变流装置冷却系统、维护方法、维护装置及变流装置与流程

1.本公开涉及变流装置冷却技术领域，特别地涉及一种变流装置冷却系统、维护方法、维护装置及变流装置。


背景技术：

2.随着功率器件技术的发展，列车等车辆的变流装置集成度越来越高，功率密度越来越大，随着带来的是变流装置发热量的增加，而热失效是变流装置的主要失效形式之一，如何变流装置功率模块器件运行在允许的温度以下，并能够依据车辆运行温度数据给出维修维护措施，减少人工、降低运营成本、提高车辆运行效率和实现车辆状态维护、智能运维是车辆变流装置的急需解决的问题。
3.一些技术方案中，变流装置冷却系统位于车辆底部或者侧边，因此难以在一侧对变流装置冷却系统进行清洗/维护；一些技术方案中，变流装置冷却系统使用了风机/滤网，而导致难以对包括风机/滤网的变流装置冷却系统进行自动清洗等自动化维护。
4.本领域亟需一种方案提供位于车顶的变流装置冷却系统，并基于变流装置冷却系统的信息对变流装置冷却系统进行维护。


技术实现要素：

5.本公开提供一种变流装置冷却系统、维护方法、维护装置及车辆，解决了一些技术方案中难以对变流装置冷却系统进行自动维护的技术问题。
6.第一方面，本公开提供了一种变流装置冷却系统，变流装置布置于车辆顶部，系统包括：
7.散热设备，安装于变流装置的功率器件处，用于对变流装置的功率器件进行散热；
8.温度采集装置，安装于变流装置的功率器件处，用于采集变流装置的功率器件的温度；
9.控制装置，与温度采集装置连接，用于根据温度采集装置所采集的温度，控制变流装置和/或车辆的工作状态。
10.在一些实施例中，散热设备包括：
11.散热基板，安装于变流装置的功率器件处，用于吸收功率器件产生的热量；
12.散热部件，安装于散热基板的未安装功率器件的一侧，用于对散热基板吸收的热量进行散热。
13.在一些实施例中，在散热基板的安装功率器件的一面，设置有至少一个功率器件安装面，以在功率器件安装面上安装功率器件。
14.在一些实施例中，在至少一个功率器件安装面上设置有安装槽，以在安装槽中安装温度采集装置。
15.在一些实施例中，至少一个功率器件安装面在散热基板上呈阵列分布。
16.在一些实施例中，当功率器件安装面至少为两个时，在散热基板上沿车辆走行方
向中心线设置有散热部件；
17.至少两个功率器件安装面在散热基板上沿车辆走行方向中心线对称分布。
18.在一些实施例中，散热部件包括热管或齿柱。
19.在一些实施例中，在散热基板设置有安装槽，以通过安装于安装槽的密封部件对功率器件与散热部件进行隔离。
20.第二方面，本公开提供了一种第一方面的变流装置冷却系统的维护方法，包括：
21.接收温度采集装置采集的功率器件的温度；
22.根据温度，控制变流装置和/或车辆的工作状态。
23.在一些实施例中，根据温度，控制变流装置和/或车辆的工作状态，包括；
24.当第二阈值≥功率器件的温度≥第一阈值时，执行第一预设操作；第一预设操作至少包括以下之一：
25.降低变流装置的输出功率；
26.降低车辆的输出力矩；
27.降低车辆的启动加速度；
28.其中，第二阈值大于第一阈值。
29.在一些实施例中，根据温度，控制变流装置和/或车辆的工作状态，包括：
30.当功率器件的温度≥第二阈值时，执行第二预设操作；第二预设操作至少包括以下之一：
31.切除变流装置；
32.变流装置停止工作。
33.在一些实施例中，根据温度，控制变流装置和/或车辆的工作状态，包括：
34.当功率器件的温度大于第一阈值时，对变流装置冷却系统进行清洗。
35.第三方面，本公开提供了一种第一方面的变流装置冷却系统的维护装置，维护装置包括清洁喷头，其中，清洁喷头的高度与变流装置冷却系统的高度相同。
36.在一些实施例中，清洁喷头设置于变流装置冷却系统的一侧，或者清洁喷头设置于变流装置冷却系统的两侧。
37.第四方面，本公开提供了一种变流装置，布置于车辆顶部，包括：
38.第一方面的变流装置冷却系统。
39.第五方面，本公开提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现第一方面的方法。
40.第六方面，本公开提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器上存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现第二方面的方法。
41.本公开提供的一种变流装置冷却系统、维护方法、维护装置及车辆，通过将变流装置布置于车辆顶部，并设置散热设备、温度采集装置以及控制装置，从而提供了一种提供位于车顶的变流装置冷却系统，并能够基于变流装置冷却系统的信息对变流装置冷却系统进行维护。
附图说明
42.在下文中将基于实施例并参考附图来对本公开进行更详细的描述：
43.图1为本公开实施例的一种变流装置冷却系统的位置侧视示意图；
44.图2为本公开实施例的一种变流装置冷却系统的位置俯视示意图；
45.图3为本公开实施例的一种变流装置冷却系统的结构示意图；
46.图4为本公开实施例的一种散热设备的示意图；
47.图5示出了本公开实施例的一种散热设备的另一示意图；
48.图6示出了本公开实施例的一种散热设备的又一示意图；
49.图7示出了本公开实施例的一种散热设备的再一示意图；
50.图8示出了本公开实施例的一种变流装置冷却系统的维护方法示意图；
51.图9示出了本公开实施例的一种变流装置冷却系统的维护装置示意图。
52.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
53.为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，并对本公开如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。本公开实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本公开的保护范围之内。基于本公开中的实施例，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，都应当属于本公开保护的范围。
54.需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
55.需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
56.随着功率器件技术的发展，列车变流装置集成度越来越高，功率密度越来越大，随着带来的是变流装置中结温升高、发热量增加而导致的热失效，而热失效是变流装置的主要失效形式之一，如何将变流装置功率模块器件运行在允许的温度以下，并依据列车运行温度数据给出维修维护措施，减少人工成本、降低运营成本、提高列车运行效率和实现列车状态维护、智能运维是列车变流装置领域中亟需解决的问题。其中，结温是指功率器件内部芯片在进行开关动作时产生损耗带来的温度上升的温度值。并且，随着铁路和列车技术的发展，列车用户和各主机厂对车辆的要求越来越高，变流装置作为车辆电传动系统的核心部件，绿色、节能、高效、小型化、轻量化、少维护、免维护和高可靠性的要求越来越高。其中，功率模块是指在大功率变流设备上进行dc-ac、ac-dc等变换的功率模块，主要由功率半导体器件、驱动装置、散热器、低感母排和电容等部件组成。
57.变流装置的冷却系统和维护是设计的关键组成部分，变流装置的冷却目前主要采取了风冷、水冷风冷和走行风冷等冷却方式，风冷具有简单可靠，成本低等优点，水冷风冷有冷却能力大、体积小等优点。然而，风冷和水冷风冷的方案中，需要设置风机。由于风机包括风扇和滤网，因此很难对风机进行自动化维护。走行风冷利用车体行走对变流装置进行冷却具有不需要风机、维护少和节能等优点。
58.在一些技术方案中，公开了一种走行风冷式换热器，包括热交换组件，热交换组件包括第一热交换器及第二热交换器，第一热交换器及第二热交换器均设有风道，第一热交换器的风道沿走行风向设置，第二热交换器的风道为上下设置，第一第二热交换器均设有风道。该专利热交换器位于车体底部，具备走行风冷和风冷两种配置，解决了列车停止时牵引辅助变流器的辅助系统工作发热的问题。然而，该方案需要设置风机。由于风机包括风扇和滤网，因此很难对风机进行自动化维护。
59.在一些技术方案中，公开了一种走行风冷却系统，系统里包含换热水槽、冷媒和热源。换热水槽固定设置于车身侧墙表面，热源将高温冷却水经过进水管进入换热水槽，换热水槽与导热模块下部发生热交换，导热模块内设置气液冷媒，液态的冷媒位于导热模块底部，液态的冷媒吸收换热水槽中高温冷却水的热量，使换热水槽中的水降低形成低温冷却水，低温冷却水经过回水管回流至热源循环使用。导热模块的下部与换热水槽接触用于热交换，导热模块的上部外露，并与车身侧墙接触实现热交换，将热量传递到车身侧墙，增大散热面积，侧墙随着车身移动迎风实现风冷。本走行风冷系统需要靠换热水槽内的蒸发冷却进行热交换，冷却系统需要利用高度差来进行换热。
60.在一些技术方案中，公开了一种走行风冷式散热系统及方法，用于解决在走形风不足以满足散热器需求的特殊工况下，依然位置变流设备的正常运行的技术问题。该方案的车辆走行风冷散热系统，包括散热单元、风机以及控制单元，当走行风不足以维持散热需求时，控制单元控制风机开启，从而加强散热单元的换热能力。然而，该方案需要设置风机。由于风机包括风扇和滤网，因此很难对风机进行自动化维护。
61.在一些技术方案中，公开了不同于以往列车车底布置的牵引变流器，牵引变流器的散热器放置在车体侧边，列举了不同结构的车体侧置走行风冷的牵引变流器结构，散热器的结构有热管式、翅片式、齿柱式等不同结构的散热器。散热器装置主要位于车底侧边。然而，需要在车辆两侧分别对设置于车底侧边的散热装置进行维护，而难以在车辆的一侧对设置于车底侧边的散热装置进行维护。
62.在一些技术方案中，公开了一种位于车体底部利用走形风冷却的牵引变流器。列车牵引变流器功率模块的散热器翅片为翅片式，翅片向下，功率模块有倾斜布置和垂直向下布置两种方式，翅片方向为列车走行方向，列车运行牵引变流器工作时产生的热量利用列车的走行风进行冷却。然而，车底空间狭小，难以通过维护设备对设置于车底的散热装置进行维护。其中，走行风冷是指利用列车行走产生的风进行冷却。
63.综合上述技术方案可知，目前列车的牵引变流装置布置主要位于车底和车侧，两种布置方式的变流装置冷却方式主要有水冷、风冷和走行风冷等几种。列车变流装置的核心部件功率器件在列车运行中不断进行开关切换，在开关切换过程中会产生大量的热，这些热量若不及时散发出去，功率器件则会产生热疲劳，温升过高时会由于过热而烧坏，不仅影响到牵引变流装置正常工作，也影响列车的正常运行。而且，上述技术方案的变流装置位
于车体底部和车体侧边，车体底部存在灰尘、柳絮、垃圾等异物堆积在变流装置冷却装置的风险和问题，变流装置的清洗、清洁等工作存在一定不便。而且，上述方案没有基于冷却装置的状态对运营维护提供建议。
64.基于上述讨论可知，如何使列车牵引变流装置功率器件工作产生的热量有效、及时地散发出去，同时采用更为先进的冷却方式，取消冷却风机，使变流装置运行更节能、更高效，成为变流装置设计的关键问题之一。
65.此外，随着列车运行智能化、自动化和无人化等时代发展的需求，变流装置在列车运营过程中，冷却系统的自动化维护是变流装置不可缺少的工作，什么时候进行冷却系统的清洁、清洗，以及如何高效地清洗，是变流装置研发过程中重点考虑的问题之一。
66.本公开实现了车顶顶置式变流装置的走行冷却，取消了冷却风机，变流装置功率模块上布置了温度采集装置，控制装置具有温度记录、数据分析、数据处理和维护决策功能，实现列车冷却装置状态维护，变流装置配合列车检修段可以实现列车冷却装置自动清洗，可以很好地解决列车变流装置热管理和运维的问题，大大降低人工和运营成本，提高检修效率。
67.实施例一
68.图1为本公开实施例的一种变流装置冷却系统的位置侧视示意图，图2为本公开实施例的一种变流装置冷却系统的位置俯视示意图，图3为本公开实施例的一种变流装置冷却系统的结构示意图。如图1、图2和图3所示，一种变流装置冷却系统，变流装置1布置于车辆顶部，系统包括：
69.散热设备，安装于变流装置的功率器件处，用于对变流装置的功率器件进行散热；
70.温度采集装置，安装于变流装置的功率器件处，用于采集变流装置的功率器件的温度；
71.控制装置，与温度采集装置连接，用于根据温度采集装置所采集的温度，控制变流装置和/或车辆的工作状态。
72.如图1和图2所示，在本实施例中，变流装置1于位于车辆顶部，亦称为顶置式变流装置。图2中右侧的多个箭头表示车辆前进时的走行风方向。
73.如图3所示，本实施例的变流装置冷却系统包括散热设备2、温度采集装置3以及控制装置4。
74.本实施例通过将变流装置布置于车辆顶部，并设置散热设备2、温度采集装置3以及控制装置4，从而提供了一种提供位于车顶的变流装置冷却系统，并能够基于变流装置冷却系统的温度信息对变流装置冷却系统进行维护。
75.实施例二
76.图4为本公开实施例的一种散热设备的示意图。如图4所示，在上述实施例的基础上，散热设备包括：
77.散热基板21，安装于变流装置的功率器件40处，用于吸收功率器件40产生的热量；
78.散热部件22，安装于散热基板21的未安装功率器件40的一侧，用于对散热基板21吸收的热量进行散热。
79.在一些情形中，变流装置功率器件采用热管式散热器进行散热冷却，热管式散热器主要由热管221和散热片222组成，散热基板21用于安装功率器件和吸收功率器件产生的
热量，热管221用于传热，散热片222用于散热。
80.图6示出了本公开实施例的一种散热设备的又一示意图。如图4和图6所示，本实施例中，在散热基板21设置有安装槽51，以通过安装于安装槽的密封部件对功率器件与散热部件进行隔离。
81.图5示出了本公开实施例的一种散热设备的另一示意图。如图5所示，在一些实施例中，在散热基板21的未安装有散热部件22的一面，设置有至少一个功率器件安装面41，以在功率器件安装面上安装功率器件40。
82.在一些实施例中，在至少一个功率器件安装面上设置有安装槽61，以在安装槽61中安装温度采集装置，在实际应用中，温度采集装置可以是温度传感器。
83.在一些实施例中，至少一个功率器件安装面41在散热基板21上呈阵列分布。
84.如图6所示，在一些实施例中，当功率器件安装面41至少为两个时，在散热基板21上沿车辆走行方向中心线设置有散热部件22；
85.至少两个功率器件安装面41在散热基板21上沿车辆走行方向中心线对称分布。
86.在本实施例中，温度采集装置等传感器件布置在功率器件安装面41，在散热部件正下方的功率器件安装面41开槽布置温度采集装置，温度采集装置可以是热电偶、温度继电器或者其他形式的温度采集装置。
87.实施例三
88.图7示出了本公开实施例的一种散热设备的再一示意图。如图7所示，在上述实施例的基础上，散热部件22包括热管或齿柱中的一种。
89.在本实施例中，散热部件还可以是图7所示的齿柱式结构，齿柱式散热器结构可以为圆形齿柱形式，也可以是方形齿柱或长方形齿柱式结构。
90.本实施例提供了多种散热器结构，能够适应不同车型的不同需求。
91.实施例四
92.在上述实施例的基础上，本实施例提供一种变流装置冷却系统的维护方法，包括：
93.接收温度采集装采集的功率器件的温度；
94.根据温度，控制变流装置和/或车辆的工作状态。
95.图8示出了本公开实施例的一种变流装置冷却系统的维护方法示意图。如图8所示，根据温度，控制变流装置和/或车辆的工作状态，包括；
96.当第二阈值≥功率器件的温度≥第一阈值时，执行第一预设操作；第一预设操作至少包括以下之一：
97.降低变流装置的输出功率；
98.降低车辆的输出力矩；
99.降低车辆的启动加速度；
100.其中，第二阈值大于第一阈值。
101.在一些实施例中，根据温度，控制变流装置和/或车辆的工作状态，包括：
102.当功率器件的温度≥第二阈值时，执行第二预设操作；第二预设操作至少包括以下之一：
103.切除变流装置；
104.变流装置停止工作。
105.在一些实施例中，根据温度，控制变流装置和/或车辆的工作状态，包括：
106.当功率器件的温度t大于等于第一阈值t1时，对变流装置冷却系统进行清洗。
107.在列车启动运行后，控制装置会采集变流装置上功率器件的温度t，当功率器件的温度t小于第一阈值t1时，列车变流装置正常运行，当功率器件的温度t大于等于第一阈值t1且小于等于第二阈值t2时，变流装置降低输出功率或者列车自动降低输出力矩或者启动加速度，直至功率器件的温度t低于第一阈值t1。当功率器件的温度t大于第二阈值t2时变流装置切除或者停止工作。在功率器件的温度t大于等于第一阈值t1时，列车控制装置会将冷却系统清洗指令传递给列车和列车运行管理系统，为列车清洗清洁周期决策提供支持，实现列车冷却系统智能运维。
108.实施例五
109.图9示出了本公开实施例的一种变流装置冷却系统的维护装置示意图。如图9所示，在上述实施例的基础上，本实施例提供一种变流装置冷却系统的维护装置，维护装置包括清洁喷头71，其中，清洁喷头71的高度与变流装置冷却系统的高度相同。
110.在一些实施例中，清洁喷头71设置于变流装置冷却系统的一侧，或者清洁喷头71设置于变流装置冷却系统的两侧。
111.在本实施例中，配合路局或列车运营方的列车清洁车间，在清洁车间与车顶变流装置功率模块散热器等高位置处，单侧/两侧设置清洁喷头71，通过控制阀72控制来自供液管道73的水流量、喷射压力、喷射距离，实现变流装置功率模块冷却装置自动清洗。
112.实施例六
113.在上述实施例的基础上，本实施例提供一种变流装置，包括：
114.上述实施例中的流装置冷却系统。
115.本实施例实现了变流装置顶置式布置，利用列车行走的风对变流装置进行冷却，减少了冷却风机，降低了能耗和运行成本；在列车行进时，控制装置采集变流装置功率模块上的温度，可控制列车运行，同时根据功率模块上的温度进行清洗周期和清洗节点的确定；由于变流装置位于列车顶部，在列车清洗车间可布置清洗装置，实现变流装置功率模块散热器的自动和智能清洗。
116.变流装置采用顶置式走行风冷，散热器可为热管式，翅片式、齿柱式或者其他形式，可以根据功率模块上的温度大小确定变流装置冷却系统的清洗周期和清洗节点。
117.本公开提出了一种顶置式走行风冷列车变流装置，特别是涉及列车变流装置的冷却及冷却系统维护，列车变流装置功率模块散热器置于列车顶部，功率模块布置有温度检测元件，变流装置内有控制装置，控制装置具有温度记录、列车速度采集、数据分析、数据处理和维护决策功能，实现列车冷却装置状态维护，列车冷却装置置于列车车顶，配合列车检修段可以实现列车冷却装置自动清洗，可以很好地解决列车变流装置热管理和运维的问题，大大降低人工和运营成本，提高检修效率。
118.实施例七
119.在上述实施例的基础上，本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例的方法。
120.上述存储介质可以是闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、随机访问存储器(ram)、静态随机访问存储器(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只
读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、app应用商城等等。
121.关于方法的内容请参见前述实施例，本实施例中不再赘述。
122.实施例八
123.在上述实施例的基础上，本实施例提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器上存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例的方法。
124.关于方法的内容请参见前述实施例，本实施例中不再赘述。
125.处理器可以是专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、数字信号处理器(digital signal processor，简称dsp)、数字信号处理设备(digital signal processing device，简称dspd)、可编程逻辑器件(programmable logic device，简称pld)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，简称fpga)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述实施例中的方法。关于方法的内容请参见前述实施例，本实施例中不再赘述。
126.存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(static random access memory，简称sram)，电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，简称eeprom)，可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read-only memory，简称eprom)，可编程只读存储器(programmable read-only memory，简称prom)，只读存储器(read-only memory，简称rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
127.在本公开所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，上述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
128.需要说明的是，在本公开中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
129.虽然本公开所揭露的实施方式如上，但上述的内容只是为了便于理解本公开而采用的实施方式，并非用以限定本公开。任何本公开所属技术领域内的技术人员，在不脱离本公开所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本公开的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。