基于混合控制策略的电动车变频空调压缩机频率控制方法与控制系统技术领域
本发明涉及变频空调压缩机控制技术，尤其是一种基于混合控制策略的电动车变
频空调压缩机频率控制方法。
背景技术
汽车空调对于汽车安全行驶，乘车人员舒适性至关重要，随着新能源汽车的兴起，
电动压缩机逐渐运用于汽车空调中，变频技术的引入可以提高制冷系统的能效比，提高汽
车蓄电池的续航能力和驾驶室温度控制的精度。合理的压缩机频率控制对于发挥变频空调
优势起到决定性作用，开展压缩机频率控制方法的研究有着重要的意义。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于混合控制策略的电动车变频空调压缩机
频率控制方法与控制系统，在随着外界负荷变化的同时改变压缩机频率输出，同时考虑到
制冷系统压力的稳定性。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种基于混合控制策略的电动车变频空调压缩机频率控制方法，所述控制方法包
括：
实时采集车内温度和空调系统低压；
判断温度变化趋势；
在一个控制周期内，根据车内温度和用户设定温度之间的偏差值△T以及温度变
化趋势，计算出压缩机能力需求系数K，进而计算出压缩机输出频率；
在一个补偿周期内，根据空调系统低压和目标低压之间的偏差值△P，采用低压补
偿控制方法，计算出低压补偿值，根据低压补偿值改变压缩机输出频率。
所述控制方法，进一步的，所述温度变化趋势包括温度上升区间和温度下降区间。
所述控制方法，进一步的，所述车内温度和设定温度之间的偏差值△T范围分为：
处于温度上升区间，△T≤0℃，0＜△T≤0.5℃，0.5＜△T≤1℃，△T＞1℃；
处于温度下降区间，△T＞0℃，-0.5℃＜△T≤0℃，-1＜△T≤-0.5℃，△T≤-1℃。
所述控制方法，进一步的，所述出压缩机能力需求系数K根据车内温度和设定温度
之间的偏差值△T以及温度变化趋势的不同，分为以下几档：0％；30％；60％；100％。
所述控制方法，进一步的，所述压缩机输出频率＝压缩机最大频率×能力需求系
数K。
所述控制方法，进一步的，所述低压补偿控制方法采用PID控制方法。
所述控制方法，进一步的，还包括：
实时采集蒸发器温度和空调系统高压，当蒸发器温度在一段时间内处于0℃以下
或空调系统高压偏离安全值时时，压缩机停止运行。
一种基于混合控制策略的电动车变频空调压缩机频率控制系统，所述控制系统包
括：
车内温度传感器，用于实时采集车内温度；
低压传感器，用于实时采集空调系统低压；
数据处理单元，数据处理单元连接车内温度传感器和低压传感器，用于判断温度
变化趋势，并根据车内温度和设定温度之间的偏差值△T以及温度变化趋势，计算出压缩机
能力需求系数K，进而计算出压缩机输出频率；
低压补偿控制器，低压补偿控制器连接数据处理单元，用于根据空调系统低压和
目标低压之间的偏差值△P，采用低压补偿控制方法，计算出低压补偿值；
变频空调控制器，变频空调控制器分别连接数据处理单元和变频压缩机，用于根
据低压补偿值改变压缩机输出频率。
所述控制系统，进一步的，还包括：
蒸发器温度传感器，蒸发器温度传感器连接数据处理单元，用于实时采集蒸发器
温度；
高压传感器，高压传感器连接数据处理单元，用于实时采集空调系统高压。
有益效果：本发明的电动车变频空调压缩机频率控制方法及系统，综合考虑了制
冷量需求和低压，属于二者混合控制，在保证制冷能力输出的同时，尽最大可能的维持制冷
低压，使得制冷系统稳定可靠的运行。
附图说明
图1为本发明控制方法的流程示意图；
图2为本发明控制系统的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，本发明的一种基于混合控制策略的电动车变频空调压缩机频率控制
方法，所述控制方法包括：
第一步骤：实时采集车内温度和空调系统低压。设定数据采集周期为20S，在每一
个数据采集周期(20S)初，车内温度传感器采集车内温度，输入给数据处理单元，低压传感
器采集空调系统低压值，由数据处理单元处理后输入给低压补偿控制器。
第二步骤：判断温度变化趋势。设定判断周期为60s，数据处理单元将温度传感器
传递的数据进行记录，在每个判断周期(60s)内进行求平均值，若某个周期内的温度平均值
T(n)比上个周期的温度平均值T(n-1)大，即T(n)＞T(n-1)，则判断为温度上升区间(上升
沿)；若T(n)≤T(n-1)，则判断为温度下降区间(下降沿)，为了避免温度波动带来的误动作，
判断周期应不能太小。
第三步骤：计算压缩机输出频率。
首先：设定压缩机输出频率控制周期为40S，在每一个控制周期(40S)初，数据处理
单元根据用户设定温度和车内温度，计算一次偏差值△T，△T＝车内温度值-用户设定温度
值，根据偏差值△T范围和温度变化趋势判断结果，按照下面的方法确定出能力需求系数K：
上升沿：
△T≤0℃，K＝0％；
0＜△T≤0.5℃，K＝30％；
0.5＜△T≤1℃，K＝60％；
△T＞1℃，K＝100％；
下降沿：
△T＞0℃，K＝100％；
-0.5℃＜△T≤0℃，K＝60％；
-1＜△T≤-0.5℃，K＝30％；
△T≤-1℃，K＝0％；
然后，根据能力需求系数K，计算出每个控制周期(40s)初的压缩机输出频率：所述
压缩机输出频率＝压缩机最大频率×能力需求系数K，假设压缩机最大输出100Hz，对应制
冷量4000W，最小频率20Hz，对应制冷量800W，压缩机频率变化最小2Hz，则可以根据输出频
率将压缩机输出分成41个档位(STEP)，如下表所示，例如，当压缩机以频率40Hz运行时，
STEP＝11，制冷量1600W；
第四步骤：采用低压补偿控制方法改变压缩机输出频率。
首先：设定低压补偿周期为120S，在每一个低压补偿周期(120S)初，低压补偿控制
器根据空调系统低压和目标低压之间的偏差值，采用低压补偿控制方法，计算出低压补偿
值△STEP，低压补偿控制方法采用PID控制，按照以下公式计算低压补偿值△STEP：
当前偏差值△P＝当前空调系统低压值-目标低压值；
偏差变化值△△P＝当前偏差值△P-上一个数据采集周期(20S)初的偏差值；
当△P≥0.3Bar或△P≤-0.3Bar时；
△STEP＝取整(△P×比例常数(P1)+△△P×微分常数(D1))；
当-0.3Bar＜△P＜0.3Bar时；
△STEP＝取整(△△P×微分常数(D2)+∑△P×积分常数(I1))；
压力传感器每20s保存一次低压值，最近偏差保留五个，计算∑△P值；
然后：在每一个低压补偿周期(120S)初，在计算出的压缩机输出频率上补偿△
STEP输出，每2min补偿一次。第n个周期补偿后的输出STEP＝STEP(n)+△STEP(n)，STEP(n)
为此时按照上述能力需求计算出的压缩机输出。
另外，为了保证变频空调压缩机的正常安全运行，在上述第一步骤中，还实时采集
蒸发器温度和空调系统高压，数据采集周期同样为20S，在每一个数据采集周期(20S)初，蒸
发器温度传感器采集蒸发器温度值，输入给数据处理单元，高压传感器采集空调系统高压
值，输入给数据处理单元，当蒸发器温度在一段时间内处于0℃以下或空调系统高压偏离安
全值时时，压缩机停止运行。
下面举个具体实例加以说明：
压缩机采用上述压缩机，频率运行范围20Hz至100Hz，分为41个STEP输出。具体容
量表如上述所示。低压补偿的PID控制参数假设为P1＝2，D1＝4，D2＝5，I1＝1.4。控制目标
为25℃，低压2.93Bar，对应蒸发温度0℃。
下面计算6min内的压缩机频率输出，6min内的低压和车内温度变化如下表所示。
第一分钟内的温度变化趋势为下降沿(0s之前的数据没有列出)。
1)第一个频率控制周期，0s时按照能需(能力需求系数K)计算出的输出STEP＝41，
即压缩机100Hz输出，低压补偿按照公式：取整(△P×2+△△P×4)＝取整(-0.53*2+0*4)＝
取整(-1.06)＝-1低压补偿△STEP＝-1，因此在0s时按照STEP＝40输出,即频率为98Hz；
2)第二个频率控制周期，第40s时按照能需计算出的输出STEP＝41，即压缩机
100HZ输出，由于低压补偿周期为2min，此时不需要低压补偿，STEP按照能需计算输出为41。
由于上次周期频率98Hz，因此这时候压缩机应当逐渐升频到100Hz。
3)第三个频率控制周期，第80s时按照能需计算出的输出STEP＝21，即压缩机60HZ
输出，由于低压补偿周期为2min，此时不需要低压补偿，STEP按照能需计算输出为21。此时
压缩机应当降频。
4)第四个频率控制周期，第120s时按照能需计算出的输出STEP＝6，即压缩机30HZ
输出，由于低压补偿周期为2min，此时需要低压补偿，低压补偿按照公式：取整(△△P×5+
∑△P×1.4)＝取整(0.1*5+(-0.33-0.3-0.24-0.13-0.03)*1.4)＝取整(-0.942)＝0
低压补偿△STEP＝0，因此在120s时STEP为6。此时压缩机应当降频。
5)第五个频率控制周期，第160s时按照能需计算出的输出STEP＝0，即压缩机0HZ
输出，由于低压补偿周期为2min，此时不需要低压补偿，STEP按照能需计算输出为0。此时压
缩机应当降频至0。
6)第六个频率控制周期，第200s时按照能需计算出的输出STEP＝0，即压缩机0HZ
输出，由于低压补偿周期为2min，此时不需要低压补偿，STEP按照能需计算输出为0。此时压
缩机频率保持为0。
7)第七个频率控制周期，第240s时按照能需计算出的输出STEP＝6，即压缩机30HZ
输出，由于低压补偿周期为2min，此时需要低压补偿，低压补偿△STEP＝0，STEP按照补偿后
输出为6。此时压缩机应当升频至30Hz。
8)第八个频率控制周期，第280s时按照能需计算出的输出STEP＝6，即压缩机30HZ
输出，由于低压补偿周期为2min，此时不需要低压补偿，STEP按照能需计算输出为6。此时压
缩机应当降频至30Hz。
9)第九个频率控制周期，第320s时按照能需计算出的输出STEP＝21，即压缩机
60HZ输出，由于低压补偿周期为2min，此时不需要低压补偿，STEP按照能需计算输出为21。
此时压缩机应当升频至60Hz。
10)第十个频率控制周期，第360s时按照能需计算出的输出STEP＝41，即压缩机
100HZ输出，由于低压补偿周期为2min，此时需要低压补偿，低压补偿△STEP＝-1，STEP按照
补偿后输出为40。此时压缩机应当升频至98Hz。
如图2所示，本发明的一种基于混合控制策略的电动车变频空调压缩机频率控制
系统，所述控制系统包括：
车内温度传感器，用于实时采集车内温度；
低压传感器，用于实时采集空调系统低压；
数据处理单元，数据处理单元连接车内温度传感器和低压传感器，用于判断温度
变化趋势，并根据车内温度和设定温度之间的偏差值△T以及温度变化趋势，计算出压缩机
能力需求系数K，进而计算出压缩机输出频率；
低压补偿控制器，低压补偿控制器连接数据处理单元，用于根据空调系统低压和
目标低压之间的偏差值△P，采用低压补偿控制方法，计算出低压补偿值；
变频空调控制器，变频空调控制器连接数据处理单元和变频压缩机，用于根据低
压补偿值改变压缩机输出频率；
蒸发器温度传感器，蒸发器温度传感器连接数据处理单元，用于实时采集蒸发器
温度，当蒸发器温度在一段时间内处于0℃以下时，压缩机停止运行；
高压传感器，高压传感器连接数据处理单元，用于实时采集空调系统高压，当空调
系统高压偏离安全值时，压缩机停止运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应
视为本发明的保护范围。