专利名称：空气冷却的功率电子装置维护算法的制作方法
技术领域：
该部分的内容仅提供与本披露有关的背景信息，且可能 不构成现有技术。 散热在高功率电子装置的情况下尤其重要。 一个这种示 例为用于混合车辆中的皮带传动发电机系统。与皮带传动起动/发电机 系统有关的电池和功率电子装置能够传输和接收高达10kW的峰值电 功率，从而有必要为电池和功率电子装置使用辅助冷却装置。 在电子装置的适当操作希望辅助冷却时，散热器以导热 方式附接到发热电子装置，以吸收由电子装置产生的热并有效地将热 传递给其环境。因此，散热器由具有高导热率的材料制成，通常是金 属材料。许多散热器包括延伸表面，例如散热片，以通过增加散热器 的有效表面面积而增加从电子装置到其环境的传热速率。此外，环境 空气可以强制沿着散热器的延伸表面通过，以进 一 步增加散热器的传 热速率。 散热器性能可能受许多方式不利地影响。从金属物质制 成的散热器可能由于暴露给热、湿气、和环境空气中存在的腐蚀物而 腐蚀。与基体材料相比，在散热器表面上形成的腐蚀层是大体上绝热的，且防止热从散热器传递给环境。此外，环境空气中存在的污染物 (如灰尘和泥土)可能粘附或收集在散热器表面且形成绝热层。 在又一方面，本教导提供一种确定用于电子部件的散热 器的热效率的方法，包括在N个时间间隔时确定所述散热器的估算 温度，其中N是大于1的整数，且在N个时间间隔中的第i个时的估 算温度基于在N个时间间隔中的第(i-l )个时的估算温度，其中1<KN;测量在N个时间间隔时散热器的实际温度；计算在N个时间间隔时所 述估算温度和所述实际温度之间的差；和根据所述差和预定值的比较 产生与散热器热效率有关的状态信号。
图1是具有包含本教导原理的皮带传动发电机系统的混 合车辆的部分动力系统的框图； 图2是图1所示的皮带传动发电机系统的电源组组件的 示意图；以下说明本质上仅为示范性的且绝不意图限制本披露、
它的应用、或使用。如在此所使用的，术语"模块"指的是特定用途 集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的处 理器(共享的、专用的、或组)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供 所述功能的其他合适的部件。 应当理解的是，第一封装件50、第二封装件52、和中间 通道54 —起运行以提供用于将通过供应通道组件32接收的冷却空气 38传输给排出通道组件34的密封封装件。 风扇36可操作通过电池组才莫块30抽吸足够数量的冷却 空气38以冷却PEM42和BCM44,且可以是用于移送空气的<壬<可常*见 类型。风扇36可以是离心式风扇，可以以不同速度操作从而改变通过 电池组模块30的冷却空气38的流量。风扇36包括位置传感器120, 位置传感器120产生可以由混合控制模块28使用的信号以确定风扇36 操作的速度。 混合控制模块28控制BAS系统16的操作，且可操作确 定何时BCM44或PEM42没有适当地冷却，如将要讨论的那样。基于 从ECM18接收的输入信号，混合控制模块28产生控制信号给PEM42, 该控制信号命令BAS系统16以电动模式或发电模式之一操作。在两 种模式下，混合控制模块28都获取与PEM42和BCM44操作有关的各 种信息。具体而言，混合控制模块28测量与PEM42和BCM44操作有 关的电流和电压。混合控制冲莫块28也分别从热电偶80, 98获取PEM42 和BCM44的操作温度，从热电偶104获取冷却空气38的温度。混合 控制模块28控制风扇36的操作，且可以根据希望改变流经电池组模 块30的冷却空气38的数量。具体而言，混合控制模块28可产生被脉 冲宽度调制的功率信号，以改变风扇36的速度。基于获取的关于BAS 系统16的操作信息，混合控制才莫块28也可以产生表示BCM44和 PEM42的冷却状态的输出信号给ECM18。 ECM18控制发动机12的操作，且将与发动机12和BAS 系统16操作有关的信息传送给驾驶员界面装置122。因此，ECM18从发动机12接收输入信号且发送控制信号给发动机12。 ECM18也与混 合控制模块28通信，以协调发动机12和BAS系统16的操作，以便 获得与BCM44和PEM42的冷却状态有关的信息。基于从混合控制模 块28接收的状态信息，ECM18可以产生信号给驾驶员界面装置122， 该信号照亮维护灯，表示需要维护电池组组件26。
0029参考图3,现在将详细描述图示了根据本披露由ECM18 和混合控制模块28执行的步骤以执行维护算法200的流程图。维护算 法200可以实施为存储在ECM18和混合控制模块28的存储器中的计 算机程序，该计算机程序在发动机12运行时周期性地运行，以产生对 应于电源组组件26的冷却效率的状态信号。通常，维护算法200将以
因而，运行维护算法200的决定可以由ECM18或混合控制才莫块28基 于预定时间间隔或一组操作条件作出。为了本披露，维护算法200存 储在混合控制模块28的存储器中，且运行维护算法200的决定由混合 控制模块28作出。在步骤202,混合控制模块28在时间间隔U)期间获取 与电池组组件26操作有关的各种信息。具体而言，混合控制模块28 在预定时间间隔()期间测量供应给PEM42和BCM44的电流() 和电压(Vl)。在步骤202，混合控制模块28在预定时间间隔U)期 间也分别从热电偶80, 98获取PEM42和BCM44的实际操作温度。
表示，其中(H) 是特定散热器特有的比例常数。散热器70和热壳体92的比例常数(H) 可以通过散热器70和热壳体92的热力建模或通过适当运行的散热器 70和热壳体92的性能试验获取。 为了描述本披露，在各种热操作条件下散热器70和热壳 体92散热的速率通过散热器70和热壳体92的性能试验学习，包括在 各种温度和空气流量条件下操作适当运行的散热器70和热壳体92,并 测量所述装置散热的速率。使用该信息，产生将在各种温度和冷却空 气流率下散热器70和热壳体92散热的速率关联的表并存储在混合控 制模块28的存储器中。因而，在步骤210,混合控制模块28使用在步 骤202获取的散热器70和热壳体92的温度的平均值(TO和在步骤204 测量的冷却空气温度的平均值(CAT,),以在表中查询在时间间隔(t。 期间由散热器70和热壳体92散热的相应速率。混合控制模块28然后 使用公式(Q，t) = (q，t) x⑥计算由每个装置耗散的相应热(Q，t)。/(mC)
计算，其中，(Tw,ca!c)是在前一时间间隔(tw)时计算的估算温度，(QMn)
是在步骤208确定的发热值，(Q、。ut)是在步骤210确定的散热值，(mC) 是与PEM42和BCM44相关的特定热和质量有关的常数。当(i-l ) =0
时，意味着(tO-(tO,散热器70和热壳体92的(Tw,eak)设定为在步
骤202获取的散热器70和热壳体92的初始温度。常数(mC)是对于 PEM42和BCM44独特的常数，可以通过每个装置的热力建^t或热试 验确定。为了描述本披露，PEM42和BCM44的常数(mC)通过每个装 置的热试验获取，包括在各种功率级别操作每个装置，且在没有热从 每个装置传递的环境下测量温度的相应升高。[0039在步骤214,混合控制模块28计算在步骤212获取的散 热器70和热壳体92的估算温度(T,，eeae)和在步骤202获取的在时间 间隔(。期间每个装置的最后温度之间的差(ATi,。bs)。具体而言，混合 控制模块28使用公式(AT"。bs) = ( T一 ) - ( T,'cak )。 在步骤216，混合控制模块28获取PEM42和BCM44二 者的温度差设定点(ATcallb),温度差设定点(ATcallb)是可以存储在 混合控制模块28的存储器中的预定值。每个装置的温度差设定点 (△ T e a llb )可以是与每个装置的操作条件无关的单个预定值。可替换地， 每个装置的温度差设定点(ATeallb)可以是依赖于每个装置的特定操作 条件的预定值。例如，每个装置的温度差设定点(ATcallb)的值可以依 赖于与每个装置的操作条件有关的一个或更多因素，包括由混合控 制模块28在步骤202获取的相应电流(it)、电压(Vl)、和温度(); 在步骤204测量的冷却空气温度(CAT,);和在步骤206确定的冷却空气 流量(MAFJ。
0041此外，每个装置的温度差设定点(ATcallb)的存储值可以 用许多不同方式预定。例如，温度差设定点(ATcallb)可以通过研究试 验以及在各种操作条件下热壳体92和底面74的估算和实际温度的比 较预定，操作条件包括热壳体92和底面74的降低的传热效率。可替 换地，温度差设定点(ATcallb)的值可以设定为热壳体92或底面74的 估算温度(T^k)或实际温度(TJ之一的百分比预定。例如，在此对 PEM42和BCM44 二者都使用10。C的单个温度差设定点(ATcallb )。 虽然本披露的原理结合与车辆10的BAS系统16有关的 电子装置描述，本领域技术人员应当理解的是，本披露的广泛教导可 以釆用散热器来冷却的任何电子装置的各种形式实施。因此，尽管本 披露包括特定的示例，由于当研究附图、说明书和以下权利要求书时， 其他修改对于技术人员来说是显而易见的，所以本披露的真实范围并 不如此限制。
权利要求
1. 一种诊断系统，包括第一温度传感器，所述第一温度传感器构造成测量与电子部件热接触的散热器的实际温度；与所述散热器接触的冷却空气质量；第二温度传感器，所述第二温度传感器构造成测量所述冷却空气质量的温度；和控制模块，所述控制模块根据所述冷却空气质量的所述温度确定所述散热器的估算温度，其中，所述估算温度与所述实际温度比较，以确定所述散热器是否适当地运行。
2. 根据权利要求l所述的诊断系统，其特征在于，所述第一温度传 感器布置在所述散热器靠近所述电子装置的第一表面上。
3. 根据权利要求l所述的诊断系统，其特征在于，所述控制模块根 据所述电子部件的电功率确定所述估算温度。
4. 根据权利要求3所述的诊断系统，其特征在于，所述控制模块根 据所述电子部件的电流、所述电子部件的电压、和所述电子部件的温 度中的至少一个确定所述电功率。
5. 根据权利要求l所述的诊断系统，其特征在于，所述控制模块 将所述估算温度和所述实际温度之间的差与预定值比较；和 根据所述差产生表示所述散热器是否适当地运行的状态信号。
6. 根据权利要求l所述的诊断系统，其特征在于还包括风扇，用于 移送一定数量的所述冷却空气质量通过所述散热器。
7. 根据权利要求6所述的诊断系统，其特征在于，所述控制模块根 据所述冷却空气质量的所述数量确定所述估算温度。
8. 根据权利要求7所述的诊断系统，其特征在于，所述控制模块产 生用于控制所述风扇的速度的功率信号，且所述冷却空气质量的所述 数量根据所述速度确定。
9. 一种确定用于电子部件的散热器的热效率的方法，包括 确定所述散热器的估算温度； 确定所述散热器的实际温度；和根据所述估算温度和所述实际温度的比较确定所述散热器的所述热效率。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于还包括 根据所述估算温度是否在所述实际温度的预定范围内产生表示所述散热器的所述热效率的状态信号。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述估算温度不 在所述实际温度的所述预定范围内时，所述状态信号表示需要维护所 述散热器。
12. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于还包括在N个时间间隔中的一个期间确定所述电子部件的平均功率，其中N是大于或等于l的整数；在N个时间间隔中的所述 一 个期间确定冷却空气的平均温度； 在N个时间间隔中的所述一个期间确定所述冷却空气的平均空气质量流量；和根据所述电子部件的所述平均功率、所述冷却空气流的所述平均温 度、和所述冷却空气的所述平均空气质量流量确定在N个时间间隔中的 所述一个时的所述估算温度。
13. 根据权利要求12所迷的方法，其特征在于，N是预定值。
14. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述N个时间间隔续时间。
15. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，每个所述N个时间 间隔的持续时间是预定的。
16. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述N个时间间隔 中的两个相隔一个时间延迟。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述时间延迟的持 续时间是0。
18. 根据权利要求12所迷的方法，其特征在于还包括根据所述N个 时间间隔中的第(i-l )个时的所述估算温度确定所述N个时间间隔中的 第i个时的所述估算温度，其中KSN。
19. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，确定所述散热器的 所述估算温度包括确定所述电子部件的平均功率；确定与所述散热 器有关的冷却空气流的平均温度；和确定所述冷却空气流的平均空气质量流量。
20. 根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述平均功率、所 述平均温度、所述平均空气质量流量和所述估算温度在N个时间间隔中 的至少一个时确定，N是大于或等于l的整数。
21. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于还包括将所述散热器的所述估算温度和所述散热器的所述实际温度之间 的差与预定值比较；和根据所述差产生与所述散热器有关的状态信号。
22. —种确定用于电子部件的散热器的热效率的方法，包括 在N个时间间隔时确定所述散热器的估算温度，其中N是大于1的整数，且在所述N个时间间隔中的第i个时的所述估算温度基于在所述N个 时间间隔中的笫(i-l)个时的所述估算温度，其中Ki^N; 测量在所述N个时间间隔时所述散热器的实际温度； 计算在所述N个时间间隔时所述估算温度和所述实际温度之间的 差；和的状态信号。'工 、 一 a 、，、
23. 根据权利要求22所述的方法，其特征在于，N是预定值。
24. 根据权利要求22所述的方法，其特征在于，每个所述N个时间 间隔的持续时间是预定的。
25. 根据权利要求22所述的方法，其特征在于，在每个所述N个时 间间隔之间没有时间延迟。
全文摘要
本发明涉及空气冷却的功率电子装置维护算法。具体而言，诊断系统包括第一温度传感器，第一温度传感器构造成测量与电子部件热接触的散热器的实际温度；与散热器接触的冷却空气质量；第二温度传感器，第二温度传感器构造成测量冷却空气质量的温度；和控制模块，控制模块根据冷却空气质量的温度确定散热器的估算温度，其中，估算温度与实际温度比较，以确定所述散热器是否适当地运行。一种确定用于电子部件的散热器的热效率的方法，包括确定所述散热器的估算温度；确定所述散热器的实际温度；和根据所述散热器的所述估算温度和所述散热器的所述实际温度的比较确定所述散热器的所述热效率。提供有关的诊断系统。
文档编号G01M99/00GK101522011SQ20081018842
公开日2009年9月2日 申请日期2008年12月22日 优先权日2007年12月21日
发明者K·D·范马南 申请人:通用汽车环球科技运作公司