用于热保护电驱动的车辆中的晶体管的系统和方法技术方案

用于电驱动的移动机器（10）的电子系统（14），包括散发热量的至少一个晶体管（16）、生成压力信号的压力检测器（26）、提供指示所检测到的第一温度和晶体管（16）的或大致邻近晶体管（16）处的第二温度的第一温度信号的温度检测器（24）、以及控制器（22），该控制器（22）构造成基于第一温度信号和压力信号来确定温度保护设定点，并且当第一温度信号指示第一温度达到温度保护设定点时执行用于热保护晶体管（16）的控制策略。

【技术实现步骤摘要】
用于热保护电驱动的车辆中的晶体管的系统和方法
本专利公开文本总体上涉及包括诸如绝缘栅双极晶体管（“IGBT”）之类的晶体管的电力电子元件，且更具体地涉及热保护电驱动的车辆中的晶体管的系统和方法。
技术介绍
电动车辆利用诸如绝缘栅双极晶体管（“IGBT”）之类的电力电子元件来提供高效和快速的动力切换。IGBT、IGBT模块和其它晶体管通常将发热，如果未经检查，这可能妨碍装置的可靠性。结果，在各种应用中通常利用过热保护来确保最佳操作可靠性。电阻式温度检测器（“RTD”）通常用于过热保护系统中。由于难以在接合部或冲压区域内将温度检测器最佳地定位在IGBT模块中，温度检测器通常靠近IGBT的基板定位在IGBT模块的散热片上。这样定位的RTD提供了散热片处的温度（Tfin）的读数。作为防范措施，基于将测定的散热片温度（Tfin）加上接合部（Tj）与散热片（Tfin）之间的最大温差（△Tjf）来计算接合部本身（tj）处的估计温度。为了保护IGBT，通常将RTD设定值或阈值确立为触发指标。当RTD读数达到该值时，接合部温度（Tj）也将接近其最大允许值；然后启动其它保护，其形式通常为确立进一步的动作的算法。为了提供用于IGBT的热保护的接合的充分机会，RTD设定值或阈值通常被设定的温度小于将指示接合部温度（Tj）已达到或者正接近潜在地损坏IGBT的温度的散热片温度（Tfin）。散热片处的温度与触发热保护的设定值或阈值之间的这种差别通常是基于对所包含的元件和待启动的热保护的经验确立的设定值。虽然该程序总体上有效，但它在通常热保护算法无法确保昂贵的IGBT模块的热保护的高海拔下遇到了一定的困难。在空气冷却系统中，空气密度可能随着海拔例如从海平面变成5000米而急剧改变。结果，在高海拔下冷却没有那么有效。在恒定的设定值或阈值下，如果电动机器被置于较高海拔应用中，则热保护算法可能要么频繁地起动（trip），要么无法起动，即使接合部温度达到所允许的最大值。授予Vanek的美国专利5,446,362描述了一种用于通过风机冷却的AC电机的热保护系统。该专利描述了由于海拔和环境温度变化而实行空气密度调节以计算风机速度要求。然而，至今没有用于IGBT模块和晶体管的热保护系统能够针对这种海拔变化进行调节。
技术实现思路
一方面，本专利技术描述了一种用于电驱动的移动机器的电子系统。该系统包括散发热量的至少一个晶体管、配置成检测压力并生成压力信号的至少一个压力检测器、配置成检测第一温度并提供指示所检测到的第一温度的第一温度信号的至少一个温度检测器、和控制器。第一温度信号还指示晶体管的或大致邻近晶体管处的第二温度。控制器构造成基于第一温度信号和压力信号来确定温度保护设定点。控制器还构造成当第一温度信号指示第一温度已达到温度保护设定点时执行用于热保护所述至少一个晶体管的控制策略。另一方面，本专利技术描述了一种用于控制电驱动的移动机器中的发热的晶体管的热保护应用的方法。该方法包括以下步骤：在电驱动的移动机器中设置晶体管，检测大致指示机器周围的空气压力的压力，并基于所检测到的压力来生成压力信号，检测第一温度，并提供指示所检测到的第一温度和晶体管的或大致邻近晶体管处的第二温度的第一温度信号，基于第一温度信号和压力信号来确定温度保护设定点，并且当第一温度信号指示第一温度已达到温度保护设定点时生成用于热保护所述至少一个发热晶体管的控制策略。在又一方面，本专利技术描述了一种用于控制电驱动的移动机器中的至少一个发热的晶体管的热保护的控制器。该控制器包括计算机可读的存储器，该存储器上具有计算机可执行的指令，所述指令包括：用于接收基于所检测到的压力的压力信号的指令、用于接收指示所检测到的第一温度和发热晶体管的或大致邻近发热晶体管处的第二温度的第一温度信号的指令、用于基于第一温度信号和压力信号来确定温度保护设定点的指令、和用于当第一温度信号指示第一温度已达到温度保护设定点时执行用于热保护所述至少一个发热晶体管的控制策略的指令。附图说明图1是根据本专利技术的机器的示意图。图2是根据本专利技术的示例性保护系统曲线的图表。图3是根据本专利技术的第一方法的框图。图4-6是根据本专利技术的第二方法的框图。具体实施方式本专利技术涉及电动机器，且更具体地带有使用基于一个或多个晶体管的产品如绝缘栅双极晶体管（“IGBT”）的空气冷却式逆变器系统的电动机器。参照图1，示意性地示出了电动机器10，该电动机器10包括多个原动机12（如履带或所示的车轮）以及电子系统14。电子系统14可包括具有一个或多个IGBT16的IGBT模块15，其具有配置在散热片18上的基板17。应理解，虽然在此说明了IGBT16，但本专利技术同样可适用于基于一个或多个其它晶体管的产品，诸如晶闸管、二极管和金属-氧化层-半导体场效应晶体管（“MOSFET”）。为了确保最佳操作可靠性，机器10可采取一个或多个措施来使IGBT16过热的机会最小化，所述过热可潜在地引起故障。机器10可采取选择性的措施来按需向电子系统14的IGBT和其它构件提供冷却。这种冷却措施可包括例如接合冷却系统20以向IGBT16提供冷却。替代地或另外，可利用这样的方法，所述方法例如提供一系列步骤，包括在最终停止机器10的操作前的通知或警报，如下文将说明的。电子系统14还包括控制器22和一个或多个温度检测器24。所示的控制器22可构造成接收各种信号，例如来自（多个）温度检测器24的信号，执行特定操作，例如启动警报系统或冷却系统20的操作，并向其它机器构件提供信号。所示的温度检测器24定位在IGBT模块15的散热片18上，靠近IGBT16的基板17。结果，所示的温度检测器24配置成测量散热片18的温度（Tfin）并向控制器22发送指示散热片18的测定温度（Tfin）的温度信号。这样，该温度信号不仅指示测定的第一温度或温度（Tfin），而且指示第二温度，即IGBT16的基板17与散热片18的接合部处的温度（Tj）。温度检测器24可属于适合于在高海拔操作的任何合适的设计。例如，温度检测器24可以是电阻式温度检测器（“RTD”）。根据本专利技术的一个特征，热保护程序的运行不仅基于由温度检测器24检测到的温度（Tfin），而且基于机器10正运行的海拔。亦即，温度保护设定点是基于机器10正运行的海拔来确定的。当测定温度（Tfin）或第一温度达到该温度保护设定点时，控制器22执行用于IGBT16的热保护的指令。为了确定机器10正运行的海拔，设置了至少一个压力检测器26。可属于任何适当设计的压力检测器26可配置成使得它测量机器10所位于的大气的压力。在运行中，压力检测器26向控制器22发送与测定压力对应的信号。基于测定的压力，亦即，基于与测定的压力对应的海拔，控制器22利用在机器10正运行的物理条件下适合的温度保护设定点。换言之，控制器22利用一个或多个基于海拔的曲线来确定启动冷却程序的温度保护设定点。虽然在此说明的示出了示例性曲线的图表识别海拔，但应理解，所述曲线替代地或同样基于压力，因为在这些情况下的压力和海拔彼此指示。当测定的温度（Tfin）达到基于适用曲线识别的温度保护设定点时，控制器22提供信号初始步骤以热保护IGBT16。图2的图表中提供了这样一组典型的用于具有作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电驱动的移动机器的电子系统，所述系统包括：散发热量的至少一个晶体管；配置成检测压力并生成压力信号的至少一个压力检测器；配置成检测第一温度并提供指示所检测到的第一温度的第一温度信号的至少一个温度检测器，所述第一温度信号还指示所述晶体管的或大致邻近所述晶体管处的第二温度；控制器，所述控制器构造成基于所述第一温度信号和所述压力信号来确定温度保护设定点，并且当所述第一温度信号指示所述第一温度已达到所述温度保护设定点时执行用于热保护所述至少一个晶体管的控制策略。

【技术特征摘要】
2011.08.31 US 13/222,7851.一种用于电驱动的移动机器的电子系统，所述系统包括：散发热量的至少一个晶体管；配置成检测压力并生成压力信号的至少一个压力检测器；配置成检测第一温度并提供指示所检测到的第一温度的第一温度信号的至少一个温度检测器，所述第一温度信号还指示所述晶体管的或大致邻近所述晶体管处的第二温度；控制器，所述控制器构造成基于所述第一温度信号和所述压力信号来确定温度保护设定点，并且当所述第一温度信号指示所述第一温度已达到所述温度保护设定点时执行用于热保护所述至少一个晶体管的控制策略。2.根据权利要求1所述的电子系统，其中，所述控制器构造成基于根据曲线将压力与温度相关联的预定数据来确定所述温度保护设定点。3.根据权利要求1所述的电子系统，其中，所述控制器构造成基于所检测到的压力来确定海拔，并且基于将海拔与温度相关联的预定数据来确定所述温度保护设定点。4.根据权利要求1所述的电子系统，其中，所述至少一个晶体管包括绝缘栅双极晶体管。5.根据权利要求4所述的电子系统，其中，所述至少一个温度检测器包括电阻式温度检测器。6.根据权利要求5所述的电子系统，其中，所述第一温度和所述第二温度大致相同。7.根据权利要求5所述的电子系统，还包括散热片，所述绝缘栅双极晶体管配置在所述散热片上并且与所述散热片接合，所述至少一个温度检测器配置成检测所述散热片处的第一温度，所述第二温度指示接合部处的温度。8.一种用于控制电驱动的移动机器中的发热的晶体管的热保护的施加的方法，所述方法包括以下步骤：将所述晶体管设置在所述电驱动的移动机器中；检测大致指示所述机器周围的空气压力的压力，并基于所检测到的压力来生成压力信号；检测第一温度，并提供指示所检测到的第一温度的第一温度信号，所述第一温度信号还指示所述晶体管的或大致邻近所述晶体管处的第二温度；基于所述压力信号和根据曲线将压力与温度相关联的预定数据来确定温度保护设定点；和当所述第一温度信号指示所述第一温度已达到所述温度保护设定点时，生成用于热保护至少一个发热的晶体管的控制策略。9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定温度保护设定点的步骤包括基于所检测到的压力来确定海拔。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述晶体管包括至少一个绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·钱，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：