一种基于PTC加热器的PWM软启动开环控制方法及系统与流程

一种基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法及系统
技术领域
1.本发明涉及电动汽车技术领域，更具体地，涉及一种基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法及系统。


背景技术：

2.随着新能源汽车的快速发展，尤其高压纯电动汽车的发展，整车空调供暖方案随之发生变化，综合其安全、稳定、舒适性，目前的趋势是采用高电压ptc加热器，已满足采暖、除霜、除雾等需求。
3.现有ptc加热器主要包括若干加热模组、若干控制开关(常见为igbt)、若干驱动电路、高压电路和控制器；加热模组包括若干ptc加热模块；控制开关接在高压电路和加热模组之间，控制开关的控制端与驱动电路连接，驱动电路连接至控制器；高压电路通过控制开关为加热模组提供电源；控制器将控制信号发送给驱动电路，驱动电路生成驱动信号，驱动控制开关的通断。上述控制开关、驱动电路和高压电路、控制器常常均安装在一控制板上。
4.目前，现有ptc加热器一般采用档位控制的模式，根据用户设置温度选择档位，通过控制各个控制开关的通断来选择对应加热模组进行加热；该种档位通断控温，温度跳变较大，舒适性不足。此外，在设计上述控制板时，随着上述ptc加热模块的个数的不同，其驱动电路、控制开关等的个数也随之改变，也即不同功率、不同型号的ptc加热器需设计与之匹配的控制板，不利于平台化；且大功率的ptc加热器产品控制板尺寸大，占空间大。档位控制根据加热芯体模块分组数来配置igbt，分组越多，温度控制越好，舒适性越好，但使用的igbt也越多，成本越高。
5.此外，ptc加热器的控制方法还可以采用无极调节的pwm控制方法，而pwm控制方法又以igbt组一起调制的无极调节尤为突出，这样的优点是程序简单，缺点是：冲击电流、毛刺电流大；开环控制时功率偏差大；igbt开关损耗大、igbt故障率高、寿命短。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术中存在的ptc加热器采用无极调节的pwm控制方法存在毛刺电流大、igbt开关损耗大的技术问题。
7.本发明提供了一种基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法，包括以下步骤：
8.s1，将ptc加热器的总加热包分成多列加热包组，每列加热包组包括至少一个加热包，其中，一列加热包组通过一个igbt控制；
9.s2，将功率占空比从0～100％按比例分成多个档位，每个档位对应一列加热包组的igbt全开或多列加热包组的igbt全开，且相邻两个档位之间相差一列加热包组；
10.s3，获取上位机的请求功率占空比，在当前功率占空比的基础上，调制一列加热包组所对应的igbt逐步攀升至全开或逐步下降，直到当前功率占空比与请求功率占空比相等。
11.优选地，所述s1具体包括：将ptc加热器的总加热包分成4列加热包组，通过4个
igbt分别一一对应控制4列加热包组。
12.优选地，所述s2具体包括：
13.当一个档位所需要的igbt全开数量超过单列加热包组，则将该档位与多列加热包组的igbt组合全开时对应，且以加热包组组合所需列数最少为基准进行选取组合。
14.优选地，所述s3中逐步攀升至全开或逐步下降至全关具体包括：通过pwm使能一列加热包组所对应的igbt逐步攀升至全开或逐步下降至全关，且此时其他列的加热包组的igbt处于全开或全关状态。
15.优选地，所述s3具体包括：
16.若获取上位机的请求功率占空比低于当前功率占空比时；则
17.当获取上位机的请求功率占空比对应档位为零，即请求功率占空比为零，则控制所有列的加热包组的igbt瞬间关闭；
18.当获取上位机的请求功率占空比对应档位不为零，即请求功率占空比不为零，则关闭对应列的加热包组未全开的igbt，然后依次调制需要变化的对应列加热包组的igbt状态。s3，获取上位机的请求功率占空比，在当前功率占空比的基础上，调制一列加热包组所对应的igbt逐步攀升至全开或逐步下降，直到当前功率占空比与请求功率占空比相等
19.优选地，所述s3具体包括：通过电动汽车的加热控制器发出pwm指令对igbt进行控制，所述ptc加热器与电动汽车的加热控制器之间通过can线或lin线进行通讯。
20.本发明还提供了一种基于ptc加热器的pwm软启动开环控制系统，所述系统用于实现基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法，包括：
21.功率占空比采集模块，用于获取上位机的请求功率占空比及ptc加热器的当前功率占空比；
22.控制分析模块，用于将ptc加热器的总加热包分成多列加热包组，每列加热包组包括至少一个加热包，其中，一列加热包组通过一个igbt控制；
23.然后，将功率占空比从0～100％按比例分成多个档位，每个档位对应一列加热包组的igbt全开或多列加热包组的igbt全开，且相邻两个档位之间相差一列加热包组；
24.最后，调制一列加热包组所对应的igbt逐步攀升至全开或逐步下降，直到当前功率占空比与请求功率占空比相等。
25.本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法的步骤。
26.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法的步骤。
27.有益效果：本发明提供的一种基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法及系统，其中方法包括：s1，将ptc加热器的总加热包分成多列加热包组，每列加热包组包括至少一个加热包，其中，一列加热包组通过一个igbt控制；s2，将功率占空比从0～100％按比例分成多个档位，每个档位对应一列加热包组的igbt全开或多列加热包组的igbt全开，且相邻两个档位之间相差一列加热包组；s3，获取上位机的请求功率占空比，在当前功率占空比的基础上，调制一列加热包组所对应的igbt逐步攀升至全开或逐步下降，直到当前功率占空比与请求功率占空比相等。相对与传统电动汽车的ptc加热器采用的pwm无极调节方式，该控制方法具有冲击电流小、毛刺电流小，电流曲线平滑等优点，并且，该方式igbt大部分时
间处于全开或者全关状态，部分时间处于调制状态，大大减小了igbt的开关损耗，减小igbt故障率，提高igbt寿命。本发明算法简单，输出电流平滑，冲击电流与毛刺电流较小，减小igbt的故障率，延长igbt的使用寿命，能够实现档位控制与无极调节两种控制方法。
附图说明
28.图1为本发明提供的一种基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法流程图；
29.图2为本发明提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；
30.图3为本发明提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
32.图1为本发明提供的一种基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法，包括以下步骤：
33.s1，将ptc加热器的总加热包分成多列加热包组，每列加热包组包括至少一个加热包，其中，一列加热包组通过一个igbt控制；
34.s2，将功率占空比从0～100％按比例分成多个档位，每个档位对应一列加热包组的igbt全开或多列加热包组的igbt全开，且相邻两个档位之间相差一列加热包组；
35.s3，获取上位机的请求功率占空比，在当前功率占空比的基础上，调制一列加热包组所对应的igbt逐步攀升至全开或逐步下降，直到当前功率占空比与请求功率占空比相等。
36.其中，调制一列加热包组所对应的igbt逐步攀升至全开或逐步下降即为无级变速模式，采用的是pwm逐渐变化的控制方式实现，且igbt可以固定处于pwm调制状态，不一定是全开或者全关。如此便可以形成芯体控制策略表，根据该芯体控制策略表便可以实现对igbt调制，最后实现将当前功率占空比按照梯度缓慢变成请求功率占空比。
37.其中，芯体控制策略表如下所示：
[0038][0039]
[0040]
在芯体控制策略表中，第一列对应功率百分比请求，其余列为每一路igbt的开启状态，需要进行理论换算或者实验室标定。
[0041]
根据上位机的功率百分比请求，igbt的开启方式按照芯体控制策略表逐行执行至功率百分比请求处，执行过程中，有且仅有一路igbt被pwm信号控制，其余igbt处于关闭或者全开。其中，igbt的关闭动作是瞬间完成，而igbt的全开，需要通过igbt缓慢调制攀升至100％打开，并且各igbt轮流处于调制状态，避免同一igbt长时间处于调制状态。芯体控制策略表中，第一列对应功率百分比请求，其余列为每一路igbt的开启状态，需要进行理论换算或者实验设备标定。
[0042]
相对与传统电动汽车的ptc加热器采用的pwm无极调节方式，该控制方法具有冲击电流小、毛刺电流小，电流曲线平滑等优点，并且，该方式igbt大部分时间处于全开或者全关状态，部分时间处于调制状态，大大减小了igbt的开关损耗，减小igbt故障率，提高igbt寿命。本发明算法简单，输出电流平滑，冲击电流与毛刺电流较小，减小igbt的故障率，延长igbt的使用寿命，能够实现档位控制与无极调节两种控制方法。
[0043]
进一步的方案，后一列所述加热包组内的加热包的数量不少于前一列所述加热包组内的加热包的数量。如芯体控制策略表所示，总共有4列，第一列有2个加热包组，第二列有4个加热包组，第三列和第四列均有6个加热包组。
[0044]
进一步的方案，当一个档位所需要的igbt全开数量超过单列加热包组，则将该档位与多列加热包组的igbt组合全开时对应，且以加热包组组合所需列数最少为基准进行选取组合。比如当档位为4时，比例对应44，即功率占空比为44％，此时需要加热包全开数量为8个，搜索芯体控制策略表则可以知道将第一列与第三列组合即可实现。
[0045]
进一步的方案，所述s3具体包括：将各所述档位分成第一档、第二档、
……
第n档，当获取上位机的请求功率占空比对应为第k档时，以当前档位为基础，每次调制攀升或下降一个档位直到变成第k挡；其中，n和k均为自然数。比如当前档位为1，请求功率占空比对应为档位k＝3，则先调制攀升至档位2，再调制攀升至档位3即可。
[0046]
进一步的方案，所述s3中每次调制攀升或下降一个档位直到变成第k挡具体包括：通过pwm方式调节一列加热包组的igbt，其他列的加热包组的igbt处于全开或全关状态。比如当从档位4调节档位5时，保持原先的每列加热包的igbt的状态不变，将第一列的2个igbt瞬间关闭，将第二列的4个igbt由关闭状态调制成全开状态，如此即可从档位4调节档位5。
[0047]
进一步的方案，所述s3具体包括：
[0048]
若获取上位机的请求功率占空比低于当前功率占空比时；则
[0049]
当获取上位机的请求功率占空比对应档位为零，即请求功率占空比为零，则控制所有列的加热包组的igbt瞬间关闭；
[0050]
当获取上位机的请求功率占空比对应档位不为零，即请求功率占空比不为零，则关闭对应列的加热包组未全开的igbt，然后依次调制需要变化的对应列加热包组的igbt状态。
[0051]
具体地，当ptc加热器获取功率占空比请求时，ptc响应占空比按照芯体控制策略表表从第一行逐行攀升至功率占空比请求行，实现单一igbt通过pwm调制状态攀升至全开，其他igbt全关或者全开，任意时刻仅有一路igbt处于调制状态；同理，当ptc加热器处于高功率占空比获取了低功率占空比请求时，若请求为0，igbt组瞬间关闭，若请求不为0，关闭
该芯体控制策略表表中未全开的igbt，需要调制的igbt从0攀升至目标占空比。这一策略减小了冲击电流、毛刺电流、igbt开关损耗，增长了igbt的使用寿命。
[0052]
比如，当前档位为5，而请求功率占空比对应档位4，则说明要降档。降档时，按照芯体控制策略表关闭对应列的igbt即可。
[0053]
进一步的方案，所述s3具体包括：通过电动汽车的加热控制器发出pwm指令对igbt进行控制，所述ptc加热器与电动汽车的加热控制器之间通过can线或lin线进行通讯。
[0054]
在一个具体的实施场景中，假设加热包组总共18个，将其分为4组，每列加热包数量比为：2:4:6:6。当首行“功率占空比”为10％时，即总成需求开启10％功率，也就是上位机的请求功率占空比为10％时，换算为负载加热包数量为1.8个加热包，可理论等效为2组加热包的igbt开启90％占空比。这样整车可以根据需求的功率，请求功率占空比，便能得到准确的加热包开启组合，实现功率的精准控制。若使用负载为ptc，芯体控制策略表表中首行“功率占空比”可以利用实验室设备进行功率标定，标定出各igbt控制的加热包的不同组合，制定芯体控制策略表表，实现功率的线性输出。
[0055]
本发明实施例还提供了一种基于ptc加热器的pwm软启动开环控制系统，所述系统用于实现基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法，包括：
[0056]
功率占空比采集模块，用于获取上位机的请求功率占空比及ptc加热器的当前功率占空比；
[0057]
控制分析模块，用于将ptc加热器的总加热包分成多列加热包组，每列加热包组包括至少一个加热包，其中，一列加热包组通过一个igbt控制；
[0058]
然后，将功率占空比从0～100％按比例分成多个档位，每个档位对应一列加热包组的igbt全开或多列加热包组的igbt全开，且相邻两个档位之间相差一列加热包组；
[0059]
最后，调制一列加热包组所对应的igbt逐步攀升至全开或逐步下降，直到当前功率占空比与请求功率占空比相等。
[0060]
请参阅图2为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图2所示，本发明实施例提了一种电子设备，包括存储器1310、处理器1320及存储在存储器1310上并可在处理器1320上运行的计算机程序1311，处理器1320执行计算机程序1311时实现以下步骤：s1，将ptc加热器的总加热包分成多列加热包组，每列加热包组包括至少一个加热包，其中，一列加热包组通过一个igbt控制；
[0061]
s2，将功率占空比从0～100％按比例分成多个档位，每个档位对应一列加热包组的igbt全开或多列加热包组的igbt全开，且相邻两个档位之间相差一列加热包组；
[0062]
s3，获取上位机的请求功率占空比，在当前功率占空比的基础上，调制一列加热包组所对应的igbt逐步攀升至全开或逐步下降，直到当前功率占空比与请求功率占空比相等。
[0063]
请参阅图3为本发明提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。如图3所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质1400，其上存储有计算机程序1411，该计算机程序1411被处理器执行时实现如下步骤：s1，将ptc加热器的总加热包分成多列加热包组，每列加热包组包括至少一个加热包，其中，一列加热包组通过一个igbt控制；
[0064]
s2，将功率占空比从0～100％按比例分成多个档位，每个档位对应一列加热包组的igbt全开或多列加热包组的igbt全开，且相邻两个档位之间相差一列加热包组；
[0065]
s3，获取上位机的请求功率占空比，在当前功率占空比的基础上，调制一列加热包组所对应的igbt逐步攀升至全开或逐步下降，直到当前功率占空比与请求功率占空比相等。
[0066]
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0067]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0068]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0069]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0070]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0071]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0072]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，将ptc加热器的总加热包分成多列加热包组，每列加热包组包括至少一个加热包，其中，一列加热包组通过一个igbt控制；s2，将功率占空比从0～100％按比例分成多个档位，每个档位对应一列加热包组的igbt全开或多列加热包组的igbt全开，且相邻两个档位之间相差一列加热包组；s3，获取上位机的请求功率占空比，在当前功率占空比的基础上，调制一列加热包组所对应的igbt逐步攀升至全开或逐步下降，直到当前功率占空比与请求功率占空比相等。2.根据权利要求1所述的基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法，其特征在于，所述s1具体包括：将ptc加热器的总加热包分成4列加热包组，通过4个igbt分别一一对应控制4列加热包组。3.根据权利要求2所述的基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法，其特征在于，所述s2具体包括：当一个档位所需要的igbt全开数量超过单列加热包组，则将该档位与多列加热包组的igbt组合全开时对应，且以加热包组组合所需列数最少为基准进行选取组合。4.根据权利要求1所述的基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法，其特征在于，所述s3中逐步攀升至全开或逐步下降至全关具体包括：通过pwm使能一列加热包组所对应的igbt逐步攀升至全开或逐步下降至全关，且此时其他列的加热包组的igbt处于全开或全关状态。5.根据权利要求4所述的基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法，其特征在于，所述s3具体包括：若获取上位机的请求功率占空比低于当前功率占空比时；则当获取上位机的请求功率占空比对应档位为零，即请求功率占空比为零，则控制所有列的加热包组的igbt瞬间关闭；当获取上位机的请求功率占空比对应档位不为零，即请求功率占空比不为零，则关闭对应列的加热包组未全开的igbt，然后依次调制需要变化的对应列加热包组的igbt状态；s3，获取上位机的请求功率占空比，在当前功率占空比的基础上，调制一列加热包组所对应的igbt逐步攀升至全开或逐步下降，直到当前功率占空比与请求功率占空比相等。6.根据权利要求1所述的基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法，其特征在于，所述s3具体包括：通过电动汽车的加热控制器发出pwm指令对igbt进行控制，所述ptc加热器与电动汽车的加热控制器之间通过can线或lin线进行通讯。7.一种基于ptc加热器的pwm软启动开环控制系统，其特征在于，所述系统用于实现如权利要求1-6任一项所述的基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法，包括：功率占空比采集模块，用于获取上位机的请求功率占空比及ptc加热器的当前功率占空比；控制分析模块，用于将ptc加热器的总加热包分成多列加热包组，每列加热包组包括至少一个加热包，其中，一列加热包组通过一个igbt控制；然后，将功率占空比从0～100％按比例分成多个档位，每个档位对应一列加热包组的igbt全开或多列加热包组的igbt全开，且相邻两个档位之间相差一列加热包组；最后，调制一列加热包组所对应的igbt逐步攀升至全开或逐步下降，直到当前功率占
空比与请求功率占空比相等。8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现如权利要求1-6任一项所述的基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法的步骤。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的基于ptc加热器的pwm软启动开环控制方法的步骤。

技术总结
本发明属于电动汽车技术领域，具体提供了一种基于PTC加热器的PWM软启动开环控制方法及系统，其中方法包括：将PTC加热器的总加热包分成多列加热包组；将功率占空比从0～100％按比例分成多个档位，每个档位对应一列加热包组的IGBT全开或多列加热包组的IGBT全开，且相邻两个档位之间相差一列加热包组；获取上位机的请求功率占空比，在当前功率占空比的基础上，调制一列加热包组所对应的IGBT逐步攀升至全开或逐步下降，直到当前功率占空比与请求功率占空比相等。该控制方法具有冲击电流小、毛刺电流小，电流曲线平滑等优点，并且，该方式IGBT大部分时间处于全开或者全关状态，部分时间处于调制状态，大大减小了IGBT的开关损耗，减小IGBT故障率，提高IGBT寿命。提高IGBT寿命。提高IGBT寿命。


技术研发人员：万豪 李达伦 罗一博 孙雨 王玮
受保护的技术使用者：孝感华工高理电子有限公司
技术研发日：2022.08.02
技术公布日：2023/8/16