CN115817109A - 跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统及方法，所述控制系统包括：排气压力PID控制器，输入量为排气压力值，输出量为第二双向节流阀的开度；出水温度PID控制器，输入量为冷却液的出水温度值，输出量为第一双向节流阀的开度；送风温度PID控制器，输入量为车厢送风温度值，输出量为压缩机的转速；车厢温度PID控制器，输入量为车厢温度值，输出量为室内风机的转速；中间温度PID控制器，输入量为中间温度值，输出量为全通节流阀的开度。本发明可提升跨临界CO₂新能源汽车热管理系统的动态控制的响应速度和稳定性，可实现对车厢的温湿度、电池的温度进行实时精准的优化控制。

Description

跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统及方法

技术领域

本发明属于新能源车辆热管理技术领域，特别涉及一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统及方法。

背景技术

新能源电动汽车的应用、普及缓解了环境污染、化石能源短缺的问题，由于缺少可回收的发动机余热，独立的热泵系统成为了新能源电动汽车不可缺少的一部分。

目前，电动汽车主要采用R134a热泵空调系统；但是，R134a的冬季制热性能低下，为了保障乘客的热舒适度，电动汽车常采用PTC辅助电加热为车厢提供额外的热量；另外，R134a的GWP值高达1430，对环境十分不友好，正面临着被全面淘汰的现状。

CO₂作为纯天然制冷剂，凭借无毒无污染并且价格低廉等特性成为了新一代最为理想的替代制冷剂选择之一；与PTC辅助电加热相比，CO₂热泵的制热性能优越，冬季可以节约大量的电池电量，间接的延长电动汽车的驾驶里程。CO₂热管理系统的可优化参数众多，控制十分复杂：首先，电动汽车的驾驶工况复杂多样，导致车厢的温湿度控制的干扰量过多；其次，电动汽车的电池对工作温度要求十分严格，必须对电池温度进行实时监控和控制；再有，CO₂循环与传统制冷循环相比，存在额外的性能优化对象即最优排气压力。

综上，在复杂多样的工作环境中，对车厢的温湿度、电池的温度进行实时精准的优化控制，并且保障系统的运行功耗最小，成为了电动汽车热管理系统现阶段面临的巨大挑战之一，亟需一种新的跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的技术方案可提升跨临界CO₂新能源汽车热管理系统的动态控制的响应速度和稳定性，可实现对车厢的温湿度、电池的温度进行实时精准的优化控制。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统，

所述跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统包括：压缩机、四通换向阀、室外换热器、回热器、水冷器、主换热器、辅助换热器、储液器、第一双向节流阀、第二双向节流阀和全通节流阀；

所述压缩机、四通换向阀、室外换热器、回热器、水冷器、主换热器、辅助换热器、储液器、第一双向节流阀、第二双向节流阀和全通节流阀组成制冷剂循环回路；其中，所述第一双向节流阀设置于所述回热器和所述水冷器之间的连通管道上，所述第二双向节流阀设置于所述主换热器与所述回热器之间的连通管道上，所述全通节流阀设置于所述主换热器和所述辅助换热器之间的连通管道上；

所述主换热器和所述辅助换热器用于实现制冷剂换热并向车厢送风；

所述水冷器用于实现制冷剂换热并输出用于冷却电池、电机的冷却液；

所述控制系统包括：

排气压力PID控制器，输入量为排气压力值，输出量为第二双向节流阀的开度；

出水温度PID控制器，输入量为冷却液的出水温度值，输出量为第一双向节流阀的开度；

送风温度PID控制器，输入量为车厢送风温度值，输出量为压缩机的转速；

车厢温度PID控制器，输入量为车厢温度值，输出量为室内风机的转速；

中间温度PID控制器，输入量为中间温度值，输出量为全通节流阀的开度。

本发明的进一步改进在于，所述跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统中，

所述压缩机的出口与所述四通换向阀的A端口相连通；

所述四通换向阀的C端口依次经所述储液器、所述回热器的第一换热通道与所述压缩机的进口相连通；

所述四通换向阀的D端口依次经所述辅助换热器的第一换热通道、所述全通节流阀、所述主换热器的第一换热通道、所述第二双向节流阀与所述回热器的第二换热通道的进口相连通；所述四通换向阀的D端口还依次经所述水冷器的第一换热通道、所述第一双向节流阀与所述回热器的第二换热通道的进口相连通；

所述回热器的第二换热通道的出口经所述室外换热器的第一换热通道与所述四通换向阀的B端口相连通；

所述室外换热器的第二换热通道用于通过室外风机鼓入室外风；

所述主换热器的第二换热通道以及所述辅助换热器的第二换热通道均用于通过室内风机鼓入新风和回风。

本发明的进一步改进在于，所述制冷剂循环回路中设置的制冷剂为CO₂。

本发明的进一步改进在于，

处于车厢制冷模式时，所述四通换向阀的A端口与B端口接通且C端口与D端口接通，所述第二双向节流阀的开度由车厢制冷量需求决定，由排气压力PID控制器调节；全通节流阀全开；

处于车厢除湿模式时，所述四通换向阀的A端口与D端口接通且B端口与C端口接通，所述第二双向节流阀的开度根据排气压力决定，由排气压力PID控制器调节；全通节流阀的开度由除湿量需求决定，由中间温度PID控制器调节；

车厢处于制热模式时，所述四通换向阀的A端口与D端口接通且B端口与C端口接通，所述第二双向节流阀的开度根据排气压力决定，由排气压力PID控制器调节，全通节流阀全开。

本发明的进一步改进在于，所述跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统处于各模式时，各PID控制器的工作情况如下表所示，

功能模式

PID启动个数N

PID1

PID2

PID3

PID4

PID5

车厢和电池制冷

4

工作

工作

工作

工作

不启动

仅车厢制冷

3

工作

不启动

工作

工作

不启动

仅电池冷却

2

工作

工作

不启动

不启动

不启动

车厢除湿

4

工作

不启动

工作

工作

工作

车厢除湿和电池冷却

5

工作

工作

工作

工作

工作

车厢除湿和电池制热

5

工作

工作

工作

工作

工作

车厢、电池双制热

4

工作

工作

工作

工作

不启动

仅电池制热

2

工作

工作

不启动

不启动

不启动

仅车厢制热

3

工作

不启动

工作

工作

不启动

；

表中，PID1为所述排气压力PID控制器；PID2为所述出水温度PID控制器；PID3为所述送风温度PID控制器；PID4为所述车厢温度PID控制器；PID5为所述中间温度PID控制器。

本发明的进一步改进在于，

处于车厢和电池制冷模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID3、PID4、PID2；

处于仅车厢制冷模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID3、PID4；

处于仅电池冷却模式时，PID的启动顺序为PID1、PID2；

处于车厢除湿模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID3、PID5、PID4；

处于车厢除湿和电池冷却模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID3、PID5、PID4、PID2；

处于车厢除湿和电池制热模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID3、PID5、PID4、PID2；

处于车厢、电池双制热模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID3、PID4、PID2；

处于仅电池制热模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID2；

处于仅车厢制热模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID3、PID4。

本发明的进一步改进在于，

每一种功能模式的启动顺序下，后一个PID控制器在第一个PID控制器启动后，延迟启动的延迟时长为前一个PID控制器单独控制稳定所需时长的三分之一到三分之二。

本发明的进一步改进在于，PID2控制的冷却液出口温度采用分段控制法。

本发明提供的一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制方法，

所述控制方法基于本发明上述的控制系统；

所述控制方法分别从PID控制器的启动顺序和启动时间两个角度对多PID控制器耦合启动控制性能进行优化。

本发明的进一步改进在于，所述分别从PID控制器的启动顺序和启动时间两个角度对多PID控制器耦合启动控制性能进行优化的步骤包括：

将PID耦合控制优化过程与响应面分析法相结合，PID控制器的启动顺序和启动时间作为响应面分析法的因素；

采用最陡爬坡试验，为启动顺序和启动时间筛选出合理的水平步长和变化方向，以实现在进行分析时快速逼近最大响应区域；

确认响应值及其目标，采用中心复合试验设计或Box-Behnken试验设计方法进行响应面分析，完成优化。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

目前已有的跨临界二氧化碳系统的控制中，能够实现的功能不够全面，无法同时对多个目标进行准确快速的动态实时控制，同时满足人体舒适度、电池运行安全和热管理性能最优的要求；针对以上现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制方法，具体是一种跨临界CO₂新能源汽车热管理系统多PID耦合动态控制性能优化方法，公开了不同功能模式的动态控制逻辑，能够提升跨临界CO₂新能源汽车热管理系统的动态控制的稳定性和稳定速度，可满足人体舒适度和性能优化要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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一种跨临界CO₂新能源汽车热管理系统的控制逻辑示意图；

图2是本发明实施例中，跨临界CO₂新能源汽车热管理系统的示意图；

图中，1、压缩机；2、四通换向阀；3、室外换热器；4、回热器；5、水冷器；6、主换热器；7、辅助换热器；8、储液器；9、第一双向节流阀；10、第二双向节流阀；11、全通节流阀；12、泵。

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“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，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、系统、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。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

请参阅图1和图2，本发明实施例的一种跨临界CO₂新能源汽车热管理系统，包括：制冷剂循环回路、车厢送风的空气循环回路以及电池、电机液冷的冷却液循环回路系统；其中，制冷剂循环回路由压缩机1、四通换向阀2、室外换热器3、回热器4、水冷器5、主换热器6、辅助换热器7、储液器8、第一双向节流阀9、第二双向节流阀10和全通节流阀11组成；车厢送风的空气循环回路由室内风机和HVAC箱体组成；电池、电机液冷的冷却液循环回路由电池模块和泵12等部件组成。

本发明实施例中，所述压缩机1的出口与所述四通换向阀2的A端口相连通；所述四通换向阀2的C端口依次经所述储液器8、所述回热器4的第一换热通道与所述压缩机1的进口相连通；所述四通换向阀2的D端口依次经所述辅助换热器7的第一换热通道、所述全通节流阀11、所述主换热器6的第一换热通道、所述第二双向节流阀10与所述回热器4的第二换热通道的进口相连通；所述四通换向阀2的D端口还依次经所述水冷器5的第一换热通道、所述第一双向节流阀9与所述回热器4的第二换热通道的进口相连通；所述回热器4的第二换热通道的出口经所述室外换热器3的第一换热通道与所述四通换向阀2的B端口相连通；所述水冷器5的第二换热通道的出口经泵12、待冷却的电机、电池后与所述水冷器5的第二换热通道的进口相连通；

所述室外换热器3的第二换热通道处设置有室外鼓风机，用于通过室外风机鼓入室外风；

所述主换热器6和所述辅助换热器7包含于HVAC箱体内，所述主换热器6的第二换热通道以及所述辅助换热器7的第二换热通道均用于通过室内风机鼓入新风和回风。

请参阅图1和图2，本发明实施例中，跨临界CO₂新能源汽车热管理系统多PID耦合动态控制性能优化方法包括：上述跨临界CO₂新能源汽车热管理系统的三个循环回路，每个循环回路都存在目标参数，通过PID控制器进行实时精准控制，以保障系统实时满足乘客车厢的热舒适度需求和电池热管理需求的同时，始终运行在最佳性能下。

本发明实施例具体解释性的，制冷剂循环回路中包含五个PID控制器，控制目标参数分别为排气压力(P_dis)、车厢送风温度(T_air)、车厢温度(T_cab)、电池液冷的出水温度(T_wat)和主换热器6与辅助换热器7(也叫除霜换热器)中间的中间温度(T_mid)；其中，排气压力PID控制器(PID1)的输入量为实时排气压力值(P_dis)，输出量为第二双向节流阀10的开度(EXV_ope1)；电池液冷的出水温度PID控制器(PID2)的输入量为出水温度实时值(T_wat)，输出量为第一双向节流阀9的开度(EXV_ope2)；送风温度PID控制器(PID3)的输入量为车厢送风温度实时值(T_air)，输出量为压缩机1的实时转速(N_rpm)；车厢温度PID控制器(PID4)的输入量为车厢温度实时值(T_cab)，输出量为室内风机(N_fan)的转速，中间温度PID控制器(PID5)的输入量为中间温度实时值(T_mid)，输出量为全通节流阀11的开度(EXV_ope3)。

本发明实施例的动态性能优化主要分为以下两步：首先，对PID参数进行整定优化；然后，分别从PID控制器的启动顺序和启动时间两个角度对多PID耦合启动控制性能进行优化。

本发明实施例中，跨临界CO₂新能源汽车热管理系统可实现多种功能模式调节包括：制冷剂循环回路系统和空气循环系统结合，可实现车厢的制冷、制热和除湿功能；制冷剂循环回路和水路循环回路的结合可以实现电池、电机的主动冷却功能。各功能模式主要被分为三组，高温制冷需求功能组、除湿功能需求组和低温制热功能需求组；每个功能需求组内的功能模式既可单独运行，又可根据实际需求随机排列组合运行。制冷需求组的功能模式包括：车厢制冷、电池冷却和电机冷却模式；除湿需求组的功能模式包括车厢空气除湿模式、电池冷却、电机冷却和电池加热模式；制热需求组的功能模式包括车厢制热和电池制热模式；各个功能模式分别由阀开度来调节切换。

本发明实施例中，第一双向节流阀9与泵12的工作状态与电池冷却模式保持一致；四通换向阀2、第二双向节流阀10、全通节流阀11的开度与车厢模式密切相关。当处于车厢制冷模式时，四通换向阀2的AB端接通、CD端接通，第二双向节流阀10的开度由车厢制冷量需求决定，由PID1控制器实时调节，全通节流阀11全开；当处于车厢除湿模式时，四通换向阀2的AD端接通、BC端接通，第二双向节流阀10的开度根据排气压力决定，由PID1控制器实时调节，全通节流阀11的开度由除湿量需求决定，由PID5控制器实时调节；当车厢处于制热模式时，四通换向阀2的AD端接通、BC接通，第二双向节流阀10的开度根据排气压力决定，由PID1控制器实时调节，全通节流阀11全开。

本发明实施例具体解释性的，各个模式下各PID控制器的工作情况如表1所示；其中，电机冷却不需要精确的冷却液温度控制，电机冷却功能是否启动对PID控制优化无影响，故而在下表中不单独列出。

表1.各个模式下各PID控制器的工作情况

功能模式

PID启动个数N

PID1

PID2

PID3

PID4

PID5

车厢和电池制冷

4

工作

工作

工作

工作

不启动

仅车厢制冷

3

工作

不启动

工作

工作

不启动

仅电池冷却

2

工作

工作

不启动

不启动

不启动

车厢除湿

4

工作

不启动

工作

工作

工作

车厢除湿和电池冷却

5

工作

工作

工作

工作

工作

车厢除湿和电池制热

5

工作

工作

工作

工作

工作

车厢、电池双制热

4

工作

工作

工作

工作

不启动

仅电池制热

2

工作

工作

不启动

不启动

不启动

仅车厢制热

3

工作

不启动

工作

工作

不启动

本发明实施例采用的制冷剂为天然工质CO₂，环境友好，价格低廉，经济性好，制热性能突出，符合绿色经济可持续发展的现代发展要求。本发明介绍了不同功能模式的动态控制逻辑，并且针对每一种功能模式都给出了动态控制的优化建议，提升了跨临界CO₂新能源汽车热管理系统的动态控制的稳定性和稳定速度。

本发明实施例中，当热管理系统处于车厢和电池制冷的双制冷模式时，除PID控制器5以外，其它四个PID控制器需启动工作(即N＝4)；因此，四个PID控制器的启动顺序共有

种，具体如表2所示。

表2.四个PID控制器的启动顺序

1234	2134	3124	4123
				1243	2143	3142	4132
1324	2314	3214	4213
				1342	2341	3241	4231
1423	2413	3412	4312
				1432	2431	3421	4321

本发明实施例中，当热管理系统处于仅车厢制冷(也即空调制冷)时，PID1、PID3和PID4共3个PID控制器启动工作(即N＝3)，因此PID的启动顺序共

种，逻辑同上不叙。

本发明实施例中，当热管理系统处于仅电池制冷时，PID1和PID2共2个PID控制器启动工作(即N＝2)，因此PID的启动顺序共

种，逻辑同上不叙。

本发明实施例中，当热管理系统处于车厢除湿时，PID1、PID3、PID4和PID5共4个PID控制器启动工作(即N＝4)，因此PID的启动顺序共

种，逻辑同上不叙。

本发明实施例中，当热管理系统处于车厢除湿和电池冷却模式时，5个PID控制器均需要启动工作(即N＝5)，因此PID控制器的启动顺序共有

种，逻辑同上不叙。

本发明实施例中，当热管理系统处于车厢除湿和电池制热模式时，5个PID控制器均需要启动工作(即N＝5)，因此PID控制器的启动顺序共有

种，逻辑同上不叙。

本发明实施例中，当热管理系统处于车厢和电池双制热时，除PID控制器5以外，其它四个PID控制器需启动工作(即N＝4)，因此PID控制器的启动顺序共有

种，逻辑同上不叙。

本发明实施例中，当热管理系统处于空调制热时，PID1、PID3和PID4共3个PID控制器启动工作(即N＝3)，因此PID的启动顺序共

种，逻辑同上不叙。

本发明实施例中，当热管理系统处于电池制热时，PID1和PID2共2个PID控制器启动工作(即N＝2)，因此PID的启动顺序共

种，逻辑同上不叙。

基于上述陈述可知，预测试工况数量非常大，需要将PID耦合控制优化过程实验与响应面分析法相结合，则PID控制器的启动顺序和启动时间即为响应面分析法的因素；在此基础上采用最陡爬坡试验，为以上两个因素筛选出最合理的水平步长和变化方向，以便进行分析时最快的逼近最大响应区域；然后，确认响应值及其目标，最后采用中心复合试验设计或Box-Behnken试验设计方法进行响应面分析。

本发明实施例中，当系统处于车厢和电池制冷模式时，PID控制器的建议启动顺序为1342；当系统处于仅车厢制冷模式时，PID控制器的建议启动顺序为134；当系统处于仅电池冷却模式时，PID的建议启动顺序为12；当系统处于车厢除湿模式时，PID控制器的建议启动顺序为1354；当系统处于车厢除湿和电池冷却模式时，PID控制器的建议启动顺序为13542；当系统处于车厢除湿和电池制热模式时，PID控制器的建议启动顺序为13542；当系统处于车厢、电池双制热模式时，PID控制器的建议启动顺序为1342；当系统处于仅电池制热时，PID控制器的建议启动顺序为12；当系统处于仅车厢制热模式时，PID控制器的建议启动顺序为134。

本发明实施例优选的，每一种功能模式的最佳启动顺序下，后一个PID控制器在第一个PID控制器启动后，延迟启动的延迟时长建议为前一个PID控制器单独控制稳定所需时长的三分之一到三分之二。具体示例性的，以系统处于车厢和电池制冷模式为例，PID控制器的建议启动顺序为1342；若PID控制器1234在单独控制时的稳定时长分别为t₁,t₂,t₃,t₄。则当PID1控制器启动后，PID2控制器启动的延迟时长建议值为

PID3控制器启动的延迟时长建议值为

PID4控制器启动的延迟时长建议值为

具体的时长可以根据实际需求进行调整，若实际控制对控制部件的波动幅值要求更高时，建议选择更大的延迟时长，若对控制稳定的速度要求更高时，则建议选择更小的延迟时长。

本发明实施例优选的，由于冷却液中水的比例很高，冷却液的温度对发开度调节的响应敏感度较低，因此为了加速控制稳定，PID2控制的冷却液出口温度采用分段控制法。根据冷却液的实际温度与目标温度的温度差(ΔT_c)的范围，将控制分为三个阶段，每个阶段PID控制器具有不同的控制参数。温度控制阶段分区的建议值为大温差(ΔT_c>3)高速调节阶段，小温差(3≥ΔT_c≥1)低速调节阶段和趋稳(1>ΔT_c)微调节阶段。

综上所述，本发明实施例公开了一种跨临界CO₂新能源汽车热管理系统的多PID耦合动态控制性能优化方法；其中，跨临界CO₂新能源汽车热管理系统由制冷剂循环回路、车厢送风的空气循环回路和电池、电机液冷的冷却液循环回路系统三个循环回路组成。为了保障系统实时满足乘客车厢的热舒适度需求和电池热管理需求的同时，始终运行在最佳性能下，跨临界CO₂新能源汽车热管理系统的动态控制主要分为五个部分：排气压力(P_dis)控制、车厢送风温度(T_air)控制、车厢温度(T_cab)控制、电池液冷的出水温度(T_wat)控制和主换热器与除霜换热器中间的中间温度(T_mid)控制。本发明从控制器的启动顺序和延迟时长等角度提供了全工况多功能模式下的PID耦合动态控制性能优化方案。本发明解决了跨临界CO₂新能源汽车热管理系统的动态控制响应速度过慢，稳定时间过长等难题，推动了纯天然制冷剂CO₂的应用和普及，促进了电动汽车和相关行业的发展，为环境保护、缓解化石能源危机以及实现碳中和、碳达峰做出了显著贡献。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统，其特征在于，

所述跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统包括：压缩机(1)、四通换向阀(2)、室外换热器(3)、回热器(4)、水冷器(5)、主换热器(6)、辅助换热器(7)、储液器(8)、第一双向节流阀(9)、第二双向节流阀(10)和全通节流阀(11)；

所述压缩机(1)、四通换向阀(2)、室外换热器(3)、回热器(4)、水冷器(5)、主换热器(6)、辅助换热器(7)、储液器(8)、第一双向节流阀(9)、第二双向节流阀(10)和全通节流阀(11)组成制冷剂循环回路；其中，所述第一双向节流阀(9)设置于所述回热器(4)和所述水冷器(5)之间的连通管道上，所述第二双向节流阀(10)设置于所述主换热器(6)与所述回热器(4)之间的连通管道上，所述全通节流阀(11)设置于所述主换热器(6)和所述辅助换热器(7)之间的连通管道上；

所述主换热器(6)和所述辅助换热器(7)用于实现制冷剂换热并向车厢送风；

所述水冷器(5)用于实现制冷剂换热并输出用于冷却电池、电机的冷却液；

所述控制系统包括：

排气压力PID控制器，输入量为排气压力值，输出量为第二双向节流阀(10)的开度；

出水温度PID控制器，输入量为冷却液的出水温度值，输出量为第一双向节流阀(9)的开度；

送风温度PID控制器，输入量为车厢送风温度值，输出量为压缩机(1)的转速；

车厢温度PID控制器，输入量为车厢温度值，输出量为室内风机的转速；

中间温度PID控制器，输入量为中间温度值，输出量为全通节流阀(11)的开度。

2.根据权利要求1所述的一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统，其特征在于，所述跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统中，

所述压缩机(1)的出口与所述四通换向阀(2)的A端口相连通；

所述四通换向阀(2)的C端口依次经所述储液器(8)、所述回热器(4)的第一换热通道与所述压缩机(1)的进口相连通；

所述四通换向阀(2)的D端口依次经所述辅助换热器(7)的第一换热通道、所述全通节流阀(11)、所述主换热器(6)的第一换热通道、所述第二双向节流阀(10)与所述回热器(4)的第二换热通道的进口相连通；所述四通换向阀(2)的D端口还依次经所述水冷器(5)的第一换热通道、所述第一双向节流阀(9)与所述回热器(4)的第二换热通道的进口相连通；

所述回热器(4)的第二换热通道的出口经所述室外换热器(3)的第一换热通道与所述四通换向阀(2)的B端口相连通；

所述室外换热器(3)的第二换热通道用于通过室外风机鼓入室外风；

所述主换热器(6)的第二换热通道以及所述辅助换热器(7)的第二换热通道均用于通过室内风机鼓入新风和回风。

3.根据权利要求1所述的一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统，其特征在于，所述制冷剂循环回路中设置的制冷剂为CO₂。

4.根据权利要求1所述的一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统，其特征在于，

处于车厢制冷模式时，所述四通换向阀(2)的A端口与B端口接通且C端口与D端口接通，所述第二双向节流阀(10)的开度由车厢制冷量需求决定，由排气压力PID控制器调节；全通节流阀(11)全开；

处于车厢除湿模式时，所述四通换向阀(2)的A端口与D端口接通且B端口与C端口接通，所述第二双向节流阀(10)的开度根据排气压力决定，由排气压力PID控制器调节；全通节流阀(11)的开度由除湿量需求决定，由中间温度PID控制器调节；

车厢处于制热模式时，所述四通换向阀(2)的A端口与D端口接通且B端口与C端口接通，所述第二双向节流阀(10)的开度根据排气压力决定，由排气压力PID控制器调节，全通节流阀(11)全开。

5.根据权利要求1所述的一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统，其特征在于，所述跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统处于各模式时，各PID控制器的工作情况如下表所示，

功能模式 PID启动个数N PID1 PID2 PID3 PID4 PID5 车厢和电池制冷 4 工作 工作 工作 工作 不启动 仅车厢制冷 3 工作 不启动 工作 工作 不启动 仅电池冷却 2 工作 工作 不启动 不启动 不启动 车厢除湿 4 工作 不启动 工作 工作 工作 车厢除湿和电池冷却 5 工作 工作 工作 工作 工作 车厢除湿和电池制热 5 工作 工作 工作 工作 工作 车厢、电池双制热 4 工作 工作 工作 工作 不启动 仅电池制热 2 工作 工作 不启动 不启动 不启动 仅车厢制热 3 工作 不启动 工作 工作 不启动

；

表中，PID1为所述排气压力PID控制器；PID2为所述出水温度PID控制器；PID3为所述送风温度PID控制器；PID4为所述车厢温度PID控制器；PID5为所述中间温度PID控制器。

6.根据权利要求5所述的一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统，其特征在于，

处于车厢和电池制冷模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID3、PID4、PID2；

处于仅车厢制冷模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID3、PID4；

处于仅电池冷却模式时，PID的启动顺序为PID1、PID2；

处于车厢除湿模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID3、PID5、PID4；

处于车厢除湿和电池冷却模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID3、PID5、PID4、PID2；

处于车厢除湿和电池制热模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID3、PID5、PID4、PID2；

处于车厢、电池双制热模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID3、PID4、PID2；

处于仅电池制热模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID2；

处于仅车厢制热模式时，PID控制器的启动顺序为PID1、PID3、PID4。

7.根据权利要求6所述的一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统，其特征在于，

每一种功能模式的启动顺序下，后一个PID控制器在第一个PID控制器启动后，延迟启动的延迟时长为前一个PID控制器单独控制稳定所需时长的三分之一到三分之二。

8.根据权利要求6所述的一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制系统，其特征在于，PID2控制的冷却液出口温度采用分段控制法。

9.一种跨临界二氧化碳新能源车辆热管理系统的控制方法，其特征在于，

所述控制方法基于权利要求1所述的控制系统；

所述控制方法分别从PID控制器的启动顺序和启动时间两个角度对多PID控制器耦合启动控制性能进行优化。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述分别从PID控制器的启动顺序和启动时间两个角度对多PID控制器耦合启动控制性能进行优化的步骤包括：

将PID耦合控制优化过程与响应面分析法相结合，PID控制器的启动顺序和启动时间作为响应面分析法的因素；

采用最陡爬坡试验，为启动顺序和启动时间筛选出合理的水平步长和变化方向，以实现在进行分析时快速逼近最大响应区域；

确认响应值及其目标，采用中心复合试验设计或Box-Behnken试验设计方法进行响应面分析，完成优化。

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