CN114771209A - 汽车空调ptc电加热器干烧保护控制系统及控制方法 - Google Patents

汽车空调ptc电加热器干烧保护控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了汽车空调PTC电加热器干烧保护控制系统，汽车空调PTC电加热器干烧保护控制系统，包括汽车空调控制器，汽车空调控制器的I/O输入端连接PTC电加热器，PTC电加热器表面布置PTC温度传感器，汽车空调控制器分别电连接PTC高压接触器、冷暖风门执行器、鼓风机调速模块、模式风门执行器、循环风门执行器、仪表盘报警。本发明的PTC电加热器干烧保护控制方法具有良好的可行性，具有更高效率、操作流程化、缩短控制器响应时间的特点，解决现有干烧保护方法的响应时间长，效果差，成本高的问题。

Description

汽车空调PTC电加热器干烧保护控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于纯电动汽车空调技术领域，涉及汽车空调PTC电加热器干烧保护控制系统，还涉及汽车空调PTC电加热器干烧保护控制方法。
背景技术
目前A00级纯电动汽车的空调采暖系统多使用空气加热式的PTC电加热器。PTC电加热器加热时，通过高压接触器来实现PTC高压电源的通断，高压接触器的通断控制由空调控制器完成。高压接触器带电断开时的电压较高，断开过程中会产生电弧，造成高压接触器的开关次数有限，开关达到一定次数时，会出现触点粘连使PTC电加热器的电路通断不受控制，使PTC电加热器会出现干烧的风险，导致PTC周围安装的塑料壳体出现软化甚至燃烧现象，存在极大的风险与隐患。现有的防干烧保护方法一般采用温控仪器，如热电偶、红外测温、可控硅等设备，对于设备的精密度要求较高，成本较高；或采用较为复杂的逻辑程序处理，控制器对故障发生后的响应时间直接影响最终解除故障的结果，逻辑程序处理时检测PTC干烧时的最大工作电流，增加控制器的处理时间。
发明内容
本发明的一个目的是提供汽车空调PTC电加热器干烧保护控制系统，解决现有干烧保护方法的响应时间长，效果差，成本高的问题。
本发明的另一个目的是提供汽车空调PTC电加热器干烧保护控制方法。
本发明所采用的一个技术方案是，汽车空调PTC电加热器干烧保护控制系统，包括汽车空调控制器，汽车空调控制器的I/O输入端连接PTC电加热器，PTC电加热器表面布置PTC温度传感器，汽车空调控制器分别电连接PTC高压接触器、冷暖风门执行器、鼓风机调速模块、模式风门执行器、循环风门执行器、仪表盘报警。
本发明的特点还在于，
PTC温度传感器采用NTC温度传感器。
本发明所采用的另一个技术方案是，汽车空调PTC电加热器干烧保护控制方法，采用汽车空调PTC电加热器干烧保护控制系统，具体按照以下步骤进行实施：
步骤1，PTC温度传感器采集温度值输送到汽车空调控制器；
步骤2，汽车空调控制器对PTC温度传感器采集当前温度值进行干烧模式判断处理；
步骤3，进入干烧模式后，汽车空调控制器对PTC温度传感器采集当前温度值进行干烧保护模式判断处理。
本发明的特点还在于，
步骤1具体过程为，正常开启汽车空调暖风模式，纯电动汽车空调各电路均处于正常状态，PTC温度传感器实时采集PTC电加热器表面的温度值作为汽车空调控制器的输入量，实时反馈至汽车空调控制器。
步骤2中，判断进入干烧模式具体过程为，汽车空调控制器中预设温度预设值A和B，A不大于B，预设值A设为汽车空调在采暖工况下，PTC电加热器正常工作时，PTC温度传感器允许的最高温度；当PTC温度传感器采集当前温度值大于预设值A时，汽车空调控制器发送指令，PTC高压接触器停止工作，进入干烧模式，直到温度值不大于预设值A时，干烧模式执行结束后停止发送。
步骤3中，判断进入干烧保护模式具体过程为，当PTC温度传感器采集当前温度值大于预设值B时，汽车空调控制器强制进入干烧保护模式，汽车空调控制器发送指令，控制冷暖风门执行器运行到全暖位置；鼓风机调速模块控制鼓风机风量处于最大档风状，模式风门执行器运行到最大除霜模式，循环风门执行器处于外循环模式指令；再次判断当PTC温度传感器采集当前温度值是否大于预设值B，当大于预设值B时，仪表盘报警仪表盘闪烁显示PTC故障标识同时伴随报警声为流程结束标志；否则空调恢复至干烧保护前状态，此时干烧保护模式不退出，直至采集当前温度值不大于预设值B。
汽车空调控制器的输入量通过布置在纯电动汽车PTC电加热器表面的NTC温度传感器实时采集PTC当前的温度值，NTC温度传感器通过长为310mm的两端口接插件连接在汽车空调控制器的信号输入端和GND外插引脚A1、A2上。
步骤1中汽车空调控制器将采集到的温度模拟量实时通过R-T换算公式进行转换，通过计算得出不同温度对应的阻值，从而得到A1、A2两个引脚之间产生不同电流IA1A2；
Rt＝R0*exp[C(1/(T1)-1/(T0))] (1)
公式(1)中，Rt是待求的热敏电阻在T1温度下的阻值；R0是已知的热敏电阻在T0温度下的标称阻值；C为热敏电阻的热敏指数，通常取3270；exp是已知的e的n次方；T1和T0是K度，即开尔文摄氏度，K度＝绝对温度273.15+摄氏度，为已知量。
本发明的有益效果是，本发明汽车空调PTC电加热器干烧保护控制系统，不需要对现有的车辆空调结构进行大的改动，硬件布置简单，与空调控制器的兼容性良好，能够有效缩短控制器对故障发生后的响应时间，最终达到解除该故障的结果。对于纯电动汽车空调具有普适性，最大程度的保证PTC工作的安全性，可靠性高，有效的避免干烧现象的发生，保障了人车财产安全；实施方便高效且成本廉价，适于工业生产应用。
附图说明
图1是本发明汽车空调PTC电加热器干烧保护控制系统的结构示意图；
图2是本发明汽车空调PTC电加热器干烧保护控制方法的流程图；
图3是本发明实施例中B值相同，阻值不同的R-T特性曲线图；
图4是本发明实施例中B值不同，阻值相同的R-T特性曲线图。
图中，1.汽车空调控制器，2.PTC温度传感器，3.PTC电加热器，4.PTC高压接触器，5.冷暖风门执行器，6.鼓风机调速模块，7.模式风门执行器，8.循环风门执行器，9.仪表盘报警。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明汽车空调PTC电加热器干烧保护控制系统，结构如图1所示，包括汽车空调控制器1，汽车空调控制器1的I/O输入端连接PTC电加热器3，PTC电加热器3表面布置PTC温度传感器2，汽车空调控制器1分别电连接PTC高压接触器4、冷暖风门执行器5、鼓风机调速模块6、模式风门执行器7、循环风门执行器8、仪表盘报警9。
PTC温度传感器2采用NTC温度传感器，用来实时采集PTC电加热器3表面的温度。
本发明纯电动汽车空调PTC电加热器干烧保护控制方法，流程如图2所示，具体按照以下步骤进行实施：
步骤1，PTC温度传感器2采集温度值输送到汽车空调控制器1；
步骤1具体过程为，正常开启汽车空调暖风模式，纯电动汽车空调各电路均处于正常状态，PTC温度传感器2实时采集PTC电加热器3表面的温度值作为汽车空调控制器1的输入量，实时反馈至汽车空调控制器1；
汽车空调控制器1的输入量通过布置在纯电动汽车PTC电加热器3表面的NTC温度传感器实时采集PTC当前的温度值，NTC温度传感器通过长为310mm的两端口接插件连接在汽车空调控制器1的信号输入端和GND外插引脚A1、A2上；
汽车空调控制器1将采集到的温度模拟量实时通过R-T换算公式进行转换，通过公式(1)计算得出不同温度对应的阻值，从而得到A1、A2两个引脚之间产生不同电流IA1A2；
Rt＝R0*exp[C(1/(T1)-1/(T0))] (1)
公式(1)中，Rt是待求的热敏电阻在T1温度下的阻值；R0是已知的热敏电阻在T0温度下的标称阻值；C为热敏电阻的热敏指数，通常取3270；exp是已知的e的n次方；T1和T0是K度，即开尔文摄氏度，K度＝绝对温度273.15+摄氏度，为已知量。
步骤2，汽车空调控制器1对PTC温度传感器2采集当前温度值进行干烧模式判断处理；
步骤2中，判断进入干烧模式具体过程为，汽车空调控制器1中预设温度预设值A和B，A不大于B，预设值A设为汽车空调在采暖工况下，PTC电加热器3正常工作时，PTC温度传感器2允许的最高温度；当PTC温度传感器2采集当前温度值大于预设值A时，汽车空调控制器1发送指令，PTC高压接触器4停止工作，进入干烧模式，直到温度值不大于预设值A时，干烧模式执行结束后停止发送；
步骤3，进入干烧模式后，汽车空调控制器1对PTC温度传感器2采集当前温度值进行干烧保护模式判断处理；
步骤3中，判断进入干烧保护模式具体过程为，当PTC温度传感器2采集当前温度值大于预设值B时，汽车空调控制器1强制进入干烧保护模式，汽车空调控制器1发送指令，控制冷暖风门执行器5运行到全暖位置；鼓风机调速模块6控制鼓风机风量处于最大档风状，模式风门执行器7运行到最大除霜模式，循环风门执行器8处于外循环模式指令；再次判断当PTC温度传感器2采集当前温度值是否大于预设值B，当大于预设值B时，仪表盘报警9仪表盘闪烁显示PTC故障标识同时伴随报警声为流程结束标志；否则空调恢复至干烧保护前状态，此时干烧保护模式不退出，直至采集当前温度值不大于预设值B。
本发明纯电动汽车空调PTC电加热器干烧保护控制方法的一种实施例是将布置在A00级纯电动汽车的电加热PTC外表面中央位置的NTC温度传感器实时采集PTC当前的温度值：空调在采暖工况下，PTC电加热器3正常工作时，PTC温度传感器2允许的最高温度，温度预设值A为80℃，根据R-T表，若A1和A2引脚之间的阻值RA1A2小于阻值区间[1.211kΩ，1.288kΩ]的左端点1.211kΩ，此时PTC高压电源端发生粘连现象，则控制器进入干烧保护模式执行干烧保护程序。否则，空调各部分执行器和用电器保持原有动作状态。
汽车空调控制器1执行一次PTC高压接触器4停止工作指令，使PTC高压电源端断开连接；
根据R-T表，温度预设值B为100℃，当RA1A2依然大于阻值区间[0.6514kΩ，0.7014kΩ]的右端点0.7014kΩ，且小于阻值区间[1.211kΩ,1.288kΩ]的左端点1.211kΩ时，0.7014kΩ＜RA1A2＜1.211k，即为80℃＜TA1A2℃＜100℃，汽车空调控制器1循环发送PTC高压接触器4停止工作指令，直到RA1A2大于阻值区间端点1.288kΩ，即PTC温度值低于80°时停止执行步骤1的指令；
当RA1A2小于阻值区间[0.6514kΩ，0.7014kΩ]，即小于100℃的温度预设值B的左端点0.6514kΩ时，人机操作交互功能失效。汽车空调控制器1强制干烧保护程序使冷暖风门执行器中的直流伺服电机运行到P1点(17°±2°)全暖风门位置、鼓风机最大运行转速为2000rpm、模式风门执行器中的直流伺服电机运行到P5点(139°±3°)除霜模式、循环风门执行器中的直流伺服电机运行到P2点(23°±3°)外循环模式；在执行完毕后10秒，若RA1A2依然小于端点值0.6514kΩ时，汽车空调控制器1发出低电平信号使PTC故障报警灯持续点亮，做为强制干烧保护程序流程的结束标志。除非RA1A2大于阻值区间端点1.288kΩ，否则强制干烧保护程序依然循环运行。此时需要驾驶员立即停车断电，及时联系维修人员进行处理。
本实施例中通过干烧保护模式仿真实验验证结果：在仿真实验室中进行PTC电加热器3的干烧实验模拟，采用控制变量法进行三个NTC温度传感器的R-T性能对比实验，验证PTC电加热器3干烧保护控制方法，如图3所示，B1、B2、B3均为NTC温度传感器的热敏指数，选择NTC热敏电阻的B值不变并保持25°常温下，即B1＝B2＝B3,，其阻值R’25＞R25＞R”25，如图4所示，只选择B值相同的两个NTC温度传感器，实验曲线得出R25(1)＝R25(2)。在相同温度下，B值更小的NTC温度传感器。本发明的PTC电加热器干烧保护控制方法具有良好的可行性，具有更高效率、操作流程化、缩短控制器23％的响应时间的特点。
本发明汽车空调在采暖工况下，PTC电加热器3正常工作时，PTC温度传感器2将采集的数据输入到汽车空调控制器1，PTC温度传感器2允许的最高温度，汽车空调控制器1采集到温度值超过预设值A后，说明PTC电加热器3处于故障状态。汽车空调控制器1发送断开PTC高压供电指令，让PTC电加热器3停止工作；当汽车空调控制器1采集到PTC温度传感器2的温度超过预设值B后，即PTC温度传感器2的值仍处于持续一定时间的上升趋势，则说明PTC电加热器3仍在工作；为了防止出现危险事故，汽车空调控制器1进入干烧保护模式对PTC电加热器3的故障现象采取措施，此模式下空调系统处于不可手动调节状态，直至PTC温度传感器2恢复正常工作温度范围。

Claims (8)

1.汽车空调PTC电加热器干烧保护控制系统，其特征在于，硬件连接包括汽车空调控制器(1)，汽车空调控制器(1)的I/O输入端连接PTC电加热器(3)，PTC电加热器(3)表面布置PTC温度传感器(2)，汽车空调控制器(1)分别电连接PTC高压接触器(4)、冷暖风门执行器(5)、鼓风机调速模块(6)、模式风门执行器(7)、循环风门执行器(8)、仪表盘报警(9)。
2.根据权利要求1所述的汽车空调PTC电加热器干烧保护控制系统，其特征在于，PTC温度传感器(2)采用NTC温度传感器。
3.汽车空调PTC电加热器干烧保护控制方法，其特征在于，如权利要求1所述的汽车空调PTC电加热器干烧保护控制系统，具体按照以下步骤进行实施：
步骤1，PTC温度传感器(2)采集温度值输送到汽车空调控制器(1)；
步骤2，汽车空调控制器(1)对PTC温度传感器(2)采集当前温度值进行干烧模式判断处理；
步骤3，进入干烧模式后，汽车空调控制器(1)对PTC温度传感器(2)采集当前温度值进行干烧保护模式判断处理。
4.根据权利要求3所述的汽车空调PTC电加热器干烧保护控制方法，其特征在于，所述步骤1具体过程为，正常开启汽车空调暖风模式，纯电动汽车空调各电路均处于正常状态，PTC温度传感器(2)实时采集PTC电加热器(3)表面的温度值作为汽车空调控制器(1)的输入量，实时反馈至汽车空调控制器(1)。
5.根据权利要求4所述的汽车空调PTC电加热器干烧保护控制方法，其特征在于，所述步骤2中，判断进入干烧模式具体过程为，汽车空调控制器(1)中预设温度预设值A和B，A不大于B，预设值A设为汽车空调在采暖工况下，PTC电加热器(3)正常工作时，PTC温度传感器(2)允许的最高温度；当PTC温度传感器(2)采集当前温度值大于预设值A时，汽车空调控制器(1)发送指令，PTC高压接触器(4)停止工作，进入干烧模式，直到温度值不大于预设值A时，干烧模式执行结束后停止发送。
6.根据权利要求5所述的汽车空调PTC电加热器干烧保护控制方法，其特征在于，所述步骤3中，判断进入干烧保护模式具体过程为，当PTC温度传感器2采集当前温度值大于预设值B时，汽车空调控制器(1)强制进入干烧保护模式，汽车空调控制器(1)发送指令，控制冷暖风门执行器(5)运行到全暖位置；鼓风机调速模块(6)控制鼓风机风量处于最大档风状，模式风门执行器(7)运行到最大除霜模式，循环风门执行器(8)处于外循环模式指令；再次判断当PTC温度传感器(2)采集当前温度值是否大于预设值B，当大于预设值B时，仪表盘报警(9)仪表盘闪烁显示PTC故障标识同时伴随报警声为流程结束标志；否则空调恢复至干烧保护前状态，此时干烧保护模式不退出，直至采集当前温度值不大于预设值B。
7.根据权利要求4所述的汽车空调PTC电加热器干烧保护控制方法，其特征在于，所述汽车空调控制器(1)的输入量通过布置在纯电动汽车PTC电加热器(3)表面的NTC温度传感器实时采集PTC当前的温度值，NTC温度传感器通过长为310mm的两端口接插件连接在汽车空调控制器(1)的信号输入端和GND外插引脚A1、A2上。
8.根据权利要求7所述的汽车空调PTC电加热器干烧保护控制方法，其特征在于，所述步骤1中汽车空调控制器(1)将采集到的温度模拟量实时通过R-T换算公式进行转换，通过计算得出不同温度对应的阻值，从而得到A1、A2两个引脚之间产生不同电流IA1A2；
Rt＝R0*exp[C(1/(T1)-1/(T0))] (1)
公式(1)中，Rt是待求的热敏电阻在T1温度下的阻值；R0是已知的热敏电阻在T0温度下的标称阻值；C为热敏电阻的热敏指数，通常取3270；exp是已知的e的n次方；T1和T0是K度，即开尔文摄氏度，K度＝绝对温度273.15+摄氏度，为已知量。
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