热泵空调器的制热能量分配方法及相关装置与流程

1.本发明涉及热泵空调器技术领域，更具体地说，涉及热泵空调器的制热能量分配方法及相关装置。


背景技术：

2.热泵空调器的制热原理是通过向热泵系统输入一定电能驱动压缩机作功，使机组中的r134a冷媒反复发生蒸发吸热和冷凝放热的物理相变过程，进而实现了空间上的热量交换和传递转移。
3.在冬季时，低环境温度下，由于r134a冷媒的物理特性，冷媒更容易液化，使得热泵系统的制热能力会受到限制，但是对于用户而言，需要保持车内舒适的出风温度，所以高压电加热器(即ptc)的帮助是必不可少的。现有热泵空调器中，ptc加热过多，浪费整车电池能量，导致电池的续航不足；ptc加热过少，又无法保证用户的暖风需求，热泵空调器舒适性不够。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提出一种热泵空调器的制热能量分配方法及相关装置，欲实现热泵空调器中ptc的精准制热，在保证用户舒适性的同时，降低电池能量消耗。
5.为了实现上述目的，现提出的方案如下：
6.第一方面，提供一种热泵空调器的制热能量分配方法，包括：
7.计算得到热泵空调器需要产生的总制热功率；
8.计算得到热泵空调器的热泵系统当前可提供的最大制热功率；
9.当所述总制热功率不大于所述最大制热功率时，将所述总制热功率作为所述热泵系统的目标制热功率控制所述热泵系统进行制热；
10.当所述总制热功率大于所述最大制热功率时，将所述最大制热功率作为所述热泵系统的目标制热功率控制所述热泵系统进行制热，并将所述总制热功率与所述最大制热功率的差值作为热泵空调器的ptc的目标制热功率控制所述ptc进行制热。
11.优选的，所述计算得到热泵空调器需要产生的总制热功率，具体包括：
12.根据总制热功率公式计算得到热泵空调器需要产生的总制热功率，总制热功率公式为：
13.tgq＝1.16
×
cpa
×
ga
×
γa
×n×
(tco-te)
14.其中，tgq为总制热功率，cpa为空气的比热容，ga是热泵空调器的鼓风机风量，γa为空气的密度，n为热泵空调器的温度风门的开度，tco为热泵空调器的出风口目标温度，te为热泵空调器的蒸发器实际温度。
15.优选的，所述计算得到热泵空调器的热泵系统当前可提供的最大制热功率，具体包括：
16.利用预先设置的车外温度与电动压缩机最大电流的对应关系，匹配得到与当前车
外实际温度对应的电动压缩机最大电流；
17.利用预先设置的车外温度、鼓风机风量与热泵换热效率的对应关系，匹配得到与当前车外实际温度以及当前鼓风机风量对应的热泵换热效率；
18.根据热泵最大功率公式计算得到热泵空调器的热泵系统当前可提供的最大制热功率，所述热泵最大功率公式为qmax＝f
×
cop
×u×
imax，其中，1.1＞f＞0.9，cop为与当前车外实际温度以及当前鼓风机风量对应的热泵换热效率，imax为与当前车外实际温度对应的电动压缩机最大电流，u为电动压缩机的当前电压。
19.优选的，在将所述最大制热功率作为所述热泵系统的目标制热功率控制所述热泵系统进行制热，并将所述总制热功率与所述最大制热功率的差值作为热泵空调器的ptc的目标制热功率控制所述ptc进行制热时，还包括：
20.根据所述热泵系统的实际制热功率，实时调整所述ptc的实际制热功率，以使所述热泵系统的实际制热功率和所述ptc的实际制热功率的和等于所述总制热功率。
21.第二方面，提供一种热泵空调器的制热能量分配装置，包括：
22.总制热功率单元，用于计算得到热泵空调器需要产生的总制热功率；
23.热泵最大制热功率单元，用于计算得到热泵空调器的热泵系统当前可提供的最大制热功率；
24.第一制热处理单元，用于当所述总制热功率不大于所述最大制热功率时，将所述总制热功率作为所述热泵系统的目标制热功率控制所述热泵系统进行制热；
25.第二制热处理单元，用于当所述总制热功率大于所述最大制热功率时，将所述最大制热功率作为所述热泵系统的目标制热功率控制所述热泵系统进行制热，并将所述总制热功率与所述最大制热功率的差值作为热泵空调器的ptc的目标制热功率控制所述ptc进行制热。
26.优选的，所述总制热功率单元，具体用于：
27.根据总制热功率公式计算得到热泵空调器需要产生的总制热功率，总制热功率公式为：
28.tgq＝1.16
×
cpa
×
ga
×
γa
×n×
(tco-te)
29.其中，tgq为总制热功率，cpa为空气的比热容，ga是热泵空调器的鼓风机风量，γa为空气的密度，n为热泵空调器的温度风门的开度，tco为热泵空调器的出风口目标温度，te为热泵空调器的蒸发器实际温度。
30.优选的，所述热泵最大制热功率单元，具体包括：
31.最大电流子单元，用于利用预先设置的车外温度与电动压缩机最大电流的对应关系，匹配得到与当前车外实际温度对应的电动压缩机最大电流；
32.热泵换热效率子单元，用于利用预先设置的车外温度、鼓风机风量与热泵换热效率的对应关系，匹配得到与当前车外实际温度以及当前鼓风机风量对应的热泵换热效率；
33.热泵最大制热功率子单元，用于根据热泵最大功率公式计算得到热泵空调器的热泵系统当前可提供的最大制热功率，所述热泵最大功率公式为qmax＝f
×
cop
×u×
imax，其中，1.1＞f＞0.9，cop为与当前车外实际温度以及当前鼓风机风量对应的热泵换热效率，imax为与当前车外实际温度对应的电动压缩机最大电流，u为电动压缩机的当前电压。
34.优选的，所述第二制热处理单元，还用于在将所述最大制热功率作为所述热泵系
统的目标制热功率控制所述热泵系统进行制热，并将所述总制热功率与所述最大制热功率的差值作为热泵空调器的ptc的目标制热功率控制所述ptc进行制热时，根据所述热泵系统的实际制热功率，实时调整所述ptc的实际制热功率，以使所述热泵系统的实际制热功率和所述ptc的实际制热功率的和等于所述总制热功率。
35.第三方面，提供一种可读存储介质，其上存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现如第一方面中任意一种热泵空调器的制热能量分配方法的各个步骤。
36.第四方面，提供一种热泵空调器，包括热泵空调控制器，以及分别与所述热泵空调控制器通信连接的蒸发器温度传感器、电动压缩机、车外温度传感器、ptc、鼓风机和温度风门开度传感器，所述热泵空调控制器包括存储器和处理器；
37.所述存储器，用于存储程序；
38.所述处理器，用于执行所述程序，实现如第一方面中任意一种热泵空调器的制热能量分配方法的各个步骤。
39.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
40.上述技术方案提供的一种热泵空调器的制热能量分配方法及相关装置，方法包括当热泵空调器需要产生的总制热功率不大于热泵空调器的热泵系统当前可提供的最大制热功率时，将热泵空调器需要产生的总制热功率作为热泵系统的目标制热功率控制热泵系统进行制热；当热泵空调器需要产生的总制热功率大于热泵空调器的热泵系统当前可提供的最大制热功率时，将最大制热功率作为热泵系统的目标制热功率控制热泵系统进行制热，并其余所需的制热功率作为热泵空调器的ptc的目标制热功率控制ptc进行制热。这样通过最大限度的发挥热泵系统的制热能力，且控制ptc进行精准制热，在保证了用户的舒适度的同时，尽可能降低了电池的能量消耗。
41.进一步的，通过总制热功率公式tgq＝1.16
×
cpa
×
ga
×
γa
×n×
(tco-te)，计算得到热泵空调器需要产生的总制热功率，保证了计算结果的准确性，进而使得制热能量分配更加精准。
42.又进一步的，针对不同的车外温度设置对应的电动压缩机最大电流，限制了电动压缩机的在不同车外温度下的转速，进而防止吸气温度过低，实现了对电动压缩机的保护。
43.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
44.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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
45.图1为本发明实施例提供的一种热泵空调器的示意图；
46.图2为本发明实施例提供的一种热泵空调器的制热能量分配方法的流程图；
47.图3为本发明实施例提供的一种热泵空调器的制热能量分配装置的示意图；
48.图4为本发明实施例提供的一种热泵空调控制器的示意图。
具体实施方式
49.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，都属于本发明保护的范围。
50.参见图1，为本实施例提供的一种热泵空调器的示意图，示出了一些部件之间的连接关系。热泵空调器包括热泵空调控制器11，以及分别与热泵空调控制器11通信连接的蒸发器温度传感器12、电动压缩机13、车外温度传感器14、ptc15、鼓风机16和温度风门开度传感器17。
51.参见图2，为本实施例提供的一种热泵空调器的制热能量分配方法，该方法可应用于热泵空调控制器11，该方法包括以下步骤：
52.s21：计算得到热泵空调器需要产生的总制热功率。
53.在一些具体实施例中，根据总制热功率公式计算得到热泵空调器需要产生的总制热功率，保证了计算结果的准确性，进而使得制热能量分配更加精准。总制热功率公式为：
54.tgq＝1.16
×
cpa
×
ga
×
γa
×n×
(tco-te)
55.其中，tgq为总制热功率，cpa为空气的比热容，ga是热泵空调器的鼓风机风量，γa为空气的密度，n为热泵空调器的温度风门的开度，tco为热泵空调器的出风口目标温度，te为热泵空调器的蒸发器实际温度。cpa和γa均为常数。热泵空调器的热泵系统开启后，通过蒸发器温度传感器12采集蒸发器实际温度te，通过车外温度传感器14采集车外实际温度tam，并通过温度风门开度传感器17采集温度风门的开度n，n的取值范围为0～100％。空调控制器11根据用户设定的空调温度和车外实际温度tam等数据，利用预设的pi控制算法计算得到热泵空调器的出风口目标温度tco。热泵空调器的鼓风机风量ga与鼓风机档位存在对应关系，根据用户设定的鼓风机档位，得到鼓风机风量ga。1.16为能量单位转换的系数。
56.对于四档鼓风机，鼓风机风量ga与鼓风机档位d的关系见下表：
57.鼓风机档位d鼓风机风量ga1ga12ga23ga34ga4
58.其中，鼓风机档位d越高，鼓风机风量ga越大。
59.s22：计算得到热泵空调器的热泵系统当前可提供的最大制热功率。
60.热泵空调器的电动压缩机13的电流越大，则转速越高，进而热泵系统的制热功率越大。通过确定电动压缩机13当前可达到的最高转速，可计算得到热泵系统当前可提供的最大制热功率。
61.s23：当总制热功率不大于最大制热功率时，将总制热功率作为热泵系统的目标制热功率控制热泵系统进行制热。
62.具体的，根据热泵功率公式q＝f
×
cop
×u×
i，可计算得到热泵系统要达到目标制热功率时电动压缩机13的电流。其中，f为整车标定系数，1.1＞f＞0.9，cop为与当前车外实际温度以及当前鼓风机风量对应的热泵换热效率，u为电动压缩机的当前电压，q为热泵系
统的目标制热功率，i热泵系统要达到目标制热功率时的电动压缩机13的电流。电动压缩机13的电流和转速存在对应关系，获取与热泵系统要达到目标制热功率时的电动压缩机13的电流对应转速，并控制电动压缩机13按照该转速运行，则可以使得热泵系统按照目标制热功率进行制热。
63.在台架试验中，计算在不同车外温度、鼓风机风量下，热泵系统产生热量与电动压缩机13消耗的能量的比值(即cop)，得到车外温度、鼓风机风量与热泵换热效率的对应关系。比如在车外温度为-10℃，鼓风机风量为ga1时，热泵系统产生的热量为4kw，而电动压缩机13消耗的能量为1.9kw，则cop＝4/1.9，车外温度-10℃、鼓风机风量ga1对应cop＝4/1.9。
64.s24：当总制热功率大于最大制热功率时，将最大制热功率作为热泵系统的目标制热功率控制热泵系统进行制热，并将总制热功率与最大制热功率的差值作为热泵空调器的ptc的目标制热功率控制ptc进行制热。
65.根据ptc的电能与热能的转换效率，以及ptc的目标制热功率，计算得到ptc的功率，进行制热。
66.本实施例提供的上述方法，通过最大限度的发挥热泵系统的制热能力，且控制ptc进行精准制热，在保证了用户的舒适度的同时，尽可能降低了电池的能量消耗。
67.在一些具体实施例中，计算热泵空调器的热泵系统当前可提供的最大制热功率的过程，可包括以下步骤：
68.步骤221：利用预先设置的车外温度与电动压缩机最大电流的对应关系，匹配得到与当前车外实际温度对应的电动压缩机最大电流。
69.针对不同的车外温度tam设置对应的电动压缩机最大电流imax，限制电动压缩机13的在不同车外温度tam下的转速，进而防止吸气温度过低，以实现对电动压缩机的保护。
70.步骤222：利用预先设置的车外温度、鼓风机风量与热泵换热效率的对应关系，匹配得到与当前车外实际温度以及当前鼓风机风量对应的热泵换热效率。
71.下表是某个车型进行台架试验得到的车外温度、鼓风机风量与热泵换热效率的对应关系。将车外温度分为了三个范围，鼓风机为四档，每一档对应一个鼓风机风量。数值即为相应行列条件下对应的热泵换热效率，比如第二行第二列的热泵换热效率2.1即为当车外实际温度大于tam1且鼓风机风量为ga1时的热泵换热效率。
[0072][0073][0074]
步骤223：根据热泵最大功率公式计算得到热泵空调器的热泵系统当前可提供的最大制热功率。热泵最大功率公式为：
[0075]
qmax＝f
×
cop
×u×
imax
[0076]
其中，1.1＞f＞0.9，cop为与当前车外实际温度以及当前鼓风机风量对应的热泵换热效率，imax为与当前车外实际温度对应的电动压缩机最大电流，u为电动压缩机的当前电压。
[0077]
在一些具体实施例中，在将最大制热功率作为热泵系统的目标制热功率控制热泵
系统进行制热，并将总制热功率与最大制热功率的差值作为热泵空调器的ptc的目标制热功率控制ptc进行制热时，还包括：根据热泵系统的实际制热功率，实时调整所述ptc的实际制热功率，以使热泵系统的实际制热功率和ptc的实际制热功率的和等于总制热功率。
[0078]
在一些具体实施例中，根据电动压缩机13的当前转速nc，计算得到热泵系统的实际制热功率qnc，qnc＝(nc/ncmam)
×
qmax，ncmam为与imax对应的最大转速。在将最大制热功率作为热泵系统的目标制热功率控制热泵系统进行制热时，由于电动压缩机13的转速是从当前转速逐步提升到ncmax的，本实施例中，实时调整所述ptc的实际制热功率，以使热泵系统的实际制热功率和ptc的实际制热功率的和等于总制热功率，以加快制热速率，提高用户体验。
[0079]
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。
[0080]
下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。
[0081]
参见图3，为本实施例提供的一种热泵空调器的制热能量分配装置，该装置包括：总制热功率单元31、热泵最大制热功率单元32、第一制热处理单元33和第二制热处理单元34。
[0082]
总制热功率单元31，用于计算得到热泵空调器需要产生的总制热功率。
[0083]
热泵最大制热功率单元32，用于计算得到热泵空调器的热泵系统当前可提供的最大制热功率。
[0084]
第一制热处理单元33，用于当总制热功率不大于最大制热功率时，将总制热功率作为热泵系统的目标制热功率控制热泵系统进行制热。
[0085]
第二制热处理单元34，用于当总制热功率大于最大制热功率时，将最大制热功率作为热泵系统的目标制热功率控制热泵系统进行制热，并将总制热功率与最大制热功率的差值作为热泵空调器的ptc的目标制热功率控制ptc进行制热。
[0086]
在一些具体实施例中，总制热功率单元31，具体用于根据总制热功率公式计算得到热泵空调器需要产生的总制热功率。总制热功率公式为：
[0087]
tgq＝1.16
×
cpa
×
ga
×
γa
×n×
(tco-te)
[0088]
其中，tgq为总制热功率，cpa为空气的比热容，ga是热泵空调器的鼓风机风量，γa为空气的密度，n为热泵空调器的温度风门的开度，tco为热泵空调器的出风口目标温度，te为热泵空调器的蒸发器实际温度。
[0089]
在一些具体实施例中，热泵最大制热功率单元32，具体包括：最大电流子单元、热泵换热效率子单元和热泵最大制热功率子单元。
[0090]
最大电流子单元，用于利用预先设置的车外温度与电动压缩机最大电流的对应关系，匹配得到与当前车外实际温度对应的电动压缩机最大电流。
[0091]
热泵换热效率子单元，用于利用预先设置的车外温度、鼓风机风量与热泵换热效率的对应关系，匹配得到与当前车外实际温度以及当前鼓风机风量对应的热泵换热效率。
[0092]
热泵最大制热功率子单元，用于根据热泵最大功率公式计算得到热泵空调器的热泵系统当前可提供的最大制热功率。热泵最大功率公式为：
[0093]
qmax＝f
×
cop
×u×
imax
[0094]
其中，1.1＞f＞0.9，cop为与当前车外实际温度以及当前鼓风机风量对应的热泵换热效率，imax为与当前车外实际温度对应的电动压缩机最大电流，u为电动压缩机的当前电压。
[0095]
在一些具体实施例中，第二制热处理单元34，还用于在将最大制热功率作为热泵系统的目标制热功率控制热泵系统进行制热，并将总制热功率与最大制热功率的差值作为热泵空调器的ptc的目标制热功率控制ptc进行制热时，根据热泵系统的实际制热功率，实时调整所述ptc的实际制热功率，以使热泵系统的实际制热功率和ptc的实际制热功率的和等于总制热功率。
[0096]
参见图4，为实施例提供的一种热泵空调控制器的示意图。热泵空调控制器的硬件结构可以包括：至少一个处理器41，至少一个通信接口42，至少一个存储器43和至少一个通信总线44，且处理器41、通信接口42、存储器43通过通信总线44完成相互间的通信；
[0097]
处理器41在一些实施例中可以是一个cpu(centralprocessing unit，中央处理器)，或者是asic(application specific integrated circuit，特定集成电路)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等。
[0098]
通信接口42可以包括标准的有线接口、无线接口。通常用于在热泵空调控制器与其他电子设备或系统之间建立通信连接。
[0099]
存储器43包括至少一种类型的可读存储介质。可读存储介质可以为如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器等nvm(non-volatile memory，非易失性存储器)。可读存储介质还可以是高速ram(randomaccess memory，随机存取存储器)存储器。可读存储介质在一些实施例中可以是热泵空调控制器的内部存储单元，例如该热泵空调控制器的硬盘。在另一些实施例中，可读存储介质还可以是热泵空调控制器的外部存储设备，例如该热泵空调控制器上配备的插接式硬盘、smc(smart media card,智能存储卡)、sd(secure digital,安全数字)卡，闪存卡(flash card)等。
[0100]
其中，存储器43存储有计算机程序，处理器41可调用存储器43存储的计算机程序，所述计算机程序用于：
[0101]
计算得到热泵空调器需要产生的总制热功率；
[0102]
计算得到热泵空调器的热泵系统当前可提供的最大制热功率；
[0103]
当所述总制热功率不大于所述最大制热功率时，将所述总制热功率作为所述热泵系统的目标制热功率控制所述热泵系统进行制热；
[0104]
当所述总制热功率大于所述最大制热功率时，将所述最大制热功率作为所述热泵系统的目标制热功率控制所述热泵系统进行制热，并将所述总制热功率与所述最大制热功率的差值作为热泵空调器的ptc的目标制热功率控制所述ptc进行制热。
[0105]
所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
[0106]
图4仅示出了具有组件41～44的热泵空调控制器，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
[0107]
本发明实施例还提供一种可读存储介质，该可读存储介质可存储有适于处理器执行的程序，所述程序用于：
[0108]
计算得到热泵空调器需要产生的总制热功率；
[0109]
计算得到热泵空调器的热泵系统当前可提供的最大制热功率；
[0110]
当所述总制热功率不大于所述最大制热功率时，将所述总制热功率作为所述热泵系统的目标制热功率控制所述热泵系统进行制热；
[0111]
当所述总制热功率大于所述最大制热功率时，将所述最大制热功率作为所述热泵系统的目标制热功率控制所述热泵系统进行制热，并将所述总制热功率与所述最大制热功率的差值作为热泵空调器的ptc的目标制热功率控制所述ptc进行制热。
[0112]
所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
[0113]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0114]
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0115]
本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，且本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合。
[0116]
对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。