一种逆变器水冷系统及其最优控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种逆变器水冷系统及其最优控制方法，将逆变器水冷系统工作时风扇和水泵的转速进行离散化，建立风扇、水泵转速分别与档位之间的关系，对风扇和水泵所有档位上的控制转速组合进行网格搜索，获得风扇和水泵档位组合下目标函数的最优解；将风扇和水泵档位组合最优解对应的转速范围作为进一步优化求解的搜索区间，将风扇和水泵转速搜索步长缩短为0.2倍，对风扇和水泵转速组合进一步进行网格搜索，获得当前风扇和水泵转速搜索步长上的目标函数的最优解；当满足终止条件时，输出最优解。本发明专利技术能将逆变器温度维持在合理范围的同时降低水冷系统能耗。同时降低水冷系统能耗。同时降低水冷系统能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种逆变器水冷系统及其最优控制方法


[0001]本专利技术属于逆变器热管理
，具体涉及一种逆变器水冷系统及其最优控制方法。

技术介绍

[0002]电机控制器是新能源汽车特有的核心功率电子单元，通过接收整车控制器的车辆行驶控制指令，控制电机输出指定的转矩和转速，驱动车辆行驶。电机控制器在工作时，会产生大量的热量，在一段时间的使用后，控制器内部过高温度会导致内部零部件老化，影响使用寿命并对车辆行驶产生一定的影响。为了保证整车输出动力的稳定性及可靠性，需要开发更好的电机控制器散热系统，以满足整车工作要求。
[0003]逆变器液冷系统包含水泵和散热器。在实际冷却系统控制中，往往仅对冷却液流量进行标定，而冷却液温度并没有考虑作为控制变量。当产热率超过一个临界值时，冷却液可能无法将逆变器温度控制在目标范围内，从而导致逆变器散热失效。此外，传统的PID和逻辑条件判断控制方法仅仅对逆变器温度进行控制，而没有考虑冷却系统执行器功率消耗，从而导致冷却系统运行的能耗过高。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种逆变器水冷系统的最优控制方法，通过风扇和水泵进行高效冷却，将逆变器温度维持在合理范围的同时降低水冷系统能耗。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种逆变器水冷系统的最优控制方法：
[0007]获取逆变器三相电流控制下的电机控制转速、转矩和冷却液入口温度，通过逆变器水冷系统温度预测模型对逆变器温度进行预测；r/>[0008]将逆变器水冷系统工作时风扇和水泵的转速进行离散化，建立风扇、水泵转速分别与档位之间的关系，对风扇和水泵所有档位上的控制转速组合进行网格搜索，获得风扇和水泵档位组合下目标函数的最优解；
[0009]将风扇和水泵档位组合最优解对应的转速范围作为进一步优化求解的搜索区间，将风扇和水泵转速搜索步长缩短为0.2倍，对风扇和水泵转速组合进一步进行网格搜索，获得当前风扇和水泵转速搜索步长上的目标函数的最优解；当满足终止条件时，输出最优解。
[0010]进一步地，所述目标函数为：
[0011][0012]其中：t0、t1分别为起始时刻和终止时刻，T
max
(t)表示逆变器实时最高温度，T0表示逆变器目标控制温度，
△
T
max
表示逆变器最高温度与目标温度之间的理论最大温差，P
fan
(t)和P
pump
(t)分别表示风扇和水泵在给定转速下的功率消耗，P0表示功率因子，α表示平衡温度跟踪和系统能耗的权重因子。
[0013]进一步地，温度预测模型中逆变器电路划分为上、下半桥，上半桥IGBT温度节点、上半桥二极管温度节点、下半桥IGBT温度节点、下半桥二极管温度节点均与基板温度节点连接，所述基板温度节点通过热传导边界与冷却板温度节点一端连接，冷却板温度节点另外一端与对流冷却边界连接。
[0014]更进一步地，所述热传导边界由与其连接的相邻节点的材料性质和几何尺寸确定。
[0015]更进一步地，所述对流边界条件＝对流换热系数*温差*冷却面积，其中对流换热系数通过对应的冷却液流量查表获得，温差具体指冷却液入口温度和冷却板温度节点的温度差值，冷却面积为水道的内表面积。
[0016]进一步地，所述终止条件包括转速搜索步长小于10rpm或当前优化控制目标函数求解结果与上一步优化控制目标函数求解结果之差在5％以内。
[0017]一种实现所述的最优控制方法的逆变器水冷系统，包括：设置在导热板内的水道，水道呈S形分布，冷却液从水道进水口进入，流经水道冷却并带走逆变模块运行时产生的热量，之后从水道出水口排出。
[0018]上述技术方案中，所述导热板上部为逆变器模块。
[0019]本专利技术的有益效果为：
[0020](1)本专利技术中采用温度预测模型预测逆变器温度，降低了温度传感器数量。
[0021](2)本专利技术实施的控制方法包含逆变器温度的实时预测、风扇和水泵能耗，将温度控制和系统能耗结合在一起进行优化控制，提升了逆变器冷却系统的效率并满足了系统温度跟踪要求。
[0022](3)本专利技术提出了一种多重网格搜索策略，通过建立风扇和水泵转速与档位之间的关系，大大缩短了网格搜索算法的搜索空间，同时通过转速搜索步长的缩短，可以快速获取风扇和水泵转速的最优解，避免了优化求解陷入局部最优的状况。
[0023](4)本专利技术在逆变器内部设有循环水道管路，对内部各个模块进行强制散热，有效降低逆变器内部的热量。
[0024](5)本专利技术建立逆变器冷却系统优化控制目标函数，利用网格搜索获取目标函数的最优解，将逆变器温度维持在合理范围。
附图说明
[0025]图1是本申请的一个实施例的逆变器水冷系统示意图；
[0026]图2是本申请的一个实施例的逆变器水冷结构在一视角下的三维示意图；
[0027]图3是本申请的一个实施例的逆变器内部水道截面示意图；
[0028]图4是本申请的一个实施例的逆变器水冷系统与控制模块示意图；
[0029]图5是本实施例图3所示控制模块示意性的内部结构图；
[0030]图6是本申请的一个实施例的逆变器温度预测模型的结构示意图；
[0031]图7是本申请的一个实施例的逆变器水冷系统的最优控制流程图。
[0032]图中：1
‑
逆变器开关和二极管，2
‑
焊接层，3
‑
上层铜板键合，4
‑
陶瓷键合，5
‑
下层铜板键合，6
‑
基板焊接层，7
‑
基板，8
‑
导热硅脂，9
‑
导热板，10
‑
水道进水口，11
‑
水道出水口，12
‑
电动水泵，13
‑
散热器，14
‑
风扇，15
‑
水道，1201
‑
电动水泵第一端口，1202
‑
电动水泵第二
端口，1301
‑
散热器第一端口，1302
‑
散热器第二端口，100
‑
控制模块，101
‑
接口A，102
‑
接口B，103
‑
冷却液温度信号，104
‑
输入接口，105
‑
存储器，106
‑
处理器，107
‑
输出接口，108
‑
总线，201
‑
上半桥IGBT温度节点，202
‑
上半桥二极管温度节点，203
‑
下半桥IGBT温度节点，204
‑
下半桥二极管温度节点，205
‑
基板温度节点，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种逆变器水冷系统的最优控制方法，其特征在于：获取逆变器三相电流控制下的电机控制转速、转矩和冷却液入口温度，通过逆变器水冷系统温度预测模型对逆变器温度进行预测；将逆变器水冷系统工作时风扇和水泵的转速进行离散化，建立风扇、水泵转速分别与档位之间的关系，对风扇和水泵所有档位上的控制转速组合进行网格搜索，获得风扇和水泵档位组合下目标函数的最优解；将风扇和水泵档位组合最优解对应的转速范围作为进一步优化求解的搜索区间，将风扇和水泵转速搜索步长缩短为0.2倍，对风扇和水泵转速组合进一步进行网格搜索，获得当前风扇和水泵转速搜索步长上的目标函数的最优解；当满足终止条件时，输出最优解。2.根据权利要求1所述的最优控制方法，其特征在于，所述目标函数为：其中：t0、t1分别为起始时刻和终止时刻，T
max
(t)表示逆变器实时最高温度，T0表示逆变器目标控制温度，
△
T
max
表示逆变器最高温度与目标温度之间的理论最大温差，P
fan
(t)和P
pump
(t)分别表示风扇和水泵在给定转速下的功率消耗，P0表示功率因子，α表示平衡温度跟踪和系统能耗的权重因子。3.根据权利要求1所述的最优...

【专利技术属性】
技术研发人员：李蒙，刘雁玲，徐伟，高游游，徐兴，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：