一种基于混风的多温区送风汽车空调及其控制方法

本发明属于汽车空调，涉及一种基于混风的多温区送风汽车空调及其控制方法。

背景技术：

1、由于当下燃油车大量使用所带来的环境污染、化石能源短缺的问题，电动汽车的使用和推广是推动节能减排，实现“双碳”目标的有力抓手。由于电动汽车采用蓄电池为动力来源，没有发动机余热可供利用，因此独立的热泵空调系统成为电动汽车中不可或缺的一部分。

2、普通的空调系统采用单一送风，对于车厢各送风口其送风参数均为一致，这样的送风风路结构简单，使用稳定可靠。然而，从乘员热舒适性的角度考虑，由于车厢热环境的不均匀性，以及不同乘客生理上对热环境舒适性要求的差异性，对于不同区域的送风口，采用各自独立的送风参数进行送风，已成为实现车厢乘员各自达到热舒适，提高乘客总体热舒适水平，实现送风精细化控制的必需品。通过采用汽车空调多温度送风分区送风控制，可以对不同乘客乘坐区域进行不同的送风，从而达到不同的热环境，更好地适应不同乘客对热舒适的差异化需求。

3、目前，汽车空调多温度送风的实现主要通过送风再热的形式，即室内换热器出口的风，在送入各区域之前，各自进行适当的加热，从而将送风风温控制在所需要的程度。这种方法虽然能够实现多温度送风调节，控制相对也较为精确，但先冷却后加热的形式存在着显著的冷量浪费，从而使得整个分区送风空调的效率降低。

4、因此，为在实现分区送风的基础上提高能量利用效率，尽量减少能量浪费，需要对空调送风形式进行改进。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于混风的多温区送风汽车空调及其控制方法，以解决现有技术中汽车空调多温度送风的实现主要通过送风再热的形式，存在能量浪费且能量利用效率低的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本技术提供一种基于混风的多温区送风汽车空调，包括通过管路连接的变频压缩机、室外换热器、回热器、节流装置、第一室内换热器、第二室内换热器、四通换向阀和储液器；所述四通换向阀的四个接口分别与所述变频压缩机、所述室外换热器、所述回热器和所述储液器连接；室外换热器和回热器还通过管道直接连接；所述变频压缩机的入口还通过管道直接连接储液器的出口；回热器分别连接节流装置和第二室内换热器，节流装置出口连接第一室内换热器；第二室内换热器的入口处设置有风机；所述风机产生的风能够依次流经第二室内换热器和第一室内换热器并送入空调送风口；所述空调送风口具有若干个，均与第二室内换热器的入风口管道、第二室内换热器的出风口管道和第一室内换热器的出风口管道连通；所述风机、变频压缩机和四通换向阀均连接至电控单元。

4、进一步地，所述空调送风口包括第一送风口、第二送风口和第三送风口；风机产生的风一部分进入第二室内换热器，另一部分通过第一风门流向空调送风口；所述流向空调送风口的风经过第六风门分流，一部分进入第三送风口，另一部分流向第二送风口；所述进入第二室内换热器的风换热后从第二室内换热器的出风口流出，一部分进入第一室内换热器，另一部分通过第二风门流入空调送风口；所述流入空调送风口的风经过第五风门分流，一部分进入第三送风口，另一部分流向第二送风口；所述进入第一室内换热器的风换热后从第一室内换热器的出风口流出，一部分直接进入第一送风口，另一部分通过第三风门流向第二送风口和第三送风口，并在分流处设置第四风门控制流入第二送风口和第三送风口的具体风量；所述第一风门、第二风门、第三风门、第四风门、第五风门和第六风门均连接至电控单元。

5、进一步地，所述第二室内换热器的入风口处安装有第一温度传感器；第二室内换热器的出风口处安装有第二温度传感器；第一室内换热器的出风口处安装有第三温度传感器；第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器均连接至电控单元。

6、进一步地，所述第一送风口处安装有第四温度传感器；第二送风口处安装有第五温度传感器。

7、进一步地，所述第三送风口处安装有第六温度传感器；第四温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器均连接至电控单元。

8、进一步地，所述电控单元还连接有控制面板；所述控制面板用于输入各区域送风风量及送风温度设定值信号，并传递给电控单元。

9、进一步地，所述风机为变频风机。

10、第二方面，本发明提供一种上述的基于混风的多温区送风汽车空调的控制方法，包括以下步骤：

11、通过所述控制面板读取用户输入各区域目标温度、各区域送风风量，并发送至所述电控单元；电控单元接收温度传感器信号，计算每路送风所需各段温度送风的风量，根据所得风量比例控制第一风门、第二风门和第三风门的开度，从而在第二室内换热器进口、第二室内换热器出口和第一室内换热器出口段控制各温度出风分流比，根据各区域送风所需各段温度送风风量，控制第四风门、第五风门和第六风门的开度，从而控制各温度送风分割比，将分割好的各温度送风按比例在各送风口混合，从而实现不同温度及风量的送风。

12、进一步地，所述风量比例的计算包括以下步骤：

13、对于每一路送至乘员舱的送风，电控单元接受控制面板关于该路送风风量qi及送风温度设定值ti信号，并接收温度传感器信号，得到第二室内换热器进口风温tin、第二室内换热器出口风温tmid和第一室内换热器出口风温tout，比较该路送风温度设定值ti与tin、tout和tmid的关系，计算得到需要每段换热器进出口风的比例；

14、当系统为制冷模式时：

15、

16、式中，x1及x2分别为温度高于ti及温度低于ti的两项混风的比例；

17、当系统为制热模式时：

18、

19、式中，x1及x2分别为温度高于ti及温度低于ti的两项混风的比例；

20、将得到的混风比例乘以该路送风风量qi，确定需要每段换热器进出口风风量，具体计算公式为：

21、

22、式中，qin,i为第二室内换热器进口风量；qmid,i为第二室内换热器出口风量；第一室内换热器出口风量。

23、进一步地，所述第一风门、第二风门、第三风门、第四风门、第五风门和第六风门开度的计算方法为：

24、根据所需的第二室内换热器进口风占总风量的比例，确定第一风门的开度d1，具体计算公式为：

25、

26、根据所需的第一换热器出口风及第二室内换热器出口风占总风量的比例，确定第二风门的开度d2，具体计算公式为：

27、

28、根据第一送风口处送风所需的第一换热器出口风风量占第一换热器出口风总风量比例，确定第三风门的开度d3，具体计算公式为：

29、

30、式中，qout,1为第一送风口处送风所需的第一换热器出口风风量；

31、根据第二送风口处送风及第三送风口处送风所需的第一换热器出口风总风量比例，确定第四风门的开度d4，具体计算公式为：

32、

33、式中，qout,2为第二送风口处送风所需的第一换热器出口风风量；qout,3为第三送风口处送风所需的第一换热器出口风风量；

34、根据第二送风口处送风及第三送风口处送风所需的第二室内换热器出口风风量比例，确定第五风门的开度d5，具体计算公式为：

35、

36、式中，qmid,2为第二送风口处送风所需的第二换热器出口风风量；qmid,3为第三送风口处送风所需的第二换热器出口风风量；

37、根据第二送风口处送风及第三送风口处送风所需的第二室内换热器进口风风量比例，确定第六风门的开度d6，具体计算公式为：

38、

39、式中，qin,2为第二送风口处送风所需的第二换热器进口风风量；qin,3为第三送风口处送风所需的第二换热器进口风风量。

40、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

41、本发明公开了一种基于混风的多温区送风汽车空调及其控制方法，风机产生的风能够依次流经第二室内换热器和第一室内换热器，并通过多个空调送风口送入车内。两个室内换热器可以独立调节温度，能够根据不同乘客的需求，提供不同温度的风；第一室内换热器出口风温目标值，制冷模式下，为各区域送风风温最小值；制热模式下，为各区域送风风温最大值。本发明通过双换热器结构，在换热器入口、出口、中间段得到三种不同温度送风；通过控制各个风道内各风门开度，将各温度送风以不同比例混合，从而实现多温度送风；省去了二次加热过程，使制冷系统冷量与送风所需冷量匹配，从而提高了能量利用效率，减少了能量浪费。本发明所提供的电动汽车分区空调送风系统在典型工况下计算分析，与采用电加热相比，其能耗在相同条件下能降低约15％～35％，具有显著的经济效益和环保效益，为环境保护、缓解化石能源危机以及实现碳达峰、碳中和做出了显著贡献。