具有帶保護(hù)式高壓總線的多相交流發(fā)電機(jī)的環(huán)境受控單元或車輛的制作方法
【專利摘要】一種機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元，如長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)膸綊燔?，其具有由交流發(fā)電機(jī)供電并具有高壓交流電（AC）總線的環(huán)境控制系統(tǒng)，如制冷單元。所述單元并入了高阻接地方案，并能并入固態(tài)輸入模塊，以相位-底盤故障。這種組合為無(wú)法具有固定連接至地面的參考電壓（或中性點(diǎn)）的機(jī)動(dòng)應(yīng)用提供了一種改善的保護(hù)。
【專利說(shuō)明】具有帶保護(hù)式高壓總線的多相交流發(fā)電機(jī)的環(huán)境受控單元或車輛

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元，如長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)膸綊燔?，其具有由交流發(fā)電機(jī)供電并具有高壓交流電(AC)總線的環(huán)境控制系統(tǒng)，如制冷單元。本發(fā)明的其他實(shí)施例涉及具有交流發(fā)電機(jī)和高壓AC總線的車輛。

【背景技術(shù)】
[0002]固定高壓應(yīng)用通常包括接地和保護(hù)方案。然而，機(jī)動(dòng)高壓應(yīng)用不能依靠與固定高壓應(yīng)用相同的接地和保護(hù)方案。
[0003]機(jī)動(dòng)高壓應(yīng)用的一種方案是限制短路電流的開路中性-底盤連接。然而，這種方案未能限制間歇性相位-底盤故障過程中的電壓尖峰，而電壓尖峰能損壞設(shè)備并導(dǎo)致連鎖故障。
[0004]機(jī)動(dòng)高壓應(yīng)用的另一種方案是短路中性-底盤連接。然而，這種方案除非與接地故障電流斷路器(Ground Fault Current Interrupter, GFCI或GFI)裝置相結(jié)合，否則其提供的保護(hù)微乎其微。這種方案的執(zhí)行多少會(huì)不太精確，且能導(dǎo)致假性跳脫(nuisancetrips)(影響可靠性)或不精確的閾值(導(dǎo)致潛在的人身安全)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，來(lái)自多相交流發(fā)電機(jī)的高壓交流總線同時(shí)包含高阻接地方案和固態(tài)輸入模塊，以檢測(cè)系統(tǒng)中的相位-底盤故障。這種組合為無(wú)法具有固定連接到地面的參考電壓(或中性點(diǎn))的機(jī)動(dòng)應(yīng)用提供了一種改善的保護(hù)。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元，其包括底盤、由該底盤支撐的車廂、以及由所述底盤支撐的并與該車廂環(huán)境連通的環(huán)境控制系統(tǒng)。該環(huán)境控制系統(tǒng)被配置為控制所述車廂的環(huán)境參數(shù)。所述環(huán)境控制系統(tǒng)包括由內(nèi)燃機(jī)供能的多相交流發(fā)電機(jī)，以為所述環(huán)境控制系統(tǒng)提供電能。所述交流發(fā)電機(jī)具有相繞組和相繞組的中性點(diǎn)。所述環(huán)境控制系統(tǒng)還包括將所述相繞組的中性點(diǎn)電耦合至所述底盤的高阻電阻。
[0007]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述環(huán)境控制系統(tǒng)還包括將所述相繞組的中性點(diǎn)電耦合至所述底盤的固態(tài)模塊。所述模塊被配置為監(jiān)測(cè)從所述相繞組的中性點(diǎn)到系統(tǒng)底盤的電壓，并當(dāng)監(jiān)測(cè)到的電壓表明可能有相位到結(jié)構(gòu)(phase-to-structure)故障時(shí)提供輸出。
[0008]結(jié)合以下詳細(xì)的描述和附圖，能夠更好地理解本發(fā)明的其他方面。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)臓恳嚭桶霋燔嚨耐敢晥D；
圖2為圖1所示的半掛車的制冷單元的框圖；
圖3為圖2所示的制冷單元的控制部件的框圖；
圖4為圖2所示的制冷單元一部分的電氣原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010]在對(duì)本發(fā)明的任意實(shí)施例做出詳細(xì)解釋之前，需要了解的是，本發(fā)明的應(yīng)用并不限制于以下描述所闡述的或以下附圖所舉例說(shuō)明的部件的結(jié)構(gòu)和排布的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其他實(shí)施例，并通過各種方式實(shí)踐或?qū)嵤?br> [0011]在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)動(dòng)單元(例如，車輛或機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元)具有多相交流發(fā)電機(jī)(例如，三相交流發(fā)電機(jī))。該單元并入了為該單元的高壓總線創(chuàng)建安全可靠的接地方案的兩個(gè)單獨(dú)方面。第一方面包含在產(chǎn)生高壓交流的交流發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)與單元的底盤之間的高阻接地(High Resistance Ground, HRG)電阻。該HRG包含選自高阻值范圍內(nèi)的電阻值，其設(shè)置為在相位到底盤(phase-to-chassis)故障事件中足以限制電流的同時(shí),不會(huì)高至IJ在間歇性相位到底盤故障過程中無(wú)法消散寄生電流。所述HRG允許系統(tǒng)在故障時(shí)操作，并針對(duì)連鎖故障起保護(hù)。替代性地，低阻接地(low resistance ground, LRG)方案也是可行的，盡管由于設(shè)備所需的更高的額定電流，其更難以實(shí)現(xiàn)。
[0012]第二方面為監(jiān)測(cè)交流發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)與系統(tǒng)底盤之間的電壓的固態(tài)輸入模塊。例如，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)可能是Y點(diǎn)(wye-point)保護(hù)裝置上的端子；然而，備用連接點(diǎn)也是可適用的。在相位到底盤故障過程中，中性-底盤電壓上升以匹配交流發(fā)電機(jī)的相位-中性電壓。這種電壓上升激發(fā)固態(tài)模塊，從而生成故障狀況。
[0013]本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種具有環(huán)境控制系統(tǒng)和車廂的機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元。示例性機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元包括長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)膾燔?、長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)呢涇囓圀w、巴士、運(yùn)輸集裝箱和軌道車輛。車廂可以采用多個(gè)廂的形式或具有多個(gè)區(qū)域。一種典型的環(huán)境控制系統(tǒng)包括制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)和空氣質(zhì)量系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)。更具體的典型系統(tǒng)包括加熱、通風(fēng)、空調(diào)和制冷(HVACR)系統(tǒng)。在下面討論的具體實(shí)例中，所述環(huán)境受控單元是長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)睦洳匕霋燔?00 (圖1 )，其具有支撐著(或形成)單個(gè)車廂110的底盤102，所述單個(gè)車廂110由由制冷單元105冷卻。該底盤102還支撐制冷單元105。本發(fā)明的其他實(shí)施例涉及一種具有交流發(fā)電機(jī)和高壓交流總線的車輛。典型的車輛包括機(jī)動(dòng)車、船舶和航天飛行器。
[0014]這里所述的具體實(shí)例的制冷單元105包括傳統(tǒng)的制冷部件，如壓縮機(jī)115 (圖2)、冷凝器120、膨脹閥122和蒸發(fā)器125。制冷單元105由內(nèi)燃機(jī)130供能。例如，在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，壓縮機(jī)包括由具有管轄內(nèi)燃機(jī)130的內(nèi)置驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)127驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)。
[0015]對(duì)于所述的結(jié)構(gòu)，制冷單元105被控制在“循環(huán)”模式中，當(dāng)參數(shù)超出范圍時(shí)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)130，而當(dāng)參數(shù)處在范圍內(nèi)時(shí)則停止發(fā)電機(jī)130。所述參數(shù)可以是，例如，電池電壓、車廂溫度、車廂濕度、車廂空氣質(zhì)量或發(fā)動(dòng)機(jī)溫度。在一個(gè)具體的例子中，該發(fā)動(dòng)機(jī)130在車廂溫度上升超過第一溫度值后啟動(dòng)，而在車廂溫度下降低于第二溫度值后關(guān)閉，所述第二溫度值可以與第一溫度值相同。
[0016]再參看圖2，起動(dòng)機(jī)155由電池160供能，并根據(jù)來(lái)自控制模塊165的信號(hào)受控。所述控制模塊165還接收來(lái)自傳感器170的信號(hào)。該信號(hào)170具有與感應(yīng)的參數(shù)相關(guān)的值。例如，傳感器170A可以為電壓傳感器，而所述信號(hào)與電池160的電壓相關(guān)。在另一個(gè)例子中，傳感器170B可以為溫度傳感器，而所述信號(hào)與車廂110的溫度相關(guān)。在另一個(gè)例子中，該傳感器170C可以感測(cè)交流發(fā)電機(jī)127的電參數(shù)，或由所述交流發(fā)電機(jī)127提供電參數(shù)。
[0017]在進(jìn)一步處理前，應(yīng)當(dāng)理解的是，這里討論的控制模塊165為單個(gè)模塊，該控制模塊可以包括多個(gè)模塊。
[0018]控制模塊165還包括控制器180 (圖3)、電源模塊185、用戶接口 190和通信模塊195以及其他部件。控制器180包括工作的軟件和硬件組合以用于用于控制制冷單元105以及其他方面。在一種結(jié)構(gòu)中，控制器180包括印刷電路板(PCB)，其組裝有多個(gè)向控制模塊165提供能源、運(yùn)行控制和保護(hù)的電子電氣零部件。在一些結(jié)構(gòu)中，該P(yáng)CB包括，例如，處理單元200 (例如，微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器或其他合適的可編程設(shè)備)、存儲(chǔ)器205和總線?？偩€連接PCB的各個(gè)部件，包括存儲(chǔ)器205到處理單元200。存儲(chǔ)器205包括，例如，只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPR0M)、閃速存儲(chǔ)器、硬盤或其他合適的磁、光、物理或電子存儲(chǔ)裝置。處理單元200連接到存儲(chǔ)器205并執(zhí)行能夠存儲(chǔ)在RAM (例如，執(zhí)行期間)、ROM (例如，通常永久存在)或其他非易失性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)如其他存儲(chǔ)器或磁盤中的軟件。可選擇地或附加地，存儲(chǔ)器205包含在處理單元200中。控制器180還包括輸入/輸出(I/O)系統(tǒng)210，該輸入/輸出系統(tǒng)包括用于在控制器180中的部件與控制模塊165的其他部件間傳遞信息的例行程序。例如，通信模塊195用于在控制模塊180和掛車100或拖車14內(nèi)外的一個(gè)或多個(gè)附加設(shè)備間提供通信。
[0019]在應(yīng)用控制模塊165的中的包括的軟件存儲(chǔ)在控制器180的存儲(chǔ)器205中。該軟件包括，例如，固件、一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用、程序數(shù)據(jù)、一個(gè)或多個(gè)程序模塊、其他可執(zhí)行指令。除其它之外，控制器180還用于從存儲(chǔ)器中取出并執(zhí)行與制冷單元105的工作和控制相關(guān)的指令。例如，控制器180用于執(zhí)行從存儲(chǔ)器205取出的、用于監(jiān)測(cè)車廂110內(nèi)的溫度和用于控制制冷單元105的指令，以控制車廂110內(nèi)的溫度。在其他結(jié)構(gòu)中，控制器180或外部設(shè)備包括附加的、更少的或不同組件。
[0020]所述PCB包括多個(gè)附加無(wú)源和有源部件，如電阻、電容、電感、集成電路和放大器以及其他部件。這些部件設(shè)置和連接，可以為PCB提供包括過濾、信號(hào)調(diào)節(jié)或電壓調(diào)整，以及其他方面的多種電子功能。出于描述的目的，PCB和組裝在該P(yáng)CB上的電子部件統(tǒng)稱為控制器180。
[0021]用戶接口 190可被用來(lái)控制所述控制模塊165，或控制作為一個(gè)整體的制冷單元105的工作。用戶接口 190可操作地連接到控制器180以控制，例如設(shè)置制冷單元106的工作和制冷單元105的通信故障。用戶接口 190可以包括實(shí)現(xiàn)期望水平的操作者交互所需的數(shù)字和模擬輸入/輸出設(shè)備的組合。例如，用戶接口 190可包括具有顯示和輸入設(shè)備的計(jì)算裝置、觸摸屏顯示器、多個(gè)旋鈕、調(diào)節(jié)器、開關(guān)、按鈕、增益調(diào)整器等等。
[0022]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，示意性地顯示了交流發(fā)電機(jī)127的繞組250。該繞組250配置為提供三相電能的Y形態(tài)。來(lái)自繞組250的電源通過高壓交流總線260直接或間接地提供給系統(tǒng)負(fù)載255。每個(gè)相位總線260還分別連接有系統(tǒng)-相位到地(system-phase-to-ground，SPG)電容265。所述電容器265將高壓交流總線260連接到底盤270。每個(gè)SPG電容265可以為電容值大于470pF的真正的電容器。可選地，電容器265可以代表建立在高壓交流總線260和底盤270間的寄生電容。
[0023]交流發(fā)電機(jī)127可包括針對(duì)每一相位的小電阻器275和常閉式接觸器280，以便為該交流發(fā)電機(jī)127提供Y點(diǎn)保護(hù)裝置。然而，把這些組件275和280包括進(jìn)來(lái)，對(duì)相繞組250的中性點(diǎn)的影響也微乎其微。因此，相繞組250內(nèi)的任意電力點(diǎn)都可被電力地當(dāng)作Y相位交流發(fā)動(dòng)機(jī)的中性點(diǎn)。。
[0024]高阻接地(high resistance ground, HRG)電阻器285將交流發(fā)電機(jī)127的中性點(diǎn)電連接至底盤270。電阻器285包括選自高阻值范圍的電阻值。該高阻值范圍設(shè)置為在相位到底盤故障事件中足以限制電流的同時(shí)，不會(huì)高到在間歇性相位到底盤故障中導(dǎo)致無(wú)法消散寄生電流。該HRG允許系統(tǒng)在故障過程中工作，并預(yù)防連鎖故障。
[0025]例如，在不產(chǎn)生連鎖故障的故障狀況下，電阻值應(yīng)當(dāng)處于系統(tǒng)組件的電流額定值以下。用于機(jī)動(dòng)應(yīng)用的電流額定值通常為10A，但也可以使用IA的值作為安全邊際。對(duì)于間歇性故障狀況，電阻值應(yīng)當(dāng)不大于最壞情況系統(tǒng)充電電流的值。對(duì)于機(jī)動(dòng)應(yīng)用，該值可以約為53μΑ。因此，對(duì)于具有50V到460V范圍的高壓交流總線的典型的機(jī)動(dòng)應(yīng)用，高壓電阻范圍將在200Ω和4ΜΩ之間。進(jìn)一步地，該電阻值通常傾向于取中間值，但是更接近該范圍的較低端，以便相比設(shè)備損壞更注重用戶安全。因此，優(yōu)選的電阻范圍可以為IkQ和1ΜΩ之間，較優(yōu)選的范圍為1kQ和10kQ之間，更優(yōu)選的范圍為30 kQ和70kQ之間。
[0026]再次參見圖4，固態(tài)模塊290監(jiān)測(cè)交流發(fā)電機(jī)127的中性點(diǎn)與系統(tǒng)底盤270間的電壓。如圖所示，該固態(tài)模塊290電連接在電阻285兩端。然而，其他連接點(diǎn)也是有可能的。在相位到底盤故障過程中，中性-底盤電壓升高以匹配交流發(fā)電機(jī)127的相位-中性電壓。固態(tài)模塊檢測(cè)這一事件，并生成響應(yīng)信號(hào)。該信號(hào)可以是聲頻信號(hào)或可視信號(hào)，也可以是提供給控制器165的電信號(hào)，其能導(dǎo)致交流發(fā)電機(jī)127的關(guān)閉。圖4展示了固態(tài)模塊290的示例性電結(jié)構(gòu)，其可以是一個(gè)快達(dá)(Crydom)固態(tài)繼電器模塊。
[0027]綜上所述，本發(fā)明提供了一種新的、有用的車輛或環(huán)境受控單元，其具有帶受保護(hù)的高壓總線的多相交流發(fā)電機(jī)。本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)在權(quán)利要求中進(jìn)行了闡述。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元，包括: 底盤； 由所述底盤支撐的車廂；以及 由所述底盤支撐的、與所述車廂環(huán)境連通的環(huán)境控制系統(tǒng)，該環(huán)境控制系統(tǒng)被配置為控制所述車廂的環(huán)境參數(shù)，所述環(huán)境控制系統(tǒng)包括 多相交流發(fā)電機(jī)，其由內(nèi)燃機(jī)供能并為所述環(huán)境控制系統(tǒng)提供電能，所述交流發(fā)電機(jī)具有相繞組和相繞組的中性點(diǎn)；以及 高阻電阻器，其將所述相繞組的中性點(diǎn)電耦合至所述底盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元，其特征在于，所述環(huán)境控制系統(tǒng)還包括 固態(tài)模塊，其將所述相繞組的中性點(diǎn)電耦合至所述底盤，所述固態(tài)模塊監(jiān)測(cè)從所述中性點(diǎn)到系統(tǒng)底盤的電壓，并在所監(jiān)測(cè)的電壓表明可能的相位到結(jié)構(gòu)故障時(shí)提供輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元，其特征在于，所述環(huán)境控制系統(tǒng)還包括: 控制器，其被配置為控制所述環(huán)境控制系統(tǒng)以影響所述車廂的環(huán)境。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元，其特征在于，所述高阻電阻的電阻值的范圍可在相位到底盤故障事件中的足夠限制電流，并且在可能的間歇相位到底盤故障過程中消散寄生電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元，其特征在于，所述高阻電阻器具有介于IkQ與1ΜΩ之間的電阻值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元，其特征在于，所述高阻電阻器具有介于1kQ與10kQ之間的電阻值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元，其特征在于，所述高阻電阻器具有介于30kQ與70kQ之間的電阻值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元，其特征在于，所述交流發(fā)電機(jī)具有配置為Y形排列的相繞組的三相交流發(fā)電機(jī)，其中，所述中性點(diǎn)為Y形排列的中心。
9.一種車輛,包括: 底盤； 多相交流發(fā)電機(jī)，其由內(nèi)燃機(jī)供能并為環(huán)境控制系統(tǒng)提供電能，所述交流發(fā)電機(jī)具有相繞組和相繞組的中性點(diǎn)；以及 高阻電阻器，其將所述相繞組的中性點(diǎn)電耦合至所述底盤。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的車輛，其特征在于，所述車輛還包括: 固態(tài)模塊，其將所述相繞組的中性點(diǎn)電耦合至所述底盤，所述固態(tài)模塊被配置為監(jiān)測(cè)從所述相繞組的中性點(diǎn)到系統(tǒng)底盤的電壓，并在所監(jiān)測(cè)的電壓表明可能有相位到結(jié)構(gòu)故障時(shí)提供輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的車輛，其特征在于，所述車輛還包括: 控制器，其被配置為控制所述環(huán)境控制系統(tǒng)，以影響所述車廂的環(huán)境。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的車輛，其特征在于，所述高阻電阻器具有一范圍內(nèi)的值，在可能的相位到底盤故障中，該值足以限制電流，而在可能的間歇性相位到底盤故障過程中，所述值足以消散寄生電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的車輛，其特征在于，所述高阻電阻器具有介于30kQ與70kQ之間的電阻值。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的車輛，其特征在于，所述交流發(fā)電機(jī)是具有Y形排列的三相交流發(fā)電機(jī)，其中，所述中性點(diǎn)為Y形排列的中心。
15.一種機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元，包括: 底盤； 由所述底盤支撐的車廂； 由所述底盤支撐的、與所述車廂環(huán)境連通的環(huán)境控制系統(tǒng)，該環(huán)境控制系統(tǒng)用于控制所述車廂的環(huán)境參數(shù)，所述環(huán)境控制系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)； 三相交流發(fā)電機(jī)，其由所述內(nèi)燃機(jī)供能并向所述環(huán)境控制系統(tǒng)提供電能，所述交流發(fā)電機(jī)具有Y形排列的相繞組和該相繞組的中性點(diǎn)； 高阻電阻器，其將所述相繞組的中性點(diǎn)電耦合至所述底盤，所述高阻電阻器具有一范圍內(nèi)的值，在可能的相位到底盤故障中，該值足以限制電流，而在可能的間歇性相位到底盤故障過程中，所述值足以消散寄生電流； 固態(tài)模塊，其將所述相繞組的中性點(diǎn)電耦合至所述底盤，所述固態(tài)模塊被配置為監(jiān)測(cè)從所述相繞組的中性點(diǎn)到系統(tǒng)底盤的電壓，并在所監(jiān)測(cè)的電壓表明可能的相位到結(jié)構(gòu)故障時(shí)提供輸出。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元，其特征在于，所述環(huán)境控制系統(tǒng)還包括 控制器，其被配置為控制所述環(huán)境控制系統(tǒng)以影響所述車廂的環(huán)境，接收所述固態(tài)模塊的輸出，并且根據(jù)該輸出控制所述環(huán)境控制系統(tǒng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的機(jī)動(dòng)環(huán)境受控單元，其特征在于，所述高阻電阻器的電阻值范圍在30kQ與70kQ之間。
【文檔編號(hào)】B60H1/00GK104334412SQ201380028267
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】羅伯特·N.·尼德梅耶, 格雷戈里·R.·特魯肯布羅德, 馬修·S.·納爾遜, 阿肖克·莫拉利達(dá)爾, 克里斯多弗·P.·漢茲 申請(qǐng)人:冷王公司