-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und ein Kühlsystem zum Kühlen der Halbleitervorrichtung und insbesondere auf eine Halbleitervorrichtung, die ein mit elektrischer Leistung versorgtes Element treibt, und ein Kühlsystem zum Kühlen der Halbleitervorrichtung.
-
DE 10 2005 061 358 A1 offenbart einen Schaltkreis mit Temperaturregelung, der in ein Halbleitermaterial integriert ist. Der Schaltkreis umfasst eine aktive Komponente, einen Temperatursensor und eine Schaltung zur Regelung der Temperatur des Halbleitermaterials. Die Schaltung zur Regelung der Temperatur kann derart auf den Betrieb der aktiven Komponente einwirken, dass die Temperatur des Halbleitermaterials gezielt veränderbar ist.
-
EP 0 631 220 A2 beschreibt ein System und ein Verfahren zum Detektieren einer Temperatur einer Schaltung und zum Liefern eines Taktsignals zum Betreiben der Schaltung basiert auf der detektierten Temperatur, damit die Schaltung bei einer bestimmten Temperatur betrieben wird.
-
JP 2004-166 341 A offenbart eine Spannungswandlervorrichtung mit einem Wandler und einem Kontroller. Der Wandler ändert eine aus einer Versorgung gelieferte Spannung in eine andere Spannung und liefert sie zu einem Inverter. Der Kontroller steuert den Wandler, so dass eine Temperatur des Inverters erhöht wird, falls die Temperatur des Inverters niedriger ist als ein Referenzwert.
-
DE 196 49 710 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Fahrgastraumbeheizung bei einem Elektrofahrzeug mit einem von einer Antriebsbatterie gespeisten und von einer Antriebssteuereinheit geregelten elektrischen Antriebsmotor mit einem Wärmeträgerkreislauf, durch den Abwärme von mindestens einer Antriebskomponente, insbesondere des Antriebsmotors und/oder der Antriebssteuereinheit, aufnehmbar und an den Fahrgastraum abgebbar ist. Dabei wird vorgeschlagen, dass die Antriebssteuereinheit in Abhängigkeit benötigter Heizleistung in eine Betriebsweise versetzbar ist, bei der die von mindestens einer der Antriebskomponenten an den Wärmeträgerkreislauf als Abwärme abgegebene Verlustleistung erhöht ist.
-
DE 197 28 026 A1 beschreibt eine Heizvorrichtung für ein Fahrzeug. Dabei sind in einer Servolenkung mit einer von dem Motor eines Fahrzeugs angetriebenen Fluidpumpe ein Druckventil zur Regelung des Abgabedrucks der Fluidpumpe und ein Wärmetauscher zur Durchführung eines Wärmeaustauschs mit dem Fluid vorgesehen. Wenn eine Regeleinheit das Druckventil derart betätigt, dass der Abgabedruck des Fluids von der Fluidpumpe auf einen Solldruck eingestellt wird, wird die dem Solldruck entsprechende Wärmemenge an das Fluid abgegeben, so dass die Temperatur des Fluids erhöht wird. Auf diese Weise kann im Wege des Wärmeaustauschs zwischen dem Hochtemperatur-Fluid und dem Motorkühlwasser die zum Aufheizen eines Fahrgastraums angeforderte Wärmemenge mit hoher Regelleistung erreicht werden.
-
DE 10 2009 057 367 A1 beschreibt eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die versehen ist mit einem Verdampfungsabschnitt zum Verdampfen eines Betriebsfluids, welches darin strömt, unter einem Durchführe.n eines Wärmeaustauschs mit dem Abgas eines Motors, einem Kondensationsabschnitt zum Kondensieren des Betriebsfluids, welches von dem Verdampfungsabschnitt strömt, unter einem Durchführen eines Wärmeaustauschs mit dem Kühlmittel des Motors und einem Strömungseinstellabschnitt zum Einstellen einer Strömungsmenge des Betriebsfluids, welches von dem Kondensationsabschnitt zu dem Verdampfungsabschnitt strömt. Ein Katalysatortemperatursensor ist angepasst zum Erfassen einer Temperatur eines Katalysators zum Reinigen des Abgases, und eine Steuerungseinheit stellt einen Katalysatorheizmodus ein, wenn die erfasste Temperatur des Katalysators niedriger ist als ein Schwellenwert. Des Weiteren bringt die Steuerungseinheit den Strömungseinstellabschnitt dazu, die Strömungsmenge des Betriebsfluids von dem Kondesationsabschnitt zu dem Verdampfungsabschnitt in dem Katalysatorheizmodus auf null einzustellen.
-
DE 692 01 994 T2 beschreibt eine Antriebsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug, die planmäßig regenerierte Energie zur Beheizung einsetzt.
-
DE 103 50 523 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs, wobei temperaturabhängig regenerierte Energie einer Heizvorrichtung, Kühlvorrichtung oder Rekuperationsvorrichtung zugeführt wird.
-
KANECHIKA, Masakazu; UESUGI, Tsutomu; KACHI, Tetsu. Advanced SiC and GaN power electronics for automotive systems. In: Electron Devices Meeting (IEDM), 2010 IEEE International. IEEE, 2010. S. 13.5.1-13.5.4; und CHINTHAVALI, M., et al. High power SiC modules for HEVs and PHEVs. In: Power Electronics Conference (IPEC), 2010 International. IEEE, 2010. S. 1842-1848; und ALLARD, Bruno, et al. Higher temperature power electronics for larger-scale mechatronic integration. In: Automotive Power Electronics. 2011. S. Actes sur CD (pas de pagination) betreffen den Einsatz von SiC Leistungsbauelementen in elektrischen und hybridelektrischen Fahrzeugen.
-
Schaltverluste. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 04.02.2012; und ZACH, Franz: Leistungselektronik. Ein Handbuch. Band 1. 4. Aufl. Wien: Springer, 2010. S. 684-685 betreffen Schaltverluste in Leistungshalbleiterschaltern.
-
Im Hinblick auf Fahrzeuge und dergleichen, die in den letzten Jahren in praktische Verwendung genommen wurden, wird ein Verbrennungsmotorantrieb elektronisch gesteuert, und ein zunehmendes Gewicht wurde auf elektronische Schaltungen gelegt wie z.B. Hälbleiterschaltungen, die für die Steuerung verwendet werden.
-
Weiter wurden auch elektrische Fahrzeuge in praktische Verwendung genommen, die nicht auf einem Verbrennungsmotorantrieb beruhen, aber die elektrische Leistung als Leistungsquellen verwenden (s.
JP 2004-166341 A ). Elektronische Schaltungen wie z.B. Halbleitervorrichtungen werden auch bei der Steuerung elektrischer Fahrzeuge verwendet.
-
In herkömmlichen durch Verbrennungsmotoren getriebenen Fahrzeugen werden die Verbrennungsmotoren als Wärmequellen für Fahrzeugeinrichtrungen wie z.B. Klimageräten verwendet. Mittlerweile sind Verbrennungsmotoren nicht mehr allgemein in elektrischen Fahrzeugen und dergleichen bereitgestellt. Somit müssen zum Verwirklichen einer Temperatursteuerfunktion wie z.B. bei Klimageräten in elektrischen Fahrzeugen Wärmequellen wie z.B. elektrische Heizer zusätzlich hergerichtet werden.
-
Elektrische Heizer erzeugen jedoch hohe Leistungsverluste. Somit wird zum Beispiel der Leistungsverbrauch erhöht, wenn zusätzlich vorbereitete elektrische Heizer verwendet werden. Ein Ansteigen des Leistungsverbrauchs verringert die elektrische Leistung, die als Leistungsquelle zur Verfügung steht, was bei elektrischen Fahrzeugen zu einem Problem einer Verringerung einer Reststrecke (DTE = distance to empty, Entfernung, bis sie leer sind) führt. Das Problem der Verringerung der Reststrecke, tritt auch auf, wenn das Gewicht ganzer Fahrzeuge durch die Anordnung elektrischer Heizeinheiten erhöht ist.
-
Wie herkömmliche durch Verbrennungsmotoren getriebene Fahrzeuge sind auch Fahrzeuge, die Elektrizität verwenden und mit Verbrennungsmotoren ausgerüstet sind, wie z.B. Hybridfahrzeuge, in der Lage, die Verbrennungsmotoren als Wärmequellen zu verwenden. Während dessen sollten diese Verbrennungsmotoren betrieben werden zum Zweck des Aufheizens von Katalysator- oder Aktuatoreinheiten zusätzlich zu dem Zweck des Antreibens des Fahrzeugs, was einen Grund für eine verschlechterte Wirtschaftlichkeit des Brennstoffs ist.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb einer Halbleitervorrichtung und eines Kühlsystems für die Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, eine erforderliche Wärmequelle für ein mit elektrischer Leistung versorgtes Element unter Verwendung elektrischer Leistung als Leistungsquelle zu gewinnen, während eine Verringerung eine Reststrecke des mit elektrischer Leistung versorgten Elements unterdrückt wird.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
-
Die Halbleitervorrichtung enthält den Erwärmungscontroller, der den Wärmeverlust in der Halbleitervorrichtung so steuert, dass die Zieltemperatur und die Kühlmitteltemperatur dieselbe werden. Steuern des Wärmeverlusts kann die Kühlmitteltemperatur ändern, was es ermöglicht, eine Wärmequelle zu gewinnen, die die Zieltemperatur erreicht.
-
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 7.
-
Das Kühlsystem enthält den Wärmetauscher, der einen Wärmeaustausch mit einem Wärmeaustauschziel in dem mit elektrischer Leistung versorgten Element unter Verwendung des Kühlmittels durchführt, und den Erwärmungscontroller, der den Wärmeverlust in der Halbleitervorrichtung so steuert, dass die Zieltemperatur und die Kühlmitteltemperatur dieselbe werden. Somit kann eine Wärmequelle, die für den Wärmeaustausch erforderlich ist, in dem mit elektrischer Leistung versorgten Element gewonnen werden, während eine Verringerung einer Reststrecke des mit elektrischer Leistung versorgten Elements unterdrückt wird.
-
Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben.
-
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.
- 1 ist eine Konzeptansicht, die die Aufbauten einer Halbleitervorrichtung und eines Kühlsystems für die Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 zeigt das Aufbaukonzept der Halbleitervorrichtung und des Kühlers für die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mehr im Detail.
- 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb des Kühlsystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 4 und 5 zeigen jeweils einen Aufbau der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
1 ist eine Konzeptansicht, die die Aufbauten einer Halbleitervorrichtung und eines Kühlsystems, das die Halbleitervorrichtung kühlt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Die Halbleitervorrichtung und das Kühlsystem, die in der Ausführungsform hauptsächlich beschrieben werden, sind diejenigen, die an elektrischen Fahrzeugen angebracht sind. Elektrische Fahrzeuge sind jedoch nur ein Beispiel für ein mit elektrischer Leistung versorgtes Element, und sie sind nicht der einzige Zweck für die Halbleitervorrichtung und das Kühlsystem der Ausführungsform.
-
Wie in 1 gezeigt enthält das Kühlsystem eine Halbleitervorrichtung 1, die in der Lage ist, einen Verlust (Wärmeverlust), der in der Halbleitervorrichtung 1 selbst erzeugt wird, zu ändern, einen Kühler 2, der die Halbleitervorrichtung 1 mit einem Kühlmittel (wie z.B. Kühlwasser) kühlt, einen Fließpfad 20, durch den das in dem Kühler 2 verwendete Kühlmittel fließt, eine Wasserpumpe 9 und einen Radiator 3, die in dem Fließpfad 20 bereitgestellt sind, einen Kühlmittelnebenleitungsfließpfad, der Teil des Fließpfads 20 ist, wobei durch einen Fließpfadnebenleitungsschalter 8 bestimmt wird, ob das Kühlmittel in den Kühlmittelnebenleitungsfließpfad 5 fließt oder nicht, und eine ECU 7 (Electronic Control Unit, elektronische Steuereinheit), die ein vorbestimmtes Signal über ein Kommunikationssystem 6 zu der Halbleitervorrichtung 1 überträgt und von ihr empfängt.
-
Der Kühler 2 und der Fließpfad 20, der den Kühlmittelnebenleitungsfließpfad 5 enthält, wirken als Wärmetauscher 4, der einen Wärmeaustausch mit einem (in den Figuren nicht gezeigten) Wärmeaustauschziel durchführt.
-
In der vorliegenden Ausführungsform wird Wärme, die in der Halbleitervorrichtung 1 erzeugt wird, auf das Fließmittel in dem Fließpfad 20 übertragen. Die Wärme wird in dem Wärmetauscher 4 weiter von dem Kühlmittel zu einem (in den Figuren nicht gezeigten) Wärmetauschziel übertragen. Auf diese Weise wird die Wärme der Halbleitervorrichtung 1 zu einem Wärmeaustauschziel übertragen, um es zu ermöglichen, dass das Wärmeaustauschziel eine erwünschte Temperatur erreicht.
-
Die Bestandelemente werden einzeln beschrieben.
-
Die Halbleitervorrichtung 1 treibt und betreibt ein elektrisches Fahrzeug, an dem die Halbleitervorrichtung 1 angebracht ist, und ist beispielsweise eine Wechselrichtervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung 1 ist so auf einer Oberfläche des Kühlers 2 angeordnet, dass sie mit der Oberfläche des Kühlers 2 in Kontakt ist.
-
Der Kühler 2 ist so angeordnet, dass er in Kontakt mit der Halbleitervorrichtung 1 ist. Der Kühler 2 kühlt die Halbleitervorrichtung 1, in der als Reaktion auf das Antreiben des elektrischen Fahrzeugs Wärme erzeugt wird. Ein Kühlmittel (Kühlwasser) wird dem Kühler 2 durch den Fließpfad 20 zugeführt.
-
Der Wärmetauscher 4 lässt die Wärme des Kühlmittels, die von der Halbleitervorrichtung 1 gegeben wird, entkommen, und verwirklicht einen Wärmeaustausch mit einem Wärmeaustauschziel.
-
Die ECU 7 ist ein Mikrocomputer und dergleichen, der in der Lage ist, elektronisch den Antrieb eines Fahrzeugs, Betriebe der Einrichtungen des Fahrzeugs und den Betrieb des Kühlsystems zu steuern.
-
Diese elektronische Steuerung enthält zum Beispiel die Steuerung der Wassertemperatur des Kühlwassers zum Kühlen eines Wechselrichters, die Steuerung der Wassertemperatur des Kühlwassers zum Kühlen eines Verbrennungsmotors, wenn der Verbrennungsmotor in dem Fahrzeug bereitgestellt ist, die Steuerung der Temperatur eines Öls zum Treiben eines Aktuators, die Steuerung des Betriebs eines Klimageräts und die Steuerung der Flussrate eines Kühlmittels.
-
2 zeigt ein Aufbaukonzept der Halbleitervorrichtung 1 und des Kühlers 2 mehr im Detail. Wie in 2 gezeigt enthält die Halbleitervorrichtung 1 einen Treiberabschnitt 23, der ein elektrisches Fahrzeug treibt, und einen Erwärmungscontroller 22, der einen Wärmeverlust in dem Treiberabschnitt 23 steuert. Der Treiberabschnitt enthält beispielsweise ein Halbleiterelement. Der Erwärmungscontroller 22 enthält Elemente zum Ändern des Stroms, der Spannung und dergleichen sowie eine Vorrichtung zum Ausgeben von Anweisungssignalen an diese Elemente.
-
Der Erwärmungscontroller 22 empfängt ein Signal, das die Kühlmitteltemperatur anzeigt, von einem Sensor 24 (Detektor), der die Temperatur des Kühlmittels (Kühlmitteltemperatur) in dem Kühler 2 erfasst. Der Sensor 24 ist nicht notwendigerweise wie in 2 gezeigt auf dem Kühler angeordnet, sondern er kann beispielsweise auch an einer vorbestimmten Stelle in dem Fließpfad 20 angeordnet sein.
-
Der Erwärmungscontroller 22 empfängt ein Signal, das eine Zieltemperatur angibt, von der ECU 7, die als Einstellabschnitt wirkt. Die hier genannte Zieltemperatur ist eine geeignete Solltemperatur, die für das Kühlmittel erwünscht ist, das als Wärmequelle während des Wärmeaustauschs mit einem Wärmeaustauschziel (wie z.B. der Atmosphäre in dem Fahrzeug) dient. Die Zieltemperatur wird basierend auf einer Temperatur bestimmt, die für ein Wärmeaustauschziel geeignet ist, d.h. einer Temperatur, von der gewünscht ist, dass sie durch das Wärmeaustauschziel erreicht wird.
-
Es wird beispielsweise angenommen, dass die aktuelle Atmosphäre in dem Fahrzeug bei 10°C liegt, und dass erwünscht ist, dass die Temperatur der Atmosphäre in dem Fahrzeug als Ergebnis des Wärmeaustauschs mit dem Kühlmittel auf 15°C ansteigt. In diesem Fall wird die Zieltemperatur für das Kühlmittel beispielsweise auf 15°C eingestellt. Unter Berücksichtigung des Wirkungsgrads oder der Geschwindigkeit des Wärmeaustauschs kann die Zieltemperatur des Kühlmittels auch auf eine höhere Temperatur als 15°C eingestellt werden.
-
Der Erwärmungscontroller 22 steuert den Antrieb des Treiberabschnitts 23 so, dass die Zieltemperatur und die Kühlmitteltemperatur dieselbe werden, während ein Unterschied zwischen der Zieltemperatur und der Kühlmitteltemperatur zurückgekoppelt wird. Diese Steuerung durch den Erwärmungscontroller 22 wird später detailliert beschrieben.
-
Als nächstes wird mit Bezug auf 3 der Betrieb der Halbleitervorrichtung und des Kühlsystems für die Halbleitervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
-
Die ECU 7 empfängt Signalausgänge von verschiedenen Sensoren in dem Fahrzeug wie z.B. einem Sensor zum Erfassen der Temperatur der Atmosphäre in dem Fahrzeug, einem Sensor zum Erfassen der Wassertemperatur des Kühlwassers zum Kühlen eines Verbrennungsmotors, und einem Sensor zum Erfassen der Temperatur des Öls zum Treiben eines Aktuators. Oder die ECU 7 empfängt ein Anforderungssignal von Einrichtungen des Fahrzeugs wie z.B. einem Klimagerät. Dann stellt die ECU 7 fest, ob eine Wärmequelle erforderlich ist (Schritt S1). Wenn beispielsweise die von den verschiedenen Sensoren erfassten Temperaturen um vorbestimmte Werte oder um mehr als die vorbestimmten Werte von ihren im voraus eingestellten Idealwerten abweichen, stellt die ECU 7 fest, dass eine Wärmequelle erforderlich ist. Oder die ECU stellt fest, dass eine Wärmequelle erforderlich ist, wenn die ECU 7 ein Anforderungssignal von den Einrichtungen des Fahrzeugs wie z.B. einem Klimagerät empfängt.
-
Wenn die ECU feststellt, dass eine Wärmequelle erforderlich ist (YES in Schritt S1), führt die ECU 7 eine Steuerung aus zum Ändern eines Halbleiterverlusts (Erwärmungsverlusts) in einer Schaltung der Halbleitervorrichtung 1, die ein Wechselrichter oder dergleichen ist (Schritt S2). Genauer gesagt teilt die ECU 7 der Halbleitervorrichtung 1 die Zieltemperatur eines Kühlmittels in den Kühler 2 mit. Als Reaktion darauf ändert die Halbleitervorrichtung 1 beispielsweise den Halbleiterverlust (Erwärmungsverlust), um die Zieltemperatur durch Erzeugen von mehr Wärme zu erzielen. Die von der Halbleitervorrichtung 1 erzeugte Wärme wird zu dem Kühlmittel in dem Kühler 2 übertragen. Wenn die ECU 7 feststellt, dass eine Wärmequelle nicht erforderlich ist (NO in Schritt S1), startet die Prozedur erneut mit Schritt S1.
-
Die Halbleitervorrichtung 1 empfängt ein Ausgangssignal des Sensors 24 (s. 2), der die Temperatur des Kühlmittels (Kühlmitteltemperatur) in dem Kühler 2 misst, um einen Unterschied zwischen der Zieltemperatur, die der Halbleitervorrichtung 1 von der ECU 7 mitgeteilt wurde, und der tatsächlichen Kühlmitteltemperatur, die durch das Ausgangssignal des Sensors 24 angezeigt wird, zu bestimmen. Dann steuert die Halbleitervorrichtung 1 die Größe des Halbleiterverlusts (Wärmeverlusts) in der Schaltung, so dass der Unterschied verringert wird (Rückkoppelsteuerung) .
-
4 zeigt ein Beispiel für eine spezifische Halbleiterschaltung (Schaltung des Treiberabschnitts 23 oder Teil der Schaltung des Treiberabschnitts 23), die den Halbleiterverlust ändern soll.
-
Diese Schaltung enthält eine variable Leistungsversorgung 10, eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Halbleiterelementen 21, deren eines Ende mit der variablen Leistungsversorgung 10 verbunden ist, einen variablen Widerstand 11, der zwischen den Halbleiterelementen 21 angeschlossen ist, und dessen eines Ende zwischen den Halbleiterelementen 21 liegt, und einen Halbleiterschalter 12, der mit dem gegenüberliegenden Ende des variablen Widerstands 11 verbunden ist.
-
Für die Steuerung zum Erhöhen des Halbleiterverlusts führt der Erwärmungscontroller 22 (s. 2) zumindest eine Steuerung zum Erhöhen des Widerstandswerts des variablen Widerstands 11 oder eine Steuerung zum Verringern des Spannungswerts der variablen Leistungsversorgung 10 durch. Demzufolge wird ein Gatewiderstand erhöht oder eine Gatespannung verringert, so dass die Schaltgeschwindigkeit (Einschalt- und Ausschaltgeschwindigkeit) des Halbleiterschalters 12 verringert wird, wodurch ein Anstieg des Schaltungsverlusts erzielt wird. Es wird auch ein Anstieg des stationären Verlusts erzielt durch Erhöhung einer EINSpannung.
-
Für die Steuerung zur Verringerung des Halbleiterverlusts führt der Erwärmungscontroller 22 zumindest eine Steuerung zum Verringern des Widerstandswerts des variablen Widerstands 11 oder eine Steuerung zum Erhöhen des Spannungswerts der variablen Leistungsversorgung 10 durch.
-
5 zeigt ein weiteres Beispiel für eine spezifische Halbleiterschaltung, die den Halbleiterverlust ändern soll.
-
Diese Schaltung enthält eine variable Stromquelle 114, eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Halbleiterelementen 21, deren eines Ende mit der variablen Stromquelle 114 verbunden ist, und einen Halbleiterschalter 112, der zwischen den Halbleiterelementen 21 angeschlossen ist und dessen eines Ende zwischen den Halbleiterelementen 21 liegt.
-
Für eine Steuerung zum Erhöhen des Halbleiterverlusts führt der Erwärmungscontroller eine Steuerung zum Verringern des Stromwerts der variablen Stromquelle 114 durch. Diese Steuerung verringert einen Gatestrom zum Verringern der Schaltgeschwindigkeit (Einschalt- und Ausschaltgeschwindigkeit) des Halbleiterschalters 112, wodurch eine Erhöhung des Schaltverlusts erzielt wird.
-
Für eine Steuerung zum Verringern des Halbleiterverlusts führt die Erwärmungssteuerung 22 eine Steuerung zum Erhöhen des Stromwerts der variablen Stromquelle 114 durch.
-
Nachdem Schritt S2 durchgeführt wurde, wird der Fließpfadnebenleitungsschalter 8 unter der Steuerung der ECU 7 geschaltet, um zu bewirken, dass das Kühlmittel in den Kühlmittelnebenleitungsfließpfad 5 fließt (Schritt S3). Das verwirklicht einen Kontakt in einem (in den Figuren nicht gezeigten) Kontaktabschnitt, der beispielsweise in dem Kühlmittelnebenleitungsfließpfad 5 zwischen dem Kühlmittel und einem Wärmeaustauschziel so gebildet ist, dass er eine Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und dem Wärmeaustauschziel ermöglicht, wodurch ein Wärmeaustausch zwischen ihnen ermöglicht wird. Wenn kein Wärmeaustausch beabsichtigt ist, wird das Kühlmittel zum Kühlen verwendet, während der Fließpfadnebenleitungsschalter 8 nicht geschaltet ist. Somit kann das Kühlmittel wirkungsvoller für das Kühlen verwendet werden.
-
Der Wärmeaustausch kann auch ohne einen Betrieb zum Schalten des Fließpfadnebenleitungsschalters 8 an einem anderen Platz in dem Wärmetauscher 4 durchgeführt werden. Der Wärmeaustausch kann beispielsweise in dem Kühler 2 durchgeführt werden.
-
Der gesamte Fließpfad 20 einschließlich des Kühlmittelnebenleitungsfließpfads 5 oder ein Teil des Fließpfads 20 können einen Wärmeisolationsaufbau haben. Das unterdrückt das Freiwerden von Wärme von einer Wärmequelle (erwärmtes Kühlmittel) bis zu dem Wärmeaustausch. So wird die Leistungsfähigkeit des Kühlmittels als Wärmequelle verbessert, was es möglich macht, Wärme effizienter zu einem Wärmeaustauschziel zu übertragen.
-
Die ECU 7 wirkt als Fließratencontroller. So ändert die ECU 7 die Drehzahl der Wasserpumpe 9, die die Fließrate des Kühlmittels bestimmt (Schritt S4). Die ECU 7 verringert beispielsweise die Fließrate, um die Kühlmitteltemperatur zu erhöhen.
-
Wie oben beschrieben, fließt in dem Kühlsystem dieser Ausführungsform das Kühlmittel in den Kühlmittelnebenleitungsfließpfad 5, so dass der Wärmetauscher 4 einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und einem Wärmeaustauschziel durchführt.
-
Beispiele für ein Wärmeaustauschziel enthalten die Luft (Atmosphäre) in einem Fahrzeug, Kühlwasser zum Kühlen eines Verbrennungsmotors, Öl zum Treiben eines Aktuators (Hydrauliköl) und einen Katalysator für einen Verbrennungsmotor (all diese sind in den Figuren nicht gezeigt). Der Wärmetauscher 4 ist über das Kühlmittel direkt mit diesen Wärmeaustauschzielen in Kontakt oder kontaktiert diese Wärmeaustauschziele in einer Weise, die einen Wärmeaustausch zwischen ihnen ermöglicht, um den Wärmeaustausch durchzuführen. Die Zieltemperatur des Kühlmittels wird auf eine Temperatur eingestellt, die für diese Wärmeaustauschziele erwünscht ist.
-
Wie oben beschrieben kann durch Ändern eines Verlusts in einer Einrichtung des Fahrzeugs (der Halbleitervorrichtung 1) wie z.B. einem Wechselrichter, der im voraus in einem Fahrzeug bereitgestellt ist, eine für den Wärmeaustausch erforderliche Wärmequelle erhalten werden. Dementsprechend kann eine Gewichtseinsparung und eine verbesserte Brennstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs ohne die Notwendigkeit, eine neue Vorrichtung hinzuzufügen, erzielt werden.
-
Die oben genannten Betriebe für die Steuerung können auch lediglich während der Regeneration eines elektrischen Fahrzeugs durchgeführt werden. In diesem Fall kann eine Wärmequelle erhalten bleiben ohne die Notwendigkeit zum Verwenden einer elektrischen Leistung, die in einer (in den Figuren nicht gezeigten) Batterie angesammelt ist. Somit wird der Leistungsverbrauch weiter verringert.
-
Ein Halbleiterelement, das an der Halbleitervorrichtung 1 angebracht ist, kann ein Element sein, das aus Siliziumcarbid (SiC) und ähnlichem besteht, das in der Lage ist, bei hohen Temperaturen zu arbeiten, oder ein anderer Bestandteil der Halbleitervorrichtung 1 kann aus einem Material bestehen, das es dem Bestandteil ermöglicht, unter hohen Temperaturen zu arbeiten. In diesem Fall ist die Halbleitervorrichtung 1 in der Lage, bei höheren Temperaturen zu arbeiten, was es ermöglicht, die Kühlmitteltemperatur zufriedenstellender zu erhöhen. Außerdem kann der o.g. Betrieb zur Steuerung in einer kürzeren Zeit durchgeführt werden, so dass der Leistungsverbrauch auf einem niedrigeren Pegel gehalten werden kann.
-
Die dargestellte Ausführungsform basiert auf der Annahme, dass die Temperatur eines Wärmeaustauschziels niedriger ist als die Temperatur einer Wärmequelle. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall eingeschränkt, sondern auch auf einen Fall anwendbar, in dem die Temperatur eines Wärmeaustauschziels höher ist als die Temperatur einer Wärmequelle.
-
Das Flussdiagramm von 3 ist auch dann anwendbar, wenn nur einer der Schritte S2-S4 durchgeführt wird. Weiter ist die Reihenfolge, in der die Schritte S2-S4 durchgeführt werden, nicht auf die in dem Flussdiagramm von 3 gezeigte eingeschränkt.
-
Die Ausführungsform basiert auf der Annahme, dass ein Kühlmittel flüssig ist (Kühlwasser). Während dessen kann ein anwendbares Kühlmittel aber auch ein gasförmiges Kühlmittel sein, wie z.B. Luft, ein CO2-Kühlmittel und ein CFC-Kühlmittel und ein festes Kühlmittel. Diese Kühlmittel sind verwendbar durch Ausführen derselben Steuerung und Bereitstellen desselben Vorrichtungsaufbaus.
-
Wenn ein gasförmiges Kühlmittel verwendet wird, kann die Luft in dem Fahrzeug in den Wärmetauscher 4 aufgenommen werden. Währenddessen kann das gasförmige Kühlmittel in dem Wärmetauscher 4, das Wärme mit der Halbleitervorrichtung 1 ausgetauscht hat, in das Fahrzeug abgelassen werden. Wenn der Wärmetauscher 4 in einem Kühlgerät angeordnet ist, das eine der Einrichtungen eines Fahrzeugs ist, kann der Wärmeaustausch innerhalb des Kühlgeräts durchgeführt werden.
-
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Halbleitervorrichtung, die eine variable Erwärmung erzeugt, den Erwärmungscontroller 22, der einen Verlust (Wärmeverlust) in der Halbleitervorrichtung 1 so steuert, dass die Zieltemperatur und die Kühlmitteltemperatur dieselben werden.
-
Die Halbleitervorrichtung mit diesem Aufbau ist in der Lage, den Erwärmungscontroller 22 den Verlust (Wärmeverlust) steuern zu lassen, um die Kühlmitteltemperatur zu ändern, wodurch eine Wärmequelle gewonnen wird, die eine Zieltemperatur erzielt.
-
Das Kühlsystem der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält auch den Wärmetauscher 4, der ein Kühlmittel zum Durchführen eines Wärmeaustauschs mit einem Wärmeaustauschziel in einem elektrischen Fahrzeug enthält, das ein mit elektrischer Leistung versorgtes Element ist. Die Halbleitervorrichtung 1 erzeugt einen variablen Wärmeverlust und enthält den Erwärmungscontroller 22, der den Wärmeverlust in der Halbleitervorrichtung 1 so steuert, dass die Zieltemperatur und die Kühlmitteltemperatur dieselbe werden.
-
Das Kühlsystem mit diesem Aufbau ist in der Lage, einen Wärmeaustausch durchzuführen unter Verwendung eines Kühlmittels als Wärmequelle, dessen Temperatur mit einer Wärme gesteuert wird, die in der Halbleitervorrichtung 1 erzeugt wird. Somit ist die Erzeugung von Wärme, die für den Wärmeaustausch bestimmt ist, in einem elektrischen Fahrzeug und dergleichen, das Elektrizität als Leistungsquelle verwendet, nicht erforderlich. Das unterdrückt eine Verringerung einer Reststrecke aufgrund eines Verbrauchs von Leistung durch die Erzeugung einer Wärme für den Wärmeaustausch.
-
Weiter ist in dem Kühlsystem der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Kühlmittel flüssig, und der Wärmetauscher 4 einen Wärmeaustausch durchführt durch Bringen des Kühlmittels in Kontakt mit einer Atmosphäre in dem Fahrzeug in einer Weise, die eine Wärmeübertragung zwischen ihnen ermöglicht.
-
In dem Kühlsystem mit diesem Aufbau wird Wärme in dem Kühler 2 zwischen dem flüssigen Kühlmittel und der Halbleitervorrichtung 1 ausgetauscht. Das Kühlmittel wird dann zu einem (in den Figuren nicht gezeigten) Kontaktabschnitt geführt, der beispielsweise in dem Kühlmittelnebenleitungsfließpfad gebildet ist, wodurch ein Wärmeaustausch in dem Kontaktabschnitt zwischen der Atmosphäre in dem Fahrzeug und dem Kühlmittel durchgeführt wird.
-
Weiter führt in dem Kühlsystem der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Wärmetauscher 4 ein Kühlmittel zu dem Kühlmittelnebenleitungsfließpfad 5, um eine Wärme mit dem Wärmeaustauschziel auszutauschen.
-
In dem Kühlsystem mit diesem Aufbau wird die Wärme zwischen einem Kühlmittel und einem Wärmeaustauschziel (wie z.B. der Atmosphäre in dem Auto) an einer Stelle durchgeführt, die mit einem hohen Flexibilitätsgrad bestimmt ist, wodurch die Bequemlichkeit erhöht wird. Zusätzlich wird, wenn kein Wärmeaustausch beabsichtigt ist, der Fluss des Kühlmittels in den Kühlmittelnebenleitungsfließpfad 5 durch Betätigen des Fließpfadnebenleitungsschalters 8 verhindert. Somit kann das Kühlmittel effizienter für die Kühlung verwendet werden.
-
Weiter hat der Fließpfad 20 in dem Kühlsystem der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung isolierende Eigenschaften.
-
Das Kühlsystem mit diesem Aufbau ermöglicht es einem Kühlmittel, zu einem Wärmeaustauschziel geführt zu werden, ohne eine Abgabe von Wärme an andere Elemente als das Wärmeaustauschziel zu bewirken, auch wenn das Kühlmittel durch den Fließpfad 20 geführt wird, wodurch die Temperatur des Kühlmittels auf der gesteuerten Temperatur in der Halbleitervorrichtung 1 gehalten werden kann. Somit wird die Leistungsfähigkeit des Kühlmittels, das als Wärmequelle wirkt, verbessert, so dass Wärme effizient zu dem Wärmeaustauschziel übertragen werden kann. Das Verhindern einer unbeabsichtigten Übertragung von Wärme auf andere Elemente als das Wärmeaustauschziel erhöht ebenfalls die Bequemlichkeit.
-
In dem Kühlsystem der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Wärmeaustauschziel eine Atmosphäre in einem elektrischen Fahrzeug sein, und die Zieltemperatur wird wie die Temperatur der Atmosphäre in dem elektrischen Fahrzeug eingestellt.
-
Das Kühlsystem mit diesem Aufbau ist in der Lage, die Atmosphäre des elektrischen Fahrzeugs auf eine erwünschte Temperatur zu bringen durch Steuern des Wärmeverlusts in der Halbleitervorrichtung 1.
-
In dem Kühlsystem der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Wärmetauscher 4 in einem Klimagerät bereitgestellt, das in einem elektrischen Fahrzeug angebracht ist.
-
Das Kühlsystem mit diesem Aufbau ermöglicht einen Wärmeaustausch in dem Klimagerät mit der Atmosphäre in dem elektrischen Fahrzeug, so dass die Atmosphäre in dem elektrischen Fahrzeug auf eine erwünschte Temperatur gebracht werden kann.
-
In dem Kühlsystem der vorliegenden Ausführungsform kann ein mit elektrischer Leistung versorgtes Element ein Fahrzeug sein, das Elektrizität verwendet und mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstet ist (Hybridfahrzeug), wobei ein Wärmeaustauschziel Kühlwasser zum Kühlen des Verbrennungsmotors ist und die Zieltemperatur wie die Temperatur des Kühlwassers eingestellt ist.
-
Das Kühlsystem mit diesem Aufbau ist in der Lage, das Kühlwasser zum Kühlen des Verbrennungsmotors auf eine gewünschte Temperatur zu bringen durch Steuern des Wärmeverlusts in der Halbleitervorrichtung 1. Somit kann das Kühlwasser auf einer Temperatur gehalten werden, bei der der Verbrennungsmotor zufriedenstellend gekühlt werden kann.
-
Bei dem Kühlsystem der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das mit elektrischer Leistung versorgtes Element ein Fahrzeug sein, das Elektrizität verwendet und mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstet ist, wobei das Wärmeaustauschziel ein Katalysator für den Verbrennungsmotor ist und die Zieltemperatur wie die Temperatur des Katalysators für den Verbrennungsmotor eingestellt ist.
-
Das Kühlsystem mit diesem Aufbau ist in der Lage, den Katalysator für den Verbrennungsmotor auf eine erwünschte Temperatur zu bringen durch Steuern des Wärmeverlusts in der Halbleitervorrichtung 1. Somit kann die Temperatur des Katalysators auf eine Temperatur erhöht werden, bei der der Katalysator seine Reduktionsfähigkeit zufriedenstellend ausübt, so dass es dem Katalysator ermöglicht wird, seine Reinigungsleistungsfähigkeit auf einem zufriedenstellenden Pegel zu behalten.
-
Bei dem Kühlsystem der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das mit elektrischer Leistung versorgte Element ein elektrisches Fahrzeug sein, das unter hydraulischer Steuerung angetrieben wird, wobei das Wärmeaustauschziel Hydrauliköl für die hydraulische Steuerung ist und die Zieltemperatur wie die Temperatur des Hydrauliköls eingestellt ist.
-
Das Kühlsystem mit diesem Aufbau ist in der Lage, das Hydrauliköl durch Steuern des Wärmeverlusts in der Halbleitervorrichtung 1 auf eine erwünschte Temperatur zu bringen.
-
Bei dem Kühlsystem der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Erwärmungscontroller 22 den Wärmeverlust in der Halbleitervorrichtung 1 während der Regeneration des elektrischen Fahrzeugs steuern.
-
Das Kühlsystem mit diesem Aufbau ist in der Lage, eine Wärmequelle zu gewinnen ohne beispielsweise elektrische Leistung, die in einer Batterie des elektrischen Fahrzeugs angesammelt ist, verwenden zu müssen, was es ermöglicht, den Leistungsverbrauch zu verringern.
-
Bei dem Kühlsystem der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Kühlsystem weiter die ECU 7 enthalten, die als Flussratencontroller wirkt, der die Flussrate des Kühlmittels so steuert, dass die Zieltemperatur und die Kühlmitteltemperatur dieselbe werden.
-
Das Kühlsystem mit diesem Aufbau ist in der Lage, die Temperatur des Kühlmittels durch Steuern einer Flussrate des Kühlmittels zu steuern. Beispielsweise kann die Temperatur des Flussmittels erhöht werden durch Verringerung seiner Fließrate.
