專利名稱：一種用于純電動汽車的ptc電加熱器控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于汽車控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于純電動汽車空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)的PTC電加熱器控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前全球汽車工業(yè)面臨金融危機(jī)和能源環(huán)境問題的巨大挑戰(zhàn)下，發(fā)展電動汽車，實(shí)現(xiàn)汽車能源動力系統(tǒng)的電氣化，推動傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，在國際上已經(jīng)形成了廣泛共識。在傳統(tǒng)的汽油機(jī)汽車上，正常行駛工況下，發(fā)動機(jī)冷卻液溫度通常在90至110°C，此熱量即被用于空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生車廂暖風(fēng)和進(jìn)行除霜。在純電動汽車上，由于去除了發(fā)動機(jī)，沒有發(fā)動機(jī)的余熱可以利用，而電動機(jī)冷卻液的溫度通常不超過60°C，無法滿足車廂暖風(fēng)及除霜功能。利用發(fā)動機(jī)冷卻液余熱實(shí)現(xiàn)暖風(fēng)有一個(gè)明顯缺點(diǎn)，即必須等發(fā)動機(jī)冷卻液溫度升高后才能產(chǎn)生暖風(fēng)，因此在冬季天氣寒冷時(shí)需要10分鐘左右才能實(shí)現(xiàn)除霜功倉泛。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提出了一種用于純電動汽車的PTC電加熱器控制系統(tǒng)，可以有效控制純電動汽車?yán)肞TC電加熱器進(jìn)行加熱的可靠性和安全性。本實(shí)用新型提出了一種用于純電動汽車的PTC電加熱器控制系統(tǒng)，包括:一個(gè)CPU模塊、一路低壓供電電路、一路高壓供電電路、兩路IGBT驅(qū)動電路、一路CAN總線通訊接口電路、三路溫度檢測電路、一路高壓電流檢測電路、三路PWM信號輸出電路、一路輸入捕捉通道電路和兩路模式開關(guān)；其中，所述CPU模塊，用于進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)算、邏輯分析及控制系統(tǒng)的工作；所述低壓供電電路，用于提供CPU模塊的單片機(jī)及系統(tǒng)的電路中其他芯片的工作電壓；所述高壓供電電路，用于為IGBT驅(qū)動電路提供直流高壓；IGBT驅(qū)動電路，通過控制IGBT的接通及斷開來實(shí)現(xiàn)控制PTC電加熱芯本體是否進(jìn)行加熱；CAN總線通訊接口電路，用于實(shí)現(xiàn)所述系統(tǒng)與上級控制器間CAN通訊，接收上級控制器發(fā)送的車內(nèi)溫度、車外溫度及目標(biāo)設(shè)定溫度信息，同時(shí)將PTC電加熱器具體的工作參數(shù)發(fā)送給上級控制器；溫度檢測電路，用于檢測系統(tǒng)溫度、IGBT驅(qū)動芯片溫度和PTC電加熱芯本體溫度；高壓電流檢測電路，用于測量PTC電加熱器工作時(shí)的高壓電流；PWM信號輸出電路，用于控制IGBT驅(qū)動電路是否工作，用于在PWM控制模式下通過改變占空比表征PTC電加熱器工作時(shí)的功率；輸入捕捉通道電路，用于在PWM控制模式下獲取上級控制器發(fā)送的PWM信號；[0014]模式開關(guān)，用于切換PTC電加熱器獲取上級控制器發(fā)送的目標(biāo)功率信息的方式。所述PTC電加熱器獲取上級控制器發(fā)送的目標(biāo)功率信息的方式包括CAN總線控制模式和PWM控制模式。在所述CAN總線控制模式下，所述PTC電加熱器接收上級控制器通過CAN總線發(fā)送的目標(biāo)功率指令；在所述PWM控制模式，所述PTC電加熱器讀取上級控制器發(fā)送的PWM信號的占空比以控制所述PTC電加熱器的輸出功率。所述高壓供電電路和低壓供電電路是相互隔離的。所述系統(tǒng)硬件能承受高壓電壓等級為直流600V，所述高壓供電電路能將直流600V 轉(zhuǎn)為 13.5V。所述CAN總線通訊接口硬件上采用光電耦合器進(jìn)行隔離，將CAN控制器收發(fā)的單線信號轉(zhuǎn)換成差分信號。本實(shí)用新型的有益效果是:提出了一種適用于純電動汽車的空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)解決方案，所述PTC電加熱器輸出功率可調(diào)，可快速達(dá)到預(yù)期設(shè)定目標(biāo)，舒適性好，且輸出穩(wěn)定后功耗低，可有效降低純電動汽車空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)的電力消耗；所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)具備電壓、電流、溫度等子監(jiān)控能力，可有效保證系統(tǒng)的安全可靠；所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)具備兩種控制模式，可適應(yīng)多種純電動汽車方案。

圖1是實(shí)施例1提出的控制系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)圖。圖2是實(shí)施例2提出的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的對PTC電加熱器本體加熱控制的原理圖。
具體實(shí)施方式
為更好的對一種用于純電動汽車的PTC電加熱器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的、特征和優(yōu)點(diǎn)的理解，
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例1本實(shí)用新型提出的一種用于純電動汽車的PTC電加熱器控制系統(tǒng)，其硬件組成如圖1所示，包括:一個(gè)CPU模塊1、一路低壓供電電路2、一路高壓供電電路3、兩路IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)驅(qū)動電路4、一路CAN總線通訊接口電路5、三路溫度檢測電路6、一路高壓電流檢測電路7、三路PWM信號輸出電路8、一路輸入捕捉通道電路9和兩路模式開關(guān)
10。其中:CPU模塊1，優(yōu)選采用一個(gè)低功耗的8位微控制器，用于進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)算、邏輯分析、通過輸入輸出通道控制系統(tǒng)的工作。低壓供電電路2，用于提供CPU模塊的單片機(jī)及其他芯片的上電電壓，也為系統(tǒng)提供邏輯參考電平。本實(shí)施例中，單片機(jī)及其他芯片的上電電壓一般為5V，低壓供電電路2可以實(shí)現(xiàn)將低壓12V轉(zhuǎn)為5V。高壓供電電路3，用于為IGBT驅(qū)動電路4提供直流高壓，還可以實(shí)現(xiàn)將直流高壓(70V 至 600V)轉(zhuǎn)為 13.5V。在本實(shí)施例中，所述高壓供電電路3和低壓供電電路2是隔離設(shè)計(jì)的，可以有效增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。IGBT驅(qū)動電路4，通過控制IGBT的接通及斷開來實(shí)現(xiàn)控制PTC電加熱芯本體是否進(jìn)行加熱。CAN總線通訊接口電路5，用于實(shí)現(xiàn)所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)與上級控制器間CAN通訊，接收上級控制器發(fā)送的車內(nèi)溫度、車外溫度及目標(biāo)設(shè)定溫度信息，同時(shí)將PTC電加熱器具體的工作參數(shù)發(fā)送給上級控制器。所述CAN總線通訊接口電路5硬件上采用光電耦合器進(jìn)行隔離，將CAN控制器收發(fā)的單線信號轉(zhuǎn)換成差分信號，可有效提高CAN總線通訊的抗干擾能力。溫度檢測電路6，用于檢測系統(tǒng)溫度、IGBT驅(qū)動芯片溫度和PTC電加熱芯本體溫度。高壓電流檢測電路7，用于測量PTC電加熱器工作時(shí)的高壓電流。PWM信號輸出電路8，共三路，其中兩路用于控制IGBT驅(qū)動電路是否工作，第三路用于在PWM控制模式下通過改變占空比表征PTC電加熱器工作時(shí)的功率。輸入捕捉通道電路9，用于在PWM控制模式下獲取上級控制器發(fā)送的PWM信號。模式開關(guān)10，用于切換PTC電加熱器獲取上級控制器發(fā)送的目標(biāo)功率信息的方式，PTC電加熱器可以通過CAN總線控制模式或PWM控制模式獲取上級控制器發(fā)送的功率信息。具體的，CAN總線控制模式，可接收上級控制器通過CAN總線發(fā)送的開啟關(guān)閉、目標(biāo)功率等指令；PWM控制模式，可讀取上級控制器發(fā)送的PWM信號的占空比以控制所述PTC電加熱器的輸出功率。實(shí)施例2本實(shí)用新型提出的一種用于純電動汽車的PTC電加熱器控制系統(tǒng)的硬件包含一個(gè)低功耗的CPU，低壓供電電路，直流高壓供電電路，兩路IGBT驅(qū)動電路，一路CAN總線通訊接口電路，一路電流檢測電路，三路溫度檢測電路，三路PWM信號輸出電路，一路輸入捕捉通道，兩路模式開關(guān)。所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)的主要功能是接收來自上一級控制器的空調(diào)系統(tǒng)暖風(fēng)加熱需求指令，控制IGBT輸出以驅(qū)動PTC電加熱器本體進(jìn)行加熱。所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)具備兩種指令接收模式，CAN總線控制模式和PWM控制模式，兩種模式可通過模式開關(guān)進(jìn)行切換。所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)高壓電路和低壓電路在物理上是相互隔離的。所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)硬件最高可承受高壓電壓等級為直流600V。所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)具備PTC電加熱器本體溫度檢測、IGBT溫度檢測、高壓電流監(jiān)控功能，可以根據(jù)所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)的狀態(tài)自動切斷IGBT輸出，有效保證純電動汽車?yán)肞TC進(jìn)行加熱的可靠性和安全性。所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的對PTC電加熱器本體加熱控制的原理如圖2所示，所述PTC電加熱器通過GPIO模塊接收PTC控制模式信號，以確定系統(tǒng)將進(jìn)入PWM控制模式還是CAN總線控制模式；通過模擬量輸入模塊采集PTC溫度傳感器、IGBT溫度傳感器以及系統(tǒng)溫度傳感器的值，以實(shí)時(shí)監(jiān)測所述PTC電加熱器加熱芯本體、IGBT本體以及所述系統(tǒng)CPU的溫度；通過GPIO通道，獲取空調(diào)系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，并獲取上級控制器PTC電加熱器控制使能信號；通過輸入捕捉通道，獲得上級控制器的PTC電加熱器目標(biāo)輸出功率指令。所述PTC電加熱器根據(jù)所述系統(tǒng)設(shè)定的模式、溫度、鼓風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)等信息，判定所述系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，并根據(jù)PTC使能指令，將所述系統(tǒng)的輸出功率調(diào)整至目標(biāo)輸出功率。所述PTC電加熱器可通過PWM模塊控制IGBT驅(qū)動電路工作來調(diào)整PTC電加熱器的輸出功率，并通過調(diào)整PWM信號的占空比輸出所述PTC電加熱器的功率。在所述PTC電加熱器發(fā)生故障時(shí)，可通過GPIO模塊輸出所述系統(tǒng)故障狀態(tài)，并點(diǎn)亮PTC故障指示燈。在CAN總線控制模式下，所述PTC電加熱器還可以通過CAN總線獲得車內(nèi)溫度、車外溫度及上級控制器發(fā)送的目標(biāo)設(shè)定溫度信息，進(jìn)行輔助控制，并可以通過CAN總線輸出PTC具體的工作狀態(tài)。所述PTC電加熱器包括的晶振，用于為單片機(jī)提供系統(tǒng)時(shí)鐘，是單片機(jī)進(jìn)行任何讀寫運(yùn)算的基礎(chǔ)，也為CAN總線、PWM模塊、模擬量輸入模塊提供參考時(shí)鐘。所述PTC電加熱器包括的復(fù)位電路用于調(diào)試及程序下載時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位，使單片機(jī)程序計(jì)數(shù)器回到初始位置。所述PTC電加熱器包括的8路GP10，是指數(shù)字量輸入輸出接口，可接收模式開關(guān)、PTC控制使能、鼓風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)信號，輸出故障狀態(tài)、控制PTC故障指示燈。結(jié)合實(shí)施例1和2，本實(shí)用新型提出的一種用于純電動汽車的PTC電加熱器控制系統(tǒng)，其工作過程描述如下:1、所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)低壓12V上電，初始化系統(tǒng)時(shí)鐘；2、所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)初始化系統(tǒng)輸入輸出模塊、CAN總線通訊接口電路模塊、PWM信號輸出電路模塊、輸入捕捉通道電路模塊；3、所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)高壓輸入端上電，初始化IGBT驅(qū)動電路模塊；4、周期性檢測所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)IGBT驅(qū)動電路工作狀態(tài)；5、周期性檢測所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)PTC電加熱器本體的工作電流；6、周期性檢測所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)的溫度、IGBT驅(qū)動芯片溫度；7、周期性檢測所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)的PTC電加熱芯本體的溫度；8、所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)定時(shí)檢測所述PTC電加熱器開啟關(guān)閉使能控制信號;9、所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)定時(shí)檢測所述PTC電加熱器所裝配的純電動汽車空調(diào)系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)開啟關(guān)閉狀態(tài)；10、定時(shí)檢測所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，包括IGBT驅(qū)動芯片工作狀態(tài)、所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)的溫度是否處于正常范圍、所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)的PTC電加熱芯本體溫度是否處于正常范圍；11、定時(shí)檢測所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)的PTC電加熱器控制模式。12、定時(shí)檢測所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)在CAN總線控制模式或PWM控制模式下的PTC電加熱器目標(biāo)功率信息，計(jì)算所需電流大小，通過調(diào)節(jié)IGBT驅(qū)動電路模塊的輸出電流調(diào)節(jié)所述PTC電加熱器輸出功率。
權(quán)利要求1.一種用于純電動汽車的PTC電加熱器控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:一個(gè)CPU模塊、一路低壓供電電路、一路高壓供電電路、兩路IGBT驅(qū)動電路、一路CAN總線通訊接口電路、三路溫度檢測電路、一路高壓電流檢測電路、三路PWM信號輸出電路、一路輸入捕捉通道電路和兩路模式開關(guān)；其中， 所述CPU模塊，用于進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)算、邏輯分析及控制系統(tǒng)的工作； 所述低壓供電電路，用于提供CPU模塊的單片機(jī)及系統(tǒng)的電路中其他芯片的工作電壓； 所述高壓供電電路，用于為IGBT驅(qū)動電路提供直流高壓； IGBT驅(qū)動電路，通過控制IGBT的接通及斷開來實(shí)現(xiàn)控制PTC電加熱芯本體是否進(jìn)行加 執(zhí).CAN總線通訊接口電路，用于實(shí)現(xiàn)所述系統(tǒng)與上級控制器間CAN通訊，接收上級控制器發(fā)送的車內(nèi)溫度、車外溫度及目標(biāo)設(shè)定溫度信息，同時(shí)將PTC電加熱器具體的工作參數(shù)發(fā)送給上級控制器； 溫度檢測電路，用于檢測系統(tǒng)溫度、IGBT驅(qū)動芯片溫度和PTC電加熱芯本體溫度； 高壓電流檢測電路，用于測量PTC電加熱器工作時(shí)的高壓電流； PWM信號輸出電路，用于控制IGBT驅(qū)動電路是否工作，用于在PWM控制模式下通過改變占空比表征PTC電加熱器工作時(shí)的功率； 輸入捕捉通道電路，用于在PWM控制模式下獲取上級控制器發(fā)送的PWM信號； 模式開關(guān)，用于切換PTC電加熱器獲取上級控制器發(fā)送的目標(biāo)功率信息的方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述PTC電加熱器獲取上級控制器發(fā)送的目標(biāo)功率信息的方式包括CAN總線控制模式和PWM控制模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述CAN總線控制模式下，所述PTC電加熱器接收上級控制器通過CAN總線發(fā)送的目標(biāo)功率指令；在所述PWM控制模式，所述PTC電加熱器讀取上級控制器發(fā)送的PWM信號的占空比以控制所述PTC電加熱器的輸出功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)的高壓供電電路和低壓供電電路是相互隔離的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)硬件能承受高壓電壓等級為直流600V，所述高壓供電電路能將直流600V轉(zhuǎn)為13.5V。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述CAN總線通訊接口硬件上采用光電耦合器進(jìn)行隔離，將CAN控制器收發(fā)的單線信號轉(zhuǎn)換成差分信號。
專利摘要本實(shí)用新型屬于汽車控制技術(shù)領(lǐng)域，本實(shí)用新型提出的用于純電動汽車的PTC電加熱器控制系統(tǒng)，包括一個(gè)CPU模塊、一路低壓供電電路、一路高壓供電電路、兩路IGBT驅(qū)動電路、一路CAN總線通訊接口電路、三路溫度檢測電路、一路高壓電流檢測電路、三路PWM信號輸出電路、一路輸入捕捉通道電路和兩路模式開關(guān)。所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)具備PTC電加熱芯本體溫度檢測、IGBT溫度檢測、高壓電流監(jiān)控功能，可以根據(jù)所述PTC電加熱器控制系統(tǒng)的狀態(tài)自動切斷IGBT輸出，有效保證純電動汽車?yán)肞TC進(jìn)行加熱的可靠性和安全性。
文檔編號G05B19/418GK203084530SQ20132005270
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者李奇, 肖勝然, 張青平, 周罕華, 朱博, 李融 申請人:北京汽車新能源汽車有限公司