CN111674233A - 一种混动空调系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调设备技术领域，公开了一种混动空调系统及其控制方法，其中该混动空调系统中的压缩机上设有电动机，电动机传动连接于压缩机，压缩机的输入端设有离合器，离合器用于与发动机传动连接；该混动空调系统的控制方法包括：S1.检测混动空调系统是否接入市电，若是则混动空调系统由市电供电，压缩机在电动机的带动下工作；若否则执行步骤S2；S2.检测混动空调系统是否与电池连接，若是则混动空调系统由电池供电，压缩机在电动机的带动下工作；若否则执行步骤S3；S3.车辆发动机启动，检测车辆电源是否有电，若是则混动空调系统的部分装置由车辆电源供电，压缩机在发动机的带动下工作；若否则判定为供电故障，并返回步骤S1。

Description

一种混动空调系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及空调设备技术领域，尤其涉及一种混动空调系统及其控制方法。

背景技术

随着社会的飞速发展，具有特殊用途的特种车辆的需求越来越大。为了满足车辆乘坐人员的舒适性需求，医疗采血车、消防专用车等特种车辆上必须配装空调以提供舒适的环境。

这些特种车辆由于行车时间较短，驻车时间较长，若采用单一电驱动或发动机驱动空调的压缩机，能耗较大，不够经济实用。针对该类特种车辆，目前行业内通常的做法是为空调提供混合驱动方式，即具有两台压缩机的空调系统，其中一台压缩机由车辆发动机驱动(行车开启)，另一台电动压缩机由外部电源驱动(驻车开启)，以达到节能降耗的目的。因为两台压缩机共用一套空调系统，因回油能力不一样，其中一台压缩机容易因缺油而过早损坏，另外由于采用两台压缩机，该空调系统需要占用较大的车体空间，不利于车体空间的利用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种混动空调系统，该混动空调系统的压缩机既能够由发动机驱动，又能够由电力驱动，不仅能够避免缺油问题，还能减小空调系统占用的空间。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种混动空调系统，包括：

压缩机、四通阀、室外换热器、膨胀阀和室内换热器，所述压缩机的出口通过所述四通阀连通于所述室外换热器的第一接口，所述膨胀阀连通于所述室外换热器的第二接口和所述室内换热器的第一接口之间，所述室内换热器的第二接口通过所述四通阀与所述压缩机的进口相连通；

所述压缩机上设有电动机，所述电动机的输出端传动连接于所述压缩机的输入端，所述压缩机的输入端设有离合器，所述离合器用于与发动机的输出端传动连接。

作为优选，所述电动机上设有电气接线盒，所述电气接线盒用于外接电源。

作为优选，所述电动机和所述离合器分别设置于所述压缩机输出轴的两端。

本发明的另一个目的在于提供一种混动空调系统的控制方法，用于控制上述混动空调系统，包括以下步骤：

S1.检测混动空调系统是否接入市电，若是则第一交流接触器吸合，所述混动空调系统由市电供电，压缩机在电动机的带动下工作；若否则执行步骤S2；

S2.检测所述混动空调系统是否与外部电池连接，若是则直流接触器吸合，所述混动空调系统由所述电池供电，所述压缩机在所述电动机的带动下工作；若否则执行步骤S3；

S3.车辆发动机启动，电源切换装置切换，检测车辆电源是否有电，若是则所述混动空调系统的部分装置由所述车辆电源供电，所述压缩机在所述发动机的带动下工作；若否则判定为供电故障，并返回步骤S1。

作为优选，所述第一交流接触器吸合后，所述步骤S1还包括：

S11.室内换热器风机工作；

S12.对空调的温度进行设定；

S13.当混动空调系统满足制冷或制热的输出条件时，室外换热器风机工作，并且所述电动机带动所述压缩机工作。

作为优选，所述室内换热器风机和所述室外换热器风机与所述市电整流成的直流电相连接；所述电动机与经变频处理后的所述市电相连接。

作为优选，所述压缩机通过第二交流接触器与经变频处理后的所述市电相连接。

作为优选，在所述步骤S3中，室内换热器风机和室外换热器风机由所述车辆电源供电。

作为优选，若所述车辆电源有电，所述步骤S3还包括：

S31.室内换热器风机工作；

S32.对空调的温度进行设定；

S33.当混动空调系统满足制冷或制热的输出条件时，室外换热器风机工作，并且所述发动机怠速升高，所述发动机通过离合器带动所述压缩机工作。

作为优选，所述混动空调系统满足制冷或制热的输出条件为所述室内换热器的温度达到所述空调的设定温度。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种混动空调系统，该混动空调系统的压缩机上设有电动机和离合器，电动机的输出端传动连接于压缩机的输入端，离合器也连接于压缩机的输入端，用于与发动机的输出端传动连接，使得压缩机既能够由电动机带动工作，还能够通过离合器由发动机带动工作，不仅能够通过一台压缩机实现空调的混合驱动，减小空调系统占用的空间，还能够避免两个压缩机因回油能力不一样从而导致的一台压缩机容易缺油的问题。

本发明还提供了一种混动空调系统的控制方法，该混动空调系统的控制方法，能够依次检测该混动空调系统是否接入了市电，是否与外部电池连接，接入的车辆电源是否有电，使得车辆在驻车时，该混动空调系统中的压缩机能够优先使用市电作为能源，其次使用外部电池作为能源，能够尽可能地减少对车辆本身燃油的能耗，有利于节能降耗。

附图说明

图1是本发明具体实施方式所提供的混动空调系统制冷时的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式所提供的混动空调系统制热时的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式所提供的混动空调系统中的压缩机的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式所提供的混动空调系统的控制方法的电气控制策略；

图5是本发明具体实施方式所提供的混动空调系统的控制方法的电气逻辑判定图。

图中：

1、压缩机；11、电动机；12、离合器；2、四通阀；3、室外换热器；31、室外换热器风机；4、膨胀阀；5、室内换热器；51、室内换热器风机；6、电气接线盒。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明提供一种混动空调系统，如图1-图2所示，该混动空调系统包括压缩机1、四通阀2、室外换热器3、膨胀阀4和室内换热器5，压缩机1的出口通过四通阀2连通于室外换热器3的第一接口，膨胀阀4连通于室外换热器3的第二接口和室内换热器5的第一接口之间，室内换热器5的第二接口通过四通阀2与压缩机1的进口相连通。优选地，该混动空调系统还包括室外换热器风机31和室内换热器风机51，室外换热器风机31安装于室外换热器3上，用于促进室外换热器3周围的空气流动，室内换热器风机51安装于室内换热器5上，用于促进室内换热器5周围的空气流动。

优选地，该混动空调系统还包括泄压阀和高压力传感器，泄压阀和高压力传感器安装于四通阀2和压缩机1的出口之间的管路上，高压力传感器用于检测压缩机1输出的冷媒的压力，有利于保证输出冷媒的压力，泄压阀能够防止压缩机1输出的冷媒压力过高，能够防止冷媒输送管道因压力过高而受损。

在本实施例中，膨胀阀4和室外换热器3之间设置有干燥过滤器，干燥过滤器能够除去冷媒中的水分。具体地，干燥过滤器和膨胀阀4之间设置有视液镜，用以观察管路中冷媒的状态。

优选地，该混动空调系统还包括回气温度传感器，能够对流回压缩机1的冷媒温度进行检测。更为优选地，回气温度传感器和压缩机1的进口之间的管路上设置有低压力传感器和气液分离器，低压力传感器用于检测流回压缩机1的冷媒的压力，有利于保证流回冷媒的压力，气液分离器用于对流回的冷媒进行气液分离。具体地，压缩机1的进口和出口处均设有气门芯，便于向该混动空调系统中冲入冷媒。

如图1所示，当该混动空调系统制冷时，冷媒通过压缩机1压缩成高温高压的气体，然后依次经过泄压阀和高压力传感器，再经过四通阀2进入室外换热器3，在室外换热器3中放热冷凝成高压液体，经过干燥过滤器和视液镜后经膨胀阀4节流成低压气液混合物进入室内换热器5，在室内换热器风机51的作用下与车辆内的空气进行换热，冷媒吸热汽化，对车内进行降温，低温低压的气态冷媒经四通阀2、回气温度传感器、低压力传感器和气液分离器回到压缩机1，实现对车辆内部的制冷。

如图2所示，当该混动空调系统制热时，冷媒通过压缩机1压缩成高温高压的气体，然后依次经过泄压阀和高压力传感器，再经过四通阀2进入室内换热器5通过室内换热器风机51与车内空气进行热量交换(冷媒变为被冷却的高压液体)，使车内升温，被冷却的高压液体流出室内换热器5经膨胀阀4节流成低压气液混合物，然后流经视液镜和干燥过滤器后进入室外换热器3与室外空气换热后汽化，汽化后的冷媒通过四通阀2后再流经回气温度传感器、低压力传感器和气液分离器后流回压缩机1，实现对车辆内部的加热。

如图3所示，在本实施例中，压缩机1上设有电动机11，电动机11的输出端传动连接于压缩机1的输入端，使得压缩机1能够在电动机11的带动下工作。压缩机1的输入端设有离合器12，离合器12用于与发动机的输出端传动连接，使得压缩机1能够在发动机的带动下工作。具体地，电动机11和离合器12分别设置于压缩机1输出轴的两端，使得电动机11和离合器12能够相对布置，便于电动机11和离合器12的布置，有利于减少压缩机1占用的空间结构。可以理解的是，压缩机1能够适应R134a、R407C、R1234yf和R415B等多种制冷剂，压缩机1具有较强的适应性。

优选地，离合器12上设置有B型槽、C型槽或PK轮槽中的一种，使得发动机的输出端能够通过V带或多楔带与离合器12实现传动连接。更为优选地，离合器12为电磁离合器，使得该混动空调系统能够通过离合器12实现发动机和压缩机1之间传动连接的快速切断和连接。

在本实施例中，电动机11为可变频运转的永磁电动机,其能实现顺时针和逆时针运转。优选地，电动机11上设有电气接线盒6，电气接线盒6用于外接电源，使得该压缩机1能够利用市电或外部电池作为能源。

本实施例还提供一种混动空调系统的控制方法，用于控制上述混动空调系统。可以理解的是，如图4所示，该混动空调系统的控制方法用以控制的混动空调系统，该混动空调系统还包括断路保护开关、快速熔断器、直流接触器、第一交流接触器、第二交流接触器，可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)、变频器、DC-DC变换器(直流-直流变换器)、电源切换装置和控制面板等。具体地，PLC和变频器组装成一个整体模块，即PLC-变频器模块，市电接口与PLC-变频器模块之间的连接线路中依次设有断路保护开关和第一交流接触器，DC-DC变换器连接于PLC-变频器模块的一个输出端，电源切换装置的两个输入端分别连接于车辆电源和DC-DC变换器上，电源切换装置的输出端与室外换热器风机31和室内换热器风机51连接，为室外换热器风机31和室内换热器风机51的运转提供动力。第二交流接触器连接于PLC-变频器模块的一个输出端和压缩机1之间，用于将经变频器变频处理后的市电与压缩机1上的电动机11连通。该混动空调系统的控制方法包括如下步骤：

S1.检测混动空调系统是否接入市电，若是则第一交流接触器吸合，混动空调系统由市电供电，压缩机1在电动机11的带动下工作；若否则执行步骤S2。

在本实施例中，第一交流接触器吸合后，步骤S1还包括：

S11.室内换热器风机51工作。

S12.对空调的温度进行设定。

S13.当混动空调系统满足制冷或制热的输出条件时，室外换热器风机31工作，并且电动机11带动压缩机1工作。

当检测到混动空调系统接入市电(例如380V交流电)后，控制面板打开，第一交流接触器吸合，PLC-变频器模块接收市电供电，变频器内部完成预充并将市电整流成直流电输入给DC-DC变换器，DC-DC变换器将直流电变换成27.5V直流电供给室外换热器风机31和室内换热器风机51。首先，室内换热器风机51工作，促进室内换热器5与车内空气进行热量交换，然后通过控制面板对空调的温度进行设定，当混动空调系统满足制冷或制热的输出条件时，室外换热器风机31启动工作，并且经过一定的预设时间后第二交流接触器吸合，电动机11带动压缩机1工作。值得说明的是，混动空调系统满足制冷或制热的输出条件为室内换热器5的温度达到空调的设定温度。

优选地，该混动空调系统的PLC能够根据控制面板设定的空调温度来控制室外换热器风机31转速、室内换热器风机51的转速和电动机11带动压缩机1转动的转速，有利于使该混动空调系统以较低的能耗实现对车辆内部环境温度和湿度的调节。更为优选地，该混动空调系统的PLC对压缩机1转速的控制是通过控制PLC-变频器模块中的变频器向第二交流接触器输出的交流电的频率来实现的，使得该混动空调系统的PLC对压缩机1转速的控制方便。

S2.检测混动空调系统是否与外部电池连接，若是则直流接触器吸合，混动空调系统由电池供电，压缩机1在电动机11的带动下工作；若否则执行步骤S3。

在本实施例中，直流接触器吸合后，步骤S2还包括：

S21.室内换热器风机51工作。

S22.对空调的温度进行设定。

S23.当混动空调系统满足制冷或制热的输出条件时，室外换热器风机31工作，并且电动机11带动压缩机1工作。

当检测到混动空调系统与外部电池连接(例如550V直流电)后，控制面板打开，直流接触器吸合，PLC-变频器模块接收外部电池供电，变频器内部完成预充并将直流电输入给DC-DC变换器，DC-DC变换器将直流电变换成27.5V直流电供给室外换热器风机31和室内换热器风机51。首先，室内换热器风机51工作，促进室内换热器3与车内空气进行热量交换，然后通过控制面板对空调的温度进行设定，当混动空调系统满足制冷或制热的输出条件时，室外换热器风机31启动工作，并且经过一定的预设时间后第二交流接触器吸合，使经变频器变频处理后的交流电接通电动机11，电动机11带动压缩机1工作。值得说明的是，混动空调系统满足制冷或制热的输出条件为室内换热器5的温度达到空调的设定温度。

同样地，在步骤S2中，该混动空调系统的PLC也能够根据控制面板设定的空调温度来控制室外换热器风机31的转速、室内换热器风机51的转速和电动机11带动压缩机1转动的转速，有利于使该混动空调系统以较低的能耗实现对车辆内部环境温度和湿度的调节。该混动空调系统的PLC对压缩机1转速的控制也是通过控制PLC-变频器模块中的变频器向第二交流接触器输出的交流电的频率来实现的，使得该混动空调系统的PLC对压缩机1转速的控制方便。

S3.车辆发动机启动，电源切换装置切换，检测车辆电源是否有电，若是则混动空调系统的部分装置由车辆电源供电，压缩机1在发动机的带动下工作；若否则判定为供电故障，并返回步骤S1。

在本实施例中，若车辆电源有电，步骤S3还包括：

S31.室内换热器风机51工作；

S32.对空调的温度进行设定；

S33.当混动空调系统满足制冷或制热的输出条件时，室外换热器风机31工作，并且发动机怠速升高，发动机通过离合器12带动压缩机1工作。

当车辆发动机启动后，电源切换装置切换，控制面板打开，检测到车辆电源有电(例如24V直流电)后，电源切换装置切换将车辆电源与室外换热器风机31和室内换热器风机51连通，PLC能够控制室外换热器风机31和室内换热器风机51转动。首先，室内换热器风机51工作，促进室内换热器5与外界空气进行热量交换，然后通过控制面板对空调的温度进行设定，当混动空调系统满足制冷或制热的输出条件时，室外换热器风机31启动工作，并且经过一定的预设时间后发动机怠速升高，离合器12连接，使得发动机通过离合器12带动压缩机1工作。

在步骤S3中，该混动空调系统的PLC也能够根据控制面板设定的空调温度来控制室外换热器风机31的转速、室内换热器风机51的转速和电动机11带动压缩机1转动的转速，有利于使该混动空调系统以较低的能耗实现对车辆内部环境温度和湿度的调节。该混动空调系统的PLC对压缩机1转速的控制是通过PLC-变频器模块发出转速提升或转速下降信号给车辆，使车辆的发动机转速提升或转速下降来实现压缩机1转速的提升或下降，实现该混动空调系统的PLC对压缩机1转速的控制。

如图5所示，通过上述混动空调系统的控制方法，该混动空调系统能够在电车空调模式和常规空调模式之间切换运行，能够保证该混动空调系统在行车和驻车时长期运行，能够尽可能地减少对车辆本身燃油的能耗，有利于节能降耗。值得说明的是，电车空调模式是指该混动空调系统由电驱动用于调节车室内的温度、湿度，给乘客提供舒适环境；常规空调模式是指该混动空调系统由车辆发动机驱动用于调节车室内的温度、湿度，给乘客提供舒适环境。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混动空调系统，其特征在于，包括：

压缩机(1)、四通阀(2)、室外换热器(3)、膨胀阀(4)和室内换热器(5)，所述压缩机(1)的出口通过所述四通阀(2)连通于所述室外换热器(3)的第一接口，所述膨胀阀(4)连通于所述室外换热器(3)的第二接口和所述室内换热器(5)的第一接口之间，所述室内换热器(5)的第二接口通过所述四通阀(2)与所述压缩机(1)的进口相连通；

所述压缩机(1)上设有电动机(11)，所述电动机(11)的输出端传动连接于所述压缩机(1)的输入端，所述压缩机(1)的输入端设有离合器(12)，所述离合器(12)用于与发动机的输出端传动连接。

2.根据权利要求1所述的混动空调系统，其特征在于，所述电动机(11)上设有电气接线盒(6)，所述电气接线盒(6)用于外接电源。

3.根据权利要求1所述的混动空调系统，其特征在于，所述电动机(11)和所述离合器(12)分别设置于所述压缩机(1)输出轴的两端。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的混动空调系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.检测混动空调系统是否接入市电，若是则第一交流接触器吸合，所述混动空调系统由市电供电，压缩机(1)在电动机(11)的带动下工作；若否则执行步骤S2；

S2.检测所述混动空调系统是否与外部电池连接，若是则直流接触器吸合，所述混动空调系统由所述电池供电，所述压缩机(1)在所述电动机(11)的带动下工作；若否则执行步骤S3；

S3.车辆发动机启动，电源切换装置切换，检测车辆电源是否有电，若是则所述混动空调系统的部分装置由所述车辆电源供电，所述压缩机(1)在所述发动机的带动下工作；若否则判定为供电故障，并返回步骤S1。

5.根据权利要求4所述的混动空调系统的控制方法，其特征在于，所述第一交流接触器吸合后，所述步骤S1还包括：

S11.室内换热器风机(51)工作；

S12.对空调的温度进行设定；

S13.当混动空调系统满足制冷或制热的输出条件时，室外换热器风机(31)工作，并且所述电动机(11)带动所述压缩机(1)工作。

6.根据权利要求5所述的混动空调系统的控制方法，其特征在于，所述室内换热器风机(51)和所述室外换热器风机(31)与所述市电整流成的直流电相连接；所述电动机(11)与经变频处理后的所属市电相连接。

7.根据权利要求6所述的混动空调系统的控制方法，其特征在于，所述压缩机(1)通过第二交流接触器与经变频处理后的所述市电相连接。

8.根据权利要求4所述的混动空调系统的控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，室内换热器风机(51)和室外换热器风机(31)由所述车辆电源供电。

9.根据权利要求4所述的混动空调系统的控制方法，其特征在于，若所述车辆电源有电，所述步骤S3还包括：

S31.室内换热器风机(51)工作；

S32.对空调的温度进行设定；

S33.当混动空调系统满足制冷或制热的输出条件时，室外换热器风机(31)工作，并且所述发动机怠速升高，所述发动机通过离合器(12)带动所述压缩机(1)工作。

10.根据权利要求5或9所述的混动空调系统的控制方法，其特征在于，所述混动空调系统满足制冷或制热的输出条件为所述室内换热器(5)的温度达到所述空调的设定温度。

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