CN1799887A

CN1799887A - 汽车电器制冷空调系统

Info

Publication number: CN1799887A
Application number: CNA2005100358898A
Authority: CN
Inventors: 杜文忠; 范建华; 李洮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2006-07-12
Also published as: WO2007006207A1

Abstract

汽车电器制冷空调系统，本发明涉及汽车空调技术领域，本系统包括：(1)汽车发动机带动的发电机；(2)用于控制由发电机输出的电压、电流的控制电路；(3)受控制电路控制的电动制冷压缩机。系统中用于控制由发电机输出的电压、电流的控制电路还包括电压、电流调节电路。电动制冷压缩机为直流电动压缩机，或交流电动压缩机，或交流变频控制电动压缩机，或直流变频控制压缩机。电动制冷压缩机为交流变频控制电动压缩机时，用于控制由发电机输出的电压、电流的控制电路为交流变频控制电路。电动制冷压缩机直流变频控制电动压缩机时，用于控制由发电机输出的电压、电流控制电路为直流变频控制电路。

Description

汽车电器制冷空调系统

技术领域

本发明涉及汽车空调技术领域，特别涉及汽车空调机电器制冷技术。

技术背景

目前，汽车制冷空调系统都是由发动机通过皮带带动机械式压缩机工作，达到制冷目的；压缩机的工作与否，即接通与否是靠离合器的控制。这种控制方式为机械式控制，存在有阻力消耗大、接通离开时震动及噪音大、乘坐时舒适感差、机械损耗严重。特别是在汽车高速行驶时，制冷空调压缩机通过离合器的突然接入，发动机负荷的瞬时加大，更会产生强烈的震动及噪音，降低了车速，并使乘坐舒适感降低。另一方面，制冷空调压缩机通过离合器的频繁接入、分离的转换，使得车内空气温度变化大，即增加能耗，又加大机件的损耗。

技术内容

本发明目的是避开原汽车制冷空调系统是由发动机通过皮带带动机械式压缩机工作的方式，提供一种节约能源，噪音小，无震动，车内空气温度变化小，乘坐舒适的汽车电器制冷空调技术。

本发明目的可通过以下技术方案实现，汽车电器制冷空调系统包括：

(1)、由汽车发动机带动的发电机；

(2)、用于控制由发电机输出的电压、电流的控制电路；

(3)、受控制电路控制的电动制冷压缩机。

汽车电器制冷空调系统中，由汽车发动机带动的发电机输出的电压为可为12伏或24伏。

汽车电器制冷空调系统中，为了使由发电机输出的电压、电流与电动制冷压缩机相匹配，控制电路还包括电压、电流调节电路。该调节电路可以是升压电路。

汽车电器制冷空调系统中，电动制冷压缩机可为直流电动压缩机，或交流电动压缩机，或交流变频控制电动压缩机，或直流变频控制电动压缩机。

当电动制冷压缩机为交流变频电动压缩机时，用于控制由发电机输出的电压、电流的控制电路为交流变频控制电路。

当电动制冷压缩机为直流变频电动压缩机时，用于控制由发电机输出的电压、电流的控制电路为直流变频控制电路。

本发明与现有技术相比，避开了原汽车制冷空调系统是由发动机通过皮带带动机械式压缩机工作的方式，提供提供了节约能源，噪音小，无震动，车内空气温度变化小，乘坐舒适的汽车电器制冷空调技术。

附图说明

图1为汽车电器制冷空调系统原理框图一；

图2为汽车电器制冷空调系统原理框图二；

图3为交流控制电动压缩机原理框图一；

图4为交流控制电动压缩机原理框图二；

图5为交流控制电动压缩机电路原理图；

图6为交流变频控制电动压缩机原理框图一；

图7为交流变频控制电动压缩机原理框图二；

图8为交流变频控制电动压缩机电路原理图；

图9为直流变频控制电动压缩机原理框图一；

图10为直流变频控制电动压缩机原理框图二；

图11为直流变频控制电动压缩机电路原理图；

图12为交流变频控制或直流变频控制电动压缩机驱动电路图。

具体实施方式

图1和图2为汽车电器制冷空调系统原理框图。图1为控制系统的电源引自发电机输出端。图2为控制系统的电源引自发电机经整流稳压输出端。

图1和图2中1为汽车原有电路框图；其中10为汽车发动机，经皮带带动发电机11发电，经整流电路12输出直流12V或24V，再经充电电路13向蓄电池14充电，充电电路还负责是由直流12V或24V还是由蓄电池向车内有关设备15供电。

图1和图2中2为汽车电器制冷空调系统控制电路框图；变压电路20为可选部分，主要决定于电动压缩机22的电气性能。图1所示的电路，经变压电路20变压及交流稳压输出，经控制板21控制电动压缩机22工作，此系统较适合于普通交流电动压缩机。图2所示的变压电路20，经逆变，整流，经控制板21控制电动压缩机22工作，此系统较适合于交流变频或直流变频控制的电动压缩机。

控制板21为对于汽车电器制冷空调系统是必须部分，根据普通交流、交流变频、直流变频控制的电动压缩机电路有所不同，基本包括电源：整流、滤波、稳压电路，单片机MCU或DSP及其外围电路，温控电路，负载的驱动电路，显示电路，键盘电路，控制板通信电路，保护电路，交直变频的三相PWM电路等，另外交直变频控制的电动压缩机还包括智能模块IPM。

本技术是将原机械传动压缩机改为电动压缩机，这样机械传动压缩机引起的震动、噪音，及寿命短、舒适性差可以得到根本解决。特别是引入变频控制后，系统整体性能得到更好的改善。

制冷系统的原理如图1及图2中3所示，制冷系统3主要由电动压缩机22、四通换向电磁阀30、气液分离器32、冷凝器31、膨胀阀33、蒸发器34、内外风机及其管路组成。其工作过程为：电动压缩机出气口将制冷剂压缩成高温高压的气体，经四通阀流向冷凝器，冷凝器由外风机向车外散热，变成中温中压气液混合物，经膨胀阀的节流作用变成低温低压的液体，流向蒸发器，吸热变成低温低压的气液混合物，内风机向车内吹冷风，从而达到车内制冷的目的，这种低温低压的气液混合物经四通阀流向气液分离器，分离出液体和气体，气体经电动压缩机口气口返回，接着开始下一个循环过程。

汽车电器制冷空调系统原理有两种。第一种，如图1所示，为设有变压电路的交流控制电动压缩机电源引自发电机输出端原理框图。第二种，如图2所示，为经过变压电路的控制电动压缩机电源引自整流电路输出端原理框图。是否经过变压电路，主要由电动压缩机的电气特性决定。

方法一：普通交流控制电动压缩机，原理如图3，图4所示。

原理有两种，第一种，如图3所示，为设有变压电路的交流控制电动压缩机原理框图。第二种，如图4所示，为不经过变压电路的交流控制电动压缩机原理框图。是否经过变压电路，主要由电动压缩机的电气特性决定。

具体的实施电路如图5所示，为汽车普通交流控制电动压缩机电路原理图，既控制板电路介绍如下：

电源部分：

D100-D104，E100-E102，C100-C102，7812，7805为整流、滤波、稳压电路。

单片机MCU：

ICI为MCU，是三菱8位机M37544，8K ROM，256BYTES RAM。CNVSS经4.7K电阻接地；+5V电源经E200，C202接至VCC，VREF。D200，R202，C203组成复位电路，接至RESET。CRY，R201，C200，C201组成振荡电路引到XIN，XOUT两脚。

过零电路：

由R209-R212，C206，Q200组成，交流电的过零点由此电路整形成符合要求的波形送到MCU的P37产生外中断，过零外中断程序主要是处理双向可控硅Q300的触发。

温控电路：

R203，R204是两个热敏电阻，主要用来检测室温和电动压缩机盘管温度。温控电路由R203-R208，C204-C205组成，引到MCU的P20，P21两脚，由程序根据外界条件来进行温控。

驱动电路及负载：

IC3，IC4是两片2003，IC4用来驱动步进电机，带动风栅；IC3用来驱动蜂呜器及带动压缩机、换向阀、外风机等负载的继电器。

内风机及其驱动电路：

内风机是一个PG电机，由双向可控硅Q300为BCR8PM，IC2为MOC3021。整个电路由IC2，Q300，R300-R302，C300-C302，L300，Z300组成，PG电机的反馈信号经R214-R215，C209滤波后送到MCU的POO脚。经MCU的程序PID控制，内风机风速可以进行平滑调节。

显示及键盘：

显示部分可以是数码管或LCD等，键盘则采用矩阵式扫描。

方法二：交流变频控制电动压缩机，原理如图6，图7所示。

原理有两种。第一种，如图6所示，为设有变压电路的交流变频控制电动压缩机原理框图。第二种，如图7所示，为不经过变压电路的交流变频控制电动压缩机原理框图。是否经过变压电路，主要由电动压缩机的电气特性决定。

具体的实施电路如图8所示，为汽车交流变频控制电动压缩机电路原理图，既控制板电路介绍如下：

电源部分：

C200-C206，L200-L202组成AC滤波电路。+5V，+12V由变频模块板提供。

单片机MCU：

IC1为MCU，是三菱16位机M37906，最大60K ROM，3K RAM。+5V电源经E100，C100接至VCC，AVCC。D100，R101，E101组成复位电路，接至RESET。CRY，R100，组成振荡电路引到XIN，XOUT两脚。AVSS及MD0、VSS接到地。

三相PWM电路：

三相PWM电路集成到MCU内部，经程序控制由P65-P60输出三相六个桥臂U，V，W，UN，VN，WN信号经电阻R126-R131连到IPM模块，死区电路也被集成到MCU内部，通过适当设置死区寄存器防止上下桥臂短路。

温控电路：

RT100-RT102是三个热敏电阻。主要用来检测室温和电动压缩机盘管温度，及蒸发器温度。温控电路由R105-R107，C102-C104组成，引到MCU的P74，P73，P72两脚，由程序根据外界条件来进行温控。MCU内部AD转换器的参考电压由IC2提供，IC2为431，其外围由R102-R104，E102，C101组成，IC2的1脚连接到MCU的VREF脚。

驱动电路及负载：

IC5是一片2003，用来驱动压缩机、换向阀、外风机等负载的继电器。车内，车外控制板通信电路：

IC3，IC4是两片光电隔离电路，由R121-R125，C104-C109，Q100，D106，L101组成，可实现车内，车外控控制板双工通信。

交流电流保护电路：

L100是一只互感器，交流母线的电流流过时，会在互感器次侧产生感应电压，经D101-D104整流，再经R109，R120，E103，C105滤波，经D105限幅，最后由R108连接到MCU的P71脚，由内部AD转换，程序控制进行AC电流的监控。

IPM保护电路：

IPM是三菱PM20CTM060。当IPM模块出现异常情况，如过压，欠压，过流，过热，短路等，IPM模块自动关断且会输出一个信号至MCU的P60UTCUT，由程序实施监控以保护IPM模块：当出现上述异常情况出现时，程序停止U，V，W，UN，VN，WN的PWM输出以保护IPM模块，否则由MCU的P57会输出一个使能信号，允许与IPM相连的光电藕合器电源工作。

方法三：直流变频控制电动压缩机原理，如图9，图10所示。原理有两种。第一种，如图9所示，为设有变压电路的直流变频控制电动压缩机原理框图。第二种，如图10所示，为不经过变压电路的直流变频控制电动压缩机原理框图。是否经过变压电路，主要由电动压缩机的电气特性决定。

具体的实施电路如图11所示，为汽车直流变频控制电动压缩机电路原理图，既控制板电路介绍如下：

电源部分：

+5V，+12V由变频模块板提供，IC2及E100-E101，C100-C101可将+5V稳压滤波为+3.3V，参见原理图。

DSP：

IC1为DSP是TI DSP TMS320LF2402，8K×16BITS EEPROM，544WORDS×16BITS RAM。+3.3V电源接至VDD，VDDO，PLLVCCA，VREFHI。VSS，VSSO；VREFLO共地。IC5，R202，C204组成复位电路，IC5的3脚接至DSP的RS脚。CRY，R201，C202-C203，组成振荡电路引到XIN，XOUT两脚。

三相PWM电路：

三相PWM电路集成到DSP内部，经程序控制由PWM1-PWM6输出三相六个桥臂U，V，W，UN，VN，WN信号经电阻R221-R226连到IPM模块，参见原理图。死区电路也被集成到DSP内部，通过适当设置死区寄存器防止上下桥臂短路。

温控电路：

RT200-RT203是四个热敏电阻，主要用来检测室温和电动压缩机盘管温度，及蒸发器温度，IPM温升等。温控电路由R206-R209，C208-C211组成，引到DSP的AIN04-AIN01四脚，由程序根据外界条件来进行温控。DSP内部AD转换器的参考电压由3.3V供给VREFHI，VREFLO接地，均是10位AD转换器。

驱动电路及负载：

Q200-Q202，R216-R218，D201-D03，用来驱动压缩机、换向阀、外风机等负载的继电器。

控制板通信电路：

IC6，IC7是两片光电隔离电路，由R210-R215，C212-C215，D200，组成，可实现车内，车外控控制板双工通信。

交流电流保护电路：

交流电源经R100-R102，C105降压，再经D100-D103整流，再经R103，E103，C106滤波，经D104限幅，最后连接到DSP的AIN05脚，由内部AD转换，程序控制进行AC电流的监控。

IPM保护电路：

IPM是三菱PM20CTM060。当IPM模块出现异常情况，如过压，欠压，过流，过热，短路等，IPM模块自动关断且会输出一个信号至DSP的42脚PD0，由程序实施监控以保护IPM模块：当出现上述异常情况出现时，程序停止U，V，W，UN，VN，WN的PWM输出以保护IPM模块，否则由DSP的45脚PC2会输出一个信号，允许与IPM相连的光电藕合器电源工作。

其他保护电路：

IC3是TI的TLC272，是两路高精度的放大器。IC4是一片431，可输出较高精度的5V DC向TLC272提供。外围电路由R109-R119，C112-C115，E105-E106，D106组成。一路检测直流电压，一路检测电流，分别送到DSP的AIN07，AIN06脚，由DSP程序实施监控，一旦出现异常，由程序作适当处理。

前述方法二及方法三中交流变频或直流变频控制电动压缩机的驱动电路图的工作过程说明原理图参见图12；

用于交流变频或直流变频驱动电动压缩机的场合。

智能模块IPM：

智能模块选用三菱第三代IPM：PM20CTM060，其参数取决于电动压缩机的电气性能。

IPM电源部分：

来自控制板的直流电源正极接至IPM的P脚，负极接至IPM的N脚，向IPM内部的输出电路提供电源；同时也联接到开关电源作为输入部分，开关电源由FU100，R100-R107，C100-C107，D100-D108，E101-E105，Q100，TRANS100，7805等组成，经整流输出四组直流15V电源向IPM内部的输入电路提供电源，另外一路输出直流12V，经7805稳压为直流5V，地、+5V、+12V接到CN100的7、8、9脚，CN100接至图8的CN100向交流变频控制板提供5V、12V电源，或CN100接到图11的CN105向直流变频控制板提供5V、12V电源。

三相PWM电路：

来自图8 CN100或图11 CN105的1、2、3、4、5、6脚的三相PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN接到CN100的1、2、3、4、5、6脚，经光电隔离器件ICI-IC6光电隔离联接至IPM的UP、VP、WP、UN，VN，WN脚，即为IPM的输入信号，经IPM内部电路处理从IPM的三脚U、V、W符合要求输出以驱动电动压缩机。

保护电路：

当IPM出现故障时，如短路、过流、过温、欠压等，IPM会自动保护，同时IPM的FO脚会输出一个信号经IC7光电隔离接到CN100的10脚，引到MCU或DSP的外中断脚，由MCU或DSP进行适当处理。

Claims

1、汽车电器制冷空调系统，其特征在于系统包括：

(1)、由汽车发动机带动的发电机；

(2)、用于控制由发电机输出的电压、电流的控制电路；

(3)、受控制电路控制的电动制冷压缩机。

2、根据权利要求1所述的汽车电器制冷空调系统，其特征在于由汽车发动机带动的发电机输出的电压为12伏或24伏。

3、据权利要求1所述的汽车电器制冷空调系统，其特征在于用于控制由发电机输出的电压、电流的控制电路还包括电压、电流调节电路。

4、据权利要求1所述的汽车电器制冷空调系统，其特征在于所述电动制冷压缩机为直流电动压缩机，或交流电动压缩机，或交流变频控制电动压缩机，或直流变频控制电动压缩机。

5、根据权利要求4所述的汽车电器制冷空调系统，其特征在于所述电动制冷压缩机为交流变频电动压缩机时，用于控制由发电机输出的电压、电流的控制电路为交流变频控制电路。

6、根据权利要求4所述的汽车电器制冷空调系统，其特征在于所述电动制冷压缩机为直流变频电动压缩机时，用于控制由发电机输出的电压、电流的控制电路为直流变频控制电路。