技术领域
[0001] 本
发明涉及热泵技术领域，尤其是一种能在较低环境
温度下运行的热泵系统以及控制方法。
背景技术
[0002] 目前定频电动客车热泵一般只能在较高的室外
环境温度下运行，一般热泵可正常运行的环境温度最低为-5℃左右，当环境温度进一步降低时，低压压
力下降，超出
压缩机的安全运行范围，严重缩短了压缩机寿命，而且，环境温度进一步降低时，会触发低压压力保护
开关动作，从而使热泵停机，若强行运行热泵，热泵会频繁的启停，无法持续运行提供热量，也严重损害了压缩机使用寿命。目前普遍的方案是冬季外环温较高时采用热泵制热，在温度低于0℃或者更低温度时仅使用PTC电加热制热，相对热泵来说，电加热制
热能效较低，也相对缩短了电动客车的续航里程，目前在热泵领域，可以使热泵在较低环境温度下运行的技术是补气增
焓技术，通过使用经济器和带补气口的压缩机等将制冷剂分成两路，通过补气回路制冷剂来冷却主流路中的制冷剂，提高输气量，降低了压缩机排气温度等，使压缩机的运行条件变好，可以使热泵在较低环境温度下持续运行。但是这种方案成本较高，占用空间大，而且需要特殊的压缩机，一般极少应用在电动客车热泵系统中。
发明内容
[0003] 本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种能在较低环境温度下运行的热泵系统以及控制方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明首先提供了一种热泵系统，其技术方案是：
[0005] 一种热泵系统，包括通过制冷管路顺序连接的压缩机、四通
阀、
室外换热器、节流装置、室内换热器及气液分离器，所述热泵系统还包括辅助回路，所述辅助回路进口设置在所述压缩机和
四通阀进口之间的管路上，出口设置在所述汽液分离器进口和四通阀回气管出口之间的管路上，所述辅助回路上设置有辅助节流装置，当室外环境温度降低、热泵系统低压压力过低时所述辅助节流装置开启。
[0006] 进一步的，所述热泵系统还包括控制整个热泵系统运转的
控制器，以及与所述控制器连接的压力
传感器及温度传感器，所述
压力传感器设置在所述气液分离器入口处，向所述控制器发送所述汽液分离器入口处的压力值，所述
温度控制器检测所述室外换热器的进
风温度并将温度
信号传输给所述控制器，所述控制器根据所述压力值、温度信号控制所述辅助节流装置的开启或关闭。
[0007] 本实现本发明的目的，进一步提供了上述热泵系统的控制方法，其技术方案是：
[0008] 一种热泵系统的控制方法，包括如下步骤：
[0009] S1，控制器内预设辅助节流装置的开启压力
阈值a；
[0010] S2，热泵运行时，检测汽液分离器入口处的实时压力值P1；
[0011] S3，计算压差△P＝a-P1，当△P>0时，辅助节流装置开启，将压缩机排气的一部分通过辅助回路引入到气液分离器的进口，提高吸气压力，达到压缩机的安全运行范围；
[0012] S4，顺序重复S2和S3，至停机。
[0013] 进一步的，控制器内预设有n个线性增长的压差，压差从小到大排列形成n+1个连续的压力区间，每个压力区间对应一个辅助节流装置的开度值。
[0014] 进一步的，所述步骤S3中还包括步骤S31，
[0015] S31，当△P>0时,判断△P所在的压力区间，控制器根据所在压力区间对应的辅助节流装置的开度值控制其开度。
[0016] 进一步的，当△P大于最大压差时，辅助节流装置的开度为全开，当△P>0且小于最小压差时，辅助节流装置的开度为最小值。
[0017] 进一步的，所述步骤S3还包括以下步骤，
[0018] S32，检测室外换热器进风温度T，控制器计算热泵系统中制冷剂在温度T时的饱和液态压力PS，计算m＝Ps-P1，控制器内预设△Pshut，当m>△Pshut时，保持辅助装置的开度不变，当m≤△Pshut时，辅助节流装置的开度减小至下一压力区间对应的开度。
[0019] 进一步的，当m>△Pshut*110％时，保持辅助装置的开度不变，当m≤△Pshut*110％时，判断为m≤△Pshut，辅助节流装置的开度减小至下一压力区间对应的开度。
[0020] 进一步的，所述步骤S3还包括以下步骤，
[0021] S33，检测压缩机1排气管温度T2，当T2大于等于预设值T0时，热泵系统停止运行。
[0022] 进一步的，辅助节流装置的开启压力阈值a高于压缩机安全运行允许的最低压力值Pa，且预设的最大压差小于辅助节流装置的开启压力阈值a与Pa的差值。
[0023] 综上所述，本发明提供的一种热泵系统，在
制冷回路中增加辅助回路，并提供了热泵系统的控制方法，提高了热泵系统在较低环境温度下的低压压力，并根据系统参数和环境温度调节低压压力，使得定频热泵系统可以在较低的环境温度下稳定制热，提高了定频热泵制热稳定制热的外环温下限和适应性，并改善了压缩机在此工况下的工作条件，延长了热泵系统的寿命。
附图说明：
[0024] 图1：本发明一种热泵系统的制冷系统组成示意图；
[0025] 图2:本发明一种热泵系统控制方法的
流程图。
[0026] 其中：压缩机1，低压压力传感器2，辅助节流装置3，辅路进管4，辅路出管5，四通阀6，室外换热器7，节流装置8，室内换热器9，气液分离器10。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
[0028] 本发明首先提供了一种热泵系统，包括通过制冷管路顺序连接的压缩机1、四通阀6、室外换热器7、节流装置8、室内换热器9及气液分离器10，还包括辅助回路，辅助回路进口设置在压缩机1和四通阀6进口之间的管路上，出口设置在气液分离器10进口和四通阀6回气管出口之间的管路上，辅助回路上设置有辅助节流装置3，当室外环境温度降低、热泵系统低压压力过低时辅助节流装置3开启。
[0029] 如图1所示，本发明提供的一种热泵系统，通过制冷管路顺序连接有压缩机1、四通阀6、室外换热器7、节流装置8、室内换热器9，在气液分离器10与压缩机1的连接管路上，安装有低压压力传感器2，在压缩机1与四通阀6的管路与四通阀6与气液分离器10的管路之间，设置有辅助回路，辅助回路包括顺序连接的辅路进管4、辅助节流装置3、辅路出管5。四通阀6的结构和功能与
现有技术中的相同，具有四个连通口，通过管路，分别与压缩机1的排气端、吸气端、室外换热器7、室内换热器9连通，根据制冷、制热的需求，选择制冷剂的走向，由四通阀6改变制冷剂的流向，在外界环境温度适宜的情况下，当需要制冷时，制冷剂从压缩机1出来，经四通阀6后，依次进入室外换热器7、节流装置8、室内换热器9，经气液分离器10回到压缩机1内，完成制冷剂的闭环循环；当需要制热时，制冷剂从压缩机1出来，经四通阀6换向，依次进入室内换热器9、节流装置8、室外换热器7，经气液分离器10回到压缩机1内，完成制冷剂的闭环循环。
[0030] 在压缩机1和气液分离器10之间，并联有辅助回路，辅助回路包括顺序连接的辅路进管4、辅助节流装置3、辅路出管5，辅路进管4的进口连接在压缩机1和四通阀6进口之间的管路上，辅路出管5的出口连接在气液分离器10进口和四通阀6回气管出口之间的管路上，常态下(环境温度适宜压缩机1可正常工作的情况下)，热泵系统正常运行，辅助节流装置3处于关闭状态，不开启，辅助回路中无制冷剂流；当环境温度较低，热泵系统低压压力过低，超过压缩机允许的安全运行范围或是低压压力开关11动作，压缩机1无法正常运行时，辅助节流装置3开启，将压缩机1排气的一部分通过辅助回路引入到气液分离器10的进口，经气液分离器10回到压缩机1，这样一方面提高气液分离器10的吸气压力，使其达到压缩机1的安全运行范围，另一方面降低了压缩比，改善系统回油性能，从而改善压缩机1的运行条件，低压压力的提高也避免了低压压力开关11频繁启停，使热泵系统可以在较低环境温度下稳定运行。
[0031] 辅助节流装置3开度可以调节，优选采用耐高温的
电子膨胀阀，根据控制器内预设的控制方法，对辅助节流装置3的开度大小从0到100％开启程度进行调节，具体调节方法不限，还可在辅助回路上增加
电磁阀，以便在不需要开启辅助回路时有效阻断辅助回路。
[0032] 热泵系统还包括控制器，控制器接收开关机信号，根据开关机信号控制热泵系统的运转。热泵系统包括设置在外界环境中的设置有室外换热器7的室外机，以及设置在室内环境用于改善调解室内温度的设置有室内换热器9的室内机。在室外机设置有温度传感器，推荐设置在室外换热器7进风口上，用以
感知室外换热器7进风的温度，在气液分离器10入口处设置有压力传感器，感知气液分离器10入口处的压力值，温度传感器和压力传感器与控制器连接，将感知的温度信号和压力值传输给控制器，控制器接收到温度信号和压力值以后，利用内置的辅助回路控
制模块，判断并控制辅助回路中辅助节流装置3的开启或关闭，并进一步可以根据温度信号和压力值的具体情况，控制辅助节流装置3的开度。
[0033] 本发明提供的
实施例进一步提供了上述热泵系统的控制方法。如图2所示，热泵系统的控制方法包括以下步骤：
[0034] S1，控制器内置的辅助回路
控制模块预设辅助节流装置3的开启压力阈值a，此压力阀值a高于压缩机1运行允许的最低压力值Pa，并预设气液分离器10入口压力值P1与压力阀值a之间n个压差值：△P1，△P2，△P3……△Pn，其中，△P1至△Pn依次增大，且△Pn
[0035] 其中a值的确定与压缩机1的型号及效率、制冷剂灌注量等内容相关，可根据大量的实验数据总结得出，原则上，a要高于压缩机1安全运行允许的最低压力值，且要高于低压压力开关(当热泵系统中设有时)的保护值。
[0036] S2，热泵系统停机时，辅助节流装置3处于关闭状态，热泵系统运行时，检测气液分离器10入口处的实时压力值P1，并将压力值P1传输给控制器内置的辅助回路控制模块。压力值P1可通过设置在气液分离器10与压缩机1之间管路上的低压压力传感器2检测得到。
[0037] S3，辅助回路控制模块根据预设的辅助节流装置3的开启压力阀值a与检测到的气液分离器10入口处的实时压力值P1计算压力差值：△P＝a-P1，当△P>0时，控制器认定压缩机1在低温环境下无法下正常运转，控制器第一次变更辅助节流装置3的开度，控制辅助节流装置3开启，将压缩机1排气的一部分通过辅助回路引入到气液分离器10的进口，提高吸气压力，使压力值P1增大，达到压缩机1的安全运行范围；当△P≤0时，控制器认定压缩机1可正常运转，辅助节流装置3始终处于关闭状态。需要说明的是，△P越大，辅助节流装置3的开度越大，最大开到100％。
[0038] 为精确控制辅助回路的制冷剂流量，精准降低压缩比，改善回油性能，在控制器的辅助回路控制模块内如前文所述预设n个呈线性增长的压力差值，压力差值按从小到大的顺序排列，每个骤设的压力差值对应一个辅助节流装置的开度，随着压力差值的增大，辅助节流装置3的开度也增大，确切来说，n个线性增长的压力差值按从小到大的顺序排列，可形成n+1个连续的压力差值范围，每个压力差值范围，对应一个辅助节流装置3的开度。第n个压力差值高于压缩机1安全运行允许的最低压力值Pa。图2中，VAL为辅助节流装置3的代称。
[0039] 如步骤S1中所述，在本发明提供的实施例中，控制器内预设n个压力差值，△P1，△P2，△P3……△Pn，其中△P1至△Pn依次增大，对应的辅助节流装置3的开度也依次增大，n个压力差值形成n+1个连续的压力差值区间，每个压力差值区间分别对应一个辅助节流装置3的开度，随着压力差值区间的增长，即辅助节流装置3的开度也按线性增长的方式，分为n+1级，最高级为辅助节流装置3的开度为100％。
[0040] 因此，步骤S中还包括：
[0041] S31，将计算得到的实时△P与预设的n个压力差值进行比较，判断实时的△P在哪个压力差值区间内，控制器(辅助回路控制模块)根据判断结果可以得到对应的辅助节流装置3的开度，从而控制辅助节流装置3以相应的开度启动并使制冷剂从辅路进管5进入辅助节流装置3，再经辅路出管6进入到气液分离器10的进气端。如前文所述，当△P≤0时，辅助节流装置3处于关闭状态，当0<△P≤△P1时，辅助节流装置3开度为总开度的1/(n+1)，即开度为b，当△P1<△P≤△P2时辅助节流装置3开度为总开度的2/(n+1)，即开度为2b，当△P2<△P≤△P3时辅助节流装置3开度为总开度的3/(n+1)，即开度为3b，以此类推，△Pn-1<△P≤△Pn时辅助节流装置3开度为总开度的n/(n+1)，即开度为nb，当△P9<△P时辅助节流装置3开度为总开度的100％，即开度为(n+1)b，(n+1)b＝1。
[0042] 以上示例为本发提供的实施例中简单但直接有效的预设方式，n个预设的压力差值和对应的辅助节流装置3的开度均为线性增长，在实际应用中，可根据实验结果，以及预设的压力差值的数量，确定不同的对应方式。在此不做限制说明，同样的，也不可以将此做为发明内容的具体限定。
[0043] 为进一步精确控制压缩机1的压缩比，实现更好的热泵系统的运行效果，将通过以上方式得到辅助节流装置3的开度大小的值做为初始值，或者说，前述方法得到了辅助节流装置3开度大小的理论值，需要通过以下步骤来进一步调整辅助节流装置3的开度大小，得到辅助节流装置3开度大小的实际值：
[0044] S32，当通过前述方法检测到△P>0时，温度传感器检测室外换热器7进风温度T，并将温度
信号传输给控制器，温度传感器设置在室外换热器7的进风侧，优选在室外换热器7的进风侧设置有多个温度传感器，控制器同时接受多个温度信号，取算术平均值为进风温度T，或加权平均值为进风温度T，控制器根据实时接收的温度信号，计算热泵系统中制冷剂在温度T时的饱和液态压力PS，计算m＝Ps-P1，控制器内预设外环温对应的饱和
蒸发压力与当前蒸发压力有效期值的下限设定值△Pshut，比较m与△Pshut的大小，当m>△Pshut时，保持辅助节流装置7的初值开度(通过前述方法，比较△P得到的开度)不变，当m≤△Pshut时，辅助节流装置3的开度减小，如可减小至下一压差区间对应的开度。在本发明中，为进一步精确制辅助节流装置3的开度，当m>△Pshut*110％时，保持辅助节流装置7的初值开度不变，当m≤△Pshut*110％时，判定m≤△Pshut，对辅助节流装置3的开度进行第二次调节，辅助节流装置3的开度减小，在本发明中，当m≤△Pshut*110％时，辅助节流装置3的开度减小至下一压差区间对应的开度。
[0045] S33，检测压缩机1排气管温度T2，当T2大于等于预设值T0时，热泵系统停止运行。当压缩机1排气管温度T2大于压缩机停止运行的预设温度T0时，热泵系统停止工作。
[0046] S4，循环进行步骤S2至S4，至停机。
[0047] 为避免因频繁调节辅助节流装置3的开度而导致辅助节流装置3的损耗，可设定每隔t段时间后，重复步骤S32，即每隔t段时间，控制器根据实时的温度信号，调整辅助节流装置3的实际开度值。或者，为进一步精准的进行辅助节流装置3的实际开度，温度传感器实时检测室外换热器7的进风温度T并传输给控制器，控制器每隔t段时间，将接收的多个T值取平均值，根据平均值来调整辅助节流装置3的实际开度，平均值可为加权平均值，因热泵系统在运行过程中，室外换热器7的进风温度变化可能会比较大，因此进一步采用移动加平均法计算平均值，一方面，避免辅助节流装置7开度的频繁调节，另一方面，移动加权平均法计算出来的温度值比较均衡和准确，控制更准确。
[0048] 当步骤S3中检测到△P≤0时，控制器认定压缩机1可正常运转，辅助节流装置3始终处于关闭状态，回到步骤S2，继续重新检测热泵系统运行过程气液分离器10进气口处的压力值，再进入步骤S3中，且步骤S32和S33为可选项，当控制方法中具有这两步时，首先进行S32步骤中关于室外换热器进风温度T的实时检测，m>△Pshut或者辅助节流装置3开度为零后，进入步骤S33，再重回步骤S2，重复进行P1值的实时检测，当设置S32和S33中的任一步骤时，每一步骤结束后，重回步骤S2进行P1的检测。当同样的，P1值的实时检测也可间隔一定的时间段，并可根据需要，选择间隔一定时间后的实时P1值，或是时间段内多个P1值的加权平均值，当不设有S32和S33时，直接进入步骤S4,循环步骤S2至S4，至停机。
[0049] 综上所述，本发明提供的一种热泵系统，在制冷回路中增加辅助回路，并提供了热泵的控制方法，提高了热泵系统在较低环境温度下的低压压力，并根据系统参数和环境温度调节低压压力，使得定频热泵系统可以在较低的环境温度下稳定制热，提高了定频热泵制热稳定制热的外环温下限和适应性，并改善了压缩机在此工况下的工作条件，延长了热泵系统的寿命。
[0050] 如上所述，结合所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
