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        熱泵空調(diào)電磁閥控制邏輯分析與研究

        2021-01-23 05:10:58劉健豪任健華楊啟富
        關(guān)鍵詞:異響節(jié)流熱泵

        劉健豪,任健華,楊啟富

        (江淮汽車集團(tuán)股份有限公司新能源乘用車公司,安徽 合肥 233000)

        一、概述

        隨著電動(dòng)車熱管理技術(shù)的發(fā)展,熱泵空調(diào)是冬季加熱節(jié)能的重要的熱管理措施。普通空調(diào)冬季采暖,主要通過PTC加熱,無論是風(fēng)暖PTC還是水暖PTC,本質(zhì)上都是直接將電能通過PTC片轉(zhuǎn)換為熱能,理論效率為100%,但算上損耗,實(shí)際可能只有90%,而熱泵空調(diào)的效率為200%。根據(jù)行業(yè)內(nèi)大數(shù)據(jù)顯示,冬季PTC平均能耗約2kw,熱泵空調(diào)平均能耗約1kw,節(jié)能約50%[1]。隨著熱泵空調(diào)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展,主流的方案有三換熱器式、節(jié)流降壓有節(jié)流短管和電子膨脹閥三種。本文就低成本節(jié)流短管的三換熱器熱泵空調(diào),描述電磁閥的控制方法。三換熱器熱泵空調(diào)原理框圖如圖1所示。

        從原理圖分析中可以看出,3個(gè)電磁閥起到制冷劑流向切換的作用,從而實(shí)現(xiàn)制冷、制熱、除濕等相關(guān)功能;2個(gè)節(jié)流短管起到節(jié)流降壓的作用;電子膨脹閥可以起到電池冷卻的節(jié)流降壓及電池與乘員艙冷量分配作用[2]。該熱泵空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)際使用中存在NVH的弊端[3],主要表現(xiàn)在:

        1.空調(diào)制冷關(guān)閉時(shí),制冷節(jié)流短管處壓差,在節(jié)流短管處會(huì)產(chǎn)生“滋滋”的異響。

        圖1 三換熱器熱泵空調(diào)原理框圖

        2.熱泵制熱關(guān)閉時(shí),制熱電磁閥處因壓差,瞬間產(chǎn)生較大異響。

        本文就如何實(shí)現(xiàn)熱泵空調(diào)系統(tǒng)電磁閥等關(guān)鍵核心控制,解決工作過程中產(chǎn)生的異響,提出一套完整的方案。

        二、控制方案及邏輯

        (一)總體控制方案

        本方案選用一款排量34cc的電動(dòng)壓縮機(jī)提供動(dòng)力輸出。三換熱器節(jié)流短管式熱泵空調(diào)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

        乘員艙制冷:電動(dòng)壓縮機(jī)4將低溫低壓的冷媒氣體壓縮成高溫高壓的氣體,流經(jīng)車外換熱器9,冷凝為低溫高壓的液體,之后經(jīng)制冷節(jié)流短管6節(jié)流降壓,流經(jīng)乘員艙蒸發(fā)器5,轉(zhuǎn)換為低溫低壓的氣體再流進(jìn)壓縮機(jī)。此時(shí)制冷電磁閥1打開,制熱電磁閥2打開,旁通電磁閥3關(guān)閉,電子膨脹閥關(guān)閉[4]。

        電池制冷:電動(dòng)壓縮機(jī)4將低溫低壓的冷媒氣體壓縮成高溫高壓的氣體,流經(jīng)車外換熱器9,冷凝為低溫高壓的液體,之后經(jīng)電子膨脹閥8節(jié)流降壓,流入電池冷卻器蒸發(fā),轉(zhuǎn)換為低溫低壓的氣體再流進(jìn)壓縮機(jī)。此時(shí)制冷電磁閥1關(guān)閉,制熱電磁閥2打開,旁通電磁閥3關(guān)閉,電子膨脹閥打開。

        乘員艙熱泵制熱:電動(dòng)壓縮機(jī)4將低溫低壓的冷媒氣體壓縮成高溫高壓的氣體,流經(jīng)車外換熱器9,冷凝為低溫高壓的液體,之后經(jīng)制冷節(jié)流短管6節(jié)流降壓,流經(jīng)乘員艙蒸發(fā)器5,轉(zhuǎn)換為低溫低壓的氣體再流進(jìn)壓縮機(jī)。此時(shí)制冷電磁閥1關(guān)閉,制熱電磁閥2關(guān)閉,旁通電磁閥3打開,電子膨脹閥關(guān)閉。

        圖2 三換熱器節(jié)流短管式熱泵空調(diào)結(jié)構(gòu)框圖

        表1 電磁閥邏輯控制

        (二)穩(wěn)定狀態(tài)下的電磁閥邏輯控制

        電磁閥邏輯控制如表1所示。

        (三)模式切換中電磁閥工作狀態(tài)控制邏輯

        1.從熱泵制熱(模式6)轉(zhuǎn)到(模式2)時(shí),先關(guān)閉壓縮機(jī),3個(gè)電磁閥動(dòng)作延遲2min,此時(shí)制熱電磁閥兩端的壓差已泄完,延遲結(jié)束,切換到目標(biāo)模式狀態(tài),此時(shí)制熱電磁閥2即不再產(chǎn)生異響[5]。

        2.如果從熱泵制熱(模式6)轉(zhuǎn)到(模式1),關(guān)閉壓縮機(jī),3個(gè)電磁閥狀態(tài)始保持5min。由于電磁閥一直保持,故制熱電磁閥2即不再產(chǎn)生異響,5min后恢復(fù)至表1 狀態(tài)。

        3.從熱泵制熱(模式6)轉(zhuǎn)到(模式7),壓縮機(jī)延遲1min關(guān)閉,3個(gè)電磁閥延遲2min,此時(shí)制熱電磁閥兩端的壓差已泄完,延遲結(jié)束,切換到目標(biāo)模式狀態(tài),此時(shí)制熱電磁閥2即不再產(chǎn)生異響。

        4.從熱泵制熱(模式6)轉(zhuǎn)到其他模式,3個(gè)電磁閥延遲1min,此時(shí)制熱電磁閥兩端的壓差已泄完,延遲結(jié)束,切換到目標(biāo)模式狀態(tài),此時(shí)制熱電磁閥2即不再產(chǎn)生異響。

        5.從乘員制冷模式(模式3、5、9、10)轉(zhuǎn)到(模式1、2、7),制冷電磁閥1立即吸合,電子膨脹閥打開,制熱電磁閥2和旁通電磁閥3按照上表狀態(tài)執(zhí)行。1min后,制冷電磁閥恢復(fù)。制冷電磁閥關(guān)閉后,制冷節(jié)流短管處即不再有冷媒流入,不再泄壓產(chǎn)生聲音。打開電子膨脹閥,靠電子膨脹閥緩慢泄壓。1min后系統(tǒng)壓力平衡,制冷電磁閥可恢復(fù)。

        6.其他模式相關(guān)之間跳轉(zhuǎn),按表1的電磁閥邏輯控制表執(zhí)行。

        7.鑰匙置于OFF時(shí),整車VCU需要給空調(diào)系統(tǒng)延遲送電1min,保證空調(diào)控制器供電控制電磁閥。

        三、結(jié)語

        針對熱泵系統(tǒng)控制方法,建立了主流三換熱器低成本熱泵空調(diào)電磁閥控制方案,既解決了制冷關(guān)閉時(shí),節(jié)流短管處產(chǎn)生的“滋滋”聲,又解決了制熱關(guān)閉時(shí),制熱電磁閥處產(chǎn)生的沖擊聲。

        由于目前熱泵空調(diào)受限于制冷劑特性,只能工作在-10℃以上,所以通過環(huán)境溫度的識(shí)別,讓熱泵空調(diào)制熱與PTC制熱需進(jìn)行智能切換,保證用戶采暖的舒適性,及熱泵系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

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