一种电动汽车空调控制器及控制方法与流程

本发明属于电动汽车空调技术领域，更具体地说，它涉及一种电动汽车空调控制器及控制方法。

背景技术：

近年来，石油危机以及环境污染等问题日趋严重，使得电动汽车的发展变的越来越重要。传统汽车上的空调系统从内燃机获得动力，采用机械式压缩机，非独立式驱动转速受内燃机转速限制，车室热负荷大 ；电动汽车上的电动空调系统以电池作为能量来源，不能以内燃机作为空调的驱动部件，采用电动压缩机，车室热负荷小。这些方面的变化使得电动汽车空调系统不能全部采用以往的空调系统部件及控制方法，公告号为CN 103912961 A的中国专利，公开了一种电动汽车变频空调的控制方法和装置，采用一个符合CAN2.0B 协议的控制器来控制空调的运作，可以与车内其他的系统通过 CAN 总线进行资源共享和信息互通，变频控制方法降低系统能耗，提高舒适性。

然而，目前的电动汽车类型越来越多，内部空间结构以及体积的不同，导致所需要的电动空调的类型以及具体的运行参数各不相同，这已不允许使用同一款控制器来控制各种电动汽车内的电动空调。因此，上述专利所提供的控制器，无法满足目前多变的情况，同时，该专利所提供的控制器，在控制方式上较为传统，除了数据通信方面，无异于以往的汽车空调的控制方式，使得电动空调并不能根据实际情况来调整其运行状态，导致对车内的环境控制不合理。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种电动汽车空调控制器和控制方法，具有通用、可靠以及灵活组合的特点，在硬件不变的情况下可组成交流压缩机制冷系统和直流压缩机制冷系统两类，每一类下通过参数的调正可控制单台压缩机或两台压缩机，组成单冷式空调或冷暖式空调。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种电动汽车空调控制器,包括控制器模块和控制面板，所述控制器模块包括主控模块、数据采集模块、输出模块以及通信模块；所述主控模块包括：

参数设定单元，通过CAN总线与控制面板进行通讯，以根据来自控制面板的操作指令设定电动空调的期望运行参数；

参数调整单元，用于根据电动空调所在的环境的变化调整其所依据的控制参数；

控制单元，用以根据参数调整单元所提供的控制参数，并结合所述期望运行参数以及数据采集模块所采集到的数据信息进行数据分析处理，生成相应的控制指令；

故障处理单元，用以根据数据采集模块采集到的数据信息作出故障判断，生成相应的控制指令和故障信息；

所述输出模块将控制指令转化为相应的控制输出，以改变被控对象的运行状态。

进一步的，所述数据采集模块包括温度检测模块、电压检测模块以及开关量检测模块；所述输出模块包括继电器输出模块和PWM输出模块；所述通信模块包括RS485接口、CAN总线接口。

进一步的，所述期望运行参数包括：预定的当前环境温度、停机运行以及开机运行。

进一步的，所述控制参数包括：压缩机的数量、新风运行周期、制热除霜时间、开关量检测模块的端口的使能和禁能、温度检测模块的端口在使能和禁能、压缩机转速、冷凝见机转速以及蒸发机转速。

本发明还提供一种电动汽车空调控制方法，包括：

参数调整步骤，根据电动空调所在的环境调整其所依据的控制参数；

参数设定步骤，根据当前需要，实时设定电动空调的的期望运行参数；

数据采集步骤，采集各个被控对象的当前运行参数以及环境参数，并生成相应的数据信息；

控制输出步骤，基于所述控制参数，并结合期望运行参数以及数据采集模块所生成的数据信息进行数据分析处理，以根据处理结果控制相应的被控对象改变运行状态；

故障处理步骤，对数据信息作出故障判断，并通过输出控制模块和通信模块输出相应的控制指令和故障信息；

进一步的，还包括温差控制步骤，包括：

将设定温度与车内温度的差Tx划分为宽度不同的区域，在当前Tx处于不同的区域内时，控制压缩机以不同的转速运行。

进一步的，所述温差控制步骤还包括：

当Tx在相邻的两个区域之间转移时，控制压缩机在当前区域的设定转速下运行预定时间后，再转入到下一个区域的设定转速下运行。

进一步的，所述故障处理步骤包括：

将系统故障分为严重故障、一般故障以及轻微故障；其中，

当检测到严重故障时，控制制冷系统停止运行，并报告故障；

当检测到一般故障时，控制制冷系统以预定周期间歇运行，并报告故障；

当检测到轻微故障时，控制制冷系统正常运行，并报告故障。

与现有技术相比，本发明的优点是：控制器可以根据电动空调的变化，包括环境变化以及所安装在的电动汽车本身的变化等，来改变控制器的执行参数，即电动空调所依据的控制参数，从而使控制器能够控制各种各样的电动汽车内的电动空调，避免了控制器跟随电动空调的变化而发生电路模块等硬件方面上的变化，减少了使用成本，也避免了后期的调试麻烦。

附图说明

图1为本发明的控制原理图；

图2至图4为本发明中控制面板的电路图；

图5至图10为本发明中控制器模块的电路图；

附图标记：1、第一单片机，2、第一CAN总线接口，3、第一485接口，4、语音提示模块，5、看门狗模块，6、电源模块，7、显示模块，8、按键模块，9、第二单片机，10、PWM输出模块，11、继电器输出模块，12、第二485接口，13、第二CAN总线接口，14、第三485接口，15、数据采集模块，16、温度传感器采样接口，17、主控制板电源控制输出接口，18、主控制板电源检测与控制模块，19、风机系统电源检测模块。

具体实施方式

本发明提供的一种电动汽车空调控制器,包括控制器模块和控制面板两个部分，两者通过CAN总线通信连接。

本发明提供的一种电动汽车空调控制器,包括控制器模块和控制面板两个部分，两者通过CAN总线通信连接。

图1至图3示出了控制面板的电路模块图，控制面板包括第一单片机1、第一CAN总线接口、第一485接口、语音提示模块4、看门狗模块5、电源模块6、显示模块7、按键模块8、温度传感器采样接口16以及主控制器模块电源控制输出接口17，其中，主控制器模块电源控制输出接口用于在控制面板上利用按键模块8操作来控制主控制器模块的电源通断，温度传感器采样接口16。

参照图2，第一单片机1的型号为NUC140-LQFP64，看门狗模块5用于防止单片机内部的程序跑飞，语音提供模块包括蜂鸣器B1，用于发出声音提示，电源模块6用于将车载的24VDC电源转换为控制面板的工作电源VCC，

参照图3，第一CAN总线接口由高速CAN收发器构成，其型号为TJA1050，第一单片机1通过该CAN收发器与电动汽车的CAN总线连接，第一485接口为常规的485接口电路，在此不再赘述。

参照图4，显示模块7包括若干LED灯和一块4位7段式数码管，该数码管通过按键模块8包括6个按键K1-K6，其对应的功能分别是“上操作”、“下操作”、“新风控制”、“设置”、“风速选择”、“启动开关”。

图5至图10示出了控制器模块的电路图，控制器模块包括主控模块、数据采集模块15、PWM输出模块10以及通信模块。

参照图5，主控模块采用一块第二单片机9实现，其型号为NUC140-LQFP64，具体地，主控模块在功能上主要包括以下几个功能单元，分别是：参数设定单元、参数调整单元、控制单元以及故障处理单元。其中，

参数设定单元通过CAN总线与控制面板进行通讯，以根据来自控制面板的操作指令设定电动空调的期望运行参数，例如操作人员通过控制面板设定当前电动汽车内部的一个期望环境温度（可参照家用空调的操作方式），该期望运行参数可以是上述的期望环境温度，还可以是开关机操作指令等；

参数调整单元用于根据电动空调所在的环境的变化调整其所依据的控制参数，该控制参数包括：压缩机的数量、新风运行周期、制热除霜时间、开关量检测模块的端口的使能和禁能、温度检测模块的端口使能和禁能、压缩机转速、冷凝见机转速以及蒸发机转速。参数调整是为了使控制器能够适应各种电动空调的变化，从而对控制器的软件采用参数化设计，通过修改相应的控制参数，就能够使控制器具有针对不同的电动空调的控制功能，比如说，通过禁能或使能温度检测模块的端口的数量，来选择任意数量的温度传感器有效或无效；选择双压缩机模式或单压缩机模式，即同时控制2个压缩机或1个压缩机；开关量检测的任意数量的选择（原理与温度传感器的选择相同）；对压缩机的转速、冷凝风机转速和蒸发风机转速的控制参数的调整；对制热除霜参数的调整可适应不同制冷系统的要求，使除霜更加准确及时，提高空调制热运行的舒适性；根据实际情况对新风系统的运行同期的设定，使电动汽车内部更加舒适。因此，基于对上述控制参数的修改，参数调整单元的实际意义在于实现控制器的通用性、可靠性以及组合灵活性，使得同一个控制器能够适用于不同的电动空调，在配置时，只需要由维护人员根据电动空调的实际情况来修改上述的控制参数，让控制器与各种各样的电动空调达到完美的适配。

控制单元用以根据参数调整单元所提供的控制参数，并结合期望运行参数以及数据采集模块15所采集到的数据信息进行数据分析处理，生成相应的控制指令，控制指令由PWM输出模块10转化为相应的控制输出，以对各个被控对象（压缩机、冷凝见机等）进行相应的控制操作。

故障处理单元用以根据数据采集模块15采集到的数据信息作出故障判断，例如出现电动空调的某个部分温度过高，或者压缩机、风机等设备运行不正常等故障，此时故障处理单元就会生成相应的控制指令和故障信息，控制指令由PWM输出模块10转化为相应的控制输出，以对各个被控对象（压缩机、冷凝见机等）进行相应的控制操作；以及将故障信息通过CAN总线发送至控制面板，并在控制面板的显示模块7显示出来。

参照图6和图7，PWM输出模块10包括继电器PWM输出模块10和PWMPWM输出模块10，其中，图5为PWMPWM输出模块10，其与电动空调中的风机等设备连接，以实现控制器通过PWM调速的方式控制上述设备。图6为继电器PWM输出模块10，控制器直接向继电器PWM输出模块10发送开关操作指令，以控制各个设备的启停。

参照图8，通信模块包括第二RS485接口、第三RS485接口、以及第二CAN总线接口，第二RS485接口与控制面板通讯，第三RS485接口及第二CAN总线接口视制冷系统采用压缩机的不同分别与直流压缩机或交流压缩机（变频器）。

参照图9、图10，数据采集模块15包括温度检测模块、电压检测模块、开关量检测模块以及风机系统电源检测模块19。由于数据采集模块15的工作原理为本领域技术人员熟知的技术，因此不再赘述。

本发明还提供一种电动汽车空调控制方法，包括：

参数调整步骤，根据电动空调所在的环境调整其所依据的控制参数；

参数设定步骤，根据当前需要，实时设定电动空调的的期望运行参数；

数据采集步骤，采集各个被控对象的当前运行参数以及环境参数，并生成相应的数据信息；

控制输出步骤，基于控制参数，并结合期望运行参数以及数据采集模块15所生成的数据信息进行数据分析处理，以根据处理结果控制相应的被控对象改变运行状态；

故障处理步骤，对数据信息作出故障判断，并通过输出控制模块和通信模块输出相应的控制指令和故障信息。

在一个实施例中，对于电动空调的控制方法还包括温差控制步骤，包括将设定温度与车内温度的差Tx划分为宽度不同的区域，在当前Tx处于不同的区域内时，控制压缩机以不同的转速运行，从而避免压缩机以同一转速在不同的温度下运行，达到节能的目的。另外，当Tx在相邻的两个区域之间转移时，比如电动汽车内的温度突然升高或降低，此时则控制压缩机在当前区域的设定转速下运行预定时间后，再转入到下一个区域的设定转速下运行，这样设置的好处是能够减少压缩机频繁的改变转速，使得制冷系统压力变化相对平缓，有利于制冷系统的节能运行，尤其适用于像公交车这样的公共交通领域的新能源车辆。

在一个实施例中，上述的故障处理步骤包括：将系统故障分为严重故障、一般故障以及轻微故障。其中，严重故障包括电源电压过高或过低、压缩机、冷凝风机、蒸发风机故障、制冷系统压力故障等，当检测到严重故障时，控制制冷系统停止运行，并报告故障；一般故障包括温度传感器故障等，当检测到一般故障时，控制器则控制制冷系统以预定周期间歇运行，并报告故障，其中该预定的周期可以是制冷运行T1时间，再停止T2时间，T1应当大于 T2，例如T1为20分钟，T2为5分钟，本实施例不作限定；轻微故障包括制冷时冷凝温度传感器故障等，当检测到轻微故障时，控制器则控制制冷系统继续保持正常运行，并报告故障。通过采用以上所述的故障分类管理方式，极大提高了系统的有效运行时间，缓冲了车辆运行与维修之间的矛盾，如果是采用传统的故障处理方式，那一般都是在出现任何故障时，直接就停止制冷系统，这样的方式会导致在电动汽车（特别是公交车）在行驶时，无法继续制冷，在火热的夏天，给乘客带来不便。而采用本发明所提供的故障处理方式后，在遇到上述的一般故障或轻微故障时，还能够让制冷系统继续工作，从而避免一出现故障，就停止制冷系统的情况，因为一般故障和轻微故障，并不会立刻对制冷系统带来明显的安全隐患，只有当出现严重故障时，才需要立即停止电动空调，避免真正的安全隐患。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。