針對某冷卻架構(gòu)設(shè)計的冷卻回路控制系統(tǒng)設(shè)計

謝超平 俞曉勇 周健 歐霞珍

【關(guān)鍵詞】電動汽車;新能源冷卻架構(gòu);冷卻回路控制系統(tǒng)

【中圖分類號】TP273 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）08-0031-03

近幾年來，電動汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展使人們對冷卻系統(tǒng)的要求越來越高，但冷卻系統(tǒng)的智能化控制還不夠完善?，F(xiàn)有的電動汽車冷卻系統(tǒng)控制都是由整車ECU控制，導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)的通用性和可移植性較差。在運行的過程中浪費的能量較多，已無法完全滿足電動車冷卻系統(tǒng)的需求。

本文針對某車企設(shè)計的新能源冷卻架構(gòu)，在保證電機、控制器、動力電池的效率與性能的前提下，設(shè)計一款冷卻回路控制系統(tǒng)，實現(xiàn)該冷卻架構(gòu)的智能化控制。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計

控制系統(tǒng)由單片機控制下各種傳感器與相關(guān)設(shè)備的協(xié)同工作實現(xiàn)，由硬件和軟件兩個部分組成。通過單片機系統(tǒng)依據(jù)傳感器參數(shù)與預(yù)設(shè)參數(shù)對比及邏輯運算，控制各個冷卻系統(tǒng)相應(yīng)部件因數(shù)的變化，從而實現(xiàn)自動控制冷卻架構(gòu)自動運作需求的智能設(shè)備[1]。

1.1 設(shè)計思路

循環(huán)1電機/控制器為中溫循環(huán)，前端配置低溫散熱器和電子風(fēng)扇;循環(huán)2為動力電池冷卻循環(huán)，主要利用空調(diào)進行制冷，再通過電池冷卻器冷卻循環(huán)水。根據(jù)環(huán)境溫度的不同，可以通過電子水閥切換通道1與通道2，即在循環(huán)1與循環(huán)2之間轉(zhuǎn)換。冷卻循環(huán)架構(gòu)如圖1所示。

1.2 設(shè)計方案

設(shè)計冷卻水溫度檢測電路、空氣溫度檢測電路、車速檢測電路，采集信息傳輸?shù)絾纹瑱C，監(jiān)測信息經(jīng)單片機運算裁決后控制繼電器，繼電器對風(fēng)扇、水泵、低溫散熱器等部件進行控制。并且，將實時檢測到的空氣溫度與各位點冷卻水溫度、車速的信息顯示到LCE屏上[2]。

冷卻系統(tǒng)初始化時設(shè)定一個環(huán)境空氣溫度T? ?0，當(dāng)空氣溫度低于T? ?0，通過電子水閥切換到通道1，電機、控制器和動力電池共用一個大循環(huán)。使用低溫散熱器和電子扇進行冷卻，或者使用電機和控制器余熱及高壓水加熱器對電池進行加熱。當(dāng)空氣溫度高于T0，通過電子水閥切換到通道2，電機和控制器切換為循環(huán)1，使用低溫散熱器進行冷卻，動力電池切換為循環(huán)2，使用空調(diào)進行冷卻。兩個循環(huán)相對獨立。系統(tǒng)總體框架如圖2所示。

2 硬件電路設(shè)計

硬件電路以STC8A8K64S12單片機作為主控制芯片，主要從電源模塊、傳感器模塊、控制執(zhí)行模塊和控制核心電路四大模塊設(shè)計硬件電路[3]。

2.1 電源模塊

系統(tǒng)采用圖3所示電源模塊提供5 V電壓為系統(tǒng)供電。此模塊可直接安裝在電路板上實現(xiàn)多點供電，保證系統(tǒng)正常工作。

2.2 傳感器模塊

2.2.1 溫度傳感器

空氣溫度與冷卻水溫度的檢測采用DS18B20實現(xiàn)，DS18B20是常用的數(shù)字溫度傳感器，其輸出的是數(shù)字信號，溫度范圍為-55～125 ℃，并且有多點組網(wǎng)功能，可實現(xiàn)多點測溫[4]。

DS18B2傳感器耐磨耐碰，抗干擾能力強，精度高，型號多種多樣。適合新能源冷卻架構(gòu)的溫度測量。溫度檢測電路如圖4所示。

2.2.2 車速傳感器

車速傳感器采用差分霍爾效應(yīng)傳感器TLE4921，TLE 4921采用5 V供電，在溫度和對稱閾值范圍內(nèi)具有很高的靈敏度和出色的穩(wěn)定性，能實現(xiàn)穩(wěn)定的占空比，依靠頻率穩(wěn)定輸出傳輸車速信號。車速檢測電路如圖5所示。

2.3 控制執(zhí)行模塊

控制執(zhí)行模塊采用5 V 8路繼電器控制，控制對象為風(fēng)扇，低溫散熱器、電子閥門、空調(diào)回路、高壓水加熱器[5]。電子水泵采用12 V直流供電，控制電子水泵輸入頻率調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。繼電器的控制開關(guān)作用使得電路安全得到保護。繼電器控制電路如圖6所示。

2.4 控制核心電路

2.4.1 液晶顯示電路

液晶顯示電路采用LCD1602液晶顯示器，它是字符型液晶顯示屏（LCD），在系統(tǒng)開啟式會將實時的冷卻水溫度與空氣溫度、車速狀況顯示在液晶屏幕上。液晶顯示電路如圖7所示。

2.4.2 STC8單片機

本次系統(tǒng)設(shè)計選擇STC8A8K64S12單片機作為主控制芯片，其高速可靠的性能是選擇的關(guān)鍵依據(jù)。以冷卻系統(tǒng)智能監(jiān)測為目的，設(shè)計出針對某車企的新能源冷卻架構(gòu)的智能監(jiān)控系統(tǒng)（如圖8所示）。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)計劃采用C51語言編程，采用模塊化編程，便于后續(xù)程序的編寫及修改。程序流程圖如9所示。

在程序正式編寫中，依據(jù)電機與驅(qū)動器的發(fā)熱量和冷卻系統(tǒng)的吸熱量設(shè)計程序邏輯運算與預(yù)設(shè)參數(shù)，并結(jié)合實踐驗證[6]。

4 結(jié)語

根據(jù)某車企新能源冷卻架構(gòu)原理設(shè)計一款基于單片機的冷卻回路控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)可根據(jù)車輛的工作狀態(tài)，結(jié)合外部環(huán)境和零部件的溫度，通過調(diào)節(jié)電子水泵和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速實現(xiàn)智能化控制，在滿足車輛冷卻需求的同時還可實現(xiàn)節(jié)能的效果。

參 考 文 獻

[1]葛松.某款純電動轎車冷卻系統(tǒng)設(shè)計及試驗研究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2016（7）：69-72.

[2]王慶年，韓彪，王鵬宇，等.電動汽車冷卻系統(tǒng)設(shè)計及電機最優(yōu)冷卻溫度控制[J].吉林大學(xué)學(xué)報（工），2015，

45（1）：1-6.

[3]付秀偉，張驊.基于ARM—M3的電腦鼠硬件設(shè)計[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報，2012，29（1）：47.

[4]付秀偉.基于單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].科技信息，2013（34）：197.

[5]方明義，陳新春，劉靜然，等.繼電器測試設(shè)備的研究與應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（8）：185-187.

[6]鄒波.純電動汽車冷卻系統(tǒng)布置及控制方案設(shè)計[J].北京汽車，2016（3）：7-10.