CN110553746A - 用于获取电气的/电子的构件的温度的方法以及电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于获取尤其控制器或者功率电子器件的电路的、至少一个电气的/电子的产生热量的构件的温度的方法，所述电路具有至少一个温度传感器和一个或者多个布置在所述温度传感器与所述构件之间的、将热量从构件传导给温度传感器的元件，所述方法具有以下步骤：a）借助于所述温度传感器来检测温度（T₃），b）获取所述构件的损耗功率（P_v），c）获取每个布置在所述构件与所述温度传感器之间的元件的热容量（C），d）获取分别在相邻的元件、构件与温度传感器之间起作用的传热阻力（R），e）根据所获取的损耗功率、传热阻力（R）、热容量（C）和所检测到的温度（T₃）来确定所述构件的温度。

Description

用于获取电气的/电子的构件的温度的方法以及电路

技术领域

本发明涉及一种用于获取尤其控制器或功率电子器件的电路的至少一个电气的/电子的产生热量的构件的温度的方法，所述电路具有至少一个温度传感器和一个或多个布置在温度传感器与构件之间的、将热量从构件传导给温度传感器的元件。

此外，本发明涉及一种具有至少一个电气的/电子的构件的电路，所述构件的温度应该被监控，所述电路：具有远离所述构件来布置的温度传感器；并且具有一个或者多个布置在所述构件与所述温度传感器之间并且将热从所述构件传导给所述温度传感器的元件；并且具有控制单元，该控制单元构造用于运行所述电路并且监控所述构件的温度。

背景技术

开头所提及的类型的方法和电路从现有技术中已知。处于负载之下的电气的/电子的构件的变热对于许多应用情况来说可能导致问题。因此，所述变热一方面可能导致构件本身的损坏或者也导致相邻构件的损坏或者比如歪曲测量结果。因此，重要的是，能够以足够的精度预测由于变热而产生的热负荷。由于在每个构件上设计或者设置测量点的可行性较难并且由于期望节省额外的温度传感器，已知在构件本身上没有构造/设置温度传感器。然而，已知借助于单独的、尤其远离所述构件来布置的温度传感器借助于可用的温度信息来估计所述构件的热特性。为此通常构建物理上合理的模型，该模型模拟来自形成热量源的构件的热传导以及所述温度传感器。根据所述构件附近的所检测到的温度信息和所述构件的比如能计算的损耗功率，能够利用所述模型来估计所述构件的足够精确的温度特性。

发明内容

根据本发明的方法具有的优点是，能够以有利的方式精确地确定构件的温度，并且除此以外能够在电路中存在多个热量源的情况下精确地获取构件温度。根据本发明的方法为此而规定，在第一步骤a）中借助于温度传感器来检测温度。在第二步骤b）中获取或计算产生热量的构件的损耗功率（例如通过待检测的电流和电阻（I²R））。另外，在步骤c）中获取每个布置在构件和温度传感器之间的元件的热容量。此外，在步骤d）中，获取相应地在相邻的元件、构件与温度传感器之间起作用的传热阻力。在这种情况下，分别在两个相邻的单元之间、即在两个相邻的元件之间、即一个元件与和其相邻的构件或者相邻的温度传感器上的元件之间获取传热阻力。在步骤e）中，根据所获取的传热阻力、所获取的热容量、所获取的损耗功率和所检测到的温度来确定所述构件的温度。由此，以仅仅小的测量误差来进行精确的温度检测，其允许有利地估计并且监控所述构件的温度。

尤其相应地计算并且/或者通过试验来获取元件的热容量。因此，在设计元件时就已经能够一同计算热容量并且/或者能够通过实验、也在安装在电路中之前获取热容量，并且能够将其作为数值比如以组合特性曲线和/或特性曲线的形式保存在存储器中。

相应地，优选也分别计算并且/或者通过试验来获取传热阻力。通过将获取的数值保存在特性曲线和/或组合特性曲线中这种方式，比如通过控制单元或控制器借助于热容量和传热阻力来保证快速地估计构件的温度。

此外，优选规定，在步骤e）中借助于显式欧拉方法来获取构件的温度。由此映射了通过控制单元以离散的方式来执行的温度模型。在此要考虑到元件、构件与温度传感器之间的传热阻力以及相应的热容量并且以简单的方式方法来确定构件的温度。

如果在电路中存在多个在运行中产生热量的构件，则针对所述构件中的每个执行所属的方法，从而针对所述构件中的每个获取或估计温度值。如果在前述电路中比如处于构件与温度传感器之间的元件同样产生热量时，那么它也被视为下述构件，针对该构件借助于通过温度传感器所检测到的温度值来执行用于确定其温度的方法。

优选在确定多个产生热量的构件的温度时，考虑到相应的构件与温度传感器之间的以及相应的构件与相应地处于温度传感器与构件之间的元件之间的至少一个温差。通过对于温差的考虑，用温度模型来调准（abgleichen）单个元件的热特性，从而即使在电路中存在多个热量源也保证准确地估计有待监控的构件的温度。

优选根据容量、阻力和损耗功率特别是借助于下面所描述的方程式7、8、9和10来计算相应的温差。

特别优选使所获取的用于构件的温差相关联，以用于确定相应的构件的温度。尤其为此将所产生的温差进行加和，以用于确定所述热特性。

根据本发明的、具有权利要求9的特征的电路的突出之处在于，所述控制单元专门被安排用于执行根据本发明的方法。由此得出已提及的优点。

特别地，所述电路构造为功率电子器件，所述功率电子器件用于电机、特别驱动机器、优选用于机动车的内燃机的压缩机的介质流动机器（Medienstrommaschine）。

附图说明

下面要借助于附图来更详细地阐释本发明。为此示出：

图1示出了用于对用于确定电路中的构件温度的有利的方法进行阐释的等效电路图，

图2示出了用于对所述方法进行阐释的另一电路图，并且

图3示出了用于对所述方法进行阐释的另一电路图。

具体实施方式

图1示出了具有多个元件的电气的/电子的电路1的简化电路图。所述元件中的至少一个元件在此构造为产生热量的电气的/电子的构件2。所述电路1还具有温度传感器3，借助于该温度传感器可以在连续的运中检测构件2的当前温度。为此，还存在控制单元4，该控制单元在信号技术上与温度传感器3相连接。因为温度传感器3不是直接布置在构件2上，所以不能检测其温度，而只能估计或计算其温度。为此，在图1中所示出的模型以等效电路图的式样示出，其用于确定构件2的温度。在此假设在构件2与温度传感器3之间布置有一个或多个另外的元件5，所述元件能够影响从构件2到温度传感器3的热传递。

创建温度模型在此意味着，通过对于在其上产生损耗功率Pv的构件2与温度传感器3之间的导热性和热容量的数学描述来对热特性进行建模。图1示出了用于n个环节、也就是用于总数为n个元件5的热特性，其中至少一个元件是产生热量的构件2。

所述构件2通过热传导与其他元件5直至温度传感器3处于连接之中。相应的元件5的热容量在等效电路图中用C来表示，并且传热阻力用R来表示。环节越多，所描述的热特性就越精确。在此，所述构件2具有热容量C1并且相对于下一个相邻的元件5具有传热阻力R1。所述下一个相邻的元件又具有热容量C2和传热阻力R2。

下面创建用于具有两个环节的系统的数学描述（2-质量-模型）。对于具有另外的环节的系统来说，能够以类似的方式方法推导出所述描述。对于2-环节-模型来说，由温度传感器3所检测到的温度T₃是已知的。根据构件2上的损耗功率Pv，可以确定构件2（第一元件）和元件5（第二元件）的热负荷。所述数学描述如下：

。

在此：

-构件上的损耗功率

-构件上的热容量

-朝元件5的热传导

-元件5上的热容量

-朝温度传感器3的热传导。

因为所述控制单元4中的温度模型优选地以离散的方式运行，所以通过欧拉前向方法（显式欧拉方法）使所述描述被如下离散处理：

。

如果除了构件2之外，所述元件5中的另一元件构造用于在运行中产生热量，使得其用作热量源，则为所述电路的每个热量源构造如上所述的、具有至少n个环节的温度模型。每个热量源在此分开地引起温度传感器3的现有温度信息与元件5之间的温差ΔT。也就是说，第一热量源、在这种情况下是构件2在构件2上引起温差ΔT₁₁，在其中一个元件5上引起温差ΔT₁₂等等。第二热量源、在当前情况下由所述元件5中的第二元件构成并且被称为另一构件6，在构件2或第一元件5上引起温差ΔT₂₁，在第二元件5或构件6上引起温差ΔT₂₂。每个单个元件的由不同热量源产生的温差必须相关联，以用于确定单个元件的热特性。下面为此通过具有两个环节的温度模型来描述具有两个热量源的系统。

图2为此示出了用于第一热量源或构件2的适当的等效电路图。在此ΔT₁₁是由温度传感器3所检测的温度T₃与第一元件或构件2之间的、通过构件2所引起的温差。ΔT₁₂代表由传感器3检测到的温度T₃与第二元件5或构件6之间的、通过构件2引起的温差。

温差ΔT₁₁和ΔT₁₂可以用以下等式来描述：

。

对于第二热量源或构件6来说，在图3中示出了等效电路图。在此，ΔT₂₁是温度信息T₃与第二元件5或者构件6之间的、通过第二热量源引起的温差，并且ΔT₂₂是温度信息T₃与第一元件5或者构件2之间的、通过第二热量源引起的温差。ΔT₂₁和ΔT₂₂可以用以下等式来描述：

。

必须使用于单个元件的所产生的温度相关联。由于每个热量源的作用彼此独立，因此如下设置了通过不同热量源所产生的温差的简单的加和，以用于确定单个元件的热特性：

。

在此初始条件定义如下：

。

由此，有利地获取相应的构件2和6的温度，其中传热阻力R和容量C有利地事先获取和/或计算并且在所述控制单元4中保存在非易失的存储器中，从而保证快速地执行所述方法。所述方法有利地应用在用于尤其是机动车的压缩机的电机的控制器和/或功率电子器件中。

Claims (10)

1.一种方法，其用于获取尤其控制器或者功率电子器件的电路（1）的、至少一个电气的/电子的产生热量的构件（2、6）的温度，所述电路具有至少一个温度传感器（3）和一个或者多个布置在所述温度传感器（3）与所述构件（2、6）之间的、将热量从所述构件（2、6）传导给所述温度传感器（3）的元件（5），所述方法具有以下步骤：

a）借助于所述温度传感器（3）来检测温度（T₃），

b）获取所述构件（2、6）的损耗功率（P_v），

c）获取每个布置在所述构件（2、6）与所述温度传感器（3）之间的元件（5）的热容量（C），

d）获取分别在相邻的元件（5）、构件（2、6）与温度传感器（3）之间起作用的传热阻力（R），

e）根据所获取的损耗功率、传热阻力（R）、热容量（C）和所检测到的温度（T₃）来确定所述构件（2、6）的温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相应地计算并且/或者通过试验来获取所述热容量（C）。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，相应地计算并且/或者通过试验来获取所述传热阻力（R）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤d）中借助于显式欧拉方法来获取所述构件（2、6）的温度（T₁）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在存在多个产生热量的构件（2、6）的情况下针对所述构件（2、6）中的每个执行所述方法。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在确定多个产生热量的构件（2、6）的温度时，考虑到相应的构件（2、6）与温度传感器（3）之间的以及相应的构件（2、6）与所述电路（1）的相应地处于所述构件（2、6）与所述温度传感器（3）之间的元件（5）之间的至少一个温差（ΔT）。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，计算相应的温差（ΔT）。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的方法，其特征在于，使所述温差（ΔT）相关联，以用于确定相应的构件（2、6）的温度。

9.一种电路（1）：具有至少一个电气的/电子的构件（2、6），所述构件的温度应该予以监控；具有远离所述构件（2、6）来布置的温度传感器（3）；并且具有一个或多个元件（5），所述元件布置在所述构件（2、6）与所述温度传感器（3）之间并且将热量从所述构件（2、6）传导给所述温度传感器（3）；并且具有控制器（4），该控制器构造用于运行所述电路（1）并且对所述构件（2、6）的温度进行监控，其特征在于，所述控制器（4）专门安排用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。

10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述电路（1）构造为功率电子器件或者控制器（4），所述功率电子器件或者控制器构造用于电机、尤其是驱动机器、优选用于机动车的内燃机的压缩机的介质流动机器。