CN111845264A - 基于变参数pi控制器控制的跨临界co2热管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统及方法,所述系统使用定参数的排气压力PI控制器调节膨胀阀控制排气压力,使用变参数的车厢温度PI控制器和送风温度PI控制器,分别调节风机和压缩机的转速,控制送风温度和车厢温度,考虑到PI控制器的调节特性,为了使系统尽快达到稳态,同时兼顾车厢快速降温或升温,初始时刻,压缩机以额定转速工作,风机以最大转速工作,随后排气压力PI控制器、送风温度PI控制器和车厢温度PI控制器依次分时工作。所述控制方法使车厢可以快速升温或降温,同时自动调节送风温度,保证乘客热舒适性,分时控制策略使系统工作更加稳定安全,同时使排气压力保持在最优排气压力,节能环保。
Description
技术领域
本发明属于跨临界CO2制冷制热领域,特别涉及一种基于变参数PI控制的跨临界CO2热管理系统及控制方法。
背景技术
近年来,电动汽车等新能源汽车有了巨大的发展,但冬季制热问题引发的里程焦虑依然是制约电动汽车发展的因素之一。传统燃油汽车在冬季使用发动机余热提供车内供暖需求,因此只要求在夏季使用空调系统制冷,一般使用制冷剂R134a,不具备冬季低环境温度制热能力,因此,在电动汽车中,冬季制热时需要使用辅助电加热,效率低,耗能大,会造成电池快速消耗,行驶里程降低,为了解决制热造成的行驶里程衰减问题,需要新的空调系统,CO2由于具有十分优异的制热性能,也能满足夏季的制冷需求,且十分环保,是十分有潜力的替代制冷剂。
在传统汽车的R134a制冷空调系统中,一般使用定频压缩机,用热力膨胀阀或电子膨胀阀控制压缩机吸气过热度,但在跨临界CO2制冷制热系统中,传统控制策略不再适用,一方面,由于跨临界CO2循环的散热过程是在超临界区,制冷剂有温度滑移,存在最优排气压力,使系统COP最大,因此一般使用电子膨胀阀控制排气压力,另一方面,系统使用变频压缩机,因此使用压缩机转速控制系统制冷量和制热量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统及方法,以解决上述技术问题。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统,包括:压缩机,制热换热器,主换热器,室外换热器,回热器,储液器,膨胀阀,三通阀,四通换向阀,风机,HVAC模块,排气压力PI控制器,车厢温度PI控制器,送风温度PI控制器,排气压力传感器,车厢温度传感器,送风温度传感器和全通节流阀;
压缩机的出口通过制热换热器连接四通换向阀的D口,四通换向阀的A口依次连接室外换热器、回热器的第一通道、主换热器、全通节流阀和四通换向阀的C口,四通换向阀的A 口连接三通阀的第一口,三通阀的第二口连接回热器的第二通道入口,回热器的第二通道出口连接压缩机的入口,三通阀的第三口连接回热器的第二通道出口;
排气压力传感器布置在压缩机的排气管路上,连接排气压力PI控制器;排气压力PI控制器连接膨胀阀,通过调节膨胀阀控制排气压力在目标值;车厢温度传感器布置在车厢内,连接车厢温度PI控制器,车厢温度PI控制器连接风机,通过控制风机的转速控制车厢温度;送风温度传感器布置在HVAC模块的出风口,连接送风温度PI控制器,送风温度PI控制器通过调节压缩机的转速控制送风温度到目标值。
进一步的,车厢温度PI控制器和送风温度PI控制器为变参数PI控制器,排气压力PI控制器为单参数PI控制器。
进一步的,在制热模式下,压缩机出口的高温制冷剂依次通过制热换热器和主换热器,与依次通过主换热器和制热换热器的低温空气进行换热,随后经过膨胀阀节流,经过回热器后进入室外换热器,吸热后经过储液器,随后通过三通阀直接旁通至压缩机的吸气侧;
制冷模式下,压缩机出口的高温制冷剂先经过制热换热器,此时HVAC模式风门关闭,使HVAC内空气不流经制热换热器,高温CO2经过四通换向阀进入室外换热器放热后再进入回热器过冷,随后被膨胀阀节流,进入主换热器吸收热量,再经过四通换向阀进入储液器,出口的低温制冷剂通过三通阀进入回热器使室外换热器出口的制冷剂过冷,随后回到压缩机的吸气侧;
两种模式中,全通节流阀均全部开启,没有节流作用;
进入HVAC模块的空气流动有两种模式,新风模式下,空气全部来自车外环境,回风模式下,空气来自车厢内被冷却或者加热后的空气。
基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统的控制方法,排气压力PI控制器,车厢温度PI控制器和送风温度PI控制器使用分时控制策略:
基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统开始工作,压缩机以额定转速工作,风机以最大转速工作,排气压力PI控制器开始调节膨胀阀控制排气压力至设定值,定义排气压力调节误差
ΔP=|Pactural-Ptarget|
其中,Pactural是排气压力传感器测得的实际排气压力,Ptarget是排气压力PI控制器需要控制的目标排气压力;定义排气压力调节精度为εP,
当ΔP≤εP时,送风温度PI控制器开始调节压缩机的转速,使送风温度Tsupply稳定在目标值,定义送风温度调节误差:
ΔT=Tsupply-Tsup_target
其中,Tsupply是送风温度传感器测得的实际送风温度,Tsup_target是送风温度PI控制器需要控制的目标送风温度;定义送风温度调节精度为εT,
当ΔT<εT时,车厢温度PI控制器开始调节HVAC内风机的转速,控制车厢温度Treturn,使达到用户设定的车厢温度Tcabin。
进一步的,目标排气压力Ptarget是使COP最大的最优排气压力,由以下公式给出
Pdis=0.0045texv 2-0.1728texv+10.566
其中,Pdis是排气温度,texv是制冷剂在膨胀阀前的温度。
进一步的,制冷和制热模式下,排气压力调节精度为εP=0.5MPa。
进一步的,目标送风温度是车厢温度的函数,且在制冷和制热模式下不同;
制冷模式下,
制热模式下,
制冷和制热模式下,送风温度调节精度为εT=3℃。
基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统,可以风挡玻璃结雾时进行除雾,并且具有两种风挡玻璃除雾模式:
小除湿量除雾模式下,全通节流阀内径减小,进入节流状态。压缩机出口的高温制冷剂经过制热换热器和四通换向阀DC通道后直接经过全通节流阀被节流到中间压力,经过主换热器后在节流阀中再次被节流到更低压力,之后依次通过回热器第一通道,室外换热器和四通换向阀AB通道,离开储液器后经三通阀进入回热器,最后回到压缩机;
大除湿量除雾模式下,全通节流阀全部开启,压缩机出口的高温制冷剂先经过制热换热器释放热量,再经过四通换向阀进入室外换热器后再进入回热器过冷,随后被膨胀阀节流,进入主换热器,再经过四通换向阀进入储液器,出口的低温制冷剂通过三通阀进入回热器使室外换热器出口的制冷剂过冷,随后回到压缩机的吸气侧;
两种除雾模式下,HVAC中,车内回风风门关闭,模式风门打开车外新风进入后,先经过主换热器降温除湿,再经过制热换热器被加热,最终,低含湿量的高温空气吹向风挡玻璃进行除雾。
进一步的,基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统除雾模式的控制方法,车厢温度PI控制器和送风温度PI控制器的参数与制热模式相同,送风PI控制器,回风温度PI 控制器和排气压力PI控制器对压缩机,风机和电子膨胀阀的调节控制与制热模式相同,但目标送风温度为:
在小除湿量模式下,阀后压力PI控制器调节全通节流阀,控制全通节流阀的阀后压力为 3.6MPa,阀后压力由阀后压力传感器测得;大除湿量模式下,阀后压力PI控制器不工作。
进一步的,基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统除雾模式,其进入由用户直接控制,系统收到除雾指令后,根据车外环境温度自动选择不同的除雾模式,当环境温度低于15℃时,控制系统进入小除湿量除雾模式,当环境温度不低于15℃时,控制系统进入大除湿量除雾模式;
系统在除雾模式下运行2min后,自动退出除雾模式,并恢复进入制热模式。
特别的,当环境温度在5至20℃之间时(5℃≤Tair≤20℃),跨临界CO2热管理系统自动进入除雾模式,并保持在除雾模式下运行。
基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统,还具有室外换热器化霜模式,在制热模式运行时,可以自动判断化霜需求进入化霜模式;
室外换热器出口制冷剂温度为Tout_HX,环境温度为Tsur,当Tout_HX-Tsur≥12K,系统判断进入化霜模式,压缩机停机,随后切换到制冷模式,同时,风机停转,HVAC所有风门关闭,压缩机以额定转速工作,送风温度PI控制器和车厢温度PI控制器不起调节作用,排气压力PI 控制器通过调节电子膨胀阀,控制排气压力为4.5MPa。
在化霜模式下运行2min后,自动退出化霜模式,压缩机停机,随后恢复到制热模式。
与现有技术相比,本发明有以下有益效果:
本发明一种基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2制冷制热系统,能够同时满足电动汽车的夏季制冷和冬季制热需求,减少能源消耗,节能环保,使用三个PI控制器控制该系统,使系统满足制冷和制热需求,且系统能效比较高,分级调节快速获得目标车厢温度,调节维持合适的送风温度和车厢温度,可以保持良好的热舒适性,同时具有两种风挡玻璃除雾模式和制热工况室外换热器自动化霜功能。
附图说明
图1是一种基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2制冷制热系统的结构示意图。
其中:1压缩机,2制热换热器,3主换热器,4室外换热器,5回热器,6储液器,7膨胀阀,8三通阀,9四通换向阀,10风机,11 HVAC模块,12排气压力PI控制器,13车厢温度PI控制器,14送风温度PI控制器,15排气压力传感器,16车厢温度传感器,17送风温度传感器,18全通节流阀,19阀后压力PI控制器,20阀后压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照附图1所示,本发明提供了一种基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2制冷制热系统,包括:压缩机1、制热换热器2、主换热器3、室外换热器4、回热器5、储液器6、膨胀阀7、三通阀8、四通换向阀9、风机10、HVAC模块11、排气压力PI控制器12、车厢温度 PI控制器13、送风温度PI控制器14、排气压力传感器15、车厢温度传感器16、送风温度传感器17和全通节流阀18。
压缩机1的出口通过制热换热器2连接四通换向阀9的D口,四通换向阀9的A口依次连接室外换热器4、回热器5的第一通道、主换热器3、全通节流阀18和四通换向阀9的C 口,四通换向阀9的A口连接三通阀8的第一口,三通阀8的第二口连接回热器5的第二通道入口,回热器5的第二通道出口连接压缩机1的入口,三通阀8的第三口连接回热器5的第二通道出口。阀后压力PI控制器19连接全通节流阀18。全通节流阀18与主换热器3之间设有阀后压力传感器20,阀后压力传感器20的输出端连接阀后压力PI控制器19。
排气压力传感器15布置在压缩机1的排气管路上,连接排气压力PI控制器12;排气压力PI控制器12连接膨胀阀7,通过调节膨胀阀7控制排气压力在目标值;车厢温度传感器16 布置在车厢内,连接车厢温度PI控制器13,车厢温度PI控制器13连接风机10,通过控制风机10的转速控制车厢车厢温度;送风温度传感器17布置在HVAC模块11的出风口,连接送风温度PI控制器14,送风温度PI控制器14通过调节压缩机1的转速控制送风温度到目标值。
系统通过控制四通换向阀9和三通阀8切换不同流路,可以在制冷和制热两种模式下工作,在两种模式下,车厢温度PI控制器13和送风温度PI控制器14需要有不同的PI参数,因此,使用变参数PI控制器,排气压力PI控制器12则使用单参数PI控制器。
本发明提供一种基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2制冷制热系统的控制方法,包括:排气压力PI控制器12、车厢温度PI控制器13和送风温度PI控制器14使用分时控制策略。
初始时刻,送风温度传感器17测量值为环境温度,在制冷和制热模式下均与送风风温度 PI控制器14调节目标值Tsup_target相差较大,若送风温度PI控制器14从初始时刻开始工作,会调节压缩机1在高转速下工作,达到稳态后得转速一般更低,转速的波动也会影响排气压力 PI控制器12通过调节膨胀阀7控制排气压力,从而容易使排气压力有较大波动,甚至超过压缩机1允许的排气压力范围;同时,为了快速达到目标车厢温度,风机10在初始时刻以最大转速工作。
因此,初始时刻,压缩机1以额定转速工作,风机10以最大转速工作,排气压力PI控制器12开始调节膨胀阀7控制排气压力至设定值,定义排气压力调节误差:
ΔP=|Pactural-Ptarget|
其中,Pactural是排气压力传感器15测得的实际排气压力,Ptarget是排气压力PI控制器12 需要控制的目标排气压力。定义排气压力调节精度为εP;
当ΔP≤εP时,送风温度PI控制器14再开始调节压缩机的转速,使送风温度Tsupply稳定在目标值,定义送风温度调节误差
ΔT=Tsupply-Tsup_target
其中,Tsupply是送风温度传感器17测得的实际送风温度,Tsup_target是送风温度PI控制器 14需要控制的目标送风温度。定义送风温度调节精度为εT;
当ΔT<εT时,车厢温度PI控制器开始调节HVAC内风机的转速,控制车厢温度Treturn,使达到用户设定的车厢温度Tcabin。
上述控制方法中,各PI控制器控制的参数值如下所述:
目标排气压力Ptarget是使COP最大的最优排气压力,由以下公式给出:
Pdis=0.0045texv 2-0.1728texv+10.566
其中,Pdis是排气温度,texv是制冷剂在膨胀阀前的温度。
制冷和制热模式下,排气压力调节精度推荐值为εP=0.5MPa。
目标送风温度是车厢温度的函数,且在制冷和制热模式下不同。
制冷模式下,
制热模式下,
制冷和制热模式下,送风温度调节精度的推荐值为εT=3℃。
特别的,基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统,可以风挡玻璃结雾时进行除雾,并且具有两种风挡玻璃除雾模式:
小除湿量除雾模式下,全通节流阀内径减小,进入节流状态。压缩机出口的高温制冷剂经过制热换热器2和四通换向阀9的DC通道后直接经过全通节流阀18被节流到中间压力,经过主换热器3后在节流阀7中再次被节流到更低压力,之后依次通过回热器5第一通道,室外换热器4和四通换向阀9的AB通道,离开储液器6后经三通阀8进入回热器5,最后回到压缩机1;
大除湿量除雾模式下,全通节流阀18全部开启,压缩机1出口的高温制冷剂先经过制热换热器2释放热量,再经过四通换向阀9进入室外换热器4后再进入回热器5过冷,随后被膨胀阀7节流,进入主换热器3,再经过四通换向阀9进入储液器6,出口的低温制冷剂通过三通阀8进入回热器5使室外换热器4出口的制冷剂过冷,随后回到压缩机1的吸气侧;
特别地,两种除雾模式下,HVAC11中,车内回风风门关闭,模式风门打开车外新风进入后,先经过主换热器3降温除湿,再经过制热换热器2被加热,最终,低含湿量的高温空气吹向风挡玻璃进行除雾。
在除雾模式下运行时,送风温度PI控制器14,车厢温度PI控制器13和排气压力控制器 12对压缩机1,风机10和电子膨胀阀7的调节控制与制热模式相同,但目标送风温度为:
在小除湿量模式下,阀后压力PI控制器19调节全通节流阀18,控制全通节流阀18的阀后压力为3.6MPa,阀后压力由阀后压力传感器20测得;大除湿量模式下,阀后压力PI控制器19不工作。
当环境温度在5至20℃之间时(5℃≤Tair≤20℃),跨临界CO2热管理系统自动进入除雾模式,并保持在除雾模式下运行。
除雾模式的进入也可以由用户直接控制,系统收到除雾指令后,根据车外环境温度自动选择不同的除雾模式,当环境温度低于15℃时,控制系统进入小除湿量除雾模式,当环境温度不低于15℃时,控制系统进入大除湿量除雾模式;
系统在除雾模式下运行2min后,自动退出除雾模式,并恢复进入制热模式。
基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统,还具有室外换热器化霜模式,在制热模式运行时,可以自动判断化霜需求进入化霜模式;
室外换热器4出口制冷剂温度为Tout_HX,环境温度为Tsur,当Tout_HX-Tsur≥12K,系统判断进入化霜模式,压缩机1停机,随后切换到制冷模式,同时,风机10停转,HVAC11所有风门关闭,压缩机1以额定转速工作,排气压力PI控制器12通过调节电子膨胀阀7,控制排气为4.5MPa。
在化霜模式下运行2min后,自动退出化霜模式,压缩机1停机,随后恢复到制热模式。
由技术常识可知,本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此,上述公开的实施方案,就各方面而言,都只是举例说明,并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (10)
1.基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统,其特征在于,包括:压缩机(1),制热换热器(2),主换热器(3),室外换热器(4),回热器(5),储液器(6),膨胀阀(7),三通阀(8),四通换向阀(9),风机(10),HVAC模块(11),排气压力PI控制器(12),车厢温度PI控制器(13),送风温度PI控制器(14),排气压力传感器(15),车厢温度传感器(16),送风温度传感器(17)和全通节流阀(18);
压缩机(1)的出口通过制热换热器(2)连接四通换向阀(9)的D口,四通换向阀(9)的A口依次连接室外换热器(4)、回热器(5)的第一通道、主换热器(3)、全通节流阀(18)和四通换向阀(9)的C口,四通换向阀(9)的A口连接三通阀(8)的第一口,三通阀(8)的第二口连接回热器(5)的第二通道入口,回热器(5)的第二通道出口连接压缩机(1)的入口,三通阀(8)的第三口连接回热器(5)的第二通道出口;
排气压力传感器(15)布置在压缩机(1)的排气管路上,连接排气压力PI控制器(12);排气压力PI控制器(12)连接膨胀阀(7),通过调节膨胀阀(7)控制排气压力在目标值;车厢温度传感器(16)布置在车厢内,连接车厢温度PI控制器(13),车厢温度PI控制器(13)连接风机(10),通过控制风机(10)的转速控制车厢温度;送风温度传感器(17)布置在HVAC模块(11)的出风口,连接送风温度PI控制器(14),送风温度PI控制器(14)通过调节压缩机(1)的转速控制送风温度到目标值。
2.根据权利要求1所述基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统,其特征在于,车厢温度PI控制器(13)和送风温度PI控制器(14)为变参数PI控制器,排气压力PI控制器(12)为单参数PI控制器。
3.根据权利要求1所述基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统,其特征在于,在制热模式下,压缩机(1)出口的高温制冷剂依次通过制热换热器(2)和主换热器(3),与依次通过主换热器(3)和制热换热器(2)的低温空气进行换热,随后经过膨胀阀(7)节流,经过回热器(5)后进入室外换热器(4),吸热后经过储液器(6),随后通过三通阀(8)直接旁通至压缩机(1)的吸气侧;
制冷模式下,压缩机(1)出口的高温制冷剂先经过制热换热器(2),此时HVAC模式风门关闭,使HVAC内空气不流经制热换热器(2),高温CO2经过四通换向阀(9)进入室外换热器(4)放热后再进入回热器(5)过冷,随后被膨胀阀(7)节流,进入主换热器(3)吸收热量,再经过四通换向阀(9)进入储液器(6),出口的低温制冷剂通过三通阀(8)进入回热器(5)使室外换热器(4)出口的制冷剂过冷,随后回到压缩机(1)的吸气侧;
制冷制热模式下,全通节流阀(18)均处于全通状态,制冷剂经过后不会节流;
进入HVAC模块(11)的空气流动有两种模式,新风模式下,空气全部来自车外环境,回风模式下,空气来自车厢内被冷却或者加热后的空气。
4.权利要求1所述的基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统的控制方法,其特征在于,排气压力PI控制器(12),车厢温度PI控制器(13)和送风温度PI控制器(15)使用分时控制策略:
基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统开始工作,压缩机(1)以额定转速工作,风机(10)以最大转速工作,排;气压力PI控制器(12)开始调节膨胀阀(7)控制排气压力至设定值,定义排气压力调节误差
ΔP=|Pactural-Ptarget|
其中,Pactural是排气压力传感器(15)测得的实际排气压力,Ptarget是排气压力PI控制器(12)需要控制的目标排气压力;定义排气压力调节精度为εP,
当ΔP≤εP时,送风温度PI控制器(15)开始调节压缩机(1)的转速,使送风温度Tsupply稳定在目标值,定义送风温度调节误差:
ΔT=Tsupply-Tsup_target
其中,Tsupply是送风温度传感器(17)测得的实际送风温度,Tsup_target是送风温度PI控制器(14)需要控制的目标送风温度;定义送风温度调节精度为εT,
当ΔT<εT时,车厢温度PI控制器(13)开始调节HVAC内风机(10)的转速,控制车厢温度Treturn,使达到用户设定的车厢温度Tcabin。
5.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,目标排气压力Ptarget是使COP最大的最优排气压力,由以下公式给出
Pdis=0.0045texv 2-0.1728texv+10.566
其中,Pdis是排气温度,texv是制冷剂在膨胀阀前的温度。
7.根据权利要求1所述的基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统,其特征在于,具有两种风挡玻璃除雾模式:
小除湿量除雾模式下,全通节流阀(18)内径减小,进入节流状态;压缩机(1)出口的高温制冷剂经过制热换热器(2)和四通换向阀(9)DC通道后直接经过全通节流阀(18)被节流到中间压力,经过主换热器(3)后在节流阀(7)中再次被节流到更低压力,之后依次通过回热器(5)第一通道,室外换热器(4)和四通换向阀(9)AB通道,离开储液器(6)后经三通阀(8)进入回热器(5),最后回到压缩机(1);
大除湿量除雾模式下,全通节流阀(18)全部开启,压缩机(1)出口的高温制冷剂先经过制热换热器(2)释放热量,再经过四通换向阀(9)进入室外换热器(4)后再进入回热器(5)过冷,随后被膨胀阀(7)节流,进入主换热器(3),再经过四通换向阀(9)进入储液器(6),出口的低温制冷剂通过三通阀(8)进入回热器(5)使室外换热器(4)出口的制冷剂过冷,随后回到压缩机(1)的吸气侧;
两种除雾模式下,HVAC(11)中,车内回风风门关闭,模式风门打开车外新风进入后,先经过主换热器(3)降温除湿,再经过制热换热器(2)被加热,最终,低含湿量的高温空气吹向风挡玻璃进行除雾。
9.根据权利要求7所述的基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统,其特征在于,模式的进入由用户直接控制,系统收到除雾指令后,根据车外环境温度自动选择不同的除雾模式,当环境温度低于15℃时,控制系统进入小除湿量除雾模式,当环境温度不低于15℃时,控制系统进入大除湿量除雾模式;
系统在除雾模式下运行2min后,自动退出除雾模式,并恢复进入制热模式。
10.一种基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统,其特征在于,具有室外换热器化霜模式,在制热模式运行时,自动判断化霜需求进入化霜模式;
室外换热器(4)出口制冷剂温度为Tout_HX,环境温度为Tsur,当Tout_HX-Tsur≥12K,系统判断进入化霜模式,压缩机(1)停机,随后切换到权利要求3所述的制冷模式,同时,风机(10)停转,HVAC(11)所有风门关闭,压缩机(1)以额定转速工作,排气压力PI控制器(12)通过调节电子膨胀阀(7),控制排气为4.5MPa,车厢温度PI控制器(13)和送风温度PI控制器(14)不起调节作用;
在化霜模式下运行2min后,自动退出化霜模式,压缩机(1)停机,随后恢复到制热模式。
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113352945A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-09-07 | 西安交通大学 | 功能一体结构模块控制智能化co2汽车热管理系统及方法 |
CN113715574A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-11-30 | 西安交通大学 | 跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统及其无霜控制方法 |
CN114274729A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-04-05 | 东风汽车集团股份有限公司 | Co2热泵系统的控制方法 |
CN114815927A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-07-29 | 国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司 | 一种配电站大型电源温度控制系统 |
CN114992926A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-09-02 | 西安交通大学 | 一种用于跨临界co2空调系统的控制方法及控制系统 |
CN115183487A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-10-14 | 西安交通大学 | 一种高铁跨临界二氧化碳热泵空调系统及其控制方法 |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002130770A (ja) * | 2000-10-30 | 2002-05-09 | Mitsubishi Electric Corp | 冷凍サイクル装置およびその制御方法 |
JP2003130481A (ja) * | 2001-10-24 | 2003-05-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 自動車用空調装置の蒸気圧縮式冷凍サイクル |
JP2005037003A (ja) * | 2003-07-16 | 2005-02-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 空気調和機 |
EP1749681A2 (en) * | 2005-08-05 | 2007-02-07 | Sanden Corporation | Air conditioning systems for vehicles |
CN101000183A (zh) * | 2007-01-11 | 2007-07-18 | 清华大学 | 太阳能辅助空气源跨临界二氧化碳热泵综合空调系统 |
FR2900222A1 (fr) * | 2006-04-25 | 2007-10-26 | Valeo Systemes Thermiques | Circuit de climatisation a cycle supercritique. |
DE102008028178A1 (de) * | 2008-05-30 | 2009-12-03 | Konvekta Ag | Klimaanlage zur Konditionierung mehrerer Fluide |
CN102109240A (zh) * | 2009-12-25 | 2011-06-29 | 三洋电机株式会社 | 制冷装置 |
CN204853759U (zh) * | 2015-06-24 | 2015-12-09 | 广东美的暖通设备有限公司 | 一种跨临界co2热泵制冷制热空调系统 |
CN107014098A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-08-04 | 江苏苏净集团有限公司 | 一种二氧化碳热泵供热系统 |
CN110530045A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-12-03 | 西安交通大学 | 一种跨临界co2系统多功能除雾除湿系统及控制方法 |
CN111336710A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-06-26 | 西安交通大学 | 一种co2循环性能最优的制冷剂充注量控制系统及方法 |
-
2020
- 2020-07-10 CN CN202010663501.3A patent/CN111845264B/zh active Active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002130770A (ja) * | 2000-10-30 | 2002-05-09 | Mitsubishi Electric Corp | 冷凍サイクル装置およびその制御方法 |
JP2003130481A (ja) * | 2001-10-24 | 2003-05-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 自動車用空調装置の蒸気圧縮式冷凍サイクル |
JP2005037003A (ja) * | 2003-07-16 | 2005-02-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 空気調和機 |
EP1749681A2 (en) * | 2005-08-05 | 2007-02-07 | Sanden Corporation | Air conditioning systems for vehicles |
FR2900222A1 (fr) * | 2006-04-25 | 2007-10-26 | Valeo Systemes Thermiques | Circuit de climatisation a cycle supercritique. |
CN101000183A (zh) * | 2007-01-11 | 2007-07-18 | 清华大学 | 太阳能辅助空气源跨临界二氧化碳热泵综合空调系统 |
DE102008028178A1 (de) * | 2008-05-30 | 2009-12-03 | Konvekta Ag | Klimaanlage zur Konditionierung mehrerer Fluide |
CN102109240A (zh) * | 2009-12-25 | 2011-06-29 | 三洋电机株式会社 | 制冷装置 |
CN204853759U (zh) * | 2015-06-24 | 2015-12-09 | 广东美的暖通设备有限公司 | 一种跨临界co2热泵制冷制热空调系统 |
CN107014098A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-08-04 | 江苏苏净集团有限公司 | 一种二氧化碳热泵供热系统 |
CN110530045A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-12-03 | 西安交通大学 | 一种跨临界co2系统多功能除雾除湿系统及控制方法 |
CN111336710A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-06-26 | 西安交通大学 | 一种co2循环性能最优的制冷剂充注量控制系统及方法 |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113352945A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-09-07 | 西安交通大学 | 功能一体结构模块控制智能化co2汽车热管理系统及方法 |
CN113715574A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-11-30 | 西安交通大学 | 跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统及其无霜控制方法 |
CN114274729A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-04-05 | 东风汽车集团股份有限公司 | Co2热泵系统的控制方法 |
CN114274729B (zh) * | 2021-12-16 | 2023-09-05 | 东风汽车集团股份有限公司 | Co2热泵系统的控制方法 |
CN114815927A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-07-29 | 国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司 | 一种配电站大型电源温度控制系统 |
CN114815927B (zh) * | 2022-05-24 | 2024-01-09 | 国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司 | 一种配电站大型电源温度控制系统 |
CN114992926A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-09-02 | 西安交通大学 | 一种用于跨临界co2空调系统的控制方法及控制系统 |
CN115183487A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-10-14 | 西安交通大学 | 一种高铁跨临界二氧化碳热泵空调系统及其控制方法 |
CN115183487B (zh) * | 2022-07-05 | 2023-12-19 | 西安交通大学 | 一种高铁跨临界二氧化碳热泵空调系统及其控制方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111845264B (zh) | 2022-02-11 |
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