CN107444065A - 电动汽车空调控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车空调控制系统和方法，该系统包括空调控制器、压缩机、室内冷凝器、第一膨胀阀、室外冷凝器、第二膨胀阀、蒸发器以及储液器，并还包括：加热装置、第一电磁阀、温度风门、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一温度压力传感器以及环境光线传感器；车辆启动后，获取室内、室外温度信号、环境光照强度信号以及温度设定值；相应于该系统的控制方法是根据室内、室外温度信号、环境光照强度信号以及温度设定值，确定制冷或采暖模式，并对系统中的各部件进行调度，以执行空调的冷暖功能。本发明可以摒弃四通换向阀的使用，从而有效提升了制热性能，且解决了系统可靠性差的问题，进一步还能提升舒适性。

Description

电动汽车空调控制系统及方法

技术领域

本发明涉及车用空调技术领域，尤其涉及一种电动汽车空调控制系统及方法。

背景技术

热泵空调作为电动汽车的空调系统的可能性正逐步获得市场共识，然而，热泵空调系统在应用于电动汽车领域时，还有一些技术难点需要攻克，例如其在低温工况下效率较低，导致制热性能不佳；采用管翅式的换热器不能较好地满足抗振性和轻量化的要求；热泵空调采暖除霜时，利用热泵双向制冷制热，通过四通换向阀将制热过程转换成制冷过程，但热泵空调系统中的蒸发器和冷凝器频繁转换，破坏机组的正常运行，并且通过四通换向阀使制冷剂换向，导致系统可靠性较差；除霜过程不能向车内制热，反而从供热空间吸收热量，舒适性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动汽车空调控制系统及方法，以解决热泵空调所带来的诸多问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种电动汽车空调控制系统，包括空调控制器、压缩机、室内冷凝器、第一膨胀阀、室外冷凝器、第二膨胀阀、蒸发器以及储液器，其还包括：

加热装置、第一电磁阀、温度风门、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一温度压力传感器以及环境光线传感器；

所述压缩机的出口依次经由所述室内冷凝器和第一膨胀阀，连接至所述室外冷凝器的入口；所述室外冷凝器的出口分别与所述第一电磁阀的入口及第二膨胀阀的入口连接；所述第二膨胀阀的出口与所述蒸发器的入口连接；所述储液器的入口分别与所述第一电磁阀的出口及蒸发器的出口连接；所述储液器的出口与所述压缩机的入口连接；所述加热装置设置在所述储液器的出口与所述压缩机的入口之间的管路上，用于使管路中的制冷剂升温；

所述第一温度传感器设置在车舱内部，用于监测室内温度；所述第二温度传感器以及环境光线传感器，设置于车舱外部，用于监测室外温度以及环境光照强度；所述第三温度传感器设置于所述蒸发器处，用于监测蒸发器温度；所述温度风门与所述第二膨胀阀、蒸发器、室内冷凝器集于一体；所述第一温度压力传感器设置在所述压缩机的入口处，用于监测所述制冷剂的温度和压力；

所述空调控制器分别与所述加热装置、第一电磁阀、温度风门、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一温度压力传感器以及环境光线传感器电信号连接。

优选地，所述温度风门包括第一出风口、第二出风口和驱动器，且在所述第一出风口和第二出风口之间设有阀板，所述阀板与所述驱动器机械连接，所述驱动器与所述空调控制器电信号连接。

优选地，所述加热装置为正温度系数热敏电阻。

优选地，所述加热装置包括：加热水套、设有冷却水套的驱动电机、水泵、电机散热器、第一三通阀、第二电磁阀以及第二三通阀；所述加热水套套设在所述压缩机的入口前端的管路外，所述第一三通阀分别与所述电机散热器的出口、所述第二电磁阀的出口和所述冷却水套的入口连接；所述第二三通阀分别与所述电机散热器的入口、所述加热水套的入口和所述水泵的出口连接；所述水泵的入口与所述冷却水套的出口连接；所述第二电磁阀的入口与所述加热水套的出口连接；所述空调控制器分别与所述水泵、第二电磁阀以及第二三通阀电信号连接。

优选地，还包括：分别设置在所述第一膨胀阀及第二膨胀阀前端的第二温度压力传感器和第三温度压力传感器；所述空调控制器分别与所述第二温度压力传感器和第三温度压力传感器电信号连接。

一种电动汽车空调控制方法，包括：

车辆启动后，获取室内、室外温度信号、环境光照强度信号以及温度设定值；

根据所述室内、室外温度信号、环境光照强度信号以及温度设定值，计算热负荷需求，并根据所述热负荷需求确定工作模式：

在空调处于制冷模式时，启动压缩机，并通过控制电磁阀及膨胀阀接通制冷剂的制冷回路；禁能对制冷剂加热，并驱动温度风门处于制冷状态；获取蒸发器温度，并根据蒸发器温度控制压缩机运转；

在空调处于采暖模式时，启动所述压缩机，并通过控制所述电磁阀及膨胀阀接通制冷剂的采暖回路；使能对制冷剂加热，并驱动所述温度风门处于采暖状态；获取制冷剂温度和压力，并根据所述制冷剂温度和压力对制冷剂进行加热控制。

优选地，还包括：在空调处于所述采暖模式后，如果检测到所述室外温度信号小于等于预设的第一阈值，则进入除霜模式；并当所述室外温度信号大于等于预设的第二阈值时，退出除霜模式。

优选地，所述除霜模式包括：调整所述压缩机的排量，并驱动所述温度风门处于除霜状态。

优选地，所述获取制冷剂温度和压力包括：获取所述压缩机的入口处的制冷剂温度和压力。

优选地，所述根据所述制冷剂温度和压力对制冷剂进行加热控制包括：根据所述压缩机的入口处的制冷剂温度和压力，计算过热度；当所述过热度小于等于预设的第三阈值时，加热制冷剂；当所述过热度大于等于预设的第四阈值时，暂停加热制冷剂。

本发明及其优选方案可以替代现有的热泵空调系统，也即是摒弃了四通换向阀的使用，从而有效提升了制热性能，且较好地满足抗振性和轻量化的要求，并避免了由于频繁切换导致的系统可靠性差的问题，还能进一步提升乘员使用舒适性。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明提供的电动汽车空调控制系统的实施例的示意图；

图2为本发明提供的电动汽车空调控制系统的另一个实施例的示意图；

图3为本发明提供的电动汽车空调控制方法的实施例的流程图；

图4为本发明提供的采暖模式的较佳实施例的流程图。

附图标记说明：

1压缩机 2室内冷凝器 3第一膨胀阀 4室外冷凝器

5第三温度传感器 6第二膨胀阀 7蒸发器 8第一温度压力传感器

9储液器 10加热装置 11第一电磁阀 12第二温度压力传感器

13第三温度压力传感器 100加热水套 101冷却水套 102驱动电机

103水泵 104电机散热器 105第一三通阀 106第二电磁阀

107第二三通阀

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。

本发明提供了一种电动汽车空调控制系统的实施例，如图1所示，包括空调控制器、压缩机1、室内冷凝器2、第一膨胀阀3、室外冷凝器4、第二膨胀阀6、蒸发器7以及储液器9，其还包括：加热装置10、第一电磁阀11、温度风门、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器5、第一温度压力传感器8以及环境光线传感器；

该系统的具体连接方式，可参考图中所示，压缩机1的出口依次经由所述室内冷凝器2的入、出口，以及第一膨胀阀3的入、出口，连接至室外冷凝器4的入口；室外冷凝器4的出口分别与第一电磁阀11的入口及第二膨胀阀6的入口连接；第二膨胀阀6的出口与蒸发器7的入口连接；储液器9的入口分别与第一电磁阀11的出口及蒸发器7的出口连接；储液器9的出口与压缩机1的入口连接；加热装置10设置在储液器9的出口与压缩机1的入口之间的管路上，用于使管路中的制冷剂升温，在本实施例中加热装置10采用的是正温度系数热敏电阻(PTC)。

接续上文，第一温度传感器可以设置在车舱内部，用于监测室内温度，在实际操作中可以将第一温度传感器设置在室内冷凝器2处；第二温度传感器以及环境光线传感器可以设置在车舱外部，用于监测室外温度以及环境光照强度，在实际操作中可以将第二温度传感器设置在室外冷凝器4处或换热器处；第三温度传感器5可以设置在蒸发器7处，用于监测蒸发器温度；第一温度压力传感器8可以设置在压缩机的入口处的管路上，用于监测管路中的制冷剂的温度和压力，在实际操作中，第一温度压力传感器8可选用温度及压力检测集于一体的传感器，以便充分利用有限空间进行布置；关于温度风门，其具体可以包括第一出风口、第二出风口和驱动器，在实际操作中，第一出风口可以定义为热风出风口、第二出风口可以是冷风出风口；接着，在第一出风口和第二出风口之间还设有与所述驱动器机械连接的阀板，并且进一步地，可以考虑将温风门与第二膨胀阀6、蒸发器7、室内冷凝器2集于一体，构成系统中的“空调主机”；

电气连接方式(图中虚线表示电信号连接)可以是，空调控制器分别与加热装置10、第一电磁阀11、温度风门的驱动器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器5、第一温度压力传感器8以及环境光线传感器电信号连接。

本系统实施例的工作方式叙述如下：

由空调控制器确定不同的工作模式，形成不同的制冷剂循环回路，具体可以是，制冷模式：制冷回路为压缩机1→室内冷凝器2→第一膨胀阀3→室外冷凝器4→第二膨胀阀6→蒸发器7→储液器9，并驱动温度风门处于制冷状态，即驱动前述阀板将第一出风口关闭、第二出风口全开，同时禁能加热装置10；采暖模式：采暖回路为压缩机1→室内冷凝器2→第一膨胀阀3→室外冷凝器4→电磁阀11→储液器9，并驱动温度风门处于采暖状态，即驱动前述阀板将第一出风口全开、第二出风口关闭，同时使能加热装置10，具体可以是控制前述PTC调整输出功率，从而改变制冷剂温度；除霜模式：除霜回路为压缩机1→室内冷凝器2→第一膨胀阀3→室外冷凝器4→电磁阀11→储液器9，并驱动温度风门处于除霜状态，即驱动前述阀板处于第一出风口和第二出风口的中间位置，同时使能加热装置10，这里需要说明的是，阀板处在中间位置，并不意味着处于两个出风口的绝对正中间，即前述中间位置是可以根据实际需要进行调整，其目的是达到混合出风温度，对乘员形成较为舒适的体验。

基于上述实施例，本发明还提供了第二实施例，如图2所示，在该实施例中，加热装置10主要由加热水套100、设有冷却水套101的驱动电机102、水泵103、电机散热器104、第一三通阀105、第二电磁阀106以及第二三通阀107组成，这里需要提及的是，以上各部件皆可以采用电动汽车内部现有的设备和资源，因而第二实施例无需采用额外设置的PTC，其具体的设置方式可以参考图中所示，加热水套100套设在压缩机1的入口前端的管路外，第一三通阀1 05分别与电机散热器104的出口、第二电磁阀106的出口和冷却水套101的入口连接；第二三通阀107分别与电机散热器104的入口、加热水套100的入口和水泵103的出口连接；水泵103的入口与冷却水套101的出口连接；第二电磁阀106的入口与加热水套100的出口连接，空调控制器分别与水泵103、第二电磁阀106以及第二三通阀107电信号连接。由于驱动电机102在运转过程中会产生热量，所以能够通过加热水套100中的冷却液将压缩机1的入口前端管路中的制冷剂加热，具体来说，空调控制器可以根据制冷剂的温度，改变水泵103、第二电磁阀106以及第二三通阀107的开闭状态，例如在判断需要加热制冷剂时，空调控制器触发第二电磁阀106开启，并关断第二三通阀107流向电机散热器104的水路；若判断为无需加热，则可以触发第二电磁阀106关闭，并关闭第二三通阀107流向加热水套100的水路，而将冷却液体导向电机散热器104，使冷却液体的热量经由电机散热器104散至外部；同时，可以借由控制水泵103的转速，改变冷却液体流量，使其参与到前述加热控制之中。

进一步地，在第二实施例中，为了提升系统控制精度，还可以在第一膨胀阀3及第二膨胀阀6的前端，分别设置第二温度压力传感器12和第三温度压力传感器13，并且空调控制器分别与第二温度压力传感器12和第三温度压力传感器13电信号连接，从而为空调系统的控制提供更多的制冷剂温度和压力监测点和控制参考量。

综合上述实施例及其优选方案，相应地，本发明还提出了一种电动汽车空调控制方法，如图3所示，其具体包括：

步骤S1：车辆启动后，获取室内、室外温度信号、环境光照强度信号以及温度设定值，这里需说明的是温度设定值的获取可以是由人员在空调控制器的操作面板上实现；

步骤S2：根据室内、室外温度信号、环境光照强度信号以及温度设定值，计算热负荷需求，并根据热负荷需求确定工作模式：

步骤S3：空调处于制冷模式时，步骤S301：启动压缩机，并通过控制电磁阀及膨胀阀以接通制冷剂的制冷回路，具体在上述系统实施例中可以是触发第一电磁阀关闭、触发第二膨胀阀打开；步骤S302：禁能对制冷剂加热，也即是禁能前述加热装置，并驱动温度风门处于制冷状态；步骤S303：获取蒸发器温度，并根据所述蒸发器温度控制所述压缩机运转；

步骤S4：空调处于采暖模式时，步骤S401：启动压缩机，并通过控制所述电磁阀及膨胀阀以接通制冷剂的采暖回路，具体到上述系统实施例中可以是触发第一电磁阀开启、触发第二膨胀阀关闭；步骤S402：使能对制冷剂加热，也即是使能前述加热装置，并驱动温度风门处于采暖状态；步骤S403：获取制冷剂温度和压力，并根据所述制冷剂温度和压力对制冷剂进行加热控制，也即是控制上述系统实施例中的加热装置的运行。此处需进一步说明的是，获取制冷剂温度和压力可以是获取压缩机的入口处的制冷剂温度和压力。

这里需指出，本发明实施例中涉及的步骤标号中的数字，没有绝对的大小关系，也即是不一定代表先后顺序，其主要目的是使步骤描述清晰，例如前述步骤S3与步骤S4，实际可以是并列的关系，没有先后之分。

针对上述方法实施例中的采暖模式流程，本发明还提供了另一个较佳实施例，如图4所示，在空调处于采暖模式后，还包括步骤S404：如果检测到所述室外温度信号小于等于预设的第一阈值(例如-1℃)，则进入步骤S5：除霜模式，具体地，除霜模式可以包括步骤S501：根据预设的策略，调整压缩机的排量(例如可控制压缩机转速在2000转/分，或者在某一转速区间)，以及步骤S502：驱动温度风门处于除霜状态；接着，步骤S503：当所述室外温度信号大于等于预设的第二阈值(3℃)时，步骤S504：退出除霜模式并恢复采暖模式。

此外，前述根据所述制冷剂温度和压力对制冷剂进行加热控制可以具体为：根据所述压缩机的入口处的制冷剂温度和压力，计算过热度；当所述过热度小于等于预设的第三阈值(例如15℃)时，控制前述加热装置对所述制冷剂进行加热；当所述过热度大于等于预设的第四阈值(例如25℃)时，控制前述加热装置暂停对所述制冷剂加热，并继续计算、比较过热度。

综上，本发明及其优选方案可以替代现有的热泵空调系统，也即是摒弃了四通换向阀的使用，从而有效提升了空调系统的能效比，且较好地满足抗振性和轻量化的要求，并避免了由于频繁切换导致的系统可靠性差的问题，还能在除霜过程中进一步提升乘员使用舒适性。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上所述仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动汽车空调控制系统，包括空调控制器、压缩机、室内冷凝器、第一膨胀阀、室外冷凝器、第二膨胀阀、蒸发器以及储液器，其特征在于，还包括：

加热装置、第一电磁阀、温度风门、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一温度压力传感器以及环境光线传感器；

所述压缩机的出口依次经由所述室内冷凝器和第一膨胀阀，连接至所述室外冷凝器的入口；所述室外冷凝器的出口分别与所述第一电磁阀的入口及第二膨胀阀的入口连接；所述第二膨胀阀的出口与所述蒸发器的入口连接；所述储液器的入口分别与所述第一电磁阀的出口及蒸发器的出口连接；所述储液器的出口与所述压缩机的入口连接；所述加热装置设置在所述储液器的出口与所述压缩机的入口之间的管路上，用于使管路中的制冷剂升温；

所述第一温度传感器设置在车舱内部，用于监测室内温度；所述第二温度传感器以及环境光线传感器，设置于车舱外部，用于监测室外温度以及环境光照强度；所述第三温度传感器设置于所述蒸发器处，用于监测蒸发器温度；所述温度风门与所述第二膨胀阀、蒸发器、室内冷凝器集于一体；所述第一温度压力传感器设置在所述压缩机的入口处，用于监测所述制冷剂的温度和压力；

所述空调控制器分别与所述加热装置、第一电磁阀、温度风门、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一温度压力传感器以及环境光线传感器电信号连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温度风门包括第一出风口、第二出风口和驱动器，且在所述第一出风口和第二出风口之间设有阀板，所述阀板与所述驱动器机械连接，所述驱动器与所述空调控制器电信号连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述加热装置为正温度系数热敏电阻。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述加热装置包括：加热水套、设有冷却水套的驱动电机、水泵、电机散热器、第一三通阀、第二电磁阀以及第二三通阀；

所述加热水套套设在所述压缩机的入口前端的管路外，所述第一三通阀分别与所述电机散热器的出口、所述第二电磁阀的出口和所述冷却水套的入口连接；所述第二三通阀分别与所述电机散热器的入口、所述加热水套的入口和所述水泵的出口连接；所述水泵的入口与所述冷却水套的出口连接；所述第二电磁阀的入口与所述加热水套的出口连接；

所述空调控制器分别与所述水泵、第二电磁阀以及第二三通阀电信号连接。

5.根据权利要求1～4任一项所述的系统，其特征在于，还包括：分别设置在所述第一膨胀阀及第二膨胀阀前端的第二温度压力传感器和第三温度压力传感器；

所述空调控制器分别与所述第二温度压力传感器和第三温度压力传感器电信号连接。

6.一种电动汽车空调控制方法，其特征在于，包括：

车辆启动后，获取室内、室外温度信号、环境光照强度信号以及温度设定值；

根据所述室内、室外温度信号、环境光照强度信号以及温度设定值，计算热负荷需求，并根据所述热负荷需求确定工作模式：

在空调处于制冷模式时，启动压缩机，并通过控制电磁阀及膨胀阀接通制冷剂的制冷回路；禁能对制冷剂加热，并驱动温度风门处于制冷状态；获取蒸发器温度，并根据蒸发器温度控制压缩机运转；

在空调处于采暖模式时，启动所述压缩机，并通过控制所述电磁阀及膨胀阀接通制冷剂的采暖回路；使能对制冷剂加热，并驱动所述温度风门处于采暖状态；获取制冷剂温度和压力，并根据所述制冷剂温度和压力对制冷剂进行加热控制。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

在空调处于所述采暖模式后，如果检测到所述室外温度信号小于等于预设的第一阈值，则进入除霜模式；并当所述室外温度信号大于等于预设的第二阈值时，退出除霜模式。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述除霜模式包括：调整所述压缩机的排量，并驱动所述温度风门处于除霜状态。

9.根据权利要求6～8任一项所述的方法，其特征在于，所述获取制冷剂温度和压力包括：获取所述压缩机的入口处的制冷剂温度和压力。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述制冷剂温度和压力对制冷剂进行加热控制包括：根据所述压缩机的入口处的制冷剂温度和压力，计算过热度；

当所述过热度小于等于预设的第三阈值时，加热制冷剂；当所述过热度大于等于预设的第四阈值时，暂停加热制冷剂。