CN104354561B - 基于电动空调的ptc控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车电子技术领域，特别涉及基于电动空调的PTC控制系统，包括用于控制PTC加热系统开启或关闭的控制器和为PTC加热系统供电的蓄电池，用于测量车外温度的温度传感器将温度信号传输至控制器，仪表控制模块将发动机冷却水水温和发动机的启停信号传输至控制器，所述的控制器还采集蓄电池的电压值和空调鼓风机端电压值，电动空调无需挂载整车CAN网络，仅仅通过硬线信号传送机软件智能化的控制就可以实现PTC加热系统，实现整车采暖性的需求，降低电动空调的PTC控制系统的成本。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子技术领域，特别涉及基于电动空调的PTC控制系统。
背景技术
PTC是Positive Temperature Coefficient的缩写，意思是正的温度系数，泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻。PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。当前汽车电子技术领域中，常常利用PTC的热敏特性来设计电辅助加热装置，供低温环境下整车快速取暖所使用。
整车配备PTC电辅助加热的需求一般分为两种，一种是在发动机冷却水制热能力充足的前提下额外增加PTC电加热辅助装置，用于外界环境出现低温工况时，能够快速使得车内有暖风吹入，提升冬季驾车的安全性及舒适性；另一种则是在发动机排量较小，发动机冷却水温上升缓慢导致整车在低温工况开始时，车内空调出风温度严重偏低的情况下，被动增加PTC电辅助加热装置来弥补发动机冷却水温不足以充当空调系统采暖热源的缺陷，同样能够保证整车在低温环境下的驾乘安全性及车内空调的舒适性要求。
汽车空调根据控制方式分为手动空调、电动空调和自动空调。其中 手工空调的风速风量、温度等是依靠机械结构实现，常见的结构是将温度风门和出风模式风门的驱动机构由手动面板上的旋钮带动一根机械拉丝来转动，不同的旋钮停顿档位决定不同的风门位置。电动空调是将与手动空调的区别就是使用电机来替代拉丝驱动风门，由电动控制面板上的调节开关直接控制电机的运转角度，从而实现风门的不同停顿位置。自动空调是在电动空调基础上，增加车外温度、车内温度、阳光传感器等输入量，从而能够自动控制车内温度、出风模式、风量大小等等，不需要像手动或电动空调那样，必须依靠人为的调节操作才能达到想要的出风温度、风量、模式等。
目前，汽车空调系统配备PTC电加热辅助模块大部分都基于自动空调控制系统来实现，其主要原因是PTC控制功能所需的大部分输入量都需要在整车CAN网络上获取，例如发动机水温信号、车速信号、发动机转速信号、蓄电池电压状态信号等等，而自动空调控制器绝大部分也都是整车CAN网络中的一个控制节点，因此对于获取这些输入量信息相对来说也是较为容易。
但是对于单纯的电动空调控制系统来说，电动空调控制器没有集成整车CAN网络控制功能，无法获取CAN网络上其他节点发送的这些输入量信息，如果要增加PTC电加热辅助装置并且保证其功能的快速、稳定及有效性，就需要增加CAN网络节点，显然增加了电动空调控制系统的生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种性能高，成本低的基于电动空调的PTC控 制系统
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于电动空调的PTC控制系统，包括用于控制PTC加热系统开启或关闭的控制器和为PTC加热系统供电的蓄电池，用于测量车外温度的温度传感器将温度信号传输至控制器，仪表控制模块将发动机冷却水水温和发动机的启停信号传输至控制器，所述的控制器还采集蓄电池的电压值和空调鼓风机端电压值。
由于采用以上技术方案：电动空调无需挂载整车CAN网络，仅仅通过硬线信号传送机软件智能化的控制就可以实现PTC加热系统，实现整车采暖性的需求，降低电动空调的PTC控制系统的成本。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
具体实施方式
一种基于电动空调的PTC控制系统，包括用于控制PTC加热系统开启或关闭的控制器10和为PTC加热系统供电的蓄电池20，用于测量车外温度的温度传感器50将温度信号传输至控制器10，仪表控制模块40将发动机冷却水水温和发动机的启停信号传输至控制器10，所述的控制器10还采集蓄电池20的电压值和空调鼓风机30端电压值。纯电动空调无需挂载整车CAN网络，仅仅通过硬线信号传送机软件智能化的控制就可以控制PTC加热系统，实现了低配空调系统也能配置PTC加热功能，摒弃了PTC控制必须由自动空调来实现的传统思想，大大降低电动空调的PTC控制系统的成本，同时又保证了车内采暖舒适性的需求。
当发动机处于启动状态,发动机冷却水的水温小于55℃时，控制器10控制PTC加热系统开启；当发动机处于启动状态,发动机冷却水的水温处于55℃-65℃之间且水温处于下降状态时，控制器10控制PTC加热系统开启；否则PTC加热系统处于关闭状态。
一般状态下，当发动机冷却水＜60℃时，控制器判断该信号值有效，即控制器控制PTC加热系统开启。但是发动机冷却水的温度是频繁波动的，如果单纯进行软件定义的话，会导致发动机冷却水温在60℃左右上下波动时，控制器对此信号的采集产生频率的切换，非常不利于控制系统的稳定性。因此，在工程设计上，针对此种情况，往往都在定义数值上做出一个相应的回滞功能，用来避免可能产生的频繁波动现象。本发明中，控制条件如下：
1、水温≥65℃时，直接判断此信号无效；
2、水温≤55℃时，直接判断此信号有效；
3、55℃<水温＜65℃时，控制器将做延迟判断，即通过多次采样后，判断此时水温到底是处于升高状态还是降低状态，再做出判断，若水温处于上升状态，此信号无效；若处于下降状态，此信号有效；
其中信号有效是指控制器控制PTC加热系统开启，信号无效是指控制PTC加热系统关闭。
当空调鼓风机30的端电压值大于0时，控制器10控制PTC加热系统开启，否则PTC加热系统关闭。空调鼓风机30处于工作状态时，其端电压为非0，本发明在保证空调鼓风机已经开启的情况下才会开启PTC加热系统。
当蓄电池20的电压值VBAT＜11.5V并维持3-8秒时，控制器10控制PTC加热系统关闭；当12.5V≤VBAT＜16V并且维持时5-20秒时，控制器10控制PTC加热系统开启；当11.5V≤VBAT＜12.5V时，PTC加热系统保持上一状态。
当车外温度小于4℃时，控制器10控制PTC加热系统开启；当车外温度处于4℃-6℃之间且温度处于下降状态时，控制器10控制PTC加热系统开启；否则PTC加热系统关闭。
所述的PTC加热系统至少包括两组并联布置的PTC加热元件，控制器10控制PTC加热元件逐个启动。连续开启的两个PTC加热元件的开启时间间隔为5-20s。由于PTC开启瞬间产生的大电流对整车电平衡的冲击影响很大,所以将PTC加热系统分为至少两档且逐个启动。通常一个PTC加热元件(PTC芯体)的功率为600w，可根据PTC加热系统的额定功率设置PTC加热元件的数量。本发明连续开启的两个PTC加热元件的开启时间间隔优选为10s，那么在第一档PTC工作10S后开启第二档，关闭条件满足时，两档可以同时关闭！
控制器10为电动空调的控制面板ECP，ECP的全拼为Electronic Control Panel也就是电动空调的控制面板。
所述的温度传感器50设置在车身前保险杠上。将温度传感器50布置在前保险杠的下方较为隐蔽的部位，可防止阳光和雨水损坏温度传感器50。
如图1所示，当ECP电动空调控制面板综合判断各项输入条件满足PTC加热系统开启条件后，ECP输出两路持续高电平(阀值定义为＞9V) 有效信号，使得两路继电器的控制端线圈通电，继电器线圈吸合后，内部联动开关闭合，PTC加热的工作回路导通，两路PTC加热模块芯体实现通电加热的功能。当电动空调控制面板ECP综合各项输入信息量并经过逻辑判断PTC需要关闭时，则ECP使得这两路输出信号由持续高电平变为持续低电平信号(阀值定义为0—1V),两路继电器断电，内部接触开关断开，从而切断两路PTC芯体加热工作回路，使得PTC加热功能停止。
本发明中的电动空调PTC控制系统在原理图设计完成后，需要经过硬件上的实物连接及软件逻辑定义后，才能真正进行设计方案的实施。
硬件连接：按照图1所示的控制系统原理图，将各个输入和输出的实物与电动空调控制面板ECP进行连接，如外温传感器信号端直接硬线接入电动空调面板ECP内部插件PIN脚，鼓风机30端电压两根硬线也直接接入到ECP内部插件PIN脚等等，输出端将两路PTC控制继电器一端车身搭铁接地，另一端与ECP内部插件PIN脚连接；PTC加热芯体一端车身搭铁接地，另一端通过接插件与整车12V蓄电池连接，并且每一路串联30A保险丝进行保护，从而完成整个电动空调针对PTC控制功能的硬件设置。
软件设置时，依据如下条件进行控制：
整车蓄电池电压VBAT＜11.5V并维持5秒后，则定义为Vlow；当12.5V≤VBAT＜16V并且持续时间达10秒，则定义为Vnormal；当11.5V≤VBAT＜12.5V，保持上一状态；
仪表控制模块ICM输出至电动空调控制器的硬线信号设定如下：当 发动机冷却水温＜60℃(回滞区间±5℃)，且发动机启动之后，发高电平有效信号；当发动机冷却水温≥60℃(回滞区间±5℃)或发动机停转任意一个条件满足时，发低电平无效信号；
PTC加热系统的开启条件是：
1、电动空调控制面板上电工作；
2、空调鼓风机处于工作状态(端电压非0)；
3、车外温度＜5℃，回滞区间±1℃
4、仪表ICM发送硬线信号为持续高电平有效信号；
5、蓄电池电压为Vnormal
以上所有条件同时满足时，才能开启PTC进行加热！
PTC加热系统的关闭条件是：
1、电动空调面板掉电，处于非工作状态；
2、空调鼓风机关闭(端电压为0)；
3、外温≥6℃；
4、仪表ICM发送硬线信号为持续低电平信号；
5、蓄电池电压VBAT降低为Vlow。
Claims (8)
1.一种基于电动空调的PTC控制系统，其特征在于：包括用于控制PTC加热系统开启或关闭的控制器(10)和为PTC加热系统供电的蓄电池(20)，用于测量车外温度的温度传感器(50)将温度信号传输至控制器(10)，仪表控制模块(40)将发动机冷却水水温和发动机的启停信号传输至控制器(10)，所述的控制器(10)还采集蓄电池(20)的电压值和空调鼓风机(30)端电压值；
当蓄电池(20)的电压值VBAT＜11.5V并维持3-8秒时，控制器(10)控制PTC加热系统关闭；当12.5V≤VBAT＜16V并且维持时5-20秒时，控制器(10)控制PTC加热系统开启；当11.5V≤VBAT＜12.5V时，PTC加热系统保持上一状态。
2.根据权利要求1所述的基于电动空调的PTC控制系统，其特征在于：当发动机处于启动状态,发动机冷却水的水温小于55℃时，控制器(10)控制PTC加热系统开启；当发动机处于启动状态,发动机冷却水的水温处于55℃-65℃之间且水温处于下降状态时，控制器(10)控制PTC加热系统开启；否则PTC加热系统处于关闭状态。
3.根据权利要求2所述的基于电动空调的PTC控制系统，其特征在于：当空调鼓风机(30)的端电压值大于0时，控制器(10)控制PTC加热系统开启，否则PTC加热系统关闭。
4.根据权利要求3所述的基于电动空调的PTC控制系统，其特征在于：当车外温度小于4℃时，控制器(10)控制PTC加热系统开启；当车外温度处于4℃-6℃之间且温度处于下降状态时，控制器(10)控制PTC加热系统开启；否则PTC加热系统关闭。
5.根据权利要求4所述的基于电动空调的PTC控制系统，其特征在于：所述的PTC加热系统至少包括两组并联布置的PTC加热元件，控制器(10)控制PTC加热元件逐个启动。
6.根据权利要求4或5所述的基于电动空调的PTC控制系统，其特征在于：控制器(10)为电动空调的控制面板ECP。
7.根据权利要求5所述的基于电动空调的PTC控制系统，其特征在于：连续开启的两个PTC加热元件的开启时间间隔为5-20s。
8.根据权利要求5所述的基于电动空调的PTC控制系统，其特征在于：所述的温度传感器(50)设置在车身前保险杠上。
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