论文部分内容阅读
【关键词】电动汽车;新能源冷却架构;冷却回路控制系统
【中图分类号】TP273 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）08-0031-03
近几年来，电动汽车行业的迅猛发展使人们对冷却系统的要求越来越高，但冷却系统的智能化控制还不够完善。现有的电动汽车冷却系统控制都是由整车ECU控制，导致冷却系统的通用性和可移植性较差。在运行的过程中浪费的能量较多，已无法完全满足电动车冷却系统的需求。
本文针对某车企设计的新能源冷却架构，在保证电机、控制器、动力电池的效率与性能的前提下，设计一款冷却回路控制系统，实现该冷却架构的智能化控制。
1 系统整体设计
控制系统由单片机控制下各种传感器与相关设备的协同工作实现，由硬件和软件两个部分组成。通过单片机系统依据传感器参数与预设参数对比及逻辑运算，控制各个冷却系统相应部件因数的变化，从而实现自动控制冷却架构自动运作需求的智能设备[1]。
1.1 设计思路
循环1电机/控制器为中温循环，前端配置低温散热器和电子风扇;循环2为动力电池冷却循环，主要利用空调进行制冷，再通过电池冷却器冷却循环水。根据环境温度的不同，可以通过电子水阀切换通道1与通道2，即在循环1与循环2之间转换。冷却循环架构如图1所示。
1.2 设计方案
设计冷却水温度检测电路、空气温度检测电路、车速检测电路，采集信息传输到单片机，监测信息经单片机运算裁决后控制继电器，继电器对风扇、水泵、低温散热器等部件进行控制。并且，将实时检测到的空气温度与各位点冷却水温度、车速的信息显示到LCE屏上[2]。
冷却系统初始化时设定一个环境空气温度T 0，当空气温度低于T 0，通过电子水阀切换到通道1，电机、控制器和动力电池共用一个大循环。使用低温散热器和电子扇進行冷却，或者使用电机和控制器余热及高压水加热器对电池进行加热。当空气温度高于T0，通过电子水阀切换到通道2，电机和控制器切换为循环1，使用低温散热器进行冷却，动力电池切换为循环2，使用空调进行冷却。两个循环相对独立。系统总体框架如图2所示。
2 硬件电路设计
硬件电路以STC8A8K64S12单片机作为主控制芯片，主要从电源模块、传感器模块、控制执行模块和控制核心电路四大模块设计硬件电路[3]。
2.1 电源模块
系统采用图3所示电源模块提供5 V电压为系统供电。此模块可直接安装在电路板上实现多点供电，保证系统正常工作。
2.2 传感器模块
2.2.1 温度传感器
空气温度与冷却水温度的检测采用DS18B20实现，DS18B20是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号，温度范围为-55～125 ℃，并且有多点组网功能，可实现多点测温[4]。
DS18B2传感器耐磨耐碰，抗干扰能力强，精度高，型号多种多样。适合新能源冷却架构的温度测量。温度检测电路如图4所示。
2.2.2 车速传感器
车速传感器采用差分霍尔效应传感器TLE4921，TLE 4921采用5 V供电，在温度和对称阈值范围内具有很高的灵敏度和出色的稳定性，能实现稳定的占空比，依靠频率稳定输出传输车速信号。车速检测电路如图5所示。
2.3 控制执行模块
控制执行模块采用5 V 8路继电器控制，控制对象为风扇，低温散热器、电子阀门、空调回路、高压水加热器[5]。电子水泵采用12 V直流供电，控制电子水泵输入频率调节水泵转速。继电器的控制开关作用使得电路安全得到保护。继电器控制电路如图6所示。
2.4 控制核心电路
2.4.1 液晶显示电路
液晶显示电路采用LCD1602液晶显示器，它是字符型液晶显示屏（LCD），在系统开启式会将实时的冷却水温度与空气温度、车速状况显示在液晶屏幕上。液晶显示电路如图7所示。
2.4.2 STC8单片机
本次系统设计选择STC8A8K64S12单片机作为主控制芯片，其高速可靠的性能是选择的关键依据。以冷却系统智能监测为目的，设计出针对某车企的新能源冷却架构的智能监控系统（如图8所示）。
3 软件系统设计
系统计划采用C51语言编程，采用模块化编程，便于后续程序的编写及修改。程序流程图如9所示。
在程序正式编写中，依据电机与驱动器的发热量和冷却系统的吸热量设计程序逻辑运算与预设参数，并结合实践验证[6]。
4 结语
根据某车企新能源冷却架构原理设计一款基于单片机的冷却回路控制系统，该控制系统可根据车辆的工作状态，结合外部环境和零部件的温度，通过调节电子水泵和风扇转速实现智能化控制，在满足车辆冷却需求的同时还可实现节能的效果。
参 考 文 献
[1]葛松.某款纯电动轿车冷却系统设计及试验研究[J].农业装备与车辆工程，2016（7）：69-72.
[2]王庆年，韩彪，王鹏宇，等.电动汽车冷却系统设计及电机最优冷却温度控制[J].吉林大学学报（工），2015，
45（1）：1-6.
[3]付秀伟，张骅.基于ARM—M3的电脑鼠硬件设计[J].吉林化工学院学报，2012，29（1）：47.
[4]付秀伟.基于单片机的多点温度检测系统设计[J].科技信息，2013（34）：197.
[5]方明义，陈新春，刘静然，等.继电器测试设备的研究与应用[J].现代电子技术，2012，35（8）：185-187.
[6]邹波.纯电动汽车冷却系统布置及控制方案设计[J].北京汽车，2016（3）：7-10.
【中图分类号】TP273 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）08-0031-03
近几年来，电动汽车行业的迅猛发展使人们对冷却系统的要求越来越高，但冷却系统的智能化控制还不够完善。现有的电动汽车冷却系统控制都是由整车ECU控制，导致冷却系统的通用性和可移植性较差。在运行的过程中浪费的能量较多，已无法完全满足电动车冷却系统的需求。
本文针对某车企设计的新能源冷却架构，在保证电机、控制器、动力电池的效率与性能的前提下，设计一款冷却回路控制系统，实现该冷却架构的智能化控制。
1 系统整体设计
控制系统由单片机控制下各种传感器与相关设备的协同工作实现，由硬件和软件两个部分组成。通过单片机系统依据传感器参数与预设参数对比及逻辑运算，控制各个冷却系统相应部件因数的变化，从而实现自动控制冷却架构自动运作需求的智能设备[1]。
1.1 设计思路
循环1电机/控制器为中温循环，前端配置低温散热器和电子风扇;循环2为动力电池冷却循环，主要利用空调进行制冷，再通过电池冷却器冷却循环水。根据环境温度的不同，可以通过电子水阀切换通道1与通道2，即在循环1与循环2之间转换。冷却循环架构如图1所示。
1.2 设计方案
设计冷却水温度检测电路、空气温度检测电路、车速检测电路，采集信息传输到单片机，监测信息经单片机运算裁决后控制继电器，继电器对风扇、水泵、低温散热器等部件进行控制。并且，将实时检测到的空气温度与各位点冷却水温度、车速的信息显示到LCE屏上[2]。
冷却系统初始化时设定一个环境空气温度T 0，当空气温度低于T 0，通过电子水阀切换到通道1，电机、控制器和动力电池共用一个大循环。使用低温散热器和电子扇進行冷却，或者使用电机和控制器余热及高压水加热器对电池进行加热。当空气温度高于T0，通过电子水阀切换到通道2，电机和控制器切换为循环1，使用低温散热器进行冷却，动力电池切换为循环2，使用空调进行冷却。两个循环相对独立。系统总体框架如图2所示。
2 硬件电路设计
硬件电路以STC8A8K64S12单片机作为主控制芯片，主要从电源模块、传感器模块、控制执行模块和控制核心电路四大模块设计硬件电路[3]。
2.1 电源模块
系统采用图3所示电源模块提供5 V电压为系统供电。此模块可直接安装在电路板上实现多点供电，保证系统正常工作。
2.2 传感器模块
2.2.1 温度传感器
空气温度与冷却水温度的检测采用DS18B20实现，DS18B20是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号，温度范围为-55～125 ℃，并且有多点组网功能，可实现多点测温[4]。
DS18B2传感器耐磨耐碰，抗干扰能力强，精度高，型号多种多样。适合新能源冷却架构的温度测量。温度检测电路如图4所示。
2.2.2 车速传感器
车速传感器采用差分霍尔效应传感器TLE4921，TLE 4921采用5 V供电，在温度和对称阈值范围内具有很高的灵敏度和出色的稳定性，能实现稳定的占空比，依靠频率稳定输出传输车速信号。车速检测电路如图5所示。
2.3 控制执行模块
控制执行模块采用5 V 8路继电器控制，控制对象为风扇，低温散热器、电子阀门、空调回路、高压水加热器[5]。电子水泵采用12 V直流供电，控制电子水泵输入频率调节水泵转速。继电器的控制开关作用使得电路安全得到保护。继电器控制电路如图6所示。
2.4 控制核心电路
2.4.1 液晶显示电路
液晶显示电路采用LCD1602液晶显示器，它是字符型液晶显示屏（LCD），在系统开启式会将实时的冷却水温度与空气温度、车速状况显示在液晶屏幕上。液晶显示电路如图7所示。
2.4.2 STC8单片机
本次系统设计选择STC8A8K64S12单片机作为主控制芯片，其高速可靠的性能是选择的关键依据。以冷却系统智能监测为目的，设计出针对某车企的新能源冷却架构的智能监控系统（如图8所示）。
3 软件系统设计
系统计划采用C51语言编程，采用模块化编程，便于后续程序的编写及修改。程序流程图如9所示。
在程序正式编写中，依据电机与驱动器的发热量和冷却系统的吸热量设计程序逻辑运算与预设参数，并结合实践验证[6]。
4 结语
根据某车企新能源冷却架构原理设计一款基于单片机的冷却回路控制系统，该控制系统可根据车辆的工作状态，结合外部环境和零部件的温度，通过调节电子水泵和风扇转速实现智能化控制，在满足车辆冷却需求的同时还可实现节能的效果。
参 考 文 献
[1]葛松.某款纯电动轿车冷却系统设计及试验研究[J].农业装备与车辆工程，2016（7）：69-72.
[2]王庆年，韩彪，王鹏宇，等.电动汽车冷却系统设计及电机最优冷却温度控制[J].吉林大学学报（工），2015，
45（1）：1-6.
[3]付秀伟，张骅.基于ARM—M3的电脑鼠硬件设计[J].吉林化工学院学报，2012，29（1）：47.
[4]付秀伟.基于单片机的多点温度检测系统设计[J].科技信息，2013（34）：197.
[5]方明义，陈新春，刘静然，等.继电器测试设备的研究与应用[J].现代电子技术，2012，35（8）：185-187.
[6]邹波.纯电动汽车冷却系统布置及控制方案设计[J].北京汽车，2016（3）：7-10.