CN103287239B - 车用热泵系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

在此公开了一种车用热泵系统以及一种控制该热泵系统的方法，其中，在热泵模式下，如果压缩机的转数小于压缩机的最大转数的上限，则仅可变地控制压缩机，并且当压缩机的转数达到压缩机的最大转数的上限的时候仅运行电加热器，以满足目标排出温度，由此防止了在为了满足目标排出温度同时可变地控制压缩机和电加热器时车辆内部的空气排出温度的集中性变差或者变得不稳定的问题。

Description

车用热泵系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种车用热泵系统以及一种控制该车用热泵系统的方法，更具体地说，涉及一种车用车泵系统以及控制该热泵系统的方法，在热泵模式下，如果压缩机的转数小于压缩机的最大转数的上限，则仅可变地控制压缩机，并且当压缩机的转数达到压缩机的最大转数的上限的时候仅运行电加热器，以满足在热泵模式下的目标排出温度，并且在最大制热模式下不只是按照压缩机的最大转数运行压缩机，而是根据条件区分压缩机的最大转数的上限。
背景技术
通常，车用空调包括用于冷却车辆内部的冷却系统以及用于加热车辆内部的加热系统。在制冷剂循环的蒸发器侧，冷却系统通过将流过蒸发器外侧的空气与蒸发器内侧流动的制冷剂进行热交换而将空气转化为冷空气，以冷却车辆内部。在冷却水循环的加热器芯侧，加热系统通过将流过加热器芯外侧的空气与在加热器芯内侧流动的冷却水进行热交换而将空气转化为热空气，以加热车辆内部。
与此同时，与车用空调不同，已经采用了一种可以使用一个制冷剂循环通过变换制冷剂的流动方向来选择性地实施制冷和制热的热泵系统。例如，热泵系统包括两个热交换器，一个是安装在空调壳体内部的内部热交换器，以与吹送到车辆内部的空气进行热交换，另一个是外部热交换器，用于在空调壳体外部进行热交换，并且包括方向可调整的阀，用于改变制冷剂的流动方向。因此，根据通过方向可调整的阀来改变的制冷剂的流动方向，当运行制冷模式时内部热交换器用作用于冷却的热交换器，并且当运行制热模式时内部热交换器用作用于加热的热交换器。
已经提出了各种车用热泵系统，图1示出了车用热泵系统的说明性示例。
如图1所示出的，车用热泵系统包括：压缩机30，用于压缩和排放制冷剂；高压侧热交换器32，用于辐射从压缩机30排放的制冷剂的热量；平行地安装的第一膨胀阀34和第一旁通阀36，以使经过高压侧热交换器32的制冷剂选择性地通过；外部热交换器48，用于使流过第一膨胀阀34或第一旁通阀36的制冷剂进行热交换；低压侧热交换器60，用于使流经外部热交换器48的制冷剂蒸发；蓄液器62，将流经低压侧热交换器60的制冷剂分成气相制冷剂和液相制冷剂；内部热交换器50，将供应到低压侧热交换器60的制冷剂与返回到压缩机30的制冷剂进行热交换；第二膨胀阀56，使提供到低压侧热交换器60的制冷剂选择性地膨胀；第二旁通阀58，与第二膨胀阀56平行地安装，以选择性地连接外部热交换器48的出口侧和蓄液器62的入口侧。
在图1中，标号10指示空调壳体，其中，高压侧热交换器32和低压侧热交换器60安装在空调壳体中，标号12指示用于控制冷空气和热空气的混合量的调温门，标号20指示安装于空调壳体的入口处的吹风机。
同时，为了确保加热性能，电加热器(未示出)安装在空调壳体10内部。
根据具有上述结构的热泵系统，当运行热泵模式(制热模式)时，第一旁通阀36和第二膨胀阀56关闭，第一膨胀阀34和第二旁通阀58打开。此外，调温门12如图1所示地操作。因此，从压缩机30排放的制冷剂按顺序流经高压侧热交换器32、第一膨胀阀34、外部热交换器48、内部热交换器50的高压侧52、第二旁通阀58、蓄液器62以及内部热交换器50的低压侧54，然后返回到压缩机30。即，高压侧热交换器32用作加热器，外部热交换器48用作蒸发器。
当运行空调模式(制冷模式)时，第一旁通阀36和第二膨胀阀56打开，第一膨胀阀34和第二旁通阀58关闭。此外，调温门12关闭高压侧热交换器32的通道。因此，从压缩机30排放的制冷剂按顺序流经高压侧热交换器32、第一旁通阀36、外部热交换器48、内部热交换器50的高压侧52、第二膨胀阀56、低压侧热交换器60、蓄液器62以及内部热交换器50的低压侧54，然后返回到压缩机30。即，低压侧热交换器60用作蒸发器，由调温门12关闭的高压侧热交换器32与热泵模式中相同用作加热器。
然而，为了满足目标排出温度，传统车用热泵系统同时可变地控制压缩机30的转数以及电加热器的产热率，因此，传统车用热泵系统具有的问题在于：由于同时可变地控制压缩机30的转数以及电加热器的产热率，空气排出温度在车辆内部的集中性变差或者变得不稳定。
另外，传统车用热泵系统具有其他的问题在于：由于在最大制热模式下压缩机30只是以最大转速运行，因此压缩机30的运转噪声增加，并且这引起乘客的不适。
发明内容
因此，提出了本发明以解决现有技术中存在的上述问题进，并且本发明的目的在于提供一种车用热泵系统以及一种控制该热泵系统的方法，其中，在热泵模式下，如果压缩机的转数小于压缩机的最大转数的上限，则仅可变地控制压缩机，并且仅当压缩机的转数达到压缩机的最大转数的上限的时候运行电加热器，以满足目标排出温度，由此防止了在同时可变地控制压缩机和电加热器以满足目标排出温度时车辆内部的空气排出温度的集中性变差或者变得不稳定的问题。
本发明的另一方面在于提供一种车用热泵系统以及一种控制该热泵系统的方法，其中，在最大制热模式下，不仅仅以压缩机的最大转速运行压缩机，而是区分根据条件的压缩机的最大转数的上限，由此降低了由于压缩机的噪声引起的乘客的不适并且增强了压缩机的耐久性和系统的稳定性。
为了实现上述方面，本发明提供了一种控制车用热泵系统的方法，该方法包括：第一步骤，接收车辆的各种传感器值并且计算目标排出温度；第二步骤，根据所述目标排出温度或者乘客的选择来确定是选择了空调模式还是选择了热泵模式；第三步骤，当作为第二步骤的确定结果选择了热泵模式时，计算所述目标排出温度与车辆内部的空气排出温度之间的偏差；第四步骤，通过第三步骤的所述偏差计算压缩机的转数；第五步骤，确定压缩机的转数是否小于压缩机的最大转数的上限；第六步骤，作为第五步骤的确定结果，如果压缩机的转数小于压缩机的最大转数的上限，则通过根据在第四步骤中计算出的偏差的压缩机的转数可变地控制压缩机；第七步骤，作为第五步骤的确定结果，如果压缩机的转数不小于压缩机的最大转数的上限，则确定目标排出温度是否高于车辆内部的空气排出温度；第八步骤，作为第七步骤的确定结果，如果目标排出温度高于车辆内部的空气排出温度，则在保持压缩机的运行的同时控制电加热器的运行。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种车用的热泵系统，该热泵系统包括：一种车用热泵系统，包括：压缩机，连接到制冷剂循环线，以压缩和排放制冷剂；蒸发器和内部热交换器，连接到制冷剂循环线并且布置在空调壳体内部；外部热交换器，连接到制冷剂循环线并且布置在空调壳体外部；电加热器，安装在空调壳体内部；以及控制部，接收车辆的各种传感器值并且计算目标排出温度，以控制热泵系统，其中，在热泵模式中，如果利用目标排出温度与车辆内部的空气排出温度之间的偏差计算出的压缩机的转数小于压缩机的最大转数的上限，则控制部利用根据所述偏差的压缩机的转数可变地控制压缩机，并且如果压缩机的转数等于或者大于压缩机的最大转数的上限并且如果目标排出温度高于车辆内部的空气排出温度，则控制部在保持压缩机的运行的同时控制电加热器的运行。
如上所述，由于在热泵模式下，如果压缩机的转数小于压缩机的最大转数的上限，则本发明仅可变地控制压缩机，并且仅当压缩机的转数达到压缩机的最大转数的上限时为了满足目标排出温度运行电加热器，因此本发明可以防止在同时可变地控制压缩机和电加热器以满足目标排出温度时车辆内部的空气排出温度的集中性变差或者变得不稳定的问题。
另外，由于在最大制热模式下本发明不仅仅以压缩机的最大转数运行压缩机，而是区分根据条件的压缩机的最大转数的上限，因此本发明可以降低由于压缩机的噪声引起的乘客的不适并且可以增强压缩机的耐久性和系统的稳定性。
此外，由于本发明通过将根据诸如室外空气温度、制冷剂压力、车速、吹风机的空气容量、外部热交换器的冷却风扇的转数以及驱动源的开关状态的因素的压缩机的最大转数的上限中的最小值设置为压缩机的最大转数的上限来控制，因此本发明不需要考虑到变化的外部条件的复杂的计算。
附图说明
通过下面结合附图对本发明的优选实施例进行的详细描述，本发明的上述和其他目的、特点和优点将是明显的，其中：
图1是根据现有技术的车用热泵系统的结构图；
图2是根据本发明的车用热泵系统的空调模式的结构图；
图3是根据本发明的车用热泵系统的热泵模式的第一制热模式的结构图；
图4是根据本发明的车用热泵系统的热泵模式的第二制热模式的结构图；
图5是示出了根据本发明的热泵系统的控制方法的流程图；
图6是示出了控制根据本发明的热泵系统的电加热器的运行的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明的优选实施例进行详细的描述。
首先，根据本发明的车用热泵系统由按顺序地连接在制冷剂循环线(R)上的压缩机100、内部热交换器110、第二膨胀装置120、外部热交换器130、第一膨胀装置140以及蒸发器160组成，并且优选地，根据本发明的车用热泵系统应用于电动车辆或混合动力车辆。
此外，在制冷剂循环线(R)上，第一旁通线(R1)、第二旁通线(R2)和膨胀线(R3)分别平行地连接，其中，第一旁通线(R1)使第一膨胀装置140和蒸发器160旁路、第二旁通线(R2)使外部热交换器130旁路，第二膨胀装置120安装在膨胀线(R3)上。第一方向改变阀191安装在第一旁通线(R1)的分支点上，第二方向改变阀192安装在第二旁通线(R2)的分支点上，第三方向改变阀193安装在膨胀线(R3)的分支点上。
此外，分支线(R4)被安装为将第一膨胀装置140的出口侧的制冷剂循环线(R)与第一旁通线(R1)彼此连接。开关阀195安装在分支线(R4)上。
因此，在空调模式下，如图2中所示，从压缩机100排放的制冷剂按顺序循环通过内部热交换器110、外部热交换器130、第一膨胀装置140、蒸发器160以及压缩机100，并且在这种情况下，内部热交换器110用作冷凝器，并且蒸发器160用作蒸发器。
同时，与内部热交换器110一样，外部热交换器130也用作冷凝器。
在热泵模式(第一制热模式)下，如图3所示，从压缩机100排放的制冷剂按顺序循环经过内部热交换器110、第二膨胀装置120、外部热交换器130、第一旁通线(R1)以及压缩机100，并且在这种情况下，内部热交换器110用作冷凝器，并且外部热交换器110用作蒸发器。制冷剂不被提供到第一膨胀装置140和蒸发器160。
如上所述地，由于在空调模式和在热泵模式下制冷剂的循环方向是相同的，根据本发明的热泵系统可以共用制冷剂循环线(R)，因此防止当制冷剂不流动时发生制冷剂停滞，并且简化了制冷剂循环线(R)。
另外，在本发明中，与第一制热模式和第二制热模式类似，热泵模式可以是多样化的。
在这种情况下，当室外温度高于参考温度时，实施热泵模式的第一制热模式，但是当室外温度低于参考温度时，实施热泵模式的第二制热模式。
这里，当室外温度高于0℃(零度以上)时，实施第一制热模式，但是当室外温度低于0℃(零度以下)时，实施第二制热模式。
当然，用于将热泵模式分成第一制热模式和第二制热模式的室外温度的参考温度不限于0℃，并且可以根据目的而改变。
此外，为了在第一或第二制热模式期间对车辆的内部除湿，实施通过分支线(R4)将一部分制冷剂提供到蒸发器160的除湿模式。
在下文中，将详细描述根据本发明的车用热泵系统的组件。
首先，安装在制冷剂循环线(R)上的压缩机100在通过接收来自驱动源(内燃机、电机或其他类似物)的驱动力而运行的同时吸入并且压缩制冷剂，而后将制冷剂以高温高压的气相排放。
在空调模式下，压缩机100吸入并且压缩从蒸发器160排放的制冷剂，并且将制冷剂提供到内部热交换器110，在热泵模式下，压缩机100吸入并且压缩从外部热交换器130排放并且经过第一旁通线(R1)的制冷剂，并且将制冷剂提供到内部热交换器110。
内部热交换器110安装在空调壳体150内部并且与压缩机100的出口侧的制冷剂循环线(R)连接，以使流到空调壳体150内部的空气与从压缩机100排出的制冷剂进行热交换。
此外，蒸发器160安装在空调壳体150内部并且与压缩机100的入口侧的制冷剂循环线(R)连接，以使流到空调壳体150内部的空气与提供到压缩机100的制冷剂进行热交换。
内部热交换器110在空调模式和热泵模式中都用作冷凝器。
蒸发器160在空调模式下用作蒸发器而在热泵模式下由于未被提供制冷剂而停止。
另外，内部热交换器110和蒸发器160在空调壳体150内部彼此分开预定的间隔，在这种情况下，蒸发器160和内部热交换器110从空调壳体150内部的空气流动方向的上游侧按顺序安装。
因此，在蒸发器160用作蒸发器的空调模式下，如图2所示，从第一膨胀装置140排放的低温低压制冷剂被提供到蒸发器160，在这种情况下，通过吹风机(未示出)流入空调壳体150内部的空气在流经蒸发器160的同时通过与蒸发器160的低温低压的制冷剂进行热交换而转化成冷空气，然后，被排放到车辆的内部，由此冷却车辆的内部。
在内部热交换器110用作冷凝器的热泵模式(第一制热模式)下，如图3所示，从压缩机110排放的高温高压制冷剂被提供到内部热交换器110，在这种情况下，通过吹风机(未示出)流入空调壳体150内部的空气在流经内部热交换器110的同时与内部热交换器110的高温高压制冷剂进行热交换而转化成热空气，然后，被排放到车辆的内部，由此加热车辆的内部。
与此同时，优选的是，蒸发器160比内部热交换器110大。
此外，调温门151安装在位于空调壳体150内部的蒸发器160和内部热交换器110之间，用于调节绕过内部热交换器110的空气的量和通过内部热交换器110的空气的量。
调温门151调节绕过内部热交换器110的空气的量和通过内部热交换器110的空气的量，以适当地控制从空调壳体150排出的空气的温度。
在这种情况下，在空调模式下，如图2所示，当内部热交换器110的前侧通道被调温门151完全关闭时，由于流过蒸发器160的冷空气绕过内部热交换器110并且被提供到车辆的内部，因此实施最大的制冷。在热泵模式(第一制热模式)下，如图3所示，当使内部热交换器110旁路的通道被调温门151完全关闭时，由于全部空气在流过用作冷凝器的内部热交换器110的同时被转化为热空气，并且热空气被提供到车辆的内部，因此实施最大的加热。
此外，外部热交换器130安装在空调壳体150外部并且与制冷剂循环线(R)连接，以在制冷剂循环线(R)循环的制冷剂与室外空气之间交换热量。
这里，外部热交换器130安装在车辆的发动机舱的前侧，以使在外部热交换器130的内部流动的制冷剂与室外空气之间交换热量。
在空调模式下，与内部热交换器110一样，外部热交换器130用作冷凝器，在这种情况下，在外部热交换器130内部流动的高温高压制冷剂在与室外空气进行热交换的同时被冷凝。在热泵模式(第一制热模式)下，与内部热交换器110不同，外部热交换器130用作蒸发器，在这种情况下，在外部热交换器130内部流动的低温制冷剂在与室外空气进行热交换的同时被蒸发。
另外，第一膨胀装置140安装在蒸发器160的入口侧的制冷剂循环线(R)上并且使提供到蒸发器160的制冷剂膨胀。
换言之，在空调模式下，第一膨胀装置140使从外部热交换器130排放的制冷剂膨胀，以使其成为低温低压的液相(湿饱和状态)，然后将膨胀后的制冷剂提供到蒸发器160。
优选的是，第一膨胀装置140具有膨胀阀，但是也可以具有孔口。
此外，第二膨胀装置120安装在内部热交换器110和外部热交换器130之间的制冷剂循环线(R)上，以根据空调模式或热泵模式选择性地使提供到外部热交换器130的制冷剂膨胀。
第二膨胀装置120安装在与内部热交换器110和外部热交换器130之间的制冷剂循环线(R)平行地连接的膨胀线(R3)上。
这里，优选的是，第二膨胀装置120具有孔口121，但是也可以具有膨胀阀。
此外，在膨胀线(R3)和制冷剂循环线(R)的分支点处，安装有用于改变制冷剂的流动方向的第三方向改变阀193，从而流经内部热交换器110的制冷剂根据空调模式或热泵模式通过膨胀线(R3)流过第二膨胀装置120或者绕过第二膨胀装置120。
因此，在空调模式中，从压缩机100排出并且经过内部热交换器110的制冷剂绕过第二膨胀装置120，并且通过第三方向改变阀193被提供到外部热交换器130。在热泵模式(第一制热模式)中，从压缩机100排放并且经过内部热交换器110的制冷剂在经过膨胀线(R3)和第二膨胀装置120的同时被膨胀，并且通过第二方向改变阀192被提供到外部热交换130。
另外，第一旁通线(R1)以这样一种方式被安装：将第一膨胀装置140的入口侧的制冷剂循环线(R)与蒸发器160的出口侧的制冷剂循环线(R)彼此连接，从而通过制冷剂循环线(R)循环的制冷剂选择性地绕过第一膨胀装置140和蒸发器160。
如附图中所示的，第一旁通线(R1)与第一膨胀装置140和蒸发器160平行地布置。即，第一旁通线(R1)的入口侧与将外部热交换器130和第一膨胀装置140彼此连接的制冷剂循环线(R)连接，出口侧与将蒸发器160和压缩机100彼此连接的制冷剂循环线(R)连接。
结果，在空调模式中，经过外部热交换器130的制冷剂流向第一膨胀装置140和蒸发器160，但是在热泵模式(第一制热模式)中，经过外部热交换器130的制冷剂通过第一旁通线(R1)直接朝着压缩机100流动并且绕过第一膨胀装置140和蒸发器160。
这里，制冷剂的流动方向根据空调模式和热泵模式的变化通过第一方向改变阀191来实现。
第一方向改变阀191安装在第一旁通线(R1)和制冷剂循环线(R)的分支点上，以按照这样的方式改变制冷剂的流动方向：流过外部热交换器130的制冷剂根据空调模式或热泵模式向第一旁通线(R1)或第一膨胀装置140流动。
在这种情况下，在空调模式下，第一方向改变阀191按照这样的方式改变制冷剂的流动方向：从压缩机100排出并且经过内部热交换器110和外部热交换器130的制冷剂向第一膨胀装置140和蒸发器160流动，在热泵模式(第一制热模式)中，第一方向改变阀191按照这样的方式改变制冷剂的流动方向：从压缩机100排出并且经过内部热交换器110、第二膨胀装置120以及外部热交换器130的制冷剂向第一旁通线(R1)流动。
与此同时，优选的是，第一方向改变阀191安装在第一旁通线(R1)的入口侧的分支点上并且使用三通阀。
除了第一向改变阀191之外，优选地，第二方向改变阀192和第三方向改变阀193使用三通阀。
此外，第二旁通线(R2)以使选择性地流过第二膨胀装置120的制冷剂绕过外部热交换器130的方式与制冷剂循环线(R)平行地安装。换言之，第二旁通线(R2)被安装为将外部热交换器130的入口侧和出口侧的制冷剂循环线(R)连接，从而通过制冷剂循环线(R)循环的制冷剂绕过外部热交换器130。
此外，在第二旁通线(R2)和制冷剂循环线(R)的分支点上，安装有第二方向改变阀192，第二方向改变阀192用于以按照这样的方式转换制冷剂的流动方向：使制冷剂根据室外温度向外部热交换器130或者第二旁通线(R2)流动。
在这种情况下，当室外温度高于零度时，制冷剂被第二方向改变阀192控制为向外部热交换器130流动，但是当室外温度低于零度时，制冷剂被第二方向改变阀192控制为绕过外部热交换器130并且向第二旁通线(R2)流动。
换言之，在室外温度低于零度的低温热源条件下，为了使低温的室外空气的影响最小化，如示出了第二制热模式的图4中所示，经过第二膨胀装置120的制冷剂绕过外部热交换器130且向第二旁通线(R2)流动。
此外，用于增强加热效率的电加热器115进一步安装在空调壳体150内部的内部热交换器110的下游侧。
优选的是，电加热器115是PTC加热器。
此外，供热装置180安装在第一旁通线(R1)上，用于向沿第一旁通线(R1)流动的制冷剂提供热量。
为了将车辆的电子单元200的废热提供到流过第一旁通线(R1)的制冷剂，供热单元180包括水冷型热交换器181，水冷型热交换器181包括：制冷剂热交换部181a，流过第一旁通线(R1)的制冷剂在其中流动；冷却水热交换部181b，循环通过车辆的电子单元200的冷却水在其中流动，并且冷却水热交换部181b以这种进行热交换的方式设置在制冷剂热交换部181a的一侧。
因此，在热泵模式中，根据本发明的热泵系统可以通过回收来自车辆的电子单元200的废热作为热源而增强制热性能。
同时，代表性地，车辆的电子单元200是电机、换流器等。
另外，为了将沿第一旁通线(R1)向供热装置180流动的制冷剂的一部分被提供到蒸发器160，安装了第四分支线(R4)，用于将供热装置180的入口侧的第一旁通线(R1)与蒸发器160的入口侧的制冷剂循环线(R)彼此连接，用于控制制冷剂的流动的开关阀195安装在分支线(R4)上。
如果需要对车辆内部除湿，则在除湿模式中，开关阀195打开，从而向第一旁通线(R1)流动的制冷剂的一部分在通过第一方向改变阀191通过水冷却型热交换器181的同时回收车辆的电子单元200的废热，而剩余的制冷剂在通过分支线(R4)流过蒸发器160的同时被除湿。
所以，在空调壳体150内部流动的空气在经过蒸发器160的同时被除湿，换言之，即使在与第一制热模式和第二制热模式类似的热泵模式下，一部分制冷剂仍通过分支线(R4)被提供到蒸发器160，由此实施对车辆内部的除湿。
与此同时，在室外温度低于零度的条件下运行的第二制热模式中，为了通过回收室内空气的热源来增强制热性能，优选的是，将空调壳体150的空气引入模式转化为室内空气引入模式，由此将室内空气引入到空调壳体150中。
此外，蓄液器170安装在压缩机100的入口侧的制冷剂循环线(R)上。
蓄液器170将将要被提供到压缩机100的制冷剂分成液相制冷剂和气相制冷剂，并且仅将气相制冷剂提供到压缩机100。
另外，控制部300被设置为控制根据本发明的热泵系统。控制部300接收车辆的各种传感器值并且计算目标排出温度，以控制热泵系统。
对于各种传感器，有室外空气传感器、室内空气传感器、阳光辐射传感器、车速传感器、蒸发器传感器、空气排出温度传感器、冷却水温度传感器等，从传感器感测的值被传送到控制部300。
在权利要求书中，描述了控制部300接收各种传感器值，但是优选的是，控制部300不仅接收传感器值还接收所有的车辆信息以及乘客的选择值(设定温度、选择模式以及其它值)。
在热泵模式中，如果利用目标排出温度与车辆内部的空气排出温度之间的偏差计算出的压缩机100的转数小于压缩机100的最大转数的上限，则控制部300通过根据所述偏差的压缩机100的转数可变地控制(自动控制)压缩机100。
如果压缩机100的转数等于或者大于压缩机100的最大转数的上限并且目标排出温度高于车辆内部的空气排出温度，则控制部300在保持压缩机100的运行的同时运行并且控制电加热器115。
这里，压缩机100的最大转数的上限是压缩机100根据诸如室外空气温度、制冷剂压力、车速、吹风机152的空气容量、外部热交换器130的冷却风扇的转数以及驱动源的开关状态的因素的最大转数上限中的最小值。
换言之，由于压缩机100的最大转数的上限没有被设置为根据上述因素的压缩机100的最大转数的上限而是设置为根据上述因素的压缩机100的最大转数的上限中的最小值，因此在热泵模式中，即使需要最大加热，根据本发明的热泵系统仍可以降低压缩机100的运行噪声以及由于运行噪声导致的乘客的不适，并且在这种情况下，一旦遇到制热不足，运行电加热器115。
另外，当压缩机100的最大转数的上限被设置为根据上述因素的压缩机100的最大转数的上限中的最小值时，压缩机100的转数被限制，这可以抑制压缩机100的排出压力的增加，增强压缩机100的耐用性，并且增强热泵系统的稳定性。
同时，制冷剂压力是压缩机100的排出制冷剂压力。
另外，压缩机100的最大转数的上限通过下面的操作表达式而获得。
压缩机(100)的最大转数的上限＝(根据制冷剂压力的压缩机的最大转数的上限、根据车速的压缩机的最大转数的上限、根据吹风机的空气容量的压缩机的最大转数的上限、根据外部热交换器的冷却风扇的转数的压缩机的最大转数的上限以及根据驱动源的开关状态的压缩机的最大转数的上限)中的最小值。
当计算压缩机100的最大转数的上限时，如果不存在与室外空气温度、制冷剂压力、车速、吹风机152的空气容量、外部热交换器130的冷却风扇的转数以及驱动源的开关状态这些因素中的某些因素相关的信号，则从所述操作表达式中去除相应的因素。
另外，优选的是，控制部300将压缩机100的转数维持在上面计算出的压缩机100的最大转数的上限。换言之，根据本发明的热泵系统可以通过区分根据车辆条件(制冷剂压力、车速、吹风机152的空气容量、外部热交换器130的冷却风扇的转数以及驱动源的开关状态)的压缩机100的最大转数的上限来降低在热泵模式中由于压缩机100运行产生的噪声而导致乘客的不适。
另外，在热泵模式中，仅当压缩机100的转数等于或大于压缩机100的最大转数的上限并且目标排出温度高于车辆内部的空气排出温度时，控制部300在控制部300将压缩机100的转数维持在压缩机100的最大转数的上限的状态下运行并且控制电加热器115。在这种情况下，当控制电加热器115的运行时，控制部300通过利用目标排出温度与车辆内部的空气排出温度之间的偏差来计算电加热器115的产热率而可变地控制(自动控制)电加热器115。
即，控制部300可以通过计算并且控制提供到电加热器115的电压的占空比来可变地控制电加热器115的产热率。在这种情况下，当满足关闭电加热器115的条件时，例如，通过控制电加热器115使温度达到目标排出温度时，仅关闭电加热器115，然后可变地控制压缩机100的转数。
与此同时，在空调模式中，控制部300通过利用蒸发器160的目标温度与蒸发器160的温度之间的偏差来计算压缩机100的转数而可变地控制(自动控制)压缩机100。
如上所述地，由于在热泵模式中本发明仅在压缩机100的转数达压缩机100的最大转数的上限时运行电加热器115，因此本发明可以解决，在为了满足目标排出温度同时可变地控制压缩机100和电加热器115时产生的车辆内部的空气排出温度的集中性变差或者变得不稳定的问题。
在下文中，参照图5和图6，将描述控制根据本发明的热泵系统的方法。
首先，实施第一步(S1)，接收车辆的各种传感器值并且计算目标排出温度。
对于各种传感器，有室外空气传感器、室内空气传感器、阳光辐射传感器、车速传感器、蒸发器传感器、空气排出温度传感器、冷却水温度传感器等，从传感器感测的值被传送到控制部300。
在这种情况下，控制部300不仅接收传感器值还接收所有的车辆信息以及乘客的选择值(设定温度、模式选择以及其它值)。
在第一步(S1)之后，实施第二步(S2)，根据目标排出温度或者乘客的选择来确定是选择了空调模式还是选择了热泵模式。
作为第二步(S2)的确定结果，当选择了热泵模式时，实施第三步(S3)，计算目标排出温度与车辆内部的空气排出温度之间的偏差。
在这种情况下，车辆内部的空气排出温度由安装在出口上的温度传感器(未示出)感测，所述出口形成在车辆内部以向车辆内部提供从空调壳体150排出的空气。
连续地，在第三步(S3)之后，实施第四步(S4)，通过第三步(S3)的偏差来计算压缩机100的转数。
在第四步(S4)之后，实施第五步(S5)，确定压缩机100的转数是否小于压缩机100的最大转数的上限。
这里，压缩机100的最大转数的上限被设置为根据上述因素的压缩机100的最大转数的上限中的最小值。
即，根据从安装在车辆上的各种传感器感测的因素的压缩机100的最大转数的上限中的最小值被设置为上限。
对于这些因素，存在车辆噪声产生因素以及热泵系统的保护因素。
作为车辆噪声产生因素，包括车速、吹风机152的空气容量、外部热交换器130的冷却风扇的转数以及驱动源的开关状态。
即，当车速高、吹风机152的空气容量大、冷却风扇的转数高或者驱动源处于打开状态时，乘客不会感觉到不舒适，因为压缩机100的运行噪声听起来比所述因素引起的噪声小。
然而，当车速低、吹风机152的空气容量小、冷却风扇的转数低或者驱动源处于关闭状态时，乘客也不会因为听到的压缩机100的运行噪声比所述因素引起的噪声大一点而感觉不舒服。
因此，当压缩机100的最大转数的上限设置为根据车辆噪声产生因素的压缩机100的最大转数的上限中的最小值时，压缩机100的运行噪声降低并且乘客的不舒适度也降低。
同时，室外温度和制冷剂压力(压缩机的排出制冷剂的压力)是热泵系统的保护因素。
如上所述地，压缩机100的最大转数的上限是压缩机100根据诸如室外空气温度、制冷剂压力、车速、吹风机152的空气容量、外部热交换器130的冷却风扇的转数以及驱动源的开关状态这些因素的最大转数的上限中的最小值。
换言之，由于压缩机100的最大转数的上限没有被设置为根据上述因素的压缩机100的最大转数的上限而是设置为根据上述因素的压缩机100的最大转数的上限中的最小值，因此在热泵模式中，即使需要最大制热，根据本发明的热泵系统仍可以通过降低压缩机100的运行噪声并且增强耐久性来降低乘客的不适，并且在这种情况下，一旦遇到制热不足，运行电加热器115。
同时，压缩机100的最大转数的上限通过下面的操作表达式而获得。
压缩机(100)的最大转数的上限＝(根据制冷剂压力的压缩机的最大转数的上限、根据车速的压缩机的最大转数的上限、根据吹风机的空气容量的压缩机的最大转数的上限、根据外部热交换器的冷却风扇的转数的压缩机的最大转数的上限以及根据驱动源的开关状态的压缩机的最大转数的上限)中的最小值。
当计算压缩机100的最大转数的上限时，如果没有与室外空气温度、制冷剂压力、车速、吹风机152的空气容量、外部热交换器130的冷却风扇的转数以及驱动源的开关状态这些因素中的某些因素相关的信号，则从所述操作表达式中去除相应的因素。
连续地，作为第五步骤(S5)的确定结果，如果压缩机100的转数小于压缩机100的最大转数的上限，则实施第六步骤(S6)，通过根据在第四步骤(S4)中计算出的偏差可变地控制(自动地控制)压缩机100。
换言之，在热泵模式中，在不需要通过压缩机100的最大转数的上限来操作压缩机100的转数的条件下，为了实施加热，仅通过根据目标排出温度和空气排出温度之间的偏差的压缩机100的转数来可变地控制(自动地控制)压缩机100，而不运行电加热器115。
作为第五步骤(S5)的确定结果，如果压缩机100的转数不小于压缩机100的最大转数的上限，即，如果压缩机100的转数等于或大于压缩机100的最大转数的上限，则实施第七步骤(S7)，确定目标排出温度是否高于车辆内部的空气排出温度。
在第七步骤(S7)中，确定了目标排出温度高于车辆内部的空气排出温度，在这种情况下，可以确定的是，目标排出温度高于空气排出温度加预定值。
作为第七步骤(S7)的确定结果，如果目标排出温度高于车辆内部的空气排出温度，则实施第八步骤(S8)，在保持压缩机100的运行的同时控制电加热器115的运行。
即，在热泵模式中，仅当压缩机100的转数达到压缩机100的最大转数的上限时，运行并且自动地控制电加热器115。
在这种情况下，当保持压缩机100的运行时，优选地是，压缩机100的转数维持在压缩机100的最大转数的上限(S8-1)。
这里，参照图6，将详细描述第八步骤(S8)的对电加热器115的运行的控制。当控制电加热器115的运行时，执行步骤8-1(S8-1)，将压缩机100的转数保持为压缩机100的最大转数的上限。
换言之，压缩机100的转数被连续地维持为上面计算出的压缩机100的最大转数的上限。
在步骤8-1(S8-1)之后，实施步骤8-2(S8-2)，根据目标排出温度和车辆内部空气排出温度之间的偏差计算电加热器115的产热率并且可变地控制(自动地控制)电加热器115。
即，当计算并且控制提供到电加热器115的电压的占空比时，可以可变地控制电加热器115的产热率。
连续地，在步骤8-2(S8-2)之后，实施步骤8-3(S8-3)，确定是否满足关闭电加热器115的条件。
即，例如，确定形成了关闭电加热器115的条件，比如，通过可变地控制(自动地控制)电加热器115使温度达到了目标排出温度。
作为步骤8-3(S8-3)的确定结果，如果通过对电加热器115的可变的控制(自动地控制)而满足了关闭电加热器115的条件，例如，如果温度达到目标排出温度，则实施步骤8-4(S8-4)，仅关闭电加热器115。
在步骤8-4(S8-4)中，在仅关闭电加热器115之后，可变地控制压缩机100的转数。
在步骤8-4(S8-4)之后，处理返回到图5的“开始”步骤。
同时，作为第七步骤(S7)的确定结果，如果目标排出温度不高于车辆内部的空气排出温度，则电加热器115持续处于关闭状态。
另外，作为第二步骤(S2)的确定结果，如果系统处于空调模式下，则实施第九步骤(S9)，计算蒸发器160的目标温度。
在第九步骤(S9)之后，实施第十步骤(S 10)，计算蒸发器160的目标温度与蒸发器160的温度之间的偏差。
蒸发器160的温度是由安装在蒸发器160上的温度传感器感测到的蒸发器160的表面温度。
在第十步骤(S10)之后，实施第十一步骤(S11)，根据第十步骤(S10)的偏差来计算压缩机100的转数并且可变地控制(自动地控制)压缩机100。
在下文中，将描述根据本发明的车用热泵系统的动作，在这种情况下，为了简要，将仅描述空调模式以及热泵模式的第一制热模式和第二制热模式。
A、空调模式(制冷模式)(见图2)
在空调模式(制冷模式)中，如图2中所示，第一旁通线(R1)被第一方向改变阀191关闭，同时第二旁通线(R2)被第二方向改变阀192关闭，第三方向改变阀193关闭膨胀线(R3)。
另外，循环通过电子元件200的冷却水未被提供到供热装置180的水冷型热交换器181。
同时，为了实现最大的制冷，空调壳体150内部的调温门151关闭经过内部热交换器110的通道，从而通过吹风机吹送入空调壳体150的空气在经过蒸发器160的同时被冷却并且通过绕过内部热交换器110被提供到车辆内部，由此冷却车辆内部。
连续地，将描述制冷剂循环过程。
在压缩机100中被压缩之后排放的高温高压气相制冷剂被提供到安装在空调壳体150内的内部热交换器110。
如图2中所示，由于调温门151关闭内部热交换器110的通道，因此提供到内部热交换器110的制冷剂直接流到外部热交换器130，而不与空气进行热交换。
流到外部热交换器130的制冷剂在与室外空气热交换的同时被冷凝，由此，气相制冷剂转化成为液相制冷剂。
同时，所有的内部热交换器110和外部热交换器130用作冷凝器，但是制冷剂主要在与室外空气进行热交换的外部热交换器130中冷凝。
连续地，经过外部热交换器130的制冷剂在经过第一膨胀装置140的同时被减压和膨胀，由此变成低温低压的液相制冷剂，而后被引入到蒸发器160中。
引入到蒸发器160的制冷剂通过与由吹风机吹送到空调壳体150中的空气进行热交换而被蒸发，同时，由于通过制冷剂的蒸发潜热的热吸收而使空气冷却，然后，冷却的空气被提供到车辆的内部，以冷却内部。
在这之后，从蒸发器160排放的制冷剂被引入到压缩机100中并且使上述循环再循环。
B、热泵模式的第一制热模式(见图3)
在室外温度高于零度的条件下运行热泵模式的第一制热模式，并且使用室外空气和车辆的电子单元200的废热作为热源。如图3中所示，第一旁通线(R1)被第一方向改变阀191打开，制冷剂不被提供到第一膨胀装置140和蒸发器160。
另外，第二旁通线(R2)被第二方向改变阀192关闭，膨胀线(R3)被第三方向改变阀193打开。
同时，被车辆的电子单元200加热的冷却水被提供到供热装置180的水冷型热交换器181的冷却水热交换部181b。
此外，在第一制热模式下，在空调壳体150内部的调温门151关闭绕过内部热交换器110的通道，从而被吹风机吹送到空调壳体150中的空气在经过停止运行的蒸发器160之后经过内部热交换器110的同时改变为热空气，然后被提供到车辆的内部，以加热车辆的内部。
连续地，将描述制冷剂循环过程。
在压缩机100中被压缩之后排放的高温高压的气相制冷剂被引入到安装在空调壳体150内部的内部热交换器110中。
引入到内部热交换器110中的高温高压的气相制冷剂在与由吹风机吹送到空调壳体150中的空气进行热交换的同时被冷凝，在这种情况下，经过内部热交换器110的空气转化为热空气并且被提供到车辆的内部，由此加热车辆的内部。
连续地，从内部热交换器110排出的制冷剂通过第三方向改变阀193运动到膨胀线(R3)，流到膨胀线(R3)的制冷剂在经过第二膨胀装置120的同时被减压和膨胀，由此变成低温低压的液相制冷剂，然后被提供到用作蒸发器的外部热交换器。
提供到外部热交换器130的制冷剂在与室内空气热交换的同时被蒸发，并且通过第一方向改变阀191经过第一旁通线(R1)。在这种情况下，经过第一旁通线(R1)的制冷剂在经过水冷型热交换器181的制冷剂热交换部181a的同时与经过冷却水热交换部181b的冷却水进行热交换，以回收车辆的电子单元200的废热，而后被引入到压缩机100中，以使上述循环再循环。
C、热泵模式的第二制热模式(见图4)
在室外温度低于零度的条件下运行热泵模式的第二制热模式，并且使用室内空气(室内空气引入模式)和车辆的电子单元200的废热作为热源。如图4中所示，第一旁通线(R1)被第一方向改变阀191打开，第二旁通线(R2)被第二方向改变阀192打开。
另外，分支线(R4)被开关阀195打开，膨胀线(R3)被第三方向改变阀193打开，并且模式转换为室内空气引入模式，以将室内空气引入到空调壳体150中。
同时，被车辆的电子单元200加热的冷却水被提供到供热装置180的水冷型热交换器181的冷却水热交换部181b。
此外，在第二制热模式下，在空调壳体150内部的调温门151关闭绕过内部热交换器110的通道，从而被吹风机吹送到空调壳体150中的空气在经过停止运行的蒸发器160之后经过内部热交换器110的同时改变为热空气，然后被提供到车辆的内部，以加热车辆的内部。
连续地，将描述制冷剂循环过程。
在压缩机100中被压缩之后排放的高温高压的气相制冷剂被引入到安装在空气壳体150内部的内部热交换器110中。
引入到内部热交换器110中的高温高压的气相制冷剂在与由吹风机吹送到空调壳体150中的空气进行热交换的同时被冷凝，在这种情况下，经过内部热交换器110的空气转化为热空气并且被提供到车辆的内部，由此加热车辆的内部。
连续地，从内部热交换器110排出的制冷剂通过第三方向改变阀193运动到膨胀线(R3)，流到膨胀线(R3)的制冷剂在经过第二膨胀装置120的同时被减压和膨胀，由此变成低温低压的液相制冷剂。在这之后，制冷剂流动到第二旁通线(R2)并且绕过外部热交换器130。
在这之后，流过旁通线(R2)的制冷剂通过第一方向改变阀191通过第一旁通线(R1)。在这种情况下，通过第一旁通线(R1)的制冷剂在通过水冷型热交换器181的制冷剂热交换部181a的同时与经过冷却水热交换部181b的冷却水进行热交换，以回收车辆的电子单元200的废热，而后被引入到压缩机100中，以使上述循环再循环。

Claims (12)

1.一种控制车用热泵系统的方法，所述方法包括：
第一步骤(S1)，接收车辆的各种传感器值并且计算目标排出温度；
第二步骤(S2)，根据所述目标排出温度或者乘客的选择来确定是选择了空调模式还是选择了热泵模式；
第三步骤(S3)，当作为第二步骤(S2)的确定结果选择了热泵模式时，计算所述目标排出温度与车辆内部的空气排出温度之间的偏差；
第四步骤(S4)，通过第三步骤(S3)的所述偏差计算压缩机(100)的转数；
第五步骤(S5)，确定压缩机(100)的转数是否小于压缩机(100)的最大转数的上限，其中，压缩机(100)的最大转数的上限是压缩机(100)根据车辆的噪声产生因素的最大转数的上限中的最小值；
第六步骤(S6)，作为第五步骤(S5)的确定结果，如果压缩机(100)的转数小于压缩机(100)的最大转数的上限，则通过在第四步骤(S4)中的根据计算出的偏差的压缩机(100)的转数可变地控制压缩机(100)；
第七步骤(S7)，作为第五步骤(S5)的确定结果，如果压缩机(100)的转数不小于压缩机(100)的最大转数的上限，则确定目标排出温度是否高于车辆内部的空气排出温度；
第八步骤(S8)，作为第七步骤(S7)的确定结果，如果目标排出温度高于车辆内部的空气排出温度，则在保持压缩机(100)的运行的同时控制电加热器(115)的运行。
2.一种控制车用热泵系统的方法，所述方法包括：
第一步骤(S1)，接收车辆的各种传感器值并且计算目标排出温度；
第二步骤(S2)，根据所述目标排出温度或者乘客的选择来确定是选择了空调模式还是选择了热泵模式；
第三步骤(S3)，当作为第二步骤(S2)的确定结果选择了热泵模式时，计算所述目标排出温度与车辆内部的空气排出温度之间的偏差；
第四步骤(S4)，通过第三步骤(S3)的所述偏差计算压缩机(100)的转数；
第五步骤(S5)，确定压缩机(100)的转数是否小于压缩机(100)的最大转数的上限，其中，压缩机(100)的最大转数的上限是压缩机(100)根据热泵系统的保护因素的最大转数的上限中的最小值；
第六步骤(S6)，作为第五步骤(S5)的确定结果，如果压缩机(100)的转数小于压缩机(100)的最大转数的上限，则通过在第四步骤(S4)中的根据计算出的偏差的压缩机(100)的转数可变地控制压缩机(100)；
第七步骤(S7)，作为第五步骤(S5)的确定结果，如果压缩机(100)的转数不小于压缩机(100)的最大转数的上限，则确定目标排出温度是否高于车辆内部的空气排出温度；
第八步骤(S8)，作为第七步骤(S7)的确定结果，如果目标排出温度高于车辆内部的空气排出温度，则在保持压缩机(100)的运行的同时控制电加热器(115)的运行。
3.根据权利要求1所述的控制车用热泵系统的方法，其中，所述噪声产生因素是车速、吹风机(152)的空气容量、外部热交换器(130)的冷却风扇的转数以及驱动源的开关状态。
4.根据权利要求2所述的控制车用热泵系统的方法，其中，所述热泵系统的保护因素是室外空气温度以及制冷剂压力。
5.一种控制车用热泵系统的方法，所述方法包括：
第一步骤(S1)，接收车辆的各种传感器值并且计算目标排出温度；
第二步骤(S2)，根据所述目标排出温度或者乘客的选择来确定是选择了空调模式还是选择了热泵模式；
第三步骤(S3)，当作为第二步骤(S2)的确定结果选择了热泵模式时，计算所述目标排出温度与车辆内部的空气排出温度之间的偏差；
第四步骤(S4)，通过第三步骤(S3)的所述偏差计算压缩机(100)的转数；
第五步骤(S5)，确定压缩机(100)的转数是否小于压缩机(100)的最大转数的上限，其中，压缩机(100)的最大转数的上限是压缩机(100)根据室外空气温度、制冷剂压力、车速、吹风机的空气容量、外部热交换器的冷却风扇的转数以及驱动源的开关状态这些因素的最大转数的上限中的最小值；
第六步骤(S6)，作为第五步骤(S5)的确定结果，如果压缩机(100)的转数小于压缩机(100)的最大转数的上限，则通过在第四步骤(S4)中的根据计算出的偏差的压缩机(100)的转数可变地控制压缩机(100)；
第七步骤(S7)，作为第五步骤(S5)的确定结果，如果压缩机(100)的转数不小于压缩机(100)的最大转数的上限，则确定目标排出温度是否高于车辆内部的空气排出温度；
第八步骤(S8)，作为第七步骤(S7)的确定结果，如果目标排出温度高于车辆内部的空气排出温度，则在保持压缩机(100)的运行的同时控制电加热器(115)的运行。
6.根据权利要求1、2和5中任一项所述的控制车用热泵系统的方法，其中，在第八步骤(S8)中，压缩机(100)的转数维持在压缩机(100)的最大转数的上限，以保持压缩机(100)的运行。
7.根据权利要求1、2和5中任一项所述的控制车用热泵系统的方法，其中，为了控制电加热器(115)的运行，所述第八步骤(S8)包括：
步骤8-1(S8-1)，将压缩机(100)的转数维持在压缩机的最大转数的上限；
步骤8-2(S8-2)，根据目标排出温度和车辆内部空气排出温度之间的偏差计算电加热器(115)的产热率并且可变地控制电加热器(115)。
8.根据权利要求7所述的控制车用热泵系统的方法，其中，第八步骤(S8)还包括：
步骤8-3(S8-3)，确定是否满足关闭电加热器(115)的条件；
步骤8-4(S8-4)，作为步骤8-3(S8-3)的确定结果，如果满足了关闭电加热器(115)的条件，则仅关闭电加热器(115)。
9.根据权利要求1、2和5中任一项所述的控制车用热泵系统的方法，所述控制方法还包括：
第九步骤(S9)，作为第二步骤(S2)的确定结果，如果系统处于空调模式下，则计算蒸发器(160)的目标温度；
第十步骤(S10)，计算蒸发器(160)的目标温度与蒸发器(160)的温度之间的偏差；
第十一步骤(S11)，根据第十步骤(S10)的偏差来计算压缩机(100)的转数并且可变地控制压缩机(100)。
10.一种车用热泵系统，包括：
压缩机(100)，连接到制冷剂循环线(R)，以压缩和排放制冷剂；
蒸发器(160)和内部热交换器(110)，连接到制冷剂循环线(R)并且布置在空调壳体(150)内部；
外部热交换器(130)，连接到制冷剂循环线(R)并且布置在空调壳体(150)外部；
电加热器(115)，安装在空调壳体(150)内部；以及
控制部(300)，接收车辆的各种传感器值并且计算目标排出温度，以控制热泵系统，
其中，在热泵模式中，如果利用目标排出温度与车辆内部的空气排出温度之间的偏差计算出的压缩机(100)的转数小于压缩机(100)的最大转数的上限，则控制部(300)利用根据所述偏差的压缩机(100)的转数可变地控制压缩机(100)，如果压缩机(100)的转数等于或者大于压缩机(100)的最大转数的上限并且如果目标排出温度高于车辆内部的空气排出温度，则控制部(300)在保持压缩机(100)的运行的同时控制电加热器(115)的运行，
其中，压缩机(100)的最大转数的上限是压缩机(100)根据室外空气温度、制冷剂压力、车速、吹风机的空气容量、外部热交换器的冷却风扇的转数以及驱动源的开关状态这些因素的最大转数的上限中的最小值。
11.根据权利要求10所述的车用热泵系统，其中，如果压缩机(100)的转数等于或者大于压缩机(100)的最大转数的上限并且如果目标排出温度高于车辆内部的空气排出温度，则控制部(300)将压缩机(100)的转数维持在所述压缩机(100)的最大转数的上限，以维持压缩机(100)的运行。
12.根据权利要求10所述的车用热泵系统，其中，为了控制电加热器(115)的运行，控制部(300)在将压缩机(100)的转数保持在压缩机(100)的最大转数的上限的同时根据目标排出温度与车辆内部的空气排出温度之间的偏差来计算电加热器(115)的产热率。
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