相AC电力；
如果所述电网AC电力来源是可操作的，则从所述电网电力来源接收电网三相AC电源；和
将来自所述能量存储系统的第一三相AC电力与所述电网三相AC电力同步并组合，和
如果所述TRU是可操作的并且所述能量存储系统的能量存储装置表现出大于或等于另一个选择阈值的充电状态，则将所述组合的三相AC电力引导到所述TRU。
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