CN105216580A - 越野车载高集成双路变频空调设备 - Google Patents

Abstract

越野车载高集成双路变频空调设备，包括两个压缩机主控制板、第一和第二变频控制板，主控制板，用于根据内置的第一控制策略将输入参数转换为相应的控制参数输出至变频控制板，接收回传的工况参数，根据内置的第一控制策略将输入参数转换为控制信号输出至相应的循环风机或冷凝风机改变其工况；第一或第二变频控制板，用于根据输入的控制参数和温度参数，通过内置的第二控制策略形成多路动态的PWM信号输出至相应压缩机。同时满足车载振动环境、高温沙漠环境条件且高集成双回路或单路的发射箱使用模式；在启动瞬间对电源设备不造成冲击振动，越野、车载、高温环境适应性强，实施性、操作性、抗振动性优越。

Description

越野车载高集成双路变频空调设备

技术领域

本发明涉及一种温控系统，特别是涉及一种变频温控系统。.

背景技术

车载沙漠高温空调的研制基于环境严苛，适应性要求高的特点，应同时满足车载振动环境、高温环境下空调设备应能够持续平稳可靠运行，并且要求启动瞬间对电源设备不造成过大电流冲击；基于上述因素研制这样的空调设备具有一定的难度，以往业界一般通过采用底盘驱动空调、或电驱动定频压缩机同时增加软启动装置的设计方式满足车载振动环境及降低空调设备启动瞬间大电流对电源的冲击；但由于该空调设备要求在沙漠高温环境下持续平稳可靠工作，并且空调设备要求集成度高、结构设计紧凑，以往的经验设计就显得乏力不足。

发明内容

本发明提供一种越野车载高集成双路变频空调设备，用于解决在沙漠严苛环境下空调启动对车载电源冲击剧烈，制冷量不能达到最大输出的技术问题。

本发明的越野车载高集成双路变频空调设备，包括两个压缩机，包括主控制板、第一变频控制板和第二变频控制板，其中：

主控制板，用于根据内置的第一控制策略将输入参数转换为相应的控制参数输出至变频控制板，接收回传的工况参数，根据内置的第一控制策略将输入参数转换为控制信号输出至相应的循环风机或冷凝风机改变其工况；

第一变频控制板，用于根据输入的控制参数和温度参数，通过内置的第二控制策略形成多路动态的PWM信号输出至一个压缩机；

第二变频控制板，用于根据输入的控制参数和温度参数，通过内置的第二控制策略形成多路动态的PWM信号输出至另一个压缩机。

主控制板分别连接操作板、第一循环风机、第一冷凝风机、第二循环风机、第二冷凝风机和第三温度传感器，其中：

操作板，用于人机交互将输入指令形成输入参数，接收并显示压缩机工况参数和环境参数；

第一循环风机，用于为第一内部空间提供制冷风量；

第一冷凝风机，用于为第一压缩机提供冷凝风量；

第二循环风机，用于为第二内部空间提供制冷风量；

第二冷凝风机，用于为第二压缩机提供冷凝风量；

第三温度传感器，用于采集内部空间的实时温度形成输入参数。

第一变频控制板分别连接第一温度控制器和第一IPM模块，并通过第一IPM模块连接第一压缩机，其中：

第一温度控制器，用于采集第一压缩机制冷循环中的工作温度形成实时温度参数；

第一IPM模块，用于根据PWM信号将输入的直流功率信号形成压缩机各相电源的实时输入交流功率信号；

第一压缩机，用于根据实时输入功率信号形成压缩机转速变化，提供相应制冷量.

第二变频控制板分别连接第二温度控制器和第二IPM模块，并通过第二IPM模块连接第二压缩机，其中：

第二温度控制器，用于采集第二压缩机制冷循环中的工作温度形成实时温度参数；

第二IPM模块，用于根据PWM信号将输入的直流功率信号形成压缩机各相电源的实时输入交流功率信号；

第二压缩机，用于根据实时输入功率信号形成压缩机转速变化，提供相应制冷量。

主控制板与第一变频控制板、第二变频控制板分别设置双向通信端口，第一变频控制板与第一IPM模块间设置双向通信端口，第二变频控制板与第二IPM模块间设置双向通信端口，主控制板设置信号输出端口或输出电路分别连接第一循环风机、第一冷凝风机、第二循环风机、第二冷凝风机，主控制板设置信号输入端口或输入电路连接第三温度传感器，主控制板设置双向通信端口连接操作板；

第一变频控制板设置双向通信端口连接第一IPM模块，设置信号输入端口或输入电路连接第一温度控制器，第一IPM模块设置三个驱动信号输出端口或连接电路分别连接第一压缩机的三相电源输入电路；

第二变频控制板设置双向通信端口连接第二IPM模块，设置信号输入端口或输入电路连接第二温度控制器，第二IPM模块设置三个驱动信号输出端口或连接电路分别连接第二压缩机的三相电源输入电路。

IPM模块中包括全波整流电路和三相变频电路，其中：

全波整流电路，用于将恒压恒频的单相工频电源转换为直流电压电源；

三相变频电路，用于根据控制信号对若干路开关电路分别进行通断切换，将直流电压功率信号形成响应控制信号的交流功率信号输出。

全波整流电路的高压输出端和低压输出端间顺序串联第一电解电容和第二电解电容，电解电容正极朝向高压输出端连接，第一电解电容和第二电解电容间线路接地；三相变频电路包括并联在高压输出端和低压输出端间的三条IGBT串联电路，每条IGBT串联电路包括串联的第一IGBT和第二IGBT，第一IGBT的集电极连接高压输出端，第一IGBT的发射极连接第二IGBT的集电极，第二IGBT的发射极连接低压输出端，第一IGBT、第二IGBT的集电极和发射极间各连接一个负极指向集电极的二极管，每条IGBT串联电路中相邻集电极和发射极连接线路连接压缩机的一个相应单相电源输入端。

第一冷凝风机和第二冷凝风机并列布设在空调室外机组的底部，围绕第一冷凝风机，在空调室外机组的迎风端面和相邻端面布设L形的第一冷凝器，围绕第二冷凝风机，在空调室外机组的迎风端面和相邻端面，与第一冷凝器对称布设L形的第二冷凝器，第一冷凝器与第二冷凝器形成迎风面。

第一冷凝风机和第二冷凝风机的迎风面与空调室外机组的底部轴线形成5°至15°的倾斜夹角。

第一冷凝风机和第二冷凝风机的迎风面形成2°至5°的夹角。

本发明的越野车载高集成双路变频空调设备针对空调设备制冷系统结构及双路控制系统变频两方面，通过高集成、双路结构和电控双路控制，解决了空间尺寸小，制冷量要求大的问题；通过定频压缩机变频驱动，解决机组高温环境的适应性问题；在空调设备启动瞬间通过低频率运行的方式避免大电流对整车电源的冲击；同时通过适时调节压缩机电机频率从而输出不同冷量的方式，保障空调设备随车载越野环境平稳可靠运行；在高温环境下保证输出最大制冷量，使得在高温环境下空调设备仍能够持续可靠运行。

本发明同时满足车载振动环境、高温沙漠环境条件且高集成双回路或单路的发射箱使用模式；并且空调设备启动瞬间对电源设备不造成冲击振动，压缩机选型、电路系统控制、空调设备冷量冗余度及结构设计方面均有实质性改进。在车载环境下能够同时或单独向双系统提供所需冷热量；在空调设备启动瞬间通过低频率运行的方式避免大电流对整车电源的冲击；同时通过适时调节压缩机电机频率从而输出不同冷量的方式，保障空调设备随车载越野环境平稳可靠运行；在高温环境下保证输出最大制冷量，使得在高温环境下空调设备仍能够持续可靠运行。

本空调设备设计结构简单紧凑；越野、车载、高温环境适应性强，同时能够实现双制冷系统模式调节冷热量；实施性、操作性、抗振动性优越。定频压缩机变频驱动技术的运用，保证了超高温条件下，可以通过其系统压力及排气温度调节压缩机转速，确保空调机组正常运行。

附图说明

图1为本发明越野车载高集成双路变频空调设备的电控结构示意图；

图2为本发明越野车载高集成双路变频空调设备中变频控制电路示意图；

图3为本发明越野车载高集成双路变频空调设备中冷凝器的布设示意图；

图4为本发明越野车载高集成双路变频空调设备变频调控压缩机的电压-频率响应示意图；

图5位本发明越野车载高集成双路变频空调设备与定频空调控制的制冷效果比较示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本实施例中包括主控制板100、第一变频控制板200和第二变频控制板300，其中：

主控制板100，用于根据内置的第一控制策略将输入参数转换为相应的控制参数输出至变频控制板，接收回传的工况参数，根据内置的第一控制策略将输入参数转换为控制信号输出至相应的循环风机或冷凝风机改变其工况；

第一变频控制板200，用于根据输入的控制参数和温度参数，通过内置的第二控制策略形成多路动态的PWM信号输出；

第二变频控制板300，用于根据输入的控制参数和温度参数，通过内置的第二控制策略形成多路动态的PWM信号输出；

主控制板100分别连接操作板101、第一循环风机102、第一冷凝风机103、第二循环风机104、第二冷凝风机105和第三温度传感器106，其中：

操作板101，用于人机交互将输入指令形成输入参数，接收并显示压缩机工况参数和环境参数；

第一循环风机102，用于为第一内部空间提供制冷风量；

第一冷凝风机103，用于为第一压缩机提供冷凝风量；

第二循环风机104，用于为第二内部空间提供制冷风量；

第二冷凝风机105，用于为第二压缩机提供冷凝风量；

第三温度传感器106，用于采集内部空间的实时温度形成输入参数；

第一变频控制板200分别连接第一温度控制器204和第一IPM模块202，并通过第一IPM模块202连接第一压缩机203，其中：

第一温度控制器204，用于采集第一压缩机制冷循环中的工作温度形成实时温度参数；

第一IPM模块202，用于根据PWM信号将输入的直流功率信号形成压缩机各相电源的实时输入交流功率信号；

第一压缩机203，用于根据实时输入功率信号形成压缩机转速变化，提供相应制冷量；

第二变频控制板300分别连接第二温度控制器304和第二IPM模块302，并通过第二IPM模块302连接第二压缩机303，其中：

第二温度控制器304，用于采集第二压缩机制冷循环中的工作温度形成实时温度参数；

第二IPM模块302，用于根据PWM信号将输入的直流功率信号形成压缩机各相电源的实时输入交流功率信号；

第二压缩机303，用于根据实时输入功率信号形成压缩机转速变化，提供相应制冷量；

主控制板100与第一变频控制板200、第二变频控制板300分别设置双向通信端口，第一变频控制板200与第一IPM模块202间设置双向通信端口，第二变频控制板300与第二IPM模块302间设置双向通信端口，主控制板100设置信号输出端口或输出电路分别连接第一循环风机102、第一冷凝风机103、第二循环风机104、第二冷凝风机105，主控制板100设置信号输入端口或输入电路连接第三温度传感器106，主控制板100设置双向通信端口连接操作板101；

第一变频控制板200设置双向通信端口连接第一IPM模块202，设置信号输入端口或输入电路连接第一温度控制器204，第一IPM模块202设置三个驱动信号输出端口或连接电路分别连接第一压缩机的三相电源输入电路；

第二变频控制板300设置双向通信端口连接第二IPM模块302，设置信号输入端口或输入电路连接第二温度控制器304，第二IPM模块302设置三个驱动信号输出端口或连接电路分别连接第二压缩机的三相电源输入电路。

本发明的越野车载高集成双路变频空调设备形成两路互为热备份的空调制冷恒温双路制冷回路，同时形成双路电控反馈回路，满足车载、高温环境中可靠运行；具有同时或单独向车载系统提供所需冷热量的功能；对定频压缩机的变频控制可以使压缩机启动瞬间确保不对车载电源设备造成冲击，且有利于形成集成度高的越野空调设备。

在越野和车载条件下，通过车载电站给主控板供电；操作人员通过操作板对空调机组进行控制；主控板检测到空调的开机命令后，开启第一循环风机和第二循环风机工作；当开启空调制冷模式时，主控制板发送制冷命令给第一变频控制板和第二变频控制板，来驱动第一压缩机和第二压缩机运转，同时主控板发送命令使得第一冷凝风机和第二冷凝风机工作实现制冷运转。第一循环风机和第二循环风机分别将冷风送给左箱空间和右箱空间。本方案的通过变频技术的应用来实现空调机组的制冷量调节，从而保证箱内温度和湿度的恒定。

如图2所示，在IPM模块中包括全波整流电路401和三相变频电路402，其中：

全波整流电路401，用于将恒压恒频的单相工频电源转换为直流电压电源；

三相变频电路402，用于根据控制信号对若干路开关电路分别进行通断切换，将直流电压功率信号形成响应控制信号的交流功率信号输出；

在全波整流电路401的高压输出端和低压输出端间顺序串联第一电解电容(高压端)和第二电解电容(低压端)，电解电容正极朝向高压输出端连接，第一电解电容和第二电解电容间线路接地；三相变频电路402包括并联在高压输出端和低压输出端间的三条IGBT串联电路，每条IGBT串联电路包括串联的第一IGBT(绝缘栅双极晶体管)411和第二IGBT(绝缘栅双极晶体管)412，第一IGBT的集电极连接高压输出端，第一IGBT的发射极连接第二IGBT的集电极，第二IGBT的发射极连接低压输出端，第一IGBT、第二IGBT的集电极和发射极间各连接一个负极指向集电极的二极管413，每条IGBT串联电路中，相邻集电极和发射极的连接线路连接压缩机的一个相应单相电源输入端。高压输出端的各第一IGBT组成上支路，低压输出端的各第二IGBT组成下支路，顺序循环通断，每次总是上支路的一个晶体管与下支路的一个晶体管导通，给压缩机定子线圈施加电压，使得压缩机得电运转。通过变频控制板输出的PWM信号改变晶体管上下支路导通的时间，调节脉冲的宽度来模拟交流电源的波形和频率，从而实现电压和频率的变化，进而来改变压缩机输入电源的电压和频率，实现定频压缩机转速的变频调节。

如图3所示，本实施例的第一冷凝风机103和第二冷凝风机105并列布设在空调室外机组的底部，围绕第一冷凝风机103，在空调室外机组的迎风端面和相邻端面，布设L形的第一冷凝器113，围绕第二冷凝风机105，在空调室外机组的迎风端面和相邻端面，与第一冷凝器113对称布设L形的第二冷凝器115，第一冷凝器113与第二冷凝器115形成巨大迎风面，第一冷凝风机103和第二冷凝风机105的迎风面与空调室外机组的底部轴线形成5°至15°的倾斜夹角。

本机械结构解决了空间尺寸小，制冷量要求大的问题。空调机组结构尺寸小，布局紧凑，实现了维修性良好、可靠性要求高的要求。整机采用双路对称布局，冷凝器采用L型结构，充分利用空调机组两侧面的有效散热空间，电控柜外置集成，解决了整机结构布局受尺寸影响的难题。

结合新型压缩机、低压制冷剂，解决超高温工况下的系统可靠性问题。最高冷凝温度可以达到80℃，满足空调机组高温环境下的运行要求。

在车辆行进过程中，充分利用车辆行进过程中的风速来增大冷凝进风量，同时冷凝风机倾斜一定的角度后，有效避免了冷凝进风与冷凝回风的串流现象，提高制冷系统的冷凝能力。

本结构冷凝器采用的铜翅片可以实现增大冷凝器换热面积20％，冷凝风量加大40％，迅速提高冷凝换热能力。

第一冷凝风机103和第二冷凝风机105的迎风面形成2°至5°的夹角。能形成两条存在初始差异的风道，使趋同流向中的空气产生混合，使冷凝热交换更充分。

如图4所示，在以上电路中PWM信号由变频控制板的Microchip公司生产的PIC16C73B微处理器形成，使中间直流电压E变成一系列等幅不等宽的PWM脉冲电压，通过调节脉冲的宽度来模拟交流电源的波形和频率，从而实现电压和频率的变化，压缩机根据输入电源的电压和频率变化来改变压缩机的转速，从而调节压缩机的吸排气量，从而实现压缩机制冷量的调节。

如图5所示，本发明的制冷效率和制冷速度，与原有的定频压缩机控制更优秀，对电源的启动冲击更小。有效解决了高温环境下空调效率下降、制冷量衰减的问题，实测制冷量达到额定值的115％，高温制冷量达到额定值的87％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.越野车载高集成双路变频空调设备，包括两个压缩机，其特征在于：包括主控制板(100)、第一变频控制板(200)和第二变频控制板(300)，其中：

主控制板(100)，用于根据内置的第一控制策略将输入参数转换为相应的控制参数输出至变频控制板，接收回传的工况参数，根据内置的第一控制策略将输入参数转换为控制信号输出至相应的循环风机或冷凝风机改变其工况；

第一变频控制板(200)，用于根据输入的控制参数和温度参数，通过内置的第二控制策略形成多路动态的PWM信号输出至一个压缩机；

第二变频控制板(300)，用于根据输入的控制参数和温度参数，通过内置的第二控制策略形成多路动态的PWM信号输出至另一个压缩机。

2.如权利要求1所述的越野车载高集成双路变频空调设备，其特征在于：主控制板(100)分别连接操作板(101)、第一循环风机(102)、第一冷凝风机(103)、第二循环风机(104)、第二冷凝风机(105)和第三温度传感器(106)，其中：

操作板(101)，用于人机交互将输入指令形成输入参数，接收并显示压缩机工况参数和环境参数；

第一循环风机(102)，用于为第一内部空间提供制冷风量；

第一冷凝风机(103)，用于为第一压缩机提供冷凝风量；

第二循环风机(104)，用于为第二内部空间提供制冷风量；

第二冷凝风机(105)，用于为第二压缩机提供冷凝风量；

第三温度传感器(106)，用于采集内部空间的实时温度形成输入参数。

3.如权利要求2所述的越野车载高集成双路变频空调设备，其特征在于：第一变频控制板(200)分别连接第一温度控制器(204)和第一IPM模块(202)，并通过第一IPM模块(202)连接第一压缩机(203)，其中：

第一温度控制器(204)，用于采集第一压缩机制冷循环中的工作温度形成实时温度参数；

第一IPM模块(202)，用于根据PWM信号将输入的直流功率信号形成压缩机各相电源的实时输入交流功率信号；

第一压缩机(203)，用于根据实时输入功率信号形成压缩机转速变化，提供相应制冷量。

4.如权利要求3所述的越野车载高集成双路变频空调设备，其特征在于：第二变频控制板(300)分别连接第二温度控制器(304)和第二IPM模块(302)，并通过第二IPM模块(302)连接第二压缩机(303)，其中：

第二温度控制器(304)，用于采集第二压缩机制冷循环中的工作温度形成实时温度参数；

第二IPM模块(302)，用于根据PWM信号将输入的直流功率信号形成压缩机各相电源的实时输入交流功率信号；

第二压缩机(303)，用于根据实时输入功率信号形成压缩机转速变化，提供相应制冷量。

5.如权利要求4所述的越野车载高集成双路变频空调设备，其特征在于：主控制板(100)与第一变频控制板(200)、第二变频控制板(300)分别设置双向通信端口，第一变频控制板(200)与第一IPM模块(202)间设置双向通信端口，第二变频控制板(300)与第二IPM模块(302)间设置双向通信端口，主控制板(100)设置信号输出端口或输出电路分别连接第一循环风机(102)、第一冷凝风机(103)、第二循环风机(104)、第二冷凝风机(105)，主控制板(100)设置信号输入端口或输入电路连接第三温度传感器(106)，主控制板(100)设置双向通信端口连接操作板(101)；

第一变频控制板(200)设置双向通信端口连接第一IPM模块(202)，设置信号输入端口或输入电路连接第一温度控制器(204)，第一IPM模块(202)设置三个驱动信号输出端口或连接电路分别连接第一压缩机的三相电源输入电路；

第二变频控制板(300)设置双向通信端口连接第二IPM模块(302)，设置信号输入端口或输入电路连接第二温度控制器(304)，第二IPM模块(302)设置三个驱动信号输出端口或连接电路分别连接第二压缩机的三相电源输入电路。

6.如权利要求5所述的越野车载高集成双路变频空调设备，其特征在于：IPM模块中包括全波整流电路(401)和三相变频电路(402)，其中：

全波整流电路(401)，用于将恒压恒频的单相工频电源转换为直流电压电源；

三相变频电路(402)，用于根据控制信号对若干路开关电路分别进行通断切换，将直流电压功率信号形成响应控制信号的交流功率信号输出。

7.如权利要求6所述的越野车载高集成双路变频空调设备，其特征在于：全波整流电路(401)的高压输出端和低压输出端间顺序串联第一电解电容和第二电解电容，电解电容正极朝向高压输出端连接，第一电解电容和第二电解电容间线路接地；三相变频电路(402)包括并联在高压输出端和低压输出端间的三条IGBT串联电路，每条IGBT串联电路包括串联的第一IGBT(411)和第二IGBT(412)，第一IGBT的集电极连接高压输出端，第一IGBT的发射极连接第二IGBT的集电极，第二IGBT的发射极连接低压输出端，第一IGBT、第二IGBT的集电极和发射极间各连接一个负极指向集电极的二极管(413)，每条IGBT串联电路中相邻集电极和发射极连接线路连接压缩机的一个相应单相电源输入端。

8.如权利要求1至7任一所述的越野车载高集成双路变频空调设备，其特征在于：第一冷凝风机(103)和第二冷凝风机(105)并列布设在空调室外机组的底部，围绕第一冷凝风机(103)，在空调室外机组的迎风端面和相邻端面布设L形的第一冷凝器(113)，围绕第二冷凝风机(105)，在空调室外机组的迎风端面和相邻端面，与第一冷凝器(113)对称布设L形的第二冷凝器(115)，第一冷凝器(113)与第二冷凝器(115)形成迎风面。

9.如权利要求8所述的越野车载高集成双路变频空调设备，其特征在于：第一冷凝风机(103)和第二冷凝风机(105)的迎风面与空调室外机组的底部轴线形成5°至15°的倾斜夹角。

10.如权利要求9所述的越野车载高集成双路变频空调设备，其特征在于：第一冷凝风机(103)和第二冷凝风机(105)的迎风面形成2°至5°的夹角。