[发明专利]基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2

说明书

本发明公开了一种基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统及方法，所述系统使用定参数的排气压力PI控制器调节膨胀阀控制排气压力，使用变参数的车厢温度PI控制器和送风温度PI控制器，分别调节风机和压缩机的转速，控制送风温度和车厢温度，考虑到PI控制器的调节特性，为了使系统尽快达到稳态，同时兼顾车厢快速降温或升温，初始时刻，压缩机以额定转速工作，风机以最大转速工作，随后排气压力PI控制器、送风温度PI控制器和车厢温度PI控制器依次分时工作。所述控制方法使车厢可以快速升温或降温，同时自动调节送风温度，保证乘客热舒适性，分时控制策略使系统工作更加稳定安全，同时使排气压力保持在最优排气压力，节能环保。

技术领域

本发明属于跨临界CO₂制冷制热领域，特别涉及一种基于变参数PI控制的跨临界CO2热管理系统及控制方法。

背景技术

近年来，电动汽车等新能源汽车有了巨大的发展，但冬季制热问题引发的里程焦虑依然是制约电动汽车发展的因素之一。传统燃油汽车在冬季使用发动机余热提供车内供暖需求，因此只要求在夏季使用空调系统制冷，一般使用制冷剂R134a，不具备冬季低环境温度制热能力，因此，在电动汽车中，冬季制热时需要使用辅助电加热，效率低，耗能大，会造成电池快速消耗，行驶里程降低，为了解决制热造成的行驶里程衰减问题，需要新的空调系统，CO₂由于具有十分优异的制热性能，也能满足夏季的制冷需求，且十分环保，是十分有潜力的替代制冷剂。

在传统汽车的R134a制冷空调系统中，一般使用定频压缩机，用热力膨胀阀或电子膨胀阀控制压缩机吸气过热度，但在跨临界CO₂制冷制热系统中，传统控制策略不再适用，一方面，由于跨临界CO₂循环的散热过程是在超临界区，制冷剂有温度滑移，存在最优排气压力，使系统COP最大，因此一般使用电子膨胀阀控制排气压力，另一方面，系统使用变频压缩机，因此使用压缩机转速控制系统制冷量和制热量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统及方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于变参数PI控制器控制的跨临界CO2热管理系统，包括：压缩机，制热换热器，主换热器，室外换热器，回热器，储液器，膨胀阀，三通阀，四通换向阀，风机，HVAC模块，排气压力PI控制器，车厢温度PI控制器，送风温度PI控制器，排气压力传感器，车厢温度传感器，送风温度传感器和全通节流阀；

压缩机的出口通过制热换热器连接四通换向阀的D口，四通换向阀的A口依次连接室外换热器、回热器的第一通道、主换热器、全通节流阀和四通换向阀的C口，四通换向阀的A 口连接三通阀的第一口，三通阀的第二口连接回热器的第二通道入口，回热器的第二通道出口连接压缩机的入口，三通阀的第三口连接回热器的第二通道出口；

排气压力传感器布置在压缩机的排气管路上，连接排气压力PI控制器；排气压力PI控制器连接膨胀阀，通过调节膨胀阀控制排气压力在目标值；车厢温度传感器布置在车厢内，连接车厢温度PI控制器，车厢温度PI控制器连接风机，通过控制风机的转速控制车厢温度；送风温度传感器布置在HVAC模块的出风口，连接送风温度PI控制器，送风温度PI控制器通过调节压缩机的转速控制送风温度到目标值。

进一步的，车厢温度PI控制器和送风温度PI控制器为变参数PI控制器，排气压力PI控制器为单参数PI控制器。

进一步的，在制热模式下，压缩机出口的高温制冷剂依次通过制热换热器和主换热器，与依次通过主换热器和制热换热器的低温空气进行换热，随后经过膨胀阀节流，经过回热器后进入室外换热器，吸热后经过储液器，随后通过三通阀直接旁通至压缩机的吸气侧；