电动大巴空调控制系统

电动汽车是汽车产业的必然发展方向，已经上升到国家战略，它关系到国家的能源安全和节能减排，目前电动汽车产品推广中公交先行，优先推广电动公交车。随着电动客车产业的发展，电动客车空调产品的需求也快速发展。

       各家电动大巴空调的系统大体类似，都由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置四大部件组成，区别主要在结构和控制系统上，的电动大巴变频空调控制系统中主要有空调主控（空调ECU单元）、空调面板、压缩机变频器和DCDC电源几个单元组成，其中主控、面板和变频器之间通过MODBUS总线连接，相互之间传输指令和参数。主控单元是这个控制系统的核心单元，为整套控制系统提供控制逻辑；面板模块是控制系统的人机交互界面，接收操作指令同时显示工作状态；变频器模块根据主控指令控制压缩机的转速，同时把压缩机及高压系统的各种参数传输给主控；DCDC电源为冷凝风机和蒸发风机提供24V低压直流电。除此之外该控制系统还有以下几个单元模块：辅热PTC为空调系统提供辅助电加热；四通阀为制冷制热切换提供冷媒流向切换；电子膨胀阀控制系统节流；新风阀为空调系统提供新风控制；低温启功模块保证压缩机在低温下正常启动；冷凝风机模块为冷凝器提供风速控制；蒸发风机模块为蒸发器何车内通风提供风速控制；压力开关为空调系统提供高低压保护；高温开关为压缩机提供过温保护；温度传感器模块由8路温度传感器组成，他们检测空调系统8个位置的温度，为空调的系统控制、膨胀阀调节、压缩机频率控制和系统保护提供依据，保障空调系统的稳定性和可靠性，同时保证系统的节能性。

方案特点

1、高可靠性

电动大巴空调工作环境复杂，需要承受高温、日晒、雨淋、振动等各种恶劣工作条件，产品需要有高可靠性，高可靠性不但需要高品质的零部件保证，更需要在设计方案中考虑各种保护功能，确保空调系统能在各种恶劣环境下安全可靠运行。相比行业内其他厂家的控制方案，泰科伟业新能源大巴空调控制系统通过以下几项创新技术确保了空调系统的高可靠性：

第一，系统内部采用总线控制技术，控制系统对各个系统部件的工作状态和参数实时掌握，确保系统各项参数处于安全可靠的范围内。目前其他厂家的电动大巴空调控制方案都没有变频器总线通讯，主控单元只是通过硬线控制传达给变频器频段指令，而无法获取变频器的任何参数信息，从而无法从系统角度对空调系统最重要的动力部分做完善的系统级保护控制，存在系统级安全隐患。而泰科伟业的控制系统通过引入总线控制技术彻底解决了系统级保护缺失问题，在我们设计的电动大巴控制系统中，我们把面板、主控、变频器等智能单元之间通过MODBUS总线联系在一起，控制系统内各个智能单元都可以实现数据通讯和状态传输，这样主控单元可以实时监控各个部件的工作状态和参数，不但可以了解控制面板传达的操作指令信息，而且可以实时了解变频器的相关参数，例如母线电压、压缩机电流、功率模块温度等重要的系统参数信息，主控单元可以通过这些信息来判断系统运行的状态可靠性，并对运行参数做相应的修正和保护，确保空调系统的安全可靠运行，提高了产品的可靠性。

第二，通过多路传感器采集系统各关键点温度信息，用于系统控制，并确保系统的安全可靠运行。分析行业内其他厂家的控制方案发现他们的系统级温度传感器设计不足，只有功能级温度传感器，例如车内温度传感器、车外温度传感器、除霜温度传感器等，而缺少保护级温度传感器，例如排气温度传感器、回气温度传感器等，在泰科伟业自主研发的控制系统中，结合变频空调和轨道空调技术经验，设计了8路温度传感器，包括车内、车外、压缩机排气、压缩机回气、蒸发器盘管、冷凝器盘管等温度温度传感器，保证空调机组工作正常，提高电动大巴的系统可靠性。

第三，通过引入系统级柔性保护确保空调系统安全可靠运行。在目前竞争对手的控制方案中，空调的保护功能大部分都是硬性保护，而且这些保护基本上是零部件级保护，例如压力保护、压缩机过温保护、变频器过流保护、变频器过温保护等，当这些保护功能动作的时候代表相应的零部件无法继续工作，整套空调将失去正常工作能力。在泰科伟业自主设计的控制系统中我们引入了系统级柔性保护的概念，确保在出现零部件级硬性保护之前通过系统级柔性保护降低空调系统整体失效的风险，提高空调系统的可靠性，具体来讲就是在出现硬性保护之前通过调整控制参数来避免出现硬性保护，例如主控单元通过采集压缩机排气温度就可以获知压缩机的温度，如果系统由于某种原因而出现压缩机排气温度过高的情况，控制系统会通过降低压缩机频率来保证压缩机温度保持在压缩机能接受的范围内，从而避免出现压缩机过热保护这样的零部件级硬性保护，确保系统可以稳定持续运行。再如主控单元通过总线通讯可以获知变频器的电流，如果空调系统由于负荷过高而出现电流过大的情况，控制系统会通过调节压缩机频率来保证变频器电流保持在变频器能承受的范围内，从而避免出现变频器过流保护这样的零部件级硬性保护，确保系统可以稳定持续运行。可见系统级柔性保护是通过系统的整体控制来使得空调系统能够持续稳定运行，在系统异常的情况下首先通过系统降载的柔性保护来保护系统和零部件，尽量避免出现停机等硬性保护，最大限度的保证系统的可靠性，降低用户的抱怨。

2、节能性

电动汽车的电能是通过电池提供的，每辆车携带的电能是有限的，需要车上的各种耗电部件尽量省电，空调作为电动大巴上的第二耗电大户，更需要注重系统的节能性。在本控制系统中，为了实现空调系统的节能性，我们采用了以下几项创新控制技术：

第一，，通过采用压缩机无级变频调速来实现空调系统的节能型。目前行业里面的电动客车空调控制系统由于没有采用总线控制技术，主控单元给变频器的压缩机频率控制指令只能通过硬线控制，只能分为几个频率段，采用分段式频率控制，也就是说压缩机只能限定跑几个频率档位，制冷量也就会分为几个功率档位，而实际空调的热负荷是连续的，不可避免的会有制冷量和热负荷不匹配的现象，这就会增加空调系统的功耗。而我们设计的控制系统由于采用了总线控制技术，主控单元和变频器之间可以实现双向通讯，可以方便的传输任一频率指令，使得无级调速成为可能，于是我们结合多年的变频空调开发经验，采用无级变频技术控制压缩机的频率，实现了系统制冷量与系统热负荷实时匹配的控制效果，避免了空调频繁开停机和车内温度波动大的问题，实现了空调系统的节能型，同时提高了空调系统的可靠性。

第二，采用了电子膨胀阀智能节流技术。膨胀阀在空调系统中是四大系统部件（压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置）之一，对空调系统的能效比影响非常大，目前电动大巴空调行业普遍采用热力膨胀阀来实现冷媒节流，热力膨胀阀不需要控制器控制，应用简单，但是也有其固有的缺陷，在变频空调系统中，热力膨胀阀无法实现全频段最优节流效果，而只是在某一频率段实现最佳节流效果，更无法实现制冷、制热双模式最优节流。我们的电动大巴空调是一种变频空调系统，而且是一种兼有制冷、制热模式的热泵型空调系统，所以在这种产品上要实现全频段多模式最优化节流控制，热力膨胀阀显然不能胜任。电子膨胀阀是通过控制器来调节其节流程度的，是一种智能的闭环节流装置，原则上是可以实现全频段最优化节流效果控制的，也可以实现制冷、制热双模式节流的最优化控制，保证空调系统在压缩机大范围频率变化时，提供最优的节流效果，始终使系统效率最高，从而实现空调系统的节能性控制。同时电子膨胀阀还可以通过调节系统节流程度避免压缩机过热、液击等问题，提高空调系统的可靠性和使用寿命。

第三，通过智能除霜技术确保除霜的可靠性和准确性，保证换热器换热效果。热泵空调机组冬季采用热泵制热技术，冷凝器上会结霜，影响换热效果，热泵除霜就是通过四通阀换向把车内的热量输送到冷凝器上，把霜化掉，保证冷凝器的换热效果。目前行业里的电动客车空调的热泵空调机组，一般采用定时机械式除霜方式，控制简单，但不能保证除霜的时间准确控制和除霜效果的精确控制，会有假除霜、除霜不干净等问题出现，会影响压缩机使用寿命和空调效果。我们开发的电动大巴空调控制系统结合热泵空调行业多年的积累经验和相关参数，可精确判断冷凝器结霜厚度，根据需要进行除霜，避免频繁除霜或不除霜，并可以判断除霜程度及时退出除霜模式，这样既能及时除霜确保冷凝器的换热效果，也避免假除霜和多除霜浪费车内热量，保证了系统的热泵制热效果，同时实现了节能。

第四，通过PTC辅热分级控制及热泵协同工作实现节能。目前其他厂家的电动客车空调的PTC制热功能和热泵制热功能基本都是分开工作的，比如-3度以上用热泵制热，-3度一下用PTC制热，而且PTC加热是一档控制，十几千瓦的PTC加热要么全开要么全关，这样的控制模式非常费电。我们自主研发的控制系统实现了热泵和PTC的协同工作，PTC分级控制。系统控制器通过温度传感器实时检测热泵的制热效果，当热泵制热效果可以满足空调的制热需要时不需要开启PTC加热单元，随着外界温度的降低，当检测到热泵制热效果无法空调的制热需要时逐步开启PTC加热单元，直到PTC加热单元全部开启。当由于外界温度过低而使得热泵制热能效比太低或者会影响空调系统可靠性时会停止热泵制热功能，而全部采用PTC制热。由此可见，该控制策略最大限度的利用了热泵制热的高效性，尽量避免采用低效率的PTC制热，从而最大程度的保证了制热模式的节能性。

第五，设计有节能模式按键。泰科伟业自主设计的电动大巴空调控制系统中有一键节能功能，在空调控制面板有节能按钮，当司机发现电池电量不充足或其他需要降低空调功耗的情况下，按下此按钮，空调机组进入节电模式运行，减少空调耗电量，保证客车续航里程。

3、其他功能特点

第一、低温制热效果好。

该空调系统采用电子膨胀阀节流，通过排气温度和过热度实时调节膨胀阀开度，实现了冷媒流量的智能化和精确化控制，避免了热力膨胀阀节流系统的压缩机液击的危险，而且大大改善了空调系统的低温制热效果。低温情况下压缩机不易启动也是低温制热的一个棘手问题，本控制系统设计有压缩机低温启动装置，可以保证压缩机在低温情况下的正常启动。

第二、具有故障查询和下载功能。

本电动汽车空调具有电脑通讯功能，空调智能控制器可以实时把空调系统的状态和参数传输给电脑，电脑通过专用软件可以直观的检测空调系统的各项数据，也可以通过专用便携式通讯设备进行数据读取和显示，方便空调系统的调试和问题排查。

第三、具有远程监控物联网功能

本控制系统采用了物联网技术，控制器通过物联网模块把空调的状态信息发送到网络平台上，我们可以通过网络平台实时查询各个空调的位置信息和状态信息，可以实现空调系统数据的远程监控和诊断功能，可以远程掌握市场上运行空调的状态信息，发现问题于萌芽状态，及时维护，提高产品可靠性，降低市场抱怨。