DE102023102760A1

DE102023102760A1 - Verfahren und vorrichtung zum vorhersagen der temperatur eineskühlkörpers und verfahren zum messen der sperrschichttemperatur eines leistungsmoduls unter verwendung derselben

Info

Publication number: DE102023102760A1
Application number: DE102023102760.3A
Authority: DE
Inventors: Yeongju Koh; Seong Min Lee; Sangcheol Shin; Jehwan LEE
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2022-10-26
Filing date: 2023-02-06
Publication date: 2024-05-02
Also published as: US20240142317A1; KR20240058587A; CN117928760A

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Vorhersagen einer Temperatur eines Kühlkörpers zum Kühlen eines Leistungsmoduls, das zumindest ein Schaltelement und einen NTC (Negativer Temperaturkoeffizient des Widerstands)-Sensor umfasst, bereitgestellt. Das Verfahren zum Vorhersagen einer Temperatur eines Kühlkörpers umfasst: Schätzen einer Temperaturänderung des NTC-Sensors unter Verwendung einer Verlustleistung des Leistungsmoduls auf der Grundlage einer Verlustleistung, die in dem zumindest einen Schaltelement gemäß einem Ansteuern des Leistungsmoduls auftritt, und eines Wärmewiderstands des Leistungsmoduls; Erhalten einer Temperatur des Leistungsmoduls, die durch den NTC-Sensor erfasst wird; und Vorhersagen der Temperatur des Kühlkörpers aus einer Differenz zwischen der Temperatur des Leistungsmoduls und der Temperaturänderung des NTC-Sensors.

Description

HINTERGRUND DER VORLIEGENDEN OFFENBARUNG
Gebiet der vorliegenden Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung des Vorhersagens einer Temperatur eines Kühlkörpers und ein Verfahren zum Messen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls unter Verwendung derselben. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren und eine Vorrichtung des Vorhersagens einer Temperatur eines Kühlkörpers unter Verwendung eines NTC-Sensors („Negative Temperature Coefficient of Resistance“, Negativer Temperaturkoeffizient des Widerstands) sowie ein Verfahren zum Messen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls unter Verwendung der vorhergesagten Temperatur des Kühlkörpers.
Beschreibung des Standes der Technik
Der Wechselrichter bzw. Inverter versorgt den Motor mit Wechselstrom aus dem Gleichstrom einer Batterie. In einem Prozess des Umwandelns von Gleichstrom in Wechselstrom schaltet das Schaltelement mit hoher Geschwindigkeit, und dabei wird aufgrund der in dem Schaltelement auftretenden Verlustleistung sofort viel Wärme erzeugt.
Falls die Sperrschichttemperatur des Schaltelements erheblich ansteigt und höher als der Nennwert des Schaltelements wird, kann dies zum Durchbrennen des Schaltelements führen. Daher ist es notwendig, die Temperatur des Schaltelements derart zu begrenzen, dass sie nicht über eine bestimmte Temperatur ansteigt.
Bei einem herkömmlichen IGBT-Leistungsmodul (Insulated Gate Bipolar Transistor) ist es möglich, die Temperatur direkt zu erfassen, da sich innerhalb des Schaltelements ein Dioden-Temperatursensor befindet. Seit kurzem wird jedoch ein SIC(Siliziumkarbid)-Leistungsmodul verwendet, bei dem der NTC-Sensor innerhalb des Leistungsmoduls und nicht innerhalb des Schaltelements eingesetzt wird. Zum jetzigen Zeitpunkt kann die Änderung der Sperrschichttemperatur des Schaltelements unter Verwendung der gemessenen Temperatur des NTC-Sensors und des thermischen Modells berechnet werden, aber es ist unmöglich, die Sperrschichttemperatur ohne die Temperatur des Kühlmittels genau zu schätzen.
Im Allgemeinen wird die Temperatur des Kühlmittels unter Verwendung eines an dem Kühler angebrachten Temperatursensors geschätzt. Da der derzeitige Temperatursensor jedoch an der Außenseite des Kühlers angebracht ist, kann er von der Außentemperatur beeinflusst werden und ist daher möglicherweise nicht in der Lage, die Temperatur des an der Verbindung zwischen dem Leistungsmodul und dem Kühler befindlichen Kühlkörpers genau zu messen.
Die in diesem Hintergrund der vorliegenden Offenbarung umfassten Informationen dienen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung und dürfen nicht als eine Bestätigung oder irgendeine Form des Vorschlags verstanden werden, dass diese Informationen den Stand der Technik bilden, der einem Fachmann bereits bekannt ist.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Verschiedene Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung sind darauf gerichtet, ein Verfahren und eine Vorrichtung des Vorhersagens einer Temperatur eines Kühlkörpers zum Vorhersagen einer Temperatur des Kühlkörpers unter Verwendung eines NTC-Sensors in einem Leistungsmodul ohne eine Verwendung eines an einem Kühler angebrachten Temperatursensor bereitzustellen.
Darüber hinaus ist die vorliegende Offenbarung im Bestreben gemacht worden, um ein Verfahren zum Messen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls zum genaueren Messen einer Sperrschichttemperatur unter Verwendung einer mittels eines NTC-Sensors vorhergesagten Temperatur des Kühlkörpers bereitzustellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Vorhersagen einer Temperatur eines Kühlkörpers bereitgestellt, der sich unter einem Substrat befindet, auf dem ein Leistungsmodul angebracht ist, das zumindest ein Schaltelement und einen NTC-Sensor („Negative Temperature Coefficient of Resistance“, Negativer Temperaturkoeffizient des Widerstands) umfasst. Das Verfahren zum Vorhersagen einer Temperatur eines Kühlkörpers umfasst: Schätzen einer Temperaturänderung des NTC-Sensors unter Verwendung einer Verlustleistung des Leistungsmoduls auf der Grundlage einer Verlustleistung, die in dem zumindest einen Schaltelement gemäß einem Ansteuern des Leistungsmoduls auftritt, und eines Wärmewiderstands des Leistungsmoduls; Erhalten einer von dem NTC-Sensor erfassten Temperatur des Leistungsmoduls; und Vorhersagen der Temperatur des Kühlkörpers aus einer Differenz zwischen der Temperatur des Leistungsmoduls und der Temperaturänderung des NTC-Sensors.
Das Schätzen der Temperaturänderung des NTC-Sensors kann umfassen: Bestimmen eines Wärmewiderstands des NTC-Sensors unter Verwendung des Wärmewiderstands des Leistungsmoduls; und Bestimmen der Temperaturänderung des NTC-Sensors unter Verwendung der Verlustleistung des Leistungsmoduls, des Wärmewiderstands des NTC-Sensors und eines Wärmewiderstands-Kompensationswerts des NTC-Sensors.
Das Schätzen der Temperaturänderung des NTC-Sensors kann ferner ein Auswählen des Wärmewiderstands-Kompensationswertes des NTC-Sensors gemäß Liter pro Minute (LPM) eines Kühlmittels umfassen.
Das Bestimmen der Temperaturänderung des NTC-Sensors kann umfassen: Bestimmen eines ersten Wertes durch Anwenden des Wärmewiderstands-Kompensationswertes auf einen zweiten Wert, der durch Multiplizieren der Verlustleistung des Leistungsmoduls und des Wärmewiderstandes des NTC-Sensors erhalten wird; und Bestimmen der Temperaturänderung des NTC-Sensors durch Anwenden einer thermischen Impedanz bzw. Wärmeimpedanz des NTC-Sensors auf den ersten Wert.
Das Bestimmen des Wärmewiderstands des NTC-Sensors kann ein Bestimmen des Wärmewiderstands des NTC-Sensors durch Anwenden einer Temperaturreflexionsrate auf den Wärmewiderstand des Leistungsmoduls umfassen, und die Temperaturreflexionsrate kann von einem Verhältnis zwischen der Temperaturänderung des NTC-Sensors und der Sperrschichttemperaturänderung des Leistungsmoduls abhängen, die nach einem Aufheizen des zumindest einen Schaltelements gemessen wird, während die Temperatur des Kühlmittels festgelegt ist.
Das Vorhersagen der Temperatur des Kühlkörpers kann ein Bestimmen der Temperatur des Kühlkörpers umfassen, indem eine Impedanz eines Kühlmittels in dem Kühlkörper auf die Differenz zwischen der Temperatur des Leistungsmoduls und der Temperaturänderung des NTC-Sensors angewendet wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung wird eine Vorrichtung des Vorhersagens einer Temperatur eines Kühlkörpers zum Kühlen eines Leistungsmoduls mit zumindest einem Schaltelement und einem NTC-Sensor bereitgestellt. Die Vorrichtung des Vorhersagens einer Temperatur eines Kühlkörpers umfasst: eine NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung, die eingerichtet ist, um eine Temperaturänderung des NTC-Sensors unter Verwendung einer Verlustleistung des Leistungsmoduls auf der Grundlage einer Verlustleistung, die in dem zumindest einen Schaltelement gemäß einem Ansteuern des Leistungsmoduls auftritt, und eines Wärmewiderstands des Leistungsmoduls zu schätzen; eine NTC-Temperaturbeschaffungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um eine von dem NTC-Sensor erfasste Temperatur des Leistungsmoduls zu erhalten; und eine Kühlkörpertemperaturrechenvorrichtung, die eingerichtet ist, um die Temperatur des Kühlkörpers aus einer Differenz zwischen der Temperatur des Leistungsmoduls und der Temperaturänderung des NTC-Sensors vorherzusagen.
Die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung kann einen Wärmewiderstand des NTC-Sensors unter Verwendung des Wärmewiderstands des Leistungsmoduls bestimmen, kann einen Wärmewiderstands-Kompensationswert des NTC-Sensors gemäß Liter pro Minute (LPM) des Kühlmittels auswählen und kann die Temperaturänderung des NTC-Sensors unter Verwendung der Verlustleistung des Leistungsmoduls, des Wärmewiderstands des NTC-Sensors und des Wärmewiderstands-Kompensationswerts des NTC-Sensors bestimmen.
Die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung kann einen ersten Wert bestimmen, indem sie den Wärmewiderstands-Kompensationswert auf einen zweiten Wert anwendet, der durch Multiplizieren der Verlustleistung des Leistungsmoduls und des Wärmewiderstands des NTC-Sensors erhalten wird, und kann die Temperaturänderung des NTC-Sensors bestimmen, indem sie eine Wärmeimpedanz des NTC-Sensors auf den ersten Wert anwendet.
Die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung kann den Wärmewiderstand des NTC-Sensors bestimmen, indem sie eine Temperaturreflexionsrate auf den Wärmewiderstand des Leistungsmoduls anwendet, und die Temperaturreflexionsrate kann von einem Verhältnis zwischen der Temperaturänderung des NTC-Sensors und der Sperrschichttemperaturänderung des Leistungsmoduls abhängen, die nach einem Aufheizen des zumindest einen Schaltelements gemessen wird, während die Temperatur des Kühlmittels festgelegt ist.
Die Kühlkörpertemperaturrechenvorrichtung kann die Temperatur des Kühlkörpers bestimmen, indem sie eine Impedanz eines Kühlmittels in dem Kühlkörper auf die Differenz zwischen der Temperatur des Leistungsmoduls und der Temperaturänderung des NTC-Sensors anwendet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Messen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls, das zumindest ein Schaltelement und einen NTC-Sensor in einer Vorrichtung zum Messen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls umfasst, bereitgestellt. Das Verfahren zum Messen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls umfasst: Schätzen einer Temperatur eines Kühlkörpers unter Verwendung einer von dem NTC-Sensor erfassten Temperatur des Leistungsmoduls und einer Temperaturänderung des NTC-Sensors; Bestimmen einer Änderung einer Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls unter Verwendung eines thermischen Modells des Leistungsmoduls; und Bestimmen der Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls unter Verwendung der Temperatur der Kühlkörper und der Änderung der Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls.
Das Schätzen der Temperatur des Kühlkörpers kann umfassen: Bestimmen einer Verlustleistung des Leistungsmoduls auf der Grundlage der Verlustleistung, die in dem zumindest einen Schaltelement gemäß einem Ansteuern des Leistungsmoduls erzeugt wird; Bestimmen eines Wärmewiderstands des Leistungsmoduls; Bestimmen eines Wärmewiderstands des NTC-Sensors unter Verwendung des Wärmewiderstands des Leistungsmoduls; Auswählen eines Wärmewiderstands-Kompensationswerts des NTC-Sensors gemäß Liter pro Minute (LPM) eines Kühlmittels; und Bestimmen der Temperaturänderung des NTC-Sensors unter Verwendung der Verlustleistung des Leistungsmoduls, des Wärmewiderstands des NTC-Sensors und des Wärmewiderstands-Kompensationswerts des NTC-Sensors.
Das Bestimmen der Temperaturänderung des NTC-Sensors kann umfassen: Bestimmen eines ersten Wertes durch Anwenden des Wärmewiderstands-Kompensationswertes auf einen zweiten Wert, der durch Multiplizieren der Verlustleistung des Leistungsmoduls und des Wärmewiderstandes des NTC-Sensors erhalten wird; und Bestimmen der Temperaturänderung des NTC-Sensors durch Anwenden einer Wärmeimpedanz des NTC-Sensors auf den ersten Wert.
Das Schätzen der Temperatur des Kühlkörpers kann ein Bestimmen der Temperatur des Kühlkörpers umfassen, indem eine Impedanz eines Kühlmittels in dem Kühlkörper auf die Differenz zwischen der Temperatur des Leistungsmoduls und der Temperaturänderung des NTC-Sensors angewendet wird.
Das Bestimmen einer Änderung der Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls kann ein Bestimmen der Änderung der Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls unter Verwendung einer Verlustleistung des Leistungsmoduls umfassen, die auf der Grundlage der in dem zumindest einen Schaltelement gemäß dem Ansteuern des Leistungsmoduls erzeugten Verlustleistung und einem Wärmewiderstand des Leistungsmoduls bestimmt wird.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann durch Vorhersagen der Temperatur des Kühlkörpers unter Verwendung des NTC-Sensors innerhalb des Leistungsmoduls ohne einen außerhalb des Kühlers angebrachten Temperatursensor zum Messen der Temperatur des Kühlmittels der Einfluss der Außentemperatur ausgeschlossen werden, so dass die Temperatur des Kühlkörpers genauer vorhergesagt werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, den Temperatursensor zum Messen der Temperatur des Kühlmittels zu entfernen, was die Herstellungskosten und den durch die Anbringung des Temperatursensors verursachten Platzverlust reduziert.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Offenbarung weisen weitere Merkmale und Vorteile auf, die aus den beigefügten Zeichnungen, die hierin enthalten sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu erläutern, ersichtlich sind oder näher erläutert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt ein Diagramm, das schematisch ein Verfahren zum Schätzen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls unter Verwendung eines allgemeinen thermischen Modells darstellt.
2 zeigt ein Diagramm, das eine Vorrichtung des Vorhersagens einer Temperatur eines Kühlkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Vorhersagen einer Temperatur eines in 2 gezeigten Kühlkörpers darstellt.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen eines NTC-Temperaturänderungsbetrags durch eine in 2 gezeigte NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung darstellt.
5 zeigt ein Diagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen einer Temperaturreflexionsrate darstellt, die eine Beziehung zwischen dem Wärmewiderstand des Leistungsmoduls und dem Wärmewiderstand des NTC-Sensors angibt.
6 ist einen Graphen, der die Temperaturänderung des NTC-Sensors für jede LPM des Kühlmittels zeigt.
7 zeigt ein Diagramm, das eine Vorrichtung des Messens einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
8 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Messen einer Sperrschichttemperatur der in 7 gezeigten Vorrichtung des Messens einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls darstellt.
9 zeigt ein Konzeptdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.

Die beigefügten Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu und stellen eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener Merkmale dar, die die Grundprinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, wie sie hierin umfasst sind, einschließlich z.B. spezifischer Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die besonders beabsichtigte Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt.
In den Figuren beziehen sich die Bezugsnummern auf die gleichen oder gleichwertige Teile der vorliegenden Offenbarung in den verschiedenen Figuren der Zeichnung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird nun im Detail auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung(en) Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben sind. Obwohl die vorliegende(n) Offenbarung(en) in Verbindung mit Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wird (werden), versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu dienen soll, die vorliegende(n) Offenbarung(en) auf diese Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung zu beschränken. Andererseits soll(en) die vorliegende(n) Offenbarung(en) nicht nur die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen abdecken, die im Sinne und Umfang der vorliegenden Offenbarung umfasst sein können, wie dies durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben, so dass ein Fachmann die vorliegende Offenbarung leicht umsetzen kann. Wie ein Fachmann erkennen würde, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne vom Sinn oder der Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die Zeichnungen und die Beschreibung sind als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen in der gesamten Beschreibung gleiche Elemente.
Wenn überall in der Beschreibung und in den Ansprüchen ein Teil als ein bestimmtes Element „umfassend“ bezeichnet wird, bedeutet dies, dass er ferner andere Elemente umfassen kann, anstatt andere Elemente auszuschließen, es sei denn, dies ist ausdrücklich anders angegeben.
Wenn in der gesamten Beschreibung ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ bezeichnet wird, umfasst dies nicht nur den Fall, bei dem zwei Elemente „direkt verbunden“ sind, sondern auch den Fall, bei dem zwei Elemente „elektrisch oder mechanisch verbunden“ sind, wobei ein weiteres Bauteil dazwischen liegt bzw. angeordnet ist.
In der vorliegenden Beschreibung können Begriffe, die eine Ordnungszahl umfassen, wie z.B. erster/erste/erstes, zweiter/zweite/zweites usw., zur Beschreibung verschiedener Elemente verwendet werden, aber die Elemente sind durch die Begriffe nicht beschränkt. Die oben genannten Begriffe werden nur zur Unterscheidung eines Elements von einem anderen Element verwendet. Ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, kann beispielsweise ein erstes Element als zweites Element bezeichnet werden, und in ähnlicher Weise kann ein zweites Element als erstes Element bezeichnet werden.
In dem Flussdiagramm, das unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in der vorliegenden Beschreibung beschrieben wird, kann die Reihenfolge der Vorgänge geändert werden, mehrere Vorgänge können zusammengelegt werden, einige Vorgänge können aufgeteilt werden, und bestimmte Vorgänge werden möglicherweise nicht durchgeführt.
Darüber hinaus kann in der vorliegenden Beschreibung jeder der Ausdrücke wie „A oder B“, „zumindest eines von A und B“, „zumindest eines von A oder B“, „A, B oder C“, „zumindest eines von A, B und C“ und „zumindest eines von A, B oder C“ einen beliebigen der Punkte, die zusammen in dem entsprechenden der Ausdrücke aufgeführt sind, oder alle möglichen Kombinationen davon umfassen.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun ein Verfahren und eine Vorrichtung des Vorhersagens einer Temperatur eines Kühlkörpers und ein Verfahren zum Messen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls unter Verwendung davon im Detail beschrieben.
1 zeigt ein Diagramm, das schematisch ein Verfahren zum Schätzen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls unter Verwendung eines allgemeinen thermischen Modells darstellt.
Unter Bezugnahme auf 1 kann die Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls aus der Verlustleistung des Leistungsmoduls, dem Wärmewiderstand des Leistungsmoduls und der Temperatur des Kühlkörpers bestimmt werden, wie in Gleichung 1 gezeigt. $\begin{array}{l} die Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls = \\ Verlustleistung des Leistungsmoduls + W \ddot{a} rmewiderstand des \\ Leistungsmoduls + Temperatur des K \ddot{u} hlk \ddot{o} rpers \end{array}$
Das Leistungsmodul befindet sich auf einem Substrat, und ein Kühlkörper, der einen Kühlmittelkanal umfasst, befindet sich unter dem Substrat. Das Kühlmittel fließt bzw. strömt durch den Kühlmittelkanal, und das Kühlmittel kühlt das Halbleiterschaltelement in dem Leistungsmodul.
Wenn die Eingangsparameter des Leistungsmoduls einschließlich der Schaltfrequenz, der Eingangsspannung, des Eingangsstroms und des Ansteuermodus bestimmt werden, kann die Verlustleistung des Leistungsmoduls bestimmt werden, während das Leistungsmodul betrieben bzw. angesteuert wird.
Die Verlustleistung des Leistungsmoduls kann als Summe der Leitungsverluste, die auftreten, wenn der Strom jedes Halbleiterschaltelements in dem Leistungsmodul fließt, und der Schaltverluste, die auftreten, wenn jedes Halbleiterschaltelement geschaltet wird, bestimmt werden. Die Summe der Leitungsverluste und der Schaltverluste des Halbleiterschaltelements wird als Verlustleistung des Halbleiterschaltelements bezeichnet. Die Leitungsverluste und die Schaltverluste des Schaltelements können durch eine voreingestellte Formel zur Bestimmung der Leitungsverluste und eine Formel zur Bestimmung der Schaltverluste bestimmt werden.
Die Verlustleistung des Leistungsmoduls kann unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren gemäß den Eigenschaften des Wechselrichters, bei dem das Leistungsmodul angewendet wird, festgelegt werden. Die Verlustleistung des Leistungsmoduls kann je nach Unternehmen, das das Leistungsmodul herstellt, oder je nach Unternehmen, das Produkte wie beispielsweise Fahrzeuge unter Anwendung des Leistungsmoduls herstellt, auf unterschiedliche Weise bestimmt werden, so dass auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet wird.
Der Wärmewiderstand kann als ein Wert ausgedrückt werden, der durch Dividieren der Temperaturänderung durch die Leistungsaufnahme bzw. dem Stromverbrauch ermittelt wird. Jedes Element, das das Leistungsmodul bildet, weist eine Wärmewiderstandskomponente auf, und der Wärmewiderstand ist ein Wert, der die thermische Leistung darstellt und von der Wärmeableitungsleistung des Kühlsubstrats des Leistungsmoduls oder des Kühlers beeinflusst wird.
Zum Messen des Wärmewiderstands eines Halbleiterschaltelements, das ein Element eines Leistungsmoduls ist, wird eine Beziehung zwischen einer Spannung der parasitären Diode und einer Temperatur verwendet. Die Spannung der parasitären Diode weist eine Eigenschaft auf, sich umgekehrt proportional zu der Temperatur zu verhalten. Da die Gate-Spannung in Abhängigkeit vom Gate-Ladegrad jedes Halbleiterschaltelements variiert, wird eine Spannung von -9 V an die Gate-Elektrode angelegt und die Spannung der parasitären Diode gemessen, während die Temperatur des Kühlmittels erhöht wird. Zu diesem Zeitpunkt wird eine als K-Faktor bezeichnete Steigung durch Dividieren der Spannungsänderung durch die Temperaturänderung (mV/K) erhalten. Unter Verwendung des so erhaltenen K-Faktors kann die Temperaturänderung über die Spannungsänderung ermittelt werden. Eine an das Halbleiterschaltelement angelegte Spannung wird durch eine Messvorrichtung gemessen, und als Ergebnis kann der Wärmewiderstand ermittelt werden.
Der Wert, der durch Multiplizieren des Wärmewiderstands des Leistungsmoduls und der Verlustleistung erhalten wird, bedeutet die Veränderung der Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls. Wenn demzufolge die Temperatur des Kühlkörpers zu der Veränderung der Sperrschichttemperatur addiert wird, wird die Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls bestimmt. Zum jetzigen Zeitpunkt ist die maximale Sperrschichttemperatur unter Berücksichtigung der Temperaturspanne derart ausgelegt, dass sie 140 Grad Celsius nicht überschreitet.
Die Temperatur des Kühlkörpers kann anhand der Temperatur des Kühlmittels gemessen werden.
Das bestehende IGBT-Leistungsmodul umfasst einen Temperatursensor innerhalb des IGBTs. Daher kann die Temperatur des Leistungsmoduls direkt erfasst werden, ohne dass eine Berechnung erforderlich ist, und bei Bedarf kann die Temperatur des Kühlmittels unter Verwendung eines thermischen Modells geschätzt und verwendet werden.
Beim SIC-Leistungsmodul hingegen befindet sich kein Temperatursensor innerhalb des Halbleiterschaltelements, sondern ein NTC-Sensor außerhalb des Halbleiterschaltelements. Im vorliegenden Fall wird die Temperatur des Kühlmittels unter Verwendung eines am Kühler angebrachten Temperatursensors geschätzt. Da der Temperatursensor jedoch an der Außenseite des Kühlers angebracht ist, kann er von der Außentemperatur beeinflusst werden, was dazu führt, dass die Temperatur des Kühlkörpers nicht genau gemessen werden kann. Das heißt, es ist unmöglich, die Temperatur des Kühlmittels und die Temperatur des Leistungsmoduls ohne separate Logik vorherzusagen, und es ist schwierig, die Temperatur des Leistungsmoduls unter 140 Grad zu halten.
Das Verfahren und die Vorrichtung des Vorhersagens einer Temperatur eines Kühlkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung sagt die Temperatur des Kühlkörpers unter Verwendung des NTC-Sensors in dem Leistungsmodul ohne einen außerhalb des Kühlers angebrachten Temperatursensor vorher.
2 zeigt ein Diagramm, das eine Vorrichtung des Vorhersagens einer Temperatur eines Kühlkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt, und 3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Vorhersagen einer Temperatur eines in 2 gezeigten Kühlkörpers darstellt.
Unter Bezugnahme auf 2 umfasst die Vorrichtung des Vorhersagens einer Temperatur eines Kühlkörpers 200 eine NTC-Temperaturbeschaffungsvorrichtung 210, eine NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 und eine Kühlkörpertemperaturrechenvorrichtung 230.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 erhält die Temperaturbeschaffungsvorrichtung 210 eine NTC-Temperatur, d.h. die von dem NTC-Sensor erfasste Temperatur des Leistungsmoduls (S310). Die von dem NTC-Sensor erfasste Temperatur des Leistungsmoduls wird der Einfachheit halber als NTC-Temperatur bezeichnet. Die NTC-Temperaturbeschaffungsvorrichtung 210 kann einen NTC-Sensor zum Erfassen der Temperatur des Leistungsmoduls umfassen.
Die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 bestimmt eine NTC-Temperaturänderung (S320). Die NTC-Temperaturänderung bedeutet die von dem NTC-Sensor erfasste Temperaturänderung des Leistungsmoduls. Die NTC-Temperaturänderung kann wie in Gleichung 2 bestimmt werden. $Δ T_{N T C} = P_{L o s s} * R_{t h N T C} * R_{t h r a t e} * Z_{t h N T C}$
ΔT_NTC stellt für die NTC-Temperaturänderung dar, und P_LOSS stellt die Verlustleistung des Leistungsmoduls dar. R_thNTC stellt den Wärmewiderstand des NTC-Sensors dar, R_thrate stellt den Wärmewiderstands-Kompensationswert des NTC-Sensors gemäß der Durchflussrate (LPM: Liter pro Minute) des Kühlmittels dar, und Z_thNTC stellt die Wärmeimpedanz des NTC-Sensors. Das * gibt eine Multiplikation an.
Der Kühlkörpertemperaturrechenvorrichtung 230 bestimmt die Temperatur des Kühlkörpers unter Verwendung der NTC-Temperatur, die von der NTC-Temperaturbeschaffungsvorrichtung 210 ermittelt wird, und der NTC-Temperaturänderung, die von der NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 bestimmt wird (S330).
Die Kühlkörpertemperaturrechenvorrichtung 230 kann die Temperatur des Kühlkörpers unter Verwendung eines Wertes bestimmen, der durch Subtrahieren der NTC-Temperaturänderung von der NTC-Temperatur erhalten wird, wie in Gleichung 3 gezeigt. $T_{sin k} = (T_{N T C} - Δ T_{N T C}) * Z_{t h w a t e r}$
In Gleichung 3 stellt T_sink die Temperatur des Kühlkörpers dar und T_NTC stellt die NTC-Temperatur dar. Z_thwater stellt die Impedanz des Kühlmittels dar.
Wenn die tatsächliche NTC-Temperaturänderung und die mit der NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 ermittelte NTC-Temperaturänderung vollständig übereinstimmen, ist Z_thwater nicht erforderlich. Es kann jedoch eine Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem theoretischen Wert auftreten, und aufgrund der Differenz kann eine Temperaturwelligkeit auftreten. Dementsprechend wendet die Kühlkörpertemperaturrechenvorrichtung 230 die Impedanz des Kühlmittels an, um eine Temperaturwelligkeit aufgrund einer Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem theoretischen Wert zu beseitigen. Das heißt, die Kühlkörpertemperaturrechenvorrichtung 230 wendet die Impedanz des Kühlmittels auf einen Wert an, der durch Subtrahieren der NTC-Temperaturänderung von der NTC-Temperatur erhalten wird, und bestimmt schließlich die Temperatur des Kühlkörpers.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen eines NTC-Temperaturänderungsbetrags durch eine in 2 gezeigte NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 4, wenn die Eingangsparameter des Leistungsmoduls, die die Schaltfrequenz, die Eingangsspannung, den Eingangsstrom, den Ansteuermodus usw. umfassen, bestimmt werden, bestimmt die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 eine Verlustleistung des Leistungsmoduls durch Ansteuern des Wechselrichters gemäß den Eingangsparametern (S410).
Anschließend bestimmt die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 einen Wärmewiderstand des NTC-Sensors (S420). Der Wärmewiderstand des NTC-Sensors weist eine Beziehung auf, bei der eine konstante Temperaturreflexionsrate auf den Wärmewiderstand des Leistungsmoduls angewendet wird. Dementsprechend kann der Wärmewiderstand R_thNTC des NTC-Sensors wie in Gleichung 4 bestimmt werden. $R_{t h N T C} = R_{t h} * k$
In Gleichung 4 stellt R_thNTC den Wärmewiderstand des NTC-Sensors dar, R_th stellt den Wärmewiderstand des Leistungsmoduls dar und k stellt die Temperaturreflexionsrate dar. Das heißt, der Wärmewiderstand des NTC-Sensors weist ein Verhältnis k mal dem Wärmewiderstand des Leistungsmoduls auf.
Unterdessen variiert die von dem NTC-Sensor erfasste Temperatur in Abhängigkeit von einer LPM des Kühlmittels, das durch den Kühlmittelkanal in dem Kühlkörper fließt bzw. strömt. Die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 wählt einen Wärmewiderstands-Kompensationswert des NTC-Sensors gemäß der LPM des Kühlmittels aus, der zur Bestimmung der NTC-Temperaturänderung verwendet wird (S430).
Nachdem der Wärmewiderstand des NTC-Sensors bestimmt worden ist, bestimmt die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 einen ersten Wert, indem sie den Wärmewiderstands-Kompensationswert des NTC-Sensors gemäß der LPM des Kühlmittels auf einen Wert anwendet, der durch Multiplizieren der Verlustleistung des Leistungsmoduls und des Wärmewiderstands des NTC-Sensors erhalten wird, wie in Gleichung 2 gezeigt (S440).
Es gibt eine Wärmeimpedanz, die eine Funktion der Zeit ist und den Wärmewiderstand darstellt. Das heißt, weil die Rate des Temperaturanstiegs und/oder -abfalls von der Wärmeimpedanz abhängt, reflektiert die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 zusätzlich eine Wärmeimpedanz des NTC-Sensors auf den in Schritt S440 erhaltenen ersten Wert und bestimmt schließlich die NTC-Temperaturänderung (S450).
5 zeigt ein Diagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen einer Temperaturreflexionsrate darstellt, die eine Beziehung zwischen dem Wärmewiderstand des Leistungsmoduls und dem Wärmewiderstand des NTC-Sensors angibt.
Unter Bezugnahme auf 5 umfasst das Leistungsmodul eine Vielzahl von Halbleiterschaltelementen S1 und S2 und einen NTC-Sensor 510. 5 zeigt der Einfachheit halber zwei Halbleiterschaltelemente S1 und S2.
Wenn das Leistungsmodul angesteuert wird, arbeiten die beiden Halbleiterschaltelemente S1 und S2 komplementär.
Der NTC-Sensor 510 erfasst die Temperatur des Leistungsmoduls.
Die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 legt gleichzeitig eine Spannung von -9 V an die Gate-Elektroden der Vielzahl von Halbleiterschaltelementen S1 und S2 an, um den in Gleichung 4 gezeigten Temperaturreflexionsfaktor k zu bestimmen. Gemäß Gleichung 4 werden die Halbleiterschaltelemente S1 und S2 gleichzeitig erwärmt, und die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 misst die Spannung der parasitären Diode.
Die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 misst die Temperaturänderung der Sperrschicht ΔT_SIC des Leistungsmoduls durch die Änderung der Spannung der parasitären Diode, erfasst den Widerstand des NTC-Sensors und misst die Temperaturänderung ΔT_NTC des NTC-Sensors. Zu diesem Zeitpunkt werden, anders als zuvor, die Sperrschichttemperaturänderung ΔT_SIC und die Temperaturänderung des NTC-Sensors ΔT_NTC gemessen, während die Temperatur des Kühlmittels festgelegt ist.
Die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 kann den Temperaturreflexionsfaktor k bestimmen, der das Verhältnis zwischen dem Wärmewiderstand des Leistungsmoduls und dem Wärmewiderstand des NTC-Sensors darstellt, indem sie die Temperaturänderung ΔT_NTC des NTC-Sensors durch die Sperrschichttemperaturänderung ΔT_SIC des Leistungsmoduls dividiert, wie in Gleichung 5 gezeigt. $k = Δ T_{N T C} / Δ T_{S I C}$
Wie in Gleichung 5 gezeigt, kann die Temperaturreflexionsrate k als ein Verhältnis der Temperaturänderung ΔT_NTC des NTC-Sensors und der Sperrschichttemperaturänderung ΔT_SIC des Leistungsmoduls durch einen Test bestimmt werden.
6 zeigt einen Graphen, der die Temperaturänderung des NTC-Sensors für jede LPM des Kühlmittels zeigt. In 6 bedeutet AL100, dass die LPM des Kühlmittels „A“ LPM beträgt und ein Strom von 100A an das Leistungsmodul angelegt wird. Hier können A, B, C und D natürliche Zahlen von 1 oder mehr sein, können eine Beziehung von A < B < C< D aufweisen und D kann die maximale LPM sein.
Wie in 6 gezeigt, variiert die Temperaturänderungsrate gemäß der LPM des Kühlmittels des Fahrzeugs. Wenn die LPM des Kühlmittels ansteigt, wird die Wärmeableitungsleistung verbessert, so dass der Wärmewiderstand verringert wird und die Temperaturänderung des NTC-Sensors ebenfalls verringert wird.
Das heißt, da der Wärmewiderstandswert gemäß den Wärmeabgabeeigenschaften variieren kann, kann der Wärmewiderstands-Kompensationswert gemäß der LPM des Kühlmittels im Wärmewiderstand des NTC-Sensors reflektiert werden. Zu diesem Zweck wird der Test zum Messen des Wärmewiderstands gemäß der Anwendung der oben beschriebenen Eingangsparameter durchgeführt, während die LPM des Kühlmittels geändert wird, und der Wärmewiderstand entsprechend jeder LPM des Kühlmittels wird abgeleitet.
Anschließend kann auf der Grundlage der maximalen LPM ein Wärmewiderstands-Kompensationswert für jede LPM des Kühlmittels bestimmt werden.
Die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 wählt einen Wärmewiderstands-Kompensationswert des NTC-Sensors gemäß der LPM des dem Leistungsmodul zugeführten Kühlmittels aus den Wärmewiderstands-Kompensationswerten für jede LPM des Kühlmittels aus.
Als Nächstes kann die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 220 den Wärmewiderstands-Kompensationswert gemäß der gewählten LPM des Kühlmittels auf den Wert reflektieren, der durch Multiplizieren der Verlustleistung des Leistungsmoduls und des Wärmewiderstands des NTC-Sensors erhalten wird.
7 zeigt ein Diagramm, das eine Vorrichtung des Messens einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt, und 8 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Messen einer Sperrschichttemperatur der in 7 gezeigten Vorrichtung des Messens einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls darstellt. Ferner zeigt 9 ein Konzeptdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf 7 umfasst die Vorrichtung 700 zum Messen einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls eine Kühlkörpertemperaturvorhersagevorrichtung 710, eine Leistungsmodul-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 720 und eine Sperrschichttemperaturrechenvorrichtung 730.
Unter Bezugnahme auf 7 und 8 entspricht die Kühlkörpertemperaturvorhersagevorrichtung 710 der oben beschriebenen Vorrichtung des Vorhersagens einer Temperatur eines Kühlkörpers 200. Die Vorrichtung des Vorhersagens einer Temperatur eines Kühlkörpers 200 bestimmt die Temperatur des Kühlkörpers unter Verwendung des NTC-Sensors auf die gleiche Weise wie oben beschrieben (S810).
Die Leistungsmodul-Temperaturänderungsrechenvorrichtung 720 bestimmt die Änderung der Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls unter Verwendung des thermischen Modells des Leistungsmoduls (S820). Die Änderung der Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls kann als der Wert bestimmt werden, der durch Multiplizieren der Verlustleistung des Leistungsmoduls und des Wärmewiderstands des Leistungsmoduls erhalten wird.
Die Sperrschichttemperaturrechenvorrichtung 730 bestimmt die Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls auf der Grundlage der Änderung der Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls und der Temperatur des Kühlkörpers, die von der Kühlkörpertemperaturvorhersagevorrichtung 710 bestimmt wird, wie in Gleichung 1 (S830) gezeigt.
Wie in 9 gezeigt, kann die Sperrschichttemperaturrechenvorrichtung 730 die Sperrschichttemperatur Tj_SIC des Leistungsmoduls bestimmen, indem sie die Sperrschichttemperaturänderung ΔTj_SIC des Leistungsmoduls zu der Kühlkörpertemperatur addiert.
Dementsprechend kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung die Temperatur des Kühlkörpers unter Verwendung nur des NTC-Sensors durch die Vorrichtung zum Vorhersagen einer Temperatur eines Kühlkörpers 200 vorhergesagt werden, und die Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls wird unter Verwendung der vorhergesagten Temperatur der Kühlkörpertemperatur bestimmt. Es ist möglich, den außerhalb vorgesehenen Temperatursensor zu entfernen, um die Temperatur des Kühlmittels zu messen, und es ist möglich, Platz zu gewährleisten und die Kosten zu reduzieren, indem der Temperatursensor entfernt wird.
Unter Verwendung des NTC-Sensors ist es außerdem möglich, die Vorhersagegenauigkeit der Temperatur des Kühlkörpers zu verbessern, da er nicht durch äußere Temperaturänderungen beeinflusst wird.
Zur Vereinfachung der Erläuterung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Ausdrücke/Begriffe „oben“, „unten“, „innen“, „außen“, „oben/aufwärts“, „unten/abwärts“, „nach oben“, „nach unten“, „vorne“, „hinten“, „rückwärtig“, „innerhalb“, „außerhalb“, „nach innen“, „nach außen“, „intern/innen“, „extern/außen“, „innere“, „äußere“, „vorwärts“ und „rückwärts“ verwendet, um Merkmale der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Positionen solcher Merkmale zu beschreiben, wie sie in den Figuren dargestellt sind. Es versteht sich ferner, dass sich der Begriff „verbinden“ oder seine Derivate sowohl auf eine direkte als auch auf eine indirekte Verbindung beziehen.
Die vorhergehenden Beschreibungen von bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung sind zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt worden. Sie sind nicht erschöpfend und nicht dazu vorgesehen, um die vorliegende Offenbarung auf die exakten offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Modifikationen und Änderungen im Lichte der oberhalb genannten Lehre möglich. Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der vorliegenden Offenbarung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um es einem anderen Fachmann zu ermöglichen, verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung, ebenso wie verschiedene Alternativen und Modifikationen hiervon zu bilden und zu verwenden. Es ist vorgesehen, dass der Umfang der vorliegenden Offenbarung durch die hierzu beigefügten Ansprüche und ihren Äquivalenten festgelegt wird.

Claims

Verfahren zum Vorhersagen einer Temperatur eines Kühlkörpers, der unter einem Substrat angeordnet ist, auf dem ein Leistungsmodul angebracht ist, das zumindest ein Schaltelement und einen NTC (Negativer Temperaturkoeffizient des Widerstands)-Sensor umfasst, das Verfahren aufweisend: Schätzen einer Temperaturänderung des NTC-Sensors unter Verwendung einer Verlustleistung des Leistungsmoduls auf der Grundlage einer Verlustleistung, die in dem zumindest einen Schaltelement gemäß einem Ansteuern des Leistungsmoduls auftritt, und des Wärmewiderstands des Leistungsmoduls; Erhalten einer durch den NTC-Sensor erfassten Temperatur des Leistungsmoduls; und Vorhersagen der Temperatur des Kühlkörpers aus einer Differenz zwischen der Temperatur des Leistungsmoduls und der Temperaturänderung des NTC-Sensors.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schätzen der Temperaturänderung des NTC-Sensors umfasst: Bestimmen eines Wärmewiderstands des NTC-Sensors unter Verwendung des Wärmewiderstands des Leistungsmoduls; und Bestimmen der Temperaturänderung des NTC-Sensors unter Verwendung der Verlustleistung des Leistungsmoduls, des Wärmewiderstands des NTC-Sensors und eines Wärmewiderstands-Kompensationswerts des NTC-Sensors.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Schätzen der Temperaturänderung des NTC-Sensors ferner umfasst: Auswählen des Wärmewiderstands-Kompensationswertes des NTC-Sensors gemäß Liter pro Minute (LPM) eines Kühlmittels.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen der Temperaturänderung des NTC-Sensors umfasst: Bestimmen eines ersten Wertes durch Anwenden des Wärmewiderstands-Kompensationswertes auf einen zweiten Wert, der durch Multiplizieren der Verlustleistung des Leistungsmoduls und des Wärmewiderstandes des NTC-Sensors erhalten wird; und Bestimmen der Temperaturänderung des NTC-Sensors durch Anwendung einer Wärmeimpedanz des NTC-Sensors auf den ersten Wert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen des Wärmewiderstands des NTC-Sensors umfasst: Bestimmen des Wärmewiderstands des NTC-Sensors durch Anwenden einer Temperaturreflexionsrate auf den Wärmewiderstand des Leistungsmoduls, wobei die Temperaturreflexionsrate von einem Verhältnis zwischen der Temperaturänderung des NTC-Sensors und einer Sperrschichttemperaturänderung des Leistungsmoduls abhängt, die nach einem Aufheizen des zumindest einen Schaltelements gemessen wird, während eine Temperatur eines Kühlmittels festgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vorhersagen der Temperatur des Kühlkörpers umfasst: Bestimmen der Temperatur des Kühlkörpers durch Anwenden einer Impedanz eines Kühlmittels in dem Kühlkörper auf die Differenz zwischen der Temperatur des Leistungsmoduls und der Temperaturänderung des NTC-Sensors.
Vorrichtung zum Vorhersagen der Temperatur eines Kühlkörpers zum Kühlen eines Leistungsmoduls, das zumindest ein Schaltelement und einen NTC (Negativer Temperaturkoeffizient des Widerstands)-sensor umfasst, die Vorrichtung aufweisend: eine NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung, die eingerichtet ist, um eine Temperaturänderung des NTC-Sensors unter Verwendung einer Verlustleistung des Leistungsmoduls auf der Grundlage einer Verlustleistung, die in dem zumindest einen Schaltelement gemäß einem Ansteuern des Leistungsmoduls auftritt, und eines Wärmewiderstands des Leistungsmoduls zu schätzen; eine NTC-Temperaturbeschaffungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um eine von dem NTC-Sensor erfasste Temperatur des Leistungsmoduls zu erhalten; und eine Kühlmitteltemperaturrechenvorrichtung, die eingerichtet ist, um die Temperatur des Kühlkörpers aus einer Differenz zwischen der Temperatur des Leistungsmoduls und der Temperaturänderung des NTC-Sensors vorherzusagen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung eingerichtet ist, um einen Wärmewiderstand des NTC-Sensors unter Verwendung des Wärmewiderstands des Leistungsmoduls zu bestimmen, um einen Wärmewiderstands-Kompensationswert des NTC-Sensors gemäß Liter pro Minute (LPM) eines Kühlmittels auszuwählen und um die Temperaturänderung des NTC-Sensors unter Verwendung der Verlustleistung des Leistungsmoduls, des Wärmewiderstands des NTC-Sensors und des Wärmewiderstands-Kompensationswerts des NTC-Sensors zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung eingerichtet ist, um einen ersten Wert zu bestimmen, indem der Wärmewiderstands-Kompensationswert auf einen zweiten Wert angewendet wird, der durch Multiplizieren der Verlustleistung des Leistungsmoduls und des Wärmewiderstands des NTC-Sensors erhalten wird, und um die Temperaturänderung des NTC-Sensors zu bestimmen, indem eine Wärmeimpedanz des NTC-Sensors auf den ersten Wert angewendet wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die NTC-Temperaturänderungsrechenvorrichtung eingerichtet ist, um den Wärmewiderstand des NTC-Sensors durch Anwenden einer Temperaturreflexionsrate auf den Wärmewiderstand des Leistungsmoduls zu bestimmen, und wobei die Temperaturreflexionsrate von einem Verhältnis zwischen der Temperaturänderung des NTC-Sensors und einer Sperrschichttemperaturänderung des Leistungsmoduls abhängt, die nach einem Aufheizen des zumindest einen Schaltelements gemessen wird, während eine Temperatur des Kühlmittels festgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Kühlmitteltemperaturrechenvorrichtung eingerichtet ist, um die Temperatur des Kühlkörpers zu bestimmen, indem eine Impedanz eines Kühlmittels in dem Kühlkörper auf die Differenz zwischen der Temperatur des Leistungsmoduls und der Temperaturänderung des NTC-Sensors angewendet wird.
Verfahren zum Messen der Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls, das zumindest ein Schaltelement und einen NTC (Negativer Temperaturkoeffizient des Widerstands)-Sensor in einer Vorrichtung des Messens einer Sperrschichttemperatur eines Leistungsmoduls aufweist, das Verfahren aufweisend: Schätzen einer Temperatur eines Kühlkörpers unter Verwendung einer durch den NTC-Sensor erfassten Temperatur des Leistungsmoduls und einer Temperaturänderung des NTC-Sensors; Bestimmen einer Änderung der Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls unter Verwendung eines thermischen Modells des Leistungsmoduls; und Bestimmen der Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls unter Verwendung der Temperatur des Kühlkörpers und der Änderung der Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Schätzen der Temperatur des Kühlkörpers umfasst: Bestimmen einer Verlustleistung des Leistungsmoduls auf der Grundlage einer Verlustleistung, die in dem zumindest einen Schaltelement gemäß einem Ansteuern des Leistungsmoduls erzeugt wird; Bestimmen eines Wärmewiderstands des Leistungsmoduls; Bestimmen eines Wärmewiderstands des NTC-Sensors unter Verwendung des Wärmewiderstands des Leistungsmoduls; Auswählen eines Wärmewiderstands-Kompensationswertes des NTC-Sensors gemäß Liter pro Minute (LPM) eines Kühlmittels; und Bestimmen der Temperaturänderung des NTC-Sensors unter Verwendung der Verlustleistung des Leistungsmoduls, des Wärmewiderstands des NTC-Sensors und des Wärmewiderstands-Kompensationswertes des NTC-Sensors.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Bestimmen der Temperaturänderung des NTC-Sensors umfasst: Bestimmen eines ersten Wertes durch Anwenden des Wärmewiderstands-Kompensationswertes auf einen zweiten Wert, der durch Multiplizieren der Verlustleistung des Leistungsmoduls und des Wärmewiderstandes des NTC-Sensors erhalten wird; und Bestimmen der Temperaturänderung des NTC-Sensors durch Anwenden einer Wärmeimpedanz des NTC-Sensors auf den ersten Wert.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Schätzen der Temperatur des Kühlkörpers umfasst: Bestimmen der Temperatur des Kühlkörpers durch Anwenden einer Impedanz eines Kühlmittels im Kühlkörper auf eine Differenz zwischen der Temperatur des Leistungsmoduls und der Temperaturänderung des NTC-Sensors.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bestimmen der Änderung der Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls umfasst: Bestimmen der Änderung der Sperrschichttemperatur des Leistungsmoduls unter Verwendung einer Verlustleistung des Leistungsmoduls, die auf der Grundlage einer Verlustleistung, die in dem zumindest einen Schaltelement gemäß einem Ansteuern des Leistungsmoduls erzeugt wird, und eines Wärmewiderstands des Leistungsmoduls bestimmt wird.