CN104566817A

CN104566817A - 空调器温度应力的监控方法和系统

Info

Publication number: CN104566817A
Application number: CN201410835723.3A
Authority: CN
Inventors: 胡爱斌; 黄国超
Original assignee: Guangdong Midea Refrigeration Equipment Co Ltd
Current assignee: GD Midea Air Conditioning Equipment Co Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: CN104566817B

Abstract

一种空调器温度应力的监控系统及方法，该方法包括以下步骤：每隔预设时间获取室外机的IPM模块的运行参数，和/或室外机温度与环境温度；计算所述室外机温度与环境温度的温差，根据所述运行参数计算所述IPM模块的结温；累计室外机运行在结温和/或温差超出温度阈值的运行时间，判断所累计的运行时间是否大于预设温度应力释放时间，若是则发送温度应力释放操作指令至所述室外机。上述空调器温度应力的监控方法及系统可以通过监控IPM模块的结温和室外机温度与环境温度的温差其中一个或两个温度参数的应力，如运行于超出温度应力的时间到达上限则进行温度应力的释放，可以使得空调器能工作在低于额定负荷的状态下，提高设备的可靠性及使用寿命。

Description

空调器温度应力的监控方法和系统

技术领域

本发明涉及空调控制领域，特别是涉及一种空调器温度应力的监控方法和系统。

背景技术

随着电力电子技术的发展，特别是变频技术的广泛应用，目前主流的空调器在制冷制热效果，湿度控制，空气净化和节能方面都有了巨大的进步。通过把无线通讯技术和互联网技术应用到空调中，目前空调器在人性化，家居化、智能化和节能化等方面获得了了广泛的研究和应用。现有专利(申请号：200610036356.6)提出了一种具备远程定位功能的空调系统，该空调器能够预先设置空调能自动运行的距离，当检测到人所处的地理位置信息达到预设距离时，空调器可以自动开机运行。现有专利(申请号：201320074685.5)提出了一种基于天气信息服务的空调系统，空调器可以根据云服务器上的天气信息自动生成最佳的运行温度，从而保证空调的舒适性。

目前家用的分体式空调器中，室外机都是在相对恶劣的环境下工作的。典型的室外机是安装在室外的墙壁上，依安装地域的不同，室外机工作的环境温度可能从-20℃到50℃变化。

在变频空调中，室外电控板主要由控制电路，智能功率模块(Intelligent PowerModule，IPM)等电子元器件组成。变频运行的压缩机由IPM模块驱动，可以提高空调的能效和舒适度。由于室外机工作在恶劣的环境中，这对室外电控的可靠性提出了严格的要求。IPM模块由于在很小的空间中产生很大的功率，其结温要远大于环境温度，因此IPM模块承受很高的温度应力。IPM模块的可靠性是室外电控可靠性的关键因素之一。

发明内容

基于此，有必要提供一种空调器温度应力的监控方法，对智能功率模块温度应力进行监控，确保空调器可以更加智能和可靠的运行。

本发明提供了一种空调器温度应力的监控方法，包括以下步骤：

S110，每隔预设时间获取室外机的IPM模块的运行参数，和/或室外机温度与环境温度；

S120，计算所述室外机温度与环境温度的温差，根据所述运行参数计算所述IPM模块的结温；

S130，判断所述结温和所述温差中是否有至少一个大于相应的温度阈值，若是，则执行步骤S140，否则执行步骤S110；

S140，累计所述室外机运行在所述结温和/或所述温差超出温度阈值的运行时间；

S150，判断所累计的运行时间是否大于预设温度应力释放时间，若是则执行步骤S160，否则执行步骤S110；

S160，发送指令至所述室外机，使所述室外机执行温度应力释放操作。

此外，还提供了一种空调器温度应力的监控系统，包括信息获取模块、数据分析模块以及控制模块，其中：

所述信息获取模块用于每隔预设时间获取室外机的IPM模块的运行参数，和/或室外机温度与环境温度；

所述数据分析模块用于计算所述室外机温度与环境温度的温差，并根据所述运行参数计算所述IPM模块的结温；

所述控制模块判断所述结温和所述温差中是否有至少一个大于相应的温度阈值，若是，则累计所述室外机运行在所述结温和/或所述温差超出温度阈值的运行时间，否则所述信息获取模块重新运行；

所述控制模块还用于判断所累计的运行时间是否大于预设温度应力释放时间，若是，则发送指令至所述室外机，使所述室外机执行温度应力释放操作，否则所述信息获取模块重新运行。

上述空调器温度应力的监控方法及系统可以通过监控IPM模块的结温和室外机温度与环境温度的温差其中一个或两个温度参数的应力，如其中一个采样失败，则采样失败的参数不作判断，系统还可以以另一个采样参数做温度应力的判断持续运行。如此，可以使得空调器能工作在低于额定负荷的状态下，提高设备的可靠性及使用寿命。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中空调器温度应力的监控系统的模块图；

图2为三相直流-交流逆变电路中IPM模块的电路结构示意图；

图3为本发明较佳实施例中空调器温度应力的监控方法的流程图；

图4为本发明另一实施例中空调器温度应力的监控方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明较佳实施例中空调器温度应力的监控系统，本实施例中，可以以空调器10为核心载体运行，也可以是以客户端20(智能终端)为核心载体运行。下面以客户端20为核心载体运行，详细说明本发明的较佳实施例。

空调器温度应力的监控系统包括空调器10、客户端20和云服务器30，该客户端20与所述空调器10和云服务器30网络通讯。

空调器10包括数据获取模块11，控制器12和通信模块；数据获取模块11主要对室外机IPM模块(图未示出)的运行参数进行实时的采样，控制器12对空调器10的运行状态进行控制。

客户端20包括信息获取模块21、数据分析模块22、控制模块23、数据显示模块24以及通讯模块。信息获取模块21主要完成初始化的工作，获取空调器10的型号信息和空调器10安装的地理位置，并发送给云服务器30。云服务器30检索空调信息数据库，并发送相应型号的空调数据(主要是IPM模块的参数信息)给数据分析模块22，该数据的传送在数据分析模块22初次运行时进行，后续当空调信息数据库更新时进行同步的更新。数据分析模块22主要对从空调器10和云服务器30获取的IPM模块的参数信息和运行参数进行分析计算，给出IPM模块的温度应力数据。控制模块23主要对数据分析模块22输出数据进行实时监控，并输出控制信号到空调器10的控制模块23。数据显示模块24对数据分析模块22和控制模块23输出的数据进行实时、直观的显示。

云服务器30包括空调信息数据库31和通讯模块。

本实施例中，可以通过天气服务器40获取空调器10的环境温度，也可以通过设置在室外机上的温度传感器获取环境温度。那么，天气服务器40包括天气实时数据库41和通讯模块。云服务器30与天气服务器40通讯，根据地理位置获取从天气服务器40中获取空调器10所在的地理位置的环境温度，并发送给客户端20的数据分析模块22。如果天气服务器40的天气实时数据库41无法连接，智能终端的数据分析模块22将忽略此温度信息。

上述的各个通讯模块是通过网络通讯连接。特别地，是空调器10的通讯模块与客户端20的通讯模块连接，客户端20的通讯模块与云服务器30的通讯模块连接，云服务器30的通讯模块与天气服务器40的通讯模块连接。

在更详细的实施例中，系统先设置预设温度应力释放时间，当IPM模块运行在超出温度阈值的运行时间的总和到达或超过温度阈值的运行时间时，则控制空调器10执行相应的操作以释放温度应力。具体地：

所述信息获取模块21用于每隔预设时间获取室外机的IPM模块的运行参数，和/或室外机温度与环境温度。该预设时间可以根据预设温度应力释放时间的大小设置，以其0.1％、1％或3％的时间为一个采样周期。

所述数据分析模块22用于计算所述室外机温度与环境温度的温差，还用于根据所述运行参数计算所述IPM模块的结温。典型的运行参数包括：室外机机箱的温度和IPM模块的工作电流和工作电压。

所述控制模块23判断所述结温和所述温差(温度应力参数)中是否有至少一个大于相应的温度阈值。若是，则累计所述室外机运行在所述结温和/或所述温差超出温度阈值的运行时间；否则所述信息获取模块21重新运行，进入下一采样周期的IPM模块的运行参数和室外机温度与环境温度的重新采样。超出温度阈值的运行时间：以运行于温度应力参数超出温度应力标准(温度阈值)的采样周期(即上述预设时间)累计，运行于温度应力参数低于超出温度应力标准的采样周期不累计。

所述控制模块23还用于判断所累计的运行时间是否大于预设温度应力释放时间。若是，则发送指令至所述室外机，使所述室外机执行温度应力释放操作；否则所述信息获取模块21重新运行，进入下一采样周期的IPM模块的运行参数和室外机温度与环境温度的重新采样。需要说明的是，该预设温度应力释放时间是一个预设值，当系统运行在上述的结温和温差中是否有至少一个大于相应的温度阈值的累计时间超出该预设值时，系统将执行温度应力释放操作。

室外机执行温度应力释放操作具体为：降低结到环境的热阻和/或降低所述IPM模块的耗散功率。降低结到环境的热阻R_ja可以通过增大外风机的转速进而增大空气的换热系数；降低IPM模块的耗散功率可以通过瞬时的降低IPM模块的输出电流来实现。

本发明的实施例中，可以通过监控IPM模块的结温和室外机温度与环境温度的温差其中一个或两个温度参数的应力，如其中一个采样失败，则采样失败的参数不作判断，系统还可以以另一个采样参数做温度应力的判断持续运行。如此，可以使得空调器10能工作在低于额定负荷的状态下，提高设备的可靠性及使用寿命。

进一步地，IPM模块的结温的计算需依赖IPM模块的参数信息计算。该参数信息可以预存在监控系统中，也可以实时获取。实时获取时可以利用信息获取模块21先获取所述空调器10的型号并上传至所述云服务器30；然后，云服务器30根据所述型号查找所述IPM模块的参数信息发送至所述客户端20；最后，数据分析模块22根据所述IPM模块的运行参数和所述参数信息计算所述结温。

智能功率模块(IPM模块)温度应力监控与智能控制方法，以确保空调器10可以更加智能和可靠的运行。所述的空调器10由至少一台室外机和至少一台室内机组成。本发明不仅可以应用与家用空调，也适用于大型中央空调系统。

IPM模块温度应力的计算是在智能终端的数据分析模块22内完成的。室外机温度与环境温度的温差d_T的表达式如下：

d_T＝T₁-T₀

其中，T₀为空调器10所在区域的环境温度，T₁为室外机机箱的温度，由于机箱到室外环境的存在对流换热，T₁大于等于T₀。IPM模块的结温T_j的表达式如下：

T_j＝T₁+P*R_ja

其中，P为IPM模块的功率，R_ja为IPM模块结到环境的热阻。

图2给出了应用在三相直流-交流逆变电路中IPM模块的电路结构示意图。IPM模块电路由6个绝缘栅双极晶体管(IGBT)Q1～Q6和6个反并联的快恢复二极管(FRD)D1～D6组成，电阻R为采样电阻。IPM模块的耗散功率P为6个IGBT和FRD的功率之和。

对于IGBT，其功耗可以表示如下：

P_igbt＝D*I_c*V_ce+(E_on+E_off)*f_sw

对于FRD，其功耗可以表示如下：

P_frd＝(1-D)*I_d*V_d+E_rr*f_sw

耗散功率P为IGBT和FRD的功率之和：

P＝6*(P_igbt+P_frd)

其中，D为脉冲信号的占空比，I_c和I_d分别为流过IGBT和FRD的电流，V_ce和V_d分别为IGBT和FRD的正向导通压降，E_on、E_off分别为IGBT的导通和关断损耗，E_rr为二极管的反向恢复损耗，f_sw为IGBT的开关频率。其中，D、I_c、I_d和f_sw可以从采样的IPM模块的运行参数中直接获取或者间接计算给出。由于I_c、I_d和D随时间发生变化，因此计算中应该采用其平均值或者采用数值积分的方法。V_ce为I_c的函数，V_d为I_d的函数，其他的数据从云服务器30中的空调数据库中获取，或存储在系统中。因此对应与每一个采样时刻，可以计算出确定的T_j。

请参阅图3，空调器温度应力的监控方法包括以下步骤：

步骤S110，每隔预设时间获取室外机的IPM模块的运行参数，和/或室外机温度与环境温度。

步骤S120，计算所述室外机温度T₁与环境温度T₀的温差d_T，根据所述运行参数计算所述IPM模块的结温T_j。

步骤S130，判断所述结温T_j和所述温差d_T中是否有至少一个大于相应的温度阈值，若是，则执行步骤S140，否则执行步骤S110。

步骤S140，累计所述室外机运行在所述结温和/或所述温差超出温度阈值的运行时间。

步骤S150，判断所累计的运行时间是否大于预设温度应力释放时间，若是则执行步骤S160，否则执行步骤S110。

步骤S160，发送指令至所述室外机，使所述室外机执行温度应力释放操作。

结合图1和图3，控制模块23首先对结温T_j和温差d_T进行判断。对于IPM模块，产品手册上会给出其安全工作时的最大允许结温T_jmax,一般为150℃，采用最新的工艺可以达到175℃。由于IPM模块中的功率器件在开关的过程中存在电流和电压的纹波，由此导致其结温的纹波。我们计算给出的T_j实际上为结温在多个开关周期内的平均值。典型情况下，考虑到降额设计和纹波的影响，结温T_j的最大值一般设定为T_jmax的60％-80％。即结温T_j相应的温度阈值可设置在90℃至140℃，温差d_T主要受机箱到外部环境对流换热的影响。温差d_T的最大值随工作条件的变化而不同，主要受室外机机箱的结构，区域环境温度的影响。典型的情况下，所述温差d_T相应的温度阈值可设置在5℃至15℃的范围内，优选地设定在10℃。

如果结温T_j和温差d_T的数值二者至少有一个不满足低应力的标准，则此采样时间计入IPM模块的应力运行时间中。如果温度应力运行的时间(即预设温度应力释放时间)达到上限值，则智能终端的控制模块23发送控制指令到空调器10的控制器12，控制器12执行相应的温度应力释放操作。

在更进一步的实施例中，空调器温度应力的监控方法还包括以下步骤：

用户设定运行参数，空调器10开始运行；智能终端20获取空调器型号和位置信息，并通过通讯模块上传至生产商云服务器30；云服务器30从数据库中查找空调器10的型号，获取计算IPM模块温度应力的参数信息；云服务器30向天气服务器40发送空调器位置信息，获得其所在区域的环境温度T₀；云服务器30发送IPM模块温度应力的参数信息和空调器所在区域环境温度给智能终端20；空调每隔固定时间间隔采样室外机机箱的温度T₁，IPM模块的工作电流I_c和电压V_c；空调器10通过通信模块将采样数据传送到智能终端的数据分析模块22；数据分析模块22计算IPM模块的结温T_j和温度差值d_T＝T₁-T₀；数据分析模块22发送计算结果给控制模块23和数据显示模块24。

更详细地，本实施例以客户端20和互联网远程服务为依托，通过安装在智能终端的数据分析模块22和控制模块23对室外机IPM模块的温度应力进行实时监控和智能控制。请参阅图1和图4，更详细的流程包括如下步骤：

步骤S10，空调根据用户设定的参数开始运行；

步骤S11，智能终端(即客户端20)首先获取空调器10的型号信息和安装位置信息，然后通过通讯模块发送到生产商云服务器30中。

步骤S12，云服务器30在空调信息数据库31中查找计算IPM模块温度应力需要的关键参数，然后通过通讯模块发送给智能终端。

步骤S13，云服务器30通过和天气服务器40通讯，获取空调器10所在区域的环境温度T₀，并发送回智能终端。环境温度的信息可以实时更新。

步骤S14，空调器10每隔固定的时间间隔对室外机IPM模块关键的运行参数进行采样，典型的运行参数包括：室外机机箱的温度和IPM模块的工作电流和工作电压。空调器10通过通讯模块把采样数据传送到智能终端的数据分析模块22。

步骤S15，数据分析模块22利用空调器10和云服务器30发送来的数据，计算IPM模块的温度应力参数，主要包括：(1)IPM模块的结温T_j；(2)室外机机箱温升d_T，即为室外机(机箱)温度T₁与环境温度T₀的温差d_T。如果区域环境温度无法通过云服务实时获取，则此处忽略室外机机箱温升的计算，室外机(机箱)温度T₁可以利用温度传感器检测。

步骤S16，数据分析模块22把计算结果发送给数据显示模块24和控制模块23。

步骤S17，控制模块23对室外机IPM模块运行过程中的温度应力进行实时监控。首先对计算的IPM模块的结温和室外机机箱温升进行分析，判断其是否满足低应力的标准。如果都满足低温度应力标准(即IPM模块的结温和室外机机箱温升均低于相应的预设温度阈值)，则等待下个采样周期的结果并对其进行重新判断；如果二者中至少有一个不满足低温度应力标准，则把累计运行在不满足低温度应力标准的运行时间。如果运行在不满足低温度应力标准的运行总时间小于上限值，则等待下个采样周期的结果并对其进行重新判断。如果运行在不满足低温度应力标准的运行总时间超过上限值，则控制模块23通过通讯模块发送控制指令到空调器10的控制器12。

步骤S18，空调器10在控制器12的作用下，执行温度应力的释放操作。结温相对于环境的温升等于IPM的耗散功率与结到环境的热阻的乘积。因此任何的操作，只要能够降低IPM的耗散功率或者结到环境的热阻，均应该被认为是温度应力的释放操作。

通过本发明，可以实时的监控室外机IPM模块的结温并进行智能控制，从而确保室外机运行的长期可靠性。

在另一个实施例中，参考图1，上述的空调器温度应力的监控方法和系统若设置在空调器10中，则可以省略客户端，上述实施例中客户端20的各个模块可以设置在空调器上(除通讯模块外)，空调器10和云服务器30直接网络通讯，其系统的运行方法与上述实施例相同，这里不再赘述。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种空调器温度应力的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，所述IPM模块的运行参数包括所述IPM模块的工作电流和工作电压。

3.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，所述室外机执行温度应力释放操作具体为：降低结到环境的热阻和/或降低所述IPM模块的耗散功率。

4.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，所述结温相应的温度阈值为90℃至140℃，所述温差相应的温度阈值为5℃至15℃。

5.一种空调器温度应力的监控系统，其特征在于，包括信息获取模块、数据分析模块以及控制模块，其中：

6.根据权利要求5所述的监控系统，其特征在于，所述IPM模块的运行参数包括所述IPM模块的工作电流和工作电压。

7.根据权利要求5所述的监控系统，其特征在于，所述结温相应的温度阈值为90℃至140℃，所述温差相应的温度阈值为5℃至15℃。

8.根据权利要求5所述的监控系统，其特征在于，所述监控系统还包括云服务器以及客户端，该客户端与所述空调器和云服务器网络通讯，所述信息获取模块、数据分析模块以及控制模块设置于该客户端或空调器。

9.根据权利要求8所述的监控系统，其特征在于，所述信息获取模块还用于获取所述空调器的型号并上传至所述云服务器；

所述云服务器根据所述型号查找所述IPM模块的参数信息发送至所述客户端；

所述数据分析模块根据所述IPM模块的运行参数和所述参数信息计算所述结温T_j。

10.根据权利要求9所述的监控系统，其特征在于，所述信息获取模块，还用于获取所述空调器的地理位置，并上传至所述云服务器；

所述云服务器，与天气服务器通讯，根据所述地理位置获取所述空调器所在地的所述环境温度并发送至所述客户端。

11.根据权利要求5至10任一项所述的监控系统，其特征在于，所述室外机执行温度应力释放操作具体为：降低结到环境的热阻和/或降低所述IPM模块的耗散功率。