专利名称：一种汽车暖风控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于汽车温度调节设备技术领域，涉及一种汽车暖风控制方法及装置；特别适用于电动汽车驾驶舱内除雾、除霜、采暖的暖风控制。
背景技术：
传统乘用车在冬季采暖、除雾、除霜采用发动机装置冷却水循环对驾驶舱内进行供热，而纯电动汽车由于不采用传统发动机作动力源，因此不能由发动机冷却水进行循环采暖、除雾、除霜；所以整车的采暖、除雾、除霜需要依靠其他的技术手段来实现。已知现有的电动汽车解决方案包括PTC加热器、温度传感器；PTC加热元器工作在 300V以上的强电电压下；PTC加热器的热风输出管与空调入风口管路连接；温度传感器安装在PTC加热器表面；温度传感器与空调控制器电连接；PTC加热器有多组组成，在每组 PTC加热器与空调控制器之间电连接有高压继电器，每组PTC通过外接相应高压继电器的开关实现PTC功率的调节；高压继电器由空调控制器控制动作；高压继电器根据需要控制分组的PTC的通电和导通，以产生功率分段输出；此种解决方案存在以下一些缺点
一个缺点是；在300V以上的高压下单纯的PTC加热，当PTC表面温度过高，将导致周围塑料软化甚至燃烧，可靠性较低，存在风险与隐患。另一个缺点是；每组PTC通过高压继电器的开关实现PTC功率的调节，功率分段输出，高压继电器的开关次数寿命有限，不具备占空比控制的条件；没有功率的无极调整， 温度控制的平滑性不好，容易产生过温或者过冷。第三个缺点是；大功率继电器价格昂贵，导致总体成本很高。
发明内容
本发明公开了一种汽车暖风控制方法及装置，以解决现有技术在300V以上的高压下单纯的PTC加热，容易导致周围塑料软化甚至燃烧的隐患。本发明还提供了实现上述方法的控制装置，每组PTC通过高压继电器的开关实现 PTC功率的调节，克服了现有技术没有功率的无极调整，温度控制平滑性不好，容易产生过温或者过冷；大功率继电器价格昂贵，导致总体成本很高等问题。本发明公开的汽车暖风控制方法，包括以下步骤控制电路加载弱电电压；PTC加热器加载强电电压；利用控制电路检测PTC加热器温度，将检测到的PTC加热器温度与目标温度值比较；控制电路通过光电耦合强弱电隔离电路检测PTC加热器强电电路电压、电流； 其特征在于驱动电路利用缘栅双极型晶体管(IGBT)，接收控制电路输出的占空比脉宽调制信号，使集电极、发射极导通或截止；强电电源经过绝缘栅双极型晶体管(IGBT)施加于 PTC加热器。采用脉宽调制控制通过改变占空比的方式输出不同频率的强电电压以获取 PTC加热器线性控制的效果。本发明汽车暖风控制方法，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)包括门极、集电极、发射极；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的集电极与强电电源正极电连接；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的发射极与PTC加热器的一根管脚电连接；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的门极与控制电路输出控制管脚电连接，接收控制电路输出的占空比脉宽调制信号，使集电、发射级导通或截止；PTC加热器的另一根管脚电连接强电电源负极；强电电源经过绝缘栅双极型晶体管(IGBT)施加于PTC加热器，由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)控制接通或断开PTC加热器的强电电压，达到控制目的。本发明汽车暖风装置，包括PTC加热器、PTC控制器、温度传感器；PTC加热器输入电压为300V以上；PTC加热器的热风管与空调风口管路连接；温度传感器安装在PTC加热器表面；PTC控制器包含控制电路、驱动电路；控制电路还包括强电电压与电流信息采集电路、光电耦合强弱电隔离电路、温度信息采集电路电路；控制电路输入电压为弱电电压；驱动电路输入电压为弱电电压、输出电压为强电电压；控制电路与温度传感器电连接，对PTC 加热器表面温度、线路板温度进行采样；控制电路通过光电耦合强弱电隔离电路与PTC加热器强电电路电连接，对PTC加热器强电电路的电压、电流进行采样；控制电路并与空调控制器CAN总线连接，控制电路接受空调控制器的总线型(CAN)信号；控制电路与驱动电路电连接；控制电路控制驱动电路，通过驱动电路控制PTC加热器工作；其特征在于控制电路对驱动电路采取脉宽调制控制，控制电路控制驱动电路，通过驱动电路控制PTC加热器导通或截止；控制电路监控整个系统的控制状态，给出短路、超压、欠压、过流、超温、断路等故障判断；一旦发生故障立即切断高压系统并发出报警。本发明汽车暖风控制装置的控制电路输入电压为12V ；驱动电路输入电压为300V 以上。本发明汽车暖风控制装置的控制电路采用带CAN通讯的单片机，驱动电路采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)包括门极、集电极、发射极；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的集电极与强电电源正极电连接；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的发射极与PTC加热器的一根管脚电连接；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的门极与单片机的输出控制管脚电连接，PTC加热器的另一根管脚电连接强电电源负极；绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)的导通和断开接受控制器电路的控制，接收控制电路输出的占空比脉宽调制信号， 使集电极、发射极导通或截止；这样强电电源经过绝缘栅双极型晶体管(IGBT)施加于PTC 加热器，由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)控制接通或断开PTC加热器的强电电压，达到控制目的。绝缘栅双极型晶体管解决了高压继电器分段控制平滑性较差的弊端，而且控制方式非常灵活。占空比调节采用固定周期的脉冲信号中高电平(导通)占整个脉冲周期的比例方式调节，当脉冲周期足够短时，对于PTC加热器而言等效于线性的电压调节。绝缘栅双极型晶体管耐压600V，导通电流可达20A，开关速度可达到0. 1微秒级。 绝缘栅双极型晶体管的寿命、可靠性、控制方式、价格都比高压继电器有较大的优势。本发明PTC加热器表面安装3组NTC的温度传感器，用于给控制器组件提供PTC 的表面温度。PTC加热器采用独立的PTC加热器组并联结构，可减少风阻，提高功率效率； 保持功率的一致性和稳定性；减少制造过程的损耗成本，组装工时；3组温度传感器的分布安装方便，便于电路控制。本发明PTC加热器采用6个独立的PTC加热器组并联。本发明控制器的外框材料为塑料，控制盒壳体表面材料为铝；PTC加热器外框材料为塑料；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)通过导热硅胶直接和铝制壳体连接；汽车暖风装置控制器和PTC加热器通过螺栓连接成一体化整体；由于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)耗散功率较大，极限情况下可能达到瞬时20W左右的功率，所以发热量大；绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)通过导热硅胶直接和铝制壳体连接，增加散热量。本发明控制盒的外壳盒体与PTC加热器外框材料为PPS塑料，可长期280°C耐温。本发明在PTC加热器与塑料框架接触一面安装一个温控器，在空调风机停转和电路控制元件失效时，温控器控制PTC加热器暂停工作；作为一个固件的保护，一旦控制器失效PTC温度也限制在合理的范围，进一步增加了系统的可靠性。本发明的优点是有效避免PTC加热器表面温度过高，导致周围塑料软化甚至燃烧，可靠性高，无风险与隐患；功率的无极调整，温度控制平滑，无过温或者过冷；成本低。
图1为本发明电器控制方式示意图； 图2为本发明汽车暖风装置结构示意图3为本发明脉宽调制改变占空比方式示意图中1 PCT加热器；2 PTC控制器；3温度传感器；4强电电源；5空调控制器；2a控制电路；2b驱动电路；2c强电电压与电流信息采集电路；2d光电耦合强弱电隔离电路； 2e温度信息采集电路电路。
具体实施例方式以下结合附图详细说明本发明的一个实施例。如图1、图3所示，本发明发明汽车暖风控制方法，包括以下步骤PTC加热器1加载强电电压；控制电路加加载弱电电压；禾_控制电路加检测PTC加热器1温度，将检测到的PTC加热器1温度与目标温度值比较；控制电路加通过光电耦合强弱电隔离电路2d 检测PTC加热器1强电电路电压、电流；其特征在于驱动电路2b利用缘栅双极型晶体管 (IGBT)，接收控制电路加输出的占空比脉宽调制信号，使集电极、发射极导通或截止；强电电源4经过驱动电路2b绝缘栅双极型晶体管(IGBT)施加于PTC加热器1。驱动电路2b绝缘栅双极型晶体管(IGBT)包括门极、集电极、发射极；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的集电极与强电电源4正极电连接；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的发射极与PTC加热器1的一根管脚电连接；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的门极与控制电路加输出控制管脚电连接，接收控制电路加输出的占空比脉宽调制信号，使集电、发射级导通或截止；PTC加热器1的另一根管脚电连接强电电源4负极；强电电源4经过绝缘栅双极型晶体管(IGBT )施加于PTC加热器1，由绝缘栅双极型晶体管(IGBT )控制接通或断开PTC加热器1的强电电压。如图3所示采用脉宽调制控制通过改变占空比的方式输出不同频率的强电电压以获取PTC加热器1线性控制的效果，达到控制目的。如图1、图2所示，本发明汽车暖风装置，包括PTC加热器1、PTC控制器2、温度传感器3 ;PTC加热器1输入电压为300V以上；PTC加热器1的热风管与空调风口管路连接； 温度传感器3安装在PTC加热器1表面；PTC控制器2包含控制电路加、驱动电路2b ；控制电路加采用带CAN通讯的单片机，驱动电路2b采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT);控制电路 2a还包括强电电压与电流信息采集电路2c、光电耦合强弱电隔离电路2d、温度信息采集电路电路加；控制电路加输入电压为12V弱电电压；驱动电路2b输入电压为12V弱电电压； 驱动电路2b输出电压为300V以上强电电压；控制电路加的温度信息采集电路电路2e与温度传感器电连接，对PTC加热器1的表面温度、线路板温度进行采样；控制电路加通过光电耦合强弱电隔离电路2d与PTC加热器1强电电路电连接，对PTC加热器1强电电路的电压、电流进行采样；控制电路加并与空调控制器5通过CAN总线连接，控制电路加接受空调控制器5的总线型(CAN)信号。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)包括门极、集电极、发射极；绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)的集电极与强电电源4正极电连接；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的发射极与PTC加热器1的一根管脚电连接；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的门极与控制电路加单片机的输出控制管脚电连接，PTC加热器1的另一根管脚电连接强电电源4负极；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的导通和断开接受控制器电路加的控制，接收控制电路加输出的占空比脉宽调制信号，使集电极、发射极导通或截止；这样强电电源4经过绝缘栅双极型晶体管(IGBT)施加于PTC加热器1，由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)控制接通或断开PTC加热器1的强电电压，控制电路加监控整个系统的控制状态，给出短路、超压、欠压、过流、超温、断路等故障判断；一旦发生故障立即切断高压系统并发出报警。本实施例PTC加热器1采用6个独立的PTC加热器组并联结构，可减少风阻，提高功率效率；保持功率的一致性和稳定性；减少制造过程的损耗成本，组装工时；PTC加热器1 表面安装3组NTC的温度传感器3，用于给控制器组件提供PTC加热器1的表面温度。3组温度传感器3的分布安装方便，便于电路控制。PTC控制器2的外框材料为PPS塑料，PTC控制器2壳体表面材料为铝；PTC加热器1外框材料为PPS塑料；绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 通过导热硅胶直接和铝制壳体连接；PCT控制器2和PTC加热器1通过螺栓连接成一体化整体；PPS塑料可长期280°C耐温；由于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)耗散功率较大，极限情况下可能达到瞬时20W左右的功率，所以发热量大；绝缘栅双极型晶体管(IGBT)通过导热硅胶直接和铝制壳体连接，增加散热量。本实施例在PTC加热器1与塑料框架接触一面安装一个温控器，在空调风机停转和电路控制元件失效时，温控器控制PTC加热器1暂停工作；作为一个固件的保护，一旦控制器失效PTC温度也限制在合理的范围，进一步增加了系统的可靠性。
权利要求
1.一种汽车暧风控制方法，包括以下步骤控制电路加载弱电电压；PTC加热器加载强电电压；利用控制电路检测PTC加热器温度，将检测到的PTC加热器温度与目标温度值比较；控制电路通过光电耦合强弱电隔离电路检测PTC加热器强电电路电压、电流；其特征在于驱动电路利用缘栅双极型晶体管(IGBT)，接收控制电路输出的占空比脉宽调制信号， 使集电、发射级导通或截止；强电电源经过绝缘栅双极型晶体管施加于PTC加热器。
2.根据权利要求1所述的汽车暧风控制方法，其特征在于绝缘栅双极型晶体管包括门极、集电极、发射极；绝缘栅双极型晶体管的集电极与强电电源正极电连接；绝缘栅双极型晶体管的发射极与PTC加热器的一根管脚电连接；绝缘栅双极型晶体管的门极与控制电路输出控制管脚电连接，接收控制电路输出的占空比脉宽调制信号，使集电、发射级导通或截止；PTC加热器的另ー根管脚电连接强电电源负极；强电电源经过绝缘栅双极型晶体管施加于PTC加热器，由绝缘栅双极型晶体管控制接通或断开PTC加热器的高压电压。
3.ー种汽车暧风装置，包括PTC加热器、PTC控制器、温度传感器；PTC加热器输入电压为300V以上；PTC加热器的热风管与空调风ロ管路连接；温度传感器安装在PTC加热器表面；PTC控制器包含控制电路、驱动电路；控制电路还包括强电电压与电流信息采集电路、光电耦合強弱电隔离电路、温度信息采集电路电路；控制电路输入电压为弱电电压；驱动电路输入为弱电电压、驱动电路输出电压为强电电压；控制电路的温度信息采集电路电路与温度传感器电连接，对PTC加热器表面温度、线路板温度进行采样；控制电路通过光电耦合强弱电隔离电路与PTC加热器强电电路电连接，对PTC加热器强电电路的电压、电流进行采样；控制电路并与空调控制器CAN总线连接，控制电路接受空调控制器的总线型(CAN) 信号；控制电路与驱动电路电连接；控制电路控制驱动电路，通过驱动电路控制PTC加热器工作；其特征在于控制电路对驱动电路采取脉宽调制控制，控制电路控制驱动电路，通过驱动电路控制PTC加热器导通或截止。
4.根据权利要求3所述的ー种汽车暧风装置，其特征在于控制电路与驱动电路输入电压皆为12V ；驱动电路输出电压为300V以上。
5.根据权利要求3所述的ー种汽车暧风装置，其特征在于控制电路采用带CAN通讯的单片机，驱动电路采用绝缘栅双极型晶体管；绝缘栅双极型晶体管包括门极、集电极、发射极；绝缘栅双极型晶体管的集电极与强电电源正极电连接；绝缘栅双极型晶体管的发射极与PTC加热器的一根管脚电连接；绝缘栅双极型晶体管的门极与单片机的输出控制管脚电连接，PTC加热器的另ー根管脚电连接强电电源负极；绝缘栅双极型晶体管的导通和断开接受控制器电路的控制，接收控制电路输出的占空比脉宽调制信号，使集电极、发射极导通或截止；强电电源经过绝缘栅双极型晶体管施加于PTC加热器，由绝缘栅双极型晶体管控制接通或断开PTC加热器的强电电压。
6.根据权利要求3所述的ー种汽车暧风装置，其特征在于PTC加热器表面安装3组 NTC的温度传感器；PTC加热器采用独立的PTC加热器组并联结构。
7.根据权利要求3所述的ー种汽车暧风装置，其特征在于PTC加热器采用6个独立的PTC加热器组并联。
8.根据权利要求3所述的ー种汽车暧风装置，其特征在于PTC控制器的外框材料为塑料，PTC控制器壳体表面材料为铝；PTC加热器外框材料为塑料；绝缘栅双极型晶体管通过导热硅胶直接和铝制壳体连接；PCT控制器和PTC加热器通过螺栓连接成一体化整体。
9.根据权利要求3所述的ー种汽车暧风装置，其特征在于PTC加热器与塑料框架接触一面安装一个温控器，在空调风机停转和电路控制元件失效时，温控器控制PTC加热器暂停工作。
全文摘要
本发明公开一种汽车暖风控制方法及装置,包括以下步骤控制电路加载弱电电压；PTC加热器加载强电电压；利用控制电路检测PTC加热器温度，将检测到的PTC加热器温度与目标温度值比较；控制电路通过光电耦合强弱电隔离电路检测PTC加热器强电电路电压、电流；其特征在于驱动电路利用缘栅双极型晶体管(IGBT)，接收控制电路输出的占空比脉宽调制信号，使集电极、发射极导通或截止；强电电源经过绝缘栅双极型晶体管(IGBT)施加于PTC加热器。采用脉宽调制控制通过改变占空比的方式输出不同频率的强电电压以获取PTC加热器线性控制的效果。优点是有效避免PTC加热器表面温度过高，可靠性高，无风险隐患；功率无极调整，温度控制平滑，无过温或者过冷；成本低。
文档编号B60H1/22GK102529641SQ20111036143
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者于春涛, 王德平, 胡成台, 陈燕洲 申请人:中国第一汽车集团公司新能源汽车分公司