CN109073481B - 具有温度监测的开关元件及用于温度监测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于开关元件的、特别是用于具有双极的晶体管的模块的温度监测，所述晶体管具有绝缘的栅极。为此，绝缘栅双极晶体管‑模块的当前的运行参数被检测，并且基于该运行参数来确定在预先规定的位置处的开关元件的待要预期的温度。该待要预期的温度被与在该位置处所检测到的温度进行比较。如果实际的温度超过待要预期的温度，那么这是对于故障的一种指示。

Description

具有温度监测的开关元件及用于温度监测的方法

本发明涉及一种具有温度监测的开关元件、一种具有这样的开关元件的驱动系统以及一种用于温度监测的方法。特别地，本发明涉及在具有绝缘栅双极晶体管-模块（IGBT-Modul）的开关元件中的温度监测。

背景技术

文献EP 1 724 561 A2公开了用于绝缘栅双极晶体管-模块的温度传感器。所述绝缘栅双极晶体管-模块在此具有孔，该孔被设置用于：将所述绝缘栅双极晶体管-模块固定在冷却体上。用于温度测量的传感器元件被放置在承载元件上，并且所述承载元件具有一种形状，以便将承载元件平面地安装在所述绝缘栅双极晶体管-模块上。

为了特别是在电动车或者混合动力车中电地驱动，三相电机通过逆变器被供给电能。在该逆变器中，在这种情况下特别地使用具有半导体开关元件的模块——例如具有绝缘栅极引线的双极的晶体管（IGBT）。因为单个晶体管的导电性能在这样的模块中受到限制，所以可以在绝缘栅双极晶体管-模块中并联地接通多个晶体管，以便提高导电性能。

此外，在电的驱动系统中通常设置了一种接通状态，在该接通状态时可以在安全的运行状态中将系统接通。这样的安全的运行状态例如是激活的短路，在该激活的短路时，已连接的电机的所有的相引线例如可以通过逆变器的开关元件电地相连接，也就是说能够被短路。在这样的激活的短路时，在这种情况下有时可能出现相对高的电流。借助于温度传感器可以在这种情况下监测所述绝缘栅双极晶体管-模块的温度。

本发明的公开内容

本发明公开了一种具有权利要求1的特征的开关元件、一种具有权利要求6的特征的驱动系统以及一种用于温度监测的具有权利要求8的特征的方法。

据此设置了：

具有温度监测的开关元件，具有绝缘栅双极晶体管-模块、第一温度传感器、第二温度传感器、电流传感器以及监测装置。所述绝缘栅双极晶体管-模块包括第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片（IGBT-Chip）和第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片。所述第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片的集电极引线与绝缘栅双极晶体管-模块的第一引线电地耦联。第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片的发射极引线与绝缘栅双极晶体管-模块的节点电地耦联。第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片的集电极引线与绝缘栅双极晶体管-模块的节点电地耦联。第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片的发射极引线与绝缘栅双极晶体管-模块的第二引线电地耦联。第一温度传感器被设计用于：检测在绝缘栅双极晶体管-模块的第一预先确定的位置处的芯片温度。第二温度传感器被设计用于：检测在绝缘栅双极晶体管-模块的环境中的环境温度。电流传感器被设计用于：检测在绝缘栅双极晶体管-模块的节点处流入到绝缘栅双极晶体管-模块中的电流。所述监测装置被设计用于：在使用通过电流传感器检测到的电流以及通过第二温度传感器所检测到的环境温度的情况下得出一种极限温度。此外，所述监测装置被设计用于：将所得出的极限温度与通过第一温度传感器所检测到的芯片温度进行比较。基于所述极限温度与所述芯片温度的比较，可以探测在绝缘栅双极晶体管-模块中的故障。

此外设置了：

具有电机并且具有带有根据本发明的开关元件的整流器的驱动系统，所述电机具有多个相引线。特别地，所述整流器可以对于所述电机的每个相引线都具有根据本发明的开关元件。

此外设置了：

用于对于绝缘栅双极晶体管-模块进行温度监测的方法。所述绝缘栅双极晶体管-模块在此包括第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片和第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片。所述第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片的集电极引线与绝缘栅双极晶体管-模块的第一引线电地耦联，并且第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片的发射极引线与绝缘栅双极晶体管-模块的节点电地耦联。所述第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片的集电极引线与绝缘栅双极晶体管-模块的节点电地耦联，并且所述第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片的发射极引线与绝缘栅双极晶体管-模块的第二引线电地耦联。该方法包括：检测在绝缘栅双极晶体管-模块的预先确定的位置处的芯片温度的步骤、检测在绝缘栅双极晶体管-模块的环境中的环境温度以及检测在绝缘栅双极晶体管-模块的节点处流入到所述绝缘栅双极晶体管-模块中的电流的步骤。该方法还包括用来得出极限温度的步骤。所述极限温度在此在使用所检测到的电流以及所检测到的环境温度的情况下被得出。此外，该方法包括用于将所得出的极限温度与所检测到的芯片温度进行比较的步骤；以及当所检测到的芯片温度超过所得出的极限温度时用于探测所述绝缘栅双极晶体管-模块的故障的步骤。

本发明的优点：

本发明以下述认识为基础：当在具有多个并联的绝缘栅双极晶体管-芯片的绝缘栅双极晶体管-模块中的一绝缘栅双极晶体管-芯片停止工作时，可能出现通过剩下的功能正常的绝缘栅双极晶体管-芯片的电流的升高。此外本发明以下述认识为基础：当电流超过最大的允许的程度时，通过绝缘栅双极晶体管-芯片的电流的这样的升高可能导致所述功能正常的绝缘栅双极晶体管-芯片的损坏。

因此本发明的构思是：考虑到所述认识并且设置对于具有绝缘栅双极晶体管-模块的开关元件的监测，该监测可以探测在绝缘栅双极晶体管-模块中的单个的绝缘栅双极晶体管-芯片的过载。在这种情况下，本发明以下述构思为基础：检测在这样的绝缘栅双极晶体管-模块处的温度，并且将在绝缘栅双极晶体管-模块处的实际的温度与理论的预期值相比较。为了确定对于在绝缘栅双极晶体管-模块处的温度的所述理论的预期值，可以构造一种温度模型。例如像环境温度、绝缘栅双极晶体管-模块的电流负载以及需要时冷却剂的温度这样的参数可以流入到该温度模型中。对于绝缘栅双极晶体管-模块的在温度传感器的位置处的温度的所述理论的预期值可以在此特别地在特性曲线族和/或多个单独的特性曲线的基础上来得出。由此，可以非常简单地在没有昂贵的计算能力的情况下得出在绝缘栅双极晶体管-模块处的待要预期的温度。

通过将在绝缘栅双极晶体管-模块处的实际的温度与理论的预期值相比较可以非常简单地探测一种过度的温度升高。这样的温度升高可以例如是对于绝缘栅双极晶体管-模块的故障状态的标志。例如可以在这样的故障状态中在绝缘栅双极晶体管-模块的单个的绝缘栅双极晶体管-芯片中引导过度大的电流，所述电流导致相应的过度的温度升高。通过根据本发明的温度监测，可以及早地识别这样的过分大的温度升高。由此可能的是：在由于热事件而可能出现另外的有时是严重的损坏之前就开始对应措施。

根据一种实施方式，所述绝缘栅双极晶体管-模块包括冷却装置。该冷却装置可以借助于流体来进行冷却。所述冷却装置在此包括第三温度传感器。该第三温度传感器被设计用于：检测所述流体的冷却介质温度。所述监测装置可以在此被设计用于：附加地在使用所检测到的冷却介质温度的情况下得出所述极限温度。因此，所述极限温度至少基于所检测到的电流、所检测到的环境温度以及所检测到的冷却介质温度来得出。以这种方式，在对于所述绝缘栅双极晶体管-模块激活地冷却时，也可以及早地识别过分大的温度升高。

根据另一实施方式，所述监测装置包括存储器。该存储器被设计用于：存储预先确定的用于待得出的极限温度的特性曲线族。该特性曲线族可以详细说明在待得出的极限温度和所检测到的参数——例如特别是到所述绝缘栅双极晶体管-模块中的电流、环境温度或者需要时冷却介质温度——之间的关系。如果还应该有另外的参数流入到对于极限温度的获取（Ermittlung）中，那么也可以通过所存储的特性曲线族来定义所述另外的参数。所述特性曲线族可以在此事先借助于理论模拟和/或借助于测量值的检测来确定，并且被保存在存储装置中。所述存储装置可以涉及任意的、不可变的存储器。以这种方式可以特别简单地得出所述极限温度。

根据另一实施方式，所述监测装置被设计用于：基于一种存储在监测装置中的预先确定的函数来计算所述极限温度。需要时也可以存储多个备选的用于对于极限温度进行详细说明的函数。以这种方式可以实现一种用于得出所述极限温度的、存储器有效的方法。

根据另一实施方式，所述监测装置被设计用于：只有当连接在绝缘栅双极晶体管-模块的节点上的电机处于一种预先确定的运行状态中时，那么才得出所述极限温度并且将所得出的极限温度与芯片温度相比较。例如，所述监测装置可以被设计用于：只有当已被连接的电机处于激活的短路中时，那么才实施根据本发明的温度监测。

根据另一实施方式，所述监测装置被设计用于：在使用在绝缘栅双极晶体管-模块中的绝缘栅双极晶体管-芯片的接通状态的情况下才得出所述极限温度。特别地，所述监测装置在此可以当用于所连接的电机的激活的短路时分辨出：所述激活的短路在此是借助于第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片还是借助于第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片来实现的。以这种方式，可以对于所谓的上部的激活的短路和所谓的下部的激活的短路分别得出各个极限温度。

根据驱动系统的一种实施方式，所述驱动系统包括一种控制装置。该控制装置被设计用于：通过操控所述整流器使得连接着的电机的相引线短路，或者这样地调整激活的短路。特别地可以例如通过操控在绝缘栅双极晶体管-模块中的第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片来调整上部的短路。备选地可以通过操控在绝缘栅双极晶体管-模块中的第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片来调整下部的短路。所述监测装置可以在此被设计用于：当电机的相引线短路时，那么才得出极限温度并且将所得出的极限温度与芯片温度相比较。在这种情况下，需要时可以在得出极限温度时在借助于第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片的短路和借助于第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片的短路之间进行区分。

根据用于温度监测的方法的一种实施方式，该方法包括用于检测一种流体的冷却介质温度的步骤，利用该流体对于所述绝缘栅双极晶体管-模块进行冷却。在用于得出极限温度的步骤中，极限温度在这种情况下还在使用所检测到的冷却介质温度的情况下被得出。所述极限温度因此至少在使用流入到所述绝缘栅双极晶体管-模块中的电流、环境温度以及冷却介质温度的情况下被得出。

根据另一实施方式，所述极限温度在使用事先确定的特性曲线族的情况下得出。

根据另一实施方式，在用于得出极限温度的步骤中，在考虑到在绝缘栅双极晶体管-模块中的绝缘栅双极晶体管-芯片的接通状态的情况下考虑所述极限温度。特别地例如对于得出所述极限温度来说，可以考虑在对于上部的激活的短路和下部的激活的短路的操控之间的区分。在上部的激活的短路时可以例如操控第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片的所有的开关元件，而在下部的短路时操控第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片的所有的绝缘栅双极晶体管-芯片。

上述的构造方案和改进方案只要有意义都可以任意地相互组合。本发明的另外的构造方案、改进方案以及实施方案也包括之前或者以下关于本发明的实施例所描述的特征的没有详尽列举的组合。特别地，本领域技术人员在此也会添加各个方面来作为对于本发明的各个基本形式的改善和补充。

附图的简短说明

本发明以下借助于在附图的示意性的示图中说明的实施例进一步地进行解释。在此示出了：

图1： 根据一种实施方式的具有逆变器的驱动系统的示意性的示图；

图2： 根据一种实施方式的用于开关元件的绝缘栅双极晶体管-模块的示意性的示图；

图3： 根据一种实施方式的具有温度监测的开关元件的示意性的示图；

图4： 用于根据一种实施方式的开关元件的绝缘栅双极晶体管-模块的俯视图的示意性的示图；以及

图5： 流程图的示意性的示图，该流程图怎样以根据一种实施方式的方法为基础。

本发明的实施方式

在所有的附图中，相同的或者功能相同的元件和设备只要没有另外地说明都设有相同的附图标记。

图1示出了用于电的驱动系统的框图的示意性的示图。逆变器2在此在直流电压引线A1和A2上被供给直流电压。除了中间回路电容C，逆变器2还包括三个电桥支路2a、2b、2c。但是这里示出的三个电桥支路的数量在此只用于更好地理解并且不是限制。每个电桥支路2a、2b、2c在此可以例如借助于绝缘栅双极晶体管-模块1来实现。需要时也可以并联地布置多个绝缘栅双极晶体管-模块。在逆变器2的输出端处，电机3的每个相引线与一电桥支路2a、2b、2c电地相连接。

图2示出了绝缘栅双极晶体管-模块1的示意性的示图，该绝缘栅双极晶体管-模块怎样能够例如在图1的驱动系统的电桥支路2a、2b、2c中被使用。绝缘栅双极晶体管-模块1可以例如在上部的连接点A1和节点K之间并联布置地具有多个绝缘栅双极晶体管-芯片。例如可以正如在图2中示出的那样并联地布置两个绝缘栅双极晶体管-芯片。但是并联地相互连接的多于两个的绝缘栅双极晶体管-芯片此外也是可能的。例如也可以并联地布置三个、四个、五个或者多个绝缘栅双极晶体管-芯片。每个绝缘栅双极晶体管-芯片在此包括具有绝缘的栅极引线（Gateanschluss）的双极的晶体管。所述两个绝缘栅双极晶体管-芯片的两个晶体管T4和T3的集电极引线在此分别与绝缘栅双极晶体管-模块1的上部的引线A1电地相连接。绝缘栅双极晶体管-芯片的所述两个晶体管T4和T3的发射极引线与绝缘栅双极晶体管-模块1的节点K电地相连接。此外，栅极引线也共同地在上部的栅极引线GH处被从绝缘栅双极晶体管-模块1引出。需要时，为了检测通过绝缘栅双极晶体管-芯片的晶体管T4的电流，也将晶体管T3的所谓的感应引线（Sense-Anschluss）SH向外引导。

类似地，在绝缘栅双极晶体管-模块1的节点K和下部的引线A2之间也设置多个绝缘栅双极晶体管-芯片。同样地在这里，两个绝缘栅双极晶体管-芯片的示出的数量应该被理解为只是示例性的。通常在上部的连接点A1和节点K之间设置了如同在节点K和下部的连接点A2之间那样数量的绝缘栅双极晶体管-芯片。下部的晶体管T1和T2的集电极引线在这种情况下与节点K电地相连接。所述下部的晶体管T1和T2的发射极引线与下部的引线A2电地相连接。所述两个下部的晶体管T1和T2的栅极引线GL可以在此共同地或者分开地从绝缘栅双极晶体管-模块1引出。用于检测电流的下部的晶体管T1的感应引线SL可以通过相应的晶体管向外引导。

与各个绝缘栅双极晶体管-芯片的每个晶体管T1到T4并联地可以分别设置一个二极管D1到D4。

图3示出了根据一种实施方式的具有温度监测的开关元件的示意性的示图。所述开关元件在此包括一种绝缘栅双极晶体管-模块1、例如一种结合图2描述的绝缘栅双极晶体管-模块1。在第一引线A1和节点K之间在此相互并联地布置了第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片。在节点K和绝缘栅双极晶体管-模块1的第二引线A2之间互相并联地设置了第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片。电流传感器10在此检测在节点K和电机3的相引线之间的电流。该电流传感器10可以涉及任意的电流传感器，所述电流传感器提供了一种模拟的或者数字的输出信号，该输出信号相应于检测到的电流。这种相应于电流的输出信号在监测装置20上被提供。此外在绝缘栅双极晶体管-模块1上设置了第一温度传感器11。该第一温度传感器11布置在绝缘栅双极晶体管-模块1上的已知的预先确定的位置处。所述第一温度传感器11检测在绝缘栅双极晶体管-模块1的预先规定的位置处的温度并且提供相应于所检测到的温度的输出信号。该输出信号可以涉及任意的模拟的或者数字的输出信号，所述输出信号相应于通过所述第一温度传感器11所检测到的温度。该输出信号同样地在监测装置20上被提供。所述第一温度传感器11在此可以集成在绝缘栅双极晶体管-模块1中，或者所述第一温度传感器11可以旋拧到所述绝缘栅双极晶体管-模块1上、与所述绝缘栅双极晶体管-模块1粘接或者以另外的方式相连接。

此外通过第二温度传感器12检测在所述绝缘栅双极晶体管-模块1的环境中的环境温度。特别地在这种情况下，所述第二温度传感器检测在一种位置处的温度，该位置与绝缘栅双极晶体管-模块1间隔开。所述第二温度传感器12因此提供一种相应于所检测的环境温度的模拟的或者数字的输出信号，该输出信号在监测装置20上被提供。此外可以将所述绝缘栅双极晶体管-模块1与冷却装置14热耦联，以便对所述绝缘栅双极晶体管-模块1进行排热。所述冷却装置14可以例如被流体流过。该流体可以涉及任意的液态的或者气态的物质。例如借助于水或者类似的物质进行冷却是可能的。在这种情况下，流过冷却装置14的冷却剂的温度可以借助于第三温度传感器13来检测。第三温度传感器13因此提供一种模拟的或者数字的输出信号，该输出信号相应于所检测的冷却介质温度。该输出信号同样地在监测装置20上被提供。此外可以在监测装置20上提供关于操控信号的信息，该操控信号用于在监测装置20上操控在绝缘栅双极晶体管-模块1的绝缘栅双极晶体管-芯片中的单个的晶体管。

所述监测装置20接收电流传感器10的以及所连接的温度传感器11-13的输出信号以及关于在绝缘栅双极晶体管-模块1中的绝缘栅双极晶体管-芯片的操控信号的信息。需要时也还可以在监测装置20上提供另外的信息并且通过该监测装置进行分析利用。所述监测装置20从这些信息确定在所述绝缘栅双极晶体管-芯片1上待预期的温度。特别地，通过该监测装置20来确定最大的温度，所述最大的温度在以下位置处出现：在该位置处布置了第一温度传感器11。为此可以考虑在节点K和电机3的相引线之间的电流、环境温度、以及需要时冷却介质温度和关于在绝缘栅双极晶体管-模块1中的绝缘栅双极晶体管-芯片的操控信号的信息。在用于在绝缘栅双极晶体管-模块1中的绝缘栅双极晶体管-芯片的操控信号15的基础上可以确定的是，电流应该流经哪个绝缘栅双极晶体管-芯片。此外如果还已知环境温度并且必要时已知冷却介质温度，那么可以由此在考虑到单个的绝缘栅双极晶体管-芯片到在绝缘栅双极晶体管-模块1上的第一温度传感器11的距离的情况下确定在第一温度传感器11的位置处的温度，该温度在稳定的状态下出现。对于所述在稳定的状态下出现的温度的计算可以例如基于专业人员已知的热力学的基础来算出。例如可以在了解了所述绝缘栅双极晶体管-模块1的几何造型以及在冷却装置14上的绝缘栅双极晶体管-模块1的布置的情况下确定用于计算所述温度的数学公式，所述温度在稳定的状态下出现。但是备选地也可能的是：例如在实验室条件下借助于理论的模拟或者实际的测量提前确定在稳定的状态下在第一温度传感器11处出现的温度。该提前确定的温度可以因此以合适的方式被存储在监测装置20的存储器21中。例如可以将在稳定的状态中在第一温度传感器11的位置处出现的温度之间的关系作为多维的特性曲线族或者多个特性曲线族存储在所述监测装置20的存储器21中，所述温度取决于通过电流传感器10所检测到的电流、环境温度、绝缘栅双极晶体管-芯片的操控信号15以及需要时的冷却介质温度。监测装置20可以因此以简单的方式得出在绝缘栅双极晶体管-模块1上的第一温度传感器11的位置处待要预期的温度。需要时也可以在此实施在特性曲线族的多个点之间的插值，用来精确地确定所述温度，所述特性曲线族存储在存储器21中。

在已经通过所述监测装置20确定了温度以后——所述温度在绝缘栅双极晶体管-模块1上的第一温度传感器11的位置处被得出，可以将得出的温度与实际通过第一温度传感器11检测到的温度进行比较。如果通过所述第一温度传感器11所检测到的温度在此超过了待要预期的温度，那么这能够指示在绝缘栅双极晶体管-模块1之内的可能的故障。需要时，为了补偿对于在第一温度传感器11的位置处的待要预期的温度的干扰影响和/或测量公差，可以在此补充加上一种附加的阈值，并且将该总和用于进一步的分析来利用。备选地，也可以只是当通过第一温度传感器11所检测到的温度以多于一种预先规定的阈值为幅度超过了所得出的待要预期的温度值时，才探测到在绝缘栅双极晶体管-模块1中的故障。如果通过第一温度传感器11所检测到的温度像之前说明的那样超过了待要预期的温度或者如果所检测到的温度以多于一种阈值为幅度超过了待要预期的温度，那么就探测到在绝缘栅双极晶体管-模块1中的故障。接着，在需要时可以通过监测装置20输出错误消息。

在探测到在绝缘栅双极晶体管-模块1中的错误时，接着可以直接地开始另外的措施，用来避免另外的温度升高并且有时避免通过热的事件带来的损坏。例如，对于在绝缘栅双极晶体管-模块1中的绝缘栅双极晶体管-芯片的操控可以被匹配，以便调整备选的接通状态。

例如可以通过操控在绝缘栅双极晶体管-模块1中的绝缘栅双极晶体管-芯片来这样地操控在绝缘栅双极晶体管-芯片中的晶体管，以使得所连接的电机3的相引线短路。由此可以调整一种激活了的短路（AKS）。这样的激活的短路可以备选地通过关闭在第一连接点A1和节点K之间的上部的绝缘栅双极晶体管-芯片来实现（上部的AKS），或者备选地通过闭合在节点K和第二连接点A2之间的绝缘栅双极晶体管-芯片（下部的AKS）来实现。例如可以当在上部的AKS期间出现了不允许的温度升高时备选地调整下部的AKS。反之也可以在下部的AKS的不允许的温度升高时也调整上部的AKS。

因为在激活的短路期间最大的电流相应于所连接的电机3的转速，所以也可以在探测到温度升高时关于通过监测装置20所得出的温度值在继续的运行期间限制所述电机3的最大转速。特别地，当所述电机3涉及到一种与混合动力车辆或者类似的车辆的驱动系统相耦联的电机时，可以例如在借助于内燃机驱动所述混合动力车辆期间限制最大转速并且因此限制最大的速度，以便需要时在要求的激活了的短路时限制最大地出现的电流。

图4示出了根据一种实施方式的具有第一温度传感器11的绝缘栅双极晶体管-模块1的俯视图的示意性的示图。正如在此能够看出的那样，单个的绝缘栅双极晶体管-芯片以四个晶体管T1到T4具有到第一温度传感器11的不同的距离。在热力学平衡中，因此在第一温度传感器11的位置处根据电流流过绝缘栅双极晶体管-芯片的哪些晶体管T1-T4而出现了不同的最大温度。由于这个原因，在得出了在温度传感器11的位置处的待要期望的温度时，也还应该一起考虑到对于绝缘栅双极晶体管-芯片的接通状态或者操控信号。

图5示出了一流程图的示意性的示图，其怎样以一种用于对于绝缘栅双极晶体管-模块1进行温度监测的方法为基础。所述绝缘栅双极晶体管-模块1在此可以特别地涉及之前所描述的具有多个绝缘栅双极晶体管-芯片的绝缘栅双极晶体管-模块1。在步骤S1中，在绝缘栅双极晶体管-模块1的预先确定的位置处的芯片温度被检测。该芯片温度可以例如通过之前所描述的第一温度传感器来检测。在步骤S2中检测在绝缘栅双极晶体管-模块1的环境中的环境温度。该环境温度可以例如通过第二温度传感器12被检测。在步骤S3中，在绝缘栅双极晶体管-模块1的节点处进入到绝缘栅双极晶体管-模块1中的电流被检测。例如可以通过电流传感器10来检测该电流。该检测到的电流可以例如涉及在节点K和所连接的电机3的相引线之间的电流。在另一步骤S4中，可以例如借助于第三温度传感器13来检测一种流体的冷却介质温度，该流体对于所述绝缘栅双极晶体管-模块1进行冷却。在步骤S5中在使用所检测到的参数——例如检测到的电流、检测到的环境温度以及需要时检测到的冷却介质温度——的情况下来得出一种极限温度。在得出所述极限温度时，此外也还可以一起考虑用于操控在绝缘栅双极晶体管-模块1中的绝缘栅双极晶体管-芯片的操控信号。在步骤S6中，被得出的极限温度与所检测到的芯片温度进行比较，并且当所检测到的芯片温度超过了所得出的极限温度时，因此在步骤S7中探测到所述绝缘栅双极晶体管-模块1的故障。需要时也可以在所检测到的芯片温度以多于预先规定的阈值为幅度超过所得出的极限温度时，那么才探测到所述绝缘栅双极晶体管-模块1的故障。

在探测到故障时可以输出错误消息。需要时可以因此将用于操控在绝缘栅双极晶体管-模块1中的绝缘栅双极晶体管-芯片的操控信号进行匹配，和/或连接到绝缘栅双极晶体管-模块1上的电机3的最大的转速可以被限制到预先规定的最大的转速上。

总结来说，本发明涉及用于开关元件的、特别是用于具有双极的晶体管的模块的温度监测，所述双极的晶体管带有绝缘的栅级。为此，所述绝缘栅双极晶体管-模块的当前的运行参数被检测，并且基于该运行参数来确定在预先规定的位置处的开关元件的待要预期的温度。该待要预期的温度与在该位置处所检测到的温度相比较。如果实际的温度超过了所述待要预期的温度，那么这就是对于故障的一种指示。

Claims (10)

1.具有温度监测的开关元件，具有：

绝缘栅双极晶体管-模块（1），具有第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片和第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片，其中所述第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片的集电极引线与绝缘栅双极晶体管-模块（1）的第一引线（A1）电地耦联，并且所述第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片的发射极引线与节点（K）电地耦联，并且其中所述第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片的集电极引线与节点（K）电地耦联，并且所述第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片的发射极引线与绝缘栅双极晶体管-模块（1）的第二引线（A2）电地耦联；

第一温度传感器（11），该第一温度传感器被设计用于：检测在所述绝缘栅双极晶体管-模块（1）的预先确定的位置处的芯片温度；

第二温度传感器（12），该第二温度传感器被设计用于：检测在所述绝缘栅双极晶体管-模块（1）的环境中的环境温度；

电流传感器（10），该电流传感器被设计用于：检测在所述绝缘栅双极晶体管-模块（1）的节点（K）处流入到所述绝缘栅双极晶体管-模块（1）中的电流；以及

监测装置（20），该监测装置被设计用于：在使用通过所述电流传感器（10）所检测到的电流和通过所述第二温度传感器（12）所检测到的环境温度以及用于操控在绝缘栅双极晶体管-模块（1）的绝缘栅双极晶体管-芯片中的单个的晶体管的操控信号的情况下得出一种极限温度，并且

基于所得出的极限温度与通过第一温度传感器（11）所检测到的芯片温度的比较来探测所述绝缘栅双极晶体管-模块（1）的故障。

2.根据权利要求1所述的开关元件，其中所述绝缘栅双极晶体管-模块（1）包括冷却装置（14），该冷却装置能够借助于流体被冷却，其中所述冷却装置（14）包括第三温度传感器（13），该第三温度传感器被设计用于检测所述流体的冷却介质温度；以及

其中所述监测装置（20）此外被设计用于：在使用所检测到的冷却介质温度的情况下得出所述极限温度。

3.根据权利要求2所述的开关元件，其中所述监测装置（20）包括存储器（21），该存储器被设计用于：存储预先确定的用于待得出的极限温度的特性曲线族，所述极限温度取决于在绝缘栅双极晶体管-模块（1）中的电流、环境温度和/或冷却介质温度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的开关元件，其中所述监测装置（20）被设计用于：基于在所述监测装置（20）中存储的预先确定的函数来计算所述极限温度。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的开关元件，其中所述监测装置（20）被设计用于：只有当连接在所述绝缘栅双极晶体管-模块（1）的节点（K）上的电机（3）处于预先确定的运行状态中时，那么才得出所述极限温度并且将所得出的极限温度与芯片温度相比较。

6.驱动系统，具有：

带有多个相引线的电机（3）；

整流器（2），具有根据权利要求1至5中任一项所述的开关元件。

7.根据权利要求6所述的驱动系统，具有控制装置，该控制装置被设计用于：通过将整流器（2）操控到激活的短路中而使得所述电机（3）的相引线短路；

其中所述监测装置（20）被设计用于：只有当所述电机（3）的相引线短路时，那么才得出所述极限温度并且将所得出的极限温度与芯片温度进行比较。

8.用于对于绝缘栅双极晶体管-模块（1）进行温度监测的方法，所述绝缘栅双极晶体管-模块具有第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片和第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片，其中所述第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片的集电极引线与绝缘栅双极晶体管-模块（1）的第一引线（A1）电地耦联，并且所述第一多个绝缘栅双极晶体管-芯片的发射极引线与节点（K）电地耦联，并且其中所述第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片的集电极引线与节点（K）电地耦联，并且所述第二多个绝缘栅双极晶体管-芯片的发射极引线与绝缘栅双极晶体管-模块（1）的第二引线（A2）电地耦联，具有步骤：

检测（S1）在所述绝缘栅双极晶体管-模块（1）的预先确定的位置处的芯片温度；

检测（S2）在所述绝缘栅双极晶体管-模块（1）的环境中的环境温度；

检测（S3）在所述绝缘栅双极晶体管-模块（1）的节点（K）处流入到所述绝缘栅双极晶体管-模块（1）中的电流；

在使用所检测到的电流和所检测到的环境温度以及用于操控在绝缘栅双极晶体管-模块（1）的绝缘栅双极晶体管-芯片中的单个的晶体管的操控信号的情况下得出（S5）极限温度；

将所得出的极限温度与所检测到的芯片温度进行比较（S6）；以及

当所检测到的芯片温度超过所得出的极限温度时，探测（S7）到所述绝缘栅双极晶体管-模块（1）的故障。

9.根据权利要求8所述的方法，具有用于检测一种流体的冷却介质温度的步骤（S4），利用该流体对所述绝缘栅双极晶体管-模块（1）进行冷却；

其中用于得出所述极限温度的步骤（S5）此外在使用所检测到的冷却介质温度的情况下得出所述极限温度。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述极限温度在使用事先确定的特性曲线族的情况下被得出。

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