CN114867295A - 一种基于风机的动态热管理装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于风机的动态热管理装置及控制方法，该装置包括引气单元、排气口、风机、散热器、变相装置和温度管理单元；所述引气单元输入端连通外界大气，输出端与散热器输入端连接；所述排气口输入端与散热器输出端连接，输出端与外界大气连通；所述风机与散热器和引气单元间连通处设置的预置接口连接；所述变相装置设于所述散热器和所述待冷却组件之间；所述温度管理单元用于获取风机入口环境温度、引气入口温度、待冷却组件温度和排气出口温度。本发明通过对散热装置进行状态监测和主动闭环控制，实现载体末端设备的精细化热管理，提升散热装置的可靠性。

Description

一种基于风机的动态热管理装置及控制方法

技术领域

本发明属于技术领域，尤其涉及一种基于风机的动态热管理装置及控制方法。

背景技术

随着电子技术的发展，电子设备的功能集成度越来越高，设备结构与安装载体趋于融合、共形，但这类设备通常布置于载体边缘或者尾梁边缘等末端位置，安装空间狭小且相对封闭，受限于以上因素，环控措施无法到达；采用自带风机的传统风冷冷却散热方式，在低空高速导致气动加热或尾梁处高温低气压等极端情况，会由于环境恶化而失效；以上现实问题，对电子设备的热设计带来极大挑战，同时对电子设备乃至系统的部署性带来了极大的限制。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种基于风机的动态热管理装置及控制方法,通过对散热装置进行状态监测和主动闭环控制，实现载体末端设备的精细化热管理，提升散热装置的可靠性。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种基于风机的动态热管理装置，用于控制待冷却组件温度，所述装置包括引气单元、排气口、风机、散热器、变相装置和温度管理单元；

所述引气单元输入端连通外界大气，输出端与散热器输入端连接；

所述排气口输入端与散热器输出端连接，输出端与外界大气连通；

所述风机与散热器和引气单元间连通处设置的预置接口连接；

所述变相装置设于所述散热器和所述待冷却组件之间；

所述温度管理单元用于获取风机入口环境温度、引气入口温度、待冷却组件温度和排气出口温度。

进一步的，所述引气单元包括引气口和与引气口连通的引气阀。

进一步的，所述引气阀包括闸阀结构，打开时允许冲压空气进入，闭合时阻止冲压空气进入。

进一步的，所述风机包括高静压风机，所述高静压风机出风口设置单向活门。

进一步的，所述散热器包括风冷蒙皮散热器，风冷蒙皮散热器的散热翅片包括平直型翅片和/或锯齿形翅片。

进一步的，所述相变装置包括铝合金外壳，内部填充相变材料。

进一步的，所述相变装置与所述散热器贴合的一面与所述散热器共形，所述相变装置与所述待冷却组件贴合的一面与所述待冷却组件共形。

进一步的，所述温度管理单元包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和数采系统；

所述第一温度传感器设于所述风机入口；

所述第二温度传感器设于所述引气单元入口；

所述第三温度传感器设于所述待冷却组件上；

所述第四温度传感器设于所述排气口出口；

所述数采系统与第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器连接，所述数采系统还用于控制散热装置工作模式。

进一步的，所述排气口和所述引气口包括若干六边形孔。

另一方面，本发明还提供了一种前述任一种基于风机的动态热管理装置的控制方法，所述方法包括：

采集一定时间段内的风机入口环境温度、引气入口温度、待冷却组件温度和排气出口温度；

根据所述风机入口环境温度、引气入口温度、待冷却组件温度和排气出口温度与预先设置的最高允许进气温度、组件最高允许温度和相变温度间的逻辑判断，控制所述基于风机的动态热管理装置的工作模式，具体包括：

当所述待冷却组件温度小于所述组件最高允许温度时，引气阀打开，冲压空气进入蒙皮散热器，与组件进行热交换，风机停机不工作；

当所述待冷却组件温度大于等于所述组件最高允许温度、所述引气入口温度小于所述最高允许进气温度且所述风机入口环境温度小于所述最高允许进气温度时，风机开机；

当所述待冷却组件温度大于等于所述组件最高允许温度、所述引气入口温度大于等于所述最高允许进气温度、所述风机入口环境温度小于所述最高允许进气温度且所述排气出口温度小于所述相变温度时，引气阀关闭，风机开机，由风机对组件进行散热；

当所述排气出口温度大于等于所述相变温度时，相变装置工作，风机及进气阀关闭，停止供风。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的基于风机的动态热管理装置及控制方法，可根据不同环境条件，对散热装置进行主动动态控制，实现电子设备的精细化热管理。

(2)本发明提供的基于风机的动态热管理装置及控制方法，可根据工作环境的变化，实现工作模式的自动切换，避免在极端环境下失效导致组件温度过载，可提高散热装置的可靠性。

(3)本发明提供的基于风机的动态热管理装置及控制方法，提高了电子装备的部署性，使电子装备能够在极限环境下短时工作。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于风机的动态热管理装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的基于风机的动态热管理装置散热器所在面示意图；

图3是本发明实施例提供的基于风机的动态热管理装置进出气孔所在面示意图；

图4是本发明实施例提供的基于风机的动态热管理装置外部气流示意图；

图5是本发明实施例提供的基于风机的动态热管理装置的控制方法逻辑图。

其中，10-引气口，20-引气阀，30-风机，40-散热器，50-相变装置，60-排气口，70-第一温度传感器，80-第二温度传感器，90-第三温度传感器，100-第四温度传感器，110-数采系统，120-待冷却组件。

具体实施方式

以下通过特定的具体实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露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

电子设备通常布置于载体边缘或者尾梁边缘等末端位置，安装空间狭小且相对封闭，受限于以上因素，环控措施无法到达；采用自带风机的传统风冷冷却散热方式，在低空高速导致气动加热或尾梁处高温低气压等极端情况，会由于环境恶化而失效；以上现实问题，对电子设备的热设计带来极大挑战，同时对电子设备乃至系统的部署性带来了极大的限制。

为了解决上述技术问题了，提出了本发明一种基于风机的动态热管理装置及控制方法的下述各个实施例。

实施例1

参照图1-3，如图1所示是本实施例提供的基于风机的动态热管理装置结构示意图，如图2所示是本实施例提供的基于风机的动态热管理装置散热器所在面示意图，如图3所示是本实施例提供的基于风机的动态热管理装置进出气孔所在面示意图。

该装置具体包括引气口10、引气阀20、风机30、散热器40、相变装置50、排气口60、第一温度传感器70、第二温度传感器80、第三温度传感器90、第四温度传感器100和数采系统110等硬件组成，图中还包括待冷却组件120若干。

作为一种实施方式，引气口10，由系列六边形孔组成，设置于飞机外蒙皮迎风面，入口处为正压区，用以捕获冲压空气；引气口与蒙皮共形，不破坏蒙皮气动外形。

作为一种实施方式，引气阀20，布置于引气口10后方气流下游，包括且不限于闸阀结构，具备状态反馈功能，打开时允许冲压空气进入，闭合时阻止冲压空气进入。

作为一种实施方式，风机30，由包括且不限于2只高静压风机并联组成，用于为蒙皮散热器提供循环供风的动力，与引气阀预置的机械接口连接，其排出空气与冲压空气并联、汇流至蒙皮散热器40；进一步的，高静压风机出风口设置单向活门，防止空气回流；高静压风机具备高压头，以保证提供足够的风量；高静压风机包含转速反馈及转速控制功能。

作为一种实施方式，散热器40为风冷蒙皮散热器，散热翅片包括且不限于平直型翅片、锯齿形翅片，一端与引气阀出口连接，一端与排气口连接，形成完整的空气流道。

作为一种实施方式，相变装置50由铝合金外壳封装，内部填充包括且不限于石蜡的相变材料，布置于蒙皮散热器40及待冷却组件120中部；上端面外形与蒙皮散热器40共形、下端面外形与待冷却组件120共形。

作为一种实施方式，排气口60，由系列六边形孔组成，设置于飞机外蒙皮背风面，出口处为负压区，以便于辅助空气排出。

作为一种实施方式，第一温度传感器70、第二温度传感器80、第三温度传感器90和第四温度传感器100分别用于采集风机入口环境温度T_e、引气温度T_in、待冷却组件温度T_z、排气温度T_out；进一步的，第一温度传感器70、第二温度传感器80和第四温度传感器100是由包括且不限于铂电阻Pt1000封装而成，第三温度传感器90为热敏电阻，集成于待冷却组件120中。

作为一种实施方式，数采系统110，用于采集第一温度传感器70、第二温度传感器80、第三温度传感器90和第四温度传感器100上报的温度数据，并根据温度情况对散热装置工作模式进行动态控制和切换。

本实施例提供的基于风机的动态热管理装置可根据不同环境条件，对散热装置进行主动动态控制，实现电子设备的精细化热管理。该装置可根据工作环境的变化，实现工作模式的自动切换，避免在极端环境下失效导致组件温度过载，可提高散热装置的可靠性。该装置提高了电子装备的部署性，使电子装备能够在极限环境下短时工作。

实施例2

参照图4和图5，如图4所示是本实施例提供的基于风机的动态热管理装置外部气流示意图，如图5所示是本实施例提供的基于风机的动态热管理装置的控制方法逻辑图。

本实施例提供的基于风机的动态热管理装置的控制方法，用于控制前述实施例提供的基于风机的动态热管理装置。

本实施例提供的提供的基于风机的动态热管理装置的控制方法具体包括以下步骤：

步骤S1：预置最高允许进气温度T_{in max}、组件最高允许温度T_{z max}、相变温度T_B等控制参数。

步骤S2：采集进气温度T_in、组件温度T_Z、排气温度T_out等数据，并记录10s内数据。

步骤S3：对进气温度T_in、最高允许进气温度T_{in max}、排气温度T_out、组件温度T_Z、组件最高允许温度T_{z max}、相变温度T_B进行逻辑判断，以动态控制散热装置的工作模式。

本实施例步骤S3中提出的工作模式包括：

工作模式1：当“组件温度T_z＜组件最高允许温度T_{z max}且持续10s”时，即组件工作温度低于最高允许温度时，引气阀打开，冲压空气进入蒙皮散热器，与组件进行热交换；此时，风机停机不工作；

工作模式2：当“进气温度T_in＜最高允许进气温度T_{in max}且组件温度T_z≥组件最高允许温度T_{z max}且持续10s”时，此时冲压空气引气量不足，导致组件热过载，工作模式1失效；此时，风机开机，强化装置散热能力；

工作模式3：当“进气温度T_in≥最高允许进气温度T_{in max}且组件温度T_z≥组件最高允许温度T_{z max}且排气温度T_out＜相变温度T_B且持续10s”时，此时外部冲压空气处于高温状态但相变装置暂未介入，工作模式1、工作模式2失效；此时，引气阀关闭，风机开机，由风机对组件进行散热；

工作模式4：当“排气温度T_out≥相变温度T_B且持续10S”时，内部、外部环境均为极限高温环境，此时工作模式1、工作模式2、工作模式3失效，相变装置工作；此时风机及进气阀关闭停止供风，相变材料吸收组件的热量发生相变，保持热沉温度保障组件在极限环境下10min内正常工作；待环境改善、恢复供风时相变材料释放潜热发生相变，退出散热。

本实施例中相关参数的数值如表1所示：

实施实例相关设计参数

表1相关设计参数数值表

本实施例提供的基于风机的动态热管理装置的控制方法能够有效实现对散热装置的主动动态控制，进而实现电子设备的精细化热管理。通过该方法可根据工作环境的变化，实现工作模式的自动切换，避免在极端环境下失效导致组件温度过载，可提高散热装置的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于风机的动态热管理装置，用于控制待冷却组件温度，其特征在于，所述装置包括引气单元、排气口、风机、散热器、变相装置和温度管理单元；

所述引气单元输入端连通外界大气，输出端与散热器输入端连接；

所述排气口输入端与散热器输出端连接，输出端与外界大气连通；

所述风机与散热器和引气单元间连通处设置的预置接口连接；

所述变相装置设于所述散热器和所述待冷却组件之间；

所述温度管理单元用于获取风机入口环境温度、引气入口温度、待冷却组件温度和排气出口温度。

2.如权利要求1所述的基于风机的动态热管理装置，其特征在于，所述引气单元包括引气口和与引气口连通的引气阀。

3.如权利要求1所述的基于风机的动态热管理装置，其特征在于，所述引气阀包括闸阀结构，打开时允许冲压空气进入，闭合时阻止冲压空气进入。

4.如权利要求1所述的基于风机的动态热管理装置，其特征在于，所述风机包括高静压风机，所述高静压风机出风口设置单向活门。

5.如权利要求1所述的基于风机的动态热管理装置，其特征在于，所述散热器包括风冷蒙皮散热器，风冷蒙皮散热器的散热翅片包括平直型翅片和/或锯齿形翅片。

6.如权利要求1所述的基于风机的动态热管理装置，其特征在于，所述相变装置包括铝合金外壳，内部填充相变材料。

7.如权利要求6所述的基于风机的动态热管理装置，其特征在于，所述相变装置与所述散热器贴合的一面与所述散热器共形，所述相变装置与所述待冷却组件贴合的一面与所述待冷却组件共形。

8.如权利要求1所述的基于风机的动态热管理装置，其特征在于，所述温度管理单元包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和数采系统；

所述第一温度传感器设于所述风机入口；

所述第二温度传感器设于所述引气单元入口；

所述第三温度传感器设于所述待冷却组件上；

所述第四温度传感器设于所述排气口出口；

所述数采系统与第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器连接，所述数采系统还用于控制散热装置工作模式。

9.如权利要求2所述的基于风机的动态热管理装置，其特征在于，所述排气口和所述引气口包括若干六边形孔。

10.一种如权利要求1-9任一所述的基于风机的动态热管理装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

采集一定时间段内的风机入口环境温度、引气入口温度、待冷却组件温度和排气出口温度；

根据所述风机入口环境温度、引气入口温度、待冷却组件温度和排气出口温度与预先设置的最高允许进气温度、组件最高允许温度和相变温度间的逻辑判断，控制所述基于风机的动态热管理装置的工作模式，具体包括：

当所述待冷却组件温度小于所述组件最高允许温度时，引气阀打开，冲压空气进入蒙皮散热器，与组件进行热交换，风机停机不工作；

当所述待冷却组件温度大于等于所述组件最高允许温度、所述引气入口温度小于所述最高允许进气温度且所述风机入口环境温度小于所述最高允许进气温度时，风机开机；

当所述待冷却组件温度大于等于所述组件最高允许温度、所述引气入口温度大于等于所述最高允许进气温度、所述风机入口环境温度小于所述最高允许进气温度且所述排气出口温度小于所述相变温度时，引气阀关闭，风机开机，由风机对组件进行散热；

当所述排气出口温度大于等于所述相变温度时，相变装置工作，风机及进气阀关闭，停止供风。

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