一种车载太阳能通风散热系统控制方案的探讨

李广华 陈永敏 陈孝昀

（常熟理工学院，常熟 215500）

引言

随着经济的快速发展，汽车走进千家万户，给人们带来便利的同时也带来了一些问题，其中之一就是关于汽车的通风散热。有数据表明汽车在夏季阳光暴晒时，熄火离开后车内温度每隔15min大约上升10℃，持续暴晒2h后基本达到峰值60～80℃，人员重新进入驾驶室时感到不适[1]。目前人们通常采用喷降温剂，开关车门等方法来降温，但不能有效地降温，即便打开空调也不能及时将温度降下来。另外，汽车内饰有很多塑料制品，经过长时间暴晒会发出异味，甚至产生甲醛、苯等污染物，不仅会加速元件老化，而且会对人体健康造成不良影响。为解决上述问题，本文基于太阳能产业和网络控制技术的快速发展，期望利用太阳能及无线网络对夏季车内温度进行自动控制，快速通风散热，保持车内舒适温度。

1 系统结构组成及工作原理

本文提出的散热系统结构简单，便于在车内安装和布置，系统结构如图1所示，主要由充电装置、供能装置、单片机控制装置和通风装置组成[2]。其中继电器1、继电器2、继电器3、继电器4均为常开继电器。充电装置利用太阳能电池板为车辆蓄电池充电。系统中设有过载保护装置，同时该装置中设有对系统进行控制保护的继电器1和电压控制器1，防止车辆蓄电池对太阳能电池板放电。供能装置通过电压控制器2、继电器2、继电器3选择太阳能电池板或车辆蓄电池作为鼓风机工作的能量来源。单片机控制装置对采集的温度信号和无线信号进行逻辑运算，向继电器4输出高低电平，同时向驱动H桥输出占空比从而控制鼓风机的启停、转速。通风装置通过合理布置的鼓风机及通风管路实现车辆内外空气流通，使车内温度降低[3]。

2 控制策略

2.1 充电装置中的控制策略

蓄电池两端设有电压控制器1，当电压控制器1检测到蓄电池电压值大于15V时，电压控制器1断开继电器1，太阳能电池板停止对蓄电池的充电；当电压控制器1检测到蓄电池电压值未超过15V时，电压控制器1闭合继电器1，太阳能电池板开始对蓄电池充电。该控制策略通过判断蓄电池电压值，控制太阳能电池对蓄电池的充电，既能防止蓄电池对太阳能电池板放电，又充分利用了太阳能。

图1 散热系统结构图

2.2 供能装置中的控制策略

为了充分利用太阳能，同时避免当太阳能电池板输出电压不足时，鼓风机无法正常工作，本系统采用的供电控制策略如下所述。

太阳能电池板通过自带的稳压电路输出电压，当电压控制器2检测到太阳能电池板输出电压值大于10V时，电压控制器2闭合继电器3、断开继电器2，太阳能电池板作为鼓风机工作的能量来源；当电压控制器2检测到太阳能电池板输出电压值未超过10V时，电压控制器2断开继电器3、闭合继电器2，车辆蓄电池作为鼓风机工作的能量来源。该控制策略通过判断太阳能电池板输出电压值，从太阳能电池和蓄电池中选取鼓风机工作的能量来源，确保鼓风机的正常工作，同时防止电路串接。

2.3 温度、无线控制策略

图2 温度、无线控制策略流程图

温度控制模块可实现驻车后对车内温度的自动控制[4]。无线控制模块可根据实际情况以及考虑经济成本等因素来“无线遥控”鼓风机的启停，例如人员长期不使用汽车就不必开启鼓风机等。温度、无线控制策略流程图如图2所示，继电器4控制风机的启停，H桥控制风机的转速大小，温度传感器向单片机发送温度信号T，无线信号接收器向单片机发送无线控制信号F。T与F经过单片机逻辑运算，输出相应的指令，从而控制继电器开断和H桥PWM占空比。占空比越大，驱动H桥输出功率越大，鼓风机转速越大，反之越小。“F=1”表示无线信号接收器接收到人员向其发送的“允许开启”的无线控制信号，若“F=0”，则接收到“不允许开启”的无线控制信号。F具有控制优先级，F=0时，无论T值大小，单片机向继电器4输出低电平，向驱动H桥输出0占空比，即无法启动风机。当F=1时，随着温度的升高，继电器4与占空比也相应改变。如果T≥30℃，单片机向继电器4输出低电平，向驱动H桥输出0占空比，否则继续判断T；如果30℃≤T≤35℃，单片机向继电器4输出高电平，向驱动H桥输出30%占空比，否则继续判断T；如果35℃≤T≤40℃，单片机向继电器4输出高电平，向驱动H桥输出80%占空比，否则继续判断T；如果T≥40℃，单片机向继电器4输出高电平，向驱动H桥输出100%占空比。

2.4 驱动H桥工作原理

方案驱动H桥电路结构图如图3所示，该电路无法改变电机的运转方向，通过2个功率开关（M1，M2）的导通（ON）和关断（OFF）来控制电机的速度，功率开关（M3，M4）为常开开关。H桥功率驱动器通常采PWM信号来对电机控制。将方波信号加在电机电枢的两端，通过调节PWM信号的占空比来改变电机电枢上的平均电压，以此来控制电机的转速。当单片机向H桥输出不同PWM信号的占空比时，M1和M4的导通和关断时间随之改变，即鼓风机的转速也相应变化。

图3 驱动H桥原理图

3 结语

本文提出了一种车载太阳能通风散热系统的方案，利用节能环保的太阳能，结合单片机自动控制原理和传感器等，在一定程度上解决了夏季驻车后车内通风散热的问题，目前该散热方案还未在车辆上实现应用。该系统体积小，结构简单，成本较低，效果显著，所以不仅可以在高级豪华轿车上使用，还可以配备于低端汽车。方案所述的控制能够根据不同的工况调节，具有一定的适应性，在汽车行业中具有积极意义。