【技術實現步驟摘要】
一種高鐵跨臨界二氧化碳熱泵空調系統及其控制方法
[0001]本專利技術屬于高鐵熱泵空調控制
，特別涉及一種高鐵跨臨界二氧化碳熱泵空調系統及其控制方法。
技術介紹
[0002]高鐵制冷劑從傳統HFCs向CO2等天然制冷劑的替代步伐將會加快；其中，傳統氫氟烴HFCs制冷劑全球變暖潛能值GWP高并且低溫制熱性能差，而CO2作為一種天然制冷劑，具有GWP低且制熱性能好，不可燃、無毒可靠等優點，是理想的制冷劑替代方案。由于CO2制冷劑及其跨臨界空調熱泵系統近年來才開始推廣至軌道車輛應用領域，因此有必要提出新的軌道車輛熱泵空調控制方法以適用于跨臨界CO2熱泵空調。
[0003]現有高鐵空調系統一般采用雙系統運行模式，通過雙系統壓縮機的啟停控制來實現制冷量 0％、50％與100％調節；另外，由于傳統制冷劑低溫制熱性能差，還需要添加電加熱器以保持供暖充足。上述這種控制模式存在一定的缺陷，主要包括：制冷量調節級數少會導致能耗較大；高鐵運行地域廣外界環境變化大，車廂熱負荷變化大，單一的制冷量調節模式不能適應熱負荷的變化，往往制冷量偏大；此外，跨臨界CO2循環系統往往具有最優排氣壓力，在最優排氣壓力下系統能效比COP最高，系統能耗最低，因此需要控制系統在最優排氣壓力下工作，并控制電子膨脹閥的閥開度以達到最優排氣壓力。
[0004]現有其他交通工具(例如乘用車與客車)的跨臨界CO2系統相關控制方法在高鐵上并不適用，主要原因在于：從系統配置結構上，高鐵空調一般為雙系統，而乘用車與客車一般為單系統；并且高鐵運行速度快、地理...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種高鐵跨臨界二氧化碳熱泵空調系統，其特征在于，包括：完全相同的兩個單元以及兩個單元共同使用的室內風機(10)和新風閥(11)；所述兩個單元中的每個單元均包括壓縮機(1)、第一電動三通球閥(2)、第二電動三通球閥(3)、電子膨脹閥(4)、車內換熱器(5)、車外換熱器(6)、回熱器(7)、氣液分離器(8)和室外風機(9)；其中，所述壓縮機(1)的出口與所述第一電動三通球閥(2)的b端口相連通，所述第一電動三通球閥(2)的a端口一次經所述車外換熱器(6)的第一通道、所述回熱器(7)的第一通道、所述電子膨脹閥(4)、所述車內換熱器(5)的第一通道與所述第一電動三通球閥(2)的c端口相連通；所述壓縮機(1)的進口依次經所述回熱器(7)的第二通道、所述氣液分離器(8)與所述第二電動三通球閥(3)的e端口相連通，所述第二電動三通球閥(3)的d端口與所述車外換熱器(6)的第一通道的進口相連通，所述第二電動三通球閥(3)的f端口與所述車內換熱器(5)的第一通道的出口相連通；所述車外換熱器(6)設置有所述室外風機(9)；所述車內換熱器(5)設置有所述室內風機(10)和新風閥(11)；循環的制冷劑為CO2。2.根據權利要求1所述的一種高鐵跨臨界二氧化碳熱泵空調系統，其特征在于，所述壓縮機為變頻壓縮機。3.一種權利要求1所述的高鐵跨臨界二氧化碳熱泵空調系統的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：制冷運行模式下，CO2制冷劑從第一電動三通閥的b端口流向a端口到達車外換熱器，從第二電動三通閥的f端口流向e端口到達氣液分離器；制熱運行模式下，CO2制冷劑從第一電動三通閥的b端口流向c端口到達車內換熱器，從第一電動三通閥的d端口流向e端口到達氣液分離器；獲取車廂溫度T
i
、車外環境溫度T
o
、新風比R
fresh
、車廂載客率W
pass
、車輛行駛速度V
S
、當前系統排氣壓力P
n
以及當前系統電子膨脹閥的閥開度OP；基于所述車廂溫度T
i
與目標車廂溫度選擇壓縮機運行臺數；根據車廂溫度T
i
、環境溫度T
o
、新風比R
fresh
、車廂載客率W
pass
和車輛行駛速度V
s
確定壓縮機運行頻率；根據車廂溫度T
i
、車外環境溫度T
o
、新風比R
fresh
與壓縮機頻率計算系統最優排氣壓力；基于系統最優排氣壓力，調節電子膨脹閥的閥開度以達到系統最優排壓壓力實現控制。4.根據權利要求3所述的一種高鐵跨臨界二氧化碳熱泵空調系統的控制方法，其特征在于，所述基于所述車廂溫度T
i
與目標車廂溫度選擇壓縮機運行臺數的步驟包括：制冷運行模式時，設定目標車廂溫度為T
cs
，T
c1
為制冷時車廂溫度波動的上限值，T
c4
為制冷時車廂溫度波動的下限值，T
cs
＝1/2*(T
c1
+T
c4
)，切換控制狀態的幾個溫度邊界值分別為T
c1
、T
c2
、T
c3
、T
c4
，T
c1
＞T
c2
＞T
c3
＞T
c4
且|T
c1
?
T
c2
|:|T
c2
?
T
c3
|:|T
c3
?
T
c4
|＝a1:a2:a3，a1＞a2＞a3；當車廂溫度T
i
＞T
c1
時開啟兩臺壓縮機、頻率運行在較高頻狀態，T
c2
＜T
i
≤T
c1
時開啟兩臺壓縮機、頻率運行在較中頻狀態，T
c3
＜T
i
≤T
c2
時開啟兩臺壓縮機、頻率運行在較低頻狀態T
c4
＜T
i
≤T
c3
時開啟一臺壓縮機、頻率運行在較低頻狀態，T
i
≤T
c4
時壓縮機關機且直到T
i
＞T
c1
時開機；制熱運行模式時，設定目標車廂溫度為T
hs
，T
h1
為制熱時車廂溫度波動的上限值，T
h4
為制熱時車廂溫度波動的下限值，T
hs
＝1/2*(T
h1
+T
h4
)，切換控制狀態的幾個溫度邊界值分別為T
h1
、T
h2
、T
h3
、T
h4
，T
h1
＜T
h2
＜T
h3
＜T
h4
且|T
h1
?
T
h2
|:|T
h2
?
T
h3
...
【專利技術屬性】
技術研發人員：曹鋒，任佳航，宋昱龍，張騰，劉宇軒，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：
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