CN1281594A - 用于要被安装在机动车内的空气调节装置的电子转换电动机的电源系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于空调装置的一个电子转换电动机的电源系统,所述的电源系统是用来安装在机动车内并包括一个太阳能电池板(13),它是车辆的一个组成部分并提供电能给电动机(4,52)。电动机(4,52)可以进一步由车载电池(54)供电,用这种方式,在电动机(4,52)和太阳能电池板(13)之间既不需要特殊的设备以转换能量也不需要转换装置。太阳能电池板(13)可以使用比车载电池的电压高的电压输出,用这样的方式在适合实现系统中能量损耗重大减少的一个电压及电流水平上,用相同的导线截面或者根据低电压太阳能电池板的已知技术,吸取可利用的电能。

Description

用于要被安装在机动车内的空气调节装置 的电子转换电动机的电源系统
本发明涉及用于要被安装在机动车内的空气调节装置的一个电子转换电源系统。
在车辆停放时，车辆乘客舱的空气制冷因在发动机被关闭时缺乏提供电能的自备电源而大大地被限制。
事实上，由已放在车辆中的蓄电池提供的总的电能不足以保证这样延长时间的空气冷却。
在另一方面，要在汽车内完成这样的功能是非常有用的，以便获得真正满足车辆使用者舒适度的优点；此外，根据现有技术，在车辆中现有的空调系统通过减少在加热发动机点火时要消除掉的热量甚至可能更有效。
以太阳能电池板的形式在车顶上的光生伏打电池的安装部分地使上文提到的困难得以克服，因为空调装置的风扇通过由太阳能电池板提供的能量供电。
然而，由于经济原因，同样的风扇电动机被使用，而且所述的风扇也由车辆的蓄电池供电，考虑到由太阳辐射和电池板温度的变化所导致的可利用电能的波动，这需要将至少一个能量转接器插在电动机和太阳能电池板之间，以便用这样的方式有效地利用可利用的电能。
图1表示用于传统汽车使用的太阳能电池板的V-I特性的笛卡儿坐标图，其中，在横坐标轴上，电压值(V)用伏特表示并且在纵坐标轴上，电流强度值(I)用安培表示。
显然这样的太阳能电池板直到由A表示的轴线实际上类似于一台电流发生器，A刚好接近图1的笛卡尔图所表示的曲线的拐点。
在所述的图1中，在特性曲线上有一个用字母G所表示的一个点，等于700W/m2的辐射流和大约摄氏25度的温度，其中电池板具有它的最大能效。
由输出电压和输出电流的乘积所给出的最大能效点的轨迹，在辐射的入射功率变化时非常接近一个垂直的直线(在图1中由字母X所表示的等压线)，在温度变化时，最大能效点的轨迹是一条水平直线(等流线)。
另外，在图1的笛卡儿坐标图中，在65°温度上的一个最大能效点用字母H来表示。
可以证明每开氏度效率减少大约0.5％。
当电源是一个带有高动态阻抗的元件，比如像在太阳能电池板情况下的一个电流发生器时，带有换向器的直流电子设备被优选为给定电压源，电池板-电动机系统在因低太阳辐射条件而恶化的低效率状态下运行。
要克服这个缺点，如图2所示。一个直流转换器被插在太阳能电池板和电动机之间，其中对应于太阳能电池板的一个框由数字13表示；对应于电动机的一个框由数字4表示，对应于直流转换器的一个框由数字2表示。
由图2中的数字3所表示的一个电能输出控制装置可以与通常用6表示的车辆的导线接口。
要改善能量的匹配，这样的实施例是必需的，然而，这种类型的解决方案在经济上及在整个尺寸和重量上都是昂贵的。
此外，必需考虑总的能量平衡，由直流转换器2所必然产生的转换损失。
总之，如通常在汽车中所做的，如果转换器2被装在太阳能电池板13的附近，升高的电流强度值通过导线电阻5并且这事实上促使系统效率降低。
最后，要使系统在系统在最大效率点工作，必须在电池板13上提供一个温度传感器，这必然增加产品的成本。
本发明的一个目的是要克服上文提到的缺点，并要表明用于要被安装在车辆内的空调装置的一个电子转换电动机的一个电源系统，以便在太阳能电池板的输出端最大限度地利用可利用的能量给电动机供电，而不会在二者之间插入任何的电子转换或者电子控制装置。
这个发明的另一个目的是要获得一个电子转换电动机的电源系统，而不使用昂贵的元件或者复杂的技术。
这样的目的，根据被作为参考的权利要求1，通过用于要被安装在机动车内的空调装置的一个电子转换电动机的供电系统，被实现。
利用一个电子转换电动机和一个双机的操作特性，即在它的电子控制单元中使用一个微处理器和一个很低摩擦方法的转子悬挂装置，有可能在二个不同的操作模式中利用前面所说的电子转换电动机，获得如在权利要求1中所要求的电源系统，一种操作模式针对由蓄电池和由在机动车中找到的传统电子系统所供电的系统，另一种操作模式针对由太阳能电池板所产生的电能。
二种操作模式之间的转换是自动的而且即不需要任何附加元件也不需要来自外部电源的信号，因为它使用了在常用类型的电子转换电动机中已有的一个电磁继电器。
本发明的特性和优点在下列说明中，使用不受局限的例子，及通过参照附图将变得清楚，其中：
图1表示笛卡尔坐标图，说明用于一种已知类型汽车的太阳能电池板的电压-电流特性；
图2说明用于电刷式电动机和带有用于常用类型空调装置的附加变频器的换向器的一个电源系统的框图；
图3表示根据本发明要被安装在机动车空调装置内的一个电子转换电动机电源系统的总框图；
图4表示根据本发明由一个电源系统供电的电子转换电动机的总框图；
图5表示根据本发明要被安装在机动车空调装置内的电子转换电动机电源的另一个实施例的框图；
图6表示根据本发明电子转换电动机电源的另一类型实施例的一个简要图。
参照上文提到的附图，根据本发明，一个要被安装在电源系统内的太阳能电池板用数字13简要地表示，用于改善电能匹配的“DC-DC”型的直流转换器用数字2表示，一个电能控制电子装置用数字3表示，一个电子转换电动机用数字4表示，机动车的电源线用数字5表示，控制线路用数字6表示，而要被放在太阳能电池板13上的温度传感器用数字7表示。
特别参照图4，它表示带有一个双机的电子转换电动机4的原理图，根据这个发明，电源系统的工作方案如下。
在电触点的断开可以由点火锁钥匙或由发送一个合适的等效信号10被启动时，包含于电动机4的继电器k1通过电子控制单元12被释放并且通过继电器k1的一个静触点电动机4的供电由在电导体3上用13所表示的太阳能电池板保证。
继电器k1最好包括带有用导线连接到太阳能电池板13的静态触点和用导线连接到车辆电子系统电池54的励磁触点的一个机电的或者电子转换开关，用这样的一种方式，电动机4不用控制自动地预设使用太阳能电池板13电能的一个操作模式，而不必使用信号或与机动车电子系统的其它部分互换电能。
集成在电动机4的结构中并且不是故意被增设的达到本发明目的转换继电器k1，进一步被用于当电池54供电给上文提到的电动机4时防止太阳能电池板13受电池54的反向电压作用。
在辐射条件合适的情况下，控制单元12的微处理器，根据继电器k1被释放时在导体41上出现的电压值，判别太阳能电池板13的操作性能。
否则，如果上面所述的电压值不够，微处理器的复位电路14在供给电压还没达到系统正常运行时的值时使电路保持在静止状态。
电路14也提供电能给电子控制单元12。
在太阳能电池板13的末端可利用的电压通过电动机4的线圈L1和I3被加到电容C1上，用于电动机4工作，同样将电能提供到高压设备22，由于它被放在“升压”转换器的下游，因此它具有一个电流发生器做为它的电源，所述的发生器在普通模式下，由在转换模式下的线圈L2和L3及由二极管D3和D4所表示，并且在控制单元12的微处理器检测到太阳能电池板13存在的情况下由太阳能电池板自己所表示。
也必须注意到二极管D3和D4是电动机4电源系统的构成元件以及它们不是增加的以达到本发明目的的元件；然而在这种情况下，它们可以被使用，在太阳能电池板13在低光照的条件下作为电能供给者工作时，用来防止太阳能电池板13由空气动力学或惯性的影响所导致的电动机4的旋转所引起的反向电压现象。
设备22的工作控制，通过微处理器用脉宽调制(“PWM”)驱动“mosfet”晶体管TR2和TR4及将电容C1上的电压稳定为对正被使用的太阳能电池板13是一个最佳效率值，而进行。
电压的稳定通过修正在“PWM”模式下调制的信号的“工作循环”值被实现。
在这种情况下，电动机4在等压条件下工作，即，太阳能电池板13的电压-电流特性在太阳辐射强度改变时沿着最大效率点的轨迹移动。
这种类型电动机4的低静态转矩特性使电动机以太阳辐射的很低水平启动。
在任何情况下，如果电动机4因为它自然地位于零转矩点而不启动，则微处理器可以通过操作设备111的“mosfet”晶体管TR1和TR3控制转子定位的操作。
考虑到太阳能电池板13的效率变化由于温度也具有很长时间的恒定值，包含于控制单元12的微处理器中的一个应用程序周期地控制在工作点周围“工作循环”的微小变化，验证这些变化如何具有对电动机4的旋转速度的影响。
事实上，旋转速度的测量是由用于电动机4正确运行控制的微处理器进行的一个普通功能，而且如果旋转条件的增加被验证，则应用程序将认为这个新的点是一个合适的工作点；否则它将保持前面的工作点不变。
控制微处理器的应用程序事实上以这样的方式被实现以使得利用高压设备22来操作，所述设备的元件包括“mosfet”晶体管TR2和TR4及电感L2和L4，所述的设备优选与太阳能电池板13的电能匹配。
用这种方式，由于在等流条件下对工作点的校正，有可能覆盖使用它的满载的太阳能电池板13整个特性。
应该注意到，当微处理器工作并知道太阳能电池板存在时，没有信号与车辆的常用电力系统交换，保证了电动机4的运行功能和由机动车电源54排出的零或者可忽略不计的电流，机动车通常包括一个蓄电池。
此外，应该注意到自动转换，在有太阳能电池板13的情况下，要求电动机4必须保证寿命与机动车的寿命不相上下，大约等于30,000工时。
带有高可靠性转子支承的无刷电动机4，52的实施例是获得预定寿命目标的最好的技术和经济方案。
如果在太阳能电池板13末端上可利用的电压是低的，有可能在太阳能电池板自身13或者蓄电池54和在高压下，例如60V设计运行的并进一步带有适用于调整其功能的电子控制单元53的换向器电动机52之间插入一个“升压”型电源51。
图5表示了这样一个构造的应用框图，其中继电器k1被突出，所述的继电器可以在对应于普通操作的模式和对应于带有太阳能电池板13的操作模式的两个不同操作模式之间转换。
另一个电子控制电路55由机动车驱动并适当地调节作为一个电压升压器工作的“升压”电源51，以比较连接到导体411的蓄电池电压54与在高压52下的电动机的额定电压。
在希望把太阳能电池板13的能量接向负载元件60而不是电动机52的情况下，电动机52的电子控制单元53通过操作可能是一个电磁继电器或者是一个电子开关的开关I断开电动机自身并且，通过电子电路控制55，有可能从太阳能电池板13以期望的电压值产生能量给一个外部负载60，例如，就是车辆的蓄电池54，在这种情况下，即使在机动车热机被关闭时，它仍保持充电。
此外，同样的结果可以利用在“无刷”型电动机内现有的电路，只通过增加开关I被得到。
一个电路的应用在图6中被表示，其中重点是设备22被切断并未被使用，而两个mosfet(金属氧化物场效应晶体管)晶体管TR1和TR3，通过借助于在电动机52上已有的电子元件(L1，L3，D3，D4，C1，C2，控制单元12的微处理器)操作的一个脉冲宽度调制控制(“PWN”)被并联地驱动，作为一个升压电源，它通过由控制单元12的逻辑控制单元所适当控制的一个机电或电子开关I供电给一个外部负载60。
也是在这种情况下，负载60可能是机动车蓄电池54。
控制单元12的微处理器通过测量在电容终端C2上的电压并且同样也使太阳能电池板13在最大效率点工作，优选能量的转换。
重点要强调的是电容C1和C2及设备112的总电感是一个电子转换电动机电源系统的构成元件并且它们不是为这个发明的目的增加的元件。
此外，它们可以被用作∏型电磁滤波器“EMI”用于机动车电力系统防止由工作电动机52的“无刷”型式所导致的问题。还要注意的是，如果需要提供稳定的电源给具有低于太阳能电池板输出电压的一个工作电压的其它负载60，这又可以通过继电器I被进行并且设备22在作为一个“支路”并联的线性调节器运行时将提供稳压。
要被安装在机动车空调装置内的一个电子转换电动机的电源系统的上述说明，特性以及优点，是清楚的。
尤其，它们被表示为：
可能通过机动车电池或者太阳能电池板作为车辆的整体部分给机动车空调单元的通风机风扇供电，而不需要插入任何外部元件给电动机用于能量的转换或者用于在电动机和太阳能电池板之间的电的匹配；
可能在高压下使用太阳能电池板，在高压及低电流下收集可利用的电能以使得，用相等的导线截面，其中的电能损耗最小；
可能防止机动车电动系统由工作电动机所产生的问题；
可能防止太阳能电池板在系统运行期间，电池反向电压的作用；
可能防止太阳能电池板，在系统用太阳能电池板在低光照条件下工作时，因空气动力学或惯性影响由电动机旋转所导致的反压；
在辐射条件及温度条件改变时，不使用传感器或定做的电连接时，太阳能电池板的最大效率点的自动搜索；
类似于传统的电动机电气电路图，不用太阳能电池板供电的简单结构；
作为“升压”电源工作的系统，将太阳能电池板的能量输送到一个包括例如车辆的蓄电池的外部负载上，通过由控制单元的微处理器控制的，一个预先规定的数字算法，使能量转换效率最大；
可能在系统用太阳能电池板工作时，提供一个低绝对值的稳定电压给一个外部负载。
除了上面提到的那些之外，很清楚对于根据本发明电子转换电动机的电源系统，其它几种变化可以被制造，而不脱离发明思想的构成原理，而且使用的元件和材料根据具体的技术要求可能是不同的。

Claims (23)

1.一种要被安装在用于机动车的空调装置内的电子转换电动机(4，52)的电源系统，特征是包括被电气连接到所述电动机(4，52)的至少一个太阳能电池板(13)，所述的电动机(4，52)通过现在的常用的车辆电气系统被交替地供电，在电动机(4，52)的电源模式之间的转换是自动的并且即不需要任何附加元件也不需要来自外部电源的特殊信号。
2.如权利要求1中所要求的电源系统，其特征在于所述太阳能电池板(13)包括一组串联小区，与现有技术相比以高压值和低电流强度值这样一种方式搜集可利用的电能，以便与传统的电源系统相比，利用与所述电气系统相同的导线截面，使在所述电源系统的电子系统内的能量损耗更低。
3.如权利要求1所要求的电源系统，其特征在于所述的电子转换电动机(4)包括至少一个开关装置(k1)，它可以在对应于系统的二个操作模式的至少二个不同的位置之间借助于由至少一个控制单元(12)所提供的控制转换，所述的开关(k1)交替地连接电子转换电动机(4)与至少一个电能蓄电池(54)或所述的太阳能电池板(13)。
4.如在权利要求3中所要求的电源系统，其特征在于所述开关(k1)包括一个机电继电器或者一个电子开关，如果电池模式不需要电子控制便能够操作，在连接到所述开关(k1)的至少一个导体(31)上测量的电压值高于一个预定值时，该开关自动地将所述电动机(4)连接到所述太阳能电池板(13)。
5.如权利要求3所要求的电源系统，其特征在于所述太阳能电池板(13)通过所述电子转换电动机的至少一个线圈(L1，L3)和至少一个电容(C1)被连接，用这样的方式给位于升压转换器下游的一个高压电子电路的第一部分(22)供电，它包括至少一个“mosfet”晶体管(TR2，TR4)和至少一个线圈(L2，L4)。
6.如权利要求5所要求的电源系统，其特征在于电子电路的所述第一部分(22)具有作为它的电源(14)的一个电流发生器，它在第一系统工作模式中包括所述的蓄电器(54)，在转换模式中的多个线圈(L2，L3)及多个二极管(D3，D4)，并且可替换地在第二系统工作模式中包括所述的太阳能电池板(13)。
7.如在权利要求6中所要求的电源系统，其特征在于所述电子控制单元(12)包括至少一个微处理器，它通过用脉冲宽度调制(PWM)驱动所述的“mosfet”晶体管(TR3，TR4)控制电子电路所述第一部分(22)的运行，由此将在所述电容(C1)上的电压稳定到对使用的太阳能电池板(13)是一个最大效率值。
8.如在权利要求7中所要求的电源系统，其特征在于所述微处理器使用一个用于计算机的应用程序，它周期地进行在所述太阳能电池板(13)的工作点(G，H)周围的“工作循环”的微小变化，验证这样的变化对所述电动机(4)的旋转速度具有怎样的影响，以便计及由于温度和/或辐射条件的变化，所述太阳能电池板(13)的效率变化。
9.如在权利要求6中所要求的电源系统，其特征在于所述开关(k1)在系统在所述二个工作模式中的一个模式下工作时，被用于防止所述太阳能电池板(13)与所述电池(54)的电压相反。
10.如权利要求6中所要求的电源系统，其特征在于所述二极管(D3，D4)在系统在所述二个工作模式中的一个模式下工作时，被用于防止太阳能电池板因空气动力学或惯性影响由所述电动机(4)的旋转所导致的反向电压。
11.如在权利要求10中所要求的电源系统，其特征在于在所述电动机(4)因为它被放在静态转矩等于零的一个点而不运动时，所述微处理器能够通过启动所述电源系统电子电路的第二部分(111，112)的多个“mosfet”晶体管(TR1，TR2)，控制旋转定位操作。
12.如在权利要求1中所要求的电源系统，其特征在于所述换向器电动机(4，52)被设计为在高压，例如在60V下工作并且它被连接到一个电子控制单元(53)以调节它的运行。
13.如在权利要求6和12中所要求的电源系统，其特征在于进一步包括电子控制电路(55)，它由所述的机动车驱动并且适当地调节所述电源(14)，以优选能源效率。
14.如权利要求12所要求的电源系统，其特征在于所述的电子控制单元(53)切断所述的高压电动机(52)，以便将所述太阳能电池板(13)的能量引向在所述高压电动机(52)外侧的至少一个负载(60)。
15.如权利要求13和14所要求的电源系统，其特征在于所述控制电子电路(55)启动一个开关元件(I)，用这样一种方式使太阳能电池板(13)可利用的能量以一个预定的电压值用于所述外部负载(60)。
16.如在权利要求15中所要求的电源系统，其特征在于所述开关元件(I)包括一个电磁继电器或者一个电子开关。
17.如在权利要求3和4中所要求的电源系统，其特征在于所述外部负载(60)包括所述的机动车蓄电池(54)，它既使在机动车热机被关闭时也被稳定地充电。
18.如在权利要求5和11中所要求的电源系统，其特征在于电子电路的所述第一部分(22)被截止，而电子电路所述第二部分(111，112)的所述“mosfet”晶体管通过由所述电子控制单元(12)控制的一个脉冲宽度调制控制(PWM)被并联地驱动。
19.如在权利要求18中所要求的电源系统，其特征在于所述的电子控制单元(12)和所述的电源(14)与在所述电动机(4，52)上现有的电子元件(L1，L3，D3，D4，C1，C2)一起作为“升压”电源系统工作，能通过由电子控制单元(12)的所述微处理器所控制的一个机电或者电子开关装置(I)给至少一个外部负载(60)供电。
20.如在权利要求19中所要求的电源系统，其特征在于所述的外部负载(60)包括所述机动车蓄电池(54)。
21.如在权利要求19中所要求的电源系统，其特征在于所述微处理器通过测量在电子电路中至少一个电容(C2)的端子上的电压值优选能量转换，使所述太阳能电池板(13)在最大效率点工作。
22.如在权利要求19中所要求的电源系统，其特征在于所述电动机(4，52)通过如一个并联的“支路”线性调节器那样工作，将稳定的电压提供到其它外部负载(60)，所述稳定电压也由所述电动机(4，52)的电子电源电路的至少一个电容(C1)被进一步释出。
23.如在权利要求11所要求的电源系统，其特征在于电子电路的所述第二部分(111，112)包括多个电子元件(C1，C2，L1，L3)，用于防止机动车电子系统由电动机的操作所引起的问题。
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