CN203084530U - 一种用于纯电动汽车的ptc电加热器控制*** - Google Patents
一种用于纯电动汽车的ptc电加热器控制*** Download PDFInfo
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Abstract
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***,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***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***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。
Description
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***的PTC电加热器控制***。
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***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℃,此热量即被用于空调***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℃,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能。
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***,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***,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***运算、逻辑分析及控制***的工作;
所述低压供电电路,用于提供CPU模块的单片机及***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***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***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。
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***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***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***的电力消耗;所述PTC电加热器控制***具备电压、电流、温度等子监控能力,可有效保证***的安全可靠;所述PTC电加热器控制***具备两种控制模式,可适应多种纯电动汽车方案。
附图说明
图1是实施例1提出的控制***的硬件组成结构图。
图2是实施例2提出的***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***的设计目的、特征和优点的理解,下面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***,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***运算、逻辑分析、通过输入输出通道控制***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***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***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***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***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***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***的主要功能是接收来自上一级控制器的空调***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***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***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***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***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***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***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***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***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***CPU的温度;通过GPIO通道,获取空调***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***设定的模式、温度、鼓风机工作状态等信息,判定所述***状态是否正常,并根据PTC使能指令,将所述***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***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***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***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GPIO,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***,其工作过程描述如下:
1、所述PTC电加热器控制***低压12V上电,初始化***时钟;
2、所述PTC电加热器控制***初始化***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***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***IGBT驱动电路工作状态;
5、周期性检测所述PTC电加热器控制***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***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***的PTC电加热芯本体的温度;
8、所述PTC电加热器控制***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***定时检测所述PTC电加热器所装配的纯电动汽车空调***鼓风机开启关闭状态;
10、定时检测所述PTC电加热器控制***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***的温度是否处于正常范围、所述PTC电加热器控制***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***的PTC电加热器控制模式。
12、定时检测所述PTC电加热器控制***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。
Claims (6)
1.一种用于纯电动汽车的PTC电加热器控制***,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***运算、逻辑分析及控制***的工作;
所述低压供电电路,用于提供CPU模块的单片机及***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***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***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***,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***,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***,其特征在于,所述***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***,其特征在于,所述***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***,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。
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