CN101913314B - 一种电动汽车空调系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明设计一种电动汽车空调系统，包括电源、车辆管理系统、空调控制器，其特征在于：其还具有冷循环系统、热循环系统、电动压缩机控制器和燃油加热器控制器，其中所述冷循环系统由电动压缩机、冷凝器、热力膨胀阀和蒸发器芯依次连接组成，所述热循环系统由燃油加热器、水泵、膨胀水箱和加热器芯依次连接组成。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车空调系统及其控制方法，特别是一种电动汽车空调系统及其控制方法。
背景技术
目前，由于大量燃油汽车的应用，已经产生并正在引发严重的环境和人类生存问题。大气污染，全球变暖，以及地球石油资源的迅速递减，使得电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车被公认为代替传统车辆的必然趋势。然而，电动汽车的舒适性还需要进一步改善和提升。
中国专利申请第200510021304.7号揭示的一种电动车空调系统：包括电源供应装置、电机、制冷压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器、控制器和温度传感器，电源通过控制器提共给电机，电机和制冷压缩机之间采用花键连接。虽然该技术方案能够通过控制器采集车内温度，来控制压缩机的转速和膨胀阀的开度，一定程度上降低了空调系统的能耗，保证了电动车的续航里程。但是，其仍存在一些问题：一方面是它将低压信息(温度信息、电子膨胀阀开度控制信息)和电机所需的车载高压电源的控制放在一个模块而产生的安全问题；另一方面，它通过采集的温度信息与已经存储在控制器中的设定值的差值，来调节压缩机的转速和膨胀阀的开度，不能因人而调节，很难满足高舒适性的要求；此外，对于已经和车载电池高压相联系的空调系统，没有相应的保护和故障诊断等功能，不够安全，也不方便售后维修，而且这种单一制冷的空调系统已不能满足乘员舒适性的要求。
中国专利申请第200510027576.8号揭示的一种电动汽车热泵型空调系统，虽然该技术方案能够使电动汽车在没有发动机余热的情况下，提供寒冷天气时的车辆采暖需求。但类似该技术的热泵空调系统，其缺点也尤为突出，即当在低温(0℃以下)环境下制热时，室外冷凝器(充当蒸发器)极易结霜，影响换热效果。
综上，目前的解决方案都存在不足，本领域急需一种安全、可靠、高效率的电动汽车空调解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车用的冷暖一体式的自动空调系统，在节约能耗、保证电动汽车续航里程的同时，最大限度地提高乘员的舒适性。
本发明的另一目的是提供一种电动汽车空调系统的控制方法。
具体技术方案如下：
一种电动汽车空调系统，包括电源、车辆管理系统、空调控制器，其特征在于：其还具有冷循环系统、热循环系统、电动压缩机控制器和燃油加热器控制器，其中所述冷循环系统由电动压缩机、冷凝器、热力膨胀阀和蒸发器芯依次连接组成，所述热循环系统由燃油加热器、水泵、膨胀水箱和加热器芯依次连接组成。
优选地，所述电动压缩机控制器处于电源和电动压缩机之间，电动压缩机的高压控制和空调常规控制分开，当出现过压、欠压或过流等故障时，电动压缩机控制器将该故障信息发送给空调控制器，以保护电动压缩机。
优选地，所述燃油加热器控制器能够检测到燃油加热器内部电热塞、温控器等部件的故障，并反馈给空调控制器，以保护燃油加热器。
优选地，所述故障信息，能够使用诊断仪通过整车的诊断口读取相应的故障代码。
优选地，车辆管理系统为电动汽车整车管理控制单元，车辆管理系统和空调控制器之间可以进行CAN通讯，CAN信息的内容包括允许压缩机工作的使能信息、车速信息、空调系统工作状态信息、压缩机实时功率信息、车外环境温度信息和空调系统的故障与诊断信息等。
优选地，当整车制冷量需求高时，电动压缩机和鼓风机以较高的速度运转；当整车制冷量需求低时，电动压缩机和鼓风机以较低的速度运转，以减少制冷工况时的能耗。
优选地，车辆管理系统能够在车载动力电池电压低于一定值时，通过CAN信息，发送无效的使能信号给空调控制器，空调控制器接收到该信息后，禁止空调压缩机的开启，用于保证车辆不过度放电。
优选地，所述电动汽车空调系统还包括室内温度传感器和车外温度传感器，分别检测车内温度和车外环境温度信息，并传送给空调控制器，空调控制器将结合用户操作空调控制面板的设定信息实现对压缩机和鼓风机转速的自动调节，以获得合适的空调出风温度。
优选地，用户可以使用定时器/遥控器远距离启动燃油加热系统，以满足用户在寒冷冬季时的暖车需求。
一种电动汽车空调系统控制方法，其特征在于，包括如下步骤：空调控制器接收车辆管理系统发出的使能信息；空调控制器接收室内温度传感器、车外温度传感器和压力开关测得的车内温度信息、车外温度信息和空调系统压力信息；空调控制器接收用户设定信息和遥控器/定时器信息；空调控制器根据上述信息，当满足制冷条件时，则发送有效的压缩机请求信号和调速信号给电动压缩机控制器；当满足制热条件时，则发送有效的制热请求信号给燃油加热器控制器；如果条件不满足，则发送无效的制冷或制热请求信号，空调系统不工作；当出现过压、欠压或过流等故障时，电动压缩机控制器将该故障信息发送给空调控制器，以保护电动压缩机；燃油加热器控制器能够检测到燃油加热器内部电热塞、温控器等部件的故障，并反馈给空调控制器，以保护燃油加热器；所述故障信息，能够使用诊断仪通过整车的诊断口读取相应的故障代码。
与目前现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
1.本发明电动汽车空调系统能够在不引起车载动力电池过度放电的情况下，通过自动调节压缩机转速、鼓风机转速和燃油加热器的功率，获得较高的舒适性。
2.本发明电动汽车空调系统将压缩机的高压控制部分与空调系统的低压控制部分分开，增强了系统的电气安全性。
3.本发明电动汽车空调系统具备故障诊断功能，方便售后维修和服务。
附图说明
图1是本发明的电动汽车空调系统的功能模块图。
图2是本发明的电动汽车空调系统的控制方法的流程图
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
如图1所示为本发明的电动汽车空调系统的功能模块图。本发明电动汽车冷暖一体式的自动空调系统包括：压力开关1、电源2、电动压缩机控制器3、电动压缩机4、冷却风扇5、冷凝器6、热力膨胀阀7、蒸发器芯8、加热器芯9、燃油加热器10及燃油加热器控制器12、排气消音器11、燃油泵13、燃油箱14、定时器/遥控器15、膨胀水箱16、水泵17、鼓风机18、空调控制器19及空调控制面板20、车外温度传感器21、室内温度传感器22和车辆管理系统23。
车辆管理系统23为电动汽车整车管理控制单元，车辆管理系统和空调控制器19之间可以进行CAN通讯，CAN信息的内容主要包括允许压缩机工作的使能信息、车速信息、空调系统工作状态信息、压缩机实时功率信息、车外环境温度信息和空调系统的故障与诊断信息等等。
室内温度传感器22和车外温度传感器21分别用于检测车内温度和车外环境温度信息，并传送给空调控制器19，空调控制器19将结合用户操作空调控制面板的设定信息(如温度、出风模式等)实现对压缩机4和鼓风机18转速的自动调节，以获得合适的空调出风温度。空调控制器19和空调控制面板20可以集成于一体。
压力开关1能够自动监测空调系统的内部压力，根据空调系统的内部压力，空调控制器19或空调控制器通过车辆管理系统23能够自动调节冷却风扇的转速。
定时器/遥控器可以实现对燃油加热器进行定时和遥控开启的功能。
电动压缩机控制器3具备故障保护和反馈功能，当出现过压、欠压或过流等故障时，电动压缩机控制器3以定义对应的PWM信号将该故障信息发送给空调控制器19，空调控制器19进行编码、存储。
空调控制器19可以对燃油加热器12、室内温度传感器22、车外温度传感器21、鼓风机18等空调系统的故障信息进行的诊断、编码和存储。
上述故障信息，能够使用诊断仪通过整车的诊断口读取相应的故障代码。
燃油加热器10使用的燃料为汽油或柴油，燃油加热器控制器12可以和燃油加热器本体进行集成。
电源2为车载336V的高压动力电池，为电动汽车车载动力电池电源，通过电动压缩机控制器3为电动压缩机4提供驱动电源。电动压缩机控制器3处于电源和电动压缩机之间，电动压缩机4、冷凝器6、热力膨胀阀7和蒸发器芯8依次连接组成制冷循环系统。空调控制器19接收车外温度传感器21和室内温度传感器22采集的信息，并结合用户操作空调控制面板20所设定的温度信息，经过计算分析后，发出与整车冷负荷需求对应的PWM信号给电动压缩机控制器3，进而调节电动压缩机4的转速，同时，空调控制器19通过调速模块(图1中未画出)控制鼓风机18的转速，以适应整车所需的冷负荷要求。当整车制冷量需求高时，电动压缩机4和鼓风机18以较高的速度运转；当整车制冷量需求低时，电动压缩机4和鼓风机18以较低的速度运转，有效地节约了电动汽车空调系统在制冷工况时的能耗。
本发明的电动汽车空调系统的电动压缩机控制器3能够检测到过压、欠压和过流等故障，并以定义对应的不同占可比的PWM信号反馈给空调控制器19，起到保护电动压缩机4的功能。
本发明的电动汽车空调系统的燃油加热器控制器12能够检测到燃油加热器10内部电热塞、温控器等部件的故障，并以定义对应的不同占可比的PWM信号反馈给空调控制器19，起到保护燃油加热器10的功能。
本发明的电动汽车空调系统的空调控制器19对上述故障信息进行编码存储，通过整车诊断接口可以读取相关的故障代码。
本发明的电动汽车空调系中，车辆管理系统23能够在车载动力电池电压低于一定值时，通过CAN信息，发送无效的使能信号给空调控制器19，空调控制器19接收到该信息后，禁止空调压缩机的开启，用于保证车辆不过度放电。
当空调系统压力较低时，由车辆管理系统控制冷却风扇低速运行，此方案的好处在于：车辆管理系统可以在不开空调的情况下，根据车辆需要，自行开启冷却风扇低速运转；当空调系统压力升高到中压时，由空调控制器直接控制冷却风扇高速运行。
本发明的电动汽车空调系统中，冷却风扇5的低速运行由车辆管理系统23控制，其高速运行由空调控制器19通过压力开关1控制。
本发明的电动汽车空调系统中，将电动压缩机4的高压控制和空调常规控制分开，提高了空调系统的电气安全性。
蒸发器芯和加热器芯布置在同一装置中，可以是普通燃油汽车空调系统的制冷、加热和通风总成装置(通常称之为HVAC总成)。
本发明的电动汽车空调系统中，燃油箱14、燃油泵13和燃油加热器10依次组成燃料供给系统；燃油加热器10、水泵17、膨胀水箱16和加热器芯9依次连接组成制热循环系统；燃烧后的废气经排气管和排气消音器11排出。燃油加热器进水口布置有水温传感器，能够自动监测通过加热器芯换热后的热水温度，根据该温度信息，通过燃油加热器控制器12可以实现燃油加热器功率的自动调节，以适应整车冷负荷的变化，节约燃油消耗。燃油加热器还包括：进气风扇及风扇电机。
本发明的电动汽车空调系统中，可以使用定时器/遥控器15远距离启动燃油加热系统，以满足用户在寒冷冬季时的暖车需求，进一步提高乘员的舒适性。
如图2所示为本发明的电动汽车空调系统的控制方法的流程图，其包括以下步骤：
步骤210：空调控制面板20接收用户对空调温度、出风模式和风量大小等的设定信息，并将该信息传递给空调控制器19；
步骤211：车辆管理系统23以CAN通信的方式，发送使能信息给空调控制器19，以决定是否允许高能耗电动压缩机的开启；
步骤212：室内温度传感器22感应车内温度信息、车外温度传感器21感应车外环境温度信息，压力开关1感应空调系统内的压力信息，并将这些信息传递给空调控制器19；当用户使用遥控器/定时器进行遥控定时启动燃油加热系统时，空调控制器19也接收该信息；
步骤220：空调控制器19接收用户对空调控制面板的上述设定信息、整车使能信息、车内外温度传感器信息，以及遥控/定时信息。空调控制器19完成分析与判断，当满足制冷条件时，则发送有效的压缩机请求信号和PWM调速信号给电动压缩机控制器3；当满足制热条件时，则发送有效的制热请求信号给燃油加热器控制器12；如果条件不满足，则发送无效的制冷或制热请求信号，空调系统不工作。
步骤230：电动压缩机控制器3接收到空调控制器19发送的有效的请求信息和PWM调速信息，完成电动压缩机4的启动和调速；电动压缩机4的转速由PWM信号的占空比决定，PWM信号的占空比是和用户设定温度与室内温度信息的差值一一对应的；同时，由空调控制器19实现对冷却风扇5的高低速控制，以满足制冷工况时冷凝器的换热需求；
同时，空调鼓风机18由空调控制器19根据用户对空调控制面板20的设置运转。在空调设定为AUTO状态时，空调控制器19能够根据用户的设定温度信息与室内温度信息的差值，自动调节鼓风机18的转速。
步骤232：通过上述对电动压缩机的启/停和调速控制，实现空调系统制冷量的调节，以满足用户对空调系统的制冷需求；
步骤240：燃油加热器控制器12接收到空调控制器19发送的有效的请求信息，完成燃油加热器10的启动和水泵17与燃油泵13的调节；
同时，空调鼓风机18由空调控制器19根据用户对空调控制面板20的设置运转。在空调设定为AUTO状态时，空调控制器19能够根据用户的设定温度信息与室内温度信息的差值，自动调节鼓风机18的转速。
步骤242：通过上述对燃油加热器10的启/停和水泵17与燃油泵13的控制，实现空调系统制热功率的调节，满足用户对空调系统的制热需求；
此外，本发明的电动汽车空调系统的控制方法的流程图中，还包括故障信息的诊断流程，图2中的虚线表示空调系统故障信息的传递步骤和方向。
当制冷系统出现电动压缩机堵转、过压、过流等故障时，可以通过电动压缩机控制器3反馈给空调控制器19，空调控制器19对故障信息存储、编码，并以CAN信息的形式通过整车诊断口输出；
当制热系统出现燃油加热器过热、电热塞损坏、水泵和油泵不工作等故障时，可以通过燃油加热器控制器12反馈给空调控制器19，空调控制器19对故障信息存储、编码，并以CAN信息的形式通过整车诊断口输出；
当车内外温度传感器、鼓风机和各风门控制电机出现故障时，空调控制器19也会对该故障信息存储、编码，并以CAN信息的形式通过整车诊断口输出。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电动汽车空调系统，包括电源、车辆管理系统、空调控制器，其特征在于：其还具有冷循环系统、热循环系统、电动压缩机控制器和燃油加热器控制器，其中所述冷循环系统由电动压缩机、冷凝器、热力膨胀阀和蒸发器芯依次连接组成，所述热循环系统由燃油加热器、水泵、膨胀水箱和加热器芯依次连接组成。
2.如权利要求1所述的电动汽车空调系统，其特征在于，所述电动压缩机控制器处于电源和电动压缩机之间，电动压缩机的高压控制和空调常规控制分开，当出现过压、欠压或过流等故障时，电动压缩机控制器将该故障信息发送给空调控制器，以保护电动压缩机。
3.如权利要求1所述的电动汽车空调系统，其特征在于，所述燃油加热器控制器能够检测到燃油加热器内部电热塞、温控器等部件的故障，并反馈给空调控制器，以保护燃油加热器。
4.如权利要求3所述的电动汽车空调系统，其特征在于，所述故障信息，能够使用诊断仪通过整车的诊断口读取相应的故障代码。
5.如权利要求1所述的电动汽车空调系统，其特征在于，车辆管理系统为电动汽车整车管理控制单元，车辆管理系统和空调控制器之间可以进行CAN通讯，CAN信息的内容包括允许压缩机工作的使能信息、车速信息、空调系统工作状态信息、压缩机实时功率信息、车外环境温度信息和空调系统的故障与诊断信息等。
6.如权利要求1所述的电动汽车空调系统，其特征在于，当整车制冷量需求高时，电动压缩机和鼓风机以较高的速度运转；当整车制冷量需求低时，电动压缩机和鼓风机以较低的速度运转，以减少制冷工况时的能耗。
7.如权利要求1所述的电动汽车空调系统，其特征在于，车辆管理系统能够在车载动力电池电压低于一定值时，通过CAN信息，发送无效的使能信号给空调控制器，空调控制器接收到该信息后，禁止空调压缩机的开启，用于保证车辆不过度放电。
8.如权利要求1-7中任一项所述的电动汽车空调系统，其特征在于，所述电动汽车空调系统还包括室内温度传感器和车外温度传感器，分别检测车内温度和车外环境温度信息，并传送给空调控制器，空调控制器将结合用户操作空调控制面板的设定信息实现对压缩机和鼓风机转速的自动调节，以获得合适的空调出风温度。
9.如权利要求1-7中任一项所述的电动汽车空调系统，其特征在于，用户可以使用定时器/遥控器远距离启动燃油加热系统，以满足用户在寒冷冬季时的暖车需求。
10.一种电动汽车空调系统控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
空调控制器接收车辆管理系统发出的使能信息；
空调控制器接收室内温度传感器、车外温度传感器和压力开关测得的车内温度信息、车外温度信息和空调系统压力信息；
空调控制器接收用户设定信息和遥控器/定时器信息；
空调控制器根据上述信息，当满足制冷条件时，则发送有效的压缩机请求信号和调速信号给电动压缩机控制器；当满足制热条件时，则发送有效的制热请求信号给燃油加热器控制器；
如果条件不满足，则发送无效的制冷或制热请求信号，空调系统不工作；
当出现过压、欠压或过流等故障时，电动压缩机控制器将该故障信息发送给空调控制器，以保护电动压缩机；燃油加热器控制器能够检测到燃油加热器内部电热塞、温控器等部件的故障，并反馈给空调控制器，以保护燃油加热器；所述故障信息，能够使用诊断仪通过整车的诊断口读取相应的故障代码。
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