СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ АНОРМАЛЬНОСТЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОЩНОСТИ И УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ АНОРМАЛЬНОСТЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОЩНОСТИ
METHOD FOR DETECTING TEMPERATURE ABNORMALITIES FOR A POWER CONVERSION DEVICE AND A TEMPERATURE ABNORMALITY DETECTION DEVICE FOR A POWER CONVERSION DEVICE

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к способу обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности и к устройству обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности.
Предпосылки изобретения
[0002] Традиционно известна технология, в которой охлаждающее устройство для циркуляции охлаждающей воды предусмотрено в устройстве преобразования мощности, таком как инверторное устройство, которое приводит в действие вращающуюся электрическую машину, за счет этого защищая устройство преобразования мощности от перегрева, и при этом обнаруживаются анормальности температуры в устройстве преобразования мощности или охлаждающем устройстве (например, см. патентный документ 1).
В этом аналоге реализуется защитное управление, такое как ограничение приведения в действие устройства, путем осуществления обнаружения анормальностей температуры на основе сравнения между пороговым значением температуры и разностью между температурой охлаждающей воды и температурой устройства преобразования мощности. Следовательно, по сравнению с технологией, в которой анормальность температуры обнаруживается только на основе температуры устройства преобразования мощности, может выполняться более точное определение анормальности температуры, т.е. связанное с необходимостью ограничивать приведение в действие вращающейся электрической машины, тем самым позволяя защищать систему и при этом реагировать на требуемую движущую силу вращающейся электрической машины.
Документы уровня техники
Патентные документы
[0003] Патентный документ 1: опубликованная заявка на патент Японии № 2006-149064.
Сущность изобретения
Проблема, решаемая изобретением
[0004] При низких температурах окружающей среды, при которых температура охлаждающей воды становится очень низкой, разность по отношению к температуре устройства преобразования мощности имеет тенденцию становиться большой; в силу этого в уровне техники возникает риск того, что эта разность будет превышать пороговое значение температуры, и приведение в действие устройства преобразования мощности ограничивается, даже если само устройство преобразования мощности находится при температуре готовности к приведению в действие.
[0005] С учетом описанной выше проблемы задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности и устройство обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности, которые позволяют более точно определять анормальное температурное состояние, при котором приведение в действие устройства преобразования мощности не является предпочтительным.
Средства решения проблемы
[0006] В способе обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности по настоящему изобретению, во-первых, выполняют этап вычисления разности для вычисления разности между температурой устройства преобразования мощности и температурой охлаждающей текучей среды. Затем выполняют этап определения анормальности, на котором определяют анормальность температуры, когда удовлетворяется условие определения анормальности, т.е. когда вышеописанная разность превышает предварительно установленное пороговое значение разности и температура блока преобразования мощности превышает предварительно установленное пороговое значение температуры блока преобразования мощности.
[0007] Помимо этого, устройство обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности по настоящему варианту осуществления содержит блок обнаружения температуры блока преобразования мощности для детектирования температуры блока преобразования мощности и блок обнаружения температуры охлаждающей текучей среды для детектирования температуры охлаждающей текучей среды в контуре охлаждающей текучей среды, который проходит через блок преобразования мощности и охлаждает блок преобразования мощности.
Помимо этого, блок определения анормальностей для определения анормальности температуры вычисляет разность между температурой блока преобразования мощности и температурой охлаждающей текучей среды и определяет анормальность температуры, когда соблюдено условие определения анормальности, при котором эта разность превышает предварительно установленное пороговое значение разности и температура блока преобразования мощности превышает предварительно установленное пороговое значение температуры блока преобразования мощности.
Преимущества изобретения
[0008] В способе обнаружения анормальностей температуры и устройстве обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности по настоящему изобретению, если температура самого устройства преобразования мощности ниже порогового значения температуры блока преобразования мощности и устройство преобразования мощности является работоспособным, анормальность температуры не определяется даже тогда, когда разность между температурой блока преобразования мощности и температурой охлаждающей текучей среды, которая находится при низкой температуре, превышает пороговое значение температуры, к примеру, при низких температурах окружающей среды.
Следовательно, появляется возможность более точно определять анормальное температурное состояние, при котором приведение в действие устройства преобразования мощности не является предпочтительным.
Краткое описание чертежей
[0009] Фиг. 1 является общим видом, схематично иллюстрирующим устройство преобразования мощности, к которому применяется способ обнаружения анормальностей температуры по первому варианту осуществления.
Фиг. 2 является блок-схемой, иллюстрирующей последовательность операций процесса защитного управления устройством преобразования мощности.
Фиг. 3A является временной диаграммой, иллюстрирующей пример работы при низкой температуре окружающей среды в сравнительном примере по отношению к первому варианту осуществления.
Фиг. 3B является временной диаграммой, иллюстрирующей пример работы при низкой температуре окружающей среды в первом варианте осуществления.
Фиг. 4A является временной диаграммой, иллюстрирующей пример работы при высокой температуре окружающей среды в сравнительном примере по отношению к первому варианту осуществления.
Фиг. 4B является временной диаграммой, иллюстрирующей пример работы при высокой температуре окружающей среды в первом варианте осуществления.
Варианты осуществления изобретения
[0010] Далее описываются предпочтительные варианты осуществления способа обнаружения анормальностей для устройства преобразования мощности по настоящему изобретению на основе проиллюстрированных на чертежах вариантов осуществления.
Первый вариант осуществления
Далее описываются способ обнаружения анормальностей температуры и устройство обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности по первому варианту осуществления.
Общее строение устройства преобразования мощности
Сначала со ссылкой на фиг. 1 будет описано строение устройства A преобразования мощности, к которому применяется способ обнаружения анормальностей температуры согласно первому варианту осуществления.
[0011] Устройство A преобразования мощности, проиллюстрированное на фиг. 1, содержит первое инверторное устройство (блок преобразования мощности) 10 для приведения в действие первой машины 1 выработки мощности и второе инверторное устройство (блок преобразования мощности) 20 для приведения в действие второй машины 2 выработки мощности.
[0012] Первая машина 1 выработки мощности и вторая машина 2 выработки мощности смонтированы в электрическом транспортном средстве (электромобиле), гибридном транспортном средстве или т.п., которое не показано.
Назначение этих двух машин 1, 2 выработки мощности конкретно не ограничено. Например, две машины 1, 2 выработки мощности могут использоваться в качестве источников привода для подачи движущей силы на ведущие колеса, которые не показаны. Альтернативно, одна из двух машин 1, 2 выработки мощности может использоваться в качестве источника привода, а другая – в качестве генератора для выработки электроэнергии при приведении его в действие источником привода, таким как двигатель, который не показан.
[0013] Два инверторных устройства 10, 20 смонтированы в кожухе CA, который заключает в себе устройство A преобразования мощности.
Первое инверторное устройство 10 преобразует постоянный ток, который представляет собой электрическую мощность из батареи 3, в переменный ток и подает этот переменный ток на первую машину 1 выработки мощности, тем самым приводя в действие первую машину 1 выработки мощности, или преобразует переменный ток, сгенерированный первой машиной 1 выработки мощности, в постоянный ток и подает этот постоянный ток в батарею 3 для заряда.
[0014] Хотя это и не показано, первое инверторное устройство 10 содержит сглаживающий конденсатор и силовой модуль, такой как модуль IGBT. Дополнительно, в качестве батареи 3 используется вторичная батарея (литий-ионная аккумуляторная батарея, никель-водородная аккумуляторная батарея или т.п.), имеющая диапазон регулирования напряжения приблизительно в несколько сотен вольт.
[0015] Аналогично первому инверторному устройству 10, второе инверторное устройство 20 также может преобразовывать постоянный ток из батареи 3 в переменный ток и подавать этот переменный ток на вторую машину 2 выработки мощности, а также может преобразовывать переменный ток, сгенерированный второй машиной 2 выработки мощности, в постоянный ток и подавать этот постоянный ток в батарею 3 для заряда. Хотя и не показано, это второе инверторное устройство 20 также содержит сглаживающий конденсатор и силовой модуль.
[0016] Кроме того, первое инверторное устройство 10 и второе инверторное устройство 20 соответственно включают в себя датчик 11 температуры первого инвертора и датчик 12 температуры второго инвертора, которые детектируют температуры (Tin1, Tin2) силовых модулей и т.д., снабженных полупроводниковыми элементами.
[0017] Помимо этого, устройство A преобразования мощности содержит охлаждающее устройство 30. Охлаждающее устройство 30 содержит контур 31 охлаждающей воды, радиатор 32, насос 33 и контур 34 циркуляции и охлаждает два инверторных устройства 10, 20 посредством осуществления циркуляции охлаждающей воды W, служащей в качестве охлаждающей текучей среды.
[0018] Контур 31 охлаждающей воды образован в кожухе CA и проходит от впуска 31a на первом конце через первое инверторное устройство 10 (блок преобразования мощности предыдущего каскада) и второе инверторное устройство 20 (блок преобразования мощности последующего каскада) в указанном порядке и достигает выпуска 31b на втором конце.
[0019] Контур 34 циркуляции, который идет от выпуска 31b ко впуску 31a и снабжен посередине радиатором 32 и насосом 33, соединен с контуром 31 охлаждающей воды. Насос 33 обеспечивает циркуляцию охлаждающей воды W посредством откачки охлаждающей воды W из выпуска 31b и закачки охлаждающей воды во впуск 31a. Радиатор 32 излучает тепло из охлаждающей воды W в наружный воздух, за счет этого охлаждая охлаждающую воду W.
[0020] Кроме того, предусмотрен датчик 40 температуры воды около впуска 31a, который расположен выше по потоку относительно первого инверторного устройства 10 в контуре 31 охлаждающей воды. Температура Tw охлаждающей воды (температура охлаждающей текучей среды), обнаруженная датчиком 40 температуры воды, и температура Tin1 первого инвертора, обнаруженная вышеуказанным датчиком 11 температуры первого инвертора, вводятся в первый контроллер 51. Помимо этого, температура Tw охлаждающей воды и температура Tin2 второго инвертора, обнаруженная датчиком 12 температуры второго инвертора, вводятся во второй контроллер 52. Первый контроллер 51 и второй контроллер 52 выполнены из так называемых микрокомпьютеров.
[0021] Первый контроллер 51 определяет присутствие/отсутствие анормальности температуры первого инверторного устройства 10 и, когда определяется анормальность температуры, осуществляет процесс защиты по меньшей мере первого инверторного устройства 10 и первой машины 1 выработки мощности. Второй контроллер 52 определяет присутствие/отсутствие анормальности температуры второго инверторного устройства 20 и, когда определяется анормальность температуры, осуществляет процесс защиты по меньшей мере второго инверторного устройства 20 и второй машины 2 выработки мощности. Может быть предусмотрена такая конфигурация, в которой при определении анормальности температуры одним из двух контроллеров 51, 52 осуществляется процесс защиты двух инверторных устройств 10, 20 и двух машин 1, 2 выработки мощности.
Конфигурация двух контроллеров и процесс защитного управления
[0022] Далее будут описаны конфигурации первого контроллера 51 и второго контроллера 52.
Первый контроллер 51 содержит блок 51a вычисления первой разности температур и первый блок 51b обнаружения анормальностей.
Блок 51a вычисления первой разности температур принимает вводы температуры Tin1 первого инвертора, обнаруженной датчиком 11 температуры первого инвертора, и температуры Tw охлаждающей воды, обнаруженной датчиком 40 температуры воды, и вычисляет первую разность ΔT1 температур (ΔT1=Tin1-Tw), которая представляет собой разность между ними двумя.
[0023] Первый блок 51b определения анормальностей определяет присутствие/отсутствие анормальности температуры на основе первой разности ΔT1 температур и температуры Tin1 первого инвертора, и когда определяется анормальность температуры, выполняет предписанный процесс защитной работы. В дальнейшем последовательность операций этого процесса будет описана на основе блок-схемы по фиг. 2.
[0024] На первом этапе S11 температура Tin1 первого инвертора и температура Tw охлаждающей воды считываются блоком 51a вычисления первой разности температур, и процесс переходит к следующему этапу S12.
На этапе S12 первая разность ΔT1 температур, которая представляет собой разность между температурой Tin1 первого инвертора и температурой Tw охлаждающей воды, вычисляется блоком 51a вычисления первой разности температур посредством вычисления ΔT1=Tin1-Tw. Эта первая разность ΔT1 температур и температура Tin1 первого инвертора вводятся в первый блок 51b обнаружения анормальностей.
[0025] На следующем этапе S13 определяется анормальность ("Да"), когда удовлетворяется нижеследующее условие определения анормальности; в противном случае определяется отсутствие анормальности ("Нет"). При этом условие определения анормальностей удовлетворяется, когда первая разность ΔT1 температур превышает предварительно установленное пороговое значение разности ΔTfail согласно первому блоку 51b определения анормальностей и температура Tin1 первого инвертора превышает предварительно установленное первое пороговое значение Tinfail1 анормальности температуры инвертора.
[0026] Пороговое значение разности ΔTfail, заданное на основе экспериментов или моделирований, является значением, с помощью которого можно определять присутствие/отсутствие анормальности либо первого инверторного устройства 10, либо охлаждающего устройства 30 при нормальных температурах окружающей среды, и является значением, имеющим те же характеристики, что и в уровне техники. Помимо этого, первое пороговое значение Tinfail1 анормальности температуры инвертора, заданное на основе экспериментов или моделирований, является значением, с помощью которого можно определять присутствие/отсутствие анормальности первого инверторного устройства 10 при низкой температуре окружающей среды.
[0027] Затем, на этапе S13, когда условие определения анормальности ΔT1>ΔTfail и Tin1>Tinfail1 удовлетворено ("Да"), процесс переходит к этапу S15; в противном случае (отсутствует анормальность ("Нет")) процесс переходит к этапу S14.
[0028] На этапе S14, на который процесс переходит, когда определена неанормальность на этапе S13, определяется то, превышает или нет температура Tin1 первого инвертора второе пороговое значение Tinfail2 анормальности температуры инвертора. Второе пороговое значение Tinfail2 анормальности температуры инвертора задается равным более высокой температуре, чем первое пороговое значение Tinfail1 анормальности температуры инвертора (см. фиг. 3B), и является пороговым значением, которое позволяет обнаружить анормальность температуры первого инверторного устройства 10 при высокой температуре окружающей среды. Второе пороговое значение Tinfail2 анормальности температуры инвертора, заданное на основе экспериментов или моделирований, представляет собой верхнюю предельную температуру, при которой могут работать внутренние полупроводники и т.д. (верхнюю предельную температуру полупроводника, см. фиг. 3A).
[0029] Затем, когда удовлетворено Tin1>Tinfail2 на этапе S14, определяется анормальность температуры ("Да"), и процесс переходит к этапу S15, а когда удовлетворено Tin1≤Tinfail2, определяется отсутствие анормальности температуры ("Нет"), и процесс возвращается к этапу S11.
[0030] На этапе S15, на который процесс переходит, когда определена анормальность температуры ("Да") либо на этапе S13, либо на этапе S14, выполняется предварительно установленный процесс защитной работы, и управление завершается. Один пример этого процесса защитной работы представляет собой процесс прекращения работы первого инверторного устройства 10 и работы первой машины 1 выработки мощности, но никаких ограничений этим не налагается. Например, работа первой машины 1 выработки мощности может быть ограничена, а не полностью прекращена, либо работа второго инверторного устройства 20 и работа второй машины 2 выработки мощности могут быть прекращены или ограничены в дополнение к прекращению работы первого инверторного устройства 10 и первой машины 1 выработки мощности.
[0031] Далее, возвращаясь к фиг 1, будет описан второй контроллер 52. Второй контроллер 52 имеет конфигурацию, аналогичную конфигурации первого контроллера 51, и аналогичное содержание обработки, как и у первого контроллера 51; в силу этого будут главным образом описываться отличия.
[0032] Второй контроллер 52 содержит блок 52a вычисления второй разности температур и второй блок 52b обнаружения анормальностей.
Блок 52a вычисления второй разности температур вычисляет вторую разность ΔT2 температур, которая представляет собой разность между температурой Tin2 второго инвертора и температурой Tw2 охлаждающей воды (в дальнейшем называемой "температурой охлаждающей воды последующего каскада") выше по потоку от второго инверторного устройства 20.
[0033] При этом температура Tw2 охлаждающей воды последующего каскада может непосредственно обнаруживаться за счет наличия датчика температуры воды 42 на стороне выше по потоку от второго инверторного устройства 20 и детектирования температуры Tw2 охлаждающей воды последующего каскада, которая представляет собой температуру воды выше по потоку от второго инверторного устройства 20, как показано двойной штрихпунктирной линией на фиг. 1.
[0034] Альтернативно, температура Tw2 охлаждающей воды последующего каскада может вычисляться из температуры Tw охлаждающей воды, обнаруженной датчиком 40 температуры воды. В первом варианте осуществления блок 52a вычисления второй разности температур выполнен с возможностью вычислять температуру Tw2 охлаждающей воды последующего каскада из температуры Tw охлаждающей воды и принимает в качестве вводов температуру Tw охлаждающей воды и температуру Tin2 второго инвертора, обнаруженную датчиком 12 температуры второго инвертора, как показано на чертеже.
[0035] То есть охлаждающая вода последующего каскада выше по потоку от второго инверторного устройства 20 нагревается посредством теплообмена с первым инверторным устройством 10 и в силу этого имеет более высокую температуру, чем температура Tw охлаждающей воды, обнаруженная датчиком 40 температуры воды. Следовательно, блок 52a вычисления второй разности температур задает в качестве суммируемого значения значение, полученное преобразованием потерь в первом инверторном устройстве 10 в ходе работы в увеличение температуры Tw охлаждающей воды, и суммирует это значение с температурой Tw охлаждающей воды, обнаруженной датчиком 40 температуры воды, получая температуру Tw2 охлаждающей воды последующего каскада. Увеличение температуры вследствие этих потерь может вычисляться на основе рабочего состояния первого инверторного устройства 10, но в первом варианте осуществления увеличение температуры задается равным увеличению температуры Tw охлаждающей воды вследствие тепловыделения первого инверторного устройства 10 во время максимальных потерь, которые предполагаются в первом инверторном устройстве 10. Примером такого времени максимальных потерь является то время, когда первая машина 1 выработки мощности находится в застопоренном состоянии. Например, застопоренное состояние может возникать тогда, когда колеса транспортного средства ударяются о стояночный упор или т.п., и транспортное средство не может перемещаться вперед, даже когда есть попытка сделать этого; т.е. случай, в котором в первой машине 1 выработки мощности не возникает вращение, даже если первая машина 1 выработки мощности снабжается питанием и приводится в действие.
[0036] В таком застопоренном состоянии потери энергии в первой машине 1 выработки мощности являются максимальными, и энергия теряется в виде тепловой энергии. Что касается суммируемого значения, прибавляемого к температуре Tw охлаждающей воды, такое застопоренное состояние фактически воспроизводится, и взаимозависимость в это время между температурой Tw охлаждающей воды, значением команды первой машине 1 выработки мощности и увеличением температуры Tw охлаждающей воды хранится в первом контроллере 51, например, в форме карты или арифметического выражения. Следовательно, блок 52a вычисления второй разности температур вычисляет суммируемое значение из значения команды первой машине 1 выработки мощности и температуры Tw охлаждающей воды в то время, когда выполняется суммирование, и прибавляет это значение к температуре Tw охлаждающей воды, получая температуру Tw2 охлаждающей воды последующего каскада.
[0037] Второй блок 52b определения анормальностей определяет присутствие/отсутствие анормальности на основе второй разности ΔT2 температур и температуры Tin2 второго инвертора и, когда определена анормальность, выполняет процесс защитной работы.
[0038] При этом последовательность операций процесса защитного управления во втором контроллере 52 является аналогичной последовательности операций процесса в первом контроллере 51, показанном на фиг. 2; в силу этого блок-схема опущена, а краткое пояснение приведено ниже. Отличие между процессом защитного управления во втором контроллере 52 и защитным процессом, показанным на фиг. 2, заключается в том, что температура Tw охлаждающей воды и температура Tin1 первого инвертора, используемые первым контроллером 51, заменяются на температуру Tw2 охлаждающей воды последующего каскада и температуру Tin2 второго инвертора. Помимо этого, другое отличие заключается в том, что добавляется вычисление для получения температуры Tw2 охлаждающей воды последующего каскада из температуры Tw охлаждающей воды до того, как вычисляется разность ΔT2 температур на этапе S12.
[0039] Ниже вкратце описывается процесс защитного управления во втором контроллере 52; сначала температура Tin2 второго инвертора и температура Tw охлаждающей воды считываются блоком 52a вычисления второй разности температур и вычисляется температура Tw2 охлаждающей воды последующего каскада (этап S11).
[0040] Затем вычисляется вторая разность ΔT2 температур, которая представляет собой разность между температурой Tin2 второго инвертора и температурой Tw2 охлаждающей воды последующего каскада, в блоке 52a вычисления второй разности температур посредством вычисления ΔT2=Tin2-Tw2 (этап S12).
[0041] Затем определяют, удовлетворяется ли или нет первое условие определения анормальности, посредством второго блока 52b обнаружения анормальностей. Это первое условие определения анормальности удовлетворяется, когда вторая разность ΔT2 температур превышает предварительно установленное пороговое значение разности ΔTfail и температура Tin2 второго инвертора превышает предварительно установленное первое пороговое значение Tinfail1 анормальности температуры инвертора (этап S13). Пороговое значение разности ΔTfail и первое пороговое значение Tinfail1 анормальности температуры инвертора могут быть значениями, идентичными значениям, используемым описанным выше первым контроллером 51, или могут быть значениями, отличающимися от значений, используемых первым контроллером 51, в соответствии с характеристиками второго инверторного устройства 20 и т.п.
Когда первое условие определения анормальности не удовлетворяется ("Нет"), дополнительно определяют, превышает ли или нет температура Tin2 второго инвертора второе пороговое значение Tinfail2 анормальности температуры инвертора (удовлетворяется или нет второе условие определения анормальности) (этап S14).
[0042] Затем, когда удовлетворено либо первое условие определения анормальности, либо второе условие определения анормальности, выполняется процесс защитной работы, а когда не удовлетворены оба условия определения анормальности, вышеописанный процесс повторяется (этап S15).
Работа первого варианта осуществления
[0043] Далее будет описана работа первого варианта осуществления.
Когда инверторные устройства 10, 20 приводятся в действие, выделяется тепло, соответствующее потерям, возникающим в переключающем элементе или силовом модуле, которые не показаны, и температуры Tin1, Tin2 инверторов увеличиваются. Помимо этого, каждое инверторное устройство 10, 20 охлаждается охлаждающим устройством 30, и в силу этого температура Tw охлаждающей воды в контуре 31 охлаждающей воды увеличивается. Охлаждающая вода затем охлаждается за счет теплового излучения радиатора 32 и после этого снова подается в контур 31 охлаждающей воды.
[0044] Затем первый контроллер 51 и второй контроллер 52 обнаруживают анормальности температуры полупроводниковых элементов силовых модулей, которые встроены в первый и второй инверторные устройства 10, 20 и т.д., и выполняют защитное управление для предотвращения разрушения этих элементов под действием тепла.
Решаемые проблемы
[0045] Перед описанием эффектов первого варианта осуществления будут описаны проблемы, решаемые при осуществлении определения анормальностей только на основе разности ΔT температур, как в уровне техники, на основе фиг. 3A и 4A. В нижеприведенном описании проблем и работы первого варианта осуществления описывается характерный случай, в котором приводится в действие первое инверторное устройство 10, из числа двух инверторных устройств 10, 20.
Проблема при низкой температуре
[0046] Фиг. 3A показывает случай, когда первая машина 1 выработки мощности начинает приводиться в действие (в момент времени t0), и температура Tin1 первого инвертора постепенно увеличивается в низкотемпературной среде, в которой температура Tw охлаждающей воды становится чрезвычайно низкой. В этом случае, поскольку температура Tw охлаждающей воды низка, разность ΔT температур постепенно увеличивается после инициирования приведения в действие (в момент времени t0).
[0047] Затем, в момент времени t1, разность ΔT температур превышает пороговое значение разности ΔTfail, и выполняется процесс защитной работы, который уменьшает температуру Tin1 первого инвертора, а также разность ΔT температур.
[0048] Тем не менее в этом случае причина, по которой разность ΔT температур принимает большое значение, состоит в том, что температура Tw охлаждающей воды низка; помимо этого, температура предусмотренного в первом инверторном устройстве 10 полупроводника, Tse, которая представляет собой температуру самого полупроводника, ниже верхней предельной температуры полупроводника, которая представляет собой верхнюю предельную температуру, при которой полупроводник работает нормально. Следовательно, осуществляется чрезмерная защита в ситуации, которая внутренне не требует выполнения процесса защитной работы, создавая такую проблему, что первая машина 1 выработки мощности не может выдавать нормальную движущую силу.
Работа первого варианта осуществления при низкой температуре
[0049] Далее будет описана работа первого варианта осуществления на основе фиг. 3B. Фиг. 3B также показывает случай, в котором первая машина 1 выработки мощности начинает приводиться в действие в момент времени t0 в низкотемпературной среде, таким же образом, как фиг. 3A.
[0050] В этом случае, поскольку температура Tw охлаждающей воды низка, разность ΔT1 температур относительно температуры Tin1 первого инвертора увеличивается и превышает пороговое значение температуры ΔTfail в момент времени t11, как и в случае по фиг. 3A. Тем не менее, первое условие определения анормальности не удовлетворяется в этот момент времени (t11), поскольку температура Tin1 первого инвертора ниже первого порогового значения Tinfail1 анормальности температуры инвертора.
[0051] То есть, поскольку в первом варианте осуществления первое условие определения анормальности удовлетворяется, когда ΔT1>ΔTfail и Tin1>Tinfail1, первое условие определения анормальности не удовлетворяется в момент времени t11, когда удовлетворено только ΔT1>ΔTfail; в силу этого процесс защитной работы не выполняется в это время.
[0052] После этого температура Tin1 первого инвертора продолжает увеличиваться к первому пороговому значению Tinfail1 анормальности температуры инвертора и достигает первого порогового значения Tinfail1 анормальности температуры инвертора в момент времени t12. То есть, первое условие определения анормальности ΔT1>ΔTfail и Tin1>Tinfail1 удовлетворяется в этот момент времени t12. Как результат, начинается процесс защитной работы, за счет этого уменьшая температуру Tin1 первого инвертора, а также температуру Tse полупроводника.
[0053] Таким образом, в первом варианте осуществления, время (t12) начала процесса защитной работы наступает после времени (t1) начала операции обработки сравнительного примера, по сравнению с примером работы, показанным на фиг. 3A, и первое инверторное устройство 10 и первая машина 1 выработки мощности могут продолжать приводиться в действие, даже в области чрезмерной защиты, показанной на фиг. 3A.
Тем самым возможно надлежащим образом защитить первое инверторное устройство 10 и исключить ненужные прекращение или ограничения на работу первого инверторного устройства 10 и первой машины 1 выработки мощности.
Проблема при высокой температуре
[0054] Далее будет описана работа первого варианта осуществления и сравнительного примера при высоких температурах.
Сначала описывается проблема сравнительного примера на основе фиг. 4A.
Фиг. 4A показывает работу для случая, в котором как температура Tw охлаждающей воды, так и температура Tin1 первого инвертора высоки, к примеру, сразу после поездки при высоких температурах окружающей среды, и первая машина 1 выработки мощности и первое инверторное устройство 10 начинают приводиться в действие в момент времени t0, когда разность ΔT температур поэтому низка.
[0055] В этом случае, поскольку разность ΔT температур низка, как описано выше, разность ΔT температур продолжает быть ниже порогового значения разности ΔTfail, и процесс защитной работы не выполняется.
[0056] Тем не менее, поскольку температура Tin1 первого инвертора высока, как описано выше, температура Tse полупроводника достигла верхней предельной температуры полупроводника в момент времени t31, и соответствующая защитная операция не выполняется.
Работа первого варианта осуществления при высокой температуре
[0057] Далее будет описана работа первого варианта осуществления на основе фиг. 4B.
Аналогично фиг. 4A, фиг. 4B также показывает работу для случая, в котором как температура Tw охлаждающей воды, так и температура Tin1 первого инвертора высоки в высокотемпературной среде, и первая машина 1 выработки мощности и первое инверторное устройство 10 начинают приводиться в действие в момент времени t0, когда разность ΔT температур поэтому низка.
[0058] В этом случае, поскольку разность ΔT1 температур мала, ΔT1≤ΔTfail и первое условие определения анормальности этапа S13 не удовлетворяются, как и в случае по фиг. 4A. Тем не менее, поскольку температура Tin1 первого инвертора высока, температура Tin1 первого инвертора достигает второго порогового значения Tinfail2 анормальности температуры инвертора в момент времени t31; в силу этого второе условие определения анормальности удовлетворяется, и выполняется процесс защитной работы.
Как результат, как показано на чертеже, температура Tse полупроводника начинает уменьшаться с момента времени t31, и предотвращается достижение ею верхней предельной температуры полупроводника.
Преимущества первого варианта осуществления
[0059] Преимущества первого варианта осуществления заключаются в следующем.
1) Способ обнаружения анормальностей температуры для устройства A преобразования мощности согласно первому варианту осуществления представляет собой:
- способ обнаружения анормальностей температуры для устройства A преобразования мощности, снабженного первым инверторным устройством 10 (вторым инверторным устройством 20) в качестве блока преобразования мощности, который преобразует и передает электрическую мощность, и контуром 31 охлаждающей воды, который охлаждает первое инверторное устройство 10 (второе инверторное устройство 20), содержащий:
- этап вычисления разности (этап S12) для вычисления разности ΔT1 (ΔT2) температур, которая представляет собой разность между температурой Tin1 первого инвертора (температурой Tin2 второго инвертора) в качестве температуры первого инверторного устройства 10 (второго инверторного устройства 20) и температурой Tw (Tw2) охлаждающей воды, которая представляет собой температуру охлаждающей текучей среды контура 31 охлаждающей воды; и
- первый этап определения анормальностей (этап S13) для определения анормальности температуры, когда удовлетворяется первое условие определения анормальности, т.е. когда разность ΔT1 (ΔT2) температур превышает предварительно установленное пороговое значение разности ΔTfail и температура Tin1 (Tin2) первого инвертора превышает предварительно установленную пороговую температуру Tinfail блока преобразования мощности.
Таким образом, при низких температурах окружающей среды, даже когда разность ΔT1 (ΔT2) температур превышает пороговое значение разности ΔTfail, первое условие определения анормальности не удовлетворяется при температуре ниже первого порогового значения Tinfail1 анормальности температуры инвертора, при котором первое инверторное устройство 10 (второе инверторное устройство 20) может работать нормально.
Как результат, можно исключить прекращение или ограниченное приведение в действие вследствие чрезмерной защиты, по сравнению со случаем, в котором выполнение процесса защитной работы определяется только путем сравнения разности ΔT температур и порогового значения разности ΔTfail.
[0060] 2) Способ обнаружения анормальностей температуры для устройства A преобразования мощности согласно первому варианту осуществления:
дополнительно содержит второй этап определения анормальностей (этап S14) для определения анормальности температуры, когда не удовлетворяется первое условие определения анормальности первого этапа определения анормальностей (этапа S13), если температура Tin1 первого инвертора (температура Tin2 второго инвертора) превышает второе пороговое значение Tinfail2 анормальности температуры инвертора, которое задается равным более высокому значению, чем первое пороговое значение Tinfail1 анормальности температуры инвертора.
Таким образом, второе условие определения анормальности удовлетворяется, когда разность ΔT1 (ΔT2) температур мала в высокотемпературной среде и температура Tin1 первого инвертора (температура Tin2 второго инвертора) превышает второе пороговое значение Tinfail2 анормальности температуры инвертора. Таким образом, когда температура достигает высокой температуры, которая затрудняет работу первого инверторного устройства 10 (второго инверторного устройства 20), появляется возможность выполнять соответствующее определение анормальности температуры независимо от разности ΔT1 (ΔT2) температур, чтобы исключать возникновение неисправности первого инверторного устройства 10 (второго инверторного устройства 20) вследствие высоких температур.
[0061] 3) В способе обнаружения анормальностей температуры для устройства A преобразования мощности согласно первому варианту осуществления:
первое инверторное устройство 10 и второе инверторное устройство 20 предусмотрены вдоль контура 31 охлаждающей воды в качестве блока преобразования мощности, и
на этапе вычисления разности (на этапе S12):
относительно первого и второго инверторных устройств 10, 20 вычисляют разность ΔT1 температур между температурой Tin1 первого инвертора и температурой Tw охлаждающей воды для первого инверторного устройства 10, в качестве блока преобразования мощности предыдущего каскада, расположенного на стороне выше по потоку в контуре 31 охлаждающей воды, и вычисляют разность ΔT2 температур между температурой Tin2 второго инвертора и температурой Tw2 охлаждающей воды, в качестве температуры, полученной суммированием с температурой Tw охлаждающей воды составляющей потерь первого инверторного устройства 10, преобразованной в температуру, для второго инверторного устройства 20, в качестве блока преобразования мощности последующего каскада, который расположен еще ниже по потоку в контуре 31 охлаждающей воды, чем первое инверторное устройство 10.
Таким образом, нет необходимости предусматривать датчик 42 температуры воды для обнаружения температуры Tw2 охлаждающей воды последующего каскада выше по потоку от второго инверторного устройства 20 в качестве блока преобразования мощности последующего каскада, и поэтому можно сократить число деталей, а также затраты.
[0062] 4) В устройстве обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности согласно первому варианту осуществления:
в качестве температуры, полученной преобразованием составляющей потерь, используется значение, которое задается на основе температуры вследствие максимальных потерь, предполагаемых в первом инверторном устройстве 10.
Таким образом, можно упростить вычисление для суммирования температур и сократить затраты.
[0063] 5) Устройство обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности согласно первому варианту осуществления содержит:
- первое инверторное устройство 10 (второе инверторное устройство 20) в качестве блока преобразования мощности, который преобразует и передает электрическую мощность;
- контур 31 охлаждающей воды, который проходит через первое инверторное устройство 10 (второе инверторное устройство 20) и охлаждает первое инверторное устройство 10 (второе инверторное устройство 20);
- датчик 11 температуры первого инвертора (датчик 12 температуры второго инвертора) в качестве блока обнаружения температуры блока преобразования мощности, который обнаруживает температуру первого инверторного устройства 10 (второго инверторного устройства 20);
- датчик 40 температуры воды в качестве блока обнаружения температуры охлаждающей текучей среды, который обнаруживает температуру Tw охлаждающей воды контура 31 охлаждающей воды; и
- первый контроллер 51 (второй контроллер 52) в качестве блока определения анормальностей, который принимает в качестве вводов температуру Tw (Tw2) охлаждающей воды и температуру Tin1 первого инвертора (температуру Tin2 второго инвертора), вычисляет разность ΔT1 (ΔT2) температур в качестве разности между температурой Tin1 первого инвертора (температурой Tin2 второго инвертора) и температурой Tw (Tw2) охлаждающей воды и определяет анормальность температуры, когда удовлетворяется условие определения анормальности, т.е. когда разность ΔT1 (ΔT2) температур превышает предварительно установленное пороговое значение разности ΔTfail и температура Tin1 первого инвертора (температура Tin2 второго инвертора) превышает предварительно установленное первое пороговое значение Tinfail1 анормальности температуры инвертора.
Таким образом, при низких температурах окружающей среды, даже когда разность ΔT1 (ΔT2) температур превышает пороговое значение разности ΔTfail, первое условие определения анормальностей не удовлетворяется при температуре ниже первого порогового значения Tinfail1 анормальности температуры инвертора, при котором первое инверторное устройство 10 (второе инверторное устройство 20) может работать нормально.
Как результат, можно исключить прекращение или ограниченное приведение в действие вследствие чрезмерной защиты, по сравнению со случаем, в котором выполнение процесса защитной работы определяется только путем сравнения разности ΔT температур и порогового значения разности ΔTfail.
[0064] Кроме того, в устройстве обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности согласно первому варианту осуществления:
первый контроллер 51 (второй контроллер 52) определяет анормальность температуры, когда первое условие определения анормальностей первого этапа определения анормальностей (этапа S13) не удовлетворяется, если температура Tin1 первого инвертора (температура Tin2 второго инвертора) превышает второе пороговое значение Tinfail2 анормальности температуры инвертора, которое задается равным более высокому значению, чем первое пороговое значение Tinfail1 анормальности температуры инвертора.
Таким образом, второе условие определения анормальностей удовлетворяется, когда при высоких температурах окружающей среды разность ΔT1 (ΔT2) температур мала и температура Tin1 первого инвертора (температура Tin2 второго инвертора) превышает второе пороговое значение Tinfail2 анормальности температуры инвертора. Таким образом, когда температура достигает высокой температуры, которая затрудняет работу первого инверторного устройства 10 (второго инверторного устройства 20), появляется возможность выполнять соответствующее определение анормальности температуры независимо от разности ΔT1 (ΔT2) температур, чтобы исключить возникновение неисправности первого инверторного устройства 10 (второго инверторного устройства 20) вследствие высоких температур.
Другие варианты осуществления
[0065] Теперь будут описаны другие варианты осуществления настоящего изобретения. В описании других вариантов осуществления конфигурациям, общим для первого варианта осуществления и других вариантов осуществления, присвоены идентичные ссылочные обозначения, а их описания опущены, и описаны только отличия от данного варианта осуществления.
Второй вариант осуществления
[0066] Во втором варианте осуществления показан другой пример вычисления во втором контроллере 52 суммируемого значения, которое прибавляют к температуре Tw охлаждающей воды, полученной преобразованием составляющей потерь первого инверторного устройства 10 в температуру.
Во втором варианте осуществления суммируемое значение, прибавляемое к температуре Tw охлаждающей воды (значению, полученному преобразованием составляющей потерь первого инверторного устройства 10 в температуру), вычисляется на основе информации о вычислении потерь, которая включает в себя характеристики полупроводников, несущую частоту f и ток I в первом инверторном устройстве 10.
Первое инверторное устройство 10 содержит общеизвестный биполярный транзистор с изолированным затвором с мостовым соединением (в дальнейшем называемый IGBT) и диод (диод свободного хода, в дальнейшем называемый FWD).
[0067] Следовательно, потери при переходе в установившееся состояние IGBT первого инверторного устройства 10 вычисляются с использованием следующего уравнения (1), а потери на переключение IGBT вычисляются с использованием следующего уравнения (2).
Помимо этого, потери при переходе в установившееся состояние FWD первого инверторного устройства 10 вычисляются с использованием следующего уравнения (3), а потери на переключение FWD вычисляются с использованием следующего уравнения (4).
Потери силового модуля в первом инверторном устройстве 10 затем вычисляются из этих значений с использованием следующего уравнения (5).
уравнение 1
(1)
уравнение 2
(2)
уравнение 3
(3)
уравнение 4
(4)
уравнение 5
(5)
Ic - ток переключающего элемента IGBT (ток первой машины выработки мощности)
Vce(sat) - напряжение включения переключающего элемента IGBT
D - коэффициент ШИМ-модуляции
Esw - потери на переключение в расчете на импульс IGBT
f - несущая частота ШИМ
N(I) - число IGBT-микросхем
N(F) - число FWD-микросхем
Vf - напряжение включения переключающего элемента FWD
Err - потери на переключение в расчете на 1 импульс FWD.
[0068] Кроме того, потери в первом инверторном устройстве 10, полученные из вышеприведенных уравнений (потери P силового модуля (PM)), преобразуются в температуру, и вычисляется суммируемое значение, соответствующее увеличению температуры охлаждающей воды.
Это суммируемое значение получается заранее посредством многократно проводимых экспериментов и с использованием таблицы или расчетного уравнения, которая задается с возможностью обеспечить получение значения в соответствии с потерями P силового модуля (PM) и температурой Tw охлаждающей воды.
[0069] Таким образом, во втором варианте осуществления в качестве суммируемого значения может быть задано значение, которое ближе к увеличению температуры охлаждающей воды W вследствие тепловыделения, вызываемого фактическими потерями в первом инверторном устройстве 10, и поэтому точность обнаружения анормальностей является еще более высокой.
Преимущества второго варианта осуществления
[0070] 2-1) В устройстве обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности согласно второму варианту осуществления:
блок 52a вычисления второй разности температур второго контроллера 52 использует в качестве суммируемого значения, которое представляет собой температуру, полученную преобразованием составляющей потерь и прибавляемую к температуре Tw охлаждающей воды, значение, вычисленное на основе информации о вычислении потерь, которая включает в себя число N(F) FWD-микросхем, число N(I) IGBT-микросхем, коэффициент D ШИМ-модуляции в качестве характеристики полупроводников, несущую частоту f, ток Ic и напряжение Vce(sat) силового модуля первого инверторного устройства 10.
Следовательно, можно получить оптимальное суммируемое значение, соответствующее рабочему состоянию первого инверторного устройства 10, и выполнять более точное обнаружение анормальностей.
Следует отметить, что суммируемое значение может получаться на основе любого из тока Ic, напряжения Vce(sat), характеристики полупроводников (несущей частоты f, коэффициента D ШИМ-модуляции, числа N(I) IGBT-микросхем и числа N(F) FWD-микросхем).
Третий вариант осуществления
[0071] Третий вариант осуществления представляет собой пример, в котором способ преобразования составляющей потерь первого инверторного устройства 10 в температуру и его суммирования с температурой Tw охлаждающей воды с получением суммируемого значения отличается от способов по первому и второму вариантам осуществления.
[0072] А именно, в третьем варианте осуществления в качестве суммируемого значения, которое прибавляется после того, как составляющая потерь первого инверторного устройства 10 преобразована в температуру, используется значение, оцененное на основе первой разности ΔT1 температур между температурой Tin1 первого инвертора и температурой Tw охлаждающей воды.
[0073] При этом потери оцениваются посредством приема в качестве ввода первой разности ΔT1 температур, вычисленной блоком 51a вычисления первой разности температур, и посредством обратного вычисления потерь в первом инверторном устройстве 10 из этой первой разности ΔT1 температур. Кроме того, блок 52a вычисления второй разности температур второго контроллера 52 оценивает суммируемое значение, соответствующее составляющей увеличения температуры охлаждающей воды вследствие этой составляющей потерь, и задает температуру, полученную суммированием этого суммируемого значения с температурой Tw охлаждающей воды, в качестве температуры Tw2 охлаждающей воды последующего каскада. Что касается оценки этого суммируемого значения, то значения, соответствующие разности ΔT1 температур и состоянию приведения в действие (например, питание, рекуперация, стопорение и т.д.) первой машины 1 выработки мощности в это время, сохраняются в форме карты.
Блок 52a вычисления второй разности температур второго контроллера 52 вычисляет вторую разность ΔT2 температур между вышеописанной суммированной температурой и температурой Tin2 второго инвертора.
[0074] Таким образом, в третьем варианте осуществления увеличения температуры охлаждающей воды, соответствующие оцененной составляющей потерь первого инверторного устройства 10, оцениваются на основе разности ΔT1 (ΔT2) температур.
Таким образом, можно получить температуру Tw2 охлаждающей воды последующего каскада в качестве суммированной температуры с большой точностью, за счет этого увеличивая точность обнаружения анормальностей.
Преимущества третьего варианта осуществления
[0075] 3-1) В устройстве обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности согласно третьему варианту осуществления:
блок 52a вычисления второй разности температур второго контроллера 52 использует оцененное значение на основе разности ΔT1 температур, которая представляет собой разность между температурой Tin1 первого инвертора, являющейся температурой первого инверторного устройства 10, и температурой Tw охлаждающей воды, в качестве температуры составляющей потерь, которую прибавляют.
То есть состояние тепловыделения первого инверторного устройства 10 оценивается на основе разности между температурой Tin1 первого инвертора и температурой Tw охлаждающей воды, обеспечивая возможность получения суммируемого значения с высокой точностью. Поэтому температура Tw2 охлаждающей воды последующего каскада может оцениваться с высокой точностью на основе этого высокоточного суммируемого значения, и обнаружение анормальностей второго инверторного устройства 20 может выполняться с высокой точностью на этой основе.
[0076] Способ обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности и устройство обнаружения анормальностей температуры для устройства преобразования мощности по настоящему изобретению были описаны выше на основе вариантов осуществления, но их конкретные конфигурации не ограничены этими вариантами осуществления, и в конструкцию могут вноситься различные модификации и дополнения без отступления от объема изобретения согласно каждому пункту в формуле изобретения.
[0077] Например, в вариантах осуществления, инверторные устройства показаны как множество блоков преобразования мощности для преобразования и передачи электрической мощности, но блоки преобразования мощности не ограничены инверторными устройствами; также могут использоваться другие блоки преобразования мощности, такие как преобразователи. Таким образом, в вариантах осуществления машина выработки мощности показана как выходная цель блоков преобразования мощности, но выходная цель не ограничена этим, и могут использоваться другие устройства, такие как батарея.
[0078] Кроме того, в вариантах осуществления показан пример, в котором число инверторных устройств в качестве устройств преобразования мощности равно 2, но число устройств преобразования мощности может быть равно 1 или целому числу 3 или более.
[0079] Дополнительно, в качестве охлаждающей текучей среды показана охлаждающая вода, которая протекает по контуру охлаждающей текучей среды, но охлаждающая текучая среда не ограничена ею; могут использоваться жидкости, отличные от воды, такие как масло, газ или другие текучие среды.
[0080] Кроме того, в первом варианте осуществления, увеличение температуры воды во время максимальных потерь, предполагаемых в первом инверторном устройстве, задано в качестве температуры, с которой суммируется температура составляющей потерь блока преобразования мощности предыдущего каскада, но никаких ограничений этим не налагается. Например, оно может задаваться в качестве увеличения температуры воды во время максимальных потерь в течение состояния приведения в действие первой машины выработки мощности, в соответствии с этим состоянием приведения в действие. Таким образом, оно может задаваться в качестве увеличения температуры во время максимальных потерь для каждого состояния приведения в действие, такого как питание, рекуперация, и при стопорении.
[0081] Дополнительно, во втором варианте осуществления показан пример, в котором увеличение температуры составляющей потерь получается на основе уравнений (1)-(5); однако он не ограничен уравнениями (1)-(5) при условии, что это значение вычисляется на основе информации о вычислении потерь, которая включает в себя характеристики полупроводников, несущую частоту и ток, подаваемый в блок преобразования мощности.