CN102123880A - 车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法，特别是一种车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法，其可无需停止逆变器而减低马达转速，从而在空调压缩负载大及逆变器产生过电流并超出电动压缩机的马达产生的转矩时维持一额定功率和转矩；其亦可减低转速，即角速度，并增加转矩，因此即使马达的转矩因超载而超出最大限制，仍可以车用空调持续向司机提供舒适的环境；其并可减低逆变器和电动压缩机的风险，因而防止连带损坏。车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法包括：步骤(1)计算一驱动所述车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的马达的目标转速；步骤(2)检查对根据目标转速驱动的马达施加的电流是否超出预设于一控制单元的一阈值；以及步骤(3)在对所述马达施加的电流超出所述阈值时，进行反馈控制以减低所述逆变器的目标转速并减低电流；以及在电流不超出所述阈值时，根据所述目标转速转动所述马达。

Description

车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法
技术领域
本发明涉及一种车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法，特别是一种可防止因驱动电动压缩机的逆变器负载而产生过电流，并在不停止车用空调系统的情况下减低转速的车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法，以防止空调系统因过电流而损坏。
背景技术
一般而言，车用空调系统用于将车外空气或车内空气引入，并将引入的空气加热或冷却，然后将已加热或冷却的空气吹入车内以使车内升温或降温。
下文将更详细地描述一种只进行降温操作的技术。如图1所示，车用空调系统1的降温操作如下。
首先，设定为接收发动机(图中未示)动力以作驱动的电动压缩机12将冷却剂压缩，然后冷却剂被引入一冷凝器14，被冷却风扇(图中未示)强制吹动以进行换热及冷凝，之后顺序经过一贮液驱动器16、一膨胀阀18、以及一蒸发器20。
在这实施例中，在一个将冷却剂重新引入电动压缩机12的过程中，鼓风机22的鼓风扇24吹动的空气跟经过蒸发器20的冷却剂进行换热，然后以冷却状态引入车内，使车内降温。
在这实施例中，安装有除去在车前窗的霜的除霜管道36、将空气吹至车内上侧的正面管道38、以及将空气吹至车内下侧的底部管道40。
管道36、38、40可根据使用者选择的模式而打开或关闭。为实现这功能，安装有可通过驱动器沿预设角度旋转的门42、44、46，使管道36、38、40的打开/关闭状态和打开角度均可根据使用者的选择而调节。
车用空调系统1的鼓风机22的鼓风机外壳26上端的两相对侧分别设有车外空气入口28及车外空气出口30，转换门32根据使用者选择空调所需的空气是由车内还是车外引入而旋转，从而将车外空气入口及车外空气出口可选择地打开或关闭。
另外，一跟驱动汽车的主动力马达(图中未示)分开设置的马达50应用作驱动电动压缩机12，并被逆变器60控制，使汽车的速度可以根据施加的负载而增加或减低。
在这实施例中，逆变器60设置为将用作电源的交流电流转换为驱动三相马达50的直流电流，而逆变器60的主要部件是一半导体，其有机会被逆变器60转换操作时产生的热损坏。
因此，逆变器60需要在马达12操作期间持续冷却，以防止因过热而出现故障。为实现这目的，现有技术将一散热板附于逆变器60一侧，或在超出马达50转矩值时停止电动压缩机12的驱动操作。
不过，在使用散热板为逆变器进行冷却的实施例中，由于散热板的面积需增加以充分冷却高温的逆变器，因此整体尺寸和部件数量增加，增加生产及其它成本。此外，当电动压缩机的驱动操作停止，虽然可避免过电流和过热损坏逆变器，但冷却功率却大幅下跌，同时汽车的降温亦会在电动压缩机的驱动操作停止时停止。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法，在对电动压缩机施加一高负载时，减低电动压缩机的转速而无需停止电动压缩机的操作，从而防止电动压缩机因过电流而损坏。
本发明的另一目的在于提供一种车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法，其将设置为驱动电动压缩机的马达维持于最大额定输出，以持续保持冷却状态，并防止车用降温操作急速恶化，从而增加使用者的舒适感。
本发明的另一目的在于提供一种车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法，其将马达的转速减低，以限制对马达施加过电流的电流，防止马达停止，减低能耗，且无需因马达停止而提供启动马达的动力，增加能源效益。
为了达成上述目的，本发明提供一种车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法，所述方法包括以下步骤：(1)计算一驱动所述车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的马达的目标转速；(2)检查对根据目标转速驱动的马达施加的电流是否超出预设于所述逆变器的一阈值；以及(3)在对所述马达施加的电流超出所述阈值时，减低所述逆变器的目标转速以进行减低电流的反馈控制；以及在对所述马达施加的电流不超出所述阈值时，根据所述目标转速转动所述马达。
优选地，所述方法还包括在所述步骤(3)之后更新一车内温度，并决定所述更新车内温度是否达至一控制单元中的一设定温度，并回到所述步骤(1)进行所述控制方法直至所述车内温度达至所述设定温度。
优选地，在所述步骤(3)中减低所述目标转速时，所述逆变器利用一个将所述步骤(1)的所述目标转速与一预设的调整率相乘而得出的值计算一减低的转速。
优选地，所述调整率根据对所述马达施加的电流及所述阈值的差而不同地应用。
优选地，所述调整率以％为单位，并设定为少于100。
优选地，所述方法还包括在所述马达以低转速高转矩转动时，在一个不超出所述马达的额定输出的范围内增加目标转速，以防止所述马达的转速达至所述目标转速。
根据本发明，在一车内空调系统的电动压缩机被驱动时对设置为驱动所述电动压缩机的马达施加一高负载，只有所述马达的转速被减低，同时维持马达的最大额定输出和转矩，以防止因过电流而损坏所述马达，并防止对电动压缩机及逆变器的连带损坏。此外，当产生过电流，输出功率在逆变器不停止的情况下减低，以防止电动压缩机因过电流或冲击电流而停止。因此，可持续维持冷却状态，增加能耗效率。
附图说明
图1是一常规车用空调系统的示意图。
图2是根据本发明实施例的车用空调系统的方框图。
图3是根据本发明实施例的车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的一实施例作更详细的说明。
图2是根据本发明实施例的车用空调系统的方框图，其参考图1说明。
如图1及图2所示，在根据本发明实施例的车用空调系统1中，当汽车的空调启动并使用者输入其设定的温度至控制单元70时，由车内温度传感器和车外温度传感器量度的车内及车外温度便会输入至控制单元70。
之后，控制单元70计算使用者设定的理想温度与车内温度的差，并决定是否需要驱动电动压缩机12。
在本实施例中，当需要驱动电动压缩机12以降低一管道的温度，一驱动电动压缩机12的信号便会由控制单元70传送至逆变器60，逆变器60将发动机产生的直流电转换成交流电，并传送至电动压缩机12的马达50。
马达50利用逆变器60输出的交流电驱动一驱动轴(图中未示)以驱动电动压缩机12，而由电动压缩机12压缩的冷却剂顺序经过一冷凝器14、一贮液驱动器16、一膨胀阀18以及一蒸发器20以降低管道内的温度。
因此，管道内的冷却空气通过鼓风机22的鼓风扇24经管道36、38、40传送到车内。
在本实施例中，压缩、膨胀及蒸发的循环过程不断重复，直至车内温度达至使用者设定的温度。之后，如果设定温度和车内温度的差变大，由于对设置为驱动电动压缩机12的马达50施加的负载亦变大，故逆变器60应调节对马达50施加的电流强度。
换言之，若施加的负载超出马达50的最大输出，马达50便会以过多的输出驱动，使车内温度达至设定温度。在这情况下，马达50便有机会因逆变器60的半导体产生的过电流而损坏。
因此，马达50不会产生与对其施加的负载成比例的输出。取而代之，在车内空调系统1中，一马达驱动器(图中未示)及控制单元70侦测对马达50施加的驱动电流以反馈控制马达50，使马达50的输出不会超过马达50的最大输出。
此外，根据本发明，马达50的输出被车内空调系统的控制单元70控制，并同时被设置为侦测过电流的逆变器60反馈控制。亦即是，虽然按图2所示控制只由控制单元70负责，但本发明并不限于此，逆变器60亦可以侦测过电流并对系统进行反馈控制。
因此，若控制单元70或逆变器60侦测到对马达50施加的电流，便会根据侦测到的电流计算输出，若计算得出的输出超过马达50的最大输出，便会根据算式1减低马达50的转速，以免超过马达50的最大输出。
算式1
P＝τ·ω
其中，P是输出(W)，τ是转矩(Nm)，ω是角速度(弧度每秒(rad/sec))。
根据本发明，是对车用空调系统施行一通过减低马达50转速以维持一额定电压的方法，故角速度(ω)会转换为一转速(n)，而得出算式2。
算式2
ω＝n
ω＝n[rev/min]
ω＝n[rev/min]·[2π·rad]/[rev]·[min/60sec]
∴P＝τ·n·2π/60
因此，若减低马达50的转速(n)但维持马达50的转矩(t)，则只有马达50的速度会减低，而旋转力不会减低，当超出额定动力时，便会较停止逆变器60相对增加功率效率。
之后，控制单元70驱动马达50以持续地在电动压缩机12、冷凝器14、膨胀阀18以及蒸发器20进行吸热过程，直至使用者设定的温度与车内温度的差落入一预设误差范围之内。
在本实施例中，若使用者设定的温度与车内温度的差减少至落入一预设误差范围之内，控制单元70便会停止驱动车用空调系统1。若是在人手操控的空调系统实施例中，若使用者输入一设定温度，或在自动空调系统中，若使用者设定的温度与车内温度的差超出一预设误差范围，便会进行根据本发明的控制电动压缩机12的过程。
优选地，本发明亦包括一个过程，其在所述马达以低转速高转矩转动时，在一个不超出马达50的额定输出的范围内增加目标转速，以防止达至目标转速。
通过上述控制，车用空调系统1可以持续驱动以向使用者提供一个舒适的环境。而且，在逆变器60与电动压缩机12成一体式的实施例中，可减低风险，实现电动压缩机12的稳定驱动。
图3是根据本发明实施例的车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法的流程图。如图3所示，根据本发明实施例的车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法在使用者启动空调并启动点火系统时(IGN ON)开始(S10)。
在步骤(S10)中，点火系统启动，电池电源供给空调，若空调的驱动操作已开始，空调的控制单元便会更新现时车内及车外温度，并从一使用者接收一设定温度(S11)。
之后，控制单元计算车内温度和设定温度的差。若车内温度和设定温度的差在一误差范围之内，空调不会被驱动；若车内温度和设定温度的差超出误差范围，空调会被驱动。在这过程中，控制单元决定是否驱动电动压缩机。
因此，若需要驱动电动马达(S13)，便会计算一驱动电动压缩机的马达目标转速，并向逆变器输出一驱动信号以驱动马达(S15)；若逆变器根据目标转速对马达施加电流，马达驱动器或控制单元侦测对马达施加的电流(S17)。
步骤(S17)可防止对电动压缩机及逆变器造成的连带损坏，并防止因过电流或对逆变器施加的冲击电流损坏马达。这步骤根据预先存储于控制单元或逆变器的阈电流是否已超出而决定是否出现过电流。
因此，当对马达施加的电流并不超出步骤(S20)的阈值，控制单元或逆变器以步骤(S15)计算得出的目标转速转动马达；而若对马达施加的电流超出阈值，便会对步骤(S15)计算得出的目标转速施加一个少于100％的调整率以转动马达，在这情况下目标转速利用一反馈控制信号输出至控制单元或逆变器(S25)。
由于马达的额定输出是一固定值，故设置步骤(S23)的调整率以根据超出电流的强度减低转速。因此，根据超出电流的强度而定的调整率是预先储存在逆变器中。
即是，调整率的设定，是超出电流的强度越大，转速减低越多。
若设定温度及现时温度的差超出一预设温度范围，控制单元决定是否需要持续驱动空调，并回到步骤(S13)驱动根据本发明的车用空调系统直至误差范围缩小；而若现时温度接近设定温度，则回到步骤(S10)以施行根据本发明的电动压缩机控制方法，直至点火系统或空调被关上。
最后，若点火系统被关上以致电池不再供电、或使用者关上空调，则根据本发明的车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法便已完成(S30)。
优选地，在过程中若转速在一高转矩区域减低，可进行一个在不超出马达额定输出并且不会产生过电流的前提下增加目标转速的过程。
在本发明的车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法中，逆变器在施加高负载时亦不可停止，因此可防止因过电流或冲击电流造成的连带损坏。此外，由于并不需要在电动压缩机停止时以动力驱动电动压缩机，故可增加功率效率。
虽然本发明以上述实施例说明，但本领域的技术人员应理解，可在不偏离由后附权利要求所限定的本发明精神和主旨范围的情况下，对其进行多种形式或具体的转变。
工业应用性
根据本发明，当一过电流因压缩负载增加而由逆变器施加至一马达，通过减低转速并维持马达的额定输出和转矩，电动压缩机不会因过电流而停止。因此，可持续维持冷却状态，增加使用者的舒适感。此外，由于无需在马达停止和再次驱动时提供动力，故可减低能耗，增加功率效率。

Claims (6)

1.一种车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的控制方法，所述方法包括以下步骤：
(1)计算一驱动所述车用空调系统的逆变器一体式电动压缩机的马达的目标转速；
(2)检查对根据目标转速驱动的马达施加的电流是否超出预设于所述逆变器的一阈值；以及
(3)在对所述马达施加的电流超出所述阈值时，减低所述逆变器的目标转速以进行减低电流的反馈控制；以及在对所述马达施加的电流不超出所述阈值时，根据所述目标转速转动所述马达。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括在所述步骤(3)之后更新一车内温度，并决定所述更新车内温度是否达至一控制单元中的一设定温度，并回到所述步骤(1)进行所述控制方法直至所述车内温度达至所述设定温度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在所述步骤(3)中减低所述目标转速时，所述逆变器利用一个将所述步骤(1)的所述目标转速与一预设的调整率相乘而得出的值计算一减低的转速。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述调整率根据对所述马达施加的电流及所述阈值的差别而不同地应用。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述调整率以％为单位，并设定为少于100。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括在所述马达以低转速高转矩转动时，在一个不超出所述马达的额定输出的范围内增加目标转速，以防止所述马达的转速达至所述目标转速。
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