一種車載太陽能通風散熱系統(tǒng)控制方案的探討

李廣華 陳永敏 陳孝昀

（常熟理工學院，常熟 215500）

引言

隨著經濟的快速發(fā)展，汽車走進千家萬戶，給人們帶來便利的同時也帶來了一些問題，其中之一就是關于汽車的通風散熱。有數據表明汽車在夏季陽光暴曬時，熄火離開后車內溫度每隔15min大約上升10℃，持續(xù)暴曬2h后基本達到峰值60～80℃，人員重新進入駕駛室時感到不適[1]。目前人們通常采用噴降溫劑，開關車門等方法來降溫，但不能有效地降溫，即便打開空調也不能及時將溫度降下來。另外，汽車內飾有很多塑料制品，經過長時間暴曬會發(fā)出異味，甚至產生甲醛、苯等污染物，不僅會加速元件老化，而且會對人體健康造成不良影響。為解決上述問題，本文基于太陽能產業(yè)和網絡控制技術的快速發(fā)展，期望利用太陽能及無線網絡對夏季車內溫度進行自動控制，快速通風散熱，保持車內舒適溫度。

1 系統(tǒng)結構組成及工作原理

本文提出的散熱系統(tǒng)結構簡單，便于在車內安裝和布置，系統(tǒng)結構如圖1所示，主要由充電裝置、供能裝置、單片機控制裝置和通風裝置組成[2]。其中繼電器1、繼電器2、繼電器3、繼電器4均為常開繼電器。充電裝置利用太陽能電池板為車輛蓄電池充電。系統(tǒng)中設有過載保護裝置，同時該裝置中設有對系統(tǒng)進行控制保護的繼電器1和電壓控制器1，防止車輛蓄電池對太陽能電池板放電。供能裝置通過電壓控制器2、繼電器2、繼電器3選擇太陽能電池板或車輛蓄電池作為鼓風機工作的能量來源。單片機控制裝置對采集的溫度信號和無線信號進行邏輯運算，向繼電器4輸出高低電平，同時向驅動H橋輸出占空比從而控制鼓風機的啟停、轉速。通風裝置通過合理布置的鼓風機及通風管路實現車輛內外空氣流通，使車內溫度降低[3]。

2 控制策略

2.1 充電裝置中的控制策略

蓄電池兩端設有電壓控制器1，當電壓控制器1檢測到蓄電池電壓值大于15V時，電壓控制器1斷開繼電器1，太陽能電池板停止對蓄電池的充電；當電壓控制器1檢測到蓄電池電壓值未超過15V時，電壓控制器1閉合繼電器1，太陽能電池板開始對蓄電池充電。該控制策略通過判斷蓄電池電壓值，控制太陽能電池對蓄電池的充電，既能防止蓄電池對太陽能電池板放電，又充分利用了太陽能。

圖1 散熱系統(tǒng)結構圖

2.2 供能裝置中的控制策略

為了充分利用太陽能，同時避免當太陽能電池板輸出電壓不足時，鼓風機無法正常工作，本系統(tǒng)采用的供電控制策略如下所述。

太陽能電池板通過自帶的穩(wěn)壓電路輸出電壓，當電壓控制器2檢測到太陽能電池板輸出電壓值大于10V時，電壓控制器2閉合繼電器3、斷開繼電器2，太陽能電池板作為鼓風機工作的能量來源；當電壓控制器2檢測到太陽能電池板輸出電壓值未超過10V時，電壓控制器2斷開繼電器3、閉合繼電器2，車輛蓄電池作為鼓風機工作的能量來源。該控制策略通過判斷太陽能電池板輸出電壓值，從太陽能電池和蓄電池中選取鼓風機工作的能量來源，確保鼓風機的正常工作，同時防止電路串接。

2.3 溫度、無線控制策略

圖2 溫度、無線控制策略流程圖

溫度控制模塊可實現駐車后對車內溫度的自動控制[4]。無線控制模塊可根據實際情況以及考慮經濟成本等因素來“無線遙控”鼓風機的啟停，例如人員長期不使用汽車就不必開啟鼓風機等。溫度、無線控制策略流程圖如圖2所示，繼電器4控制風機的啟停，H橋控制風機的轉速大小，溫度傳感器向單片機發(fā)送溫度信號T，無線信號接收器向單片機發(fā)送無線控制信號F。T與F經過單片機邏輯運算，輸出相應的指令，從而控制繼電器開斷和H橋PWM占空比。占空比越大，驅動H橋輸出功率越大，鼓風機轉速越大，反之越小?！癋=1”表示無線信號接收器接收到人員向其發(fā)送的“允許開啟”的無線控制信號，若“F=0”，則接收到“不允許開啟”的無線控制信號。F具有控制優(yōu)先級，F=0時，無論T值大小，單片機向繼電器4輸出低電平，向驅動H橋輸出0占空比，即無法啟動風機。當F=1時，隨著溫度的升高，繼電器4與占空比也相應改變。如果T≥30℃，單片機向繼電器4輸出低電平，向驅動H橋輸出0占空比，否則繼續(xù)判斷T；如果30℃≤T≤35℃，單片機向繼電器4輸出高電平，向驅動H橋輸出30%占空比，否則繼續(xù)判斷T；如果35℃≤T≤40℃，單片機向繼電器4輸出高電平，向驅動H橋輸出80%占空比，否則繼續(xù)判斷T；如果T≥40℃，單片機向繼電器4輸出高電平，向驅動H橋輸出100%占空比。

2.4 驅動H橋工作原理

方案驅動H橋電路結構圖如圖3所示，該電路無法改變電機的運轉方向，通過2個功率開關（M1，M2）的導通（ON）和關斷（OFF）來控制電機的速度，功率開關（M3，M4）為常開開關。H橋功率驅動器通常采PWM信號來對電機控制。將方波信號加在電機電樞的兩端，通過調節(jié)PWM信號的占空比來改變電機電樞上的平均電壓，以此來控制電機的轉速。當單片機向H橋輸出不同PWM信號的占空比時，M1和M4的導通和關斷時間隨之改變，即鼓風機的轉速也相應變化。

圖3 驅動H橋原理圖

3 結語

本文提出了一種車載太陽能通風散熱系統(tǒng)的方案，利用節(jié)能環(huán)保的太陽能，結合單片機自動控制原理和傳感器等，在一定程度上解決了夏季駐車后車內通風散熱的問題，目前該散熱方案還未在車輛上實現應用。該系統(tǒng)體積小，結構簡單，成本較低，效果顯著，所以不僅可以在高級豪華轎車上使用，還可以配備于低端汽車。方案所述的控制能夠根據不同的工況調節(jié)，具有一定的適應性，在汽車行業(yè)中具有積極意義。