CN102748830B - 空调温度控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调温度控制系统及方法，涉及电动汽车技术领域。该系统包括：温度控制器，用于将蒸发器出口温度检测器检测到的温度电压信号与所述电位计输出的取样电压信号进行比较，根据比较结果对空调压缩机电机进行控制；蒸发器出口温度检测器，与所述温度控制器相连，用于检测空调蒸发器出口的温度，并将检测到的温度信号发送至所述温度控制器；电位计，与所述温度控制器相连，用于输出与目标温度对应的取样电压信号至所述温度控制器；空调压缩机电机，与所述温度控制器相连，用于在所述温度控制器的控制下驱动空调压缩机。本发明的系统及方法温度控制精度高、可对压缩机输出功率进行实时调节。

Description

空调温度控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车空调温度控制系统及方法。

背景技术

随着社会的发展以及能源、环保等问题的日益突出，纯电动汽车以其零排放、噪声低等优点越来越受到世界各国的重视，被称作绿色环保车。

传统的汽车空调控制器温度开关后面是机械机构，使用者旋转温度开关一定角度，机械机构带动空调箱风门运动，仅通过调整流过风门的冷暖空气的比例来调节车内温度，温度控制精度低；此外，空调控制器只能对电动压缩机进行启动、关闭控制，不能根据实际需要对压缩机输出功率进行实时调节，这样会造成能源浪费。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种温度控制精度高、可对压缩机输出功率进行实时调节的空调温度控制系统及方法。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种空调温度控制系统，该系统包括：温度控制器，用于将蒸发器出口温度检测器检测到的温度电压信号与电位计输出的取样电压信号进行比较，根据比较结果对空调压缩机电机进行控制；蒸发器出口温度检测器，与所述温度控制器相连，用于检测空调蒸发器出口的温度，并将检测到的温度信号发送至所述温度控制器；电位计，与所述温度控制器相连，用于输出与目标温度对应的取样电压信号至所述温度控制器；空调压缩机电机，与所述温度控制器相连，用于在所述温度控制器控制下驱动空调压缩机。

其中，所述温度控制器进一步包括：单片机，与所述蒸发器出口温度检测器以及所述电位计均相连，用于将所述蒸发器出口温度检测器检测到的温度信号与所述电位计输出的取样电压信号进行比较；脉宽调制信号生成器，用于根据所述单片机的比较结果，生成并输出用于对空调压缩机电机进行控制的脉宽调制信号。

其中，该系统进一步包括：压缩机逆变器，连接于所述温度控制器与所述空调压缩机电机之间，用于将所述温度控制器输出的脉宽调制信号转换为交流电压信号并发送至所述空调压缩机。

本发明还提供了一种基于上述空调温度控制系统的空调温度控制方法，该方法包括步骤：

S1.根据目标温度相应调整电位计对应的温度开关的旋转角度；

S2.温度控制器将所述电位计输出的取样电压信号与蒸发器出口温度检测器传送的温度电压信号作比较，根据比例积分微分算法生成并输出脉冲宽度调制信号至空调压缩机电机；

S3.所述空调压缩机电机根据所述脉冲宽度调制信号以相应的转速驱动空调压缩机。

其中，所述电位计输出的取样电压信号V与电位计对应的温度开关的旋转角度G的对应关系满足下式：

V＝-1/65G+11/26-135≤G≤-5；

所述取样电压信号V与所述目标温度的T₀的对应关系满足下式：

V＝2/7T₀-65/14 18≤T₀≤25。

其中，步骤S2进一步包括：

S2.1温度控制器将所述电位计输出的取样电压信号与蒸发器出口温度检测器传送的温度信号作比较，计算所述目标温度与所述蒸发器出口温度的差值；

S2.2根据步骤S2.1得到的差值，计算空调压缩机电机的指示转速；

S2.3根据步骤S2.2得到的指示转速，计算待生成的脉冲宽度调制信号的占空比。

其中，在步骤S2.2中，所述空调压缩机电机的指示转速的计算公式为：

Nc_n＝Nc_n-1+K_p(ΔT_n-ΔT_n-1)+(Time/T_iΔT_n)

其中，Nc_n为空调压缩机电机的指示转速；ΔT为所述目标温度与所述蒸发器出口温度的差值；Time为采样周期，单位为秒；K_p为比例常数，T_i为积分常数，且ΔT_n＞2时，K_p＝100，T_i＝40，ΔT_n≤2时，K_p＝50，T_i＝5。

其中，所述脉冲宽度调制信号的占空比X的计算公式为：

X＝2/15Nc-11/10

其中，Nc为空调压缩机电机的指示转速。

其中，所述采样周期为1秒。

(三)有益效果

本发明的系统及方法在空调控制器温度开关后面布置电位计和脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)电路，人工设置车内的目标温度。根据电位计的取样电压信号，与蒸发器出口温度相比较，运用比例积分微分(PID)算法，调节PWM信号的占空比，从而实现调节压缩机电机的转速，调节压缩机的功率，可实现节能环保。

附图说明

图1为依照本发明一种实施方式的空调温度控制系统结构框图；

图2为依照本发明一种实施方式的空调温度控制方法流程；

图3为电位计输出的取样电压信号、电位计对应的温度开关的旋转角度以及目标温度的对应关系图；

图4为PWM信号示意图；

图5为PWM信号与空调压缩机电机转速之间的对应关系。

具体实施方式

本发明提出的空调温度控制系统及方法，结合附图及实施例详细说明如下。

如图1所示，依照本发明一种实施方式的空调温度控制系统包括：蒸发器出口温度检测器，与温度控制器相连，用于检测空调蒸发器出口的温度，并将检测到的温度信号发送至温度控制器；电位计，与温度控制器相连，用于输出与目标温度对应的取样电压信号至温度控制器；温度控制器，用于将蒸发器出口温度检测器检测到的温度电压信号与电位计输出的取样电压信号进行比较，根据PID算法，生成并输出PWM信号至空调压缩机电机；空调压缩机电机，与温度控制器相连，用于根据温度控制器输出的PWM信号以相应的转速驱动空调压缩机，以实现调节空调压缩机功率的目的。

该温度控制器进一步包括：

单片机，与蒸发器出口温度检测器以及电位计均相连，用于将蒸发器出口温度检测器检测到的温度信号与电位计输出的取样电压信号进行比较，根据PID算法，计算待生成的PWM信号的占空比；

PWM信号生成器，用于根据所述计算的占空比，生成并输出相应的PWM信号。优选的PWM信号生成器由达林顿管组成。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，可以简单地实现转速的控制。

另外温度控制器与空调压缩机电机之间还连接有压缩机逆变器，用于将温度控制器输出的高压直流PWM信号转换为交流电压信号并发送至空调压缩机。

如图2所示，上述空调温度控制系统的空调温度控制方法包括步骤：

S1.根据目标温度相应调整电位计对应的温度开关的旋转角度；

S2.温度控制器将所述电位计输出的取样电压信号与蒸发器出口温度检测器传送的温度电压信号作比较，根据PID算法生成并输出PWM信号至空调压缩机电机；

S3.空调压缩机电机根据PWM信号以不同的转速驱动空调压缩机。

如图3所示，为电位计输出的取样电压信号V、电位计对应的温度开关的旋转角度G以及目标温度T₀的对应关系图。其中，电位计输出的取样电压信号V与电位计的旋转角度G的对应关系满足下式：

V＝-1/65G+11/26 -135≤G≤-5；

所述取样电压信号V与所述目标温度的T₀的对应关系满足下式：

V＝2/7T₀-65/14 18≤T₀≤25。

根据上述关系式，可换算出目标温度与旋转角度的关系，从而设置旋转角度，取样电压信号用作其后的运算。

上述开关即为传统空调系统中的温度开关，温度开关：实现空调制冷、制热工作请求和车内温度调节。温度开关后面布置该电位计和PWM信号生成器，使操作者在旋转温度开关角度的同时，控制器内部电路根据电位计的取样信号，该开关旋向左侧，输出制冷请求信号，旋转的角度在-135°～-5°调节，对应的采样温度从18℃～25℃调节，；旋钮旋向右侧，输出制热请求信号，旋钮处于-5°～5°之间位置时，制冷和制热都不工作；电位计输入电压优选为5V，电位计输出电压从0.5V-2.5V调节。当然，以上仅为本发明的一种具体的实施方式，角度与温度以及电压值得对应不限于此。

此外，骤S2进一步包括：

S2.1温度控制器将所述电位计输出的取样电压信号与蒸发器出口温度检测器传送的温度信号作比较，计算所述目标温度与所述蒸发器出口温度的差值；

S2.2根据步骤S2.1得到的差值，计算空调压缩机电机的指示转速；

S2.3根据步骤S2.2得到的指示转速，计算待生成的PWM信号的占空比。

占空比即为PWM信号的脉宽，记为a(L0或Hi)，如图4所示，脉宽为：a(L0)/(1/f)，本发明的系统中，该PWM信号的频率控制在50Hz±10％范围内。

在步骤S2.2中，所述空调压缩机电机的指示转速的计算公式为：

Nc_n＝Nc_n-1+K_p(ΔT_n-ΔT_n-1)+(Time/T_iΔT_n)

其中，Nc_n为空调压缩机电机的指示转速；ΔT为所述目标温度与所述蒸发器出口温度的差值；Time为采样周期，单位为秒；K_p为比例常数，T_i为积分常数，且ΔT_n＞2时，K_p＝100，T_i＝40，ΔT_n≤2时，K_p＝50，T_i＝5，该两个常数值各常数值，还可根据不同的空调系统具体标定后调节。

脉冲宽度调制信号的占空比X的计算公式为：

X＝2/15Nc-11/10

其中，Nc为空调压缩机电机的指示转速。

如图5所示，PWM信号与空调压缩机电机转速之间的对应关系，满足：

$\left\{\begin{array}{cc}Y=5800X+50& (X\∈[\mathrm{0.1,0.9}\left]\right)\\ Y=1000& (X\∈[\mathrm{0.01,0.1}\left)\right)\\ Y=8600& (X\∈\left(\mathrm{0.9,0.95}\right])\end{array}\right.$

其中，当脉宽低于1％时转速为零，压缩机停止工作，当脉宽恢复到5％时，转速1000，压缩机恢复工作；当脉宽高于95％时转速为零，压缩机停止工作，当脉宽恢复到90％时，转速8600，压缩机恢复工作。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种空调温度控制系统，其特征在于，该系统包括：

温度控制器，用于将蒸发器出口温度检测器检测到的温度电压信号与电位计输出的取样电压信号进行比较，根据比较结果对空调压缩机电机进行控制；

蒸发器出口温度检测器，与所述温度控制器相连，用于检测空调蒸发器出口的温度，并将检测到的温度信号发送至所述温度控制器；

电位计，与所述温度控制器相连，用于输出与目标温度对应的取样电压信号至所述温度控制器；

空调压缩机电机，与所述温度控制器相连，用于在所述温度控制器的控制下驱动空调压缩机。

2.如权利要求1所述的空调温度控制系统，其特征在于，所述温度控制器进一步包括：

单片机，与所述蒸发器出口温度检测器以及所述电位计均相连，用于将所述蒸发器出口温度检测器检测到的温度信号与所述电位计输出的取样电压信号进行比较；

脉宽调制信号生成器，用于根据所述单片机的比较结果，生成并输出用于对空调压缩机电机进行控制的脉宽调制信号。

3.如权利要求1所述的空调温度控制系统，其特征在于，该系统进一步包括：

压缩机逆变器，连接于所述温度控制器与所述空调压缩机电机之间，用于将所述温度控制器输出的脉宽调制信号转换为交流电压信号并发送至所述空调压缩机。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述的空调温度控制系统的空调温度控制方法，其特征在于，该方法包括步骤：

S1.根据目标温度相应调整电位计对应的温度开关的旋转角度；

S2.温度控制器将所述电位计输出的取样电压信号与蒸发器出口温度检测器传送的温度电压信号作比较，根据比例积分微分算法生成并输出脉冲宽度调制信号至空调压缩机电机；

S3.所述空调压缩机电机根据所述脉冲宽度调制信号以相应的转速驱动空调压缩机。

5.如权利要求4所述的空调温度控制方法，其特征在于，所述电位计输出的取样电压信号V与电位计对应的温度开关的旋转角度G的对应关系满足下式：

V＝-1/65G+11/26-135≤G≤-5；

所述取样电压信号V与所述目标温度的T₀的对应关系满足下式：

V＝2/7T₀-65/1418≤T₀≤25。

6.如权利要求5所述的空调温度控制方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：

S2.1温度控制器将所述电位计输出的取样电压信号与蒸发器出口温度检测器传送的温度信号作比较，计算所述目标温度与所述蒸发器出口温度的差值；

S2.2根据步骤S2.1得到的差值，计算空调压缩机电机的指示转速；

S2.3根据步骤S2.2得到的指示转速，计算待生成的脉冲宽度调制信号的占空比。

7.如权利要求6所述的空调温度控制方法，其特征在于，在步骤S2.2中，所述空调压缩机电机的指示转速的计算公式为：

Nc_n＝Nc_n-1+K_p(ΔT_n-ΔT_n-1)+(Time/T_iΔT_n)

其中，Nc_n为空调压缩机电机的指示转速；ΔT为所述目标温度与所述蒸发器出口温度的差值；Time为采样周期，单位为秒；K_p为比例常数，T_i为积分常数，且ΔT_n＞2时，K_p＝100，T_i＝40，ΔT_n≤2时，K_p＝50，T_i＝5。

8.如权利要求7所述的空调温度控制方法，其特征在于，所述脉冲宽度调制信号的占空比X的计算公式为：

X＝2/15Nc-11/10

式中，Nc为空调压缩机电机的指示转速。

9.如权利要求7所述的空调温度控制方法，其特征在于，所述采样周期为1秒。