CN104112065A - 热水器和热水器剩余洗浴时间的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热水器剩余洗浴时间的计算方法，包括以下步骤：获取热水器的初始参数；根据初始参数确定二维数据模型参数以建立二维数据模型；根据二维数据模型参数以及温度分布估计方法估算热水器内胆的初始温度分布；根据热水器内胆的初始温度分布采用温度迭代方法计算热水器内胆内的实时温度；以及根据热水器内胆内的实时温度和二维数据模型参数计算热水器的剩余洗浴时间。本发明的热水器剩余洗浴时间的计算方法，可以大幅度提高热水器剩余热水的预测精度，同时不需要额外增加元件，且具有一定的自适应能力，可以大大缩短产品的开发时间，提高产品效率。本发明还公开了一种热水器。

Description

热水器和热水器剩余洗浴时间的计算方法

技术领域

本发明涉及电器技术领域，特别涉及一种热水器剩余洗浴时间的计算方法，以及一种热水器。

背景技术

目前，常用储水式电热水器都有剩余热水量显示功能，但是，剩余热水量只是根据出水口的热水温度进行简单的换算得出，只有参考意义，实用性不强。例如，相关技术中公开了一种方案：在内胆表面上设置若干温度传感器，传感器的设置位置与传感器到内胆中心轴线的距离有关。然后，根据预先建立的温度变化值与热水量之间的映射表来确定胆内的热水量，并通过显示装置显示出来。上述根据实验数据检验出来的表格主要为经验数据，但是热水器实际使用时的剩余热水情况本身取决于多个因数，上述方案与传统的热水量方式基本相近，而且根据不同机型增加的传感器数量也不一样，不具有可操作性。另外相关专利中描述了一种基于内胆三个传感器采集的水温将内胆分成三层做热水量计算，同时采集进出水温度和流量的系统，通过进行数学计算得出剩余热水量可使用时间的一种控制办法，该专利只是将热水器简单进行了分层做了个大概的近似估计，由于热水器本身的流量传感器，加热设备和箱体的自身误差以及不同环境下的温度变化并非线性，所以上述方法也无法得出较为准确的剩余热水时间。

可见，现有技术都是对于剩余热水量的一个大致估计，即根据经验值进行简单的数学计算，对于产品来说，只具有参考价值，实际使用意义不大。另外，主要根据经验值得出剩余热量数据，但是不同机型，不同传感器，不同加热设备都需要重新进行长期实验以得出数据结论，在产品应用上效率低，成本高。

发明内容

本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题。

为此，本发明的一个目的在于提出一种热水器剩余洗浴时间的计算方法，该计算方法可以大幅度提高热水器剩余热水的预测精度，同时不需要额外增加元件，且具有一定的自适应能力，可以大大缩短产品的开发时间，提高产品效率。

本发明的另一个目的在于提出一种热水器。

为达到上述目的，本发明的一方面实施例提出一种热水器剩余洗浴时间的计算方法，该计算方法包括以下步骤：获取热水器的初始参数；根据所述初始参数确定二维数据模型参数以建立二维数据模型；根据所述二维数据模型参数以及温度分布估计方法估算所述热水器内胆的初始温度分布；根据所述热水器内胆的初始温度分布采用温度迭代方法计算所述热水器内胆内的实时温度；以及根据所述热水器内胆内的实时温度和所述二维数据模型参数计算所述热水器的剩余洗浴时间。

根据本发明实施例的热水器剩余洗浴时间的计算方法，根据热水器的初始数据建立二维数据模型，进而根据二维数据参数进行温度迭代计算，从而可以将热水器内胆中热水的温度的动态过程较准确地反应出来，进而在目前产品匹配的零部件误差范围内可以实现热水器剩余洗浴时间计算精度在10％以内。其中，在热水器使用过程通过获取初始参数可以对元件例如传感器参数进行自适应调整，可以大大缩短产品的开发时间，提高产品效率。此外，不需要增加额外的元部件，成本低。

其中，在本发明的一些实施例中，所述热水器的初始参数包括所述热水器内胆的几何参数、状态参数、设定参数以及热力学参数。

在本发明的一些实施例中，所述二维数据模型参数包括所述热水器内胆垂直分层数量N以及每层的能量块数量M、和洗浴截止温度。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述根据所述二维数据模型参数以及温度分布估计方法估计所述热水器内胆的初始温度分布，具体包括：实时检测热水器内胆温度；判断所述热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化是否小于或等于零；如果所述热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化小于或等于零，则根据保温温度分布估计方法计算每个能量块的初始温度，以估计所述热水器内胆的初始温度；如果所述热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化大于零，则根据升温温度分布估计方法计算所述每个能量块的初始温度，以估计所述热水器内胆的初始温度。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述热水器包括位于所述内胆上部的第一加热管和位于所述内胆下部的第二加热管，所述根据所述热水器内胆的初始温度分布采用温度迭代方法计算所述热水器内胆内的实时温度，具体包括：S10，判断t时刻所述内胆顶部的温度是否大于或等于所述第一加热管和第二加热管交替加热时的所述内胆顶部的温度；S20，如果t时刻所述内胆顶部的温度大于或等于所述第一加热管和第二加热管交替加热时的所述内胆顶部的温度，则以第一加热管加热时的温度迭代方法计算每个能量块在t+1时刻的温度；S30，如果t时刻所述内胆顶部的温度小于所述第一加热管和第二加热管交替加热时的所述内胆顶部的温度，则以第二加热管加热时的温度迭代方法计算所述每个能量块在t+1时刻的温度；S40，根据t+1时刻所述每个能量块的温度获得所述内胆顶部的温度，并判断所述内胆顶部的温度是否小于或等于所述洗浴截止温度；S50，如果所述内胆顶部的温度大于所述洗浴截止温度，则t＝t+1，并执行步骤S10。

其中，在本发明的一些实施例中，所述温度迭代方法满足以下公式：

$T_{\mathrm{ij}}^{t+1}=T_{\mathrm{ij}}^t+v_{\mathrm{ij}}\mathrm{\Δt}+\frac{\mathrm{Q\Δt}}{{\mathrm{Mv}}_0}(T_{(i-1)j}^t-T_{\mathrm{IJ}}^t),$ 其中，

为t+1时刻第(i，j)能量块的温度，i为从下向上的层数，i≤N，j为从左向右的能量块，j≤M，为t时刻第(i，j)能量块的温度，v_ij为第一加热管或第二加热管的加热速率，Δt为第二预设时间间隔，v₀为初始加热速率，Q为水流量，M为每层的能量块数量。

为达到上述目的，本发明的另一方面实施例提出一种热水器，该热水器包括：初始参数采集和存储装置；控制器，所述控制器根据所述初始参数确定二维数据模型参数以建立二维数据模型，并根据所述二维数据模型参数以及温度分布估计方法估算所述热水器内胆的初始温度分布，以及根据所述热水器内胆的初始温度分布采用温度迭代方法计算所述热水器内胆内的实时温度，以及根据所述热水器内胆内的实时温度和所述二维数据模型参数计算所述热水器的剩余洗浴时间。

根据本发明实施例的热水器，控制器根据热水器的初始数据建立二维数据模型，进而根据二维数据参数进行温度迭代计算，从而可以将热水器内胆中热水的温度的动态过程较准确地反应出来，进而在目前产品匹配的零部件误差范围内可以实现热水器剩余洗浴时间计算精度在10％以内。其中，在热水器使用过程通过初始参数采集和存储装置获取初始参数可以对元件例如传感器参数进行自适应调整，可以大大缩短产品的开发时间，提高产品效率。此外，不需要增加额外的元部件，成本低。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述初始参数采集和存储装置包括：采集模块，用于采集所述热水器的状态参数和设定参数；存储模块，用于存储所述热水器的几何参数以及相关热力学参数。

其中，在本发明的一些实施例中，所述二维数据模型参数包括所述热水器内胆垂直分层数量N以及每层的能量块数量M、和洗浴截止温度。

具体地，在本发明的一些实施例中，通过温度传感器实时检测热水器内胆温度，所述控制器还用于在所述热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化小于或等于零时，根据保温温度分布估计方法计算每个能量块的初始温度，以估计所述热水器内胆的初始温度，以及在所述热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化大于零时，根据升温温度分布估计方法计算每个能量块的初始温度，以估计所述热水器内胆的初始温度。

另外，在本发明的一些实施例中，所述热水器还包括：位于所述热水器内胆上部的第一加热管；和位于所述内胆下部的第二加热管。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述控制器还用于执行以下步骤：S10，判断t时刻所述内胆顶部的温度是否大于或等于所述第一加热管和第二加热管交替加热时的所述内胆顶部的温度；S20，如果t时刻所述内胆顶部的温度大于或等于所述第一加热管和第二加热管交替加热时的所述内胆顶部的温度，则以第一加热管加热时的温度迭代方法计算每个能量块在t+1时刻的温度；S30，如果t时刻所述内胆顶部的温度小于所述第一加热管和第二加热管交替加热时的所述内胆顶部的温度，则以第二加热管加热时的温度迭代方法计算所述每个能量块在t+1时刻的温度；S40，根据t+1时刻所述每个能量块的温度获得当前所述内胆顶部的温度，并判断所述当前内胆顶部的温度是否小于或等于所述洗浴截止温度；S50，如果所述当前内胆顶部的温度大于所述洗浴截止温度，则t＝t+1，并执行S10。

其中，在本发明的一些实施例中，所述温度迭代方法满足以下公式：

$T_{\mathrm{ij}}^{t+1}=T_{\mathrm{ij}}^t+v_{\mathrm{ij}}\mathrm{\Δt}+\frac{\mathrm{Q\Δt}}{{\mathrm{Mv}}_0}(T_{(i-1)j}^t-T_{\mathrm{IJ}}^t),$ 其中，

为t+1时刻第(i，j)能量块的温度，i为从下向上的层数，i≤N，j为从左向右的能量块，j≤M，为t时刻第(i，j)能量块的温度，v_ij为第一加热管或第二加热管的加热速率，Δt为第二预设时间间隔，v₀为初始加热速率，Q为水流量，M为每层的能量块数量。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明的一个实施例的热水器剩余洗浴时间的计算方法的流程图；

图2为根据本发明的一个具体实施例的热水器内胆的二维数据模型示意图；

图3为根据本发明的另一个实施例的热水器剩余洗浴时间的计算方法的流程图；

图4为根据本发明的再一个实施例的热水器剩余洗浴时间的计算方法的流程图；

图5为根据本发明的一个实施例的热水器的框图；以及

图6为根据本发明的另一个实施例的热水器的框图。

附图标记

热水器100，初始参数采集和存储装置10和控制器20，采集模块101和存储模块102，第一加热管30和第二加热管40。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的热水器剩余洗浴时间的计算方法和热水器。

首先对本发明实施例的热水器剩余洗浴时间的计算方法进行说明。图1为根据本发明的一个实施例的热水器剩余洗浴时间的计算方法的流程图。如图1所示，本发明实施例的热水器剩余洗浴时间的计算方法包括以下步骤：

S1，获取热水器的初始参数。

在本发明的一个实施例中，热水器的初始参数包括热水器内胆的几何参数、状态参数、设定参数以及热力学参数。其中，热水器内胆的几何参数例如包括热水器的内胆容积V、内胆长度L、内胆半径R；状态参数例如可以包括加热管的开关状态；设定参数例如可以包括设定温度Ts；热力学参数可以包括例如内胆内的温度、出水流量q_v和液体的热力参数例如水的导热系数α、水的比热容c、水的密度ρ，例如可以通过温度传感器检测热水器内胆内的温度例如上部温度下部温度和胆内温度可以通过水流传感器检测出水流量q_v。获取热水器的初始参数以进行初始化，从而实现针对不同产品以及不同产品的传感器进行自适应，扩大应用范围。

S2，根据初始参数确定二维数据模型参数以建立二维数据模型。

在本发明的实施例中，通过对热水器内胆内的温度建立二维数据模型来对剩余洗浴时间进行预测，其中，二维数据模型参数可以包括热水器内胆垂直分层数量N以及每层的能量块数量M、和洗浴截止温度。例如可以根据热水器的几何参数确定对内胆垂直分层数量N和每层的能量块数量M。如图2所示，为根据本发明的一个具体实施例的热水器内胆内分层的示意图，图2中，热水器的圆柱形的内胆空间被分成N＝5层，并且每层包括M＝3个能量块。可以理解的是，理论上，如果N和M的数值越大，则数学计算值就越接近真实值，但是如果增加热水器内胆内的分层以及每层的能量块数量则算法的难度几何级增长，导致实际应用中例如单片机系统无法实现计算，从而大大增加系统成本和可应用性。

再例如，可以根据设定温度和出水流量确定洗浴截止温度，具体而言，可以根据最小二乘法拟合内胆温度和洗浴截止温度对应关系式，当确定好最佳混合水温度例如40度时，即可通过拟合的定量表达式推断出内胆的洗浴截止温度。

S3，根据二维数据模型参数以及温度分布估计方法估算热水器内胆的初始温度分布。

在本发明的实施例，通过迭代方法对热水器的剩余洗浴时间进行预测，则首先需要计算热水器内胆内的初始温度。其中，需要确定热水器处于升温还是保温时段，例如根据二维模型中设定的检测保温或升温的时间间隔内热水器内胆胆内的温度的变化，确定热水器处于升温还是保温，进而根据不同的温度分布估计方法例如升温过程的温度分布估计方法或保温状态的温度分布估计方法对初始温度分布进行估计。具体的估算过程在下面有详细介绍。

S4，根据热水器内胆的初始温度分布采用温度迭代方法计算热水器内胆内的实时温度。

其中，在热水器使用水的过程中，导致热水器二维数据模型中每层的能量块的能量变化的因素主要有以下方面：1、由于放水使得热水器内胆内整个水层逐层上升，导致每层由热水逐渐变冷；2、在本发明实施例中，如图2所示，可以采用两根加热管进行加热，具体地，热水器包括位于内胆上部的第一加热管和位于内胆下部的第二加热管，两个加热管的作用导致每个能量块具有均匀的能量上升；3、相邻水层之间具有少量的热量传导。

基于上述因素的考虑，在本发明的实施例中，通过水流和热传导公式推导出温度迭代方法满足的公式。具体地，对于每层的能量块来说，在t-t+1时间内，能量的变化可以由如下公式表示：

$E_{\mathrm{ij}}^{t+1}-E_{\mathrm{ij}}^t={\mathrm{\ΔE}}_m+{\mathrm{\ΔE}}_c+{\mathrm{\ΔE}}_h---\left(1\right),$

其中，和分别为第(i，j)能量块在t时刻和第t+1时刻的能量，i为从下向上的层数，i≤N，j为从左向右的能量块，j≤M，

ΔE_m表示水流动导致的能量变化，ΔE_c表示热量传导导致的能量变化，

ΔE_h表示加热管加热引起的能量变化，具体地，

$E_{\mathrm{ij}}^{t+1}-E_{\mathrm{ij}}^t=\mathrm{cm}(T_{\mathrm{ij}}^{t+1}-T_{\mathrm{ij}}^t)---\left(2\right),$ 其中，m表示水的质量。

${\mathrm{\ΔE}}_m=c\frac{\mathrm{\ρQ\Δt}}{M}(T_{(i-1)j}^t-T_{\mathrm{ij}}^t)---\left(3\right),$

ΔE_c＝αS_ij(i-1)j(T_ij ^t-T_(i-1)j ^t)+αS_ij(i+1)j(T_ij ^t-T_(i+1)j ^t)+αS_iji(j-1)(T_ij ^t-T_i(j-1) ^t)+αS_iji(j+1)(T_ij ^t-T_i(j+1) ^t)   (4)，

其中，S_iji(j+1)为第(i，j)能量块与第(i，(j+1))能量块的接触面积，

ΔE_h＝cmΔT＝cmv_ijΔt   (5)，

将上述公式(2)-(4)代入公式(1)中即可得到能量块(i，j)在t+1时刻的温度，即温度迭代方法满足的公式，如下：

$T_{\mathrm{ij}}^{t+1}=T_{\mathrm{ij}}^t+v_{\mathrm{ij}}\mathrm{\Δt}+\frac{\mathrm{Q\Δt}}{{\mathrm{Mv}}_0}(T_{(i-1)j}^t-T_{\mathrm{ij}}^t),---\left(6\right),$ 其中，

为t+1时刻第(i，j)能量块的温度，i为从下向上的层数，i≤N，j为从左向右的能量块，j≤M，为t时刻第(i，j)能量块的温度，v_ij为第一加热管或第二加热管的加热速率，Δt为第二预设时间间隔，v₀为初始加热速率，Q为水流量，M为每层的能量块数量。

从而根据上述温度迭代方法的公式以及初始温度即可获得热水器内胆内的实时温度。

另外，进一步地，根据分层数量N和热水器内胆的几何参数可以计算每层的高度。例如，根据层数N和热水器的内胆半径R，可以获得每层的高度h＝R/(N-1)，根据热水器的几何参数即可获得每层的容积，并且根据公式(6)可以获得每个能量块的温度，进而根据能量块的温度以及该能量块的容积可获得各个能量块具有的能量。

S5，根据热水器内胆内的实时温度和二维数据模型参数计算热水器的剩余洗浴时间。

具体地，通过二维数据模型可以模拟内胆温度离散时间的变化过程，进而可以根据内胆温度离散时间的变化过程获得实时温度和截止洗浴温度之间的时间间隔，也就是剩余洗浴时间。

进一步地，在本发明的一些实施例中，如图3所示，根据二维数据模型参数以及温度分布估计方法估计热水器内胆的初始温度分布，具体可以包括：

S100，实时检测热水器内胆温度。

例如通过温度传感器检测热水器内胆温度。

S200，判断热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化是否小于或等于零。

其中，第一预设时间间隔即在二维数据模型中设置的检测升温/保温的时间间隔。如果热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化小于或等于零，即热水器处于保温状态，则执行步骤S300，如果热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化大于零，即热水器处于升温状态，则执行步骤S400。

S300，根据保温温度分布估计方法计算每个能量块的初始温度，以估计热水器内胆的初始温度。

具体地，当热水器处于保温状态时，分别通过温度传感器获得热水器内的顶部温度、胆内温度和底部温度，然后根据分层个数N将温度均匀分布在每个层，作为每个能量块的初始温度，从而估算出热水器内胆的初始温度。

S400，根据升温温度分布估计方法计算每个能量块的初始温度，以估计热水器内胆的初始温度。

具体地，当热水器处于加热状态时，分别获得热水器内的顶部温度、胆内温度和底部温度，然后根据分层个数将温度均匀分布在每个层，作为每个能量块的初始温度，从而估算出热水器内胆的初始温度。

其中，在本发明的一些实施例中，如图4所示，热水器包括位于内胆上部的第一加热管和位于内胆下部的第二加热管，根据热水器内胆的初始温度分布采用温度迭代方法计算热水器内胆内的实时温度，具体包括：

S10，判断t时刻内胆上部的温度是否大于或等于第一加热管和第二加热管交替加热时的内胆上部的温度。

如果t时刻内胆上部的温度大于或等于第一加热管和第二加热管交替加热时的内胆上部的温度，则执行步骤S20，如果t时刻内胆上部的温度小于第一加热管和第二加热管交替加热时的内胆上部的温度，执行步骤S30。

S20，以第一加热管加热时的温度迭代方法计算每个能量块在t+1时刻的温度。

即上述公式(6)中的v_ij取第一加热管的加热速率。

S30，以第二加热管加热时的温度迭代方法计算每个能量块在t+1时刻的温度。

即上述公式(6)中的v_ij取第二加热管的加热速率。

S40，根据t+1时刻每个能量块的温度获得内胆上部的温度，并判断内胆上部的温度是否小于或等于洗浴截止温度。

例如将每个能量块的温度进行求平均以获得内胆上部的温度，进而如果内胆上部的温度大于洗浴截止温度，则执行步骤S50，否则结束。

S50，如果内胆上部的温度大于洗浴截止温度，则t＝t+1，并执行步骤S10。

即以t+1时刻的温度为初始温度进行下一时刻的温度的迭代计算，直至逐渐逼近洗浴截止温度，从而在反应热水器内的热水温度动态变化的同时，进而可以根据热水器内胆的温度和洗浴截止温度计算出热水器的剩余洗浴时间。

需要说明的是，通过二维数据模型可以模拟内胆温度离散时间的变化过程，进而可以根据内胆温度离散时间的变化过程获得实时温度和截止洗浴温度之间的时间间隔，也就是剩余洗浴时间。

综上所述，根据本发明实施例的热水器剩余洗浴时间的计算方法，根据热水器的初始数据建立二维数据模型，进而根据二维数据参数进行温度迭代计算，从而可以将热水器内胆中热水的温度的动态过程较准确地反应出来，进而在目前产品匹配的零部件误差范围内可以实现热水器剩余洗浴时间计算精度在10％以内。其中，在热水器使用过程通过获取初始参数可以对元件例如传感器参数进行自适应调整，可以大大缩短产品的开发时间，提高产品效率。此外，不需要增加额外的元部件，成本低。

下面从另一方面实施例说明本大明实施例提粗的热水器。

图5为根据本发明的一个实施例的热水器的框图。如图5所示，本发明实施例的热水器100包括初始参数采集和存储装置10和控制器20。

控制器20根据初始参数确定二维数据模型参数以建立二维数据模型，并根据二维数据模型参数以及温度分布估计方法估算热水器内胆的初始温度分布，以及根据热水器内胆的初始温度分布采用温度迭代方法计算热水器100的剩余洗浴时间。

其中，热水器100的初始参数包括热水器内胆的几何参数、状态参数、设定参数以及热力学参数。在本发明的一个实施例中，如图6所示，初始参数采集和存储装置10包括采集模块101和存储模块102。采集模块101用于采集热水器100的状态参数和设定参数；存储模块102用于存储热水器100的几何参数以及热力学参数。其中，热水器内胆的几何参数例如包括热水器的内胆容积V、内胆长度L、内胆半径R；状态参数例如可以包括加热管的开关状态；设定参数例如可以包括设定温度Ts；热力学参数可以包括例如内胆内的温度、出水流量q_v和液体的热力参数例如水的导热系数α、水的比热容c、水的密度ρ，例如可以通过采集模块101例如温度传感器检测热水器内胆内的温度例如上部温度下部温度和胆内温度可以通过水流传感器检测出水流量q_v。获取热水器100的初始参数以进行初始化，从而实现针对不同产品以及不同产品的传感器进行自适应，扩大应用范围。

在本发明的实施例中，控制器20通过对热水器内胆内的温度建立二维数据模型来对剩余洗浴时间进行预测，其中，二维数据模型参数可以包括热水器内胆垂直分层数量N以及每层的能量块数量M、和洗浴截止温度。例如控制器20可以根据热水器的几何参数确定对内胆垂直分层数量N和每层的能量块数量M。如图2所示，为根据本发明的一个具体实施例的热水器内胆内分层的示意图，图2中，热水器内胆被分成N＝5层，并且每层包括M＝3个能量块。可以理解的是，理论上，如果N和M的数值越大，则数学计算值就越接近真实值，但是如果增加热水器内胆内的分层以及每层的能量块数量则算法的难度几何级增长，导致实际应用中例如单片机系统无法实现计算，从而大大增加系统成本和可应用性。再例如，可以根据设定温度和出水流量确定洗浴截止温度，具体而言，可以根据最小二乘法拟合内胆温度和洗浴截止温度对应关系式，当确定好最佳混合水温度例如40度时，即可通过拟合的定量表达式推断出内胆的洗浴截止温度。

在本发明的实施例，控制器20通过迭代方法计算热水器内胆内的温度，则首先需要计算热水器内胆内的初始温度。具体地，通过温度传感器实时检测热水器内胆温度，控制器20判断热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化是否小于或等于零，在热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化小于或等于零时，即热水器处于保温状态时，根据保温温度分布估计方法计算每个能量块的初始温度，以估计热水器内胆的初始温度。例如，当热水器处于保温状态时，分别通过温度传感器获得热水器内的顶部温度、胆内温度和底部温度，然后控制器20根据分层个数N将温度均匀分布在每个层，作为每个能量块的初始温度，从而估算出热水器内胆的初始温度。

另外，在热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化大于零时，即热水器处于升温状态时，控制器20根据升温温度分布估计方法计算每个能量块的初始温度，以估计热水器内胆的初始温度。具体地，当热水器处于加热状态时，分别获得热水器内的顶部温度、胆内温度和底部温度，然后控制器20根据分层个数N将温度均匀分布在每个层，作为每个能量块的初始温度，从而估算出热水器内胆的初始温度。

控制器20在估算出热水器内胆的初始温度之后，进一步地采用温度迭代方法计算内胆内的实时温度。具体地，如图2所示，热水器100还包括位于热水器内胆上部的第一加热管30和位于内胆下部的第二加热管40。在热水器使用水的过程中，导致热水器二维数据模型中每层的能量块的能量变化的因素主要有以下方面：1、由于放水使得热水器内胆内整个水层逐层上升，导致每层由热水逐渐变冷；2、第一加热管30和第二40的作用导致每个能量块具有均匀的能量上升；3、相邻水层之间具有少量的热量传导。

基于上述因素的考虑，在本发明的实施例中，通过水流和热传导公式推导出温度迭代方法满足如下公式：

$T_{\mathrm{ij}}^{t+1}=T_{\mathrm{ij}}^t+v_{\mathrm{ij}}\mathrm{\Δt}+\frac{\mathrm{Q\Δt}}{{\mathrm{Mv}}_0}(T_{(i-1)j}^t-T_{\mathrm{ij}}^t),---\left(6\right),$ 其中，

为t+1时刻第(i，j)能量块的温度，i为从下向上的层数，i≤N，j为从左向右的能量块，j≤M，为t时刻第(i，j)能量块的温度，v_ij为第一加热管或第二加热管的加热速率，Δt为第二预设时间间隔，v₀为初始加热速率，Q为进水流量，M为每层的能量块数量。

进而控制器20根据上述温度迭代方法的公式以及初始温度即可获得热水器内胆内的实时温度。具体地，控制器20执行以下步骤：S10，判断t时刻内胆上部的温度是否大于或等于第一加热管30和第二加热管40交替加热时的内胆上部的温度；S20，如果t时刻内胆上部的温度大于或等于第一加热管30和第二加热管40交替加热时的内胆上部的温度，则以第一加热管30加热时的温度迭代方法计算每个能量块在t+1时刻的温度，即上述公式(6)中的v_ij取第一加热管30的加热速率；S30，如果t时刻内胆上部的温度小于第一加热管30和第二加热管40交替加热时的内胆上部的温度，则以第二加热管40加热时的温度迭代方法计算每个能量块在t+1时刻的温度，即上述公式(6)中的v_ij取第二加热管40的加热速率；S40，根据t+1时刻每个能量块的温度获得当前内胆上部的温度，并判断当前内胆上部的温度是否小于或等于洗浴截止温度，例如将每个能量块的温度进行求平均以获得内胆上部的温度，进而如果内胆上部的温度大于洗浴截止温度，则执行步骤S50，否则结束；S50，如果当前内胆上部的温度大于洗浴截止温度，则t＝t+1，并执行S10。即以t+1时刻的温度为初始温度进行下一时刻的温度的迭代计算，直至逐渐逼近洗浴截止温度，从而在反应热水器内的热水温度动态变化的同时，进而可以根据热水器内胆的温度和洗浴截止温度计算出热水器的剩余洗浴时间。需要说明的是，通过二维数据模型可以模拟内胆温度离散时间的变化过程，进而可以根据内胆温度离散时间的变化过程获得实时温度和截止洗浴温度之间的时间间隔，也就是是剩余洗浴时间。

根据本发明实施例的热水器，控制器根据热水器的初始数据建立二维数据模型，进而根据二维数据参数进行温度迭代计算，从而可以将热水器内胆中热水的温度的动态过程较准确地反应出来，进而在目前产品匹配的零部件误差范围内可以实现热水器剩余洗浴时间计算精度在10％以内。其中，在热水器使用过程通过初始参数采集和存储装置获取初始参数可以对元件例如传感器参数进行自适应调整，可以大大缩短产品的开发时间，提高产品效率。此外，不需要增加额外的元部件，成本低。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (13)

1.一种热水器剩余洗浴时间的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取热水器的初始参数；

根据所述初始参数确定二维数据模型参数以建立二维数据模型；

根据所述二维数据模型参数以及温度分布估计方法估算所述热水器内胆的初始温度分布；

根据所述热水器内胆的初始温度分布采用温度迭代方法计算所述热水器内胆内的实时温度；以及

根据所述热水器内胆内的实时温度和所述二维数据模型参数计算所述热水器的剩余洗浴时间。

2.如权利要求1所述的热水器剩余洗浴时间的计算方法，其特征在于，所述热水器的初始参数包括所述热水器内胆的几何参数、状态参数、设定参数以及热力学参数。

3.如权利要求2所述的热水器剩余洗浴时间的计算方法，其特征在于，所述二维数据模型参数包括所述热水器内胆垂直分层数量N以及每层的能量块数量M、和洗浴截止温度。

4.如权利要求3所述的热水器剩余洗浴时间的计算方法，其特征在于，所述根据所述二维数据模型参数以及温度分布估计方法估计所述热水器内胆的初始温度分布，具体包括：

实时检测热水器内胆温度；

判断所述热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化是否小于或等于零；

如果所述热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化小于或等于零，则根据保温温度分布估计方法计算每个能量块的初始温度，以估计所述热水器内胆的初始温度；

如果所述热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化大于零，则根据升温温度分布估计方法计算所述每个能量块的初始温度，以估计所述热水器内胆的初始温度。

5.如权利要求3所述的热水器剩余洗浴时间的计算方法，其特征在于，所述热水器包括位于所述内胆上部的第一加热管和位于所述内胆下部的第二加热管，所述根据所述热水器内胆的初始温度分布采用温度迭代方法计算所述热水器内胆内的实时温度，具体包括：

S10，判断t时刻所述内胆顶部的温度是否大于或等于所述第一加热管和第二加热管交替加热时的所述内胆顶部的温度；

S20，如果t时刻所述内胆顶部的温度大于或等于所述第一加热管和第二加热管交替加热时的所述内胆顶部的温度，则以第一加热管加热时的温度迭代方法计算每个能量块在t+1时刻的温度；

S30，如果t时刻所述内胆顶部的温度小于所述第一加热管和第二加热管交替加热时的所述内胆顶部的温度，则以第二加热管加热时的温度迭代方法计算所述每个能量块在t+1时刻的温度；

S40，根据t+1时刻所述每个能量块的温度获得所述内胆顶部的温度，并判断所述内胆顶部的温度是否小于或等于所述洗浴截止温度；

S50，如果所述内胆顶部的温度大于所述洗浴截止温度，则t＝t+1，并执行步骤S10。

6.如权利要求5所述的热水器剩余洗浴时间的计算方法，其特征在于，所述温度迭代方法满足以下公式：

$T_{\mathrm{ij}}^{t+1}=T_{\mathrm{ij}}^t+v_{\mathrm{ij}}\mathrm{\Δt}+\frac{\mathrm{Q\Δt}}{{\mathrm{Mv}}_0}(T_{(i-1)j}^t-T_{\mathrm{IJ}}^t),$ 其中，

为t+1时刻第(i，j)能量块的温度，i为从下向上的层数，i≤N，j为从左向右的能量块，j≤M，为t时刻第(i，j)能量块的温度，v_ij为第一加热管或第二加热管的加热速率，Δt为第二预设时间间隔，v₀为初始加热速率，Q为水流量，M为每层的能量块数量。

7.一种热水器，其特征在于，包括：

初始参数采集和存储装置；

控制器，所述控制器根据所述初始参数确定二维数据模型参数以建立二维数据模型，并根据所述二维数据模型参数以及温度分布估计方法估算所述热水器内胆的初始温度分布，以及根据所述热水器内胆的初始温度分布采用温度迭代方法计算所述热水器内胆内的实时温度，以及根据所述热水器内胆内的实时温度和所述二维数据模型参数计算所述热水器的剩余洗浴时间。

8.如权利要求7所述的热水器，其特征在于，所述初始参数采集和存储装置包括：

采集模块，用于采集所述热水器的状态参数和设定参数；

存储模块，用于存储所述热水器的几何参数以及热力学参数。

9.如权利要求7所述的热水器，其特征在于，所述二维数据模型参数包括所述热水器内胆垂直分层数量N以及每层的能量块数量M、和洗浴截止温度。

10.如权利要求9所述的热水器，其特征在于，通过温度传感器实时检测热水器内胆温度，所述控制器还用于在所述热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化小于或等于零时，根据保温温度分布估计方法计算每个能量块的初始温度，以估计所述热水器内胆的初始温度，以及在所述热水器内胆温度在第一预设时间间隔内的温度变化大于零时，根据升温温度分布估计方法计算每个能量块的初始温度，以估计所述热水器内胆的初始温度。

11.如权利要求9所述的热水器，其特征在于，所述热水器还包括：

位于所述热水器内胆上部的第一加热管；和

位于所述内胆下部的第二加热管。

12.如权利要求11所述的热水器，其特征在于，所述控制器还用于执行以下步骤：S10，判断t时刻所述内胆顶部的温度是否大于或等于所述第一加热管和第二加热管交替加热时的所述内胆顶部的温度；S20，如果t时刻所述内胆顶部的温度大于或等于所述第一加热管和第二加热管交替加热时的所述内胆顶部的温度，则以第一加热管加热时的温度迭代方法计算每个能量块在t+1时刻的温度；S30，如果t时刻所述内胆顶部的温度小于所述第一加热管和第二加热管交替加热时的所述内胆顶部的温度，则以第二加热管加热时的温度迭代方法计算所述每个能量块在t+1时刻的温度；S40，根据t+1时刻所述每个能量块的温度获得当前所述内胆顶部的温度，并判断所述当前内胆顶部的温度是否小于或等于所述洗浴截止温度；S50，如果所述当前内胆顶部的温度大于所述洗浴截止温度，则t＝t+1，并执行S10。

13.如权利要求12所述的热水器，其特征在于，所述温度迭代方法满足以下公式：

$T_{\mathrm{ij}}^{t+1}=T_{\mathrm{ij}}^t+v_{\mathrm{ij}}\mathrm{\Δt}+\frac{\mathrm{Q\Δt}}{{\mathrm{Mv}}_0}(T_{(i-1)j}^t-T_{\mathrm{IJ}}^t),$ 其中，

为t+1时刻第(i，j)能量块的温度，i为从下向上的层数，i≤N，j为从左向右的能量块，j≤M，为t时刻第(i，j)能量块的温度，v_ij为第一加热管或第二加热管的加热速率，Δt为第二预设时间间隔，v₀为初始加热速率，Q为水流量，M为每层的能量块数量。