CN111413116A - 电机控制器冷却故障检测系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种电机控制器冷却故障检测系统，包括冷却系统、IGBT模块和控制器，冷却系统包括用于为IGBT模块提供冷却水的冷却管路，冷却管路经过IGBT模块；IGBT模块包括IGBT开关管和用于检测IGBT模块温度的三个热敏电阻，各热敏电阻沿着IGBT模块冷却水的流动方向依次设置；控制器控制IGBT开关管的开通和断开，控制器可以通过热敏电阻采集IGBT模块三个位置的温度，控制器判断各热敏电阻检测到的IGBT模块实际温度是否符合IGBT模块正常工作时的温度分布规律，当实际温度分布规律不符合正常温度分布规律时，判断冷却系统出现故障。其不需要增加温度检测装置，直接根据IGBT模块内置的三个热敏电阻检测到的温度规律来判断冷却系统故障。本发明还涉及一种电机控制器冷却故障检测方法。

Description

电机控制器冷却故障检测系统及其方法
技术领域
本发明涉及电机控制器冷却技术领域，特别涉及一种电机控制器冷却故障检测系统及其方法。
背景技术
永磁同步电机由于具有功率密度高、转动惯量低、效率高等优点而被广泛地应用于高性能运动控制的应用场合。近年来电动汽车发展非常迅速，而永磁同步电机由于以上优点而在这一领域得到了广泛的应用。
随着全世界对能源问题的日益重视，电机控制器往高效率、高控制性能和高可靠性的发展成为一种趋势。对于车用永磁同步电机控制器而言，可靠运行是第一位的。要提高电机控制器的可靠性，对电机控制器冷却系统的故障进行识别是非常必要的。现有识别电机控制器冷却系统故障的方法一般采用在冷却液中加入流量计的方式，或在整车回路中设置多个温度测量点，将多个温度值进行对比，判断是否发生冷却系统故障。但是，这些方法增加了系统的成本和复杂度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电机控制器冷却故障检测系统，不需要增加温度检测装置，直接根据IGBT模块的热敏电阻检测到的温度规律来判断冷却系统故障。
一种电机控制器冷却故障检测系统，包括冷却系统、IGBT模块和控制器，冷却系统包括用于为IGBT模块提供冷却水的冷却管路，冷却管路经过IGBT模块；IGBT模块包括IGBT开关管和用于检测IGBT模块温度的三个热敏电阻，各热敏电阻沿着IGBT模块冷却水的流动方向依次设置；控制器控制IGBT开关管的开通和断开，控制器可以通过热敏电阻采集IGBT模块三个位置的温度，控制器判断各热敏电阻检测到的IGBT模块实际温度是否符合IGBT模块正常工作时的温度分布规律，当实际温度分布规律不符合正常温度分布规律时，判断冷却系统出现故障。
在本发明的实施例中，上述三个热敏电阻分别为第一热敏电阻、第二热敏电阻和第三热敏电阻，所述第一热敏电阻、所述第二热敏电阻和所述第三热敏电阻的沿着冷却水的流动方向依次设置，所述第一热敏电阻检测所述IGBT模块的温度为第一实际温度，所述第二热敏电阻检测所述IGBT模块的温度为第二实际温度，所述第三热敏电阻检测所述IGBT模块的温度为第三实际温度，比较所述第一实际温度、所述第二实际温度和所述第三实际温度之间的温差值，所述控制器根据温差值控制IGBT模块降功率或关管操作。
在本发明的实施例中，上述控制器存储有一级降功率阈值、二级降功率阈值和关管阈值，当所述第三实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述一级降功率阈值，或者所述第二实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述一级降功率阈值时，所述控制器控制所述IGBT模块执行一级降功率。
在本发明的实施例中，当所述第三实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述二级降功率阈值，或者所述第二实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述二级降功率阈值时，所述控制器控制所述IGBT模块执行二级降功率。
在本发明的实施例中，当所述第三实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述关管阈值，或者所述第二实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述关管阈值时，所述控制器控制所述IGBT模块执行关管操作。
本发明还提供一种电机控制器冷却故障检测方法，所述检测方法包括：
提供冷却系统，所述冷却系统包括用于为IGBT模块提供冷却水的冷却管路，所述冷却管路经过所述IGBT模块；
IGBT模块包括IGBT开关管和用于检测所述IGBT模块温度的三个热敏电阻，三个所述热敏电阻沿着所述IGBT模块冷却水的流动方向依次设置；
利用控制器控制所述IGBT开关管的开通和断开，所述控制器通过所述热敏电阻采集所述IGBT模块三个位置的温度，判断各所述热敏电阻检测到的所述IGBT模块实际温度是否符合所述IGBT模块正常工作时的温度分布规律，当实际温度分布规律不符合正常温度分布规律时，判断所述冷却系统出现故障。
在本发明的实施例中，上述三个热敏电阻分别为第一热敏电阻、第二热敏电阻和第三热敏电阻，所述第一热敏电阻、所述第二热敏电阻和所述第三热敏电阻的沿着冷却水的流动方向依次设置，所述第一热敏电阻检测所述IGBT模块的温度为第一实际温度，所述第二热敏电阻检测所述IGBT模块的温度为第二实际温度，所述第三热敏电阻检测所述IGBT模块的温度为第三实际温度，比较所述第一实际温度、所述第二实际温度和所述第三实际温度之间的温差值，所述控制器根据温差值控制IGBT模块降功率或关管操作。
在本发明的实施例中，设置一级降功率阈值、二级降功率阈值和关管阈值，当所述第三实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述一级降功率阈值，或者所述第二实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述一级降功率阈值时，控制所述IGBT模块执行一级降功率。
在本发明的实施例中，当所述第三实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述二级降功率阈值，或者所述第二实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述二级降功率阈值时，控制所述IGBT模块执行二级降功率。
在本发明的实施例中，当所述第三实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述关管阈值，或者所述第二实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述关管阈值时，控制所述IGBT模块执行关管操作。
本发明的电机控制器冷却故障检测系统的冷却系统包括用于为IGBT模块提供冷却水的冷却管路，冷却管路经过IGBT模块；IGBT模块包括IGBT开关管和用于检测IGBT模块温度的三个热敏电阻，各热敏电阻沿着IGBT模块冷却水的流动方向依次设置；控制器控制IGBT开关管的开通和断开，控制器可以通过热敏电阻采集IGBT模块三个位置的温度，控制器判断各热敏电阻检测到的IGBT模块实际温度是否符合IGBT模块正常工作时的温度分布规律，当实际温度分布规律不符合正常温度分布规律时，判断冷却系统出现故障。。本发明的电机控制器冷却故障检测系统不需要增加温度检测装置，直接根据IGBT模块的热敏电阻检测到的温度规律来判断冷却系统故障。
附图说明
图1是本发明的电机控制器冷却故障检测系统的示意图。
图2是发明的IGBT模块的俯视结构示意图。
图3是本发明的电机控制器冷却故障检测方法的逻辑示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地描述。
图1是本发明的电机控制器冷却故障检测系统的示意图。如图1所示，电机控制器冷却故障检测系统10包括冷却系统11、IGBT模块12和控制器13。
如图1所示，冷却系统11包括用于为IGBT模块12提供冷却水的冷却管路112，冷却管路112经过IGBT模块12。在本实施例中，冷却系统11还包括水箱、水泵、散热片、风扇等部件，关于各部件的连接关系请参照现有技术，此处不再赘述。
图2是发明的IGBT模块的俯视结构示意图。如图1和图2所示，IGBT模块12(Insulated Gate Bipolar Transistor)包括IGBT开关管和用于检测IGBT模块12温度的三个热敏电阻122(Negative Temperature Coefficient；NTC)，各热敏电阻122沿着冷却水的流动方向依次设置(图1和图2中箭头所指示的方向)。在本实施例中，三个热敏电阻122分别为第一热敏电阻122a、第二热敏电阻122b和第三热敏电阻122c。第一热敏电阻122a、第二热敏电阻122b和第三热敏电阻122c的沿着冷却水的流动方向依次设置，第二热敏电阻122b位于第一热敏电阻122a与第三热敏电阻122c之间。第一热敏电阻122a检测IGBT模块12的温度为第一实际温度，第二热敏电阻122b检测IGBT模块12的温度为第二实际温度，第三热敏电阻122c检测IGBT模块12的温度为第三实际温度。
在冷却系统11不出现故障时，第一热敏电阻122a检测的第一实际温度小于第二热敏电阻122b检测的第二实际温度，且第二热敏电阻122b检测的第二实际温度小于第三热敏电阻122c检测的第三实际温度；当冷却系统11出现故障时，第二实际温度与第一实际温度之间的差值、第三实际温度与第一实际温度之间的差值以及第三实际温度与第二实际温度之间的差值会越来越大，远远超出冷却系统11处于正常情况下第一热敏电阻122a、第二热敏电阻122b和第三热敏电阻122c检测的温度差，而且三个温度差值存在一定的规律。
控制器13控制IGBT开关管的开通和断开，实现按控制需求输出电压给电机。控制器13可以通过三个热敏电阻122采集所述IGBT模块12三个位置的温度，控制器13判断各热敏电阻122检测到的IGBT模块12实际温度是否符合IGBT模块12正常工作时的温度分布规律，当实际温度分布规律不符合正常温度分布规律时，判断冷却系统11出现故障，具体地，比较第一热敏电阻122a检测的第一实际温度、第二热敏电阻122b检测的第二实际温度和第三热敏电阻122b检测的第三实际温度之间的温差值，控制器13根据温差值控制IGBT模块12降功率或关管操作。本发明的控制器13例如为整车控制器13，但并不以此限。
进一步地，当控制器13判断冷却系统11出现故障时，控制器13可根据冷却系统11的故障等级控制IGBT模块12执行一级降功率、二级降功率和关管操作。具体地，控制器13存储有一级降功率阈值、二级降功率阈值和关管阈值，一级降功率阈值、二级降功率阈值和关管阈值的数值大小可根据实际情况自行设定，此处并不列举出具体的数值。
当第三实际温度与第一实际温度的差值大于一级降功率阈值，或者第二实际温度与第一实际温度的差值大于一级降功率阈值时，控制器13控制IGBT模块12执行一级降功率，同时控制器13上报冷却系统11一级故障。
当第三实际温度与第一实际温度的差值大于二级降功率阈值，或者第二实际温度与第一实际温度的差值大于二级降功率阈值时，控制器13控制IGBT模块12执行二级降功率，同时控制器13上报冷却系统11二级故障。
当第三实际温度与第一实际温度的差值大于关管阈值，或者第二实际温度与第一实际温度的差值大于所述关管阈值时，控制器13控制IGBT模块12执行关管操作，同时控制器13上报冷却系统11三级故障。
本发明的电机控制器冷却故障检测系统10不需要增加温度检测装置，直接根据IGBT模块12的热敏电阻122检测到的温度来判断冷却系统11是否发生故障，判断逻辑简单有效。而且，本发明的电机控制器冷却故障检测系统10不会增加电动汽车系统的复杂度，不会增加生产成本。此外，由于IGBT模块12正常工作时三个热敏电阻122检测到的IGBT模块12实际温度存在一定规律，通过比较检测到的IGBT模块12实际温度是否符合IGBT模块12正常工作时的温度分布规律，能在IGBT模块12的温度过高前及时发现冷却系统11出现故障，避免因IGBT模块12温度过高而被烧毁(传统依靠检测IGBT模块12的多个温度值判断冷却系统11是否出现故障，当判断冷却系统11出现故障时，IGBT模块12的温度已经很高，此时控制IGBT开关管断开，IGBT模块12温度还会继续上升一段时间，造成IGBT模块12烧毁)。第二实施例
图3是本发明的电机控制器冷却故障检测方法的逻辑示意图。如图3所示，本发明的电机控制器冷却故障检测方法利用上述的电机控制器冷却故障检测系统10，所述电机控制器冷却故障检测方法的步骤包括：
提供冷却系统11，冷却系统11包括用于为IGBT模块12提供冷却水的冷却管路112，冷却管路112经过IGBT模块12；
IGBT模块12包括IGBT开关管和用于检测IGBT模块12温度的三个热敏电阻122，各热敏电阻122沿着IGBT模块冷却水的流动方向依次设置；
利用控制器13通过热敏电阻122采集IGBT模块12三个位置的温度，判断各热敏电阻122检测到的IGBT模块12实际温度是否符合IGBT模块12正常工作时的温度分布规律，当实际温度分布规律不符合正常温度分布规律时，判断冷却系统11出现故障。
进一步地，三个热敏电阻122包括第一热敏电阻122a、第二热敏电阻122b和第三热敏电阻122c，第一热敏电阻122a、第二热敏电阻122b和第三热敏电阻122c的沿着冷却水的流动方向依次设置，第一热敏电阻122a检测IGBT模块12的温度为第一实际温度，第二热敏电阻122b检测IGBT模块12的温度为第二实际温度，第三热敏电阻122c检测IGBT模块12的温度为第三实际温度，比较第一实际温度、第二实际温度和第三实际温度之间的温差值，控制器13根据温差值控制IGBT模块12降功率或关管操作。。
进一步地，设置一级降功率阈值、二级降功率阈值和关管阈值，当第三实际温度与第一实际温度的差值大于一级降功率阈值，或者第二实际温度与第一实际温度的差值大于所述一级降功率阈值时，控制IGBT模块12执行一级降功率，同时上报冷却系统11三级故障。
进一步地，当第三实际温度与第一实际温度的差值大于二级降功率阈值，或者第二实际温度与第一实际温度的差值大于二级降功率阈值时，控制IGBT模块12执行二级降功率，同时上报冷却系统11二级故障。
进一步地，当第三实际温度与第一实际温度的差值大于关管阈值，或者第二实际温度与第一实际温度的差值大于关管阈值时，控制IGBT模块12执行关管操作，同时上报冷却系统11三级故障。
本发明的电机控制器冷却故障检测系统10的冷却系统11包括用于为IGBT模块12提供冷却水的冷却管路112，冷却管路112经过IGBT模块12；IGBT模块12包括IGBT开关管和用于检测IGBT模块12温度的三个热敏电阻122，各热敏电阻122沿着IGBT模块12冷却水的流动方向依次设置；控制器13控制IGBT开关管的开通和断开，控制器13可以通过热敏电阻122采集IGBT模块12三个位置的温度，控制器13判断各热敏电阻122检测到的IGBT模块12实际温度是否符合IGBT模块12正常工作时的温度分布规律，当实际温度分布规律不符合正常温度分布规律时，判断冷却系统11出现故障。本发明的电机控制器冷却故障检测系统10不需要增加温度检测装置，直接根据IGBT模块12的热敏电阻122检测到的温度规律来判断冷却系统11故障，能在IGBT模块12的温度过高前及时发现冷却系统11出现故障，避免因IGBT模块12温度过高而被烧毁。
本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种电机控制器冷却故障检测系统，其特征在于，包括冷却系统、IGBT模块和控制器，其中：
所述冷却系统包括用于为所述IGBT模块提供冷却水的冷却管路，所述冷却管路经过所述IGBT模块；
所述IGBT模块包括IGBT开关管和用于检测所述IGBT模块温度的三个热敏电阻，各所述热敏电阻沿着所述IGBT模块冷却水的流动方向依次设置；
所述控制器控制所述IGBT开关管的开通和断开，所述控制器可以通过所述热敏电阻采集所述IGBT模块三个位置的温度，所述控制器判断各所述热敏电阻检测到的所述IGBT模块实际温度是否符合所述IGBT模块正常工作时的温度分布规律，当实际温度分布规律不符合正常温度分布规律时，判断所述冷却系统出现故障。
2.如权利要求1所述的电机控制器冷却故障检测系统，其特征在于，三个所述热敏电阻分别为第一热敏电阻、第二热敏电阻和第三热敏电阻，所述第一热敏电阻、所述第二热敏电阻和所述第三热敏电阻的沿着冷却水的流动方向依次设置，所述第一热敏电阻检测所述IGBT模块的温度为第一实际温度，所述第二热敏电阻检测所述IGBT模块的温度为第二实际温度，所述第三热敏电阻检测所述IGBT模块的温度为第三实际温度，比较所述第一实际温度、所述第二实际温度和所述第三实际温度之间的温差值，所述控制器根据温差值控制IGBT模块降功率或关管操作。
3.如权利要求2所述的电机控制器冷却故障检测系统，其特征在于，所述控制器存储有一级降功率阈值、二级降功率阈值和关管阈值，当所述第三实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述一级降功率阈值，或者所述第二实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述一级降功率阈值时，所述控制器控制所述IGBT模块执行一级降功率。
4.如权利要求3所述的电机控制器冷却故障检测系统，其特征在于，当所述第三实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述二级降功率阈值，或者所述第二实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述二级降功率阈值时，所述控制器控制所述IGBT模块执行二级降功率。
5.如权利要求3所述的电机控制器冷却故障检测系统，其特征在于，当所述第三实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述关管阈值，或者所述第二实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述关管阈值时，所述控制器控制所述IGBT模块执行关管操作。
6.一种电机控制器冷却故障检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：
提供冷却系统，所述冷却系统包括用于为IGBT模块提供冷却水的冷却管路，所述冷却管路经过所述IGBT模块；
所述IGBT模块包括IGBT开关管和用于检测所述IGBT模块温度的三个热敏电阻，各所述热敏电阻沿着所述IGBT模块冷却水的流动方向依次设置；
利用控制器通过所述热敏电阻采集所述IGBT模块三个位置的温度，判断各所述热敏电阻检测到的所述IGBT模块实际温度是否符合所述IGBT模块正常工作时的温度分布规律，当实际温度分布规律不符合正常温度分布规律时，判断所述冷却系统出现故障。。
7.如权利要求6所述的电机控制器冷却故障检测方法，其特征在于，三个所述热敏电阻分别为第一热敏电阻、第二热敏电阻和第三热敏电阻，所述第一热敏电阻、所述第二热敏电阻和所述第三热敏电阻的沿着冷却水的流动方向依次设置，所述第一热敏电阻检测所述IGBT模块的温度为第一实际温度，所述第二热敏电阻检测所述IGBT模块的温度为第二实际温度，所述第三热敏电阻检测所述IGBT模块的温度为第三实际温度，比较所述第一实际温度、所述第二实际温度和所述第三实际温度之间的温差值，所述控制器根据温差值控制IGBT模块降功率或关管操作。
8.如权利要求7所述的电机控制器冷却故障检测方法，其特征在于，设置一级降功率阈值、二级降功率阈值和关管阈值，当所述第三实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述一级降功率阈值，或者所述第二实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述一级降功率阈值时，控制所述IGBT模块执行一级降功率。
9.如权利要求8所述的电机控制器冷却故障检测方法，其特征在于，当所述第三实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述二级降功率阈值，或者所述第二实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述二级降功率阈值时，控制所述IGBT模块执行二级降功率。
10.如权利要求8所述的电机控制器冷却故障检测方法，其特征在于，当所述第三实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述关管阈值，或者所述第二实际温度与所述第一实际温度的差值大于所述关管阈值时，控制所述IGBT模块执行关管操作。
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