本发明专利技术涉及一种基于能量平衡的热泵综合余热利用控制方法，其构建冷媒回路、采暖回路，结合总热需求、电池热需求、以及系统可用热量的计算，设计纯水源热泵平衡模式、纯空气源热泵平衡模式、双热源热泵平衡模式；当双热源热泵制热状态时，通过外换吸收空气热和电池冷却板式换热器吸收电池回路热量；当电机余热热泵状态时，电机余热用于乘员舱加热；当空气源热泵加热状态时，热泵模式对乘员舱和电池加热。本发明专利技术采用统一的集中式能量控制策略，兼顾各种模式工况的能量需求及平衡，通过制热需求区间内规划响应余热利用方案，实现全工况实现能量平衡；余热利用功能全场景自适应性强，余热利用边界拓宽，全工况余热效率高，采用自适应算法。算法。算法。
【技术实现步骤摘要】
基于能量平衡的热泵综合余热利用控制方法
[0001]本专利技术涉及可用于新能源汽车领域的热管理系统控制技术，尤其涉及一种基于能量平衡的热泵综合余热利用控制方法。
技术介绍
[0002]新能源汽车领域内，续航一般与设备的电源、设备的功率有关，电源储存电量越多，设备功率越小，那么它的续航能力越强。然而，续航里程是新能源汽车行业现阶段的一个主要痛点，特别是冬季低温，一方面，因电池活性下降而导致续航里程降低，另一方面，冬季在制热时需开空调而导致消耗大量电能。
[0003]目前，参照热管理行业的主流做法则是通过能效较高的热泵空调系统，对电池加热保温，对乘员舱升温采暖。但是，当前的热泵空调系统存在运行边界窄、低温能效比低的缺点(例如，低温下探到
‑
10℃左右，稳定运行COP仅为 1.4左右)，主要原因在于低温环境下的外部换热器吸热效率低；同时，车辆运行中电机产生一定热量，电机热量主要通过低温散热器来散掉，或通过水阀切换进入电池进行保温加热，利用效率较低。
[0004]现有技术手段一般是通过电机余热回收方式为热泵在低温下高能效比运行提供必要的热量需求，并未从整车综合能量平衡的角度出发来针对全工况对全车的能力进行规划利用。
[0005]本申请技术方案之研发人员针对以往所采用的余热利用控制方案进行分析可以得出，其存在诸多问题，主要集中为余热利用程度不够、余热利用功能全场景自适应性差、余热利用效率不足且没有从综合能量角度进行算法设计、实际余热控制造成振荡波动等。具体表现为：
[0006]其一，余热利用边界窄，全工况余热效率低：仅实现电池余热利用，这种工况下的乘员舱与电池的加热需求一致，电池有余热且乘员舱需要加热的场景少；由于未进行电机余热利用和电机电池综合余热利用，会导致可进行余热利用的场景环境少，全工况测试和典型测试下的余热利用效率低。
[0007]其二，进入条件判定复杂，余热利用功能全场景自适应性差：由于电池有余热且乘员舱需要加热的条件不易达成，考虑到电池散热量与乘员舱的制热需求量、以及切换不产生能量波动导致的系统和出风温度振荡，需要进行负责的进入条件判断；由于进入条件复杂苛刻、适用场景少，导致无法全工况运行，功能突兀。
[0008]其三，出风温度控制出现波动，模式切换产生回路较大震荡：进入余热利用时，冷媒模式与水回路模式需要进行切换，由于模式切换导致系统能量波动，进而导致实际控制的出风温度产生波动，且现有控制未充分考虑模式切换的进入退出，从而导致冷媒回路与水回路的稳态运行产生较大波动。
[0009]其四，算法设计复杂，标定验证工作量大：算法设计较为复杂主要表现在现有算法的标定量多、判断条件多，后续相应的标定验证等工作增加。
[0010]其五，电机与电池余热无耦合利用，未从综合能量流动角度进行算法设计：当前惯
用的控制方法仅考虑从电池余热回收，通常情况下，此时乘员舱的需求热量不高，而乘员舱需求热量高时电池发热量一般不足；并且当前惯用的控制方法没有引入电机电池综合余热利用，无法从乘员舱冷负荷、电机电池发热的能量平衡角度进行能量流动控制来从根本性原理上进行余热回收。
[0011]综上分析，本专利技术正是在现有公知技术的基础上，结合实际应用经验的总结，提供一种基于能量平衡的热泵综合余热利用控制方法来解决上述问题。经过本专利技术技术方案的提出，技术人员不断地进行实践与分析，能够证明本专利技术所提出的技术方案可解决、或至少可缓解、或可部分解决现有技术存在的问题，同时也有利于满足热泵综合余热利用控制技术的应用需求。
技术实现思路
[0012]针对以上缺陷，本专利技术提供一种基于能量平衡的热泵综合余热利用控制方法，其用于。
[0013]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0014]一种基于能量平衡的热泵综合余热利用控制方法，其采用统一的集中式能量控制方式，且兼顾各种模式工况的能量需求及平衡，包括以下步骤：
[0015]步骤一：于热泵综合余热利用系统中构建冷媒回路，冷媒回路装配的器件至少包括电动压缩机、水冷冷凝器、压力温度传感器、热泵电子膨胀阀、室外换热器、外换出口压力温度传感器、气液分离器；
[0016]步骤二：于热泵综合余热利用系统中构建采暖回路，采暖回路装配的器件至少包括采暖水泵、水冷冷凝器、水加热器、暖风芯体、三通比例水阀；
[0017]步骤三：结合总热需求、电池热需求、以及系统可用热量的计算，设计三种系统平衡模式，包括纯水源热泵平衡W模式、纯空气源热泵平衡A模式、双热源热泵平衡W+A模式；
[0018]步骤四：
[0019](1)当处于电机余热被动回收状态时，电机余热加热电池则采用纯水源热泵平衡W模式，热泵综合余热利用系统中的四通换向水阀一切换为大循环，四通换向水阀二切换为小循环，三通换向水阀为非旁通，冷媒回路开启空气源热泵给乘员舱加热；
[0020](2)当处于电机余热主动回收状态时，电池无热需求，乘员舱余热利用则采用双热源热泵平衡W+A模式，热泵综合余热利用系统中的四通换向水阀一与四通换向水阀二均切换为小循环，三通换向水阀为非旁通，冷媒回路开启为水源热泵回收；
[0021](3)当处于电机及电池余热主动回收状态时，电池无热需求或需散热，乘员舱余热利用则采用双热源热泵平衡W+A模式，四通换向水阀一切换为大循环，四通换向水阀二切换为小循环，三通换向水阀为非旁通，冷媒回路开启水源热泵给乘员舱加热，空气源进行补充；
[0022](4)当处于电池余热回收状态时，为蓄热模式，电驱余热不足，而电池有余热，乘员舱余热利用则采用双热源热泵平衡W+A模式，四通换向水阀一与四通换向水阀二均切换为大循环，三通换向水阀为非旁通，冷媒回路开启水源热泵为乘员舱加热，空气源进行补充。
[0023]本专利技术采用的技术方案，根据应用状况，还可相应地实施为：
[0024]热泵综合余热利用控制方法的利用场景包括电机余热利用、电池余热利用和电机
电池综合余热利用；
[0025]采用热泵综合余热利用控制方法时，当电机电池综合能量大于乘员舱需求能量即可实现余热回收；
[0026]另外，热泵综合余热利用系统构建的电机回路，包括电机水泵、电驱系统、三通换向水阀、四通换向水阀一、四通换向水阀二。
[0027]热泵综合余热利用系统构建的电池回路，包括电池水泵、电池、四通换向水阀一、四通换向水阀二。
[0028]对于相应的计算式，包括如下：
[0029]总热需求的计算式为Q＝Q
c
+Q
b
；其中，Q
c
为乘员舱的热需求，Q
b
为电池的热需求；
[0030]乘员舱热需求计算：Q
c
＝C
c
*[(Tincar
‑
Tau)*Af*K％+(Toutcar
‑
Tau)*Af*(1
‑
K)％]；其中，C
c
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于能量平衡的热泵综合余热利用控制方法，其采用统一的集中式能量控制方式，且兼顾各种模式工况的能量需求及平衡，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：于热泵综合余热利用系统中构建冷媒回路，所述冷媒回路装配的器件至少包括电动压缩机、水冷冷凝器、压力温度传感器、热泵电子膨胀阀、室外换热器、外换出口压力温度传感器、气液分离器；步骤二：于热泵综合余热利用系统中构建采暖回路，所述采暖回路装配的器件至少包括采暖水泵、水冷冷凝器、水加热器、暖风芯体、三通比例水阀；步骤三：结合总热需求、电池热需求、以及系统可用热量的计算，设计三种系统平衡模式，包括纯水源热泵平衡W模式、纯空气源热泵平衡A模式、双热源热泵平衡W+A模式；步骤四：(1)当处于电机余热被动回收状态时，电机余热加热电池则采用纯水源热泵平衡W模式，热泵综合余热利用系统中的四通换向水阀一切换为大循环，四通换向水阀二切换为小循环，三通换向水阀为非旁通，冷媒回路开启空气源热泵给乘员舱加热；(2)当处于电机余热主动回收状态时，电池无热需求，乘员舱余热利用则采用双热源热泵平衡W+A模式，热泵综合余热利用系统中的四通换向水阀一与四通换向水阀二均切换为小循环，三通换向水阀为非旁通，冷媒回路开启为水源热泵回收；(3)当处于电机及电池余热主动回收状态时，电池无热需求或需散热，乘员舱余热利用则采用双热源热泵平衡W+A模式，四通换向水阀一切换为大循环，四通换向水阀二切换为小循环，三通换向水阀为非旁通，冷媒回路开启水源热泵给乘员舱加热，空气源进行补充；(4)当处于电池余热回收状态时，为蓄热模式，电驱余热不足，而电池有余热，乘员舱余热利用则采用双热源热泵平衡W+A模式，四通换向水阀一与四通换向水阀二均切换为大循环，三通换向水阀为非旁通，冷媒回路开启水源热泵为乘员舱加热，空气源进行补充。2.根据权利要求1所述的基于能量平衡的热泵综合余热利用控制方法，其特征在于：所述热泵综合余热利用控制方法的利用场景包括电机余热利用、电池余热利用和电机电池综合余热利用。3.根据权利要求1所述的基于能量平衡的热泵综合余热利用控制方法，其特征在于：采用热泵综合余热利用控制方法时，当电机电池综合能量大于乘员舱需求能量即可实现余热回收。4.根据权利要求1
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4任一项所述的基于能量平衡的热泵综合余热利用控制方法，其特征在于：所述热泵综合余热利用系统构建电机回路，包括电机水泵、电驱系统、三通换向水阀、四通换向水阀一、四通换向水阀二。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的基于能量平衡的热泵综合余热利用控制方法，其特征在于：所述热泵综合余热利用系统构建电池回路，包括电池水泵、电池、四通换向水...
【专利技术属性】
技术研发人员：类兴隆，杨志宇，胡伟，严瑞东，李坤敏，汤飞，张万祥，
申请(专利权)人：上海适宇智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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