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CN110612224A - 混合功率运输制冷系统 - Google Patents

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CN110612224A
CN110612224A CN201880029900.5A CN201880029900A CN110612224A CN 110612224 A CN110612224 A CN 110612224A CN 201880029900 A CN201880029900 A CN 201880029900A CN 110612224 A CN110612224 A CN 110612224A
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CN
China
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power
speed generator
storage device
compressor
operating mode
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Application number
CN201880029900.5A
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T.D.拉德克利夫
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Kaili Co
Carrier Corp
Original Assignee
Kaili Co
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Publication date
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Abstract

混合功率运输制冷系统(200)，其具有：定速发电机(202)；制冷压缩机(204)；功率总线(208)，该功率总线(208)将定速发电机(202)电连接到制冷压缩机(204)；能量存储装置(220)，该能量存储装置(220)电连接到功率总线(208)且布置成在发动机操作模式中从定速发电机(202)接收功率并在电池操作模式中向制冷压缩机(204)供应功率；以及DC/AC变频驱动器，该DC/AC变频驱动器电连接在能量存储装置(220)与制冷压缩机(204)之间，以在电池操作模式中时将来自能量存储装置(220)的DC功率供应转换成变频功率来驱动制冷压缩机(204)。

Description

混合功率运输制冷系统
技术领域
本文中公开的主题大体上涉及用于车辆的制冷系统，且更特别地涉及用于车辆的运输制冷系统的功率管理。
背景技术
用于车辆的制冷系统可配置有冷却系统，诸如冷却单元，其设置成用于在货物空间内提供冷却。运输制冷典型地基于由柴油发动机通过马达/发电机组或直接利用带驱动操作的蒸气压缩冷却循环。压缩机速度由发电机或马达速度(例如，带驱动)确定。在其它配置中，可使用液态二氧化碳或氮的直接蒸发来提供冷却。
发明内容
根据一些实施例，提供混合功率运输制冷系统。混合功率运输制冷系统包括：定速发电机；制冷压缩机；功率总线，该功率总线将定速发电机电连接到制冷压缩机；能量存储装置，该能量存储装置电连接到功率总线且布置成在发动机操作模式中从定速发电机接收功率并在电池操作模式中向制冷压缩机供应功率；以及DC/AC变频驱动器，该DC/AC变频驱动器电连接在能量存储装置与制冷压缩机之间，以在电池操作模式中时将来自能量存储装置的DC功率供应转换成变频功率来驱动压缩机。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，混合功率运输制冷系统的另外的实施例可包括：DC/AC变频驱动器包括AC/DC转换器和存储装置控制器，其中在发动机操作模式中时存储装置控制器配置成转换来自定速发电机的功率且将功率存储在能量存储装置中。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，混合功率运输制冷系统的另外的实施例可包括：存储装置控制器还配置成将AC/DC转换器反转成DC/AC转换器且向制冷压缩机供应功率。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，混合功率运输制冷系统的另外的实施例可包括：系统控制器，该系统控制器与定速发电机和DC/AC变频驱动器中的至少一个通信。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，混合功率运输制冷系统的另外的实施例可包括：通信总线，该通信总线允许系统控制器与定速发电机和DC/AC变频驱动器中的至少一个之间的通信。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，混合功率运输制冷系统的另外的实施例可包括：至少一个额外的负载，该至少一个额外的负载电连接到定速发电机且布置成由来自定速发电机的功率驱动。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，混合功率运输制冷系统的另外的实施例可包括：至少一个额外的负载为制冷风扇。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，混合功率运输制冷系统的另外的实施例可包括：位置定位器元件，该位置定位器元件布置成检测混合功率运输制冷系统的位置，其中电池操作模式基于检测位置。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，混合功率运输制冷系统的另外的实施例可包括：辅助功率系统，该辅助功率系统布置成从辅助功率源向功率总线供应功率。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，混合功率运输制冷系统的另外的实施例可包括：辅助功率源为电网功率。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，混合功率运输制冷系统的另外的实施例可包括：发动机操作模式为其中定速发电机开启且操作的操作模式，且电池操作模式在定速发电机关闭和停机时采用。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，混合功率运输制冷系统的另外的实施例可包括：制冷压缩机为变速压缩机。
根据一些实施例，提供操作运输制冷系统的方法。方法包括：操作定速发电机，以通过将定速发电机电连接到制冷压缩机的功率总线来向制冷压缩机提供功率；将功率存储在能量存储装置中，该能量存储装置电连接到功率总线且布置成在发动机操作模式中从定速发电机接收功率并在电池操作模式中向制冷压缩机供应功率；以及在电池操作模式中时使用电连接在能量存储装置与制冷压缩机之间的DC/AC变频驱动器来将能量存储装置中存储的DC功率转换成变频AC功率以驱动压缩机，其中电池操作模式在定速发电机关闭时使用。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，方法的另外的实施例可包括：DC/AC变频驱动器包括AC/DC转换器和存储装置控制器。方法还包括：在发动机操作模式中时转换来自定速发电机的功率以将功率存储在能量存储装置中。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，方法的另外的实施例可包括：将AC/DC转换器反转成DC/AC逆变器，以及向制冷压缩机供应功率。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，方法的另外的实施例可包括：向至少一个额外的负载供应功率，该至少一个额外的负载电连接到定速发电机且布置成由来自定速发电机的功率驱动。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，方法的另外的实施例可包括：至少一个额外的负载为风扇。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，方法的另外的实施例可包括：使用位置定位器元件来检测混合功率运输制冷系统的位置，其中电池操作模式的使用基于检测位置。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，方法的另外的实施例可包括：从辅助功率系统源向功率总线供应功率。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，方法的另外的实施例可包括：辅助功率源为电网功率。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，方法的另外的实施例可包括：发动机操作模式为其中定速发电机开启且操作的操作模式，且电池操作模式在定速发电机关闭和停机时采用。
除了上文描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选，方法的另外的实施例可包括：制冷压缩机为变速压缩机。
除非另外明确地指示，否则前述特征和元件可在无排他性的情况下以各种组合来组合。鉴于以下描述和附图，这些特征和元件以及其操作将变得更显而易见。然而，应理解的是，以下描述和图意在为本质上说明性和解释性的且非限制性的。
附图说明
主题在说明书的结论处特别地指出且清楚地要求保护。本公开内容的前述和其它特征以及优点从连同附图进行的以下详细描述显而易见，在附图中：
图1A为可采用本公开内容的实施例的卡车-拖车系统的示意图，该卡车-拖车系统包括具有冷却单元和货物隔室的厢或封壳；
图1B为图1A的冷却单元的详细示意图示；
图2为根据本公开内容的实施例的制冷系统的示意图；以及
图3为根据本公开内容的实施例的用于操作运输制冷系统的流程。
具体实施方式
图1A中示出具有封壳106作为拖车的部分的封壳系统100的实施例的示意图。封壳系统100包括牵引车102，牵引车102包括操作者的隔室或驾驶室104且还包括发动机，发动机用作封壳系统100的驱动系统。封壳106联接到牵引车102。在本图示中，封壳106为制冷拖车且包括顶壁108、直接相反的底壁110、相反的侧壁112以及前壁114，其中前壁114最接近于牵引车102，壁108、110、112、114限定封闭体积107。封壳106还包括与前壁114相反的后壁116处的一个或多个门(未示出)，允许可打开地进入封闭体积107。封闭体积107的壁限定货物空间117。封闭体积107配置成通过使用位于封闭体积107上或旁边的冷却单元120来将位于货物空间内部的货物118保持在选定温度处。如图1A中示出的，冷却单元120位于前壁114处或附接到前壁114。
现在参照图1B，更详细地示出冷却单元120。冷却单元120包括压缩机122、具有冷凝器风扇的冷凝器124、膨胀阀126、蒸发器128和蒸发器风扇130。压缩机122可操作地连接到制冷发动机132，制冷发动机132驱动压缩机122。制冷内燃机132以若干方式中的一种连接到压缩机，诸如直接轴驱动、带驱动、一个或多个离合器和/或经由发电机/马达组。制冷剂线路123流体地连接冷却单元120的构件。
空气流借助于冷却单元120循环进入和通过封闭体积107的货物空间。回流空气流134从封闭体积107的货物空间通过冷却单元入口136流入冷却单元120且经由蒸发器风扇130流经蒸发器128，从而将回流空气流134冷却到选定温度或预定温度。冷却的回流空气流134(现在称为供应空气流138)通过冷却单元出口140供应到封闭体积107的货物空间中，冷却单元出口140在一些实施例中位于封闭体积107的顶壁108附近。供应空气流138冷却在封闭体积107的货物空间中的货物118。要了解的是，当例如外部温度非常低时(例如在热泵操作中)冷却单元120还可操作成加温封闭体积107。本领域技术人员将了解，图1B中指示的空气流(例如，134、138)可在不脱离本公开内容的范围的情况下反转，且元件的布置/空气流所示出的描绘不意在限制。
冷却单元120定位在框架142中且容纳在可进入的壳体144中，其中框架142和/或壳体144固定到前壁114的外侧，使得如图1A中示出的，冷却单元120定位在前壁114与牵引车102之间。
冷却单元120包括功率连接器146。功率连接器146可配置成接收插头或其它有线连接件，以向冷却单元120供应电气功率。当封壳系统100位于港口处、装载在船上、附接到牵引车等时，功率供应(未示出)可连接到功率连接器146。当封闭体积107从一个地点移动到另一个时，功率连接器146可需要从功率源断开，使得封闭体积107不在物理上连接到或布线到功率源，允许封闭体积107的自由移动。在一些实施例中，功率源包括但不限于电网功率、发动机供应的功率、辅助功率单元的功率等。
将由本领域技术人员了解的是，图1A和图1B的系统和配置仅为示意性示例，且仅提供用于说明性和描述性目的。本公开内容不由此限制。例如，虽然示出牵引车-拖车配置，如本文中描述的系统可在其它集装箱(container)配置中、在各种卡车配置中和/或在其它系统和配置中采用。此外，如将由本领域技术人员了解的，各种实施例的集装箱和货物空间可配置为航海集装箱，且从而可配置成与其它集装箱堆叠且在航运船上航运。
诸如图1A-1B中示出的，运输制冷典型地基于由柴油发动机通过马达/发电机组或直接利用带驱动操作的蒸气压缩冷却循环。压缩机速度由发电机频率(例如，电驱动)或发动机速度(例如，机械驱动)确定。如将由本领域技术人员了解的，发动机必须操作成提供功率来驱动制冷单元。然而，具有可在柴油发动机关闭或停机时(例如，在有噪声或排放限制的区域中)操作的制冷系统可为有益的。
因此，即使在柴油发动机停机时，根据本公开内容的实施例的混合运输制冷单元允许制冷单元的操作。根据本公开内容的实施例，即使在柴油发动机停机时，向系统添加电池，以允许压缩机运行。当发动机开启且压缩机小于全功率吸入(draw)时，电池充电。这为有利的，因为发动机可以以较高的平均功率操作，从而改进特定燃料消耗。
压缩机可为定速的或变速的。虽然基于冷却能力控制，变速压缩机可为优选的，通常由于变频驱动电子器件的成本，有时不使用此类压缩机(即，定速压缩机简单地循环开启/关闭来控制能力)。在混合系统中，根据本公开内容的实施例，AC压缩机马达和固定频率的发电机由AC总线连接。添加电池需要在AC总线与DC电池之间使用AC/DC转换器。当压缩机从电池而不是AC发电机操作时，本文中描述的实施例涉及使用电池转换器的DC/AC功能来用作变频驱动器。有利地，此类布置可与定速发电机采用，且因此对传统混合系统的转换器和压缩机马达需要较少增加成本。
现在转到图2，示出根据本公开内容的实施例的制冷系统200的示意图。制冷系统200可为结合到拖车、集装箱或其它类型的系统(诸如上文示出和描述的那些)中的运输制冷系统。制冷系统200包括发电机，诸如定速发电机202，其布置成驱动制冷压缩机204和/或其它负载206(例如，(一个或多个)风扇等)。为了简单，未示出制冷系统200的各种其它构件。
定速发电机202通过功率总线208电连接到制冷压缩机204和其它负载206，该功率总线208布置成将电力分配到制冷压缩机204和其它负载206。定速发电机202向制冷压缩机204供应固定频率的功率供应，该制冷压缩机204循环开启和关闭以输送期望的冷却能力。在传统(非混合)定速系统中，压缩机马达不设计(rated)用于逆变器用途，以削减成本。然而，因为当电池在使用中时对于DC/AC逆变器的需要，混合定速系统将需要逆变器设计的马达。
定速发电机202可由与定速发电机202(或发电机控制器212)通信的系统控制器210控制。系统控制器210可直接地或通过一个或多个负载控制器214与负载206通信。系统控制器210沿着通信总线216与其它构件通信。如作为发动机操作模式218示意性地示出的，在定速发电机202运行时，可沿着功率总线208向制冷压缩机204供应功率。
如示出的，制冷系统200还包括功率存储装置220。功率存储装置220为可用来沿着功率总线208向电连接于此的一个或多个构件(包括但不限于制冷压缩机204和/或其它负载206)供应功率的电池或类似的散能装置。功率存储装置220为DC负载装置，且因此供应DC功率。然而，本领域技术人员将了解，一个或多个构件(包括但不限于制冷压缩机204和/或其它负载206)可需要AC功率来操作。因此，AC/DC转换器222布置在功率存储装置220与功率总线208之间。如示出的，装置控制器210可操作地连接到功率存储装置220和/或存储装置控制器224中的一者或两者且/或与其通信。如示出的，存储装置控制器224可操作地连接到通信总线216，且因此可由系统控制器210控制且/或从系统控制器210接收指令和/或向系统控制器210提供数据或信息。功率存储装置220电连接到功率总线208，且可从功率总线208接收功率和/或向功率总线208供应功率。
如示意性地示出的，发动机操作模式218中，功率存储装置220将从定速发电机202接收功率。AC/DC转换器222和存储装置控制器224配置成通过功率总线208从定速发电机202接收AC功率，且将功率整流成DC来充电或将功率存储在功率存储装置220中。
有时，使定速发电机202停机可为有利的。在此类时间期间，制冷压缩机204可无法运行，因为它没有从定速发电机202接收功率。因此，根据本公开内容的实施例，且如示出的，制冷系统200可在电池操作模式226中操作，其示意性地示出来自功率存储装置220的功率从AC/DC转换器222流到制冷压缩机204。在此类操作中，AC/DC转换器222和存储装置控制器224变为DC/AC逆变器230。固定频率的逆变器包含允许变频驱动的各种构件，但缺少控制器来改变出口波形，故在使用电池时将DC/AC逆变器230作为变频驱动器来操作是有利的。当定速发电机202停机时，AC/DC转换器222和存储装置控制器224的功能反转，使得可向制冷压缩机204连续地供应功率。
即使能量存储装置220供应DC功率，AC/DC转换器222和存储装置控制器224布置成向制冷压缩机204供应变频功率，其中AC/DC转换器222和存储装置控制器224布置成允许通过使用AC/DC转换器222和存储装置控制器224的转换来变速操作制冷压缩机204。因此，具有定速发电机202的较低成本的系统可布置有在定速发电机202停机时使用的功率存储装置，且还在电池操作期间提供变速系统的效率和益处。
如示出的，如将由本领域技术人员了解的，可提供可选的辅助功率系统228。辅助功率系统228为允许来自辅助功率源的功率供应的系统。例如，辅助功率系统228可为可连接到电网功率的插件系统。如将由本领域技术人员了解的，辅助功率系统228可包括各种控制器或其它元件。
现在转到图3，示出根据本公开内容的实施例的流程300。流程300为操作运输制冷系统的方法。如将由本领域技术人员了解的，流程300可利用包括控制器、处理器、存储器等的一个或多个电气构件来执行。流程300可由各种构件(诸如，例如图2中示出的系统控制器210和/或存储装置控制器224)单独地或共同地执行。
在框302处，确定当前的操作模式。系统可确定定速发电机当前是否操作(例如，开启状态)。当定速发电机开启且操作时，该过程确定系统在发动机操作模式中。在此类操作模式中，来自定速发电机的功率用来向制冷压缩机和其它构件提供功率和/或驱动制冷压缩机和其它构件。
例如，如框304-306处示出的，来自定速发电机的功率用来使能量存储装置充电(框304)且驱动压缩机(框306)。框304-306可从由定速发电机生成的功率同时执行。在此类操作模式中，来自定速发电机的功率可用来向制冷系统内的其它负载(例如，风扇等)提供功率。在框304处，能量存储装置的充电使用AC/DC转换器来实现。
如果在框302处确定发动机(例如，定速发电机)关闭，系统确定应采用电池操作模式。因此，流程继续到框308，在框308处功率从能量存储装置至少向压缩机供应，其中功率为变频功率。即，在电池操作模式中时，能量存储装置的控制器转换成DC/AC变频驱动器。因此，电池或其它能量存储装置可在不对传统制冷系统显著(substantial)变更的情况下从直流功率源提供变频功率。
在一些实施例中，流程可由操作模式上的改变来触发。例如，当发动机操作模式停止(例如，发动机/马达关闭)时，系统可布置成自动转换到电池操作模式。因此，发动机的状态将触发电池操作模式。
此外，在一些实施例中，控制器(例如，根据本公开内容的实施例的系统中的存储装置控制器224、系统控制器210或其它控制器)可包括各种计算机构件，其包括但不限于位置定位器元件或其它位置/地点元件/构件(例如，GPS)。如上文提到的，混合的优点在于在城市或可由法规等指定的其它安静区域中关闭柴油发动机的能力。在一些非限制性实施例中，使用位置定位器(例如，GPS定位器、Wi-Fi定位器等)可用来在输入某些预先指定的区域时从发电机自动切换到电池，从而自动避免任何违法。
此外，虽然关于关闭发动机/马达且然后在电池模式中操作特别地描述，根据本公开内容的实施例的此类使用不仅对于安静区域是有利的。例如，本文中提供的实施例可用来节省燃料，诸如当所需要的能力低时，且因此与发动机操作模式相比在电池模式中运行更有效。
有利地，本文中描述的实施例在具有定速发电机和功率供应系统的系统中提供混合运输制冷循环，其中AC/DC转换器/控制器布置成向在定速发电机停机时操作的压缩机供应变速/变频功率。有利地，与传统系统相比，此类混合系统可在连续操作中实现较好的效率。在任何的部分负载条件下，压缩机的变速操作也可导致较好的制冷循环效率。将AC/DC转换器配置成还用作DC/AC变频驱动器以对于传统系统较少到没有额外的成本允许两者效率优点。
虽然仅结合有限数量的实施例详细地描述了本公开内容，应容易理解的是，本公开内容不限于此类公开的实施例。相反地，可修改本公开内容，以结合此前未描述但与本公开内容的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替代、组合、子组合或等同布置。另外，虽然描述了本公开内容的各种实施例，要理解的是，本公开内容的方面可仅包括所描述的实施例中的一些。
因此，本公开内容不视为由前述描述来限制，而是仅由所附权利要求书的范围来限制。

Claims (20)

1.一种混合功率运输制冷系统，其包括：
定速发电机；
制冷压缩机；
功率总线，所述功率总线将所述定速发电机电连接到所述制冷压缩机；
能量存储装置，所述能量存储装置电连接到所述功率总线且布置成在发动机操作模式中从所述定速发电机接收功率并在电池操作模式中向所述制冷压缩机供应功率；以及
DC/AC变频驱动器，所述DC/AC变频驱动器电连接在所述能量存储装置与所述制冷压缩机之间，以在所述电池操作模式中时将来自所述能量存储装置的DC功率供应转换成变频功率来驱动所述压缩机。
2.根据权利要求1所述的混合功率运输制冷系统，其特征在于，所述DC/AC变频驱动器包括AC/DC转换器和存储装置控制器，其中在所述发动机操作模式中时所述存储装置控制器配置成转换来自所述定速发电机的功率且将功率存储在所述能量存储装置中。
3.根据权利要求2所述的混合功率运输制冷系统，其特征在于，所述存储装置控制器还配置成将所述AC/DC转换器反转成DC/AC转换器且向所述制冷压缩机供应功率。
4.根据权利要求1所述的混合功率运输制冷系统，其特征在于，所述混合功率运输制冷系统还包括系统控制器，所述系统控制器与所述定速发电机和所述DC/AC变频驱动器中的至少一个通信。
5.根据权利要求4所述的混合功率运输制冷系统，其特征在于，所述混合功率运输制冷系统还包括通信总线，所述通信总线允许所述系统控制器与所述定速发电机和所述DC/AC变频驱动器中所述至少一个之间的通信。
6.根据权利要求1所述的混合功率运输制冷系统，其特征在于，所述混合功率运输制冷系统还包括至少一个额外的负载，所述至少一个额外的负载电连接到所述定速发电机且布置成由来自所述定速发电机的功率驱动。
7.根据权利要求1所述的混合功率运输制冷系统，其特征在于，所述混合功率运输制冷系统还包括位置定位器元件，所述位置定位器元件布置成检测所述混合功率运输制冷系统的位置，其中所述电池操作模式基于检测位置。
8.根据权利要求1所述的混合功率运输制冷系统，其特征在于，所述混合功率运输制冷系统还包括辅助功率系统，所述辅助功率系统布置成从辅助功率源向所述功率总线供应功率。
9.根据权利要求8所述的混合功率运输制冷系统，其特征在于，所述辅助功率源为电网功率。
10.根据权利要求1所述的混合功率运输制冷系统，其特征在于，所述发动机操作模式为其中所述定速发电机开启且操作的操作模式，且所述电池操作模式在所述定速发电机关闭和停机时采用。
11.根据权利要求1所述的混合功率运输制冷系统，其特征在于，所述制冷压缩机为变速压缩机。
12.一种操作运输制冷系统的方法，所述方法包括：
操作定速发电机，以通过将所述定速发电机电连接到制冷压缩机的功率总线来向制冷压缩机提供功率；
将功率存储在能量存储装置中，所述能量存储装置电连接到所述功率总线且布置成在发动机操作模式中从所述定速发电机接收功率并在电池操作模式中向所述制冷压缩机供应功率；以及
在电池操作模式中时使用电连接在所述能量存储装置与所述制冷压缩机之间的DC/AC变频驱动器来将所述能量存储装置中存储的DC功率转换成变频AC功率以驱动所述压缩机，其中所述电池操作模式在所述定速发电机关闭时使用。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述DC/AC变频驱动器包括AC/DC转换器和存储装置控制器，所述方法还包括：
在所述发动机操作模式中时转换来自所述定速发电机的功率以将功率存储在所述能量存储装置中。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述AC/DC转换器反转成DC/AC逆变器；以及
向所述制冷压缩机供应功率。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括向至少一个额外的负载供应功率，所述至少一个额外的负载电连接到所述定速发电机且布置成由来自所述定速发电机的功率驱动。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用位置定位器元件来检测混合功率运输制冷系统的位置，其中所述电池操作模式的使用基于检测位置。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括从辅助功率系统源向所述功率总线供应功率。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述辅助功率源为电网功率。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述发动机操作模式为其中所述定速发电机开启且操作的操作模式，且所述电池操作模式在所述定速发电机关闭和停机时采用。
20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述制冷压缩机为变速压缩机。
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