CN107344483A - 一种新能源汽车空调换热系统及其控制方法 - Google Patents

一种新能源汽车空调换热系统及其控制方法 Download PDF

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王理砚
梁海泉
莫雪敏
沈妍雯
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Abstract

本发明涉及新能源汽车技术领域，公开了一种新能源汽车空调换热系统及其控制方法，包括车外换热器01、车内换热器02、车内换热器03、干燥过滤器04、气液分离器05、压缩机06、双向节流膨胀阀11、四通阀12、单向阀13、支路21、支路22、空气分配箱23。采用直流变频控制技术驱动压缩机电机，通过CAN通信实现压缩机运转信号及控制信号的传输，主要控制方法包括：压缩机控制器初始化、压缩机状态监测、压缩机运行控制等。采用三换热器结构，扁管和翅片的尺寸更紧凑，换热器重量更轻；采用直流变频控制技术，提高空调能效比，节约电能；采用CAN总线技术，电气连接更简单、可靠。

Description

一种新能源汽车空调换热系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，更具体地涉及一种新能源汽车空调换热系统及其控制方法。
背景技术
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源的汽车，新能源汽车在我国发展经历了两个阶段。第一阶段是以混合动力汽车为主，燃料电池车等新能源汽车为辅的发展方向，开拓新能源汽车市场；第二阶段是在纯电动汽车技术成熟的基础上，纯电动汽车逐步替代混合动力及燃料电池汽车，实现新能源汽车零排放。
空调系统作为新能源汽车的一个重要组成部分，肩负着支撑新能源汽车产业发展的重任。新能源汽车的研发对汽车空调系统的研发提出了挑战，也给汽车空调系统的技术升级提供了机遇。新能源汽车空调技术包括新能源车辆的乘员舱和电池的热管理，以制冷、通风、空调为基础技术，通过对制冷、制热回路架构、制冷循环驱动方式、电池热管理、系统集成控制、环保制冷剂开发和应用的技术研究，提供满足环保、节能、舒适和高效的全面热管理系统解决方案。
国内汽车零部件产商在新能源汽车空调系统开发方面有一定技术储备，但是在零件开发、驱动控制器集成方面技术还比较缺乏，量产能力也比较弱。
纯电动汽车的动力系统由内燃机改为电池，最大的挑战是缺少热源，制热就必须采用集中热源管理和热泵循环回路口，利用逆向制冷吸收空气源热能来进行制热、辅之以电热PTC加热。纯电动汽车用热泵空调开发，其应用范围以-10℃～0℃为主，在-10℃以上应用的为常规热泵空调，在-10℃以下应用的就是低温热泵空调，重点要解决制热能力、结霜融霜、系统稳定运行控制问题。制热不足情况下还需要配置电热型PTC辅助加热，以满足整车制热和除霜要求。
在现有的研究成果和公开文献中，尚未发现一种新能源汽车空调换热系统及其控制方法，采用三换热器结构、直流变频控制和CAN总线技术，同时具有重量更轻、能效比更高、连接更简单可靠的优点。
发明内容
1、发明目的。
本发明提出了一种新能源汽车空调换热系统及其控制方法，物理尺寸更紧凑，重量更轻；提高能效比，节约电能；总线连接，电气性能更可靠。
2、本发明所采用的技术方案。
本发明提出的一种新能源汽车空调换热系统，包括：车外换热器01、车内换热器02、车内换热器03、干燥过滤器04、气液分离器05、压缩机06、双向节流膨胀阀11、四通阀12、单向阀13、支路21、支路22、空气分配箱23；所述车外换热器01的一端与四通阀12相连，其另一端与干燥过滤器04相连；所述车内换热器02的一端经过支路21与四通阀12相连，其另一端与双向节流膨胀阀11相连；所述车内换热器03的一端经过支路22、单向阀13与四通阀12相连，其另一端与压缩机06相连；所述双向节流膨胀阀11的一端与干燥过滤器04相连，其另一端与气液分离器05相连；所述气液分离器05的一端与四通阀12相连，其另一端与压缩机06相连；所述换热器包括制冷的蒸发器和制热的加热器核心部件，以及集液管等辅助部件；所述车内换热器02和车内换热器03位于空气分配箱23内。
进一步的，所述蒸发器的扁管高度1.2cm、壁厚0.22cm，扁管成型工艺为挤压成型、内插翅片、整体折叠成型中的一种。
进一步的，所述加热器的扁管高度1.3cm、壁厚0.20cm，扁管结构为O型管、B型管、打点折叠管中的一种。
进一步的所述蒸发器的复合翅片壁厚0.08cm，加热器的光箔翅片壁厚0.05cm，集液管为适应制冷剂分配均冲压成型板的组合。
一种新能源汽车空调换热系统控制方法，压缩机的控制器使用主控芯片Cortex-M3LPCI752，采用直流变频控制技术驱动压缩机电机，通过CAN通信实现压缩机运转信号及控制信号的传输，主要控制方法包括：压缩机控制器初始化、压缩机状态监测、压缩机运行控制等三部分。
进一步的，所述压缩机控制器初始化包括时钟配置、引脚配置与外设使能；关闭暂不使用的外设电源，以降低控制系统功耗；CAN模块初始化，CAN模块时钟与系统主时钟一致，即外设分频器的值为1；保证CAN网络的数据传输速度大致相同，能够实现同步。
进一步的，所述压缩机状态监测，压缩机节点通过CAN网络发送报文数据至总线，报文的数据中包含压缩机的实际转速信息与工作状态信息。
进一步的，所述压缩机运行控制，压缩机节点查询主控芯片的CAN模块接收状态标志位RBS，若判定成功接收报文，则从接收缓冲区读出报文信息。
3、本发明所产生的技术效果。
本发明提出的一种新能源汽车空调换热系统及其控制方法，采用三换热器结构，扁管和翅片的尺寸更紧凑，换热器重量更轻；采用直流变频控制技术，空调能效比高，更节约电能；采用CAN总线技术，电气连接更简单、可靠。
附图说明
图1新能源汽车空调换热系统。
具体实施方式
实施例
一种新能源汽车空调换热系统，包括：车外换热器01、车内换热器02、车内换热器03、干燥过滤器04、气液分离器05、压缩机06、双向节流膨胀阀11、四通阀12、单向阀13、支路21、支路22、空气分配箱23；所述车外换热器01的一端与四通阀12相连，其另一端与干燥过滤器04相连；所述车内换热器02的一端经过支路21与四通阀12相连，其另一端与双向节流膨胀阀11相连；所述车内换热器03的一端经过支路22、单向阀13与四通阀12相连，其另一端与压缩机06相连；所述双向节流膨胀阀11的一端与干燥过滤器04相连，其另一端与气液分离器05相连；所述气液分离器05的一端与四通阀12相连，其另一端与压缩机06相连；所述换热器包括制冷的蒸发器和制热的加热器核心部件，以及集液管等辅助部件；所述车内换热器02和车内换热器03位于空气分配箱23内。
其中蒸发器的扁管高度1.2cm、壁厚0.22cm，扁管成型工艺为挤压成型、内插翅片、整体折叠成型中的一种。
其中加热器的扁管高度1.3cm、壁厚0.20cm，扁管结构为O型管、B型管、打点折叠管中的一种。
其中蒸发器的复合翅片壁厚0.08cm，加热器的光箔翅片壁厚0.05cm，集液管为适应制冷剂分配均冲压成型板的组合。
一种新能源汽车空调换热系统控制方法，压缩机控制器使用主控芯片Cortex-M3LPCI752，采用直流变频控制技术驱动压缩机电机，通过CAN通信实现压缩机运转信号及控制信号的传输，主要控制方法包括：压缩机控制器初始化、压缩机状态监测、压缩机运行控制等三部分。
其中压缩机控制器初始化包括时钟配置、引脚配置与外设使能；关闭暂不使用的外设电源，以降低控制系统功耗；CAN模块初始化，CAN模块时钟与系统主时钟一致，即外设分频器的值为1；波特率为500kbps，保证CAN网络的数据传输速度大致相同，能够实现同步。
其中所述压缩机状态监测，压缩机节点通过CAN网络发送报文数据至总线，报文的数据中包含压缩机的实际转速信息与工作状态信息，包括如下步骤：
(1)指定CAN控制器号，并选择一个空闲的发送缓冲区，然后配置报文发送缓冲区。
(2)需设置的参数共有5个：FF、RTR、DLC、数据字节、ID；为了便于后期整体操作，建立一个包含变量FF、DLC、数据字节、ID的结构类型Message Detail，未包括RTR远程帧标志是因为数据字节的长度已包括RTR的值：若数据字节为0，则RTR＝＝1，否则RTR＝＝0。
(3)编写结构体Message Detail的赋值子函数Writedetail(),依次对变量赋值，数据字节源于长度为8的数组data，包含压缩机最新的状态信息描述字节。
(4)启动命令寄存器开始发送数据，并监测发送状态是否成功，若成功则表明压缩机的状态信息反馈成功，将会等待固定时间后再传输。
其中压缩机运行控制，压缩机节点查询主控芯片的CAN模块接收状态标志位RBS，若判定成功接收报文，则从接收缓冲区读出报文信息。
新能源汽车空调控制器与压缩机控制器通过总线连接，CAN模块时钟与系统主时钟均为48MHz，节点的通信波特率为500kbps，指定压缩机运行控制报文的ID为0x229，压缩机状态反馈报文的ID为oX240，通信采用周期性报文传送操作，周期长度为100ms。压缩机状态反馈报文采用定时器实现，而运行控制报文的接收则通过CAN中断接收实现。

Claims (8)

1.一种新能源汽车空调换热系统，其特征在于：包括车外换热器01、车内换热器02、车内换热器03、干燥过滤器04、气液分离器05、压缩机06、双向节流膨胀阀11、四通阀12、单向阀13、支路21、支路22、空气分配箱23；所述车外换热器01的一端与四通阀12相连，其另一端与干燥过滤器04相连；所述车内换热器02的一端经过支路21与四通阀12相连，其另一端与双向节流膨胀阀11相连；所述车内换热器03的一端经过支路22、单向阀13与四通阀12相连，其另一端与压缩机06相连；所述双向节流膨胀阀11的一端与干燥过滤器04相连，其另一端与气液分离器05相连；所述气液分离器05的一端与四通阀12相连，其另一端与压缩机06相连；所述换热器包括制冷的蒸发器和制热的加热器核心部件，以及集液管等辅助部件；所述车内换热器02和车内换热器03位于空气分配箱23内。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车空调换热系统，其特征在于：所述蒸发器的扁管高度1.2cm、壁厚0.22cm，扁管成型工艺为挤压成型、内插翅片、整体折叠成型中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车空调换热系统，其特征在于：所述加热器的扁管高度1.3cm、壁厚0.20cm，扁管结构为0型管、B型管、打点折叠管中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车空调换热系统，其特征在于：所述蒸发器的复合翅片壁厚0.08cm，加热器的光箔翅片壁厚0.05cm，集液管为适应制冷剂分配均冲压成型板的组合。
5.一种新能源汽车空调换热系统控制方法，其特征在于：压缩机的控制器使用主控芯片Cortex-M3LPCI752，采用直流变频控制技术驱动压缩机电机，通过CAN通信实现压缩机运转信号及控制信号的传输，主要控制方法包括：压缩机控制器初始化、压缩机状态监测、压缩机运行控制等三部分。
6.根据权利要求5所述的一种新能源汽车空调换热系统控制方法，其特征在于：所述压缩机控制器初始化包括时钟配置、引脚配置与外设使能；关闭暂不使用的外设电源，以降低控制系统功耗；CAN模块初始化，CAN模块时钟与系统主时钟一致，即外设分频器的值为1；保证CAN网络的数据传输速度大致相同，能够实现同步。
7.根据权利要求5所述的一种新能源汽车空调换热系统控制方法，其特征在于：所述压缩机状态监测，压缩机节点通过CAN网络发送报文数据至总线，报文的数据中包含压缩机的实际转速信息与工作状态信息。
8.根据权利要求5所述的一种新能源汽车空调换热系统控制方法，其特征在于：所述压缩机运行控制，压缩机节点查询主控芯片的CAN模块接收状态标志位RBS，若判定成功接收报文，则从接收缓冲区读出报文信息。
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