热管理系统的故障诊断方法、装置、车辆、介质及产品与流程

本发明涉及热管理系统控制诊断，具体涉及一种热管理系统的故障诊断方法、装置、车辆、介质及产品。

背景技术：

1、随着新能源车技术的不断进步，热管理系统对于保障整车性能与运行安全的重要性日益凸显。然而，当前的系统级运行有效性诊断仍存在局限性，主要依赖于自带感知能力的部件进行诊断，且对少数系统故障的诊断过度依赖特定空调系统的经验，缺乏基于性能虚拟估算的算法和基于估算性能指标的系统级故障诊断算法，导致在实际使用中难以实时获取关键冷媒运行数据，无法全面评估系统的运行状态。随着热管理系统部件增多、运行模式复杂化，系统故障风险增加，对系统级性能和有效性故障的诊断需求愈发迫切。

2、相关技术中，公开号(cn101576441a)提出了车载空调故障检测系统及其检测方法，该方法通过实车传感器和执行器反馈的数据进行空调系统故障检测。然而，其局限性在于仅针对堵塞故障进行判断，诊断范围有限；依赖特定系统的经验数据进行判断，缺乏通用性；且完全依赖于传感器和执行器的反馈，诊断条件较为单一。因此，该系统在诊断覆盖度和算法泛用性方面存在不足。

3、公开号(cn107192084a)提出了在线检测空调制热能效比和制热量的方法，它基于空气侧换热性能进行计算，并利用特定空调系统的经验数据通过查表方式得出能效比。然而，该方法存在几个显著的不足：首先，它未考虑冷媒侧系统性能的计算，假设了冷媒侧与空气侧完全换热，这可能忽略了实际存在的换热性能故障；其次，其计算指标高度依赖于特定系统的经验数据，缺乏通用性；最后，该性能计算值主要用于显示而非控制或诊断，缺乏相应的诊断算法设计。

4、公开号(cn112944618a)提出了一种空调能力估算方法及空调器，它基于冷媒状态参数估算循环流量和换热器进出口焓差，从而计算冷媒侧换热性能。然而，这种方法存在几个显著的不足：首先，其计算指标高度依赖于特定空调系统的经验数据，通过查表方式获得，限制了其泛用性；其次，尽管该方法对冷媒状态参数进行了估算，但并未涵盖对换热器空气侧和冷却液侧性能参数的全面估算；最后，该性能计算值主要用于显示而非实际控制和故障诊断，缺乏相应的诊断算法设计。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种热管理系统的故障诊断方法，以解决现有技术中存在诊断范围有限、过度依赖特定系统经验数据、缺乏性能虚拟估算和系统级故障诊断算法、算法泛用性不足以及缺乏实际控制和诊断应用的问题；目的之二在于提供一种热管理系统的故障诊断装置；目的之三在于提供一种车辆；目的之四在于提供一种介质；目的之五在于提供一种程序产品。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种热管理系统的故障诊断方法，包括：获取冷媒侧相关参数、空气侧相关参数和冷却液侧相关参数；根据冷媒侧相关参数估算热管理系统的冷媒侧性能；根据空气侧相关参数估算热管理系统的空气侧性能；根据冷却液侧相关参数估算热管理系统的冷却液侧性能；根据冷媒侧性能、空气侧性能和冷却液侧性能计算冷媒侧、空气侧和冷却液侧中任意两个之间的换热比，根据冷媒侧、空气侧和冷却液侧中任意两个之间的换热比确定热管理系统的故障诊断结果。

4、根据上述技术手段，本发明实施例通过获取冷媒侧、空气侧和冷却液侧的相关参数，能够全面评估热管理系统的性能，确保各个部分的运行状态都被纳入考量范围，基于这些参数的性能估算，通过精确计算任意两个系统之间的换热比，能够精确诊断出热管理系统中可能存在的故障，不仅提高了故障诊断的准确性，还增强了诊断的可靠性。同时，基于实际运行参数进行计算，因此具有较强的泛用性。能够适用于不同类型的热管理系统，为各种车辆和设备提供有效的故障诊断手段。

5、进一步，根据冷媒侧、空气侧和冷却液侧中任意两个之间的换热比确定热管理系统的故障诊断结果，包括：若任意两个之间的换热比大于换热阈值，确定热管理系统的换热故障；若预设时长内热管理系统的换热故障的次数大于预设值，确定故障诊断结果为换热器性能故障。

6、根据上述技术手段，本发明实施例中换热比超过预设的安全阈值，将立即识别出潜在的换热故障；若预设时间段内换热故障发生的次数超出预设的阈值，将直接诊断为换热器性能故障，不仅考量了故障发生的频率，还结合了故障的具体类型和持续时间，从而更加精确地评估了换热器的性能状态，确保了新能源车热管理系统的稳定性和车辆的安全运行。

7、进一步，在确定故障诊断结果为换热器性能故障之后，还包括：定位换热器性能故障的原因。

8、根据上述技术手段，本发明实施例通过收集新能源车热管理系统中的相关参数，计算换热比，并结合故障阈值和频率分析，能够精准定位换热器性能故障的原因，有助于及时发现并修复故障，提高新能源车的安全性和可靠性。

9、进一步，换热器性能故障的原因包括冷媒缺失、冷媒欠充注、冷媒过充注、冷媒换热器堵塞和冷却液缺失或不足的至少一种。

10、进一步，定位换热器性能故障的原因，包括：若传感器采集压力小于环境温度下的压力，则确定换热器性能故障的原因为冷媒缺失；若冷凝器出口过冷度小于阈值、且压缩机吸气过热度大于阈值，则确定换热器性能故障的原因为冷媒欠充注；若冷凝器出口过冷度大于阈值、且压缩机排气过热度大于阈值，则确定换热器性能故障的原因为冷媒过充注；若换热器回路实际制冷剂估算流量小于换热器回路理论循环流量，则确定换热器性能故障的原因为冷媒换热器堵塞；若换热器空气侧换热量与换热器冷却液侧换热量差值小于阈值、且换热器冷媒侧换热量与换热器冷却液侧换热量差值小于阈值，则确定换热器性能故障的原因为冷却液缺失或不足。

11、根据上述技术手段，本发明实施例通过综合传感器数据和预设阈值，对新能源车热管理系统中换热器性能故障的原因进行了详细分析和诊断。具体而言，当传感器采集到的压力小于环境温度下的预期压力时，判定为冷媒缺失导致的故障。若冷凝器出口过冷度低于设定阈值，同时压缩机吸气过热度高于阈值，则认为冷媒欠充注是造成故障的原因。相反，若冷凝器出口过冷度高于阈值，且压缩机排气过热度也超过阈值，则诊断为冷媒过充注。此外，当换热器回路实际制冷剂估算流量小于理论循环流量时，判断为冷媒换热器堵塞。最后，若换热器空气侧和冷媒侧的换热量与冷却液侧的换热量差值均小于设定阈值，则推断为冷却液缺失或不足引起的故障。这些详细的诊断不仅提高了故障检测的准确性，也为后续的故障修复提供了有针对性的指导。

12、进一步，冷媒侧参数相关参数包括压缩机运行参数和第一换热器运行参数，根据冷媒侧参数相关参数估算热管理系统的冷媒侧性能，包括：根据压缩机运行参数计算单位时间内压缩机循环流量；根据单位时间内压缩机循环流量和第一换热器运行参数计算冷媒侧换热量。

13、根据上述技术手段，本发明实施例通过计算单位时间内压缩机的循环流量，并结合换热器运行参数计算冷媒侧换热量，能够实时监控换热器的性能状态，进行故障诊断与预防，优化控制策略，提高能源利用率，并提升用户体验。

14、进一步，压缩机运行参数包括压缩机吸气压力、压缩机吸气温度、压缩机单位时间转速、压缩机容积效率和压缩机排量的至少一个，根据压缩机运行参数计算单位时间内压缩机循环流量，包括：根据压缩机吸气压力和压缩机吸气温度估算压缩机吸气密度；根据压缩机单位时间转速、压缩机容积效率、压缩机排量和压缩机吸气密度估算单位时间内压缩机循环流量。

15、根据上述技术手段，本发明实施例通过利用压缩机的吸气压力、吸气温度、转速、容积效率和排量等运行参数，实现了对压缩机吸气密度和单位时间内循环流量的精确估算，不仅为新能源车热管理系统的性能评估提供了准确的数据支持，还能够有效地诊断和预防潜在的故障，从而提高系统的可靠性。此外，通过实时调整和优化控制策略，提升能源利用率和用户体验，确保车内环境维持在最佳状态。

16、进一步，第一换热器运行参数包括第一换热器进口冷媒压力、第一换热器进口冷媒温度、第一换热器出口冷媒压力和第一换热器出口冷媒温度的至少一个，根据单位时间内压缩机循环流量和第一换热器运行参数计算冷媒侧换热功率，包括：根据第一换热器进口冷媒压力和第一换热器进口冷媒温度估算第一换热器进口冷媒焓值；根据第一换热器出口冷媒压力和第一换热器出口冷媒温度估算第一换热器出口冷媒焓值；计算第一换热器进口冷媒焓值与第一换热器出口冷媒焓值的进出口焓差，根据单位时间内冷媒实际循环流量和进出口焓差估算冷媒侧换热功率。

17、根据上述技术手段，本发明实施例通过监测第一换热器进出口的冷媒压力和温度，准确估算出冷媒的进出口焓值，并基于这些焓值差异和单位时间内的冷媒实际循环流量，进一步计算出冷媒侧的换热功率，有助于准确地判断热负荷的大小，从而调整压缩机和其他热管理组件的运行状态，确保车内温度、湿度等参数维持在最佳状态，不仅能提升乘客的舒适度，还能优化能源利用，提高新能源车的续航里程。同时，通过实时监测和估算冷媒侧的换热功率，还能及时发现潜在的热管理问题，从而及时进行故障诊断和维修，提高系统的可靠性和稳定性。

18、进一步，空气侧相关参数包括空调箱运行参数、低温散热器运行参数和第二换热器运行参数，根据空气侧相关参数估算热管理系统的空气侧性能，包括：根据空调箱运行参数、低温散热器运行参数和第二换热器运行参数的至少一个计算空气侧换热量。

19、根据上述技术手段，本发明实施例通过综合考虑空调箱、低温散热器以及第二换热器等关键组件的运行参数，精确计算空气侧换热量，不仅提高了换热量计算的准确性，而且为优化性能、实现智能化控制及故障预警与诊断提供了有力的数据支持。通过对不同时间段换热量及相关参数的记录与分析，可以深入了解运行规律，为节能降耗、维护管理提供决策依据。

20、进一步，空调箱运行参数包括空调箱进风侧空气温度、空调箱出风侧空气温度和空调箱循环风量，低温散热器运行参数包括低温散热器进风温度、低温散热器出风侧温度和低温散热器等效进风量，和第二换热器运行参数包括第二换热器进风侧温度、第二换热器出风侧温度和第二换热器等效进风风量，根据空调箱运行参数、低温散热器运行参数和第二换热器运行参数的至少一个计算空气侧换热量，包括：计算空调箱进风侧空气温度和空调箱出风侧空气温度的空调箱进出口风温度温差，根据空调箱进出口风温度温差和空调箱循环风量计算空气侧换热量；计算低温散热器进风温度和低温散热器出风侧温度计算低温散热器进出口风温度温差，根据低温散热器进出口风温度温差和低温散热器等效进风量计算空气侧换热量；计算第二换热器进风侧温度和第二换热器出风侧温度计算第二换热器进出口风温度温差，根据第二换热器进出口风温度温差和第二换热器等效进风风量计算空气侧换热量。

21、根据上述技术手段，本发明实施例通过精确测量和计算空调箱、低温散热器以及第二换热器的进出口风温度温差，并结合各自的循环风量或等效进风量，成功估算出各组件的空气侧换热量，提高了换热量计算的准确性，同时，通过实时监测和计算各组件的换热量，可以自动调整控制策略，不仅提高了运行效率，还可以降低运维成本。

22、进一步，冷却液侧相关参数包括第一换热器运行参数，根据冷却液侧相关参数估算热管理系统的冷却液侧性能，包括：根据第一换热器运行参数估算冷却液侧性能。

23、根据上述技术手段，本发明实施例通过估算冷却液侧性能，实时监测第一换热器的热交换效率、流量分布和温度控制，确保系统稳定可靠运行。同时，基于估算结果优化设计和参数，提升热交换效率和能效比，降低能耗和运营成本。

24、进一步，第一换热器运行参数包括第一换热器进口冷却液温度、第一换热器出口冷却液温度、冷却液驱动水泵转速和水路循环模式的至少一个，根据第一换热器运行参数估算冷却液侧性能，包括：根据冷却液驱动水泵转速和水路循环模式计算冷却液循环流量；计算第一换热器进口冷却液温度和第一换热器出口冷却液温度的第一换热器进出口冷却液温度温差；根据第一换热器进出口冷却液温度温差和冷却液循环流量计算冷却液侧换热量。

25、根据上述技术手段，本发明实施例通过直接测量第一换热器进出口的冷却液温度，并结合冷却液循环流量，可以精确计算出冷却液侧的换热量，有助于根据实际需求调整运行状态，以达到最佳的热交换效果，不仅可以提高整体性能，还可以降低能耗，提高能源利用效率。

26、一种热管理系统的故障诊断装置，包括：获取模块，用于获取冷媒侧相关参数、空气侧相关参数和冷却液侧相关参数；第一估算模块，用于根据冷媒侧相关参数估算热管理系统的冷媒侧性能；第二估算模块，用于根据空气侧相关参数估算热管理系统的空气侧性能；第三估算模块，用于根据冷却液侧相关参数估算热管理系统的冷却液侧性能；确定模块，用于根据冷媒侧性能、空气侧性能和冷却液侧性能计算冷媒侧、空气侧和冷却液侧中任意两个之间的换热比，根据冷媒侧、空气侧和冷却液侧中任意两个之间的换热比确定热管理系统的故障诊断结果。

27、进一步，确定模块还用于：若任意两个之间的换热比大于换热阈值，确定热管理系统的换热故障；若预设时长内热管理系统的换热故障的次数大于预设值，确定故障诊断结果为换热器性能故障。

28、进一步，确定模块，还用于：定位换热器性能故障的原因。

29、进一步，换热器性能故障的原因包括冷媒缺失、冷媒欠充注、冷媒过充注、冷媒换热器堵塞和冷却液缺失或不足的至少一种。

30、进一步，确定模块，还用于：若传感器采集压力小于环境温度下的压力，则确定换热器性能故障的原因为冷媒缺失；若冷凝器出口过冷度小于阈值、且压缩机吸气过热度大于阈值，则确定换热器性能故障的原因为冷媒欠充注；若冷凝器出口过冷度大于阈值、且压缩机排气过热度大于阈值，则确定换热器性能故障的原因为冷媒过充注；若换热器回路实际制冷剂估算流量小于换热器回路理论循环流量，则确定换热器性能故障的原因为冷媒换热器堵塞；若换热器空气侧换热量与换热器冷却液侧换热量差值小于阈值、且换热器冷媒侧换热量与换热器冷却液侧换热量差值小于阈值，则确定换热器性能故障的原因为冷却液缺失或不足。

31、进一步，冷媒侧参数相关参数包括压缩机运行参数和第一换热器运行参数，根据压缩机运行参数计算单位时间内压缩机循环流量。

32、进一步，第一估算模块，还用于：根据单位时间内压缩机循环流量和第一换热器运行参数计算冷媒侧换热量。

33、进一步，压缩机运行参数包括压缩机吸气压力、压缩机吸气温度、压缩机单位时间转速、压缩机容积效率和压缩机排量的至少一个；

34、进一步，第一估算模块，还用于：根据压缩机吸气压力和压缩机吸气温度估算压缩机吸气密度；根据压缩机单位时间转速、压缩机容积效率、压缩机排量和压缩机吸气密度估算单位时间内压缩机循环流量。

35、进一步，第一换热器运行参数包括第一换热器进口冷媒压力、第一换热器进口冷媒温度、第一换热器出口冷媒压力和第一换热器出口冷媒温度的至少一个；

36、进一步，第一估算模块，还用于：根据第一换热器进口冷媒压力和第一换热器进口冷媒温度估算第一换热器进口冷媒焓值；根据第一换热器出口冷媒压力和第一换热器出口冷媒温度估算第一换热器出口冷媒焓值；计算第一换热器进口冷媒焓值与第一换热器出口冷媒焓值的进出口焓差，根据单位时间内冷媒实际循环流量和进出口焓差估算冷媒侧换热功率。

37、进一步，空气侧相关参数包括空调箱运行参数、低温散热器运行参数和第二换热器运行参数。

38、进一步，第二估算模块，还用于：根据空调箱运行参数、低温散热器运行参数和第二换热器运行参数的至少一个计算空气侧换热量。

39、进一步，空调箱运行参数包括空调箱进风侧空气温度、空调箱出风侧空气温度和空调箱循环风量，低温散热器运行参数包括低温散热器进风温度、低温散热器出风侧温度和低温散热器等效进风量，和第二换热器运行参数包括第二换热器进风侧温度、第二换热器出风侧温度和第二换热器等效进风风量。

40、进一步，第二估算模块，还用于：计算空调箱进风侧空气温度和空调箱出风侧空气温度的空调箱进出口风温度温差，根据空调箱进出口风温度温差和空调箱循环风量计算空气侧换热量；计算低温散热器进风温度和低温散热器出风侧温度计算低温散热器进出口风温度温差，根据低温散热器进出口风温度温差和低温散热器等效进风量计算空气侧换热量；计算第二换热器进风侧温度和第二换热器出风侧温度计算第二换热器进出口风温度温差，根据第二换热器进出口风温度温差和第二换热器等效进风风量计算空气侧换热量。

41、进一步，冷却液侧相关参数包括第一换热器运行参数。

42、进一步，第三估算模块，还用于：根据第一换热器运行参数估算冷却液侧性能。

43、进一步，第一换热器运行参数包括第一换热器进口冷却液温度、第一换热器出口冷却液温度、冷却液驱动水泵转速和水路循环模式的至少一个。

44、进一步，第三估算模块，还用于：根据冷却液驱动水泵转速和水路循环模式计算冷却液循环流量；计算第一换热器进口冷却液温度和第一换热器出口冷却液温度的第一换热器进出口冷却液温度温差；根据第一换热器进出口冷却液温度温差和冷却液循环流量计算冷却液侧换热量。

45、一种车辆，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上的热管理系统的故障诊断方法。

46、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如上的热管理系统的故障诊断方法。

47、一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，所述计算机程序或指令被执行时，以用于实现如上的热管理系统的故障诊断方法。

48、本发明的有益效果：

49、(1)本发明实施例通过获取冷媒侧、空气侧和冷却液侧的相关参数，能够全面评估热管理系统的性能，确保各个部分的运行状态都被纳入考量范围，基于这些参数的性能估算，通过精确计算任意两个系统之间的换热比，能够精确诊断出热管理系统中可能存在的故障，不仅提高了故障诊断的准确性，还增强了诊断的可靠性。同时，基于实际运行参数进行计算，因此具有较强的泛用性。能够适用于不同类型的热管理系统，为各种车辆和设备提供有效的故障诊断手段；

50、(2)本发明实施例中换热比超过预设的安全阈值，将立即识别出潜在的换热故障；若预设时间段内换热故障发生的次数超出预设的阈值，将直接诊断为换热器性能故障，不仅考量了故障发生的频率，还结合了故障的具体类型和持续时间，从而更加精确地评估了换热器的性能状态，确保了新能源车热管理系统的稳定性和车辆的安全运行；

51、(3)本发明实施例通过收集新能源车热管理系统中的相关参数，计算换热比，并结合故障阈值和频率分析，能够精准定位换热器性能故障的原因，有助于及时发现并修复故障，提高新能源车的安全性和可靠性；

52、(4)本发明实施例通过综合传感器数据和预设阈值，对新能源车热管理系统中换热器性能故障的原因进行了详细分析和诊断。具体而言，当传感器采集到的压力小于环境温度下的预期压力时，判定为冷媒缺失导致的故障。若冷凝器出口过冷度低于设定阈值，同时压缩机吸气过热度高于阈值，则认为冷媒欠充注是造成故障的原因。相反，若冷凝器出口过冷度高于阈值，且压缩机排气过热度也超过阈值，则诊断为冷媒过充注。此外，当换热器回路实际制冷剂估算流量小于理论循环流量时，判断为冷媒换热器堵塞。最后，若换热器空气侧和冷媒侧的换热量与冷却液侧的换热量差值均小于设定阈值，则推断为冷却液缺失或不足引起的故障。这些详细的诊断不仅提高了故障检测的准确性，也为后续的故障修复提供了有针对性的指导；

53、(5)本发明实施例通过计算单位时间内压缩机的循环流量，并结合换热器运行参数计算冷媒侧换热量，能够实时监控换热器的性能状态，进行故障诊断与预防，优化控制策略，提高能源利用率，并提升用户体验；

54、(6)本发明实施例通过利用压缩机的吸气压力、吸气温度、转速、容积效率和排量等运行参数，实现了对压缩机吸气密度和单位时间内循环流量的精确估算，不仅为新能源车热管理系统的性能评估提供了准确的数据支持，还能够有效地诊断和预防潜在的故障，从而提高系统的可靠性。此外，通过实时调整和优化控制策略，提升能源利用率和用户体验，确保车内环境维持在最佳状态；

55、(7)本发明实施例通过监测第一换热器进出口的冷媒压力和温度，准确估算出冷媒的进出口焓值，并基于这些焓值差异和单位时间内的冷媒实际循环流量，进一步计算出冷媒侧的换热功率，有助于准确地判断热负荷的大小，从而调整压缩机和其他热管理组件的运行状态，确保车内温度、湿度等参数维持在最佳状态，不仅能提升乘客的舒适度，还能优化能源利用，提高新能源车的续航里程。同时，通过实时监测和估算冷媒侧的换热功率，还能及时发现潜在的热管理问题，从而及时进行故障诊断和维修，提高系统的可靠性和稳定性；

56、(8)本发明实施例通过综合考虑空调箱、低温散热器以及第二换热器等关键组件的运行参数，精确计算空气侧换热量，不仅提高了换热量计算的准确性，而且为优化性能、实现智能化控制及故障预警与诊断提供了有力的数据支持。通过对不同时间段换热量及相关参数的记录与分析，可以深入了解运行规律，为节能降耗、维护管理提供决策依据；

57、(9)本发明实施例通过精确测量和计算空调箱、低温散热器以及第二换热器的进出口风温度温差，并结合各自的循环风量或等效进风量，成功估算出各组件的空气侧换热量，提高了换热量计算的准确性，同时，通过实时监测和计算各组件的换热量，可以自动调整控制策略，不仅提高了运行效率，还可以降低运维成本；

58、(10)本发明实施例通过估算冷却液侧性能，实时监测第一换热器的热交换效率、流量分布和温度控制，确保系统稳定可靠运行。同时，基于估算结果优化设计和参数，提升热交换效率和能效比，降低能耗和运营成本；

59、(11)本发明实施例通过直接测量第一换热器进出口的冷却液温度，并结合冷却液循环流量，可以精确计算出冷却液侧的换热量，有助于根据实际需求调整运行状态，以达到最佳的热交换效果，不仅可以提高整体性能，还可以降低能耗，提高能源利用效率。

60、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。