一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制系统及方法
【专利摘要】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系统，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。本发明的系统及方法，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，降低热泵空调系统的除霜损失，提高热泵空调系统的制热性能。
【专利说明】一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 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 线检测与控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 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：
[0003] 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。
[0004] 2)时间一温度法：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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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】
[0011] 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 霜在线检测与控制系统。
[0012] 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。
[0013] 本发明的目的通过以下的技术方案实现：
[0014] 一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制系统，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。
[0015] 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。
[0016] 本发明的另一目的通过以下的技术方案来实现：
[0017] 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：
[0018] 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；
[0019] 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，否则为〇 ; 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；
[0020] S3.当温度传感器传输给处理器的温度数据< 0°C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；
[0021] 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 到设定值时热泵系统开启除霜模式，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：
[0022]
【权利要求】
1. 一种热泵型电动汽车空调除霜在线检测与控制系统，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系统，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. -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：
51. 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；
52. 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；
53. 当温度传感器传输给处理器的温度数据< 0°C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；
54. 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 定值时热泵系统开启除霜模式，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：
式中Λ Μ--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 ; Δ τ-单位时间，单位为s ; din-换热器送风含湿量，单位为kg/kg ; dout-换热器出风含湿量，单位为kg/kg ;
55. 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，系统除霜模式继续运行lmin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。
【文档编号】F24F11/00GK104089364SQ201410267445
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】巫江虹, 金鹏, 梁志豪 申请人:华南理工大学