冷藏机组混合动力控制系统的制作方法

1.本发明涉及运输制冷控制领域，具体的说，涉及了一种冷藏机组混合动力控制系统。


背景技术：

2.冷藏车是用来运输冷冻或保鲜货物的封闭式厢式运输车，是装有制冷机组的专用运输汽车，常用于冷冻食品、奶制品、蔬菜水果、疫苗药品等的运输。
3.目前铁路运输依然采用燃油模式，通过发动机传动带动压缩机运行从而达到制冷目的，但是燃油消耗巨大，运输成本比较高，且尾气排放比较多，不符合环保的理念。
4.随着新能源的发展，也有新能源车采用蓄电池供电运输，好处是符合节能环保的理念，但是蓄电池供能存在一定缺电风险，造成续航问题。
5.因此在一些冷藏领域，如冷藏箱中，增加了发电模块，来维持电池供应，但是通过发电模块进行发电再通过蓄电池制冷，能源利用效率较低，是对能源的进一步浪费。如申请号为：202110129140.9，发明名称为：一种混合动力冷藏集装箱多种供电制冷系统的发明专利，就属于该问题的范畴。
6.而且，多种动力混合应用后，如何管理才能实现效率的最大化，也是一大难题。
7.为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。


技术实现要素：

8.本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种提升能源利用效率、能源利用多样化、灵活化、运输安全性更高的冷藏机组混合动力控制系统。
9.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种冷藏机组混合动力控制系统，包括压缩机、发动机、电动机、变频器、充电模块、光伏发电板、光伏控制组件、储能电池、电池控制系统、冷机控制系统、充电器和电瓶；所述发动机和电动机可切换的驱动所述压缩机运行；所述电动机的输入侧设置变频器，所述变频器的输入侧设置电池输入端口、市电输入端口和备电模块，所述备电模块用于检测是否存在市电或高压直流电，以便所述变频器接入相应的端口；所述市电输入端口还通过充电模块连接储能电池，所述储能电池的输出侧分别连接所述电池输入端口和所述电池控制系统，所述电池控制系统通过充电器为所述电瓶充电；所述电瓶连接冷机控制系统并未冷机关联的电控元器件进行供电；所述光伏发电板通过光伏控制组件为所述储能电池充电；所述备电模块作为混合动力的抉择模块，所述备电模块的抉择优先级为先检测是否有市电输入、再检测是否有高压直流电输入并通过检测高压直流电的电压值判断储能电池的状态，进而判断是否选择发动机介入。
10.基上所述，控制系统是通过以下步骤运行的：步骤1）冷机控制系统自检，如显示故障切断输出，如没有故障，进行下一步；步骤2）备电模块判断是否存在市电，如存在会启动市电模式，备电正常接入，控制变频器内部接触器吸合，通过变频器将三相交流电经过整流逆变后输出三相可调交流电驱动电动机带动压缩机运行；同时，市电还通过充电模块为储能电池充电；如不存在市电，进行步骤3）；步骤3）备电模块请求高压上电，电池控制系统进行自检是否欠压，如自检通过，吸合直流由储能电池供电，上传电压信息，备电模块检测到高压直流电时，控制变频器内部直流继电器吸合，通过变频器将高压直流电经逆变后输出三相可调交流电驱动电动机带动压缩机运行；如自检未通过，进行步骤4）步骤4）备电模块检测市电和储能电池均无法供电，启动燃油模式，并依次启动柴油油泵、运行电磁阀，预热后持续输出，经设定时间后输出至发动机，由发动机驱动压缩机运行，此时判断发动机转速是否达到设定值，如不符合，输出故障信息并停止工作。
11.基上所述，冷机控制系统的运行通过以下方法进行：冷机控制系统根据输入指令确定制冷/制热模式，待发动机或电动机高速运行第一时长后卸载阀关闭输出，再经第二时长后制冷模式关闭除霜阀/制热模式关闭截止阀，经第三时长的蒸发器输出后，通过环境温度传感器检测厢内温度，如未到设定温度，蒸发器持续输出；如到设定温度，蒸发器停止输出，第四时长后卸载阀输出；市电模式下和电池模式下，变频器停止输出；燃油模式下发动机低速运行，第五时长后电磁阀、柴油油泵和卸载阀依次停止输出，进入等待模式；环境温度传感器持续检测温度数值，当温度超过设定范围时，继续启动蒸发器输出，重复该循环。
12.基上所述，冷机控制系统通过以下方法启动制冷机组：备电模块检测是否有市电，如有，直接通过市电和变频器驱动电动机启动，带动压缩机启动；如没有市电，再检测是否有储能电池以及储能电池电量，如储能电池电量充足，通过储能电池和变频器驱动电动机启动，带动压缩机启动；如储能电池电量小于第一设定值而大于第二设定值，通过储能电池和变频器驱动电动机启动，带动压缩机启动，运行稳定后，切换发动机驱动压缩机运行；如储能电池电量低于第二设定值，即馈电状态，通过发动机驱动压缩机启动并维持运行。
13.基上所述，所述备电模块通过以下方法检测是否存在市电：备电模块的检测电路中设置380v的检测继电器，通过检测继电器的辅助触点检测是否接地，cpu检测到接地则判断接入市电。
14.基上所述，所述备电模块通过以下方法检测是否存在储能电池：备电模块的cpu与电池控制系统进行通讯，电池控制系统将储能电池的状态上传至备电模块，进而判断是否启动储能电池。
15.基上所述，燃油模式下，备电模块持续的检测是否有市电或储能电池介入，以便及时进行切换；电池模式下，备电模块持续的检测是否有市电以及储能电池的电量，以便及时进行切换。
16.基上所述，行驶过程中，备电模块检测储能电池的电量，在储能电池到达馈电状态之前，由储能电池通过变频器驱动电动机，带动压缩机运行，在到达馈电状态时，切换至然后模式，由发动机带动压缩机运行，并持续监测储能电池的电量状态变化，根据储能电池的电量状态变化进行模式切换。
17.本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明基于环保能源的发展理念，和现有技术的瓶颈，设计了以发动机、电动机为核心，以燃油、市电和储能电池以及太阳能为混合动力来源的混合驱动系统，并按照应用优先级对系统的运行逻辑进行设置，以提升能源利用效率为原则，设定了优先使用市电、其次使用储能电池、最后使用燃油的控制系统，一方面克服电池能源续航问题带来的运输安全问题，另一方面利用冷藏车经常在市场或有市电接入的场合长时间待机的特点，引入市电供能，大幅缓解能耗压力，还能为冷藏车充能，确保运输安全，提升能源利用效率。
18.进一步的，控制系统的运行逻辑基于备电模块对市电和储能电池的实时检测为依据，进行模式切换，遵循先市电、其次储能电池、最后燃油模式的优先级进行切换，来避免能源多层转换带来的效率降低，以及对化石能源的依赖。
19.进一步的，运行过程中，当厢内温度到达设定温度后，动力部分就待机作业，降低能源损耗。
20.进一步的，启动过程中，由于启动耗能通常较多，尤其是对于发动机来说，油耗较高，因此，启动过程优先市电，其次储能电池，再次燃油模式，其中，储能电池的判断依据，以其是否馈电为准，相较于运行而言，对其电量的要求更低，以便通过发电机先将系统带动起来，压缩机高速运转后，再切换至燃油模式，降低对燃油的消耗。
21.进一步的，燃油模式下，备电模块实时检测，及时进行动力切换，避免燃油消耗过多。
22.进一步的， 行驶状态下，由于缺少市电供给，远距离会以发动机为主，近距离会以储能电池为主，通过检测进行切换，最大化利用储能电池，以及太阳能的发电。
23.进一步的，备电模块的检测电路设计通过380v检测继电器来检测市电是否接入，通过与电池控制系统的通讯来获取储能电池信息，已帮助其切换。
附图说明
24.图1是本发明中冷藏机组混合动力控制系统的电气原理图。
25.图2是本发明中压缩机驱动原理图。
26.图3是本发明中冷机控制系统的电气原理图。
27.图4是本发明中备电模块与变频器关联关系的电气原理图。
28.图5是本发明中机组采集控制模块的电气原理图之一。
29.图6是本发明中机组采集控制模块的电气原理图之一。
30.图7是本发明中的压缩机制冷原理图。
31.图8是本发明中工作模式切换的控制流程图。
32.图9是本发明中市电模式启动的控制流程图。
33.图10是本发明中电池模式启动的控制流程图。
34.图11是本发明中燃油模式启动的控制流程图。
35.图12是本发明中制冷制热过程中的控制流程图。
36.图13是本发明中备电模块的cpu电控电路图。
37.图14是本发明中备电模块的u相检测电路图。
38.图15是本发明中备电模块的v相检测电路图。
具体实施方式
39.下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
40.如图1所示，一种冷藏机组混合动力控制系统，包括压缩机、发动机、电动机、变频器、充电模块、光伏发电板、光伏控制组件、储能电池、电池控制系统、冷机控制系统、充电器和电瓶。
41.如图3所示，其中的冷机控制系统包括机组显示模块、机组采集控制模块、继电器板和备电模块。
42.机组显示模块是人机交互设备，用于显示制冷机组设置参数、故障信息、箱内温度、设置温度等信息；如图5和图6所示，机组采集控制模块通过外接传感器与开关，获取制冷机组工作状态，包含环境温度、压缩机y1排气温度、库温温度、除霜温度等，通过高压开关、低压开关判断制冷机组是否故障；继电器板与机组采集控制模块配合完成对各制冷配件控制，例如蒸发风机、冷凝风机、速度电磁阀等；如图4所示，备电模块主要作用是检测市电与交流电，完成对市电与交流电切换，同时控制变频器输出不同频率从而控制电动机m1转速，间接控制压缩机y1转速，达到变频控制的目的。
43.如图2所示，所述发动机和电动机可切换的驱动所述压缩机运行。
44.所述电动机的输入侧设置变频器，所述变频器的输入侧设置电池输入端口、市电输入端口和备电模块，所述备电模块用于检测是否存在市电或高压直流电，以便所述变频器接入相应的端口。
45.所述市电输入端口还通过充电模块连接储能电池，所述储能电池的输出侧分别连接所述电池输入端口和所述电池控制系统，所述电池控制系统通过充电器为所述电瓶充电。
46.所述电瓶连接冷机控制系统并未冷机关联的电控元器件进行供电。
47.所述光伏发电板通过光伏控制组件为所述储能电池充电。
48.所述备电模块作为混合动力的抉择模块，所述备电模块的抉择优先级为先检测是否有市电输入、再检测是否有高压直流电输入并通过检测高压直流电的电压值判断储能电池的状态，进而判断是否选择发动机介入。
49.如图7所示，压缩机的制冷原理如图所示：压缩机y1排出高温高压气态的制冷剂，经过制冷截止阀流入冷凝器，经过芯体通过冷凝风机使外部空气流动散热，变成高压常温液态制冷剂，流入储液器后再经过冷凝器二次过冷，经过干燥过滤器过滤制冷剂中的杂质水分，流向蒸发器，经过膨胀阀制冷剂到达蒸发器芯体内部汽化吸热，此时蒸发器芯体变凉，经过蒸发风机使内部空气流动从而降低
货箱内温度，低温低压气态制冷剂通过压力调节阀后流入压缩机y1完成一次制冷循环。
50.电气原理图如图所示：混合动力冷藏机组共有三种动力模式，分别为：燃油模式：通过使用柴油发动机f1带动压缩机y1做功完成制冷循环，燃油模式除增加续航能力外，还是应急方案之一，在储能电池故障或无市电情况下使用。
51.电池模式：通过电池控制系统控制储能电池给变频器供电，经过逆变后输出三相可调交流电驱动电动机m1带动压缩机y1做工，完成制冷循环。同时光伏控制组件通过控制光伏发电板给储能电池充电增加续航能力，通过dc充电器给电瓶充电，防止在待机过程中造成亏电情况。
52.市电模式：通过外接三相交流电给变频器，经过整流逆变后输出三相可调交流电驱动电动机m1带动压缩机y1做功，完成制冷循环。同时通过充电模块给储能电池充电，可以实现边制冷边充电需求。减少等待时间，提高使用效率，进而减少运输成本。
53.具体的控制方案可细化如下：1、如图8所示，工作模式切换流程，工作模式优先级 市电模式＞电池模式＞燃油模式。
54.通过机组控制显示器启动后开始会进行自检操作，如出现故障及时显示故障切断输出，如没有故障，备电模块判断是否存在市电，如存在会启动市电模式运行，否则启动燃油模式运行，启动完成后进行制冷或制热模式工作。
55.2、如图9所示，市电模式启动流程：机组控制显示器开始会进行自检操作，如出现故障及时显示故障切断输出，如没有故障，备电模块判断是否存在市电，备电正常接入时，会上传电压信息并点亮图标，控制变频器内部接触器吸合，变频器内部进行预充，预充完成后60s后驱动电动机m1运转，进行制冷/制热工作。
56.3、如图10所示，电池模式启动流程，机组控制显示器开始会进行自检操作，如出现故障及时显示故障切断输出，如没有故障，备电模块判断是否存在市电，备电没有接入时，启动电池模式，首先备电模块请求高压上电，电池控制系统bms进行自检，自检通过时吸合直流供电，上传电压信息，否则上传故障并切换燃油模式。备电模块检测到高压直流时，会在机组控制显示器上显示电压信息并控制变频器内部直流继电器吸合，上传制冷机组工作状态，变频器内部进行预充，预充完成后60s后驱动电动机m1运转，进行制冷/制热工作。
57.4、如图11所示，燃油模式启动流程，冷机组控制器开始会进行自检操作，如出现故障及时显示故障切断输出，如没有故障，备电模块判断是否存在市电，市电没有接入时，备电模块判断是否存在高压直流，如不存在，启动燃油模式，首先柴油油泵、运行电磁阀、预热会持续输出，15s后起动机输出，此时会判断发动机f1是否启动成功，通过判断转速是否＞1000r/min，如果不符合输出故障信息并停止工作，如符合就进行制冷/制热工作。
58.5、如图12所示，制冷/制热工作流程，首先除霜阀、卸载阀保持输出，机组控制显示器进行制冷/制热判断，待发动机f1或电动机m1高速10s后卸载阀关闭输出，3s后制冷模式关闭除霜阀、 制热模式关闭截止阀，10s蒸发风机输出，如箱内温度未到设置温度，输出保持不变，如到设置温度时，蒸发风机停止输出，2s后卸载阀输出，市电模式与电池模式状态下变频器停止输出，燃油模式发动机f1低速，2s运行电磁阀停止输出，2s柴油油泵停止输出，2s后卸载阀停止输出
进入等待模式，如温度上升需要再次启动，则重复上述操作。
59.上述过程中，所述备电模块通过以下方法检测是否存在市电：如图13-图15所示，备电模块的检测电路包括u相和v相检测电路，通过两个检测电路的带电状态，可以获取是否有市电。
60.其它实施例中，还可以在备电模块中设置380v的检测继电器，通过检测继电器的辅助触点检测是否接地，cpu检测到接地则判断接入市电。
61.所述备电模块通过以下方法检测是否存在储能电池：备电模块的cpu与电池控制系统进行通讯，电池控制系统将储能电池的状态上传至备电模块，进而判断是否启动储能电池。
62.优选的方案中，冷机控制系统通过以下方法启动制冷机组：备电模块检测是否有市电，如有，直接通过市电和变频器驱动电动机启动，带动压缩机启动；如没有市电，再检测是否有储能电池以及储能电池电量，如储能电池电量充足，通过储能电池和变频器驱动电动机启动，带动压缩机启动；如储能电池电量小于第一设定值而大于第二设定值，通过储能电池和变频器驱动电动机启动，带动压缩机启动，运行稳定后，切换发动机驱动压缩机运行；如储能电池电量低于第二设定值，即馈电状态，通过发动机驱动压缩机启动并维持运行。
63.优选方案中，燃油模式下，备电模块持续的检测是否有市电或储能电池介入，以便及时进行切换；电池模式下，备电模块持续的检测是否有市电以及储能电池的电量，以便及时进行切换。
64.优选方案中，行驶过程中，备电模块检测储能电池的电量，在储能电池到达馈电状态之前，由储能电池通过变频器驱动电动机，带动压缩机运行，在到达馈电状态时，切换至然后模式，由发动机带动压缩机运行，并持续监测储能电池的电量状态变化，根据储能电池的电量状态变化进行模式切换。
65.上述方案通过将市电、燃料和电池进行结合，并通过合理的控制方法进行控制，解决现有技术中存在的冷藏车冷机系统的功能问题，且能源利用效率高，大幅提升运输安全性。
66.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。