CN112857842A - 一种冷却系统的故障预警方法及装置 - Google Patents

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CN112857842A CN201911095322.8A CN201911095322A CN112857842A CN 112857842 A CN112857842 A CN 112857842A CN 201911095322 A CN201911095322 A CN 201911095322A CN 112857842 A CN112857842 A CN 112857842A
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杨秀超
曾文杰
万伟伟
邹今换
吴书舟
周文勇
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Abstract

本发明涉及车用变流器冷却系统的维护技术，尤其涉及一种冷却系统的故障预警方法及装置、一种冷却系统，以及一种计算机存储介质。所述故障预警方法包括：获得热交换器的实测进水口温度和实测出水口温度、以及实测进风口温度和实测出风口温度；基于热交换器的实测进水口温度和实测进风口温度、以及冷却液流量标称值和冷空气流量标称值，从热交换器的热交换预测模型确定热交换器的目标出水口温度和目标出风口温度；以及响应于实测出水口温度与目标出水口温度的温差达到第一阈值而实测出风口温度与目标出风口温度的温差未达到第二阈值，输出换热器故障预警。本发明能够快速、精准地定位出冷却系统的具体故障部件，以便于及时地对功率器件进行散热。

Description

一种冷却系统的故障预警方法及装置
技术领域
本发明涉及车用变流器的冷却系统的维护技术，尤其涉及一种冷却系统的故障预警方法、一种冷却系统的故障预警装置、一种冷却系统，以及一种计算机存储介质。
背景技术
随着技术的发展和实践环境的要求，机车或动车用变流器轻量化和小型化是其发展的主要趋势。目前，机车或动车用变流器内通常需要布置大量的功率器件。高功率密度器件的结构及功能十分复杂且损耗较大，因此会在有限的变流器柜体体积内会积聚大量热量。
在机车或动车用变流器的实际运行过程中，由于其运行时间长、运行环境恶劣等工作特点，常常会造成变流器柜体内冷却系统的滤网堵塞、热交换器及模块水冷板换热性能下降、泵工作异常等故障，从而影响列车运行的能量效率，严重时甚至会影响列车的运行安全。
在现有的冷却系统的故障维护中，通常需要先监测模块水冷板温度或风机运行状态来判断冷却系统是否存在问题，在判断发生异常的情况下再结合相关的经验去估计冷却系统某个部件可能存在故障。这种基于维护人员个人经验进行故障维护的方法，不但对维护人员的专业素养要求极高，还存在极大的不确定性，容易对功率器件造成损坏，甚至影响列车的运行安全。
因此，为了保证变流器中各功率器件的正常运行，本领域亟需一种高效、高可靠性的冷却系统维护技术，用于快速、精准地定位出冷却系统的具体故障部件，以便于及时地对功率器件进行散热。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
为了保证变流器中各功率器件的正常运行，本发明提供了一种冷却系统的故障预警方法、一种冷却系统的故障预警装置、一种冷却系统，以及一种计算机存储介质，用于快速、精准地定位出冷却系统的具体故障部件，以便于及时地对功率器件进行散热。
在本发明提供的上述冷却系统的故障预警方法中，所述冷却系统包括冷却液回路和风冷回路。所述冷却液回路上设有水冷板和热交换器。所述风冷回路上设有所述热交换器以及风机和滤网。所述故障预警方法包括步骤：获得所述热交换器的实测进水口温度和实测出水口温度、以及实测进风口温度和实测出风口温度；基于所述热交换器的所述实测进水口温度和所述实测进风口温度、以及冷却液流量标称值和冷空气流量标称值，从所述热交换器的热交换预测模型确定所述热交换器的目标出水口温度和目标出风口温度；以及响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到第一阈值而所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差未达到第二阈值，输出换热器故障预警。
可选地，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警方法中，还可以包括步骤：获取在所述热交换器和所述滤网正常工况下采集的进水口温度和出水口温度的样本数据以及进风口温度和出风口温度的样本数据；以及基于所述进水口温度和出水口温度的样本数据、所述进风口温度和出风口温度的样本数据以及所述冷却液流量标称值和冷空气流量标称值，利用BP神经网络进行建模以获得所述热交换器的所述热交换预测模型。
可选地，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警方法中，还可以包括步骤：响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到所述第一阈值且所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差也达到所述第二阈值，输出滤网故障预警。
可选地，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警方法中，所述第二阈值包括第二阈值下限和高于所述第二阈值下限的第二阈值上限，响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到第一阈值而所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差未达到所述第二阈值下限，输出换热器故障预警，响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到所述第一阈值且所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差也达到所述第二阈值上限，输出滤网故障预警。
可选地，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警方法中，还可以包括步骤：在解除滤网故障预警后，获得所述热交换器的更新的实测进水口温度和实测出水口温度以及更新的实测进风口温度；基于所述热交换器的更新的实测进水口温度和实测进风口温度、以及冷却液流量标称值和冷空气流量标称值，从所述热交换器的热交换预测模型确定所述热交换器的更新的目标出水口温度；以及响应于所述更新的实测出水口温度与所述更新的目标出水口温度的温差达到第一阈值而所述实测出风口温度，输出换热器故障预警。
可选地，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警方法中，所述第一阈值和所述第二阈值可以根据故障模拟实验获得。
可选地，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警方法中，所述冷却液回路还可以包括泵。所述故障预警方法还可以包括步骤：获得所述泵的泵进口压力和泵出口压力；以及响应于所述泵进口压力与所述泵出口压力的压差小于第三阈值，则输出泵故障预警。
可选地，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警方法中，所述故障预警方法还可以包括步骤：获得所述水冷板的进液口温度和出液口温度；基于所述水冷板的进液口温度和出液口温度以及发热器件的总功耗确定所述水冷板的换热热阻；以及响应于所述换热热阻与所述水冷板的标准换热热阻的差值大于第四阈值，则输出水冷板故障预警。
根据本发明的另一方面，本文还提供了一种冷却系统的故障预警装置。
在本发明提供的上述冷却系统的故障预警装置中，所述冷却系统包括冷却液回路和风冷回路。所述冷却液回路上设有水冷板和热交换器。所述风冷回路上设有所述热交换器以及风机和滤网。所述故障预警装置包括：存储器，以及处理器。所述处理器配置为：获得所述热交换器的实测进水口温度和实测出水口温度、以及实测进风口温度和实测出风口温度；基于所述热交换器的所述实测进水口温度和所述实测进风口温度、以及冷却液流量标称值和冷空气流量标称值，从所述热交换器的热交换预测模型确定所述热交换器的目标出水口温度和目标出风口温度；以及响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到第一阈值而所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差未达到第二阈值，输出换热器故障预警。
可选地，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警装置中，所述处理器还可以配置为：获取在所述热交换器和所述滤网正常工况下采集的进水口温度和出水口温度的样本数据以及进风口温度和出风口温度的样本数据；以及基于所述进水口温度和出水口温度的样本数据、所述进风口温度和出风口温度的样本数据以及所述冷却液流量标称值和冷空气流量标称值，利用BP神经网络进行建模以获得所述热交换器的所述热交换预测模型。
可选地，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警装置中，所述处理器还可以配置为：响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到所述第一阈值且所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差也达到所述第二阈值，输出滤网故障预警。
可选地，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警装置中，所述处理器进一步配置为响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到第一阈值而所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差未达到所述第二阈值下限，输出换热器故障预警；以及响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到所述第一阈值且所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差也达到所述第二阈值上限，输出滤网故障预警。
可选地，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警装置中，所述处理器还可以配置为：在解除滤网故障预警后，获得所述热交换器的更新的实测进水口温度和实测出水口温度以及更新的实测进风口温度；基于所述热交换器的更新的实测进水口温度和实测进风口温度、以及冷却液流量标称值和冷空气流量标称值，从所述热交换器的热交换预测模型确定所述热交换器的更新的目标出水口温度；以及响应于所述更新的实测出水口温度与所述更新的目标出水口温度的温差达到第一阈值而所述实测出风口温度，输出换热器故障预警。
可选地，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警装置中，所述第一阈值和所述第二阈值可以根据故障模拟实验获得。
可选地，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警装置中，所述冷却液回路还可以包括泵。所述处理器还可以配置为：获得所述泵的泵进口压力和泵出口压力；以及响应于所述泵进口压力与所述泵出口压力的压差小于第三阈值，则输出泵故障预警。
可选地，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警装置中，所述处理器还可以配置为：获得所述水冷板的进液口温度和出液口温度；基于所述水冷板的进液口温度和出液口温度以及发热器件的总功耗确定所述水冷板的换热热阻；以及响应于所述换热热阻与所述水冷板的标准换热热阻的差值大于第四阈值，则输出水冷板故障预警。
根据本发明的另一方面，本文还提供了一种冷却系统。
本发明提供的上述冷却系统包括：冷却液回路，所述冷却回路上设有水冷板和热交换器，所述水冷板用于将发热器件的热量带走并将热量传给所述热交换器；风冷回路，所述风冷回路上设有所述热交换器以及风机和滤网，所述热交换器将来自所述水冷板的热量借助由所述风机经由所述滤网送入的冷空气排出；以及上述任意一种故障预警装置。
根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机存储介质。
本发明提供的上述计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令。所述计算机可读指令在由处理器执行时，可以实施上述任意一种故障预警方法。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了根据本发明的一个实施例提供的冷却系统的架构示意图。
图2示出了根据本发明的一方面提供的冷却系统的故障预警方法的流程示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例提供的BP神经网络模型的架构示意图。
图4示出了根据本发明的另一方面提供的冷却系统的故障预警装置的架构示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例提供的采用故障预警装置进行故障预警的示意图。
附图标记
11 冷却液回路；
111 水冷板；
112 泵；
12 风冷回路；
121 风机；
122 滤网；
13 热交换器；
201-203 冷却系统的故障预警方法的步骤；
41 存储器；
42 处理器；
51、52 热交换器温度传感器；
53、54 热交换器空气侧温度传感器；
55、56 泵压力传感器；
57、58 水冷板温度传感器；
59 数据采集单元；
510 数据分析单元。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
如上所述，现有的冷却系统的故障维护技术需要基于维护人员个人经验来进行，存在维护时间长、维护成本高、破坏功率器件的可能性大等缺陷。
为了克服现有技术存在的上述缺陷以保证变流器中各功率器件的正常运行，本发明提供了一种冷却系统的故障预警方法、一种冷却系统的故障预警装置、一种冷却系统，以及一种计算机存储介质，用于快速、精准地定位出冷却系统的具体故障部件，以便于及时地对功率器件进行散热。
在本发明的一个实施例中，上述故障预警方法可以基于一个变流器的冷却系统来实施。该变流器可以是用于机车或动车的车用变流器。
请参考图1，图1示出了根据本发明的一个实施例提供的冷却系统的架构示意图。
如图1所示，在本实施例提供的上述冷却系统中，可以包括一条冷却液回路11和一条风冷回路12。冷却液回路11和风冷回路12可以在热交换器13处进行热交换。具体来说，冷却液回路11上可以设有水冷板111和热交换器13。风冷回路12上可以设有热交换器13、风机121和滤网122。
在上述冷却系统的工作过程中，冷却液回路11中的冷却液可以流经水冷板111，用于将变流器中的IGBT等功率器件所产生的热量携带至热交换器13。外界的冷空气可以在风机121的作用下流过滤网122，并对热交换器13进行散热，从而将热交换器13内的冷却液冷却至原来的温度。在一些实施例中，流过热交换器后的空气可以继续对变流器柜体内的其他功率器件进行冷却，再被排向外界环境。
请参考图2，图2示出了根据本发明的一方面提供的冷却系统的故障预警方法的流程示意图。
如图2所示，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警方法中，可以包括步骤：
201：获得热交换器13的实测进水口温度t1w和实测出水口温度t2wt、以及实测进风口温度t1a和实测出风口温度t2at。
在一些实施例中，上述热交换器13的实测进水口温度t1w可以由一个设于热交换器13的冷却液进口端的热交换器温度传感器采集获得。上述热交换器13的实测出水口温度t2wt可以由一个设于热交换器13的冷却液出口端的热交换器温度传感器采集获得。上述热交换器13的实测进风口温度t1a可以由一个设于热交换器13的空气进口端的热交换器空气侧温度传感器采集获得。上述热交换器13的实测出风口温度t2at可以由一个设于热交换器13的空气出口端的热交换器空气侧温度传感器采集获得。
如图2所示，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警方法中，还可以包括步骤：
202：基于热交换器13的实测进水口温度t1w和实测进风口温度t1a、以及冷却液流量标称值qw和冷空气流量标称值qa，从热交换器13的热交换预测模型确定热交换器13的目标出水口温度t2w和目标出风口温度t2a。
在一些实施例中，上述热交换器13的热交换预测模型可以为热交换器13的BP神经网络模型。该BP神经网络模型可以基于热交换器13的进水口温度和出水口温度的样本数据、进风口温度和出风口温度的样本数据，以及冷却液流量标称值和冷空气流量标称值，利用BP神经网络进行建模获得。该进水口温度和出水口温度的样本数据，可以通过采集在热交换器13和滤网122正常工况下的进水口温度和出水口温度来获取。该进风口温度和出风口温度的样本数据，可以通过采集在热交换器13和滤网122正常工况下的进风口温度和出风口温度来获取。
进一步地，在一些优选的实施例中，该进水口温度和出水口温度的样本数据，以及该进风口温度和出风口温度的样本数据，都可以包含大量相互对应的采集数据。例如：进水口温度和出水口温度的样本数据中可以包含不同进风口温度、不同出风口温度、不同冷却液流量、不同冷空气流量情况下的多组对应的进水口温度和出水口温度的采集数据。相应地，进风口温度和出风口温度的样本数据中可以包含不同进水口温度、不同出水口温度、不同冷却液流量、不同冷空气流量情况下的多组对应的进风口温度和出风口温度的采集数据。
请参考图3，图3示出了根据本发明的一个实施例提供的BP神经网络模型的架构示意图。
如图3所示，在本实施例提供的上述BP神经网络模型中，可以包括输入层、隐含层和输出层。输入层可以用于输入热交换器13的实测进水口温度t1w和实测进风口温度t1a、以及冷却液流量标称值qw和冷空气流量标称值qa。
隐含层作为中间层，节点数可以根据输入层和输出层的节点数确定，例如可以取输入层和输出层的节点数之和。隐含节点的输出可采用
Figure BDA0002268153780000091
wji、θj分别为隐节点和输入节点之间的连接权值和阀值，j为隐含结点的索引，i为输入节点的索引。
输出层为对应的出水口温度t2w和出风口温度t2a。输出节点的计算输出可采用
Figure BDA0002268153780000092
wkj、θk分别为输出节点和隐节点之间的连接权值和阀值，k为输出节点的索引。网络实际输出值Qk与期望输出值tk之间的误差
Figure BDA0002268153780000093
在进行神经元误差反向传递时，权值修正函数可采用
Figure BDA0002268153780000094
阀值修正函数可采用
Figure BDA0002268153780000095
其中η为学习速率，一般取0.01～0.8之间，f为传递函数，这里可以取对数Sigmoid函数为激励函数，
Figure BDA0002268153780000096
参数β可根据模型的特性进行确定
如图2所示，在本发明提供的上述冷却系统的故障预警方法中，还可以包括步骤：
203：响应于实测出水口温度t2wt与目标出水口温度t2w的温差达到第一阈值ΔTw而实测出风口温度t2at与目标出风口温度t2a的温差未达到第二阈值ΔTa，输出换热器故障预警。
如上所述，故障预警装置可以根据热交换器13的BP神经网络模型，确定相应于实测进水口温度t1w、实测进风口温度t1a、冷却液流量标称值qw和冷空气流量标称值qa的目标出水口温度t2w和目标出风口温度t2a。
如果，实测出水口温度t2wt与目标出水口温度t2w的温差达到第一阈值ΔTw，即t2wt>t2w+ΔTw，则表明冷却系统出现了冷却能力下降的问题。该冷却能力下降的问题可能由滤网122堵塞的故障，或者热交换器13性能下降的故障所导致。此时，故障预警装置可以进一步判断实测出风口温度t2at与目标出风口温度t2a的温差与第二阈值ΔTa的大小。
在一些实施例中，如果实测出风口温度t2at与目标出风口温度t2a的温差未达到第二阈值ΔTa，即t2at≦t2a+ΔTa，则说明为热交换器13发生了性能下降的故障。此时，故障预警装置可以及时输出换热器故障预警，以提醒维护人员需要对热交换器13进行处理。
在一些实施例中，如果实测出风口温度t2at与目标出风口温度t2a的温差也达到第二阈值ΔTa，即t2at≧t2a+ΔTa，则说明滤网122存在堵塞故障。此时，故障预警装置可以及时输出换热器故障预警，以提醒维护人员需要清理滤网122。
如上所述，通过采用热交换器13的BP神经网络模型计算目标出口风温度t2a和目标出口水温t2w，然后将之与实际测量得到的出口风温t2at和出口水温t2a进行比较，可以快速、精准地定位出冷却系统的具体故障部件，以便于维护人员及时检修，从而确保冷却系统能够及时地对功率器件进行散热。由于可以实时、自动地预警冷却系统故障，该故障预警方法可以不必基于维护人员个人经验来进行。因此，该故障预警方法可以降低对维护人员的专业素养要求，并以较低的成本为变流器的冷却系统提供实时维护。
优选地，在一些实施例中，故障预警装置可以在维护人员清理滤网122以解除滤网故障预警之后，再次获得实测进水口温度t1w和实测出水口温度t2wt，并基于热交换器13的更新的实测进水口温度t1w和实测进风口温度t1a、以及冷却液流量标称值qw和冷空气流量标称值qa，从热交换器13的热交换预测模型确定热交换器13的更新的目标出水口温度t2w，用以判断实测出水口温度t2wt与目标出水口温度t2w的温差和第一阈值ΔTw的大小。如果实测出水口温度t2wt与目标出水口温度t2w的温差仍达到第一阈值ΔTw，即t2wt>t2w+ΔTw，则说明热交换器13也发生了性能下降的故障。此时，故障预警装置可以及时输出换热器故障预警，以提醒维护人员需要对热交换器13进行处理。
优选地，在一些实施例中，第二阈值ΔTa可以进一步包括一个阈值上限ΔTau和一个阈值下限ΔTal。在上述实测出水口温度t2wt与目标出水口温度t2w的温差达到第一阈值ΔTw，即t2wt>t2w+ΔTw的情况下，故障预警装置可以仅在实测出风口温度t2at与目标出风口温度t2a的温差未达到第二阈值下限ΔTal，即t2at≦t2a+ΔTal时，判断热交换器13发生了性能下降的故障。相应地，故障预警装置可以仅在实测出风口温度t2at与目标出风口温度t2a的温差也达到第二阈值上限ΔTau，即t2at≧t2a+ΔTau时，判断滤网122存在堵塞故障。通过设置上述阈值上限ΔTau和阈值下限ΔTal，可以有效地减少故障预警装置的误判情况，从而进一步提升故障预警装置的精确度和可靠性，以降低变流器冷却系统的维护成本。
在一些实施例中，上述第一阈值ΔTw、第二阈值ΔTa、第二阈值上限ΔTau、第二阈值下限ΔTal可以根据大量的故障模拟试验进行确定。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，冷却回路11还可以包括一个泵112。冷却液可以在泵112的驱动下，在冷却液回路11中循环流动。
在该实施例中，故障预警方法还可以包括步骤：获得泵112的泵进口压力P1和泵出口压力P2；以及响应于泵进口压力P1与泵出口压力P2的压差小于第三阈值0.8ΔP，则输出泵故障预警。上述第三阈值0.8ΔP可以根据大量故障模拟试验确定的正常运行情况下的压力差ΔP来获得。
具体来说，在冷却系统的实际运行过程中，故障预警装置可以实时记录泵112的泵进口压力P1和泵出口压力P2，并将该泵进口压力P1和泵出口压力P2传输到故障预警装置的数据采集单元(未绘示)。在泵112正常运行的情况下泵进口压力P1与泵出口压力P2的压差将接近于ΔP，即P1-P2≈ΔP。如果数据采集单元检测到泵进口压力P1与泵出口压力P2的压差小于第三阈值0.8ΔP，即P1-P2<0.8ΔP，则说明泵112的性能下降。此时，故障预警装置可以输出泵故障预警，以提醒维护人员需要对泵112进行故障处理。
在本发明的一个实施例中，故障预警方法还可以包括步骤：获得水冷板111的进液口温度t1b和出液口温度t2b；基于水冷板111的进液口温度t1b和出液口温度t2b，以及IGBT等发热器件的总功耗Φ确定水冷板111的换热热阻Rb；以及响应于换热热阻Rb与水冷板111的标准换热热阻Rb0的差值大于第四阈值ΔRb，则输出水冷板故障预警。上述标准换热热阻Rb0可以根据大量故障模拟试验确定的正常运行情况下的换热热阻来获得。上述第四阈值ΔRb可以根据水冷板111的容错能力来确定。
具体来说，在冷却系统的实际运行过程中，故障预警装置可以实时记录水冷板111的进液口温度t1b和出液口温度t2b，并将该进液口温度t1b和出液口温度t2b传输到故障预警装置的数据采集单元(未绘示)。数据采集单元可以根据公式
Figure BDA0002268153780000121
实时计算水冷板111的换热热阻Rb。如果数据采集单元检测到换热热阻Rb与水冷板111的标准换热热阻Rb0的差值大于第四阈值ΔRb，即Rb–Rb0>ΔRb，则说明水冷板的换热性能下降。此时，故障预警装置可以输出水冷板故障预警，以提醒维护人员需要对水冷板111进行故障处理。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
根据本发明的另一方面，本文还提供了一种冷却系统的故障预警装置。在一些实施例中，该故障预警装置可以基于图1所示的变流器的冷却系统来实施。该变流器可以是用于机车或动车的车用变流器。
如图1所示，在本实施例提供的上述冷却系统中，可以包括一条冷却液回路11和一条风冷回路12。冷却液回路11和风冷回路12可以在热交换器13处进行热交换。具体来说，冷却液回路11上可以设有水冷板111和热交换器13。风冷回路12上可以设有热交换器13、风机121和滤网122。
请结合参考图4和图5，图4示出了根据本发明的另一方面提供的冷却系统的故障预警装置的架构示意图。图5示出了根据本发明的一个实施例提供的采用故障预警装置进行故障预警的示意图。
如图4所示，本发明提供的上述冷却系统的故障预警装置可以包括存储器41和处理器42。处理器42可以耦接于存储器41，并配置用于实施上述任意一个实施例所提供的故障预警方法，从而快速、精准地定位出冷却系统的具体故障部件，以便于及时地对功率器件进行散热。
如图5所示，在一些实施例中，故障预警装置可以使用一个设于热交换器13的冷却液进口端的热交换器温度传感器51，采集上述热交换器13的实测进水口温度t1w。故障预警装置可以使用一个设于热交换器13的冷却液出口端的热交换器温度传感器52，采集上述热交换器13的实测出水口温度t2wt。故障预警装置可以使用一个设于热交换器13的空气进口端的热交换器空气侧温度传感器53，采集上述热交换器13的实测进风口温度t1a。故障预警装置可以使用一个设于热交换器13的空气出口端的热交换器空气侧温度传感器54采集上述热交换器13的实测出风口温度t2at。
可选地，在一些实施例中，故障预警装置可以使用设于泵112的冷却液进口端的泵压力传感器55来采集泵112的泵进口压力P1。故障预警装置可以使用设于泵112的冷却液出口端的泵压力传感器56来采集泵112的泵出口压力P2。
可选地，在一些实施例中，故障预警装置可以使用设于水冷板111的冷却液进口端的水冷板温度传感器57来采集水冷板111的进液口温度t1b。故障预警装置可以使用设于水冷板111的冷却液出口端的水冷板温度传感器58来采集水冷板111的出液口温度t2b。
在一些实施例中，故障预警装置可以包括一个数据采集单元59和一个数据分析单元510。数据采集单元59可以通信连接各传感器51-58，用于采集各传感器51-58的传感器信号。数据分析单元510可以设于上述处理器42，并通信连接数据采集单元59，用于根据数据采集单元59采集的数据来对冷却系统进行故障预警。
尽管上述的实施例所述的处理器42可以通过软件与硬件的组合来实现的。但是可以理解，处理器42也可以单独在软件或硬件中加以实施。
对于硬件实施而言，处理器42可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行上述功能的其它电子装置或上述装置的选择组合来加以实施。
对软件实施而言，处理器42可通过在通用芯片上运行的诸如程序模块(procedures)和函数模块(functions)等独立的软件模块来加以实施，其中每一个模块可以执行一个或多个本文中描述的功能和操作。
根据本发明的另一方面，本文还提供了一种冷却系统。
如图5所示，本发明提供的上述冷却系统可以包括冷却液回路11、风冷回路12，以及上述任意一个实施例所提供的故障预警装置。冷却回路11上可以设有水冷板111和热交换器13。水冷板111用于将IGBT等发热器件的热量带走，并将热量传给热交换器13。风冷回路12上可以设有热交换器13、风机121和滤网122。热交换器13可以用于将来自水冷板111的热量借助由风机121经由滤网122送入的冷空气排出。故障预警装置可以用于快速、精准地定位出冷却系统的具体故障部件，以便于及时地对功率器件进行散热。
根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机存储介质。
本发明提供的上述计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令。该计算机可读指令在由处理器42执行时，可以实施上述任意一个实施例所提供的冷却系统的故障预警方法，从而快速、精准地定位出冷却系统的具体故障部件，以便于及时地对功率器件进行散热。
本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (18)

1.一种冷却系统的故障预警方法，所述冷却系统包括冷却液回路和风冷回路，所述冷却液回路上设有水冷板和热交换器，所述风冷回路上设有所述热交换器以及风机和滤网，所述故障预警方法包括：
获得所述热交换器的实测进水口温度和实测出水口温度、以及实测进风口温度和实测出风口温度；
基于所述热交换器的所述实测进水口温度和所述实测进风口温度、以及冷却液流量标称值和冷空气流量标称值，从所述热交换器的热交换预测模型确定所述热交换器的目标出水口温度和目标出风口温度；以及
响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到第一阈值而所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差未达到第二阈值，输出换热器故障预警。
2.如权利要求1所述的故障预警方法，其特征在于，还包括：
获取在所述热交换器和所述滤网正常工况下采集的进水口温度和出水口温度的样本数据以及进风口温度和出风口温度的样本数据；以及
基于所述进水口温度和出水口温度的样本数据、所述进风口温度和出风口温度的样本数据以及所述冷却液流量标称值和冷空气流量标称值，利用BP神经网络进行建模以获得所述热交换器的所述热交换预测模型。
3.如权利要求1所述的故障预警方法，其特征在于，还包括：
响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到所述第一阈值且所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差也达到所述第二阈值，输出滤网故障预警。
4.如权利要求3所述的故障预警方法，其特征在于，所述第二阈值包括第二阈值下限和高于所述第二阈值下限的第二阈值上限，
所述输出换热器故障预警的步骤包括：响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到第一阈值而所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差未达到所述第二阈值下限，输出换热器故障预警，
所述输出滤网故障预警的步骤包括：响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到所述第一阈值且所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差也达到所述第二阈值上限，输出滤网故障预警。
5.如权利要求3所述的故障预警方法，其特征在于，还包括：
在解除滤网故障预警后，获得所述热交换器的更新的实测进水口温度和实测出水口温度以及更新的实测进风口温度；
基于所述热交换器的更新的实测进水口温度和实测进风口温度、以及冷却液流量标称值和冷空气流量标称值，从所述热交换器的热交换预测模型确定所述热交换器的更新的目标出水口温度；以及
响应于所述更新的实测出水口温度与所述更新的目标出水口温度的温差达到第一阈值而所述实测出风口温度，输出换热器故障预警。
6.如权利要求1所述的故障预警方法，其特征在于，所述第一阈值和所述第二阈值根据故障模拟实验获得。
7.如权利要求1所述的故障预警方法，其特征在于，所述冷却液回路还包括泵，所述故障预警方法还包括：
获得所述泵的泵进口压力和泵出口压力；以及
响应于所述泵进口压力与所述泵出口压力的压差小于第三阈值，则输出泵故障预警。
8.如权利要求1所述的故障预警方法，其特征在于，所述故障预警方法还包括：
获得所述水冷板的进液口温度和出液口温度；
基于所述水冷板的进液口温度和出液口温度以及发热器件的总功耗确定所述水冷板的换热热阻；以及
响应于所述换热热阻与所述水冷板的标准换热热阻的差值大于第四阈值，则输出水冷板故障预警。
9.一种冷却系统的故障预警装置，所述冷却系统包括冷却液回路和风冷回路，所述冷却液回路上设有水冷板和热交换器，所述风冷回路上设有所述热交换器以及风机和滤网，所述故障预警装置包括：
存储器；以及
处理器，所述处理器配置为：
获得所述热交换器的实测进水口温度和实测出水口温度、以及实测进风口温度和实测出风口温度；
基于所述热交换器的所述实测进水口温度和所述实测进风口温度、以及冷却液流量标称值和冷空气流量标称值，从所述热交换器的热交换预测模型确定所述热交换器的目标出水口温度和目标出风口温度；以及
响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到第一阈值而所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差未达到第二阈值，输出换热器故障预警。
10.如权利要求9所述的故障预警装置，其特征在于，所述处理器还配置为：
获取在所述热交换器和所述滤网正常工况下采集的进水口温度和出水口温度的样本数据以及进风口温度和出风口温度的样本数据；以及
基于所述进水口温度和出水口温度的样本数据、所述进风口温度和出风口温度的样本数据以及所述冷却液流量标称值和冷空气流量标称值，利用BP神经网络进行建模以获得所述热交换器的所述热交换预测模型。
11.如权利要求9所述的故障预警装置，其特征在于，所述处理器还配置为：
响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到所述第一阈值且所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差也达到所述第二阈值，输出滤网故障预警。
12.如权利要求11所述的故障预警装置，其特征在于，所述第二阈值包括第二阈值下限和高于所述第二阈值下限的第二阈值上限，所述处理器进一步配置为：
响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到第一阈值而所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差未达到所述第二阈值下限，输出换热器故障预警；以及
响应于所述实测出水口温度与所述目标出水口温度的温差达到所述第一阈值且所述实测出风口温度与所述目标出风口温度的温差也达到所述第二阈值上限，输出滤网故障预警。
13.如权利要求11所述的故障预警装置，其特征在于，所述处理器还配置为：
在解除滤网故障预警后，获得所述热交换器的更新的实测进水口温度和实测出水口温度以及更新的实测进风口温度；
基于所述热交换器的更新的实测进水口温度和实测进风口温度、以及冷却液流量标称值和冷空气流量标称值，从所述热交换器的热交换预测模型确定所述热交换器的更新的目标出水口温度；以及
响应于所述更新的实测出水口温度与所述更新的目标出水口温度的温差达到第一阈值而所述实测出风口温度，输出换热器故障预警。
14.如权利要求9所述的故障预警装置，其特征在于，所述第一阈值和所述第二阈值根据故障模拟实验获得。
15.如权利要求9所述的故障预警装置，其特征在于，所述冷却液回路还包括泵，所述处理器还配置为：
获得所述泵的泵进口压力和泵出口压力；以及
响应于所述泵进口压力与所述泵出口压力的压差小于第三阈值，则输出泵故障预警。
16.如权利要求9所述的故障预警装置，其特征在于，所述处理器还配置为：
获得所述水冷板的进液口温度和出液口温度；
基于所述水冷板的进液口温度和出液口温度以及发热器件的总功耗确定所述水冷板的换热热阻；以及
响应于所述换热热阻与所述水冷板的标准换热热阻的差值大于第四阈值，则输出水冷板故障预警。
17.一种冷却系统，包括：
冷却液回路，所述冷却回路上设有水冷板和热交换器，所述水冷板用于将发热器件的热量带走并将热量传给所述热交换器；
风冷回路，所述风冷回路上设有所述热交换器以及风机和滤网，所述热交换器将来自所述水冷板的热量借助由所述风机经由所述滤网送入的冷空气排出；以及
如权利要求9-16中任一项所述的故障预警装置。
18.一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令在由处理器执行时实施如权利要求1-8中任一项所述的方法。
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