一种室外换热器结霜识别方法及除霜控制方法

技术领域

本申请涉及车辆除霜技术领域，具体涉及一种室外换热器结霜识别方法及除霜控制方法。

背景技术

目前，随着电动车技术的不断发展，在低温情况下，电动车采用PTC(PositiveTemperature Coefficient)加热器对乘员舱进行取暖，以保证乘客的舒适性。由于PTC耗能较高，严重影响在低温环境下的纯电动汽车续航里程。因此，非常有必要对纯电动汽车整车热管理系统进行精细化管理。为了提升电动车低温续航里程，主要采用热泵系统，利用四通阀或者SOV(Solenoid Operated Valve，电磁控制阀)阀组改变冷媒的流向实现制热或制冷模式。

采用热泵对系统进行制热时，室外换热器不断从环境中吸收热量，导致室外换热器附近的温度下降，随着制热工况的不断进行，当室外换热器的温度降到当前露点温度时，空气中就会有水分析出，并吸附在室外换热器表面，当室外换热器温度进一步降低，低于0℃时，满足结霜的条件，就会在换热器表面形成霜层。结霜后如果不及时除霜，霜层就会越来越厚。若室外换热器的缝隙被结成的冰堵后，室外风机的风则无法形成空气流通，导致室外换热器温度降低，从而导致制热能力下降。随着时间的积累，当室外换热器温度低到一定的程度就会对压缩机的安全造成影响，轻者压缩机停转，重者压缩机直接损坏。

相关技术中，主要采用湿度传感器对室外换热器进行结霜判定，进入化霜工况后，根据摄像头对室外换热器进行拍照，然后对照片进行局部处理，采用灰度门限分隔法做二进制处理，根据像素阀值P判定是否化霜结束。但是，上述过程中，由于风速对湿度传感器的影响较大，容易导致判断错误，造成误除霜，另外，通过逆卡诺循环进行除霜时，如果有白色杂质附在室外换热器上，会误认为是霜，导致化霜时间过长，造成能源浪费。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种室外换热器结霜识别方法及除霜控制方法，以解决相关技术中无法准确识别结霜情况、以及无法进行针对性除霜造成能源浪费的问题。

本申请第一方面提供一种室外换热器结霜识别方法，其包括步骤：

设置通过室外换热器空气流量的第一流量阈值，设置通过室外换热器两侧压差判断室外换热器是否结霜的第一压力阈值曲线，上述第一压力阈值曲线为结霜状态下，第一压力阈值与空气流量对应关系的曲线；

当热泵处于制热状态时，若上述空气流量大于第一流量阈值，则通过压差传感器获取上述室外换热器两侧的压差，并判断上述压差是否大于与上述空气流量对应的第一压力阈值；

若是，则判定上述室外换热器结霜；

否则，根据上述压差对上述热泵的制热时间进行修正并得到修正后的制热时间，并当上述修正后的制热时间大于第一时间阈值时，判定上述室外换热器结霜。

一些实施例中，若上述空气流量小于或等于第一流量阈值，则判断上述制热时间是否大于第一时间阈值；若是，则判定上述室外换热器结霜。

一些实施例中，当上述修正后的制热时间小于或等于第一时间阈值时，对上述修正后的制热时间继续制热计时，并重新比较空气流量与第一流量阈值之间的大小，直至压差大于与空气流量对应的第一压力阈值、或制热时间大于第一时间阈值。

一些实施例中，当热泵处于制热状态时，还包括：

通过流量传感器获取通过室外换热器的流量信号，并计算得到上述空气流量。

一些实施例中，根据上述压差对上述制热时间进行修正之前，还包括：

根据台架试验获取不同空气流量下，制热时间与压差之间的对应关系。

本申请第二方面提供一种室外换热器除霜控制方法，其包括步骤：

设置通过室外换热器空气流量的第二流量阈值，设置通过室外换热器两侧压差判断室外换热器是否完成除霜的第二压力阈值曲线，上述第二压力阈值曲线为除霜结束状态下，第二压力阈值与空气流量对应关系的曲线；

当上述空气流量大于第二流量阈值时，通过压差传感器获取上述室外换热器两侧的压差，并判断上述压差是否小于与上述空气流量对应的第二压力阈值；

若是，则结束除霜；

否则，根据上述压差对开始除霜后的除霜时间进行修正并得到修正后的除霜时间，并当上述修正后的除霜时间大于第二时间阈值时，结束除霜。

一些实施例中，当上述空气流量小于或等于第二流量阈值时，判断上述除霜时间是否大于第二时间阈值；若是，则结束除霜。

一些实施例中，当上述修正后的除霜时间小于或等于第二时间阈值时，对上述修正后的除霜时间继续除霜计时，并重新比较空气流量与第二流量阈值之间的大小，直至压差小于与空气流量对应的第二压力阈值、或除霜时间大于第二时间阈值。

一些实施例中，还包括：通过流量传感器获取通过室外换热器的流量信号，并计算得到上述空气流量。

一些实施例中，根据上述压差对上述除霜时间进行修正之前，还包括：

根据台架试验获取不同空气流量下，除霜时间与压差之间的对应关系。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请的室外换热器结霜识别方法及除霜控制方法，当热泵处于制热状态且通过室外换热器的空气流量大于第一流量阈值时，若室外换热器两侧的压差大于与空气流量对应的第一压力阈值，则直接判定室外换热器结霜，否则需要根据上述压差对热泵的制热时间进行修正并根据修正后的时间判断是否结霜；另外，当处于除霜状态且通过室外换热器的空气流量大于第二流量阈值时，若室外换热器两侧的压差小于与空气流量对应的第二压力阈值，则结束除霜，否则需要根据上述压差对开始除霜后的除霜时间进行修正，并根据修正后的时间判断是否结束除霜。因此，上述方法不仅可准确识别结霜情况，还可根据除霜过程中的具体情况进行针对性地除霜，避免造成能源浪费。

附图说明

图1为本申请实施例中室外换热器结霜识别方法的流程图；

图2为本申请实施例中室外换热器除霜控制方法的流程图；

图3为本申请实施例中结霜识别和化霜控制过程的流程图；

图4为本申请实施例中整车热管理系统的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本申请实施例提供一种室外换热器结霜识别方法，其包括步骤：

A1.设置通过室外换热器空气流量的第一流量阈值，设置通过室外换热器两侧压差判断室外换热器是否结霜的第一压力阈值曲线，上述第一压力阈值曲线为结霜状态下，第一压力阈值与空气流量对应关系的曲线。

其中，根据整车热管理系统在结霜状态下的压差-流量曲线测试结果，可得到结霜后的压差-流量曲线，选取以第一流量阈值及对应的压差值作为起点值的后续曲线(流量大于等于第一流量阈值的曲线部分)，作为第一流量阈值对应的第一压力阈值曲线。即不同第一流量阈值对应不同的第一压力阈值曲线，且该第一流量阈值为该第一压力阈值曲线的流量起点值。

本实施例中，可根据压差传感器的精度选择空气流量的第一流量阈值，进而确定对应的第一压力阈值曲线。

A2.当热泵处于制热状态时，则获取通过室外换热器的空气流量，若上述空气流量大于第一流量阈值，则通过压差传感器获取上述室外换热器两侧的压差，并判断上述压差是否大于与上述空气流量对应的第一压力阈值。

A3.若是，则判定上述室外换热器结霜，并请求除霜。

A4.否则，根据上述压差对上述热泵的制热时间进行修正并得到修正后的制热时间，并当上述修正后的制热时间大于第一时间阈值时，判定上述室外换热器结霜，并请求除霜。

本申请实施例的室外换热器结霜识别方法，当热泵处于制热状态且通过室外换热器的空气流量大于第一流量阈值时，若室外换热器两侧的压差大于与空气流量对应第一压力阈值，则直接判定室外换热器结霜，否则需要根据上述压差对热泵的制热时间进行修正并根据修正后的时间判断是否结霜。因此，上述结霜识别方法可准确识别不同空气流量下的结霜情况，提高室外换热器的效率，避免误识别结霜造成的除霜过程，降低整车能耗。

本实施例中，当热泵处于制热状态时，若上述空气流量小于或等于第一流量阈值，则判断上述制热时间是否大于第一时间阈值。

若制热时间大于第一时间阈值，则判定上述室外换热器结霜，需要启动除霜过程，若制热时间小于或等于第一时间阈值，则判定上述室外换热器未结霜，可继续制热。

进一步地，当上述修正后的制热时间小于或等于第一时间阈值时，以上述修正后的制热时间作为当前制热时间，继续制热计时，并重新比较空气流量与第一流量阈值之间大小，进行后续地结霜识别过程，直至压差大于与空气流量对应的第一压力阈值、或制热时间大于第一时间阈值。当制热结束时，制热时间归零。

本实施例中，车辆启动后，首先判断热泵是否处于制热状态，若是，则进行空气流量判断。其中，判断空气流量是否大于第一流量阈值之前，还包括：通过流量传感器获取通过室外换热器的流量信号，并根据流量信号计算得到上述空气流量。

优选地，上述步骤A4中，根据上述压差对上述制热时间进行修正之前，还包括：

根据台架试验获取不同空气流量下，制热时间与压差之间的对应关系。

可选地，根据台架试验的结霜测试过程，得到不同流量下的压差-时间曲线，作为不同空气流量下，制热时间与压差之间的对应关系。

在其他实施例中，还可获取上述的压差-时间曲线的两个端值，做出线性函数，作为制热时间与压差之间的对应关系，通过插值法即可获取压差对应的时间，作为修正后的制热时间。

如图2所示，本申请实施例还提供一种室外换热器除霜控制方法，其包括步骤：

B1.设置通过室外换热器空气流量的第二流量阈值，设置通过室外换热器两侧压差判断室外换热器是否完成除霜的第二压力阈值曲线，上述第二压力阈值曲线为除霜结束状态下，第二压力阈值与空气流量对应关系的曲线。

其中，根据整车热管理系统在除霜结束状态下的压差-流量曲线测试结果，可得到除霜完成时的压差-流量曲线，选取以第二流量阈值及对应的压差值作为起点值的后续曲线(流量大于等于第二流量阈值的曲线部分)，作为第二流量阈值对应的第二压力阈值曲线，即不同第二流量阈值对应不同的第二压力阈值曲线，且该第二流量阈值为该第二压力阈值曲线的流量起点值。

本实施例中，可根据压差传感器的精度选择空气流量的第二流量阈值，进而确定对应的第二压力阈值曲线。优选地，第二流量阈值大于第一流量阈值，以增加判断精度。

B2.当通过室外换热器的空气流量大于第二流量阈值时，通过压差传感器获取上述室外换热器两侧的压差，并判断上述压差是否小于与上述空气流量对应的第二压力阈值。

B3.若是，则结束除霜。

B4.否则，根据上述压差对开始除霜后的除霜时间进行修正并得到修正后的除霜时间，并当上述修正后的除霜时间大于第二时间阈值时，结束除霜。

本申请实施例的室外换热器除霜控制方法，当处于除霜状态且通过室外换热器的空气流量大于第二流量阈值时，若室外换热器两侧的压差小于第二压力阈值，则结束除霜，否则需要根据上述压差对开始除霜后的除霜时间进行修正，并根据修正后的时间判断是否结束除霜。因此，上述除霜控制方法可根据除霜过程中的具体情况进行针对性地除霜，避免过度除霜，进而避免造成能源浪费。

本实施例中，当处于除霜状态时，若上述空气流量小于或等于第二流量阈值，则判断上述除霜时间是否大于第二时间阈值。若除霜时间大于第二时间阈值，则结束除霜，否则，判定除霜未结束，需继续进行除霜。

进一步地，当上述修正后的除霜时间小于或等于第二时间阈值时，以上述修正后的除霜时间作为当前除霜时间，并继续进行除霜以及除霜计时，然后重新比较空气流量与第二流量阈值之间大小，直至压差小于与空气流量对应的第二压力阈值、或除霜时间大于第二时间阈值。当除霜结束时，除霜时间归零。

本实施例中，判断空气流量是否大于第二流量阈值之前，还包括：通过流量传感器获取通过室外换热器的流量信号，并计算得到上述空气流量。

优选地，上述步骤B4中，根据上述压差对上述除霜时间进行修正之前，还包括:

根据台架试验获取不同空气流量下，除霜时间与压差之间的对应关系。

可选地，根据台架试验的除霜测试过程，得到不同流量下的压差-时间曲线，作为不同空气流量下，除霜时间与压差之间的对应关系。

在其他实施例中，还可获取上述的压差-时间曲线的两个端值，做出线性函数，作为除霜时间与压差之间的对应关系，通过插值法即可获取压差对应的时间，作为修正后的除霜时间。

如图3所示，本实施例的结霜识别和化霜控制过程具体包括：

C1.判断热泵是否处于制热状态，若是，转向C2，否则判断热泵是否处于制热状态；

C2.计算通过室外换热器的空气流量；

C3.判断空气流量是否大于第一流量阈值，若是，转向C4，否则，转向C6；

C4.判断室外换热器两侧的压差是否大于与空气流量对应的第一压力阈值，若是，转向C7，否则，转向C5；

C5.根据上述压差对制热时间进行修正得到修正后的制热时间；

C6.判断制热时间是否大于第一时间阈值，若是，转向C7，否则，转向C1；

C7.判定结霜，进行除霜；

C8.判断空气流量是否大于第二流量阈值，若是，转向C9，否则，转向C11；

C9.判断室外换热器两侧的压差是否小于与空气流量对应的第二压力阈值，若是，转向C12，否则，转向C10；

C10.根据压差对除霜时间进行修正得到修正后的除霜时间；

C11.判断除霜时间是否大于第二时间阈值，若是，转向C12，否则，转向C8；

C12结束除霜，并转向C1。

本实施例中，当通过室外换热器的空气流量处于高低流量变化的工况时，通过制热时间和压差耦合判定结霜状态，通过除霜时间和压差耦合判定除霜过程，即可有效降低整车能耗。

如图4所示，本申请实施例还提供一种整车热管理系统。该整车热管理系统包括压缩机1、冷凝器2、四通阀3、气液分离罐4、膨胀阀5、截止阀6、室外换热器7、室外风扇8、膨胀阀9、chiller(冷却器)10、第一水泵11、电池12、同轴管13、截止阀14、膨胀阀15、蒸发器16、室内风扇17、压差传感器18、风门19、暖风芯体20、PTC加热器21和第二水泵22。其中，压差传感器用于采集室外换热器7的两面(迎风面和背风面)的压差。

当整车热管理系统处于热泵制热的情况下，压缩机1进行工作，对制冷剂做功，制冷剂通过冷凝器2进行换热(第二水泵22开启)，对乘员舱进行加热，制冷剂经过四通阀3后流向膨胀阀5，再经过室外换热器7，对外吸热，最后回到压缩机1中，完成循环。

其中，制冷剂经过四通阀3后还可部分经过膨胀阀9和chiller 10对电池12进行加热。

当整车热管理系统处于热泵化霜的情况，压缩机1进行工作，对制冷剂做功，制冷剂通过冷凝器2(第二水泵22关闭)，制冷剂经过四通阀3后直接流向室外换热器7，对外进行放热，然后回到压缩机1种，完成循环。此时，膨胀阀9可关闭。

本实施的结霜识别和化霜控制方法，不仅可及时准确地识别室外换热器的结霜情况，还能根据不同工况有效控制除霜，降低纯电动汽车的低温续航里程的衰减率。

本申请不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。