JP7380187B2

JP7380187B2 - power converter

Info

Publication number: JP7380187B2
Application number: JP2019233444A
Authority: JP
Inventors: 文哉向井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2039-12-24
Also published as: JP2021103908A

Description

本明細書が開示する技術は、電力変換装置に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a power conversion device.

特許文献１には、車両に搭載された電力変換装置が開示されている。この電力変換装置は、少なくとも一つの半導体素子を有する半導体モジュール（インバータ）と、半導体モジュールに隣接配置され、半導体モジュールに沿って冷媒が流れる冷却器と、を備える。そして、この電力変換装置では、半導体素子の温度と、冷媒の温度とを比較することによって、ポンプの異常や冷媒の漏れといった冷却系の異常の発生を検知するように構成されている。 Patent Document 1 discloses a power conversion device mounted on a vehicle. This power conversion device includes a semiconductor module (inverter) having at least one semiconductor element, and a cooler that is arranged adjacent to the semiconductor module and allows a coolant to flow along the semiconductor module. This power conversion device is configured to detect the occurrence of an abnormality in the cooling system, such as a pump abnormality or a refrigerant leak, by comparing the temperature of the semiconductor element and the temperature of the refrigerant.

特開２０１０－１５３５６７号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-153567

しかしながら、電力変換装置の中には、半導体素子の温度を測定する温度センサを有さないものもある。このような場合、電力変換装置は、半導体素子の温度を把握することができないため、従来の方法で冷却系の異常を検知することができない。本明細書では、半導体素子の温度を測定する温度センサを有さない電力変換装置においても、冷却系の異常を検知し得る技術を提供する。 However, some power conversion devices do not have a temperature sensor that measures the temperature of a semiconductor element. In such a case, the power conversion device cannot detect the temperature of the semiconductor element, and therefore cannot detect an abnormality in the cooling system using conventional methods. This specification provides a technique that can detect an abnormality in a cooling system even in a power conversion device that does not have a temperature sensor that measures the temperature of a semiconductor element.

本明細書が開示する電力変換装置は、少なくとも一つの半導体素子を有する半導体モジュールと、半導体モジュールに隣接配置され、半導体モジュールに沿って冷媒が流れる冷却器と、冷却器において半導体素子に対して上流側に配置され、冷媒の温度を測定する第１温度センサと、冷却器において半導体素子に対して下流側に配置され、冷媒の温度を測定する第２温度センサと、半導体素子の通電状況に基づいて、当該半導体素子の損失を特定する特定部と、特定された損失に、予め記憶された熱抵抗に関する少なくとも一つの基準値を乗じることによって、冷媒の温度上昇に関する少なくとも一つの判定閾値を決定する決定部と、第２温度センサの測定温度から第１温度センサの測定温度を減算した差分が、判定閾値を下回るのか否かを判定する判定部と、を備える。 A power conversion device disclosed in this specification includes a semiconductor module having at least one semiconductor element, a cooler arranged adjacent to the semiconductor module and in which a coolant flows along the semiconductor module, and an upstream part of the cooler with respect to the semiconductor element. a first temperature sensor that is placed on the side and measures the temperature of the refrigerant; a second temperature sensor that is placed downstream of the semiconductor element in the cooler and measures the temperature of the refrigerant; and determining at least one determination threshold regarding the temperature rise of the refrigerant by multiplying the identified loss by at least one pre-stored reference value regarding thermal resistance. It includes a determining section and a determining section that determines whether a difference obtained by subtracting the temperature measured by the first temperature sensor from the temperature measured by the second temperature sensor is less than a determination threshold.

上記した電力変換装置には、冷却器において半導体素子に対して上流に配置され、冷媒の温度を測定する第１温度センサと、冷却器において半導体素子に対して下流側に配置され、冷媒の温度を測定する第２温度センサが設けられている。電力変換装置の動作時、第１温度センサは、半導体素子が発生した熱が冷媒に伝達される前の冷媒温度を測定する。そして、第２温度センサは、半導体素子が発生した熱が冷媒に伝達した後の冷媒温度を測定する。従って、第２温度センサの測定温度から第１温度センサの測定温度を減算した差分は、半導体素子が発生した熱が冷媒へ伝達したことによる、冷媒の温度上昇幅を示す。 The power conversion device described above includes a first temperature sensor that is arranged upstream of the semiconductor element in the cooler and measures the temperature of the refrigerant, and a first temperature sensor that is arranged downstream of the semiconductor element in the cooler and that measures the temperature of the refrigerant. A second temperature sensor is provided to measure the temperature. During operation of the power conversion device, the first temperature sensor measures the refrigerant temperature before the heat generated by the semiconductor element is transferred to the refrigerant. The second temperature sensor measures the refrigerant temperature after the heat generated by the semiconductor element is transferred to the refrigerant. Therefore, the difference obtained by subtracting the temperature measured by the first temperature sensor from the temperature measured by the second temperature sensor indicates the range of temperature rise of the refrigerant due to the transfer of heat generated by the semiconductor element to the refrigerant.

冷媒に生じる温度上昇幅は、半導体素子における発熱量（即ち、損失）に比例するとともに、その比例係数は、電力変換装置の構造等で定まる熱抵抗によって表すことができる。そのことから、上記した電力変換装置では、半導体素子の通電状況に基づいて、半導体素子の損失がリアルタイムに特定され、その損失に対して、予め記憶された熱抵抗に関する基準値が乗じられる。その結果、冷媒の温度上昇に関する判定閾値が、半導体素子の通電状況に基づいてリアルタイムに決定される。その後、当該判定閾値と、冷媒の温度上昇幅とが比較され、冷媒の温度上昇幅が判定閾値を下回るのか否かが判定される。例えば下回ると判定された場合、電力変換装置では、半導体素子が発生した熱が、正常に冷媒に伝達されておらず、冷却異常が発生したと判断することができる。 The range of temperature rise that occurs in the refrigerant is proportional to the amount of heat generated (ie, loss) in the semiconductor element, and the proportionality coefficient can be expressed by the thermal resistance determined by the structure of the power conversion device. Therefore, in the power converter described above, the loss of the semiconductor element is specified in real time based on the current status of the semiconductor element, and the loss is multiplied by a pre-stored reference value regarding thermal resistance. As a result, the determination threshold regarding the temperature rise of the refrigerant is determined in real time based on the energization status of the semiconductor element. Thereafter, the determination threshold value and the temperature increase range of the refrigerant are compared, and it is determined whether the refrigerant temperature increase range is less than the determination threshold value. For example, if it is determined that the temperature is below, the power conversion device can determine that the heat generated by the semiconductor element is not being properly transferred to the refrigerant, and that a cooling abnormality has occurred.

上記した構成によると、電力変換装置は、半導体素子の温度を測定する温度センサを必要とすることなく、冷却系の異常を検知することができる。なお、ここでいう冷却系の異常とは、ポンプの異常や冷媒の漏れといった冷却装置の異常だけでなく、放熱グリスの抜け（いわゆるグリス抜け）といった、半導体素子から冷却器への冷却経路における劣化も含まれる。そして、これらの様々な異常に応じて、半導体素子における発熱量と、冷媒に生じる温度上昇幅との関係（即ち、熱抵抗）は変化する。従って、電力変換装置は、想定される様々な異常に応じて、熱抵抗に関する基準値を複数記憶してもよい。これにより、各々の異常に対して、判定閾値をそれぞれ決定することができ、冷媒の温度上昇幅をそれらの判定閾値とそれぞれ比較することで、異常の発生を検知するだけでなく、その異常の種類を識別することも可能となる。 According to the above configuration, the power conversion device can detect an abnormality in the cooling system without requiring a temperature sensor that measures the temperature of the semiconductor element. Note that the abnormalities in the cooling system mentioned here include not only abnormalities in the cooling system such as pump abnormalities and refrigerant leaks, but also deterioration in the cooling path from the semiconductor element to the cooler, such as loss of thermal grease (so-called grease loss). Also included. Then, depending on these various abnormalities, the relationship between the amount of heat generated in the semiconductor element and the extent of temperature rise that occurs in the coolant (ie, thermal resistance) changes. Therefore, the power conversion device may store a plurality of reference values regarding thermal resistance depending on various assumed abnormalities. As a result, it is possible to determine a judgment threshold for each abnormality, and by comparing the refrigerant temperature rise range with these judgment thresholds, it is possible to not only detect the occurrence of an abnormality, but also to determine the extent of the abnormality. It is also possible to identify the type.

電力変換装置１０の斜視図を示す。A perspective view of a power conversion device 10 is shown. 図１中のＩＩ－ＩＩ線における断面図であって、電力変換装置１０を模式的に示す。2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1, schematically showing the power converter 10. FIG. プロセッサ５０による電力変換装置１０の異常検知に係る処理を示す。3 shows processing related to abnormality detection of the power conversion device 10 by the processor 50. 第１半導体素子２２ａのパワーサイクル試験結果の模式図。FIG. 3 is a schematic diagram of the power cycle test results of the first semiconductor element 22a. 電力変換装置１０動作時の、熱抵抗の経時変化を示す。3 shows a change in thermal resistance over time when the power conversion device 10 is in operation. 熱抵抗に関する第３基準値Ｒｔｈ３の算出を説明する図。FIG. 7 is a diagram illustrating calculation of a third reference value Rth3 regarding thermal resistance. 熱抵抗に関する第３基準値Ｒｔｈ３の算出を説明する図。FIG. 7 is a diagram illustrating calculation of a third reference value Rth3 regarding thermal resistance. 第２温度センサ４２が二つの半導体素子２２ａ、２２ｂの下流側に配置されたものの一例を示す。An example is shown in which the second temperature sensor 42 is placed downstream of the two semiconductor elements 22a and 22b.

図面を参照して、実施例の電力変換装置１０を説明する。電力変換装置１０は、電力制御装置に採用され、例えばインバータやコンバータといった電力変換回路の一部を構成することができる。ここでいう電力制御装置は、特に限定されないが、例えば電気自動車や、ハイブリッド自動車や、燃料電池車等に搭載され、電源とモータとの間で電力変換を行うものであってよい。 A power conversion device 10 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The power conversion device 10 is adopted as a power control device, and can constitute a part of a power conversion circuit such as an inverter or a converter, for example. The power control device referred to here is not particularly limited, but may be installed in, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, or the like, and performs power conversion between a power source and a motor.

図１に示すように、電力変換装置１０は複数の半導体モジュール２０と、冷却装置１２と、絶縁板２４ａ、２４ｂとを備える。半導体モジュール２０は、内部に第１半導体素子２２ａ及び第２半導体素子２２ｂを備える。半導体素子２２ａ、２２ｂは、パワー半導体素子であって、封止体によって封止されている。半導体素子２２ａ、２２ｂは、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）又は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）といった、スイッチング素子である。但し、半導体素子２２ａ、２２ｂの数や種類については、特に限定されない。半導体素子２２ａ、２２ｂを構成する半導体材料には、例えばケイ素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）又は他の種類の半導体材料を採用することができる。封止体は、例えばエポキシ樹脂といった、絶縁性を有する材料を用いて構成されている。 As shown in FIG. 1, the power conversion device 10 includes a plurality of semiconductor modules 20, a cooling device 12, and insulating plates 24a and 24b. The semiconductor module 20 includes a first semiconductor element 22a and a second semiconductor element 22b inside. The semiconductor elements 22a and 22b are power semiconductor elements and are sealed with a sealing body. The semiconductor elements 22a and 22b are switching elements such as MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) or IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). However, the number and types of semiconductor elements 22a and 22b are not particularly limited. For example, silicon (Si), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), or other types of semiconductor materials can be employed as the semiconductor material constituting the semiconductor elements 22a, 22b. The sealing body is made of an insulating material such as epoxy resin.

半導体モジュール２０は、複数の放熱板２５ａ、２５ｂをさらに備える。各々の放熱板２５ａ、２５ｂは、例えば銅、アルミニウム、その他の金属といった熱伝導性に優れた材料で構成されている。各々の放熱板２５ａ、２５ｂは、概して直方体形状又は板形状の部材である。特に限定されないが、複数の放熱板２５ａ、２５ｂには、図１に図示された第１放熱板２５ａ及び第２放熱板２５ｂに加えて、図１では図示されない第３放熱板及び第４放熱板が含まれる。第３放熱板は、第１半導体素子２２ａを介して、第１放熱板２５ａに対向しており、第４放熱板は、第２半導体素子２２ｂを介して、第２放熱板２５ｂに対向している。第１放熱板２５ａと第３放熱板は、第１半導体素子２２ａへ電気的に接続されているだけでなく、第１半導体素子２２ａに対して熱的にも接続されている。これにより、第１放熱板２５ａと第３放熱板は、第１半導体素子２２ａの熱を外部に放出する放熱板として機能する。同様に、第２放熱板２５ｂと第４放熱板は、第２半導体素子２２ｂへ電気的に接続されているだけでなく、第２半導体素子２２ｂに対して熱的にも接続されており、第２半導体素子２２ｂの熱を外部に放出する放熱板として機能する。 The semiconductor module 20 further includes a plurality of heat sinks 25a and 25b. Each heat sink 25a, 25b is made of a material with excellent thermal conductivity, such as copper, aluminum, or other metal. Each heat sink 25a, 25b is generally a rectangular parallelepiped or plate-shaped member. Although not particularly limited, the plurality of heat sinks 25a and 25b include, in addition to the first heat sink 25a and second heat sink 25b illustrated in FIG. 1, a third heat sink and a fourth heat sink not shown in FIG. is included. The third heat sink faces the first heat sink 25a via the first semiconductor element 22a, and the fourth heat sink faces the second heat sink 25b via the second semiconductor element 22b. There is. The first heat sink 25a and the third heat sink are not only electrically connected to the first semiconductor element 22a, but also thermally connected to the first semiconductor element 22a. Thereby, the first heat sink 25a and the third heat sink function as heat sinks that radiate the heat of the first semiconductor element 22a to the outside. Similarly, the second heat sink 25b and the fourth heat sink are not only electrically connected to the second semiconductor element 22b, but also thermally connected to the second semiconductor element 22b. The second semiconductor element 22b functions as a heat sink that radiates heat to the outside.

冷却装置１２は、複数の冷却器３０を備える。複数の冷却器３０は、複数の半導体モジュール２０と交互に配置されており、各々の半導体モジュール２０は、２つの冷却器３０の間に挟持されている。半導体モジュール２０と一方の冷却器３０との間には、絶縁板２４ａが介挿されており、半導体モジュール２０と他方の冷却器３０との間には、他の絶縁板２４ｂが介挿されている。半導体モジュール２０と絶縁板２４ａ、２４ｂとの間には、放熱グリス（図１では不図示）が塗布されている。さらに絶縁板２４ａ、２４ｂと冷却器３０との間にも放熱グリスが塗布される。これにより、半導体モジュール２０と絶縁板２４ａ、２４ｂとの間と、絶縁板２４ａ、２４ｂと二つの冷却器３０との間は密着するため、空気が介在することによる熱抵抗の増加を防ぐことができる。 The cooling device 12 includes a plurality of coolers 30. The plurality of coolers 30 are arranged alternately with the plurality of semiconductor modules 20, and each semiconductor module 20 is sandwiched between two coolers 30. An insulating plate 24a is inserted between the semiconductor module 20 and one cooler 30, and another insulating plate 24b is inserted between the semiconductor module 20 and the other cooler 30. There is. Heat radiation grease (not shown in FIG. 1) is applied between the semiconductor module 20 and the insulating plates 24a and 24b. Further, heat radiation grease is also applied between the insulating plates 24a, 24b and the cooler 30. As a result, there is close contact between the semiconductor module 20 and the insulating plates 24a, 24b, and between the insulating plates 24a, 24b and the two coolers 30, so it is possible to prevent an increase in thermal resistance due to the presence of air. can.

半導体モジュール２０と、冷却器３０は、ともに平板型であり、複数の側面のうち、最大面積の平坦面が対向するように積層されている。前述したように、半導体モジュール２０と冷却器３０は交互に積層されており、それらの積層体の積層方向における両端には冷却器３０が位置している。 Both the semiconductor module 20 and the cooler 30 are of a flat plate type, and are stacked such that the flat surfaces with the largest area among the plurality of side surfaces face each other. As described above, the semiconductor modules 20 and the coolers 30 are alternately stacked, and the coolers 30 are located at both ends of the stacked body in the stacking direction.

冷却装置１２はさらに、冷媒供給管３４と、冷媒排出管３５と、ポンプ３３と、ラジエター（図示省略）を備える。各々の冷却器３０は、一方側で冷媒供給管３４に接続されており、他方側で冷媒排出管３５に接続されている。ポンプ３３は、冷媒供給管３４と冷媒排出管３５とに接続されており、複数の冷却器３０に対して冷媒を循環させる。即ち、ポンプ３３から吐出された冷媒は、冷媒供給管３４を通じて複数の冷却器３０に分配される。そして冷媒は、冷却器３０を流れる間に、隣接する半導体モジュール２０から熱を吸収する。冷却器３０を通過した冷媒は、冷媒排出管３５を通じて排出され、ラジエターを通過してポンプ３３に戻り、冷媒供給管３４を通じて再び冷却器３０へ供給される。このように、冷却装置１２は、冷媒を循環させながら半導体モジュール２０を冷却する。冷媒は液体であり、特に限定されないが、例えば水、オイル、不凍液であってよい。 The cooling device 12 further includes a refrigerant supply pipe 34, a refrigerant discharge pipe 35, a pump 33, and a radiator (not shown). Each cooler 30 is connected to a refrigerant supply pipe 34 on one side and to a refrigerant discharge pipe 35 on the other side. The pump 33 is connected to a refrigerant supply pipe 34 and a refrigerant discharge pipe 35 , and circulates refrigerant to the plurality of coolers 30 . That is, the refrigerant discharged from the pump 33 is distributed to the plurality of coolers 30 through the refrigerant supply pipe 34. The coolant then absorbs heat from the adjacent semiconductor module 20 while flowing through the cooler 30 . The refrigerant that has passed through the cooler 30 is discharged through the refrigerant discharge pipe 35, passes through the radiator, returns to the pump 33, and is again supplied to the cooler 30 through the refrigerant supply pipe 34. In this way, the cooling device 12 cools the semiconductor module 20 while circulating the coolant. The refrigerant is a liquid, and may be, for example, but not limited to, water, oil, or antifreeze.

図１に示すように、電力変換装置１０は、さらに板バネ３６を備える。半導体モジュール２０と絶縁板２４ａ、２４ｂと冷却器３０との積層体は、積層方向の一端に板バネ３６を伴って、ケース３８に収容される。これらの積層体は、板バネ３６によって、積層方向の両側から加圧される。その結果、半導体モジュール２０と冷却器３０とが絶縁板２４ａ、２４ｂを介して密着し、半導体モジュール２０が発生した熱の冷却効率が高まる。 As shown in FIG. 1, the power conversion device 10 further includes a leaf spring 36. The stacked body of the semiconductor module 20, the insulating plates 24a and 24b, and the cooler 30 is housed in a case 38 with a leaf spring 36 at one end in the stacking direction. These stacked bodies are pressurized from both sides in the stacking direction by leaf springs 36. As a result, the semiconductor module 20 and the cooler 30 are brought into close contact with each other via the insulating plates 24a and 24b, and the efficiency of cooling the heat generated by the semiconductor module 20 is increased.

図２に、図１のＩＩ－ＩＩ断面であって、半導体モジュール２０と冷却装置１２の断面を模式的に示す。冷却器３０は、前述したように半導体モジュール２０に隣接配置され、半導体モジュール２０に沿って冷媒が流れる。電力変換装置１０は、さらに第１温度センサ４０と第２温度センサ４２を備える。第１温度センサ４０は、冷却器３０において隣接する半導体モジュール２０の第１半導体素子２２ａに対して、上流側に配置される。第２温度センサ４２は、同一の冷却器３０において、隣接する半導体モジュール２０の第１半導体素子２２ａに対して下流側に配置される。温度センサ４０、４２は、冷媒の温度Ｔ１、Ｔ２を測定する。ここで、温度センサ４０、４２の具体的な構成については、特に限定されない。温度センサ４０、４２は、所定の箇所における冷媒の温度を、直接的又は間接的に測定し得るものであればよい。 FIG. 2 schematically shows a cross section of the semiconductor module 20 and the cooling device 12 taken along the line II-II in FIG. As described above, the cooler 30 is arranged adjacent to the semiconductor module 20, and the coolant flows along the semiconductor module 20. The power conversion device 10 further includes a first temperature sensor 40 and a second temperature sensor 42. The first temperature sensor 40 is arranged upstream of the first semiconductor element 22a of the adjacent semiconductor module 20 in the cooler 30. The second temperature sensor 42 is arranged downstream of the first semiconductor element 22a of the adjacent semiconductor module 20 in the same cooler 30. Temperature sensors 40 and 42 measure refrigerant temperatures T1 and T2. Here, the specific configuration of the temperature sensors 40 and 42 is not particularly limited. The temperature sensors 40 and 42 may be any sensor that can directly or indirectly measure the temperature of the refrigerant at a predetermined location.

電力変換装置１０は、さらにプロセッサ５０を備える。プロセッサ５０は、温度センサ４０、４２に接続され、温度センサ４０、４２が測定する冷媒の温度を監視する。プロセッサ５０は、ＣＰＵやメモリ等を用いて構成されており、機能的に、特定部５２と、決定部５４と、判定部５６とを備える。 Power conversion device 10 further includes a processor 50. The processor 50 is connected to the temperature sensors 40, 42 and monitors the temperature of the refrigerant as measured by the temperature sensors 40, 42. The processor 50 is configured using a CPU, a memory, etc., and functionally includes a specifying section 52, a determining section 54, and a determining section 56.

さらに、プロセッサ５０には、熱抵抗に関する基準値が予め記憶されている。熱抵抗に関する基準値の算出方法を以下に説明する。 Further, the processor 50 stores in advance a reference value regarding thermal resistance. A method of calculating a reference value regarding thermal resistance will be explained below.

電力変換装置１０では、第１半導体素子２２ａに関して、熱抵抗［℃／Ｗ］が存在する。ここで、第１半導体素子２２ａに関する熱抵抗とは、第１半導体素子２２ａで生じた損失［Ｗ］に対して、冷媒の温度に現れる温度上昇幅［℃］の割合であり、（冷媒の温度上昇幅［℃］）／（第１半導体素子２２ａの損失［Ｗ］）の式で求められる。電力変換装置１０が正常状態であれば、第１半導体素子２２ａに関する熱抵抗は比較的に大きく、そのときの値を第１熱抵抗θ１［℃／Ｗ］とする。ここでいう正常状態とは、電力変換装置１０に異常が発生していない状態のことを指す。その一方で、例えばポンプ３３の異常や冷媒の漏れといった、冷却装置１２に異常が発生したとする。この場合、冷媒が流路を十分に循環せず、冷媒へ正常に熱が伝達しないために、冷媒の温度上昇幅は正常状態と比較して小さくなる。従って、冷却装置１２に異常が発生している時は、第１半導体素子２２ａに関する熱抵抗が低下し、そのときの値を第２熱抵抗θ２とすると、第２熱抵抗θ２は正常状態の第１熱抵抗θ１よりも小さくなる。 In the power conversion device 10, the first semiconductor element 22a has a thermal resistance [° C./W]. Here, the thermal resistance regarding the first semiconductor element 22a is the ratio of the temperature rise range [°C] appearing in the temperature of the refrigerant to the loss [W] generated in the first semiconductor element 22a, and (the temperature of the refrigerant It is determined by the formula: increase width [° C.])/(loss [W] of the first semiconductor element 22a). When the power conversion device 10 is in a normal state, the thermal resistance regarding the first semiconductor element 22a is relatively large, and the value at that time is defined as the first thermal resistance θ1 [° C./W]. The normal state here refers to a state in which no abnormality has occurred in the power conversion device 10. On the other hand, assume that an abnormality occurs in the cooling device 12, such as an abnormality in the pump 33 or a refrigerant leak. In this case, the refrigerant does not circulate sufficiently through the flow path and heat is not normally transferred to the refrigerant, so that the temperature rise of the refrigerant becomes smaller than in the normal state. Therefore, when an abnormality occurs in the cooling device 12, the thermal resistance related to the first semiconductor element 22a decreases, and if the value at that time is the second thermal resistance θ2, the second thermal resistance θ2 is the same as that in the normal state. 1 thermal resistance θ1.

以上のことから、本実施例の電力変換装置１０では、第１半導体素子２２ａに関する熱抵抗の第１基準値Ｒｔｈ１が、冷却異常発生時の第２熱抵抗θ２に基づいて定められ、プロセッサ５０に記憶されている。第１基準値Ｒｔｈ１は、上述した熱抵抗に関する基準値であり、冷却異常が発生したことを検知するための基準値である。従って、電力変換装置１０の動作時に、第１半導体素子２２ａの熱抵抗が第１基準値Ｒｔｈ１を下回れば、電力変換装置１０は、冷却異常が発生したと判断することができる。ここで、冷却異常発生時の第１半導体素子２２ａの第２熱抵抗θ２の求め方は、特に限定されないが、正常状態の第１熱抵抗θ１を使用した関係式で算出されてよく、経験則に基づいて求められてもよい。また、第１半導体素子２２ａの熱抵抗に関する第１基準値Ｒｔｈ１は、例えば不可避的な測定誤差の存在等を考慮して、冷却異常発生時の第２熱抵抗θ２に一定の余裕を与えて設定されてもよい。 From the above, in the power conversion device 10 of the present embodiment, the first reference value Rth1 of the thermal resistance regarding the first semiconductor element 22a is determined based on the second thermal resistance θ2 when a cooling abnormality occurs, and the processor 50 remembered. The first reference value Rth1 is a reference value related to the above-mentioned thermal resistance, and is a reference value for detecting that a cooling abnormality has occurred. Therefore, if the thermal resistance of the first semiconductor element 22a falls below the first reference value Rth1 during operation of the power converter 10, the power converter 10 can determine that a cooling abnormality has occurred. Here, the method for calculating the second thermal resistance θ2 of the first semiconductor element 22a when a cooling abnormality occurs is not particularly limited, but may be calculated by a relational expression using the first thermal resistance θ1 in a normal state, or by an empirical rule. may be obtained based on. In addition, the first reference value Rth1 regarding the thermal resistance of the first semiconductor element 22a is set by giving a certain margin to the second thermal resistance θ2 when a cooling abnormality occurs, taking into account, for example, the existence of unavoidable measurement errors. may be done.

図３を参照して、プロセッサ５０による電力変換装置１０の冷却系の異常発生検知に係る処理について説明する。図３の処理は、電力変換装置１０の電源がＯＮされる場合に開始される。先ず、ステップＳ２では、プロセッサ５０は、第１温度センサ４０と第２温度センサ４２から、それぞれ測定した冷媒の第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２を取得する。次いで、プロセッサ５０は、第２温度センサ４２から取得した第２温度Ｔ２から、第１温度センサ４０から取得した第１温度Ｔ１を減算した差分ΔＴｗ［℃］を算出する。 With reference to FIG. 3, processing related to detection of occurrence of an abnormality in the cooling system of the power conversion device 10 by the processor 50 will be described. The process in FIG. 3 is started when the power converter 10 is powered on. First, in step S2, the processor 50 acquires the measured first temperature T1 and second temperature T2 of the refrigerant from the first temperature sensor 40 and the second temperature sensor 42, respectively. Next, the processor 50 calculates a difference ΔTw [° C.] by subtracting the first temperature T1 obtained from the first temperature sensor 40 from the second temperature T2 obtained from the second temperature sensor 42.

第２温度Ｔ２から第１温度Ｔ１を減算した差分ΔＴｗ［℃］について説明する。第１温度センサ４０は、前述したように、冷却器３０において、隣接する半導体モジュール２０の第１半導体素子２２ａに対して、上流側に配置される。従って、電力変換装置１０の動作時、第１温度センサ４０は、第１半導体素子２２ａが発生した熱が、冷媒に伝達される前の冷媒温度を測定する。そして、第２温度センサ４２は、前述したように、冷却器３０において、隣接する半導体モジュール２０の第１半導体素子２２ａに対して下流側に配置される。従って、第２温度センサ４２ｂは、第１半導体素子２２ａが発生した熱が、冷媒に伝達した後の冷媒温度を測定する。即ち、第２温度センサ４２が測定した第２温度Ｔ２から第１温度センサ４０が測定した第１温度Ｔ１を減算した差分ΔＴｗは、第１半導体素子２２ａが発生した熱が冷媒へ伝達したことによる、冷媒の温度上昇幅を示す。以降、第２温度Ｔ２から第１温度Ｔ１を減算した差分ΔＴｗを、冷媒の温度上昇幅ΔＴｗと称することがある。 The difference ΔTw [° C.] obtained by subtracting the first temperature T1 from the second temperature T2 will be explained. As described above, the first temperature sensor 40 is placed upstream of the first semiconductor element 22a of the adjacent semiconductor module 20 in the cooler 30. Therefore, during operation of the power conversion device 10, the first temperature sensor 40 measures the refrigerant temperature before the heat generated by the first semiconductor element 22a is transferred to the refrigerant. As described above, the second temperature sensor 42 is arranged in the cooler 30 on the downstream side with respect to the first semiconductor element 22a of the adjacent semiconductor module 20. Therefore, the second temperature sensor 42b measures the refrigerant temperature after the heat generated by the first semiconductor element 22a is transferred to the refrigerant. That is, the difference ΔTw obtained by subtracting the first temperature T1 measured by the first temperature sensor 40 from the second temperature T2 measured by the second temperature sensor 42 is due to the transfer of the heat generated by the first semiconductor element 22a to the coolant. , indicates the temperature rise range of the refrigerant. Hereinafter, the difference ΔTw obtained by subtracting the first temperature T1 from the second temperature T2 may be referred to as the temperature increase width ΔTw of the refrigerant.

ステップＳ２が終了するとステップＳ４に移行する。ステップＳ４では、特定部５２は、第１半導体素子２２ａの通電状況に基づいて、当該第１半導体素子２２ａのその時の損失［Ｗ］をリアルタイムに特定する。一例ではあるが、本実施例の電力変換装置１０では、損失は、以下の式によって算出されてよい。 When step S2 ends, the process moves to step S4. In step S4, the specifying unit 52 specifies the current loss [W] of the first semiconductor element 22a in real time based on the energization status of the first semiconductor element 22a. Although this is an example, in the power conversion device 10 of this embodiment, the loss may be calculated by the following formula.

なお、
Ｐ_{ＩＧＢＴ＿ＤＣ} ：ＩＧＢＴのオン電圧（Ｖｏｎ）による損失
Ｐ_ｓｗｏｎ：ＩＧＢＴターンオン時のＳＷ損（Ｅｏｎ）による損失
Ｐ_{ｓｗｏｆｆ} ：ＩＧＢＴターンオフ時のＳＷ損（Ｅｏｆｆ）による損失
Ｐ_{Ｄｉ＿ＤＣ} ：ＦＷＤのオン電圧（Ｖｆ）による損失
Ｐ_ｓｗｒｒ：ＦＷＤリカバリ時のＳＷ損（Ｅｒｒ）による損失
であり、それぞれ下記の式で計算される。 In addition,
P _{IGBT_DC} : Loss due to IGBT on-voltage (Von) P _swon : Loss due to SW loss (Eon) at IGBT turn-on P _swoff : Loss due to SW loss (Eoff) at IGBT turn-off P _{Di_DC} : FWD on-voltage (Vf) _Pswrr : Loss due to SW loss (Err) during FWD recovery, each calculated using the following formula.

次いで、ステップＳ６では、決定部５４は、予めプロセッサ５０に記憶された熱抵抗の第１基準値Ｒｔｈ１［℃／Ｗ］を、ステップＳ１１で特定した第１半導体素子２２ａの損失［Ｗ］に乗じる。その結果、冷媒の温度上昇幅ΔＴｗに関する第１判定閾値Ｔｔｈ１［℃］が、第１半導体素子２２ａの通電状況に基づいて、リアルタイムに決定される。 Next, in step S6, the determining unit 54 multiplies the loss [W] of the first semiconductor element 22a identified in step S11 by the first reference value Rth1 [°C/W] of thermal resistance stored in advance in the processor 50. . As a result, the first determination threshold Tth1 [° C.] regarding the temperature rise width ΔTw of the refrigerant is determined in real time based on the energization status of the first semiconductor element 22a.

次いで、ステップＳ８では、判定部５６は、冷媒の温度上昇幅ΔＴｗ［℃］と、ステップＳ１２で決定した第１判定閾値Ｔｔｈ１［℃］とを比較する。判定部５６によって、冷媒の温度上昇幅ΔＴｗが、第１判定閾値Ｔｔｈ１を下回ると判定された場合（ステップＳ８でＹＥＳ）、電力変換装置１０では、第１半導体素子２２ａが発生した熱が、正常に冷媒に伝達されておらず、冷却系の異常が発生したと判断することができる。また、判定部５６によって、冷媒の温度上昇幅ΔＴｗが、第１判定閾値Ｔｔｈ１以上であると判定された場合（ステップＳ８でＮＯ）、電力変換装置１０は、正常に冷媒に熱が伝達されており、冷却系の異常は発生していないと判断することができる。この場合、処理は終了して、ステップＳ２に進む。プロセッサ５０は、上述した一連の処理、即ち、図３に示す処理フローを１サイクルとして、所定の間隔で繰り返し実行する。 Next, in step S8, the determination unit 56 compares the temperature increase range ΔTw [°C] of the refrigerant with the first determination threshold Tth1 [°C] determined in step S12. If the determination unit 56 determines that the temperature rise width ΔTw of the refrigerant is less than the first determination threshold Tth1 (YES in step S8), the power converter 10 determines that the heat generated by the first semiconductor element 22a is normal. is not being transmitted to the refrigerant, and it can be determined that an abnormality has occurred in the cooling system. Further, when the determination unit 56 determines that the temperature rise width ΔTw of the refrigerant is equal to or greater than the first determination threshold Tth1 (NO in step S8), the power converter 10 determines that heat is not normally transferred to the refrigerant. Therefore, it can be determined that no abnormality has occurred in the cooling system. In this case, the process ends and proceeds to step S2. The processor 50 repeatedly executes the series of processes described above, ie, the process flow shown in FIG. 3, as one cycle at predetermined intervals.

以上のように、電力変換装置１０は、第１半導体素子２２ａの温度を測定する温度センサを必要とすることなく、冷却系の異常を検知することができる。なお、ここでいう冷却系の異常とは、上述したポンプ３３の異常や冷媒の漏れといった冷却装置１２の異常だけでなく、放熱グリスの抜け（いわゆるグリス抜け）といった、第１半導体素子２２ａから冷却器３０への冷却経路における劣化も含まれる。 As described above, the power conversion device 10 can detect an abnormality in the cooling system without requiring a temperature sensor that measures the temperature of the first semiconductor element 22a. It should be noted that the abnormality in the cooling system referred to here is not only an abnormality in the cooling device 12 such as an abnormality in the pump 33 or a leakage of refrigerant as described above, but also an abnormality in the cooling system from the first semiconductor element 22a such as a failure of heat dissipation grease (so-called grease failure). This also includes deterioration in the cooling path to the container 30.

様々な異常に応じて、第１半導体素子２２ａにおける発熱量（損失）と、冷媒に生じる温度上昇幅ΔＴｗとの関係（即ち、熱抵抗［℃／Ｗ］）は変化する。従って、検知すべき異常における熱抵抗を実験又はシミュレーション等で特定し、それに基づいた閾値を利用すればよい。例えば、電力変換装置１０において、グリス抜けが発生している場合について、以下に説明する。 Depending on various abnormalities, the relationship between the amount of heat generated (loss) in the first semiconductor element 22a and the temperature rise width ΔTw generated in the refrigerant (ie, thermal resistance [° C./W]) changes. Therefore, it is sufficient to specify the thermal resistance in the abnormality to be detected through experiments or simulations, and to use a threshold value based thereon. For example, a case where grease loss occurs in the power conversion device 10 will be described below.

図４に、電力変換装置１０のパワーサイクル試験による、第１半導体素子２２ａの第３熱抵抗θ３を示す。パワーサイクル試験では、第１半導体素子２２ａのＯＮ／ＯＦＦ動作によって、所定の条件でケース温度が所定の温度に到達するまで通電し、ケース温度が任意の温度に到達したところで通電を止め、ケースの温度が通電前の状態戻るまでの周期を１サイクルとして繰り返す。その結果、熱ストレスによって、半導体モジュール２０と絶縁板２４ａ、２４ｂとの間においてグリス抜けが発生する。グリス抜けが発生すると、半導体モジュール２０と絶縁板２４ａ、２４ｂとの間に空気が介在するため、半導体モジュール２０は、発生した熱を外部（即ち、冷却器３０内の冷媒）へ放熱することが難しくなる。従って、図４に示すように、サイクル数の増加に伴って、第１半導体素子２２ａに関する熱抵抗［℃／Ｗ］が上昇していく。このときの熱抵抗（以下、第３熱抵抗θ３とする）は、第１半導体素子２２ａからみた熱抵抗であって、（第１半導体素子２２ａの温度上昇幅［℃］）／（第１半導体素子２２ａの損失［Ｗ］）の式で求めることができる。即ち、グリス抜けによって、第１半導体素子２２ａは、自身が発生した熱を外部（即ち、冷却器３０内の冷媒）へ放熱し難くなるため、半導体モジュール２０の内部に熱が蓄積される。その結果、第１半導体素子２２ａの温度幅が大きくなり、第３熱抵抗θ３はサイクル数の増加に伴って上昇する。 FIG. 4 shows the third thermal resistance θ3 of the first semiconductor element 22a in a power cycle test of the power converter 10. In the power cycle test, the ON/OFF operation of the first semiconductor element 22a is conducted under predetermined conditions until the case temperature reaches a predetermined temperature, and when the case temperature reaches a desired temperature, the power supply is stopped and the case is turned off. The period until the temperature returns to the state before energization is repeated as one cycle. As a result, grease leakage occurs between the semiconductor module 20 and the insulating plates 24a and 24b due to thermal stress. When grease leakage occurs, air is present between the semiconductor module 20 and the insulating plates 24a and 24b, so the semiconductor module 20 cannot radiate the generated heat to the outside (that is, to the refrigerant in the cooler 30). It becomes difficult. Therefore, as shown in FIG. 4, as the number of cycles increases, the thermal resistance [° C./W] regarding the first semiconductor element 22a increases. The thermal resistance at this time (hereinafter referred to as third thermal resistance θ3) is the thermal resistance seen from the first semiconductor element 22a, which is (temperature rise range of the first semiconductor element 22a [°C])/(first semiconductor element 22a). It can be determined using the equation for the loss [W] of the element 22a. That is, the loss of grease makes it difficult for the first semiconductor element 22a to radiate the heat generated by itself to the outside (that is, to the refrigerant in the cooler 30), so that heat is accumulated inside the semiconductor module 20. As a result, the temperature range of the first semiconductor element 22a increases, and the third thermal resistance θ3 increases as the number of cycles increases.

ここで、図５に、上述した第３熱抵抗θ３と、正常状態の電力変換装置１０における熱抵抗（以下、第５熱抵抗θ５とする）との経時変化を示す。ここでいう正常状態の電力変換装置１０とは、グリス抜けといった不良が発生していない状態のものを意味し、そのときの第５熱抵抗θ５とは、第３熱抵抗θ３と同じく、第１半導体素子２２ａからみた熱抵抗を意味する。 Here, FIG. 5 shows changes over time in the third thermal resistance θ3 described above and the thermal resistance (hereinafter referred to as fifth thermal resistance θ5) in the power converter 10 in a normal state. Here, the power converter 10 in a normal state means one in which no defects such as grease loss have occurred, and the fifth thermal resistance θ5 at that time is the same as the third thermal resistance θ3. It means the thermal resistance seen from the semiconductor element 22a.

図５に示すように、第３熱抵抗θ３についても、第５熱抵抗θ５についても、それぞれ時間の経過とともに上昇していくが、その上昇の程度は、劣化発生状態における第５熱抵抗θ５のほうが大きくなる。即ち、冷却経路の劣化が進行した結果、第１半導体素子２２ａが発生した熱は、外部への放熱が難しくなり、半導体モジュール２０の内部に蓄積されたことを意味する。 As shown in FIG. 5, both the third thermal resistance θ3 and the fifth thermal resistance θ5 increase over time, but the degree of increase is different from that of the fifth thermal resistance θ5 in the state where deterioration occurs. It gets bigger. That is, as a result of the deterioration of the cooling path, the heat generated by the first semiconductor element 22a becomes difficult to dissipate to the outside and is accumulated inside the semiconductor module 20.

これに対して、冷却器３０からみた熱抵抗θ４、θ６を説明する。冷却器３０からみた熱抵抗θ４、θ６は、（冷媒の温度上昇幅ΔＴｗ［℃］）／（第１半導体素子２２ａの損失［Ｗ］）の式で求めることができる。冷却器３０からみた熱抵抗θ４、θ６のうち、第４熱抵抗θ４は、正常状態における冷却器３０からみた熱抵抗を示し、第６熱抵抗θ６は、このグリス抜けといった冷却経路での劣化発生状態における冷却器３０からみた熱抵抗を示す。第４熱抵抗θ４についても、第６熱抵抗θ６についても、それぞれ時間の経過とともに上昇していくが、その上昇の程度は劣化発生状態における第６熱抵抗θ６の方が小さくなる。即ち、冷却経路の劣化が進行した結果、第１半導体素子２２ａから冷媒への伝熱量が低下したことを意味する。 In contrast, thermal resistances θ4 and θ6 viewed from the cooler 30 will be explained. The thermal resistances θ4 and θ6 viewed from the cooler 30 can be determined by the following formula: (temperature rise width ΔTw [° C.] of the coolant)/(loss [W] of the first semiconductor element 22a). Among the thermal resistances θ4 and θ6 seen from the cooler 30, the fourth thermal resistance θ4 indicates the thermal resistance seen from the cooler 30 in a normal state, and the sixth thermal resistance θ6 indicates the occurrence of deterioration in the cooling path such as grease leakage. The thermal resistance seen from the cooler 30 in this state is shown. Both the fourth thermal resistance θ4 and the sixth thermal resistance θ6 increase over time, but the extent of the increase is smaller in the sixth thermal resistance θ6 in the state where deterioration occurs. That is, this means that the amount of heat transferred from the first semiconductor element 22a to the coolant has decreased as a result of the progress of deterioration of the cooling path.

以上のことから、本実施例の電力変換装置１０は、グリス抜け発生時の第６熱抵抗θ６に基づいて定められる、第１半導体素子２２ａの熱抵抗に関する基準値（以下、第２基準値Ｒｔｈ２とする）が、プロセッサ５０に記憶されている。第２基準値Ｒｔｈ２は、熱抵抗に関する基準値であり、グリス抜けが発生したことを検知するための基準値である。従って、電力変換装置１０の動作時に第１半導体素子２２ａの熱抵抗が第２基準値Ｒｔｈ２を下回れば、電力変換装置１０は、グリス抜けが発生したと判断することができる。ここで、グリス抜け発生時の第１半導体素子２２ａの第６熱抵抗θ６の求め方は、特に限定されないが、正常状態の第４熱抵抗θ４を使用した関係式で算出されてよく、経験則に基づいて求められてもよい。また、第１半導体素子２２ａの熱抵抗に関する第２基準値Ｒｔｈ２は、例えば不可避的な測定誤差の存在等を考慮して、グリス抜け発生時の第６熱抵抗θ６に一定の余裕を与えて設定されてもよい。 From the above, the power conversion device 10 of the present embodiment has a reference value (hereinafter referred to as a second reference value Rth2 ) is stored in the processor 50. The second reference value Rth2 is a reference value regarding thermal resistance, and is a reference value for detecting occurrence of grease omission. Therefore, if the thermal resistance of the first semiconductor element 22a is less than the second reference value Rth2 during operation of the power converter 10, the power converter 10 can determine that grease loss has occurred. Here, the method of calculating the sixth thermal resistance θ6 of the first semiconductor element 22a when grease loss occurs is not particularly limited, but may be calculated by a relational expression using the fourth thermal resistance θ4 in a normal state, or by an empirical rule. may be obtained based on. Further, the second reference value Rth2 regarding the thermal resistance of the first semiconductor element 22a is set by giving a certain margin to the sixth thermal resistance θ6 at the time of occurrence of grease loss, taking into account, for example, the existence of unavoidable measurement errors. may be done.

電力変換装置１０の、グリス抜け発生時の異常検知に係る処理について以下に説明する。プロセッサ５０は、冷媒の温度上昇幅ΔＴｗを算出する。次いで、特定部５２は、第１半導体素子２２ａの通電状況に基づいて、当該第１半導体素子２２ａのその時の損失［Ｗ］をリアルタイムに特定する。その後、決定部５４は、特定部５２によって特定された第１半導体素子２２ａの損失［Ｗ］と、第２基準値Ｒｔｈ２［℃／Ｗ］を乗じることによって、第２判定閾値Ｔｔｈ２［℃］を決定する。その結果、判定部５６によって、冷媒の温度上昇幅ΔＴｗが、第２判定閾値Ｔｔｈ２を下回ると判定された場合、電力変換装置１０では、グリス抜けが発生したと判断することができる。 Processing related to abnormality detection when grease loss occurs in the power conversion device 10 will be described below. The processor 50 calculates the temperature rise width ΔTw of the refrigerant. Next, the specifying unit 52 specifies the loss [W] of the first semiconductor element 22a at that time in real time based on the energization status of the first semiconductor element 22a. Thereafter, the determining unit 54 determines the second determination threshold Tth2 [°C] by multiplying the loss [W] of the first semiconductor element 22a identified by the identifying unit 52 by the second reference value Rth2 [°C/W]. decide. As a result, when the determination unit 56 determines that the temperature increase width ΔTw of the refrigerant is less than the second determination threshold Tth2, the power conversion device 10 can determine that grease omission has occurred.

従って、本実施例の電力変換装置１０は、想定される様々な異常に応じて、熱抵抗に関する基準値Ｒｔｈ１、Ｒｔｈ２［℃／Ｗ］を複数記憶してもよい。これにより、各々の異常に対して、判定閾値Ｔｔｈ１、Ｔｔｈ２［℃］をそれぞれ決定することができ、冷媒の温度上昇幅ΔＴｗをそれらの判定閾値Ｔｔｈ１、Ｔｔｈ２とそれぞれ比較することで、異常の発生を検知するだけでなく、その異常の種類を識別することも可能となる。 Therefore, the power conversion device 10 of the present embodiment may store a plurality of reference values Rth1 and Rth2 [° C./W] regarding thermal resistance depending on various assumed abnormalities. As a result, the determination thresholds Tth1 and Tth2 [°C] can be determined for each abnormality, and by comparing the refrigerant temperature rise width ΔTw with the determination thresholds Tth1 and Tth2, respectively, it is possible to determine the occurrence of an abnormality. In addition to detecting abnormalities, it is also possible to identify the type of abnormality.

前述したように、プロセッサ５０には、熱抵抗に関する基準値Ｒｔｈ１、Ｒｔｈ２が予め記憶されている。熱抵抗に関する基準値は、特に限定されないが、例えば以下の方法で算出されてもよい。 As described above, the reference values Rth1 and Rth2 regarding thermal resistance are stored in advance in the processor 50. The reference value regarding thermal resistance is not particularly limited, but may be calculated by the following method, for example.

図６から図７を参照して、熱抵抗に関する第３基準値Ｒｔｈ３［℃／Ｗ］の算出方法の一例を説明する。電力変換装置１０は、第３温度センサ４４を備える。第３温度センサ４４は温度測定対象素子である第２半導体素子２２ｂの近傍に配置される。第３温度センサ４４は、第２半導体素子２２ｂの温度を直接的に測定するサーミスタであってもよく、第２半導体素子２２ｂに対向する位置の冷却器３０の冷媒温度を測定する水温センサであってもよい。 An example of a method for calculating the third reference value Rth3 [° C./W] regarding thermal resistance will be described with reference to FIGS. 6 and 7. Power conversion device 10 includes a third temperature sensor 44 . The third temperature sensor 44 is arranged near the second semiconductor element 22b, which is the element to be measured. The third temperature sensor 44 may be a thermistor that directly measures the temperature of the second semiconductor element 22b, or may be a water temperature sensor that measures the refrigerant temperature of the cooler 30 located opposite the second semiconductor element 22b. It's okay.

先ず、温度測定対象である半導体モジュール２０の一方の半導体素子である第２半導体素子２２ｂはＯＦＦの状態で、同じ半導体モジュール２０の他方の半導体素子である第１半導体素子２２ａのみを所定の損失で動作する。このとき、冷媒は、冷却器３０の内部を、第１半導体素子２２ａから第２半導体素子２２ｂへ向かう方向に流れる。第３温度センサ４４は、第２半導体素子２２ｂの近傍に配置され、第２半導体素子２２ｂの第３温度Ｔ３を測定する。次いで、図７に示すように、冷媒の方向を逆方向に流し、先ほどと同様に第１半導体素子２２ａのみを所定の損失で動作する。このとき、第１半導体素子２２ａに与えられる損失は変更されず、冷媒の方向のみが変更される。そして、第３温度センサ４４は、第２半導体素子２２ｂの第４温度Ｔ４を測定する。 First, the second semiconductor element 22b, which is one semiconductor element of the semiconductor module 20 whose temperature is to be measured, is in an OFF state, and only the first semiconductor element 22a, which is the other semiconductor element of the same semiconductor module 20, is heated at a predetermined loss. Operate. At this time, the refrigerant flows inside the cooler 30 in a direction from the first semiconductor element 22a to the second semiconductor element 22b. The third temperature sensor 44 is arranged near the second semiconductor element 22b and measures a third temperature T3 of the second semiconductor element 22b. Next, as shown in FIG. 7, the refrigerant is caused to flow in the opposite direction, and only the first semiconductor element 22a operates with a predetermined loss as before. At this time, the loss imparted to the first semiconductor element 22a is not changed, and only the direction of the coolant is changed. The third temperature sensor 44 then measures the fourth temperature T4 of the second semiconductor element 22b.

従って、第３温度センサ４４は、第１半導体素子２２ａの動作時、第１半導体素子２２ａが発生した熱が冷媒に伝達された後の冷媒温度と、第１半導体素子２２ａが発生した熱が冷媒に伝達される前の冷媒温度とを測定する。即ち、第３温度センサ４４が測定した第３温度Ｔ３から、第４温度Ｔ４を減算した差分は、第１半導体素子２２ａが発生した熱が冷媒へ伝達したことによる冷媒の温度上昇幅ΔＴｗを示す。従って、第１半導体素子２２ａに与えた損失で、冷媒の温度上昇幅ΔＴｗを除すことによって、正常時の第１半導体素子２２ａの第７熱抵抗θ７［℃／Ｗ］を算出することができる。 Therefore, the third temperature sensor 44 detects the refrigerant temperature after the heat generated by the first semiconductor element 22a is transferred to the refrigerant during operation of the first semiconductor element 22a, and the temperature of the refrigerant after the heat generated by the first semiconductor element 22a is transferred to the refrigerant. Measure the temperature of the refrigerant before it is transferred to the refrigerant. That is, the difference obtained by subtracting the fourth temperature T4 from the third temperature T3 measured by the third temperature sensor 44 indicates the temperature rise width ΔTw of the refrigerant due to the transfer of the heat generated by the first semiconductor element 22a to the refrigerant. . Therefore, by dividing the temperature rise width ΔTw of the refrigerant by the loss imparted to the first semiconductor element 22a, the seventh thermal resistance θ7 [°C/W] of the first semiconductor element 22a during normal operation can be calculated. .

電力変換装置１０は、第１半導体素子２２ａの正常時の第７熱抵抗θ７に基づく、熱抵抗の第３基準値Ｒｔｈ３をプロセッサ５０に記憶してよい。第３基準値Ｒｔｈ３は、上述した熱抵抗に関する基準値であり、異常が発生したことを検知するための基準値である。従って、電力変換装置１０の動作時に第１半導体素子２２ａの熱抵抗が第３基準値Ｒｔｈ３を下回るとき、電力変換装置１０は、異常が発生したと判断することができる。第１半導体素子２２ａの熱抵抗に関する第３基準値Ｒｔｈ３は、例えば不可避的な測定誤差の存在を考慮して、第１半導体素子２２ａの正常時の第７熱抵抗θ７に一定の余裕を与えて設定されてもよい。 The power conversion device 10 may store in the processor 50 a third reference value Rth3 of thermal resistance based on the seventh thermal resistance θ7 of the first semiconductor element 22a during normal operation. The third reference value Rth3 is a reference value related to the above-mentioned thermal resistance, and is a reference value for detecting that an abnormality has occurred. Therefore, when the thermal resistance of the first semiconductor element 22a falls below the third reference value Rth3 during operation of the power converter 10, the power converter 10 can determine that an abnormality has occurred. The third reference value Rth3 regarding the thermal resistance of the first semiconductor element 22a is determined by giving a certain margin to the seventh thermal resistance θ7 of the first semiconductor element 22a under normal conditions, for example, taking into consideration the existence of unavoidable measurement errors. May be set.

図８に示すように、本実施例の電力変換装置１０において、第１温度センサ４０は、第１半導体素子２２ａの上流に配置され、第２温度センサ４２は、第２半導体素子２２ｂに対して下流側に配置されてもよい。このような構成によると、電力変換装置１０は、第２温度センサ４２が二つの半導体素子２２ａ、２２ｂの下流側に配置された場合においても、冷却系の異常を検知することができる。従って、電力変換装置１０の動作時、特に、第１半導体素子２２ａと第２半導体素子２２ｂとを同時にＯＮした時、第２温度センサ４２は、二つの半導体素子２２ａ、２２ｂが発生した熱が、冷媒に伝達された後の冷媒温度を測定する。即ち、第２温度センサ４２が測定した第５温度Ｔ５から、第１温度センサ４０が測定した第６温度Ｔ６を減算した差分ΔＴｗは、二つの半導体素子２２ａ、２２ｂが発生した熱が冷媒へ伝達したことによる、冷媒の温度上昇幅ΔＴｗを示す。 As shown in FIG. 8, in the power conversion device 10 of this embodiment, the first temperature sensor 40 is arranged upstream of the first semiconductor element 22a, and the second temperature sensor 42 is arranged upstream of the second semiconductor element 22b. It may be placed downstream. According to such a configuration, the power conversion device 10 can detect an abnormality in the cooling system even when the second temperature sensor 42 is placed downstream of the two semiconductor elements 22a and 22b. Therefore, during operation of the power converter 10, especially when the first semiconductor element 22a and the second semiconductor element 22b are turned on at the same time, the second temperature sensor 42 detects that the heat generated by the two semiconductor elements 22a and 22b is Measure the refrigerant temperature after it has been transferred to the refrigerant. That is, the difference ΔTw obtained by subtracting the sixth temperature T6 measured by the first temperature sensor 40 from the fifth temperature T5 measured by the second temperature sensor 42 is determined by the difference ΔTw obtained by subtracting the sixth temperature T6 measured by the first temperature sensor 40 from the fifth temperature T5 measured by the second temperature sensor 42. This shows the temperature rise width ΔTw of the refrigerant due to this.

プロセッサ５０には、熱抵抗に関する基準値（例えば第１基準値Ｒｔｈ１、第２基準値Ｒｔｈ２）が予め記憶されている。先に説明した例では、この熱抵抗に関する基準値は、第１半導体素子２２ａのみを考慮して定められている。これに対して、図８に示すように、一つの温度センサ（即ち、第２温度センサ４２）が、二つの半導体素子２２ａ、２２ｂの下流側に配置された場合、基準値の倍の値を、熱抵抗に関する新たな第４基準値Ｒｔｈ４として、プロセッサ５０に記憶させてもよい。従って、熱抵抗に関する新たな第４基準値Ｒｔｈ４に、第１半導体素子２２ａ又は第２半導体素子２２ｂの損失を乗じることによって、異常発生の判定閾値である第３判定閾値Ｔｔｈ３が求められる。従って、判定部５６は、冷媒の温度上昇幅ΔＴｗと、第３判定閾値Ｔｔｈ３とを比較する。判定部５６によって、冷媒の温度上昇幅ΔＴｗが、第３判定閾値Ｔｔｈ３を下回ると判定された場合、電力変換装置１０では、異常が発生したと判断することができる。 The processor 50 stores in advance reference values regarding thermal resistance (for example, a first reference value Rth1 and a second reference value Rth2). In the example described above, the reference value regarding this thermal resistance is determined by considering only the first semiconductor element 22a. On the other hand, as shown in FIG. 8, when one temperature sensor (i.e., the second temperature sensor 42) is placed downstream of the two semiconductor elements 22a and 22b, the value twice the reference value is , may be stored in the processor 50 as a new fourth reference value Rth4 regarding thermal resistance. Therefore, by multiplying the new fourth reference value Rth4 regarding thermal resistance by the loss of the first semiconductor element 22a or the second semiconductor element 22b, the third determination threshold Tth3, which is the determination threshold for abnormality occurrence, is determined. Therefore, the determination unit 56 compares the temperature increase width ΔTw of the refrigerant with the third determination threshold Tth3. When the determination unit 56 determines that the temperature increase width ΔTw of the refrigerant is less than the third determination threshold Tth3, the power conversion device 10 can determine that an abnormality has occurred.

即ち、第２温度センサ４２が二つの半導体素子２２ａ、２２ｂの下流側に配置された場合においても、電力変換装置１０は、半導体素子２２ａ、２２ｂの温度を測定する温度センサを必要とすることなく、冷却系の異常を検知することができる。 In other words, even when the second temperature sensor 42 is placed downstream of the two semiconductor elements 22a, 22b, the power converter 10 does not require a temperature sensor to measure the temperature of the semiconductor elements 22a, 22b. , it is possible to detect abnormalities in the cooling system.

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは組み合わせによって技術的有用性を発揮するものである。 Although several specific examples have been described in detail above, these are merely illustrative and do not limit the scope of the claims. The techniques described in the claims include various modifications and changes to the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical utility alone or in combination.

１０：電力変換装置
１２：冷却装置
２０：半導体モジュール
２２ａ：第１半導体素子
２２ｂ：第２半導体素子
２４：絶縁板
２５：放熱板
３０：冷却器
３３：ポンプ
３４：冷媒供給管
３５：冷媒排出管
４０、４２、４４：温度センサ
５０：プロセッサ
５２：特定部
５４：決定部
５６：判定部
Ｒｔｈ１―Ｒｔｈ４：基準値
Ｔ１－Ｔ６：温度
Ｔｔｈ１－Ｔｔｈ３：判定閾値
ΔＴｗ：温度上昇幅
θ１－θ７：熱抵抗 10: Power conversion device 12: Cooling device 20: Semiconductor module 22a: First semiconductor element 22b: Second semiconductor element 24: Insulating plate 25: Heat sink 30: Cooler 33: Pump 34: Refrigerant supply pipe 35: Refrigerant discharge pipe 40, 42, 44: Temperature sensor 50: Processor 52: Specification unit 54: Determination unit 56: Judgment unit Rth1-Rth4: Reference value T1-T6: Temperature Tth1-Tth3: Judgment threshold ΔTw: Temperature increase width θ1-θ7: Heat resistance

Claims

a semiconductor module having at least one semiconductor element;
a cooler disposed adjacent to the semiconductor module, in which a coolant flows along the semiconductor module;
a first temperature sensor that is disposed upstream of the semiconductor element in the cooler and measures the temperature of the refrigerant;
a second temperature sensor that is disposed downstream of the semiconductor element in the cooler and measures the temperature of the refrigerant;
an identification unit that identifies loss of the semiconductor element based on the energization status of the semiconductor element;
a determining unit that determines at least one determination threshold regarding the temperature rise of the refrigerant by multiplying the identified loss by at least one reference value regarding thermal resistance stored in advance;
a determination unit that determines that an abnormality in the cooling system has occurred when a difference obtained by subtracting the temperature measured by the first temperature sensor from the temperature measured by the second temperature sensor is less than the determination threshold;
A power conversion device comprising: