CN105973502B - 一种igbt模块温度检测方法以及装置 - Google Patents

一种igbt模块温度检测方法以及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种IGBT模块温度检测方法以及装置，应用于电机系统，方法包括：S1、获取电机系统的冷却水的当前水流量和当前水温；S2、基于所述当前水流量获取IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值；S3、基于母线当前的输入电压、输出电流、调制系数和开关频率计算IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗；S4、基于步骤S2中的所述热阻值与步骤S3中的所述瞬态损耗计算IGBT模块的温度变化量；S5、基于步骤S1中的所述当前水温以及步骤S4中的所述温度变化量计算得到IGBT模块的最高温度值。本发明增强了温度测量的安全性和可靠性，由于无须直接准确采样每个IGBT及二极管的温度信号，系统设计成本极大地降低。

Description

一种IGBT模块温度检测方法以及装置
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种IGBT模块温度检测方法以及装置。
背景技术
在电动汽车领域，当前比较常用的IGBT模块温度测量方案有两种：一种是非隔离方案，即采用二次侧安全电压供电，通过运放调理得到模块温度信号；另一种是隔离方案，前级采用一次侧高压电源供电以取样模块温度信号，通过线性隔离光耦加后级运放调理得到模块温度信号。
为了应对汽车级高可靠性长寿命IGBT的产品需求，IGBT模块厂家已经尝试在IGBT芯片上集成温度传感器。由于安全规定的限制，上述第一种非隔离的温度采样方案已不再适用。而对于第二种隔离的温度采样方案，为了准确采集IGBT及二极管的芯片温度，需隔离采集多路温度信号，这样就导致模块温度采集电路成本高，且电路复杂，例如对于具备6个IGBT及二极管的IGBT模块，则需要获取6路温度信号。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种IGBT模块温度检测方法以及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种IGBT模块温度检测方法，应用于电机系统，方法包括：
S1、获取电机系统的冷却水的当前水流量和当前水温；
S2、基于所述当前水流量获取IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值；
S3、基于母线当前的输入电压、输出电流、调制系数和开关频率计算IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗；
S4、基于步骤S2中的所述热阻值与步骤S3中的所述瞬态损耗计算IGBT模块的温度变化量；
S5、基于步骤S1中的所述当前水温以及步骤S4中的所述温度变化量计算得到IGBT模块的最高温度值。
在本发明所述的IGBT模块温度检测方法中，步骤S2中，根据IGBT模块的器件规格参数表并通过查表法获取当前水流量对应的IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值。
在本发明所述的IGBT模块温度检测方法中，步骤S3包括：
S31、基于以下公式获取每个IGBT的瞬态损耗：
Pigbt＝Pigbt_switch+Pigbt_con
其中，Pigbt为IGBT的瞬态损耗，Pigbt_con为IGBT芯片的导通损耗，Pigbt_switch为IGBT芯片的开关损耗，Ubus为母线当前的输入电压，Iline_rms为输出电流，m为调制系数，fsw为开关频率，Vce_Ice_cond_igbt为IGBT等效导通内阻，Eon-nom为IGBT芯片开通能量手册值，Eoff-nom为IGBT芯片关断能量手册值，Inom为IGBT芯片测试电流手册值，Unom为IGBT芯片测试电压手册值，Irms_igbt为流过IGBT芯片的电流值，D_inv(θ)为占空比，Uline_rms为输出线电压有效值；
S32、基于以下公式获取每个反并联二极管的瞬态损耗：
Pdiode＝Pdiode_swich+Pdiode_con
其中，Pdiode二极管的瞬态损耗，Pdiode_con为二极管导通损耗，Pdiode_swich为二极管的反向恢复损耗，Vce_Ice_cond_diode为二极管的等效导通内阻；Erec-nom为二极管的单次测试电流下的反向恢复能量；Irms_diode为二极管的反向恢复电流；
S33、基于以下公式获取IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗：Ptotal＝N*(Pigbt+Pdiode)，其中，N为正整数，代表IGBT模块内的IGBT及反并联二极管的个数。
在本发明所述的IGBT模块温度检测方法中，步骤S4中基于以下公式计算IGBT模块的温度变化量：ΔT＝Ptotal*Rjw，其中，Ptotal代表IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗，Rjw代表IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值。
在本发明所述的IGBT模块温度检测方法中，步骤S5中基于以下公式计算IGBT模块的最高温度值：Tj＝Tw+ΔT，其中，Tj代表所述最高温度值，Tw代表所述当前水温，ΔT代表所述温度变化量。
本发明还公开了一种IGBT模块温度测量装置，应用于电机系统，包括整车控制器以及与整车控制器通信连接的：冷却水系统和具有所述IGBT模块的电机控制器，所述电机控制器包括：
冷却水数据读取单元，用于从整车控制器获取冷却水系统所采集的冷却水的当前水流量和当前水温；
热阻值计算单元，用于基于所述当前水流量获取IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值；
瞬态损耗计算单元，基于母线当前的输入电压、输出电流、调制系数、开关频率计算IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗；
温度变化量计算单元，基于所述热阻值与所述瞬态损耗计算IGBT模块的温度变化量；
温度计算单元，用于基于所述当前水温以及所述温度变化量计算得到IGBT模块的最高温度值。
在本发明所述的IGBT模块温度测量装置中，所述热阻值计算单元根据IGBT模块的器件规格参数表并通过查表法获取当前水流量对应的IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值。
在本发明所述的IGBT模块温度测量装置中，瞬态损耗计算单元包括：
IGBT瞬态损耗计算子单元，用于基于以下公式获取每个IGBT的瞬态损耗：
Pigbt＝Pigbt_switch+Pigbt_con
其中，Pigbt为IGBT的瞬态损耗，Pigbt_con为IGBT芯片的导通损耗，Pigbt_switch为IGBT芯片的开关损耗，Ubus为母线当前的输入电压，Iline_rms为输出电流，m为调制系数，fsw为开关频率，Vce_Ice_cond_igbt为IGBT等效导通内阻，Eon-nom为IGBT芯片开通能量手册值，Eoff-nom为IGBT芯片关断能量手册值，Inom为IGBT芯片测试电流手册值，Unom为IGBT芯片测试电压手册值，Irms_igbt为流过IGBT芯片的电流值，D_inv(θ)为占空比，Uline_rms为输出线电压有效值；
二极管瞬态损耗计算子单元，用于基于以下公式获取每个反并联二极管的瞬态损耗：
Pdiode＝Pdiode_swich+Pdiode_con
其中，Pdiode二极管的瞬态损耗，Pdiode_con为二极管导通损耗，Pdiode_swich为二极管的反向恢复损耗，Vce_Ice_cond_diode为二极管的等效导通内阻；Erec-nom为二极管的单次测试电流下的反向恢复能量；Irms_diode为二极管的反向恢复电流；
IGBT模块瞬态损耗计算子单元，用于基于以下公式获取IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗：Ptotal＝N*(Pigbt+Pdiode)，其中，N为正整数，代表IGBT模块内的IGBT及反并联二极管的个数。
在本发明所述的IGBT模块温度测量装置中，温度变化量计算单元是基于以下公式计算IGBT模块的温度变化量：ΔT＝Ptotal*Rjw，其中，Ptotal代表IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗，Rjw代表IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值。
在本发明所述的IGBT模块温度测量装置中，温度计算单元是基于以下公式计算IGBT模块的最高温度值：Tj＝Tw+ΔT，其中，Tj代表所述最高温度值，Tw代表所述当前水温，ΔT代表所述温度变化量。
实施本发明的IGBT模块温度检测方法以及装置，具有以下有益效果：本发明基于获取到的冷却水的当前水流量和当前水温，计算得到IGBT模块实时的最高温度值，增强了温度测量的安全性和可靠性，由于无须直接准确采样每个IGBT及二极管的温度信号，系统设计成本极大地降低。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的IGBT模块温度检测方法的流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
随着电动汽车电子化越来越发达，功率密度越来越高，整车需要冷却散热的系统越来越多，目前已有整车厂实现了通过整车控制器对整车动力相关的冷却系统做全局管理，同时由于电机控制器与整车控制器本身存在信息交互，故本发明可以将整车控制器读取到的来自冷却系统的水流量和水温的信息发送给电机控制器，电机控制器通过软件估算的方式以冷却水温度为基准，实时更新得到IGBT模块的最高温度值，这种方法无需增加额外的硬件成本，因此成本低，且可靠性高。
下面结合附图1说明本发明的IGBT模块温度检测方法。参考图1是本发明的IGBT模块温度检测方法的流程图。
本发明的IGBT模块温度检测方法，应用于电机系统，方法包括：
S1、获取电动汽车的冷却水的当前水流量和当前水温；
整车控制器为整车的控制管理中心，电机控制器为动力单元，是整车控制器的被控对象，IGBT模块为电机控制器内部的功率单元，通过电机控制为电机提供动力输入。电动汽车本身配置有冷却系统，冷却系统包括采集冷却水的水流量和水温的传感器，整车控制器对整车动力相关的冷却系统做全局管理，因此，整车控制器可以读取当前水流量和当前水温，并将其下发给各个电机控制器。
S2、基于所述当前水流量获取IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值；
该步骤中根据IGBT模块的器件规格参数表并通过查表法获取当前水流量对应的IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值。器件规格参数表是IGBT厂家根据IGBT模块的特性得到的。
S3、基于母线当前的输入电压、输出电流、调制系数和开关频率计算IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗；
S4、基于步骤S2中的所述热阻值与步骤S3中的所述瞬态损耗计算IGBT模块的温度变化量；
S5、基于步骤S1中的所述当前水温以及步骤S4中的所述温度变化量计算得到IGBT模块的最高温度值。
具体的，步骤S3包括：
S31、基于以下公式获取每个IGBT的瞬态损耗：
Pigbt＝Pigbt_switch+Pigbt_con
其中，Pigbt为IGBT的瞬态损耗，Pigbt_con为IGBT芯片的导通损耗，Pigbt_switch为IGBT芯片的开关损耗，Ubus为母线当前的输入电压，Iline_rms为输出电流，m为调制系数，fsw为开关频率，Vce_Ice_cond_igbt为IGBT等效导通内阻，Eon-nom为IGBT芯片开通能量手册值，Eoff-nom为IGBT芯片关断能量手册值，Inom为IGBT芯片测试电流手册值，Unom为IGBT芯片测试电压手册值，Irms_igbt为流过IGBT芯片的电流值，D_inv(θ)为占空比，Uline_rms为输出线电压有效值；
S32、基于以下公式获取每个反并联二极管的瞬态损耗：
Pdiode＝Pdiode_swich+Pdiode_con
其中，Pdiode二极管的瞬态损耗，Pdiode_con为二极管导通损耗，Pdiode_swich为二极管的反向恢复损耗，Vce_Ice_cond_diode为二极管的等效导通内阻；Erec-nom为二极管的单次测试电流下的反向恢复能量；Irms_diode为二极管的反向恢复电流。
S31、基于以下公式获取IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗：Ptotal＝N*(Pigbt+Pdiode)，其中，N为正整数，代表IGBT模块内的IGBT及反并联二极管的个数。例如，对于具有6个IGBT及反并联二极管的IGBT模块，则Ptotal＝6*(Pigbt+Pdiode)。
其中，具体的，步骤S4中基于以下公式计算IGBT模块的温度变化量：ΔT＝Ptotal*Rjw，其中，Ptotal代表IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗，Rjw代表IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值。
最后，步骤S5中基于以下公式计算IGBT模块的最高温度值：Tj＝Tw+ΔT，其中，Tj代表所述最高温度值，Tw代表所述当前水温，ΔT代表所述温度变化量。
相应的，本发明还公开了一种IGBT模块温度测量装置，应用于电机系统，包括整车控制器以及与整车控制器通信连接的：冷却水系统和具有所述IGBT模块的电机控制器，所述电机控制器包括：
冷却水数据读取单元，用于从冷却系统获取冷却水的当前水流量和当前水温；
热阻值计算单元，用于基于所述当前水流量获取IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值；
瞬态损耗计算单元，基于母线当前的输入电压、输出电流、调制系数和开关频率计算IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗；
温度变化量计算单元，基于所述热阻值与所述瞬态损耗计算IGBT模块的温度变化量；
温度计算单元，用于基于所述当前水温以及所述温度变化量计算得到IGBT模块的最高温度值。
其中，所述热阻值计算单元根据IGBT模块的器件规格参数表并通过查表法获取当前水流量对应的IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值。
其中，瞬态损耗计算单元包括：
IGBT瞬态损耗计算子单元，用于基于以下公式获取每个IGBT的瞬态损耗：
Pigbt＝Pigbt_switch+Pigbt_con
其中，Pigbt为IGBT的瞬态损耗，Pigbt_con为IGBT芯片的导通损耗，Pigbt_switch为IGBT芯片的开关损耗，Ubus为母线当前的输入电压，Iline_rms为输出电流，m为调制系数，fsw为开关频率，Vce_Ice_cond_igbt为IGBT等效导通内阻，Eon-nom为IGBT芯片开通能量手册值，Eoff-nom为IGBT芯片关断能量手册值，Inom为IGBT芯片测试电流手册值，Unom为IGBT芯片测试电压手册值，Irms_igbt为流过IGBT芯片的电流值，D_inv(θ)为占空比，Uline_rms为输出线电压有效值；
二极管瞬态损耗计算子单元，用于基于以下公式获取每个反并联二极管的瞬态损耗：
Pdiode＝Pdiode_swich+Pdiode_con
其中，Pdiode二极管的瞬态损耗，Pdiode_con为二极管导通损耗，Pdiode_swich为二极管的反向恢复损耗，Vce_Ice_cond_diode为二极管的等效导通内阻；Erec-nom为二极管的单次测试电流下的反向恢复能量；Irms_diode为二极管的反向恢复电流。
IGBT模块瞬态损耗计算子单元，用于基于以下公式获取IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗：Ptotal＝N*(Pigbt+Pdiode)，其中，N为正整数，代表IGBT模块内的IGBT及反并联二极管的个数。
其中，温度变化量计算单元是基于以下公式计算IGBT模块的温度变化量：ΔT＝Ptotal*Rjw，其中，Ptotal代表IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗，Rjw代表IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值。
其中，温度计算单元是基于以下公式计算IGBT模块的最高温度值：Tj＝Tw+ΔT，其中，Tj代表所述最高温度值，Tw代表所述当前水温，ΔT代表所述温度变化量。
综上所述，实施本发明的IGBT模块温度检测方法以及装置，具有以下有益效果：本发明基于获取到的冷却水的当前水流量和当前水温，计算得到IGBT模块实时的最高温度值，增强了温度测量的安全性和可靠性，由于无须直接准确采样每个IGBT及二极管的温度信号，系统设计成本极大地降低。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种IGBT模块温度检测方法，应用于电机系统，其特征在于，方法包括：
S1、获取电机系统的冷却水的当前水流量和当前水温；
S2、基于所述当前水流量获取IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值；
S3、基于母线当前的输入电压、输出电流、调制系数和开关频率计算IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗；
S4、基于步骤S2中的所述热阻值与步骤S3中的所述瞬态损耗计算IGBT模块的温度变化量；
S5、基于步骤S1中的所述当前水温以及步骤S4中的所述温度变化量计算得到IGBT模块的最高温度值。
2.根据权利要求1所述的IGBT模块温度检测方法，其特征在于，步骤S2中，根据IGBT模块的器件规格参数表并通过查表法获取当前水流量对应的IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值。
3.根据权利要求1所述的IGBT模块温度检测方法，其特征在于，步骤S3包括：
S31、基于以下公式获取每个IGBT的瞬态损耗：
Pigbt＝Pigbt_switch+Pigbt_con
其中，Pigbt为IGBT的瞬态损耗，Pigbt_con为IGBT芯片的导通损耗，Pigbt_switch为IGBT芯片的开关损耗，Ubus为母线当前的输入电压，Iline_rms为输出电流，m为调制系数，fsw为开关频率，Vce_Ice_cond_igbt为IGBT等效导通内阻，Eon-nom为IGBT芯片开通能量手册值，Eoff-nom为IGBT芯片关断能量手册值，Inom为IGBT芯片测试电流手册值，Unom为IGBT芯片测试电压手册值，Irms_igbt为流过IGBT芯片的电流值，D_inv(θ)为占空比，Uline_rms为输出线电压有效值，θ为相位角；
S32、基于以下公式获取每个反并联二极管的瞬态损耗：
Pdiode＝Pdiode_swich+Pdiode_con
其中，Pdiode二极管的瞬态损耗，Pdiode_con为二极管导通损耗，Pdiode_swich为二极管的反向恢复损耗，Vce_Ice_cond_diode为二极管的等效导通内阻；Erec-nom为二极管的单次测试电流下的反向恢复能量；Irms_diode为二极管的反向恢复电流；
S33、基于以下公式获取IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗：Ptotal＝N*(Pigbt+Pdiode)，其中，N为正整数，代表IGBT模块内的IGBT及反并联二极管的个数。
4.根据权利要求1所述的IGBT模块温度检测方法，其特征在于，步骤S4中基于以下公式计算IGBT模块的温度变化量：△T＝Ptotal*Rjw，其中，Ptotal代表IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗，Rjw代表IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值。
5.根据权利要求1所述的IGBT模块温度检测方法，其特征在于，步骤S5中基于以下公式计算IGBT模块的最高温度值：Tj＝Tw+△T，其中，Tj代表所述最高温度值，Tw代表所述当前水温，△T代表所述温度变化量。
6.一种IGBT模块温度测量装置，应用于电机系统，其特征在于，包括整车控制器以及与整车控制器通信连接的：冷却水系统和具有所述IGBT模块的电机控制器，所述电机控制器包括：
冷却水数据读取单元，用于从整车控制器获取冷却水系统所采集的冷却水的当前水流量和当前水温；
热阻值计算单元，用于基于所述当前水流量获取IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值；
瞬态损耗计算单元，基于母线当前的输入电压、输出电流、调制系数、开关频率计算IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗；
温度变化量计算单元，基于所述热阻值与所述瞬态损耗计算IGBT模块的温度变化量；
温度计算单元，用于基于所述当前水温以及所述温度变化量计算得到IGBT模块的最高温度值。
7.根据权利要求6所述的IGBT模块温度测量装置，其特征在于，所述热阻值计算单元根据IGBT模块的器件规格参数表并通过查表法获取当前水流量对应的IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值。
8.根据权利要求6所述的IGBT模块温度测量装置，其特征在于，瞬态损耗计算单元包括：
IGBT瞬态损耗计算子单元，用于基于以下公式获取每个IGBT的瞬态损耗：
Pigbt＝Pigbt_switch+Pigbt_con
其中，Pigbt为IGBT的瞬态损耗，Pigbt_con为IGBT芯片的导通损耗，Pigbt_switch为IGBT芯片的开关损耗，Ubus为母线当前的输入电压，Iline_rms为输出电流，m为调制系数，fsw为开关频率，Vce_Ice_cond_igbt为IGBT等效导通内阻，Eon-nom为IGBT芯片开通能量手册值，Eoff-nom为IGBT芯片关断能量手册值，Inom为IGBT芯片测试电流手册值，Unom为IGBT芯片测试电压手册值，Irms_igbt为流过IGBT芯片的电流值，D_inv(θ)为占空比，Uline_rms为输出线电压有效值，θ为相位角；
二极管瞬态损耗计算子单元，用于基于以下公式获取每个反并联二极管的瞬态损耗：
Pdiode＝Pdiode_swich+Pdiode_con
其中，Pdiode二极管的瞬态损耗，Pdiode_con为二极管导通损耗，Pdiode_swich为二极管的反向恢复损耗，Vce_Ice_cond_diode为二极管的等效导通内阻；Erec-nom为二极管的单次测试电流下的反向恢复能量；Irms_diode为二极管的反向恢复电流；
IGBT模块瞬态损耗计算子单元，用于基于以下公式获取IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗：Ptotal＝N*(Pigbt+Pdiode)，其中，N为正整数，代表IGBT模块内的IGBT及反并联二极管的个数。
9.根据权利要求6所述的IGBT模块温度测量装置，其特征在于，温度变化量计算单元是基于以下公式计算IGBT模块的温度变化量：△T＝Ptotal*Rjw，其中，Ptotal代表IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的瞬态损耗，Rjw代表IGBT模块内所有的IGBT及反并联二极管的热阻值。
10.根据权利要求6所述的IGBT模块温度测量装置，其特征在于，温度计算单元是基于以下公式计算IGBT模块的最高温度值：Tj＝Tw+△T，其中，Tj代表所述最高温度值，Tw代表所述当前水温，△T代表所述温度变化量。
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