DE102022108022A1

DE102022108022A1 - Stromversorgung und Verfahren zum Betrieb einer Stromversorgung

Info

Publication number: DE102022108022A1
Application number: DE102022108022.6A
Authority: DE
Inventors: Clemens Rehbein
Original assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2022-04-04
Filing date: 2022-04-04
Publication date: 2023-10-05
Also published as: WO2023194322A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Hochleistungskomponente, insbesondere einer Stromversorgung 100, die eine Leistung größer 500 W bereitstellen kann, das Verfahren die folgenden Schritte aufweisend: Ermitteln der durch die Hochleistungskomponente entstehenden Wärmemenge, Ermitteln der durch den Kühlmittelstrom abführbaren Wärmemenge, Ermitteln der Differenz zwischen der entstehenden und abführbaren Wärmemenge, und auf Basis der Analyse der Differenz der Wärmemengen in einem ersten Betriebspunkt, in dem der Volumenstrom des Kühlmittels in der Lage ist eine Wärmemenge abzuführen, die größer als die entstehende Wärmemenge ist, Verringern des Volumenstroms des Kühlmittels, in einem zweiten Betriebspunkt, in dem der Volumenstrom des Kühlmittels in der Lage ist eine Wärmemenge abzuführen, die kleiner als die entstehende Wärmemenge ist, Erhöhen des Volumenstroms, in einem dritten Betriebspunkt, in dem der maximale Volumenstrom des Kühlmittels nicht in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die größer oder gleich der entstehenden Wärmemenge ist, Reduzieren der entstehenden Wärmemenge, insbesondere durch Reduzierung der Ausgangsleistung der Hochleistungskomponente, insbesondere durch Ausschalten der Hochleistungskomponente, und/oder Ausgeben einer Warnung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Stromversorgung.
Stand der Technik
Eine solche Stromversorgung versorgt einen Abnehmer mit elektrischer Leistung bei bekannter, aber möglicherweise im Betrieb variabler Spannung, Frequenz oder Stromstärke. Eine solche Stromversorgung verfügt ab einer Leistung typisch oberhalb 500 W, wie sie z.B. in industriellen Prozessen zur Erzeugung von Laserstrahlung in Gaslasern oder Plasma oder zur Induktionserwärmung eingesetzt wird, neben einfachen elektrischen Bauelementen auch über elektrische Hochleistungsbauelemente, die beliebig und in Abhängigkeit der Anforderungen zu einer elektrischen Hochleistungsbaugruppe kombiniert werden können. Solche Stromversorgungen werden häufig mit Hilfe einer Flüssigkeitskühlung gekühlt. Fertigungsstätten, die sich die genannten Prozesse zunutze machen, beispielsweise eine Fertigungsstätte für Halbleiterbauelemente, sind häufig mit mehreren Anlagen ausgestattet, die wiederum über eine Mehrzahl an Stromversorgungen und anderen mit Flüssigkeit zu kühlenden Geräten oder Anlagen verfügen können. Insgesamt benötigen diese Fertigungsstätten oftmals große Mengen Wasser oder andere Flüssigkeiten zur Kühlung. Eine Reduktion im Kühlflüssigkeitsverbrauch ist deswegen ökonomisch und ökologisch erwünscht.
Die Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung einer Stromversorgung bereitzustellen, wodurch die benötigte Menge des Kühlmittels reduziert werden kann und zeitgleich Schäden durch aus der feuchten Luft ausfallendes Wasser verhindert werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und/oder 6 und/oder einer Steuervorrichtung nach Anspruch 11.
Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5, 7 bis 10 und 12 und/oder der Beschreibung.
Vorgesehen ist ein Verfahren zum Betrieb einer Hochleistungskomponente, insbesondere einer Stromversorgung, die eine Leistung größer 500 W bereitstellen kann, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

a. Ermitteln der durch die Hochleistungskomponente entstehende Wärmemenge
b. Ermitteln der durch den Kühlmittelstrom abführbaren Wärmemenge
c. Ermitteln der Differenz zwischen der entstehenden und abführbaren Wärmemenge und
d. Auf Basis der Analyse der Differenz der Wärmemengen
- i. in einem ersten Betriebspunkt, in dem der Volumenstrom des Kühlmittels in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die größer als die entstehende Wärmemenge ist, Verringern des Volumenstroms des Kühlmittels,
- ii. in einem zweiten Betriebspunkt, in dem der Volumenstrom des Kühlmittels in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die kleiner als die entstehende Wärmemenge ist, Erhöhen des Volumenstroms.
- i. in einem dritten Betriebspunkt, in dem der maximale Volumenstrom des Kühlmittels nicht in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die größer oder gleich der entstehenden Wärmemenge ist, Reduzieren der entstehenden Wärmemenge, insbesondere durch Reduzierung der Ausgangsleistung der Hochleistungskomponente, insbesondere durch Ausschalten der Hochleistungskomponente, und/oder Ausgeben einer Warnung.

Die Wärmemengen, insbesondere die abführbare Wärmemenge durch den Kühlmittelstrom und die entstehende Wärme durch den Betrieb der Stromversorgung, können für dieses Verfahren errechnet werden. Die entstehende Wärmemenge kann durch Leistungsaufnahme und Wirkungsgrad oder Leistungsaufnahme und Leistungsabgabe der Hochleistungsbaugruppe errechnet werden. Auch kann die entstehende Wärmemenge beispielsweise durch gespeicherte Daten zur Wärmemenge bei unterschiedlichen Leistungsaufnahmen ermittelt werden. Weiterhin kann die entstehende Wärmemenge durch die Temperaturdifferenz vor und hinter der Hochleistungsbaugruppe und dem Volumenstrom des Kühlmittels ermittelt werden. Die abführbare Wärmemenge kann durch den gemessenen Volumenstrom des Kühlmittels oder auf Basis der Ventilstellung und/oder anderen Größen wie z.B. dem geschätzten Volumenstrom und der Temperatur des Kühlmittels, insbesondere am Eingang, und/oder dem Vergleich mit hinterlegten Stoffdaten ermittelt werden.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren gelöst, bei dem in einem zusätzlichen Verfahrensschritt die Ventilsteuerung den Volumenstrom des Kühlmittels derart verringert, dass z.B. bei geringer Wärmeentwicklung und geringer Temperatur der Hochleistungsbaugruppe, insbesondere in räumlicher Nähe zur Hochleistungsbaugruppe, kein Wasser aus der feuchten Luft ausfällt.
Dabei kann die Ventilsteuerung ermitteln, ob Wasser aus der Luft ausfällt, z.B. indem Stoffdaten von feuchter Luft mit der gegebenen Luftfeuchte und der Temperatur des Kühlmittelstroms verglichen werden. Alternativ oder zusätzlich kann dafür ein Vergleich von einem oder mehreren der zuvor genannten Daten mit einem oder mehreren der folgenden Datensätze erfolgen: die z.B. gemessene Temperatur des Kühlkörpers, die z.B. gemessene Temperatur der Hochleistungsbaugruppe, die Berechnung der Temperatur eines Bauteils durch beispielsweise Leistungszufluss, Wirkungsgrad und Wärmeabfluss oder andere Daten, z.B. durch Berechnung auf Basis von weiteren Daten. Auch ist ein Vergleich von Istwerten mit beispielsweise auf einem Speichermedium hinterlegten Sollwerten denkbar.
Dafür kann die Vorrichtung zusätzlich über eine Einrichtung zur Messung der Luftfeuchte in Nähe der Hochleistungsbaugruppe verfügen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Ventilsteuerung determiniert, dass trotz Verringerung des Kühlmittelstroms Wasser ausfällt, die Ventilsteuerung die Stromversorgung derart ansteuert, dass diese den Betrieb einstellt.
Auch wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem direkt über die Differenz von Temperaturwerten eine Steuerung des Ventils und damit des Volumenstroms des Kühlmittels stattfindet. Dabei kann, ausgehend von einem minimalen Durchfluss, ermittelt werden, wie sich die Temperatur des Kühlmittelstroms am Ausgang abzüglich der Temperatur des Kühlmittelstroms am Eingang im Zeitverlauf entwickelt. Steigt diese Differenz und liegt die Temperatur am Ausgang auf einem Niveau über einer oberen Schwelle, wird das Ventil derart angesteuert, dass der Volumenstrom des Kühlmittels erhöht wird und so eine größere Kühlleistung erzielt wird. Sinkt diese Differenz beispielsweise und zeitgleich befindet sich die Temperatur am Ausgang auf einem Niveau, das unter einer unteren Schwelle liegt, wird das Ventil derart angesteuert, dass sich der Volumenstrom des Kühlmittels verringert.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt die Temperatur nicht ausschließlich am Strom des Kühlmittels ermittelt wird, sondern die Ventilsteuerung auf Basis von Temperaturmesswerten am Ausgang des Kühlmittelstroms und durch Messung der Temperatur der Hochleistungsbaugruppe, und in einem zweiten Verfahrensschritt die Bildung der Differenz der beiden Werte durchgeführt wird und in einem dritten Verfahrensschritt die Ventilsteuerung auf Basis dieser Differenz das Ventil ansteuert.
Die Aufgabe wird auch durch eine Steuervorrichtung gelöst, aufweisend zwei Temperaturmesseinrichtungen, ein Ventil, das geeignet ist, den Kühlmittelstrom vollständig zu beschränken, und eine Ventilsteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass diese das Ventil derart ansteuert, dass

a) in einem ersten Betriebspunkt, in dem der Volumenstrom des Kühlmittels in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die größer als die entstehende Wärmemenge ist, der Volumenstrom des Kühlmittels verringert wird,
b) in einem zweiten Betriebspunkt, in dem der Volumenstrom des Kühlmittels in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die kleiner als die entstehende Wärmemenge ist, dern Volumenstrom erhöht wird,
c) in einem dritten Betriebspunkt, in dem der maximale Volumenstrom des Kühlmittels nicht in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die größer oder gleich der entstehenden Wärmemenge ist, die Steuervorrichtung eingerichtet ist, die entstehende Wärmemenge zu reduzieren, insbesondere durch Reduzierung der Ausgangsleistung der Hochleistungskomponente, insbesondere durch Ausschalten der Hochleistungskomponente, und/oder Ausgeben einer Warnung.

Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Stromversorgung gelöst, die eine Leistung größer 500 W bereitstellen kann, aufweisend mindestens eine elektrische Hochleistungsbaugruppe, die im laufenden Betrieb Wärme entwickeln kann, einen Kühlkörper, der in der Lage ist ein Kühlmittel zu führen, eine Steuervorrichtung, umfassend mindestens zwei Temperaturmesseinrichtungen, ein Ventil, das geeignet ist den Kühlmittelstrom vollständig zu beschränken, und eine Ventilsteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass diese das Ventil derart ansteuert, dass in einem ersten Betriebspunkt, in dem der Volumenstrom des Kühlmittels in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die größer als die entstehende Wärmemenge ist, der Volumenstrom des Kühlmittels durch den Kühlkörper verringert wird, und in einem zweiten Betriebspunkt, in dem der Volumenstrom des Kühlmittels in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die kleiner als die entstehende Wärmemenge ist, das Ventil derart ansteuert, dass der Volumenstrom des Kühlmittels durch den Kühlkörper erhöht wird, und in einem Betriebspunkt, in dem der maximale Volumenstrom des Kühlmittels nicht in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die größer oder gleich der entstehenden Wärmemenge ist, eine Steuervorrichtung eingerichtet ist, die Stromversorgung derart anzusteuern, dass die entstehende Wärmemenge reduziert wird, insbesondere durch Reduzierung der Ausgangsleistung der Stromversorgung, insbesondere durch Ausschalten der Stromversorgung, und/oder Ausgabe einer Warnung.
Zusätzlich wird die Aufgabe durch eine erfindungsgemäße Stromversorgung gelöst, wobei die Stromversorgung in einem Gehäuse verortet ist, insbesondere in einem Schaltschrank. Dadurch kann die Regulierung der Temperatur, insbesondere bei großer Umgebungstemperatur und hoher Luftfeuchte verbessert werden.
Ausführungsbeispiele
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Einzelne Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch getrennt von anderen Merkmalen der jeweiligen Ausführungsbeispiele die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren oder Vorrichtungen weiterbilden.
Es zeigen:

1 zeigt eine erfindungsgemäße Stromversorgung mit Temperaturmessung an Ein- und Ausgang;
2 zeigt eine weitere Konfiguration der Temperaturaufnehmer
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Stromversorgung;
4 zeigt eine Anordnung, bei der die Temperatur an einer Hochleistungsbaugruppe aufgenommen wird
5 zeigt eine erfindungsgemäße Stromversorgung mit Temperaturmessung und Luftfeuchtemessung
6 zeigt eine Stromversorgung in einem Schaltschrank verortet

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt eine Stromversorgung 100 mit Temperaturmessung am Ein- und Ausgang des Kühlmittelstroms. Die Stromversorgung 100 besteht aus mindestens drei Hauptbestandteilen: Einer Hochleistungsbaugruppe 110, einem Kühlkörper 121 und einer Steuervorrichtung 120. Der Kühlkörper 121 weist einen Kühlmitteleingang 126 und einen Kühlmittelausgang 127 auf. Die Hochleistungsbaugruppe 110 erzeugt beim Betrieb Wärme. Um eine Temperaturerhöhung in einem Maße, bei dem die Hochleistungsbaugruppe 110 Schaden nehmen kann, zu vermeiden, wird überschüssige Wärme durch den Kühlkörper 121 abgeführt. Dafür kann der Kühlkörper 121, wie in dieser Ausführungsform gezeigt, unmittelbar mit der Hochleistungsbaugruppe 110 verbunden sein. Der Kühlkörper 121, ist in der Lage, ein Kühlmittel zu führen, wofür dieser eine Kavität aufweisen kann. Wenn diese Kavität vom Kühlmittel durchströmt wird, legt die Strömungsrichtung eine Öffnung dieser Kavität als Eingang und eine andere Öffnung als Ausgang fest. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels ist in 1 durch einfache Pfeile mit entsprechender Beschriftung für Ein- und Ausgang gekennzeichnet. Durch jeweils eine Temperaturmesseinrichtung 124 am Ein- und am Ausgang des Kühlkörpers 121 kann die Temperatur an diesen Stellen im Kühlmittelstrom erhoben werden. Die Stellen zur Messung der Temperatur des Kühlmittels können aber auch an anderen Stellen entlang des Kühlmittelstroms liegen, insbesondere in Flussrichtung vor und hinter der Stelle, an der die Hochleistungsbaugruppe 110 Wärme in den Kühlkörper 121 abgibt. Die aufgenommenen Temperaturen werden in der Ventilsteuerung 122 verarbeitet. Auf Basis dieser Verarbeitung kann das Ventil 123 durch die Ventilsteuerung 122 angesteuert werden. Das Ventil 123 dient zur Regulierung des Volumenstroms des Kühlmittels. Dabei kann das Ventil 123 den Fluss des Kühlmittels vollständig beschränken. Auch kann die Ventilsteuerung 122 in der Lage sein, ein Signal an Stromversorgungssteuerung 101 zu senden. Durch die Stromversorgungssteuerung 101 kann die Stromversorgung gesteuert werden, insbesondere Betriebszustand und ausgegebene Leistung.
Im Allgemeinen werden solche Stromversorgungen in einer Art betrieben, bei der große Wärmemengen entstehen, die eine Flüssigkeitskühlung notwendig machen. Dabei handelt es sich jedoch nicht um einen Betrieb mit nur einem einzelnen Betriebspunkt. So sind innerhalb einer Anwendung mehrere Betriebspunkte denkbar, die sich hinsichtlich der benötigten Leistung und Kühlungsleistung unterscheiden. Dabei ist in einem Betriebspunkt bei maximaler Leistung eine maximale Kühlung notwendig, um die Bauteile und die gesamte Stromversorgung vor Schäden zu bewahren. In einem anderen Betriebspunkt dagegen kann eine geringe Leistung durch die Stromversorgung fließen. Dabei entsteht eine signifikant geringere Wärmemenge. Folglich ist auch eine geringere Kühlleistung notwendig, weil eben eine geringere Menge Wärme abgeführt werden muss.
Zusätzlich besteht die Gefahr, dass bei Kühlung einer Hochleistungsbaugruppe, die nur sehr geringe Wärmemengen abgibt, weil diese im gegebenen Betriebspunkt mit geringer Leistung beaufschlagt wird, die Temperatur eines Bauelements oder der gesamten Baugruppe durch Ableitung von Wärme unter die Temperatur der Umgebungsluft sinkt. Dabei ist es möglich, dass das in Form von Wasserdampf sich in der Umgebungsluft befindliche Wasser ausfällt und sich auf den elektrischen Bauelementen der Hochleistungsbaugruppe in Form flüssigen Wassers niederschlägt. Dadurch können Schäden an dieser entweder durch unerwünschte Stromflüsse durch das Wasser oder durch Korrosion entstehen. Durch beide Schadensbilder besteht die Gefahr, dass die gesamte Stromversorgung irreparabel beschädigt wird. Dabei ist die Steuerungsvorrichtung in der Lage die Kühlung an den einzelnen Betriebspunkten unabhängig voneinander zu steuern
2 zeigt eine Stromversorgung 100 mit Temperaturmessung an Ein- und Ausgang des Kühlmittelstroms. In dieser Ausführungsform befinden sich die Temperaturmesseinrichtungen 124 nicht in unmittelbarer Nähe zum zu kühlenden Bauteil. Nach diesem Prinzip können unterschiedliche Positionierungen für die Aufnahme der Temperatur des Kühlmittels im Kühlmittelstrom durch die Temperaturmesseinrichtungen 124 gewählt werden.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Stromversorgung 100 mit einer Leistung von mindestens 500 W. Die Stromversorgungeinheit 100 weist einen Kühlkörper 121 auf, der zur Kühlung einer elektrischen Hochleistungsbaugruppe 110 in die Stromversorgung 100 integriert wurde. Dazu kann der Kühlkörper 121 von einem Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder einem dielektrischen Fluid, durchflossen werden. In einem ersten Verfahrensschritt 301 wird die Temperatur am Eingang des Kühlkörpers 121 und am Ausgang desselben gemessen. Dies geschieht durch jeweils eine Temperaturmesseinrichtung 124. Diese Temperaturen werden in einem zweiten Verfahrensschritt 302 in einer Differenz miteinander verrechnet. Im dritten Verfahrensschritt 303 analysiert eine Ventilsteuerung 122 die Temperaturdifferenz. In einer Auswertung 304 auf Basis des Ergebnisses der Analyse wird ein Ventil 123 angesteuert. Wird durch die Ventilsteuerung 122 festgestellt, dass der Volumenstrom bei der gegebenen Temperaturdifferenz eine Wärmemenge abführen kann, die größer als die momentan erzeugte Wärmemenge der Hochleistungsbaugruppe 110 ist, wird das Ventil 123 in einem Verfahrensschritt 305 angesteuert, um den Volumenstrom des Kühlmittels zu reduzieren. Wird durch die Ventilsteuerung 122 festgestellt, dass der Volumenstrom bei der gegebenen Temperaturdifferenz eine Wärmemenge abführen kann, die kleiner als die momentan erzeugte Wärmemenge der Hochleistungsbaugruppe 110 ist, wird das Ventil 123 in einem Verfahrensschritt 306 angesteuert, um den Volumenstrom des Kühlmittels zu erhöhen. Wird durch die Ventilsteuerung 122 im Verfahrensschritt 304 festgestellt, dass der Volumenstrom bei der gegebenen Temperaturdifferenz eine Wärmemenge abführen kann, die kleiner als die momentan erzeugte Wärmemenge der Hochleistungsbaugruppe 110 ist, und dass der Volumenstrom des Kühlmittels nicht weiter erhöht werden kann, wird die Stromversorgungssteuerung 101 angesteuert, um die entstehende Wärmemenge zu reduzieren, beispielsweise in einem Verfahrensschritt 308 durch Reduzieren der Leistung der Hochleistungsbaugruppe 110 oder in einem Verfahrensschritt 309 durch Abschalten der Stromversorgungseinheit 110. Zuvor erfolgt dazu in einem Verfahrensschritt 307 die Ermittlung, ob die Reduzierung der entstehenden Wärmemenge durch Reduzieren der Leistung der Hochleistungsbaugruppe 110 oder durch Abschalten der Stromversorgungseinheit 110 erfolgen soll.
4 zeigt eine Stromversorgungeinheit 100, bei der die Temperatur durch eine Temperaturmesseinrichtung 124 am Ausgang des Kühlmittelstroms und an der Hochleistungsbaugruppe 110 gemessen wird. Diese Temperaturmesswerte können in der Ventilsteuerung 122 analysiert werden, um auf Basis des Ergebnisses das Ventil 123 oder die Stromversorgungssteuerung 101 anzusteuern.
Vorteil dieser Ausführungsform ist das exakte Reagieren durch das häufige Vorhandensein einer Temperaturmesseinrichtung 124 zur Aufnahme von Temperaturmesswerten von Hochleistungsbaugruppen 110 in Stromversorgungen 100.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Stromversorgung 100. Diese Ausführungsform weist neben zwei Temperaturmesseinrichtungen 124 eine Luftfeuchtemesseinrichtung 125 auf. Die Temperaturmesseinrichtungen 124 ermitteln die Temperatur des Kühlmittels an Ein- und Ausgang des Kühlmittelstroms des Kühlkörpers 121. Die Luftfeuchtemesseinrichtung 125 kann die Luftfeuchte in direkter Nähe der Hochleistungsbaugruppe 110 ermitteln. Ebenfalls ist eine Ausführungsform denkbar, in der allein oder zusätzlich zur Nähe zur Hochleistungsbaugruppe 110 in direkter räumlicher Nähe zum Kühlkörper 121 die Luftfeuchte ermittelt wird. Auf der Basis der Luftfeuchte und der Temperaturen kann die Ventilsteuerung 122 ermitteln, ob in Nähe der Hochleistungsbaugruppe 110, insbesondere an der Oberfläche der Hochleistungsbaugruppe 110 oder der in Richtung der Hochleistungsbaugruppe 110 gewandten Oberfläche des Kühlkörpers 121, Wasser ausfällt.
Dazu kann auch durch die Ventilsteuerung eine Temperatur der Hochleistungsbaugruppe 110 ermittelt werden, sei es durch Temperaturaufnahme durch eine entsprechende Einrichtung, durch Kombination von Leistungsabflüssen und Leistungszuflüssen oder durch ein anderes Verfahren.
6 zeigt eine Stromversorgung 100, die in einem Schaltschrank 130 verortet ist. Dabei können alle Elemente der Stromversorgung 100, wie auch die Steuervorrichtung 120, vom Schaltschrank 130 umschlossen sein. Die Umhausung kann besonders für die Kühlleistung und die Luftfeuchte relevant sein. Befindet sich feuchte Luft, insbesondere mit großer relativer Luftfeuchte und im Verhältnis zur Kühlmitteltemperatur am Eingang großer Temperatur, im Schaltschrank 130, kann es schnell zum Ausfall von Wasser aus der feuchten Luft kommen. Dieses kann sich in Form von Tau, bei größerer Menge in Form von Wassertropfen, auf dem Kühlkörper und in dessen Umgebung niederschlagen. Durch die direkte thermische Kontaktierung der Hochleistungsbaugruppe 110 mit dem Kühlkörper 121 kann die Hochleistungsbaugruppe 110 im Zustand geringer Leistung, insbesondere im ausgeschalteten Zustand, die Temperatur des Kühlkörpers 121 annehmen oder sich dieser stark annähern. Dadurch kann sich Tau auch auf der Hochleistungsbaugruppe 110 niederschlagen. Die Erfindung kann dem geeignet entgegenwirken.
Bezugszeichenliste

100: Stromversorgung
101: Stromversorgungssteuerung
110: Hochleistungsbaugruppe
120: Steuervorrichtung
121: Kühlkörper
122: Ventilsteuerung
123: Ventil
124: Temperaturmesseinrichtung
125: Luftfeuchtemesseinrichtung
130: Schaltschrank
126: Kühlmitteleingang
127: Kühlmittelausgang

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Hochleistungskomponente, insbesondere einer Stromversorgung (100), die eine Leistung größer 500 W bereitstellen kann, das Verfahren die folgenden Schritte aufweisend: a. Ermitteln der durch die Hochleistungskomponente entstehende Wärmemenge, b. Ermitteln der durch den Kühlmittelstrom abführbaren Wärmemenge, c. Ermitteln der Differenz zwischen der entstehenden und abführbaren Wärmemenge, und d. Auf Basis der Analyse der Differenz der Wärmemengen i. in einem ersten Betriebspunkt, in dem der Volumenstrom des Kühlmittels in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die größer als die entstehende Wärmemenge ist, Verringern des Volumenstroms des Kühlmittels, ii. in einem zweiten Betriebspunkt, in dem der Volumenstrom des Kühlmittels in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die kleiner als die entstehende Wärmemenge ist, Erhöhen des Volumenstroms. iii. in einem dritten Betriebspunkt, in dem der maximale Volumenstrom des Kühlmittels nicht in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die größer oder gleich der entstehenden Wärmemenge ist, Reduzieren der entstehenden Wärmemenge, insbesondere durch Reduzierung der Ausgangsleistung der Hochleistungskomponente, insbesondere durch Ausschalten der Hochleistungskomponente, und/oder Ausgeben einer Warnung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abführbare Wärmemenge aus der Differenz von zwei durch Messung der Temperatur des Kühlmittelstroms gewonnenen Temperaturen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abführbare Wärmemenge aus der Differenz von mindestens einer durch Messung der Temperatur des Kühlmittelstroms gewonnenen Temperatur und dem Kühlmittelvolumenstrom ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abführbare Wärmemenge aus der Differenz von mindestens einer durch Messung der Temperatur des Kühlmittelstroms gewonnenen Temperatur und der Stellung eines Einlassventils ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Wärmemengen aus der Differenz der Temperatur der Hochleistungskomponente und der Temperatur des Kühlmittelstroms in Flussrichtung des Kühlmittelstroms hinter der Hochleistungskomponente ermittelt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Hochleistungskomponente, insbesondere einer Stromversorgung (100), die eine Leistung größer 500 W bereitstellen kann, das Verfahren die folgenden Schritte aufweisend: a. Ermitteln der Temperatur des Kühlmittelstroms in Flussrichtung des Kühlmittelstroms vor der Hochleistungskomponente b. Ermitteln der Temperatur des Kühlmittelstroms in Flussrichtung des Kühlmittelstroms hinter der Hochleistungskomponente c. Ermitteln der Differenz zwischen den beiden gemessenen Temperaturen d. Auf Basis der Differenz der Temperaturen i. in einem ersten Betriebspunkt, in dem der Volumenstrom des Kühlmittels in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die größer als die entstehende Wärmemenge ist, Verringern des Volumenstroms des Kühlmittels, ii. in einem zweiten Betriebspunkt, in dem der Volumenstrom des Kühlmittels in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die kleiner als die entstehende Wärmemenge ist, Erhöhen des Volumenstroms. iii. in einem dritten Betriebspunkt, in dem der maximale Volumenstrom des Kühlmittels nicht in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die größer oder gleich der entstehenden Wärmemenge ist, Reduzieren der entstehenden Wärmemenge, insbesondere durch Reduzierung der Ausgangsleistung der Hochleistungskomponente, insbesondere durch Ausschalten der Hochleistungskomponente, und/oder Ausgeben einer Warnung.
Verfahren nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich oder an Stelle der Messung der Temperatur des Kühlmittelstroms die Temperatur der Hochleistungskomponente ermittelt und auf dieser Basis die Differenz von Temperaturen ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeuchte in Nähe der Hochleistungskomponente ermittelt wird und, sollte in einem zusätzlichen Verfahrensschritt ermittelt werden, dass durch geringe Temperatur der Hochleistungskomponente und/oder des Kühlmittelstroms Wasser aus der feuchten Luft in Nähe zur Hochleistungskomponente ausfällt oder auszufallen droht, der Volumenstrom des Kühlmittels derart verringert wird, dass kein Wasser aus der Luft ausfällt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn determiniert wird, dass trotz Verringerung des Kühlmittelstroms Wasser ausfällt, die Hochleistungskomponente den Betrieb einstellt
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung, ob Wasser aus der feuchten Luft ausfällt, vor Versorgung der Hochleistungskomponente mit Spannung, insbesondere bei Start der Stromversorgung (100), durchgeführt wird, und, wenn die Prüfung positiv ausfällt, die Hochleistungskomponente nicht mit Spannung versorgt wird.
Steuervorrichtung (120) für einen Kühlmittelstrom für eine zu kühlende Hochleistungskomponente, insbesondere für eine Stromversorgung (100), die eine Leistung größer 500 W bereitstellen kann, aufweisend zwei Temperaturmesseinrichtungen (124), ein Ventil (123), das geeignet ist, den Kühlmittelstrom vollständig zu beschränken, und eine Ventilsteuerung (122), dadurch gekennzeichnet, dass diese das Ventil (123) derart ansteuert, dass a. in einem ersten Betriebspunkt, in dem der Volumenstrom des Kühlmittels in der Lage ist eine Wärmemenge abzuführen, die größer als die entstehende Wärmemenge ist, der Volumenstrom des Kühlmittels verringert wird, b. in einem zweiten Betriebspunkt, in dem der Volumenstrom des Kühlmittels in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die kleiner als die entstehende Wärmemenge ist, der Volumenstrom erhöht wird. in einem dritten Betriebspunkt, in dem der maximale Volumenstrom des Kühlmittels nicht in der Lage ist, eine Wärmemenge abzuführen, die größer oder gleich der entstehenden Wärmemenge ist, die Steuervorrichtung (120) eingerichtet ist, die entstehende Wärmemenge zu reduzieren, insbesondere durch Reduzierung der Ausgangsleistung der Hochleistungskomponente, insbesondere durch Ausschalten der Hochleistungskomponente, und/oder Ausgeben einer Warnung.
Steuerungsvorrichtung (120) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Temperaturmesseinrichtung (124) in Kühlmittelstromrichtung vor dem Ventil (123) und die andere Temperaturmesseinrichtung (124) in Kühlmittelstromrichtung hinter dem Ventil (123) angeordnet ist.