CN112833522A - 一种控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种控制系统及控制方法，根据第一换热器出口的制冷剂温度与第一设定值的关系，选择以第一换热器出口的制冷剂温度与其目标值的关系方式控制节流阀的开度，或者以压缩机出口的压力与其目标压力的关系控制节流阀的开度，以有利于热管理系统的稳定。

Description

一种控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及热管理控制技术领域。

背景技术

热管理系统工作时，热管理系统内制冷剂的物性状态或者工作状态可能发生改变，若采用相同的控制策略，容易导致热管理系统系统不稳定，因此，提供一种控制方法，以有利于提高热管理系统的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制系统及控制方法，以有利于提高热管理系统的稳定性。

一种控制方法，其特征在于，包括：所述控制器判断所述第一换热器出口的制冷剂温度与第一设定值的关系，如果所述第一换热器出口的制冷剂温度大于第一设定值，根据所述压缩机出口的压力与所述压缩机出口的目标压力的关系调节所述节流阀的开度，如果所述第一换热器出口的制冷剂温度小于或等于第一设定值，根据所述第一换热器的过冷度与所述第一换热器的目标过冷度的关系调整所述节流阀的开度。

一种控制系统，所述控制系统包括控制器，所述控制系统能够控制热管理系统运行，所述热管理系统包括压缩机、第一换热器、节流阀和蒸发器，所述压缩机的出口通过所述第一换热器与所述节流阀连通，所述节流阀的出口与所述蒸发器的入口连通，所述蒸发器的出口与所述压缩机的入口连通；

所述控制系统能够根据上述控制方法控制所述热管理系统的运行。

第一换热器出口的制冷剂温度能够表征第一换热器与气流或者其他热交换之后的制冷剂工作状态或者物性状态，能够有效反映热管理系统的工作状态，因此，采用第一换热器出口的制冷剂温度与第一设定值的关系选择不同的开度调节策略，更符合热管理系统的工作状态，有利于维持热管理系统的稳定。

附图说明

图1是热管理系统及控制系统的一种连接示意图；

图2是热管理系统及控制系统的另一种连接示意图；

图3是热管理系统控制方法的第一种控制流程示意图；

图4是图3中节流阀的控制流程示意图；

图5是压缩机转速的控制流程示意图；

图6是热管理系统控制方法的第二种流程示意图；

图7是图6中第二节流阀开度的控制流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明技术方案的一个实施方式提供一种热管理系统的控制方法，用于控制热管理系统，相应地，本实施方式还提供控制热管理系统运行的控制系统，热管理系统的制冷剂可以是超临界状态的制冷剂，如二氧化碳，也可以是常规制冷剂，如R134a。请参阅图2，图2所示意的实施方式为具有双蒸发器的热管理系统，热管理系统包括压缩机10、第一节流阀61、第二节流阀62、第一换热器20、第二换热器30和第三换热器40，压缩机10的出口与第一换热器20的制冷剂入口连通，第一换热器20的制冷剂出口能够通过第一节流阀61与第二换热器30的制冷剂入口连通，第一换热器20的制冷剂出口也能够通过第二节流阀62与第三换热器40的制冷剂入口连通，第二换热器30的制冷剂出口、第三换热器40的制冷剂出口通过气液分离器90与压缩机10的入口连通。可以知道，热管理系统工作时，第一换热20为冷凝器，第二换热器30和/或第三换热器40为蒸发器。热管理系统还包括中间换热器80，中间换热器80包括两个流道，也即第一流道和第二流道，中间换热器可以是板式换热器，其中，第一换热器20的制冷剂出口与中间换热器80的第一流道的入口连通，中间换热器80的第一流道的出口能够与第一节流阀61的入口连通进而能够与第二换热器30的制冷剂入口连通，中间换热器80的第一流道的出口也能够与第二节流阀62的入口连通进而与第三换热器40的制冷剂入口连通。中间换热器80的第二流道的入口与气液分离器的出口连通，中间换热器80的第二流道的出口与压缩机10的入口连通，热管理系统工作时，第一流道内的制冷剂和第二流道内的制冷剂能够热交换。热管理系统设置中间换热器80，有利于提高热管理系统的制冷性能。热管理系统还包括冷却液系统，也即热管理系统包括制冷剂系统和冷却液系统，在本实施方式，第三换热器40包括制冷剂流道和冷却液流道，其中，制冷剂流道是制冷剂系统的一部分，冷却液流道是冷却液系统的一部分。冷却液系统包括第三换热器40的冷却液流道、泵70和第四换热器50，第四换热器50可以与发热设备热交换，发热设备如电池或电机等，进而调节发热设备温度；泵70能够驱动冷却液系统内冷却液流动。在其他实施方式，第二换热器30可以是双流道换热器，也即冷却液系统能够与制冷剂系统在第二换热器30热交换，当然，第二换热器30和第三换热器40都可以是双流道换热器，相应地，冷却液系统包括两个冷却液回路以与第二换热器30和第三换热器40配合。其中，第一节流阀61和第二节流阀62统称节流阀。

热管理系统的控制系统包括控制器100和传感器，控制器100与压缩机10信号连接，控制器100能够控制压缩机10的状态，压缩机10的状态包括压缩机开、压缩机关以及压缩机10的转速增大及降低。控制器10与第一节流阀61、第二节流阀62信号连接，控制器100能够调节第一节流阀61的开度大小，控制器100也能够调节第二节流阀62的开度大小。控制器100与传感器信号连接，能够获取传感信号以获得相应的检测量，具体地，传感器3包括第一传感器31、第二传感器32、第三传感器32和第四传感器34，其中，第一传感器31设置于第一换热器20的制冷剂出口，第一传感器31可以是温度传感器，用以检测第一换热器20的制冷剂出口的温度；第一传感器31也可以是压力传感器，控制器10根据获取的压力以及设定公式计算第一换热器20的制冷剂出口的温度。第一传感器31也可以设置于第一换热器20的表面，以检测第一换热器20表面的温度，进而推定第一换热器出口的制冷剂温度，也可以是设置于第一换热器20的下风向，用于检测第一换热器20的出风温度，进而推定第一换热器出口的制冷剂温度。第二传感器32设置于压缩机10的出口，用于检测压缩机10的出口压力，当然，在不考虑第一换热器20压差的情形下，第二传感器32也可以设置于压缩机10的出口和节流阀入口之间的任一位置，不再详细描述。第三传感器33设置于第三换热器40的冷却液出口，用于检测第三换热器40的冷却液出口的冷却液温度，第四传感器34设置于压缩机的入口，用于获取第二换热器30或者第三换热器40的蒸发压力，当然第四传感器34也可以设置于第二换热器或者第三换热器的制冷剂出口与压缩机的进口之间，不再详细描述。

控制器100包括控制电路，控制电路至少包括处理单元110和存储单元120，存储单元120用于存储相关参数，处理单元110用于信息处理、如计算、判断及比较等。在本实施方式，控制器100包括驱动电路130，或者说驱动电路130与控制电路均设置于控制器100，这样控制电路向驱动电路130输出控制信号，驱动电路130产生相应的驱动信号，这时控制器100向压缩机10、第一节流阀61和第二节流阀62输出驱动信号，以使压缩机10、第一节流阀61和第二节流阀62做出相应动作。在另一实施方式，驱动电路与控制电路分体设置，控制器100包括控制电路，驱动电路与被控对象一体设置或者设置于被控对象相近的位置，如压缩机10、节流阀等相近的位置，不再详细描述。

请参阅图1，与图2所示意的热管理系统相比，热管理系统仅具有一个蒸发器，也即第二换热器30，相应地，热管理系统仅包括第一节流阀61，不再详细描述。

在本实施方式，该热管理系统应用于车辆，第二换热器30设置于空调箱，用于调节乘客舱的温度，第三换热器40能够有与电池热交换，用于调节电池的温度。当然，第一换热器20也可以设置于空调箱用于调节乘客舱的温度。

下面以热管理系统内的制冷剂为二氧化碳为例介绍车用热管理系统的控制方法，二氧化碳有超临界状态和亚临界状态，热管理系统工作时，在某些情形下，二氧化碳的超临界状态和亚临界状态相互转化或者快速转化。热管理系统的控制方法，应用于控制系统，控制系统能够控制热管理系统运行。请参阅图2-图5，在热管理系统控制方法的第一实施方式，热管理系统的控制方法包括：

判断第一换热器20出口的制冷剂温度与第一设定值的关系，如果第一换热器20出口的制冷剂温度大于第一设定值，根据压缩机10出口的压力与压缩机10出口的目标压力的关系调节节流阀的开度，如果第一换热器20出口的制冷剂温度小于或等于第一设定值，控制器100根据第一换热器20的过冷度与第一换热器20的目标过冷度的关系调整节流阀的开度。

其中，第一设定值、压缩机10出口的目标压力和第一换热器20的目标过冷度可以存储于控制器100的存储单元，也可以是控制器100根据设定条件计算而来。根据第一换热器20出口的制冷剂温度与第一设定值的关系选择以何种方式调节节流阀的开度，第一换热器出口的制冷剂温度能够表征第一换热器20与气流热交换之后的制冷剂状态，能够有效反应热管理系统的工作状态，因此，采用第一换热器20出口的制冷剂温度与第一设定值的关系选择节流阀的开度调节方式，更加快速和准确；也更符合热管理系统的制冷剂工作状态，有利于维持热管理系统的稳定。在制冷剂为二氧化碳的热管理系统，第一设定值与第一换热器20的过冷度之和小于二氧化碳的临界温度。这里所述的节流阀指第一节流阀61或第二节流阀62。

具体地，请参阅图4，如果控制器100判定第一换热器20出口的制冷剂温度大于第一设定值，控制器100根据压缩机10出口的压力与压缩机10出口的目标压力的关系调整节流阀的开度。具体地，如果控制器100判定压缩机10出口的压力大于压缩机10出口的目标压力，增大节流阀的开度，以降低压缩机出口的压力，当压缩机10出口的压力小于压缩机10出口的目标压力时，降低节流阀的开度，以增大压缩机出口的压力，当压缩机10出口的压力等于压缩机10出口的目标压力时，保持节流阀的开度不变，以维持压缩机出口的压力。热管理系统的最优能效比与压缩机出口的压力相关，通过调节节流阀的开度，使压缩机出口的压力维持在压缩机10出口的目标压力，以使热管理系统处于最优能效比的工况下运行。

具体地，请参阅图4，如果控制器100判定第一换热器20出口的制冷剂温度小于或等于第一设定值，控制器100根据第一换热器20过冷度与第一换热器20的目标过冷度的关系调节节流阀的开度。具体地，如果第一换热器20的过冷度大于第一换热器20的目标过冷度，增大节流阀的开度，如果第一换热器20的过冷度小于第一换热器20的目标过冷度，减小节流阀的开度，使第一换热器20的过冷度维持在第一换热器20的目标过冷度，如果第一换热器20的过冷度等于第一换热器20的目标过冷度，维持节流阀的开度不变。通过节流阀的开度调节第一换热器的过冷度，相比于调节压缩机10的转速，热管理系统的功率变化较小，或者说热管理系统的功率波动较小，便于热管理系统稳定运行。

进一步的，热管理系统的控制方法还包括：在第一换热器20出口的制冷剂温度大于第一设定值时，控制器100获取压缩机10出口的目标压力。压缩机10出口的目标压力可以是设定值也可以是控制器100根据设定条件计算而来。在一个更为具体的实施方式，第一换热器20出口的制冷剂温度大于第一设定值时，控制器100判断第一换热器20出口的制冷剂温度与第一区间、第二区间和第三区间的关系，如果第一换热器20出口的制冷剂温度处于第一区间，控制器100获取第一目标压力；如果第一换热器20出口的制冷剂温度处于第二区间，控制器100获取第二目标压力，其中第二目标压力是第一换热器出口的制冷剂温度的函数，其中，该函数是一次函数；如果第一换热器20出口的制冷剂温度处于第三区间，控制器100获取第三目标压力。其中，第一目标压力小于第三目标压力。第一区间可以用以下方式表示：(Ta，Tb]，第二区间可以用以下方式表示：(Tb，Tn]，第三区间可以用以下方式表示：(Tn，+∞]，Ta指第一设定值，Tb与Ta的差为第一换热器20的过冷度，Tn大于二氧化碳的临界温度。上述区间表述方式只是一种具体的形式，对边界条件并不加以限制。

进一步的，热管理系统的控制方法还包括：当第一换热器20出口的制冷剂温度小于或等于第一设定值时，热管理系统的控制方法进一步包括：获取第一换热器20的目标过冷度。第一换热器20的目标过冷度可以是设定值，也可以控制器100根据设定条件计算值。控制器10根据设定条件计算第一换热器20的目标过冷度，相对于设定值，节流阀的开度调节更加准确。

请参阅图5，热管理系统的控制方法还包括：控制器100根据第二换热器30的蒸发压力与目标蒸发压力的关系调节压缩机10的转速，具体地，如果第二换热器30的蒸发压力大于目标蒸发压力时，提高压缩机10的转速，进而降低第二换热器的蒸发压力，如果第二换热器30的蒸发压力小于目标蒸发压力，降低压缩机10转速，以提高第二换热器的蒸发压力。当然，第三换热器40作为蒸发器工作时，控制器根据第三换热器40的蒸发压力与目标蒸发压力的关系调节压缩机的转速。控制器100可以通过第四传感器34获取蒸发压力。需要说明的是，上述热管理系统的控制方法适用于第二换热器30和第三换热器40中的一个作为蒸发器工作的情形，如乘客舱制冷模式或者电池制冷模式；或者如图2所示意的热管理系统。

请参阅图6，热管理系统控制方法的第二实施方式，所述第二实施方式的控制方法适用于热管理系统具有两个蒸发器的情形。热管理系统的控制方法包括：

控制器100判断热管理系统的工作模式。

具体地，控制器100根据制冷需求判断热管理系统的制冷模式。

热管理系统的制冷模式包括乘客舱制冷模式、电池制冷模式、电池和乘客舱均制冷模式。控制器100能够根据乘客舱的制冷需求判断乘客舱是否进入乘客舱制冷模式，乘客舱的制冷需求可以乘客发起，如乘客通过控制器面板的按键发起制冷需求，或者控制器100根据设定条件判断是否进入乘客舱制冷模式。电池制冷需求可以由控制器100根据设定条件判断，或者有电池管理系统根据设定条件判断是否有制冷需求，而后将电池制冷需求发送给控制器100。当然，控制器收到乘客舱制冷需求和电池制冷需求时，热管理系统进入乘客舱和电池均制冷的模式。

更为具体地，在调节压缩机10转速和节流阀的开度之前，控制器100判断热管理系统的制冷模式。热管理系统的控制方法还包括：若控制器100判定热管理系统工作于乘客舱制冷模式或者电池制冷模式，热管理系统的控制方式与第一实施方式相同，不再详细描述。若控制器100判定热管理系统工作于乘客舱和电池均制冷模式，热管理系统的控制方法还包括：

控制器100根据第二换热器30的蒸发压力与目标蒸发压力的关系调整压缩机10转速。具体地，当第二换热器30的蒸发压力大于目标蒸发压力时，增大压缩机10转速，当第二换热器30的蒸发压力小于目标蒸发压力时，降低压缩机10转速。

控制器100根据第一换热器20出口的制冷剂温度与第一设定值的关系确定以何种方式调节第一节流阀61的开度。具体地，控制器100判断第一换热器20出口的制冷剂温度与第一设定值的关系，如果第一换热器20出口的制冷剂温度大于第一设定值，根据压缩机10的出口压力与目标压力的关系调整第一节流阀61的开度，具体调节方式与第一实施方式的相应部分调节方式相同，不再详细描述；如果第一换热器20出口的制冷剂温度小于或等于第一设定值，根据第一换热器20的过冷度与第一换热器20的目标过冷度的关系调整第一节流阀61的开度，具体调节方式与第一实施方式的相应部分调节方式相同，不再详细描述。

请参阅图7，控制器100根据第三换热器40的冷却液出口温度与第二设定值的关系调节第二节流阀62的开度。具体地，当第三换热器40的冷却液出口温度大于第二设定值时，减小第二节流阀62的开度，当第三换热器40的冷却液出口温度小于或等于第二设定值时，增大第二节流阀62的开度。可以知道，控制器根据第二换热器的蒸发压力调节压缩机的转速，根据第一换热器出口的制冷剂温度与第一设定值的关系以何种方式调节第一节流阀的开度，而第二节流阀的开度调节依据第三换热器的冷却液出口的温度调节，这样有利于优先保证乘客舱的制冷需求。在其他实施方式，控制器也可以根据第三换热器的蒸发压力调节压缩机的转速，根据第一换热器出口的制冷剂温度与第一设定值的关系确定以何种方式调节第二节流阀的开度，而第一节流阀的开度调节依据第二换热器的冷却液出口的温度调节，这样有利于优先保证电池的制冷需求。以下进行简单描述，第二换热器包括制冷剂流道和冷却液流道，如果控制器100判定热管理系统处于电池与乘客舱均制冷模式，判断第一换热器出口的制冷剂温度与第一设定值的关系，如果第一换热器出口的制冷剂温度大于第一设定值，根据压缩机的出口压力与目标压力的关系调整第二节流阀的开度；如果第一换热器出口的制冷剂温度小于或等于第一设定值，根据第一换热器的过冷度与第一换热器的目标过冷度的关系调整第二节流阀的开度；

判断第二换热器的冷却液出口的温度与第二设定值的关系，如果第二换热器的冷却液出口的温度大于第二设定值，减小第一节流阀的开度，如果第二换热器的冷却液出口的温度小于第二设定值，增大第一节流阀的开度，如果第二换热器的冷却液出口的温度等于第二设定值，保持第一节流阀的开度不变。

需要说明的是：以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种控制方法，其特征在于，包括：所述控制器判断所述第一换热器出口的制冷剂温度与第一设定值的关系，如果所述第一换热器出口的制冷剂温度大于第一设定值，根据所述压缩机出口的压力与所述压缩机出口的目标压力的关系调节所述节流阀的开度，如果所述第一换热器出口的制冷剂温度小于或等于第一设定值，根据所述第一换热器的过冷度与所述第一换热器的目标过冷度的关系调整所述节流阀的开度。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制器根据所述压缩机出口的压力与所述压缩机出口的目标压力的关系调整所述节流阀的开度包括：如果所述压缩机出口的压力大于所述压缩机出口的目标压力，增大所述节流阀的开度，如果所述压缩机出口的压力小于所述压缩机出口的目标压力，减小所述节流阀的开度，如果所述压缩机出口的压力等于所述压缩机出口的目标压力，保持所述节流阀的开度不变；

所述控制器根据所述第一换热器的过冷度与所述第一换热器的目标过冷度的关系调整所述节流阀的开度包括：如果所述第一换热器的过冷度大于所述第一换热器的目标过冷度，增大所述节流阀的开度，如果所述第一换热器的过冷度小于所述第一换热器的目标过冷度，减小所述节流阀的开度，如果所述第一换热器的过冷度等于所述第一换热器的目标过冷度，保持所述节流阀的开度不变。

3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：根据所述蒸发器的蒸发压力与所述蒸发器的目标蒸发压力的关系调节所述压缩机的转速，如果蒸发器的蒸发压力大于所述蒸发器的目标蒸发压力，提高所述压缩机的转速，如果蒸发器的蒸发压力小于所述蒸发器的目标蒸发压力，降低所述压缩机的转速，如果蒸发器的蒸发压力等于所述蒸发器的目标蒸发压力，保持所述压缩机转速不变。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：获取所述压缩机出口的目标压力；

获取所述压缩机的目标压力包括：判断判断所述第一换热器出口的制冷剂温度与第一区间、第二区间和第三区间的关系，如果第一换热器出口的制冷剂温度处于第一区间，所述控制器获取第一目标压力；如果所述第一换热器出口的制冷剂温度处于第二区间，所述控制器获取第二目标压力；如果第一换热器出口的制冷剂温度处于第三区间，所述控制器获取第三目标压力；

其中，所述第一目标压力小于所述第三目标压力，所述第二目标压力是所述第一换热器出口的制冷剂温度的一次函数。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于热管理系统，所述热管理系统内的制冷剂具有超临界状态；

所述第一区间下限为所述第一设定值，所述第一区间上限为所述第二区间下限，所述第二区间上限为所述第三区间下限，所述第三区间上限为一个大于所述第三区间下限的值或者正无穷；其中，所述第一区间上限与所述第一区间下限的差为所述第一换热器的过冷度，所述第三区间下限大于制冷剂的临界温度。

6.根据权利要求1-5任一所述的控制方法，其特征在于，

所述控制方法还包括：判断所述热管理系统的工作模式，如果所述控制器判定所述热管理系统处于乘客舱制冷模式，判断所述第一换热器出口的制冷剂温度与第一设定值的关系，如果所述第一换热器出口的制冷剂温度大于第一设定值，根据所述压缩机出口的压力与所述压缩机出口的目标压力的关系调整所述第一节流阀或者所述第二节流阀的开度，如果所述第一换热器出口的制冷剂温度小于或等于第一设定值，所述控制器根据所述第一换热器的过冷度与所述第一换热器的目标过冷度的关系调整所述第一节流阀或所述第二节流阀的开度。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，如果所述控制器判定所述热管理系统处于电池与乘客舱均制冷模式，判断第一换热器出口的制冷剂温度与第一设定值的关系，如果第一换热器出口的制冷剂温度大于第一设定值，根据压缩机的出口压力与目标压力的关系调整第一节流阀的开度；如果第一换热器出口的制冷剂温度小于或等于第一设定值，根据第一换热器的过冷度与第一换热器的目标过冷度的关系调整第一节流阀的开度；

判断所述第三换热器的冷却液出口的温度与第二设定值的关系，如果所述第三换热器的冷却液出口的温度大于第二设定值，减小第二节流阀的开度，如果所述第三换热器的冷却液出口的温度小于第二设定值，增大第二节流阀的开度，如果所述第三换热器的冷却液出口的温度等于第二设定值，保持第二节流阀的开度不变。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，如果所述控制器判定所述热管理系统处于电池与乘客舱均制冷模式，判断第一换热器出口的制冷剂温度与第一设定值的关系，如果第一换热器出口的制冷剂温度大于第一设定值，根据压缩机的出口压力与目标压力的关系调整第二节流阀的开度；如果第一换热器出口的制冷剂温度小于或等于第一设定值，根据第一换热器的过冷度与第一换热器的目标过冷度的关系调整第二节流阀的开度；

判断所述第二换热器的冷却液出口的温度与第二设定值的关系，如果所述第二换热器的冷却液出口的温度大于第二设定值，减小第一节流阀的开度，如果所述第二换热器的冷却液出口的温度小于第二设定值，增大第一节流阀的开度，如果所述第二换热器的冷却液出口的温度等于第二设定值，保持第一节流阀的开度不变。

9.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于控制系统，所述控制系统能够控制热管理系统的运行，所述热管理系统内制冷剂为二氧化碳。

10.一种控制系统，所述控制系统包括控制器，所述控制系统能够控制热管理系统的运行，所述热管理系统包括压缩机、第一换热器、节流阀和蒸发器，所述压缩机的出口通过所述第一换热器与所述节流阀连通，所述节流阀的出口与所述蒸发器的入口连通，所述蒸发器的出口与所述压缩机的入口连通；

所述控制系统能够根据权利要求1-9任一所述控制方法控制所述热管理系统运行。

Images