[發明專利]一種基于改進樽海鞘群算法的多通道水冷散熱器優化方法

在審

• 申請號: 202010562824.3
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111859771A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 張鑄;王靜袁;張仕杰;饒盛華
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F30/27;H05K7/20;B60K11/02;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙) 11411
• 代理人: 沈建華

本發明公開了一種基于改進樽海鞘群算法的多通道水冷散熱器優化方法，主要是將多通道水冷散熱器的散熱翅片數目n，冷卻液流速v作為待優化的結構參數，將igbt的最高溫度T_max，面均溫差T_av和冷卻液的壓力損失ΔP作為優化目標，以標準樽海鞘群算法為基礎，通過在更新樽海鞘領導者位置公式的地方引入引力算法，有效地對多通道水冷散熱器結構參數進行全局搜索，實現對多通道水冷散熱器進行整體優化，大幅度改善多通道水冷散熱器的散熱性能，并且穩定性高。

技術領域

本發明涉及多通道水冷散熱器技術領域，特別涉及一種基于改進樽海鞘算法的多通道水冷散熱器優化方法。

背景技術

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

目前，新能源汽車變流器上均需安裝冷卻設備來給IGBT模塊散熱，以保證各相關設備的正常工作。冷卻設備多采用水冷式散熱器，包括底托、底蓋和散熱翅片，底托和底蓋之間形成封閉腔體，在面板上設置有進水口和出水口，底托上設置有散熱翅片，冷卻介質從進水口流入，然后在散熱翅片形成的通路中穿行后從出水口流出，并將熱量帶出，實現散熱。

針對散熱器的散熱問題，國內外學者進行了一系列研究，提出了多種有助于散熱器散熱的結構，如S式，翅柱式，針肋式(PIN-FIN)、平板式等。董偉杰從IGBT的功耗分析入手，對散熱器肋片的設計方法進行研究，得出采用波紋肋片比平板肋片更有利于散熱的結論。劉桓龍等通過流體分析軟件計算散熱器在不同工況和不同散熱結構條件下的熱參數，并將其作為熱載荷進行結構熱應力與熱應變分析，最后綜合分析了翅片結構對散熱器散熱性能、熱應力、熱應變的影響，為車用電機控制器的散熱設計提供了理論參考。國建鴻等采用蒸發冷卻的方式來冷卻大功率電子器件的方法，不過該方法成本較高，不適于新能源汽車節能減排的指標。揭貴生等用統一量綱的方法從理論上分析了某一種平板式水冷散熱器尺寸參數對散熱效果的影響，并進行了優化設計，得出小通道尺寸的平板式水冷散熱器對解決大熱流密度器件的散熱更為有效的結論，但是分析的散熱板結構過于簡單，得出的結果不具有普適性。

上述多目標優化在一定程度上解決了水冷散熱器多目標，多變量，多約束的問題，但是仍存在整體效率低、穩定性不高等問題。

發明內容

針對多通道水冷散熱器整體散熱效率低、穩定性不高的問題，本發明提出一種基于改進的樽海鞘群算法的多通道水冷散熱器優化方法。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為：

一種基于改進樽海鞘群算法的多通道水冷散熱器優化方法，包括以下步驟：

S1：計算多通道水冷散熱器的初始結構參數；

S2：選取多通道水冷散熱器待優化的結構參數；

S3：針對多通道是水冷散熱器不變的初始結構參數建立多通道水冷散熱器的有限元模型，仿真得到多通道水冷散熱器的性能參數；

S4：根據多通道水冷散熱器待優化的結構參數和多通道水冷散熱器的性能參數，構建樣本數據，并將樣本數據作為參數向量；

S5：訓練樣本數據，得到待優化的多通道水冷散熱器模型；

S6：根據待優化的多通道水冷散熱器模型，以散熱器待優化結構參數為優化對象，以igbt的最高溫度T_max、面均溫差T_av和冷卻液的壓力損失ΔP為優化目標，對多通道水冷散熱器結構參數進行優化，得到最優結構參數。