專(zhuān)利名稱(chēng)：空氣冷卻的功率電子裝置維護(hù)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(gè)這種示 例為用于混合車(chē)輛中的皮帶傳動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。與皮帶傳動(dòng)起動(dòng)/發(fā)電機(jī) 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(dá)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(dāng)操作希望輔助冷卻時(shí)，散熱器以導(dǎo)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(dǎo)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(guò)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(qiáng)制沿著散熱器的延伸表面通過(guò)，以進(jìn) 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(dǎo)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(gè)時(shí)間間隔時(shí)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(gè)時(shí)間間隔中的第i個(gè)時(shí)的估 算溫度基于在N個(gè)時(shí)間間隔中的第(i-l )個(gè)時(shí)的估算溫度，其中1<KN;測(cè)量在N個(gè)時(shí)間間隔時(shí)散熱器的實(shí)際溫度；計(jì)算在N個(gè)時(shí)間間隔時(shí)所 述估算溫度和所述實(shí)際溫度之間的差；和根據(jù)所述差和預(yù)定值的比較 產(chǎn)生與散熱器熱效率有關(guān)的狀態(tài)信號(hào)。

圖1是具有包含本教導(dǎo)原理的皮帶傳動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的混 合車(chē)輛的部分動(dòng)力系統(tǒng)的框圖； 圖2是圖1所示的皮帶傳動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的電源組組件的 示意圖；以下說(shuō)明本質(zhì)上僅為示范性的且絕不意圖限制本披露、
它的應(yīng)用、或使用。如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)"模塊"指的是特定用途 集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或更多軟件或固件程序的處 理器(共享的、專(zhuān)用的、或組)和存儲(chǔ)器、組合邏輯電路、和/或提供 所述功能的其他合適的部件。 應(yīng)當(dāng)理解的是，第一封裝件50、第二封裝件52、和中間 通道54 —起運(yùn)行以提供用于將通過(guò)供應(yīng)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(fēng)扇36可操作通過(guò)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(jiàn) 類(lèi)型。風(fēng)扇36可以是離心式風(fēng)扇，可以以不同速度操作從而改變通過(guò) 電池組模塊30的冷卻空氣38的流量。風(fēng)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(hào)以確定風(fēng)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(shí)BCM44或PEM42沒(méi)有適當(dāng)?shù)乩鋮s，如將要討論的那樣?；?從ECM18接收的輸入信號(hào)，混合控制模塊28產(chǎn)生控制信號(hào)給PEM42, 該控制信號(hào)命令BAS系統(tǒng)16以電動(dòng)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(cè)量與PEM42和BCM44操作有 關(guān)的電流和電壓。混合控制沖莫塊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?；旌?控制模塊28控制風(fēng)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(hào)，以改變風(fēng)扇36的速度?；讷@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(hào)給ECM18。 ECM18控制發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作，且將與發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)12接收輸入信號(hào)且發(fā)送控制信號(hào)給發(fā)動(dòng)機(jī)12。 ECM18也與混 合控制模塊28通信，以協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)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?；趶幕旌峡刂颇?塊28接收的狀態(tài)信息，ECM18可以產(chǎn)生信號(hào)給駕駛員界面裝置122， 該信號(hào)照亮維護(hù)燈，表示需要維護(hù)電池組組件26。
0029參考圖3,現(xiàn)在將詳細(xì)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(hù)算法200的流程圖。維護(hù)算 法200可以實(shí)施為存儲(chǔ)在ECM18和混合控制模塊28的存儲(chǔ)器中的計(jì) 算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序在發(fā)動(dòng)機(jī)12運(yùn)行時(shí)周期性地運(yùn)行，以產(chǎn)生對(duì) 應(yīng)于電源組組件26的冷卻效率的狀態(tài)信號(hào)。通常，維護(hù)算法200將以
因而，運(yùn)行維護(hù)算法200的決定可以由ECM18或混合控制才莫塊28基 于預(yù)定時(shí)間間隔或一組操作條件作出。為了本披露，維護(hù)算法200存 儲(chǔ)在混合控制模塊28的存儲(chǔ)器中，且運(yùn)行維護(hù)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(shí)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(yù)定時(shí)間間隔()期間測(cè)量供應(yīng)給PEM42和BCM44的電流() 和電壓(Vl)。在步驟202，混合控制模塊28在預(yù)定時(shí)間間隔U)期 間也分別從熱電偶80, 98獲取PEM42和BCM44的實(shí)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(guò)散熱器70和熱殼體92的熱力建?；蛲ㄟ^(guò)適當(dāng)運(yùn)行的散熱器 70和熱殼體92的性能試驗(yàn)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(guò)散熱器70和熱殼體92的性能試驗(yàn)學(xué)習(xí)，包括在 各種溫度和空氣流量條件下操作適當(dāng)運(yùn)行的散熱器70和熱殼體92,并 測(cè)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(chǔ)在混合控 制模塊28的存儲(chǔ)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(cè)量的冷卻空氣溫度的平均值(CAT,),以在表中查詢(xún)?cè)跁r(shí)間間隔(t。 期間由散熱器70和熱殼體92散熱的相應(yīng)速率?；旌峡刂颇K28然后 使用公式(Q，t) = (q，t) x⑥計(jì)算由每個(gè)裝置耗散的相應(yīng)熱(Q，t)。/(mC)
計(jì)算，其中，(Tw,ca!c)是在前一時(shí)間間隔(tw)時(shí)計(jì)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(dāng)(i-l ) =0
時(shí)，意味著(tO-(tO,散熱器70和熱殼體92的(Tw,eak)設(shè)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(duì)于 PEM42和BCM44獨(dú)特的常數(shù)，可以通過(guò)每個(gè)裝置的熱力建^t或熱試 驗(yàn)確定。為了描述本披露，PEM42和BCM44的常數(shù)(mC)通過(guò)每個(gè)裝 置的熱試驗(yàn)獲取，包括在各種功率級(jí)別操作每個(gè)裝置，且在沒(méi)有熱從 每個(gè)裝置傳遞的環(huán)境下測(cè)量溫度的相應(yīng)升高。[0039在步驟214,混合控制模塊28計(jì)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(shí)間 間隔(。期間每個(gè)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(shè)定點(diǎn)(ATcallb),溫度差設(shè)定點(diǎn)(ATcallb)是可以存儲(chǔ)在 混合控制模塊28的存儲(chǔ)器中的預(yù)定值。每個(gè)裝置的溫度差設(shè)定點(diǎn) (△ T e a llb )可以是與每個(gè)裝置的操作條件無(wú)關(guān)的單個(gè)預(yù)定值?？商鎿Q地， 每個(gè)裝置的溫度差設(shè)定點(diǎn)(ATeallb)可以是依賴(lài)于每個(gè)裝置的特定操作 條件的預(yù)定值。例如，每個(gè)裝置的溫度差設(shè)定點(diǎn)(ATcallb)的值可以依 賴(lài)于與每個(gè)裝置的操作條件有關(guān)的一個(gè)或更多因素，包括由混合控 制模塊28在步驟202獲取的相應(yīng)電流(it)、電壓(Vl)、和溫度(); 在步驟204測(cè)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(gè)裝置的溫度差設(shè)定點(diǎn)(ATcallb)的存儲(chǔ)值可以 用許多不同方式預(yù)定。例如，溫度差設(shè)定點(diǎn)(ATcallb)可以通過(guò)研究試 驗(yàn)以及在各種操作條件下熱殼體92和底面74的估算和實(shí)際溫度的比 較預(yù)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(shè)定點(diǎn)(ATcallb)的值可以設(shè)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(yù)定。例如，在此對(duì) PEM42和BCM44 二者都使用10。C的單個(gè)溫度差設(shè)定點(diǎn)(ATcallb )。 雖然本披露的原理結(jié)合與車(chē)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(yīng)當(dāng)理解的是，本披露的廣泛教導(dǎo)可 以釆用散熱器來(lái)冷卻的任何電子裝置的各種形式實(shí)施。因此，盡管本 披露包括特定的示例，由于當(dāng)研究附圖、說(shuō)明書(shū)和以下權(quán)利要求書(shū)時(shí)， 其他修改對(duì)于技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，所以本披露的真實(shí)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(cè)量與電子部件熱接觸的散熱器的實(shí)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(cè)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(shí)際溫度比較，以確定所述散熱器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)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(gè)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(shí)際溫度之間的差與預(yù)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(dāng)?shù)剡\(yùn)行的狀態(tài)信號(hào)。
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(fēng)扇，用于 移送一定數(shù)量的所述冷卻空氣質(zhì)量通過(guò)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(fēng)扇的速度的功率信號(hào)，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(shí)際溫度；和根據(jù)所述估算溫度和所述實(shí)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(shí)際溫度的預(yù)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(hào)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述估算溫度不 在所述實(shí)際溫度的所述預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，所述狀態(tài)信號(hào)表示需要維護(hù)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(gè)時(shí)間間隔中的一個(gè)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(gè)時(shí)間間隔中的所述 一 個(gè)期間確定冷卻空氣的平均溫度； 在N個(gè)時(shí)間間隔中的所述一個(gè)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(gè)時(shí)間間隔中的 所述一個(gè)時(shí)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(yù)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(gè)時(shí)間間隔續(xù)時(shí)間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，每個(gè)所述N個(gè)時(shí)間 間隔的持續(xù)時(shí)間是預(yù)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(gè)時(shí)間間隔 中的兩個(gè)相隔一個(gè)時(shí)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(shí)間延遲的持 續(xù)時(shí)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(gè) 時(shí)間間隔中的第(i-l )個(gè)時(shí)的所述估算溫度確定所述N個(gè)時(shí)間間隔中的 第i個(gè)時(shí)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(gè)時(shí)間間隔中 的至少一個(gè)時(shí)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(shí)際溫度之間 的差與預(yù)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(hào)。
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(gè)時(shí)間間隔時(shí)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(gè)時(shí)間間隔中的第i個(gè)時(shí)的所述估算溫度基于在所述N個(gè) 時(shí)間間隔中的笫(i-l)個(gè)時(shí)的所述估算溫度，其中Ki^N; 測(cè)量在所述N個(gè)時(shí)間間隔時(shí)所述散熱器的實(shí)際溫度； 計(jì)算在所述N個(gè)時(shí)間間隔時(shí)所述估算溫度和所述實(shí)際溫度之間的 差；和的狀態(tài)信號(hào)。'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(yù)定值。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，每個(gè)所述N個(gè)時(shí)間 間隔的持續(xù)時(shí)間是預(yù)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(gè)所述N個(gè)時(shí) 間間隔之間沒(méi)有時(shí)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(hù)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(cè)量與電子部件熱接觸的散熱器的實(shí)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(cè)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(shí)際溫度比較，以確定所述散熱器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)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(shí)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(shí)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(hào)G01M99/00GK101522011SQ20081018842
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)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(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作公司