车辆牵引逆变器温度控制系统技术方案

本公开提供了“车辆牵引逆变器温度控制系统”。一种车辆系统，包括泵和控制器，所述泵被配置成使用于牵引逆变器的冷却剂循环。所述控制器可被配置成：响应于所述牵引逆变器的温度落在第一范围之外或者所述泵的请求流率落在第二范围之外，以预定速度操作所述作泵；否则，以基于所述温度和与所述冷却剂相关联的温度之间的差的速度操作所述泵。

Temperature Control System of Vehicle Traction Inverter

【技术实现步骤摘要】
车辆牵引逆变器温度控制系统
本申请总体涉及用于电气化车辆的牵引电力电子装置的温度控制系统。
技术介绍
诸如混合动力电动车辆(HEV)之类的电气化车辆要依靠电力电子装置来控制电气化动力传动系统。在操作期间，电力电子装置生成的热量通常与电力电子装置在操作期间的功率损耗成比例。
技术实现思路
一种车辆系统，包括泵和控制器，所述泵被配置成使用于牵引逆变器的冷却剂循环。所述控制器可被配置成：响应于所述牵引逆变器的温度落在第一范围之外或者所述泵的请求流率落在第二范围之外，以预定速度操作所述作泵；否则，以基于所述温度和与所述冷却剂相关联的温度之间的差的速度操作所述泵。一种方法包括，通过控制器，响应于牵引逆变器的温度超过第一阈值，操作泵以使冷却剂以预定速度循环；响应于所述泵的请求流率超过第二阈值，以所述预定速度操作所述泵；否则，以基于所述温度和所述牵引逆变器的结温之间的差的速度操作所述泵。一种车辆系统，包括泵和控制器，所述泵被配置成使用于牵引逆变器的冷却剂循环。所述控制器可被配置成响应于所述牵引逆变器的温度落在第一范围内并且所述泵的请求流率落在第二范围之外，以两个预定速度中的一个操作所述泵；响应于所述温度落在所述第一范围内并且所述请求流率落在所述第二范围内，以基于所述温度和所述牵引逆变器的结温之间的差的速度操作所述泵；以及响应于所述温度落在所述第一范围之外，以所述两个预定速度中的一个操作所述泵。附图说明图1是车辆电力电子装置的温度控制系统的流程图。图2是混合动力车辆的示意图，示出了典型的传动系和能量存储部件。图3是电气化车辆的电力电子装置的冷却系统的示意图。图4是电气化车辆的牵引电力电子系统的温度控制系统流程图。图5是牵引电力电子系统冷却剂温度与冷却剂流率关系的图示。图6是电气化车辆的牵引电力电子系统的冷却剂温度估计流程图。图7A和图7B是电气化车辆的牵引电力电子系统的温度控制系统流程图。图8是电动泵的冷却剂流率控制系统的框图。具体实施方式本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采用各种替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本专利技术的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征进行组合，以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供了典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实现方式，可能需要根据本公开的教导对这些特征做出各种组合和修改。在混合动力电动车辆(HEV)/电动车辆(EV)中，传动系统电力电子装置包括逆变器系统控制器(ISC)和DC/DC转换器。ISC包括用于电机(例如，马达逆变器或发电机逆变器)的DC/AC逆变器、以及可变电压转换器(VVC)。ISC是在牵引电池和电机(马达/发电机)之间传递功率的关键部件。DC/DC转换器是从牵引电池生成用于低压负载的低压的关键部件。发生在ISC操作期间的功率损耗包括来自功率开关(诸如马达/发电机逆变器的IGBT/二极管)的损耗，以及来自功率电感器和可变电压转换器(VVC)的IGBT/二极管的损耗。大部分功率损耗在功率开关/二极管中转换为热量，使得如果不散热，则功率开关/二极管的结温和电感器温度将增加。如果功率开关的温度超过限制或阈值(例如，115℃、125℃或150℃)，则可能会对功率开关或模块造成物理损坏。为了去除电力电子装置生成的部分热量，ISC通常包括冷却系统，所述冷却系统使冷却流体(例如，冷却剂，诸如水、乙二醇、二甘醇或丙二醇)循环以消散热量并在工作范围内调节IGBT/二极管和电感器的温度。通常，冷却剂具有高热容量、低粘度，具有无毒、化学惰性、耐腐蚀和电绝缘体的性质。冷却剂可以通过泵(例如，电动泵)循环通过冷却回路。通常，冷却系统中的电动泵的操作仅是简单地开启或关闭，并且泵速通常在开启时以相对恒定的速度操作。然而，在高冷却剂流率下，从IGBT/二极管和电感器散热的热阻(即，对从功率装置/模块到冷却剂的热传递运动的阻力)降低，从而增加了散热，而在低冷却剂流率下热阻增大，从而减少了散热。热阻是散热片面积、冷却剂和功率装置之间的接触面积的函数。因此，可以使用控制器来改变泵速以调节冷却剂流率，从而调节散热。变速泵的实施增加了成本和复杂性，然而，当与通过在不需要较高速度的情况下以较低速度操作泵来降低功率消耗的优点平衡时，这种弊端被抵消。例如，在高速下运行的泵产生高冷却剂流率，但是泵消耗更多功率。并且由低泵速导致的低冷却剂流率相应地消耗较少的泵功率。作为示例，考虑一个示例性泵，将泵的转速加倍，会使流量加倍，并且使压力增加四倍。然而，为了使转速加倍，所需的功率增加了8倍。通常传统的ISC冷却系统以两种控制模式运行：在第一种控制模式中，一旦系统通电，冷却剂流率就会以(最大)恒定值开启。这确保在最坏情况下(例如，最高功率损耗和最高冷却剂温度)冷却电力电子装置(例如，IGBT/二极管和电感器)。在第二控制模式中，当系统进入空闲模式时，冷却剂流率关闭(例如，零)。结果，传统的冷却剂流率控制具有缺点，并且HEV/EV通常在许多负载条件下操作。例如，在高功率流过ISC期间可能导致高功率损耗，进而产生更多热量，因此可能需要高冷却剂流率来冷却电力电子装置(例如，IGBT/二极管和电感器)。并且在低功率流过ISC期间可能导致低功率损耗而产生很少的热量，因此低冷却剂流率足以冷却电力电子装置(例如，IGBT/二极管和电感器)。在低功率流动状态期间，使用高冷却剂流率需要泵消耗比所需更多的能量，因为低流率就足够了。通过降低流率，系统可以减少浪费的能量，从而增加HEV/EV的有效续驶里程。而且，如果维持最低的恒定冷却剂流率，则由于操作期间功率模块部件的冷却不充分可能导致更高的温度摆动和温度循环，功率模块的寿命可能缩短。通常，温度变化可能导致机械应力，因此温度循环可能增加机械应力的影响。功率装置(例如，IGBT/二极管)结温的显著变化可能导致功率装置(例如，IGBT/二极管)集成电路、芯片或组件上的高机械力，这可能缩短工作寿命。虽然以最大冷却剂流率运行的传统冷却系统可以在高负载功率输出和低负载功率输出下保持低结温。然而，在低功率输出期间会使用额外的泵功率，这是可以减少的。图1是用于车辆电力电子装置的温度控制系统的流程图。此处，冷却剂流率控制系统被配置成通过利用HEV/EV运行状态自动调整冷却系统操作来实现ISC的冷却优化，以利用IGBT/二极管结温/变化来优化冷却剂泵功率消耗。图1的冷却剂流率控制系统包括多个步骤。首先，在框4中，计算ISC热安全工作区域(SOA)或工作区域。基于ISC冷却剂温度和冷却剂流率之间的关系，可以将安全工作区域(SOA)定义为在其中ISC确保在任何情况下(诸如驱动需求最大扭矩/功率输送)的最大功率/电流输出功能的工作区域。SOA边界限定了任何给定冷却剂温度的最小冷却剂流率，并且在控制冷却剂泵流率的同时，必须满足最小流率以满足车辆动态性能，诸如突然的全开节气门(WOT)而不会使功率装置过热。ISCSOA被定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆系统，包括：泵，所述泵被配置成使用于牵引逆变器的冷却剂循环；和控制器，所述控制器被配置成响应于所述牵引逆变器的温度落在第一范围之外或者所述泵的请求流率落在第二范围之外，以预定速度操作所述泵，否则，以基于所述温度和与所述冷却剂相关联的温度之间的差的速度操作所述泵。

【技术特征摘要】
2018.01.12 US 15/870,1811.一种车辆系统，包括：泵，所述泵被配置成使用于牵引逆变器的冷却剂循环；和控制器，所述控制器被配置成响应于所述牵引逆变器的温度落在第一范围之外或者所述泵的请求流率落在第二范围之外，以预定速度操作所述泵，否则，以基于所述温度和与所述冷却剂相关联的温度之间的差的速度操作所述泵。2.如权利要求1所述的系统，其中与所述冷却剂相关联的所述温度由所述牵引逆变器的可变电压转换器的结温限定。3.如权利要求1所述的系统，其中与所述冷却剂相关联的所述温度由所述牵引逆变器的马达逆变器的结温限定。4.如权利要求1所述的系统，其中与所述冷却剂相关联的所述温度由所述牵引逆变器的发电机逆变器的结温限定。5.如权利要求1所述的系统，其中所述速度受所述预定速度限制。6.一种方法，包括：通过控制器，响应于牵引逆变器的温度超过第一阈值，操作泵以使冷却剂以预定速度循环，响应于所述泵的请求流率超过第二阈值，以所述预定速度操作所述泵，以及否则，以基于所述温度和所述牵引逆变器的结温之间的差的速度操作所述泵。7.一种车辆系统，包括：泵，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈礼华，葛宝明，王凡，沙赫拉姆·萨雷，徐帆，穆罕默德·霍舍德·阿拉姆，周彦，杨水涛，佩德罗斯·G·塔斯卡斯，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US