用于运输制冷的集成燃料电池架构的制作方法

用于运输制冷的集成燃料电池架构


背景技术：

1.示例性实施例涉及运输制冷系统领域，并且特别地涉及由燃料电池供电的运输制冷系统。
2.通常，运输制冷系统包括由柴油引擎供电的牵引车和拖车处的运输制冷单元(tru)，其利用柴油供电的制冷发电机来驱动运输制冷单元(以向拖车的货物车厢提供冷却)。由于通过消除此类引擎的使用来降低排放是可期望的，正在开发由电源供电的制冷单元。尽管燃料电池可以提供作为电源的可行选项，但通过tru的不同组件来优化燃料电池(例如，针对重量、效率、成本等)出现困难。


技术实现要素：

3.在一个实施例中，一种包括卡车和一个或多个货物车厢的运输制冷系统的功率系统包括制冷和推进燃料电池以及用于向所述制冷和推进燃料电池供应燃料流的燃料系统；功率电子模块可操作地连接到所述制冷和推进燃料电池并且推进单元由在所述制冷和推进燃料电池处生成的能量驱动。所述推进单元配置成驱动所述卡车。运输制冷单元在第一模式中由在所述制冷和推进燃料电池处生成的能量供电。所述运输制冷单元配置成向所述一个或多个货物车厢提供冷却。当所述运输制冷单元与所述制冷和推进燃料电池断开时，所述运输制冷单元在第二模式中由一个或多个辅助电源供电。
4.此外或备选地，在这个或其它实施例中，所述功率存储单元配置成存储由所述制冷和推进燃料电池生成的过剩能量，并提供所存储的能量以操作所述功率系统。
5.此外或备选地，在这个或其它实施例中，所述一个或多个辅助电源包括所述功率存储单元、辅助燃料电池或外部功率电网中的一个或多个。
6.此外或备选地，在这个或其它实施例中，所述燃料流是氢气流。
7.此外或备选地，在这个或其它实施例中，所述一个或多个货物车厢定位在可断开地附接到所述卡车的拖车处。
8.此外或备选地，在这个或其它实施例中，所述运输制冷单元的两个或更多个组件贯穿所述拖车的外壳定位。
9.此外或备选地，在这个或其它实施例中，所述两个或更多个组件中的一个或多个组件定位在所述拖车下方。
10.此外或备选地，在这个或其它实施例中，所述制冷和推进燃料电池形成为所述货物车厢的一个或多个结构组件。
11.此外或备选地，在这个或其它实施例中，所述运输制冷单元包括嵌入在所述一个或多个货物车厢中的用于向所述一个或多个货物车厢提供冷却的一个或多个电热或热电模块。
12.在另一实施例中，一种包括卡车和可断开地附接到所述卡车的拖车的运输制冷系统(所述拖车包括一个或多个货物车厢)包括：制冷燃料电池、推进燃料电池、用于向所述制冷燃料电池和所述推进燃料电池供应燃料流的燃料系统、可操作地连接到所述制冷燃料电
池的制冷功率电子模块以及可操作地连接到所述推进燃料电池的推进功率电子模块。推进单元可操作地连接到所述推进功率电子模块并且由在所述推进燃料电池处生成的能量驱动。所述推进单元配置成驱动所述卡车。运输制冷单元连接到所述制冷功率电子模块并且由在所述制冷燃料电池处生成的能量供电。所述运输制冷单元配置成向所述一个或多个货物车厢提供冷却。当所述运输制冷单元与所述燃料系统断开时，所述运输制冷单元由一个或多个辅助电源供电。
13.此外或备选地，在这个或其它实施例中，功率存储单元配置成存储由所述制冷燃料电池和所述推进燃料电池生成的过剩能量，并提供所存储的能量以操作所述功率系统。
14.此外或备选地，在这个或其它实施例中，所述一个或多个辅助电源包括所述功率存储单元、辅助燃料电池或外部功率电网中的一个或多个。
15.此外或备选地，在这个或其它实施例中，所述运输制冷单元中的两个或更多个组件贯穿所述拖车的外壳定位。
16.此外或备选地，在这个或其它实施例中，所述两个或更多个组件中的一个或多个组件定位在所述拖车下方。
17.此外或备选地，在这个或其它实施例中，所述制冷燃料电池形成为所述一个或多个货物车厢的一个或多个结构组件。
18.此外或备选地，在这个或其它实施例中，所述运输制冷单元包括嵌入在所述一个或多个货物车厢中的用于向所述一个或多个货物车厢提供冷却的一个或多个电热或热电模块。
19.此外或备选地，在这个或其它实施例中，所述燃料箱包括：可操作地连接到所述推进燃料电池的推进燃料系统以及在与所述推进燃料系统分离时可操作地连接到所述推进燃料系统或辅助燃料系统中的一个的制冷燃料系统。
20.此外或备选地，在这个或其它实施例中，燃料在所述推进燃料系统与所述制冷燃料系统之间可转移。
附图说明
21.以下描述不应被视为以任何方式进行限制。参考附图，相似的元件被相似地编号：
22.图1是根据实施例的示例性运输制冷系统的示意说明；
23.图2是根据实施例的示例性运输制冷单元(tru)的示意说明；
24.图3是根据实施例的运输制冷系统的示例性集成功率系统的示意说明；
25.图4是根据实施例的运输制冷系统的示例性集成功率系统的另一示意图；
26.图5是根据实施例的具有用于向tru和推进系统供电的单独的燃料电池的运输制冷系统的示例性功率系统的说明；以及
27.图6是根据实施例的具有用于向tru和推进系统供电的单独的燃料电池的运输制冷系统的示例性功率系统的另一说明。
具体实施方式
28.本文参考附图，通过示例而非限制的方式呈现了所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。。
29.参考图1，示出了运输制冷系统10的示意图。尽管本文描述了运输制冷系统可以体现为牵引车-拖车冷藏系统，但是应该领会，本文描述的运输制冷系统可以应用于非拖车制冷，例如诸如刚性卡车、具有冷藏车厢的卡车、具有冷藏车厢的输运集装箱或具有冷藏车厢的单元装载装置。如图1中示出的，当体现为牵引车-拖车冷藏系统时，系统10包括牵引车12，牵引车包括为系统10提供推进的推进单元14。拖车16附接到牵引车12，并且由牵引车12沿着道路或其它路径移动，例如拉动或推动。拖车16配置具有封闭的货物车厢18(货物20在其中运输)。拖车16进一步包括向货物车厢18提供调节的气流以维持货物20的选定货物温度的运输制冷单元(tru)22。虽然图1中示出了一个货物车厢18，但本领域技术人员将容易领会，系统10可以包括两个或更多个货物车厢18。
30.参考图2，在一些实施例中，tru 22利用蒸气压缩循环，在所述循环中制冷剂流24被引导通过压缩机26、冷凝器28、膨胀装置30和蒸发器32，其中制冷剂流24与空气流34交换热能，冷却空气流34，然后将空气流引导到货物车厢18中。
31.现在参考图3，示意性地示出了运输制冷系统10的完全集成的功率系统36的实施例。功率系统36包括制冷和推进燃料电池38，其可以使用例如氢气作为燃料源。制冷和推进燃料电池38由单个燃料系统40提供燃料，所述燃料系统可以包括一个或多个燃料箱、阀和关联的连接和其它组件，诸如安全装置。在制冷和推进燃料电池38处生成的能量被引导到功率电子模块42。在一些实施例中，功率电子模块42包括用于蓄电池44、推进单元14和tru 22中的每个的功率电子单元43。功率电子模块42连接到tru 22、推进单元14，并且在一些实施例中，连接到一个或多个功率存储单元44，诸如一个或多个蓄电池。功率电子模块42如针对的tru 22和推进单元14的操作需要地将电能引导到tru 22和推进单元14，并且由制冷和推进燃料电池38生成的过剩能量被引导到功率存储单元44。
32.现在参考图4，在tru 22与制冷和推进燃料电池38去耦合的情况下，例如，当制冷和推进燃料电池38定位在牵引车12并且拖车16与牵引车12断开时，tru 22利用来自例如功率存储单元44或外部电源的功率，外部电源诸如电网46、超级电容器、由辅助燃料箱54提供燃料的辅助燃料电池60或也如图1中示出的设置在拖车16处的任何其它能量/功率系统。此外，在一些实施例中，功率存储单元44从电网46或其它外部电源提取电能以对功率存储单元44充电。
33.在另一实施例中，如图5中示出的，tru 22由制冷燃料电池60供电，并且推进单元14由单独的推进燃料电池48供电。在一些实施例中，制冷燃料电池60和推进燃料电池48可以连接到公共燃料系统40。在制冷燃料电池60处生成的能量被引导到制冷器功率电子模块50，其如针对tru 22的操作要求地将电能引导到tru 22。类似地，在推进燃料电池48处生成的能量被引导到推进功率电子模块52，其如针对推进单元14的操作要求地将电能引导到推进单元14。如图6中示出的，当制冷燃料电池60与燃料箱40断开时，制冷燃料电池60可以经由辅助燃料箱54操作。备选地，来自例如功率存储单元44或电网46的电能可以供应到制冷器功率电子模块50，以允许tru 22的继续操作。进一步地，在一些实施例中，燃料可以在主燃料系统40和辅助燃料箱54之间转移，以允许tru 22的继续操作和/或推进单元14的继续操作。
34.此外，期望改进运输制冷系统10的空间利用、性能和成本。这样，组件可以被设计和实现为集成整体的一部分。在一些实施例中，这可以包括双重用途结构组件，诸如货物车
厢18的壁或地板，其可以被利用以存储燃料，用作燃料系统40，或者此外容纳牵引车12、tru 22和/或货物车厢18的结构组件中的其它组件，诸如燃料电池38和/或48。在一些实施例中，tru 22可以至少部分地定位在牵引车12处，其中冷却线路或管道连接到货物车厢18。在其它实施例中，tru 22的组件，诸如压缩机26、冷凝器28、膨胀装置30和蒸发器32可以跨拖车16的外壳定位，而不是如通常一样定位在拖车16的前壁上的单个位置处。例如，tru 22的一些组件可以定位在拖车16下面。此外，拖车16的壁可以被利用作为主动冷却组件，例如通过将电热或热电模块嵌入拖车16的壁中，所述电热或热电模块连接到功率电子模块42。
35.本文所描述的运输制冷系统10降低了系统尺寸和成本，并且简化了燃料电池驱动的运输制冷系统10的架构，并且高度地集成了卡车12、拖车16以及制冷和推进燃料电池38。进一步地，目前公开的配置改进了制造的简易性，降低了系统重量，改进了效率，降低了阻力引起的湍流，并且降低了运输制冷系统10的重心。
36.术语“大约”意在包括与基于在提交申请时可用的设备的特定量的测量关联的误差度。
37.本文使用的技术术语仅出于描述特定实施例的目的，并不意在限制本公开。本文所用的单数形式“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，术语“包括”当在本说明书中使用时，规定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或者添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件组件和/或其群组。
38.虽然已参考一个或多个示例性实施例描述了本公开，但本领域技术人员将理解，可进行各种改变，并且可在不脱离本公开的范围的情况下用等效物代替元件。此外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情形或材料适应本公开的教导。因此，意图的是本公开并不限于设想用于实行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书范围内的所有实施例。

技术特征：
1.一种包括卡车和一个或多个货物车厢的运输制冷系统的功率系统，所述功率系统包括：制冷和推进燃料电池；用于向所述制冷和推进燃料电池供应燃料流的燃料系统；可操作地连接到所述制冷和推进燃料电池的功率电子模块；由在所述制冷和推进燃料电池处生成的能量驱动的推进单元，所述推进单元配置成驱动所述卡车；以及在第一模式中由在所述制冷和推进燃料电池处生成的能量供电的运输制冷单元，所述运输制冷单元配置成向所述一个或多个货物车厢提供冷却；其中当所述运输制冷单元与所述制冷和推进燃料电池断开时，所述运输制冷单元在第二模式中由一个或多个辅助电源供电。2.根据权利要求1所述的功率系统，进一步包括功率存储单元，所述功率存储单元配置成存储由所述制冷和推进燃料电池生成的过剩能量，并提供所存储的能量以操作所述功率系统。3.根据权利要求2所述的功率系统，其中，所述一个或多个辅助电源包括所述功率存储单元、辅助燃料电池或外部功率电网中的一个或多个。4.根据权利要求1所述的功率系统，其中，所述燃料流是氢气流。5.根据权利要求1所述的功率系统，其中，所述一个或多个货物车厢定位在可断开地附接到所述卡车的拖车处。6.根据权利要求5所述的功率系统，其中，所述运输制冷单元的两个或更多个组件贯穿所述拖车的外壳设置。7.根据权利要求6所述的功率系统，其中，所述两个或更多个组件中的一个或多个组件设置在所述拖车下方。8.根据权利要求1所述的功率系统，其中，所述制冷和推进燃料电池形成为所述货物车厢的一个或多个结构组件。9.根据权利要求1所述的功率系统，其中，所述运输制冷单元包括嵌入在所述一个或多个货物车厢中的用于向所述一个或多个货物车厢提供冷却的一个或多个电热或热电模块。10.一种包括卡车和可断开地附接到所述卡车的拖车的运输制冷系统的功率系统，所述拖车包括一个或多个货物车厢，所述功率系统包括：制冷燃料电池；推进燃料电池；用于向所述制冷燃料电池和所述推进燃料电池供应燃料流的燃料系统；可操作地连接到所述制冷燃料电池的制冷功率电子模块；可操作地连接到所述推进燃料电池的推进功率电子模块；可操作地连接到所述推进功率电子模块并且由在所述推进燃料电池处生成的能量驱动的推进单元，所述推进单元配置成驱动所述卡车；以及连接到所述制冷功率电子模块并且由在所述制冷燃料电池处生成的能量供电的运输制冷单元，所述运输制冷单元配置成向所述一个或多个货物车厢提供冷却；其中当所述运输制冷单元与所述燃料系统断开时，所述运输制冷单元由一个或多个辅
助电源供电。11.根据权利要求10所述的功率系统，进一步包括功率存储单元，所述功率存储单元配置成存储由所述制冷燃料电池和所述推进燃料电池生成的过剩能量，并提供所存储的能量以操作所述功率系统。12.根据权利要求11所述的功率系统，其中，所述一个或多个辅助电源包括所述功率存储单元、辅助燃料电池或外部功率电网中的一个或多个。13.根据权利要求10所述的功率系统，其中，所述运输制冷单元中的两个或更多个组件贯穿所述拖车的外壳设置。14.根据权利要求13所述的功率系统，其中，所述两个或更多个组件中的一个或多个组件设置在所述拖车下方。15.根据权利要求10所述的功率系统，其中，所述制冷燃料电池形成为所述一个或多个货物车厢的一个或多个结构组件。16.根据权利要求10所述的功率系统，其中，所述运输制冷单元包括嵌入在所述一个或多个货物车厢中的用于向所述一个或多个货物车厢提供冷却的一个或多个电热或热电模块。17.根据权利要求10所述的功率系统，其中，所述燃料箱包括：可操作地连接到所述推进燃料电池的推进燃料系统；以及在与所述推进燃料系统分离时可操作地连接到所述推进燃料系统或辅助燃料系统中的一个的制冷燃料系统。18.根据权利要求17所述的功率系统，其中，燃料在所述推进燃料系统与所述制冷燃料系统之间可转移。

技术总结
一种包括卡车和一个或多个货物车厢的运输制冷系统的功率系统，所述功率系统包括制冷和推进燃料电池以及用于向制冷和推进燃料电池供应燃料流的燃料系统。功率电子模块可操作地连接到制冷和推进燃料电池，并且推进单元由在制冷和推进燃料电池处生成的能量驱动。推进单元配置成驱动卡车。运输制冷单元在第一模式中由在制冷和推进燃料电池处生成的能量供电。运输制冷单元配置成向一个或多个货物车厢提供冷却。当运输制冷单元与制冷和推进燃料电池断开时，运输制冷单元在第二模式中由一个或多个辅助电源供电。个辅助电源供电。个辅助电源供电。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：开利公司
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/9/7