功率逆变器模块的降额控制的制作方法

功率逆变器模块的降额控制的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种系统，其包括DC电池组、逆变器冷却剂回路、第一和第二温度传感器、多相电机和连接到所述电池组和电机的功率逆变器模块(PIM)。所述PIM包括多个半导体开关。所述控制器可操作，以选择性降额所述PIM并由此减小向所述电机的命令扭矩。所述控制器被编程以执行一种方法并由此从第一温度传感器接收冷却剂温度并从第二温度传感器接收PIM温度，并且确定所述电机的一组电气值。所述控制器利用所述冷却剂的温度、所述PIM的温度和所述一组电气值来估计所述半导体开关的结温。当所述PIM的温度超过标定的最大温度时所述控制器利用所估计的结温选择性降额所述PIM。
【专利说明】
功率逆变器模块的降额控制
技术领域
[0001 ]本发明设及功率逆变器模块的降额控制。
【背景技术】
[0002] 混合动力车辆或电池电动车辆的动力总成典型地包括一个或多个高电压电机， 良P，马达发电机单元或电牵引马达。每个电机从可再充电直流(DC)电池组汲取电功率。被供 电的电机向变速器的各个齿轮组传送马达扭矩，达到控制器所决定的总的可用扭矩。增压 变换器可W在一些设计中用于增加电池输出电压到适于由电机使用的水平。
[0003] 功率逆变器模块或PIM包括半导体开关，如IGBT或MOSFET，其通常通过脉宽调制 (PWM)技术控制。PIM的操作最终将被增压的DC电池输出电压转变成交流(AC)输出电压。AC 输出电压然后被施加到电机的各个相绕组。被供电的电机产生马达扭矩，该马达扭矩取决 于操作模式给车辆供能或者给电池组再充电。PIM内的半导体开关在延展的PWM开关操作期 间会变热。因此，已知为降额(derate)的过程被使用，W降低PIM的功率输出并由此保护半 导体开关免于过热。

【发明内容】

[0004] 在此公开了一种系统，该系统包括直流(DC)电池组、第一和第二溫度传感器、至少 一个多相电机、功率逆变器模块(P M)和逆变器冷却剂回路，其中所述功率逆变器模块电连 接到所述电池组和电机。所述PIM包括多个半导体开关，即，两个或多个开关。系统的控制器 与PIM连通并被编程W选择性降额PIM、并由此减小对电机的命令扭矩。所述控制器被编程 W从第一溫度传感器接收逆变器冷却剂回路中的冷却剂的溫度、W及从第二溫度传感器接 收PIM的溫度，并且确定电机的一组电气值。所述控制器也被编程W利用冷却剂的溫度、PIM 的溫度W及所述一组电气值来估计所述半导体开关的结溫（junction temperature)。当所 述PIM的溫度超过标定的最大溫度时，所述控制器利用所估计的结溫来选择性降额所述 PIM。
[0005] 所述控制器可W被编程为通过减小传送到电机的相电流来降额所述PIM。在其他 时间，所述控制器可W通过改变降额方法(例如，在DP歷和SVPWM开关方法之间改变和/或通 过减小开关频率)来降额所述PIM。
[0006] 所述一组电气值可W包括电机的各个相电流。在运样的实施方式中，控制器可W 在控制器的存储器中记录标定数量的相电流的相对应值，W产生累积相电流，即，相电流历 史，并且当所述累积相电流和瞬态相电流二者都超过相对应的阔值时选择性降额所述PIM。
[0007] 在可选实施方式中，所述一组电气值可W包括所述半导体开关的功率损失和热阻 抗。
[000引所述控制器可W被编程W计算表示半导体开关的寿命的数值使用因数，并且利用 计算的数值使用因数减小半导体开关的标定最大溫度。当所述系统是车辆时，车辆的里程 表读数可W用于计算所述数值使用因数。
[0009] 所述控制器可W被编程有标定冷却剂溫度设定点、和电压对冷却剂溫度的曲线或 表格关系。在运种实施方式中，当逆变器冷却剂回路中的冷却剂的被测量冷却剂溫度超过 所述标定冷却剂溫度设定点并且施加到电机的当前电压相对于所述曲线较高时，控制器可 W限制向半导体开关的施加电压。
[0010] 所述控制器可W被编程W监视相对于相电流的冷却剂溫度中的变化趋势，即，随 时间变化的速率和方向，并且利用该趋势检测所述冷却剂的潜在损失。
[0011] 在此，也公开了一种用于降额系统中的PIM的方法，该系统具有PIM、DC电池模块、 逆变器冷却剂回路W及一个或多个多相电机。在特定实施方式中，所述方法包括通过控制 器从第一溫度传感器接收逆变器冷却剂回路的冷却剂的溫度并从第二溫度传感器接收PIM 的溫度，并然后确定电机的一组电气值。所述方法也包括利用冷却剂的溫度、PIM的溫度和 所述一组电气值估计所述PIM的多个半导体开关的结溫。另外，所述方法包括在所述PIM的 溫度超过标定的最大溫度时通过所述控制器利用所估计的结溫降额所述PIM，W由此减小 对所述电机的命令扭矩。
[0012] 根据本发明的具体方案，提出了用于降额一系统中的功率逆变器模块(PIM)的方 法，所述系统具有功率逆变器模块、直流电池组、用于通过冷却剂的循环而冷却功率逆变器 模块的逆变器冷却剂回路、W及多相电机，所述方法包括：
[0013] 通过控制器从第一溫度传感器接收逆变器冷却剂回路中的冷却剂的溫度；
[0014] 通过控制器从第二溫度传感器接收功率逆变器模块的溫度；
[0015] 确定所述电机的一组电气值，包括所述电机的电流值；
[0016] 利用所述冷却剂的溫度、功率逆变器模块的溫度和所述一组电气值，估计所述功 率逆变器模块的多个半导体开关的结溫；W及
[0017] 当所述功率逆变器模块的溫度超过标定的最大溫度时，通过所述控制器利用所估 计的结溫选择性降额所述功率逆变器模块，由此减小地所述电机的命令扭矩，包括限制对 所述多相电机命令的扭矩W及从所述多相电机可获得的扭矩。
[0018] 优选地，其中，所述系统是具有变速器的车辆，并且其中选择性降额所述功率逆变 器模块包括使得所述电机传送减小水平的马达扭矩到所述变速器。
[0019] 优选地，其中，降额所述功率逆变器模块包括减小传送到所述电机的相电流。
[0020] 优选地，其中，所述一组电气值包括所述电机的相电流。
[0021] 优选地，方法还包括在所述控制器的存储器中记录标定数量的相电流的对应值， W由此产生累积相电流；W及
[0022] 当所述累积相电流和瞬态相电流超过对应的阔值时，通过所述控制器选择性地降 额所述功率逆变器模块。
[0023] 优选地，所述一组电气值包括所述半导体开关的热阻抗和功率损失。
[0024] 优选地，方法还包括：
[0025] 通过所述控制器计算数值使用因数，所述数值使用因数指示所述半导体开关的寿 命；W及
[0026] 利用所述计算的数值使用因数减小所述标定的最大溫度。
[0027] 优选地，方法还包括当测量的冷却剂溫度落在标定的冷却剂溫度设定点之下并且 施加到电机的当前相位电压相对于标定值较高时，限制施加到功率逆变器模块的半导体开 关上的电压。
[0028] 优选地，所述控制器被编程W监视相对于所述电机的相电流的、所述冷却剂的溫 度的变化的趋势，并利用该趋势检测所述冷却剂的潜在损失。
[0029] 优选地，所述控制器被编程为改变功率逆变器模块的脉宽调制开关方法，减小半 导体开关的开关频率，W及减小向所述电机命令的扭矩或电流，并且被进一步编程为通过 选择W下中的一项来选择性降额所述功率逆变器模块:改变所述功率逆变器模块的脉宽调 制开关方法、减小所述半导体开关的开关频率和减小向所述电机命令的扭矩或电流。
[0030] 本发明的上述和其他特征和优点从下面最佳模式的详细描述并结合附图考虑时 轻易理解到。
【附图说明】
[0031] 图1是具有功率逆变器模块(PIM)和编程有在此描述的降额控制逻辑组的车辆的 示意图；
[0032] 图2是总地描述本降额策略的操作的曲线，且可用的马达扭矩在竖直轴线上绘制、 并且测量的PIM溫度在水平轴线上绘制；
[0033] 图3A是描绘第一实施方式中图1的PIM的降额操作的方法的流程图；
[0034] 图3B是描绘在第二实施方式中的图1的PIM的降额操作的方法的流程图；
[0035] 图4是描绘本降额策略的操作的曲线，且阻挡电压绘制在竖直轴线上而冷却剂溫 度绘制在水平轴线上；
[0036] 图5是描绘本降额测量的操作的曲线，且可用的扭矩绘制在竖直轴线上、而结溫绘 制在水平轴线上；
[0037] 图6是描绘本降额策略的操作的曲线，且改变的结溫绘制在竖直轴线上、相电流绘 制在水平轴线上；
[0038] 图7是在竖直轴线上描绘功率损失并且在水平轴线上描绘马达速度的曲线。
【具体实施方式】
[0039] 参照附图，图中相同的附图标记在几幅图中表示相同的部件，示意性示例车辆10 在图1中示出，所述车辆具有变速器(T) 14，该变速器具有输入构件15和输出构件17。当构造 为混合动力电动车辆时，车辆10可W可选地包括内燃机化)12,且发动机12通过曲轴13连接 到变速器14。可替代的是，车辆10可W是放弃使用发动机12的电池电动车辆。
[0040] 变速器14包括或连接到至少一个多相电机(M)20,该多相电机为电牵引马达或者 马达发电机单元的形式。虽然为了图示简单在图1中仅示意性示出仅一个电机20,但是可W 使用两个或多个电机20。在此描述的任何控制步骤可W延展到在其他实施方式中的多个电 机20的控制，如本领域技术人员所理解的。
[0041] 电机20W马达速度(箭头Nm)旋转。可选的发动机12类似地W发动机速度(箭头化） 旋转，并且可W可选择地通过输入离合器Cl(例如盘式离合器)或离合器和阻尼组件的操作 连接到输入构件15W及从输入构件15断开。变速器14由此从发动机12和/或电机20接收输 入扭矩(箭头Ti)并且将输出扭矩(箭头To)传递到输出构件17。输出构件17最终将输出扭矩 (箭头Tq)传送到驱动轴16和一组驱动车轮18。
[0042] 每个电机200通过直流(DC)电池组(B)24和相关联的功率电子器件（未示出）通过 功率逆变器模块(PIM)22供电。如图1中示意性示出的电池冷却剂回路19B可W用于将冷却 剂(箭头Cb)循环到电池组24。同样，逆变器冷却剂回路191可W用于将冷却剂(箭头Cl)循环 至化IM 22W及相关联的功率电子器件。在图1的示例性实施方式中，功率电子器件冷却剂回 路(PEa)累(未示出巧区动逆变器冷却剂回路191内的冷却剂，且控制器50控制冷却剂累19B 和 191。
[0043] 电池组24通过DC总线25电连接到PIM 22dPIM 22又通过交流(AC)总线27电连接到 电机20。通过一组半导体开关21的操作，PIM 22可操作W将来自电池组24的DC电压转变成 适于给电机20或多个运种机器供电的AC输出。半导体开关技术，如脉宽调制(PWM)和相关联 的IGBT、M0SEFT或晶闽管半导体开关在本领域中是已知的，并因此PWM开关技术和底层半导 体结构的详细描述被省略W简化说明。
[0044] 图1的车辆10也包括控制器(050,该控制器50被编程和适当的配置在相关联的硬 件中，W控制PIM 22的操作。尤其是，控制器50W取决于车辆10上的电气条件的方式自动地 降低或降额来自PIM 22的功率输出，如下面描述的。降额暂时地限制对电机20的扭矩命令 和/或来自电机20的可用输出扭矩，运例如通过W下进行:降低电压、电流、PWM，或通过其他 开关方法，和/或PIM 22的开关频率，由此降低PIM22的半导体开关21的实际结溫。运个目的 可W根据下面参照图2至7描述的方法100或200实现。
[0045] 图1的控制器50将控制信号（箭头11)传输到PIM 22,并且在方法100中，从定位在 PIM 22内的溫度传感器St(例如，热敏电阻或其他适当的溫度传感器)接收测量的溫度(Ts)。 控制器50也从定位在逆变器冷却剂回路191内的另一个运种传感器St接收冷却剂溫度(Tc), 并可操作W测量在逆变器冷却剂回路191内流动的冷却剂的溫度，并也可W从相电流传感 器Si接收测量的相电流值（Iph)。可替代的，为了减少传感器的数量，每个电相位的相电流 (Iph)可W被计貸，邮：
[0046]
[0047] 其中，Id和Iq是向电机20控制器提供的d轴和q轴电流命令，如本领域中公知的。
[004引与电机20和PIM 22连通的控制器50包括处理器P和存储器M。存储器M包括有形非 瞬态存储器，例如，只读存储器，无论是光学的、磁性的、闪存或其他的。控制器50也包括足 够量的随机存取存储器、电可操作可编程只读存储器等，W及高速时钟，模数和数模电路， 和输入/输出电路和器件，W及适当的信号调节和缓冲电路。
[0049] 传统的降额技术将接收到的测量的PIM溫度与溫度Ts比较，该溫度Ts作用为用于运 种PIM中的半导体开关的溫度的近似值，即，结溫(0J)。接收到的溫度Ts与标定的阔值最大溫 度，例如150°C，相比较，并且基于运个比较结果来做出降额决定。本控制方法与运个传统偏 离，运是因为在此认识到了传统方法难于精确地实时确定开关的结溫。在图1中所示的车辆 10中，例如，用于测量结溫的热敏电阻或其他传感器不能精确设置在开关21的真实开关结 (switching junction)处。此外，运种传感器具有相对低的动态响应。因此，本方法开始于 运一识别:被测量的结溫，例如，Ts,被延迟，并因此不是在任何给定时刻结溫的真实或精确 表不。
[0050] 为了考虑任何远程定位的热敏电阻的使用和它们相对慢的动态响应，标定的最大 溫度可W被降低W赋予误差的固定裕度。运个方法的结果可W是PIM 22的操作，并由此电 机20的扭矩输出在半导体开关21的开关结变得过热之前很长时间就被限制。下面描述的本 方法100和替代方法200意在解决运个特定控制问题。在方法200的情况下，传感器St可W被 省略，运是因为结溫纯粹通过计算来估计，或者传感器St可W被保持用于检测有可能的冷 却剂故障，如下面参照图3B所解释的。
[0051] 参照图2的迹线30,该图2在竖直轴线上描绘了来自电机20的可用的马达扭矩 (TA),并在水平轴线上描绘了测量溫度(Ts),上面总体上描述的不同降额方法的效果被示为 图2的迹线34和36。迹线34和36分别表示传统的和过保护的降额方法。迹线34W线性方式描 述了在达到标定的最大溫度(Tcal)之前图1的PIM 22的输出的降额。迹线36示出误差的额外 裕度，且迹线36W第一速率快速下降并然后W较慢的第二速率接近零。通过对比，本方法 100和200的效果被描绘为迹线32。如下面解释的，半导体开关21的结溫的估计或计算可W 例如基于相电流和冷却剂溫度（Tc)。区35示出了通过方法100和200释放的可用马达扭矩 (TA)，由此允许较宽的可能操作区域。
[0052] 参照图3A，描绘了用于方法100的第一示例性实施方式，其中在图1中示出的半导 体开关21的结溫（0J)被间接估计或预测。在方法100中，考虑相电流值，既在于瞬态相电流 (Iph)方面也在于累计相电流（Iph*)方面，即，相电流的最近历史。关于相电流历史，控制器 50可W在它的存储器(M)中记录在图1的车辆10的给定驾驶循环上的标定数量的相电流 (Iph),如，在循环缓冲区或阵列中，且最早记录的值被最近收集的值覆盖。离散的相电流测 量值可W与开关21的每个选通脉冲一起记录。如本领域中已知的，图1的相电流传感器(Si) 可W用于测量典型的AC或多相电机的S个相电流（Iph)中的两个，且第S个相电流利用已知 的两个相电流计算，或者该相电流可W从d轴和q轴电流计算，如上面指出的。
[0053] 在可选的步骤101，车辆10行进的累积距离读取到控制器50的存储器M中。例如，控 制器50可W将里程表(ODOM)的当前值读取到存储器M中。可选的步骤101然后进行到可选步 骤 103。
[0054] 在步骤102,图1的控制器50确定相电流(Iph)的值、在给定驾驶循环或系列最近驾 驶循环内的指定采样数量上的累积相电流（Iph*)，测量的/热敏电阻溫度(Ts)、W及在逆变 器冷却剂回路191内循环的冷却剂的冷却剂溫度(Tc),并然后将运些值暂时存储在存储器 (M)中。然后，运个信息用在步骤104、118和120中，且方法100进行到步骤104。
[0055] 在可选的步骤103,控制器50可W计算数值使用因数(UF)。当半导体开关21是新的 时，它们具有较低的热阻抗。随着半导体开关21老化，半导体开关21随时间的任何退化导致 较高的热阻抗并由此导致较高的溫度。步骤103可W包括使用里程表读数作为半导体开关 21的老化的代表，运可W在步骤104中应用。在可能的实施方式中，运种使用因数可W数学 地表示为：
[0化6]
[0057]其中DF表示标定的数值退化因数，例如0.06,且图1的半导体开关21的目标寿命为 标定的值。在计算使用因数之后，方法100进行到步骤104。
[005引在步骤104,控制器50确定来自图1的PIM 22内的测量溫度(Ts)是否超过第一标定 值(CAb),即，预定的最大溫度值，如150°C。当使用可选的步骤103时，步骤104可W包括将 来自步骤103的计算的使用因数化F)应用于第一标定值(CA^)，例化
W调节用于老 化的标定最大溫度。
[0059] 作为图1的半导体开关21的时间调节老化的另一种示例性方法，第一标定值 (CA^)可W随着时间W特定方式，例如线性或根据标定的变化曲线，逐渐减小。例如，利用 上述150°C的最大溫度值，图1的控制器50可W根据里程表读数连续或周期性减小最大溫度 值。所述使用因数将随着用于测量图1的PIM 22内的溫度(Ts)的特定热敏电阻或其他溫度 传感器的设计和溫度性能而变化。运个可选特征所实现的可选动作是，产生诊断代码，W在 所述使用因数落入阔值之下时更换开关21。当测量溫度(Ts)超过第一标定值(CALi)时，方法 100从步骤104进行到步骤106。在测量溫度(TS)没有超过第一标定值(CA^)时，方法100替 代地进行到步骤108。
[0060] 在控制器50决定第一标定值(CAb)当前被测量溫度(Ts)超过时，从步骤104到达步 骤106。在运样的情况下，控制器50可W执行控制动作(C.A. 2)，在运种情况下，该控制动作 包括通过图1中所示的PIM 22开始对相同图中的电机20的扭矩降额。作为步骤106的一部 分，控制器50可W将电机20的最大允许相电流设定在较低的相对水平下，W有效限定电机 20的可用扭矩输出。
[0061] 参照图4,示出了在竖直轴线上的开关21的阻挡电压(Vbr)和在水平轴线上的冷却 剂溫度(Te)的曲线。线31表示在半导体开关21上的降额极限。如果在冷却剂溫度(TC)低于 设定点（即，CALl)时施加到图1的电机20的相绕组上的电压目前高于用于给定冷却剂溫度 的线31，则控制器50将向半导体开关21施加的电压限制为线31的水平，由此降额PIM22和电 机20的任何扭矩输出。运实现了冷降额可选特征，其中如果溫度低于CAb，施加的电压被限 制为较低相对值，运意在有助于保护半导体开关21免于在冷溫度下雪崩击穿。方法100然后 返回到步骤102。
[0062] 再次参照图3A，在控制器50决定第一标定值(CA^)还没有被超过时，从步骤104到 达步骤108。在运种情况下，控制器50可W可选的执行控制动作(C.A.1)，例如，初始化频率 降额，或者改变半导体开关21的PWM开关方法，例如差动PWM(DPWM)或者空间矢量PWM (SVPWM)，运取决于来自电机20的功率需要，例如，响应于图1的车辆10的驾驶员的扭矩要 求。如在此使用的频率降额是指半导体开关21的开关频率的降低，其按照控制器50的命令、 按照需要、或与限制相同半导体开关21的直通电流或电压（如在步骤106中的）相反。方法 100然后返回到步骤102。
[0063] 方法100的步骤110可W包括计算连接器溫度（ATc)的变化关于变化的相电流 (Iph)的曲线。简要参照图6,冷却剂溫度在此用作结溫的替代，并由此表示为A 0^。步骤110 的执行允许图1的控制器50确定是否有可能在图1的逆变器冷却剂回路191内的冷却剂流动 上存在减少，例如，由于冷却剂泄漏或其他故障。检测运种条件的一种方式是监视冷却剂溫 度随着增加的相电流(Iph)变化的趋势。描绘运种溫度对相电流关系的迹线51或潜在数据可 W被参考W确定迹线51是否正在减小，如图6中的箭头52的方向所指示的。当冷却剂溫度中 的变化（ATc)对变化的相电流(Iph)曲线被捕捉在控制器50的存储器M中时，方法100行进到 步骤112。
[0064] 图3A中的步骤112包括确定从图1的传感器St传送到控制器50的测量溫度Ts是否落 到图6的适当的或标定的一个迹线51上方。步骤112可W通过将测量溫度Ts与给定一个迹线 51相比较来执行，该迹线51可W是预先确定的或离线标定的。如果来自PIM 22内的传感器 St的巧慢溫度落到适当迹线51上方，贝防法100行进到步骤114。当测量溫度Ts落到适当迹线 51下方，则替代地执行步骤116。
[0065] 在步骤112确定来自传感器St的测量溫度Ts落在图6的适当迹线51上方时，到达方 法100的步骤114。作为运个确定的结果，控制器50记录适当的错误代码(FLT)，如表示已经 检测到可能的冷却剂故障的诊断代码。方法100然后完成。
[0066] 仍参照图3A，步骤116包括执行控制动作(C.A.3)，在运种情况下，该控制动作包括 继续驱动图1的车辆10，而不降额来自电机20的功率和/或扭矩。换言之，在方法100的执行 中到达步骤116导致电机20相对于其可允许扭矩的不受限制的操作，且电机20在它的设计 的可允许速度/扭矩操作范围内按需要操作。方法100然后继续W步骤102。
[0067] 在步骤118,方法100接着包括将来自步骤102的测量的冷却剂溫度(Te)与标定的 高阔值(CALh)比较。如果冷却剂溫度(Tc)超过标定的高阔值(CALh),则方法100进行到步骤 120。如果冷却剂溫度(Tc巧超过标定的高阔值(CALh),则方法100进行到步骤122。
[0068] 在步骤120，方法100包括将来自步骤102的累积相电流(Iph* )与标定的累积相电流 阔值(CAL)相比较。如果在例如当前驾驶循环内或消逝时间的标定窗口内的指定数量的样 本上的累积相电流(Iph*)超过标定的累积相电流阔值，方法100行进到步骤125。否则，方法 100进行到步骤116。
[0069] 在步骤124,控制器50基于它的半导体开关21的阻挡电压(Vbr)确定如何降额PIM 22。步骤122确定冷却剂溫度(Tc)相对于标定的下限阔值(CAU)是否过低。从而，冷却剂溫度 (Tc)可W足够低W保证冷降额，即，冷却剂的溫度(Tc)过低而不允许阻挡电压施加到半导体 开关21。从而，步骤124允许图1的控制器50在其降额决定中考虑低溫条件。如果降额不需 要，如当所施加的电压小于阻挡电压，则方法100进行到步骤116。否则，方法100进行到步骤 106,在此开始降额。
[0070] 图3A的步骤125包括将瞬态相电流（Iph)与标定的相电流阔值(CALph)相比较。当瞬 态相电流（IPH)超过标定的相电流阔值(CALph )时，方法100进行到步骤104。当瞬态相电流 (Iph )未超过标定的相电流阔值(CALph )时，方法100代之进行到步骤116。
[0071] 参照图3B，图3A中所示并在上面解释的方法100的实施方式的替代方法是方法 200。在方法200中，图1的溫度传感器St可W被省略。相比于方法100,方法200意在改善PIM 22的半导体器件21内的结溫的不精确估计、并避免远在结溫变得过热之前限制马达扭矩并 由此限制PIM 22性能的过保护降额方法。方法200，如同方法100-样，考虑冷却剂溫度(Tc) 变化，并预测运行时的结溫(e^)，而在PIM 22靠近标定的最大溫度之前不限制性能。
[0072] 本文认识到结溫（0J)取决于冷却剂溫度(Te)、形成半导体开关21的叠层的热阻抗 (Zth)、和特定马达操作条件，尤其是功率损失(PO:
[0073] 目j = f(Tc，PL，ZTH)
[0074] 如现有技术中已知的，功率损失（PO可W被确定为电机20的各种操作参数的函 数：
[0075] PL = f(V〇C, Vd, Vq, Id, Iq,Lvar,Cmet)
[0076] 其中Vdc是DC总线电压，Wr是电机20的转子的速度，Vd，Vq，Id和Iq分别是控制器确 定的d-q轴电压和电流，Lvar表示任何已知的损失多项式，并且Cme康示特定控制频率和使用 的方法。运种变量在典型的马达控制逻辑中轻易可用并且它们的封闭形式的关系由此在现 有技术中已知。
[0077]控制器50所命令的可用扭矩(Ta)根据方法200变化。本身作为多个因数的函数的 可用扭矩通常由W下方程表示：
[007引 Ta= f (目j，Lc ,Lcf ,Vbr，《 St)
[0079] 其中，Lc是冷却剂的体积损失，Lcf是图1的逆变器冷却剂回路191中的冷却剂流量 的损失，Vbr是半导体开关21的阻挡电压，而《 St是电机200的标定失速速度。在方法200中， 电机20的可用扭矩将根据结溫0J的运行时间估计而变化。相比于方法100,在接近最大可允 许结溫，即，根据图2的迹线32,之前，不应用扭矩降额。
[0080] 方法100的可选步骤201包括确定车辆10至今运行的累积距离，该累积距离被读取 到控制器50的存储器M中，如上述步骤101那样。然后，可选步骤201进行到步骤203。
[0081] 步骤202包括例如通过图1的传感器St测量冷却剂溫度Te,并且进行到步骤203和 218。
[0082] 步骤203A包括确定热阻抗Zth。运样的值可W对于给定开关21离线确定，并作为标 定值记录在存储器M中。
[0083] 步骤203包括可选地W类似于图3A的步骤103中所进行的方式调节步骤203A的用 于老化的热阻抗Zth。例如，热阻抗Zth能够通过应用使用因数(UF)，例如通过将热阻抗乘W 使用因数，W确定有效热阻抗Zth,E，并且/或者基于冷却剂溫度(Te)来修改，而得W调节，如 在步骤103中所解释的。然后，方法200进行到步骤208。
[0084] 在步骤204,控制器50确定用于它的系统的一组值(DET VAL)，包括d-q轴电压和电 流Vd、Vq、Id和Iq、W及DC总线电压Vdc和当前马达速度方法200然后进行到步骤205和 206。
[0085] 在步骤205,控制器50基于所施加的电压和图4的阻挡电压(VbrDRT)的比较确定是 否需要扭矩降额。运个步骤类似于方法100的步骤124,如上所述。如果不需要扭矩降额，方 法100进行到步骤227。否则，方法200进行到步骤207。
[0086] 步骤206包括计算功率损失(PO,如本领域公知的，并然后进行到步骤208。步骤 206可W可选地包括执行马达失速检查。简要参照图7,迹线70在竖直轴线上示出功率损失 (PO并在水平轴线上示出马达速度，且功率损失描绘为迹线72。如本领域中已知的，对于给 定马达，例如，电机20而言，在失速速度(Pls)下和在非失速速度(Plns)下的功率损失是各种 参数的函数，如DC总线电压、开关频率、调制指数和功率因数。运可W离线确定并作为标定 值记录在存储器中。步骤206可W包括，根据运些已知值的函数计算每个开关21的功率损失 (Pl):
[0087] Pl = Pls ? A+Plns ? (I-A)
[008引其中，当马达速度（Wr)小于第一设定点（《si)，例如50RPM时，A=l。当马达速度 (Or)小于较高的第二设定点，例如IOORPM时，A的值可W如下计算：
[0089]
[0090] 在所有其他时间，在上述功率损失方程中，A = 0。
[0091] 在步骤207,参照图4,控制器50执行如上面参照图3A的步骤106所描述的冷降额， 并然后进行到步骤208。
[0092] 步骤208包括计算估计的结溫，如上所述，该结溫目J是冷却剂溫度Tc、功率损失Pl和 热阻幻H的函数。方法200然后进行到步骤210和218。
[0093 ] 步骤210包括将来自步骤208的结溫0 j与标定阔值(CALb )，例如150°C相比较。如果 计算的结溫小于标定阔值(CALb),则方法200进行到步骤205,并且在替代情形中进行到步 骤 212。
[0094]步骤212包括确定先前计算的结溫（0^n-i))是否小于当前结溫0J。如果是，则控制 器确定半导体开关21在溫度上增加，并作为结果，方法200进行到步骤214。如果先前计算的 结溫(e^n-i))超过当前结溫0J，即，开关21正在变冷，则方法200代之进行到步骤216。
[00M]简要地参照图5,该图在竖直轴线上描绘可用扭矩（TA)并且在水平轴线上描绘结 溫（9j)，在可能的实施方式中，控制器50可W施加滞环化ysteresis band)60, W在随后的 步骤214和216中协调扭矩降额的初始化和断开。施加滞环的方式取决于图1的开关21是否 在溫度上增加或降低。例如，随着计算的/估计的结溫(0J)增大，可用扭矩TA,即，马达电机20 的最大允许扭矩输出在初始升高(迹线61A)之后可W保持在恒定水平，如迹线61的平迹线 所指示的，直到扭矩降额在大约溫度（02)处开始，此时，控制器50根据路径A的迹线降额可 用扭矩TA。但是，在结溫再次下降到溫度（02)之下时降额不立即断开。反之，在根据路径B的 迹线而逐渐断开降额之前，控制器50等待，直到到达下限阔值溫度（01)为止。运种控制方法 可W有助于最小化电损失和系统噪声。
[0096] 在步骤214，方法200包括经过图5的步骤A降额图1的马达20的扭矩输出，如上所 述。方法200然后返回到步骤208。
[0097] 在步骤216,方法200包括通过图5的路径B降额图1的马达20的扭矩输出，如上所 述。方法200然后返回到步骤208。
[0098] 步骤218包括比较计算的结溫0J与标定曲线，类似于步骤110的步骤，如上所述。如 果计算的结溫0r落到曲线下方，步骤227被执行，且如果计算结溫0r落到曲线上方，执行步骤 225。
[0099] 当溫度传感器St用于测量半导体开关21的溫度时可W使用可选步骤220。对于方 法200,运种传感器St不需要的。但是，如果使用传感器St,它可W提供决定是否执行步骤225 的替代方法。在步骤220,控制器50可W将测量溫度Ts与来自步骤208的计算的或估计的结 溫e苗日上公差(TCL)相比较。在测量溫度Ts超过运个值时，步骤225可W被执行。否则，可W执 行步骤227,即，降额不应用。
[0100] 步骤225类似于图3A的步骤114,并且在已在步骤21如角定结溫在适当的迹线51上 方时到达。作为运个确定的结果，控制器50记录适当的错误代码(FLT)，如指示可能的冷却 剂故障已经被检测到的诊断代码。方法100然后结束。
[0101] 在步骤227,控制器50执行控制动作(C.A. 3)，该控制动作在运个情况下包括持续 驱动图1的车辆10而不降额来自电机20的扭矩。换言之，相比于方法100的步骤116,到达步 骤227导致图1的马达20相对于它的可允许扭矩的不受限制操作。
[0102] 如本领域技术人员利用上述技术操作将理解到的，控制器50被编程W执行W下任 务中的每一个:改变PIM 22的PWM切换方法，减少半导体开关21的开关频率W及减小向电机 20命令的扭矩或电流。控制器50被进一步编程为通过选择改变PIM 22的PWM开关方法、减小 半导体开关21的开关频率W及减小向电机20命令的扭矩或电流中的一个来选择性降额所 述PIM 22。控制器50可W执行运些动作中的多于一个，并可W按照特定顺序运么做，例如， 首先改变PWM方法，然后减小开关频率，并然后减小命令的扭矩或电流，且所述特定顺序取 决于需要多快地降额和/或降额多少。
[0103]虽然已经详细描述了用于实施本发明的最佳模式，本发明所属的领域的技术人员 将认识到在所附权利要求书的范围内的各种替代设计和实施方式。
【主权项】
1. 一种系统，包括： 直流(DC)电池组； 多相电机； 功率逆变器模块(PM)，该功率逆变器模块电连接到DC电池组和多相电机，其中，所述 功率逆变器模块包括多个半导体开关； 逆变器冷却剂回路，该逆变器冷却剂回路可操作以通过冷却剂的循环而冷却功率逆变 器模块； 第一温度传感器，该第一温度传感器被构造成测量逆变器冷却剂回路中的冷却剂的温 度； 第二温度传感器，该第二温度传感器被构造成测量该功率逆变器模块的温度；以及 控制器，所述控制器与功率逆变器模块连通，所述控制器可操作为选择性地降额功率 逆变器模块并由此减小向电机的命令扭矩，其中，所述控制器被编程为： 从第一温度传感器接收冷却剂的温度并从第二温度传感器接收功率逆变器模块的温 度； 确定电机的一组电气值； 利用冷却剂的温度、功率逆变器模块的温度以及所述一组电气值估计所述半导体开关 的结温；以及 当所述功率逆变器模块的温度超过标定的最大温度时，通过限制向所述多相电机命令 的扭矩和从所述多相电机可获得的扭矩，利用所估计的结温而选择性地降额所述功率逆变 器模块。2. 如权利要求1所述的系统，还包括变速器，其中所述系统是车辆并且所述电机将马达 扭矩传送到所述变速器。3. 如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被编程以通过减小传送到所述电机的相 电流来降额所述功率逆变器模块。4. 如权利要求1所述的系统，其中，所述一组电气值包括电机的相电流。5. 如权利要求4所述的系统，其中，所述控制器被编程以在所述控制器的存储器中记录 标定数量的所述相电流的相对应值，以由此产生累积相电流，并且在所述累积相电流和瞬 态相电流超过相对应的阈值时选择性地降额所述功率逆变器模块。6. 如权利要求1所述的系统，其中，所述一组电气值包括所述半导体开关的热阻抗和功 率损失。7. 如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被编程以计算表示半导体开关的寿命的 数值使用因数，并利用该计算的数值使用因数减小标定的最大温度。8. 如权利要求7所述的系统，其中，所述控制器被编程以确定车辆的里程表读数，并利 用该里程表读数计算所述数值使用因数。9. 如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被编程有标定的冷却剂温度设定点、和 电压对冷却剂温度曲线，并可操作以在测量的冷却剂温度超过标定的冷却剂温度设定点并 且施加到电机的当前电压相对于所述曲线较高时限制向开关施加的电压。10. 如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被编程以确定相对于相电流的冷却剂 温度变化趋势，并且利用该趋势检测所述冷却剂的潜在损失。
【文档编号】H02P27/08GK105846752SQ201610014085
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年1月11日
【发明人】S.M.卡德里, M.N.安沃, N.阿拉法特
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司