本发明公开一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制系统及方法，包括压缩机、辅换热器、主换热器、双向节流阀、室外换热器、回热器、2个储液器、三通阀、四通换向阀、2个电磁阀和两个干度计；本发明首先提出了该空调系统在运行工况发生变化后，系统最佳充注量的控制方法，采用负反馈PI控制逻辑，结合本发明的判断准则即可及时精准的达到始终控制系统的充注量为最佳值的目的；并且本发明具体提出了在不同的运行工况的变化中，系统充注量的变化规律以及变化后具体准确的控制方法。本发明对系统充注量的调节控制所覆盖的工况变化范围广，可适用于任何工况变化下的充注量调节，使系统始终运行在最佳性能下，减少不必要的功耗，节约能源。
1.一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制系统，其特征在于，包括：压缩机(1)、辅换热器(2)、四通换向阀(3)、室外换热器(4)、回热器(5)、双向节流阀(6)、主换热器(7)、第一储液器(8)、三通阀(9)、第二储液器(10)、第一电磁阀(11)、第二电磁阀(12)、若干温度和压力传感器；
压缩机(1)的出口连接辅换热器(2)的进口，辅换热器(2)的出口连接四通换向阀(3)的b接口，四通换向阀(3)的a接口连接室外换热器(4)的进口，室外换热器(4)的出口连接回热器(5)的高压侧进口，高压侧出口连接双向节流阀(6)的一端，双向节流阀(6)的另一端连接主换热器(7)的进口，出口连接四通换向阀(3)的c接口，d接口连接第一储液器(8)的进口，第一储液器(8)的出口连接三通阀(9)的a接口，三通阀(9)的b接口与回热器(5)的低压出口汇合后共同连接压缩机(1)的吸气口，三通阀(9)的c接口连接回热器(5)的低压进口，第二储液器(10)的进出口分别连接第一电磁阀(11)和第二电磁阀(12)，而后与压缩机(1)并联；
第一储液器(8)用于调节系统运行的稳定性；第二储液器(10)用于调节系统的充注量；
当系统的充注量不足时，打开第二电磁阀(12)，关闭第一电磁阀(11)，第二储液器(10)内储存的制冷剂被吸入压缩机内，进入系统循环，补充制冷剂的充注量；当系统内制冷剂过充时，打开第一电磁阀(11)，关闭第二电磁阀(12)，压缩机内的高压制冷剂被挤压排出到第二储液器(10)内，减小系统充注量；
制冷模式下，蒸发器的出口的干度用来作为系统充注量是否合适的标准；此时主换热器(7)为蒸发器，室外换热器(4)为气体冷却器；此时蒸发器的出口的干度值xin由以下方法获得：回热器的高压入口的温度、压力和焓值分别为T1、P1和h1；回热器的高压出口的温度、压力和焓值分别为T2、P2和h2；回热器的低压入口的温度、压力和焓值分别为T3、P3和h3；回热器的低压出口的温度、压力和焓值分别为T4、P4和h4；则有：hx＝f(Tx,Px)，x＝1,2,4
制热模式下，蒸发器出口的过热度为判断系统充注量是否合适的标准；此时室外换热器(4)为蒸发器，此时蒸发器的出口的过热度由以下方法获得：蒸发器出口的温度、压力的测量值分别为Tout-eva、Pout-eva，蒸发器出口的饱和温度为：Tsat＝f(Pout-eva)
2.一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制系统，充注量是否合适的判断方法如下：跨临界二氧化碳循环系统在任一工况下，都存在最佳的排气压力值Popt使系统的性能最优；压缩机均设有安全排气温度上限值：最大排气温度值Tmax；制冷工作模式下，系统的蒸发温度标准Tc-eva与厂家或客户要求的出风温度Tair标准相关：Tc-eva＝Tenv-5
制热工作模式下，系统的蒸发温度标准Th-eva与环境温度Tenv相关：
测量的蒸发温度的实际值即为阀后温度传感器的测量值：Taft；蒸发器出口的测量温度值分别为Tin-eva和Tout-eva；
当跨临界二氧化碳系统处于制冷工作模式时，此时主换热器(7)为蒸发器，室外换热器(4)为气体冷却器，此时的蒸发器出口的测量值为Tin-eva；开机运行稳定后，通过调节双向节流阀的开度控制系统的排气压力为最优排气压力值；若不断减小双向节流阀开度，当排气温度Tdis达到了压缩机最大排气温度值，即Tdis＝Tmax时，排气压力始终达不到最优排气压力值，即Pdis≤Popt，吸气压力和蒸发压力也始终过低，蒸发温度低于设定值，即Taft≤Tc-eva，主换热器(7)的出口制冷剂的干度为1，即xin＝1，制冷剂的出口严重过热，即Tin-eva≥Taft，则说明系统的充注量不足；
当系统开机运行稳定后，通过调节双向节流阀的开度控制系统的排气压力为最优排气压力值，即Pdis＝Popt，此时通过不断调节压缩机的转速和双向节流阀开度，吸气压力和阀后压力始终过高，蒸发温度高于设定值，即Taft＞Tc-eva，无法满足出风要求，蒸发器制冷剂出口的干度值xin≤0.9，即制冷剂严重两相，则说明系统的充注量过多。
3.根据权利要求2所述的一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制方法，其特征在于，当系统处于制热工作模式时，此时主换热器(7)和辅换热器(2)为气体冷却器，室外换热器(4)为蒸发器，此时的蒸发器出口的测量值为Tout-eva；开机运行稳定后，通过调节双向节流阀的开度控制系统的排气压力为最优排气压力值；若不断减小双向节流阀开度，当排气温度Tdis达到了压缩机最大排气温度值，即Tdis＝Tmax时，排气压力始终达不到最优排气压力值，即Pdis≤Popt，吸气压力和蒸发压力也始终过低，蒸发温度低于设定值，即Taft≤Th-eva，室外换热器(4)的出口制冷剂的出口过热度ΔTsup≥2，制冷剂的出口严重过热，则说明系统的充注量不足；当系统开机运行稳定后，通过调节双向节流阀的开度控制系统的排气压力为最优排气压力值，即Pdis＝Popt，此时通过不断调节压缩机的转速和双向节流阀开度，吸气压力和阀后压力始终过高，蒸发温度高于设定值，即Taft＞Th-eva，蒸发器制冷剂出口的过热度ΔTsup＝0，即制冷剂两相，则说明系统的充注量过多。
4.根据权利要求2所述的一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制方法，其特征在于，第一电磁阀(11)和第二电磁阀(12)的开闭控制系统的充注量的控制逻辑采用负反馈PI控制，系统的充注量为PI控制的输入量，第一电磁阀(11)和第二电磁阀(12)的开启的时长为输出量；两个电磁阀的开度为α，全开时的最大开度均为αmax，电磁阀的开闭控制采用电流脉冲形式；对系统的充注量进行调节时，输入控制信号后，电磁阀片打开，t0s中后电磁阀自动关闭，t’s后自动开启，t0s后自动关闭，如此往复，每Ts一个调节周期；脉冲信号的控制方程如下：其中：T＝t0+t'，k为正整数；
电磁阀开启的t s，系统进行自动的流量调节过程，关闭的t’s为系统的再次动态稳定的过程；若系统稳定后，充注量合适，则输入关闭电磁阀信号，电磁阀进入始终关闭状态，调节过程结束。
5.根据权利要求2所述的一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制方法，其特征在于，脉冲信号的时间间隔设置与压缩机吸排气端与第二储液器的压差有关：当系统的充注量不足时，需要开启第二电磁阀(12)，此时的压差为压缩机吸气压力Psuc与第二储液器内的压力Pacc差值，即ΔP＝Psuc-Pacc；当系统的充注量过多时，需要开启第一电磁阀(11)，此时的压差即为压缩机排气压力Pdis与第二储液器内的压力Pacc差值，即ΔP＝Pdis-Pacc；时间间隔t与压差ΔP成反比，制冷剂的补充主要靠制冷剂的压差驱动，压差越大，单位时间内的制冷剂补充量越大，因此为了防止制冷剂补充过量，电磁阀的开启时间间隔由以下公式确定：t＝k/ΔP
6.根据权利要求2所述的一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制方法，其特征在于，充注量的需求变化发生在跨临界二氧化碳的运行工况发生变化时：
当系统处于制冷工作模式时，由内循环转化为外循环时，由于蒸发器的进风温度升高，故对制冷量的需求更大，即对充注量的需求也更大，转化为外循环后，系统严重欠充，此时对系统进行充注量补充：第二电磁阀(12)开启，第一电磁阀(11)关闭；当系统处于制热工作模式时，由于室内气体冷却器的进风温度突然降低，对系统的制热量的需求突然增大，即对制冷剂的充注量的需求量也突然增大，故转化为外循环后，系统充注量出现严重不足，此时对系统进行充注量补充：第二电磁阀(12)开启，第一电磁阀(11)关闭；
当系统处于制冷工作模式时，由外循环转化为内循环时，由于蒸发器的进风温度降低，故对制冷量的需求更小，即对充注量的需求也更小，故转化为内循环后，系统充注量出现严重过量，此时需要减少系统的充注量：第二电磁阀(12)关闭，第一电磁阀(11)开启；当系统处于制热工作模式时，由于室内气体冷却器的进风温度突然升高，对系统的制热量的需求突然减小，即对制冷剂的充注量的需求量也突然降低，故转化为外循环后，系统充注量出现严重过量，此时需要减少系统的充注量：第二电磁阀(12)关闭，第一电磁阀(11)开启；
在系统上安装温度传感器，采集并且记录上一次工作运行时的环境温度值Tpre和当前启动时的环境温度Tnow，当连续两次工作的环境温度的变化值ΔT＝Tnow-Tpre，当处于夏季制冷或者冬季制热的工作模式下，环境温度由低温升高至高环境温度时，若ΔT＜3，系统的充注量无需改动，维持原状态开始工作；若ΔT≥3时，减少充注量：第二电磁阀(12)关闭，第一电磁阀(11)开启；
环境温度由低温升高至高环境温度时，若ΔT＞-3，系统的充注量无需改动，维持原状态开始工作；若ΔT≤-3时，减少充注量：第一电磁阀(11)关闭，第二电磁阀(12)开启；
系统由制冷模式转换为制热模式时，系统对充注量的需求量更低，第二电磁阀(12)关闭，第一电磁阀(11)开启，减少系统内的充注量；系统由制热模式转换为制冷模式时，系统对充注量的需求量更高，第二电磁阀(12)开启，第一电磁阀(11)关闭，增大系统内的充注量。
一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于跨临界二氧化碳系统领域，特别涉及一种新能源汽车空调系统中的多环境工况下的充注量调节控制系统及方法。
背景技术
[0002] 新能源汽车克服了燃油汽车的化石燃料依赖问题，能源利用多元化，安静环保，代表着未来汽车发展的趋势。新能源汽车不同于燃油汽车，在低环境温度下，无发动机余热可利用于加热车厢空气，因此目前纯新能源汽车冬季基本采用PTC电加热供暖，然而纯新能源汽车的车载电池蓄电能力有限，采用电加热供暖势必会影响汽车的续驶里程。与电加热供暖相比，热泵型空调系统高效节能的特点更有利于纯新能源汽车的发展。传统的汽车空调系统使用最广泛的制冷剂为R134a，环保性能差，已经逐渐被淘汰，汽车在行驶过程中，环境多变，遇到严重堵车情况、雨雪以及大雾等天气，根据道路规定，需按要求降低行驶速度，气体冷却器风量减少，对汽车空调制热性能要求更高，因此对于传统工质来讲，也是一个很大的考验，难以满足实际要求。而CO2作为一种天然的制冷剂，优势明显。跨临界CO2热泵循环具有独特的优势，其放热过程温度较高且存在一个相当大的温度滑移(约80～100℃)。研究表明：在零下20℃的环境工况下，跨临界二氧化碳热泵空调依然具有十分可观的制热性能。
[0003] 由于汽车在行驶过程中，环境多变，汽车空调一般设有全新风和全回风两种模式，当汽车长时间运行，车厢内新鲜气体量减少，乘客容易感到不适，因此会采用全新风和全回风交替模式，两种工作模式的进风温度相差很大，导致系统对充注量的需求也相差较大；夏季环境温度高，空调需要实现制冷的功能，但是环境温度跨度大，一天内的昼夜温差最大可超过10℃，而汽车空调的最佳充注量受环境温度的影响很大，傍晚或夜晚30℃的环境温度下热泵空调系统的最佳充注量与正午40℃的高温环境工况下所需要的充注量完全不一致，导致一天内空调的制冷性能时好时坏，无法始终运行在最佳性能下；冬季环境温度过低，汽车空调需要实现制热功能，由于制热与制冷工作模式的环境工况差别巨大，空调系统的充注量的要求也差别很大，同一个充注量无法同时满足系统在制冷和制热两个工作模式下的最佳性能的要求。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制系统及方法，以满足在不同驾驶工况下都可以及时对系统的充注量进行调节，实现在任何条件下都达到车厢最佳舒适度的目标。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制系统，包括：压缩机、辅换热器、四通换向阀、室外换热器、回热器、双向节流阀、主换热器、储液器、三通阀、储液器、第一电磁阀、第二电磁阀、若干温度和压力传感器；
[0007] 压缩机的出口连接辅换热器的进口，辅换热器的出口连接四通换向阀的b接口，四通换向阀的a接口连接室外换热器的进口，室外换热器的出口连接回热器的高压侧进口，高压侧出口连接双向节流阀的一端，双向节流阀的另一端连接主换热器的进口，出口连接四通换向阀的c接口，d接口连接储液器的进口，储液器的出口连接三通阀的a接口，三通阀的b接口与回热器的低压出口汇合后共同连接压缩机的吸气口，三通阀的c接口连接回热器的低压进口，储液器的进出口分别连接第一电磁阀和第二电磁阀，而后与压缩机并联。
[0008] 进一步的，储液器用于调节系统运行的稳定性；储液器用于调节系统的充注量；当系统的充注量不足时，打开第二电磁阀，关闭第一电磁阀，储液器内储存的制冷剂被吸入压缩机内，进入系统循环，补充制冷剂的充注量；当系统内制冷剂过充时，打开第一电磁阀，关闭第二电磁阀，压缩机内的高压制冷剂被挤压排出到储液器内，达到减小系统充注量的目的。
[0009] 进一步的，制冷模式下，蒸发器的出口的干度用来作为系统充注量是否合适的标准；此时主换热器为蒸发器，室外换热器为气体冷却器；此时蒸发器的出口的干度值xin由以下办法获得：回热器的高压入口的温度、压力和焓值分别为T1，P1和h1；回热器的高压出口的温度、压力和焓值分别为T2，P2和h2；回热器的低压入口(即蒸发器出口)的温度、压力和焓值分别为T3，P3和h3；回热器的低压出口的温度、压力和焓值分别为T4，P4和h4。则有：
[0010] hx＝f(Tx,Px)，x＝1,2,4
[0011] h3＝h4-(h1-h2)
[0012] xin＝x3＝f(P3,h3)
[0013] 制热模式下，蒸发器出口的过热度为判断系统充注量是否合适的标准。此时室外换热器(4)为蒸发器。此时蒸发器的出口的过热度由以下办法获得：蒸发器出口的温度、压力的测量值分别为Tout-eva，Pout-eva，蒸发器出口的饱和温度为：
[0014] Tsat＝f(Pout-eva)
[0015] 蒸发器出口的过热度为：
[0016] ΔTsup＝Tout-eva-Tsat。
[0017] 进一步的，充注量是否合适的判断方法如下：
[0018] 跨临界二氧化碳循环系统在任一工况下，都存在最佳的排气压力值Popt使系统的性能最优；压缩机均设有安全排气温度上限值：最大排气温度值Tmax；制冷工作模式下，系统的蒸发温度标准Tc-eva与厂家或客户要求的出风温度Tair标准相关：
[0019] Tc-eva＝Tenv-5
[0020] 制热工作模式下，系统的蒸发温度标准Th-eva与环境温度Tenv相关：
[0021] Th-eva＝Tenv-12
[0022] 测量的蒸发温度的实际值即为阀后温度传感器的测量值：Taft；蒸发器出口的测量温度值分别为Tin-eva和Tout-eva；
[0023] 当跨临界二氧化碳系统处于制冷工作模式时，此时主换热器为蒸发器，室外换热器为气体冷却器，此时的蒸发器出口的测量值为Tin-eva；开机运行稳定后，通过调节双向节流阀的开度控制系统的排气压力为最优排气压力值；若不断减小双向节流阀开度，当排气温度Tdis达到了压缩机最大排气温度值，即Tdis＝Tmax时，排气压力始终达不到最优排气压力值，即Pdis≤Popt，吸气压力和蒸发压力也始终过低，蒸发温度温度低于设定值，即Taft≤Tc-eva，主换热器的出口制冷剂的干度为1，即xin＝1，制冷剂的出口严重过热，即Tin-eva≥Taft，则说明系统的充注量不足；
[0024] 当系统开机运行稳定后，通过调节双向节流阀的开度控制系统的排气压力为最优排气压力值，即Pdis＝Popt，此时通过不断调节压缩机的转速和双向节流阀开度，吸气压力和阀后压力始终过高，蒸发温度温度高于设定值，即Taft＞Tc-eva，无法满足出风要求，蒸发器制冷剂出口的干度值xin≤0.9，即制冷剂严重两相，则说明系统的充注量过多。
[0025] 进一步的，当系统处于制热工作模式时，此时主换热器和辅换热器为气体冷却器，室外换热器为蒸发器，此时的蒸发器出口的测量值为Tout-eva；开机运行稳定后，通过调节双向节流阀的开度控制系统的排气压力为最优排气压力值；若不断减小双向节流阀开度，当排气温度Tdis达到了压缩机最大排气温度值，即Tdis＝Tmax时，排气压力始终达不到最优排气压力值，即Pdis≤Popt，吸气压力和蒸发压力也始终过低，蒸发温度温度低于设定值，即Taft≤Th-eva，室外换热器的出口制冷剂的过热度ΔTsup≥2，制冷剂的出口严重过热，则说明系统的充注量不足；当系统开机运行稳定后，通过调节双向节流阀的开度控制系统的排气压力为最优排气压力值，即Pdis＝Popt，此时通过不断调节压缩机的转速和双向节流阀开度，吸气压力和阀后压力始终过高，蒸发温度温度高于设定值，即Taft＞Th-eva，无法满足出风要求，蒸发器制冷剂出口的过热度ΔTsup＝0，即制冷剂两相，则说明系统的充注量过多。
[0026] 进一步的，第一电磁阀和第二电磁阀的开闭控制系统的充注量的控制逻辑采用负反馈PI控制，系统的充注量为PI控制的输入量，第一电磁阀和第二电磁阀的开启的时长为输出量；两个电磁阀的开度为α，全开时的最大开度均为αmax，电磁阀的开闭控制采用电流脉冲形式；对系统的充注量进行调节时，输入控制信号后，电磁阀片打开，t0 s中后电磁阀自动关闭，t’s后自动开启，t0 s后自动关闭，如此往复，每Ts一个调节周期；脉冲信号的控制方程如下：
[0027]
[0028] 其中：T＝t0+t'，k为正整数；
[0029] 电磁阀开启的t s，系统进行自动的流量调节过程，关闭的t’s为系统的再次动态稳定的过程；若系统稳定后，充注量合适，则输入关闭电磁阀信号，电磁阀进入始终关闭状态，调节过程结束。
[0030] 进一步的，脉冲信号的时间间隔设置与压缩机吸排气端与储液器的压差有关：
[0031] 当系统的充注量不足时，需要开启第二电磁阀(12)，此时的压差为压缩机吸气压力Psuc与储液器内的压力Pacc差值，即ΔP＝Psuc-Pacc；当系统的充注量过多时，需要开启第一电磁阀(11)，此时的压差即为压缩机排气压力Pdis与储液器内的压力Pacc差值，即ΔP＝Pdis-Pacc；时间间隔t与压差ΔP成反比，制冷剂的补充主要靠制冷剂的压差驱动，压差越大，单位时间内的制冷剂补充量越大，因此为了防止制冷剂补充过量，电磁阀的开启时间间隔由以下公式确定：
[0032] t＝k/ΔP
[0033] 其中：t——电磁阀的开启时间间隔，单位秒(s)；
[0034] ΔP——压差，单位兆帕(MPa)；
[0035] 时间间隔t与压差ΔP的反比例系数k为10～30。
[0036] 进一步的，充注量的需求变化发生在跨临界二氧化碳的运行工况发生变化时：
[0037] 1)内外循环的转化：
[0038] 当系统处于制冷工作模式时，由内循环转化为外循环时，由于蒸发器的进风温度升高，故对制冷量的需求更大，即对充注量的需求也更大，转化为外循环后，系统严重欠充，此时对系统进行充注量补充：第二电磁阀开启，第一电磁阀关闭；当系统处于制热工作模式时，由于室内气体冷却器的进风温度突然降低，对系统的制热量的需求突然增大，即对制冷剂的充注量的需求量也突然增大，故转化为外循环后，系统充注量出现严重不足，此时对系统进行充注量补充：第二电磁阀开启，第一电磁阀关闭；
[0039] 当系统处于制冷工作模式时，由外循环转化为内循环时，由于蒸发器的进风温度降低，故对制冷量的需求更小，即对充注量的需求也更小，故转化为内循环后，系统充注量出现严重过量，此时需要减少系统的充注量：第二电磁阀关闭，第一电磁阀开启；当系统处于制热工作模式时，由于室内气体冷却器的进风温度突然升高，对系统的制热量的需求突然减小，即对制冷剂的充注量的需求量也突然降低，故转化为外循环后，系统充注量出现严重过量，此时需要减少系统的充注量：第二电磁阀关闭，第一电磁阀开启；
[0040] 2)环境温度变化
[0041] 在系统上安装温度传感器，采集并且记录上一次工作运行时的环境温度值Tpre和当前启动时的环境温度Tnou，当连续两次工作的环境温度的变化值ΔT＝Tnou-Tpre，当处于夏季制冷或者冬季制热的工作模式下，环境温度由低温升高至高环境温度时，若ΔT＜3，系统的充注量无需改动，维持原状态开始工作；若ΔT≥3时，减少充注量：第二电磁阀关闭，第一电磁阀开启；
[0042] 环境温度由低温升高至高环境温度时，若ΔT＞-3，系统的充注量无需改动，维持原状态开始工作。若ΔT≤-3时，减少充注量：第一电磁阀关闭，第二电磁阀开启；
[0043] 3)工作模式的转化
[0044] 系统由制冷模式转换为制热模式时，系统对充注量的需求量更低，第二电磁阀关闭，第一电磁阀开启，减少系统内的充注量；系统由制热模式转换为制冷模式时，系统对充注量的需求量更高，第二电磁阀开启，第一电磁阀关闭，增大系统内的充注量。
[0045] 与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
[0046] 目前的汽车空调系统，采用固定的充注量，即一旦充注后，汽车无论运行在何种工况下，系统的充注量都无法进行调节，导致汽车空调在很多工况下，都无法达到最优性能，出现空调不仅耗功更多，且时而制冷量/制热量不足时而制冷量/制热量太大，导致车厢内的温度时而过高时而过低，乘客感到忽冷忽热，无法在所有驾驶情况下都满足最佳的舒适度。
[0047] 进一步的，本发明在提出充注量可调系统的基础上，提出了该系统的具体的控制方法，按照本发明的控制逻辑和方法，可以实现及时且准确的充注量调节。
[0048] 进一步的，本发明提出了在实际的驾驶工况中，系统充注量调节的具体实施方式，在实际应用上具有明确清晰地指导意义。
附图说明
[0049] 图1是本发明一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制系统的结构示意图；
[0050] 图2是本发明一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制方法的逻辑控制图。
具体实施方式
[0051] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0052] 请参阅图1所示，本发明提供一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制系统，由以下部件组成：压缩机1、辅换热器2、四通换向阀3、室外换热器4、回热器5、双向节流阀6、主换热器7、储液器8、三通阀9、储液器10、电磁阀11、电磁阀12及温度和压力传感器。
[0053] 压缩机1的出口连接辅换热器2的进口，辅换热器2的出口连接四通换向阀3的b接口，四通换向阀3的a接口连接室外换热器4的进口，室外换热器4的出口连接回热器5的高压侧进口，高压侧出口连接双向节流阀6的一端，双向节流阀6的另一端连接主换热器7的进口，出口连接四通换向阀3的c接口，d接口连接储液器8的进口，储液器8的出口连接三通阀9的a接口，三通阀9的b接口与回热器5的低压出口汇合后共同连接压缩机1的吸气口，三通阀9的c接口连接回热器5的低压进口，储液器10的进出口分别连接电磁阀11和电磁阀12，而后与压缩机1并联，即电磁阀11的另一端连接压缩机1的排气口，电磁阀12的另一端连接压缩机的吸气口。
[0054] 本发明提供一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制方法，包括：储液器8接入系统内部，用于调节系统运行的稳定性。储液器10用于调节系统的充注量，进一步提升系统的工况适应范围。当系统的充注量严重不足时，打开电磁阀12，关闭电磁阀11，储液器10内储存的制冷剂被吸入压缩机内，进入系统循环，补充制冷剂的充注量。当系统内制冷剂过充时，打开电磁阀11，关闭电磁阀12，压缩机内的高压制冷剂将被挤压排出到储液器10内，达到减小系统充注量的目的。
[0055] 本发明提供一种CO2循环性能最优的制冷剂充注量控制方法，包括：制冷模式下，蒸发器的出口的干度用来作为系统充注量是否合适的标准。此时主换热器7为蒸发器，室外换热器4为气体冷却器。此时蒸发器的出口的干度值xin由以下办法获得：回热器的高压入口的温度、压力和焓值分别为T1，P1和h1；回热器的高压出口的温度、压力和焓值分别为T2，P2和h2；回热器的低压入口(即蒸发器出口)的温度、压力和焓值分别为T3，P3和h3；回热器的低压出口的温度、压力和焓值分别为T4，P4和h4。则有：
[0056] hx＝f(Tx,Px)，x＝1,2,4
[0057] h3＝h4-(h1-h2)
[0058] xin＝x3＝f(P3,h3)
[0059] 制热模式下，蒸发器出口的过热度为判断系统充注量是否合适的标准。此时室外换热器4为蒸发器。此时蒸发器的出口的过热度由以下办法获得：蒸发器出口的温度、压力的测量值分别为Tout-eva，Pout-eva，蒸发器出口的饱和温度为：
[0060] Tsat＝f(Pout-eva)
[0061] 蒸发器出口的过热度为：
[0062] ΔTsup＝Tout-eva-Tsat
[0063] 本发明中充注量是否合适的判断方法如下：
[0064] 首先，跨临界二氧化碳系统存在一些标准值：跨临界二氧化碳循环系统在任一工况下，都存在最佳的排气压力值Popt使系统的性能最优，该值由二氧化碳本身的物性决定。压缩机均设有安全排气温度上限值，即最大排气温度值Tmax，当压缩机的排气温度超过上限时，压缩机内的润滑油会发生高温碳化，严重影响了压缩机的寿命。当跨临界二氧化碳汽车空调系统处于制冷工作模式下，系统的蒸发温度标准Tc-eva与厂家或客户要求的出风温度Tair标准相关：
[0065] Tc-eva＝Tair-5
[0066] 制热工作模式下，系统的蒸发温度标准Th-eva与环境温度Tenv相关：
[0067] Th-eva＝Tenv-12
[0068] 系统部分关键状态参数点的测量值如下：测量的蒸发温度的实际值即为阀后温度传感器的测量值，即Taft。蒸发器出口的测量温度值分别为Tin-eva(当跨临界二氧化碳汽车空调系统处于制冷工作模式下时，主换热器为蒸发器)和Tout-eva(当跨临界二氧化碳汽车空调系统处于制热工作模式下时，室外气体冷却器为蒸发器)。
[0069] 当跨临界二氧化碳系统处于制冷工作模式时，此时主换热器7为蒸发器，室外换热器4为气体冷却器，辅换热器2不工作，故此时的蒸发器出口的测量值为Tin-eva。开机运行稳定后，通过调节双向节流阀6的开度控制系统的排气压力为最优排气压力值。若不断减小双向节流阀开度，当排气温度Tdis达到了压缩机最大排气温度值，即Tdis＝Tmax时，排气压力始终达不到最优排气压力值，即Pdis≤Popt，吸气压力和蒸发压力也始终过低，蒸发温度温度低于设定值，即Taft≤Tc-eva，主换热器7的出口制冷剂的干度为1，即xin＝1，制冷剂的出口严重过热，即Tin-eva≥Taft，则说明系统的充注量不足。当系统开机运行稳定后，通过调节双向节流阀6的开度控制系统的排气压力为最优排气压力值，即Pdis＝Popt，此时通过不断调节压缩机的转速和双向节流阀开度，吸气压力和阀后压力始终过高，蒸发温度温度高于设定值，即Taft＞Tc-eva，无法满足出风要求，蒸发器制冷剂出口的干度值xin≤0.9，即制冷剂严重两相，则说明系统的充注量过多。
[0070] 当跨临界二氧化碳系统处于制热工作模式时，此时主换热器7和辅换热器2为气体冷却器，室外换热器4为蒸发器，故此时的蒸发器出口的测量值为Tout-eva。开机运行稳定后，通过调节双向节流阀的开度控制系统的排气压力为最优排气压力值。若不断减小双向节流阀开度，当排气温度Tdis达到了压缩机最大排气温度值，即Tdis＝Tmax时，排气压力始终达不到最优排气压力值，即Pdis≤Popt，吸气压力和蒸发压力也始终过低，蒸发温度温度低于设定值，即Taft≤Th-eva，主换热器7的出口制冷剂的过热度ΔTsup≥2，制冷剂的出口严重过热，,则说明系统的充注量不足。当系统开机运行稳定后，通过调节双向节流阀的开度控制系统的排气压力为最优排气压力值，即Pdis＝Popt，此时通过不断调节压缩机的转速和双向节流阀开度，吸气压力和阀后压力始终过高，蒸发温度温度高于设定值，即Taft＞Th-eva，无法满足出风要求，蒸发器制冷剂出口的过热度ΔTsup＝0，即制冷剂两相，则说明系统的充注量过多。
[0071] 由电磁阀的开闭控制系统的充注量的控制逻辑采用负反馈PI控制，系统的充注量为PI控制的输入量，电磁阀的开启的时长为输出量，控制逻辑框图见附图2。
[0072] 两个电磁阀的开度为α，全开时的最大开度均为αmax，电磁阀的开闭控制采用电流脉冲形式，即需要对系统的充注量进行调节时，输入控制信号后，电磁阀片打开，t0s中后电磁阀自动关闭，t’s后自动开启，t0s后自动关闭，如此往复，每Ts一个调节周期。脉冲信号的控制方程如下：
[0073]
[0074] 其中：T＝t0+t'，k为正整数。
[0075] 电磁阀开启的t s，系统进行自动的流量调节过程，关闭的t’s为系统的再次动态稳定的过程，为了再次更加精准的系统的充注量是否合适。若系统稳定后，充注量合适，则输入关闭电磁阀信号，电磁阀进入始终关闭状态，调节过程结束。
[0076] 脉冲信号的时间间隔设置与压缩机吸排气端与储液器的压差有关。当系统的充注量不足时，需要开启第二电磁阀(12)，此时的压差为压缩机吸气压力Psuc与储液器内的压力Pacc差值，即ΔP＝Psuc-Pacc；当系统的充注量过多时，需要开启第一电磁阀(11)，此时的压差即为压缩机排气压力Pdis与储液器内的压力Pacc差值，即ΔP＝Pdis-Pacc；时间间隔t与压差ΔP成反比，制冷剂的补充主要靠制冷剂的压差驱动，压差越大，单位时间内的制冷剂补充量越大，因此为了防止制冷剂补充过量，电磁阀的开启时间间隔由以下公式确定：
[0077] t＝k/ΔP
[0078] 其中：t——电磁阀的开启时间间隔，单位秒(s)；
[0079] ΔP——压差，单位兆帕(MPa)；
[0080] 时间间隔t与压差ΔP的反比例系数k为10～30。
[0081] 在陈述了如何控制充注量为系统的最佳量后，本发明对充注量的需求变化进行了说明，用以指导实际工程试验的调节。充注量的大幅需求变化主要发生在跨临界二氧化碳的运行工况发生变化时，如纯内循环与外循环的相互转换，外界环境温度的变化以及季节交替导致的工作模式转换，以下分类进行详细说明：
[0082] 1)内外循环的转化：
[0083] 当跨临界二氧化碳系统处于制冷工作模式时，由内循环转化为外循环时，由于蒸发器的进风温度升高，故对制冷量的需求更大，即对充注量的需求也更大，故转化为外循环后，系统充注量出现严重不足，因此此时需要对系统进行充注量补充，即电磁阀12开启，电磁阀11关闭。当跨临界二氧化碳系统处于制热工作模式时，由于室内气体冷却器的进风温度突然降低，对系统的制热量的需求突然增大，即对制冷剂的充注量的需求量也突然增大，故转化为外循环后，系统充注量出现严重不足，因此此时需要对系统进行充注量补充，即电磁阀12开启，电磁阀11关闭。
[0084] 当跨临界二氧化碳系统处于制冷工作模式时，由外循环转化为内循环时，由于蒸发器的进风温度降低，故对制冷量的需求更小，即对充注量的需求也更小，故转化为内循环后，系统充注量出现严重过量，因此此时需要减少系统的充注量，即电磁阀12关闭，电磁阀11开启。当跨临界二氧化碳系统处于制热工作模式时，由于室内气体冷却器的进风温度突然升高，对系统的制热量的需求突然减小，即对制冷剂的充注量的需求量也突然降低，故转化为外循环后，系统充注量出现严重过量，因此此时需要减少系统的充注量，即电磁阀12关闭，电磁阀11开启。
[0085] 2)环境温度变化
[0086] 同一个季节的情况下，环境温度的大幅度变化一般发生在的天气突变或者同一天内的昼夜温差较大。在系统上安装温度传感器，采集并且记录上一次工作运行时的环境温度值Tpre和当前启动时的环境温度Tnow，当连续两次工作的环境温度的变化值ΔT＝Tnow-Tpre，当处于夏季制冷或者冬季制热的工作模式下，环境温度由低温升高至高环境温度时(即ΔT＞0),若ΔT＜3，则环境温度变化不大，制冷量的需求也基本保持不变，系统的充注量无需改动，维持原状态开始工作。若ΔT≥3时，环境温度升高较明显，制冷剂的充注量需求减少，即系统内的充注量过多，则需要减少充注量，即电磁阀12关闭，电磁阀11开启。
[0087] 环境温度由低温升高至高环境温度时(即ΔT＜0)，若ΔT＞-3，则环境温度变化不大，制冷量的需求也基本保持不变，系统的充注量无需改动，维持原状态开始工作。若ΔT≤-3时，环境温度升高较明显，制冷剂的充注量需求减少，即系统内的充注量过多，则需要减少充注量，即电磁阀11关闭，电磁阀12开启。
[0088] 3)工作模式的转化
[0089] 由于一年内季节的更替，空调需要满足夏季的制冷和冬季制热的需求，系统由制冷模式转换为制热模式时，系统对充注量的需求量更低，电磁阀12关闭，电磁阀11开启，减少系统内的充注量。反之，系统由制热模式转换为制冷模式时，系统对充注量的需求量更高，电磁阀(12)开启，电磁阀11关闭，增大系统内的充注量。
