基于智能芯片的新能源客车空调散热系统开发_李理.pdf
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1、2023.6电脑编程技巧与维护图1空调智能散热系统工作原理1概述车载空调是商用客车的常规配置,其性能关系到商用客车行驶时车内环境的舒适性,同时也关乎商用客车的能耗高低。空调系统本身是车辆上一个能耗较高的电气设备,由空调压缩机、散热器、电子风扇组成,除空调压缩机工作时具有较高能耗外,其散热用的电子风扇在工作时的能耗也非常高,通常一个散热用的电子风扇的额定电流在1525 A之间,根据车辆大小和吨位的不同,安装28个电子风扇。传统商用客车空调的散热是非智能型散热系统,当商用客车空调工作后,由控制器简单闭合空调系统中散热电子风扇的控制回路,让所有电子风扇全速运行,这种控制方式在某些工况下不仅不能够满足
2、空调系统的实际散热需求,同时能耗比较大1,3,4,6。针对新能源商用客车的特性,部分商用客车厂对传统客车空调散热系统进行改进,在空调散热系统工作时会参考混动车辆的发动机转速或纯电动车辆的低压直流电最大输出电流,对电子风扇的最大转速进行限制,这里之所以对电子风扇的最大转速进行限制,是为了防止多个电子风扇同时在全功率工作时,电流过大导致发电机或直流逆变器(DC/DC)损坏,这里之所参考发动机转速来保护发电机,是因为汽车构造决定发电机由发动机转子带动一起转动来发电。虽然上述改进相较于传统控制方式增加了智能控制部分,但是仅仅解决了避免发电机或DC/DC出现亏电现象,并没真正解决车载空调系统过高的能耗问
3、题和车内环境舒适性问题2,5。在此采用的智能调控方法通过采集空调过冷度11、车内环境温度、空调出风口温度等参数动态调节电子风扇的转速,有效解决在实际使用中新能源商用客车的空调舒适性和能效比问题。最后通过实验测试可以得出结论,在不影响车内环境舒适度的情况下可以有效降低能耗,对商用客车减排节能起到关键作用。2系统硬件设计2.1工作原理空调智能散热系统的工作原理如图1所示。商用客车空调智能散热系统包括空调制冷系统、电子风扇、空调出风口温度传感器、车内环境温度传感器和智能控制器7,10,这里空调制冷系统主要组成部分是空调压缩机。其中,智能控制器通过车载局域网CAN总线通信端口采集空调制冷系统的过冷度,
4、通过输入模拟量(AD)采样端口和温度传感器采集空调出风口温度及车内环境温度;然后智能控制器根据过冷度的变化、空调出风口温度变化及车内环境温度变化判断空调冷却系统需要的散热量,进而求出需要电子风扇输出的风量;接着智能控制器通过需求风量换算电子风扇需要达到的转速;最后智能控制器通过输出脉冲宽度调制(PWM)方式调节电子风扇的转速8,9,12。通过上述整个流程,我们能够了解到智能控制器在商用新能源客车空调智能散热系统中起到的关键作用,在此主要的控制方法就集成在智能控制器中。2.2智能芯片智能控制器主要采用STM32F105智能芯片,如图2所示。这是一款32位ARM微处理器,考虑到系统稳定性,在使用过
5、程中这款智能芯片的主频被设置为36 MHz作者简介:李理(1980),男,讲师,高级工程师。基于智能芯片的新能源客车空调散热系统开发李理(厦门大学嘉庚学院,福建 厦门361000)摘要:阐述了基于智能芯片的新能源商用客车空调散热系统的工作原理及软硬件开发,并且对散热系统中电子风扇的控制策略进行了重点介绍。通过产品的实验,在相同工况和环境下,可以有效降低能耗,降低商用客车的碳排放。关键词:智能芯片;新能源商用客车;空调;电子风扇PWM控制电子风扇智能控制器过冷度采集空调制冷系统出风口温度采集空调出风口温度车内环境温度采集车内环境温度138DOI:10.16184/prg.2023.06.0412
6、023.6电脑编程技巧与维护图2智能控制器主要芯片组成工作频率,同时配合商用客车的节能减排需求把工作状态设置为停机、待机及工作3个模式,为保证能耗低,在待机状态时控制器的能耗降低至0.1 A以下;在停机状态时控制器的能耗降低至0.01 A以下。在此描述的方法主要使用芯片内置的GPIO模块、定时器模块、CAN总线通信模块、PWM输出模块。除了主芯片外,还使用了一款AP1501的降压电源芯片,这款降压芯片可以把车载24 V电源降压到5 V电源,再通过TLV1117电源芯片把5 V电源降压到3.3 V给STM32F105主芯片提供电源。3系统软件设计如表1所示,智能控制器通过CAN总线以T周期不间断
7、采集空调系统的过冷度y,采集信号由空调系统通过车载局域网CAN总线的SAE J1939协议13传输到智能控制器,传输报文ID为十六进制值0 x18FF0E9D,优先级采用0b110,在车载总线报文中优先级较低,发送方式采用循环发送,发送周期500 ms,之所以采用较低的优先级和较长的发送周期,一方面是为了确保车载局域网CAN总线负载不高于40%;另一方面是因为空调过冷度变化的频率主要在0.21.5 Hz,所以无需采用过高频率采集。空调制冷系统的过冷度数值一般高于0低于100,但是为保证信号定义范围的最大适用度,采用报文中的6、7两个字节来传输信号值并且把信号取值范围设定在-40210。根据空调
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