車載太陽能輔助雙溫空調系統的研發

德州職業技術學院 季麗華

近些年來，隨著清潔能源的不斷發展及其在多個領域的推廣應用，使得太陽能越來越多的被應用于汽車領域中。車載太陽能輔助雙溫空調系統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生的能源系統地輸送給太陽能空調、電動機壓縮機制、冷管路空調、壓縮機蒸發器、冷凝器、空調風扇等裝置中，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系統進行研究，從雙溫空調入手，探討汽車空調輔助系統硬件設計方式和輔助系統軟件設計方式，旨在為相關人員提供參考。

汽車內部環境與駕駛人員及乘客的駕駛乘車舒適度密切相關，保證良好的內部環境，更有利于減少交通事故發生率。目前，空調系統作為調控內部環境的重要裝置，通過對其充分利用，可保證內部環境更為舒適并實現其功能。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方面考慮，對能源供應系統進行改進。近年來，基于太陽能技術的汽車輔助系統應用實現了對太陽輻射熱轉化，既滿足了汽車對能源的需求，又減少了資源消耗，保證了汽車制動穩定性，具有良好經濟效益。

1 雙溫空調系統

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

雙溫空調主要就是由高溫冷源、雙溫新風機組、干式空調末端等多種部件所構成。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的水源，或是采用地源獲取到的冷水，冷水屬于雙溫空調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狀態，利于實現對一定空間內溫度的冷卻處理。雙溫新風控制機組是指具備輔助除濕功能的一種全新空調機組，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，其主要所承擔的就是室內環境中的除濕負荷。而在干式空調末端當中，其分為干式空調機組以及風機管盤兩部分，其中所采用的冷媒一般為高溫冷源，能夠對空氣進行循環降溫，消除室內熱負荷。

2 汽車空調輔助系統硬件設計

車載太陽能輔助雙溫空調系統是一種基于太陽能技術的空調，其通常分為汽車空調輔助系統軟件、硬件兩部分，分別以太陽能技術電池陣列充電控制電路與半導體制冷控制電路作為基礎，可實現對整個系統的設計。此外，汽車空調輔助系統在運行期間，使用DAS78IV336型號控制芯片作為系統核心。

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，可統一可對外部設備和內存進行編制，其尋址范圍最大值是55K，能夠實現外擴存儲器效果，而且輸入電壓在2.0～5.5V范圍內，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節，該方式可實現開、關控制輸出，并且其體積較小，能夠在極大程度上節省板材使用，縮小板材占有空間，可減少生產成本；同時，芯片對使用終端進行統一管理和控制，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位模擬數字信號轉換器，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，其可直接控制和調節單機片，并直接相連集成電路與長效應晶體管，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 充電電路設計

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

圖1 太陽能發電系統原理

在模擬數字信號轉換器采樣期間，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。在設計汽車空調輔助系統期間，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化為電壓信號，再借助濾波電路，向單機片轉換器接口處傳輸模擬數字。

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

3 車載太陽能輔助雙溫空調系統軟件設計

設計汽車空調輔助系統相關軟件期間，為保證軟件的控制、調節等功能，需要從以下兩方面進行考慮。

3.1 設計汽車空調輔助制熱系統

設計空調輔助系統時，需要結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，以此為設計依據，合理設計汽車制冷或制熱方式。汽車空調輔助制熱系統中，光伏電池輸電電壓、電流間存在一定聯系，且兩者呈非線性關系。另外，光伏電池電壓、電流受其特性影響，會跟隨外界環境中光照強度和運行溫度等相關因素發生一定變化，為保證車內溫度穩定，需要軟件能夠根據外界環境隨時進行自動溫度控制。憑借汽車空調輔助制熱系統進行溫度調節時，為更好的利用太陽能電池，實現其在汽車空調輔助制熱系統中的作用，應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。此外，在太陽能電池陣列工程中，若處于最大功率點狀態，開路電壓與工作電壓為線性關系，此時說明光伏陣列處于最大功率點。

3.2 設計汽車空調輔助制冷

汽車空調輔助制熱系統，利用脈沖寬度調度方式調節半導體制冷兩端電壓，進而對功率輸出脈沖寬度進行調節，并利用引腳進行控制。脈沖寬度調節中，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成控制量，以此調節被控制對象。

調節規律公式如式(2)：

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

結論：在設計車載太陽能輔助雙溫空調系統時，需要了解空調輔助系統軟硬件的情況，明確太陽能技術在汽車內部環境溫度調控中的作用。現階段，太陽能技術空調輔助系統尚處于研究狀態，未能實現有效應用。為充分發揮其作用，改善汽車內部環境，應加強對該系統的研究，不斷降低成本，提高設備工作效率，為汽車行業發展提供支持。