用于电动汽车充电机的风扇转速控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及风扇的转速控制，具体涉及一种用于电动汽车充电机的风扇转速控制系统及其控制方法。

背景技术：

电动汽车充电机采用模块化配置，在控制装置的监控下，机柜内多台同型号的充电模块并联运行；充电模块采用风冷，进风口设有风扇，冷空气从充电模块前面板的进风口进入，穿过内部风道后，由充电模块背板的出风口排出；风扇采用常规的2线无刷直流风扇，风扇转速由充电模块内的核心处理器，依据充电模块内功率器件散热器的温度进行控制，风扇转速的档位一般分为2至3档；风扇的控制方式为简单的开环控制，核心处理器无法获知风扇转速，如果发生风扇无法启动、转速过低、中途停转等故障，只能在充电模块过温报警后，通过人工进行处理。

工作温度每升高10℃，电力电子设备的寿命将缩短至原来的一半；随着电路拓扑结构的改进和磁集成技术的应用，充电模块的开关频率和功率密度不断提升，外壳体积显著缩小，风扇转速随之加快，通风散热变得尤为重要。

充电模块过温报警后，需要人工寻找停转或转速过低的风扇，然后将其更换；风扇卡涩或其输入电压偏低都能造成风扇停转或转速过低，而且风扇的转速除目测外，无法准确测量，从而导致在风扇故障的处理过程中过分依赖经验，难以避免对失效风扇的辨别出现偏差。

充电模块内功率器件的温度由核心处理器通过测温元件进行测量，测温元件通常采用热敏电阻；热敏电阻测温元件的一致性很差，而且电阻-温度曲线存在较为严重的非线性；由于温度测量的数据不一致，造成各台充电模块中风扇的转速无法统一，由于各台充电模块之间有均流电路，各台充电模块的输出功率基本相同，最终造成个别充电模块长期高温运行，过早出现故障。

因此，需要提供一种技术方案来满足现有的技术需要。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供一种用于电动汽车充电机的风扇转速控制系统及其控制方法。

用于电动汽车充电机的风扇转速控制系统，包括：通过CAN总线相互连接的控制装置和充电模块，其特征在于，充电模块内风扇转速控制系统的相关部分包括：核心处理器、CAN总线通讯电路、风扇控制单元、风扇和测温单元；

风扇控制单元通过风扇电源输入回路与风扇相连；

风扇控制单元通过核心处理器与测温单元和CAN总线通讯电路相连。

风扇控制单元包括：风扇速度控制电路、风扇输入电压测量电路和风扇同步转动控制电路；

风扇速度控制电路、风扇输入电压测量电路和风扇同步转动控制电路与核心处理器相连。

风扇速度控制电路包括：风扇速度控制器、场效应管(1)和风扇转速反馈电阻(2)；

风扇速度控制器的集成电路芯片间串行传输(I²C)总线引脚、使能引脚(EN)分别与核心处理器的通用输入/输出接口(GPIO)引脚相连；

风扇速度控制器的脉宽调制(PWM)脉冲输出引脚(Vout)与场效应管(1)的栅极相连；

风扇速度控制器的反馈信号输入引脚(SE)与风扇转速反馈电阻(2)相连；

场效应管(1)的源极与风扇转速反馈电阻(2)相连。

风扇输入电压测量电路包括：电阻分压器(3)；

电阻分压器(3)的电压测量端与核心处理器的模拟信号采样通道的引脚相连。

风扇同步转动控制电路包括：RS-422转TTL电平转换器；

RS-422转TTL电平转换器的TTL电平数据输出引脚与核心处理器的通用定时/计数器的信号输入引脚相连；

RS-422转TTL电平转换器的RS-422信号接收引脚(RDA和RDB)与对时总线相连；

核心处理器的外设时钟控制器的时钟脉冲输出引脚与风扇速度控制器的外部时钟信号输入引脚(CLK)相连。

风扇电源输入回路包括：二次电源；

风扇的两端分别与二次电源、风扇速度控制电路中场效应管(1)的漏极相连。

测温单元包括：铂电阻测温元件(4)和铂电阻温度转换器；

核心处理器的通用输入/输出接口引脚与铂电阻温度转换器的集成电路芯片间串行传输总线引脚相连；

铂电阻测温元件(4)的电流注入端与铂电阻温度转换器的恒流源电流输出引脚(AIN1和AIN2)相连；

铂电阻测温元件(4)的电压测量端与铂电阻温度转换器的电压信号输入引脚(RTD1和RTD2)相连。

CAN总线通讯电路包括：CAN总线收发器；

CAN总线收发器的差分收发引脚(CANH和CANL)与CAN总线相连；核心处理器的CAN总线控制器的输出/接收引脚与CAN总线收发器的数据输入/输出引脚相连。

一种用于电动汽车充电机的风扇转速控制方法，包括如下步骤：

S1、控制装置执行Max环节、比较点1和Order环节，确定调速指令的档位后，执行S3；

S2、充电模块执行RTD环节，确定温度T后，执行S1；

S3、充电模块执行RPM环节，确定预期转速v_y后，执行S4；

S4、充电模块执行比较点2和PWM环节，确定转速控制脉冲占空比θ后，执行S2。

步骤S1包括如下步骤：

S1.1、电动汽车充电机处于充电状态，接收充电模块上报的温度T；

S1.2、求取各台充电模块温度的最大值T_max；

S1.3、若T_max＞温度控制上限T_up，调速指令档位增加一档，执行S1.6；

S1.4、若T_max＜温度控制下限T_low，调速指令档位降低一档，执行S1.6；

S1.5、若T_low≤T_max≤T_up，调速指令档位保持不变，执行S1.7；

S1.6、向充电模块下发调速指令；

S1.7、电动汽车充电机处于充电状态，转速调整延时t_df后，执行S1.1。

温度控制上限T_up为70℃，温度控制下限T_low为40℃。转速调整延时t_df为10min。

步骤S2包括如下步骤：

S2.1、当电动汽车充电模块处于充电状态时，测量铂电阻(RTD)测温元件的电阻值R；

S2.2、若铂电阻测温元件的分度表中存在与电阻值R相同的电阻数值，则电阻值R所对应的温度数值为铂电阻测温元件的测量温度T；

S2.3、若铂电阻测温元件的分度表中不存在与电阻值R相同的电阻数值，利用公式求解测量温度T；

S2.4、向控制装置报送测量温度T；

S2.5、电动汽车充电模块处于充电状态，测温延时t_dm后，执行S2.1。

测温延时t_dm为5min。

步骤S2.3中，公式如下所示：

$T=\frac{(R-R_1)(T_2-T_1)}{(R_2-R_1)}+T_1$

式中：R-铂电阻测温元件的电阻值；R1和R2—铂电阻测温元件的分度表中与R相邻的2个数值，满足R1＜R＜R2；T1和T2—铂电阻测温元件的分度表中，阻值R1和阻值R2对应的温度数值。

步骤S3包括如下步骤：

S3.1、接收从控制装置下发的调速指令；

S3.2、依据调速指令档位在“调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表”中查找与调速指令档位对应的新装风扇转速；

S3.3、将新装风扇转速作为预期转速v_y，执行S3.1。

“调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表”为调速指令档位、转速控制脉冲占空比和新装风扇转速相对应的3列数据表；

“调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表”的行数与调速指令的档位数量相同；

转速控制脉冲占空比：在转速控制脉冲占空比调整范围内，包含转速控制脉冲占空比调整范围的极限值，间距相等的占空比数值；

新装风扇转速：以转速控制脉冲占空比控制新风扇时的实际转速。

转速控制脉冲占空比调整范围为30％-100％。

步骤S4包括如下步骤：

S4.1、比较预期转速v_y和实际转速v_s：

若-v_yλ≤(v_s-v_y)≤v_yλ，不调整转速控制脉冲占空比

若(v_s-v_y)＜-v_yλ，将转速控制脉冲占空比增加一档调整步长δ，执行S4.2

若(v_s-v_y)＞v_yλ，将转速控制脉冲占空比减小一档调整步长δ，执行S4.3

λ为转速允许偏差系数；

S4.2、占空比增加调整延时t_δ1后，执行S4.1；

S4.3、占空比减小调整延时t_δ2后，执行S4.1。

转速允许偏差系数λ为3％。占空比调整步长δ为2％。

占空比增加调整延时t_δ1为1s，占空比减小调整延时t_δ2为5s。

充电模块的报警类型包括：

Sa1、风扇输入电压过低报警

Sa2、通讯故障报警

Sa3、占空比及转速异常报警

风扇输入电压过低报警为：

若输入电压V低于风扇输入电压的报警限值U_low，面板报警，向控制装置上传报警信息。

风扇输入电压报警限值U_low为二次电源额定电压的90％。

通讯故障报警为：

若在通讯报警超时时间t_c内未收到转速指令，并充电模块处于充电状态，面板报警，风扇以最高速度转动。

通讯报警超时时间t_c为20min。

占空比及转速异常报警为：

若转速控制脉冲占空比未处于转速控制脉冲占空比的调整范围上限，且占空比大于占空比报警限值α，面板报警，向控制装置上传报警信息；

若转速控制脉冲占空比处于转速控制脉冲占空比的调整范围上限，且风扇转速小于占空比处于上限时转速报警限值β，面板报警，向控制装置上传报警信息。

用如下公式计算占空比报警限值α：

$\mathrm{\α}={\mathrm{\θ}}_b\mathrm{\ϵ}\frac{V_e}{V}$

式中：α--占空比报警限值，θ_b--“调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表”中与当前调速指令对应的占空比数值，V_e--风扇二次电源额定电压，V--风扇输入电压，ε--占空比过大报警系数。

占空比过大报警系数ε为1.3。

用如下公式计算占空比处于上限时转速报警限值β：

$\mathrm{\β}=v_{max}\mathrm{\ψ}\frac{V}{V_e}$

式中：β--占空比处于上限时转速报警限值，v_max--“调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表”中对应最高调速指令的风扇转速，V_e--风扇二次电源额定电压，V--风扇输入电压，ψ--转速过低报警系数。

用如下公式计算转速过低报警系数ψ：

$\mathrm{\ψ}=\frac{1}{\mathrm{\ϵ}}$

式中：ε--占空比过大报警系数。

与最接近的现有技术相比，本发明具有如下显著进步：

1、本发明采用串级式双环控制方式，风扇的转速控制环为控制内环，散热器的温度控制环为控制外环；控制内环根据风扇的实际转速，对超出预期的转速进行调整，提高了风扇转速的稳定性，并能发现“风扇无法启动”、“风扇转速低于预期”，以及“转速调低导致风扇中途停转”等故障；

2、本发明的控制外环根据充电过程中功率器件的温度变化，不断调整风扇转速，提高了功率器件温度的稳定性，避免了功率器件内各种材料，由于热胀冷缩率的差异，在温度变化时产生较大的应力；

3、本发明利用风扇转速反馈电阻将2线无刷直流风扇的转速反馈至风扇速度控制器，避免了使用内置转速计价格昂贵的3线风扇，降低了风扇转速控制系统的成本；

4、本发明利用风扇速度控制器的内置程序，使风扇在启动瞬间全速转动，然后降低转速至启动初期所需的较低转速，避免了在启动瞬间，风扇输入电压的占空比较低，风扇难以启动，并提高了风扇转速控制系统的可靠性；

5、本发明利用分压器监测风扇的输入电压，在输入电压降低时，调高“转速控制脉冲占空比报警限值”，调低“转速控制脉冲占空比处于上限时转速报警限值”，避免了二次电源负载过重或电源故障时，风扇的输入电压降低，无法维持风扇转速，被误判为风扇故障，并提高了风扇故障诊断的准确性；

6、本发明将风扇报警分为“风扇输入电压过低”报警和“风扇故障”报警，将发生“风扇故障”报警的原因限定为积尘引起的风扇卡涩，处理方式为立即更换风扇，避免了运维人员目测风扇转速，凭经验处理故障，提高了风扇故障的处理效率，简化了风扇故障的处理流程；

7、本发明将风扇输入电压的PWM脉冲与IRIG-B码对时脉冲中的整秒脉冲同步，使电动汽车充电站内的每台充电机，充电机内的每台充电模块，充电模块内的每个风扇的转动都与整秒脉冲同步，大幅降低了电动汽车充电站内的噪音；

8、本发明的控制装置根据全部充电模块内的最高温度，统一下发风扇转速指令，使各个风扇同速转动，避免了传统方案中，由于测温元件缺乏一致性，导致各台充电模块输出功率相同，风扇转速不同的状况；

9、本发明的风扇转速分为多个档位，可以避免功率器件温度较低，风扇高速转动，产生不必要的噪音；

10、本发明控制装置下发的调速指令中仅标明风扇转速的档位，不在指令中涉及风扇的具体转速，充电模块将指令解析成与转速指令的档位相对应，与充电模块内风扇和风扇控制单元的硬件特性相一致的预期转速；增强了控制装置与不同充电模块之间的互换性，更换充电模块时，不必对控制装置内的软件进行改动；隐藏了充电模块的技术细节，简化了控制装置的程序开发。

11.本发明利用实测数据生成“调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表”，并在表中查找，获取相应数据，避免了利用线性公式模拟实际系统，引入非线性因素导致的系统误差。

附图说明：

图1为本发明一个实施例的风扇转速控制系统示意图；

图2为本发明另一实施例的风扇转速控制系统示意图；

图3为本发明另一实施例的控制系统的结构图；

图4为本发明另一实施例的控制装置内运行程序的程序流程图；

图5为本发明另一实施例的充电模块内运行程序的散热器温度测量子程序的程序流程图；

图6为本发明另一实施例的充电模块内运行程序的转速指令解析子程序的程序流程图；

图7为本发明另一实施例的充电模块内运行程序的风扇转速调整子程序的程序流程图；

图8为本发明另一实施例的充电模块内运行程序的风扇报警子程序中“风扇输入电压过低”报警环节的程序流程图；

图9为本发明另一实施例的充电模块内运行程序的风扇报警子程序中“通讯故障”报警环节的程序流程图；

图10为本发明另一实施例的充电模块内运行程序的风扇报警子程序中“占空比及转速异常”报警环节的程序流程图。

其中：1--MOS-FET管；2—风扇转速反馈电阻；3—电阻分压器；4—RTD测温元件；Vout--风扇速度控制器的转速控制PWM脉冲输出引脚；SE--风扇速度控制器的反馈信号输入引脚；EN--风扇速度控制器的使能引脚；CLK--风扇速度控制器的外部时钟信号输入引脚；RDA/B--RS-422转TTL电平转换器的RS-422信号接收引脚；CANH/L--CAN总线收发器的差分收发引脚；AIN1/2--RTD温度转换器的恒流源电流输出引脚；RTD1/2--RTD温度转换器的电压信号输入引脚。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图对本发明的内容做进一步的描述。

如图1所示的本发明第1个实施例的风扇转速控制系统位于一台充电模块内，包括一个风扇控制单元、一个风扇和一个测温单元；风扇控制单元包括风扇速度控制电路、风扇输入电压测量电路和风扇同步转动控制电路。

风扇转速控制系统要与充电模块内的其他控制系统共用核心处理器和CAN总线通讯电路。

充电模块核心处理器具有以下技术细节：

核心处理器采用数字信号处理器(DSP)，DSP芯片具有强大的数学运算能力，并有丰富的片上外设和接口，包括CAN总线控制器、通用输入/输出接口(GPIO)、模拟/数字转换器(ADC)、通用定时/计数器和外设时钟控制器。

核心处理器可选用TMS320系列、ADSP21系列、DSP56系列DSP芯片，或其他具有类似功能的数字信号处理芯片。

充电模块的CAN总线通讯电路具有以下技术细节：

CAN总线通讯电路包括CAN总线收发器。

将核心处理器内置的CAN总线控制器的输出/接收引脚分别与CAN总线收发器的数据输入/输出引脚相连，并将CAN总线收发器的差分收发引脚CANH和CANL接入充电机内的CAN总线。

CAN总线收发器芯片可选用SN65HVD230芯片、TJA1040T芯片、CTMl050T芯片，或其他具有类似功能的CAN总线收发芯片。

上述技术细节说明：

充电机内的CAN总线连接控制装置和充电模块，以预先设定的帧格式，在充电机内部传递数据、信息和指令。

风扇控制单元的风扇速度控制电路具有以下技术细节：

风扇速度控制电路包括风扇速度控制器、场效应管(MOS-FET)和风扇转速反馈电阻。

将核心处理器GPIO接口的2个引脚与风扇速度控制器的集成电路芯片间串行传输(I²C)总线引脚相连，以核心处理器的GPIO接口模拟I²C总线时序，实现芯片间的数据传输；核心处理器通过I²C总线设置风扇速度控制器内的占空比寄存器，控制风扇速度控制器输出的脉宽调制(PWM)脉冲的占空比，从而控制风扇转速；核心处理器通过I²C总线读取风扇速度控制器内风扇转速寄存器中的数据，及时获知风扇转速。

将核心处理器其余的一个GPIO接口引脚与风扇速度控制器的使能引脚EN相连，用于控制风扇速度控制器的开启或关停，进而操控风扇的运转或停转。

将风扇速度控制器的PWM脉冲输出引脚Vout与MOS-FET管(1)的栅极相连，风扇速度控制器依据芯片内占空比寄存器中的数值，输出相应的PWM脉冲，控制MOS-FET管(1)的通断，改变风扇输入直流电压的平均值，进而控制风扇的转速。

将风扇速度控制器的反馈信号输入引脚SE与风扇转速反馈电阻(2)的高电位端相连，风扇每次转动将产生2个电流脉冲，电流脉冲在风扇转速反馈电阻(2)上生成电压信号，风扇速度控制器采集后用于风扇的转速统计，并将结果写入风扇速度控制器内的转速寄存器。

将MOS-FET管(1)的漏极与风扇的一根电源输入线相连，MOS-FET管(1)的源极与风扇转速反馈电阻(2)相连，形成风扇及其电源输入回路的对地通路。

风扇速度控制器芯片可选用MAX6620芯片、Max6650芯片、TC642芯片、TC655芯片，或其他具有类似功能的风扇速度控制芯片。

上述技术细节说明：

风扇转速反馈电阻(2)采用低阻值、低温漂的精密电阻。

相对于传统的开环控制方式，采用风扇速度控制器能对风扇进行闭环控制，通过监测风扇转速反馈电阻(2)上的电压信号，及时获知风扇转速，并通过增加PWM脉冲的占空比，对低于预期的转速进行调整，维持风扇转速稳定，还能迅速发现“风扇无法启动”、“风扇转速低于预期”，以及“转速调低导致风扇中途停转”等故障。

采用风扇速度控制器能避免使用内置转速计、价格昂贵的3线风扇。

风扇运行后，出现积尘，引发卡涩，导致风扇的启动电压需要不断提高；如果风扇启动瞬间，输入电压的占空比过低，产生的推力无法克服风扇的惯性，风扇将无法启动；采用风扇速度控制器，利用其内置程序，在启动瞬间，将风扇输入电压的占空比提高至100％，使风扇全速转动，然后依据占空比寄存器中的数值，自行将风扇输入电压的占空比调低，满足充电状态前期，电动汽车充电机内风扇较低转速的需要。

风扇控制单元的风扇输入电压测量电路具有以下技术细节：

风扇输入电压测量电路包括电阻分压器(3)。

在风扇的电源输入回路中，接入由二个电阻串联而成的电阻分压器(3)，将电阻分压器(3)的电压测量端与核心处理器内置ADC转换器的模拟信号采样通道的引脚相连，实现风扇输入电压的测量。

上述技术细节说明：

电阻分压器(3)中的电阻采用高阻值、低温漂的精密电阻。

风扇的转速不仅受输入电压占空比的控制，还受输入电压幅值的影响，如果充电模块内二次电源负载过重或电源故障，将导致二次电源的输出电压降低；通过不断监测风扇的输入电压，在输入电压降低时，调高“转速控制脉冲占空比报警限值”，调低“转速控制脉冲占空比处于上限时转速报警限值”，避免风扇输入电压降低，导致风扇转速降低，造成风扇转速控制系统误报警。

借助电阻分压器(3)测量风扇的输入电压，还能对风扇故障时的报警类型进行细分，将报警类型分为“风扇输入电压过低”报警和“风扇故障”报警，将发生“风扇故障”报警的原因限定为风扇积尘引发的卡涩，必须立即更换风扇，简化了风扇故障的处理流程，提高了运维人员对风扇故障的处理效率。

风扇控制单元的风扇同步转动控制电路具有以下技术细节：

风扇同步转动控制电路包括RS-422转TTL电平转换器。

将电动汽车充电站内的对时总线接入电动汽车充电机，对时总线与充电机内的CAN总线一同接入各台充电模块。

将核心处理器内置的通用定时/计数器的信号输入引脚与RS-422转TTL电平转换器的TTL电平数据输出引脚相连，并将RS-422转TTL电平转换器的RS-422信号接收引脚RDA和RDB接入电动汽车充电机内的对时总线。

将核心处理器内置的外设时钟控制器的时钟脉冲输出引脚与风扇速度控制器的外部时钟信号输入引脚CLK相连。

RS-422转TTL电平转换器芯片可选用SN75LBC184芯片、MAX1487芯片、SP3491芯片，或其他具有类似功能的RS-422转TTL电平转换芯片。

上述技术细节说明：

电动汽车充电站内的对时总线连接对时装置和执行实时信息采集、事件顺序记录和电能计费等功能的诸多设备，对时装置通过天线接收GPS系统或北斗导航系统发布的授时信号，通过IRIG-B格式的串行时间码序列脉冲，在对时总线上传递对时信号。

核心处理器内置的通用定时/计数器识别出IRIG-B码脉冲中的Pr码元，确定整秒的开始，核心处理器内置的外设时钟控制器依据通用定时/计数器识别出的整秒脉冲，自行生成与整秒脉冲的脉冲前沿同步的，用以接入风扇速度控制器的外部时钟信号。

风扇速度控制器的外部时钟脉冲的脉冲前沿与IRIG-B码对时脉冲中的整秒脉冲的脉冲前沿同步，风扇速度控制器产生的用于风扇速度控制的PWM脉冲的脉冲前沿，以及风扇输入电压的PWM脉冲的脉冲前沿都将与整秒脉冲的脉冲前沿同步。

风扇的输入电压是具有占空比的PWM电压脉冲，风扇电机产生噪音的时间就是电压脉冲的持续时间；传统方案中，风扇的转动由各个充电模块异步控制，风扇产生的噪音杂乱无章；本方案中，对时总线接入电动汽车充电站内的每一台充电机，并延伸到充电机内的每一台充电模块，所有风扇输入电压的PWM脉冲都与整秒脉冲同步，所有风扇同步转动，电动汽车充电站内的噪音大幅降低。

风扇及其电源输入回路具有以下技术细节：

风扇及其电源输入回路包括风扇、充电模块内的二次电源。

风扇采用常见的2线无刷直流风扇，有2根电源输入线，其输入电压有5V、12V等系列，由充电模块内的二次电源提供。

将风扇的一根电源输入线与充电模块内的二次电源相连，风扇的另一根电源输入线与风扇速度控制电路中的MOS-FET管(1)的漏极相连，MOS-FET管(1)的源极还与风扇速度控制电路中的风扇转速反馈电阻(2)相连。

上述技术细节说明：

风扇速度控制器通过MOS-FET管(1)控制风扇的转速，借助风扇转速反馈电阻(2)获知风扇的实际转速。

测温单元具有以下技术细节：

测温单元包括铂电阻(RTD)测温元件(4)和RTD温度转换器。

将核心处理器GPIO接口的另2个引脚与RTD温度转换器的I²C总线引脚相连，以核心处理器的GPIO接口模拟I²C总线时序，实现芯片间的数据传输；核心处理器通过I²C总线设置RTD温度转换器内的RTD注入电流控制寄存器，控制RTD温度转换器内RTD注入电流恒流源的开启，使RTD温度转换器仅在测温期间向RTD测温元件(4)注入电流,用以降低RTD温度转换器芯片发热和RTD测温元件(4)自身发热对测量精度的影响；核心处理器通过I²C总线读取RTD温度转换器内数据输出寄存器中的数值，获知RTD注入电流恒流源开启时，RTD测温元件(4)中电阻体两端的电压。

将RTD测温元件(4)的电流注入端与RTD温度转换器的恒流源电流输出引脚AIN1和AIN2相连，RTD测温元件(4)的电压测量端与RTD温度转换器的电压信号输入引脚RTD1和RTD2相连。

RTD测温元件(4)安装在充电模块内功率器件的散热器上，接近发热量最大的功率器件表面的温度最高点。

测温元件采用4端PT100系列铂电阻(RTD)测温元件，RTD测温元件有2个电流注入端，2个电压测量端。

RTD温度转换器芯片可选用AD7711芯片、AD7718芯片、MAX31725芯片、MAX31865芯片，或其他具有类似功能的RTD温度转换芯片。

上述技术细节说明：

铂电阻(RTD)测温元件的测量准确度、电阻-温度曲线的线性和不同测温元件之间的一致性远远优于传统方案中采用的热敏电阻(NTC)测温元件。

RTD温度转换器采用4线法测量RTD测温元件中热电阻的电阻体阻值；在不同温度时，电阻体的阻值不同，利用RTD测温元件的分度表，获知热电阻的电阻体温度。

本发明提供的第1个实施的附加说明：

本方案也可用于电动汽车充电机内具有风扇的其他装置，例如进风预冷装置；进风预冷装置的核心处理器可采用具备ARM Cortex-M3内核的嵌入式微处理器，运行μC/OS-Ⅱ实时操作系统，但也具有与DSP芯片类似的、种类多样的片上外设和接口。

如图2所示的本发明第2个实施例的风扇转速控制系统位于一台电动汽车充电机内，包括一台控制装置，4台充电模块；充电模块内风扇转速控制系统的相关部分包括一个风扇控制单元、2个风扇和一个测温单元；风扇控制单元包括风扇速度控制电路、风扇输入电压测量电路和风扇同步转动控制电路。

电动汽车充电机具有以下技术细节：

充电机内的CAN总线将控制装置与每台充电模块相连，用于下发转速指令、配置参数、接收温度数据和报警信息；充电站内的对时总线进入充电机后，将站内的对时装置与每台充电模块相连，用于传递对时信号。

上述技术细节说明：

充电模块通过CAN总线向控制装置上报各自内部功率器件散热器的温度，控制装置根据所有充电模块内功率器件的最高温度，通过CAN总线向所有充电模块统一下发风扇转速指令，使所有充电模块内的风扇同速转动，避免了传统方案中，由于测温元件缺乏一致性，导致各台充电模块输出功率相同，风扇转速却难以统一。

充电模块通过对时总线接收对时信号，使电动汽车充电站内每台充电机，充电机内每台充电模块，充电模块内每个风扇的转动都与对时信号中的整秒脉冲同步，全部风扇同步转动，使电动汽车充电站内的噪音大幅降低。

控制装置具有以下技术细节：

控制装置内的电路包括核心处理器及其辅助电路、人机交互电路、数据储存电路和CAN总线通讯电路。

控制装置内的核心处理器通过片内LCD控制器和片外触摸屏控制器，外接彩色电阻式液晶触摸屏，通过片内存储器扩展接口外接超大容量片外存储器，通过片内CAN总线控制器和片外CAN总线收发器外接充电机内的CAN总线。

控制装置的核心处理器采用具备ARM920T内核的嵌入式微处理器，运行Linux操作系统，具有丰富的片上外设和接口，可采用AT9lRM92系列、S3C24系列、AAEC-2000系列微处理器。

上述技术细节说明：

控制装置不仅是第2个实施例风扇转速控制系统的重要构成单元，还是主要的人机交互界面。

控制装置通过CAN总线接收各台充电模块上报的报警信息，控制装置将所有的报警信息汇总，并集中展示，便于运维人员了解整个系统的运行状态；运维人员通过监控装置可以获知：散热器过温、风扇输入电压过低、风扇故障等报警信息。

控制装置通过CAN总线向所有充电模块下发配置参数，便于运维人员通过控制装置，集中整定、统一调配风扇转速控制系统的运转；运维人员通过监控装置可以整定：转速调整延时、测温延时、转速允许偏差系数、转速控制脉冲占空比调整步长、转速控制脉冲占空比调整延时等运行参数，通讯报警超时时间、占空比过大报警系数、转速过低报警系数等报警参数；运维人员通过监控装置，利用CAN总线传输协议，能以文件传输方式变更RTD测温元件的分度表和调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表。

充电模块具有以下技术细节：

第2个实施例与第1个实施例的相同之处在于：

核心处理器通过I²C总线与风扇速度控制器相连，用于指令和数据的写入和读出；核心处理器通过使能引脚控制风扇的启停；核心处理器通过分压器获知风扇的输入电压；核心处理器通过输出外部时钟信号控制风扇同步转动；核心处理器通过RS-422转TTL电平转换器连接充电站内的对时总线；核心处理器通过RTD温度转换器连接RTD测温元件，获知测温数据；核心处理器通过CAN总线收发器连接充电机内的CAN总线。

第2个实施例与第1个实施例的不同之处在于：

第2个实施例由一套风扇速度控制电路控制2个风扇；风扇速度控制电路包括一个风扇速度控制器，2个MOS-FET管和2个风扇转速反馈电阻。

风扇速度控制器内有2个占空比寄存器和2个转速寄存器，2个PWM脉冲输出通道Vout1和Vout2，2个反馈信号输入通道SE1和SE2；风扇速度控制器为每个风扇分配一个占空比寄存器和一个转速寄存器，一个PWM脉冲输出和一个反馈信号输入通道。

核心处理器通过I²C总线将指令写入风扇速度控制器内的1号和2号占空比寄存器，并通过I²C总线将数据从1号和2号转速寄存器中读出；风扇速度控制器的1号和2号PWM脉冲输出通道，分别接1号和2号MOS-FET管的栅极，用于控制1号和2号风扇的转速；风扇速度控制器的1号和2号反馈信号输入通道，分别接1号和2号风扇转速反馈电阻，用于获得1号和2号风扇的转速反馈信号。

第2个实施例具有2套相同的风扇电源输入回路；每个风扇的电源输入回路是将风扇的一根电源输入线与充电模块内的二次电源相连，另一根电源输入线与风扇编号相同的MOS-FET管的漏极相连；每个MOS-FET管的源极还与编号相同的风扇转速反馈电阻相连。

如图3所示的本发明第2个实施例的控制系统的结构图：

风扇转速控制系统采用串级式双环控制方式，风扇的转速控制环为控制内环，散热器的温度控制环为控制外环；控制内环根据风扇的实际转速，对超出预期的转速进行修正，维持风扇的转速稳定；控制外环根据充电过程中功率器件的实际温度，调整风扇转速，限制功率器件的温度变化范围，保证功率器件的温度处于合理区间。

控制系统的结构图中各构成单元的含义如下：

Ctrl：控制装置；

M1～M4：充电模块1～充电模块4；

信号线CAN：CAN总线，用于传递指令和数据；

Max环节：比较充电模块M1～M4中功率器件温度的数值T₁～T₄，确定充电模块中功率器件温度的最大值T_max；

比较点1：将充电模块中功率器件温度的最大值T_max与功率器件温度控制的上限T_up和温度控制的下限T_low相比；

Gear环节：依据比较点1的比较结果，对风扇调速指令Order的档位递增或递减，如果T_max＞T_up，调速指令Order的档位增加一档，如果T_max＜T_low，调速指令Order的档位降低一档；

RPM环节：依据“调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表”，将转速指令Order解析成风扇的预期转速v_y；

比较点2：将风扇的预期转速v_y与风扇实际转速的数值v_s相减后，再与风扇的转速允许偏差范围λv_y相比；

PWM环节：依据比较点2的比较结果，对转速控制PWM脉冲的占空比数值θ递增或递减，如果(v_s-v_y)＜-v_yλ，转速控制PWM脉冲的占空比数值θ增加一档调整步长δ，如果(v_s-v_y)＞v_yλ，转速控制PWM脉冲的占空比数值θ减小一档调整步长δ；

Fan环节：通过风扇速度控制电路中的风扇速度控制器，MOS-FET管，以及风扇，将转速控制PWM脉冲的占空比数值θ转换成风扇的实际机械转速v_s′；

Sense环节：通过风扇速度控制电路中的风扇速度控制器，风扇转速反馈电阻，以及风扇，将风扇的实际机械转速v_s′转换成风扇实际转速的数值v_s；

Radiator环节：通过充电模块风道中的风扇和散热器，利用风扇旋转带动的、穿过散热器肋片的气流，降低散热器的温度，将风扇的实际机械转速v_s′转换成散热器的实际温度T’；

RTD环节：通过测温单元，将散热器的实际温度T’转换成散热器实际温度的数值T。

控制系统的结构图说明：

控制系统的结构图为本发明控制方法的主要表述方式，下文的程序流程图为控制方法在软件编程上的具体实施方式，对控制系统的结构图难以表述的技术细节进行辅助表述。

在控制系统的结构图中，Max环节、比较点1和Order环节由控制装置中的软件实现；RPM环节、比较点2和PWM环节由充电模块中的软件实现；Fan环节、Sense环节和Radiator环节由充电模块中的硬件实现；RTD环节由充电模块中的软件和硬件共同实现。

RPM环节由充电模块的转速指令解析子程序实现；比较点2和PWM环节由充电模块的风扇转速调整子程序实现；RTD环节的软件部分由充电模块的散热器温度测量子程序实现。

各个程序流程图表述的程序，在电动汽车充电机处于充电和待机状态时，循环运行，在电动汽车充电机断电停机后，终止运行。

在风扇转速控制系统中，各台充电模块收到相同的转速指令Order，各台充电模块中各个风扇的预期转速v_y相同，但各台充电模块中各个风扇的转速控制PWM脉冲的占空比θ，各个风扇的实际机械转速v_s′，以及各台充电模块内散热器的实际温度T’可能不同，而且随着风扇使用时间的延长，上述数值间的差距也逐渐扩大。

充电模块的软件结构说明：

充电模块中的散热器温度测量子程序、转速指令解析子程序、风扇转速调整子程序，以及风扇报警子程序中的“风扇输入电压过低”报警环节、“通讯故障”报警环节和“占空比及转速异常”报警环节，作为独立的程序模块，在充电模块内的核心处理器上以分时复用方式并行运行。

在第2个实施例的上述程序模块中，散热器温度测量子程序、转速指令解析子程序、风扇报警子程序中的“风扇输入电压过低”报警环节和“通讯故障”报警环节，各有一个程序模块在同时运行；对应于充电模块内的2个风扇，风扇转速调整子程序、风扇报警子程序中的“占空比及转速异常”报警环节，各有2个程序模块在同时运行。

转速指令解析子程序的程序模块将最新的“预期转速v_y”写入核心处理器内相应的寄存器；风扇转速调整子程序的2个程序模块，和风扇报警子程序中“占空比及转速异常”报警环节的2个程序模块，从核心处理器内的同一寄存器，和风扇速度控制器内，与2个风扇对应的2个占空比寄存器和2个转速寄存器中读取数据。

如图4所示的本发明第2个实施例的控制装置内运行程序的程序流程图：

程序包括以下步骤：

41.判断电动汽车充电机所处的工作状态，依据充电或待机两种工作状态，分为2种情况：

A1.如果电动汽车充电机处于充电状态，执行本程序的步骤42；

A2.如果电动汽车充电机处于待机状态，转回执行本程序的步骤41。

42.对于步骤A1，控制装置向所有充电模块下发最低档位的调速指令。

控制装置将调速指令的最低档位作为当前调速指令的档位，记入核心处理器内相应的寄存器。

43.控制装置接收电动汽车充电机内所有充电模块上报的充电模块内功率器件散热器的温度数据T1～T4。

控制装置将接收到的温度数据作为当前温度数据，依据充电模块的编号，分别记入核心处理器内相应的寄存器。

控制装置读取核心处理器内相应寄存器中记录的各台充电模块内散热器的温度数据T1～T4。

控制装置求取所有充电模块内散热器温度的最大值T_max。

控制装置将散热器温度的最大值T_max与功率器件温度控制的上限T_up和温度控制的下限T_low进行比较，依据比较结果，分为3种情况：

B1.如果T_max＞T_up,风扇调速指令的档位过低，在调速指令的档位调整前，需进一步判断核心处理器内相应寄存器中调速指令的档位是否为最高档位，转至执行本程序的步骤44；

B2.如果T_max＜T_low，风扇调速指令的档位过高，在调速指令的档位调整前，需进一步判断核心处理器内相应寄存器中调速指令的档位是否为最低档位，转至执行本程序的步骤45；

B3.如果T_low≤T_max≤T_up，保持核心处理器内相应寄存器中调速指令的档位不变，不向充电模块下发新的调速指令，转至执行本程序的步骤46。

44.对于步骤B1，控制装置读取核心处理器内相应寄存器中记录的调速指令的档位。

控制装置判断调速指令的档位是否为最高档位，依据判断结果，分为2种情况：

C1.如果相应寄存器中调速指令的档位未处于最高档位，控制装置将调速指令的档位增加一档，向所有充电模块下发新的调速指令，并将新的调速指令的档位作为当前调速指令的档位，记入核心处理器内相应的寄存器，转至执行本程序的步骤46；

C2.如果相应寄存器中调速指令的档位已处于最高档位，控制装置面板报警，报警项目为“散热器过温”，要求运维人员处理，并保持核心处理器内相应寄存器中调速指令的档位不变，不向充电模块下发新的调速指令，转至执行本程序的步骤46。

45.对于步骤B2，控制装置读取核心处理器内相应寄存器中记录的调速指令的档位。

控制装置判断调速指令的档位是否为最低档位，依据判断结果，分为2种情况：

D1.如果相应寄存器中调速指令的档位未处于最低档位，控制装置将调速指令的档位降低一档，向所有充电模块下发新的调速指令，并将新的调速指令的档位作为当前调速指令的档位，记入核心处理器内相应的寄存器，转至执行本程序的步骤46；

D2.如果相应寄存器中调速指令的档位已处于最低档位，保持核心处理器内相应寄存器中调速指令的档位不变，不向充电模块下发新的调速指令，执行本程序的步骤46。

46.再次判断电动汽车充电机所处的工作状态，依据充电或待机两种工作状态，分为2种情况：

E1.如果电动汽车充电机处于充电状态，“转速调整延时t_df”后，再次执行本程序的步骤43；

E2.如果电动汽车充电机处于待机状态，下发风扇停转指令，转回执行本程序的步骤41。

上述程序的流程图说明：

在充电状态，电动汽车充电机内的风扇持续转动；在待机状态，电动汽车充电机内的风扇停止转动。

电动汽车充电机由待机状态转为充电状态，控制装置向所有充电模块下发最低档位的调速指令；在充电状态，控制装置不断接收充电模块上报的温度数据，依据充电模块内散热器温度的最大值是否超出温度控制的上限或低于温度控制的下限，调整风扇调速指令的档位，并下发新的调速指令；电动汽车充电机由充电状态转为待机状态，控制装置下发停转指令后，不再下发风扇调速指令，等待电动汽车充电机转入充电状态。

由于各台充电模块难以同时上报温度数据，控制装置将收到的温度数据分别记入核心处理器内相应的寄存器，以便风扇转速控制系统及时响应充电模块的温度变化，不必等待个别充电模块温度数据的延迟上报。

在现行电力电子设计中，功率器件的运行温度通常贴近其允许工作温度范围内的高温区域，温度控制的上限T_up可为70℃，温度控制的下限T_low可为40℃；功率器件的运行温度过高，由于功率器件内各种材料热胀冷缩率的差异，将产生较大的应力，缩短器件的使用寿命；功率器件的运行温度过低，由于风扇需要保持较高的转速，风扇的功耗、磨损和噪音增加，而且不利于功率器件周围空气相对湿度的降低，在潮湿环境容易导致器件吸湿受潮。

风扇转速指令分为停转指令和调速指令，在调速指令中标明风扇转速的档位；调速指令中的转速档位较多，可分为8档；通过调速指令的档位，将风扇的转速均分为若干档；当功率器件的温度较低时，采用较低的转速档位，风扇低速转动，避免产生不必要的噪音。

由于功率器件具有一定的热惯性，在风扇转速的档位调整后，需要经过一段时间的延时，才能判断转速档位的调整是否达到预期效果，是否需要继续调整；风扇的“转速调整延时t_df”可取10min。

第2个实施例的充电模块内运行程序的散热器温度测量子程序的程序流程图如图5所示：

程序包括以下步骤：

51.判断电动汽车充电模块所处的工作状态，依据充电或待机两种工作状态，分为2种情况：

F1.如果充电模块处于充电状态，执行本子程序的步骤52；

F2.如果充电模块处于待机状态，转回执行本子程序的步骤51。

52.对于步骤F1，充电模块内的核心处理器通过I²C总线将开启指令写入RTD温度转换器内的RTD注入电流控制寄存器，开启RTD温度转换器内的RTD注入电流恒流源。

充电模块内的核心处理器通过I²C总线读取RTD温度转换器内数据输出寄存器中的数据，获知RTD注入电流恒流源开启时，RTD测温元件中电阻体两端的电压。

充电模块内的核心处理器通过I²C总线将关闭指令写入RTD温度转换器内的RTD注入电流控制寄存器，关闭RTD温度转换器内的RTD注入电流恒流源。

依据RTD注入电流恒流源的注入电流和RTD测温元件中电阻体两端的电压，计算当时RTD测温元件中电阻体的电阻阻值R。

在RTD测温元件的分度表中查找与当时RTD测温元件中电阻体的阻值R相同的电阻数值，依据查找结果，分为2种情况：

G1.如果RTD测温元件的分度表中存在与电阻体的阻值R相同的电阻数值，该电阻数值所对应的温度数值就为当时RTD测温元件的测量温度T；

G2.如果RTD测温元件的分度表中不存在与电阻体的阻值R相同的数值，在RTD测温元件的分度表中，采用分段线性插值法，依据分度表中与阻值R的数值大小相邻的数值R1和R2，确定当时RTD测温元件的测量温度T，可采用公式(1)进行计算：

$T=\frac{(R-R_1)(T_2-T_1)}{(R_2-R_1)}+T_1---\left(1\right)$

式中：

R--RTD注入电流恒流源开启时，RTD测温元件中电阻体的电阻；

R1、R2--RTD测温元件的分度表中，与R大小相邻的2个数值，并满足R1＜R＜R2；

T1、T2--RTD测温元件的分度表中，阻值R1和R2分别对应的温度数值。

对于步骤G1和G2，在得出RTD测温元件的测量温度T后，将温度数据通过CAN总线向电动汽车充电机内的控制装置报送。

再次判断电动汽车充电模块所处的工作状态，依据充电或待机两种工作状态，分为2种情况：

H1.如果充电模块仍处于充电状态，“测温延时t_dm”后，再次执行本子程序的步骤52；

H2.如果充电模块已转入待机状态，转回执行本子程序的步骤51。

上述子程序的流程图说明：

在充电状态，以固定时间间隔，不断测量电动汽车充电模块内散热器的温度，并向控制装置上报温度数据；在待机状态，停止测量电动汽车充电模块内散热器的温度，并等待电动汽车充电模块转入充电状态。

RTD温度转换器内的RTD注入电流恒流源开启后，RTD温度转换器的芯片发热和RTD测温元件中的电阻体发热都会对测量精度产生一定影响，应尽量缩短RTD注入电流恒流源向RTD测温元件输出电流的持续时间。

RTD注入电流恒流源关闭后，在RTD注入电流恒流源再次开启之前，需要经过一段时间的延时，以便RTD温度转换器的芯片温度恢复正常，RTD测温元件中电阻体的温度恢复为被测器件自身的温度；RTD温度转换器的“测温延时t_dm”可取5min。

第2个实施例的充电模块内运行程序的转速指令解析子程序的程序流程图如图6所示：

程序包括以下步骤：

61.电动汽车充电模块内的核心处理器通过CAN总线不断接收，从控制装置下发的风扇转速指令。

核心处理器对接收到的转速指令进行解析，依据转速指令的两种类型，停转指令或调速指令，分为2种情况：

I1.如果接收到的转速指令为停转指令，核心处理器通过使能引脚关闭风扇速度控制器，风扇停止转动，转回执行本子程序的步骤61；

I2.如果接收到的转速指令为调速指令，执行本子程序的步骤62。

62.核心处理器通过I²C总线读取风扇速度控制器内转速寄存器中的数值。

核心处理器通过转速寄存器中记录的数值，判断风扇是否转动，从而确定风扇速度控制器是否启动，依据风扇速度控制器处于启动或未启动状态，分为2种情况：

J1.如果风扇速度控制器尚未启动，执行本子程序的步骤63；

J2.如果风扇速度控制器已经启动，执行本子程序的步骤64。

63.对于步骤J1，核心处理器通过风扇速度控制器的使能引脚开启风扇速度控制器。

核心处理器将新接收到的调速指令的档位，作为当前调速指令的档位，记入核心处理器内相应的寄存器，转至执行本子程序的步骤65。

64.对于步骤J2，核心处理器从内部相应的寄存器中读取寄存器中记录的原有调速指令的档位。

核心处理器将新接收到的调速指令的档位与原有调速指令的档位进行比较，依据新旧两个调速指令的档位是否相同，分为2种情况：

K1.如果新接收到的调速指令的档位与原有调速指令的档位相同，不对当前调速指令的档位进行更改，转至执行本子程序的步骤65；

K2.如果新接收到的调速指令的档位与原有调速指令的档位不同，将新接收到的调速指令的档位，作为当前调速指令的档位，记入核心处理器内相应的寄存器，执行本子程序的步骤65。

65.核心处理器从内部相应寄存器中读取调速指令的档位。

核心处理器依据调速指令的档位在“调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表”中查找与调速指令的档位相对应的新装风扇转速。

核心处理器将查表所得的新装风扇转速作为转速调整的预期转速v_y，记入核心处理器内相应的寄存器。

转回执行本子程序的步骤61。

上述子程序的流程图说明：

电动汽车充电模块内的核心处理器对于停转指令，直接控制风扇停转；对于调速指令，若风扇速度控制器尚未开启，开启风扇速度控制器后，新收到的调速指令的档位，即为当前调速指令的档位；若风扇速度控制器已经开启，判断相应寄存器中调速指令的档位是否需要更新。

充电模块内的核心处理器将调速指令的档位和预期转速分别记入核心处理器内相应的寄存器，便于数据在不同子程序之间共享，便于各个子程序以分时复用方式并行运行。

第2个实施例的充电模块内运行程序的风扇转速调整子程序的程序流程图如图7所示：

程序包括以下步骤：

71.电动汽车充电模块内的核心处理器从内部相应寄存器中读取转速调整的预期转速v_y。

核心处理器通过I²C总线读取风扇速度控制器内转速寄存器中记录的风扇实际转速的数值v_s。

核心处理器将风扇实际转速的数值v_s和风扇的预期转速v_y相减后，再将v_s与v_y的差值与风扇的转速允许偏差范围λv_y进行比较，依据比较结果，分为3种情况：

L1.如果-v_yλ≤(v_s-v_y)≤v_yλ，则风扇的实际转速v_s与预期转速v_y的差值在转速允许偏差范围λv_y之内，风扇的转速符合预期，不进行转速调整，转回执行本子程序的步骤71；

L2.如果(v_s-v_y)＜-v_yλ，则风扇的实际转速v_s与预期转速v_y的差值超出转速允许偏差范围λv_y，风扇的转速过低，但在转速调整前，需进一步判断风扇速度控制器输出的转速控制脉冲的占空比是否处于调整范围的上限，转至执行本子程序的步骤72；

L3.如果(v_s-v_y)＞v_yλ，则风扇的实际转速v_s与预期转速v_y的差值超出转速允许偏差范围λv_y，风扇的转速过高，但在转速调整前，需进一步判断风扇速度控制器输出的转速控制脉冲的占空比是否处于调整范围的下限，转至执行本子程序的步骤73。

其中，λ为转速允许偏差系数。

72.对于步骤L2，核心处理器先通过I²C总线读取风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值。

核心处理器将占空比寄存器中的数值与占空比调整范围的上限进行比较，依据比较结果，分为2种情况：

M1.如果风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值已处于占空比调整范围的上限，则不进行转速调整，转回执行本子程序的步骤71；

M2.如果风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值未处于占空比调整范围的上限，则按照公式(2)，将转速控制脉冲占空比的数值θ_c增加一档调整步长δ。

θ＝θ_c+δ (2)

式中：

θ--调整后的占空比数值；

θ_c--调整前的占空比数值；

δ--转速控制脉冲占空比调整步长。

核心处理器将新的转速控制脉冲占空比的数值θ记入风扇速度控制器内的占空比寄存器。

经过占空比调整延时t_δ1后，转回执行本子程序的步骤71。

其中，t_δ1为转速控制脉冲占空比增加时的调整延时。

73.对于步骤L3，核心处理器先通过I²C总线读取风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值。

核心处理器将占空比寄存器中的数值与占空比调整范围的下限进行比较，依据比较结果，分为2种情况：

N1.如果风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值已处于占空比调整范围的下限，则不进行转速调整，转回执行本子程序的步骤71；

N2.如果风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值未处于占空比调整范围的下限，则按照公式(3)，将转速控制脉冲占空比的数值θ_c减小一档调整步长δ。

θ＝θ_c-δ (3)

式中：

θ--调整后的占空比数值；

θ_c--调整前的占空比数值；

δ--转速控制脉冲占空比调整步长。

核心处理器将新的转速控制脉冲占空比的数值θ记入风扇速度控制器内的占空比寄存器。

经过占空比调整延时t_δ2后，转回执行本子程序的步骤71。

其中，t_δ2为转速控制脉冲占空比减小时的调整延时。

上述子程序的流程图说明：

通过不断比较“与当前调速指令的档位相对应的预期转速v_y”与“风扇速度控制器内转速寄存器中记录的风扇实际转速v_s”之间的差值，以“转速控制脉冲占空比调整步长δ”为调整增量，以“转速控制脉冲占空比调整延时t_δ1或t_δ2”为调整时间间隔，逐步增大或减小风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值，调整风扇转速，直到风扇的转速在“转速允许偏差范围λv_y”之内，风扇的转速达到预期。

“调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表”为3列数据表，数据表的行数与调速指令的档位数量相同，数据表中“风扇调速指令的档位”与“转速控制脉冲占空比”和“新装风扇转速”形成一一对应的关系；通过调速指令的档位，将转速控制脉冲的占空比均分若干档，借此将风扇的转速均分为若干档；由于风扇转动后，风扇的转速与转速控制脉冲的占空比存在近似线性的关系，如果对应表中各档转速对应的占空比在数值上间距相等，则各档风扇的转速在数值上也间距相等；风扇速度控制器输出的转速控制脉冲占空比的调整范围可为30％至100％，在这个调整范围内，依据调速指令档位的数量，算上占空比调整范围的极限值，将转速控制脉冲的占空比分成间距相等的若干档，例如8档，并将每档的占空比数值与调速指令的档位一一对应，形成对应表的前两列；对新装风扇进行测试，将不同调速档位对应的占空比数值写入风扇速度控制器内的占空比寄存器，并将风扇速度控制器内转速寄存器中的数值作为第3列的数据，一一对应，形成“调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表”。

若转速控制脉冲占空比的调整范围为30％至100％，调速指令的档位为8档，“调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表”如下表所示：

风扇速度控制器输出的转速控制脉冲的占空比具有一定调整范围，如果已经达到占空比调整范围的极限，占空比将无法进一步增大或减小，则无需进行转速调整。

风扇运行一段时间后，由于机芯积尘，摩擦增大，转速控制脉冲的占空比需相应增加，才能维持风扇的转速不变；将新装风扇的转速作为转速调整的预期转速，可以随着时间的推移，逐步提高转速控制脉冲的占空比，通过相同的转速指令获得相同的风扇转速。

控制装置下发调速指令的档位，在指令中不涉及风扇的具体转速；在充电模块内将调速指令解析成与调速指令的档位相对应，与充电模块内风扇和风扇控制单元的硬件特性相一致的预期转速；增强了控制装置与不同充电模块之间的互换性，在更换充电模块时，不必对控制装置内的软件进行改动；隐藏了充电模块内的技术细节，简化了控制装置内运行程序的开发。

利用实测数据生成“调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表”，并通过表中查找，获取相应数据，避免利用线性公式模拟实际系统，由非线性因素引入的系统误差。

由于风扇的转速与转速控制脉冲的占空比存在近似线性的关系，“转速允许偏差系数λ”可采用与“转速控制脉冲占空比调整步长δ”相近，但略大的数值，例如，“转速允许偏差系数λ”为3％，“转速控制脉冲占空比调整步长δ”为2％；“转速允许偏差系数λ”过小，将造成转速调整期间风扇的转速出现往复波动；“转速允许偏差系数λ”过大，将造成电动汽车充电机内各个风扇之间的转速出现偏差。

“转速控制脉冲占空比调整步长δ”可设为每步调整2％，“转速控制脉冲占空比增加时的调整延时t_δ1”可设为每次调整后延迟1s，“转速控制脉冲占空比减小时的调整延时t_δ2”可设为每次调整后延迟5s；增大风扇转速时，利用“占空比调整步长δ”和“占空比增加时的调整延时t_δ1”能避免风扇转速快速提升引发的尖叫；降低风扇转速时，利用“占空比调整步长δ”和“占空比减小时的调整延时t_δ2”能避免风扇惯性造成的占空比超调；减小“占空比调整步长δ”，或增大“占空比调整延时t_δ1或t_δ2”，将使风扇的转速调整时间延长。

第2个实施例的充电模块内运行程序的风扇报警子程序中“风扇输入电压过低”报警环节的程序流程图如图8所示：

程序包括以下步骤：

81.电动汽车充电模块内的核心处理器通过内置的ADC转换器测量风扇输入电压测量电路中电阻分压器上的电压。

核心处理器将测得的电压依据电阻分压器的变比计算出风扇的输入电压V。

核心处理器将计算出的风扇输入电压V作为当前电压数据，记入核心处理器内相应的寄存器。

核心处理器将风扇输入电压V与“风扇输入电压报警限值U_low”相比较，依据比较结果，分为2种情况：

O1.如果输入电压V低于“风扇输入电压报警限值U_low”，充电模块面板报警，并向控制装置上传报警信息，报警项目为“风扇输入电压过低”，要求运维人员处理；

O2.如果输入电压V不低于“风扇输入电压报警限值U_low”，转回执行本环节的步骤81。

上述报警环节的流程图说明：

风扇输入电压降低，将导致风扇的转速降低；“风扇输入电压报警限值U_low”可设定为风扇二次电源额定电压V_e的90％。

第2个实施例的充电模块内运行程序的风扇报警子程序中“通讯故障”报警环节的程序流程图如图9所示：

程序包括以下步骤：

91.电动汽车充电模块内的核心处理器通过CAN总线不断接收，从控制装置下发的风扇转速指令。

依据是否接收到风扇转速指令，分为2种情况：

P1.如果接收到风扇转速指令，核心处理器对风扇转速指令之间的时间间隔的计时重新开始，原有计时清零，转回执行本环节的步骤91；

P2.如果未接收到风扇转速指令，核心处理器对风扇转速指令之间的时间间隔保持计时，执行本环节的步骤92。

92.依据风扇转速指令之间的时间间隔的现有计时时长是否超出“通讯报警超时时间t_c”，分为2种情况：

Q1.如果风扇转速指令之间的时间间隔的现有计时时长未超出“通讯报警超时时间t_c”，转回执行本环节的步骤91；

Q2.如果风扇转速指令之间的时间间隔的现有计时时长超出“通讯报警超时时间t_c”，执行本环节的步骤93。

93.判断电动汽车充电模块所处的工作状态，依据充电或待机两种工作状态，分为2种情况：

R1.如果充电模块处于充电状态，充电模块面板报警，“通讯故障”指示灯闪亮，要求运维人员处理，并执行本环节的步骤94；

R2.如果充电模块处于待机状态，转回执行本环节的步骤91。

94.充电模块内的核心处理器将风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值设置为占空比调整范围内的最大值，风扇以当时能达到的最高速度转动。

转回执行本环节的步骤91。

上述报警环节的流程图说明：

充电模块处于充电状态，在“通讯报警超时时间t_c”内，未收到风扇转速指令，将启动“通讯故障”报警。“通讯报警超时时间t_c”应大于风扇的“转速调整延时t_df”，可设定为20min。

出现通讯故障后，风扇转速控制系统的控制外环被断开，电动汽车充电模块内的核心处理器无法依据转速指令调整风扇转速；在充电状态下，为了安全起见，将风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值设置为占空比调整范围内的最大值，风扇以当时能达到的最高速度转动，最大限度地降低充电模块内散热器的温度，避免功率器件过温损坏。

通讯故障消除后，如果再次收到转速指令，则转由充电模块内运行的“风扇转速调整子程序”设置风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值。

第2个实施例的充电模块内运行程序的风扇报警子程序中“占空比及转速异常”报警环节的程序流程图如图10所示：

程序包括以下步骤：

101.电动汽车充电模块内的核心处理器读取风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值。

核心处理器依据风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值是否处于占空比调整范围的上限，分为2种情况：

T1.如果风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值未处于占空比调整范围的上限，执行“转速控制脉冲占空比过大”报警子环节；

T2.如果风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值已处于占空比调整范围的上限，执行“转速控制脉冲占空比处于上限时转速过低”报警子环节。

“转速控制脉冲占空比过大”报警子环节

对于步骤T1，电动汽车充电模块内的核心处理器从内部相应寄存器中读取调速指令的档位。

核心处理器依据调速指令的档位在“调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表”中查找与调速指令的档位相对应的转速控制脉冲占空比数值θ_b。

核心处理器从内部相应寄存器中读取风扇的输入电压V。

采用公式(4)计算转速控制脉冲占空比报警限值：

$\mathrm{\α}={\mathrm{\θ}}_b\mathrm{\ϵ}\frac{V_e}{V}---\left(4\right)$

式中：

α--转速控制脉冲占空比报警限值；

θ_b--与当前调速指令对应的转速控制脉冲占空比数值；

V_e--风扇二次电源的额定电压；

V--风扇的输入电压；

ε--占空比过大报警系数。

核心处理器读取风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值。

核心处理器将转速控制脉冲占空比报警限值α与风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值进行比较，依据比较结果，分为2种情况：

U1.如果占空比寄存器中的数值大于当前的占空比报警限值α，充电模块面板报警，并向控制装置上传报警信息，报警项目为“风扇故障”，要求运维人员处理；

U2.如果占空比寄存器中的数值不大于当前的占空比报警限值α，转回执行本环节的步骤101。

上述报警子环节的流程图说明：

风扇积尘后，机芯摩擦增大，转速降低，为了维持转速不变，就需要提高转速控制脉冲的占空比；如果此时的转速控制脉冲的占空比大幅超出风扇新装时的转速控制脉冲占空比，则表明风扇积尘，需要更换风扇。

“占空比过大报警系数ε”是判断风扇积尘，提示更换风扇的门限系数，可设为1.3；降低“占空比过大报警系数ε”，将增加风扇故障的报警频次，缩短风扇的更换周期。

风扇转动后，风扇的转速与转速控制脉冲的占空比和风扇输入电压的平均值存在近似线性关系，在转速不变的前提下，风扇输入电压V的降低将导致转速控制脉冲占空比的增加，“转速控制脉冲占空比报警限值α”也应相应增大。

“转速控制脉冲占空比处于上限时转速过低”报警子环节

对于步骤T2，电动汽车充电模块内的核心处理器在“调速指令-转速控制脉冲占空比-新装风扇转速对应表”中查找与最高调速指令相对应的风扇转速v_max。

核心处理器从内部相应寄存器中读取风扇的输入电压V。

采用公式(5)计算转速控制脉冲占空比处于上限时转速报警限值：

$\mathrm{\β}=v_{max}\mathrm{\ψ}\frac{V}{V_e}---\left(5\right)$

式中：

β--转速控制脉冲占空比处于上限时转速报警限值；

v_max--对应表中与最高调速指令相对应的风扇转速；

V_e--风扇二次电源的额定电压；

V--风扇的输入电压；

ψ--转速过低报警系数。

核心处理器读取风扇速度控制器内转速寄存器中的数值。

核心处理器将转速控制脉冲占空比处于上限时转速报警限值β与风扇速度控制器内转速寄存器中的数值进行比较，依据比较结果，分为2种情况：

V1.如果转速寄存器中的数值小于当前的转速报警限值β，充电模块面板报警，并向控制装置上传报警信息，报警项目为“风扇故障”，要求运维人员处理；

V2.如果转速寄存器中的数值不小于当前的转速报警限值β，转回执行本环节的步骤101。

上述报警子环节的流程图说明：

如果风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值已达到占空比调整范围的上限，转速控制脉冲的占空比将无法进一步增大，利用“转速控制脉冲占空比报警限值α”判断风扇故障将出现局限，可转而利用“转速控制脉冲占空比处于上限时转速报警限值β”判断风扇故障。

在转速控制脉冲占空比不变的情况下，风扇积尘后，机芯摩擦增大，转速自然降低；如果此时的转速大幅低于风扇新装时的转速，则表明风扇积尘，需要更换风扇。

“转速过低报警系数ψ”是判断风扇积尘，提示更换风扇的门限系数；提高“转速过低报警系数ψ”，将增加风扇故障的报警频次，缩短风扇的更换周期。

风扇转动后，风扇的转速与转速控制脉冲的占空比存在近似线性关系，“占空比过大报警系数ε”与“转速过低报警系数ψ”之间的相互关系，可用公式(6)表示：

$\mathrm{\ψ}=\frac{1}{\mathrm{\ϵ}}---\left(6\right)$

式中：

ε--占空比过大报警系数；

ψ--转速过低报警系数。

风扇转动后，风扇的转速与风扇输入电压的平均值存在近似线性关系，在转速控制脉冲占空比不变的前提下，风扇输入电压V的降低将导致风扇转速的降低，“转速控制脉冲占空比处于上限时转速报警限值β”也应相应减小。

上述报警环节的说明：

当出现“风扇输入电压过低”报警和“风扇故障”报警时，电动汽车充电模块在面板报警的同时，将向控制装置上传报警信息，上传内容除报警项目外，还包括：报警时点调速指令的档位、占空比寄存器中的数值、转速寄存器中的数值和风扇输入电压的数值，便于运维人员分析故障原因。

报警环节高级功能的说明：

电动汽车充电模块内的核心处理器通过对风扇运行数据的进一步分析，可以对故障原因进行深层次判断，例如：

1.核心处理器通过使能引脚开启风扇速度控制器后，风扇速度控制器内转速寄存器中的数值一直为零，将风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值逐步调整至占空比调整范围的上限后，转速寄存器中的数值仍旧为零，可以判断故障为“风扇无法启动”；

2.“转速控制脉冲占空比过大”报警子环节和“转速控制脉冲占空比处于上限时转速过低”报警子环节，触发“风扇故障”报警后，可以判断故障为“风扇转速低于预期”；

3.调速指令的档位降低后，风扇速度控制器内占空比寄存器中的数值随之降低，但转速寄存器中的数值却变为零，必须重新调高占空比寄存器中的数值，风扇才能维持转动，可以判断故障为“转速调低导致风扇中途停转”。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。