新能源汽车电动空调压缩机驱动器设计研究
我的图书馆
新能源汽车电动空调压缩机驱动器设计研究
摘 要：电动汽车电动空调系统是一种直接依靠电动机驱动的辅助系统，代表着未来新型汽车空调技术的发展方向。以空调压缩机驱动器为研究对象，对其进行了相应的软硬件设计，验证了压缩机控制方案的可行性，对电动空调系统的研发具有参考价值和理论价值。 关键词：电动空调压缩机；驱动器；无刷直流电机 随着新能源汽车产业的兴起和人们生活质量的提高，人们对新能源汽车的可靠性、舒适性和节能环保等性能提出了更高的要求，而电动汽车空调的好坏是决定乘车舒适性的重要因素之一[1]。电动空调系统属于新能源汽车电动辅助系统的“六小电”(电动转向、电动空调、电动制动、车载充电器、DC-DC、远程监控系统/电动仪表)之一，在当前我国强调新能源汽车部件自主知识产权的背景下，对其关键技术进行基础研究，对加快电动汽车节能技术发展、促进电动汽车产业技术进步具有现实和长远的意义。 电动空调压缩机是电动空调系统的重要核心零部件。随着新能源汽车的产业化，该产品的需求量会不断上升，经济利润空间大，拥有光明的市场前景。同电动汽车驱动系统一样，电动空调压缩机也使用电动机进行驱动；为其研究开发一款性能良好、运行平稳、工作高效和安全可靠的驱动器控制系统非常重要。电动空调压缩机驱动系统所采用的控制算法的优劣以及设计编写对应的控制程序的水平是压缩机正常工作的关键。目前，电动空调系统的研究停留在模型阶段，并且还需要大量试验进行模型验证[2-4]。 本文以电动空调压缩机驱动器为研究对象，对其进行相应的软硬件设计，验证压缩机控制方案的可行性，对电动空调系统的研发具有参考价值和理论价值[5]。 1 电动空调系统概述 电动空调系统是使用电动压缩机的空调系统的总称。动力电池是电动汽车的动力源，也是电动压缩机的驱动源。常见的电动汽车使用电动压缩机制冷系统进行制冷。电动机驱动相对于传统发动机驱动，能量利用率更高，而空调系统是汽车耗能很大的辅助系统，几乎占辅助系统功耗的70%，采用电动空调大大提高了汽车能量利用率。电动空调制冷系统如图1所示。 图1 电动空调制冷系统 而电动汽车采暖系统主要包括热电电动汽车空调系统、热泵型电动汽车空调系统及液氮电动汽车空调系统。 2 压缩机驱动电动机型式确定 无论是在传统内燃机汽车上，还是在混合动力汽车上，亦或是在纯电动汽车上，在压缩机工作过程中，空调系统会充满了制冷剂蒸汽，有刷电动机工作时碳刷会产生火花，安全性能降低，所以不采用有刷电动机，而无刷直流电动机结构紧凑，换相无火花，运行效率高，在各领域应用广泛；故电动空调压缩机驱动电动机采用无刷直流电动机。 3 压缩机驱动电动机控制系统分析 独立式全电动压缩机采用无刷直流电动机和压缩机的一体化设计，但是这种设计有自身的缺陷。传统无刷直流电动机需要通过位置传感器产生正确的换向信息来进行控制，由于工作环境的影响，位置传感器的信号受干扰会产生畸变，这将降低电动机控制系统的实时性及可靠性，因此需要研究开发无位置、无刷直流电动机控制系统。压缩机驱动示意图如图2所示。 图2 压缩机驱动示意图 4 驱动器控制系统硬件设计 电动空调压缩机驱动控制器的硬件构成框图如图3所示。驱动控制系统的硬件主要由保护电路、电压电流检测电路、控制电路及功率驱动电路等组成。主要控制器是依据设计者需求，通过串行通信接口传递信息值到控制中心，芯片根据数模转换器对直流电动机端的电压与电流进行同步采样，根据相应的控制算法程序，将得到的PWM控制信号传输给功率模块，实现无刷电动机的实时控制。电源稳压电路提供3种电压，即单片机最小系统使用的电压(3.3 V),外围电路使用的电压(5 V)和逆变桥驱动使用的电压(15 V)。 图3 控制器硬件框图 由于电动机的转速与无刷直流电动机的绕组反电势是正相关的，电动机低速或者不工作时几乎没有反电势，此时无法检测到电势过零信号，无法确定转子位置，因而电动机无法起动，需要采用其他控制策略方法来起动。常见的软硬件起动方法有硬件起动、预定位起动和三段式起动等。 5 驱动器控制系统软件设计 控制系统的软件主程序流程图如图4所示，主程序的功能是对驱动控制系统进行相应的初始化设计，控制流程中设置死循环进行按键扫描，同时具有系统中断功能处理。驱动控制平台采用64位ARM单片机构建，经过I/O接口完成数据信号的采集、处理、计算和控制PWM逆变信号的生成。平台PWM开关控制频率可选择20 kHz(控制循环周期为50 μs)。采用64位单片机系统控制，程序可用C语音编程，明显提高了此驱动系统程序的可移植性、可修改性并且方便后期维护修改，使得此研究编写的控制程序容易移植到其他电动压缩机控制平台进行交互。 图4 软件控制流程图 6 结语 本文分析了电动空调设计需求及压缩机控制系统需求，从硬件设计和软件设计两方面入手设计了压缩机驱动系统，满足了电动空调设计应用需求。 通过驱动控制系统的软硬件实现，给出了部分硬件电路图及软件流程图，初步验证了设计驱动方案的可行性。 参考文献： [1] 徐林林.新能源汽车电动空调压缩机驱动器的研究[D].福州:福建农林大学,2014. [2] 宋长森.电动汽车空调系统设计与匹配[J].农业装备与车辆工程,-35. [3] 刘建飞,赵丹平,韦丽珍.汽车电动空调系统参数匹配与仿真[J].内燃机与动力装置,),35-39. [4] 曹爱强.新能源汽车电动空调控制系统及其实现研究[D].上海:同济大学,2008. [5] 魏名山,彭发展,黄海圣,等.斜盘式及涡旋式压缩机对电动汽车热泵空调系统制热性能的影响[J].北京理工大学学报,):13-18. *云南省教育厅科学研究基金项目(2016ZZX250) 责任编辑 彭光宇 The Design of New Energy Vehicle Electric Air Conditioning Compressor Driver SUN Yun, YANG Xueping, JIANG Chaoyu, XUE Xiuli (Yunnan Vocational College of Mechanical and Electrical Technology, Kunming 650203, China) Abstract：Electric vehicle air conditioning system is an assist system which is powered by electric machinery. And it has become one sign of future development direction of high technique of automobile. This paper takes compressor drive as the research object. The software and hardware system of electric air conditioning compressor driver have been designed. The feasibility of the compressor control scheme has been verified. Therefore, development of the electric air-conditioning system has reference value and theoretical value. Key words：electric air-conditioning compressor, driver, brushless DC motor 中图分类号：TK 42
馆藏&30454
TA的推荐TA的最新馆藏
喜欢该文的人也喜欢当前位置： >
详解纯电动汽车空调
&&& 一、涡旋式压缩机
&&& 现代纯已不再安装内燃机，或主要不以发动机作为动力源，显然空调制冷的压缩机大多已不能以发动机来驱动，而改由电动机来驱动。这种驱动方式取消了传统的外驱式皮带轮，电动机一般与压缩机组装为一体，形成全封闭的结构，其内部结构如图32所示。
&&& 这种结构形式灵活方便，可装置在发动机室的任何位置，而且电动机与压缩机可采取同轴驱动，不会出现传统驱动方式的皮带打滑、压缩机转速与发动机转速不同步的现象。由于电动机同轴驱动压缩机，可通过调节电动机转速改变压缩机转速，实现空调压缩机排量及制冷量的灵活控制。封闭式的驱动结构，只有电源线及进出气管与外部联系，泵气装置运行的可靠性较高，故障率较低。
&&& 空调的制冷系统与传统汽车基本相同，主要由一体化压缩机、冷凝器、膨胀阀、和储液干燥器等五大部件组成，另外，还增加了电气系统的空调驱动器。使用泵气效率较高的涡旋式压缩机是空调的一个共同特点，与其池诸多类型的空调压缩机（如斜盘式、曲柄连杆式、叶片式等压缩机）相比，涡旋式压缩机具有振动小、噪声低、使用寿命长、重量轻、转速高、效率高、外形尺寸小等多个优点，更符合的空调使用要求。
&&& 二、涡旋式压缩机原锂
&&& 涡旋式压缩机包括一个定涡盘和一个动涡盘，这两个相互啮合的涡盘，其线形是相同的，它们相互错开180&安装在一起，即相位角相差180&。涡旋式压缩机的工作原锂如图33示，其定涡盘是固定在机架上，而动涡盘由电动机直接驱动。动涡盘是不能自转的，只能围绕定涡盘作很小回转半径的公转运动。当驱动电动机旋转带动动涡盘公转时，制冷气体通过滤芯吸入到定涡盘的外围部分，随着驱动轴的旋转，动涡盘在定涡盘内按轨迹运转，使动、定涡盘之间形成由外向内体积逐渐缩小的六个腔，即A腔、B腔、C腔、D腔、E腔和F腔，制冷气体在动、定涡盘所组成的六个月牙形压缩腔内被逐步压缩，最后从定盘中心孔通过阀片将被压缩后的制冷气体连续排出。
&&& 在压缩机整个工作过程过程中，所有工作腔均由外向内逐渐变小且处于不同的压缩状况，从而保证涡旋式压缩机能连续不断地吸气、压缩和排气。虽然涡旋式压缩机每次排出制冷剂的气量较小，其排出量为27～30立方cm3，但由于其动涡盘可作高达r/min的公转，所以它的总排量足够大，能满足车辆空调制冷的需求，当然压缩机的功耗也较大，可达4～7kW。
&&& 三、三相永磁同步电动机
&&& 综上所述可知，驱动空调压缩机运转的是三相永磁同步电动机，而向空调三相电动机供电的则应是三相高压交流电。的电池只能提供直流电，为此必须要将电池直流电转换为交流电，这个任务就由承担，由它产生向空调压缩机和三相永磁同步电动机供电的交流电源。
&&& 1. 三相永磁同步电动机的特点
&&& 三相永磁同步电动机在上使用较多，特别是驱动汽车行驶的动力就是由三相永磁同步电动机提供的，维修人员了解这种电动机的特点对维修工作很有帮助。在不同历史时期采用不同的电动机，最早采用成本较低的直流电动机，但它存在换向火花、高负载下转速受限制、体积大、经常需要维修等缺点，不能用于封闭式空调压缩机的驱动电动机（图34）。而三相永磁同步电动机具有体积小、质量轻、运转效率高、节省电能、可采用变频调速、运转极可靠且远高于直流电动机的6倍、维护保养费用低等特点，所以现代封闭式空调压缩机首选三相永磁同步电动机。
&&& 2. 三相永磁同步电动机的工作原锂
&&& 三相永磁同步电动机主要由定子与转子组成，利用通电的定子绕组产生旋转磁场，作用于永磁转子上形成磁拉力而同步旋转。电动机定子通人三相对称交流电，从而在定子与转子的气隙间产生旋转磁场，不论定子旋转磁场与永磁转子起始时相对位置如何，定子的旋转磁极与转子的磁极间，总是会产生磁力拖动转子同步旋转。由于转子有磁极，在极低频率下也能旋转运行，所以它比异步电动机的调速范围更宽。永磁同步电动机转子同步转速可用公式n=60fs/Pn计算，式中，n为电动机转子的同步转速，fs为定子线圈的供电频率，P n为电动机转子的磁极对数。
&&&& 三相永磁同步电动机的原锂示意图如图35所示，中部圆圈表示永磁转子，永磁体按N、S磁极沿圆周径向交替排列，外部三个小线圈表示定子上输入的对称三相正弦波交流电，产生的旋转磁场与永磁转子相互作用拖动转子同步旋转，并力图使定子与转子的轴线对齐。N0为电动机的同步转速、T为转矩、&为功率角。空调三相永磁同步电动机转子的转速虽与定子的旋转磁场能同步运行，但当转子有负荷阻力时，会使电动机转子与定子的磁场轴线间形成角差。功率角&表示转子与定子的磁场轴线间的夹角，负荷越大，功率角&也越大，它虽不影响转子的同步运转，但当负荷阻力超大时，功率角&将造成转子失速停转。由于汽车空调的中小负荷启动与运行特性，不易使电动机转子停转，故这种永磁同步电动机适合空调作驱动使用，可靠地运用在一体化的空调压缩机中，使用寿命较长。
&&& 3. 的作用
&&& 空调的三相永磁同步电动机，其定子需要通入三相交流电，但上只有高压直流电池，所以需要将直流电转化为交流电。电动空调的使用了6个IGBT场效应管，它是绝缘栅双极型晶体管，属于电压控制类器件，其特点是栅极的驱动功率小而饱和压降低，在电力系统和变流技术上广泛使用。IGBT管的导通或截止受控于其上的栅极电压，就能造成IGBT的源极与漏极间的通路或断路状况。如图36所示，当6个IGBT的栅极按一定规律轮流加上占空比脉冲调制控制电压时，就会让电池的直流高压电流经过，在输出端形成三相正弦交流电流，利于三相永磁同步电动机平稳运转，产生的转矩以驱动空调压缩机。图36中与IGBT管并联的二极管是电动机三相绕组的续流二极管，起保护IGBT管的作用。
?上一文章：
?下一文章：
& &评论摘要(共 0 条，得分 0 分，平均 0 分)
Copyright &
. All Rights Reserved .
页面执行时间：74,093.75000 毫秒新能源电动汽车空调压缩机项目可行性研究报告_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
新能源电动汽车空调压缩机项目可行性研究报告
为企业提供可行性研究报告等。|
总评分0.0|
阅读已结束，如果下载本文需要使用0下载券
想免费下载更多文档？
定制HR最喜欢的简历
下载文档到电脑，同时保存到云知识，更方便管理
还剩51页未读，继续阅读
定制HR最喜欢的简历
你可能喜欢当前位置：
&有没有人研究电动汽车空调压缩机启动特性的
有没有人研究电动汽车空调压缩机启动特性的
现在有汽车空调从启动到稳定的压力温度等曲线，所以Cop，制冷量随启动时间的曲线也有，但是怎样分析是个问题，现在有看在自动控制，想着用阶跃响应或者频域进行分析，有没有做这一块讨论讨论
纯电动汽车空调压缩机就是电驱动的，和空调冰箱的压缩机启动特性差不多，而且启动这块也没啥特别的控制，先是保证启动电流不能特别大（这个比普通空调冰箱的要求高一些，毕竟只是靠着电池启动的），其实也就是低频启动，然后就跑最大频率来拉车内温度了，
具体分析哪些参数，电机的？机械的？
限制最高电流，
电动汽车压缩机转速更高，基本上启动特性都是低频启动，再慢慢提高转速。
24小时热帖
下载小木虫APP
与700万科研达人随时交流}