CN107571712A - 一种空调变频系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调变频系统。所述空调变频系统包括温度传感器、控制器以及空调压缩机；所述温度传感器的输出端连接控制器的第一输入端，所述控制器的第一输出端连接所述空调压缩机的输入端；所述温度传感器用于获取当前温度T_E并输出，所述空调控制器用于根据当前温度T_E以及设定温度T_S获得功率信号所述空调压缩机用于以对应功率信号的输出功率P_n工作。本发明增加了温度传感器，能够通过当前温度T_E的变化调整空调压缩机的功率，从而降低了空调压缩机工作时的电能消耗。

Description

一种空调变频系统

技术领域

本发明属于空调领域，更具体地，涉及一种空调变频系统。

背景技术

目前，在交通工具中，空调分为定频空调和变频空调。其中，变频空调要么配置通过空调智能面板开关，司机手动按键控制空调启动和调节温度；要么电动车内未与空调的变频功能配置相应的调控系统，空调从开机到关机仍然全程按照额定功率工作。然而此时变频空调压缩机无法进行调速，温度也无法进行调节，在驾驶室温度降低到人体舒适温度后，空调压缩机仍然不能降功率工作。长时间维持这种工作方式可能引起蒸发器结霜，进而导致空调压缩机停机，这个时候驾驶室内的温度一般很低接近冷凝器出风口温度，等到蒸发器化霜后压缩机再次开启，如此循环。该方法具有以下缺点：1、消耗多余的电能：在温度降低到人体舒适温度时不能降功率，还是以额定功率工作；2、驾驶室人员感受不好：驾驶室内温度不能自动控制维持在一个舒适的温度，在压缩机结霜停机时，驾驶室内温度过低；3、减少压缩机使用寿命：结霜停机和化霜启动增加了压缩机不必要的启停次数。

然而，现在技术中虽然有改变空调输出功率的技术，如普通室内空调的变频技术，但由于家用环境为静态环境，而交通工具为动态环境，家用空调的变频方法无法适用于交通工具中。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种空调变频系统，其目的在于通过在驾驶室内的安装热敏电阻，从而改变空调的额定功率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种空调变频系统，包括温度传感器、控制器以及空调压缩机；

所述温度传感器的输出端连接控制器的第一输入端，所述控制器的第一输出端连接所述空调压缩机的输入端；

所述温度传感器用于获取当前温度T_E并输出，所述控制器用于根据当前温度T_E以及设定温度T_S获得功率信号所述空调压缩机用于以对应功率信号的输出功率P_n工作，n为输出功率的当前档位。

优选地，所述空调变频系统还包括风速切换装置和鼓风机，所述风速切换装置的输出端连接控制器的第二输入端，所述控制器的第二输出端连接所述鼓风机的输入端；

所述风速切换装置用于获取风速命令并输出，所述控制器还用于根据功率信号以及风速命令获得风速信号S_n,k，所述鼓风机用于根据风速信号S_n,k以不同的风速W_n,k工作，k为风速的当前档位。

作为进一步优选地，所述控制器包括功率控制模块以及风速控制模块；所述功率控制模块的输入端作为所述控制器的第一输入端，第一输出端连接所述风速控制模块的第一输入端，输出端作为所述控制器的第一输出端；所述风速控制模块的第二输入端作为所述控制器的第二输入端，输出端作为所述控制器的第二输出端；

所述功率控制模块用于根据当前温度T_E以及设定温度T_S获得功率信号所述风速控制模块用于根据所述以及风速命令获得风速信号S_n,k。

优选地，所述空调变频系统还包括温度设定装置，所述温度设定装置的输出端连接所述控制器的第三输入端，所述温度设定装置用于设定环境温度T_S。

优选地，所述温度传感器的工作温度范围为T₁～T₂，其中，T₁为－50℃～－10℃，T₂为50℃～130℃。

优选地，所述温度传感器为热敏电阻，其误差值小于1％的自身阻值。

优选地，输出功率的当前档位n为1～N，N为2～5，且当n为2～N时，P_n－1＞P_n，N为输出功率的档位总数。

作为进一步优选地，N＝3；当T_E－T_S大于第一阈值ξ₁时，n＝1，当T_E－T_S小于第二阈值ξ₂时，n＝3，否则n＝2；其中，P₂为70％～85％P₁，P₃为40％～65％P₁，P₁为额定功率。

作为更进一步优选地，所述第一阈值ξ₁为2℃～5℃，所述第二阈值ξ₂为－5℃～－2℃。

作为进一步优选地，风速的当前档位k为1～K，K为3～6；当n＝1且k＞2时，W_n,k－1＝W_n,k，否则W_n,k－1＞W_n,k，K为风速的档位总数。

按照本发明的一个方面，还提供了一种包括上述空调变频系统的交通工具。

优选地，所述交通工具为电动车。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于增加了温度传感器，能够通过当前温度的变化调整空调压缩机的功率，从而具有下列有益效果：

1、在现有技术的基础上增加了对整合温度的监控采集，并通过整车控制器输出空调压缩机目标转速的控制信号改变空调压缩机的工作转速，进而改变空调压缩机的用电功率，最终改变车辆内部的温度；

2、降低空调压缩机工作时的电能消耗：由于空调压缩机的转速和空调压缩机消耗功率均为线性关系；经验证，当设定温度为25℃，当前温度在28℃～22℃区间内时，空调压缩机的工作能耗降低了20％；当前温度在22℃以下时，空调压缩机的工作能耗降低了40％；

3、改善室内的温度环境：将室内温度控制在设定温度T_S的一定范围内，并保持驾驶室人体舒适温度环境

4、在空调压缩机功率最大时，将鼓风机的风速由多档调整为仅有两档，可以在环境温度较高时将空调压缩机的冷风更快的交换至室内，从而降低温度、进一步降低空调压缩机的功率而起到节能效果；同时避免了以往在空调压缩机在高速挡而鼓风机在低速挡时，空调压缩机的冷气不能及时吹出导致空调的蒸发器内部温度骤降结霜；

5、减少空调压缩机启停次数：由于避免了蒸发器化霜导致空调压缩机停机的情况，从而减少了空调压缩机的启停次数。

附图说明

图1为本发明空调变频系统结构示意图；

图2为本发明实施例1的空调变频系统示意图；

图3为本发明实施例1的空调变频系统的控制原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种空调变频系统，所述空调变频系统包括温度传感器、风速切换装置、控制器、空调压缩机以及鼓风机；其中，控制器包括功率控制模块以及风速控制模块；如图1所示；

所述温度传感器的输出端连接功率控制模块的输入端，所述功率控制模块的第一输出端连接所述风速控制模块的第一输入端，所述风速切换装置的输出端连接风速控制模块的第二输入端，所述功率控制模块的输出端连接所述空调压缩机的输入端，所述风速控制装置的输出端连接所述鼓风机的输入端；

所述温度传感器用于获取当前温度T_E并输出，所述风速切换装置用于获取风速命令并输出，所述功率控制模块用于根据当前温度T_E以及设定温度T_S获得功率信号所述风速控制模块用于根据所述以及风速命令获得风速信号S_n,k，所述空调压缩机用于以对应功率信号的输出功率P_n工作，所述鼓风机用于根据风速信号S_n,k以不同的风速W_n,k工作，n为输出功率的当前档位，k为风速的当前档位。

其中，所述温度传感器的工作温度范围为T₁～T₂，其中，根据该空调变频系统使用地区的室外环境的区别，T₁为－50℃～－10℃，T₂为50℃～130℃；例如，可以以灵敏度大于1℃的热敏电阻作为温度传感器。

其中，输出功率的当前档位n为1～N，N为2～5，N为输出功率的档位总数，且当n为2～N时，P_n－1＞P_n，而当前温度T_E与设定温度T_S之差越大，所对应的不同的输出功率P_n也越大；输出功率的档位总数为1则不利于进行功率调节，让保持车内温度在合适的范围内，输出功率的档位总数超过5时，频繁调速控制器的发热量会增加，从而影响器件的使用寿命。

以N＝3为例，当T_E－T_S大于第一阈值ξ₁时，所述控制器的输出功率为第一输出功率P₁，当T_E－T_S小于第二阈值ξ₂时，所述控制器的输出功率为第三输出功率P₃，否则所述控制器的输出功率为第二输出功率P₂；比如第一阈值ξ₁可设定为2℃～5℃之间的任意固定值，所述第二阈值ξ₂可设定为－2℃～－5℃之间的任意固定值；所述第二输出功率P₂通常设定为70％～85％第一输出功率P₁之间的任意固定值，第三输出功率P₃通常设定为40％～65％第一输出功率P₁之间的任意固定值。

其中，所述不同的风速命令为第一风速命令第二风速命令…以及第K风速命令K为风速的档位总数，通常情况下W_n,k－1＞W_n,k，即随着风速的当前档位的升高，风速逐渐降低；然而当n＝1即输出功率为最大值时，k＞2时，W_n,k－1＝W_n,k，即风速命令对应的风速仅分两档，且一般两档中低档的风速为高档的60％～78％。这样在空调压缩机高速工作时，鼓风机也以高档风速工作，以便蒸发器的冷气及时吹到车内，避免冷风不能及时吹出而导致蒸发器冷气积压结霜，最终导致空调停机；而空调压缩机中速或者低速时，蒸发器产生的冷气量降低，此时鼓风机在任一风速档都能及时吹出冷气到车内，空调压缩机中档或者低档工作时说明车内的温度已经达到目标温度值或者低于目标温度值，车内和蒸发器处的温度已经处于一个相对稳定的阶段，不会有很大的温度差，也就是说蒸发器处的温度不会降到结霜的温度，如果空调压缩机中档工作时蒸发器的温度降得很低的话，车内的温度也会降低到空调压缩机低档的工作温度范围内，空调压缩机会立即降到低速挡，而空调压缩机低速档时的制冷量又会进一步降低，此时鼓风机最低风速档的导风量是完全有能力及时将蒸发器冷气导出到车内，解除蒸发器冷气积压的问题。

该空调变频系统不受静态条件的限制，尤其适用于交通工具如电动车中，以用于电动车中为例，温度传感器可设置于驾驶区回风口以采集当前温度。

实施例1

实施例1的空调变频系统包括高压电源、空调高压接触器、空调压缩机、热敏电阻、空调、空调电源、暖风开关、压缩机高速继电器、暖风电机以及鼓风机电源，如图2所示；

其中，低压电源输出给空调开关的输入端和鼓风电机的输入端，空调开关闭合后，空调开关的输出端的电源给到空调继电器线圈的输入端，再到(空调蒸发器)温控器的输入端，温度正常的话，温控器的输出端电源给到鼓风机开关的输入端，打开任一鼓风机档位后，温控器输出端和压缩机高速继电器线圈输出端接地，同时鼓风机开关闭合相应的档位，鼓风机工作，空调同时继电器闭合，低压电源输出给空调继电器常开开关的输入端，空调继电器常开开关的输出端接到空调压缩机压力开关的输入端，压缩机无压力故障时空调压力开关仍处于闭合状态，压力开关的输出端电源给到空调压缩机的输入端，压缩机低压上电工作。同时此电源给到整车控制器的输入端，告诉整车控制器空调可以正常开启工作，整车控制器的输出端输出空调高压控制信号给空调高压接触器线圈的输入端，空调高压接触器常开开关闭合，高压电源给到空调压缩机的输入端，空调压缩开始转动工作。整车控制器读取驾驶区内回风口的热敏电阻阻值，按照传感器的阻值温度对应表得出驾驶区温度，按照温度所在的范围判定压缩机的目标转速输出率，整车控制器输出相应的PWM信号(压缩机的转速和PWM信号的占空比成线性关系，此关系表由压缩机厂家提供)给压缩机，压缩机按照此PWM信号以相应的转速工作。

鼓风机电源的输出端连接暖风电机的输入端，空调电源连接空调开关的输入端，空调开关的输出端连接空调包括温控器、压力开关、空调继电器、空调开关；空调开关闭合后，电源给到空调继电器线圈，再到温控器，温度正常的话，电源给到暖风开关，打开任一鼓风机档位后，温控器负极和压缩机高速继电器线圈负极接地，同时鼓风机开关闭合相应的档位，鼓风机工作，空调同时继电器闭合，低压电源经过空调继电器内部的常开开关到空调压缩机的压力开关，压缩机无压力故障时此电源给到空调压缩机，压缩机上电工作。同时此电源给到整车控制器，告诉整车控制器空调可以正常开启工作，整车控制器输出空调高压控制信号给空调高压接触器线圈，空调高压接触器常开开关闭合，高压电源给到空调压缩机，空调压缩开始转动工作。整车控制器读取驾驶区内回风口的热敏电阻阻值，按照传感器的阻值温度对应表得出驾驶区温度，按照温度所在的范围判定压缩机的目标转速输出率，整车控制器输出相应的PWM信号(压缩机的转速和PWM信号的占空比成线性关系，此关系表由压缩机厂家提供)给压缩机，压缩机按照此PWM信号以相应的转速工作。

其中，热敏电阻设置于驾驶室内的空调回风口，其阻值R＝5KΩ，B＝3270，工作温度范围为－30℃～110℃，用于输出温度信号。该热敏电阻也可以利用PT100型电阻的温度传感器(阻值＝84.27Ω～138.51Ω，工作温度范围为－40℃～100℃)替代。

所述整车控制器用于根据热敏电阻的输出信号与设定的目标温度的温度差(设定25℃，可调，一般取值范围22℃～28℃)进行对比，获得控制信号；所述控制信号包括第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号，各对应一个压缩机的工作转速档位，如表1所示。

表1温度差、控制信号类型、压缩机工作档位与转速输出率的关系

温度差	T≥3℃	－3＜T＜3℃	≤－3℃
				控制信号类型	第一控制信号	第二控制信号	第三控制信号
压缩机工作档位	高速挡	中速档	低速档
				转速输出率	100％	80％	60％

低速档时，车内的温度就会保持或者慢慢上升，避免压缩机停机，以避免频繁停机对寿命造成影响。

压缩机用于根据整车控制器的控制信号进行工作档位的调整，从而使得空调在不同的额定功率下工作；

鼓风机根据压缩机的档位以及司机对暖风开关切换的档位进行工作；鼓风机的风速一般分3～5档，风速逐档升高或者逐档降低，本实施例中1档为最高档，4档最低档，其中1档风速为4.92m/min，2档3.57m/min，三档2.56m/min，4档1.23m/min；当压缩机工作档位为高速档，达到1档时，鼓风机将以1档工作，打到其他档位，不论是1档、2档还是3档，鼓风机都将以2档风速工作；压缩机中速和低速档时，整车控制器向鼓风机高速控制电源发出控制信号，使其断开，驾驶员开启鼓风机，鼓风机按照司机操作的当前档位工作；

以设定温度为25℃为例，上述空调变频系统的工作过程包括以下步骤，如图3所示：

S1.整车的鼓风机电源、空调电源以及高压电源正常上电；

S2.整车控制器采集读取驾驶区回风口温度传感器电阻值，得出驾驶区温度；

S3.鼓风机开关打开步骤，同时空调开关打开；。

S4.在空调电源开关手动打开、空调压缩机无压力过压故障、空调蒸发器无温度过低(空调厂家在蒸发器内部装有温度传感器，检测蒸发器温度，温控器读取此蒸发器温度信号，温度过低时，温控器开关断开)、鼓风机手动开启(鼓风机任一档位均可)、整车低压电正常上电，以上条件都满足的情况下，此电源由整车低压电源提供给压缩机，控制压缩机开启，进入S5，否则进入S8；

S5.如果回风口温度≥28℃进入S61，如果28℃＞回风口温度＞22℃，进入S62，否则进入S63；与此同时，判断空调开关是否关闭，如果是，直接进入S7；

S61.鼓风机在1、2、3、4档工作，2、3、4档位均按照2档风速输出，司机可手动切换档位；(1档最高，4档最低)；同时，PWM控制压缩机高速(100％)工作；同时判断空调开关是否关闭，如果是，直接进入S7；否则重新返回S5；

S62.鼓风机在1、2、3、4档工作，司机可手动切换档位；PWM控制压缩机高速(80％)工作；同时判断空调开关是否关闭，如果是，直接进入S7；否则重新返回S5；

S63.鼓风机在1、2、3、4档工作，司机可手动切换档位；PWM控制压缩机高速(60％)工作；同时判断空调开关是否关闭，如果是，直接进入S7；否则重新返回S5；

S7.空调压缩机停机；

S8.鼓风机开关关闭。

经验证，当驾驶舱体积3m³，驾驶舱外环境温度35℃，设定温度为25℃时，使用了该空调变频系统与定频系统相比，驾驶区温度在28℃～22℃区间内时，空调压缩机的工作能耗降低了20％；驾驶区温度在22℃以下时，空调压缩机的工作能耗降低了40％。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空调变频系统，其特征在于，包括温度传感器、控制器以及空调压缩机；

所述温度传感器的输出端连接控制器的第一输入端，所述控制器的第一输出端连接所述空调压缩机的输入端；

所述温度传感器用于获取当前温度T_E并输出，所述空调控制器用于根据当前温度T_E以及设定温度T_S获得功率信号所述空调压缩机用于以对应功率信号的输出功率P_n工作，n为输出功率的当前档位。

2.如权利要求1所述的空调变频系统，其特征在于，还包括风速切换装置和鼓风机，所述风速切换装置的输出端连接控制器的第二输入端，所述控制器的第二输出端连接所述鼓风机的输入端；

所述风速切换装置用于获取风速命令并输出，所述控制器还用于根据功率信号以及风速命令获得风速信号S_n,k，所述鼓风机用于根据风速信号S_n,k以不同的风速W_n,k工作，k为风速的当前档位。

3.如权利要求2所述的空调变频系统，其特征在于，所述控制器包括功率控制模块以及风速控制模块；所述功率控制模块的输入端作为所述控制器的第一输入端，第一输出端连接所述风速控制模块的第一输入端，输出端作为所述控制器的第一输出端；所述风速控制模块的第二输入端作为所述控制器的第二输入端，输出端作为所述控制器的第二输出端；

所述功率控制模块用于根据当前温度T_E以及设定温度T_S获得功率信号所述风速控制模块用于根据所述以及风速命令获得风速信号S_n,k。

4.如权利要求1所述的空调变频系统，其特征在于，所述空调变频系统还包括温度设定装置，所述温度设定装置的输出端连接所述空调控制器的第三输入端，所述温度设定装置用于设定环境温度T_S。

5.如权利要求1所述的空调变频系统，其特征在于，输出功率的当前档位n为1～N，输出功率的档位总数N为2～5，且当n为2～N时，P_n－1＞P_n。

6.如权利要求5所述的空调变频系统，其特征在于，N＝3；当T_E－T_S大于第一阈值ξ₁时，n＝1，当T_E－T_S小于第二阈值ξ₂时，n＝3，否则n＝2；其中，P₂为70％～85％P₁，P₃为40％～65％P₁，P₁为额定功率。

7.如权利要求6所述的空调变频系统，其特征在于，所述第一阈值ξ₁为2℃～5℃，所述第二阈值ξ₂为－5℃～－2℃。

8.如权利要求5所述的空调变频系统，其特征在于，风速的当前档位k为1～K，，K为3～6；当n＝1且k＞2时，W_n,k－1＝W_n,k，否则W_n,k－1＞W_n,k，K为风速的档位总数。

9.一种包括如权利要求1-8中任意一项所述空调变频系统的交通工具。

10.如权利要求9所述的交通工具，所述交通工具为电动车。