CN206623645U - 一种车载空调集成控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电元器件及电气控制技术领域，具体来说是一种车载空调集成控制系统，通过两路/多路斩波器的输出占空比调节可以很方便的实现风机的调速，两路/多路调节相互之间没有关联，可以各自独立的调节，且整个功率为2组的功率之和，在总功率一定情况下系统可以自动分配两组风机各自的输出功率，无需人工分配接入风机数量，由于采用了两级可调的设计使得当斩波级电路损坏时仍可以通过可调DC‑DC自身来实现调速，从而使系统实现容错的功能，在实际使用中有些客户采用高，中，低三段或多段的分段调节，当环境温度或气压超出正常范围时，由于采用了两级可调的设计可以由DC‑DC自动降低输出来实现系统无级降额。

Description

一种车载空调集成控制系统

[技术领域]

本实用新型涉及电元器件及电气控制技术领域，具体来说是一种带预充电路及多路风机调压变速控制的车载空调集成控制系统。

[背景技术]

新能源汽车空调的电控系统包含以下3个主要的部件，用来采集信号和发出控制命令的空调控制器,用于驱动压缩机马达的变频器，和用于为蒸发风机和冷凝风机提供合适动力电源的DC-DC变换器。

参见图1，常规的车载空调电控系统的以上3个部件均为独立的产品，电控系统由这些独立部件构成。参见图2，现有技术中还有将变频器和压缩机集成到一起的变频压缩机，用这样的变频一体式压缩机组建车载空调电控系统只需要空调逻辑控制器和DC-DC变换器。参见图3，最新出现的集成型控制器是将空调控制器和DC-DC变换器，变频器集成在一起的集成控制器，进一步提高了集成度。

虽然现有技术不断的发展，系统集成度不断的增大，极大方便了用户的使用。但是还是存在以下一些不足：

1)车载空调的风机分为2组，一组是蒸发风机，一组是冷凝风机，2组风机一般需要单独控制风量，上述的这些控制器需要用户外部匹配风机的调速装置，使得系统复杂，成本较高，用户使用不方便；

2)如果使用2个独立可调的DC-DC变换器分别控制蒸发风机和冷凝风机，除了成本上的增加和配线繁琐，还有一个问题就是蒸发风机和冷凝风机的数量往往不固定，同样是3KW的配置可能存在两种风机功率的配比是20％：80％， 30％:70％，40％：60％，由于功率不是对称的，导致DC-DC的匹配变得困难；

3)集成控制器里面没有单独匹配母线支撑电容组，仅为DC-DC变换器或者是变频器各自匹配的支撑电容，在车载应用中有时候连接到车上直流电源的连线会比较长，没有足够大的母线直流支撑电容常常会引起DC-DC变换器或是变频器输入端过大的电压波动而导致设备异常；

4)空调的风机一般都有很多个，如果出现某个风机异常短路时，往往会影响到其它的风机运行；

5)空调的电控系统往往安装在车顶部位，会经受阳光的直射，有时会有很高的温度，常规的DC-DC输出电压的调节范围有限，在高温下会影响风机的正常工作，而且由于现在的车辆密封性比较好，风机如果停止运转就会影响车厢空气质量。

因此，需要设计一种新型的车载空调集成控制系统。

[实用新型内容]

本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，提供一种带预充电路及多路风机调压变速控制的车载空调集成控制系统,通过两路/多路斩波器的设置能很方便的实现风机的调速。

为了实现上述目的，设计一种带预充电路及多路风机调压变速控制的车载空调集成控制系统，包括变频压缩机、温度控制电路和变换器，其特征在于在变频压缩机前面设有输入预冲单元及支撑电容组电路，以利于电压稳定，变换器采用包括任意电路拓扑的可调DC-DC变换电路、两路斩波器或多路斩波器输出的DC-DC变换器两级调压电路和能够确保故障风机切除的多路熔断器回路，以提高变频压缩机效率，所述的系统电路变频器(3)的u、w、v三个接线端子与压缩机的u、w、v三个接线端子相连，所述的变频器(3)的输入端两根信号线分别连接预充电单元及支撑电容组电路(1)的输出信号线，所述的预充电单元及支撑电容组电路(1)的输入端设有电源和零线信号线，变频器(3)输入端抽头一线连接车载空调集成控制系统PLC模块(2)的信号输出端，车载空调集成控制系统PLC模块(2)的另一信号输出端信号线与DC-DC变换器(4)的输入端b信号线相连，所述的车载空调集成控制系统PLC模块(2)的输入端设有与电源和零线相接的信号线，所述的DC-DC变换器输入端a信号线连接预充电单元及支撑电容组电路VC输出信号线的d端，所述的DC-DC变换器输入端c 信号线连接预充电单元及支撑电容组电源输出信号线的e端，所述的DC-DC变换器的输出端设有两路斩波器，所述的两路斩波器的输出端分别设有若干个熔断器和若干个蒸发风机和冷凝风机相对应，所述的两路斩波器可以替换为多路斩波器。

所述的带预充电路及多路风机调压变速控制的车载空调集成控制系统包括任意电路拓扑的可调DC-DC变换电路、两路斩波器，在任意电路拓扑的可调 DC-DC变换器的输出端直接并接两路斩波器，该两路斩波器的输出端能任意接到空调系统的蒸发或冷凝风机，该两路斩波器由其单独的控制电路独立控制，实现两组风机各自独立进行调速控制。当斩波器发生损坏时，DC-DC变换器也能调节输出从而实现容错运行。所述的斩波器可以接成共“正”的模式，也可以接成共“地”的模式。

所述的多路斩波输出的DC-DC变换器两级调压电路，电源输出Vout外带双路DC-DC变换器来取代双路斩波器，所述DC-DC变换器选用降压式或升压式的 DC-DC变换器，每个DC-DC变换器各带一组风机，单独调节DC-DC的输出电压从而实现风机的调速。

所述的多路斩波输出的DC-DC变换器两级调压电路，电源输出Vout外带双路斩波器能替换为：整个电源的主输出做成一个可调输出的电源能直接带一组风机负载，在上述的主路输出后边再带一个DC-DC变换器，这个DC-DC变换器必须是一个升降压式类型的变换器，主路输出的电压可以调节，根据主路输出电压的高低这个升降压变换器能工作在升压或降压的状态，从而能够独立的调节输出电压从而实现风机的转速调节。

所述的输入预充单元及支撑电容组电路主要有辅助继电器和主继电器2个继电器构成，当2个继电器都关断时，可以使后级设备完全从电网脱离，且振动和冲击会使得继电器的触点发生弹跳会使负载瞬间从供电回路断开而停机，但不会引起预充单元的问题，所述的输入预充单元及支撑电容组电路包括CPU 采样控制电路和主继电器J2与辅助继电器J1及电子元件，电源输入信号线Pi 端上连接辅助继电器J1和主继电器J2常开触点，在辅助继电器J1的另一触点上接有电阻R，电阻R另一端与主继电器J2的另一触点和电容C一端与信号输出端Po相连，电容C另一端连接零线信号输入端N至零线信号输出端n，CPU 采样控制电路的输入电压采样信号线连接电源输入信号线Pi端，CPU采样控制电路的控制开关信号线分别连接辅助继电器J1和主继电器J2常开触点信号线， CPU采样控制电路的电流采样信号线连接零线信号N的CT端，CPU采样控制电路的输出电压采样信号线连接电源信号输出端Po上，所述的CPU采样控制电路的信号输入端分别设有启动信号和启动信号输入工作，当启动信号有效时，预充电调节电路执行给母线支撑电容充电；所述的CPU采样控制电路信号输出端上设有输出准备就绪信号READY，指示预充电完成，变频压缩机可以启动，所述的CPU采样控制电路的信号输出端设有CAN通讯接口，用以连接外部的监控系统。输入预充单元及支撑电容组电路能灵活配置直流支撑电容以适应不同要求的线路补偿，DC-DC变换器与变频器公用母线能降低母线上的纹波，减少发热。输入预充单元及支撑电容组电路能通过硬件电路的继电器触点，也能通过CAN通讯接口用软件将预充单元的相关状态和报警信息送出，软硬件额结合增加了可靠性。多路熔断器回路根据蒸发/冷凝风机组的数量需要设有相对应的多路熔断器回路，以利于风机正常工作。

本实用新型同现有技术相比，组合结构简单可行，其优点在于：

1.通过两路/多路斩波器的输出占空比调节可以很方便的实现风机的调速；

2.两路/多路调节相互之间没有关联，可以各自独立的调节；

3.整个功率为2组的功率之和，在总功率一定情况下系统可以自动分配两组风机各自的输出功率，无需人工分配接入风机数量；

4.由于采用了两级可调的设计使得当斩波级电路损坏时仍可以通过可调 DC-DC自身来实现调速，从而使系统实现容错的功能；

5.在实际使用中有些客户采用高，中，低三段或多段的分段调节，当环境温度或气压超出正常范围时，系统设定到最低段位仍不能满足降额条件时，由于采用了两级可调的设计可以由DC-DC自动降低输出来实现系统无级降额，尽可能维持一定的输出，比如维持密闭车辆的通风有时也是有益的。

6.通过外接电源可以实现预充部分的预检，从而确保继电器触点粘连时高压直流输入不能接入；

7.在车辆运行过程中，振动和冲击会使得继电器的触点发生弹跳，对于本设计辅助继电器触点的弹跳对系统没有影响，当主继电器触点弹跳时会使得功率回路发生开路，负载瞬间从供电回路断开而停机，但不会引起预充单元的问题。

[附图说明]

图1是背景技术中常规车载空调的电控系统图；

图2是背景技术中采用变频一体式压缩机的车载空调电控系统图；

图3是背景技术中最新的车载空调集成控制器的电控系统图；

图4是本实用新型带预充电路及多路风机调压变速控制的车载空调集成控制系统的示意图；

图5是本实用新型的预充及支撑电容组电路示意图；

图6是本实用新型的预充及支撑电容组电路工作时序示意图；

图7是本实用新型两路斩波器可调输出的DC-DC变换器两级调压电路的示意图；

图8是斩波器接成共“地”模式导通时的示意图；

图9是斩波器接成共“地”模式关断时的示意图；

图10是斩波器接成共“正”模式时的示意图；

图11是实施例电源输出Vout外带双路DC-DC变换器来取代双路斩波器的示意图；

图12是实施例整个电源的主输出做成一个可调输出的电源直接带一组风机负载的示意图；

图中：1.输入预充单元及支撑电容组电路 2.车载空调集成控制系统PLC 模块 3.变频器 4.带多路斩波输出的DC-DC变换器 5.多路风机输出熔断器。

[具体实施方式]

下面结合附图对本实用新型作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图4，所述的带预充电路及多路风机调压变速控制的车载空调集成控制系统，包括变频压缩机、温度控制电路和变换器，其特征在于在变频压缩机前面设有输入预冲单元及支撑电容组电路，以利于电压稳定，变换器采用包括任意电路拓扑的可调DC-DC变换电路、两路斩波器或多路斩波器输出的DC-DC变换器两级调压电路和能够确保故障风机切除的多路熔断器回路，以提高变频压缩机效率，所述的系统电路变频器(3)的u、w、v三个接线端子与压缩机的u、 w、v三个接线端子相连，所述的变频器(3)的输入端两根信号线分别连接预充电单元及支撑电容组电路(1)的输出信号线，所述的预充电单元及支撑电容组电路(1)的输入端设有电源和零线信号线，变频器(3)输入端抽头一线连接车载空调集成控制系统PLC模块(2)的信号输出端，车载空调集成控制系统PLC 模块(2)的另一信号输出端信号线与DC-DC变换器(4)的输入端b信号线相连，所述的车载空调集成控制系统PLC模块(2)的输入端设有与电源和零线相接的信号线，所述的DC-DC变换器输入端a信号线连接预充电单元及支撑电容组电路VC输出信号线的d端，所述的DC-DC变换器输入端c信号线连接预充电单元及支撑电容组电源输出信号线的e端，所述的DC-DC变换器的输出端设有两路斩波器，所述的两路斩波器的输出端分别设有若干个熔断器和若干个蒸发风机和冷凝风机相对应，所述的两路斩波器可以替换为多路斩波器。

参见图5，所述的输入预充单元及支撑电容组电路主要有辅助继电器和主继电器2个继电器构成，当2个继电器都关断时，能使后级设备完全从电网脱离，且振动和冲击会使得继电器的触点发生弹跳会使负载瞬间从供电回路断开而停机，但不会引起预充单元的问题，所述的输入预充单元及支撑电容组电路包括 CPU采样控制电路和主继电器J2与辅助继电器J1及电子元件，电源输入信号线 Pi端上连接辅助继电器J1和主继电器J2常开触点，在辅助继电器J1的另一触点上接有电阻R，电阻R另一端与主继电器J2的另一触点和电容C一端与信号输出端Po相连，电容C另一端连接零线信号输入端N至零线信号输出端n，CPU 采样控制电路的输入电压采样信号线连接电源输入信号线Pi端，CPU采样控制电路的控制开关信号线分别连接辅助继电器J1和主继电器J2常开触点信号线， CPU采样控制电路的电流采样信号线连接零线信号N的CT端，CPU采样控制电路的输出电压采样信号线连接电源信号输出端Po上，所述的CPU采样控制电路的信号输入端分别设有启动信号和启动信号输入工作，当启动信号有效时，预充电调节电路执行给母线支撑电容充电；所述的CPU采样控制电路信号输出端上设有输出准备就绪信号READY，指示预充电完成，变频压缩机可以启动，所述的CPU采样控制电路的信号输出端设有CAN通讯接口，用以连接外部的监控系统。输入预充单元及支撑电容组电路能灵活配置直流支撑电容以适应不同要求的线路补偿，DC-DC变换器与变频器公用母线能降低母线上的纹波，减少发热。输入预充单元及支撑电容组电路能通过硬件电路的继电器触点，也能通过CAN通讯接口用软件将预充单元的相关状态和报警信息送出，软硬件额结合增加了可靠性。

实施例1

参见图6，是预充及支撑电容组电路工作时序示意图。输入预充单元及支撑电容组电路中的CPU采样控制电路能采用ADC0809型号，其输入信号包括：

1)START：起动信号，用高电平表示起动信号有效，低电平表示起动信号撤除。当起动信号有效时，预充单元开始执行给母线支撑电容充电的工作；

2)输入电压采样A和输出电压采样B：控制电路采集电源输入端及母线支撑电容处的电压，当这2点的电压接近时表示对支撑电容C的充电基本完成；

3)电流信号：由霍尔电流传感器检测总的电流，并以此作为相关的报警及控制的依据。

输出信号包括：

1)READY:输出准备就绪信号，这就是一个继电器触点信号输出，高电平表示触点闭合，即指示预充电过程已经完成，用于告知后级的变频压缩机可以起动了；

2)另外还有一个CAN通讯接口电路可以连接到外部总的监控系统，可以通过CAN将预充电单元电路的工作状态，电流大小以及故障状态等信息传送出去。

在T0时刻，预充单元的起动信号START到来，辅助继电器J1吸合，输入高压电源通过限流电阻R给母线支撑电容C充电。支撑电容C上面电压逐步上升。

到了T1时刻，母线支撑电容上的电压与输入电压的差值已经小到设定的范围，表示母线支撑电容C的电压已经建立。这时合上主继电器J2.由于输入电压与支撑电容上的电压压差很小，在J2合上瞬间的冲击电流很小。

当主继电器合上后维持一段时间到T2,这时释放辅助继电器J1,同时CPU 采样控制电路送出准备就绪的信号REDAY,即控制输出的常开触点闭合，告知后级负载(变频压缩机和DC-DC)可以起动工作了，预充单元完成了上电过程。

在T2-T3这段时间表示负载正常工作，其中的电流为负载的工作电流。

在T3时刻，预充单元接到停机信号，即起动信号START去除，这时预充单元立刻将输出准备就绪信号READY去除，即预充单元立刻通知后级的变频压缩机要立刻执行关机动作。

从T3时刻起，控制电路检测电流信号，到T4时刻电流减小到接近0，表示后级负载，变频压缩机和DC-DC已经完成了停机动作，即表明后级的负载已经撤除。这时主继电器J2释放，预充单元回到了最初始的状态。

保护功能的实现说明：

1)继电器触点粘连

A.如果接上电源后，在没有起动信号START的时候，控制电路仍能够检测到电流信号，则说明继电器有可能已经粘连。

B.外部24V供电主要是用来预先检测预充部分的主继电器是否粘连，通过适当的外部电路可以确保高压供电在触点粘连的情况下是不能接入系统。

2)限流电阻R损坏

如果起动信号START有效时，控制电路检测不到电流信号则有可能充电限流电阻已经损坏。

实施例2

所述的两路/多路可调输出的两级可调DC-DC变换器的两级可调表现为：任意拓扑构成的DC-DC变换器本身输出电压是可调节的；该可调DC-DC变换电路加两路斩波器或多路斩波器，斩波器也是可以斩波调节，构成了两级可调。

参见图7，任意一种电路拓扑的DC-DC变换器的输出端直接并接2路斩波器，所述2路斩波器的输出端可以任意接到空调系统的蒸发或冷凝风机，所述2 路斩波器的输出由其单独的控制电路独立控制，实现2组风机各自独立进行调速控制。

参见图8和图9，每一路斩波器内部由电源输出Vout、控制电路G、开关管Q、二极管D、输出端组成，电源输出Vout正极连接开关管Q一端，开关管Q 的另一端连接至出斩波器输出端，并连接至电源输出Vout负极，所述开关管Q 由控制电路G控制连接；开关管Q与斩波器输出端之间抽头一端连接二极管D 一端，二极管D另一端连接至出斩波器输出端另一端。

当控制电路输出为高电平时，开关管导通时，电流通过开关管直接输送到输出端的风机，电路的电流流经路径为：Vout+---开关管----风机电感线圈 L-----Vout-。

当控制电路输出为低电平时，开关管关断，由于风机是感性负载，电感电流是不能突变的，这时风机电感中的电流通过二极管续流，电路的电流流经路径为：风机电感线圈正极----二极管----风机电感线圈负极。

参见图10，斩波器也可以接成共“正”模式，工作原理与共“地”模式类似。

参见图11，电源输出Vout外带双路DC-DC变换器来取代双路斩波器，每个DC-DC变换器各带一组风机，单独调节DC-DC的输出电压从而实现风机的调速。

参见图12，整个电源的主输出做成一个可调输出的电源可以直接带一组风机负载，在上述的主路输出后边再带一个DC-DC变换器，这个DC-DC变换器必须是一个升降压式类型的变换器，根据主路输出电压的高低这个升降压变换器可以工作在升压或降压的状态，从而能够独立的调节输出电压从而实现风机的转速调节。

实施例3

在每个风机的输出回路都匹配有熔断器，DC-DC内部具有限流能力，当某一路的风机输出短路的时候，内部限流电路限制了输出电流，但所有的电流流经短路的那支回路的熔断器，使之快速熔断。

Claims (10)

1.一种车载空调集成控制系统，包括变频压缩机、温度控制电路和变换器，其特征在于在变频压缩机前面设有输入预冲单元及支撑电容组电路，以利于电压稳定，变换器采用包括任意电路拓扑的可调DC-DC变换电路、两路斩波器或多路斩波器输出的DC-DC变换器两级调压电路和能够确保故障风机切除的多路熔断器回路，以提高变频压缩机效率，所述的系统电路变频器(3)的u、w、v三个接线端子与压缩机的u、w、v三个接线端子相连，所述的变频器(3)的输入端两根信号线分别连接预充电单元及支撑电容组电路(1)的输出信号线，所述的预充电单元及支撑电容组电路(1)的输入端设有电源和零线信号线，变频器(3)输入端抽头一线连接车载空调集成控制系统PLC模块(2)的信号输出端，车载空调集成控制系统PLC模块(2)的另一信号输出端信号线与DC-DC变换器(4)的输入端b信号线相连，所述的车载空调集成控制系统PLC模块(2)的输入端设有与电源和零线相接的信号线，所述的DC-DC变换器输入端a信号线连接预充电单元及支撑电容组电路VC输出信号线的d端，所述的DC-DC变换器输入端c信号线连接预充电单元及支撑电容组电源输出信号线的e端，所述的DC-DC变换器的输出端设有两路斩波器，所述的两路斩波器的输出端分别设有若干个熔断器和若干个蒸发风机和冷凝风机相对应，所述的两路斩波器可以替换为多路斩波器。

2.如权利要求1所述的一种车载空调集成控制系统，其特征在于包括任意电路拓扑的可调DC-DC变换电路、两路斩波器，在任意电路拓扑的可调DC-DC变换器的输出端直接并接两路斩波器，该两路斩波器的输出端能任意接到空调系统的蒸发或冷凝风机，该两路斩波器由其单独的控制电路独立控制，实现两组风机各自独立进行调速控制。

3.如权利要求1所述的一种车载空调集成控制系统，其特征在于包括任意电路拓扑的可调DC-DC变换电路、两路斩波器，当斩波器发生损坏时，DC-DC变换器也能调节输出从而实现容错运行。

4.如权利要求1所述的一种车载空调集成控制系统，其特征在于包括任意电路拓扑的可调DC-DC变换电路、两路斩波器，所述的斩波器可以接成共“正”的模式，也可以接成共“地”的模式。

5.如权利要求1所述的一种车载空调集成控制系统，其特征在于多路斩波输出的DC-DC变换器两级调压电路，电源输出Vout外带双路DC-DC变换器来取代双路斩波器，所述DC-DC变换器选用降压式或升压式的DC-DC变换器，每个DC-DC变换器各带一组风机，单独调节DC-DC的输出电压从而实现风机的调速。

6.如权利要求1所述的一种车载空调集成控制系统，其特征在于多路斩波输出的DC-DC变换器两级调压电路，电源输出Vout外带双路斩波器能替换为：整个电源的主输出做成一个可调输出的电源能直接带一组风机负载，在上述的主路输出后边再带一个DC-DC变换器，这个DC-DC变换器必须是一个升降压式类型的变换器，主路输出的电压可以调节，根据主路输出电压的高低这个升降压变换器能工作在升压或降压的状态，从而能够独立的调节输出电压从而实现风机的转速调节。

7.如权利要求1所述的一种车载空调集成控制系统，其特征在于所述的输入预充单元及支撑电容组电路主要有辅助继电器和主继电器2个继电器构成，当2个继电器都关断时，能使后级设备完全从电网脱离，且振动和冲击会使得继电器的触点发生弹跳会使负载瞬间从供电回路断开而停机，但不会引起预充单元的问题，所述的输入预充单元及支撑电容组电路包括CPU采样控制电路和主继电器J2与辅助继电器J1及电子元件，电源输入信号线Pi端上连接辅助继电器J1和主继电器J2常开触点，在辅助继电器J1的另一触点上接有电阻R，电阻R另一端与主继电器J2的另一触点和电容C一端与信号输出端Po相连，电容C另一端连接零线信号输入端N至零线信号输出端n，CPU采样控制电路的输入电压采样信号线连接电源输入信号线Pi端，CPU采样控制电路的控制开关信号线分别连接辅助继电器J1和主继电器J2常开触点信号线，CPU采样控制电路的电流采样信号线连接零线信号N的CT端，CPU采样控制电路的输出电压采样信号线连接电源信号输出端Po上，所述的CPU采样控制电路的信号输入端分别设有启动信号和启动信号输入工作，当启动信号有效时，预充电调节电路执行给母线支撑电容充电；所述的CPU采样控制电路信号输出端上设有输出准备就绪信号READY，指示预充电完成，变频压缩机可以启动，所述的CPU采样控制电路的信号输出端设有CAN通讯接口，用以连接外部的监控系统。

8.如权利要求1所述的一种车载空调集成控制系统，其特征在于输入预充单元及支撑电容组电路能灵活配置直流支撑电容以适应不同要求的线路补偿，DC-DC变换器与变频器公用母线能降低母线上的纹波，减少发热。

9.如权利要求1所述的一种车载空调集成控制系统，其特征在于输入预充单元及支撑电容组电路能通过硬件电路的继电器触点，也能通过CAN通讯接口用软件将预充单元的相关状态和报警信息送出。

10.如权利要求1所述的一种车载空调集成控制系统，其特征在于多路熔断器回路根据蒸发/冷凝风机组的数量需要设有相对应的多路熔断器回路，以利于风机正常工作。