CN103029650B - 预测在车辆逆变器功率模块中的晶体管温度以及相关的操作方法 - Google Patents

预测在车辆逆变器功率模块中的晶体管温度以及相关的操作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103029650B
CN103029650B CN201210314418.0A CN201210314418A CN103029650B CN 103029650 B CN103029650 B CN 103029650B CN 201210314418 A CN201210314418 A CN 201210314418A CN 103029650 B CN103029650 B CN 103029650B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
calibration curve
vehicle
inverter module
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201210314418.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103029650A (zh
Inventor
K.勒
G.D.罗斯达尔
D.唐
S-J.杨
S.何
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN103029650A publication Critical patent/CN103029650A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103029650B publication Critical patent/CN103029650B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/003—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/525—Temperature of converter or components thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2260/00—Operating Modes
    • B60L2260/40—Control modes
    • B60L2260/44—Control modes by parameter estimation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/327—Means for protecting converters other than automatic disconnection against abnormal temperatures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及预测在车辆逆变器功率模块中的晶体管温度以及相关的操作方法，具体地，一种用于车辆的功率模块系统包括电路板、安装到电路板的功率晶体管和在远离功率晶体管的感测位置处安装在电路板上的温度传感器。温度传感器构成为测量在感测位置处的实时温度。该系统还包括与温度传感器连接的处理器，以从在所述感测位置处测量的实时温度产生用于所述功率晶体管的所预测的实时硅温度。采用与车辆当前操作状态对应的所选择的校准曲线产生所预测的实时硅温度。

Description

预测在车辆逆变器功率模块中的晶体管温度以及相关的操作方法
技术领域
在这里所述的主题的实施方案大体上涉及温度测量。更具体地说，该主题的实施方案涉及预测在车辆逆变器模块中的功率晶体管的实时硅温度的方法。
背景技术
近年来，技术上的进步以及一直发展的风格品味已经导致在汽车设计方面的巨大变化。一种变化涉及在汽车尤其是替代燃料车辆例如混合动力、电动和燃料电池车辆内的各种电气系统的功率利用和复杂性。
许多电气部件，包括在电动车辆和混合动力电动车辆中所采用的电牵引马达，接收来自交变电流（AC）功率源的电功率。然而，在这些应用中使用的功率源（例如电池）只是提供直流(DC)电源。因此，采用被称为功率逆变器的设备来将DC功率转变为AC功率。这些功率逆变器采用多个功率晶体管来实施，这些晶体管在正常使用期间呈现温度周期变化。因此，车辆的功率逆变器模块包括一些热保护电路以监测该模块的温度。
一些普通的功率模块采用了温度传感器例如热敏电阻来获得对在逆变器模块中的一个或多个晶体管的温度的大致估计值。温度传感器不会直接或精确地测量晶体管的实际实时硅温度，因为温度传感器没有与晶体管一起设置。
发明内容
提供了一种操作车辆的功率逆变器模块的方法。该方法获取在远离功率晶体管的功率逆变器模块的位置处的温度读数，并且确定车辆的当前操作状态。该方法进而根据与车辆的当前操作状态对应的所选择的校准曲线调整温度读数，从而导致用于功率逆变器模块的晶体管的所预测的实时硅温度。该方法通过按照受所预测的实时硅温度影响的方式操作功率逆变器模块继续。
还提供操作车辆的功率逆变器模块的另一方法。该功率逆变器模块包括功率晶体管和安装在远离功率晶体管的位置处的热敏电阻。该方法采用热敏电阻获取温度读数，确定车辆的当前操作状态，并且从多条不同的温度校准曲线中选择校准曲线。所选的校准曲线对应于车辆的当前操作状态。该方法进而采用所选的校准曲线来调节温度读数以获得功率晶体管的所预测的实时温度，并且根据功率晶体管的所预测的实时温度来操作功率逆变器模块。
还提供一种用于车辆的功率模块系统。该功率模块系统包括电路板、安装在电路板上的功率晶体管和在远离所述功率晶体管的感测位置处安装在所述电路板上的温度传感器。所述温度传感器构成为测量在所述感测位置处的实时温度。该系统还包括与所述温度传感器连接的处理器，用来从在所述感测位置处所测量的实时温度产生用于所述功率晶体管的所预测的实时硅温度。采用与车辆当前操作状态对应的所选择的校准曲线来产生所预测的实时硅温度。
本发明还提供如下方案：
1. 一种操作车辆的功率逆变器模块的方法，所述方法包括：
获取在远离功率晶体管的功率逆变器模块的位置处的温度读数；
确定所述车辆的当前操作状态；
根据所选择的与所述车辆的所述当前操作状态对应的校准曲线调整温度读数，从而得到用于所述功率逆变器模块的晶体管的预测的实时硅温度；以及
以受所述预测的实时硅温度影响的方式来操作所述功率逆变器模块。
2. 如方案1所述的方法，其特征在于，获得所述温度读数包括：
测量传感器的温度依赖的特性；和
从所测量的与温度依赖的特性确定所述温度读数。
3. 如方案2所述的方法，其特征在于，测量所述温度依赖的特性包括：
测量安装在所述功率逆变器模块的电路板上的热敏电阻器的电阻。
4. 如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括：
针对所述车辆的相应多个预定操作状态保持多条温度校准曲线；
其中，所述车辆的当前操作状态为所述车辆的所述多个预定操作状态中的一个；并且
其中，所选择的校准曲线为所述多条温度校准曲线中的一条。
5. 如方案4所述的方法，其特征在于，其还包括：
获取所述多条温度校准曲线；并且
将所获取的温度校准曲线存储在存储元件中。
6. 如方案5所述的方法，其特征在于，获取所述多条温度校准曲线包括：
在模仿所述车辆的所述多个预定操作状态的条件下操作所述功率逆变器模块；
针对多个采样位置收集在功率模块的位置处的温度读数；
利用红外温度计装置测量针对所述多个采样位置的功率晶体管的温度；和
针对模仿所述车辆的所述多个预定操作状态的条件中的每个，使所收集的温度读数与功率晶体管的所测量的温度相关联。
7. 如方案1所述的方法，其特征在于，操作所述功率逆变器模块包括在所预测的实时硅温度超过阈值温度时启动热保护模式。
8. 如方案1所述的方法，其特征在于，操作所述功率逆变器模块包括响应于所预测的实时硅温度调节所述功率逆变器模块的性能特性。
9. 一种操作车辆的功率逆变器模块的方法，所述功率逆变器模块包括功率晶体管和安装在远离所述功率晶体管的位置处的热敏电阻，该方法包括：
采用所述热敏电阻获取温度读数；
确定所述车辆的当前操作状态；
从多条不同的温度校准曲线中选择与所述车辆的所述当前操作状态对应的选定的校准曲线；
采用选定的校准曲线来调节所述温度读数以获得所述功率晶体管的所预测的实时温度；和
根据所述功率晶体管的所述所预测的实时温度来操作所述功率逆变器模块。
10. 如方案9所述的方法，其特征在于，获得所述温度读数包括：
测量所述热敏电阻的电阻；并且
从所测量的电阻中确定所述温度读数。
11. 如方案9所述的方法，其特征在于，其还包括：
获取所述多条不同的温度校准曲线；并且
将所获取的温度校准曲线存储在存储元件中。
12. 如方案11所述的方法，其特征在于，获取所述多条不同的温度校准曲线包括：
获得在瞬时热条件下热敏电阻的温度-时间的第一阶升响应；
获得在所述瞬时热条件下功率晶体管的温度-时间的第二阶升响应；和
使所述第一阶升响应与所述第二阶升响应相关联。
13. 如方案11所述的方法，其特征在于，获取所述多条不同的温度校准曲线包括：
获得在瞬时热条件下热敏电阻的温度-时间的第一阶减响应；
获得在所述瞬时热条件下功率晶体管的温度-时间的第二阶减响应；和
使所述第一阶减响应与所述第二阶减响应相关联。
14. 如方案9所述的方法，其特征在于，操作所述功率逆变器模块包括在所预测的实时温度超过阈值温度时启动热保护模式。
15. 如方案9所述的方法，其特征在于，操作所述功率逆变器模块包括响应于所预测的实时温度调整所述功率逆变器模块的性能特性。
16. 一种用于车辆的功率模块系统，所述功率模块系统包括：
电路板；
安装在电路板上的功率晶体管；
在远离所述功率晶体管的感测位置处安装在所述电路板上的温度传感器，所述温度传感器构造成测量在所述感测位置处的实时温度；以及
与所述温度传感器连接的处理器，用来从在所述感测位置处测量的实时温度产生用于所述功率晶体管的所预测的实时硅温度，其中通过采用与车辆的当前操作状态对应的所选择的校准曲线来产生所述所预测的实时硅温度。
17. 如方案16所述的功率模块系统，其特征在于，所述处理器根据所述所预测的实时硅温度来操作所述功率模块系统。
18. 如方案17所述的功率模块系统，其特征在于，所述处理器在所述所预测的实时硅温度超过阈值温度时启动用于所述功率模块系统的热保护模式。
19. 如方案17所述的功率模块系统，其特征在于，所述处理器响应于所述所预测的实时硅温度来调节所述功率模块系统的性能特性。
20. 如方案16所述的功率模块系统，其特征在于，其还包括存储元件，其与所述处理器连接并且构成为存储用于所述车辆的相应多个预定操作状态的多条温度校准曲线，其中所选择的校准曲线为所述多条温度校准曲线中的一条。
该发明概述被提供以简化的形式介绍将在下面详细说明书中进一步描述的发明构思的选择。该发明概述不是用来确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不是用来帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
通过结合下面的附图参照详细说明和权利要求可以获得对本发明的更完整的理解，其中相同的附图标记在所有附图中指代类似的元件。
图1为具有电牵引系统的车辆的简化示意图。
图2为车辆功率模块系统的示例性实施方案的简化示意图。
图3为显示出温度校准过程的示例性实施方案的流程图。
图4为显示出用于热敏电阻和红外温度计的通常温度读数的示例性曲线图。
图5为显示出用于车辆的功率逆变器模块的操作过程的示例性实施方案的流程图。
具体实施方式
下面的详细说明实际上仅仅是例举说明，而不是用来限制本发明的实施方案或这些实施方案的应用和使用。如在这里所用的一样，词语“示例性的”指的是“用作示例、情况或例举说明”。在这里作为示例描述的任意实施方式不必解释为优选的或者优于其它实施方式。另外，不意于受到在前面技术领域、背景技术、发明概述或下面详细说明中所给出的任何明示或暗示的理论约束。
在这里按照功能和/或逻辑块部件的方式并且参照可以由各种计算部件或装置进行的操作、处理任务和功能的符号表示来对技巧和技术进行说明。这些操作、任务和功能有时被称为计算机执行、计算机化的、软件实施的或计算机实施的。应该理解的是，在附图中所示的各种块部件可以通过任意数量的构成用来执行特定功能的硬件、软件和/或固件部件来实现。例如，系统或部件的实施方案可以采用各种集成电路部件例如存储元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查询表等，这些可以在一个或多个微处理器或其它控制装置的控制下进行各种功能。
在这里所述的技术可以用来预测在电动或混合动力车辆的功率模块中所使用的一个或多个晶体管的结点温度。采用传感器例如热敏电阻在功率模块的特定位置处获取实时温度测量值。然后在各种汽车操作状况下采用从与热敏电阻数据相关的红外传感器数据中获得的校准数据来校准所测量出的温度数据。例如，可以采用二阶传递函数来根据从热敏电阻中获得的实时数据预测实时结点温度。
该方法使得能够在大范围的操作情况下精确预测在车辆操作期间的结点温度。而且，可以结合用于功率逆变器的精确热保护系统来使用实际的晶体管温度。对实际晶体管温度的认知还允许车辆由于更好的热保护而按照更有效和起作用的方式操作功率逆变器。
在这里所述的主题可以随在车辆中出现的电动机类型的功率逆变器模块使用。各个实施方案涉及操作车辆的功率逆变器模块的方法、用于功率逆变器模块的热保护方法、车辆的功率模块系统等。例如，在这里给出的主题可以用于电动或混合动力汽车的电牵引马达。在这方面，图1为具有电牵引系统的车辆100的简化示意图。电牵引系统的实施方案在没有限制的情况下包括：电动机102；功率逆变器模块104；以及马达控制器106。在图1中所示的部件按照公知的方式协作以控制和调节电动机102，以便为车辆的牵引车轮提供转矩。马达控制器106控制着功率逆变器模块104的操作，这将来自一个或多个直流能量源(未示出)的能量转变成用于驱动电动机102的交变电流能量。
在某些实施方案中，为了诊断、安全、维护和/或其它目的，车辆的功率逆变器模块经历热保护方案或方法来监测功率逆变器模块的温度。在这方面，图2为车辆的功率模块系统200的示例性实施方案的简化示意图。该功率模块系统200例如可以实施在图1中所示的车辆100中，并且功率模块系统200可以包括在图1中所示的一些或全部部件或者与它们协作。功率模块系统200的所示实施方案在没有限制的情况下通常包括功率逆变器模块202、处理器204、存储元件206和马达控制器。虽然这些元件显示为不同的块，但是功率模块系统200的实施方式可以构成为使得所示块中的一些或全部被集成或者设置在一起。例如，处理器204、存储元件206和马达控制器208可以一起实施为专用集成电路(ASIC)。作为另一个实施例，马达控制器208和处理器204的功能可以组合或集成为在主车辆上的一个或多个其它电子控制单元(ECU)中。
功率逆变器模块202可以封装在外壳212、壳体或任意适当的物理结构中。外壳212可以用来支撑并且保护用于功率逆变器模块202的电子(和其它)部件的至少一个电路板214。在一些实施方案中，功率逆变器模块202包括多个功率晶体管216和相关的二极管(未示出)，它们按照用来将能量从直流(DC)能量源转变为适用于驱动电机的交流(AC)能量的布置安装在电路板214上，如所公知。实际上，晶体管216可以采用任意合适的半导体晶体管技术例如形成在硅基体上的绝缘栅双极晶体管(IGBT)、场效应晶体管(例如MOSFET等)或者本领域所知的任意其它相当的设备来实现。
功率模块系统200包括在远离晶体管216的感测位置中安装在电路板214上的至少一个温度传感器220。因此，该温度传感器220测量在其感测位置处的实时温度而不是直接测量晶体管216的实时温度。实际上，温度传感器220的位置选择成使得在温度传感器220和所监测的晶体管216a之间的物理距离小于在温度传感器220和所有其它晶体管216之间的距离。在通常的安装中，在晶体管216a和温度传感器220之间的距离在大约5mm至大约10mm的范围内。要注意的是，在感测位置处的温度和晶体管216a的实际结点温度之间的差异会是明显的，并且为功耗、电流流动条件和物理距离的函数。例如，在某些实施方案中，标称温度差异可以高达大约27摄氏度。而且，在温度传感器220和晶体管216a之间的热延迟时间为温度传感器220的质量和空间距离的函数。
温度传感器220可以用于功率模块系统200的热保护方案。为此，将通常最热的晶体管选择为所监测的晶体管216a。因此，最热晶体管216a在电路板214上的位置影响并且确定了温度传感器220的感测位置。在可选的实施方案中，不必监测最热的晶体管。而且，可以利用多个温度传感器220来一次监测一个以上的晶体管216。
在操作中，通过处理器204来监测或测量温度传感器220的与温度依赖的特性以确定用于感测位置的实时温度读数。虽然不总是需要，但在这里给出的示例性实施方案针对温度传感器220采用了热敏电阻。因此，热敏电阻的与温度依赖的特性是其电阻。因此，功率模块系统200可以包括适当构成的电路(这可以采用处理器204来实施)，用来测量热敏电阻的实时电阻并且将电阻测量值转变成相应的温度测量值。
处理器204和马达控制器208每个都构成为执行或支持在这里所述的各种任务、方法和过程。实际上，处理器204和马达控制器208每个都可以采用设计成支持和/或执行在这里所述的功能的通用处理器、微处理器、微控制器、内容可寻址存储器、数字信号处理器、专用集成电路、场可编程门阵列、任意合适的可编程逻辑装置、分散门或晶体管逻辑、分散硬件部件或其任意组合来实施或实现。在这方面，处理器204可以与温度传感器220连接以根据在感测位置处测量出的实时温度产生出用于功率晶体管216a的预测实时硅温度。处理器204和/或马达控制器208还可以构成为根据晶体管216a的预测实时硅温度按照特定的方式操作功率模块系统200。
如在下面更详细说明的一样，采用使得在感测位置处测量出的温度与晶体管216a的实际结点温度相关联的一条或多条温度校准曲线来精确预测晶体管216a的温度。更具体地说，将多条温度校准曲线存储在存储元件206中，其中每条校准曲线对应于车辆的相应操作状态。不同的校准曲线表示会让功率模块系统200处于过大热应力作用下的典型操作场景。
由于各种原因，将期望的是精确确定出晶体管216a的实际实时温度，而不只是依靠在温度传感器220的感测位置处的所测量温度。例如，晶体管216a的结点温度的大致估计值在高电流或电流情况出现突然变化的情况下将不会提供足够的热保护。
因此，在这里给出的技术采用了根据热敏电阻读数和直接红外温度计读数通过利用校准曲线来近似硅温度的不同方法。通过对硅温度进行更精确的近似，功率模块系统200还可以降低裕度带宽并且按照更有效和起作用的方式操作逆变器。另外，逆变器的操作状况会随着功率模块系统200老化或者随着功率模块系统200的性能降低而降级。在这里所述的方法采用阶跃响应确定出热系统模型，并且根据在随机热负载条件下的热敏电阻读数预测出在硅中的瞬时温度变化。
图3为流程图，显示出温度校准过程300的示例性实施方案，该过程可以被执行以针对系统例如功率模块系统200产生一条或多条温度校准曲线。实际上，针对不同的车辆操作状况(例如通常导致在功率逆变器模块中的晶体管过热的操作状况)获得不同的校准曲线。校准的操作状况在没有限制的情况下可以为以下状况中的任一种：全开的节气门；从停车开始启动；或者爬坡。该过程300可以通过模拟与第一操作状态对应的状况来开始(任务302)。在任务302期间，逆变器模块受到控制指令，这些指令模仿了由车辆在实际上按照第一操作状态操作时将产生的指令。实际上，这些指令可以涉及与逆变器的操作相关的各种机电参数，例如转矩、电流、阻抗等。
功率逆变器模块然后可以在模仿第一操作状态的状况下操作。在这个时期，过程300改变系统的温度以便进行校准。对于该具体实施方案而言，该过程300向系统施加脉冲热负载(任务304)以获得热敏电阻器和晶体管的相关联的热响应。在系统温度改变时，该过程300通过采用适当的仪器例如用来询问目标晶体管的硅结的红外温度计测量并且收集实时热敏电阻温度读数以及实时晶体管温度读数(任务306)。因此在任务306期间，过程300收集多个采样位置的温度读数(在热敏电阻器和目标晶体管的感测位置处)。可以将温度数据存储以便如下面所述一样进行分析和处理。
该过程300针对所要校准的多个不同操作状态中的每一个按照上面所述的方式收集温度数据。如果完成了数据收集(询问任务308)，则该过程300前进至任务312。如果没有，则该过程300转到任务310以模仿下一个操作状态，并且按照模仿下一个操作状态的条件的方式操作功率逆变器模块。之后，温度数据收集如上所述一样进行。
在已经收集到所有温度数据之后，该过程300获取用于不同操作状态条件的温度校准曲线(任务312)。可选的是，每条校准曲线可以在已经收集到相关的温度数据之后获取，并且不用等到收集到所有温度数据。每条温度校准曲线用来使得所收集的热敏电阻温度读数与从红外温度计获得的直接测量的温度读数(即目标晶体管的所测量的温度数据)相关联。然后可以将这些温度校准曲线存储并且保持在系统的存储元件中(任务314)以便在车辆的操作期间使用。实际上，每条校准曲线与其相应的操作状态相联系或以其它方式相关联，从而在车辆的操作期间可以获取并且利用最佳的校准曲线。
在某些实施方案中，来自在各种条件下红外温度数据和热敏电阻数据的校准曲线将被用来计算目标晶体管的硅结温度。脉冲热负载方法允许系统获得热敏电阻在瞬时热条件下的温度-时间的阶升响应（step up response），获得功率晶体管(例如红外温度计)在相同的瞬时热条件下的温度-时间的阶升响应，并且之后将所述步进响应相互关联。可选地或者另外地，温度-时间的阶减响应（step down response）可以用来获得校准曲线。
图4为示例性曲线图400，该图显示出用于受到脉冲热负载条件的热敏电阻和红外温度计的典型温度读数。该曲线图400包括绘制在共同轴线上的温度-时间的热敏电阻曲线402和温度-时间的红外温度计曲线404。要注意的是，红外温度计的阶升或上升时间明显短于热敏电阻的阶升或上升时间。同样(但是更不剧烈)，红外温度计的阶减或下降时间短于热敏电阻的阶减或下降时间。
存在与曲线402、404相关的两个主要时间常数(短和长)。根据常规的命名，短时间常数被定义为达到 (在起始温度和最终标称温度之间) 温度差的63.2%所需的时间。因此，对于所示的实施例，对于红外温度计曲线404的短时间常数为达到大约57摄氏度的63.2%所需的时间，或者大约为120ms。相反，对于热敏电阻曲线402的短时间常数为到达大约33摄氏度的63.2%所需的时间，或者大约为600ms。长时间常数被定义为达到56.5摄氏度的98.0%所需的时间，或者大约为10秒。对于该实施例而言，对于红外温度计曲线404的长时间常数大约为0.5/29度，或者大约为2.0%。相反，对于热敏电阻曲线402的长时间常数大约为0.5/6.0度，或者大约为8.0%。通过校准捕获这些时间常数将提供输出温度与输入更精确的相关。
实际上，二阶传递函数可以用来根据从热敏电阻获得的实时温度数据预测晶体管结温度。可以以考虑将热敏电阻温度的阶升或阶减响应作为输入并且把红外（温度计）温度的阶升或阶减响应作为输出的方式来处理经校准的测量数据。对于该实施例而言，通过采用例如合适的平台或应用程序例如MATLAB应用程序在频域中构建线性动态算术模型。而且，该系统确定方案提供了动态模型的宽范围选择以通过调节线性时不变(LTI)传递函数的极点和零点的量来最好地描述该热系统。
根据一个示例性校准方法，从在时域中的瞬时阶减热响应(热敏电阻数据和红外温度计数据)确定出动态系统。之后，在频域中构建并且评价离散时间系统模型以获得从热敏电阻温度到红外温度计温度的传递函数。然后通过将预测出的完整瞬时响应(例如阶升、稳态和阶减特性)与在时域中的测量数据进行比较来验证所确定的动态模型。如果有效，则经验证的动态模块可然后用作为校准曲线以在给定来自晶体管的任何随意瞬时输入数据下预测目标晶体管的实时硅结温度。应明白，可使用相似的方法基于阶升热响应来获得校准曲线。
校准曲线可存储并保持在车载存储单元中以便在车辆运行期间接合热保护方案使用。关于这点，图5是示出用于车辆的功率逆变器模块的操作过程500的示例性实施方案的流程图。关于过程500所进行的各项任务可以通过软件、硬件、固件或其任意组合来执行。为了例举，过程500的下面说明可以涉及上面结合图1-4所提到的元件。实际上，过程500的各个部分可以通过所述系统的不同元件例如处理器、逆变器控制器等来执行。应该理解的是，该过程500可以包括任何数量的额外或替代的任务，在图5中所示的任务不必按照所示的顺序进行，并且过程500可以结合到具有没有在这里详细描述的附加功能的更综合的程序或过程中。而且，在图5中所示的一项或多项任务可以从过程500的实施方案中删除，只要所意图的整体功能保持不变。
过程500的所示实施方案通过确定主车辆的当前操作状态开始(任务502)。实际上，可以存在有限并且固定数量的预定并且可监测的操作状态，或者存在无限数量的由该过程500考虑的可能操作状态。可以通过监测任意数量的可测量的量、参数、状态指标等来确定车辆的当前操作状态。例如，可以通过下面可检测项目中的一些或所有来规定当前的操作状态，所述项目不受限制地为马达速度；马达电流；切换频率；调制指数；电池电压；转矩指令；或者马达温度。然后过程500可以通过选择用于当前操作状态的多个所存储的校准曲线、分布图或方案中的一个继续(任务504)。如上所述，该系统可以存储与任意数量的不同指定的操作状态对应的任意数量的校准曲线。因此，任务504优选地选择与车辆的当前操作状态最佳“匹配”的特定校准曲线。实际上，如果系统确定当前操作状态没有相关联的校准曲线，则过程500可以退出或者选择默认的校准曲线。该实施例假设任务504选择其中一条所存储的校准曲线以便结合当前操作状态使用。
过程500从与所感兴趣的功率晶体管远程地定位的热敏电阻中获取实时温度读数(任务506)。实际上，可以通过测量热敏电阻的电阻并且按照适当方式处理电阻值来获得热敏电阻读数以获得相应的温度测量值。然后采用选定的校准曲线按照需要调节或校准热敏电阻读数(任务508)。实际上，所选定校准曲线的应用引起精确地预测针对位于车辆的功率逆变器模块中的所感兴趣晶体管的实时硅结温度。
过程500按照适当的方式分析预测的实时晶体管温度(任务510)以确定是否应该采取任何动作。实际上，过程500可以评价和分析在单独采样位置处的温度数据，或者它可以同时考虑多个采样位置以便进行趋势分析。在任一个场景中，必要时，过程500可以根据预测出的实时硅温度调节或者以其它方式控制功率逆变器模块的操作(任务512)。例如，过程500可以在预测出的实时晶体管温度超过预定阈值温度时启动用于功率逆变器模块的热保护模式。作为另一个实施例，过程500可以响应于预测出的实时硅温度调节功率逆变器模块的一个或多个性能或其它操作特性或参数。换句话说，逆变器模块的输出会受到预测出的实时晶体管温度的影响。
虽然在前面详细说明中已经给出了至少一个示例性实施方案，但是应该理解的是，存在许多变型。例如，虽然上述实施方案涉及功率逆变器用途，但是这里给出的温度预测技术和方法也可以用于期望进行精确温度预测的其它用途、系统和场景中。
还应该理解的是，在这里所述的示例性实施方案决不用来以任何方式限制所要求保护的主题的范围、应用或结构。相反，前面的详细说明将为本领域普通技术人员提供用于实施所述实施方案的便利路径图。应该理解的是，在不脱离由权利要求限定的范围（其包括在提交本专利申请时已知的等同方案和可预见的等同方案）的情况下可以在元件的功能和布置方面作出各种变化。

Claims (20)

1.一种操作车辆的功率逆变器模块的方法，所述方法包括：
获取在远离功率晶体管的功率逆变器模块的位置处的温度读数；
确定所述车辆的当前操作状态；
根据所选择的与所述车辆的所述当前操作状态对应的校准曲线调整温度读数，从而得到用于所述功率逆变器模块的晶体管的预测的实时硅温度；以及
以受所述预测的实时硅温度影响的方式来操作所述功率逆变器模块。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获得所述温度读数包括：
测量传感器的温度依赖的特性；和
从所测量的与温度依赖的特性确定所述温度读数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，测量所述温度依赖的特性包括：
测量安装在所述功率逆变器模块的电路板上的热敏电阻器的电阻。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括：
针对所述车辆的相应多个预定操作状态保持多条温度校准曲线；
其中，所述车辆的当前操作状态为所述车辆的所述多个预定操作状态中的一个；并且
其中，所选择的校准曲线为所述多条温度校准曲线中的一条。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，其还包括：
获取所述多条温度校准曲线；和
将所获取的温度校准曲线存储在存储元件中。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，获取所述多条温度校准曲线包括：
在模仿所述车辆的所述多个预定操作状态的条件下操作所述功率逆变器模块；
针对多个采样位置收集在功率模块的位置处的温度读数；
利用红外温度计装置测量针对所述多个采样位置的功率晶体管的温度；和
针对模仿所述车辆的所述多个预定操作状态的条件中的每个，使所收集的温度读数与功率晶体管的所测量的温度相关联。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，操作所述功率逆变器模块包括在所预测的实时硅温度超过阈值温度时启动热保护模式。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，操作所述功率逆变器模块包括响应于所预测的实时硅温度调节所述功率逆变器模块的性能特性。
9.一种操作车辆的功率逆变器模块的方法，所述功率逆变器模块包括功率晶体管和安装在远离所述功率晶体管的位置处的热敏电阻，该方法包括：
采用所述热敏电阻获取温度读数；
确定所述车辆的当前操作状态；
从多条不同的温度校准曲线中选择与所述车辆的所述当前操作状态对应的选定的校准曲线；
采用选定的校准曲线来调节所述温度读数以获得所述功率晶体管的所预测的实时温度；和
根据所述功率晶体管的所述所预测的实时温度来操作所述功率逆变器模块。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，获得所述温度读数包括：
测量所述热敏电阻的电阻；并且
从所测量的电阻中确定所述温度读数。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，其还包括：
获取所述多条不同的温度校准曲线；并且
将所获取的温度校准曲线存储在存储元件中。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，获取所述多条不同的温度校准曲线包括：
获得在瞬时热条件下热敏电阻的温度-时间的第一阶升响应；
获得在所述瞬时热条件下功率晶体管的温度-时间的第二阶升响应；和
使所述第一阶升响应与所述第二阶升响应相关联。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，获取所述多条不同的温度校准曲线包括：
获得在瞬时热条件下热敏电阻的温度-时间的第一阶减响应；
获得在所述瞬时热条件下功率晶体管的温度-时间的第二阶减响应；和
使所述第一阶减响应与所述第二阶减响应相关联。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，操作所述功率逆变器模块包括在所预测的实时温度超过阈值温度时启动热保护模式。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，操作所述功率逆变器模块包括响应于所预测的实时温度调整所述功率逆变器模块的性能特性。
16.一种用于车辆的功率模块系统，所述功率模块系统包括：
电路板；
安装在电路板上的功率晶体管；
在远离所述功率晶体管的感测位置处安装在所述电路板上的温度传感器，所述温度传感器构造成测量在所述感测位置处的实时温度；以及
与所述温度传感器连接的处理器，用来从在所述感测位置处测量的实时温度产生用于所述功率晶体管的所预测的实时硅温度，其中通过采用与车辆的当前操作状态对应的所选择的校准曲线来产生所述所预测的实时硅温度。
17.如权利要求16所述的功率模块系统，其特征在于，所述处理器根据所述所预测的实时硅温度来操作所述功率模块系统。
18.如权利要求17所述的功率模块系统，其特征在于，所述处理器在所述所预测的实时硅温度超过阈值温度时启动用于所述功率模块系统的热保护模式。
19.如权利要求17所述的功率模块系统，其特征在于，所述处理器响应于所述所预测的实时硅温度来调节所述功率模块系统的性能特性。
20.如权利要求16所述的功率模块系统，其特征在于，其还包括存储元件，其与所述处理器连接并且构成为存储用于所述车辆的相应多个预定操作状态的多条温度校准曲线，其中所选择的校准曲线为所述多条温度校准曲线中的一条。
CN201210314418.0A 2011-08-30 2012-08-30 预测在车辆逆变器功率模块中的晶体管温度以及相关的操作方法 Expired - Fee Related CN103029650B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/221,667 2011-08-30
US13/221667 2011-08-30
US13/221,667 US8847427B2 (en) 2011-08-30 2011-08-30 Prediction of transistor temperature in an inverter power module of a vehicle, and related operating methods

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103029650A CN103029650A (zh) 2013-04-10
CN103029650B true CN103029650B (zh) 2015-05-20

Family

ID=47665419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210314418.0A Expired - Fee Related CN103029650B (zh) 2011-08-30 2012-08-30 预测在车辆逆变器功率模块中的晶体管温度以及相关的操作方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8847427B2 (zh)
CN (1) CN103029650B (zh)
DE (1) DE102012213349A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5667242B2 (ja) * 2013-06-10 2015-02-12 ファナック株式会社 パワー半導体チップの温度を推定する温度推定装置及びそれを備えるモータ制御装置
CN105850022B (zh) * 2013-12-19 2020-11-06 高周波热錬株式会社 电力转换设备和电力转换方法
US9658119B2 (en) * 2014-03-11 2017-05-23 GM Global Technology Operations LLC Method and system for detection of erratic sensor using a dynamic threshold
CN105329105B (zh) * 2014-07-30 2018-01-23 比亚迪股份有限公司 电机控制器及用于其的igbt的过温保护方法、装置
JP6191586B2 (ja) * 2014-12-02 2017-09-06 トヨタ自動車株式会社 モータコントローラ、電動車両、及び、スイッチング素子の熱ストレス推定方法
CN106960085A (zh) * 2017-03-07 2017-07-18 株洲中车时代电气股份有限公司 一种在线预估igbt元件结温的方法
US11704590B2 (en) * 2017-03-24 2023-07-18 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Methods and systems for predicting failure of a power control unit of a vehicle
DE102018212870A1 (de) 2018-08-02 2020-02-06 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Schätzen der Temperatur eines Halbleiterbauelementes sowie Computerprogramm
DE102019128632B4 (de) * 2019-10-23 2024-08-29 Jungheinrich Aktiengesellschaft Verfahren zur Abschätzung der Temperatur eines Leistungshalbleiters eines Flurförderzeugs sowie Leistungselektronik eines Flurförderzeugs und Flurförderzeug mit einer solchen Leistungselektronik
EP3904853A1 (fr) * 2020-04-30 2021-11-03 The Swatch Group Research and Development Ltd Procéde de calibration d'au moins un capteur de température électronique
DE102020114040B4 (de) 2020-05-26 2024-08-22 Jungheinrich Aktiengesellschaft Verfahren zur Abschätzung der Temperatur eines Halbleiterbauelementes einer Leistungselektronik eines Flurförderzeugs, Leistungselektronik und Flurförderzeug mit einer solchen Leistungselektronik

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2221267Y (zh) * 1994-09-24 1996-02-28 陈为匡 保护功率半导体器件的装置
CN1472877A (zh) * 2002-07-04 2004-02-04 ������������ʽ���� 具有温度检测电路的逆变器电路装置
CN1664522A (zh) * 2004-03-05 2005-09-07 日立工业设备系统株式会社 半导体元件的温度检测方法和电力变换装置
CN101334679A (zh) * 2007-06-06 2008-12-31 通用汽车环球科技运作公司 用于动力电子装置的温度感应装置
CN101397011A (zh) * 2007-09-28 2009-04-01 通用汽车环球科技运作公司 电动驱动系统的热保护
CN101997302A (zh) * 2010-08-13 2011-03-30 乌云翔 大功率变流器的电力电子器件温度过高的保护方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002107236A (ja) 2000-09-27 2002-04-10 Seiko Epson Corp 温度監視装置、プリンタ、プリンタ構成部品の誤組み検出方法
WO2005119191A1 (en) 2004-06-04 2005-12-15 Infineon Technologies Ag Pn-junction temperature sensing apparatus
US20090012739A1 (en) 2007-07-03 2009-01-08 Continental Automotive Systems Us, Inc. Method for determining power semiconductor temperature

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2221267Y (zh) * 1994-09-24 1996-02-28 陈为匡 保护功率半导体器件的装置
CN1472877A (zh) * 2002-07-04 2004-02-04 ������������ʽ���� 具有温度检测电路的逆变器电路装置
CN1664522A (zh) * 2004-03-05 2005-09-07 日立工业设备系统株式会社 半导体元件的温度检测方法和电力变换装置
CN101334679A (zh) * 2007-06-06 2008-12-31 通用汽车环球科技运作公司 用于动力电子装置的温度感应装置
CN101397011A (zh) * 2007-09-28 2009-04-01 通用汽车环球科技运作公司 电动驱动系统的热保护
CN101997302A (zh) * 2010-08-13 2011-03-30 乌云翔 大功率变流器的电力电子器件温度过高的保护方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012213349A1 (de) 2013-02-28
US8847427B2 (en) 2014-09-30
US20130049454A1 (en) 2013-02-28
CN103029650A (zh) 2013-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103029650B (zh) 预测在车辆逆变器功率模块中的晶体管温度以及相关的操作方法
EP1883556B1 (en) Method and apparatus for estimating maximum power of battery by using internal resistance of the battery
US9306249B2 (en) Method for estimating the temperature at the core of a battery cell
CN110659755B (zh) 用于预测电机温度的建模方法、装置和存储介质
CN109781439B (zh) 一种工况测试方法及设备
JP6163879B2 (ja) 電池温度推定装置及び電池温度推定方法
CN106233147A (zh) 具有温度补偿的分路电流测量
US20070010930A1 (en) Arrangement For Determining An Initial Internal Battery Temperature
CN107479367B (zh) 电机的控制方法、系统及车辆
CN103454915B (zh) 用于执行位置发送器的调整装置的自适应位置调节的方法和装置
WO2016185343A2 (en) Thermal mapping method and apparatus
JP5500057B2 (ja) 検査システム
DE112019004931T5 (de) Anomaliebestimmungsvorrichtung, Signalmerkmalswertvoraussageeinrichtung, Verfahren zum Bestimmen einer Anomalie, Verfahren zum Erzeugen eines Lernmodells und Lernmodell
CN116458056A (zh) 用于确定转子温度的设备和方法
CN104871027A (zh) 用于校准电流传感器的方法
CN115655753A (zh) 电动汽车续航里程测试方法、系统、装置及存储介质
JP2016090227A (ja) 二次電池の診断装置
US20100322284A1 (en) Method For Determining Power Semiconductor Temperature
CN113777474B (zh) 用于集成电路耐温老化测试的测试方法及系统
RU2400797C1 (ru) Способ настройки рабочего диапазона температур терморегулирующего устройства
CN104345198A (zh) 启停过程中蓄电池工作电流的估算方法和装置
JP2006119143A (ja) 電気的に動作する構成素子の動作温度の検出方法および検出装置
CN110553746B (zh) 用于获取电气的/电子的构件的温度的方法以及电路
JP2008286613A (ja) 電気慣性制御応答の評価方法
JP5085377B2 (ja) モータ電流検出方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150520

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee