KR102484878B1 - Temperature estimation system and method for switching device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스위칭 소자의 온도 추정 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 전력용 스위칭 소자의 온도를 정확히 추정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 전체 스위칭 소자 중 선택된 스위칭 소자에 설치되어 스위칭 소자의 온도를 측정하는 소자 온도센서; 스위칭 소자 냉각을 위한 냉각수 유로에 설치되어 냉각수 온도를 측정하는 냉각수 온도센서; 및 스위칭 소자의 구동시 출력되는 3상 전류, 상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 상 전류, 상기 냉각수 온도센서에 의해 측정된 냉각수 온도, 및 상기 소자 온도센서에 의해 측정된 스위칭 소자의 실제 온도에 기초하여, 전체 스위칭 소자 중 최고 온도를 나타내는 스위칭 소자의 온도를 추정하는 제어기를 포함하는 스위칭 소자의 온도 추정 시스템, 및 그 방법이 개시된다.The present invention relates to a system and method for estimating the temperature of a switching element, and a main object of the present invention is to provide a device and method capable of accurately estimating the temperature of a switching element for power. In order to achieve the above object, an element temperature sensor installed in a selected switching element among all switching elements to measure the temperature of the switching element; a cooling water temperature sensor installed in the cooling water passage for cooling the switching element to measure the cooling water temperature; and the three-phase current output when the switching element is driven, the phase current of the switching element in which the element temperature sensor is installed, the cooling water temperature measured by the cooling water temperature sensor, and the actual temperature of the switching element measured by the element temperature sensor. Based on the above, a system for estimating the temperature of a switching element including a controller for estimating the temperature of the switching element exhibiting the highest temperature among all switching elements, and a method thereof are disclosed.

Description

스위칭 소자 온도 추정 시스템 및 방법{TEMPERATURE ESTIMATION SYSTEM AND METHOD FOR SWITCHING DEVICE}Switching element temperature estimation system and method {TEMPERATURE ESTIMATION SYSTEM AND METHOD FOR SWITCHING DEVICE}

본 발명은 스위칭 소자 온도 추정 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력용 스위칭 소자의 온도를 정확히 추정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a system and method for estimating the temperature of a switching element, and more particularly, to a device and method capable of accurately estimating the temperature of a switching element for power.

일반적으로, 모터를 차량의 구동원으로 사용하는 자동차, 즉 순수 전기자동차(EV)나 하이브리드 자동차(HEV,PHEV), 연료전지 자동차(FCEV)와 같은 친환경 자동차에는, 차량 주행을 위한 구동원인 모터와, 고전압 전원으로부터의 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하여 모터를 구동시키는 인버터를 포함하는 모터 시스템이 탑재되어 있다.In general, in a vehicle using a motor as a driving source of a vehicle, that is, an eco-friendly vehicle such as a pure electric vehicle (EV), hybrid vehicle (HEV, PHEV), or fuel cell vehicle (FCEV), a motor as a driving source for driving the vehicle, A motor system including an inverter that converts direct current (DC) from a high voltage power source into alternating current (AC) to drive a motor is mounted.

여기서, 인버터는 모터 제어기의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호로 스위칭 소자들을 스위칭하여 고전압 전원으로부터의 직류를 3상 교류 전류로 변환하고, 모터는 인버터에서 전력케이블을 통해 전달되는 3상 교류 전류에 의해 구동된다. Here, the inverter switches the switching elements with a PWM (Pulse Width Modulation) signal of the motor controller to convert the direct current from the high voltage power supply into a three-phase alternating current, and the motor is powered by the three-phase alternating current transmitted from the inverter through the power cable. driven

통상의 인버터에서 파워 모듈을 구성하는 스위칭 소자로는 대전력에서도 고속 스위칭 동작이 가능한 전력용 반도체 소자인 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 'IGBT'라 칭함)가 주로 사용되고 있다.As a switching element constituting a power module in a typical inverter, an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as 'IGBT'), which is a power semiconductor element capable of high-speed switching operation even at high power, is mainly used.

도 1은 친환경 자동차의 모터 제어기 내 인버터에서 사용될 수 있는 3상 전력용 반도체를 예시한 사시도로서, 도시된 3상 전력용 반도체(10)는 어퍼 암(upper arm)과 바텀 암(bottom arm)으로 이루어져 있고, 어퍼 암과 바텀 암의 각 상마다 스위칭 소자로 IGBT(11)와 다이오드(12)를 가지고 있다.1 is a perspective view illustrating a three-phase power semiconductor that can be used in an inverter within a motor controller of an eco-friendly vehicle, and the three-phase power semiconductor 10 shown has an upper arm and a bottom arm. and has an IGBT 11 and a diode 12 as switching elements for each phase of the upper arm and the bottom arm.

IGBT와 같은 전력용 스위칭 소자는 동작시 전달하거나 차단하는 전류의 용량이 매우 크기 때문에 동작 중에 과온이나 과전류에 의해 손상될 수 있다.A power switching device such as an IGBT may be damaged by overtemperature or overcurrent during operation because the capacity of a current to be transmitted or blocked during operation is very large.

특히, IGBT 등의 소자는 온도에 민감한 소자이므로 고온에 일정시간 이상 노출되면 파손될 수 있고, 따라서 파손 한계온도 이상으로 상승하지 않도록 온도를 정확히 측정하여 과온으로부터 보호해야 한다.In particular, since elements such as IGBTs are sensitive to temperature, they can be damaged if exposed to high temperatures for a certain period of time or longer.

일반적으로 스위칭 소자의 과온을 방지하기 위한 방법으로는 2가지 방법이 많이 이용되고 있다.In general, two methods are widely used as a method for preventing overheating of a switching element.

첫 번째 방법은 사전 시험을 통해 평균적으로 가장 온도가 높다고 평가된 스위칭 소자 1개를 대표 소자로 선정하여 해당 소자에 온도센서(13)를 부착하고, 이 온도센서(13)를 통해 대표 소자의 온도만을 측정하여 전체 스위칭 소자에 대한 과온 방지 로직을 수행하는 방법이다.In the first method, one switching element evaluated to have the highest average temperature through a preliminary test is selected as a representative element, a temperature sensor 13 is attached to the corresponding element, and the temperature sensor 13 is used to measure the temperature of the representative element. This is a method of performing over-temperature protection logic for the entire switching element by measuring only

그러나, 전체 소자에 대해 온도를 측정하지 않고 일부 소자에 대해서만 온도를 측정하여 해당 온도를 기준으로 과온 방지를 수행할 경우 모터의 회전속도가 저속인 경우에 문제가 발생할 수 있다.However, if the overheat protection is performed based on the temperature by measuring the temperature of only some elements without measuring the temperature of all elements, a problem may occur when the rotational speed of the motor is low.

알려진 바와 같이, 3상 전류는 서로 번갈아가면서 최대 전류 상태에 도달하는데, 12개의 소자(11,12)에 비교적 균일하게 전류가 분산된다.As is known, the three-phase current reaches a maximum current state alternately with each other, and the current is distributed relatively uniformly to the 12 elements 11 and 12.

즉, 모터 회전시의 위치가 대표 소자로 선정되지 못한 소자에 전류가 집중되는 위치에 오랫동안 있게 될 때, 대표 소자의 전류 상태보다 전류가 집중된 소자의 전류가 더 클 수 있고, 이때 온도 또한 대표 소자의 온도보다 전류가 집중된 소자의 온도가 더 클 수 있다. That is, when the position at the time of rotation of the motor is in a position where current is concentrated on an element that has not been selected as a representative element for a long time, the current of the element where the current is concentrated may be greater than the current state of the representative element, and at this time, the temperature is also the representative element. The temperature of the device where the current is concentrated may be higher than the temperature of

이러한 경우 전류가 집중된 소자에는 온도센서가 없어 해당 소자에서 발생하는 과열의 수준을 알 수 없기에 한계온도 이상의 온도 상승을 방지하지 못하고, 과온으로 인한 파손이 발생할 수 있다.In this case, since the element where the current is concentrated does not have a temperature sensor, it is impossible to know the level of overheating generated in the element, so a temperature rise above the limit temperature cannot be prevented, and damage due to overtemperature may occur.

두 번째 방법은 스위칭 소자의 온도를 측정하는 대신, 냉각수 온도로부터 소자의 온도를 추정하여 과온 방지를 수행하는 방법이다. A second method is a method of preventing overtemperature by estimating the temperature of the switching element from the temperature of the cooling water instead of measuring the temperature of the switching element.

도 2는 일반적으로 많이 사용하는 냉각 방법으로서, 스위칭 소자(11,12)를 냉각수를 이용하여 냉각하는 방법을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a method of cooling the switching elements 11 and 12 using cooling water as a commonly used cooling method.

도시된 냉각 방법에서는 스위칭 소자(11,12), 반도체(10)에 맞닿아 있는 방열판(14), 방열핀(15) 사이의 냉각수, 그리고 냉각수 유로(16)를 지나는 냉각수가 열평형 상태에 있다고 가정하고, 냉각수 유로(16)에 설치된 온도센서(17)의 측정값을 기반으로 스위칭 소자(11,12)의 온도를 추정한다. In the illustrated cooling method, it is assumed that the switching elements 11 and 12, the heat sink 14 in contact with the semiconductor 10, the cooling water between the cooling fins 15, and the cooling water passing through the cooling water passage 16 are in thermal equilibrium. And, based on the measured value of the temperature sensor 17 installed in the cooling water passage 16, the temperature of the switching elements 11 and 12 is estimated.

그러나, 이러한 냉각 방법의 문제점은 스위칭 소자(11,12)의 온도를 추정함에 있어 냉각수 온도에 의존적이라는 점이다. However, a problem with this cooling method is that the temperature of the switching elements 11 and 12 is dependent on the cooling water temperature in estimating the temperature.

냉각수 온도 측정에 문제가 발생하여 온도 추정에 문제가 발생하면 스위칭 소자(11,12)의 정확한 온도 추정은 불가능해진다. If a problem occurs in temperature estimation due to a problem in measuring the coolant temperature, accurate temperature estimation of the switching elements 11 and 12 becomes impossible.

예를 들어, 도 2의 (b)에서와 같이 냉각수가 충분치 못하거나, 도 2의 (c)에서와 같이 차량이 경사로에 위치하여 냉각수 흐름이 정상적이지 못한 경우, 온도센서(17)와 닿아 있는 냉각수와, 방열핀(15)에 닿아 있는 냉각수가 열평형 상태에 있지 않게 된다. For example, if the coolant is not sufficient as in (b) of FIG. 2 or if the flow of coolant is not normal because the vehicle is located on a slope as in (c) of FIG. 2, the temperature sensor 17 is in contact with the The cooling water and the cooling water contacting the radiating fins 15 are not in thermal equilibrium.

즉, 정상적인 열평형 상태에 있지 않으므로 온도센서(17)의 측정값이 스위칭 소자(11,12)의 기본 온도를 대표하지 못하고 독립적인 온도 상승 또는 하강 양상을 나타내는 것이다.That is, since it is not in a normal thermal equilibrium state, the measured value of the temperature sensor 17 does not represent the basic temperature of the switching elements 11 and 12, but shows an independent temperature rise or fall.

(b)의 경우, 스위칭 소자를 냉각하고 있는 냉각수의 온도가 온도센서(17)에 의해 측정되지 못하므로 냉각수의 온도를 이용한 소자 온도 추정은 불가하다. In the case of (b), since the temperature of the cooling water cooling the switching element cannot be measured by the temperature sensor 17, it is impossible to estimate the element temperature using the temperature of the cooling water.

(c)의 경우, 스위칭 소자(11,12)는 실제 전류가 흘러서 온도가 높아지더라도, 온도센서(17)가 닿아 있는 냉각수의 온도는 상승하지 않으므로 정확한 온도 추정이 불가하다. In the case of (c), even if the temperature of the switching elements 11 and 12 increases due to the actual flow of current, the temperature of the cooling water that the temperature sensor 17 touches does not increase, so it is impossible to accurately estimate the temperature.

이때, 스위칭 소자(11,12)의 온도는 냉각수에 의해 충분하게 냉각이 되지 않으므로 급격한 온도 상승을 하고, 결국 추정 온도가 실제 스위칭 소자(11,12)의 온도보다 낮게 결정될 수밖에 없다.At this time, since the temperature of the switching elements 11 and 12 is not sufficiently cooled by the cooling water, the temperature rises rapidly, and the estimated temperature is inevitably determined to be lower than the actual temperature of the switching elements 11 and 12.

따라서, 추정 온도의 부정확함으로 인해 과온 방지 로직이 제때 동작하지 않게 되어 스위칭 소자의 온도가 한계온도 이상으로 상승할 수 있고, 과온으로 인한 스위칭 소자의 파손이 발생할 수 있다.
Therefore, due to the inaccuracy of the estimated temperature, the overtemperature prevention logic does not operate in time, and the temperature of the switching element may rise above the limit temperature, and the switching element may be damaged due to overtemperature.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 전력용 스위칭 소자의 온도를 정확히 추정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention has been created to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a device and method capable of accurately estimating the temperature of a power switching element.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 전체 스위칭 소자 중 선택된 스위칭 소자에 설치되어 스위칭 소자의 온도를 측정하는 소자 온도센서; 스위칭 소자 냉각을 위한 냉각수 유로에 설치되어 냉각수 온도를 측정하는 냉각수 온도센서; 스위칭 소자의 구동시 출력되는 3상 전류, 상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 상 전류, 상기 냉각수 온도센서에 의해 측정된 냉각수 온도, 및 상기 소자 온도센서에 의해 측정된 스위칭 소자의 실제 온도에 기초하여, 전체 스위칭 소자 중 최고 온도를 나타내는 스위칭 소자의 온도를 추정하는 제어기를 포함하는 스위칭 소자의 온도 추정 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, an element temperature sensor installed in a selected switching element among all switching elements to measure the temperature of the switching element; a cooling water temperature sensor installed in the cooling water passage for cooling the switching element to measure the cooling water temperature; Based on the three-phase current output when the switching element is driven, the phase current of the switching element in which the element temperature sensor is installed, the coolant temperature measured by the cooling water temperature sensor, and the actual temperature of the switching element measured by the element temperature sensor. Thus, a system for estimating the temperature of a switching element including a controller estimating the temperature of the switching element exhibiting the highest temperature among all the switching elements is provided.

그리고, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 전체 스위칭 소자 중 선택된 스위칭 소자에 설치된 소자 온도센서에 의해 스위칭 소자의 온도가 측정되고, 냉각수 온도센서에 의해 스위칭 소자 냉각을 위한 냉각수 온도가 측정되는 단계; 스위칭 소자의 구동시 출력되는 3상 전류로부터 DC 전류 크기를 계산하는 단계; 상기 계산된 DC 전류 크기와 상기 냉각수 온도센서에 의해 측정된 냉각수 온도에 기초하여 최고 스위칭 소자 온도를 추정하는 단계; 상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 상 전류와 상기 냉각수 온도센서에 의해 측정된 냉각수 온도에 기초하여 상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 온도를 추정하는 단계; 및 상기 추정된 최고 스위칭 소자 온도와 상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 추정 온도, 상기 소자 온도센서에 의해 측정된 실제 스위칭 소자 온도에 기초하여 최종 스위칭 소자 온도를 결정하는 단계를 포함하는 스위칭 소자의 온도 추정 방법을 제공한다.
And, according to another aspect of the present invention, the temperature of the switching element is measured by the element temperature sensor installed in the selected switching element among all the switching elements, and the cooling water temperature for cooling the switching element is measured by the cooling water temperature sensor; Calculating the magnitude of the DC current from the three-phase current output when the switching element is driven; estimating a maximum switching element temperature based on the calculated magnitude of the DC current and the coolant temperature measured by the coolant temperature sensor; estimating the temperature of the switching element in which the element temperature sensor is installed based on the phase current of the switching element in which the element temperature sensor is installed and the cooling water temperature measured by the cooling water temperature sensor; and determining a final switching element temperature based on the estimated highest switching element temperature, an estimated temperature of a switching element in which the element temperature sensor is installed, and an actual switching element temperature measured by the element temperature sensor. A temperature estimation method is provided.

이로써, 본 발명에 따른 스위칭 소자의 온도 추정 방법에 의하면, 스위칭 소자 전체에 흐르는 3상 전류 및 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 상 전류를 이용하여 온도를 추정하고, 실제 온도센서에 의해 측정된 온도를 이용하여 오차를 계산하고 추정값을 보정하는 방식을 적용함으로써, 스위칭 소자의 정확한 온도 추정이 가능해지고, 소자 파손 등 종래기술의 여러 문제점이 해소될 수 있게 된다.Thus, according to the method for estimating the temperature of a switching element according to the present invention, the temperature is estimated using the three-phase current flowing through the entire switching element and the phase current of the switching element in which the temperature sensor is installed, and the temperature measured by the actual temperature sensor By applying the method of calculating the error and correcting the estimated value using the method, it is possible to accurately estimate the temperature of the switching element, and various problems of the prior art, such as element damage, can be solved.

또한, 친환경 자동차의 모터 동력 시스템의 정확한 온도 예측을 통해 고온 동력 성능 개선이 가능해지고, 온도 추정의 부정확성으로 인한 조기 출력 제한을 방지할 수 있다.In addition, high-temperature power performance can be improved through accurate temperature prediction of the motor power system of the eco-friendly vehicle, and early output limitation due to inaccuracy of temperature estimation can be prevented.

또한, 인버터에서 사용되고 있는 전력용 반도체 소자의 온도를 정확히 추정할 수 있으므로 소자의 수명 연장이 가능해지고, 전력 사용량에 따른 온도 상승/하강 패턴 변화를 감지하여 소자의 정확한 잔류 수명을 예측하는데 응용하는 것이 가능하다.
In addition, since the temperature of the power semiconductor device used in the inverter can be accurately estimated, the lifetime of the device can be extended, and it is applied to accurately predict the remaining life of the device by detecting the change in the temperature rise/fall pattern according to the power consumption. It is possible.

도 1은 친환경 자동차의 모터 제어기 내 인버터에서 사용될 수 있는 3상 전력용 반도체를 예시한 사시도이다.
도 2는 스위칭 소자를 냉각수를 이용하여 냉각하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자 온도 추정 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자 온도 추정 시스템에서 제어기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자 온도 추정 시스템에서 전류크기 계산모듈과 DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자 온도 추정 시스템에서 AC 전류 기반 온도 추정모듈의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명에 의해 추정된 스위칭 소자 온도에 따라서 정해지는 보정계수 및 과온 방지 제한 로직을 설명하기 위한 도면이다.1 is a perspective view illustrating a three-phase power semiconductor that may be used in an inverter within a motor controller of an eco-friendly vehicle.
2 is a diagram illustrating a method of cooling a switching element using cooling water.
3 is a block diagram showing the configuration of a switching element temperature estimating system according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram showing the configuration of a controller in a switching element temperature estimating system according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram showing detailed configurations of a current size calculation module and a DC current size based temperature estimation module in a switching device temperature estimation system according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram showing the configuration of an AC current-based temperature estimation module in a switching device temperature estimation system according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a correction coefficient determined according to a switching element temperature estimated by the present invention and an over-temperature prevention limiting logic.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 발명은 전력용 스위칭 소자의 온도를 정확히 추정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to provide a device and method capable of accurately estimating the temperature of a power switching element.

여기서, 스위칭 소자는 모터 구동을 위한 인버터의 파워 모듈을 구성하는 것이 될 수 있고, 친환경 자동차에서 차량 주행을 위한 구동모터에 3상 전류를 인가하는 인버터의 스위칭 소자가 될 수 있다. Here, the switching element may constitute a power module of an inverter for driving a motor, and may be a switching element of an inverter for applying three-phase current to a driving motor for driving a vehicle in an eco-friendly vehicle.

또한, 본 발명에서 스위칭 소자는 도 1에 나타낸 3상 전력용 반도체(10)의 스위칭 소자(11,12)가 될 수 있으며, 다음의 설명에서 전력용 반도체 및 냉각수를 이용한 냉각 구조에 대해서는 도 1 및 도 2를 참조하기로 한다.In addition, in the present invention, the switching element may be the switching elements 11 and 12 of the three-phase power semiconductor 10 shown in FIG. 1, and in the following description, the cooling structure using the power semiconductor and cooling water and FIG. 2 .

또한, 본 발명에서 추정된 스위칭 소자의 온도는 스위칭 소자의 과온 방지를 위한 제어 로직, 즉 추정된 스위칭 소자의 온도에 따라 인버터의 출력을 제한하는 출력 제한 로직에서 이용될 수 있다.In addition, in the present invention, the estimated temperature of the switching element may be used in control logic for preventing overheating of the switching element, that is, output limiting logic for limiting the output of the inverter according to the estimated temperature of the switching element.

실시예의 구성에 대해 설명하면, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자 온도 추정 시스템을 나타내는 블럭도이다.Referring to the configuration of the embodiment, FIG. 3 is a block diagram showing a switching element temperature estimating system according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서는 전체 스위칭 소자에 흐르는 3상 전류로부터 DC 전류 크기를 계산한 뒤, DC 전류 크기와 측정된 냉각수 온도를 이용하여 최고 스위칭 소자 온도(최고 온도를 나타내는 불특정 스위칭 소자의 온도)를 추정하고, 온도센서가 설치된 스위칭 소자에 흐르는 상 전류와 측정된 냉각수 온도를 이용하여 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 온도를 추정하며, 상기 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 추정된 온도와 온도센서에 의해 측정된 실제 소자 온도의 오차를 구한 후, 이 오차를 이용하여 상기 최고 스위칭 소자 온도를 보정함으로써 보정된 소자 온도가 최종의 소자 온도로 구해지도록 한다.In the present invention, after calculating the magnitude of the DC current from the three-phase current flowing through all the switching elements, the maximum switching element temperature (the temperature of the unspecified switching element representing the highest temperature) is estimated using the magnitude of the DC current and the measured coolant temperature, The temperature of the switching element in which the temperature sensor is installed is estimated using the phase current flowing in the switching element in which the temperature sensor is installed and the measured coolant temperature, and the estimated temperature of the switching element in which the temperature sensor is installed and the actual element measured by the temperature sensor After the temperature error is obtained, the maximum switching element temperature is corrected using this error so that the corrected element temperature is obtained as the final element temperature.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자 온도 추정 시스템은, 도시된 바와 같이, 전력용 반도체의 전체 스위칭 소자 중 선택된 스위칭 소자에 설치되어 그 스위칭 소자의 온도를 측정하는 소자 온도센서(13)와; 전력용 반도체의 냉각을 위한 냉각수 유로(16)에 설치되어 냉각수 온도를 측정하는 냉각수 온도센서(17)와; 전력용 반도체 내 스위칭 소자의 구동으로 출력되는 3상 전류, 상기 소자 온도센서(13)가 설치된 스위칭 소자의 상 전류, 상기 냉각수 온도센서(17)에 의해 측정된 냉각수 온도, 및 상기 소자 온도센서(13)에 의해 측정된 스위칭 소자 온도에 기초하여 스위칭 소자의 온도를 추정하는 제어기(100)를 포함한다. To this end, the switching element temperature estimation system according to an embodiment of the present invention, as shown, is installed in a selected switching element among all switching elements of a power semiconductor and measures the temperature of the switching element. Wow; a cooling water temperature sensor 17 installed in the cooling water passage 16 for cooling the power semiconductor and measuring the cooling water temperature; The three-phase current output by driving the switching element in the power semiconductor, the phase current of the switching element in which the element temperature sensor 13 is installed, the coolant temperature measured by the coolant temperature sensor 17, and the element temperature sensor ( and a controller 100 for estimating the temperature of the switching element based on the switching element temperature measured by 13).

여기서, 소자 온도센서(13)는 선택된 스위칭 소자의 실제 온도를 측정하기 위한 것으로, 인버터 내 파워 모듈을 구성하는 스위칭 소자들 중 사전 시험을 통해 평균적으로 가장 온도가 높다고 평가된 스위칭 소자 1개를 대표 소자로 선정하여 해당 소자에 소자 온도센서(13)를 부착할 수 있다.Here, the element temperature sensor 13 is for measuring the actual temperature of the selected switching element, and represents one switching element evaluated to have the highest average temperature through a preliminary test among the switching elements constituting the power module in the inverter. It is possible to select an element and attach the element temperature sensor 13 to the element.

또한, 냉각수 온도센서(17)는 도 2에 나타낸 바와 같이 스위칭 소자를 냉각하기 위한 냉각수 유로(16) 내에 설치될 수 있는 것으로, 냉각수 유로를 따라 흐르는 냉각수의 온도를 측정하게 된다.In addition, the cooling water temperature sensor 17 may be installed in the cooling water passage 16 for cooling the switching element as shown in FIG. 2 and measures the temperature of the cooling water flowing along the cooling water passage.

한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자 온도 추정 시스템에서 제어기(100)의 구성을 나타내는 블록도로서, 이를 참조하여 제어기(100)의 구성을 설명하면 다음과 같다.On the other hand, Figure 4 is a block diagram showing the configuration of the controller 100 in the switching element temperature estimation system according to an embodiment of the present invention, the configuration of the controller 100 will be described with reference to this.

제어기(100)는 스위칭 소자의 구동에 의해 출력되는 3상 전류로부터 DC 전류 크기를 계산하여 출력하는 전류크기 계산모듈(110); 및 상기 전류크기 계산모듈(110)에서 출력된 DC 전류 크기와 상기 냉각수 온도센서(17)에 의해 측정된 냉각수 온도에 기초하여 최고 스위칭 소자 온도를 추정하여 출력하는 DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈(120)을 포함한다.The controller 100 includes a current size calculation module 110 that calculates and outputs a DC current size from the three-phase current output by driving the switching element; and a DC current magnitude-based temperature estimation module 120 estimating and outputting a maximum switching element temperature based on the magnitude of the DC current output from the current magnitude calculation module 110 and the coolant temperature measured by the coolant temperature sensor 17. ).

이와 더불어, 상기 제어기(100)는 상기 소자 온도센서(13)가 설치된 스위칭 소자의 AC 전류(상 전류)와 냉각수 온도센서(17)에 의해 측정된 냉각수 온도에 기초하여 해당 스위칭 소자의 온도를 추정하여 출력하는 AC 전류 기반 온도 추정모듈(130); 및 상기 DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈(120)과 AC 전류 기반 온도 추정모듈(130)에서 각각 추정된 스위칭 소자 온도와 상기 소자 온도센서(13)에 의해 측정된 스위칭 소자 온도에 기초하여 최종 스위칭 소자 온도를 결정하는 온도 결정 모듈(140)을 포함한다.In addition, the controller 100 estimates the temperature of the corresponding switching element based on the AC current (phase current) of the switching element in which the element temperature sensor 13 is installed and the coolant temperature measured by the coolant temperature sensor 17. an AC current-based temperature estimation module 130 that outputs the output; And the final switching element based on the switching element temperature estimated by the DC current magnitude-based temperature estimation module 120 and the AC current-based temperature estimation module 130 respectively and the switching element temperature measured by the element temperature sensor 13 and a temperature determination module 140 that determines the temperature.

먼저, 상기한 제어기(100)의 구성 중 전류크기 계산모듈(110)은 스위칭 소자의 구동에 의해 인버터(미도시)에서 모터(미도시)로 인가되는 3상 전류, 즉 U상 전류, V상 전류, W상 전류의 신호를 입력받게 된다. First, among the components of the above-described controller 100, the current size calculation module 110 is a three-phase current applied from an inverter (not shown) to a motor (not shown) by driving a switching element, that is, a U-phase current, a V-phase current. It receives signals of current and phase W current.

상기 U상 전류, V상 전류, W상 전류는 전류센서(미도시)에 의해 측정될 수 있으며, 인버터 및 모터를 포함하는 통상의 모터 시스템에서 모터 구동 및 제어를 위해 3상 전류의 측정이 이루어지고 있으므로, 이때 측정된 3상 전류의 신호를 상기 전류크기 계산모듈(110)이 입력받을 수 있도록 한다. The U-phase current, V-phase current, and W-phase current may be measured by a current sensor (not shown), and three-phase current is measured for driving and controlling a motor in a typical motor system including an inverter and a motor. Therefore, the signal of the three-phase current measured at this time is allowed to be input to the current size calculation module 110.

알려진 바와 같이, 3상 중 두 상(예를 들면, U상, V상, W상 중 U상과 V상)에 전류센서를 부착하여 두 상의 전류를 각각 측정하고, 측정한 각 상의 전류를 이용하여 나머지 한 상의 전류를 계산할 수 있다.As is known, current sensors are attached to two of the three phases (for example, U and V among U, V, and W) to measure the currents of the two phases, respectively, and use the measured currents of each phase. Thus, the current of the other phase can be calculated.

상기 전류크기 계산모듈(110)은 측정된 3상 AC 전류를 DC 전류로 환산했을 경우의 DC 전류 크기(Imag)를 계산하는 모듈로서, 측정된 3상 전류를 입력받아 그로부터 DC 전류 환산값, 즉 DC 전류 크기(Imag)를 계산하게 된다. The current magnitude calculation module 110 is a module that calculates the DC current magnitude (Imag) when the measured three-phase AC current is converted into DC current, and receives the measured three-phase current as a DC current conversion value, that is, The DC current magnitude (Imag) is calculated.

또한, DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈(120)은 전류크기 계산모듈(110)이 계산하여 출력하는 DC 전류 크기(Imag)를 기반으로 최고 스위칭 소자 온도를 결정하는 모듈로서, DC 전류 크기(Imag)와 측정된 냉각수 온도를 이용하여 최고 스위칭 소자 온도를 결정한다.In addition, the DC current magnitude-based temperature estimation module 120 is a module that determines the maximum switching element temperature based on the DC current magnitude (Imag) calculated and output by the current magnitude calculation module 110, and determines the DC current magnitude (Imag). and the measured coolant temperature to determine the maximum switching element temperature.

여기서, 최고 스위칭 소자 온도는 전체 스위칭 소자 중 최고 온도를 나타내는 불특정 스위칭 소자의 온도로 정의될 수 있다.Here, the highest switching element temperature may be defined as a temperature of an unspecified switching element exhibiting the highest temperature among all switching elements.

도 5는 본 발명에서 전류크기 계산모듈(110)과 DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈(120)의 세부 구성을 나타내는 블록도로서, 도시된 바와 같이 전류크기 계산모듈(110)은 3상 전류(U상 전류, V상 전류, W상 전류)를 d축 전류와 q축 전류로 변환하는 3상/d-q 좌표 변환기(111)와, d축 전류와 q축 전류로부터 DC 전류 크기를 계산하는 전류크기 계산부(112)를 포함한다.5 is a block diagram showing the detailed configuration of the current size calculation module 110 and the DC current size-based temperature estimation module 120 in the present invention. As shown, the current size calculation module 110 is a three-phase current (U 3-phase/d-q coordinate converter 111 that converts phase current, V-phase current, W-phase current) into d-axis current and q-axis current, and current size calculation that calculates DC current size from d-axis current and q-axis current It includes section 112.

여기서, 3상/d-q 좌표 변환기(111)는 3상 전류와 모터의 회전자 절대각 위치(θ)를 입력받아 절대각 위치를 이용하여 3상 전류를 d축 전류와 q축 전류로 좌표 변환한다.Here, the 3-phase/d-q coordinate converter 111 receives the 3-phase current and the absolute angular position (θ) of the motor and converts the 3-phase current into d-axis current and q-axis current using the absolute angular position. .

상기 회전자 절대각 위치(θ)는 레졸버에 의해 측정될 수 있으며, 통상의 모터 시스템에서 레졸버에 의해 절대각 위치의 측정이 이루어지고 있으므로, 이 레졸버에 의해 측정된 절대각 위치를 상기 3상/d-q 좌표 변환기(111)가 입력받을 수 있도록 한다.The rotor absolute angular position θ can be measured by a resolver, and since the absolute angular position is measured by a resolver in a typical motor system, the absolute angular position measured by the resolver is described above. The 3-phase/d-q coordinate converter 111 can receive input.

물론, 상기 3상/d-q 좌표 변환기(111)는 모터 구동 및 제어를 위해 이미 사용되고 있는 좌표 변환기(111)와 구분되는 별도의 좌표 변환기(111)가 될 수도 있으나, 같은 좌표 변환기(111)가 될 수 있다.Of course, the 3-phase/d-q coordinate converter 111 may be a separate coordinate converter 111 that is different from the coordinate converter 111 already used for driving and controlling the motor, but it may be the same coordinate converter 111. can

상기 전류크기 계산부(112)는 3상/d-q 좌표 변환기(111)에서 출력되는 d축 전류와 q축 전류를 입력받아 전류 크기(Imag)를 계산하며, 이때 전류 크기는 아래와 같이 계산될 수 있다.The current size calculator 112 receives the d-axis current and the q-axis current output from the 3-phase/d-q coordinate converter 111 and calculates the current size Imag. At this time, the current size can be calculated as follows .

Figure 112016111652388-pat00001
Figure 112016111652388-pat00001

여기서, id는 d축 전류를, iq는 q축 전류를 나타낸다.Here, i d represents the d-axis current and i q represents the q-axis current.

DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈(120)은 전류크기 계산모듈(110)에서 출력되는 DC 전류 크기(Imag)로부터 전류에 의한 스위칭 소자의 온도 상승분을 산출하는 전류 크기 기반 온도 상승분 추정부(121)와, 상기 온도 상승분과 측정된 냉각수 온도로부터 최고 스위칭 소자 온도를 계산하는 온도 계산부(124)를 포함한다.The DC current magnitude-based temperature estimation module 120 includes a current magnitude-based temperature rise estimation unit 121 that calculates a temperature rise of the switching element due to the current from the DC current magnitude Imag output from the current magnitude calculation module 110 and , and a temperature calculator 124 that calculates the highest switching element temperature from the temperature rise and the measured coolant temperature.

여기서, 온도 상승분 추정부(121)는 DC 전류 크기(Imag)로부터 설정정보를 이용하여 손실 값을 결정하는 손실 추정부(122)와, 상기 손실 추정부(122)에서 구해진 손실 값과 열 저항 계수를 곱하여 전류에 의한 온도 상승분을 계산하는 상승분 계산부(123)를 포함한다.Here, the temperature rise estimator 121 includes a loss estimator 122 that determines a loss value using setting information from the DC current magnitude Imag, and the loss value and thermal resistance coefficient obtained by the loss estimator 122. and an increase calculation unit 123 that calculates a temperature increase due to current by multiplying by .

전술한 바와 같이 전류크기 계산모듈(110)에서 3상 전류로부터 DC 전류로 환산된 전류 크기가 구해지면, DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈(120)의 손실 추정부(122)에서는 DC 전류 크기(Imag)를 입력받아 전류 크기에 해당하는 손실 값을 설정정보인 맵이나 테이블, 또는 수식으로부터 결정하게 된다.As described above, when the current size converted from the 3-phase current to the DC current is obtained in the current size calculation module 110, the DC current size (Imag) in the loss estimation unit 122 of the temperature estimation module 120 ) is input, and the loss value corresponding to the current size is determined from a map, table, or formula, which is setting information.

이어 상승분 계산부(123)가 전류 기반 손실 추정값에서 계산되어 출력되는 손실 값에 열 저항 계수를 곱하여 전류에 의한 온도 상승분을 계산하게 된다.Subsequently, the rise calculation unit 123 calculates the temperature rise due to the current by multiplying the output loss value calculated from the current-based loss estimation value by the thermal resistance coefficient.

상기와 같이 전류에 의한 온도 상승분이 계산되고 나면, DC 기반 전류 크기 온도 추정모듈의 온도 계산부(124)에서는 온도 상승분과 냉각수 온도를 이용하여 최고 스위칭 소자 온도를 계산할 수 있으며, 이때 온도 상승분과 냉각수 온도를 합한 값으로 최고 스위칭 소자 온도가 계산될 수 있다.After the temperature increase due to the current is calculated as described above, the temperature calculation unit 124 of the DC-based current magnitude temperature estimation module can calculate the maximum switching element temperature using the temperature increase and the cooling water temperature. At this time, the temperature increase and the cooling water From the sum of the temperatures, the highest switching element temperature can be calculated.

상기와 같은 전류크기 계산모듈(110)과 DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈(120)은 3상 AC 전류로부터 변환한 DC 전류의 크기, 즉 DC 환산 전류 크기를 산출하는 모듈로서, 최대 전류 크기를 기반으로 하여 최고 온도를 추정하는 모듈이라 할 수 있다.The current size calculation module 110 and the DC current size-based temperature estimation module 120 as described above are modules for calculating the size of the DC current converted from the three-phase AC current, that is, the DC converted current size, based on the maximum current size. It can be said to be a module for estimating the maximum temperature.

3상 AC 전류는 한 상의 전류가 최고 피크(peak) 값에 도달한 후 하강할 때, 다른 상의 전류가 상승하여 최고 피크 값에 도달하기 때문에, 3상 전류 중 적어도 어느 한 상은 최대 크기(Imag)에 준하는 상태에 있다.Since the three-phase AC current decreases after reaching the highest peak value of one phase, the current of the other phase rises and reaches the highest peak value, so at least one of the three phase currents has a maximum magnitude (Imag) is in a state comparable to

이에 본 발명에서는, 냉각수 온도 측정이 정상상태일 때, 최대 전류 크기에 도달해 있는 불특정한 스위칭 소자의 온도를, 상기 전류크기 계산모듈(110)과 DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈(120)을 통해 각 소자를 통해 흐르는 3상 전류로부터 추정하게 된다.Accordingly, in the present invention, when the coolant temperature is measured in a steady state, the temperature of an unspecified switching element reaching the maximum current level is measured through the current size calculation module 110 and the DC current size-based temperature estimation module 120. It is estimated from the three-phase current flowing through each element.

이때, 전류크기 계산모듈(110)이 실측된 3상 전류를 좌표 변환하여 2축의 동기 좌표 전류로 변환한 뒤 동기 좌표 전류의 크기를 계산하여 출력하며, DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈(120)에서는 상기 좌표 전류의 크기(DC 전류 크기)로부터 손실 값을 계산한 후 상기 계산된 손실 값과 열 저항 계수를 곱하여 전류에 의한 온도 상승분을 계산하게 된다.At this time, the current size calculation module 110 coordinates the actually measured three-phase current and converts it into a 2-axis synchronous coordinate current, and then calculates and outputs the size of the synchronous coordinate current. In the DC current size-based temperature estimation module 120 After calculating the loss value from the magnitude of the coordinate current (DC current magnitude), the temperature rise due to the current is calculated by multiplying the calculated loss value by the thermal resistance coefficient.

여기서, 열 저항 계수는 단위 손실당 온도 상승분을 나타내는 계수로서, 스위칭 소자의 비열 및 열 전달 경로의 열 손실 등을 고려하여 미리 정해지는 값이다.Here, the coefficient of thermal resistance is a coefficient representing a temperature rise per unit loss, and is a value determined in advance in consideration of specific heat of the switching element and heat loss of the heat transfer path.

결국, 전체 스위칭 소자의 총 손실에 열 저항 계수를 곱하여 DC 전류 크기에 의한 온도 상승분을 구한 후, 이 온도 상승분에 센서에 의해 측정된 냉각수 온도를 더하면, 최대 전류가 흐르고 있는 불특정 스위칭 소자의 온도를 예측할 수 있다. Eventually, the temperature rise due to the magnitude of the DC current is obtained by multiplying the total loss of all switching elements by the thermal resistance coefficient, and then adding the coolant temperature measured by the sensor to this temperature rise, the temperature of the unspecified switching element through which the maximum current is flowing is obtained. Predictable.

다음으로, 도 6은 본 발명에서 AC 전류 기반 온도 추정모듈(130)의 구성을 나타내는 블록도이다.Next, FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the AC current-based temperature estimation module 130 in the present invention.

AC 전류 기반 온도 추정모듈(130)은 소자 온도센서(13)가 설치된 스위칭 소자, 즉 센서에 의해 온도가 측정되는 스위칭 소자의 상 전류를 기반으로 하여 해당 소자(온도센서가 설치된 스위칭 소자)의 온도를 추정하는 모듈이다. The AC current-based temperature estimation module 130 calculates the temperature of the switching element (the switching element in which the temperature sensor is installed) based on the phase current of the switching element in which the element temperature sensor 13 is installed, that is, the switching element whose temperature is measured by the sensor. is a module that estimates

이러한 AC 전류 기반 온도 추정모듈(130)은 소자 온도센서(13)가 장착된 스위칭 소자의 상 전류와 냉각수 온도센서(17)에 의해 측정된 냉각수 온도에 기초하여 해당 스위칭 소자의 온도를 추정한 후 출력하게 된다.The AC current-based temperature estimating module 130 estimates the temperature of the corresponding switching element based on the phase current of the switching element equipped with the element temperature sensor 13 and the coolant temperature measured by the cooling water temperature sensor 17. will output

상기 AC 전류 기반 온도 추정모듈(130)은 소자 온도센서(13)가 장착된 스위칭 소자의 상 전류를 입력받아 상 전류로부터 전류에 의한 스위칭 소자의 온도 상승분을 산출하는 온도 상승분 추정부(131)와, 상기 온도 상승분과 냉각수 온도로부터 스위칭 소자의 온도를 계산하는 온도 계산부(134)를 포함한다.The AC current-based temperature estimating module 130 includes a temperature rise estimation unit 131 that receives the phase current of the switching element equipped with the element temperature sensor 13 and calculates the temperature rise of the switching element from the phase current. , and a temperature calculator 134 that calculates the temperature of the switching element from the temperature rise and the coolant temperature.

여기서, 온도 상승분 추정부(131)는 상 전류를 입력받아 그로부터 설정정보를 이용하여 손실 값을 추정하는 손실 추정부(132)와, 상기 손실 추정부(132)에서 구해진 손실 값과 열 저항 계수를 곱하여 전류에 의한 온도 상승분을 계산하는 상승분 계산부(133)를 포함한다.Here, the temperature rise estimator 131 receives the phase current and estimates a loss value using setting information from the loss estimator 132 and the loss value and thermal resistance coefficient obtained by the loss estimator 132. and an increase calculation unit 133 that multiplies and calculates a temperature increase due to current.

상기 손실 추정부(132)는 상 전류에 해당하는 손실 값을 설정정보인 맵이나 테이블, 또는 수식으로부터 결정하게 되는데, 상 전류는 음의 피크 값과 양의 피크 값 사이에서 크기가 주기적으로 변하는 교류(AC) 전류이므로, 온도 상승분 추정부(131)의 입력, 보다 명확히는 손실 추정부(132)의 입력은 음의 피크 전류와 양의 피크 전류까지가 된다. The loss estimator 132 determines the loss value corresponding to the phase current from a map, table, or formula, which is setting information. Since it is an (AC) current, the input of the temperature rise estimation unit 131, more specifically, the input of the loss estimation unit 132 becomes a negative peak current and a positive peak current.

다만, 손실 추정부(132)의 출력은 음의 전류나 양의 전류가 모두 열로 변환되므로 항상 양의 손실 값을 가지며, 상승분 계산부(133)에서는 구해진 손실 값에 DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈(120)에서 사용하는 동일한 열 저항 계수를 곱하여 순시 온도 상승분을 계산한다.However, the output of the loss estimation unit 132 always has a positive loss value because both negative current and positive current are converted into heat, and the riser calculation unit 133 calculates the loss value based on the DC current magnitude-based temperature estimation module ( 120) to calculate the instantaneous temperature rise by multiplying by the same thermal resistance coefficient.

또한, 온도 계산부(134)에서는 상기 온도 상승분에 냉각수 온도센서(17)에 의해 측정된 냉각수 온도를 더하여 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 순시 온도를 추정한다. In addition, the temperature calculator 134 estimates the instantaneous temperature of the switching element in which the temperature sensor is installed by adding the cooling water temperature measured by the cooling water temperature sensor 17 to the temperature rise.

다음으로, 온도 결정 모듈(140)은 DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈(120)의 온도 추정값과 AC 전류 기반 온도 추정모듈(130)의 온도 추정값, 소자 온도센서(13)에 의해 측정된 소자 온도 측정값에 기초하여 최종 스위칭 소자 온도를 결정한다.Next, the temperature determination module 140 measures the temperature estimation value of the DC current size-based temperature estimation module 120, the temperature estimation value of the AC current-based temperature estimation module 130, and the device temperature measured by the device temperature sensor 13. Based on the values, the final switching element temperature is determined.

여기서, 온도 결정 모듈(140)은 AC 전류 기반 온도 추정모듈(130)에서 추정되어 출력된 스위칭 소자 온도와 소자 온도센서(13)에 의해 측정된 스위칭 소자 온도 사이의 오차를 계산하는 오차 계산부(141)와, DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈에서 추정되어 출력된 최고 스위칭 소자 온도를 상기 오차 계산부(141)에서 계산되어 출력된 오차만큼 보정하여 최종의 스위칭 소자 온도를 산출하는 온도 결정부(142)를 포함한다.Here, the temperature determination module 140 is an error calculation unit that calculates an error between the switching element temperature estimated and output from the AC current-based temperature estimation module 130 and the switching element temperature measured by the element temperature sensor 13 ( 141), and a temperature determining unit 142 that calculates the final switching element temperature by correcting the maximum switching element temperature estimated and outputted from the DC current magnitude-based temperature estimation module by the error calculated and outputted by the error calculating unit 141 ).

이러한 구성에서, 온도 결정부(142)에서는 DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈(120)에서 구해진 최고 스위칭 소자 온도로부터 오차 계산부(141)에서 구해진 오차를 뺀 값으로 최종 스위칭 소자 온도가 결정될 수 있다.In this configuration, the temperature determination unit 142 may determine the final switching element temperature by subtracting the error obtained by the error calculation unit 141 from the highest switching element temperature obtained by the temperature estimation module 120 based on the size of the DC current.

이를 통해 DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈(120)이 가지는 오차가 상쇄될 수 있도록 하고, 이렇게 오차가 상쇄된 스위칭 소자 온도를 최종 값으로 결정하여 최대 전류가 흐르고 있는 불특정 스위칭 소자의 온도가 정확히 추정될 수 있도록 한다.Through this, the error of the temperature estimation module 120 based on the size of the DC current can be offset, and the temperature of the unspecified switching device through which the maximum current flows can be accurately estimated by determining the temperature of the switching element where the error is offset as a final value. make it possible

즉, 본 발명에서 구해지는 스위칭 소자 온도는, 모든 스위칭 소자의 온도를 정확히 측정할 수 없는 상황에서, 소자에 흐르고 있는 전류를 이용하여 최대 전류가 흐르고 있는 불특정 스위칭 소자(알 수 없는 소자)의 온도, 즉 온도가 가장 높다고 추정되는 스위칭 소자의 온도가 된다. That is, the switching element temperature obtained in the present invention is the temperature of an unspecified switching element (unknown element) in which the maximum current flows using the current flowing in the element in a situation where the temperature of all switching elements cannot be accurately measured. , that is, the temperature of the switching element estimated to have the highest temperature.

이상으로 본 발명의 실시예에 따른 온도 추정 시스템 및 그 방법에 대해 상세히 설명하였다.In the above, the temperature estimation system and method according to the embodiment of the present invention have been described in detail.

본 발명에서 최종 구해진 스위칭 소자의 온도는 스위칭 소자의 과온 방지를 위해 수행되는 과온 방지 로직, 즉 스위칭 소자의 추정 온도에 따라 출력을 제한하는 과온 방지 출력 제한 로직에 이용될 수 있다.In the present invention, the finally obtained temperature of the switching element may be used in over-temperature protection logic performed to prevent over-temperature of the switching element, that is, over-temperature prevention output limiting logic for limiting an output according to the estimated temperature of the switching element.

즉, 로직을 수행하는 과온 방지 출력 제한 모듈(150)이 추정된 스위칭 소자의 온도에 따라 출력을 제한하는 로직을 수행하는 것이다.That is, the over-temperature protection output limiting module 150 that performs the logic performs the logic of limiting the output according to the estimated temperature of the switching element.

여기서, 출력은 스위칭 소자를 포함하는 인버터의 출력 또는 인버터의 출력에 따라 제어되는 모터의 출력을 의미하는 것이 될 수 있으며, 과온 방지 출력 제한 모듈(150)이 추정된 스위칭 소자의 온도에 따라 인버터의 출력 또는 모터의 출력을 제한하는 출력 제한 로직을 수행하도록 구비될 수 있다.Here, the output may mean the output of an inverter including a switching element or the output of a motor controlled according to the output of the inverter, and the overtemperature prevention output limiting module 150 determines the output of the inverter according to the estimated temperature of the switching element. It may be arranged to perform output limiting logic to limit the output or the output of the motor.

예로서, 과온 방지 출력 제한 모듈(150)이 추정된 스위칭 소자의 온도에 상응하는 보정계수(토크 제한율과 관계됨)를 설정정보인 맵 또는 테이블로부터 결정하고, 이어 보정계수에 따라 모터 토크지령을 보정하여 수정된 모터 토크지령을 출력하도록 구비될 수 있다. For example, the overtemperature prevention output limit module 150 determines a correction coefficient (related to the torque limit rate) corresponding to the estimated temperature of the switching element from a map or table as setting information, and then commands the motor torque according to the correction coefficient It may be provided to output a corrected motor torque command by correcting .

도 7은 추정된 스위칭 소자의 온도에 따라 정해지는 출력 제한을 위한 보정계수를 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating a correction coefficient for limiting an output determined according to an estimated temperature of a switching element.

제어기(100)의 과온 방지 출력 제한 모듈(150)은 온도 결정 모듈(140)에서 결정된 스위칭 소자의 온도를 입력받고, 스위칭 소자의 온도에 상응하는 보정계수(1 이하의 값임)를 설정정보인 도 7과 같은 선도로부터 결정한다.The overtemperature prevention output limiting module 150 of the controller 100 receives the temperature of the switching element determined by the temperature determination module 140, and converts a correction coefficient (a value equal to or less than 1) corresponding to the temperature of the switching element into the setting information. It is determined from the same diagram as 7.

이어 모터 토크지령에 보정계수를 곱한 값으로 토크지령을 보정한 후 수정된 토크지령을 출력한다. Subsequently, the torque command is corrected with a value obtained by multiplying the motor torque command by the correction coefficient, and then the corrected torque command is output.

결국, 수정된 토크지령에 따라 모터의 구동이 제어됨으로써 스위칭 소자 과온 방지를 위한 인버터 및 모터의 출력 제한이 이루어지게 된다.As a result, the driving of the motor is controlled according to the corrected torque command, so that the output of the inverter and the motor is limited to prevent overheating of the switching element.

도 7을 참조하면, 추정된 스위칭 소자의 온도가 과온 방지 시작 온도에 도달할 경우 출력 제한이 시작되고, 과온 방지 시작 온도 이상인 조건에서 스위칭 소자의 온도가 높을수록 보정계수가 작은 값으로 설정되어 있으므로, 수정된 토크지령 또한 온도가 높을수록 작은 값이 된다.Referring to FIG. 7, when the estimated temperature of the switching element reaches the over-temperature prevention start temperature, the output limit is started, and the correction coefficient is set to a smaller value as the temperature of the switching element is higher than the over-temperature prevention start temperature. , the modified torque command also becomes smaller as the temperature increases.

이는 스위칭 소자의 온도가 높을수록 출력을 더욱 크게 제한하는 것, 즉 토크 제한량을 크게 하는 것을 의미한다.This means that the higher the temperature of the switching element, the larger the output limit, that is, the larger the torque limiting amount.

또한, 스위칭 소자의 온도가 과온 보호 시작 온도 이상으로 상승하여 토크 제한이 이루어질 때, 스위칭 소자에 흐르는 전류가 제한되어 줄게 되므로 소자의 온도 상승이 억제된다.In addition, when the temperature of the switching element rises above the overtemperature protection start temperature and the torque is limited, the current flowing through the switching element is limited and reduced, so that the temperature rise of the element is suppressed.

또한, 스위칭 소자의 온도가 더욱 상승하여 과온 방지 종료 온도에 도달하면, 보정계수(= 0, 토크 제한율 100%)에 의해 보정된 토크지령이 0이 되므로, 스위칭 제어가 중지되면서 소자를 통해서는 전류가 흐르지 않게 되는바, 결국 소자 온도는 더 이상하지 상승하지 않고 하강하게 된다.In addition, when the temperature of the switching element further rises and reaches the overtemperature prevention end temperature, the torque command corrected by the correction coefficient (= 0, torque limit rate 100%) becomes 0, so switching control is stopped and through the element As the current stops flowing, eventually the device temperature does not rise any more and falls.

도 8은 본 발명에 따른 온도 추정 과정을 나타내는 순서도로서, 추정 과정을 순차적으로 기술하면 다음과 같다.8 is a flowchart showing a temperature estimation process according to the present invention, and the estimation process is sequentially described as follows.

먼저, 스위칭 제어가 시작되어 온도 추정이 시작되고(S11), 냉각수 온도센서(17)에 의해 냉각수 온도가 측정되며, 소자 온도센서(13)에 의해 특정 스위칭 소자의 온도가 측정된다(S12).First, switching control starts and temperature estimation starts (S11), the coolant temperature is measured by the coolant temperature sensor 17, and the temperature of a specific switching element is measured by the element temperature sensor 13 (S12).

이어 소자 온도센서(13)가 설치된 스위칭 소자의 상 전류가 측정되고, 전류크기 계산모듈(110)에서는 전체 스위칭 소자의 3상 전류로부터 DC 전류 크기가 계산된다(S13).Then, the phase current of the switching element in which the element temperature sensor 13 is installed is measured, and the current size calculation module 110 calculates the DC current size from the three-phase current of all the switching elements (S13).

또한, DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈(120)의 온도 상승분 추정부(121)가 전류크기 계산모듈(110)에서 계산 및 출력된 DC 전류 크기(Imag)로부터 전류에 의한 스위칭 소자의 온도 상승분을 산출하고, 온도 계산부(124)가 상기 산출된 온도 상승분과 냉각수 센서에 의해 측정된 냉각수 온도로부터 최고 스위칭 소자 온도를 계산하여 추정한다(S14).In addition, the temperature rise estimation unit 121 of the DC current magnitude-based temperature estimation module 120 calculates the temperature rise of the switching element due to the current from the DC current magnitude Imag calculated and output from the current magnitude calculation module 110. The temperature calculator 124 calculates and estimates the highest switching element temperature from the calculated temperature increase and the coolant temperature measured by the coolant sensor (S14).

이와 더불어, AC 전류 기반 온도 추정모듈(130)에서는, 온도 상승분 추정부(131)가 소자 온도센서(13)가 설치된 스위칭 소자의 상 전류로부터 그 스위칭 소자의 온도 상승분을 산출하고, 온도 계산부(134)가 산출된 온도 상승분과 냉각수 온도로부터 소자 온도센서(13)가 설치된 스위칭 소자의 온도를 계산하여 추정한다(S15) In addition, in the AC current-based temperature estimation module 130, the temperature increase estimation unit 131 calculates the temperature increase of the switching element from the phase current of the switching element in which the element temperature sensor 13 is installed, and the temperature calculation unit ( 134) calculates and estimates the temperature of the switching element where the element temperature sensor 13 is installed from the calculated temperature rise and the coolant temperature (S15)

이어 온도 결정 모듈(140)에서는, 오차 계산부(141)에 의해 AC 전류 기반 온도 추정모듈(130)에서 추정되어 출력된 스위칭 소자의 온도와, 소자 온도센서(13)에 의해 측정된 스위칭 소자 온도 사이의 오차를 계산한다(S16).Next, in the temperature determination module 140, the temperature of the switching element estimated and output from the AC current-based temperature estimation module 130 by the error calculation unit 141 and the temperature of the switching element measured by the element temperature sensor 13 Calculate the error between (S16).

또한, 온도 결정 모듈(140)의 온도 결정부(142)는, DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈에서 추정 및 출력된 최고 스위칭 소자 온도를, 상기 오차 계산부(141)에서 계산 및 출력된 오차만큼 보정하여, 최종의 스위칭 소자 온도를 산출한다(S17)In addition, the temperature determining unit 142 of the temperature determining module 140 corrects the highest switching element temperature estimated and outputted from the temperature estimation module based on the magnitude of DC current by the error calculated and outputted from the error calculating unit 141. Then, the final switching element temperature is calculated (S17)

결국, 최종의 스위칭 소자 온도에 따라 전술한 바와 같은 과온 방지 제어가 수행될 수 있게 된다(S18).As a result, the above-described over-temperature prevention control can be performed according to the final switching element temperature (S18).

이와 같이 하여, 본 발명에 따르면, 전체 스위칭 소자에 대한 최고 소자 온도, 즉 최고 온도를 나타내고 있는 불특정 스위칭 소자의 온도를 상 전류(소자를 통해 흐르고 있는 전류)로부터 추정하고, 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 온도를 상 전류로부터 추정하며, 상기 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 추정 온도와 온도센서에 의해 측정된 온도를 비교하여 오차를 산출한 후, 상기 최고 소자 온도를 오차만큼 보정하는 방식으로 최종 온도를 구하게 됨으로써, 스위칭 소자의 정확한 온도 추정이 가능해지고, 소자 파손 등 종래기술의 문제점이 해소될 수 있다.In this way, according to the present invention, the highest element temperature for all switching elements, that is, the temperature of an unspecified switching element showing the highest temperature is estimated from the phase current (current flowing through the element), and the switching element with the temperature sensor installed The temperature of is estimated from the phase current, and an error is calculated by comparing the estimated temperature of the switching element in which the temperature sensor is installed with the temperature measured by the temperature sensor, and then the maximum device temperature is corrected by the error to obtain the final temperature. By obtaining, it is possible to accurately estimate the temperature of the switching element, and problems in the prior art, such as element damage, can be solved.

또한, 친환경 자동차의 모터 동력 시스템의 정확한 온도 예측을 통해 고온 동력 성능 개선이 가능해지고, 온도 추정의 부정확성으로 인한 조기 출력 제한을 방지할 수 있다.In addition, high-temperature power performance can be improved through accurate temperature prediction of the motor power system of the eco-friendly vehicle, and early output limitation due to inaccuracy of temperature estimation can be prevented.

또한, 인버터에서 사용되고 있는 전력용 반도체 소자의 온도를 정확히 추정할 수 있으므로 소자의 수명 연장이 가능해지고, 전력 사용량에 따른 온도 상승/하강 패턴 변화를 감지하여 소자의 정확한 잔류 수명을 예측하는데 응용하는 것이 가능하다. In addition, since the temperature of the power semiconductor device used in the inverter can be accurately estimated, the lifetime of the device can be extended, and it is applied to accurately predict the remaining life of the device by detecting the change in the temperature rise/fall pattern according to the power consumption. It is possible.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims It is also included in the scope of the present invention.

10 : 전력용 반도체 11 : IGBT
12 : 다이오드 13 : 소자 온도센서
14 : 방열판 15 : 방열핀
16 : 냉각수 유로 17 : 냉각수 온도센서
100 : 제어기 110 : 전류크기 계산모듈
111 : 3상/d-q 좌표 변환기 112 : 전류크기 계산부
120 : DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈
121 : 온도 상승분 추정부 122 : 손실 추정부
123 : 상승분 계산부 124 : 온도 계산부
130 : AC 전류 기반 온도 추정모듈 131 : 온도 상승분 추정부
132 : 손실 추정부 133 : 상승분 계산부
134 : 온도 계산부 140 : 온도 결정 모듈
141 : 오차 계산부 142 : 온도 결정부
150 : 과온 방지 출력 제한 모듈10: power semiconductor 11: IGBT
12: diode 13: element temperature sensor
14: heat sink 15: heat sink fin
16: cooling water flow path 17: cooling water temperature sensor
100: controller 110: current size calculation module
111: 3-phase / dq coordinate converter 112: current size calculator
120: temperature estimation module based on DC current size
121: temperature rise estimation unit 122: loss estimation unit
123: rise calculation unit 124: temperature calculation unit
130: AC current-based temperature estimation module 131: temperature rise estimation unit
132: loss estimation unit 133: rise calculation unit
134: temperature calculation unit 140: temperature determination module
141: error calculation unit 142: temperature determination unit
150: over-temperature protection output limiting module

Claims (17)

전체 스위칭 소자 중 선택된 스위칭 소자에 설치되어 스위칭 소자의 온도를 측정하는 소자 온도센서;
스위칭 소자 냉각을 위한 냉각수 유로에 설치되어 냉각수 온도를 측정하는 냉각수 온도센서; 및
스위칭 소자의 구동시 출력되는 3상 전류로부터 DC 전류 크기를 계산하고, 상기 계산된 DC 전류 크기와 상기 냉각수 온도센서에 의해 측정된 냉각수 온도에 기초하여 최고 스위칭 소자 온도를 추정하며, 상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 상 전류와 상기 냉각수 온도센서에 의해 측정된 냉각수 온도에 기초하여 상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 온도를 추정한 후, 상기 추정된 최고 스위칭 소자 온도와 상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 추정 온도, 상기 소자 온도센서에 의해 측정된 실제 스위칭 소자 온도에 기초하여 최종 스위칭 소자 온도를 결정하는 제어기를 포함하는 스위칭 소자의 온도 추정 시스템.
an element temperature sensor installed in a selected switching element among all switching elements to measure the temperature of the switching element;
a cooling water temperature sensor installed in the cooling water passage for cooling the switching element to measure the cooling water temperature; and
A DC current magnitude is calculated from the three-phase current output when the switching element is driven, a maximum switching element temperature is estimated based on the calculated DC current magnitude and the cooling water temperature measured by the cooling water temperature sensor, and the element temperature sensor After estimating the temperature of the switching element in which the element temperature sensor is installed based on the phase current of the switching element in which is installed and the coolant temperature measured by the coolant temperature sensor, the estimated maximum switching element temperature and the element temperature sensor in which the element temperature sensor is installed A system for estimating a temperature of a switching element comprising a controller that determines a final switching element temperature based on an estimated temperature of the switching element and an actual switching element temperature measured by the element temperature sensor.
 청구항 1에 있어서,
상기 제어기는,
스위칭 소자의 구동시 출력되는 3상 전류로부터 DC 전류 크기를 계산하여 출력하는 전류크기 계산모듈;
상기 전류크기 계산모듈에서 출력된 DC 전류 크기와 측정된 냉각수 온도에 기초하여 최고 스위칭 소자 온도를 추정하여 출력하는 DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈;
상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 상 전류와 측정된 냉각수 온도에 기초하여 상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 온도를 추정하여 출력하는 AC 전류 기반 온도 추정모듈; 및
상기 DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈과 AC 전류 기반 온도 추정모듈에서 각각 추정된 스위칭 소자 온도와 상기 소자 온도센서에 의해 측정된 스위칭 소자의 실제 온도에 기초하여 최종 스위칭 소자 온도를 결정하는 온도 결정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 온도 추정 시스템.
The method of claim 1,
The controller,
A current size calculation module that calculates and outputs a DC current size from the three-phase current output when the switching element is driven;
a DC current magnitude-based temperature estimating module for estimating and outputting a maximum switching element temperature based on the DC current magnitude output from the current magnitude calculation module and the measured coolant temperature;
an AC current-based temperature estimating module for estimating and outputting the temperature of the switching element in which the element temperature sensor is installed based on the phase current of the switching element in which the element temperature sensor is installed and the measured coolant temperature; and
A temperature determination module for determining a final switching element temperature based on the switching element temperature estimated by the DC current magnitude-based temperature estimation module and the AC current-based temperature estimation module, respectively, and the actual temperature of the switching element measured by the element temperature sensor. A system for estimating the temperature of a switching element comprising:
 청구항 2에 있어서,
상기 전류크기 계산모듈은,
3상 전류를 입력받아 d축 전류와 q축 전류로 변환하는 3상/d-q 좌표 변환기; 및
상기 변환된 d축 전류와 q축 전류로부터 DC 전류 크기를 계산하는 전류크기 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 온도 추정 시스템.
The method of claim 2,
The current size calculation module,
a three-phase/dq coordinate converter that converts three-phase current into d-axis current and q-axis current; and
Temperature estimating system of the switching element, characterized in that it comprises a current size calculator for calculating the DC current size from the converted d-axis current and q-axis current.
 청구항 3에 있어서,
상기 전류크기 계산부는 3상/d-q 좌표 변환기에서 출력되는 d축 전류(id)와 q축 전류(iq)를 입력받아 아래의 식으로부터 DC 전류 크기(Imag)를 계산하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 온도 추정 시스템.
식:
Figure 112016111652388-pat00002

The method of claim 3,
The current size calculator receives the d-axis current (i d ) and the q-axis current (i q ) output from the 3-phase / dq coordinate converter and calculates the DC current size (Imag) from the equation below Switching characterized in that Device temperature estimation system.
ceremony:
Figure 112016111652388-pat00002

 청구항 2에 있어서,
상기 DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈은,
상기 전류크기 계산모듈에서 출력된 DC 전류 크기로부터 전류에 의한 스위칭 소자의 온도 상승분을 산출하는 온도 상승분 추정부; 및
상기 산출된 온도 상승분과 측정된 냉각수 온도로부터 최고 스위칭 소자 온도를 계산하는 온도 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 온도 추정 시스템.
The method of claim 2,
The DC current magnitude-based temperature estimation module,
a temperature rise estimator calculating a temperature rise of the switching element due to the current from the DC current output from the current size calculation module; and
and a temperature calculation unit for calculating a maximum switching element temperature from the calculated temperature rise and the measured coolant temperature.
 청구항 5에 있어서,
상기 온도 상승분 추정부는,
상기 전류크기 계산모듈에서 출력된 DC 전류 크기로부터 설정정보를 이용하여 손실 값을 결정하는 손실 추정부; 및
상기 손실 추정부에서 구해진 손실 값과 열 저항 계수를 곱하여 전류에 의한 스위칭 소자의 온도 상승분을 계산하는 상승분 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 온도 추정 시스템.
The method of claim 5,
The temperature rise estimation unit,
a loss estimator for determining a loss value from the DC current output from the current size calculation module using setting information; and
and an increase calculation unit for calculating a temperature increase of the switching element due to current by multiplying the loss value obtained by the loss estimation unit and a thermal resistance coefficient.
 청구항 2에 있어서,
상기 AC 전류 기반 온도 추정모듈은,
상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 상 전류를 입력받아 그로부터 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 온도 상승분을 산출하는 온도 상승분 추정부; 및
상기 산출된 온도 상승분과 측정된 냉각수 온도로부터 상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 온도를 계산하는 온도 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 온도 추정 시스템.
The method of claim 2,
The AC current-based temperature estimation module,
a temperature rise estimating unit receiving the phase current of the switching element in which the element temperature sensor is installed and calculating a temperature rise in the switching element in which the element temperature sensor is installed; and
and a temperature calculation unit for calculating the temperature of the switching element in which the element temperature sensor is installed from the calculated temperature rise and the measured coolant temperature.
 청구항 7에 있어서,
상기 온도 상승분 추정부는,
상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 상 전류로부터 설정정보를 이용하여 손실 값을 추정하는 손실 추정부; 및
상기 손실 추정부에서 구해진 손실 값과 열 저항 계수를 곱하여 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 온도 상승분을 계산하는 상승분 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 온도 추정 시스템.
The method of claim 7,
The temperature rise estimation unit,
a loss estimation unit estimating a loss value using set information from the phase current of the switching element in which the element temperature sensor is installed; and
and an increase calculation unit for multiplying the loss value obtained by the loss estimation unit and a thermal resistance coefficient to calculate a temperature increase of the switching element in which the device temperature sensor is installed.
 청구항 2에 있어서,
상기 온도 결정 모듈은,
상기 AC 전류 기반 온도 추정모듈에서 출력된 스위칭 소자 온도와 상기 소자 온도센서에 의해 측정된 스위칭 소자 온도 사이의 오차를 계산하여 출력하는 오차 계산부; 및
상기 DC 전류 크기 기반 온도 추정모듈에서 출력된 스위칭 소자 온도를 상기 오차 계산부에서 출력된 오차만큼 보정하여 최종의 스위칭 소자 온도를 산출하는 온도 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 온도 추정 시스템.
The method of claim 2,
The temperature determination module,
an error calculator calculating and outputting an error between the switching element temperature output from the AC current-based temperature estimation module and the switching element temperature measured by the element temperature sensor; and
and a temperature determination unit for correcting the switching element temperature output from the DC current magnitude-based temperature estimation module by an error output from the error calculating unit to calculate a final switching element temperature.
 전체 스위칭 소자 중 선택된 스위칭 소자에 설치된 소자 온도센서에 의해 스위칭 소자의 온도가 측정되고, 냉각수 온도센서에 의해 스위칭 소자 냉각을 위한 냉각수 온도가 측정되는 단계;
스위칭 소자의 구동시 출력되는 3상 전류로부터 DC 전류 크기를 계산하는 단계;
상기 계산된 DC 전류 크기와 상기 냉각수 온도센서에 의해 측정된 냉각수 온도에 기초하여 최고 스위칭 소자 온도를 추정하는 단계;
상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 상 전류와 상기 냉각수 온도센서에 의해 측정된 냉각수 온도에 기초하여 상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 온도를 추정하는 단계; 및
상기 추정된 최고 스위칭 소자 온도와 상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 추정 온도, 상기 소자 온도센서에 의해 측정된 실제 스위칭 소자 온도에 기초하여 최종 스위칭 소자 온도를 결정하는 단계를 포함하는 스위칭 소자의 온도 추정 방법.
measuring the temperature of the switching element by an element temperature sensor installed in the selected switching element among all the switching elements and measuring the temperature of the cooling water for cooling the switching element by the cooling water temperature sensor;
Calculating the magnitude of the DC current from the three-phase current output when the switching element is driven;
estimating a maximum switching element temperature based on the calculated magnitude of the DC current and the coolant temperature measured by the coolant temperature sensor;
estimating the temperature of the switching element in which the element temperature sensor is installed based on the phase current of the switching element in which the element temperature sensor is installed and the cooling water temperature measured by the cooling water temperature sensor; and
and determining a final switching element temperature based on the estimated highest switching element temperature, the estimated temperature of the switching element in which the element temperature sensor is installed, and the actual switching element temperature measured by the element temperature sensor. estimation method.
 청구항 10에 있어서,
상기 DC 전류 크기를 계산하는 단계에서,
상기 3상 전류를 d축 전류와 q축 전류로 변환하고, 상기 변환된 d축 전류와 q축 전류로부터 DC 전류 크기를 계산하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 온도 추정 방법
The method of claim 10,
In the step of calculating the magnitude of the DC current,
Converting the three-phase current into a d-axis current and a q-axis current, and calculating a DC current size from the converted d-axis current and q-axis current. Method for estimating temperature of a switching element
 청구항 11에 있어서,
상기 DC 전류 크기(Imag)는 d축 전류(id)와 q축 전류(iq)로부터 아래의 식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 온도 추정 방법.
식:
Figure 112016111652388-pat00003

The method of claim 11,
The DC current magnitude (Imag) is a temperature estimation method of a switching element, characterized in that calculated by the equation below from the d-axis current (i d ) and the q-axis current (i q ).
ceremony:
Figure 112016111652388-pat00003

 청구항 10에 있어서,
상기 최고 스위칭 소자 온도를 추정하는 단계는,
상기 DC 전류 크기로부터 전류에 의한 스위칭 소자의 온도 상승분을 산출하는 과정; 및
상기 산출된 온도 상승분과 측정된 냉각수 온도로부터 최고 스위칭 소자 온도를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 온도 추정 방법.
The method of claim 10,
The step of estimating the highest switching element temperature,
Calculating a temperature rise of the switching element by the current from the magnitude of the DC current; and
and calculating a maximum switching element temperature from the calculated temperature rise and the measured coolant temperature.
 청구항 13에 있어서,
상기 온도 상승분을 산출하는 과정에서,
상기 DC 전류 크기로부터 설정정보를 이용하여 손실 값을 결정하고,
상기 결정된 손실 값과 열 저항 계수를 곱하여 스위칭 소자의 온도 상승분을 계산하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 온도 추정 방법.
The method of claim 13,
In the process of calculating the temperature rise,
Determine a loss value using setting information from the magnitude of the DC current;
Method for estimating temperature of a switching element, characterized in that for calculating the temperature rise of the switching element by multiplying the determined loss value and the thermal resistance coefficient.
 청구항 10에 있어서,
상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 온도를 추정하는 단계는,
상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 상 전류로부터 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 온도 상승분을 산출하는 과정; 및
상기 산출된 온도 상승분과 측정된 냉각수 온도로부터 상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 온도를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 온도 추정 방법.
The method of claim 10,
The step of estimating the temperature of the switching element in which the element temperature sensor is installed,
calculating a temperature increase of the switching element in which the element temperature sensor is installed from the phase current of the switching element in which the element temperature sensor is installed; and
and calculating the temperature of the switching element in which the element temperature sensor is installed from the calculated temperature rise and the measured coolant temperature.
 청구항 15에 있어서,
상기 온도 상승분을 산출하는 과정에서,
상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 상 전류로부터 설정정보를 이용하여 손실 값을 추정하고,
상기 결정된 손실 값과 열 저항 계수를 곱하여 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 온도 상승분을 계산하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자의 온도 추정 방법.
The method of claim 15
In the process of calculating the temperature rise,
Estimating a loss value using setting information from the phase current of a switching element in which the element temperature sensor is installed;
The temperature estimation method of the switching element, characterized in that for calculating the temperature rise of the switching element in which the element temperature sensor is installed by multiplying the determined loss value and the thermal resistance coefficient.
 청구항 10에 있어서,
상기 최고 스위칭 소자 온도를 결정하는 단계는,
상기 소자 온도센서가 설치된 스위칭 소자의 추정 온도와, 상기 소자 온도센서에 의해 측정된 실제 스위칭 소자 온도 사이의 오차를 계산하는 과정; 및
상기 추정된 최고 스위칭 소자 온도를 상기 오차만큼 보정하여 최종 스위칭 소자 온도를 산출하는 과정을 포함하는 스위칭 소자의 온도 추정 방법.The method of claim 10,
Determining the highest switching element temperature,
calculating an error between an estimated temperature of a switching element in which the element temperature sensor is installed and an actual switching element temperature measured by the element temperature sensor; and
and correcting the estimated highest switching element temperature by the error to calculate a final switching element temperature.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020121055A1 (en) * 2018-12-13 2020-06-18 World Courier Management Limited Blast gel pack conditioning equipment
KR102279825B1 (en) * 2021-04-28 2021-07-20 주식회사 씨케이미디어 Electronic display system
KR102642158B1 (en) * 2022-01-25 2024-03-04 케이지모빌리티 주식회사 Motor output control device using thermoelectric element

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4207600B2 (en) 2003-02-25 2009-01-14 トヨタ自動車株式会社 Electric circuit monitoring device and monitoring method
JP5626478B2 (en) 2011-09-27 2014-11-19 トヨタ自動車株式会社 Cooling device abnormality detection device and abnormality detection method
JP2015130769A (en) 2014-01-08 2015-07-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 Motor system controller
JP5880734B2 (en) * 2012-12-12 2016-03-09 富士電機株式会社 Semiconductor chip temperature estimation device and overheat protection device
JP5920492B2 (en) * 2015-01-20 2016-05-18 ダイキン工業株式会社 Temperature estimation device and semiconductor device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101183065B1 (en) * 2010-11-24 2012-09-20 주식회사 팩테크 Field-Weakening Control Method and Apparatus for Controlling Torque of 3-Phase Motor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4207600B2 (en) 2003-02-25 2009-01-14 トヨタ自動車株式会社 Electric circuit monitoring device and monitoring method
JP5626478B2 (en) 2011-09-27 2014-11-19 トヨタ自動車株式会社 Cooling device abnormality detection device and abnormality detection method
JP5880734B2 (en) * 2012-12-12 2016-03-09 富士電機株式会社 Semiconductor chip temperature estimation device and overheat protection device
JP2015130769A (en) 2014-01-08 2015-07-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 Motor system controller
JP5920492B2 (en) * 2015-01-20 2016-05-18 ダイキン工業株式会社 Temperature estimation device and semiconductor device

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