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1、電動汽車熱泵空調系統(tǒng)設計研究 摘要：本文研究基于單片機STM32F103C8T6新能源電動汽車熱泵空調系統(tǒng)設計，并重點闡述了系統(tǒng)的整體結構，硬件及軟件系統(tǒng)設計的原理。具有成本低、結構簡單、環(huán)保零污染、應用前景好等優(yōu)點。 關鍵詞：新能源電動汽車；熱泵空調系統(tǒng)；STM32F103C8T6 1總體概述 隨著科技進步，石油能源的緊缺，人們生活水平和對環(huán)保意識的提高，新能源電動汽車熱泵系統(tǒng)有著零污染、成本低、控制簡單等優(yōu)點將逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油汽車。對汽車的舒適感的追求日益增長，汽車空調舒適性作為汽車舒適性的關鍵指標之一，具有很大的研究價值和前景。傳統(tǒng)的控制系

2、統(tǒng)采用可編程控制器PLC為核心控制元件[1]，其控制性能雖然優(yōu)良，易于上手，但是成本過高，且擴展性差，不能滿足現在多功能汽車的通信要求。本文運用STM32F103C8T6單片機對電動汽車空調熱泵系統(tǒng)進行更新，具有工作性能穩(wěn)定，通信可靠，易于擴展，成本可控等優(yōu)點，可以取代傳統(tǒng)的可編程控制器PLC[2]系統(tǒng)。 2新能源電動汽車熱泵空調系統(tǒng)基本結構及工作原理 2.1新能源電動汽車熱泵空調系統(tǒng)基本結構。新能源電動汽車熱泵空調系統(tǒng)主要由制冷制熱循環(huán)系統(tǒng)、通風配氣系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)三部分組成。制冷制熱系統(tǒng)包含壓縮機、室內室外冷凝器、儲液干燥器、電子膨脹閥、室內外蒸發(fā)器、輸液（氣）軟

3、管，電機散熱器等。新能源電動熱泵汽車空調系統(tǒng)結構圖如圖1所示。 2.2新能源電動汽車熱泵空調系統(tǒng)工作原理。根據圖1新能源電動熱泵汽車空調系統(tǒng)對新能源電動汽車空調系統(tǒng)制冷制熱工作原理進行分析如下：在制冷工況下，熱泵循環(huán)系統(tǒng)的工作過程：當壓縮機電磁離合器閉合時，低溫低壓制冷劑氣態(tài)形式通過壓縮機壓縮成高溫高壓氣態(tài)形式，通過電磁閥1，將高溫高壓氣態(tài)形式流向室外冷凝器，通過室內冷凝器和電磁閥1相連（僅作為制冷劑流通的通道流過）此時出口仍然為高溫高壓的氣體，電子膨脹閥1出口與室外熱交換器冷凝器相連，將高溫高壓的氣態(tài)形式凝結成中溫高壓的液態(tài)形式，并通過壓力傳感器和溫度傳感器將壓力和溫度信號傳遞給

4、空調控制器，電子電磁閥1出口與室內蒸發(fā)器相連，室內蒸發(fā)器出口為低溫低壓的氣體，室內蒸發(fā)器又與單向閥相連，單向閥與氣液分離器相連，通過氣液分離器將未蒸發(fā)的液體分離，低溫低壓的氣體再回到壓縮機中，此時就實現了空氣制冷。制冷過程中電磁閥1僅作為通道進行流通，開度通過溫度壓力傳感器P2采集的數據計算出蒸發(fā)器出口制冷劑的熱度來調節(jié)[3]。在冬季供暖工況下，低溫低壓的制冷劑氣體通過壓縮機壓縮成高溫高壓的氣體，通過室內冷凝器凝結成中溫高壓液體，根據室內冷凝器與電子膨脹閥相連，進行節(jié)流降壓為低溫低壓的液體制冷劑，通過電子膨脹閥與室外熱交換器相接，出來為低溫低壓的氣體，通過板式換熱器，吸收電機散出的熱量，從而提

5、高制冷劑的溫度，將車內的溫度制熱，此為冬季供暖的整個過程。其中電磁閥1與氣液分離器將未蒸發(fā)完的液體，通過氣液分離器把氣體回到壓縮機中。依然開度通過溫度壓力傳感器P1采集的數據計算出蒸發(fā)器出口制冷劑的熱度來調節(jié)[3]。 3新能源電動汽車熱泵空調控制電路整體構架設計 根據以上的分析，為實現電動熱泵汽車空調制冷制熱過程，根據圖2為新能源電動汽車熱泵空調控制電路的結構框圖，其中ECU選用單片機STM32F103C8T6，將輸入信號有車內溫度傳感器，車外溫度傳感器，陽光傳感器，蒸發(fā)器溫度傳感器，冷凝器溫度傳感器，出風口風量傳感器，控制面板功能按鍵信號。輸出與反饋信號裝置有鼓風機，

6、鼓風機調速模塊，蒸發(fā)器，冷凝器散熱風扇，各風門電機，壓縮機。這些裝置通過總線模式與單片機STM32F103C8T6進行通信，STM32F103C8T6通過CAN總線與整車VCU進行通信[4]。最好將溫度、風速、轉速等信息在空調狀況顯示器 4新能源電動汽車空調控制電路硬件設計 新能源電動汽車空調控制器基于STM32F103C8T6芯片，有汽車控制盤的模擬信號，如車內外傳感器檢測到的溫度、陽光等，有高低壓壓力保護繼電器的數字信號等作為輸入信號。通過新能源電動熱泵汽車空調控制芯片STM32F103C8T6中MCU控制系統(tǒng)完成對空調工作狀態(tài)進行計算和判斷，從而通過PWM脈沖波的

7、輸出來實現空調壓縮機啟?？刂疲娘L機風量控制，冷凝器、蒸發(fā)器散熱風扇風量控制等，如出現故障信號，對故障信號進行處理、顯示和上報[1][6]。新能源電動汽車熱泵空調系統(tǒng)整體硬件電路控制框圖如圖3所示。 5新能源電動汽車空調控制電路軟件設計 新能源電動汽車熱泵空調系統(tǒng)工作模式有"手動控制";、"自動控制";兩種模式，主程序模塊的內容包括系統(tǒng)初始化，溫度設定值與測量值的顯示，AT24C02的EEPROM讀寫等。系統(tǒng)初始化包括堆棧指針SP的初值，AT24C02的狀態(tài)寄存器，DMA狀態(tài)寄存器及控制寄存器等[6][7]。主程序流程圖如圖4所示。通過數據初始化，溫度設定值與室內外傳感器監(jiān)測的溫度值做對比后，根據汽車空調啟動與關閉按鈕工作情況，進入子系統(tǒng)運行，傳感器通過監(jiān)測的溫度再次存儲到EEPROM中，等下一個循環(huán)中與調節(jié)的溫度設置溫度做對比再次循環(huán)。通過次程序的設計，運行穩(wěn)定，反應速度快，控制精準。 6結束語 本文根據新能源電動熱泵汽車空調系統(tǒng)的結構，分析了整個系統(tǒng)制冷制熱的工作原理，并設計了基于單片機STM32F103C8T6新能源電動汽車空調系統(tǒng)的整體結構，給出了硬件控制框圖，和主程序軟件控制流程圖。通過此系統(tǒng)結構，分析了硬件及軟件系統(tǒng)設計的原理，接口豐富，更易擴展，處理器運算能力更強，存儲量大，系統(tǒng)更加穩(wěn)定。