CN112172462A - 电动汽车空调加热系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电动汽车空调加热系统及控制方法。包括设置于车辆乘员舱内的空气调节系统HVAC，主回路循环管路，主回路循环管路上依次串联空气调节系统HVAC中加热芯体，水泵，水加热式PTC，在HVAC中加热芯体与水泵之间的主回路管上，或水泵和水加热式PTC之间主回路管上，并联的排气补液管路，排气补液管路一端通过三通管与主回路管连接联通，排气补液管路另一端通过四通管与主回路管连接联通，排气补液管路上连接联通有储液壶，所述四通管的第四端连接排水塞，所述水泵，水加热式PTC，以及补液排气补液管路，储液壶设置在前舱内。储液壶的两端不跨接联通水加热式PTC和水泵，避免了与水加热式PTC和水泵之间形成循环的风险；高压设备均设在乘员舱外的前舱，乘员舱内无高压隐患。

Description

电动汽车空调加热系统及控制方法
技术领域
本发明属于车用空调技术，具体涉及一种电动车辆采暖技术。特别是电动乘用车电动汽车空调加热技术。
背景技术
传统APTC(Air PTC，加热空气式)方案的一般构造和实车布置如下图所示，该加热方式下的发热量完全由PTC芯体承担，该方式结构简单，使用温度范围宽广，并且其直接作用于进气，因而热损较小，温升速度快。PTC单体位置与热交换器芯体基本一致，但由于大功率加热在驾驶室内部进行，存在一定的高压电安全隐患，特别在高温时容易引起HVAC内塑料壳体挥发而产生异味，严重时会使塑料件变形。且原车HVAC不能完全流用，需要新开发，周期较长，通用性差。目前行业内低压低功率APTC使用较多，使用领域主要为辅助加热。
CN203995558U公开一种汽车采暖装置、系统及汽车，该技术采用将溢水壶的两端通过管路与PTC水加热器的出水口和水泵进水口连接联通，因此溢水壶与PTC水加热器和水泵之间可以形成一个循环。在水泵作用下，溢水壶两端产生压差，导致冷却液逆流进溢水壶，通过PTC水加热器加热后热水进入溢水壶形成循环，产生无效的加热工作，导致车内的采暖温度难以控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车空调加热系统及控制方法，以解决现有技术的问题。
本发明的技术方案之一，电动汽车空调加热系统的控制方法是，基于目标出风温度计算获得目标水温，利用PID控制器计算得到WPTC加热功率，通过CAN通信传递给WPTC，执行加热；所述目标水温的计算方法是：TWO＝{(TAO-αECON)–Te}/φHTR+Te；其中，TAO为目标出风温度，αECON为在ECON模式下，从节能模式考虑的温度降额，φHTR为加热芯体传热效率，Te为控制用蒸发器温度。
进一步的技术优化方案包括，控制用蒸发器温度Te的获取方法包括：将蒸发器温度传感器采集的温度值Teva进行修正，修正方法是：Te＝Teva+Ts式中Ts为设定值，0＜Ts≤10。
进一步的技术优化方案包括，所述目标水温的计算方法是：目标出风温度TAO的获取方法包括，乘客设定温度与车辆环境温度的差值，基于车厢内瞬态热平衡，实现控制效果为用户设定温度与室内温度差值越大，采暖时，室内温度变化越快，反之越小，制定TAO的多项式。
进一步的技术优化方案包括，目标出风温度TAO的获取方法包括：制定TAO的多项式包括：TAO＝KSET×TSET-Kr×Tr-Ksun×Tsun-Kam×Tam+C，其中，Tr为采用内气温传感器采集室内温度值，Tam为采用外气温传感器采集室外温度值，Tsun为阳光传感器采集光照强度，TSET为用户设定温度值，各K值为对应的增益系数，C为常数
其中，对获取的用户设定温度，车内温度，车外温度，光照量进行增益修正；各增益系数K值的确定方法如下：Kam、Kr与车身结构的总传热系数相关，Kam常用范围为0.7～1.2，KSET影响室内温度变化率，一般取值4<KSET<5，且有KSET＝Kam+Kr+1，Ksun与日照传感器规格相关，C值用于修正车辆实测室内稳态温度和用户设定温度的偏差，一般取值范围为±10。
本发明方法通过目标出风温度获得目标水温，以需求采暖温度起始进行闭环控制，控制准确度高，可实现在满足采暖要求的情况下，最大限度降低能耗。
本发明的技术方案之二，基于上述控制方法的电动汽车空调加热系统，包括设置于车辆乘员舱内的空气调节系统HVAC，主回路循环管路，主回路循环管路上依次串联空气调节系统HVAC中加热芯体，水泵，水加热式PTC，在HVAC中加热芯体与水泵之间的主回路管上，或水泵和水加热式PTC之间主回路管上，并联的排气补液管路，排气补液管路一端通过三通管与主回路管连接联通，排气补液管路另一端通过四通管与主回路管连接联通，排气补液管路上连接联通有储液壶，所述四通管的第四端连接排水塞，所述水泵，水加热式PTC，以及排气补液管路，储液壶设置在前舱内。
上述前舱指的与车辆乘员舱隔离的用于设置电气控制设备的舱室，相当于原车用车的发动机舱。
本发明将储液壶直接并联在主回路循环管路上，储液壶的两端不跨接联通水加热式PTC和水泵，避免了与水加热式PTC和水泵之间形成无效循环的风险，同时，本发明设置四通管，将四通管第四端连接排水塞，检修时，将排水塞取下，可将管路中的水排空，便于检修。乘员舱内只设有空气调节系统HVAC，其他高压设备均设在乘员舱外的前舱，乘员舱内无高压隐患。
进一步的技术优化方案包括，所述储液壶设置前舱前部，布置高度高于水加热式PTC，电动水泵，主回路管及排气补液管路。
进一步的技术优化方案包括，所述四通管包括管体，管体上开设有四个连接口，第四连接口连接排水塞，其他三个连接口分别与连接管段连接联通，管体内通道分别与四个连接口相连通。
进一步的技术优化方案包括，所述管座为四棱柱，四个连接口中的三个连接口的轴线平行或在同一平面内，四个连接口中的一个连接口的轴线垂直于其他的连接口的轴线。
进一步的技术优化方案包括，电动水泵安装在设置前舱前部，布置高度低于水加热式PTC，储液壶，主回路管及排气补液管路。
进一步的技术优化方案包括，四通管安装在设置前舱前部的下部，第一连接口的布置高度低于其他三个连接口。
附图说明
图1电动汽车空调加热系统循环原理图。
图2电动汽车空调加热系统示意图。
图3电动汽车空调加热系统实车布置示意图。
图4四通管结构示意图。
图5控制方法流程图。
具体实施方式
下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
如图1-3所示，本发明实施例系电动乘用车的汽车空调加热系统。电动乘用车舱室包括乘员舱100(驾驶舱和乘员室)和前舱200。乘员舱内设置有空气调节系统HVAC，是包含温度、湿度、空气清净度以及空气循环的控制系统，包括空气循环风道，模式风门，蒸发器，温度风门等，系车辆的现有结构，HVAC中的加热芯体也是现有结构，其参数均是现有的。布置在车辆仪表板内。前舱200与车辆乘员舱隔离，用于设置电气控制设备的舱室，相当于原车用车的发动机舱，前舱200内设前车架，前舱200远离辆乘员舱的前车架前部设有前支撑架201。前支撑架201为竖直设置的矩形框，包括上横梁202，下横梁203，左竖直梁204，右竖直梁205。
主回路循环管7的两端管分别与空气调节系统HVAC内部加热芯体1的介质连接管连接联通。水泵4的出水管通过主回路循环管7与水加热式PTC3(简称WPTC)的进水管连接联通，水加热式PTC3的出水管通过主回路循环管7空气调节系统HVAC内部加热芯体1的介质连接管的一端连接联通，水泵4的进水管通过主回路循环管7与空气调节系统HVAC内部加热芯体1的介质连接管另一端连接联通。主回路循环管7的两端管穿出乘员舱100，水加热式PTC3，水泵4设置在前舱200。前舱200内还设有排气补液管路6。排气补液管路6一端通过三通管11与主回路管连接联通7，即三通管的两个连接头分别与主回路管连接联通7，三通管的第三连接头与排气补液管路6一端连接。
排气补液管路6另一端通过四通管5与主回路管连接联通，即四通管5上的两个连接管头分别与主回路管连接联通7，四通管5的第三连接管头与排气补液管路6另一端连接联通。四通管5的第四端连接排水塞10。排气补液管路6连接联通有储液壶2。
四通管5和三通管11分别连接在水泵和水加热式PTC之间主回路管7如图4所示，四通管5包括管座9，管座9为矩形或正方形四棱柱，管座上开设有四个连接口，四个连接口中的三个连接口的轴线平行或在同一平面内，实施例中管座9上相邻的三个面上分别设置连接口；三个连接口的轴线平行或在同一平面内。管座上的第四连接口10连接排水塞12，三个连接口分别与连接管头8.1,8.2,8.3连接联通，管座9内部设联通管道分别与四个连接口联通。
如图3所述，储液壶2设置在前舱200远离辆乘员舱的前车架前部设有前支撑架201的上横梁202上，水泵4设置在下横梁203上。水加热式PTC3设置在下横梁203后近端。水泵4布置高度低于水加热式PTC，储液壶，主回路管及排气补液管路。储液壶2布置高度高于水加热式PTC，电动水泵，主回路管及排气补液管路。
四通管7贴合固定在在前支撑架201的右竖直梁205下部上，第四连接口10的布置高度低于其他三个连接口。第四连接口10(排水口)的高度大于水泵4高度。
水泵布置于系统最低点，且位于车头处，远离前舱，防止气蚀，降低运转噪音。
四通排水管布置在系统低位，增加售后排液便利性。
系统主加热回路为水泵出口→WPTC内部→加热芯体内部→三通管→四通管→水泵入口。
系统排气补液管路为三通管→储液壶→四通管。
基于上述结构的控制如图5所示：
步骤S1：进入1s定时中断，执行控制程序，进入步骤S2；
步骤S2：检查WPTC，水泵及蒸发器、加热芯体进水温度测点故障码，若存在故障，则禁止水泵和WPTC(本设计中与水泵为硬线通信，与WPTC为CAN通信)，若无故障则进入步骤3；
步骤S3：使能水泵运行，本设计中水泵为定流量运转，进入步骤S4；
步骤S4：由目标出风温度计算目标水温TWO，
TWO＝{(TAO-αECON)–Te}/φHTR+Te式中TAO为目标出风温度，αECON为在ECON模式下，从节能模式考虑的温度降额，φHTR加热芯体传热效率，与加热芯体性能相关，由加热芯体厂家提供，Te为控制用蒸发器温度；按照该换热公式计算出目标水温TWO后，进入步骤S5；
控制用蒸发器温度Te确定方法：
可以采用蒸发器温度传感器采集的温度值Teva，并且将蒸发器温度传感器采集的温度值Teva进行修正，修正方法是：Te＝Teva+Ts式中Ts为设定值，0＜Ts≤10；本实施例Te＝Teva+4
②TAO确定方法：
TAO＝KSET×TSET-Kr×Tr-Ksun×Tsun-Kam×Tam+C
其中Tset——设定温度(乘客设定)
Tr——室温(室内温度传感器采集)
Tam——环境温度(外温传感器采集)
Tsun——日照量(日照传感器采集)
K值——各系数；
C——常数
车内温度，车外温度，光照量进行增益修正；各增益系数K值的确定方法如下：Kam、Kr与车身结构的总传热系数相关，Kam常用范围为0.7～1.2，KSET影响室内温度变化率，一般取值4<KSET<5，且有KSET＝Kam+Kr+1，Ksun与日照传感器规格相关，C值用于修正车辆实测室内稳态温度和用户设定温度的偏差，一般取值范围为±10。
步骤S5：TWO限值判断，如果TWO大于等于设定值，则按设定值进入步骤S6；如果如果TWO小于设定值，则按计算的TWO进入步骤S6，本设计中该温度阈值为70℃；
步骤S6：当前空气风量由厂家根据鼓风机端电压或驱动负荷标定得到、连同当前空气比热、密度均在主程序中查表得到，冷暖风门开度SW由风门电位器采集，在主程序中查表得到，将空气侧参数与目标水温和蒸发器温度差值及加热芯体换热效率的乘积作为空气侧得热量，即为WPTC目标功率积分计算初值，进入步骤S7；
式中，Cpa为空气定压比热；Ga为鼓风机风量；SW为冷热混气风门开度；γa经过蒸发器后的空气密度；
步骤S7：该步为PID调节通式，当前冷却液流量为设定值，本设计中为8.8L/min，冷却液比热和密度作为计算常量，计算得到比例、积分、微分项后求和得到第n次WPTC加热功率，进入步骤S8；
式中，Tw为加热芯体进水温度，Vw为循环水量；Cpw为冷却液定压热熔，γw为冷却液密度；kp、ki、kd为PID定数。
步骤S8：WPTC功率限值判断，
上述计算得到WPTC目标功率，判断WPTC目标功率是否超过设定功率值，如果WPTC目标功率大于等于设定功率值，则将设定功率值通过CAN通信传递给WPTC，执行加热；如果WPTC目标功率小于设定功率值，则将WPTC目标功率通过CAN通信传递给WPTC，执行加热；本实施例WPTC设定功率值为6000W。

Claims (8)

1.一种电动汽车空调加热系统的控制方法，其特征是，基于目标出风温度计算获得目标水温，利用PID控制器计算得到WPTC加热功率，通过CAN通信传递给WPTC，执行加热；所述目标水温的计算方法是：TWO＝{(TAO-αECON)–Te}/φHTR+Te，其中，TAO为目标出风温度，αECON为在ECON模式下，从节能模式考虑的温度降额，φHTR为加热芯体传热效率，Te为控制用蒸发器温度。
2.如权利要求1所述控制方法，其特征是，所述目标水温的计算方法是：控制用蒸发器温度Te的获取方法包括：采用蒸发器温度传感器采集的温度值Teva，将蒸发器温度传感器采集的温度值Teva进行修正，修正方法是：Te＝Teva+Ts式中Ts为设定值，0＜Ts≤10。
3.如权利要求1所述控制方法，其特征是，所述目标水温的计算方法是：目标出风温度TAO的获取方法包括：目标出风温度TAO的获取方法包括：制定TAO的多项式包括：TAO＝KSET×TSET-Kr×Tr-Ksun×Tsun-Kam×Tam+C，其中，Tr为采用内气温传感器采集室内温度值，Tam为采用外气温传感器采集室外温度值，Tsun为阳光传感器采集光照强度，TSET为用户设定温度值，各K值为对应的增益系数，C为常数。
4.一种基于权利要求1控制方法的电动汽车空调加热系统，包括设置于车辆乘员舱内的空气调节系统HVAC，主回路循环管路，主回路循环管路上依次串联空气调节系统HVAC中加热芯体，水泵，水加热式PTC，在HVAC中加热芯体与水泵之间的主回路管上，或水泵和水加热式PTC之间主回路管上，并联的排气补液管路，排气补液管路一端通过三通管与主回路管连接联通，排气补液管路另一端通过四通管与主回路管连接联通，排气补液管路上连接联通有储液壶，所述四通管的第四端连接排水塞，所述水泵，水加热式PTC，以及排气补液管路，储液壶设置在前舱内。
5.如权利要求4所述电动汽车空调加热系统，其特征是所述储液壶设置前舱前部，布置高度高于水加热式PTC，电动水泵，主回路管及补液排气补液管路。
6.如权利要求5所述电动汽车空调加热系统，其特征是所述四通管包括管座，管座上开设有四个连接口，第四连接口连接排水塞，其他三个连接口分别与连接管段连接联通，管座内通道分别与四个连接口相连通。
7.如权利要求6所述电动汽车空调加热系统，其特征是所述管座为四棱柱，四个连接口中的三个连接口的轴线平行或在同一平面内，四个连接口中的一个连接口的轴线垂直于其他的连接口的轴线。
8.如权利要求7所述电动汽车空调加热系统，其特征是电动水泵安装在设置前舱前部，布置高度低于水加热式PTC，储液壶，主回路管及补液排气补液管路。
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