一种基于换热器性能退化修正的车用CO2热泵空调系统排气压力控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种基于换热器性能退化修正的车用CO2热泵空调系统排气压力控制方法及装置。采集车内换热器的进风温度T

【技术实现步骤摘要】
一种基于换热器性能退化修正的车用CO2热泵空调系统排气压力控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及电动汽车空气源CO2热泵空调的控制器领域，尤其是涉及一种基于换热器性能退化修正的车用CO2热泵空调系统排气压力控制方法及装置。

技术介绍

[0002]电动汽车CO2热泵空调兼具环保和节能的优势，在寒冷工况下具有优越的制热能力，有望在成为我国汽车空调领域的终极解决方案。如何控制排气压力一直是跨临界CO2热泵系统的重要问题，排放压力是决定跨临界CO2热泵系统性能的关键指标，已有研究证实CO2工质由于自身独特的热力学性质，系统内存在最优排气压力，在该压力下的制热系数(COP)最高。与最优排气压力的微小偏差可能使导致系统的制热系数(COP)显著降低。因此，通过最优排气压力来控制CO2热泵系统性能是当前的主流方法。
[0003]区别于商用CO2热泵热水器系统，汽车内部空间对气体冷却器换热面积的限制、运行模式和冷却介质的改变，导致气体冷却器出口发生明显的温度滑移，制热系数(COP)会随着系统运行参数发生很大的变化，过去建立在CO2热泵热水器的的排气压力关联式已不在适用于空气源车用CO2热泵空调，产生的偏差过大。此外，由于车用CO2热泵系统长期复杂使用，换热器由于污垢、制冷剂腐蚀和润滑油碳化等现实原因会使换热器发生较严重的性能退化，具体表现是换热器的换热效率随运行时间持续降低。然而部件性能退化情况在实际很难通过实验测量出来。这会导致以初始状态设计的最优排气压力关联式预测结果在长期运行过程中会逐渐偏离实际值，难以在全生命周期内均维持在较高的制热系数(COP)。采用智能算法虽然能够获取换热器性能退化后的最优排气压力，但是其在调节过程中，需要高频反复调节电子膨胀阀开度实现排气压力的梯度搜索，导致系统内部流量快速波动，压缩机内的排气压力也会周期性震荡，会破坏系统的稳定性和关键部件的使用寿命。
[0004]综上，现有技术无法在保证系统稳定性的同时，根据当前系统的工况参数直接获取不同换热器退化程度的车用CO2热泵空调系统实时准确的最优排气压力，使系统长期运行中均能维持在较高的制热系数(COP)。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种基于换热器性能退化修正的车用CO2热泵空调系统排气压力控制方法及装置，用于解决现有技术在汽车应用场景下适应性较差，存在难以在全生命周期内一直保证较高的最优排气压力预测精度的技术问题。
[0006]本专利技术提供的技术方案为：
[0007]一种基于换热器性能退化修正的车用CO2热泵空调系统排气压力控制方法，应用对象为乘员车，应用工况为制热循环。该方法具体步骤如下：
[0008]S1：在车用CO2热泵空调系统运行工程中，利用温度传感器获取当前工况下的车内换热器进风温度T
in
，送风温度T
out，
环境温度T
amb
和当前压缩机的排气压力P；
[0009]S2：将车内换热器进风温度T
in
、送风温度T
out
和环境温度T
amb
代入关联式计算理论最优排气压力P
opt1
；
[0010]S3：计算换热器性能退化补偿系数U
opt
，计算修正后的最优排气压力P
opt2
；
[0011]S4：判断当前压缩机排气压力P与最优排气压力P
opt2
之间的相对误差是否在容许范围内，如果是保持当前电子膨胀阀开度；否则执行步骤S5；
[0012]S5：通过调节电子阀开度，以实现当前压缩机排气压力P与最优排气压力P
opt2
之间的相对误差在容许范围内；
[0013]S6：监测温度传感器中车内换热器进风温度变量ΔT
in
，送风温度变量ΔT
out
和环境温度变量ΔT
amb
，若任何一个变量改变幅值超过一定幅度，则返回步骤S1；否则继续保持当前电子膨胀阀开度。
[0014]所述S1步骤中，车用CO2热泵系统是由车内换热器、车外换热器、气液分离器、电子膨胀阀、压缩机组成的基本CO2热泵空调系统。
[0015]在所述的S2步骤中，车用CO2热泵空调理论最优排气压力计算关联式为：
[0016]P
opt1
＝36.1211+0.2819
×
T
amb
+0.3048
×
T
in
+1.0376
×
T
out
[0017]其中，T
amb
为环境温度；T
in
和T
out
分别为车内换热器的进风和送风温度。
[0018]在所述的S3步骤中，补偿系数U
opt
有两种计算方法，若已知当前换热器的退化因子DF
HE
，可以通过如下方法计算：
[0019][0020]U
opt
＝250(DF
HE
)2‑
417(DF
HE
)+276
[0021]其中，U为总传热系数；A为换热面积；ΔT
m
为换热器进出口工质温差；Q为制热量。
[0022]若已知当前车用CO2热泵空调机组运行年限，可以通过如下方法估算：
[0023]使用年限≤4年，U
opt
＝100％；使用年限＝5年，U
opt
＝102.5％；使用年限＝6年，U
opt
＝103.8％；使用年限＝7年，U
opt
＝105.8％；使用年限＝8年，U
opt
＝108.4％；使用年限＝9年，U
opt
＝113.5％；使用年限＝10年，U
opt
＝118.2％。
[0024]修正后的最优排气压力P
opt2
的计算方法如下：
[0025]P
opt2
＝U
opt
·
P
opt1
[0026]其中，U
opt
为补偿系数；P
opt1
为理论最优排气压力。
[0027]在所述的S4步骤中，当前压缩机排气压力P与修正后的最优排气压力P
opt2
之间偏差的许可范围满足如下关系：
[0028]0.98P
opt2
≤P≤1.02P
opt2
[0029]在所述的S5步骤中，通过PID控制器自动调大电子膨胀阀开度，降低排气压力P；或者通过PID控制器自动调小电子膨胀阀开度，增大排气压力P，使得排气压力P与修正后的最优排气压力P
opt2
之间的偏差达到许可范围。
[0030]在所述的S6步骤中，监测的温度传感器信息包括环境温度变量ΔT
am本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于换热器性能退化修正的车用CO2热泵空调系统排气压力控制方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：S1：在车用CO2热泵空调系统运行过程中，利用温度传感器获取当前工况下的车内换热器进风温度T
in
，送风温度T
out
，环境温度T
amb
和当前压缩机的排气压力P；S2：将车内换热器进风温度T
in
、送风温度T
out
和环境温度T
amb
代入关联式计算理论最优排气压力P
opt1
；S3：计算换热器性能退化补偿系数U
opt
，计算修正后的最优排气压力P
opt2
；S4：判断当前压缩机排气压力P与最优排气压力P
opt2
之间的相对误差是否在容许范围内，如果是保持当前电子膨胀阀开度；否则执行步骤S5；S5：通过调节电子膨胀阀开度，以实现当前压缩机排气压力P与最优排气压力P
opt2
之间的相对误差在容许范围内；S6：监测温度传感器的车内换热器进风温度变量ΔT
in
，送风温度变量ΔT
out
和环境温度变量ΔT
amb
，若任何一个变量改变幅值超过一定幅度，则返回步骤S1；否则继续保持当前电子膨胀阀开度。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述的S1步骤中，车用CO2热泵空调系统是由车内换热器、车外换热器、气液分离器、电子膨胀阀、压缩机组成的CO2热泵空调系统。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述的S2步骤中，车用CO2热泵空调系统理论最优排气压力计算关联式为：P
opt1
＝36.1211+0.2819
×
T
amb
+0.3048
×
T
in
+1.0376
×
T
out
其中，T
amb
为环境温度；T
in
和T
out
分别为车内换热器的进风和送风温度。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述的S3步骤中，补偿系数U
opt
有两种计算方法，若已知当前换热器的退化因子DF
HE
，通过如下方法计算：U
opt
＝250(DF
HE
)2‑
417(DF
HE
)+276其中，U为总传热系数；A为换热面积；ΔT
m
为换热器进出口工质温差；Q为制热量；若已知当前车用CO2热泵空调系统运行年限，通过如下方法估算：使用年限≤4年，U
opt
＝100％；使用年限＝5年，U
opt
＝102.5％；使用年限＝6年，U
opt
＝103.8％；使用年限＝7年，U
opt
＝105.8％；使用年限＝8年，U
opt
＝108.4％；使用年限＝9年，U
opt
＝113.5％；使用年限＝10年，U
opt
＝118.2％。5.根据权利要求1所述的控制方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：石凌峰，杨雨卓，舒歌群，田华，李可鑫，张永浩，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：