汽车压缩机

新能源汽车空调电动压缩机控制技术分析

摘要：空调压缩机是车用空调的核心部件，提供空调运行的动

力，在传统汽车转向新能源汽车的过程中，驱动方式发生巨大改

变，即发动机驱动变化成为电驱动的方式，压缩机控制也从原先的

变量控制调整为节能高效的变频控制，这是重要车载系统。本文重

点分析汽车空调系统，分析汽车内部空调电动压缩机组成结构与工

作原理，然后掌握通信接口设计与相关技术，为新能源汽车的合理

应用起到积极的促进作用。

关键词：新能源汽车；空调电动压缩机；通信接口

1电动压缩机自控制系统的构成及原理

本次主要分析新能源汽车空调电动压缩机控制技术，以更好的了

解设计基本原理和要求。电动压缩机包含的组成结构比较多，比如

压缩机、开关电路、控制器等，不同结构部分功能有着很大的差

别，压缩机为核心部件。电动机要以永久磁体作为基础来完成设

计，达到磁通源的作用，在气隙磁场的影响之下能够形成电磁力，

让电动机克服阻力进行运动，使得空调可以正常的运行。计算公式

如下：Fe=BLI=BINI。

2通信接口及相关技术

2.1通信接口设计

新能源汽车内部结构电气元件数量很多，通过传统设计方法进行

数据传输会存在过多的干扰因素，通信质量与数据传输效率都无法

达到要求。控制器局域网需要进行通信接口合理设计，可以实现压

缩机正常运行，确保系统运行效率合格，确保电动压缩机安全、稳

定的运行。

2.2电动压缩机控制技术

该技术的研发和应用基础就是三相电流，模拟直流电动机转矩控

制的形式，把电磁原理作为该技术的基础进行应用，能够把定子电

流矢量分为直轴电流，可以确保压缩机正常的工作。在设计中，主

要是通过空间矢量脉冲宽度调制算法的形式来满足要求。在具体的

设计中，定子电压空间矢量以U表示，角频率以w表示。电流正弦

波电压保持恒定的条件之下，二者以线性的形式存在。

3新能源汽车空调电动压缩机控制的设计与实现

3.1电动压缩机控制系统硬件的设计与实现

3.1.1DSP控制芯片

本文以压缩机设计为例进行分析，控制芯片以DSP芯片为主，供

电电压3.3V、CPU共32位，主频最高60MHz、最低40MHz、共包括

22个可编程，系统模式统一，代码运行效率是比较高的，可以实现

高价值的应用。在该控制系统结构内，USB接口多功能调试器是最

为主要的功能结构部件。车辆中只需要设计5V的电源就能够保证接

口可以正常的工作，以达到数据传输的标准和要求。该接口在通信

中，主要是以UART串行通信为作为主要的方式，能够达到新能源汽

车的空调系统驱动要求。这种芯片具体有自仿真与它仿真两种，前

者是通过板载仿真器核心版来运行，后者与之一致。

3.1.2电路及信号

（1）电路设计：新能源汽车空调电动压缩机系统对于电压要求

是比较高的，需要确保电极线圈具备稳定的电流信号才能确保系统

可以达到运行标准。本次研究中进行电路设计，以SMI±30DCE-P3-

O9/S16霍尔电流传感器测量电路电流为主，电流范围-30A--30A，

电流信号可经A/D转换，能够直接转变为可以使用的信号，系统适

应性非常强。

（2）信号设计：电动压缩机进行必要的信号传输，主要是利用

传感器结构来满足要求。传感器量程±12.5mm、灵敏度

0.157V/mm。

3.1.3驱动电源

本文在进行新能源汽车空调电动压缩机设计中，要通过永磁式直

流电动机为主要能源部分，具体技术参数如下所示：额定电压

63V、额定电容30F、电阻38mΩ、允许最高工作温度为65℃、最低

为-40℃，能够达到新能源工作运行标准。为了能够让电源容量符合

标准，该次设计是通过活性炭多孔电极与电解质联合应用，形成双

电层结构形式，可以达到电能存储要求。在汽车停止运行之后，电

力能源供应就会中断，双电层就会立即开启，可以进行电力调度使

用，保证正常工作。

3.2电动压缩机控制系统软件的设计与实现

3.2.1软件运行流程

新能源汽车空调电动压缩机工作具体流程如下所示：（1）程序

初始化，等待服务程序中断，然后就能够确定通用定时器下溢是否

存在有中断的问题。（2）在中断出现后，软件就能够达到位置信号

检测要求，然后就能够明确给定电流参数。（3）获得电流信号之

后，利用模糊PID调节能够对电流信号做出调节。（4）待PWM波形

成后，中断退出，软件也会停止运行，然后再次等待终端服务程

序。

3.2.2子程序设计

（1）初始化子程序：可以在目前的定义函数条件下，使得系统

变量清零，然后可以关闭。同时调整DSP时钟频率，保证处于

60MHz左右，信号采样频率达到3MHz左右，然后就可以符合子程序

初始化标准。（2）中断子程序：在设计过程，可以先进行寄存器变

量的设定，然后就是等待中断循环。在定时器数据为1的条件下，

说明通讯已经中断；定时器数据为2时，就表示通讯已经恢复。

3.2.3信号检测软件

本次研究中，所选择使用的信号检测部件是传感器，其初始设定

的电压是0.5120V，精确度为0.1326V/mm、能够测量0--25mm之间

的电压数据。中断程序每周期需要采样4次，设计时可以利用查询

电流表的方式来获取相应电流数据，作为参考值应用，并进行断

电。为了防止发生碰撞的情况，应该进行止步点极限位置的约束控

制，该研究中所设定的极限止步点是0.7mm。在系统检测确定活塞

位移处于极限位置上时，电机就能够开始通过反方向电磁力的施

加，确保活塞处于正常运行的位置上，以避免出现活塞碰撞的情

况，促进电动压缩机安全、稳定的运行。

3.2.4模糊PID调节

传统的PID算法，需于计算偏差e（t）的基础上，分别计算u

（p）、u（i）及u（d），要确定上述几个参数之间的关系，然后

才能得到最终数据。这种算法计算效率比较高，但是数据容易出现

偏差的问题，所以没有应用到实践中。经过改进处理之后的模糊

PID算法可以按照要求来进行空调电动压缩机的有效控制，以处理

上述几个问题。模糊PID算法要求在计算偏差e（t）的基础上，得

到偏差的变化率ec（t）。把这两个部分与量化因子模糊化相乘，

利用查询模糊控制表总的数据就能够获取最终的PID修正参量，然

后能够确定最终数据。

3.3模拟实验及结果

3.3.1实验设计

（1）压缩机参数：电阻0.7Ω、额定电压90V、额定电流30A。

（2）MOS管型号为IRFP150N，工作电流42A、允许工作最高温度

175℃，最低温度为零下55℃。（3）新能源汽车压缩机仿真模拟平

台的设计尤为关键，要保证其功能性。

3.3.2实验结果

实验结果提示：本次设计完成之后，经过仿真发现电压加载及

时、动态响应良好，单周期25ms、上移速度峰值为2m/s。表明，这

种设计方案可以符合新能源汽车空调电动压缩机运行标准，工作效

率较高，稳定性非常好。

4结论

综上所述，本文主要研究新能源汽车空调电动控制技术中控制系

统，设计方案经过仿真模拟，发现控制效果非常好，所以可以应用

到实际生产中，提高技术水平。