В настоящее время проводятся обширные исследования механических частей электрических компрессоров, но относительно мало исследований по конструкции и управлению контроллером компрессора. В этой статье анализируются и изучаются принципы управления, стратегии защиты программного обеспечения и аспекты взаимодействия электронных компрессоров с транспортными средствами, предоставляя некоторые рекомендации по проектированию, разработке и послепродажному обслуживанию.
Электрокомпрессоры для электромобилей.
1 Обзор принципа управления
Типичный принцип управления контроллером электрического компрессора показан на рисунке 1. Аппаратную часть контроллера можно разделить на часть источника питания высокого напряжения, часть управления низким напряжением и цепь блокировки высокого напряжения. Когда компрессор получает низковольтный управляющий сигнал, IGBT включает источник питания высокого напряжения, приводя в действие двигатель, приводящий в действие компрессор.
Рисунок 1. Принципиальная схема управления электрическим компрессором.
1.1 Часть высоковольтного источника питания
Часть высоковольтного источника питания включает в себя высоковольтные разъемы, схемы высоковольтных фильтров и IGBT. Высоковольтные разъемы подключаются к жгуту проводов автомобиля, а основание разъема выполнено из металла и подводится к корпусу компрессора посредством болтов. При наличии утечки в разъеме ток может пройти через корпус компрессора к автомобилю, а затем на массу.
Схема высоковольтного фильтра обычно состоит из нескольких параллельно включенных фильтрующих конденсаторов. Основные цели двояки: во-первых, отфильтровать аномальные колебания напряжения на шине, чтобы обеспечить стабильность напряжения, подаваемого на компрессор, и предотвратить повреждение компрессора при больших колебаниях напряжения; во-вторых, для поглощения пульсаций напряжения, генерируемых компрессором из-за изменений мощности, предотвращая воздействие пульсаций, генерируемых компрессором, на автомобиль и другие высоковольтные компоненты.
IGBT является важнейшим компонентом контроллера переменного тока. Как правило,
электрический автомобильный компрессор переменного токасостоит из шести IGBT, которые управляют высоковольтной цепью, включая и выключая IGBT, приводя в действие двигатель-компрессор. Поскольку IGBT проводит высокое напряжение и часто переключается, его рабочая среда является самой суровой во всем контроллере. К распространенным режимам отказа IGBT относятся перегрузка по току, перенапряжение и перегрев. Чтобы гарантировать работу IGBT в соответствующем температурном диапазоне, в контроллер электрического компрессора обычно добавляют множество защитных логических схем.
1.2 Низковольтная часть управления
Низковольтная часть управления включает в себя низковольтные разъемы, схемы фильтров, преобразователи постоянного тока, цепи связи LIN/CAN, схемы выборки и ЭБУ. Низковольтные разъемы подключаются к жгуту проводов, обеспечивая низковольтное питание и передачу сигналов LIN/CAN для контроллера компрессора.
Схема фильтра обеспечивает стабильность низковольтного входа. Преобразователь постоянного тока в постоянный ток преобразует напряжение 12 В в различные напряжения для подачи питания на различные устройства, такие как схема драйвера IGBT, для которой обычно требуется стабилизированный источник питания 15 В, и схема выборки, для которой обычно требуется стабилизированный источник питания 3,5 В. Связь LIN/CAN — это канал взаимодействия между компрессором и автомобилем, позволяющий транспортному средству отправлять различные команды компрессору, а компрессор сообщать о своем фактическом состоянии транспортному средству. Схема выборки определяет рабочее напряжение, ток, температуру компрессора и схемы аппаратной защиты.
ЭБУ является ядром взаимодействия и передачи сигналов в контроллере электрического компрессора. Он получает сигналы LIN/CAN от автомобиля, одновременно собирает данные о напряжении, токе, температуре и состоянии из различных цепей выборки, чтобы определить, соответствует ли компрессор условиям запуска. Если условия выполняются, ЭБУ отправляет сигнал запуска на микросхему драйвера IGBT, заставляя IGBT включаться и выключаться для запуска двигателя компрессора. ЭБУ постоянно контролирует рабочее состояние всех компонентов и в случае неисправности немедленно останавливает компрессор и передает информацию о неисправности обратно в автомобиль.
Целью схемы блокировки высокого напряжения является предотвращение проблем с личной безопасностью, вызванных утечками из-за неправильного или плохого соединения разъемов электрического компрессора. Принцип заключается в обеспечении нормальной работы всех цепей высокого и низкого напряжения через цепь низкого напряжения. Только при правильном подключении всех разъемов высоковольтные компоненты могут работать нормально. Если ток цепи блокировки превышает нормальное значение, автомобиль сообщит о неисправности цепи блокировки, и высокое напряжение не может быть активировано.
2 стратегии защиты программного обеспечения
На основе распространенных видов отказов
Компрессоры высокого напряженияСтратегии защиты предназначены для защиты компрессора от дальнейшего повреждения во время ненормальной работы путем своевременного снижения мощности или отключения. Стратегии защиты включают защиту связи LIN/CAN, защиту от перегрева, защиту от перегрузки по току, защиту от перенапряжения и предварительный подогрев при низкой температуре.
2.1 Защита связи LIN/CAN
Защита связи LIN/CAN означает немедленную остановку компрессора при возникновении в течение определенного периода времени ошибок связи, таких как битовые ошибки, ошибки PID, отсутствие ответа, ошибки кадра или физические ошибки шины. Компрессор возобновляет нормальную работу после восстановления связи.
2.2 Защита от перегрева
Защита от перегрева включает остановку компрессора, когда температура IGBT слишком высокая или слишком низкая (превышает установленный температурный диапазон). Компрессор возобновляет работу после того, как температура вернется в заданный диапазон и время остановки превысит установленное значение. Эта защита предотвращает повреждение IGBT за пределами температурного диапазона.
Чтобы избежать невозможности определения температуры IGBT из-за неисправности датчика, внутри контроллера обычно располагаются два датчика температуры. ЭБУ использует более высокое значение датчиков для определения температуры, и если абсолютная разница значений между двумя датчиками превышает установленное значение, он сообщает о неисправности датчика температуры.
2.3 Защита от перегрузки по току
Защита от перегрузки по току направлена на предотвращение повреждения внутренних электрических компонентов из-за перегрузки по току. Он включает в себя защиту по току шины и защиту по фазному току.
Защита по току шины ограничивает входной ток до определенного значения, при превышении которого компрессор останавливается. Защита от фазного тока предотвращает повреждение IGBT, поскольку фазный ток напрямую коррелирует с нагрузкой компрессора. Защита от перегрузки по току также связана с защитой от температуры, чтобы уменьшить пределы фазного тока при повышении температуры IGBT, предотвращая повреждение IGBT в условиях высокого тока и температуры.
2.4 Защита от перенапряжения
Защита от перенапряжения ограничивает скорость компрессора или останавливает компрессор, когда напряжение превышает рабочий диапазон. Он включает в себя защиту от высокого напряжения и защиту от низкого напряжения, которые далее делятся на защиту по питанию 12 В и защиту по напряжению привода 15 В.
Защита от высокого напряжения предотвращает повреждение внутренних компонентов из-за высокого входного напряжения и ограничивает мощность или останавливает компрессор при низком входном напряжении. Из-за нестабильности на рынке защита от высокого напряжения сочетает в себе программную и аппаратную защиту для обнаружения скачков напряжения на уровне мс и нас соответственно. Для предотвращения выхода из строя датчика высокого напряжения внутри контроллера расположены два датчика, регулярно сравнивающие значения и останавливающие компрессор, если разница превышает заданное значение.
При обнаружении перенапряжения компрессор работает на ограниченной мощности, снижая скорость до тех пор, пока напряжение не вернется в норму. Защита от низкого напряжения включает в себя защиту по питанию 12 В, остановку компрессора, когда напряжение превышает заданное значение, и возобновление нормальной работы, когда напряжение возвращается в нормальное состояние. Защита мощности привода относится к защите мощности привода IGBT, ограничению мощности или остановке компрессора, когда напряжение привода 15 В превышает установленное значение.
2.5 Низкотемпературный предварительный нагрев
Низкотемпературный предварительный подогрев предотвращает запуск компрессора в условиях низких температур, что может привести к затвердеванию смазки. ЭБУ предварительно нагревает смазку с помощью резисторов предварительного нагрева перед запуском компрессора, обеспечивая правильную работу.
Контроллеры электрических компрессоров разработаны с использованием многочисленных стратегий защиты для предотвращения повреждения компрессора в различных режимах отказа. Эффективные стратегии защиты имеют решающее значение при проектировании электрических компрессоров и требуют тщательного тестирования и проверки. Производители транспортных средств разрабатывают обширные диагностические коды неисправностей в программном обеспечении контроллера для проверки стратегий защиты.
3 стратегии взаимодействия электрического компрессора и автомобиля
Между электрическим компрессором и транспортным средством существует взаимодействие данных и действий.
3.1 Взаимодействие с данными
Взаимодействие данных включает в себя получение информации о командах LIN/CAN от транспортного средства и передачу информации о состоянии компрессора, такой как команды запуска и остановки, команды скорости компрессора, рабочего напряжения, значений тока, значений температуры и обратной связи по кодам неисправностей.
Получив команду запуска, ЭБУ проверяет, выполняются ли условия. Если оно соблюдено, компрессор запускается; в противном случае он сообщает информацию о неисправности транспортному средству.
3.2 Взаимодействие действий
Взаимодействие действий включает в себя действия логики управления компрессором и действия внутреннего воздушного потока компрессора, включая запуск и остановку компрессора, регулировку скорости компрессора, защитные действия и предупреждающие действия.
Когда автомобиль отправляет команду запуска, контроллер компрессора запускает компрессор. В случае неисправности контроллер выполняет действия на основе внутренней логики защиты, например, останавливает компрессор или работает на ограниченной мощности.
Кроме того, электрический компрессор должен взаимодействовать с системой переменного тока автомобиля, передавая информацию от датчиков, такую как температура и давление, в блок управления переменным током автомобиля, обеспечивая оптимальную работу системы переменного тока.
Рисунок 2. Принципиальная схема перехода состояний компрессора.
Электрические компрессоры с регулируемой скоростьюиграют решающую роль в электромобилях, напрямую влияя на работу системы переменного тока автомобиля. В этой статье анализируются и изучаются принципы управления, стратегии защиты программного обеспечения и аспекты взаимодействия электрических компрессоров с транспортными средствами, а также предоставляются ссылки на проектирование, разработку и послепродажное обслуживание электронных компрессоров. По мере постоянного развития технологии электромобилей стратегии управления электрическими компрессорами также будут улучшаться, чтобы адаптироваться к более сложным сценариям применения.
