基于单片机控制的汽车智能降温系统

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10.16638/ki.1671-7988.2019.12.014

基于单片机控制的汽车智能降温系统

高丽英

（上海适居暖通工程有限公司，上海 201204）

摘 要：在高温曝晒下，汽车内部温度会急剧升高，会降低司乘人员驾驶舒适度甚至诱发身体疾病，导致“车内悲剧”，解决车内温度在曝晒下迅增问题急不可待。文章以半导体制冷片的peltier 效应和太阳能光伏发电为技术核心，设计了一种高温曝晒下车内智能降温系统。系统由车体模块和控制模块两部分组成，通过对单片机进行功能控制，驱动半导体制冷模块运转，在不启动发动机的前提下完成车体的整个内外循环降温。通过理论计算，并设计fluent 仿真、简化装置及整车实体三个实验验证系统的可行性。实验结果表明，该系统可以实现系统环境与外界进行大气交换，实现了降温智能化、低碳化，同时通过车内温度实时监测及远程控制，提高了驾驶舒适性和安全性。 关键词：半导体制冷；光伏发电；智能降温；节能高效

中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)12-39-06

Automobile Intelligent Cooling System Based on Single Chip Microcomputer Control

Gao Liying

( Shanghai Cozy Home HVAC Co. Ltd., Shanghai 201204 )

Abstract: Under high temperature exposure, the internal temperature of the vehicle will rise sharply, which will reduce the driving comfort and even induce physical diseases, resulting in "tragedy in the vehicle". Therefore, it is urgent to solve the problem of rapid increase in the temperature in the vehicle under exposure. Based on the peltier effect of semiconductor cooling sheet and solar photovoltaic power generation technology, a kind of intelligent cooling system is designed in this paper. The system consists of two parts, the vehicle body module and the control module. Through the functional control of the single-chip microcomputer, the semiconductor refrigeration module is driven to run, and the whole internal and external cooling cycle of the vehicle is completed without starting the engine. The feasibility of the system is verified by theoretical calculation, fluent simulation, simplification device and vehicle entity experiments. The experimental results show that the system can exchange atmosphere between the system environment and the outside world, realize intelligent cooling and low carbonization, and improve driving comfort and safety through real-time monitoring and remote control of vehicle temperature.

Keywords: Semiconductor refrigeration; Photovoltaic power generation; Intelligent cooling; Energy conservation and efficient

CLC NO.: TG156 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)12-39-06

前言

随着交通便捷程度的提高，汽车逐渐普及，汽车安全隐

作者简介：高丽英，就职于上海适居暖通工程有限公司，主要研究方向为机械工程。

汽车实用技术

40 患成了关注焦点，其中高温下车体的安全隐患成为一种发生频率极高却不易引起注意的隐患。在高温曝晒下，汽车内部温度会急剧升高，车内高温对人体健康危害极大[1]。然而，目前常用于实现车体恒温的方式主要使用自动空调系统、智能换气系统、汽车防晒罩和化学降温剂等[2-4]，其中，市场上最为主流的是依靠车体的空调降温，而这已经造成了巨大能耗，严重违背了国家“节能减排”的战略。而自动空调系统利用温度传感器、光照传感器，以及车窗雾气传感器收集车内环境信息，自动调节车温从而保持车内温度的恒定的。但此系统成本较高，结构相对复杂。智能换气系统主要是依靠通风起到换气降温作用，但其主要适用于车内温度升高不显著情况，在极高温环境下的换气工作效果不明显，且频繁的运作空调系统极易导致其使用寿命减少。汽车防晒罩是目前最普遍的降温方法，需要人工布置，步骤繁琐。而化学类降温方法可以通过在车内使用化学降温喷剂来实现，其原材料一般是干冰、氮气等，通常只能实现局部降温效果，且在使用过程中，部分化学添加剂具有一定危害性。

近年来，国内外诸多学者考虑将汽车空调控制系统进行改革，促进其小型化、节能化、智能化转型[5-7]。通过利用半导体温控特性，采用热电制冷器，改变流过制冷器的电流方向进而实现半导体制冷效果。目前，半导体制冷装置已经广泛应用于医疗卫生、石油化工、电子技术等领域，并取得了很好的效果。本文在现有的半导体制冷装置基础上，对其特性进行研究，研发了一种以太阳能为能量来源，有效控制车内温度的高温曝晒下车内智能降温系统，设计了车体模块和控制模块两大模块。并对车体模块中的半导体制冷装置、水循环冷却装置、内外循环管道装置、太阳能供电装置进行连接，通过远程手动控制和自动控制两种不同控制方法，解决了现有汽车车体温度过高，车载空调能耗大，难以提前启动及电路安全无保障等诸多弊端，能在极短时间内让车内达到舒适温度，实现了车内降温的智能化、低碳化。

1 智能降温系统车体模块设计

1.1 总体设计

整个基于单片机控制的半导体智能降温系统由车体模块和控制模块两个模块组成，见图1。该系统中车体模块主要包括半导体制冷装置、水循环冷却装置、内外循环气体交换装置、太阳能供电装置。系统控制模块包括远程手动控制模块、电路自动控制模块。整个系统基于太阳能电池组物理性能，将整个装置改制成太阳能天窗，利用太阳能光电转化原理，将接收到的太阳能转化为电能提供给半导体制冷装置。当车内温度达到温度控制器的设定值时，电路自动控制模块启动，首先切换成外循环模式，抽气泵运行，将车内大概70℃的高温空气与环境40℃的空气进行交换，内外空气交换之

后使车内温度与环境温度达到相同温度，实现第一步降温；接着在基于环境温度下再切换成内循环模式并启动半导体制冷，经过半导体制冷片降温处理后的气体通过汽车空调管道排至汽车车内，让汽车内部气流在内循环过程中降至设定温度（如26℃）。当遇到临时停车或需在预定时间到达车时，车主可启动远程手动控制模块，直接利用时间控制系统，设定某一时刻，启动车体恒温系统，实现远程提前降温，具体系统降温过程见图2。

图1 半导体智能降温系统组成

图2 半导体智能降温系统运行过程 在整个系统中，车体模块和控制模块分别保证整个车体温度的恒温性，由图3可直接看出这两个部分所控制装置之间相互配合、相互支撑、协同工作，保证了恒温系统运行的可靠性。

图3 半导体智能降温系统整体结构

1.太阳能天窗

2.蓄电池组及变压器

3.充电端

4.放电端

5.温控器

6.定时启动器

7.切换开关

8.工作负载部分

系统的整体布局受车体水箱及空调位置限定，安放在汽车车内前端。该系统将原来导致车辆高温的太阳能转换成控温能源，在控温的同时不增加任何油耗，避免了因高温产生的安全隐患；同时利用车内原有部件，不需要对车体进行大改造，而是另附零件，无需进行车辆组装，通过太阳能板供电给车体开启内外循环系统，让车体迅速降温，有效地降低车载空调的耗能。