針對某冷卻架構設計的冷卻回路控制系統設計

謝超平 俞曉勇 周健 歐霞珍

【關鍵詞】電動汽車;新能源冷卻架構;冷卻回路控制系統

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

近幾年來，電動汽車行業的迅猛發展使人們對冷卻系統的要求越來越高，但冷卻系統的智能化控制還不夠完善。現有的電動汽車冷卻系統控制都是由整車ECU控制，導致冷卻系統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的需求。

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

1 系統整體設計

控制系統由單片機控制下各種傳感器與相關設備的協同工作實現，由硬件和軟件兩個部分組成。通過單片機系統依據傳感器參數與預設參數對比及邏輯運算，控制各個冷卻系統相應部件因數的變化，從而實現自動控制冷卻架構自動運作需求的智能設備[1]。

1.1 設計思路

循環1電機/控制器為中溫循環，前端配置低溫散熱器和電子風扇;循環2為動力電池冷卻循環，主要利用空調進行制冷，再通過電池冷卻器冷卻循環水。根據環境溫度的不同，可以通過電子水閥切換通道1與通道2，即在循環1與循環2之間轉換。冷卻循環架構如圖1所示。

1.2 設計方案

設計冷卻水溫度檢測電路、空氣溫度檢測電路、車速檢測電路，采集信息傳輸到單片機，監測信息經單片機運算裁決后控制繼電器，繼電器對風扇、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]。

冷卻系統初始化時設定一個環境空氣溫度T? ?0，當空氣溫度低于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。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1，使用低溫散熱器進行冷卻，動力電池切換為循環2，使用空調進行冷卻。兩個循環相對獨立。系統總體框架如圖2所示。

2 硬件電路設計

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、控制執行模塊和控制核心電路四大模塊設計硬件電路[3]。

2.1 電源模塊

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

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，DS18B20是常用的數字溫度傳感器，其輸出的是數字信號，溫度范圍為-55～125 ℃，并且有多點組網功能，可實現多點測溫[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傳感器TLE4921，TLE 4921采用5 V供電，在溫度和對稱閾值范圍內具有很高的靈敏度和出色的穩定性，能實現穩定的占空比，依靠頻率穩定輸出傳輸車速信號。車速檢測電路如圖5所示。

2.3 控制執行模塊

控制執行模塊采用5 V 8路繼電器控制，控制對象為風扇，低溫散熱器、電子閥門、空調回路、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節水泵轉速。繼電器的控制開關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

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

3 軟件系統設計

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

在程序正式編寫中，依據電機與驅動器的發熱量和冷卻系統的吸熱量設計程序邏輯運算與預設參數，并結合實踐驗證[6]。

4 結語

根據某車企新能源冷卻架構原理設計一款基于單片機的冷卻回路控制系統，該控制系統可根據車輛的工作狀態，結合外部環境和零部件的溫度，通過調節電子水泵和風扇轉速實現智能化控制，在滿足車輛冷卻需求的同時還可實現節能的效果。

參 考 文 獻

[1]葛松.某款純電動轎車冷卻系統設計及試驗研究[J].農業裝備與車輛工程，2016（7）：69-72.

[2]王慶年，韓彪，王鵬宇，等.電動汽車冷卻系統設計及電機最優冷卻溫度控制[J].吉林大學學報（工），2015，

45（1）：1-6.

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

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

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

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