电动汽车热泵空调系统设计研究

电动汽车热泵空调系统设计研究 摘要：本文研究基于单片机STM32F103C8T6新能源电动汽车热泵空调系统设计，并重点阐述了系统的整体结构，硬件及软件系统设计的原理。具有成本低、结构简单、环保零污染、应用前景好等优点。关键词：新能源电动汽车；热泵空调系统；STM32F103C8T61总体概述随着科技进步，石油能源的紧缺，人们生活水平和对环保意识的提高，新能源电动汽车热泵系统有着零污染、成本低、控制简单等优点将逐步代替传统的燃油汽车。对汽车的舒适感的追求日益增长，汽车空调舒适性作为汽车舒适性的关键指标之一，具有很大的研究价值和前景。传统的控制系统采用可编程控制器PLC为核心控制元件1，其控制性能虽然优良，易于上手，但是成本过高，且扩展性差，不能满足现在多功能汽车的通信要求。本文运用STM32F103C8T6单片机对电动汽车空调热泵系统进行更新，具有工作性能稳定，通信可靠，易于扩展，成本可控等优点，可以取代传统的可编程控制器PLC2系统。2新能源电动汽车热泵空调系统基本结构及工作原理2.1新能源电动汽车热泵空调系统基本结构。新能源电动汽车热泵空调系统主要由制冷制热循环系统、通风配气系统、电气控制系统三部分组成。制冷制热系统包含压缩机、室内室外冷凝器、储液干燥器、电子膨胀阀、室内外蒸发器、输液（气）软管，电机散热器等。新能源电动热泵汽车空调系统结构图如图1所示。2.2新能源电动汽车热泵空调系统工作原理。根据图1新能源电动热泵汽车空调系统对新能源电动汽车空调系统制冷制热工作原理进行分析如下：在制冷工况下，热泵循环系统的工作过程：当压缩机电磁离合器闭合时，低温低压制冷剂气态形式通过压缩机压缩成高温高压气态形式，通过电磁阀1，将高温高压气态形式流向室外冷凝器，通过室内冷凝器和电磁阀1相连（仅作为制冷剂流通的通道流过）此时出口仍然为高温高压的气体，电子膨胀阀1出口与室外热交换器冷凝器相连，将高温高压的气态形式凝结成中温高压的液态形式，并通过压力传感器和温度传感器将压力和温度信号传递给空调控制器，电子电磁阀1出口与室内蒸发器相连，室内蒸发器出口为低温低压的气体，室内蒸发器又与单向阀相连，单向阀与气液分离器相连，通过气液分离器将未蒸发的液体分离，低温低压的气体再回到压缩机中，此时就实现了空气制冷。制冷过程中电磁阀1仅作为通道进行流通，开度通过温度压力传感器P2采集的数据计算出蒸发器出口制冷剂的热度来调节3。在冬季供暖工况下，低温低压的制冷剂气体通过压缩机压缩成高温高压的气体，通过室内冷凝器凝结成中温高压液体，根据室内冷凝器与电子膨胀阀相连，进行节流降压为低温低压的液体制冷剂，通过电子膨胀阀与室外热交换器相接，出来为低温低压的气体，通过板式换热器，吸收电机散出的热量，从而提高制冷剂的温度，将车内的温度制热，此为冬季供暖的整个过程。其中电磁阀1与气液分离器将未蒸发完的液体，通过气液分离器把气体回到压缩机中。依然开度通过温度压力传感器P1采集的数据计算出蒸发器出口制冷剂的热度来调节3。3新能源电动汽车热泵空调控制电路整体构架设计根据以上的分析，为实现电动热泵汽车空调制冷制热过程，根据图2为新能源电动汽车热泵空调控制电路的结构框图，其中ECU选用单片机STM32F103C8T6，将输入信号有车内温度传感器，车外温度传感器，阳光传感器，蒸发器温度传感器，冷凝器温度传感器，出风口风量传感器，控制面板功能按键信号。输出与反馈信号装置有鼓风机，鼓风机调速模块，蒸发器，冷凝器散热风扇，各风门电机，压缩机。这些装置通过总线模式与单片机STM32F103C8T6进行通信，STM32F103C8T6通过CAN总线与整车VCU进行通信4。最好将温度、风速、转速等信息在空调状况显示器4新能源电动汽车空调控制电路硬件设计新能源电动汽车空调控制器基于STM32F103C8T6芯片，有汽车控制盘的模拟信号，如车内外传感器检测到的温度、阳光等，有高低压压力保护继电器的数字信号等作为输入信号。通过新能源电动热泵汽车空调控制芯片STM32F103C8T6中MCU控制系统完成对空调工作状态进行计算和判断，从而通过PWM脉冲波的输出来实现空调压缩机启停控制，鼓风机风量控制，冷凝器、蒸发器散热风扇风量控制等，如出现故障信号，对故障信号进行处理、显示和上报16。新能源电动汽车热泵空调系统整体硬件电路控制框图如图3所示。5新能源电动汽车空调控制电路软件设计新能源电动汽车热泵空调系统工作模式有手动控制;、自动控制;两种模式，主程序模块的内容包括系统初始化，温度设定值与测量值的显示，AT24C02的EEPROM读写等。系统初始化包括堆栈指针SP的初值，AT24C02的状态寄存器，DMA状态寄存器及控制寄存器等67。主程序流程图如图4所示。通过数据初始化，温度设定值与室内外传感器监测的温度值做对比后，根据汽车空调启动与关闭按钮工作情况，进入子系统运行，传感器通过监测的温度再次存储到EEPROM中，等下一个循环中与调节的温度设置温度做对比再次循环。通过次程序的设计，运行稳定，反应速度快，控制精准。6结束语本文根据新能源电动热泵汽车空调系统的结构，分析了整个系统制冷制热的工作原理，并设计了基于单片机STM32F103C8T6新能源电动汽车空调系统的整体结构，给出了硬件控制框图，和主程序软件控制流程图。通过此系统结构，分析了硬件及软件系统设计的原理，接口丰富，更易扩展，处理器运算能力更强，存储量大，系统更加稳定。