| 标题 | 双压缩机式的太阳能冷藏车制冷系统动力切换与控制策略 |
| 范文 | 徐胜楠 袁欣 摘 要：文章主要研究太阳能冷藏车制冷系统的动力切换与控制。对于采用双压缩机的太阳能冷藏车来说，面对不同的条件和工况，制冷系统能够切换不同的工作模式，以此实现太阳能的最大利用率和各动力来源协同工作的策略研究是非常有必要的。文章首先，介绍了冷藏车和光伏发电技术的发展前景，其次，阐述了采用双压缩机的太阳能冷藏车制冷系统的结构和工作原理，通过分析其制冷系统的直接动力来源，指出其存在的不足。最后，针对制冷系统的动力来源，提出4种切换模式和相应的控制流程。 关键词：太阳能冷藏车；制冷系统；切换；控制 1 太阳能冷藏车概况 1.1 研究背景及意义 1.1.1 研究背景 近几年国内冷藏车扩容较快，每年以15%～20%的速度增长，其带来的能源消耗问题也不容小觑。据预测，到2050年，世界能源需求将是目前的3倍，而可再生能源要占到能源供给量的50%。太阳能作为一种环保、清洁的可再生能源在光伏发电技术、发热技术上的应用，将在一定程度上减少煤炭、石油的巨量消耗，同时也将缓和由传统燃料所带来的大气污染问题。 1.1.2 研究意义 目前市面上的冷藏车分为独立式和非独立式，独立式冷藏车自带内燃机或者电动机给制冷部件提供能量，非独立式冷藏车则是通过发动机带动制冷系统工作。 这两种冷藏车在临时停车时，需要外接电源或者由发动机怠速制冷来维持冷藏箱内恒定温度，在带来不便的同时，也会导致大气污染。因此，将光伏发电技术引用到冷藏车制冷系统上，并对发动机、蓄电池、太阳能这3个制冷系统的能量来源进行合理的切换及控制，对于发展冷链、节约能源和保护环境有重要意义。 1.2 国内外研究现状 在国内，冷藏车制冷系统的直接动力来源主要依靠外加的独立电源或者发动机，为此很多学者在这方面做出改进与研究。西南交通大学的刘志强[1]设计了一款太阳能轻型冷藏车，选择用储能蓄电池和光伏电池的双供能系统给电机和制冷系统供能。江苏大学的杨柳[2]采用太阳能作为冷藏车的辅助电源，并通过计算，对蓄电池、太阳能光伏板、逆变器和控制器进行了选型。淮阴工学院的许兆棠等[3]采用太阳能作为半导体制冷器的动力来源，为果蔬冷藏车的开发应用提供了理论基础。另外，国内一些公司也在大力开发太阳能用于冷藏系统的相关技术[4]，上海新国际博览中心举办的亚洲生鲜配送展上展示了盈达太阳能移动车载冷库系统，近年来该车载冷库系统在食品、医药等行业的运输中得到了广泛应用。 在国外，美国ENow公司、Johnson卡车上装公司、Challenge Dairy乳液公司合作推出一款能够达到12 h续航能力的太阳能冷藏车，不仅达到了零排放的环保要求，还满足食品运输要求。在美国田纳西州NATDA拖车展上，由劲达集团美国公司联合美国金标带公司共同研发推出了全球首台纯太阳能冷藏拖车，该款拖车将太阳能光伏集热板铺设于厢体顶部，厢内温度维持在零下10 ℃，可以满足各种食品及货物的冷藏需求。另外，机组还具备可作为能源补充的外接市电接口，达到一机两用的效果。 2 双压缩机式的太阳能冷藏车制冷系统介绍 2.1 结构及工作原理 一种双压缩机式的冷藏车混合制冷系统结构如图1所示，光伏发电储能部件包括光伏板、光伏控制器、蓄电池、逆变器；双压缩机制冷系统由机械压缩机、电动压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器组成；汽车组件包括发动机和电磁离合器。其工作原理为：冷藏车在行驶过程中，电磁离合器闭合，带动机械压缩机工作，机械压缩机吸入压力较低的制冷蒸汽，压缩成高温高压气体送入冷凝器，在冷凝器中受到外界强制通风冷凝成高压液体，经节流阀节流后，以雾状进入蒸发器，并吸收周围的热量，达到制冷效果。此时光伏阵列吸收太阳能通过光伏控制器对蓄电池充电。当冷藏车中途停车时，蓄电池将储存的直流电通过逆变器转化为交流电对电动压缩机进行供能。电动压缩机和机械压缩机共用一个制冷循环。 2.2 制冷系统的不足 上述混合制冷系统中，光伏控制器仅是太阳能充电器，只是将光伏阵列所吸收的太阳能以MPPT输给蓄电池，然后再由蓄电池向电动压缩机提供能量，本质上仍是由蓄电池带动负载，属于传统充放电模式。发动机、蓄电池、太阳能这三者作为制冷系统的动力来源，良好的动力切换和控制策略对实现太阳能的最大利用率和太阳能冷藏车的改良和升级有重大意义。 3 制冷系统动力切换及控制策略 3.1 切换路线 制冷系统的动力切换主要针对电动压缩机的直接动力来源进行研究。光伏板和蓄电池两端都接有电压/电流采样电路，所采集到的电压/电流信号发送到控制单元中，控制单元内部的算法会根据采集到的信号对单向DC/DC变换器和双输入DC/AC变换器中的开关管进行控制，实现以下模式的切换。 模式一：光伏板和蓄电池两端的采样电路将采集到的电压/电流信号发送给控制单元，通过内部算法的运算，控制单元将输出PWM信号关断双输入DC/AC变换器中控制蓄电池放电的开关管，此时光伏板吸收太阳能产生直流电，经由DC/AC变换器转变为交流电后送入电动压缩机。 模式二：光伏板和蓄电池两端的采样电路将采集到的电压/电流信号发送给控制单元，经过内部算法的运算，控制单元输出PWM信号控制双输入DC/AC开关管的占空比来调节光伏板和蓄电池的输出功率比例，此时光伏板和蓄电池协同放电，以此达到充分利用太阳能的目的。 模式三：采样电路将采集到的电信号送入控制单元，经由内部算法的运算，输出PWM信号关断控制光伏板放电的开关管，此时由蓄电池单独向电动压缩机供能。 模式四：控制单元对采样电路送入的电压/电流信号进行运算分析后，控制单向DC/DC变换器在MPPT模式下工作，此时光伏板对蓄电池进行充电。 3.2 控制流程 制冷系统控制流程如图2所示，光伏板可提供的功率PPV与用电负载容量Pload的大小关系决定蓄电池是否投入供电，蓄电池SOC决定制冷系统的直接动力来源。 当太阳能充足、光伏阵列提供的功率大于电动压缩机所需功率时，根据蓄电池SOC值来决定电动压缩机的直接动力来源。若蓄电池SOC大于所设定的上限值，蓄电池停止充电，光伏板由转换器DC/AC直接向电动压缩机供电。若此时蓄电池SOC小于设定值，光伏板则以MPPT模式通过DC/DC转换器对蓄电池进行充电，DC/DC转换器有BUCK、BOOST、关断3种模式，能够实现对蓄电池合理充电。 当太陽能不足，即光伏阵列提供的功率小于电动压缩机所需功率时，根据蓄电池SOC值来决定蓄电池放电电路的开断。若蓄电池SOC大于所设定的下限值，蓄电池作为辅助电源和光伏阵列一起供电，若蓄电池SOC小于所设定的下限值时，切断蓄电池放电电路，由发动机带动机械压缩机进行工作。 [参考文献] [1]刘志强.太阳能轻型冷藏车系统设计[D].成都：西南交通大学，2017. [2]杨柳.冷藏车太阳能辅助电源系统的设计与研究[J].轻型汽车技术，2016（Z3）：36-40. [3]许兆棠，张恒.果蔬冷藏车太阳能半导体冷藏系统的设计[J].安徽农业科学，2009（16）：7666-7667，7675. [4]佚名.太阳能冷藏车或成新趋势[J].专用汽车，2015（5）：92. |
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