CN105091222B - 空调器的耗电量检测方法、装置和空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调器的耗电量检测方法、装置和空调器，该方法包括：室外控制器获取室外机的电压瞬时值和电流瞬时值，并计算室外风机和压缩机的有功功率；室外控制器计算室外机的电压有效值，并发送给室内控制器；室内控制器获取室内风机的电机转速、室内机导风条的角度、室内换热器的温度、室内环境温度和室内环境湿度，通过建立功率估计模型函数以估算室内风机的运行功率；室内控制器将室内换热器的温度、室内风机的运行功率和室外机的电压有效值作为第一输入变量，对PTC的运行功率进行建模以估算出PTC的运行功率；获得空调器的总功率，对其进行积分运算以获得空调器的耗电量。该方法无需增加任何硬件成本就能准确获得空调器的耗电量。

Description

空调器的耗电量检测方法、装置和空调器

技术领域

本发明涉及空调器技术领域，尤其涉及一种空调器的耗电量检测方法、装置和空调器。

背景技术

随着空调器的普及和用户节能减排意识的日益增强，用户在使用空调器的过程中对空调器的功率和耗电量越来越关心，因此，准确有效地将空调器的用电情况反馈给用户成为空调器发展的方向。相关技术中，主要通过以下两种方法获取空调器的功率和耗电量。

1)通过增加电量检测硬件来获取空调器的功率和耗电量：例如，在空调器输入端增加专用电量检测模块，或者在空调器输入端增加电压、电流传感器以检测空调器输入端的电压、电流信号，并通过MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)计算出空调器的耗电量。但是该方法的成本增加比较大。

2)无需新增硬件，通过纯软件计算获取空调器的功率和耗电量：为了提高空调器的功率因素，现有空调器中的室外机通常具有PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路。通过利用PFC电路的电压、电流检测电路以获取室外机的电压、电流信号，并通过MCU计算出室外机的功率，然后结合空调器的运行模式和工况估算出室内机的功率，从而计算出空调器的功率和耗电量。在该方法中，由于室内机的功率是估算值，特别是在电辅热启动时，由于电辅热的功率比较高、波动比较大，同时，当室内风机为交流PG风机时，由于无法采集其电流和电压信号，因此室内风机功率会存在偏差，从而使得计算的空调器的功率和耗电量的精度比较低，很难满足用户的实际需求。

因此，获取空调器的功率和耗电量的方法有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种空调器的耗电量检测方法，该方法无需增加任何硬件成本就能准确获得空调器的总功率和耗电量，从而大大提升了用户体验。

本发明的第二个目的在于提出一种空调器的耗电量检测装置。

本发明的第三个目的在于提出一种空调器。

为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的空调器的耗电量检测方法，所述空调器包括室内机和室外机，所述室内机包括室内控制器、室内风机、室内换热器和PTC加热器，所述室外机包括室外控制器、室外风机、压缩机和室外换热器，所述耗电量检测方法包括以下步骤：所述室外控制器获取所述室外机的电压瞬时值和电流瞬时值，并根据所述室外机的电压瞬时值和电流瞬时值计算所述室外风机和所述压缩机的有功功率；所述室外控制器根据所述室外机的电压瞬时值计算所述室外机的电压有效值，并将所述室外机的电压有效值发送给所述室内控制器；所述室内控制器获取所述室内风机的电机转速、所述室内机的导风条的角度、所述室内换热器的温度、室内环境温度和室内环境湿度，并通过建立与所述室内风机的电机转速、所述室内机的导风条的角度、所述室内换热器的温度、所述室内环境温度和所述室内环境湿度相关联的功率估计模型函数以估算所述室内风机的运行功率；所述室内控制器将所述室内换热器的温度、所述室内风机的运行功率和所述室外机的电压有效值作为第一输入变量，以及根据所述第一输入变量对所述PTC加热器的运行功率进行建模以估算出所述PTC加热器的运行功率；对所述室外风机和所述压缩机的有功功率、所述室内风机的运行功率和所述PTC加热器的运行功率进行累加计算以获得所述空调器的总功率，并对所述空调器的总功率进行积分运算以获得所述空调器的耗电量。

根据本发明实施例的空调器的耗电量检测方法，室外控制器计算室外风机和压缩机的有功功率，室内控制器通过建立功率估计模型函数来估算室内风机的运行功率，室内控制器还通过建模的方法来估算PTC加热器的运行功率，并进一步获得空调器的总功率，从而获得空调器的耗电量，该方法无需增加任何硬件成本就能准确获得空调器的总功率和耗电量，从而大大提升了用户体验。

在本发明的一个实施例中，所述室外控制器通过检测所述室外机中整流桥的直流侧输出电流以获取所述室外机的电流瞬时值，并通过检测所述整流桥的直流输出端电压以获取所述室外机的电压瞬时值。

在本发明的一个实施例中，所述PTC加热器的运行功率根据以下模型估算得到：

y＝f₂(∫Φ*f₁(∫Ε*u+θ₁)+θ₂)

其中，u为所述第一输入变量归一化处理后的输入向量，Ε和Φ为模型中所述第一输入变量的权重参数向量矩阵，θ₁和θ₂为模型的偏置量，f₁()和f₂()为S型函数，y为模型输出值。

在本发明的一个实施例中，在估算所述PTC加热器的运行功率时，所述室内控制器将所述室内环境温度、所述室内环境湿度和所述室内机的导风条的角度作为第二输入变量，并根据所述第二输入变量获取所述PTC加热器的运行功率的偏差补偿量，以及将所述偏差补偿量叠加到所述PTC加热器的运行功率以对所述PTC加热器的运行功率进行补偿校正。

在本发明的一个实施例中，所述偏差补偿量根据以下公式获取：

其中，α₁、α₂、ρ₁、ρ₂、γ₁、γ₂和为通过模式识别法进行补偿校正的模型参数，T1、H和A为与所述室内环境温度、室内环境湿度和所述导风条的角度对应的第二输入变量，ΔP_PTC为所述偏差补偿量。

在本发明的一个实施例中，与所述室内风机的电机转速、所述室内机的导风条的角度、所述室内换热器的温度、所述室内环境温度和所述室内环境湿度相关联的功率估计模型函数通过下式表示：

P＝F(n，A，T2)+G(T1，H)

其中，f₁₁(x)＝a*x²+b*x+c，S2、S1、d1为矩阵系数，d2、a、b、c均为第一常数系数，u₁为矩阵[n，A，T2]，G(T1,H)＝a1*T1²+b1*T1+a2*H²+b2*H+c1+c2，a1、b1、c1、a2、b2、c2均为第二常数系数，n为所述室内风机的电机转速，T2为所述室内换热器的温度，T1为所述室内环境温度，H为所述室内环境湿度，A为所述导风条的角度。

为了实现上述目的，本发明第二方面实施例的空调器的耗电量检测装置，所述空调器包括室内机和室外机，所述室内机包括室内风机、室内换热器和PTC加热器，所述室外机包括室外风机、压缩机和室外换热器，所述耗电量检测装置包括室外控制器和室内控制器，其中，所述室外控制器，用于获取所述室外机的电压瞬时值和电流瞬时值，并根据所述室外机的电压瞬时值和电流瞬时值计算所述室外风机和所述压缩机的有功功率；所述室外控制器，还用于根据所述室外机的电压瞬时值计算所述室外机的电压有效值，并将所述室外机的电压有效值发送给所述室内控制器；所述室内控制器，用于获取所述室内风机的电机转速、所述室内机的导风条的角度、所述室内换热器的温度、室内环境温度和室内环境湿度，并通过建立与所述室内风机的电机转速、所述室内机的导风条的角度、所述室内换热器的温度、所述室内环境温度和所述室内环境湿度相关联的功率估计模型函数以估算所述室内风机的运行功率；所述室内控制器，还用于将所述室内换热器的温度、所述室内风机的运行功率和所述室外机的电压有效值作为第一输入变量，以及根据所述第一输入变量对所述PTC加热器的运行功率进行建模以估算出所述PTC加热器的运行功率；所述室外控制器和/或所述室内控制器对所述室外风机和所述压缩机的有功功率、所述室内风机的运行功率和所述PTC加热器的运行功率进行累加计算以获得所述空调器的总功率，并对所述空调器的总功率进行积分运算以获得所述空调器的耗电量。

根据本发明实施例的空调器的耗电量检测装置，室外控制器计算室外风机和压缩机的有功功率，室内控制器通过建立功率估计模型函数来估算室内风机的运行功率，室内控制器还通过建模来估算PTC加热器的运行功率，并进一步获得空调器的总功率，从而获得空调器的耗电量，该装置无需增加任何硬件成本就能准确获得空调器的总功率和耗电量，从而大大提升了用户体验。

在本发明的一个实施例中，所述室外控制器通过检测所述室外机中整流桥的直流侧输出电流以获取所述室外机的电流瞬时值，并通过检测所述整流桥的直流输出端电压以获取所述室外机的电压瞬时值。

在本发明的一个实施例中，所述PTC加热器的运行功率根据以下模型估算得到：

y＝f₂(∫Φ*f₁(∫Ε*u+θ₁)+θ₂)

其中，u为所述第一输入变量归一化处理后的输入向量，Ε和Φ为模型中所述第一输入变量的权重参数向量矩阵，θ₁和θ₂为模型的偏置量，f₁()和f₂()为S型函数，y为模型输出值。

在本发明的一个实施例中，在估算所述PTC加热器的运行功率时，所述室内控制器还将所述室内环境温度、所述室内环境湿度和所述室内机的导风条的角度作为第二输入变量，并根据所述第二输入变量获取所述PTC加热器的运行功率的偏差补偿量，以及将所述偏差补偿量叠加到所述PTC加热器的运行功率以对所述PTC加热器的运行功率进行补偿校正。

在本发明的一个实施例中，所述偏差补偿量根据以下公式获取：

其中，α₁、α₂、ρ₁、ρ₂、γ₁、γ₂和为通过模式识别法进行补偿校正的模型参数，T1、H和A为与所述室内环境温度、室内环境湿度和所述导风条的角度对应的第二输入变量，ΔP_PTC为所述偏差补偿量。

在本发明的一个实施例中，与所述室内风机的电机转速、所述室内机的导风条的角度、所述室内换热器的温度、所述室内环境温度和所述室内环境湿度相关联的功率估计模型函数通过下式表示：

P＝F(n，A，T2)+G(T1，H)

其中，f₁₁(x)＝a*x²+b*x+c，S2、S1、d1为矩阵系数，d2、a、b、c均为第一常数系数，u₁为矩阵[n，A，T2]，G(T1,H)＝a1*T1²+b1*T1+a2*H²+b2*H+c1+c2，a1、b1、c1、a2、b2、c2均为第二常数系数，n为所述室内风机的电机转速，T2为所述室内换热器的温度，T1为所述室内环境温度，H为所述室内环境湿度，A为所述导风条的角度。

为了实现上述目的，本发明第三方面实施例的空调器，包括本发明第二方面实施例的耗电量检测装置。

根据本发明实施例的空调器，由于具有了该耗电量检测装置，无需增加任何硬件成本就能准确获得空调器的总功率和耗电量，从而大大提升了用户体验。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的空调器的耗电量检测方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的室内机和室外机的方框图；

图3是根据本发明一个具体实施例的空调器的耗电量检测方法的流程图；

图4是根据本发明一个实施例的空调器的耗电量检测装置的方框图。

附图标记：

室外控制器10和室内控制器20。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图来描述本发明实施例的空调器的耗电量检测方法、装置和空调器。图1是根据本发明一个实施例的空调器的耗电量检测方法的流程图。其中，空调器包括室内机和室外机，室内机包括室内控制器、室内风机、室内换热器和PTC加热器，室外机包括室外控制器、室外风机、压缩机和室外换热器。

其中，本发明实施例的空调器的耗电量检测方法，适用于室内风机为PG风机，室外压缩机和风机均为PMSM或者BLDC的直流电机类型的空调器。

如图1所示，本发明实施例的空调器的耗电量检测方法包括以下步骤：

S1，室外控制器获取室外机的电压瞬时值和电流瞬时值，并根据室外机的电压瞬时值和电流瞬时值计算室外风机和压缩机的有功功率。

在本发明的一个实施例中，室外控制器通过检测室外机中整流桥的直流侧输出电流以获取室外机的电流瞬时值，并通过检测整流桥的直流输出端电压以获取室外机的电压瞬时值。

具体地，室外机所使用室外风机和室外压缩机全部为变频电机，通过直流电压逆变后驱动室外风机和室外压缩机。因此，如图2所示，室外控制器通过获取室外机中整流桥的直流侧输出电流以获取室外机的电流瞬时值，并通过获取整流桥的直流输出端电压以获取室外机的电压瞬时值。

进一步地，室外控制器根据室外机的电流瞬时值和室外机的电压瞬时值计算室外风机和压缩机的有功功率P_MOTOR。

S2，室外控制器根据室外机的电压瞬时值计算室外机的电压有效值，并将室外机的电压有效值发送给室内控制器。

具体地，室外控制器通过室外机的电压瞬时值计算出室外机的电压有效值，并将室外机的电压有效值发送给室内控制器。由于该电压瞬时值与整机输入电压瞬时值大小相同，仅相位经过整流桥发生改变，因此该电压有效值与整机电压有效值相同。

S3，室内控制器获取室内风机的电机转速、室内机的导风条的角度、室内换热器的温度、室内环境温度和室内环境湿度，并通过建立与室内风机的电机转速、室内机的导风条的角度、室内换热器的温度、室内环境温度和室内环境湿度相关联的功率估计模型函数以估算室内风机的运行功率。

在本发明的一个实施例中，与室内风机的电机转速、室内机的导风条的角度、室内换热器的温度、室内环境温度和室内环境湿度相关联的功率估计模型函数通过下式(1)表示：

P＝F(n，A，T2)+G(T1，H)， (1)

其中，

f₁₁(x)＝a*x²+b*x+c， (3)

G(T1,H)＝a1*T1²+b1*T1+a2*H²+b2*H+c1+c2， (4)

其中，S2、S1、d1为矩阵系数，d2、a、b、c均为第一常数系数，u₁为矩阵[n，A，T2]，a1、b1、c1、a2、b2、c2均为第二常数系数，n为室内风机的电机转速，T2为室内换热器的温度，T1为室内环境温度，H为室内环境湿度，A为导风条的角度。

下面详细介绍室内控制器估算室内风机的运行功率的方法。

首先，先通过实验，在相同转速n下，不同导风角度A，不同蒸发器温度T2(即室内换热器的温度)、不同空气温度T1(即室内环境温度)和不同空气湿度H条件下的功率。并建立功率估计模型函数，如式(1)所示，P为空调器室内机PG电机功率，即室内风机的运行功率P_FAN。

其中，F(n，A，T2)为主函数，F(n，A，T2)函数可以实现PG主要功率估计，G(T1，H)为补偿函数，用于微调对F(n，A，T2)计算的结果进行修正。

其中，F(n，A，T2)函数和G(T1，H)可以有多种表现形式，在本发明的一个实施例中，F(n，A，T2)函数公式如(2)所示，其中，f₁₁(x)如(3)所示。S2、S1、d1为矩阵系数，d2、a、b、c均为常数系数，根据实验测试确定；n的范围为[500rpm,1300rpm]，每隔5prm测试一个点；导风条的角度A的范围根据空调室内机导风角度范围确定，在本发明的一个实施例中，A范围为[0度,80度]，每隔2度测试一个点；T2的范围为[-10摄氏度,60摄氏度]，每隔2度测试一个点。

另外，G(T1，H)函数公式如(4)所示，其中，a1、b1、c1、a2、b2、c2均为常数系数，根据实验测试确定；T1的范围为[-10摄氏度,50摄氏度]，每隔2度测试一个点；H的范围为[10,90]，每隔5RH测试一个点。

其次，室内控制器接受空调控制程序输入的电机转速指令；接着，室内控制器控制PG电机运行，并通过电机脉冲反馈信号计算电机的转速，调节PG电机的斩波时间，从而将电机的运行转速调节为所述的输入的电机转速指令值；进一步，室内控制器控制电机运行过程中，同时控制导风条的角度按照空调***设定的角度或摇摆状态运行，并且实时检测室内蒸发器温度T2，室内环境温度T1；最后，根据功率估计模型函数(1)计算PG电机的实时功率。

S4，室内控制器将室内换热器的温度、室内风机的运行功率和室外机的电压有效值作为第一输入变量，以及根据第一输入变量对PTC加热器的运行功率进行建模以估算出PTC加热器的运行功率。

具体地，由于空调使用过程中影响PTC功率大小主要包括周围环境温度、电压值和风量等三个主要因素，而这三个因素与蒸发器T2温度(即室内换热器的温度)、输入电压有效值(即室外机的电压有效值)和室外风机的运行功率有直接联系。

其中，蒸发器温度T2是最靠近PTC的温度，蒸发器的温度T2越大，PTC所需发热量就越小，即T2越大，PTC运行功率越小，反之，PTC运行功率越大。蒸发器温度T2的最小值设定为10摄氏度，最大值为80摄氏度，囊括了T2可能出现的范围；室内风机的功率P_FAN影响到PTC的散热，功率越大，散热越好，PTC要维持温度就要发出更多的热量，即P_FAN越大，PTC运行功率越大，反之，PTC运行功率越小。风机功率P_FAN的最小值取为2W，最大值取为30W；室外机的电压有效值U直接影响PTC的发热功率，U越大，PTC运行功率越大，反之，PTC运行功率越小。PTC输入电压U有效值的最小值为150V，最大值为280V，限定了我国电网可能出现的电压上下限。

更具体地，将以上主要影响因子作为输入变量(即第一输入变量)建立与PTC功率大小之间的数据模型，该模型可以表示为如下：y＝f(u)，其中y代表模型输出值，u为各个输入向量，u＝(u₁,u₂,...,u_m)，是一个多维度的输入，这些输入变量即为上述的那些主要影响PTC运行功率的采样值，把这些采样值输入到本发明的软件数字模型中，就可以得到当前PTC实时功率值。

在本发明的一个实施例中，PTC加热器的运行功率P_PTC根据以下模型估算得到：

y＝f₂(∫Φ*f₁(∫Ε*u+θ₁)+θ₂)， (5)

其中，u为第一输入变量归一化处理后的输入向量，Ε和Φ为模型中第一输入变量的权重参数向量矩阵，θ₁和θ₂为模型的偏置量，f₁()和f₂()为S型函数，y为模型输出值。

其中，f₁()为输入向量的处理函数，式子中的σ、β和为给定的参数，f₂()＝f₁()为中间向量的处理函数。

在本发明的一个实施例中，在估算PTC加热器的运行功率时，室内控制器将室内环境温度、室内环境湿度和室内机的导风条的角度作为第二输入变量，并根据第二输入变量获取PTC加热器的运行功率的偏差补偿量，以及将偏差补偿量叠加到PTC加热器的运行功率以对PTC加热器的运行功率进行补偿校正。

具体地，还有一些影响PTC功率的次要因素，比如：室内环境温度T1、室内环境湿度H和导风条的角度A等。

其中，室内环境温度T1会直接地影响T2的大小，从而间接地影响到PTC的运行功率，T1越小则T2也会相对变小，从而PTC的运行功率会变大，即T1越小，PTC运行功率越大，反之，PTC运行功率越小；室内环境湿度H也会影响到PTC的散热，湿度越大，空气中的水分越多，通过蒸发器和PTC时会带走更多的热量，因此，H越大，PTC的运行功率会变大，反之，PTC运行功率变小，当然，湿度的影响不会那么明显；导风条的角度A影响到空调风道出口的结构，处于标准90度角时，风道出风量最大，散热最好，0度或者180度时，导风条挡住了出风口，风道出风量最小，散热最差，即A在90度时，PTC的运行功率相对其他角度最大，越偏离90度，PTC运行功率越小。

更具体地，我们将次要因素也考虑进来，通过对输出加入补偿提高PTC估算的精度，该补偿函数的数学表达式如下：ΔP_PTC＝ξ(u_m+1,…,u_n)，其中，u_m+1、…、u_n即为进行补偿校正的输入采样值，ΔP_PTC即为PTC功率的偏差补偿量，ξ()是补偿校正函数。

在本发明的一个实施例中，偏差补偿量根据以下公式获取：

其中，α₁、α₂、ρ₁、ρ₂、γ₁、γ₂和为通过模式识别法进行补偿校正的模型参数，T1、H和A为与室内环境温度、室内环境湿度和导风条的角度对应的第二输入变量，ΔP_PTC为偏差补偿量。

S5，对室外风机和压缩机的有功功率、室内风机的运行功率和PTC加热器的运行功率进行累加计算以获得空调器的总功率，并对空调器的总功率进行积分运算以获得空调器的耗电量。

在本发明的一个实施例中，室内控制器还计算室内机中的其它负载的功率。

具体地，室内控制器根据室内控制器的工作状态、以及其它负载的工作状态预估功率，室内除了风机和PTC外，还有步进电机，主要分工作与停止两种状态，工作状态下功率为2W，停止状态下功率为0W，电控板功率在工作状态下为1.5W，待机状态下为0.2W。

在本发明的一个实施例中，室外控制器还计算室外机中的其它负载的功率。

具体地，室外控制器根据室外控制器的工作状态、以及其它负载的工作状态预估功率，室外除了风机和压缩机外，还包括四通阀、电子膨胀阀，主要分工作与停止两种状态，且每种状态下功率基本恒定，四通阀在工作状态下功率为5W，停止状态下功率为0W，电子膨胀阀在工作状态下为3W，停止状态下为0W，电控板在工作状态下为3W，待机时功率为0.5W。

更具体地，对室外风机和压缩机的有功功率P_MOTOR、室内风机的运行功率P_FAN和PTC加热器的运行功率P_PTC、以及室内机中的其它负载的功率和室外机中的其它负载的功率进行累加计算以获得空调器的总功率，并对空调器的总功率进行积分运算以获得空调器的耗电量。

在本发明的一个实施例中，可以将空调器的实时功率大小和耗电量信息传递至手机APP和服务器中，以供用户进行查询和数据分析。

本发明实施例的空调器的耗电量检测方法，室外控制器计算室外风机和压缩机的有功功率，室内控制器通过建立功率估计模型函数来估算室内风机的运行功率，室内控制器还通过建模的方法来估算PTC加热器的运行功率，并进一步获得空调器的总功率，从而获得空调器的耗电量，该方法无需增加任何硬件成本就能准确获得空调器的总功率和耗电量，从而大大提升了用户体验。

图3是根据本发明一个具体实施例的空调器的耗电量检测方法。如图3所示，本发明实施例的空调器的耗电量检测方法，包括以下步骤：

S101，室外控制器根据PFC电压和电流采样电路瞬时值计算出室外压缩机和室外风机的有功功率P_MOTOR，并将计算出的室外机的电压有效值传递至室内控制器。

S102，室外控制器计算室外机其他负载功率大小，如四通阀、电子膨胀阀等。

S103，室内控制器通过电机转速n、冷凝管温度T2和室内环境温度T1、导风条角度A和室内环境湿度H等数据，通过数据建模计算室内风机有功功率P_FAN。

S104，室内控制器根据室外控制器传递的电压有效值、室内温度T1、蒸发器温度T2、室内风机功率、导风条角度、室内环境湿度以及PTC的开关状况等信息通过数据建模计算出PTC加热器的运行功率。

S105，室内控制器计算室内机其他负载部分功率大小，比如步进电机、电路板等。

S106，将以上各部分计算的功率值累加到一起计算出空调整机功率大小，并通过积分计算出空调耗电量。

S107，将空调实时功率大小和耗电量信息传递至手机APP和服务器，供用户进行查询和数据分析。

为了实现上述实施例，本发明还提出了一种空调器的耗电量检测装置。

图4是根据本发明一个实施例的空调器的耗电量检测装置的方框示意图。其中，空调器包括室内机和室外机，室内机包括室内风机、室内换热器和PTC加热器，室外机包括室外风机、压缩机和室外换热器，耗电量检测装置包括室外控制器10和室内控制器20。

其中，本发明实施例的空调器的耗电量检测装置，适用于室内风机为PG风机，室外压缩机和风机均为PMSM或者BLDC的直流电机类型的空调器。

其中，室外控制器10用于获取室外机的电压瞬时值和电流瞬时值，并根据室外机的电压瞬时值和电流瞬时值计算室外风机和压缩机的有功功率。

在本发明的一个实施例中，室外控制器10通过检测室外机中整流桥的直流侧输出电流以获取室外机的电流瞬时值，并通过检测整流桥的直流输出端电压以获取室外机的电压瞬时值。

具体地，室外机所使用室外风机和室外压缩机全部为变频电机，通过直流电压逆变后驱动室外风机和室外压缩机。因此，室外控制器10通过获取室外机中整流桥的直流侧输出电流以获取室外机的电流瞬时值，并通过获取整流桥的直流输出端电压以获取室外机的电压瞬时值。

进一步地，室外控制器10根据室外机的电流瞬时值和室外机的电压瞬时值计算室外风机和压缩机的有功功率P_MOTOR。

室外控制器10还用于根据室外机的电压瞬时值计算室外机的电压有效值，并将室外机的电压有效值发送给室内控制器20。

具体地，室外控制器10通过室外机的电压瞬时值计算出室外机的电压有效值，并将室外机的电压有效值发送给室内控制器20。由于该电压瞬时值与整机输入电压瞬时值大小相同，仅相位经过整流桥发生改变，因此该电压有效值与整机电压有效值相同。

室内控制器20用于获取室内风机的电机转速、室内机的导风条的角度、室内换热器的温度、室内环境温度和室内环境湿度，并通过建立与室内风机的电机转速、室内机的导风条的角度、室内换热器的温度、室内环境温度和室内环境湿度相关联的功率估计模型函数以估算室内风机的运行功率。

在本发明的一个实施例中，与室内风机的电机转速、室内机的导风条的角度、室内换热器的温度、室内环境温度和室内环境湿度相关联的功率估计模型函数通过式(1)表示。F(n，A，T2)函数通过式(2)表示，f₁₁(x)通过式(3)表示，G(T1，H)通过式(4)表示。

室内控制器20还用于将室内换热器的温度、室内风机的运行功率和室外机的电压有效值作为第一输入变量，以及根据第一输入变量对PTC加热器的运行功率进行建模以估算出PTC加热器的运行功率。

具体地，由于空调使用过程中影响PTC功率大小主要包括周围环境温度、电压值和风量等三个主要因素，而这三个因素与蒸发器T2温度(即室内换热器的温度)、输入电压有效值(即室外机的电压有效值)和室外风机的运行功率有直接联系。

其中，蒸发器温度T2是最靠近PTC的温度，蒸发器的温度T2越大，PTC所需发热量就越小，即T2越大，PTC运行功率越小，反之，PTC运行功率越大。蒸发器温度T2的最小值设定为10摄氏度，最大值为80摄氏度，囊括了T2可能出现的范围；室内风机的功率P_FAN影响到PTC的散热，功率越大，散热越好，PTC要维持温度就要发出更多的热量，即P_FAN越大，PTC运行功率越大，反之，PTC运行功率越小。风机功率P_FAN的最小值取为2W，最大值取为30W；室外机的电压有效值U直接影响PTC的发热功率，U越大，PTC运行功率越大，反之，PTC运行功率越小。PTC输入电压U有效值的最小值为150V，最大值为280V，限定了我国电网可能出现的电压上下限。

更具体地，将以上主要影响因子作为输入变量(即第一输入变量)建立与PTC功率大小之间的数据模型，该模型可以表示为如下：y＝f(u)，其中y代表模型输出值，u为各个输入向量，u＝(u₁,u₂,...,u_m)，是一个多维度的输入，这些输入变量即为上述的那些主要影响PTC运行功率的采样值，把这些采样值输入到本发明的软件数字模型中，就可以得到当前PTC实时功率值。

在本发明的一个实施例中，PTC加热器的运行功率根据公式(5)所示的模型估算得到。

在本发明的一个实施例中，在估算PTC加热器的运行功率时，室内控制器20还将室内环境温度、室内环境湿度和室内机的导风条的角度作为第二输入变量，并根据第二输入变量获取PTC加热器的运行功率的偏差补偿量，以及将偏差补偿量叠加到PTC加热器的运行功率以对PTC加热器的运行功率进行补偿校正。

具体地，还有一些影响PTC功率的次要因素，比如：室内环境温度T1、室内环境湿度H和导风条的角度A等。

其中，室内环境温度T1会直接地影响T2的大小，从而间接地影响到PTC的运行功率，T1越小则T2也会相对变小，从而PTC的运行功率会变大，即T1越小，PTC运行功率越大，反之，PTC运行功率越小；室内环境湿度H也会影响到PTC的散热，湿度越大，空气中的水分越多，通过蒸发器和PTC时会带走更多的热量，因此，H越大，PTC的运行功率会变大，反之，PTC运行功率变小，当然，湿度的影响不会那么明显；导风条的角度A影响到空调风道出口的结构，处于标准90度角时，风道出风量最大，散热最好，0度或者180度时，导风条挡住了出风口，风道出风量最小，散热最差，即A在90度时，PTC的运行功率相对其他角度最大，越偏离90度，PTC运行功率越小。

在本发明的一个实施例中，偏差补偿量根据公式(6)获取。

室外控制器10和/或室内控制器20对室外风机和压缩机的有功功率、室内风机的运行功率和PTC加热器的运行功率进行累加计算以获得空调器的总功率，并对空调器的总功率进行积分运算以获得空调器的耗电量。

在本发明的一个实施例中，室内控制器20还计算室内机中的其它负载的功率。

具体地，室内控制器20根据室内控制器20的工作状态、以及其它负载的工作状态预估功率，室内除了风机和PTC外，还有步进电机，主要分工作与停止两种状态，工作状态下功率为2W，停止状态下功率为0W，电控板功率在工作状态下为1.5W，待机状态下为0.2W。

在本发明的一个实施例中，室外控制器10还计算室外机中的其它负载的功率。

具体地，室外控制器10根据室外控制器10的工作状态、以及其它负载的工作状态预估功率，室外除了风机和压缩机外，还包括四通阀、电子膨胀阀，主要分工作与停止两种状态，且每种状态下功率基本恒定，四通阀在工作状态下功率为5W，停止状态下功率为0W，电子膨胀阀在工作状态下为3W，停止状态下为0W，电控板在工作状态下为3W，待机时功率为0.5W。

更具体地，对室外风机和压缩机的有功功率P_MOTOR、室内风机的运行功率P_FAN和PTC加热器的运行功率P_PTC、以及室内机中的其它负载的功率和室外机中的其它负载的功率进行累加计算以获得空调器的总功率，并对空调器的总功率进行积分运算以获得空调器的耗电量。

在本发明的一个实施例中，室外控制器10和/或室内控制器20可以将空调器的实时功率大小和耗电量信息传递至手机APP和服务器中，以供用户进行查询和数据分析。

本发明实施例的空调器的耗电量检测装置，室外控制器计算室外风机和压缩机的有功功率，室内控制器通过建立功率估计模型函数来估算室内风机的运行功率，室内控制器还通过建模来估算PTC加热器的运行功率，并进一步获得空调器的总功率，从而获得空调器的耗电量，该装置无需增加任何硬件成本就能准确获得空调器的总功率和耗电量，从而大大提升了用户体验。

为了实现上述实施例，本发明还提出了一种空调器。该空调器包括本发明实施例的耗电量检测装置。

本发明实施例的空调器，由于具有了该耗电量检测装置，无需增加任何硬件成本就能准确获得空调器的总功率和耗电量，从而大大提升了用户体验。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种空调器的耗电量检测方法，其特征在于，所述空调器包括室内机和室外机，所述室内机包括室内控制器、室内风机、室内换热器和PTC加热器，所述室外机包括室外控制器、室外风机、压缩机和室外换热器，所述耗电量检测方法包括以下步骤：

所述室外控制器获取所述室外机的电压瞬时值和电流瞬时值，并根据所述室外机的电压瞬时值和电流瞬时值计算所述室外风机和所述压缩机的有功功率；

所述室外控制器根据所述室外机的电压瞬时值计算所述室外机的电压有效值，并将所述室外机的电压有效值发送给所述室内控制器；

所述室内控制器获取所述室内风机的电机转速、所述室内机的导风条的角度、所述室内换热器的温度、室内环境温度和室内环境湿度，并通过建立与所述室内风机的电机转速、所述室内机的导风条的角度、所述室内换热器的温度、所述室内环境温度和所述室内环境湿度相关联的功率估计模型函数以估算所述室内风机的运行功率；

所述室内控制器将所述室内换热器的温度、所述室内风机的运行功率和所述室外机的电压有效值作为第一输入变量，以及根据所述第一输入变量对所述PTC加热器的运行功率进行建模以估算出所述PTC加热器的运行功率；

对所述室外风机和所述压缩机的有功功率、所述室内风机的运行功率和所述PTC加热器的运行功率进行累加计算以获得所述空调器的总功率，并对所述空调器的总功率进行积分运算以获得所述空调器的耗电量。

2.根据权利要求1所述的空调器的耗电量检测方法，其特征在于，所述室外控制器通过检测所述室外机中整流桥的直流侧输出电流以获取所述室外机的电流瞬时值，并通过检测所述整流桥的直流输出端电压以获取所述室外机的电压瞬时值。

3.根据权利要求1所述的空调器的耗电量检测方法，其特征在于，所述PTC加热器的运行功率根据以下模型估算得到：

y＝f₂(∫Φ*f₁(∫E*u+θ₁)+θ₂)

其中，u为所述第一输入变量归一化处理后的输入向量，E和Φ为模型中所述第一输入变量的权重参数向量矩阵，θ₁和θ₂为模型的偏置量，f₁()和f₂()为S型函数，y为模型输出值，并且，f₁()为输入向量的处理函数，式子中的σ、β和为给定的参数，f₂()＝f₁()为中间向量的处理函数。

4.根据权利要求1所述的空调器的耗电量检测方法，其特征在于，在估算所述PTC加热器的运行功率时，所述室内控制器将所述室内环境温度、所述室内环境湿度和所述室内机的导风条的角度作为第二输入变量，并根据所述第二输入变量获取所述PTC加热器的运行功率的偏差补偿量，以及将所述偏差补偿量叠加到所述PTC加热器的运行功率以对所述PTC加热器的运行功率进行补偿校正。

5.根据权利要求4所述的空调器的耗电量检测方法，其特征在于，所述偏差补偿量根据以下公式获取：

其中，α₁、α₂、ρ₁、ρ₂、γ₁、γ₂和为通过模式识别法进行补偿校正的模型参数，T1、H和A为与所述室内环境温度、室内环境湿度和所述导风条的角度对应的第二输入变量，ΔP_PTC为所述偏差补偿量。

6.根据权利要求1所述的空调器的耗电量检测方法，其特征在于，与所述室内风机的电机转速、所述室内机的导风条的角度、所述室内换热器的温度、所述室内环境温度和所述室内环境湿度相关联的功率估计模型函数通过下式表示：

P＝F(n，A，T2)+G(T1，H)

其中，f₁₁(x)＝a*x²+b*x+c，S2、S1、d1为矩阵系数，d2、a、b、c均为第一常数系数，u₁为矩阵[n，A，T2]，G(T1,H)＝a1*T1²+b1*T1+a2*H²+b2*H+c1+c2，a1、b1、c1、a2、b2、c2均为第二常数系数，n为所述室内风机的电机转速，T2为所述室内换热器的温度，T1为所述室内环境温度，H为所述室内环境湿度，A为所述导风条的角度。

7.一种空调器的耗电量检测装置，其特征在于，所述空调器包括室内机和室外机，所述室内机包括室内风机、室内换热器和PTC加热器，所述室外机包括室外风机、压缩机和室外换热器，所述耗电量检测装置包括室外控制器和室内控制器，其中，

所述室外控制器，用于获取所述室外机的电压瞬时值和电流瞬时值，并根据所述室外机的电压瞬时值和电流瞬时值计算所述室外风机和所述压缩机的有功功率；

所述室外控制器，还用于根据所述室外机的电压瞬时值计算所述室外机的电压有效值，并将所述室外机的电压有效值发送给所述室内控制器；

所述室内控制器，用于获取所述室内风机的电机转速、所述室内机的导风条的角度、所述室内换热器的温度、室内环境温度和室内环境湿度，并通过建立与所述室内风机的电机转速、所述室内机的导风条的角度、所述室内换热器的温度、所述室内环境温度和所述室内环境湿度相关联的功率估计模型函数以估算所述室内风机的运行功率；

所述室内控制器，还用于将所述室内换热器的温度、所述室内风机的运行功率和所述室外机的电压有效值作为第一输入变量，以及根据所述第一输入变量对所述PTC加热器的运行功率进行建模以估算出所述PTC加热器的运行功率；

所述室外控制器和/或所述室内控制器对所述室外风机和所述压缩机的有功功率、所述室内风机的运行功率和所述PTC加热器的运行功率进行累加计算以获得所述空调器的总功率，并对所述空调器的总功率进行积分运算以获得所述空调器的耗电量。

8.根据权利要求7所述的空调器的耗电量检测装置，其特征在于，所述室外控制器通过检测所述室外机中整流桥的直流侧输出电流以获取所述室外机的电流瞬时值，并通过检测所述整流桥的直流输出端电压以获取所述室外机的电压瞬时值。

9.根据权利要求7所述的空调器的耗电量检测装置，其特征在于，所述PTC加热器的运行功率根据以下模型估算得到：

y＝f₂(∫Φ*f₁(∫E*u+θ₁)+θ₂)

其中，u为所述第一输入变量归一化处理后的输入向量，E和Φ为模型中所述第一输入变量的权重参数向量矩阵，θ₁和θ₂为模型的偏置量，f₁()和f₂()为S型函数，y为模型输出值，并且，f₁()为输入向量的处理函数，式子中的σ、β和为给定的参数，f₂()＝f₁()为中间向量的处理函数。

10.根据权利要求7所述的空调器的耗电量检测装置，其特征在于，在估算所述PTC加热器的运行功率时，所述室内控制器还将所述室内环境温度、所述室内环境湿度和所述室内机的导风条的角度作为第二输入变量，并根据所述第二输入变量获取所述PTC加热器的运行功率的偏差补偿量，以及将所述偏差补偿量叠加到所述PTC加热器的运行功率以对所述PTC加热器的运行功率进行补偿校正。

11.根据权利要求10所述的空调器的耗电量检测装置，其特征在于，所述偏差补偿量根据以下公式获取：

其中，α₁、α₂、ρ₁、ρ₂、γ₁、γ₂和为通过模式识别法进行补偿校正的模型参数，T1、H和A为与所述室内环境温度、室内环境湿度和所述导风条的角度对应的第二输入变量，ΔP_PTC为所述偏差补偿量。

12.根据权利要求7所述的空调器的耗电量检测装置，其特征在于，与所述室内风机的电机转速、所述室内机的导风条的角度、所述室内换热器的温度、所述室内环境温度和所述室内环境湿度相关联的功率估计模型函数通过下式表示：

P＝F(n，A，T2)+G(T1，H)

其中，f₁₁(x)＝a*x²+b*x+c，S2、S1、d1为矩阵系数，d2、a、b、c均为第一常数系数，u₁为矩阵[n，A，T2]，G(T1,H)＝a1*T1²+b1*T1+a2*H²+b2*H+c1+c2，a1、b1、c1、a2、b2、c2均为第二常数系数，n为所述室内风机的电机转速，T2为所述室内换热器的温度，T1为所述室内环境温度，H为所述室内环境湿度，A为所述导风条的角度。

13.一种空调器，其特征在于，包括根据权利要求7-12中任一项所述的耗电量检测装置。