用于熱保護電驅動的車輛中的晶體管的系統和方法技術方案

用于電驅動的移動機器（10）的電子系統（14），包括散發熱量的至少一個晶體管（16）、生成壓力信號的壓力檢測器（26）、提供指示所檢測到的第一溫度和晶體管（16）的或大致鄰近晶體管（16）處的第二溫度的第一溫度信號的溫度檢測器（24）、以及控制器（22），該控制器（22）構造成基于第一溫度信號和壓力信號來確定溫度保護設定點，并且當第一溫度信號指示第一溫度達到溫度保護設定點時執行用于熱保護晶體管（16）的控制策略。

【技術實現步驟摘要】
用于熱保護電驅動的車輛中的晶體管的系統和方法
本專利公開文本總體上涉及包括諸如絕緣柵雙極晶體管（“IGBT”）之類的晶體管的電力電子元件，且更具體地涉及熱保護電驅動的車輛中的晶體管的系統和方法。
技術介紹
電動車輛利用諸如絕緣柵雙極晶體管（“IGBT”）之類的電力電子元件來提供高效和快速的動力切換。IGBT、IGBT模塊和其它晶體管通常將發熱，如果未經檢查，這可能妨礙裝置的可靠性。結果，在各種應用中通常利用過熱保護來確保最佳操作可靠性。電阻式溫度檢測器（“RTD”）通常用于過熱保護系統中。由于難以在接合部或沖壓區域內將溫度檢測器最佳地定位在IGBT模塊中，溫度檢測器通常靠近IGBT的基板定位在IGBT模塊的散熱片上。這樣定位的RTD提供了散熱片處的溫度（Tfin）的讀數。作為防范措施，基于將測定的散熱片溫度（Tfin）加上接合部（Tj）與散熱片（Tfin）之間的最大溫差（△Tjf）來計算接合部本身（tj）處的估計溫度。為了保護IGBT，通常將RTD設定值或閾值確立為觸發指標。當RTD讀數達到該值時，接合部溫度（Tj）也將接近其最大允許值；然后啟動其它保護，其形式通常為確立進一步的動作的算法。為了提供用于IGBT的熱保護的接合的充分機會，RTD設定值或閾值通常被設定的溫度小于將指示接合部溫度（Tj）已達到或者正接近潛在地損壞IGBT的溫度的散熱片溫度（Tfin）。散熱片處的溫度與觸發熱保護的設定值或閾值之間的這種差別通常是基于對所包含的元件和待啟動的熱保護的經驗確立的設定值。雖然該程序總體上有效，但它在通常熱保護算法無法確保昂貴的IGBT模塊的熱保護的高海拔下遇到了一定的困難。在空氣冷卻系統中，空氣密度可能隨著海拔例如從海平面變成5000米而急劇改變。結果，在高海拔下冷卻沒有那么有效。在恒定的設定值或閾值下，如果電動機器被置于較高海拔應用中，則熱保護算法可能要么頻繁地起動（trip），要么無法起動，即使接合部溫度達到所允許的最大值。授予Vanek的美國專利5,446,362描述了一種用于通過風機冷卻的AC電機的熱保護系統。該專利描述了由于海拔和環境溫度變化而實行空氣密度調節以計算風機速度要求。然而，至今沒有用于IGBT模塊和晶體管的熱保護系統能夠針對這種海拔變化進行調節。
技術實現思路
一方面，本專利技術描述了一種用于電驅動的移動機器的電子系統。該系統包括散發熱量的至少一個晶體管、配置成檢測壓力并生成壓力信號的至少一個壓力檢測器、配置成檢測第一溫度并提供指示所檢測到的第一溫度的第一溫度信號的至少一個溫度檢測器、和控制器。第一溫度信號還指示晶體管的或大致鄰近晶體管處的第二溫度。控制器構造成基于第一溫度信號和壓力信號來確定溫度保護設定點。控制器還構造成當第一溫度信號指示第一溫度已達到溫度保護設定點時執行用于熱保護所述至少一個晶體管的控制策略。另一方面，本專利技術描述了一種用于控制電驅動的移動機器中的發熱的晶體管的熱保護應用的方法。該方法包括以下步驟：在電驅動的移動機器中設置晶體管，檢測大致指示機器周圍的空氣壓力的壓力，并基于所檢測到的壓力來生成壓力信號，檢測第一溫度，并提供指示所檢測到的第一溫度和晶體管的或大致鄰近晶體管處的第二溫度的第一溫度信號，基于第一溫度信號和壓力信號來確定溫度保護設定點，并且當第一溫度信號指示第一溫度已達到溫度保護設定點時生成用于熱保護所述至少一個發熱晶體管的控制策略。在又一方面，本專利技術描述了一種用于控制電驅動的移動機器中的至少一個發熱的晶體管的熱保護的控制器。該控制器包括計算機可讀的存儲器，該存儲器上具有計算機可執行的指令，所述指令包括：用于接收基于所檢測到的壓力的壓力信號的指令、用于接收指示所檢測到的第一溫度和發熱晶體管的或大致鄰近發熱晶體管處的第二溫度的第一溫度信號的指令、用于基于第一溫度信號和壓力信號來確定溫度保護設定點的指令、和用于當第一溫度信號指示第一溫度已達到溫度保護設定點時執行用于熱保護所述至少一個發熱晶體管的控制策略的指令。附圖說明圖1是根據本專利技術的機器的示意圖。圖2是根據本專利技術的示例性保護系統曲線的圖表。圖3是根據本專利技術的第一方法的框圖。圖4-6是根據本專利技術的第二方法的框圖。具體實施方式本專利技術涉及電動機器，且更具體地帶有使用基于一個或多個晶體管的產品如絕緣柵雙極晶體管（“IGBT”）的空氣冷卻式逆變器系統的電動機器。參照圖1，示意性地示出了電動機器10，該電動機器10包括多個原動機12（如履帶或所示的車輪）以及電子系統14。電子系統14可包括具有一個或多個IGBT16的IGBT模塊15，其具有配置在散熱片18上的基板17。應理解，雖然在此說明了IGBT16，但本專利技術同樣可適用于基于一個或多個其它晶體管的產品，諸如晶閘管、二極管和金屬-氧化層-半導體場效應晶體管（“MOSFET”）。為了確保最佳操作可靠性，機器10可采取一個或多個措施來使IGBT16過熱的機會最小化，所述過熱可潛在地引起故障。機器10可采取選擇性的措施來按需向電子系統14的IGBT和其它構件提供冷卻。這種冷卻措施可包括例如接合冷卻系統20以向IGBT16提供冷卻。替代地或另外，可利用這樣的方法，所述方法例如提供一系列步驟，包括在最終停止機器10的操作前的通知或警報，如下文將說明的。電子系統14還包括控制器22和一個或多個溫度檢測器24。所示的控制器22可構造成接收各種信號，例如來自（多個）溫度檢測器24的信號，執行特定操作，例如啟動警報系統或冷卻系統20的操作，并向其它機器構件提供信號。所示的溫度檢測器24定位在IGBT模塊15的散熱片18上，靠近IGBT16的基板17。結果，所示的溫度檢測器24配置成測量散熱片18的溫度（Tfin）并向控制器22發送指示散熱片18的測定溫度（Tfin）的溫度信號。這樣，該溫度信號不僅指示測定的第一溫度或溫度（Tfin），而且指示第二溫度，即IGBT16的基板17與散熱片18的接合部處的溫度（Tj）。溫度檢測器24可屬于適合于在高海拔操作的任何合適的設計。例如，溫度檢測器24可以是電阻式溫度檢測器（“RTD”）。根據本專利技術的一個特征，熱保護程序的運行不僅基于由溫度檢測器24檢測到的溫度（Tfin），而且基于機器10正運行的海拔。亦即，溫度保護設定點是基于機器10正運行的海拔來確定的。當測定溫度（Tfin）或第一溫度達到該溫度保護設定點時，控制器22執行用于IGBT16的熱保護的指令。為了確定機器10正運行的海拔，設置了至少一個壓力檢測器26。可屬于任何適當設計的壓力檢測器26可配置成使得它測量機器10所位于的大氣的壓力。在運行中，壓力檢測器26向控制器22發送與測定壓力對應的信號。基于測定的壓力，亦即，基于與測定的壓力對應的海拔，控制器22利用在機器10正運行的物理條件下適合的溫度保護設定點。換言之，控制器22利用一個或多個基于海拔的曲線來確定啟動冷卻程序的溫度保護設定點。雖然在此說明的示出了示例性曲線的圖表識別海拔，但應理解，所述曲線替代地或同樣基于壓力，因為在這些情況下的壓力和海拔彼此指示。當測定的溫度（Tfin）達到基于適用曲線識別的溫度保護設定點時，控制器22提供信號初始步驟以熱保護IGBT16。圖2的圖表中提供了這樣一組典型的用于具有作為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于電驅動的移動機器的電子系統，所述系統包括：散發熱量的至少一個晶體管；配置成檢測壓力并生成壓力信號的至少一個壓力檢測器；配置成檢測第一溫度并提供指示所檢測到的第一溫度的第一溫度信號的至少一個溫度檢測器，所述第一溫度信號還指示所述晶體管的或大致鄰近所述晶體管處的第二溫度；控制器，所述控制器構造成基于所述第一溫度信號和所述壓力信號來確定溫度保護設定點，并且當所述第一溫度信號指示所述第一溫度已達到所述溫度保護設定點時執行用于熱保護所述至少一個晶體管的控制策略。

【技術特征摘要】
2011.08.31 US 13/222,7851.一種用于電驅動的移動機器的電子系統，所述系統包括：散發熱量的至少一個晶體管；配置成檢測壓力并生成壓力信號的至少一個壓力檢測器；配置成檢測第一溫度并提供指示所檢測到的第一溫度的第一溫度信號的至少一個溫度檢測器，所述第一溫度信號還指示所述晶體管的或大致鄰近所述晶體管處的第二溫度；控制器，所述控制器構造成基于所述第一溫度信號和所述壓力信號來確定溫度保護設定點，并且當所述第一溫度信號指示所述第一溫度已達到所述溫度保護設定點時執行用于熱保護所述至少一個晶體管的控制策略。2.根據權利要求1所述的電子系統，其中，所述控制器構造成基于根據曲線將壓力與溫度相關聯的預定數據來確定所述溫度保護設定點。3.根據權利要求1所述的電子系統，其中，所述控制器構造成基于所檢測到的壓力來確定海拔，并且基于將海拔與溫度相關聯的預定數據來確定所述溫度保護設定點。4.根據權利要求1所述的電子系統，其中，所述至少一個晶體管包括絕緣柵雙極晶體管。5.根據權利要求4所述的電子系統，其中，所述至少一個溫度檢測器包括電阻式溫度檢測器。6.根據權利要求5所述的電子系統，其中，所述第一溫度和所述第二溫度大致相同。7.根據權利要求5所述的電子系統，還包括散熱片，所述絕緣柵雙極晶體管配置在所述散熱片上并且與所述散熱片接合，所述至少一個溫度檢測器配置成檢測所述散熱片處的第一溫度，所述第二溫度指示接合部處的溫度。8.一種用于控制電驅動的移動機器中的發熱的晶體管的熱保護的施加的方法，所述方法包括以下步驟：將所述晶體管設置在所述電驅動的移動機器中；檢測大致指示所述機器周圍的空氣壓力的壓力，并基于所檢測到的壓力來生成壓力信號；檢測第一溫度，并提供指示所檢測到的第一溫度的第一溫度信號，所述第一溫度信號還指示所述晶體管的或大致鄰近所述晶體管處的第二溫度；基于所述壓力信號和根據曲線將壓力與溫度相關聯的預定數據來確定溫度保護設定點；和當所述第一溫度信號指示所述第一溫度已達到所述溫度保護設定點時，生成用于熱保護至少一個發熱的晶體管的控制策略。9.根據權利要求8所述的方法，其中，確定溫度保護設定點的步驟包括基于所檢測到的壓力來確定海拔。10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述晶體管包括至少一個絕...

【專利技術屬性】
技術研發人員：L·錢，
申請(專利權)人：卡特彼勒公司，
類型：發明
國別省市：