用于测试两相冷却设备的方法和控制器、计算机程序和计算机可读介质与流程

本发明涉及两相冷却设备领域。特别地，本发明涉及用于测试两相冷却设备的方法和控制器、涉及用于操作控制器的计算机程序、以及涉及其中存储有计算机程序的计算机可读介质。

背景技术：

1、用于电力电子应用的高级两相冷却设备(例如，3d冷却设备(如2d蒸汽室)和/或2d冷却设备(如2d热管或热虹吸管))由具有高导热性的材料制成，例如由金属(例如，铜)制成，并且依赖于使用冷却介质(例如，水)作为工作流体以获取其最佳热性质。

2、图1示出了两相冷却设备20、特别是根据现有技术的热管或2d蒸汽室的一个示例。冷却设备20具有包围腔24的壳体22，其中壳体22的内壁26围绕腔24。腔24具有顶部区域28和底部区域30。在图1中，冷却设备20的取向与冷却设备20的正常使用期间的取向相同。通过这种“正常”取向，顶部区域28被布置在底部区域30上方。冷却介质32在腔24中。此外，多孔结构可以被布置在腔24内。多孔结构可以覆盖壳体22的内壁26的至少一部分，并且可以从顶部区域28延伸到底部区域30。多孔结构可以被布置用于将冷凝的冷却介质32从顶部区域28引导到底部区域30。

3、冷却设备20相对于对称轴线34是对称的。在2d冷却设备的情况下，冷却设备20相对于对称轴线34是旋转对称的。在3d冷却设备的情况下，冷却设备20可以是镜像对称的，其中对称轴线34可以表示对应对称平面。

4、在例如水作为冷却介质32的情况下，当冷却到0℃以下时，冷却介质32冻结。在经历这种相变的同时，如果腔24内部有更多的水，如可以容纳在多孔结构内，则水由于重力而积聚在底部区域30中，并且可以形成液体水袋，即在某个点处完全封闭量的液体冷却介质。

5、图2示出了底部区域30，其中冷却介质32作为液体冷却介质36和冻结的冷却介质40而存在于底部区域30中。由于壳体22具有高导热性，冷却介质32从底部区域30的外围区域朝向底部区域30的中央冻结，其中在图1和图2中，底部区域30的中央对应于底部区域30中的对称轴线34。因此，如果冷却介质32冻结，首先，液体冷却介质池36被形成在冻结的冷却介质40的中间。液体冷却介质36、特别是池具有上表面38。只要存在液体冷却介质36的上表面38，冻结的冷却介质40的膨胀就将剩余的液体冷却介质36推向顶部区域28并且使其不经受高压。因此，即使存在水池，壳体22也不会凸起。

6、然而，如果液体冷却介质36开始被冻结的冷却介质40围绕，特别是如果液体冷却介质32的上表面38被封闭，则液体冷却介质池36被转变成封闭的液体冷却介质袋36，并且壳体22的内壁26上出现高压，其最终导致壳体22的凸起和/或底部区域30中的冷却介质32的泄漏，并且因此导致冷却性能的损失。

7、图3示出了图2的底部区域30，其中冷却介质32被冻结，使得液体冷却介质袋36被冻结的冷却介质40包围。由于冻结的冷却介质40的膨胀以及液体冷却介质袋32完全存在于冻结的冷却介质40内而作用在壳体22上的压力由两个箭头表示，这两个箭头示出了对应膨胀力的方向42。由于壳体22的外壁变形，壳体22的凸起进而可能导致泄漏(液体冷却介质36可以通过该泄漏而泄漏到壳体22外部)，和/或可能导致与待冷却的电子组件失去接触。这两种情况都将导致冷却设备20和/或待冷却的电子组件的故障。

8、液体冷却介质36的正确量是冷却设备20的冷却性能与可靠性之间的折衷。冷却性能在特定的预限定量的水的情况下具有最佳性能，其中如果液体冷却介质36的量大于多孔结构所能容纳的量，则冷却设备20的可靠性下降。冷却设备20的制造商倾向于根据需要将稍微多一点的冷却介质32填充到腔24中，以便在冷却设备20的冷却性能方面处于安全侧。然而，如果冷却设备20被过度填充，则可能出现上述缺点。因此，重要的是，查明腔24内是否有正确量的液体冷却介质36。因此，需要一种用于测试两相冷却设备20、特别是用于测试冷却设备20是否被过度填充的方法。

技术实现思路

1、因此，本发明的一个目的是提供一种用于测试两相冷却设备、特别是用于测试冷却设备是否被过度填充的方法，该方法可以容易地执行，该方法可以在不需要打开冷却设备和/或测量冷却设备内的冷却介质的量(例如，通过移除冷却介质并且测量其体积)的情况下执行，和/或该方法是非常准确的。

2、这些目的是通过独立权利要求的主题来实现的。根据从属权利要求和以下描述，另外的示例性实施例是很清楚的。

3、特别地，本发明的目的通过一种用于测试两相冷却设备的方法来实现。冷却设备具有围绕腔的壳体和在腔内的冷却介质。该方法包括：控制冷却设备的环境空气的温度，使得腔内的冷却介质从其液态转变为其固态和/或从其固态转变为其液态，同时监测冷却设备的第一温度；确定所监测的第一温度是否满足预定标准；以及如果满足标准，则确定冷却设备被过度填充冷却介质。

4、如上面关于图3所解释的，如果冷却设备被过度填充，则在底部区域中形成液体冷却介质池。如果冷却设备被冷却到冷却介质的冻结温度或更低，则在冻结的冷却介质内形成封闭的液体冷却介质袋。液体冷却介质池以及液体冷却介质袋导致冷却设备在底部区域内具有比在顶部区域中大得多的潜热。这种效应可以在相变时从所监测的第一温度中准确地看出。此外，第一温度的测量和监测可以以简单的方式进行。此外，该方法可以在不需要打开冷却设备和/或测量冷却设备内的冷却介质的量(例如，通过移除冷却介质并且测量其体积)的情况下执行。

5、因此，上述用于测试两相冷却设备、特别是用于测试冷却设备是否被过度填充的方法可以容易地执行，可以在不需要打开冷却设备和/或测量冷却设备内的冷却介质的量(例如，通过移除冷却介质并且测量其体积)的情况下执行，和/或非常准确。

6、两相冷却设备可以是3d冷却设备(如3d蒸汽室)、和/或2d冷却设备(如2d热管或热虹吸管)。壳体可以包括具有高导热性的金属，例如铜，或者可以由其制成。在两相冷却设备的正常使用期间，顶部区域布置在底部区域上方。冷却介质例如可以是水。预定标准可以是随着时间的预定温度模式。冷却设备的第一温度可以通过从第一传感器接收信号来监测，该第一传感器可以被布置在壳体外部并且与壳体热接触，该第一传感器可以与环境空气热隔离，并且可以被布置在底部区域处。

7、如果预定标准是预定温度模式，则可以训练神经元网络并且将其用于区分被过度填充的冷却设备的温度模式与未被过度填充的冷却设备的温度模式。该训练可以借助于相应地被过度填充和被适当填充的冷却设备的温度模式的训练集来进行。

8、根据一个实施例，通过确定至少一个曲线图来确定所监测的第一温度是否满足至少一个预定标准，该至少一个曲线图表示在第一温度被监测期间随时间监测的第一温度，并且确定该曲线图是否满足预定标准。例如，如果第一温度被测量给定持续时间(例如，在相变中的至少一个相变期间)，则第一温度可以不是连续地测量的，而是以规则的时间间隔来测量，例如以视图秒的时间间隔，例如每6秒或每8秒测量一次。然后，可以根据所测量的温度值来确定趋势线或平均线，其中曲线图可以分别对应于所确定的趋势线或平均线。该曲线图使得能够以一种简单的方式来查看在第一侧上的冷却设备的温度行为。此外，该曲线图使得能够对冷却设备的温度行为进行容易的数学分析。该曲线图可以由在连续时间点的多个温度测量值组成。

9、根据一个实施例，所监测的第一温度的曲线图包括具有下降温度的第一部分，下降温度指示在冷却设备内部处于其液态的冷却介质的过冷，之后该曲线图包括到冷却介质的冻结温度的跳跃，该跳跃指示冷却介质的冻结的开始，之后该曲线图包括在冷却介质的冻结温度下的第二部分，冻结温度指示冷却介质的冻结，并且之后该曲线图包括具有下降温度的第三部分；其中预定标准在第三部分中被搜索。在第三部分中搜索预定标准仅使得能够忽略第三部分之外的测量温度值，或者使得能够仅测量第三部分内的第一温度。在这两种情况下，所测量的温度值的量都会减少。因此，较少量的数据必须被处理和分析。因此，在第三部分中搜索预定标准只有助于冷却设备的简单和容易的测试。

10、根据一个实施例，通过以下方式确定曲线图是否满足预定标准：确定曲线图的一阶导数；以及在相变中的一个相变期间和/或在第三部分内确定曲线图的导数的极值的量；其中如果信号的导数具有至少两个极值，则满足预定标准。导数的极值的位置对应于原始曲线图的转折点的位置。极值各自可以是导数的局部最大值或局部最小值，和/或可以称为“峰值”。在最佳填充的冷却设备中，冷却介质被吸收在具有相对均匀的厚度和孔隙率的多孔结构内。因此，冷却介质均匀地分布在腔之上，并且相变也非常均匀地发生，并且曲线图的导数通常只有一个极值。相反，如果冷却设备被过度填充，则首先，形成上述池，并且然后形成上述液体冷却介质袋。在这种情况下，冷却介质不均匀地分布在腔之上，并且相应地，冷却介质的相变也不均匀地发生。这种效应反映在曲线图中，并且可以很容易地从具有至少两个极值的曲线图的导数中看出。因此，确定曲线图的一阶导数并且计算极值的数量可以有助于准确并且容易地找出冷却设备是否被过度填充。

11、根据一个实施例，通过在冷却介质的相变中的至少一个相变期间和/或在第三部分内确定曲线图的宽度来确定曲线图是否满足预定标准；其中如果所确定的宽度大于预定宽度阈值，则满足预定标准。如上所述，在最佳填充的冷却设备中，冷却介质均匀地分布在腔之上。因此，沿着冷却设备的潜热密度是相对恒定的。在通过环境空气对流对冷却设备进行冷却期间，热通量也相对均匀地跨冷却设备的壳体的表面分布。相反，由于在过度填充的冷却设备内池和袋的形成，冷却设备在其中形成有池和袋的底部区域内具有大得多的潜热。因此，在冷却介质的整个冻结温度的冷却或加热期间，对于多孔结构中的冷却介质，即使当相变已经完成时，冷却设备的底部区域中的相变仍在继续。在底部区域收集的过量冷却设备越多，相变所花费的时间就越长。因此，在冻结和熔化期间，过度填充的冷却设备往往会发生长的相变。相变的持续时间反映在示出相变的曲线图的宽度中。因此，在冷却介质的相变中的至少一个相变期间和/或在第三部分内确定曲线图的宽度，并且如果所确定的宽度大于预定宽度阈值，则确定满足预定标准，这有助于准确并且容易地确定冷却设备是否被过度填充。

12、根据一个实施例，第一温度是在壳体的底部区域处感测的，该方法还包括：监测冷却设备的第二温度，其中第二温度是在监测第一温度的同时在壳体的上部部分处感测的；以及在冷却介质的相变中的至少一个相变期间和/或在第三部分内确定所监测的第一温度与第二温度之间的差；如果所确定的差大于预定差阈值，则满足预定标准。如上所述，在最佳填充的冷却设备中，沿着冷却设备的潜热密度相对恒定，并且热通量也相对均匀地跨冷却设备的壳体的表面分布。因此，沿着冷却设备的温度是相对恒定的，并且第一温度与第二温度之间的差将非常小。相反，由于在过度填充的冷却设备内池和袋的形成，冷却设备在底部区域内具有比在顶部区域中大得多的潜热。因此，对于过度填充的冷却设备，第一温度与第二温度之间的差相当大。因此，如果该差大于预定差阈值，则可以确定冷却设备被过度填充。

13、根据一个实施例，第一温度被监测预定量的时间。例如，第一温度可以从测试的开始(当冷却设备的冷却开始时)到测试的结束(当冷却设备再次具有其初始温度时)进行监测。备选地，第一温度可以仅从冻结的开始直到冷却介质的熔化的结束来监测。备选地，第一温度可以仅从冷却介质的冻结开始直到冻结的结束来监测。备选地，第一温度可以仅从冷却介质的熔化的开始直到熔化的结束来监测。如果通过计算一阶导数的极值的量或者通过分析曲线图的宽度来确定冷却设备是否被过度填充，如果仅针对相变中的一个相变来监测第一温度，或者如果在整个测试期间监测第一温度但仅分析在相变中的一个相变期间监测的那些值，则是有利的。如果通过对一阶导数的极值的量进行计数来确定冷却设备是否被过度填充，则具有至少两个极值的标准仅涉及相变中的一个相变。换言之，当在两个相变期间分析曲线图的一阶导数时，对应导数必须具有至少四个极值，以便能够对被过度填充的冷却设备进行分类。

14、根据一个实施例，该方法还包括在控制环境空气的温度之前，将冷却设备布置在温度室中，该温度室包围环境空气并且启用对环境空气的温度的控制。

15、根据一个实施例，该方法还包括在控制环境空气的温度之前，将第一传感器布置在壳体处，使得第一传感器与壳体具有热接触并且与环境空气热隔离。

16、根据一个实施例，第一传感器被布置在壳体的底部区域处。由于袋和池的形成，冷却设备的过度填充的影响可以在底部区域内最佳地看到。因此，对第一温度的影响在底部区域内最强。因此，将第一传感器布置在底部区域处并且相应地在底部区域中感测第一温度可以有助于非常容易并且准确地确定冷却设备是否被过度填充。

17、用于测试两相冷却设备的方法的上述特征、优点和/或效果可以被转移到用于测试两相冷却设备的控制器、用于操作控制器的计算机程序、和/或其上存储有计算机程序的计算机可读介质，如下所述。因此，省略了对这些特征、优点和/或效果的重复，并且仅为了提供简明的描述而参考上述解释。

18、本发明的目的通过用于测试两相冷却设备的控制器来实现。控制器包括处理器和存储器。处理器被配置为执行上述方法。

19、本发明的目的通过用于操作控制器的计算机程序来实现，该计算机程序在由处理器执行时适于执行上述方法。

20、本发明的目的通过其上存储有上述计算机程序的计算机可读介质来实现。

21、本发明的这些和其他方面将从下文所述的实施例中很清楚并且参考下文所述的实施例进行阐述。