CN104269823B - 一种过温保护方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的过温保护方法及装置不以温度传感器的实时温度为参考，而采用以温度传感器的实时温度变化率为参考对IGBT进行过温保护，具体当温度传感器的实时温度变化率达到预设数值时获知异常状况，并及时控制电机系统停机，实现过温保护目的。申请人经研究发现，在因冷却系统异常等而导致IGBT晶元处温度急速上升时，虽然温度传感器的实时温度远小于同时刻IGBT的晶元温度，但传感器的温度会随晶元温度的变化而同步地快速上升，远大于冷却系统正常时传感器的温度变化速率，从而，相比于现有技术，本发明采用的温度传感器的实时温度变化率这一参考参数能够更为准确地反映所发生的异常状况，有效避免了IGBT模块过温烧毁现象的发生。

Description

一种过温保护方法和装置

技术领域

本发明属于汽车电子控制技术领域，尤其涉及一种过温保护方法和装置。

背景技术

以电动汽车为首的、更为节能和环保的新能源汽车日渐成为汽车领域的重点发展对象，电动汽车由可充放电的动力电池提供能源，由电机提供驱动力。

目前，普遍采用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)作为电机的驱动模块，由于电动汽车电机的功率较大，IGBT需处理较大的电流，发热较多，为此，一般采用冷却系统对IGBT进行散热，同时采用温度传感器实时检测IGBT中发热晶元的温度，在传感器温度达到一定数值时控制电机停机，对IGBT进行过温保护，以避免在冷却系统异常时，出现IGBT过热烧毁的现象。IGBT开关过程中其晶元处的电流很高，出于绝缘考虑，温度传感器往往布置在IGBT模块的边缘，与晶元保持一定距离；然而，此种设计导致晶元温度至温度传感器的热传递过程耗时较长，进而导致温度传感器不能实时反映晶元处的温度，从而在冷却系统异常、晶元处温度急速上升时，易因晶元温度已达到设定的过温保护点、而温度传感器的温度远未达到过温保护点，而出现IGBT模块过温烧毁的现象。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种过温保护方法和装置，以克服现有技术因温度传感器不能实时反映晶元处的温度，而容易导致IGBT模块过温烧毁的问题。

为此，本发明公开如下技术方案：

一种过温保护方法，用于在冷却系统异常时，对绝缘栅双极晶体管IGBT模块进行过温保护，所述方法包括：

获取温度传感器在当前时刻所对应的实时温度值，所述温度传感器布置在IGBT模块的边缘，用于对IGBT模块中的发热晶元进行温度检测；

利用获取的所述实时温度值，以及预先获取的所述温度传感器在预设的历史时刻所对应的历史温度值，计算温度传感器的实时温度变化率，所述历史时刻为在所述当前时刻之前的预设时长时所对应的时刻；

判断计算出的所述实时温度变化率是否小于预先设定的变化率阈值；

若判断结果为否，则发出控制指令，以控制电机系统停机。

上述方法，优选的，所述预先设定的变化率阈值k_设为：k_设＝(k_正+k_异)/2，其中，k_正表示冷却系统正常时温度传感器的温度变化率，k_异表示冷却系统异常时温度传感器的温度变化率。

上述方法，优选的，利用获取的所述实时温度值，以及预先获取的所述温度传感器在预设的历史时刻所对应的历史温度值，计算温度传感器的实时温度变化率，包括：

利用公式k＝(T₂-T₁)/Δt计算温度传感器的实时温度变化率k；

其中，T₂表示温度传感器在所述当前时刻所对应的实时温度值，T₁表示温度传感器在所述历史时刻所对应的历史温度值，Δt表示所述预设时长。

上述方法，优选的，还包括：

若判断结果为是，则继续触发实时温度变化率的计算及判断过程，以实现继续对IGBT进行过温保护。

一种过温保护装置，用于在冷却系统异常时，对绝缘栅双极晶体管IGBT模块进行过温保护，所述装置包括：

获取模块，用于获取温度传感器在当前时刻所对应的实时温度值，所述温度传感器布置在IGBT模块的边缘，用于对IGBT模块中的发热晶元进行温度检测；

计算模块，用于利用获取的所述实时温度值，以及预先获取的所述温度传感器在预设的历史时刻所对应的历史温度值，计算温度传感器的实时温度变化率，所述历史时刻为在所述当前时刻之前的预设时长时所对应的时刻；判断模块，用于判断计算出的所述实时温度变化率是否小于预先设定的变化率阈值；

第一保护模块，用于在判断结果为否时，发出控制指令，以控制电机系统停机。

上述装置，优选的，所述计算模块包括：

计算单元，用于利用公式k＝(T₂-T₁)/Δt计算温度传感器的实时温度变化率k；

其中，T₂表示温度传感器在所述当前时刻所对应的实时温度值，T₁表示温度传感器在所述历史时刻所对应的历史温度值，Δt表示所述预设时长。

上述方法，优选的，还包括：

第二保护模块，用于在判断结果为是时，继续触发实时温度变化率的计算及判断过程，以实现继续对IGBT进行过温保护。

由以上方案可知，本发明公开的过温保护方法及装置不以温度传感器的实时温度为参考，而采用以温度传感器的实时温度变化率为参考对IGBT进行过温保护，具体当温度传感器的实时温度变化率达到预设数值时获知异常状况，并及时控制电机系统停机，实现过温保护目的。申请人经研究发现，在因冷却系统异常等而导致IGBT晶元处温度急速上升时，虽然温度传感器的实时温度远小于同时刻IGBT的晶元温度，但传感器的温度会随晶元温度的变化而同步地快速上升，远大于冷却系统正常时即散热正常时传感器的温度变化速率，从而，相比于现有技术，本发明采用的温度传感器的实时温度变化率这一参考参数能够实时、准确地反映IGBT晶元的温度变化情况，进而能够更为准确地反映所发生的异常状况，有效避免了IGBT模块过温烧毁现象的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一公开的过温保护方法的一种流程图；

图2是本发明实施例一公开的过温保护应用系统的结构示意图；

图3是本发明实施例二公开的过温保护方法的另一种流程图；

图4是本发明实施例三公开的过温保护装置的一种结构示意图；

图5是本发明实施例三公开的过温保护装置的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例一公开一种过温保护方法，所述方法用于在冷却系统异常时，对IGBT模块进行过温保护，参考图1，所述方法可以包括以下步骤：

S101：获取温度传感器在当前时刻所对应的实时温度值，所述温度传感器布置在IGBT模块的边缘，用于对IGBT模块中的发热晶元进行温度检测。

申请人经研究发现，在因冷却系统异常而导致IGBT晶元处温度急速上升时，虽然温度传感器的实时温度远小于同时刻IGBT的晶元温度，但传感器的温度会随晶元温度的变化而同步地快速上升，远大于冷却系统正常时传感器的温度变化速率，即冷却系统正常时，温度传感器的温度变化较为缓慢，而冷却系统异常时，温度传感器的温度变化则较为迅速，从而，相比于现有技术所采用的温度传感器的实时温度这一参考参数，温度传感器的实时温度变化率能够实时、准确地反映IGBT晶元的温度变化情况，进而能够更为准确地反映所发生的异常状况。基于此，本发明采用温度传感器的实时温度变化率为参考参数对IGBT模块进行过温保护。

具体地，本步骤实时获取温度传感器在当前时刻所对应的实时温度值，从而为后续实时温度变化率的计算提供支持。

S102：利用获取的所述实时温度值，以及预先获取的所述温度传感器在预设的历史时刻所对应的历史温度值，实时计算温度传感器的温度变化率，所述历史时刻为在所述当前时刻之前的预设时长时所对应的时刻。

本实施例具体采用式k＝(T₂-T₁)/Δt计算温度传感器的温度变化率k，其中，T₂表示温度传感器在所述当前时刻所对应的实时温度值，T₁表示温度传感器在所述历史时刻所对应的历史温度值，Δt表示所述预设时长。

S103：判断计算出的所述实时温度变化率是否小于预先设定的变化率阈值。

S104：若判断结果为否，则发出控制指令，以控制电机系统停机。

其中，本实施例中，所采用的变化率阈值k_设具体为k_设＝(k_正+k_异)/2，该式中，k_正表示冷却系统正常时温度传感器的温度变化率，k_异表示冷却系统异常时温度传感器的温度变化率。

当计算出的温度传感器的实时温度变化率不小于所设定的变化率阈值，即k≥(k_正+k_异)/2时，表征温度传感器升温较快，从而相对应地，IGBT的发热晶元此刻正在快速升温，其出现了散热异常状况，即冷却系统此刻可能出现异常，此时，为防止IGBT因过热而烧毁，本步骤在k≥(k_正+k_异)/2时控制电机系统停机，从而实现了对IGBT进行保护。

以下，本实施例以一具体实例为例，对本发明的过温保护方法进行详细说明。

参考图2，本实例的温度保护系统采用温度采集模块1、温度数据处理模块2、温度数据比较模块3、执行模块4对IGBT进行过温保护。该系统的具体工作流程如下：

1)根据设定的采集频度，温度采集模块1每50ms采集一次温度传感器信号，并将采集到的信息传递到温度数据处理模块2，也就是说每秒内温度采集模块1共有20个采集周期，对温度传感器执行20次温度采集。

2)温度数据处理模块2将每次接收的温度模拟量转化为数字量，得到具体的温度值，并对转换所得的温度值进行标记。

例如，将开始第1s内的20个温度数据分别标记为T_a0、T_a1 T_a2……T_a19，将第2s内的20个温度数据分别标记为T_b0、T_b1 T_b2……T_b19等。

同时，温度数据处理模块2利用所标记的新的温度值以及与该新温度值相对应的历史温度计算温度传感器的实时温度变化率，并将计算出的实时温度变化率传递至温度数据比较模块3。

例如，具体地，在接收到温度值T_b0时，温度数据处理模块2基于式(T_b0-T_a0)(两个温度所对应的时间变化量为1s)计算此刻温度传感器的实时温度变化率，在接收到温度值T_b1时，基于式(T_b1-T_a1)计算此时温度传感器所对应的实时温度变化率……，即每隔50ms即对温度传感器的温度变化率进行重新计算，以准确、及时地发现异常状况。

3)温度数据比较模块3每接收到一个新的温度变化率ΔT(时间间隔为1s时的温度变化值)，即将其与预先设定的变化率阈值(ΔT₁+ΔT₂)/2进行比较，如果ΔT≥(ΔT₁+ΔT₂)/2，则温度变化率的比较结果异常，此时温度数据比较模块3向执行模块4传递温度变化率的异常比较结果。

4)在执行模块4接收到温度数据比较模块3的异常比较结果时，电机控制器控制电机停机，进行过温保护处理。

其中，ΔT₁与ΔT₂需预先通过试验获取，两者的获取过程如下：

ΔT₁：车辆设定百公里加速试验工况，电机控制器设定每隔50ms采集一次温度传感器信号；在冷却系统正常工作的条件下，采集该工况下IGBT模块的温度传感器反馈的温度值数据，根据数据计算每1秒(20个周期)温度上升的梯度(即温度变化率)，记为ΔT₁。

ΔT₂：车辆设定百公里加速试验工况，电机控制器设定每隔50ms采集一次温度传感器信号，主动关闭冷却系统，使水流静止，重复上述试验，采集IGBT模块的温度传感器反馈的温度值数据，根据数据计算每1秒(20个周期)温度上升的梯度，记为ΔT₂。

现实应用场景中，在设定了一定试验工况及散热条件的前提下，IGBT中发热晶元温度变化的快慢程度较为稳定，即一定试验工况下，冷却系统正常工作时，发热晶元的温度变化率在某一较小的幅度内波动，冷却系统异常工作时发热晶元的温度变化率在另一个较小的幅度内波动，因此，可直接采用散热正常时所计算的任意一个梯度数值作为ΔT₁，采散热异常时所计算的任意一个梯度数值作为ΔT₂；当然，为防止偶然出现梯度计算结果偏差较大的情况，使所获取的ΔT₁与ΔT₂具有更高的参考价值，可通过在两种情况下分别获取多个梯度数值，并求平均值的方法来获取ΔT₁与ΔT₂。

由以上方案可知，本发明公开的过温保护方法及装置不以温度传感器的实时温度为参考，而采用以温度传感器的实时温度变化率为参考对IGBT进行过温保护，具体当温度传感器的实时温度变化率达到预设数值时获知异常状况，并及时控制电机系统停机，实现过温保护目的。申请人经研究发现，在因冷却系统异常等而导致IGBT晶元处温度急速上升时，虽然温度传感器的实时温度远小于同时刻IGBT的晶元温度，但传感器的温度会随晶元温度的变化而同步地快速上升，远大于冷却系统正常时即散热正常时传感器的温度变化速率，从而，相比于现有技术，本发明采用的温度传感器的实时温度变化率这一参考参数能够实时、准确地反映IGBT晶元的温度变化情况，进而能够更为准确地反映所发生的异常状况，有效避免了IGBT模块过温烧毁现象的发生。

实施例二

本实施例二中，参考图3，所述过温保护方法还包括以下步骤：

S105：若判断结果为是，则继续触发实时温度变化率的计算及判断过程，以实现继续对IGBT进行过温保护。

即本实施例中，若k<(k_正+k_异)/2，则表征温度传感器及IGBT中发热晶元的温度变化较为平稳，从而，IGBT的散热正常，冷却系统无异常发生，此种情况下，不触发电机停机，继续对温度传感器的温度变化率进行检测，以实现继续对IGBT模块进行实时地过温保护。

实施例三

本实施例三公开一种过温保护装置，所述装置与实施例一及时实例二公开的过温保护方法相对应。

首先，相应于实施例一，参考图4，所述装置包括获取模块100、计算模块200、判断模块300和第一保护模块400。

获取模块100，用于获取温度传感器在当前时刻所对应的实时温度值，所述温度传感器布置在IGBT模块的边缘，用于对IGBT模块中的发热晶元进行温度检测。

计算模块200，用于利用获取的所述实时温度值，以及预先获取的所述温度传感器在预设的历史时刻所对应的历史温度值，计算温度传感器的实时温度变化率，所述历史时刻为在所述当前时刻之前的预设时长时所对应的时刻。

其中，计算模块200具体包括计算单元。

计算单元用于利用公式k＝(T₂-T₁)/Δt计算温度传感器的温度变化率k；T₂表示温度传感器在所述当前时刻所对应的实时温度值，T₁表示温度传感器在所述历史时刻所对应的历史温度值，Δt表示所述预设时长。

判断模块300，用于判断计算出的所述实时温度变化率是否小于预先设定的变化率阈值。

第一保护模块400，用于在判断结果为否时，发出控制指令，以控制电机系统停机。

参考图5，相应于实施例二所述装置还包括第二保护模块500，该模块用于在判断结果为是时，继续触发实时温度变化率的计算及判断过程，以实现继续对IGBT进行过温保护。

对于本发明实施例三公开的过温保护装置而言，由于其与实施例一和实施例二公开的过温保护方法相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见实施例一和实施例二中过温保护方法部分的说明即可，此处不再详述。

综上所述，本发明采用的温度传感器的实时温度变化率这一参考参数能够实时、准确地反映IGBT晶元的温度变化情况，进而能够更为准确地反映所发生的异常状况，有效避免了IGBT模块过温烧毁现象的发生。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一、第二、第三和第四等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种过温保护方法，其特征在于，用于在冷却系统异常时，对绝缘栅双极晶体管IGBT模块进行过温保护，所述方法包括：

获取温度传感器在当前时刻所对应的实时温度值，所述温度传感器布置在IGBT模块的边缘，用于对IGBT模块中的发热晶元进行温度检测；

利用获取的所述实时温度值，以及预先获取的所述温度传感器在预设的历史时刻所对应的历史温度值，计算温度传感器的实时温度变化率，所述历史时刻为在所述当前时刻之前的预设时长时所对应的时刻；

判断计算出的所述实时温度变化率是否小于预先设定的变化率阈值；

若判断结果为否，则发出控制指令，以控制电机系统停机；

其中，所述预先设定的变化率阈值k_设为：k_设＝(k_正+k_异)/2，k_正表示冷却系统正常时温度传感器的温度变化率，k_异表示冷却系统异常时温度传感器的温度变化率；所述k_正通过在冷却系统正常时，计算所述温度传感器在多个1秒的时间间隔对应的多个温度上升梯度数值的平均值得到，所述k_异通过在冷却系统异常时，计算所述温度传感器在多个1秒的时间间隔对应的多个温度上升梯度数值的平均值得到。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用获取的所述实时温度值，以及预先获取的所述温度传感器在预设的历史时刻所对应的历史温度值，计算温度传感器的实时温度变化率，包括：

利用公式k＝(T₂-T₁)/Δt计算温度传感器的实时温度变化率k；

其中，T₂表示温度传感器在所述当前时刻所对应的实时温度值，T₁表示温度传感器在所述历史时刻所对应的历史温度值，Δt表示所述预设时长。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：

若判断结果为是，则继续触发实时温度变化率的计算及判断过程，以实现继续对IGBT进行过温保护。

4.一种过温保护装置，其特征在于，用于在冷却系统异常时，对绝缘栅双极晶体管IGBT模块进行过温保护，所述装置包括：

获取模块，用于获取温度传感器在当前时刻所对应的实时温度值，所述温度传感器布置在IGBT模块的边缘，用于对IGBT模块中的发热晶元进行温度检测；

计算模块，用于利用获取的所述实时温度值，以及预先获取的所述温度传感器在预设的历史时刻所对应的历史温度值，计算温度传感器的实时温度变化率，所述历史时刻为在所述当前时刻之前的预设时长时所对应的时刻；

判断模块，用于判断计算出的所述实时温度变化率是否小于预先设定的变化率阈值；

第一保护模块，用于在判断结果为否时，发出控制指令，以控制电机系统停机；

其中，所述预先设定的变化率阈值k_设为：k_设＝(k_正+k_异)/2，k_正表示冷却系统正常时温度传感器的温度变化率，k_异表示冷却系统异常时温度传感器的温度变化率；所述k_正通过在冷却系统正常时，计算所述温度传感器在多个1秒的时间间隔对应的多个温度上升梯度数值的平均值得到，所述k_异通过在冷却系统异常时，计算所述温度传感器在多个1秒的时间间隔对应的多个温度上升梯度数值的平均值得到。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括：

计算单元，用于利用公式k＝(T₂-T₁)/Δt计算温度传感器的实时温度变化率k；

其中，T₂表示温度传感器在所述当前时刻所对应的实时温度值，T₁表示温度传感器在所述历史时刻所对应的历史温度值，Δt表示所述预设时长。

6.根据权利要求4-5任意一项所述的装置，其特征在于，还包括：

第二保护模块，用于在判断结果为是时，继续触发实时温度变化率的计算及判断过程，以实现继续对IGBT进行过温保护。