CN109489260A - 一种热水器出水温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热水器出水温度控制方法，包括检测电池电量是否低于欠压值，若是，则控制充电机为电池充电，直至达到预设的工作电量值；获取水管中的水流流量信息，若水流流量为零，则控制全部MOS管处于断开状态，否则：若水管入口温度低于预设的低温阈值，则控制MOS管的占空比为80％；若水管入口温度高于预设的高温阈值，则控制MOS管的占空比为20％；若水管入口温度介于低温阈值与高温阈值之间，则控制MOS管的占空比为50％；实时检测水管出口温度，若低于预设的出水温度，则调节MOS管的占空比变大，若高于预设的出水温度，则调节MOS管减小占空比或者断开。本发明的控制方法能够在交流电不稳定的情况下恒温出水，提高用户体验。

Description

一种热水器出水温度控制方法

技术领域

本发明涉及热水器领域，特别涉及一种热水器出水温度控制方法。

背景技术

现有技术中主要有两种热水器，一种是燃气热水器，另一种是电热水器。关于前者，一般一户家庭中只装有一个燃气热水器，家中水龙头离燃气热水器有远有近，离得远的水龙头必须要排出大量的冷水之后，才能出热水，无法做到即开即热。

为此，很多家庭加装了电热水器，利用外部交流电源对水箱内的电热丝加热，这种电热水器要实现出水即开即热，功率必须要达到6kW以上，要求电源线在2.5平方毫米以上且家中需要布置独立的线路，普通的家庭用电线路根本无法实现，且一旦家庭用电线路断开，则热水器无法工作。

另一方面，电热水器工作时，无法保持水温恒定，比如，水流关小一点，温度就变高了，或者用着用着出水温度越来越低，造成恶劣的用户体验。

现有技术中没有一种即开即热的热水器，更没有一套完整的保持出水温度稳定的控制策略。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种热水器出水温度控制方法，技术方案如下：

本发明提供了一种热水器出水温度控制方法，适用于包括电池、BMS系统、充电机、MOS管、第一加热管及水管的热水器；其中，所述第一加热管与受BMS系统控制的MOS管为多个且一一对应，多个第一加热管并联设置在所述电池的两端，所述MOS管分别设置在每一个第一加热管所在的支路上；所述第一加热管设置在水管的外侧并为所述水管内的水提供热量，所述BMS系统的控制方法包括：

检测电池电量是否低于预设的欠压值，若是，则控制充电机为电池充电，直至电池电量达到预设的工作值；

获取水管中的水流流量信息，若水流流量为零，则控制全部MOS管处于断开状态，否则，根据水管入口温度控制相应的MOS管的占空比，包括：

若水管入口温度低于预设的低温阈值，则控制所述MOS管的占空比大于或等于60％；若水管入口温度高于预设的高温阈值，则控制所述MOS管的占空比小于或等于40％；若水管入口温度介于所述低温阈值与高温阈值之间，则控制所述MOS管的占空比处于40％-60％之间；

实时检测水管出口温度，若低于预设的出水温度，则调节部分或全部MOS管的占空比变大，若高于预设的出水温度，则调节部分或全部MOS管减小占空比或者断开。

进一步地，所述热水器还包括一个或多个第二加热管及与所述第二加热管一一对应的可控硅晶闸管，所述可控硅晶闸管控制对应的第二加热管与热水器外部的三相交流电源的通断，所述可控硅晶闸管受BMS系统控制；

若水管入口温度低于预设的低温阈值，则控制MOS管的同时控制至少一个可控硅晶闸管闭合；或者，

若水管出口温度低于预设的出水温度，则控制MOS管的同时控制至少一个可控硅晶闸管闭合；或者，

控制MOS管和可控硅晶闸管同时闭合或同时断开。

进一步地，若检测到电池电量降低到预设的节电电量阈值时，则控制至少一个可控硅晶闸管闭合。

进一步地，控制充电机为电池充电之前包括：检测充电机是否连接CAN通讯，若是，则控制充电机与电池之间线路上的第一继电器吸合以导通充电机与电池之间的回路，否则检查或修复充电机与外部三相交流电源的连接线路后，再次检测充电机的CAN通讯信号。

进一步地，在控制MOS管打开之前，预先由所述BMS系统控制与电源一端连接的第二继电器吸合。

进一步地，若检测到电池的电量低于警报阈值，则所述BMS系统控制热水器的警报装置发出警报信息。

进一步地，所述BMS系统根据热水器使用时间与电池电量降低速率的关系，得到当前电池剩余电量所对应的预估续航时间，并将所述预估续航时间向用户进行显示。

进一步地，若检测到水管中的水流流量变大，则调节部分或全部MOS管的占空比变大，和/或控制一个或多个可控硅晶闸管闭合；若检测到水管中的水流流量变小，则调节部分或全部MOS管减小占空比或者断开，和/或控制可控硅晶闸管断开。

优选地，若水管入口温度低于15℃，则控制所述MOS管的占空比等于80％；若水管入口温度高于30℃，则控制所述MOS管的占空比等于20％；若水管入口温度介于15℃与30℃之间，则控制所述MOS管的占空比等于50％。

进一步地，获取水管中的水流流量信息，若水流流量为零，则同时检测电池电量是否低于预设的充电电电量阈值，若是，则控制充电机对所述电池进行充电。

本发明能够产生以下有益效果：

a.利用高倍率磷酸铁锂电池为加热管提供电源，在停电的情况下仍然可以使用热水；

b.高倍率磷酸铁锂电池输出功率能够达到足够的功率，使热水器出水即开即热，且不必承担大功率跳闸的风险；

c.BMS系统管理控制直流功率输出和交流功率输出，协调总输出功率稳定，即使家庭输入线路电压不稳定的情况下依旧能够实现恒温出水；

d.通过出水口的温度和流量的检测值，BMS系统调节总输出功率，实现在不同出水量情况下的恒温出水。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的热水器的内部结构示意图；

图2是本发明实施例提供的热水器的外部结构示意图；

图3是本发明实施例提供的热水器出水温度控制方法流程图。

其中，附图标记为：1-电池，2-BMS系统2，3-充电机，4-MOS管，5-可控硅晶闸管，601-第一加热管，602-第二加热管，7-水管，8-高压管理单元，802-第一继电器，801-第二继电器，803-保险丝，9-流量传感器，10-DC-DC单元，11-温度传感器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明基于一种采用储能电池为热水器中加热管供电的热水器，通过电池的高功率输出，达到很高的加热效率，以实现热水器出水即开即热，提供了一种对其出水温度的控制方法。

首先对热水器的结构进行说明：参见图1，所述热水器包括电池1、BMS系统2、充电机3、直流功率控制单元、水管7及与所述直流功率控制单元对应的多个第一加热管601，参见图2，比如，所述第一加热管601的数量为四个，具体地，所述第一加热管601设置在水管7的外侧并为所述水管7内的水提供热量，四个第一加热管601并联设置在所述电池1的两端，所述直流功率控制单元对应于第一加热管601，参见图2，比如优选包括4个MOS管4，每一个第一加热管601所在的支路上设置有一个MOS管4；所述BMS系统2可以控制所述直流功率控制单元中的每一个MOS管4，具体为：向所述MOS管4发送方波，方波的占空比决定着MOS管4的通断及开关频率，导通的MOS管的数量越多，热水器的加热效率越快；MOS管4的开关频率越高，所述第一加热管601的功率就越大。

在本发明的一个优选实施例中，所述电池1为高倍率磷酸铁锂电池，每一组高倍率磷酸铁锂电池由多个电池片串联形成一个电池包，电池包的数量及每个电池包内电池片的数量可以视应用场合的需求而调整。需要说明的是，高倍率是锂电池行业内的专业术语，“倍率”实际上是指电池在规定的时间内放电其额定容量时所输出的电流值，数值上等于额定容量的倍数，一般高倍率锂电池支持2倍率(2C)充放电。理想状态来看，所述电池1的输出功率取决于电池包的个数和每个电池包内电池片的数量，只要电池片够多，则电池1的输出功率可以达到很大，在本实施例中，所述电池1的输出功率大于6kW，由于如此大的功率输出，热水器出水温度可以很快达到预设的温度值，实现“即开即热”。

电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS)是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池，主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电。BMS系统2主要实现以下几个功能：

(1)准确估测SOC：准确估测动力电池组的荷电状态(State of Charge，即SOC)，即电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池造成损伤，即监控储能电池的荷电状态；

(2)动态监测：在电池充放电过程中，实时采集蓄电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。同时能够及时给出电池状况，挑选出有问题的电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性，使剩余电量估计模型的实现成为可能。除此以外，还要建立每块电池的使用历史档案，为进一步优化和开发新型电、充电器、电动机等提供资料，为离线分析系统故障提供依据；

(3)电池间的均衡：即为单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。

在本发明的一个优选实施例中，所述BMS系统2还接入了电池外部传感器，比如，所述水管7的进水端和/或出水端设有温度传感器11，所述水管7的进水端和/或出水端设有流量传感器9，所述温度传感器11、流量传感器9均与所述BMS系统2的输入端连接。

所述热水器还包括DC-DC单元10，所述DC-DC单元10的输入端与所述电池1连接，输出端与所述BMS系统2、充电机3、直流功率控制单元、交流功率控制单元连接，所述DC-DC单元10用于为所述BMS系统2、充电机3、直流功率控制单元、交流功率控制单元提供直流电源，即将输入端输入的电池1的直流电转化为给电路板的比如12V供电电压。

所述热水器还包括高压管理单元8，所述高压管理单元8包括第一继电器802、第二继电器801和保险丝803，如图2所示，所述第一继电器802与保险丝803串联连接，所述第一继电器802用于控制电池1对第一加热管601的供电回路的通断，所述第二继电器801设置在总路上，用于控制充电机3对电池1的充电回路的通断。显然，所述第一继电器802和第二继电器801可以受控于所述BMS系统2：比如，当所述流量传感器9检测到水流信息并发送消息至BMS系统2，则BMS系统2发送指令给第一继电器802，第一继电器802收到指令后闭合，同时BMS系统2控制直流功率控制单元(MOS管4)闭合，则电池1与第一加热管601的回路导通，直流电源工作，热水器即热出水。

随着热水器的用水时间的延长，电池片的电量降低，为了延长所述电池1的续航时间，可选地，在必要的情况下，有BMS系统2控制接入交流辅助供电系统：所述热水器还包括交流功率控制单元、以及与所述交流功率控制单元对应的一个或多个第二加热管602，如图2所示，有两个第二加热管602；所述第二加热管602与热水器外部的三相交流电源(市电)连接，所述交流功率控制单元设置在所述第二加热管602所在的支路上，可选地，所述交流功率控制单元包括与所述第二加热管602一一对应的MOS管4或可控硅晶闸管5，以可控硅晶闸管5为例，比如当电池1的电池片的电量降低到某一电量值，则在直流供电的基础上，所述BMS系统2同时控制部分或全部可控硅晶闸管5闭合，则外部三相交流电源为第二加热管602供电，由于第二加热管602的协助加热，出水温度需求不变的情况下，则直流供电的输出功率需求自然就降低了，可以减少直流功率控制单元(MOS管4)闭合的数量，即减少接入的第一加热管601的数量；亦或者可以在所述BMS系统2的控制下降低每个电池片的放电速率。优选地，所述水管7由导热材料制成，所述第一加热管601和第二加热管602均为螺旋状，且绕设在所述水管7外壁上。

综上，所述BMS系统2通过控制直流功率控制单元的MOS管4的通断以控制第一加热管601的输出功率、通过控制交流功率控制单元的可控硅晶闸管5的通断以控制第二加热管602的输出功率，以及在电量低至某一阈值时控制第二继电器801闭合(同时控制第一继电器802闭合)，则所述充电机3为所述电池1充电(将外部三相交流电源转化为电池1的电能)。

所述电池1、BMS系统2、充电机3、直流功率控制单元、交流功率控制单元、加热元件及水管7设置在热水器壳体内，在一个优选的实施例中，所述热水器壳体上还设有显示屏，所述显示屏用于显示热水器的工作状态，比如水温信息、电池剩余电量信息等等。

在本发明的另一个实施例中，提供了一种热水系统，包括进水系统、出水龙头、三相交流电源及如上所述的热水器，所述热水器的水管7进水口与进水系统连接，所述热水器的水管7出水口与出水龙头连接，所述热水器的充电机3、交流功率控制单元、第二加热管602与所述三相交流电源连接，热水器的工作过程和工作原理如上所述，在此不再赘述。

下面对具体的出水温度控制方法进行详细说明：参见图3，所述控制方法包括以下流程：

预先由所述BMS系统控制与电源一端连接的第二继电器吸合，相当于闭合电路总开关；

检测电池电量是否低于预设的欠压值(比如10％电量值)，若是，则控制充电机为电池充电，直至电池电量达到预设的工作电量值(比如30％电量值)，具体包括：检测充电机是否连接CAN通讯，若是，则控制充电机与电池之间线路上的第一继电器吸合以导通充电机与电池之间的回路，否则检查或修复充电机与外部三相交流电源的连接线路后，再次检测充电机的CAN通讯信号；

获取水管中的水流流量信息，若水流流量为零，则控制全部MOS管处于断开状态，否则，根据水管入口温度控制相应的MOS管的占空比，包括：

若水管入口温度低于预设的低温阈值(优选为15℃)，则控制所述MOS管的占空比大于或等于60％(优选为80％)；若水管入口温度高于预设的高温阈值(优选为30℃)，则控制所述MOS管的占空比小于或等于40％(优选为20％)；若水管入口温度介于所述低温阈值与高温阈值之间，则控制所述MOS管的占空比处于40％-60％之间(优选为50％)；

预设一个出水温度范围，比如优选35-60℃，实时检测水管出口温度，若低于预设的出水温度(出水温度范围最低值，即35℃)，则调节部分或全部MOS管的占空比变大，若高于预设的出水温度(出水温度范围最高值，即60℃)，则调节部分或全部MOS管减小占空比或者断开。

在本发明的一个优选实施例中，在利用电池直流供电的同时，可以加入交流供电模式作为协助，有以下几种方式可以选择：

方式一、若水管入口温度低于预设的低温阈值，则控制MOS管的同时控制至少一个可控硅晶闸管闭合，这种模式适用于冬季，在冬天的时候，进入家庭水管的水温可能只有5-10℃，且锂电池放电活跃性也收到低温的影响，则如果要实现热水器即开即热，需要在放水阶段立即增加交流供电；

方式二、若水管出口温度低于预设的出水温度，则控制MOS管的同时控制至少一个可控硅晶闸管闭合，这种模式适用于电池已经使用一段时间后，为了避免MOS管的占空比过大，则在检测到电池供电仅能够勉强保持出水温度范围甚至有水温下降的趋势，则需增加交流供电；

方式三、控制MOS管和可控硅晶闸管同时闭合或同时断开，适用于用水时间过长或者电池损耗较大的情况，为了保证长时间稳定出热水，在用水一开始即增加交流供电，以最大程度增加电池的直流供电续航时间。

方式四、若检测到电池电量降低到预设的节电电量阈值(优选40％-60％的电量值)时，则控制至少一个可控硅晶闸管闭合。另一方面，若检测到电池的电量低于警报阈值(比如优选20％电量值)，则所述BMS系统控制热水器的警报装置发出警报信息，提醒用户尽快停止用水。优选地，在这种情况下，一旦检测到水流流量为0(表示用户停止使用热水器)，则BMS系统控制第一继电器和第二继电器闭合，开启充电机为热水器电池充电，优选地，在检测水流流量为0的情况下，需要判断是否需要为热水器电池充电，比如，预设一个充电电量阈值(60％-80％电量值)，假如在热水器不出水的时候，电池电量低于60％，则启动充电机，直至电量上升至80％则停止充电，以防止过充造成电池性能损害。

方式五、若检测到水管中的水流流量变大，则调节部分或全部MOS管的占空比变大，和/或控制一个或多个可控硅晶闸管闭合；若检测到水管中的水流流量变小，则调节部分或全部MOS管减小占空比或者断开，和/或控制可控硅晶闸管断开。

在一个优选的实施例中，所述BMS系统根据热水器使用时间与电池电量降低速率的关系，得到当前电池剩余电量所对应的预估续航时间，并将所述预估续航时间向用户进行显示，比如统计在过去的十分钟内，电量由40％降低为32％，则可以预估剩余续航时间应该是小于且接近40分钟，比如可以向用户提醒剩余续航时间范围为25-35分钟。

本发明的热水器，实现水电分离，提高用水的纯净度和安全性；利用大功率电池供电实现出水即热，能够在交流电不稳定的情况下恒温出水，不会因为外部断电影响用户使用热水，提高用户体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热水器出水温度控制方法，其特征在于，适用于包括电池(1)、BMS系统(2)、充电机(3)、MOS管(4)、第一加热管(601)及水管(7)的热水器；其中，所述第一加热管(601)与受BMS系统(2)控制的MOS管(4)为多个且一一对应，多个第一加热管(601)并联设置在所述电池(1)的两端，所述MOS管(4)分别设置在每一个第一加热管(601)所在的支路上；所述第一加热管(601)设置在水管(7)的外侧并为所述水管(7)内的水提供热量，所述BMS系统(2)的控制方法包括：

检测电池电量是否低于预设的欠压值，若是，则控制充电机为电池充电，直至电池电量达到预设的工作值；

获取水管中的水流流量信息，若水流流量为零，则控制全部MOS管处于断开状态，否则，根据水管入口温度控制相应的MOS管的占空比，包括：

若水管入口温度低于预设的低温阈值，则控制所述MOS管的占空比大于或等于60％；若水管入口温度高于预设的高温阈值，则控制所述MOS管的占空比小于或等于40％；若水管入口温度介于所述低温阈值与高温阈值之间，则控制所述MOS管的占空比处于40％-60％之间；

实时检测水管出口温度，若低于预设的出水温度，则调节部分或全部MOS管的占空比变大，若高于预设的出水温度，则调节部分或全部MOS管减小占空比或者断开。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述热水器还包括一个或多个第二加热管(602)及与所述第二加热管(602)一一对应的可控硅晶闸管(5)，所述可控硅晶闸管(5)控制对应的第二加热管(602)与热水器外部的三相交流电源的通断，所述可控硅晶闸管(5)受BMS系统(2)控制；

若水管入口温度低于预设的低温阈值，则控制MOS管的同时控制至少一个可控硅晶闸管闭合；或者，

若水管出口温度低于预设的出水温度，则控制MOS管的同时控制至少一个可控硅晶闸管闭合；或者，

控制MOS管和可控硅晶闸管同时闭合或同时断开。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，若检测到电池电量降低到预设的节电电量阈值时，则控制至少一个可控硅晶闸管闭合。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，控制充电机为电池充电之前包括：检测充电机是否连接CAN通讯，若是，则控制充电机与电池之间线路上的第一继电器吸合以导通充电机与电池之间的回路，否则检查或修复充电机与外部三相交流电源的连接线路后，再次检测充电机的CAN通讯信号。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在控制MOS管打开之前，预先由所述BMS系统控制与电源一端连接的第二继电器吸合。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，若检测到电池的电量低于警报阈值，则所述BMS系统控制热水器的警报装置发出警报信息。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述BMS系统根据热水器使用时间与电池电量降低速率的关系，得到当前电池剩余电量所对应的预估续航时间，并将所述预估续航时间向用户进行显示。

8.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，若检测到水管中的水流流量变大，则调节部分或全部MOS管的占空比变大，和/或控制一个或多个可控硅晶闸管闭合；

若检测到水管中的水流流量变小，则调节部分或全部MOS管减小占空比或者断开，和/或控制可控硅晶闸管断开。

9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，若水管入口温度低于15℃，则控制所述MOS管的占空比等于80％；若水管入口温度高于30℃，则控制所述MOS管的占空比等于20％；若水管入口温度介于15℃与30℃之间，则控制所述MOS管的占空比等于50％。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，获取水管中的水流流量信息，若水流流量为零，则同时检测电池电量是否低于预设的充电电量阈值，若是，则控制充电机对所述电池进行充电。