一种电动汽车空调控制系统及控制方法

1.本发明涉及一种电动汽车空调控制系统及控制方法。


背景技术：

2.具有内燃机的汽车，内燃机需要冷却水来对其进行冷却散热，当汽车需要制热时，利用发动机冷却水的热量就能够对车内空间进行制热，因此在冬天无需启动空调压缩机来进行制热，从而节省了能耗。同时，具有内燃机的汽车，由于空调压缩机由内燃机的曲轴通过皮带直接驱动，所以空调压缩机的工作会增加内燃机的油耗，但压缩机的工作不会消耗车上电池内的电量。相比较而言，电动汽车由于没有内燃机，所以无论汽车车内需要制冷还是制热，都必须启动空调压缩机，而空调压缩机由其自带的电机驱动，空调压缩机的工作过程需要消耗电池内的电量。现有技术中，电动汽车的空调压缩机的工作过程直接使用电池内的电量，而电池内的电量来自于外部充电和汽车制动能量回收。意味着当空调开启时，制动能量回收的动能，先通过电机转化为电量、存储到电池中，再由电池将该存储的电量供给给空调压缩机；由于动能通过行驶电机转化成电能会引起电机温升，转化后的电能向电池充电以及电池向外放电也会引起电池发热，从而将损耗一部分能量，造成电量的浪费，特别是当电池温度处于正常工作温度范围之外时，电池充放电效率更低，充放电过程中产生的能量损耗更大。此时，如果能将一部分由制动能量回收的动能直接转化为空调压缩机的转子动能，将消除上述过程中的能量转化过程，减少更多的能量浪费。


技术实现要素：

3.(一)解决的技术问题
4.为了解决现有技术中将制动能量转化成电能存储在电池中，再将电池中的电能释放来驱动空调压缩机而引起电能浪费的问题，本发明提供一种电动汽车空调控制系统，在空调压缩机与行驶电机之间设置电磁离合器，电磁离合器分别连接空调压缩机的转子与行驶电机的转子，中央控制器根据需要控制该电磁离合器的接合与断开，从而在需要时、使空调压缩机的转子与行驶电机的转子直接连接，在汽车制动时、将汽车的动能直接传递至空调压缩机上，从而提高制动回收能量的利用效率，减少上述的能量浪费。本发明还提供一种电动汽车空调控制方法，根据空调的工作模式、电池温度及制动开关的状态，分别控制电磁离合器的接合与断开，实现空调压缩机的转子与行驶电机的转子按需连接，降低非正常工作温度下、电池的充放电频率和充放电的电流，延长电池的使用寿命。
5.(二)技术方案
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
7.一种电动汽车空调控制系统，主要包括中央控制器、电磁离合器和空调控制器，中央控制器分别与电磁离合器、空调控制器和车内的电池、制动灯开关、电池内的温度传感器相连接；所述电磁离合器设置于空调压缩机和驱动车轮旋转的行驶电机的转子之间并适于将两者直接机械连接。
8.电动汽车空调控制系统，还包括制动压力传感器，制动压力传感器与所述中央控制器连接。
9.一种电动汽车空调控制方法，包括以下步骤：
10.(1)利用车内设置的中央控制器采集电池内温度传感器的信号；
11.(2)当空调启动，判断空调工作模式，
12.1)空调在制热模式下，若电池的温度t与电池正常工作温度范围的下限值t1的关系是t《t1且制动灯开关没有接通，或电池的温度t≥t1，则用于连接空调压缩机与驱动车轮的行驶电机转子的电磁离合器分离断开；若电池的温度t《t1且制动灯开关接通，则电磁离合器通电接合；
13.2)空调在制冷模式下，若电池的温度t与电池正常工作温度范围的上限值t2的关系是t》t2且制动灯开关没有接通，或电池的温度t≤t2，则电磁离合器分离断开；若电池的温度t》t2且制动灯开关接通，则电磁离合器通电接合；
14.(3)返回步骤(1)。
15.当电磁离合器满足条件即将通电接合时，判断车内设置的制动压力传感器所测量到的制动压力p与设定值p1、p2之间的关系；
16.①
当制动压力p《p1,则电磁离合器的接合率q＝0.3；
17.②
当制动压力p1≤p《p2，则电磁离合器的接合率q＝0.7；
18.③
当制动压力p≥p2，则电磁离合器的接合率q＝1。
19.进一步的，p1是制动总泵最大制动压力的30％，p2是制动总泵最大制动压力的60％。
20.(三)有益效果
21.本发明提供了一种电动汽车空调控制系统及控制方法。具备以下有益效果：
22.1、本发明的电动汽车空调控制系统，让行驶的汽车将制动能量直接转化成空调压缩机的驱动能量，避免了制动能量先转化成电能、再用电能驱动空调压缩机的过程，使得能量的利用效率更高。
23.2、利用制动压力传感器检测到的制动压力，能够根据司机踩下的制动踏板深度来调节由作为负载的空调压缩机传导至行驶电机的旋转阻力矩，使该旋转阻力矩随司机所需制动力同步增大，从而提高车内乘客的乘坐舒适性。
24.3、当电池的温度超出正常工作温度范围时，其充放电效率低于正常状态；通过空调在制热和制冷模式下设置不同的控制方法，提高在汽车制动工况下的制动能量转换效率；利用行驶电机与空调压缩机的动力连接而直接传递动力，不通过电池进行能量转移，降低非正常工作温度下、电池的充放电频率和充放电的电流，延长电池的使用寿命。
25.4、当电磁离合器接合时，根据司机踩下的制动踏板深度或所需制动力划分三个范围、并利用电磁离合器的接合率来调节空调压缩机传导至行驶电机上的旋转阻力矩，既提高了车内乘客的乘坐舒适性，又提高了控制的便利性、降低了控制的复杂度，有利于降低电磁离合器的工作温度，提高其工作寿命。
26.5、以制动总泵最大制动压力的30％和60％作为划分所述范围的分段节点，更能贴合司机在驾驶过程中的实际工况，平衡乘客的乘坐舒适性与传导至行驶电机上的旋转阻力矩。
附图说明
27.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。附图中:
28.图1为实施例一的电动汽车空调控制系统组成结构图；
29.图2为电动汽车空调控制方法实施例一的流程图；
30.图3为电动汽车空调控制方法实施例二的流程图；
31.图4为接合率是0.3时通电时间的示意图；
32.图5为接合率是0.7时通电时间的示意图；
33.图6为接合率是1时通电时间的示意图；
34.图7为实施例二的电动汽车空调控制系统组成结构图。
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
36.实施例一
37.本实施例一中，如图1所示，所述电动汽车空调控制系统包括中央控制器和电磁离合器，电磁离合器分别连接空调压缩机的转子和驱动车轮的行驶电机的转子，电磁离合器在通电时处于接合状态，电磁离合器在断电时处于断开状态。当电磁离合器接合时，能够将空调压缩机的转子与行驶电机的转子直接机械连接。空调压缩机通过空调控制器与电池进行电连接，在无需电磁离合器启动时，空调控制器给空调压缩机自带的电机进行供电，控制空调压缩机的工作。汽车行驶过程中，驱动车轮的行驶电机通过电机控制器与电池电连接，电机控制器能够控制行驶电机的工作。在电池内还设置温度传感器，用于实时地检测电池内的温度，温度传感器与中央控制器电连接，将温度信号传送给中央控制器。制动灯开关与司机的制动踏板相连接，当制动踏板踩下时，制动灯开关就接通，使制动灯点亮；所以制动灯开关接通意味着司机踩下了制动踏板，表明现在处于制动状态。所述制动灯开关、温度传感器、空调控制器、电机控制器、电池、电磁离合器分别与中央控制器电连接，制动灯开关、温度传感器将各自信号传送给中央控制器，中央控制器控制空调控制器、电机控制器和电磁离合器的工作。
38.如图2所示，本发明中的电动汽车空调控制方法包括：
39.(1)中央控制器开启，并通过与空调控制器的通信来判断空调的工作模式；
40.(2)如果空调此时不启动，则返回至步骤(1)，中央控制器继续与空调控制器进行通信，持续采集其发送的信号来判断空调工作模式的变化；
41.(3)如果空调在制热模式，则中央控制器采集温度传感器的信号，判断电池的温度t的所在范围；
42.1)如果t《t1，则中央控制器采集制动灯开关的信号，t1是电池正常工作温度范围的下限值，表明此时电池温度低于正常工作温度，电池的充放电效率更低，在充放电过程中能量损耗更大；
43.①
如果制动灯开关接通，表明此时汽车处于制动状态，则电磁离合器接合，使空调压缩机的转子与行驶电机的转子机械连接，将汽车的动能直接传递给空调压缩机的转子，
驱动空调压缩机工作，同时空调控制器切断电池对空调压缩机自带电机的供电；
44.②
如果制动灯开关断开，表明此时汽车不制动，则电磁离合器分离断开，由空调控制器利用电池对空调压缩机自带电机进行供电，驱动空调压缩机的正常制热工作；
45.2)如果t≥t1，表明电池在正常工作温度范围内，电池的充放电效率更高，此时使电磁离合器分离断开，无论汽车是否在制动，由空调控制器利用电池对空调压缩机自带电机进行供电，驱动空调压缩机的正常制热工作；
46.3)返回至步骤(1)。
47.(4)如果空调在制冷模式，则中央控制器采集温度传感器的信号，判断电池的温度t的所在范围；
48.1)如果t》t2，则中央控制器采集制动灯开关的信号，t2是电池正常工作温度范围的上限值，表明此时电池温度高于正常工作温度，电池发热严重且充放电过程将引起更大的发热量，使电池的温度进一步升高，对电池产生损害或引发电池自燃，电池充放电效率降低，此时应降低电池的充放电次数和频率；
49.①
如果制动灯开关接通，表明此时汽车处于制动状态，则电磁离合器接合，使空调压缩机的转子与行驶电机的转子机械连接，将汽车的动能直接传递给空调压缩机的转子，驱动空调压缩机工作，同时空调控制器切断电池对空调压缩机自带电机的供电；
50.②
如果制动灯开关断开，表明此时汽车不制动，则电磁离合器分离断开，由空调控制器利用电池对空调压缩机自带电机进行供电，驱动空调压缩机的正常制冷工作；
51.2)如果t≤t2，表明电池在正常工作温度范围内，电池的充放电效率更高，此时使电磁离合器分离断开，无论汽车是否在制动，由空调控制器利用电池对空调压缩机自带电机进行供电，驱动空调压缩机的正常制冷工作；
52.3)返回至步骤(1)。
53.实施例二
54.相对于实施例一，本实施例中的电动汽车空调控制系统中增加了制动压力传感器，如图7所示。该制动压力传感器安装于制动总泵内，用于监测制动总泵内的油压，即由司机制动踏板所产生的制动液压力(即制动压力)，该制动液压力也代表车轮制动器上的制动力，即制动压力传感器的数值代表司机的制动踏板对车轮产生制动力的数值，两者成正比关系。该制动压力传感器与中央控制器电连接，将制动压力信号传送给中央控制器。
55.如图3所示，本实施例中的电动汽车空调控制方法包括：
56.(1)中央控制器开启，并通过与空调控制器的通信来判断空调的工作模式；
57.(2)如果空调此时不启动，则返回至步骤(1)，中央控制器继续与空调控制器进行通信，持续采集其发送的信号来判断空调工作模式的变化；
58.(3)如果空调在制热模式，则中央控制器采集温度传感器的信号，判断电池的温度t的所在范围；
59.1)如果t《t1，则中央控制器采集制动灯开关的信号，t1是电池正常工作温度范围的下限值，表明此时电池温度低于正常工作温度，电池的充放电效率更低，在充放电过程中能量损耗更大；
60.①
如果制动灯开关接通，表明此时汽车处于制动状态，则应该使电磁离合器接合或部分时间接合，使空调压缩机的转子与行驶电机的转子机械连接，将汽车的动能直接传
递给空调压缩机的转子，驱动空调压缩机工作，同时空调控制器切断电池对空调压缩机自带电机的供电；并且中央控制器采集制动压力传感器的信号；
61.(i)如果制动压力传感器所测量到的制动压力p《p1，其中p1是制动总泵最大制动压力的30％，说明此时产生的制动压力偏小，司机的意图是轻踩制动踏板；则中央控制器以占空比的方式来控制电磁离合器的接合过程，使接合率q＝0.3；
62.所述占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例。如图4所示，在中央控制器对电磁离合器的输出电压信号中，每个时间周期中只有30％的时间、电压保持在促使电磁离合器处于接合状态的电压u，剩余70％的时间内电压为0，从而使得在每个时间周期中只有30％的时间、电磁离合器处于接合状态，剩余70％的时间中电磁离合器处于断开状态，则电磁离合器接合率q＝0.3。同理，如图5所示，每个时间周期中只有70％的时间、电压保持在促使电磁离合器处于接合状态的电压u，剩余30％的时间内电压为0，则电磁离合器接合率q＝0.7。同理，如图6所示，每个时间周期中100％的时间、电压保持在促使电磁离合器处于接合状态的电压u，则电磁离合器接合率q＝1。作为一种优选，每个时间周期为0.1秒。
63.(ii)如果此时的制动压力传感器所测量到的制动压力p1≤p《p2，其中p2是制动总泵最大制动压力的60％，说明此时产生的制动压力适中，司机以中等强度踩踏制动踏板，则中央控制器以占空比的方式控制电磁离合器的接合过程，使接合率q＝0.7，如图5所示；
64.(iii)如果此时的制动压力传感器所测量到的制动压力p≥p2，说明此时产生的制动压力更接近最大值，司机以高强度踩踏制动踏板，则中央控制器以占空比为100％的方式控制电磁离合器的接合过程，使接合率q＝1，如图6所示。
65.②
如果制动灯开关断开，表明此时汽车不制动，则电磁离合器分离断开，由空调控制器利用电池对空调压缩机自带电机进行供电，驱动空调压缩机的正常制热工作；
66.2)如果t≥t1，表明电池在正常工作温度范围内，电池的充放电效率更高，此时使电磁离合器分离断开，无论汽车是否在制动，由空调控制器利用电池对空调压缩机自带电机进行供电，驱动空调压缩机的正常制热工作；
67.3)返回至步骤(1)。
68.(4)如果空调在制冷模式，则中央控制器采集温度传感器的信号，判断电池的温度t的所在范围；
69.1)如果t》t2，则中央控制器采集制动灯开关的信号，t2是电池正常工作温度范围的上限值，表明此时电池温度高于正常工作温度，电池发热严重且充放电过程将引起更大的发热量，使电池的温度进一步升高，对电池产生损害或引发电池自燃，电池充放电效率降低，此时应降低电池的充放电次数和频率；
70.①
如果制动灯开关接通，表明此时汽车处于制动状态，则电磁离合器接合或部分时间接合，使空调压缩机的转子与行驶电机的转子机械连接，将汽车的动能直接传递给空调压缩机的转子，驱动空调压缩机工作，同时空调控制器切断电池对空调压缩机自带电机的供电；并且中央控制器采集制动压力传感器的信号；
71.(i)如果此时的制动压力传感器所测量到的制动压力p《p1，其中p1是制动总泵最大制动压力的30％，说明此时产生的制动压力偏小，司机的意图是轻踩制动踏板；则中央控制器以占空比的方式来控制电磁离合器的接合过程，使接合率q＝0.3，如图4所示；
72.(ii)如果此时的制动压力传感器所测量到的制动压力p1≤p《p2，其中p2是制动总泵最大制动压力的60％，说明此时产生的制动压力适中，司机以中等强度踩踏制动踏板，则中央控制器以占空比的方式控制电磁离合器的接合过程，使接合率q＝0.7，如图5所示；
73.(iii)如果此时的制动压力传感器所测量到的制动压力p≥p2，说明此时产生的制动压力更接近最大值，司机以高强度踩踏制动踏板，则中央控制器以占空比为100％的方式控制电磁离合器的接合过程，使接合率q＝1，如图6所示。
74.②
如果制动灯开关断开，表明此时汽车不制动，则电磁离合器分离断开，由空调控制器利用电池对空调压缩机自带电机进行供电，驱动空调压缩机的正常制冷工作；
75.2)如果t≤t2，表明电池在正常工作温度范围内，电池的充放电效率更高，此时使电磁离合器分离断开，无论汽车是否在制动，由空调控制器利用电池对空调压缩机自带电机进行供电，驱动空调压缩机的正常制冷工作；
76.3)返回至步骤(1)。
77.实施例二中，根据不同的制动压力范围来控制电磁离合器的接合率，其原因是当电磁离合器接合后，汽车行驶电机会在原有制动能量回收产生的阻力矩基础上、叠加空调压缩机转子的旋转阻力矩，从而使行驶电机传给车轮的制动力迅速增大，即产生更大的制动减速度，对车内乘客的乘坐舒适性产生不良影响，特别是当司机轻踩制动踏板而仅需较小制动力的情况下，对乘坐舒适性的影响更为明显。因此，有必要根据司机踩踏制动踏板的深度、强度或者司机所需制动力的数值，调节空调压缩机转子传递至行驶电机上的旋转阻力矩，使该旋转阻力矩随司机所需制动力增大而增大。另外，行驶电机上叠加的空调压缩机转子的旋转阻力矩，随电磁离合器的接合率的增大而增大。当司机轻踩制动踏板时，使电磁离合器的接合率q＝0.3，提高乘坐舒适性；当司机中等强度踩踏制动踏板时，电磁离合器的接合率q＝0.7，既保证一定的乘坐舒适性，又能提高制动回收能量的利用效率；当司机高强度踩踏制动踏板时，电磁离合器的接合率处于最大值q＝1，既充分地将汽车动能直接转化为空调压缩机的转子动能，制动回收能量的利用效率最高；又使空调压缩机转子叠加至行驶电机上的旋转阻力矩最大，从而使行驶电机对车轮产生最大的制动力，帮助司机尽快刹停汽车。
78.本发明的两个实施例中，当空调在制热模式下，外界气温远低于人体的正常体温，电池工作中，即使其温度t超过t1，也很难超过电池正常工作温度的上限值t2，所以此时仅考虑电池温度t《t1的情况。同理，当空调在制冷模式下，外界气温接近或超过人体的正常体温，电池工作中，即使其温度t低于t2，也很难低于电池正常工作温度的下限值t1，所以此时仅考虑电池温度t》t2的情况。一般情况下，t1＝-4℃，t2＝60℃。