一种车用热泵空调系统、控制方法及车辆

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种车用热泵空调系统、控制方法及车辆。

背景技术

电子膨胀阀是车辆的热泵系统的常用元件，电子膨胀阀在特定工况下会存在振动从而产生噪音。为了解决这个问题，目前通常是会对电子膨胀阀进行隔振，从而减小异响和噪音，或者通过后期标定避开某些特定工况。

由于汽车型号的频繁更新，在现有的汽车生产调试过程中，每一款汽车都必须经过生产调试过程，需要耗费大量的时间和人力；特别是涉及到汽车热泵系统调节时，由于热泵系统中的电子膨胀阀需要进行隔振或者需要后期标定以减小噪音，因此在对其进行调试的过程中，需要模拟多种容易产生振动和噪音的环境，极为不便。

现有技术中，存在一种利用毛细管结合电子膨胀阀的装置，通过不同回路的可调节以及开关拓宽节流装置制冷量调节范围的装置，然而其无法根据具体的工况的对电子膨胀阀的进行针对性调节，也无法精确控制电子膨胀阀的异响和噪音。

发明内容

本发明第一方面的一个目的是要提供一种车用热泵空调系统以避免特定工况下电子膨胀阀的大范围调节引起的振动和噪音。

本发明一个进一步的目的是要使得汽车热泵中的电子膨胀阀适应范围增大。

本发明第二方面的一个目的是要提供一种车用热泵空调系统的控制方法，简化汽车测试过程中的热泵系统的振动和噪音调试步骤。

本发明第三方面的一个目的是要提供一种汽车，能够避免热泵系统振动和噪音。

特别地，本发明提供了一种分段调节的汽车用热泵调节系统，包括：

主回路，其上设置有第二电磁阀和电子膨胀阀，所述电子膨胀阀的入口端与所述主回路连通，所述电子膨胀阀的出口端与所述第二电磁阀的入口端连通；

第一支路，其上设置有第一电磁阀；

控制器，设置成根据制冷和制热工况以及环境温度控制所述第一电磁阀的开启和关闭，并根据所述热泵系统的压缩机转速控制所述第二电磁阀的开启和关闭，以使所述电子膨胀阀工作在流经其的冷却液流量稳定的目标工况下。

进一步地，所述控制器配置成在所述压缩机转速在预设转速范围内时控制所述第二电磁阀打开，并在所述压缩机转速达到或大于所述预设转速范围的上限值时关闭所述第二电磁阀。

进一步地，所述控制器配置成在制冷工况下，且所述环境温度在第一预设温度范围内控制所述第一电磁阀关闭，并在所述环境温度大于所述第一预设温度范围的上限值时打开所述第一电磁阀；

所述控制器配置成在制热工况下，且所述环境温度在第二预设温度范围内控制所述第二电磁阀打开，并在所述环境温度大于所述第二预设温度范围的上限值时关闭所述第二电磁阀.

所述第一预设温度范围内的任一温度值大于所述第二预设温度范围内的任一温度值。

进一步地，所述控制器配置成在所述制冷工况下，且所述环境温度小于所述第一预设温度范围的下限值时关闭所述第一电磁阀；

所述控制器配置成在所述制热工况下，且所述环境温度小于所述第二预设温度范围的下限值时打开所述第二电磁阀。

进一步地，所述第一支路上还设置有第一毛细管，所述第一毛细管的入口端与所述电子膨胀阀的入口端连通，所述第一毛细管的出口端与所述第二电磁阀的出口端连通；所述第二电磁阀的两端还并联第二支路，第二支路包括第二毛细管。

特别地，本发明还提供了一种车用热泵空调系统的控制方法，使用所述的汽车用热泵调节系统，获取车辆的制冷和制热工况、环境温度以及压缩机转速；

根据所述制冷和制热工况以及环境温度控制所述热泵系统的第一电磁阀的开启和关闭，并根据所述压缩机转速控制所述热泵系统的第二电磁阀的开启和关闭，以使所述热泵系统的电子膨胀阀工作在流经其的冷却液流量稳定的目标工况下。

进一步地，所述压缩机转速在预设转速范围内时，所述第二电磁阀打开，并在所述压缩机转速达到或大于所述预设转速范围的上限值时，所述第二电磁阀关闭。

进一步地，在制冷工况下，且所述环境温度在第一预设温度范围内时，所述第一电磁阀关闭，并在所述环境温度大于所述第一预设温度范围的上限值时，所述第一电磁阀打开；

在制热工况下，且所述环境温度在第二预设温度范围内时，所述第二电磁阀打开，并在所述环境温度大于所述第二预设温度范围的上限值时，所述第二电磁阀管壁；

所述第一预设温度范围内的任一温度值大于所述第二预设温度范围内的任一温度值。

进一步地，在所述制冷工况下，且所述环境温度小于所述第一预设温度范围的下限值时，所述第一电磁阀关闭；

在所述制热工况下，且所述环境温度小于所述第二预设温度范围的下限值时，所述第二电磁阀打开。

特别的，本发明还提供了一种汽车，包括所述的车用热泵空调系统。

本发明所提供的车用热泵空调系统中的第一电磁阀和第二电磁阀，能够在控制器的控制下使所述电子膨胀阀工作在流经其的冷却液流量稳定的目标工况下，进而使得电子膨胀阀始终维持在一个安全的调节区间内，降低电子膨胀阀产生的噪声。

进一步地，本发明由于使用毛细管作为辅助调节电子膨胀阀的第一支路和第二支路，且第一支路和第二支路始端分别连通于电子膨胀阀的第一端和第二端，第一支路和第二支路的末端则均连通于第二电磁阀末端，因此本发明能够利用第一支路和主回路对整体的冷却剂流量进行调节的基础上，还利用第二支路提供最小流量，进而在维持电子膨胀阀流量的基础上避免其发出噪音，同时还能延长电子膨胀阀的使用寿命。

进一步地，本发明中的控制器能够根据环境温度，调节电磁阀，进而调节制冷剂流量，扩大热泵系统调节范围。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的冷媒在第一运动方向下的汽车用热泵调节系统的系统构成示意图；

图2是根据本发明一个实施例的冷媒在第二运动方向下的汽车用热泵调节系统的系统构成示意图；

图3是根据本发明一个或多个实施例的对第一电磁阀的控制方法示意图；

图4是根据本发明一个或多个实施例的对第二电磁阀的控制方法示意图。

附图标记：

1-电子膨胀阀；

21-第一电磁阀；

22-第二电磁阀；

31-第一支路；

32-第二支路；

41-第一毛细管；

42-第二毛细管。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的一种汽车用热泵调节系统的系统构成图。分段调节的汽车用热泵调节系统一般性地可包括制冷剂回路4、电子膨胀阀1、第一电磁阀21、第二电磁阀22、第一支路31和第二支路32，该制冷剂回路4用于热泵空调系统，内部流通有冷却剂，该电子膨胀阀设置于制冷剂回路4上，用于对制冷剂回路4进行节流；该第二电磁阀22设置于电子膨胀阀1出口端的制冷剂回路4上，用于调控该制冷剂回路4内的制冷剂流量；该制冷剂回路4还并联有第一支路31和第二支路32，其中第一支路31入口端连通电子膨胀阀1入口端的制冷剂回路4，第一支路31出口端连通第二电磁阀22；第二支路32则并联于第二电磁阀，其中第一支路31之上还设置有第一电磁阀21。

更加具体的，本实施例中以制冷剂的流向作为入口端和出口端的命名基础，制冷剂流入的端口被命名为入口端，制冷剂流出的端口被命名为出口端。根据图1所示出结构性示意图可以看出，本发明中的冷媒流向在图中是从右到左。

本实施例中的第一支路31和第二支路32均采用毛细管，使用毛细管可以辅助电子膨胀阀1在制冷剂回路4中进行节流，增大电子膨胀阀1的适应范围，避免特定工况下电子膨胀阀1的大范围调节引起的振动和噪音。

更加具体的，第一支路31采用的毛细管为第一毛细管41，第二支路32采用的毛细管为第二毛细管42。

本实施例中为了控制第一电磁阀21,和第二电磁阀22，还包括一个控制器，控制器耦合电子膨胀阀1、第一电磁阀21和第二电磁阀22以调整阀体启闭；控制器还耦合压缩机以获取压缩机转速，耦合温度传感器以获取环境温度；控制器能够通过对第一电磁阀21和第二电磁阀22的控制进而调节整个系统中电子膨胀阀1的流量运行情况。

具体的，控制器设置成根据制冷和制热工况以及环境温度控制所述第一电磁阀的开启和关闭，并根据所述热泵系统的压缩机转速控制所述第二电磁阀的开启和关闭，以使所述电子膨胀阀工作在流经其的冷却液流量稳定的目标工况下。

上述的目标工况为能够维持电子膨胀阀1处于安静状态的工况。

更加具体的，对上述控制器而言，控制器配置成在所述压缩机转速在预设转速范围内时控制所述第二电磁阀打开，并在所述压缩机转速达到或大于所述预设转速范围的上限值时关闭所述第二电磁阀。

更加具体的，所述控制器配置成在制冷工况下，且所述环境温度在第一预设温度范围内控制所述第一电磁阀关闭，并在所述环境温度大于所述第一预设温度范围的上限值时打开所述第一电磁阀；

所述控制器配置成在制热工况下，且所述环境温度在第二预设温度范围内控制所述第二电磁阀打开，并在所述环境温度大于所述第二预设温度范围的上限值时关闭所述第二电磁阀.

所述第一预设温度范围内的任一温度值大于所述第二预设温度范围内的任一温度值。

更加具体的，所述控制器配置成在所述制冷工况下，且所述环境温度小于所述第一预设温度范围的下限值时关闭所述第一电磁阀；

所述控制器配置成在所述制热工况下，且所述环境温度小于所述第二预设温度范围的下限值时打开所述第二电磁阀。

上述的第一预设温度范围、第二预设温度范围均为人为设定的数值范围，在一个具体的实施场景中，上述第一预设温度范围为35℃以下，上述第二预设温度范围为10℃以下。

本实施例中，制冷剂回路4是指制冷剂在一个热泵系统中运行所经过的回路，一般包括冷凝器、蒸发器、压缩机，其之间通过铜管串联成一回路。本实施例中的电子膨胀阀1在该回路中起到节流的作用，将冷凝器中冷凝压力下的饱和液体经过节流处理后降至蒸发压力和蒸发温度，同时根据负荷的变化调节进入蒸发器内的制冷剂的流量。

关于本实施例中电子膨胀阀1，制冷剂流过电子膨胀阀1时流动截面突然收缩，流体流速加快，压力下降，从而到达调节流量、控制过热度及蒸发液位的作用。具体的，当制冷剂从电子膨胀阀1底部进入阀芯后，通过阀芯平衡孔，将压力向上传递，由于阀芯上下截面相等，使压差产生的附加操作力抵消。同理，当制冷剂从侧边的端口进入时，制冷剂通过阀芯平衡孔，最终实现压力的平衡。通常意义上的电子膨胀阀1由控制器、执行器和传感器三部分构成，附图1中出现的电子膨胀阀1仅指执行器，实际上仅有这一部分无法完成控制功能，电子膨胀阀1控制器的核心硬件为单片机。电子膨胀阀1的传感器通常采用热电偶或热电阻，或者采用压力传感器。本实施例中的电子膨胀阀1调节进入蒸发器的制冷剂流量，进而控制目标过热度，从而保证系统经济稳定运行。

在该实施例中，第一支路31和第二支路32实际上是作为回路的调节支路来使用的。众所周知的是，毛细管本身就具有一定的节流功能，因此本实施例中的系统能够在原有的电子膨胀阀1的基础上，在维持电子膨胀阀1调节范围的基础上扩大电子膨胀阀1的适用范围。本实施例中的第二支路32上未设置阀门，其目的是在第一电磁阀21和第二电磁阀22进行调节时维持最低流量。

在一个实施例中，电子膨胀阀1不出现流量不足15％以下的调节区域。根据上述对电子膨胀阀1的原理描述，可以推知的是，电子膨胀阀1在制冷剂流量不足的情况下极易出现内部运动元件的摩擦，降低电子膨胀阀1的使用寿命，因此本实施例中的第二支路32能够对电子膨胀阀1提供最小流量支持，进而在维持电子膨胀阀流量的基础上避免其发出噪音，同时还能通过避免电子膨胀阀1内元件摩擦的方式提高电子膨胀阀1的使用寿命。

在又一实施例中，电子膨胀阀1不出现流量不足20％以下的调节区域。

在又一实施例中，电子膨胀阀1不出现流量不足30％以下的调节区域。

在本实施例中，由于控制器的第一端口连接温度传感器以获取环境温度，控制器的第二端口还连接压缩机以获取压缩机转速。上述的第一端口、第二端口均非特指，可以是物理端口，也可以是软件端口。

图2示出了在又一实施例中冷媒的流动方向为图中由左到右时汽车用热泵调节系统的系统构成示意图，该实施例中各个部件的连接情况与图1所示出的的系统相同。

在本实施例中，控制器为单独设置的单片机或者PLC。

在又一实施例中，控制器还可以是上述的电子膨胀阀1的控制器，相应的，电子膨胀阀1的控制器除了连接其应当连接的传感器外，还连接上述的温度传感器以获取环境温度，还连接上述的压缩机以获取压缩机转速。

可以理解的是，上述实施例中出现的环境温度，是指回路周围空气的温度，该温度由温度传感器的具体安装位置决定，一般而言，温度传感器安装于远离冷凝器、蒸发器和压缩机处，以避免直接受到冷凝器、蒸发器和压缩机运转带来的影响。

在一个实施例中，控制器中与第一端口对应的第三端口连接所述第一电磁阀21，所述控制器中与第二端口对应的第四端口连接所述第二电磁阀22。该实施例中出现的“对应”指的是端口与端口之间建立了连接关系，这种连接关系可以是硬件连接，也可以是控制器中的软件模块进行端口与端口之间的逻辑连接，这种逻辑连接是通过建立数据之间的对应关系实现的，属于本领域技术人员所熟知的内容。

图3和图4示出了一种分段调节的汽车用热泵调节方法，使用上述实施例中的分段调节的汽车用热泵调节系统，控制器获取周围的环境温度后根据该环境温度输出调节第一电磁阀21的第一信号；控制器获取压缩机的转速后根据该压缩机转速输出调节第二电磁阀22的第二信号。

在一个实施例中，控制器在获取周围的环境温度后，对环境温度进行数值判断，然后输出调节第一电磁阀21的第一信号；控制器在获取压缩机的转速后，对压缩机的转速进行数值判断，然后输出调节第二电磁阀22的第二信号。

控制器获取环境温度时，预先获取热泵的工作状态，进而根据热泵的工作状态调节第一电磁阀21。第一电磁阀21之所以与热泵工作状态和环境温度建立联系，是为了调节上述实施例中第一支路31中的冷却剂流量，第一支路31中的冷却剂实际上没有经过电子膨胀阀1的节流处理，而只是经过第一支路31中的毛细管的节流作用，属于扩大电子膨胀阀1工作范围的一种辅助性手段，因此对第一电磁阀21的调整就意味着调节冷却剂流量，进而调节热泵的功率。

因此，若热泵处于制热工作状态，控制器获取环境温度后，若环境温度小于等于第一设定温度则第一电磁阀21保持开启，若环境温度持续上升至大于第一设定温度则第一电磁阀21关闭；若热泵处于制冷工作状态，控制器获取环境温度后，若环境温度小于第二设定温度，则第一电磁阀21关闭，若环境温度大于等于第二设定温度且小于等于第三设定温度，则第一电磁阀21保持关闭；若环境温度大于第三设定温度，则第一电磁阀21开启。

以上对第一电磁阀21的调节策略中，一方面，在制热时，周围环境温度增加，意味着回路的功率逐渐增加，周围环境温度在第一设定温度以下时需要增大流量以尽快制热，在第一设定温度之上时，则回路的功率已经达到要求，制冷剂已经足够，无需继续增大制冷剂流量；另一方面，在制冷时，周围环境温度增加，意味着回路的功率逐渐增加，周围环境在第三设定温度的以上时需要额外制冷剂流量来进一步增加制冷功率，在第二设定温度至第三设定温度之间以及第二设定温度以下时，则无需增加制冷功率。

在一个实施例中，上述的第一设定温度、第二设定温度和第三设定温度分别为10℃、25℃、35℃。

如表1所示，其展示了对第一电磁阀21的具体控制策略：

表1

压缩机转速小于等于第一设定转速时，第二电磁阀22保持开启；压缩机转速大于第一设定转速时，第二电磁阀22关闭。

在一个实施例中，第一设定转速为5000r/min。

以上对第二电磁阀22的控制策略中，压缩机的转速是和其功率正相关的，压缩机的转速越高则其功率越高，同时也意味着其需要的制冷剂越多，因此第二电磁阀22呈打开状态，电子膨胀阀1起到主要的节流作用，而由于电子膨胀阀1可调，因此可以适应越来越多的制冷剂需求；而当压缩机转速大于第一设定转速时，为了维持制冷剂循环的通畅，第二电磁阀22不再保持打开的状态，而是处于关闭状态，此时整个回路的节流通过串联的电子膨胀阀1和毛细管实现，节流能力相较于只有电子膨胀阀1的情况更强。

如表2所示，其展示了对第二电磁阀22的具体控制策略：

表2

在一个具体的应用场景中，设定热泵处于制热工作状态，环境温度的变化区间为0℃～15℃，具体的温度变化节点为0℃、10℃、15℃、10℃、5℃，压缩机转速的变化区间为0～6000r/min，具体的转速变化节点为0r/min、3000r/min、6000r/min、3000r/min、1000r/min，且环境温度的变化和压缩机转速的变化是线性同步的，则第一电磁阀21在该应用场景中首先在0℃时启动，然后在0℃～10℃时第一电磁阀21维持开启状态，在10℃～15℃以及15℃～10℃时第一电磁阀21关闭，在10℃～5℃时恢复开启状态；第二电磁阀22在该应用场景中，在0r/min～3000r/min时保持开启状态，在3000r/min～5000r/min时保持开启状态，5000r/min～6000r/min以及6000r/min～5000r/min时关闭，在5000r/min～3000r/min以及3000r/min～1000r/min时恢复开启状态。

本发明还提供了一种汽车，使用所述的汽车用热泵调节系统。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。