CN102012076B - 以蓄电池作为辅助能源的空调系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种以蓄电池作为辅助能源的空调系统的控制方法，空调系统包括变频空调器、新能源供电部、带有电量检测单元的蓄电池、可以与蓄电池切换供电的商业供电部以及控制装置，空调系统的控制方法包括以下的步骤：步骤a，检测空调系统是否设定为节能模式，当检测到没有设定节能模式时，运行步骤e；当检测到有设定节能模式时，运行步骤b10；步骤b10，读取节能模式设定的温度，运行步骤b11；步骤b11，检测室内温度，计算两者的温度差，运行步骤c；步骤c，检测蓄电池的可供电量并判断是否符合节能运行条件，当不符合节能运行条件时，运行步骤e。本发明具有有操作灵活和能耗低的特点。

Description

以蓄电池作为辅助能源的空调系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种空调系统的控制方法，特别是一种以蓄电池作为辅助能源的空调系统的控制方法。

背景技术

随着世界范围内的节能减排热潮，利用太阳能来驱动空调的负载，成为提高空调能效比，减少碳排放的好方法。

采用太阳能对蓄电部充电，并通过蓄电部驱动空调负荷，包括驱动空调器的内外风机、驱动空调器的电控部分，而达到减少使用商业用电的量，减少生产商业用电的化学材料的燃烧，而达到减少碳排放的目的。

目前公开的把太阳能用于空调驱动的方法，如中国专利文献号CN101514826A于2008年02月19日公开了一种太阳能驱动的空调装置及其驱动方法，其中，空调装置包括：空调器；太阳能供电部，提供太阳能电力；交流供电部，提供交流电力；智能控制器，连接在该太阳能供电部与该空调器之间以及该交流供电部与该空调器之间，根据该太阳能供电部的电量，选择性地切换向该空调器输出来自该太阳能供电部的电力或输出来自该交流供电部的电力。该太阳能驱动的空调装置采用太阳能供电部与交流供电部共同给空调器供电，并没有采用蓄电池，而且，只采用太阳能向内、外风机供电，完全依靠商用电向压缩机供电，即当没有太阳时，如夜晚用户回到家里的空调负荷，是不能采用太阳能驱动内外风机的，而家庭用户的主要空调时间为早晚用户在家的情况，所以该方案并不适合家庭采用。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种操作灵活、可检测用电需求和可供电量选择合适的运行模式，充分的利用可供电量实现用户的负荷需求的以蓄电池作为辅助能源的空调系统的控制方法，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种以蓄电池作为辅助能源的空调系统的控制方法，其特征是空调系统包括变频空调器、新能源供电部、带有电量检测单元的蓄电池、可以与蓄电池切换供电的商业供电部以及控制装置，空调系统的控制方法包括以下的步骤：

步骤a，检测空调系统是否设定为节能模式，当检测到没有设定节能模式时，运行步骤e；当检测到有设定节能模式时，运行步骤b10；

步骤b10，读取节能模式设定的设计温度，运行步骤b11；

步骤b11，检测室内实际温度，计算两者的温度差，运行步骤c；

步骤c，检测蓄电池的可供电量并判断是否符合节能运行条件，当不符合节能运行条件时，运行步骤e；当符合节能运行条件时，运行步骤d；

步骤d，根据温度差的大小和蓄电池的可供电量，选择节能模式运行，并重复执行步骤b10到步骤d；

步骤e，蓄电池内的可供电量耗尽，按普通模式运行，采用商业供电部为空调供电；

其中，新能源供电部是蓄电池的供电电源。

所述步骤d包括：

步骤d11：按照蓄电量-温度差的关系表一，来确定压缩机的运转频率；

表一，

其中，

Qmax表示蓄电池能够为空调器提供的最大电量，是指在不影响蓄电池的使用寿命且能满足驱动功率输出的情况下，蓄电池能够为空调器提供的最大电量；

Q1表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的0～20％；

Q2表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的20～40％；

Q3表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的40～60％；

Q4表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的60～80％；

Q5表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的80～100％；

ΔT1、ΔT2、ΔT3、ΔT4和ΔT5表示设计温度与室内实际温度之间的温度差，其中，ΔT1＝0.5℃，ΔT5＝2.5℃，ΔTi+1＝ΔTi+0.5℃，i＝0～4，ΔT0＝0；

Fn为压缩机的运行频率，F1为10Hz，F5为50Hz，Fi+1＝Fi+10，i＝0～4，F0＝0；

F′n表示的压缩机的运行频率与Fn相同，n＝1～5，但是，Fn是由蓄电池为压缩机供电，F′n为商业供电部为压缩机供电；

步骤d12：按照蓄电量-温度差关系表二，来确定外风机的运转速度；

表二，

其中，

Q1～Q5以及ΔT1～ΔT5的说明见表一的说明，

N1～N5表示对应的外风机的运转速度，

N1为200r/min，N5为800r/min，Ni+1＝Ni+150，i＝0～4，N0＝50r/min；

Nc为按照普通模式运行的外风机的运转速度，

N1～N5和Nc是由蓄电池供电。

所述步骤d还包括：

在上述的步骤d12中，确定了外风机的运转速度后，接着运行步骤d23；

步骤d23：检测室外机换热器的中部温度，按照修正系数表三确定修正系数K值，然后运行步骤d24；

表三，

TLi	TL1	TL2	TL3	TL4	TL5	TL6	TL7	TL8	TL9	TL10
											温度值	40	41	42	43	44	46	48	50	52	54
K	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0	1.1	1.2

其中，

T_L为室外机换热器的中部温度，

当制冷时，T_L表示为室外机换热器的中部在冷凝时的温度，T_L1～T_L10对应的温度范围为40℃～54℃，当i≤4时，T_Li+1＝T_Li+1；当i≥5时，T_Li+1＝T_Li+2；

对应不同的T_Li，位于室外的外风机的运转速度的修正系数K见表三；

步骤d24：根据修正系数K值确定外风机的最终运转转速Ni′，

经过修正后，位于室外的外风机的最终运转转速Ni′与在步骤d12中确定的外风机的运转速度Ni之间的关系为：Ni′＝KNi。

本发明对于采用蓄电池的太阳能空调器，随着蓄电池的可供电量的变化，其可以满足的用电负荷也会发生变化，同时用电需求也会随外界环境而变化，从而充分的利用可供电量实现用户的负荷需求，并根据检测的用电需求和可供电量来选择合适的运行模式，其具有操作灵活和能耗低的特点。

本发明中的蓄电池在节能运行模式中，始终给内风机、外风机和电路及显示机构供电，根据电量检测单元检测得到的蓄电情况，结合原有空调系统检测到的负荷情况，判断压缩机是由蓄电池供电还是由商业供电部供电。并且，还可根据可供电量和负荷情况，调节压缩机的频率和外风机的转速，以使蓄电池的可供电量更加有效的利用；以及更进一步的根据室外机换热器的中部温度，进一步调整外风机的转速，力求在满足系统性能条件下，进一步减小外风机的转速，从而减少功耗。

本发明具有有操作灵活和能耗低的特点。

附图说明

图1为本发明中的空调器的方框图。

图2为本发明第一实施例的流程图。

图3为本发明第二实施例的流程图。

图4为本发明第三实施例的流程图。

图中：110为蓄电池，120为控制装置，130为商业供电部，140为新能源供电部，150电量检测单元，200为变频空调器，210为内风机，220为外风机，230为压缩机，240为电路及显示机构，

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

第一实施例

参见图1，为本发明中的空调系统，包括变频空调器200、新能源供电部140、带有电量检测单元150的蓄电池110、可以与蓄电池110切换供电的商业供电部130以及控制装置120。其中，变频空调器200主要的用电负载包括位于室内的内风机210、位于室外的外风机220、压缩机230和电路及显示机构240。

变频空调器200为压缩机230可以实现频率改变的空调器；或者，变频空调器200为压缩机230、内风机210、外风机220都可以实现频率改变的空调器。

新能源供电部140在本实施例中为太阳能供电，也可以是其他形式的自然能源，如风能，水力能源，沼气能源等。

在本实施例中，蓄电池在节能运行模式中，始终给内风机210、外风机220和电路及显示机构240供电，根据电量检测单元150检测得到的蓄电情况，结合原有空调系统检测到的负荷情况，判断压缩机230是由蓄电池供电还是由商业供电部供电。

参见图2，本发明的空调系统的操作方法包括以下步骤：

步骤a，检测空调系统是否设定为节能模式，当检测到没有设定节能模式时，空调系统按步骤e进行普通模式运行，采用商业用电为空调系统供电；当检测到有设定节能模式时，运行步骤b10。

步骤b10，当检测空调系统设定为节能模式时，读取该节能模式的设定的温度，运行步骤b11。

步骤b11，检测室内实际温度，计算两者的温度差，运行步骤c。

步骤c，检测蓄电池内的可供电量，当蓄电池的可供电量＞零时，进行步骤d；否则，空调系统转换成普通模式运行；按步骤e运行。

步骤d，根据温度差的大小和蓄电池的可供电量，选择节能模式运行，并重复执行步骤b10到步骤d。

步骤e，当蓄电池内的可供电量耗尽，按普通模式运行，采用商业用电为空调供电。

其中，节能模式的设定的温度，一般考虑节能的情况，制冷时推荐比舒适温度稍高的温度；或制热时推荐比舒适温度稍低的温度。新能源供电部140是蓄电池的供电电源。

如果用户没有设定，也可以采用用户设定的室内房间温度，作为节能模式设定的设计温度。蓄电池的可供电量是指蓄电池可为空调提供的电量，即指在不影响蓄电池使用寿命的情况下，蓄电池可为空调提供的最大电量。采用检测蓄电池的电量并据此运行节能模式，可以提高蓄电池的电能的利用效率。

第二实施例

参见图3，本实施例与第一实施例的不同之处在于：第一实施例中的步骤d分为两个步骤：步骤d11和步骤d12。

根据温度差的大小和蓄电池的可供电量，选择节能模式运行时，具体是通过步骤d11：按照蓄电量-温度差关系表一，来确定压缩机的运转频率。

表一，

其中，Qmax表示蓄电池能够为空调器提供的最大电量，是指在不影响蓄电池的使用寿命且能满足驱动功率输出的情况下，蓄电池能够为空调器提供的最大电量；

Q1表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的0～20％；

Q2表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的20～40％；

Q3表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的40～60％；

Q4表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的60～80％；

Q5表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的80～100％，

ΔT1、ΔT2、ΔT3、ΔT4和ΔT5表示设计温度与室内实际温度之间的温度差，其中，ΔT1＝0.5℃，ΔT5＝2.5℃，ΔTi+1＝ΔTi+0.5℃，i＝0～4，ΔT0＝0；

Fn为压缩机的运行频率，F1为10Hz，F5为50Hz，Fi+1＝Fi+10，i＝0～4，F0＝0；

F′n表示的压缩机的运行频率与Fn相同，n＝1～5，但是，Fn是由蓄电池为压缩机供电，F′n为商业供电部130为压缩机供电。

即当温差为ΔT5，蓄电池可为空调系统提供的电量为Q1时，表一中对应的压缩机的运行频率为F′5表示压缩机的实际运转频率为F5，即50赫兹，此时的压缩机供电源为商业供电部。

步骤d12：按照蓄电量-温度差关系表二，来确定外风机的运转速度。

表二，

其中，Q1～Q5以及ΔT1～ΔT5的说明见表一的说明，

N1～N5表示对应的外风机的运转速度，

N1为200r/min，N5为800r/min，Ni+1＝Ni+150，i＝0～4，N0＝50r/min。

Nc为按照普通模式运行的外风机的运转速度，N1～N5和Nc是由蓄电池供电。

对于位于室外的外风机来说，由于其耗电相对较小，所以当温度大于ΔT5时，外风机由蓄电池供电，在蓄电池的电量＞零时，外风机的运转速度Nc为按照普通运行模式确定的转速运行。

从表二中可以看出，外风机的转速Nn与相同条件下的压缩机实际转速Fn中的n有一一对应关系，以便在某一工况下，冷凝器的散热量与压缩机的排气量成一定的比例，保证系统的有好的效率。

对照表一和表二可以看出，外风机的供电在蓄电池的电量Q＞零的情况下，都是由蓄电池供电的，而压缩机在蓄电池的可供电量变小，且负荷大，无法满足舒适需求的情况下，采用商用供电部供电。

由于室内负荷是变化的，且蓄电池的可供电量随着使用的情况也不断变化，所以，要不断的重复步骤a到步骤d，直到当蓄电池内的可供电量耗尽时，切换成商用供电部供电。

在满足节能模式运行条件下，以夜间睡眠曲线为例，说明采用本发明节能模式时控制方法的效果。

在初始入睡时，室内温度与设定温度之间的差值为4度，超过了节能模式中驱动压缩机运转的温度差ΔT5，即温度差＞ΔT5＝2.5℃，这时由蓄电池驱动室外风机按照转速为Nc运行，商用供电部驱动压缩机运转，满足初期降温负荷大的要求。

当设定温度上升后，此时的室内设定温度仍比较低，室内温度与设定温度差值为2.5度，与ΔT5相当，蓄电池的容量为Q5，按照蓄电量-温度差关系表一可以查得压缩机的运转频率为F5，即50赫兹，按照蓄电量-温度差关系表二可以查得外风机的运转转速为N5，即转速为800r/min，这样可以充分利用蓄电容量，提供较高的制冷量，使室内温度下降。按照F5的运行方式，外风机的耗电量为80W，压缩机的耗电量为400W。

当设定温度继续上升后，此时的室内设定温度较高，室内温度与设定温度差值为0.5度，与ΔT1相当，蓄电池的供电量为Q3，按照蓄电量-温度差关系表一可以查得压缩机的运转频率为F1，即10赫兹，按照蓄电量-温度差关系表二可以查得外风机的运转转速为N1，即转速为200r/min，在负荷很小的情况下，以极低的转速运行在保持了一定制冷量的情况下，取得了较高的能效，并可以充分利用蓄电量，延长蓄电池实际驱动空调器工作的时间，按照F1的运行方式，外风机的耗电量为25W，压缩机的耗电量为75W。

当检测到蓄电池的可供电量接近零时，切换到采用商用供电部提供压缩机230、室内风机210、室外风机220、电路及显示机构240所用的电能。这样可以充分利用蓄电池中的可供电量，实现节能减排的目的。

由于在本实施例中，太阳能电池板作为蓄电池的供电电源，在运行过程中，蓄电池中的电量是不消耗商用电，即不产生二氧化碳排放的清洁电能。因此，应当尽量通过多使用蓄电池中的电源，就可以减少商用电的使用。

从另一个方面讲，空调系统的能效比为制冷功率与耗电功率的比值，实现同样空调制冷效果，虽然采用太阳能电池板+蓄电池作为辅助电源并没有增加整体的空调能效，但是以付费的商用电源的用电量为标准，该方法可以明显的提高制冷功率/(商用电供电功率)，从而提高能效比。

其余未述部分见第一实施例，不再重复。

第三实施例

参见图4，本实施例与第二实施例的主要区别在于：考虑了室外空气温度对室外机换热器的影响，进一步降低室外风机的耗电量。当室外机运转时，室外空气温度低于空调系统的设计工况时，由于冷凝器的换热面积不变，所以，可以通过减少一定的风量达到同样的冷凝效果。

对于第二实施例中的步骤d还可以包括以下步骤，也就是说，在上述的步骤d12中，确定了外风机的运转速度后，接着运行步骤d23。

步骤d23：检测室外机换热器的中部温度，按照修正系数表三确定修正系数K值，然后运行步骤d24；

表三，

TLi	TL1	TL2	TL3	TL4	TL5	TL6	TL7	TL8	TL9	TL10
											温度值	40	41	42	43	44	46	48	50	52	54
K	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0	1.1	1.2

其中，T_L为室外机换热器的中部温度，

当制冷时，T_L表示为室外机换热器的中部在冷凝时的温度，T_L1～T_L10对应的温度范围为40℃～54℃，当i≤4时，T_Li+1＝T_Li+1；当i≥5时，T_Li+1＝T_Li+2；

对应不同的T_Li，位于室外的外风机的运转速度的修正系数K见表三。

步骤d24：根据修正系数K值确定外风机的最终运转转速Ni′，

经过修正后，位于室外的外风机的最终运转转速Ni′与在步骤d12中确定的外风机的运转速度Ni之间的关系为：Ni′＝Kni。

当空调系统在节能模式下运行时，如果室外机换热器的效果良好，则表明外风机存在节能的空间，所以可以适当调低外风机的运转速度，达到节能的目的。

以该控制方式在睡眠曲线中的第二阶段为例，当设定温度上升后，这时室内设定温度仍比较低，室内温度与设定温度差值为2.5度，与ΔT5相当，蓄电池的容量为Q5，按照蓄电量-温度差关系表一，可以查得压缩机的运转频率为F5，即50赫兹。按照蓄电量-温度差关系表二，可以查得外风机的运转转速为N5，即转速为800r/min。

当检测室外机换热器的中部温度T_L，此时的T_L为42度，对应的K值为0.5时，则外风机运行的实际转速为400r/min，实际的耗电量为45W。

当检测室外机换热器的中部温度T_L，此时的T_L为46度，对应的K值为0.8时，则外风机运行的实际转速为640r/min，实际的耗电量为65W。

以上两种情况，都分别比外风机不经过修正的情况更加节能。

Claims (3)

1.一种以蓄电池作为辅助能源的空调系统的控制方法，其特征是空调系统包括变频空调器(200)、新能源供电部(140)、带有电量检测单元(150)的蓄电池(110)、可以与蓄电池(110)切换供电的商业供电部(130)以及控制装置(120)，空调系统的控制方法包括以下的步骤： 

步骤a，检测空调系统是否设定为节能模式，当检测到没有设定节能模式时，运行步骤e；当检测到有设定节能模式时，运行步骤b10； 

步骤b10，读取节能模式设定的设计温度，运行步骤b11； 

步骤b11，检测室内实际温度，计算两者的温度差，运行步骤c； 

步骤c，检测蓄电池的可供电量并判断是否符合节能运行条件，当不符合节能运行条件时，运行步骤e；当符合节能运行条件时，运行步骤d； 

步骤d，根据温度差的大小和蓄电池的可供电量，选择节能模式运行，并重复执行步骤b10到步骤d； 

步骤e，蓄电池内的可供电量耗尽，按普通模式运行，采用商业供电部(130)为空调供电； 

其中，新能源供电部(140)是蓄电池的供电电源。 

2.根据权利要求1所述的以蓄电池作为辅助能源的空调系统的控制方法，其特征是所述步骤d包括： 

步骤d11：按照蓄电量-温度差的关系表一，来确定压缩机的运转频率； 

表一， 

其中， 

Qmax表示蓄电池能够为空调器提供的最大电量，是指在不影响蓄电池的使用寿命且能满足驱动功率输出的情况下，蓄电池能够为空调器提供的最大电量； 

Q1表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的0～20％； 

Q2表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的20～40％； 

Q3表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的40～60％； 

Q4表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的60～80％； 

Q5表示蓄电池能够为空调器提供的电量为Qmax的80～100％； 

ΔT1、ΔT2、ΔT3、ΔT4和ΔT5表示设计温度与室内实际温度之间的温度差，其中，ΔT1＝0.5℃，ΔT5＝2.5℃，ΔTi+1＝ΔTi+0.5℃，i＝0～4，ΔT0＝0； 

Fn为压缩机的运行频率，F1为10Hz，F5为50Hz，Fi+1＝Fi+10，i＝0～4，F0＝0； 

F′n表示的压缩机的运行频率与Fn相同，n＝1～5，但是，Fn是由蓄电池为压缩机供电，F′n为商业供电部(130)为压缩机供电； 

步骤d12：按照蓄电量-温度差关系表二，来确定外风机的运转速度； 

表二， 

其中， 

Q1～Q5以及ΔT1～ΔT5的说明见表一的说明， 

N1～N5表示对应的外风机的运转速度， 

N1为200r/min，N5为800r/min，Ni+1＝Ni+150，i＝0～4，N0＝50r/min； 

Nc为按照普通模式运行的外风机的运转速度， 

N1～N5和Nc是由蓄电池供电。 

3.根据权利要求2所述的以蓄电池作为辅助能源的空调系统的控制方法，其特征是所述步骤d还包括： 

在上述的步骤d12中，确定了外风机的运转速度后，接着运行步骤d23； 

步骤d23：检测室外机换热器的中部温度，按照修正系数表三确定修正系数K值，然后运行步骤d24； 

表三，

  T_Li   T_L1   T_L2   T_L3   T_L4   T_L5   T_L6   T_L7   T_L8   T_L9   T_L10   温度值   40   41   42   43   44   46   48   50   52   54   K   0.3   0.4   0.5   0.6   0.7   0.8   0.9   1.0   1.1   1.2

其中，

T_L为室外机换热器的中部温度， 

当制冷时，T_L表示为室外机换热器的中部在冷凝时的温度，T_L1～T_L10对应的温度范围为40℃～54℃，当i≤4时，T_Li+1＝T_Li+1；当i≥5时，T_Li+1＝T_Li+2； 

对应不同的T_Li，位于室外的外风机的运转速度的修正系数K见表三； 

步骤d24：根据修正系数K值确定外风机的最终运转转速Ni′， 

经过修正后，位于室外的外风机的最终运转转速Ni′与在步骤d12中确定的外风机的运转速度Ni之间的关系为：Ni′＝KNi。 

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