一种基于板式液冷的负载箱系统及其控制方法与流程

本发明涉及负载箱领域，特别涉及一种基于板式液冷的负载箱系统及其控制方法。

背景技术：

1、目前，在电源测试领域，负载箱用于模拟各种功率的工作情况以测试电源性能，随着测试功率的提升，负载箱产生的热量急剧增加，散热问题成为制约其性能的关键因素。

2、现有的负载箱冷却方式主要包括风冷、板式水冷和浸没式液冷。风冷方式受限于散热面积，通常仅适用于低功率负载；板式水冷虽然散热效率优于风冷，但受限于水的物理特性及板式冷却设备的体积，在高功率工况下难以满足散热需求；浸没式液冷通过将负载箱浸泡在氟化液中进行散热，虽然能够应对高功率工况，但其通常为开放式或半开放式结构，占地面积大，且氟化液易挥发泄漏，存在环境污染风险。

3、此外，现有负载箱的冷却系统通常针对单一功率段设计，难以在宽功率范围内实现高效、环保且紧凑的散热，且在切换冷却冷却液时，管路中残留的混合流体若直接排放会造成浪费和污染，若处理不当则会影响散热效果。因此，急需一种能够适应宽功率范围、结构紧凑且能实现冷却冷却液高效切换与回收的负载箱系统及控制方法。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述问题而提供一种基于板式液冷的负载箱系统及其控制方法，解决现有负载箱适用功率范围单一、占地面积大、易污染环境、系统运作不稳定的问题。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于板式液冷的负载箱系统，包括：

4、负载箱，与待测电源连接，用于模拟设备工作时产生的热量；

5、储液系统，与所述负载箱连接，用于储存冷却液；

6、冷却系统，分别与所述负载箱和储液系统连接，用于维持所述负载箱的温度在稳定范围内；

7、缓冲系统，分别与所述负载箱和储液系统连接，用于缓存冷却液并为储液系统补充冷却液；

8、排气系统，分别与所述冷却系统和储液系统连接，用于减少冷却系统中的气体含量并为储液系统补充冷却液。

9、优选的，所述储液系统包括：

10、第一储液箱，用于储存液态水；

11、第二储液箱，用于储存氟化液；

12、第一控制阀，设于所述冷却系统和第一储液箱之间；

13、第二控制阀，设于所述冷却系统和第二储液箱之间。

14、优选的，其特征在于，所述冷却系统包括：

15、水泵，与所述负载箱的冷却液输出端连接；

16、第一散热器，与所述水泵的输出端连接；

17、电导率传感器，与所述负载箱的冷却液输入端连接；

18、含气分析仪，与所述负载箱的冷却液输入端连接；

19、第三控制阀，设于所述负载箱和水泵之间；

20、第一三通阀，设于所述水泵和第一散热器之间。

21、优选的，其特征在于，所述缓冲系统包括：

22、第二散热器，与所述负载箱的冷却液输出端连接；

23、第三储液箱，与所述第二散热器的输出端连接；

24、第四控制阀，设于所述第二储液箱和第三储液箱之间；

25、第五控制阀，与所述第三储液箱连接；

26、第六控制阀，设于所述负载箱与第二散热器之间。

27、优选的，其特征在于，所述排气系统包括：

28、第四储液箱，与所述第一散热器的输出端连接；

29、气泵，与所述第四储液箱的顶部连接；

30、第七控制阀，设于所述第一散热器和第四储液箱之间；

31、第八控制阀，设于所述水泵和第四储液箱之间。

32、一种基于板式液冷的负载箱控制方法，应用于上述的负载箱系统，包括如下控制步骤：

33、获取负载箱功率运行参数，根据所述功率运行参数将负载箱的工作模式进行划分；

34、其中，负载箱的工作模式包括高功率负载模式、中功率负载模式和低功率负载模式；

35、根据负载箱的工作模式为负载箱匹配对应的冷却策略；

36、所述冷却策略包括第一冷却策略、第二冷却策略和第三冷却策略；

37、其中，所述第一冷却策略基于液态水对负载箱进行冷却降温，所述第二冷却策略基于液态水和氟化液的不同混合比例对负载箱进行冷却降温，所述第三冷却策略基于氟化液对负载箱进行冷却降温；

38、当负载箱为低功率负载模式时，选择第一冷却策略对负载箱进行冷却降温；

39、当负载箱为中功率负载模式时，选择第二冷却策略对负载箱进行冷却降温；

40、当负载箱为高功率负载模式时，选择第三冷却策略对负载箱进行冷却降温；

41、其中，低功率负载模式的功率范围为0-100kw，中功率负载模式的功率范围为100kw-300kw，高功率负载模式的功率范围为300kw-400kw。

42、优选的，所述第一冷却策略包括如下控制步骤：

43、开启第一控制阀和第三控制阀，保持第二控制阀、第六控制阀和第七控制阀闭合；

44、保持第一三通阀的b端和c端连通，a端闭合；

45、其中，第一控制阀的开度范围为0-100%。

46、所述第三冷却策略包括如下控制步骤：

47、开启第二控制阀和第三控制阀，保持第一控制阀、第六控制阀和第七控制阀闭合；

48、保持第一三通阀的b端和c端连通，a端闭合；

49、其中，第二控制阀的开度范围为50%-100%。

50、优选的，所述第二冷却策略包括如下控制步骤：

51、将中功率负载模式的功率范围等分为第一大区间和第二大区间，所述第一大区间的范围大于所述第二大区间的范围；

52、将所述第一大区间内的功率进行等额划分，得到n个第一小区间；

53、将所述第二大区间内的功率进行等额划分，得到m个第二小区间；

54、所述第一小区间的功率差值大于所述第二小区间的功率差值；（功率差值为大功率减去小功率的差值）；

55、将所述第一控制阀的开度范围分别划分为与第一小区间相匹配的n个等额开度区间以及与第二小区间相匹配的m个等额开度区间；

56、将所述第二控制阀的开度范围分别划分为与第一小区间相匹配的n个等额开度区间以及与第二小区间相匹配的m个等额开度区间；

57、所述第一控制阀的开度与所述负载箱的功率呈反比，所述第二控制阀的开度与所述负载箱的功率呈正比；

58、其中，第一控制阀的开度范围为0-100%，第二控制阀的开度范围为0-50%。

59、优选的，当负载箱的功率减小时，包括如下控制步骤，包括如下控制步骤：

60、设置切换预停时间t；

61、闭合第三控制阀，打开第六控制阀；

62、于切换预停时间t内持续向冷却系统的管路中通入对应比例的液态水和氟化液；

63、切换预停时间t结束后闭合第六控制阀，开启第三控制阀。

64、优选的，还包括如下控制步骤：

65、设置第一上限阈值、第一下限阈值、第二上限阈值和第二下限阈值；

66、当电导率传感器检测的数值大于第一上限阈值时，闭合第三控制阀，开启第六控制阀；

67、当电导率传感器检测的数值小于第一下限阈值时，闭合第六控制阀，开启第三控制阀；

68、当含气分析仪检测的数值大于第二上限阈值时，开启第七控制阀和气泵；

69、当含气分析仪检测的数值小于第二下限阈值时，闭合第七控制阀。

70、本发明的贡献在于：

71、1、宽功率范围自适应散热：通过设置密度不同的冷却冷却液（液态水和氟化液），并根据功率运行参数所处的不同功率区间（低功率区间、中功率区间或高功率区间）动态匹配目标冷却液或混合比例，使得负载箱既能利用液态水在低功率下的经济性与高效性，又能利用氟化液在高功率下的优异散热性能，实现了宽功率范围内的最佳散热效果。

72、2、冷却液切换的高效回收与环保：设置了缓冲系统，在冷却回路切换时，将残留的混合流体排入缓冲系统，利用不同冷却液的密度差异进行静置分层，将昂贵的氟化液（如氟化液）回收至存储容器循环利用，液态水（如水）外排，既避免了昂贵冷却液的浪费，又防止了混合流体直接排放造成的环境污染。

73、3、系统运行稳定性提升：针对高功率工况下氟化液易汽化产生气体的问题，设置了排气系统，通过监测气压并利用气泵抽气，维持了冷却管路内的气体含量稳定，有效避免了水泵气蚀和空转现象，保障了系统长期运行的可靠性。