专利名称：一种用于纯电动汽车的ptc电加热器控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于汽车控制技术领域，特别涉及一种用于纯电动汽车空调暖风系统的PTC电加热器控制系统。
背景技术：
在当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战下，发展电动汽车，实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成了广泛共识。在传统的汽油机汽车上，正常行驶工况下，发动机冷却液温度通常在90至110°C，此热量即被用于空调系统产生车厢暖风和进行除霜。在纯电动汽车上，由于去除了发动机，没有发动机的余热可以利用，而电动机冷却液的温度通常不超过60°C，无法满足车厢暖风及除霜功能。利用发动机冷却液余热实现暖风有一个明显缺点，即必须等发动机冷却液温度升高后才能产生暖风，因此在冬季天气寒冷时需要10分钟左右才能实现除霜功倉泛。
发明内容为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种用于纯电动汽车的PTC电加热器控制系统，可以有效控制纯电动汽车利用PTC电加热器进行加热的可靠性和安全性。本实用新型提出了一种用于纯电动汽车的PTC电加热器控制系统，包括:一个CPU模块、一路低压供电电路、一路高压供电电路、两路IGBT驱动电路、一路CAN总线通讯接口电路、三路温度检测电路、一路高压电流检测电路、三路PWM信号输出电路、一路输入捕捉通道电路和两路模式开关；其中，所述CPU模块，用于进行系统运算、逻辑分析及控制系统的工作；所述低压供电电路，用于提供CPU模块的单片机及系统的电路中其他芯片的工作电压；所述高压供电电路，用于为IGBT驱动电路提供直流高压；IGBT驱动电路，通过控制IGBT的接通及断开来实现控制PTC电加热芯本体是否进行加热；CAN总线通讯接口电路，用于实现所述系统与上级控制器间CAN通讯，接收上级控制器发送的车内温度、车外温度及目标设定温度信息，同时将PTC电加热器具体的工作参数发送给上级控制器；温度检测电路，用于检测系统温度、IGBT驱动芯片温度和PTC电加热芯本体温度；高压电流检测电路，用于测量PTC电加热器工作时的高压电流；PWM信号输出电路，用于控制IGBT驱动电路是否工作，用于在PWM控制模式下通过改变占空比表征PTC电加热器工作时的功率；输入捕捉通道电路，用于在PWM控制模式下获取上级控制器发送的PWM信号；[0014]模式开关，用于切换PTC电加热器获取上级控制器发送的目标功率信息的方式。所述PTC电加热器获取上级控制器发送的目标功率信息的方式包括CAN总线控制模式和PWM控制模式。在所述CAN总线控制模式下，所述PTC电加热器接收上级控制器通过CAN总线发送的目标功率指令；在所述PWM控制模式，所述PTC电加热器读取上级控制器发送的PWM信号的占空比以控制所述PTC电加热器的输出功率。所述高压供电电路和低压供电电路是相互隔离的。所述系统硬件能承受高压电压等级为直流600V，所述高压供电电路能将直流600V 转为 13.5V。所述CAN总线通讯接口硬件上采用光电耦合器进行隔离，将CAN控制器收发的单线信号转换成差分信号。本实用新型的有益效果是:提出了一种适用于纯电动汽车的空调暖风系统解决方案，所述PTC电加热器输出功率可调，可快速达到预期设定目标，舒适性好，且输出稳定后功耗低，可有效降低纯电动汽车空调暖风系统的电力消耗；所述PTC电加热器控制系统具备电压、电流、温度等子监控能力，可有效保证系统的安全可靠；所述PTC电加热器控制系统具备两种控制模式，可适应多种纯电动汽车方案。
图1是实施例1提出的控制系统的硬件组成结构图。图2是实施例2提出的系统实现的对PTC电加热器本体加热控制的原理图。
具体实施方式
为更好的对一种用于纯电动汽车的PTC电加热器控制系统的设计目的、特征和优点的理解，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。实施例1本实用新型提出的一种用于纯电动汽车的PTC电加热器控制系统，其硬件组成如图1所示，包括:一个CPU模块1、一路低压供电电路2、一路高压供电电路3、两路IGBT (绝缘栅双极型晶体管)驱动电路4、一路CAN总线通讯接口电路5、三路温度检测电路6、一路高压电流检测电路7、三路PWM信号输出电路8、一路输入捕捉通道电路9和两路模式开关
10。其中:CPU模块1，优选采用一个低功耗的8位微控制器，用于进行系统运算、逻辑分析、通过输入输出通道控制系统的工作。低压供电电路2，用于提供CPU模块的单片机及其他芯片的上电电压，也为系统提供逻辑参考电平。本实施例中，单片机及其他芯片的上电电压一般为5V，低压供电电路2可以实现将低压12V转为5V。高压供电电路3，用于为IGBT驱动电路4提供直流高压，还可以实现将直流高压(70V 至 600V)转为 13.5V。在本实施例中，所述高压供电电路3和低压供电电路2是隔离设计的，可以有效增强系统的抗干扰能力。IGBT驱动电路4，通过控制IGBT的接通及断开来实现控制PTC电加热芯本体是否进行加热。CAN总线通讯接口电路5，用于实现所述PTC电加热器控制系统与上级控制器间CAN通讯，接收上级控制器发送的车内温度、车外温度及目标设定温度信息，同时将PTC电加热器具体的工作参数发送给上级控制器。所述CAN总线通讯接口电路5硬件上采用光电耦合器进行隔离，将CAN控制器收发的单线信号转换成差分信号，可有效提高CAN总线通讯的抗干扰能力。温度检测电路6，用于检测系统温度、IGBT驱动芯片温度和PTC电加热芯本体温度。高压电流检测电路7，用于测量PTC电加热器工作时的高压电流。PWM信号输出电路8，共三路，其中两路用于控制IGBT驱动电路是否工作，第三路用于在PWM控制模式下通过改变占空比表征PTC电加热器工作时的功率。输入捕捉通道电路9，用于在PWM控制模式下获取上级控制器发送的PWM信号。模式开关10，用于切换PTC电加热器获取上级控制器发送的目标功率信息的方式，PTC电加热器可以通过CAN总线控制模式或PWM控制模式获取上级控制器发送的功率信息。具体的，CAN总线控制模式，可接收上级控制器通过CAN总线发送的开启关闭、目标功率等指令；PWM控制模式，可读取上级控制器发送的PWM信号的占空比以控制所述PTC电加热器的输出功率。实施例2本实用新型提出的一种用于纯电动汽车的PTC电加热器控制系统的硬件包含一个低功耗的CPU，低压供电电路，直流高压供电电路，两路IGBT驱动电路，一路CAN总线通讯接口电路，一路电流检测电路，三路温度检测电路，三路PWM信号输出电路，一路输入捕捉通道，两路模式开关。所述PTC电加热器控制系统的主要功能是接收来自上一级控制器的空调系统暖风加热需求指令，控制IGBT输出以驱动PTC电加热器本体进行加热。所述PTC电加热器控制系统具备两种指令接收模式，CAN总线控制模式和PWM控制模式，两种模式可通过模式开关进行切换。所述PTC电加热器控制系统高压电路和低压电路在物理上是相互隔离的。所述PTC电加热器控制系统硬件最高可承受高压电压等级为直流600V。所述PTC电加热器控制系统具备PTC电加热器本体温度检测、IGBT温度检测、高压电流监控功能，可以根据所述PTC电加热器控制系统的状态自动切断IGBT输出，有效保证纯电动汽车利用PTC进行加热的可靠性和安全性。所述PTC电加热器控制系统实现的对PTC电加热器本体加热控制的原理如图2所示，所述PTC电加热器通过GPIO模块接收PTC控制模式信号，以确定系统将进入PWM控制模式还是CAN总线控制模式；通过模拟量输入模块采集PTC温度传感器、IGBT温度传感器以及系统温度传感器的值，以实时监测所述PTC电加热器加热芯本体、IGBT本体以及所述系统CPU的温度；通过GPIO通道，获取空调系统鼓风机的工作状态，并获取上级控制器PTC电加热器控制使能信号；通过输入捕捉通道，获得上级控制器的PTC电加热器目标输出功率指令。所述PTC电加热器根据所述系统设定的模式、温度、鼓风机工作状态等信息，判定所述系统状态是否正常，并根据PTC使能指令，将所述系统的输出功率调整至目标输出功率。所述PTC电加热器可通过PWM模块控制IGBT驱动电路工作来调整PTC电加热器的输出功率，并通过调整PWM信号的占空比输出所述PTC电加热器的功率。在所述PTC电加热器发生故障时，可通过GPIO模块输出所述系统故障状态，并点亮PTC故障指示灯。在CAN总线控制模式下，所述PTC电加热器还可以通过CAN总线获得车内温度、车外温度及上级控制器发送的目标设定温度信息，进行辅助控制，并可以通过CAN总线输出PTC具体的工作状态。所述PTC电加热器包括的晶振，用于为单片机提供系统时钟，是单片机进行任何读写运算的基础，也为CAN总线、PWM模块、模拟量输入模块提供参考时钟。所述PTC电加热器包括的复位电路用于调试及程序下载时产生系统复位，使单片机程序计数器回到初始位置。所述PTC电加热器包括的8路GP10，是指数字量输入输出接口，可接收模式开关、PTC控制使能、鼓风机工作状态信号，输出故障状态、控制PTC故障指示灯。结合实施例1和2，本实用新型提出的一种用于纯电动汽车的PTC电加热器控制系统，其工作过程描述如下:1、所述PTC电加热器控制系统低压12V上电，初始化系统时钟；2、所述PTC电加热器控制系统初始化系统输入输出模块、CAN总线通讯接口电路模块、PWM信号输出电路模块、输入捕捉通道电路模块；3、所述PTC电加热器控制系统高压输入端上电，初始化IGBT驱动电路模块；4、周期性检测所述PTC电加热器控制系统IGBT驱动电路工作状态；5、周期性检测所述PTC电加热器控制系统PTC电加热器本体的工作电流；6、周期性检测所述PTC电加热器控制系统的温度、IGBT驱动芯片温度；7、周期性检测所述PTC电加热器控制系统的PTC电加热芯本体的温度；8、所述PTC电加热器控制系统定时检测所述PTC电加热器开启关闭使能控制信号;9、所述PTC电加热器控制系统定时检测所述PTC电加热器所装配的纯电动汽车空调系统鼓风机开启关闭状态；10、定时检测所述PTC电加热器控制系统的工作状态，包括IGBT驱动芯片工作状态、所述PTC电加热器控制系统的温度是否处于正常范围、所述PTC电加热器控制系统的PTC电加热芯本体温度是否处于正常范围；11、定时检测所述PTC电加热器控制系统的PTC电加热器控制模式。12、定时检测所述PTC电加热器控制系统在CAN总线控制模式或PWM控制模式下的PTC电加热器目标功率信息，计算所需电流大小，通过调节IGBT驱动电路模块的输出电流调节所述PTC电加热器输出功率。
权利要求1.一种用于纯电动汽车的PTC电加热器控制系统，其特征在于，包括:一个CPU模块、一路低压供电电路、一路高压供电电路、两路IGBT驱动电路、一路CAN总线通讯接口电路、三路温度检测电路、一路高压电流检测电路、三路PWM信号输出电路、一路输入捕捉通道电路和两路模式开关；其中， 所述CPU模块，用于进行系统运算、逻辑分析及控制系统的工作； 所述低压供电电路，用于提供CPU模块的单片机及系统的电路中其他芯片的工作电压； 所述高压供电电路，用于为IGBT驱动电路提供直流高压； IGBT驱动电路，通过控制IGBT的接通及断开来实现控制PTC电加热芯本体是否进行加 执.CAN总线通讯接口电路，用于实现所述系统与上级控制器间CAN通讯，接收上级控制器发送的车内温度、车外温度及目标设定温度信息，同时将PTC电加热器具体的工作参数发送给上级控制器； 温度检测电路，用于检测系统温度、IGBT驱动芯片温度和PTC电加热芯本体温度； 高压电流检测电路，用于测量PTC电加热器工作时的高压电流； PWM信号输出电路，用于控制IGBT驱动电路是否工作，用于在PWM控制模式下通过改变占空比表征PTC电加热器工作时的功率； 输入捕捉通道电路，用于在PWM控制模式下获取上级控制器发送的PWM信号； 模式开关，用于切换PTC电加热器获取上级控制器发送的目标功率信息的方式。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PTC电加热器获取上级控制器发送的目标功率信息的方式包括CAN总线控制模式和PWM控制模式。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述CAN总线控制模式下，所述PTC电加热器接收上级控制器通过CAN总线发送的目标功率指令；在所述PWM控制模式，所述PTC电加热器读取上级控制器发送的PWM信号的占空比以控制所述PTC电加热器的输出功率。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统的高压供电电路和低压供电电路是相互隔离的。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统硬件能承受高压电压等级为直流600V，所述高压供电电路能将直流600V转为13.5V。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述CAN总线通讯接口硬件上采用光电耦合器进行隔离，将CAN控制器收发的单线信号转换成差分信号。
专利摘要本实用新型属于汽车控制技术领域，本实用新型提出的用于纯电动汽车的PTC电加热器控制系统，包括一个CPU模块、一路低压供电电路、一路高压供电电路、两路IGBT驱动电路、一路CAN总线通讯接口电路、三路温度检测电路、一路高压电流检测电路、三路PWM信号输出电路、一路输入捕捉通道电路和两路模式开关。所述PTC电加热器控制系统具备PTC电加热芯本体温度检测、IGBT温度检测、高压电流监控功能，可以根据所述PTC电加热器控制系统的状态自动切断IGBT输出，有效保证纯电动汽车利用PTC进行加热的可靠性和安全性。
文档编号G05B19/418GK203084530SQ20132005270
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者李奇, 肖胜然, 张青平, 周罕华, 朱博, 李融 申请人:北京汽车新能源汽车有限公司