基于單片機控制的汽車智能降溫系統(tǒng)

高麗英

摘 要：在高溫曝曬下，汽車內部溫度會急劇升高，會降低司乘人員駕駛舒適度甚至誘發(fā)身體疾病，導致“車內悲劇”，解決車內溫度在曝曬下迅增問題急不可待。文章以半導體制冷片的peltier效應和太陽能光伏發(fā)電為技術核心，設計了一種高溫曝曬下車內智能降溫系統(tǒng)。系統(tǒng)由車體模塊和控制模塊兩部分組成，通過對單片機進行功能控制，驅動半導體制冷模塊運轉，在不啟動發(fā)動機的前提下完成車體的整個內外循環(huán)降溫。通過理論計算，并設計fluent仿真、簡化裝置及整車實體三個實驗驗證系統(tǒng)的可行性。實驗結果表明，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)系統(tǒng)環(huán)境與外界進行大氣交換，實現(xiàn)了降溫智能化、低碳化，同時通過車內溫度實時監(jiān)測及遠程控制，提高了駕駛舒適性和安全性。

關鍵詞：半導體制冷;光伏發(fā)電;智能降溫;節(jié)能高效

中圖分類號：TG156? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2019）12-39-06

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

前言

隨著交通便捷程度的提高，汽車逐漸普及，汽車安全隱患成了關注焦點，其中高溫下車體的安全隱患成為一種發(fā)生頻率極高卻不易引起注意的隱患。在高溫曝曬下，汽車內部溫度會急劇升高，車內高溫對人體健康危害極大[1]。然而，目前常用于實現(xiàn)車體恒溫的方式主要使用自動空調系統(tǒng)、智能換氣系統(tǒng)、汽車防曬罩和化學降溫劑等[2-4]，其中，市場上最為主流的是依靠車體的空調降溫，而這已經(jīng)造成了巨大能耗，嚴重違背了國家“節(jié)能減排”的戰(zhàn)略。而自動空調系統(tǒng)利用溫度傳感器、光照傳感器，以及車窗霧氣傳感器收集車內環(huán)境信息，自動調節(jié)車溫從而保持車內溫度的恒定的。但此系統(tǒng)成本較高，結構相對復雜。智能換氣系統(tǒng)主要是依靠通風起到換氣降溫作用，但其主要適用于車內溫度升高不顯著情況，在極高溫環(huán)境下的換氣工作效果不明顯，且頻繁的運作空調系統(tǒng)極易導致其使用壽命減少。汽車防曬罩是目前最普遍的降溫方法，需要人工布置，步驟繁瑣。而化學類降溫方法可以通過在車內使用化學降溫噴劑來實現(xiàn)，其原材料一般是干冰、氮氣等，通常只能實現(xiàn)局部降溫效果，且在使用過程中，部分化學添加劑具有一定危害性。

近年來，國內外諸多學者考慮將汽車空調控制系統(tǒng)進行改革，促進其小型化、節(jié)能化、智能化轉型[5-7]。通過利用半導體溫控特性，采用熱電制冷器，改變流過制冷器的電流方向進而實現(xiàn)半導體制冷效果。目前，半導體制冷裝置已經(jīng)廣泛應用于醫(yī)療衛(wèi)生、石油化工、電子技術等領域，并取得了很好的效果。本文在現(xiàn)有的半導體制冷裝置基礎上，對其特性進行研究，研發(fā)了一種以太陽能為能量來源，有效控制車內溫度的高溫曝曬下車內智能降溫系統(tǒng)，設計了車體模塊和控制模塊兩大模塊。并對車體模塊中的半導體制冷裝置、水循環(huán)冷卻裝置、內外循環(huán)管道裝置、太陽能供電裝置進行連接，通過遠程手動控制和自動控制兩種不同控制方法，解決了現(xiàn)有汽車車體溫度過高，車載空調能耗大，難以提前啟動及電路安全無保障等諸多弊端，能在極短時間內讓車內達到舒適溫度，實現(xiàn)了車內降溫的智能化、低碳化。

（1）對于企業(yè)未來的發(fā)展戰(zhàn)略即充電樁對外開放售電，避免因委托第三方管理造成的管理方面的不協(xié)調，增加公司內部處理核心業(yè)務的基本能力。

（2）避免第三方合作企業(yè)業(yè)務不穩(wěn)定，影響公司車輛的正常運作。

（3）縮減企業(yè)成本。與第三方企業(yè)合作往往除了電費之外還需要支付一部分充電服務費，甚至服務費遠遠超過電費，充電場站的“自主管理”將大大縮減公司的這一部分支出。另外，企業(yè)未來與售電公司合作、加入大電力用戶市場，售電公司以一定的折扣返利，將會給公司帶來一筆可觀的收入。

3.1.2 企業(yè)對員工的培訓要求

遵照國家對特殊崗位的持證上崗的要求，為提升充電工、擺渡工的工作技能及責任意識、完善充電場站自主管理流程，確保營運生產(chǎn)的安全性，公司已組織比亞迪專業(yè)人士為全司充電工、擺渡工及儲備充電工進行專門培訓，為各類充電工報名參加“高壓電工進網(wǎng)作業(yè)”及“高壓電工”培訓課程已有5期，，各充電場站嚴格按照國家有關規(guī)定執(zhí)行持證上崗，既保證充電工的生命安全、充電工作的有序進行又為企業(yè)的正規(guī)化發(fā)展和員工職業(yè)素質的提升奠定了堅實的基礎。

3.1.3 企業(yè)薪酬改進

全公司乃至全市的公交車司機普遍反映工資低、工作強度高等問題，甚至出現(xiàn)部分車隊工作人員在滴滴、嗒嗒、小豬巴士等網(wǎng)絡巴士兼職等問題。公司充電場站采取自主充電后，基層工作人員（駕駛員、修理工及其他人員）可在公司內部兼職，對于基層人員而言，在休息的同時從事勞動強度不大的充電、擺渡工作，可增加收入;對于公司而言，不僅能夠避免基層工作人員在外兼職造成疲勞駕駛、疲勞維修帶來的安全隱患，更能夠降低聘用專業(yè)充電人員額外的社保、醫(yī)保等費用支出，統(tǒng)一管理全公司基層人員。

3.1.4 廠家維護，縮減成本

企業(yè)與汽車生產(chǎn)廠家簽訂購車合同的同時，簽訂售后服務協(xié)議，其中包含“四電”部分即電機、電控、電池和充電設施保八年。投產(chǎn)前八年期間，汽車生產(chǎn)廠家負責充電設施設備的維護檢修工作，公司以“車隊報修-廠家維修”及定期維護等獨特的方式規(guī)范維護報修流程，完善整個售后服務工作，縮減后續(xù)開支。

3.2 完善的軟件系統(tǒng)功能

公司擁有獨立完善的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和實時監(jiān)控系統(tǒng)，可以不依托于電網(wǎng)公司進行實時充電數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，充電計費系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠支持本地數(shù)據(jù)顯示儲存功能，更能夠利用網(wǎng)絡上傳數(shù)據(jù)，便于全公司七個分公司及總公司管理。另外，如充電場站對外開放，也可實現(xiàn)刷卡充電、消費單據(jù)打印、實時監(jiān)測汽車電池電壓、電流剩余電量等多項功能。

3.3 充電管控模式設置

為加強新能源公交車輛的電能管控工作，引導車輛在合理的時間段進行充、補電，降低電能消耗成本，公司按照公司《營運車輛電能消耗管理辦法（暫行）》和南方電網(wǎng)公司的谷、平、峰期電價文件要求，合理管控充電時間，至2016年3月開始執(zhí)行考核，其平均電價均控制在“0.45元/度”左右，遠遠低于行業(yè)平均單價價“0.61元/度”，預計年節(jié)約充電費用4800萬余元。

3.4 應急充電流程設置

公司為提高應對計劃性停電、突發(fā)性斷電事故的應變能力，減少甚至避免停電或斷電事故對營運生產(chǎn)工作帶來的影響，專門成立應急充電保障小組，并與其他附近車隊及其所屬分公司協(xié)商，達成互相支援的共識，確定各自車隊的聯(lián)系人及留有的應急充電樁比例，制定相互支援工作方案，完善整個應急處理流程，把計劃性停電及突發(fā)性斷電對公司的營運生產(chǎn)造成的影響降到最低，起到了模范帶頭的作用。

3.4.1 計劃性停電

如遇計劃性停電，首先確定停電時長，3小時以內，安排營運車輛提前做好充電工作;3小時以上，聯(lián)系互相支援車隊，確定應急充電車隊及留有應急充電樁數(shù)，安排司機擺渡及充電工去支援車隊協(xié)同充電。

3.5.2 突發(fā)性斷電

如遇突發(fā)性斷電，按照如下流程圖安排應急充電保障工作。

4 對于公共交通充電樁運營管理的建議

對于目前公共交通充電樁運營管理現(xiàn)狀，上文設計了運營管理方案，從充電樁企業(yè)的各方面進行創(chuàng)新管理，以達到企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，使充電樁的利用率不斷提高，以滿足市場對其的大規(guī)模需求，下面對與充電樁的運營管理提出幾點建議，在未來的發(fā)展中不斷改進創(chuàng)新。一是加強充電樁與大型供電企業(yè)的合作共贏，比如國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)。至于通過與電網(wǎng)的合作才能不斷優(yōu)化充電樁的設置和發(fā)展，提高充電樁的利用率，保證運營低谷期企業(yè)的抗風險能力。二是通過技術改造實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+充電樁，實時給用戶反饋充電樁的信息，方便用戶，提升企業(yè)。三是對充電樁的規(guī)劃設計要立足城市，可以和政府建立長效的溝通機制，使充電樁設置在方便合理的位置。

5 結論

本文根據(jù)公共交通充電樁的發(fā)展現(xiàn)狀設計了充電樁的運營管理方案，包括企業(yè)內部機構、員工激勵、設置電價、應急充電設施等方面的闡述，最后對于公共交通充電樁的運營管理提出了建設性意見，加強與電網(wǎng)企業(yè)的合作，技術改造實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+充電樁的模式，與政府建立長效溝通機制等，本文設計的充電樁運營管理的方案能有效改進企業(yè)運營模式，促進新能源公共交通的不斷發(fā)展。

參考文獻

[1] 林虎，黃宇進.電動汽車產(chǎn)業(yè)投資運營模式初探——以電動車充電樁為例[J].中國商論， 2017（12）：132-133.

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[3] 汪子夜.電動汽車充電樁調度管理系統(tǒng)研究與設計[D]. CNKI： CDMD：2.1016.17276.