CN111089437A - 一种带有除尘功能的纯电动大巴空调系统 - Google Patents

一种带有除尘功能的纯电动大巴空调系统 Download PDF

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Abstract

一种带有除尘功能的纯电动大巴空调控制系统，包括高压电池电源、DC/DC变换器、控制器、操纵器、压缩机、逆变器、冷凝器、冷凝器风机、冷凝器风机电子驱动器、四通换向阀、气液分离器、膨胀阀、蒸发器、蒸发器风机及蒸发器风机电子驱动器，所述的冷凝器风机为正反转风机，反转时对冷凝器进行除尘。本发明通过电子驱动器驱动冷凝器风机反向旋转，为冷凝室提供更大的风力达到为冷凝室清除灰尘的功能，降低能耗，避免了售后人员经常性的对系统进行清灰操作，降低售后成本。

Description

一种带有除尘功能的纯电动大巴空调系统
技术领域
本发明涉及电动大巴空调领域，尤其涉及纯电动大巴空调系统，具体地说是一种带有除尘功能的纯电动大巴空调系统。
背景技术
在炎热的夏季，空调是人们必不可少的家用电器，同样空调也是公交车和长途客车必备设备。国家大力推广新能源汽车，减少碳排放。纯电动大巴以电池驱动电动机产生的机械能代替发动机产生的机械能使车辆行驶，纯电动大巴空调系统同样以电池作为其能量来源，这会占用大巴较大一部分的能耗，而大巴车上的电能十分宝贵，因此空调系统就必须尽可能的降低能耗才不会影响汽车的行驶里程。大巴行驶过程当中空调冷凝室中会吸入灰尘等杂物，降低了换热效率，增加能耗，影响大巴的续航里程，所以需要定期拆开冷凝器室进行清理杂物，这增加了售后成本。
申请公告号为CN208419006U的中国专利公开了一种自动除尘装置、空调室外机和空调器，该专利通过移动导轨使过滤网在进风口和出风口移动来进行除尘，该装置机械结构复杂，且成本高。
发明内容
本发明要解决的是现有技术存在的上述技术问题，目的在于提供一种带有除尘功能的纯电动大巴空调控制系统，通过控制风机反转实现清除冷凝器中灰尘的功能，从而达到增加换热效率、减小能耗的目的。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种带有除尘功能的纯电动大巴空调控制系统，包括高压电池电源、DC/DC变换器、控制器、操纵器、压缩机、逆变器、冷凝器、冷凝器风机、冷凝器风机电子驱动器、四通换向阀、气液分离器、膨胀阀、蒸发器、蒸发器风机及蒸发器风机电子驱动器，所述的冷凝器风机为正反转风机，冷凝器风机反转时对冷凝器进行除尘。
进一步，所述的操纵器设有除尘按键，通过该除尘按键手动控制冷凝器风机反转实现除尘功能，即实现清除冷凝器中灰尘、杂物的功能。
再进一步，系统也可以实现自动除尘操作，由操纵器或控制器根据车辆行驶情况、冷凝器风机运行情况等。
优选的，在车辆刚刚启动时、车辆停止时，或者空调系统处于通风状态时，控制器都可以根据这些情况自动控制实现冷凝器风机的反转除尘功能。
所述冷凝器风机电子驱动器集成于冷凝器风机内部，即风机驱动器对外提供9个引脚：控制器正负电源引脚两组、驱动模块使能引脚、风机正负引脚、风机正转速度控制引脚，风机反转速度控制引脚。
所述的冷凝风机电子驱动器是由两个半桥驱动模块组成H桥驱动电路，两个PWM信号不能同时输入，一端输入PWM，另一端输入低电平。
所述的冷凝风机电子驱动器采用继电器开关控制，通过交换输出的PWM信号与地实现反转，低电平为正转，高电平为反转。
为了能确定风机的状态，需要在控制器和冷凝器风机电子驱动器之间增加能检测和联络冷凝器风机运行状况的电路。一个典型的实施方式是引出风机正极和驱动模块间连接的引脚，并联一个分压电路，将分得的电压引导控制器检测，若检测在一个PWM周期内存在电平为高电平则风机正转，否则为反转。
作为本发明的改进，所述的冷凝器风机置于冷凝器正转时风路的下游，冷凝器风机正转时从冷凝器方向吸入空气，冷凝器风机反转时向冷凝器吹出空气，有利于提高除尘效果。
作为本发明的进一步改进，所述的冷凝器风机反转时吹向冷凝器的风速和/或风量大于正转时吸气的风速和/或风量，可进一步提高除尘效果。
本发明中，热泵空调制冷及制热原理如下：制冷模式下，压缩机排出的高温高压气体通过四通换向阀进入冷凝器，在冷凝器中制冷剂温度下降液化流经膨胀阀，由于压力变低制冷剂在蒸发器蒸发吸热制冷，最后经四通换向阀回到压缩机吸气口；制热模式下，压缩机排出的高温高压气体通过四通换向阀进入蒸发器，在蒸发器中制冷剂温度下降放出大量的热为车内提供热量，制冷剂换热后液化流经膨胀阀，在冷凝器中吸热蒸发后经四通换向阀吸入压缩机。
空调系统的制冷环路连接为：压缩机进气口与气液分离器排气口连接，压缩机排气口与四通换向阀公共进气口连接；四通换向阀控制空调的制冷和制暖模式，方法是通过电磁阀吸合作用使压缩机排出的高温高压制冷剂进入蒸发器或冷凝器，若高温高压气体进入蒸发器，则为制热模式，若高温高压气体进入冷凝器，则为制冷模式，其连接方式为进气公共端与压缩机相连，公共排气端与气液分离器进气端相连，剩余两口分别与蒸发器的一端和冷凝器的一端相连接；冷凝器的另一端与膨胀阀的一端相连；膨胀阀的另一端与蒸发器未连接四通换向阀的一端相连；制冷模式下，制冷剂从四通换向阀流经冷凝器、膨胀阀和蒸发器，回到四通换向阀；制热模式下，制冷剂从四通换向阀流经蒸发器、膨胀阀和冷凝器，回到四通换向阀。
空调系统的电气连接为：所述空调优选为变频空调，逆变器可以内置于压缩机中也可以分离使用。逆变器输入接高压电池电源，输出接压缩机，为逆变器内置的控制器提供电源的接口连接在DC/DC变换器的输出端，调速接口连接在控制器的GPIO引脚，需要通过用户设定的温度与实际温度差控制其转速，启停信号输入端通过继电器连接在控制器的GPIO引脚。四通换向阀是一个由电磁线圈控制的换向阀，通电与断电对应制冷制热两个状态，四通换向阀与电流放大后的GPIO连接；蒸发器风机与冷凝器风机都为直流风机，统称为风机，用于为换热器换热并把舒适的风送到乘客身边，风机与控制器之间通过风机电子驱动器连接，风机电子驱动器对PWM信号进行功率放大从而驱动风机，因此风机电子驱动器有以下几个引脚：连接风机正负极的引脚，为风机驱动提供能量的电源引脚和风机正、反转控制引脚；控制器需要对风机正、反转引脚输入PWM信号控制转速和方向和使能引脚；DC/DC变换器输入引脚接高压电池电源的正负极，其输出端给控制器、操纵器、压缩机、风机、PTC及各驱动电路供电，各模块再根据执行器件所需电压进行调整；系统中还需要多个温度传感器测量温度并显示在操纵器上，一种典型的实施方式，所述的温度传感器可以采用热敏电阻，使用方法是以电阻的形式串接在控制器的模数转换电路中；控制器可采用多种类型微处理器如STM32、DSP、AVR单片机等。
操纵器外围电路主要有三部分，分别是键盘输入模块、空调运行状况显示模块和通信模块。输入模块可以是按钮、触摸屏等；显示模块可以采用发光二极管，数码管或者LCD显示屏；通信模块也有多种选择，可以使用CAN通信，RS485总线通信，RS232总线通信等。
本发明的有益效果为：本发明通过电子驱动器驱动冷凝器风机反向旋转，为冷凝室提供更大的风力，从而达到为冷凝室清除灰尘的功能，降低能耗，这也避免了售后人员经常性的对系统进行清灰操作，降低售后成本。
附图说明
图1是本发明纯电动大巴空调系统的安装示意图。
图2是本发明纯电动大巴空调系统主体结构图。
图3是本发明空调系统制冷及制热原理图。
图4是本发明空调电控系统连接框图。
图5是本发明逆变器的连接框图。
图6是本发明冷凝风机H桥控制正反转驱动电路图。
图7是本发明手动除尘时操纵器面板结构图，71表示温度上调，72表示温度下调，73表示开关键，74表示自动键，75表示制冷键，76表示制热键，77表示除尘按键，78表示新风机构按键，79表示风量下调，710表示风量上调。
图8是本发明冷凝器总成结构俯视图。
图9是本发明风机正转冷凝器总成结构左视图。
图10是本发明风机反转冷凝器总成结构左视图。
图11是本发明冷凝器总成结构前视图。
图12是本发明冷凝风机继电器控制正反转驱动电路图。
图中，1、冷凝器风机及冷凝器风机电子驱动器；2、四通阀；3、气液分离器；4、膨胀阀；5、蒸发器；6、控制器；7、蒸发器风机及蒸发器风机电子驱动器；8、压缩机；9、逆变器；10、DC/DC变换电源；11、高压电池电源；12、冷凝器；13、外壳；14、冷凝器进气口；15、冷凝器排气口；21、冷媒高低压管路/补气增熵管路/顶置空调机组/动力模块控制线束；22、膨胀水箱和放气管；23、膨胀水箱连接管路；24、暖风系统循环水泵；25、压缩机动力模块；26、管路三通；27、暖风热水循环管路；28、车内暖风器；29、管路三通；30、空调操纵器；31、控制线束；32、顶置空调机组；33、回风框；34、左右出风框。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1，纯电动大巴空调系统安装示意图，空调主体部分位于车辆顶部，通过信号线与驾驶室的操纵器通信，空调产生的热量通过冷凝风扇进入空气中，空调冷气通过通风管道送到各乘客的身边。
参照图2，本发明的一种带有除尘功能的纯电动大巴空调控制系统，包括高压电池电源11、DC/DC变换器10、控制器6、操纵器30、压缩机8、逆变器9、冷凝器12、冷凝器风机及冷凝器风机电子驱动器1、四通换向阀2、气液分离器3、膨胀阀4、蒸发器5、蒸发器风机及蒸发器风机电子驱动器7。所述的冷凝器风机为正反转风机，冷凝器风机正转时空调处于制冷或制热模式，冷凝器风机反转时对冷凝器进行除尘。
参照图3，热泵空调制冷及制热原理如下：制冷模式下，压缩机排出的高温高压气体通过四通换向阀进入冷凝器，在冷凝器中制冷剂温度下降液化流经膨胀阀，由于压力变低制冷剂在蒸发器蒸发吸热制冷，最后经四通换向阀回到压缩机吸气口(如图3(A)所示)；制热模式下，压缩机排出的高温高压气体通过四通换向阀进入蒸发器，在蒸发器中制冷剂温度下降放出大量的热为车内提供热量，制冷剂换热后液化流经膨胀阀，在冷凝器中吸热蒸发后经四通换向阀吸入压缩机(如图3(B)所示)。
空调系统的制冷环路连接为：压缩机8进气口与气液分离器3排气口连接，压缩机8排气口与四通换向阀2公共进气口连接；四通换向阀2控制空调的制冷和制暖模式，方法是通过电磁阀吸合作用使压缩机排出的高温高压制冷剂进入蒸发器5或冷凝器12，若高温高压气体进入蒸发器5，则为制热模式，若高温高压气体进入冷凝器12，则为制冷模式，其连接方式为进气公共端与压缩机8相连，公共排气端与气液分离器3进气端相连，剩余两口分别与蒸发器5一端和冷凝器12一端相连接；冷凝器12另一端与膨胀阀4一端相连；膨胀阀4另一端与蒸发器12未连接四通换向阀2一端相连；制冷模式下，制冷剂从四通换向阀2流经冷凝器12、膨胀阀4和蒸发器5，回到四通换向阀2；制热模式下，制冷剂从四通阀流经蒸发器5、膨胀阀4和冷凝器12，回到四通换向阀2。
参照图4，本发明的空调电控系统，所述空调优选为变频空调，逆变器可以内置于压缩机中也可以分离使用。在本实施方式中，逆变器为外置式。
结合图5，逆变器的接口PA、PB连接到高压电池电源，为逆变器内部控制器提供电源的接口P1、P4连接在DC/DC变换器的输出端，调速接口P3通过功率放大器连接到控制器的GPIO引脚，需要通过用户设定的温度与实际温度差控制其转速，启停信号输入端P4通过继电器连接在控制器的GPIO引脚。
四通换向阀是一个由电磁线圈控制的换向阀，通电与断电对应制冷制热两个状态，只需要GPIO通过驱动器与四通换向阀相连。
蒸发器风机与冷凝器风机都为直流风机，用于为换热器换热并把舒适的风送到乘客身边，风机与控制器之间通过风机电子驱动器连接，风机电子驱动器把控制器的低电压转换成风机所需电压。风机电子驱动器有以下几个引脚：连接风机正负极的引脚，为风机驱动提供能量的电源引脚，使能引脚、风机正、反转控制引脚。
控制器与冷凝器风机及其电子驱动器连接，对冷凝器风机正、反转引脚输入PWM信号控制其转速和方向。控制器与温度采集电路连接，将温度采集电路采集到的信号与用户设定的温度进行比对处理，根据温差控制压缩机的转速。控制器的多个GPIO引脚可根据需要连接多个继电器，分别控制四通换向阀、各功能模块的供电开关等。控制器可采用多种类型微处理器如STM32、DSP、AVR单片机等。在本实施方式中，控制器采用STM32F103C8T6芯片。
DC/DC变换器输入引脚接蓄电池的正负极，输出为24V，为控制器、操纵器、压缩机、风机及各电子驱动器提供能量。各功能模块可以自带电源模块，将DC/DC变换器输出的24V变换成需要的电压值。在本实施方式中，控制器设有一个独立的电源模块，提供多组输出电压端口，如24V、12V、5V、3.3V等，给不同的功能模块供电。
系统中还需要多个温度传感器测量温度(蒸发器温度，冷凝器温度，室内温度，室外温度)并显示在操纵器上。温度传感器采用热敏电阻，使用方法是以电阻的形式串接在控制器模数转换电路中。
参照图6所示，冷凝器风机电子驱动器是由两个半桥驱动模块组成H桥驱动电路，两个PWM信号不能同时输入，一端输入PWM，另一端输入低电平。
因为冷凝器风机添加了反转功能，为了能确定此时风机的状态，需要在控制器和冷凝器风机电子驱动器之间增加能检测和联络冷凝器风机运行状况的电路。一种实施方式是引出冷凝器风机正极和冷凝器风机电子驱动器间连接的引脚，并联一个电容和二极管，检测二极管阳极电压若为高电平则风机正转，否则为反转。
操纵器外围电路主要有三块，分别是键盘输入模块、空调运行状况显示模块和通信模块。键盘输入模块采用按键输入，手动除尘时操纵器面板结构图如图7所示，新增除尘按键。显示模块采用LCD显示屏。通信模块采用RS485总线通信，操纵器的工作流程为查询按键状态，根据用户按下的按键，把用户设定的参数通过485总线传递给控制器，控制器根据传来的信息控制压缩机转速、风机转速、四通换向阀方向，并采集各温度传来的信息发送给操纵器由操纵器显示。
冷凝器总成如图8至11所示，外壳13对冷凝器12内各组件起支撑作用。
冷凝器风机1正转时冷凝室的风向流动如图9的箭头所示：高温高压制冷剂从进气口14进入冷凝器12，经冷凝器12散热后从排气口15排出，在冷凝器12中与吸入冷凝室的空气进行热交换产生大量的热，加热后的空气随着冷凝器风机1的运行排出冷凝室并从外界吸进新的低温空气从而进行热交换。与此同时，灰尘杂物等也会从进风时进入冷凝室，并积聚在翅片表面，不利于冷凝器的散热。
参照图10，当冷凝器风机1反转后，空气从出风口进入冷凝室。与正转完全相反，此时风机将以极大地风力将灰尘吹出冷凝室，完成除尘操作。
参照图12，本发明冷凝风机电子驱动器的另一种实施方式。与图6实施方式不同之处在于，在本实施方式中，风机反转实现由继电器开关控制实现，通过交换输出的PWM信号与地实现反转，低电平为正转，高电平为反转。
除前面提到的通过用户手动按下操纵器面板的除尘按键进行除尘外，本发明还可以采用风机自动除尘模式。该模式是根据车辆运行状况，如车辆刚刚启动时、车辆停止行驶后，即在系统初始化时和按下空调关闭按钮后运行一段时间风机反转程序，经常性对冷凝室清灰。
应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有除尘功能的纯电动大巴空调控制系统，包括高压电池电源、DC/DC变换器、控制器、操纵器、压缩机、逆变器、冷凝器、冷凝器风机、冷凝器风机电子驱动器、四通换向阀、气液分离器、膨胀阀、蒸发器、蒸发器风机及蒸发器风机电子驱动器，其特征在于，所述的冷凝器风机为正反转风机，反转时对冷凝器进行除尘。
2.如权利要求1所述的一种带有除尘功能的纯电动大巴空调控制系统，其特征在于，所述的操纵器设有除尘按键，通过该除尘按键手动控制冷凝器风机反转实现除尘功能。
3.如权利要求1或2所述的一种带有除尘功能的纯电动大巴空调控制系统，其特征在于，由操纵器或控制器根据车辆行驶及冷凝器风机运行情况，自动控制冷凝器风机反转除尘。
4.如权利要求3所述的一种带有除尘功能的纯电动大巴空调控制系统，其特征在于，所述的操纵器或控制器在车辆刚刚启动时、车辆停止时，或者空调系统处于通风状态时自动控制冷凝器风机反转除尘。
5.如权利要求1或2所述的一种带有除尘功能的纯电动大巴空调控制系统，其特征在于，所述冷凝器风机电子驱动器集成于冷凝器风机内部。
6.如权利要求1或2所述的一种带有除尘功能的纯电动大巴空调控制系统，其特征在于，所述的冷凝风机电子驱动器是由两个半桥驱动模块组成H桥驱动电路，两个PWM信号不能同时输入，一端输入PWM，另一端输入低电平。
7.如权利要求1或2所述的一种带有除尘功能的纯电动大巴空调控制系统，其特征在于，所述的冷凝风机电子驱动器采用继电器开关控制，通过交换输出的PWM信号与地实现反转，低电平为正转，高电平为反转。
8.如权利要求1或2所述的一种带有除尘功能的纯电动大巴空调控制系统，其特征在于，控制器和冷凝器风机电子驱动器之间还设有冷凝器风机运行状况的检测和联络冷凝器风机运行状况的电路。
9.如权利要求1或2所述的一种带有除尘功能的纯电动大巴空调控制系统，其特征在于，所述的冷凝器风机置于冷凝器正转时风路的下游，冷凝器风机正转时从冷凝器方向吸入空气，冷凝器风机反转时向冷凝器吹出空气。
10.如权利要求1或2所述的一种带有除尘功能的纯电动大巴空调控制系统，其特征在于，所述的冷凝器风机反转时吹向冷凝器的风速和/或风量大于正转时吸气的风速和/或风量。
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