CN104089364A - 一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制***，包括处理器，以及分别与处理器相连的温度传感器、摄像头、温湿度传感器一、风速传感器、温湿度传感器二，其中温度传感器设置在热泵型电动汽车空调的车外换热器的热泵工况换热器进口管路表面，摄像头设置在车外换热器进口侧的换热器翅片最低部，温湿度传感器一设置在车外换热器的进风格栅中部位置，风速传感器和温湿度传感器二设置在车外换热器的出风口风扇后方。本发明的***及方法，能够准确判断制热工况下车外换热器的结霜情况以及除霜情况，有效避免出现无霜除霜、有霜不除以及除霜不净和除净后不停等误除霜问题，降低热泵空调***的除霜损失，提高热泵空调***的制热性能。

Description

一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制***及方法

技术领域

本发明涉及空气源热泵应用技术领域，特别涉及一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制***及方法。

背景技术

空气源热泵空调冬季进行制热时，室外换热器很容易结霜，当霜层积到一定高度时必须进行除霜，除霜的方式决定了除霜的效率，而霜层厚度的检测和除霜的控制策略则决定了整机机组的制热效率。目前国内外学者对于霜层厚度检测和除霜控制策略做了大量的理论和实验研究，主要方法如下：

1)定时控制法：早期采用的方法。在设定除霜时间时，往往考虑了最恶劣的环境条件，因此，必然产生不必要的除霜动作。

2)时间—温度法：这是目前普遍采用的一种方法。这种方法对温度传感器的安装位置较敏感。常见的中部位置安装，易造成结霜结束的判断不准确，除霜不净。

3)空气压差除霜控制法：由于蒸发器表面结霜，蒸发器两侧空气压差增大，通过检测蒸发器两侧的空气压差确定是否需要除霜。这种方法可实现按需除霜，但在蒸发器表面有异物或严重积灰时会出现误操作。

4)室内、室外双传感器除霜法：室外双传感器除霜法。这种方案在20世纪90年代初期日本松下、东芝、三洋等公司的分体空调器中广泛采用。室内双传感器除霜法——通过检测室内环境温度和冷凝器盘管表面温度及两者之差作为除霜判断依据。

5)自修正除霜控制法：这种除霜方法涉及因素多，检测自控复杂。

6)霜层传感器法：蒸发器的结霜情况可由光电或电容探测器直接检测，这种方法原理简单，但涉及高增益信号放大器及昂贵的传感器，作为实验方法可行，实际应用经济性太差。

7)模糊智能控制除霜法：将模糊控制技术引入空气源热泵机组的除霜控制方法。这种控制方法的关键在于怎样得到合适的模糊控制规则和采用什么样的标准对控制规则进行修改，根据一般经验得到的控制规则有局限性和片面性。若根据实验制定控制规则又存在工作量太大的问题。

以上所有的检测和控制方法都是基于间接参数的检测而控制的，容易导致出现无霜除霜、有霜不除以及除霜不净和除净后不停等误除霜问题。因此，霜层厚度的检测和控制是最直接和准确的控制除霜方法。目前，一些学者提出了一些霜层厚度直接检测方法，并在实验室进行了实验，如利用显微镜、千分尺等对霜层厚度进行测量，以及利用换热器全局图像测量换热器整体结霜面积，但以上几种方法都只能在实验室或者固定场所进行使用，无法在实际运行环境中进行，尤其是换热器空间狭小而且运动的车内使用

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制***。

本发明的另一目的在于提供一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制***，包括处理器，以及分别与处理器相连的温度传感器、摄像头、温湿度传感器一、风速传感器、温湿度传感器二，所述温度传感器设置在热泵型电动汽车空调的车外换热器的热泵工况换热器进口管路表面，所述摄像头设置在车外换热器进口侧的换热器翅片最低部，所述温湿度传感器一设置在车外换热器的进风格栅中部位置，所述风速传感器和温湿度传感器二设置在车外换热器的出风口风扇后方。

所述的热泵型电动汽车空调，包括压缩机、车外换热器、车内换热器、油分离器、气液分离器、膨胀阀、四通换向阀，压缩机的排气口与油分离器的入口连接，油分离器的出口端与四通换向阀的进气端连接，四通换向阀的一个输出端口与车内换热器一端连接，车内换热器的另一端与膨胀阀的一端连接，膨胀阀另一端与车外换热器的一端连接，车外换热器另一端与四通换向阀端口连接，四通换向阀的另一端口与气液分离器的进口端连接，气液分离器的出口端与压缩机的吸气端连接。

本发明的另一目的通过以下的技术方案来实现：

一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制方法，包含以下顺序的步骤：

S1.机组进入制热模式，温度传感器实时监测车外换热器进口管路表面的温度，并将数据传输给处理器，摄像头拍一张车外换热器进口侧的照片并传给处理器后关闭；

S2.处理器对接收的照片进行局部提取，并采用灰度门限分隔法做二进制处理，即为，通过最大类间方差法计算出像素阈值p，把超过阈值p的像素分配最大灰度1，否则为0；通过统计像素为最大灰度的点数，并与提取的画面的总像素点数之比x，作为初始状态参考值；

S3.当温度传感器传输给处理器的温度数据≤0℃时，设置在车外换热器进风格栅中部位置的温湿度传感器一、设置在车外换热器出风口风扇后方的风速传感器和温湿度传感器二同时开启，监测车外换热器的进出风温湿度和风量，并将监测数据传输给处理器进行处理；

S4.当处理器通过监测数据并结合公式1计算出车外换热器的单位体积除湿量达到设定值时热泵***开启除霜模式，温湿度传感器一、风速传感器、温湿度传感器二停止采集数据，摄像头每隔30秒拍一次照片并传给处理器；其中公式1为：

$\mathrm{\ΔM}=\frac{\mathrm{m\Δ\τ}}{1+d_{\mathrm{in}}}(d_{\mathrm{in}}-d_{\mathrm{out}})$

式中ΔM——单位时间内的结霜量，单位为kg；

m——换热器送风质量流量，单位为kg/s；

Δτ——单位时间，单位为s；

d_in——换热器送风含湿量，单位为kg/kg；

d_out——换热器出风含湿量，单位为kg/kg；

S5.处理器对摄像头传进来的照片进行局部提取，并做二进制处理，计算出灰度值小于阈值p的像素点数与提取的画面的总像素点数之比y，并与机组启动时的初始状态值x做对比；

S6.当检测到y＝x时，车外换热器除霜完毕，***除霜模式继续运行1min后切换回制热模式，返回步骤S1。

所述的摄像头，拍照时开启闪光。

步骤S4中，所述的设定值为34.52kg/m3。在实际应用中该设定值是通过机组运行试验测试而来，不同机组的取值不同，实验得出在除湿量达到34.52kg/m3时***性能下降较快，故选取该值作为优选值。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本热泵型电动汽车空调换热器除霜在线检测与控制***通过对车外换热器进出风温湿度和风速进行实时测量，可以计算出换热器单位面积的结霜量，从而确定除霜模式的开启时间点，有效地避免出现误除霜问题，提高机组性能。

2、本热泵型电动汽车空调换热器除霜在线检测与控制***只有在***运行制热工况时，检测到换热器进口管道表面温度低于0℃时才开启车外换热器进出风温湿度和风速的检测，从而减少传感器的开启时间，同时也可以避免出现无霜除霜等误除霜问题，提高检测***运行效率和机组性能。

3、本热泵型电动汽车空调换热器除霜在线检测与控制***利用图像识别检测技术，对除霜模式的退出时间点进行判断，可以有效地避免出现除霜不净和除净后不停等误除霜问题，提高机组性能。

附图说明

图1为本发明所述的一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制***的结构示意图；

图2为本发明所述的一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1，一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制***，包括处理器13，以及分别与处理器13相连的温度传感器11、摄像头12、温湿度传感器一10、风速传感器8、温湿度传感器二9，所述温度传感器11设置在热泵型电动汽车空调的车外换热器3的热泵工况换热器进口管路表面，所述摄像头12设置在车外换热器3进口侧的换热器翅片最低部，所述温湿度传感器一10设置在车外换热器3的进风格栅中部位置，所述风速传感器8和温湿度传感器二9设置在车外换热器3的出风口风扇后方。

如图1，所述的热泵型电动汽车空调，包括压缩机1、车外换热器3、车内换热器5、油分离器6、气液分离器2、膨胀阀4、四通换向阀7，压缩机1的排气口与油分离器6的入口连接，油分离器6的出口端与四通换向阀7的进气端701连接，四通换向阀7的一个输出端口704与车内换热器5一端连接，车内换热器5的另一端与膨胀阀4的一端连接，膨胀阀4另一端与车外换热器3的一端连接，车外换热器3另一端与四通换向阀端口702连接，四通换向阀7的另一端口703与气液分离器2的进口端连接，气液分离器2的出口端与压缩机1的吸气端连接。

如图2，一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制方法，包含以下顺序的步骤：

S1.机组进入制热模式，温度传感器实时监测车外换热器进口管路表面的温度，并将数据传输给处理器，摄像头拍一张车外换热器进口侧的照片并传给处理器后关闭；

S2.处理器对接收的照片进行局部提取，并采用灰度门限分隔法做二进制处理，即为，通过最大类间方差法计算出像素阈值p，把超过阈值p的像素分配最大灰度1，否则为0；通过统计像素为最大灰度的点数，并与提取的画面的总像素点数之比x，作为初始状态参考值；

S3.当温度传感器传输给处理器的温度数据≤0℃时，设置在车外换热器进风格栅中部位置的温湿度传感器一、设置在车外换热器出风口风扇后方的风速传感器和温湿度传感器二同时开启，监测车外换热器的进出风温湿度和风量，并将监测数据传输给处理器进行处理；

S4.当处理器通过监测数据并结合公式1计算出车外换热器的单位体积除湿量达到设定值时热泵***开启除霜模式，温湿度传感器一、风速传感器、温湿度传感器二停止采集数据，摄像头每隔30秒拍一次照片并传给处理器；其中公式1为：

$\mathrm{\ΔM}=\frac{\mathrm{m\Δ\τ}}{1+d_{\mathrm{in}}}(d_{\mathrm{in}}-d_{\mathrm{out}})$

式中ΔM——单位时间内的结霜量，单位为kg；

m——换热器送风质量流量，单位为kg/s；

Δτ——单位时间，单位为s；

d_in——换热器送风含湿量，单位为kg/kg；

d_out——换热器出风含湿量，单位为kg/kg；

S5.处理器对摄像头传进来的照片进行局部提取，并做二进制处理，计算出灰度值小于阈值p的像素点数与提取的画面的总像素点数之比y，并与机组启动时的初始状态值x做对比；

S6.当检测到y＝x时，车外换热器除霜完毕，***除霜模式继续运行1min后切换回制热模式，返回步骤S1。

所述的摄像头，拍照时开启闪光。

步骤S4中，所述的设定值为34.52kg/m3。在实际应用中该设定值是通过机组运行试验测试而来，不同机组的取值不同，实验得出在除湿量达到34.52kg/m3时***性能下降较快，故选取该值作为优选值。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制***，其特征在于：包括处理器，以及分别与处理器相连的温度传感器、摄像头、温湿度传感器一、风速传感器、温湿度传感器二，所述温度传感器设置在热泵型电动汽车空调的车外换热器的热泵工况换热器进口管路表面，所述摄像头设置在车外换热器进口侧的换热器翅片最低部，所述温湿度传感器一设置在车外换热器的进风格栅中部位置，所述风速传感器和温湿度传感器二设置在车外换热器的出风口风扇后方。

2.根据权利要求1所述的热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制***，其特征在于：所述的热泵型电动汽车空调，包括压缩机、车外换热器、车内换热器、油分离器、气液分离器、膨胀阀、四通换向阀，压缩机的排气口与油分离器的入口连接，油分离器的出口端与四通换向阀的进气端连接，四通换向阀的一个输出端口与车内换热器一端连接，车内换热器的另一端与膨胀阀的一端连接，膨胀阀另一端与车外换热器的一端连接，车外换热器另一端与四通换向阀端口连接，四通换向阀的另一端口与气液分离器的进口端连接，气液分离器的出口端与压缩机的吸气端连接。

3.一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制方法，其特征在于，包含以下顺序的步骤：

S1.机组进入制热模式，温度传感器实时监测车外换热器进口管路表面的温度，并将数据传输给处理器，摄像头拍一张车外换热器进口侧的照片并传给处理器后关闭；

S2.处理器对接收的照片进行局部提取，并采用灰度门限分隔法做二进制处理，即为，通过最大类间方差法计算出像素阈值p，把超过阈值p的像素分配最大灰度1，否则为0；通过统计像素为最大灰度的点数，并与提取的画面的总像素点数之比x，作为初始状态参考值；

S3.当温度传感器传输给处理器的温度数据≤0℃时，设置在车外换热器进风格栅中部位置的温湿度传感器一、设置在车外换热器出风口风扇后方的风速传感器和温湿度传感器二同时开启，监测车外换热器的进出风温湿度和风量，并将监测数据传输给处理器进行处理；

S4.当处理器通过监测数据并结合公式1计算出车外换热器的单位体积除湿量达到设定值时热泵***开启除霜模式，温湿度传感器一、风速传感器、温湿度传感器二停止采集数据，摄像头每隔30秒拍一次照片并传给处理器；其中公式1为：

$\mathrm{\ΔM}=\frac{\mathrm{m\Δ\τ}}{1+d_{\mathrm{in}}}(d_{\mathrm{in}}-d_{\mathrm{out}})$

式中ΔM——单位时间内的结霜量，单位为kg；

m——换热器送风质量流量，单位为kg/s；

Δτ——单位时间，单位为s；

d_in——换热器送风含湿量，单位为kg/kg；

d_out——换热器出风含湿量，单位为kg/kg；

S5.处理器对摄像头传进来的照片进行局部提取，并做二进制处理，计算出灰度值小于阈值p的像素点数与提取的画面的总像素点数之比y，并与机组启动时的初始状态值x做对比；

S6.当检测到y＝x时，车外换热器除霜完毕，***除霜模式继续运行1min后切换回制热模式，返回步骤S1。

4.根据权利要求3所述的热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制方法，其特征在于：所述的摄像头，拍照时开启闪光。

5.根据权利要求3所述的热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制方法，其特征在于：步骤S4中，所述的设定值为34.52kg/m3。