CN102679499A - 电动客车空调控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动客车空调控制系统，包括温度采集模块、主控模块、控制输入模块、压缩机变频驱动模块、风机变频驱动模块、通讯模块、主控电源模块、驱动电源模块和数据存储模块；本发明的有益效果是：实现了电动客车空调系统的功能控制和各种设备的功能保护，最大程度地提高了空调系统的能效比，降低空调系统的功耗，达到了电动客车对空调系统节能的性能要求，同时完善了保护机制，保证了空调系统运行的可靠性和安全性。

Description

电动客车空调控制系统

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客车空调使用的控制系统。

背景技术

气候变化和能源危机是当今世界人们普遍关心的两大话题，在能源和环保的双重压力下，各国政府和车辆企业都将节能、环保作为未来汽车发展的必然方向。电动汽车具有零排放、低噪音、节省石油等特点，此外，电动车采用电动机代替发动机，几乎无噪声，而且无级变速，驾驶操作更加简单。电动汽车越来越受到广大消费者的关注和认可，极有可能成为人类新一代的清洁交通工具。相比于乘用车，电动公交车、电动客车的节油和减排效果更加明显，据有关统计，我国每辆公交车日行驶里程约220-280公里，消耗燃油约90-120升，相当于30辆私家车的油耗和排放，而且公交车大都运行于城市区域，对城市的污染更加直接。另外公交车、客车路线固定，运营时间也相对固定，非常适合目前电动汽车的充电或换电的特点需要。目前国家正大力发展电动公交车，并推出了一系列的鼓励措施，截止2011年底全国共有一千多辆电动公交车投入了运营，虽然总量并不是很多，不过其发展速度非常快，目前国内主要的客车厂也均推出了自己的电动客车产品。相信在国家的大力鼓励下，在各大客车厂和公交系统的共同推动下，公交车、客车的电动化将会越来越快，电动客车市场将会迎来飞速发展。

电动客车的出现也为电动客车空调的研究开发提出了新的课题与挑战。客车空调的功能是为驾驶员和乘客提供舒适的乘车环境。对于目前传统燃油客车空调系统，制冷主要采用发动机驱动的机械式压缩机完成制冷系统循环进行降温，而制热主要采用燃油发动机产生的余热。而对于电动客车来说，没有发动机作为空调压缩机的动力源，也不能提供作为客车空调冬天制热用的热源，因此无法直接采用传统客车空调系统方案作为电动客车空调系统。必须研究适合电动客车使用的新型空调系统。

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、灵活的电动客车空调控制系统。 

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：电动客车空调控制系统，包括温度采集模块，用于采集电动客车空调系统的温度参数；主控模块，连接在所述温度信息采集模块的信息输出端，所述主控模块的输出端连接电动客车空调系统，用于进行信息处理及产生控制信号；控制输入模块，连接在所述主控模块的输入端，用于向所述主控模块输入控制信息及设定参数；压缩机变频驱动模块，所述压缩机变频驱动模块输入端连接所述主控模块的输出端，所述压缩机变频驱动模块输出端连接电动客车空调系统的压缩机，用于向压缩机输出控制信号；风机变频驱动模块，所述风机变频驱动模块输入端连接所述主控模块的输出端，所述风机变频驱动模块输出端连接电动客车空调系统的风机，用于向风机输出控制信号；通讯模块，连接在所述主控模块与所述控制输入模块、压缩机变频驱动模块和风机变频驱动模块之间，用于信息传输；主控电源模块，电连接在所述主控模块；驱动电源模块，电连接所述压缩机变频驱动模块和风机变频驱动模块；数据存储模块，插接在所述主控模块的数据接口上，用于存储电动客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。

作为优选的技术方案，所述温度采集模块包括检测电动客车空调系统排气温度的排气温度传感器、检测电动客车空调系统回风温度的回风温度传感器、检测车外温度的车外温度传感器、检测电动客车空调系统内盘管温度的内盘管温度传感器、检测电动客车空调系统外盘管温度的外盘管温度传感器。

作为优选的技术方案，所述控制输入模块包括设置在电动客车操作盘上的控制面板。

作为优选的技术方案，所述通讯模块包括MODBUS通讯接口或RS-485通讯接口。

作为优选的技术方案，所述主控电源模块包括+24V直流电源。

作为优选的技术方案，所述驱动电源模块包括蓄电电池。

作为优选的技术方案，所述主控模块的输出端连接所述电动汽车空调系统的四通阀、电子膨胀阀、换气控制阀、高压压力开关、低压压力开关及压缩机排气开关。

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主控模块数据接口上的数据存储器。

由于采用了上述技术方案，电动客车空调控制系统，包括温度采集模块，用于采集电动客车空调系统的温度参数；主控模块，连接在所述温度信息采集模块的信息输出端，所述主控模块的输出端连接电动客车空调系统，用于进行信息处理及产生控制信号；控制输入模块，连接在所述主控模块的输入端，用于向所述主控模块输入控制信息及设定参数；压缩机变频驱动模块，所述压缩机变频驱动模块输入端连接所述主控模块的输出端，所述压缩机变频驱动模块输出端连接电动客车空调系统的压缩机，用于向压缩机输出控制信号；风机变频驱动模块，所述风机变频驱动模块输入端连接所述主控模块的输出端，所述风机变频驱动模块输出端连接电动客车空调系统的风机，用于向风机输出控制信号；通讯模块，连接在所述主控模块与所述控制输入模块、压缩机变频驱动模块和风机变频驱动模块之间，用于信息传输；主控电源模块，电连接在所述主控模块；驱动电源模块，电连接所述压缩机变频驱动模块和风机变频驱动模块；数据存储模块，插接在所述主控模块的数据接口上，用于存储电动客车空调系统的历史数据信息；本发明的有益效果是：实现了电动客车空调系统的功能控制和各种设备的功能保护，最大程度地提高了空调系统的能效比，降低空调系统的功耗，达到了电动客车对空调系统节能的性能要求，同时完善了保护机制，保证了空调系统运行的可靠性和安全性。

附图说明

图1是本发明实施例空调系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的结构框图；

图中：1-压缩机；2-冷凝器；3-蒸发器；4-电子膨胀阀；5-气液分离器；6-干燥过滤器；7-回气过滤器；8-风机；81-通风机；82-冷凝风机；9-四通阀；10-高压压力开关；11-低压压力开关。

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所示为电动客车空调的系统结构图，空调制冷系统主要包括压缩机1、冷凝器2、蒸发器3、节流装置四大部分，还包括气液分离器5、干燥过滤器6、回气过滤器7、风机8、换气控制阀、高压压力开关10、低压压力开关11及压缩机排气开关等结构，风机8包括通风机81和冷凝风机82，换气控制阀用于向车内输送外界新鲜空气，且这几部分结构和常规燃油客车空调中的结构基本相同，不过与常规燃油客车空调相比，压缩机1换成了电动变频压缩机，不再需要发动机驱动，而是有内置电机，需要通过专用变频驱动器来驱动；节流装置也有很大区别，常规客车空调的节流装置一般为热力膨胀阀，是一个机械装置，不需要控制系统控制，而在电动客车空调系统中节流装置换成了电子膨胀阀4，是一个电器件，需要主控模块对其进行控制调节，电动客车空调系统改变最大的还是制热模式，在电动客车系统中没有发动机余热利用，制热采用了热泵制热装置技术，通过在空调系统中增加一个四通阀9来实现冷媒的流向控制，从而实现空调系统的制冷、制热转换。

如图2所示，电动客车空调控制系统，包括温度采集模块，用于采集电动客车空调系统的温度参数，所述温度采集模块包括检测电动客车空调系统排气温度的排气温度传感器、检测电动客车空调系统回风温度的回风温度传感器、检测车外温度的车外温度传感器、检测电动客车空调系统内盘管温度的内盘管温度传感器、检测电动客车空调系统外盘管温度的外盘管温度传感器。

主控模块，连接在所述温度信息采集模块的信息输出端，所述主控模块的输出端连接电动客车空调系统，用于进行信息处理及产生控制信号，所述主控模块的输出端连接所述电动汽车空调系统的四通阀9、电子膨胀阀4、换气控制阀、高压压力开关10、低压压力开关11及压缩机排气开关12及外部电脑。

控制输入模块，连接在所述主控模块的输入端，用于向所述主控模块输入控制信息及设定参数，所述控制输入模块包括设置在电动客车操作盘上的控制面板。

压缩机变频驱动模块，所述压缩机变频驱动模块输入端连接所述主控模块的输出端，所述压缩机变频驱动模块输出端连接电动客车空调系统的压缩机，用于向压缩机输出控制信号，所述压缩机变频驱动模块可以设置为压缩机变频器。

风机变频驱动模块，所述风机变频驱动模块输入端连接所述主控模块的输出端，所述风机变频驱动模块输出端连接电动客车空调系统的风机，用于向风机输出控制信号，所述风机变频驱动模块可以设置为风机变频器。

通讯模块，连接在所述主控模块与所述控制输入模块、压缩机变频驱动模块和风机变频驱动模块之间，用于信息传输；主控电源模块，电连接在所述主控模块，所述通讯模块包括MODBUS通讯接口或RS-485通讯接口。

驱动电源模块，电连接所述压缩机变频驱动模块和风机变频驱动模块，所述主控电源模块包括+24V直流电源；所述驱动电源模块包括蓄电电池。

数据存储模块，插接在所述主控模块的数据接口上，用于存储电动客车空调系统的历史数据信息，所述数据存储模块包括可拆卸安装在所述主控模块数据接口上的数据存储器。

下面详细描述一下本发明上述模块的功能：

本发明中的主控模块、控制面板、压缩机变频器和风机变频器四大控制模块之间通过MODBUS通讯协议进行通讯，其中主控模块为整个控制系统的主机，其它模块可视为控制系统的从机，其中控制面板为1号从机，压缩机变频器为2号从机，风机变频器为3号从机。

控制面板在控制系统中虽然是个从机，不过它是人机交互的模块，负责接受驾驶员的各种控制指令并通过MODBUS通讯协议传输给主控模块，当然也可以利用RS-485通讯协议进行通讯，同时要根据主控模块回传来的数据把空调系统的状态参数显示出来。通过控制面板可以设定开关、工作模式、风机风速、设定温度、换新风、节能等多种功能，同时控制面板具有显示功能，可以显示车内温度、模式状态、风速状态、换气控制阀状态以及节能模式状态等状态及参数。

主控模块是整个控制系统的核心单元，在MODBUS通讯系统中是主机，它负责接收控制面板的控制指令，并根据控制指令控制整个空调系统各个部件的动作。主控模块连接有多个温度传感器（即排气温度传感器、回风温度传感器、车外温度传感器、内盘管温度传感器和外盘管温度传感器等），负责检测压缩机、冷凝器、蒸发器、车内、车外的各种温度，用于空调系统的各项功能控制；在控制流程中，主控模块根据设定模式、设定温度和车内温度差来智能判断压缩机需要的运行频率，并把该频率数据传达给负责压缩机驱动的压缩机变频驱动模块；主控模块根据设定的风速来计算出需要的风机频率，并把该频率传达给负责风机驱动的风机变频器模块；主控模块还负责各项系统保护，例如系统高压保护、系统低压保护、压缩机排气温度保护、系统电压过高保护、系统电压过低保护、电流过大保护、变频器温度过高保护等各项保护功能，确保电动客车空调系统安全可靠的工作；主控模块还具有与电脑通讯功能，通过RS-232通讯协议把空调系统的状态和各项参数传送给外部电脑，电脑通过专用软件直观的显示出来，方便空调系统匹配调试和问题排查；主控模块还具有系统冷媒流量自动控制功能，该功能是通过调节电子膨胀阀4的开度来实现的，相对常规的热力膨胀阀，电子膨胀阀4的引入使得空调系统节流装置的调节范围更宽，更适合变频空调系统的冷媒流量大范围控制要求，同时电子膨胀阀4使得对冷媒流量实现了智能控制，可以根据压缩机的排气温度、系统过热度等参数进行智能调节，保证空调系统始终保持最佳的节流控制，提高空调系统的能效比，实现电动汽车空调节约能源的目的；主控模块还负责制热模式下的智能除霜功能，在冬季制热过程中，车外换热器容易结霜，霜结到一定程度会严重影响换热器的换热效果，从而降低空调系统的制热效率和效果，需要对车外换热器的霜及时清除，本控制系统设置有专门的除霜传感器，可以及时判断车外换热器的结霜程度，并及时通过四通阀9换向通过给车外换热器加热的方式进行除霜，在本发明中主控模块负责系统智能除霜的判断和管理；主控模块还负责换气控制阀的开启控制，用来实现车内空气和车外空气的交换，保证车内空气的新鲜。

压缩机变频器负责根据主控模块的指令驱动压缩机，在整个控制系统中压缩机变频器为2号子机，该子机的输入量为直流动力源和主控模块的通讯指令，输出量为压缩机驱动控制，该压缩机变频器是专门为电动客车空调系统设计的专用变频器，适合于直流动力电源输入，具有直流动力电源防反接功能，具有超宽电压范围适应能力等特点。电动客车空调系统中压缩机为变频压缩机，所以压缩机变频还需要根据主控模块的指令调节压缩机的运转频率，实现空调系统制冷量或制热量的灵活调节。该压缩机变频器还能够对压缩机电流、母线电压、散热片温度进行检测、保护的功能，可以实时检测压缩机的电流、母线电压、散热片温度等参数信息，并通过通讯装置传输给主控模块，方便主控模块了解压缩机的参数、状态并进行灵活控制，同时当检测到这些参数超出一定范围时，压缩机变频器还可以自行关断压缩机的运行，并把相应的故障信息传输给主控模块，以保证压缩机运行的可靠性。

风机变频器负责根据主控模块的指令驱动冷凝风机和通风机，在整个控制系统中风机变频器为3号子机，该子机的工作原理和压缩机变频器相似，根据主控模块的指令信息把直流母线动力电源变成风机电机需要的交流电，实现风机的驱动控制。在本发明中风机变频器同时负责通风机和冷凝风机的驱动，两类风机之间属于并联关系。由于风机有多档风速，所以风机变频器也需要根据主控模块的风速指令调节风机的运转频率，从而达到相应的风速设定要求。

本控制系统各个模块之间通过MODBUS总线通讯组成一个完整的系统，主控模块作为主机实时把控制指令、查询指令传达给各个子机模块，同时检测各个子机模块的状态，各个子机模块负责根据主机的指令进行工作，并及时把相关信息反馈给主机。该控制系统利用数据存储模块还具有故障信息记录和查询功能，能把系统发生故障的时间和故障内容等故障信息及时写入专用存储器中，该存储器的存储信息在系统掉电的情况下也不会丢失，可以通过控制面板读出存储器存储的故障信息，方便对电动客车空调系统进行故障处理和分析。同时存储器还记录了电动客车空调的累计运行时间等信息，方便对空调系统进行数据和状态分析。

该控制系统还有新风阀（即换气控制阀）控制功能，用于引入车外新鲜空气，改善车内的空气质量，电动客车是一个相对封闭的空间，车内乘客较多，车内空气质量会持续恶化，而新风阀是在车内空间和车外空间设置了一个通道，当新风阀打开的时候车内外空气就可以流通交换，用于改善车内的空气质量。新风阀的开关控制可以通过该控制系统中的控制面板进行设置。

本发明针对电动客车空调系统的特点，设计了一种空调控制系统，可以实现对电动客车空调系统的模式控制、设定温度控制、制冷量或制热量调节、系统冷媒流量自动控制、冷凝器结霜智能判断和除霜、冷凝风机控制、通风机控制、压缩机变频器控制和保护、系统压力检测与保护、系统温度控制与保护等各项功能，是专门为电动客车空调设计的专用控制系统，实现了空调系统的功能控制和各项保护功能，同时最大程度的提高了系统能效比，降低了空调系统功耗，达到了电动客车对空调系统节能的性能要求，同时完善的保护机制保证了空调系统的可靠性和安全性。

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. 电动客车空调控制系统，其特征在于，包括：

温度采集模块，用于采集电动客车空调系统的温度参数；

主控模块，连接在所述温度信息采集模块的信息输出端，所述主控模块的输出端连接电动客车空调系统，用于进行信息处理及产生控制信号；

控制输入模块，连接在所述主控模块的输入端，用于向所述主控模块输入控制信息及设定参数；

压缩机变频驱动模块，所述压缩机变频驱动模块输入端连接所述主控模块的输出端，所述压缩机变频驱动模块输出端连接电动客车空调系统的压缩机，用于向压缩机输出控制信号；

风机变频驱动模块，所述风机变频驱动模块输入端连接所述主控模块的输出端，所述风机变频驱动模块输出端连接电动客车空调系统的风机，用于向风机输出控制信号；

通讯模块，连接在所述主控模块与所述控制输入模块、压缩机变频驱动模块和风机变频驱动模块之间，用于信息传输；

主控电源模块，电连接在所述主控模块；

驱动电源模块，电连接所述压缩机变频驱动模块和风机变频驱动模块；

数据存储模块，插接在所述主控模块的数据接口上，用于存储电动客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。

3.如权利要求2所述的电动客车空调控制系统，其特征在于：所述温度采集模块包括检测电动客车空调系统排气温度的排气温度传感器、检测电动客车空调系统回风温度的回风温度传感器、检测车外温度的车外温度传感器、检测电动客车空调系统内盘管温度的内盘管温度传感器、检测电动客车空调系统外盘管温度的外盘管温度传感器。

4. 如权利要求2所述的电动客车空调控制系统，其特征在于：所述控制输入模块包括设置在电动客车操作盘上的控制面板。

5.如权利要求2所述的电动客车空调控制系统，其特征在于：所述通讯模块包括MODBUS通讯接口或RS-485通讯接口。

6.如权利要求2所述的电动客车空调控制系统，其特征在于：所述主控电源模块包括+24V直流电源。

7.如权利要求2所述的电动客车空调控制系统，其特征在于：所述驱动电源模块包括蓄电电池。

8.如权利要求3至7任一权利要求所述的电动客车空调控制系统，其特征在于：所述主控模块的输出端分别连接所述电动汽车空调系统的四通阀、电子膨胀阀、换气控制阀、高压压力开关、低压压力开关及压缩机排气开关。

9.如权利要求8所述的电动客车空调控制系统，其特征在于：所述数据存储模块包括可拆卸安装在所述主控模块数据接口上的数据存储器。

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