CN102673345A - 电动汽车智能空调控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车智能空调控制系统，包括温度采集模块、中央处理器、信息通讯模块、控制输出模块、状态显示模块、电源模块和数据存储模块，本发明可以根据电动汽车空调系统的各种温度参数，对电动汽车空调系统的各个部件进行智能控制，保证电动汽车空调系统的最优化管理，使得电动汽车空调系统高效节能、安全可靠。该控制系统具有各种温度采集、通讯、控制保护等多种功能，是一个功能完善、高集成化、高可靠性的电动汽车空调智能控制系统。

Description

电动汽车智能空调控制系统

技术领域

本发明涉及一种空调控制系统，尤其涉及一种适合于电动汽车空调使用的智能控制系统。

背景技术

全球气候变暖、大气污染以及能源成本高涨等问题日趋严峻，汽车作为环境污染和能源消耗的主要来源之一，其节能减排问题得到越来越广泛的重视，各国政府和汽车企业均将节能环保当作未来汽车技术发展的指导方向，这样节能环保的电动汽车也就应运而生。电动汽车是集汽车技术、电子及计算机技术、电化学技术、能源与新材料技术于一体的高新技术产品，与普通的内燃机汽车相比，具有无污染、噪声低及节省石油资源的特点，基于上述电动汽车的特点，它极有可能成为人类新一代的清洁环保交通工具，它的推广普及具有不可估量的重要意义。

电动汽车的出现也为电动汽车空调的研究开发提出了新的课题与挑战。汽车空调的功能就是把车厢内的温度、湿度、空气清洁度及空气流动性保持在使人感觉舒适的状态。在各种气候环境条件下，电动汽车车厢内应保持舒适状态，以提供舒适的驾驶和乘坐环境。另外，拥有一套节能高效的空调及其控制系统对电动汽车开拓市场也起到至关重要的作用。因此，在开发研制电动汽车同时,必然也要对其配套的空调及其控制系统进行开发与研制。

对于目前传统燃油汽车空调系统来说，制冷主要采用发动机驱动的机械式压缩机来完成制冷系统的循环并进行降温，而制热主要采用燃油发动机产生的余热。而对于电动汽车来说，没有发动机作为空调压缩机的动力源，也不能提供作为汽车空调冬天制热用的热源，因此无法直接采用传统汽车空调系统的解决方案。在常规汽车空调中，空调的开停以及制冷量、制热量的调节是通过控制压缩机吸合继电器和风门等的控制量来实现的，由于电动汽车空调和常规汽车空调的巨大差异，在电动汽车的开发过程中，必须研究适合电动汽车使用的新型空调控制系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种控制功能广泛、灵活的电动汽车智能空调控制系统。 

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：电动汽车智能空调控制系统，包括温度采集模块，用于采集电动汽车空调系统的温度参数；中央处理器，连接在所述温度信息采集模块的信息输出端，进行温度数据处理及产生控制信号；信息通讯模块，信号连接在所述中央处理器上，实现所述中央处理器与电动汽车的空调操作面板、电脑和电动汽车空调系统的压缩机驱动器进行信息交换传递；控制输出模块，连接在所述中央处理器的输出端，用于向电动汽车空调系统输出控制信号；状态显示模块，电连接在所述中央处理器的电信号输出端；电源模块，电连接在所述中央处理器的输入端，为所述中央处理器提供工作电源；数据存储模块，插接在所述中央处理器内的接口卡上，用于存储电动汽车空调系统的历史数据信息。

作为优选的技术方案，所述电动汽车空调系统中的制热装置包括热泵制热装置和PTC加热装置。

作为优选的技术方案，温度采集模块包括检测车外温度的车外温度传感器、检测车内温度的车内温度传感器、检测电动汽车空调系统冷凝器温度的冷凝器温度传感器、检测电动汽车空调系统蒸发器温度的蒸发器温度传感器、检测电动汽车空调系统排气温度的排气温度传感器和检测电动汽车空调系统中PTC加热装置温度的PTC温度传感器。

作为优选的技术方案，所述信息通讯模块包括连接所述中央处理器与所述电动汽车的空调操作面板的RS-485通讯接口、连接所述中央处理器与所述电脑的RS-232通讯接口和连接所述中央处理器与所述电动汽车空调系统的压缩机驱动器的PWM通讯装置。

作为优选的技术方案，所述信息通讯模块包括连接所述中央处理器与所述电动汽车的空调操作面板的CAN通讯总线、连接所述中央处理器与所述电脑的RS-232通讯接口和连接所述中央处理器与所述电动汽车空调系统的压缩机驱动器的CAN通讯总线。

作为优选的技术方案，所述控制输出模块的输出端分别连接所述电动汽车空调系统的四通阀、风机、压缩机、电子膨胀阀、所述泵制热装置和所述PTC加热装置。

作为优选的技术方案，所述状态显示模块包括代表所述智能空调控制系统工作正常状态和故障状态的两个LED灯电路模块。

作为优选的技术方案，所述电源模块包括将+12V电压转换成+5V电压的电源电压转换模块。

作为对上述技术方案的改进，所述数据存储模块包括可拆卸安装在所述中央处理器接口卡上的EEPROM。

由于采用了上述技术方案，电动汽车智能空调控制系统，包括温度采集模块，用于采集电动汽车空调系统的温度参数；中央处理器，连接在所述温度信息采集模块的信息输出端，进行温度数据处理及产生控制信号；信息通讯模块，信号连接在所述中央处理器上，实现所述中央处理器与电动汽车的空调操作面板、电脑和电动汽车空调系统的压缩机驱动器进行信息交换传递；控制输出模块，连接在所述中央处理器的输出端，用于向电动汽车空调系统输出控制信号；状态显示模块，电连接在所述中央处理器的电信号输出端；电源模块，电连接在所述中央处理器的输入端，为所述中央处理器提供工作电源；数据存储模块，插接在所述中央处理器内的接口卡上，用于存储电动汽车空调系统的历史数据信息；本发明的有益效果是：可以根据电动汽车空调系统的各种温度参数，对电动汽车空调系统的各个部件进行智能控制，保证电动汽车空调系统的最优化管理，使得电动汽车空调系统高效节能、安全可靠。该控制系统具有各种温度采集、通讯、控制保护等多种功能，是一个功能完善、高集成化、高可靠性的电动汽车空调智能控制系统。

附图说明

图1是本发明实施例的使用结构框图；

图2是本发明实施例结构框图；

图3是本发明实施例的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1、图2和图3所示，电动汽车智能空调控制系统，包括温度采集模块，用于采集电动汽车空调系统的温度参数；中央处理器，连接在所述温度信息采集模块的信息输出端，进行温度数据处理及产生控制信号；信息通讯模块，信号连接在所述中央处理器上，实现所述中央处理器与电动汽车的空调操作面板、电脑和电动汽车空调系统的压缩机驱动器进行信息交换传递；控制输出模块，连接在所述中央处理器的输出端，用于向电动汽车空调系统输出控制信号；状态显示模块，电连接在所述中央处理器的电信号输出端，用于显示电动汽车空调系统的工作状态；电源模块，电连接在所述中央处理器的输入端，为所述中央处理器提供工作电源；数据存储模块，插接在所述中央处理器内的接口卡上，用于存储电动汽车空调系统的历史数据信息。

本实施例的所述电动汽车空调系统中的制热装置包括热泵制热装置和PTC加热装置，PTC加热装置在图1中简称PTC，由于电动汽车里面没有发动机产生的余热可以利用，所以电动汽车空调系统的制热是个难题，目前行业里面大都用PTC加热装置来实现，不过PTC的效率不高，会严重影响电动汽车的续航里程。热泵技术在家用空调上已经很成熟，能效比要远高于PTC电加热，不过在低温环境下有制热效果差的缺点。本实施例中对制热采用热泵制热装置和PTC加热装置结合的方法来实现，在温度不是很低的情况下单独使用热泵制热装置制热，在环境温度太低热泵制热装置制热效果差的时候利用PTC加热装置辅助加热来改善空调制热效果，既保证了电动汽车空调系统的制热效果，也最大限度的节约了能源，这些智能控制都有由本控制系统来完成的。

温度采集模块包括检测车外温度的车外温度传感器、检测车内温度的车内温度传感器、检测电动汽车空调系统冷凝器温度的冷凝器温度传感器、检测电动汽车空调系统蒸发器温度的蒸发器温度传感器、检测电动汽车空调系统排气温度的排气温度传感器和检测电动汽车空调系统中PTC加热装置温度的PTC温度传感器，以上数个温度传感器在图1中统称为各温度传感器，在电动汽车空调系统中，上述各种温度传感器对空调系统的功能实现和系统保护相当重要，是空调实现温度控制的依据和参数基础，车内温度传感器检测的车内温度主要用于空调系统的制冷量、制热量控制以及空调的开停控制；车外温度传感器检测的车外温度主要用来对空调系统的工作模式和频率范围进行限制，保证电动汽车空调系统的可靠运行；蒸发器温度传感器检测的蒸发器温度主要用来对电动汽车空调系统进行系统保护，例如制冷过程中进行防结冰保护，热泵制热装置制热过程中的高负荷保护、放冷风保护等；冷凝器温度传感器检测的冷凝器温度主要用来对空调进行冷凝器除霜判断和过负荷系统保护；排气温度传感器检测的排气温度主要用来对电动汽车空调系统进行系统保护，并通过排气温度对电动汽车空调系统的电子膨胀阀开度进行调节；PTC温度传感器检测的PTC加热装置的温度主要用来对制热PTC加热装置进行系统保护，避免PTC加热装置温度过高。

所述信息通讯模块包括连接所述中央处理器与所述电动汽车的空调操作面板的RS-485通讯接口或CAN通讯总线、连接所述中央处理器与所述电脑的RS-232通讯接口和连接所述中央处理器与所述电动汽车空调系统的压缩机驱动器的PWM通讯装置，在电动汽车空调系统中，人机交互是通过与中央处理器连接的空调操作面板来实现的，空调操作面板接收驾驶员对空调的开关、温度设定、风速设定等操纵指令，然后把这些指令利用RS-485通讯接口或CAN通讯总线发送给中央处理器，同时需要从中央处理器获得电动汽车空调系统的状态和参数信息。所以空调操作面板是本实施例的上位机，本实施例和上位机的通讯便于获得驾驶员的操纵指令，同时要及时地把上位机需要的电动汽车空调系统的状态和各项参数反馈给上位机。根据客户具体要求进行选择RS-485通讯接口或CAN总线通讯两种通讯方式进行通讯，可以安全、高效、可靠地完成与上位机的通讯功能。通过RS-232的通讯接口可以将电动汽车空调系统的运行状态、运行参数等信息发送给电脑，电脑接收信息后通过专门的监控软件可以把这些信息记录并直观的显示在电脑上，方便对电动汽车空调系统进行测试，也方便对电动汽车空调系统的问题进行故障排查。

在电动汽车空调系统中，压缩机是电动变频压缩机，本控制系统本身并不具有压缩机变频驱动的功能，而是有一个专门的压缩机驱动器来负责压缩机的驱动控制，该压缩机驱动器在整个电动汽车空调系统中是本实施例的下位机。本实施例需要把具体的压缩机开停、转速等要求通过信息通讯模块传达给压缩机驱动器，由压缩机驱动器具体实施对压缩机的变频驱动，本控制系统与下位机的通讯方式有两种可供选择，一种是单向PWM通讯装置，本实施例通过PWM占空比的方式把具体的频率要求传达给压缩机驱动器，不同的占空比表示不同的频率要求，而压缩机驱动器仅仅接收本控制系统的指令而不用回传信息，这种方式用在非CAN总线电动汽车系统中；另外一种是通过汽车CAN总线通讯方式，本控制系统通过CAN总线方式把具体的频率、开关等信息传达给压缩机驱动器，压缩机驱动器会把压缩机的实际状态和运行参数通过CAN总线通讯方式传给到中央处理器，这种方式用在有CAN总线通讯的电动汽车系统中。

所述控制输出模块的输出端分别连接所述电动汽车空调系统的四通阀、风机、压缩机、电子膨胀阀、所述泵制热装置和所述PTC加热装置。电动汽车空调系统在电动汽车系统中是一个相对独立的子系统，本控制系统是该子系统的核心控制单元，不但要负责制冷、制热各个流程的控制，负责各个执行部件的控制，还要对电动汽车空调系统进行各种保护。本控制系统包括根据空调操作面板的指令进行模式控制，根据各个温度传感器检测的温度信息进行各项执行部件的控制，通过控制输出模块输出的控制信息控制四通阀、风机（包括内风机和外风机）、压缩机、电子膨胀阀、PTC加热装置等执行部件的工作状态，使得整个电动汽车空调系统有序的工作。本控制系统根据电动汽车空调系统的各项温度参数来判断空调系统是否需要保护，在需要保护的时候进行及时有效地保护，例如当电流过大或排气温度过高时要及时降低频率或停止压缩机，避免空调系统受到损坏，在检测到蒸发器温度过低时要及时降低频率或停止压缩机避免蒸发器结冰等等，本控制系统是保证电动汽车空调系统安全可靠运行的重要保障。

节流装置是空调系统的四大组成部分之一，在常规汽车空调里面一般用热力膨胀阀来作为节流装置，热力膨胀阀是一个机械部件，不需要控制，而在电动汽车空调系统里面为了更加精确地控制冷媒流量一般用电子膨胀阀进行节流，电子膨胀阀顾名思义是一个电器件，需要本控制系统通过控制输出模块输出的控制信息对其进行调节和控制，通过调节电子膨胀阀的开度来控制电动汽车空调系统中的冷媒流量，在本实施例中是通过目标过热度来调节电子膨胀阀开度的，这是一种高效而精确地调节方式，本控制系统会对不同的频率和环境温度设置不同的目标排气温度，然后通过调节电子膨胀阀的开度来使得实际排气温度达到或接近目标排气温度，从而使得空调系统的冷媒流量达到理想的状态。

在电动汽车空调系统的热泵制热装置制热时冷凝器可能会结霜，使得冷凝器的换热效率大幅下降，降低空调系统的制热效果，在实施例中具有冷凝器结霜自动判断和自动除霜功能，其实现过程如下：本控制系统通过安装在冷凝器上面的冷凝器温度传感器和车外温度传感器判断冷凝器是否结霜，当判断为冷凝器结霜时自动进入除霜模式，通过控制输出模块输出控制信号切换四通阀，使得高温气体先流经冷凝器把冷凝器上的结霜除掉，同时本控制系统根据冷凝器温度传感器判断除霜效果，当判断结霜消除完毕后自动转到正常热泵制热装置制热模式。

所述状态显示模块包括代表所述智能空调控制系统工作正常状态和故障状态的两个LED灯电路模块，其中一个LED灯为绿色，代表电动汽车空调系统正常状态，另一个LED灯为红色，代表电动汽车空调系统故障状态，用来直观的显示本控制系统的状态或故障信息。所述电源模块包括将+12V电压转换成+5V电压的电源电压转换模块，为中央处理器提高可靠的工作电压，以保证其安全运行。所述数据存储模块包括可拆卸安装在所述中央处理器接口卡上的EEPROM，负责存储本控制系统需要的参数数据，作为本控制系统控制、保护的参数依据。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定                                                

。

Claims (9)

1. 电动汽车智能空调控制系统，其特征在于，包括：

温度采集模块，用于采集电动汽车空调系统的温度参数；

中央处理器，连接在所述温度信息采集模块的信息输出端，进行温度数据处理及产生控制信号；

信息通讯模块，信号连接在所述中央处理器上，实现所述中央处理器与电动汽车的空调操作面板、电脑和电动汽车空调系统的压缩机驱动器进行信息交换传递；

控制输出模块，连接在所述中央处理器的输出端，用于向电动汽车空调系统输出控制信号；

状态显示模块，电连接在所述中央处理器的电信号输出端；

电源模块，电连接在所述中央处理器的输入端，为所述中央处理器提供工作电源；

数据存储模块，插接在所述中央处理器内的接口卡上，用于存储电动汽车空调系统的历史数据信息。

2.如权利要求1所述的电动汽车智能空调控制系统，其特征在于：所述电动汽车空调系统中的制热装置包括热泵制热装置和PTC加热装置。

3.如权利要求2所述的电动汽车智能空调控制系统，其特征在于：所述温度采集模块包括检测车外温度的车外温度传感器、检测车内温度的车内温度传感器、检测电动汽车空调系统冷凝器温度的冷凝器温度传感器、检测电动汽车空调系统蒸发器温度的蒸发器温度传感器、检测电动汽车空调系统排气温度的排气温度传感器和检测电动汽车空调系统中PTC加热装置温度的PTC温度传感器。

4.如权利要求1所述的电动汽车智能空调控制系统，其特征在于：所述信息通讯模块包括连接所述中央处理器与所述电动汽车的空调操作面板的RS-485通讯接口、连接所述中央处理器与所述电脑的RS-232通讯接口和连接所述中央处理器与所述电动汽车空调系统的压缩机驱动器的PWM通讯装置。

5.如权利要求1所述的电动汽车智能空调控制系统，其特征在于：所述信息通讯模块包括连接所述中央处理器与所述电动汽车的空调操作面板的CAN通讯总线、连接所述中央处理器与所述电脑的RS-232通讯接口和连接所述中央处理器与所述电动汽车空调系统的压缩机驱动器的CAN通讯总线。

6.如权利要求3、4或5所述的电动汽车智能空调控制系统，其特征在于：所述控制输出模块的输出端分别连接所述电动汽车空调系统的四通阀、风机、压缩机、电子膨胀阀、所述泵制热装置和所述PTC加热装置。

7.如权利要求6所述的电动汽车智能空调控制系统，其特征在于：所述状态显示模块包括代表所述智能空调控制系统工作正常状态和故障状态的两个LED灯电路模块。

8.如权利要求7所述的电动汽车智能空调控制系统，其特征在于：所述电源模块包括将+12V电压转换成+5V电压的电源电压转换模块。

9.如权利要求8所述的电动汽车智能空调控制系统，其特征在于：所述数据存储模块包括可拆卸安装在所述中央处理器接口卡上的EEPROM。

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