專利名稱：空氣冷卻的功率電子裝置維護算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該部分的內(nèi)容僅提供與本披露有關(guān)的背景信息，且可能 不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。 散熱在高功率電子裝置的情況下尤其重要。 一個這種示 例為用于混合車輛中的皮帶傳動發(fā)電機系統(tǒng)。與皮帶傳動起動/發(fā)電機 系統(tǒng)有關(guān)的電池和功率電子裝置能夠傳輸和接收高達10kW的峰值電 功率，從而有必要為電池和功率電子裝置使用輔助冷卻裝置。 在電子裝置的適當操作希望輔助冷卻時，散熱器以導熱 方式附接到發(fā)熱電子裝置，以吸收由電子裝置產(chǎn)生的熱并有效地將熱 傳遞給其環(huán)境。因此，散熱器由具有高導熱率的材料制成，通常是金 屬材料。許多散熱器包括延伸表面，例如散熱片，以通過增加散熱器 的有效表面面積而增加從電子裝置到其環(huán)境的傳熱速率。此外，環(huán)境 空氣可以強制沿著散熱器的延伸表面通過，以進 一 步增加散熱器的傳 熱速率。 散熱器性能可能受許多方式不利地影響。從金屬物質(zhì)制 成的散熱器可能由于暴露給熱、濕氣、和環(huán)境空氣中存在的腐蝕物而 腐蝕。與基體材料相比，在散熱器表面上形成的腐蝕層是大體上絕熱的，且防止熱從散熱器傳遞給環(huán)境。此外，環(huán)境空氣中存在的污染物 (如灰塵和泥土)可能粘附或收集在散熱器表面且形成絕熱層。 在又一方面，本教導提供一種確定用于電子部件的散熱 器的熱效率的方法，包括在N個時間間隔時確定所述散熱器的估算 溫度，其中N是大于1的整數(shù)，且在N個時間間隔中的第i個時的估 算溫度基于在N個時間間隔中的第(i-l )個時的估算溫度，其中1<KN;測量在N個時間間隔時散熱器的實際溫度；計算在N個時間間隔時所 述估算溫度和所述實際溫度之間的差；和根據(jù)所述差和預定值的比較 產(chǎn)生與散熱器熱效率有關(guān)的狀態(tài)信號。

圖1是具有包含本教導原理的皮帶傳動發(fā)電機系統(tǒng)的混 合車輛的部分動力系統(tǒng)的框圖； 圖2是圖1所示的皮帶傳動發(fā)電機系統(tǒng)的電源組組件的 示意圖；以下說明本質(zhì)上僅為示范性的且絕不意圖限制本披露、
它的應用、或使用。如在此所使用的，術(shù)語"模塊"指的是特定用途 集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或更多軟件或固件程序的處 理器(共享的、專用的、或組)和存儲器、組合邏輯電路、和/或提供 所述功能的其他合適的部件。 應當理解的是，第一封裝件50、第二封裝件52、和中間 通道54 —起運行以提供用于將通過供應通道組件32接收的冷卻空氣 38傳輸給排出通道組件34的密封封裝件。 風扇36可操作通過電池組才莫塊30抽吸足夠數(shù)量的冷卻 空氣38以冷卻PEM42和BCM44,且可以是用于移送空氣的<壬<可常*見 類型。風扇36可以是離心式風扇，可以以不同速度操作從而改變通過 電池組模塊30的冷卻空氣38的流量。風扇36包括位置傳感器120, 位置傳感器120產(chǎn)生可以由混合控制模塊28使用的信號以確定風扇36 操作的速度。 混合控制模塊28控制BAS系統(tǒng)16的操作，且可操作確 定何時BCM44或PEM42沒有適當?shù)乩鋮s，如將要討論的那樣?；?從ECM18接收的輸入信號，混合控制模塊28產(chǎn)生控制信號給PEM42, 該控制信號命令BAS系統(tǒng)16以電動模式或發(fā)電模式之一操作。在兩 種模式下，混合控制模塊28都獲取與PEM42和BCM44操作有關(guān)的各 種信息。具體而言，混合控制模塊28測量與PEM42和BCM44操作有 關(guān)的電流和電壓?；旌峡刂茮_莫塊28也分別從熱電偶80, 98獲取PEM42 和BCM44的操作溫度，從熱電偶104獲取冷卻空氣38的溫度。混合 控制模塊28控制風扇36的操作，且可以根據(jù)希望改變流經(jīng)電池組模 塊30的冷卻空氣38的數(shù)量。具體而言，混合控制模塊28可產(chǎn)生被脈 沖寬度調(diào)制的功率信號，以改變風扇36的速度。基于獲取的關(guān)于BAS 系統(tǒng)16的操作信息，混合控制才莫塊28也可以產(chǎn)生表示BCM44和 PEM42的冷卻狀態(tài)的輸出信號給ECM18。 ECM18控制發(fā)動機12的操作，且將與發(fā)動機12和BAS 系統(tǒng)16操作有關(guān)的信息傳送給駕駛員界面裝置122。因此，ECM18從發(fā)動機12接收輸入信號且發(fā)送控制信號給發(fā)動機12。 ECM18也與混 合控制模塊28通信，以協(xié)調(diào)發(fā)動機12和BAS系統(tǒng)16的操作，以便 獲得與BCM44和PEM42的冷卻狀態(tài)有關(guān)的信息。基于從混合控制模 塊28接收的狀態(tài)信息，ECM18可以產(chǎn)生信號給駕駛員界面裝置122， 該信號照亮維護燈，表示需要維護電池組組件26。
0029參考圖3,現(xiàn)在將詳細描述圖示了根據(jù)本披露由ECM18 和混合控制模塊28執(zhí)行的步驟以執(zhí)行維護算法200的流程圖。維護算 法200可以實施為存儲在ECM18和混合控制模塊28的存儲器中的計 算機程序，該計算機程序在發(fā)動機12運行時周期性地運行，以產(chǎn)生對 應于電源組組件26的冷卻效率的狀態(tài)信號。通常，維護算法200將以
因而，運行維護算法200的決定可以由ECM18或混合控制才莫塊28基 于預定時間間隔或一組操作條件作出。為了本披露，維護算法200存 儲在混合控制模塊28的存儲器中，且運行維護算法200的決定由混合 控制模塊28作出。在步驟202,混合控制模塊28在時間間隔U)期間獲取 與電池組組件26操作有關(guān)的各種信息。具體而言，混合控制模塊28 在預定時間間隔()期間測量供應給PEM42和BCM44的電流() 和電壓(Vl)。在步驟202，混合控制模塊28在預定時間間隔U)期 間也分別從熱電偶80, 98獲取PEM42和BCM44的實際操作溫度。
表示，其中(H) 是特定散熱器特有的比例常數(shù)。散熱器70和熱殼體92的比例常數(shù)(H) 可以通過散熱器70和熱殼體92的熱力建模或通過適當運行的散熱器 70和熱殼體92的性能試驗獲取。 為了描述本披露，在各種熱操作條件下散熱器70和熱殼 體92散熱的速率通過散熱器70和熱殼體92的性能試驗學習，包括在 各種溫度和空氣流量條件下操作適當運行的散熱器70和熱殼體92,并 測量所述裝置散熱的速率。使用該信息，產(chǎn)生將在各種溫度和冷卻空 氣流率下散熱器70和熱殼體92散熱的速率關(guān)聯(lián)的表并存儲在混合控 制模塊28的存儲器中。因而，在步驟210,混合控制模塊28使用在步 驟202獲取的散熱器70和熱殼體92的溫度的平均值(TO和在步驟204 測量的冷卻空氣溫度的平均值(CAT,),以在表中查詢在時間間隔(t。 期間由散熱器70和熱殼體92散熱的相應速率?；旌峡刂颇K28然后 使用公式(Q，t) = (q，t) x⑥計算由每個裝置耗散的相應熱(Q，t)。/(mC)
計算，其中，(Tw,ca!c)是在前一時間間隔(tw)時計算的估算溫度，(QMn)
是在步驟208確定的發(fā)熱值，(Q、。ut)是在步驟210確定的散熱值，(mC) 是與PEM42和BCM44相關(guān)的特定熱和質(zhì)量有關(guān)的常數(shù)。當(i-l ) =0
時，意味著(tO-(tO,散熱器70和熱殼體92的(Tw,eak)設定為在步
驟202獲取的散熱器70和熱殼體92的初始溫度。常數(shù)(mC)是對于 PEM42和BCM44獨特的常數(shù)，可以通過每個裝置的熱力建^t或熱試 驗確定。為了描述本披露，PEM42和BCM44的常數(shù)(mC)通過每個裝 置的熱試驗獲取，包括在各種功率級別操作每個裝置，且在沒有熱從 每個裝置傳遞的環(huán)境下測量溫度的相應升高。[0039在步驟214,混合控制模塊28計算在步驟212獲取的散 熱器70和熱殼體92的估算溫度(T,，eeae)和在步驟202獲取的在時間 間隔(。期間每個裝置的最后溫度之間的差(ATi,。bs)。具體而言，混合 控制模塊28使用公式(AT"。bs) = ( T一 ) - ( T,'cak )。 在步驟216，混合控制模塊28獲取PEM42和BCM44二 者的溫度差設定點(ATcallb),溫度差設定點(ATcallb)是可以存儲在 混合控制模塊28的存儲器中的預定值。每個裝置的溫度差設定點 (△ T e a llb )可以是與每個裝置的操作條件無關(guān)的單個預定值?？商鎿Q地， 每個裝置的溫度差設定點(ATeallb)可以是依賴于每個裝置的特定操作 條件的預定值。例如，每個裝置的溫度差設定點(ATcallb)的值可以依 賴于與每個裝置的操作條件有關(guān)的一個或更多因素，包括由混合控 制模塊28在步驟202獲取的相應電流(it)、電壓(Vl)、和溫度(); 在步驟204測量的冷卻空氣溫度(CAT,);和在步驟206確定的冷卻空氣 流量(MAFJ。
0041此外，每個裝置的溫度差設定點(ATcallb)的存儲值可以 用許多不同方式預定。例如，溫度差設定點(ATcallb)可以通過研究試 驗以及在各種操作條件下熱殼體92和底面74的估算和實際溫度的比 較預定，操作條件包括熱殼體92和底面74的降低的傳熱效率?？商?換地，溫度差設定點(ATcallb)的值可以設定為熱殼體92或底面74的 估算溫度(T^k)或?qū)嶋H溫度(TJ之一的百分比預定。例如，在此對 PEM42和BCM44 二者都使用10。C的單個溫度差設定點(ATcallb )。 雖然本披露的原理結(jié)合與車輛10的BAS系統(tǒng)16有關(guān)的 電子裝置描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解的是，本披露的廣泛教導可 以釆用散熱器來冷卻的任何電子裝置的各種形式實施。因此，盡管本 披露包括特定的示例，由于當研究附圖、說明書和以下權(quán)利要求書時， 其他修改對于技術(shù)人員來說是顯而易見的，所以本披露的真實范圍并 不如此限制。
權(quán)利要求
1. 一種診斷系統(tǒng)，包括第一溫度傳感器，所述第一溫度傳感器構(gòu)造成測量與電子部件熱接觸的散熱器的實際溫度；與所述散熱器接觸的冷卻空氣質(zhì)量；第二溫度傳感器，所述第二溫度傳感器構(gòu)造成測量所述冷卻空氣質(zhì)量的溫度；和控制模塊，所述控制模塊根據(jù)所述冷卻空氣質(zhì)量的所述溫度確定所述散熱器的估算溫度，其中，所述估算溫度與所述實際溫度比較，以確定所述散熱器是否適當?shù)剡\行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述第一溫度傳 感器布置在所述散熱器靠近所述電子裝置的第一表面上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊根 據(jù)所述電子部件的電功率確定所述估算溫度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊根 據(jù)所述電子部件的電流、所述電子部件的電壓、和所述電子部件的溫 度中的至少一個確定所述電功率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊 將所述估算溫度和所述實際溫度之間的差與預定值比較；和 根據(jù)所述差產(chǎn)生表示所述散熱器是否適當?shù)剡\行的狀態(tài)信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的診斷系統(tǒng)，其特征在于還包括風扇，用于 移送一定數(shù)量的所述冷卻空氣質(zhì)量通過所述散熱器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊根 據(jù)所述冷卻空氣質(zhì)量的所述數(shù)量確定所述估算溫度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊產(chǎn) 生用于控制所述風扇的速度的功率信號，且所述冷卻空氣質(zhì)量的所述 數(shù)量根據(jù)所述速度確定。
9. 一種確定用于電子部件的散熱器的熱效率的方法，包括 確定所述散熱器的估算溫度； 確定所述散熱器的實際溫度；和根據(jù)所述估算溫度和所述實際溫度的比較確定所述散熱器的所述熱效率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于還包括 根據(jù)所述估算溫度是否在所述實際溫度的預定范圍內(nèi)產(chǎn)生表示所述散熱器的所述熱效率的狀態(tài)信號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，當所述估算溫度不 在所述實際溫度的所述預定范圍內(nèi)時，所述狀態(tài)信號表示需要維護所 述散熱器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于還包括在N個時間間隔中的一個期間確定所述電子部件的平均功率，其中N是大于或等于l的整數(shù)；在N個時間間隔中的所述 一 個期間確定冷卻空氣的平均溫度； 在N個時間間隔中的所述一個期間確定所述冷卻空氣的平均空氣質(zhì)量流量；和根據(jù)所述電子部件的所述平均功率、所述冷卻空氣流的所述平均溫 度、和所述冷卻空氣的所述平均空氣質(zhì)量流量確定在N個時間間隔中的 所述一個時的所述估算溫度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所迷的方法，其特征在于，N是預定值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述N個時間間隔續(xù)時間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，每個所述N個時間 間隔的持續(xù)時間是預定的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述N個時間間隔 中的兩個相隔一個時間延遲。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述時間延遲的持 續(xù)時間是0。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所迷的方法，其特征在于還包括根據(jù)所述N個 時間間隔中的第(i-l )個時的所述估算溫度確定所述N個時間間隔中的 第i個時的所述估算溫度，其中KSN。
19. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，確定所述散熱器的 所述估算溫度包括確定所述電子部件的平均功率；確定與所述散熱 器有關(guān)的冷卻空氣流的平均溫度；和確定所述冷卻空氣流的平均空氣質(zhì)量流量。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述平均功率、所 述平均溫度、所述平均空氣質(zhì)量流量和所述估算溫度在N個時間間隔中 的至少一個時確定，N是大于或等于l的整數(shù)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于還包括將所述散熱器的所述估算溫度和所述散熱器的所述實際溫度之間 的差與預定值比較；和根據(jù)所述差產(chǎn)生與所述散熱器有關(guān)的狀態(tài)信號。
22. —種確定用于電子部件的散熱器的熱效率的方法，包括 在N個時間間隔時確定所述散熱器的估算溫度，其中N是大于1的整數(shù)，且在所述N個時間間隔中的第i個時的所述估算溫度基于在所述N個 時間間隔中的笫(i-l)個時的所述估算溫度，其中Ki^N; 測量在所述N個時間間隔時所述散熱器的實際溫度； 計算在所述N個時間間隔時所述估算溫度和所述實際溫度之間的 差；和的狀態(tài)信號。'工 、 一 a 、，、
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，N是預定值。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，每個所述N個時間 間隔的持續(xù)時間是預定的。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，在每個所述N個時 間間隔之間沒有時間延遲。
全文摘要
本發(fā)明涉及空氣冷卻的功率電子裝置維護算法。具體而言，診斷系統(tǒng)包括第一溫度傳感器，第一溫度傳感器構(gòu)造成測量與電子部件熱接觸的散熱器的實際溫度；與散熱器接觸的冷卻空氣質(zhì)量；第二溫度傳感器，第二溫度傳感器構(gòu)造成測量冷卻空氣質(zhì)量的溫度；和控制模塊，控制模塊根據(jù)冷卻空氣質(zhì)量的溫度確定散熱器的估算溫度，其中，估算溫度與實際溫度比較，以確定所述散熱器是否適當?shù)剡\行。一種確定用于電子部件的散熱器的熱效率的方法，包括確定所述散熱器的估算溫度；確定所述散熱器的實際溫度；和根據(jù)所述散熱器的所述估算溫度和所述散熱器的所述實際溫度的比較確定所述散熱器的所述熱效率。提供有關(guān)的診斷系統(tǒng)。
文檔編號G01M99/00GK101522011SQ20081018842
公開日2009年9月2日 申請日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者K·D·范馬南 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司