德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 季麗華

近些年來，隨著清潔能源的不斷發(fā)展及其在多個領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，使得太陽能越來越多的被應(yīng)用于汽車領(lǐng)域中。車載太陽能輔助雙溫空調(diào)系統(tǒng)作為一種依托于太陽能清潔能源的供能方式，在使用中主要是將車載太陽能產(chǎn)生的能源系統(tǒng)地輸送給太陽能空調(diào)、電動機壓縮機制、冷管路空調(diào)、壓縮機蒸發(fā)器、冷凝器、空調(diào)風(fēng)扇等裝置中，以滿足汽車的用電需求。本文主要圍繞車載太陽能輔助升溫空調(diào)系統(tǒng)進行研究，從雙溫空調(diào)入手，探討汽車空調(diào)輔助系統(tǒng)硬件設(shè)計方式和輔助系統(tǒng)軟件設(shè)計方式，旨在為相關(guān)人員提供參考。

汽車內(nèi)部環(huán)境與駕駛?cè)藛T及乘客的駕駛乘車舒適度密切相關(guān)，保證良好的內(nèi)部環(huán)境，更有利于減少交通事故發(fā)生率。目前，空調(diào)系統(tǒng)作為調(diào)控內(nèi)部環(huán)境的重要裝置，通過對其充分利用，可保證內(nèi)部環(huán)境更為舒適并實現(xiàn)其功能。但在制冷或制熱期間會消耗大量燃料，若燃料消耗過大，會導(dǎo)致汽車制動過程中自動停止工作，影響汽車正常使用。因此，需要從汽車功能系統(tǒng)方面考慮，對能源供應(yīng)系統(tǒng)進行改進。近年來，基于太陽能技術(shù)的汽車輔助系統(tǒng)應(yīng)用實現(xiàn)了對太陽輻射熱轉(zhuǎn)化，既滿足了汽車對能源的需求，又減少了資源消耗，保證了汽車制動穩(wěn)定性，具有良好經(jīng)濟效益。

1 雙溫空調(diào)系統(tǒng)

通常情況下，雙溫空調(diào)主要是將高低溫雙冷源溫濕分控空調(diào)系統(tǒng)作為核心，其中所涉及到的“雙溫”這一概念，是指在同一個空調(diào)系統(tǒng)中設(shè)置出存在著明顯差異的蒸發(fā)溫度，以此來確保其更好的發(fā)揮出自身作用。溫濕分控是利用獨立出來的末端系統(tǒng)，對溫、濕度進行分別控制。其中，獨立新風(fēng)系統(tǒng)主要用于對室內(nèi)濕度進行控制，末端空氣循環(huán)系統(tǒng)主要用于排除室內(nèi)余熱和控制室內(nèi)溫度。雙溫空調(diào)系統(tǒng)使用中，通過對空調(diào)末端設(shè)備系統(tǒng)功能再次定義，能夠分離溫濕度控制設(shè)備系統(tǒng)，還可以突破在主冷源溫度方面的限制，實現(xiàn)高溫以及低溫的不同冷源設(shè)計模式。在夏季環(huán)境中，其空調(diào)負荷的85%以上由制冷效率可高達8.0以上的高溫冷源來承擔(dān)，有著更加顯著的節(jié)能效果。

雙溫空調(diào)主要就是由高溫冷源、雙溫新風(fēng)機組、干式空調(diào)末端等多種部件所構(gòu)成。其中，高溫冷源所提供出的水源溫度大約在15℃左右，并通過高溫冷水機組來獲取相應(yīng)的水源，或是采用地源獲取到的冷水，冷水屬于雙溫空調(diào)降溫處理過程中使用的一種較為理想的冷源。在使用冷水時，能夠促使空氣溫度下降至送風(fēng)狀態(tài)，利于實現(xiàn)對一定空間內(nèi)溫度的冷卻處理。雙溫新風(fēng)控制機組是指具備輔助除濕功能的一種全新空調(diào)機組，其中所蘊含的冷源也主要為低溫以及高溫這兩種類型，由于其自身所具備的深度除濕功能，其主要所承擔(dān)的就是室內(nèi)環(huán)境中的除濕負荷。而在干式空調(diào)末端當(dāng)中，其分為干式空調(diào)機組以及風(fēng)機管盤兩部分，其中所采用的冷媒一般為高溫冷源，能夠?qū)諝膺M行循環(huán)降溫，消除室內(nèi)熱負荷。

2 汽車空調(diào)輔助系統(tǒng)硬件設(shè)計

車載太陽能輔助雙溫空調(diào)系統(tǒng)是一種基于太陽能技術(shù)的空調(diào)，其通常分為汽車空調(diào)輔助系統(tǒng)軟件、硬件兩部分，分別以太陽能技術(shù)電池陣列充電控制電路與半導(dǎo)體制冷控制電路作為基礎(chǔ)，可實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的設(shè)計。此外，汽車空調(diào)輔助系統(tǒng)在運行期間，使用DAS78IV336型號控制芯片作為系統(tǒng)核心。

2.1 控制芯片

DAS78IV336型號控制芯片,有8位總線帶FSH存儲芯片的單機芯片，采用8位總線，可統(tǒng)一可對外部設(shè)備和內(nèi)存進行編制，其尋址范圍最大值是55K，能夠?qū)崿F(xiàn)外擴存儲器效果，而且輸入電壓在2.0～5.5V范圍內(nèi)，工作電流最小值是3μA。為保證芯片在使用中具有足夠靈敏度，通常要借助外部電容值展開自由調(diào)節(jié)，該方式可實現(xiàn)開、關(guān)控制輸出，并且其體積較小，能夠在極大程度上節(jié)省板材使用，縮小板材占有空間，可減少生產(chǎn)成本；同時，芯片對使用終端進行統(tǒng)一管理和控制，使得外圍模塊更加豐富。其中，控制芯片中包含多個32位定位控制器，多個8位模擬數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器，以及12路計算機接口以及精密硬件等。因DAS78IV336型號芯片本身自帶FLASH存儲芯片，其可直接控制和調(diào)節(jié)單機片，并直接相連集成電路與長效應(yīng)晶體管，不需要使用其他仿真工具，使得工作更加便捷。此外，因工作電流極低，可使芯片在超低功率模式下完成各項工作，能夠有效降低輻射，減輕對人體影響，使用安全性高。

2.2 充電電路設(shè)計

充電電路是車載太陽能輔助雙溫空調(diào)系統(tǒng)的核心，在使用中為實現(xiàn)其最大輸出功率，保證設(shè)計效果，同時要求其具有強大實時性和響應(yīng)速度，可采用DAS78IV336型號芯片作為單機片，并基于太陽能技術(shù)充電電路設(shè)計原理圖展開設(shè)計，如圖1所示。

圖1 太陽能發(fā)電系統(tǒng)原理

在模擬數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器采樣期間，主要進行4路信號采樣，分別有蓄電池電流、蓄電池電壓、太陽能電池輸出電流、輸出電壓，且均為直流信號。在設(shè)計汽車空調(diào)輔助系統(tǒng)期間，可借助SIC586電壓傳感器和電流傳感器，采樣4路電壓電流信號，并利用電壓與電流傳感器將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，再借助濾波電路，向單機片轉(zhuǎn)換器接口處傳輸模擬數(shù)字。

使用SIC586電壓傳感器時，為保證使用合理性，應(yīng)設(shè)置好電壓（20～550V）、額定輸出（30mA）、頻率（0～90kHz）、響應(yīng)時間（8μS）和線性度（0.2%）等參數(shù)。再設(shè)置電流傳感器電壓（0～220V）、輸出電流（80mA）、額定電流（80A）、頻率（DC-8kHz）和線性度（0.1%）幾項指標(biāo)參數(shù)。

3 車載太陽能輔助雙溫空調(diào)系統(tǒng)軟件設(shè)計

設(shè)計汽車空調(diào)輔助系統(tǒng)相關(guān)軟件期間，為保證軟件的控制、調(diào)節(jié)等功能，需要從以下兩方面進行考慮。

3.1 設(shè)計汽車空調(diào)輔助制熱系統(tǒng)

設(shè)計空調(diào)輔助系統(tǒng)時，需要結(jié)合測量電壓傳感器時獲得的蓄電池兩端電流、電壓信號等信息，以此為設(shè)計依據(jù)，合理設(shè)計汽車制冷或制熱方式。汽車空調(diào)輔助制熱系統(tǒng)中，光伏電池輸電電壓、電流間存在一定聯(lián)系，且兩者呈非線性關(guān)系。另外，光伏電池電壓、電流受其特性影響，會跟隨外界環(huán)境中光照強度和運行溫度等相關(guān)因素發(fā)生一定變化，為保證車內(nèi)溫度穩(wěn)定，需要軟件能夠根據(jù)外界環(huán)境隨時進行自動溫度控制。憑借汽車空調(diào)輔助制熱系統(tǒng)進行溫度調(diào)節(jié)時，為更好的利用太陽能電池，實現(xiàn)其在汽車空調(diào)輔助制熱系統(tǒng)中的作用，應(yīng)合理利用最大功率點追蹤方法，以此保證太陽能電池陣列長期處于最大功率點狀態(tài)。此外，在太陽能電池陣列工程中，若處于最大功率點狀態(tài)，開路電壓與工作電壓為線性關(guān)系，此時說明光伏陣列處于最大功率點。

3.2 設(shè)計汽車空調(diào)輔助制冷

汽車空調(diào)輔助制熱系統(tǒng)，利用脈沖寬度調(diào)度方式調(diào)節(jié)半導(dǎo)體制冷兩端電壓，進而對功率輸出脈沖寬度進行調(diào)節(jié)，并利用引腳進行控制。脈沖寬度調(diào)節(jié)中，控制偏差公式為式(1)：

式(1)中，m(s)為控制器實際輸出值，n(s)為給定的定值，p(s)為二者控制偏差。將偏差比例積分通過線性組合構(gòu)成控制量，以此調(diào)節(jié)被控制對象。

調(diào)節(jié)規(guī)律公式如式(2)：

式(2)中，H(x)代表控制傳遞函數(shù)，Kp代表比例系數(shù)，T1代表積分時間常數(shù)，T2代表微分時間常數(shù)。公式中利用成比例反應(yīng)控制系統(tǒng)偏差信號，在出現(xiàn)偏差后，控制器立即工作，利于降低誤差；同時，借助消除內(nèi)部系統(tǒng)靜態(tài)誤差方式，可提升整個系統(tǒng)智能控制精度。積分作用與時間常數(shù)T1間呈負相關(guān)關(guān)系。微分環(huán)節(jié)可呈現(xiàn)出系統(tǒng)偏差信號變化，若信號差值過大，系統(tǒng)會自動引入修正信號，能夠降低系統(tǒng)超調(diào)，加快制冷過程，縮短制冷時間。

結(jié)論：在設(shè)計車載太陽能輔助雙溫空調(diào)系統(tǒng)時，需要了解空調(diào)輔助系統(tǒng)軟硬件的情況，明確太陽能技術(shù)在汽車內(nèi)部環(huán)境溫度調(diào)控中的作用?，F(xiàn)階段，太陽能技術(shù)空調(diào)輔助系統(tǒng)尚處于研究狀態(tài)，未能實現(xiàn)有效應(yīng)用。為充分發(fā)揮其作用，改善汽車內(nèi)部環(huán)境，應(yīng)加強對該系統(tǒng)的研究，不斷降低成本，提高設(shè)備工作效率，為汽車行業(yè)發(fā)展提供支持。