一种基于PWM控制的用电量计算方法及装置

技术领域

本发明属于汽车座舱技术领域，具体涉及一种基于PWM控制的用电量计算方法及装置。

背景技术

针对冬季严寒天气工况下电动汽车座舱的升温加热，目前市面上主要以PTC暖风系统作为座舱升温的主要解决方案，PTC暖风系统已经广泛应用到现有的大部分的纯电动汽车上，它依然是靠给电阻供电产生热量并通过鼓风机将热量输送给座舱内，该技术利用PTC的升温特性相比传统的电阻丝节省了一部分电能，但是仍然存在一定的短板，比如温控不精确、热能利用率依然低，耗电量依然很大，对纯电动汽车续航里程依然有很大影响，因此目前行业内兴起了直接通过加热膜给座椅、座舱周边进行加热的解决方案，已成为未来主流方向。

传统的用电量采集办法一般需要在电路上接入一个电量表，通过电量表采集加热膜的工作电压、工作电流、通电时间三个参数，通过用电量计算公式W＝U＊I＊T计算所得，三个数据分别需要通过电压表、电流计、计时器三种仪表进行采集，成本相对较高，并且针对PWM控制的用电量数据采集不是很准确，计算的用电量也相对不准确。

发明内容

为降低电动汽车座舱加热膜电量的测量成本，提高精确性，在本发明的第一方面提供了一种基于PWM控制的用电量计算方法，应用于汽车座舱，包括：获取加热膜的目标温度和实时温度，以及加热膜的电阻、实时工作电压和控制加热膜通断的开关管的占空比；基于加热膜的目标温度、实时温度和脉冲宽度调制，计算加热膜达到目标温度所需的一个或多个温度变化区间的持续时间；计算每个温度变化区间内所述开关管的开启时间；根据加热膜的电阻、实时工作电压和所述开关管的占空比，以及每个温度变化区间内所述开关管的开启时间，计算加热膜的总用电量。

在本发明的一些实施例中，所述基于加热膜的目标温度、实时温度和脉冲宽度调制，计算加热膜达到目标温度所需的一个或多个温度变化区间的持续时间包括：基于加热膜的目标温度、实时温度和脉冲宽度调制，通过控制开关管，将加热膜达到目标温度的控制过程划分为一个或多个温度变化区间；计算加热膜达到目标温度的一个或多个温度变化区间的持续时间。

进一步的，所述将加热膜达到目标温度的控制过程划分为一个或多个温度变化区间包括：将加热膜达到目标温度的控制过程划分为升温区间、保温区间或降温区间。

更进一步的，所述根据加热膜的电阻、实时工作电压和对应开关管的占空比，以及每个温度变化区间对应的开关管开启时间，计算加热膜的总用电量包括：根据加热膜的电阻、实时工作电压和对应开关管的占空比，以及每个温度变化区间对应的开关管开启时间，通过电阻的热功率计算公式，计算加热膜的总用电量。

在上述的实施例中，还包括：通过CAN网络，将计算得到的加热膜的总用电量进行实时播报。

本发明的第二方面，提供了一种基于PWM控制的用电量计算装置，包括：获取模块，用于获取加热膜的目标温度和实时温度，以及加热膜的电阻、实时工作电压和控制加热膜通断的开关管的占空比；第一计算模块，用于基于加热膜的目标温度、实时温度和脉冲宽度调制，计算加热膜达到目标温度所需的一个或多个温度变化区间的持续时间；计算每个温度变化区间内所述开关管的开启时间；第二计算模块，用于根据加热膜的电阻、实时工作电压和所述开关管的占空比，以及每个温度变化区间内所述开关管的开启时间，计算加热膜的总用电量。

进一步的，所述第一计算模块包括：划分单元，用于基于加热膜的目标温度、实时温度和脉冲宽度调制，通过控制开关管，将加热膜达到目标温度的控制过程划分为一个或多个温度变化区间；计算单元，用于计算加热膜达到目标温度的一个或多个温度变化区间的持续时间。

本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明在第一方面提供的基于PWM控制的用电量计算方法。

本发明的第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明在第一方面提供的基于PWM控制的用电量计算方法。

本发明的有益效果是：

本发明涉及一种基于PWM控制的用电量计算方法及装置，应用于汽车座舱，其方法包括：获取加热膜的目标温度和实时温度，以及加热膜的电阻、实时工作电压和控制加热膜通断的开关管的占空比；基于加热膜的目标温度、实时温度和脉冲宽度调制，计算加热膜达到目标温度所需的一个或多个温度变化区间的持续时间；计算每个温度变化区间内所述开关管的开启时间；根据加热膜的电阻、实时工作电压和所述开关管的占空比，以及每个温度变化区间内所述开关管的开启时间，计算加热膜的总用电量。可见，本发明针对电动车座舱、座椅加热技术中使用的加热膜进行研究，保证温控精确度、温控效果和节省电能的前提下，基于PWM控制的用电量计算方法，可以用于加热膜的实际用电量计算并实时反馈给用户。本发明利用PWM控制原理通过软件手段实现了用电量的计算，并可通过CAN网络进行用电量的实时播报，一方面大大减少了硬件成本，另一方面通过CAN网络进行用电量的播报可以让用户实时了解加热膜的工作状态和耗电情况，方便用户查询。

附图说明

图1为本发明的一些实施例中的基于PWM控制的用电量计算方法的基本流程示意图；

图2为本发明的一些实施例中的PWM调节不同占空比的波形示意图；

图3为本发明的一些实施例中的PWM调节不同占空比的波形示意图；

图4为本发明的一些实施例中的基于PWM控制的用电量计算装置的结构示意图；

图5为本发明的一些实施例中的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参考图1与图2，在本发明的第一方面，提供了一种基于PWM控制的用电量计算方法，应用于汽车座舱，包括：S100.获取加热膜的目标温度和实时温度，以及加热膜的电阻、实时工作电压和控制加热膜通断的开关管的占空比；S200.基于加热膜的目标温度、实时温度和脉冲宽度调制，计算加热膜达到目标温度所需的一个或多个温度变化区间的持续时间；计算每个温度变化区间内所述开关管的开启时间；S300.根据加热膜的电阻、实时工作电压和所述开关管的占空比，以及每个温度变化区间内所述开关管的开启时间，计算加热膜的总用电量。

可以理解，脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，它可根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，实现开关稳压电源输出的改变。本发明利用PWM脉冲宽度调制的技术原理，通过对加热膜的用电量进行计算，亦可理解为：1、当加热膜以额定功率工作，占空比参数为100％时，此时用电量＝额定电压2/电阻＊加热时间(MOS管导通时间)的乘积；2、当加热膜以额定功率工作，占空比参数为0～99％时，此时用电量＝额定工作电压2/电阻＊有效加热时间(即MOS管导通时间＊占空比)的乘积；3、加热膜不以额定功率工作，计算方法不变，按照实际电压进行计算即可。

在本发明的一些实施例的步骤S100中，获取加热膜的目标温度和实时温度，以及加热膜的电阻、实时工作电压和控制加热膜通断的开关管的占空比；具体地，用户端通过UI人机界面提出座舱、座椅加热升温需求并启动系统后，控制端会根据用户需求启动控制，针对加热膜温度、环境温度的变化，控制过程可以分为升温、保温、降温三个过程，占空比参数可根据默认也可根据用户端的需求在0～100％之间进行调节。

在本发明的一些实施例的步骤S200中，所述基于加热膜的目标温度、实时温度和脉冲宽度调制，计算加热膜达到目标温度所需的一个或多个温度变化区间的持续时间包括：

S201.基于加热膜的目标温度、实时温度和脉冲宽度调制，通过控制开关管，将加热膜达到目标温度的控制过程划分为一个或多个温度变化区间；S202.计算加热膜达到目标温度的一个或多个温度变化区间的持续时间。

进一步的，在步骤S201中，所述将加热膜达到目标温度的控制过程划分为一个或多个温度变化区间包括：S2011.将加热膜达到目标温度的控制过程划分为升温区间、保温区间或降温区间。

更进一步的，基于上述S200步骤，在步骤S300中，所述根据加热膜的电阻、实时工作电压和对应开关管的占空比，以及每个温度变化区间对应的开关管开启时间，计算加热膜的总用电量包括：S301.根据加热膜的电阻、实时工作电压和对应开关管的占空比，以及每个温度变化区间对应的开关管开启时间，通过电阻的热功率计算公式，计算加热膜的总用电量。

具体地，上述控制过程可以分为升温、保温、降温三个过程，占空比参数可根据默认也可根据用户端的需求在0～100％之间进行调节，不同温控阶段用电量的计算方法如下：

(1)升温阶段：

用电量W1＝电压U2/电阻R＊升温时间T1(MOS管开启时间)

电压U：加热膜的工作电压电阻R：加热膜的电阻值

升温时间T1：加热膜自起始温度升温至目标温度的MOS管累计开启时间比如：某块加热膜工作电压12V，加热膜电阻为6Ω，默认占空比为100％，加热到目标温度需要10min，此时MOS管开启时间同加热时间10min，用电量输出为：(12V)2/6Ω＊10min＝24W＊10min＝0.004kwh

如用户设置占空比参数为80％，加热到目标温度需要12.5min，此时MOS管开启时间为12.5min＊80％＝10min，用电量输出为：

W1＝(12V)2/6Ω＊(12.5min＊80％)＝24W＊10min＝0.004kwh；

(2)保温阶段：

用电量W2＝电压U2/电阻R＊加热时间T2(MOS管累计开启时间)

电压U：加热膜的工作电压；电阻R：加热膜的电阻值；

升温时间T2：加热膜自达到目标温度后保温阶段的MOS管累计开启时间比如：某块加热膜工作电压12V，加热膜电阻为6Ω，占空比为100％，加热膜达目标温度后保温阶段MOS管先后开关5次，加热时间分别为5min、4min、3min、3min、2min，此时MOS管累计开启时间为17min，用电量输出为：(12V)2/6Ω＊(5+4+3+3+2)min＝24W＊17min＝0.0068kwh；

如用户设置占空比参数为50％，加热时间分别为10min、8min、6min、6min、4min，此时MOS管开启时间为10min＊50％、8min＊50％、6min＊50％、6min＊50％、4min＊50％，用电量输出为：

W2＝(12V)2/6Ω＊(10＊50％+8＊50％+6＊50％+6＊50％+4＊50％)min＝24W＊17min

＝0.0068kwh；

(3)降温阶段：

降温阶段采取自然降温的手段进行，以系统关闭MOS管开始计算，此时的供电电压为0，用电量W3＝0；

总用电量的计算方法：

(1)单块加热膜的总用电量

WF1＝W1+W2+W3；

单块加热膜的总用电量即加热膜自升温、保温至降温阶段的累计用电量，为三个阶段用电量之和；

(2)加热系统的总用电量

WF＝WF1+WF2+WF3+……+WFN；

加热系统的总用电量即所有加热膜自升温、保温至降温阶段的累计用电量，为所有加热膜三个阶段用电量之和；

在上述的实施例中，还包括：S400.通过CAN网络，将计算得到的加热膜的总用电量进行实时播报。

特别地，在面对外部供电异常时，本系统供电分为2路，一路给控制器控制电路供电(9～15V)简称低压电，另一路为供电经由控制器增加MOS管开关控制后给加热布供电(0～50V)简称高压电；

(1)控制器低压供电断开的情况

如遇到对控制器的低压电异常断开，则控制电路会停止工作，CAN通讯停止，系统会自动关闭对加热膜的高压供电，此时控制器会将低压电断开时的累计用电量及log数据进行记忆保存，待控制器的供电启动后，用户可以通过上位机查询历史数据；

(2)控制器高压供电断开的情况

如遇到对控制器的高压电异常断开，则控制器低压电依然会正常工作，此时控制器会停止用电量的累计并且会将此时的累计用电量及log数据进行记忆保存，待控制器的高压电重新连接后，系统会继续计算并累计用电量数据；

(3)控制器低压、高压供电同时断开的情况

如遇到对控制器低压、高压供电同时断开，实施方案同(1)。

本系统针对用电量超过阈值时，本系统针对用电量的累计设定两级阈值，分别为8Kwh、10Kwh，如系统一直工作累计用电量超过达到一级阈值8Kwh时，系统会通过人机交互界面提示用户，显示“系统用电量过大”，当累计用电量达到二级阈值10Kwh时，系统会自动归零并重新计算用电量，用电量的数据会通过log文件进行记忆保存，用户可以通过UI人机交互界面查询历史数据。

实施例2

参考图4，本发明的第二方面，提供了一种基于PWM控制的用电量计算装置1，包括：获取模块11，用于获取加热膜的目标温度和实时温度，以及加热膜的电阻、实时工作电压和控制加热膜通断的开关管的占空比；第一计算模块12，用于基于加热膜的目标温度、实时温度和脉冲宽度调制，计算加热膜达到目标温度所需的一个或多个温度变化区间的持续时间；计算每个温度变化区间内所述开关管的开启时间；第二计算模块13，用于根据加热膜的电阻、实时工作电压和所述开关管的占空比，以及每个温度变化区间内所述开关管的开启时间，计算加热膜的总用电量。

进一步的，所述第一计算模块12包括：划分单元，用于基于加热膜的目标温度、实时温度和脉冲宽度调制，通过控制开关管，将加热膜达到目标温度的控制过程划分为一个或多个温度变化区间；计算单元，用于计算加热膜达到目标温度的一个或多个温度变化区间的持续时间。

实施例3

参考图5，本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明在第一方面的方法。

电子设备500可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储装置508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 503中，还存储有电子设备500操作所需的各种程序和数据。处理装置501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。

通常以下装置可以连接至I/O接口505：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置506；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置507；包括例如硬盘等的存储装置508；以及通信装置509。通信装置509可以允许电子设备500与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图5示出了具有各种装置的电子设备500，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图5中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。

特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置509从网络上被下载和安装，或者从存储装置508被安装，或者从ROM502被安装。在该计算机程序被处理装置501执行时，执行本公开的实施例的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本公开的实施例所描述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD－ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开的实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个计算机程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的实施例的操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++、Python，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。需要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。