功率转换器温度估计
阅读：265发布：2021-03-28
专利汇可以提供功率转换器温度估计专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开提供了“功率转换器 温度 估计”。一种车辆，包括功率转换器，所述功率转换器具有电感器，所述电感器电气地设置在牵引 电池 和 电机 之间。所述车辆包括 控制器 ，所述控制器被配置为减小所述功率转换器的功率限制。所述减小是对所述电感器两端的 电压 与通过所述电感器的 电流 的变化率的比率的增加的响应。，下面是功率转换器温度估计专利的具体信息内容。
1.一种车辆，其包括：
功率转换器，所述功率转换器包括电感器，所述电感器电气地设置在牵引电池和电机之间；以及
控制器，所述控制器配置为响应于所述电感器两端的电压与通过所述电感器的电流的变化率的比率的增加，减小所述功率转换器的功率限制。
2.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器还被配置为响应于所述比率的减小，增加所述功率转换器的所述功率限制。
3.如权利要求1所述的车辆，其中所述电感器包括芯，所述芯的初始磁导率是所述芯的温度的单调函数。
4.如权利要求1所述的车辆，其中所述电感器包括粉末铁芯。
5.如权利要求4所述的车辆，其中所述粉末铁芯是钼坡莫合金粉芯。
6.如权利要求5所述的车辆，其中所述钼坡莫合金粉芯具有550μ的初始磁导率。
7.一种车辆，其包括：
功率转换器，所述功率转换器包括电感器，所述电感器电气地设置在牵引电池和电机之间；以及
控制器，所述控制器被配置为响应于所述电感器两端的电压与通过所述电感器的电流的变化率的比率的减小，增加所述功率转换器的功率限制。
8.如权利要求7所述的车辆，其中所述控制器还被配置为响应于所述比率的增加，减小所述功率转换器的所述功率限制。
9.如权利要求7所述的车辆，其中所述电感器包括芯，所述芯的初始磁导率是所述芯的温度的单调函数。
10.如权利要求7所述的车辆，其中所述电感器包括粉末铁芯。
11.如权利要求10所述的车辆，其中所述粉末铁芯是钼坡莫合金粉芯。
12.如权利要求11所述的车辆，其中所述钼坡莫合金粉芯具有550μ的初始磁导率。
13.一种方法，其包括：
通过控制器，
响应于电感器两端的电压与通过所述电感器的电流的变化率的比率的变化，调整包括所述电感器的功率转换器的功率限制，所述电感器电气地设置在牵引电池和电机之间。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述调整是当所述变化是减小时所述功率限制的增加。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述调整是当所述变化是增加时所述功率限制的减小。
功率转换器温度估计
技术领域
[0001] 本公开涉及功率转换器电感器温度的估计。
背景技术
[0002] 电气化车辆(其包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV))具有DC到DC转换器。DC到DC转换器可以是升压转换器，以用于增加到达逆变器的电压。即使在电池输入电压保持在较窄范围内时，转换器也适应所需的电压。由于大量电流通过电感器，因此电感器的温度可能升高。电感器系统包括热敏电阻或其他温度测量装置，以用于监测电感器芯温度。发明内容
[0003] 一种车辆包括功率转换器，该功率转换器具有电感器，该电感器电气地设置在牵引电池和电机之间。该车辆包括控制器，该控制器被配置为减小功率转换器的功率限制(limit)。该减小是对电感器两端的电压与通过电感器的电流的变化率的比率的增加的响应。
[0004] 控制器还可配置为增加功率转换器的功率限制。该增加可以是对该比率的减小的响应。电感器可以包括芯，该芯的初始磁导率是芯的温度的单调函数。电感器可以具有粉末铁芯。粉末铁芯可以是钼坡莫合金粉芯(Molypermalloy Powder core)。钼坡莫合金粉芯可以具有550μ的初始磁导率。
[0005] 一种车辆包括功率转换器，该功率转换器具有电感器，该电感器电气地设置在牵引电池和电机之间。该车辆包括控制器，该控制器被配置为增加功率转换器的功率限制。该增加是对电感器两端的电压与通过电感器的电流的变化率的比率的减小的响应。
[0006] 控制器还可配置为减小功率转换器的功率限制。该减小可以是对该比率的增加的响应。电感器可以包括芯，该芯的初始磁导率是芯的温度的单调函数。电感器可以具有粉末铁芯。粉末铁芯可以是钼坡莫合金粉芯。钼坡莫合金粉芯可以具有550μ的初始磁导率。
[0007] 一种方法包括通过控制器调整包括电感器的功率转换器的功率限制，该电感器电气地设置在牵引电池和电机之间。该调整是对电感器两端的电压与通过电感器的电流的变化率的比率的变化的响应。
[0008] 该方法还可以包括减小功率转换器的功率限制。该减小可以是对比率的增加的响应。该方法还可以包括减小功率转换器的功率限制。该减小可以是对该比率的增加的响应。电感器可以包括芯，该芯的初始磁导率是芯的温度的单调函数。电感器可以具有粉末铁芯。
粉末铁芯可以是钼坡莫合金粉芯。钼坡莫合金粉芯可以具有550μ的初始磁导率。
附图说明
粉末铁芯可以是钼坡莫合金粉芯。钼坡莫合金粉芯可以具有550μ的初始磁导率。
附图说明
[0009] 图1是车辆的动力驱动系统的示意图；
[0010] 图2是功率电感器的透视图；
[0012] 图4是描绘了初始磁导率是芯的温度的单调函数的电感器芯的曲线图。
具体实施方式
[0013] 在本文中描述了本公开的实施例。然而，将理解，所公开的实施例仅是实例，并且其他实施例可以采取各种形式和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能会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，而是仅仅作为用于教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解，参考附图中的任一个而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组合以产生未明确地示出或描述的实施例。所示的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改可以是特定应用或实施方式所希望的。
[0014] 在DC到DC功率转换器中使用电感器来在工作循环的一部分期间将能量存储在磁场中，并且在该循环的另一部分期间返回所述能量的全部或部分。通常使用升压转换器来向电气化车辆的动力系统的牵引马达供应所需的电压。
[0015] 在使用期间，电感器可能会过热。在传统系统中，直接使用热敏电阻或另一装置来测量电感器的温度。然而，可以使用电感、温度、电压和电流之间的相关性来估计该温度，而无需直接测量。在一个示例中，当电感器芯所用的材料在初始磁导率和工作范围内的温度之间具有单调关系时，启用该相关性。例如，分布有气隙的粉末芯电感器可以具有单调的初始磁导率和温度关系，这意味着芯的初始磁导率与工作范围内的一个温度相符。电感器的工作范围可以变化，使得各种电感器在单调范围内工作。由于初始磁导率可能与电感器的电感相关，因此电感器的电感的确定可以提供温度特性而无需直接测量。
[0016] 例如，电感器两端的电压降和通过电感器的电流的变化率可以提供必要的电感信息，因为电压和电流变化率的比率等于电感。此外，可以使用控制器来限制通过电感器的功率，以使用相关的电感和温度信息来防止过热。控制器可以具有功率阈值，该功率阈值限制通过电感器的功率，以确保电感器的温度不超过预定温度阈值。控制器可以经由到达逆变器的开关的脉冲宽度调制信号来控制通过电感器的功率。实际上，当使用了单调的电感器芯材料时，控制器可以使用所测量的电压和电流参数来确保不超过温度限制。
[0017] 图1示出了动力系统100的电路图。动力系统100包括一个或多个高压牵引电池108、高压-高电流DC到DC转换器(或DC/DC转换器)110、逆变器200和AC马达230。逆变器200可以包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关210、212、214、216、218、220以及相应的续流二极管。逆变器200可以包括直流侧电容器(DC link capacitor)202，以用于改善电压稳定性。
DC/DC转换器110包括二极管150和IGBT 160。尽管图1中示出了IGBT，但晶体管160不限于IGBT并且可以包括其他晶体管，诸如MOSFET晶体管。DC/DC转换器110还包括功率电感器
120、电容器140和电阻器170。即使在电池108输出电压保持在窄范围内时，DC/DC转换器110也适应动力系统100的所需电压。系统100包括用于对通过电感器的电流进行采样的电流表
130，以及用于测量系统100的电压的电压表180。通过电感器120的电流以及在电感器120上切换的电压的幅值可以导致电感器120的温度升高，并因此导致电感器120有可能超过其额定温度工作，从而造成耐久性问题。控制器102接收来自电压表180、电流表130的输入。控制器102还使用数值方法来计算电流的变化率(di/dt)或从控制器网络(未示出)上的另一控制器接收变化率。控制器还可以控制开关160、210、212、214、216、218、220以操作转换器110或逆变器200。
DC/DC转换器110包括二极管150和IGBT 160。尽管图1中示出了IGBT，但晶体管160不限于IGBT并且可以包括其他晶体管，诸如MOSFET晶体管。DC/DC转换器110还包括功率电感器
120、电容器140和电阻器170。即使在电池108输出电压保持在窄范围内时，DC/DC转换器110也适应动力系统100的所需电压。系统100包括用于对通过电感器的电流进行采样的电流表
130，以及用于测量系统100的电压的电压表180。通过电感器120的电流以及在电感器120上切换的电压的幅值可以导致电感器120的温度升高，并因此导致电感器120有可能超过其额定温度工作，从而造成耐久性问题。控制器102接收来自电压表180、电流表130的输入。控制器102还使用数值方法来计算电流的变化率(di/dt)或从控制器网络(未示出)上的另一控制器接收变化率。控制器还可以控制开关160、210、212、214、216、218、220以操作转换器110或逆变器200。
[0018] 参考图2，示出了功率电感器120。功率电感器120可以具有磁芯124。磁芯124可以是粉末铁芯。粉末铁芯可以是钼坡莫合金粉芯。钼坡莫合金粉芯可以具有550μ的初始磁导率。磁芯可以是其他材料(例如，铁、硅、铝、镍、钼)，并且可以使用另一初始磁导率(例如，10μ，20μ)。另外，在其整个可用范围内不具有单调函数的芯材料可以适于通过限制其工作范围来使用本公开的教导。例如，非单调的芯材料可以具有可以与本公开的教导一起使用的单调范围。功率电感器120具有气隙126。气隙126可以分布在整个磁芯124上以改善磁导率。励磁绕组122承载DC/DC转换器110的电流。
[0019] 参考图3，示出了用于操作控制器或控制器组的算法300。在步骤302中，算法开始。在步骤304中，控制器测量电压表180两端的电压，以确定电感器120两端的电压。可以从其他源收集电压(例如，牵引电池电压)。在步骤306中，控制器可以通过用电流表130测量通过电感器的电流来确定通过电感器120的电流的变化率。然然后控制器可以使用数值方法或其他手段来计算(di/dt)。控制器102还可以从不同的控制器或控制器组接收变化率信息。
在步骤308中，控制器102计算电感器120两端的电压与通过电感器120的电流变化率之间的比率。该计算可以指示电感器120的电感，如等式1所示。
在步骤308中，控制器102计算电感器120两端的电压与通过电感器120的电流变化率之间的比率。该计算可以指示电感器120的电感，如等式1所示。
[0020]
[0021] 在步骤310中，控制器可以将该比率与先前计算出的比率进行比较，以确定是否发生了变化。如果比率增加，则控制器可以减小转换器的功率限制。如果比率减小，则控制器可以增加转换器的功率限制。可以基于转换器的特性来设置默认功率限制。例如，转换器可以具有200℉的最高温度。控制器102可以通过控制开关210至220来控制通过转换器110的温度上升。可以控制逆变器200的开关210至220，以基于功率阈值来调整被推动或拉动通过转换器110的功率。例如，功率阈值可以将开关210至220的接通循环(导电周期)限制到相关时间，或者可以采用其他场定向控制技术来控制通过转换器110的功率流。
[0022] 参考图4，示出了电感器120磁导率曲线图400。一般来讲，初始磁导率402是相对于温度404单调的，如曲线406所示。本公开的教导可以应用于初始磁导率和温度在预定范围408内是单调的任何材料，因为该比率可以指示当电感器120在预定温度范围内工作时的电感器温度。例如，粉芯的初始磁导率和温度在图4中示出为在电感器120的预定工作范围内是单调的。控制器102可配置为将电感器120的温度维持在单调范围内，以确保该比率对应于电感器120的温度。电感还可以取决于穿过电感器的电流的幅值，并且控制器可配置为使已知磁导率和电流幅值进一步相关，以确保图4中的属性得到维持。例如，曲线406可以在曲线图400上通过算法进行转换以考虑到电流幅值，因为电流幅值与温度和磁导率相关。
[0023] 在说明书中所使用的词语为描述性而非限制性词语，并且应理解，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，各种实施例的特征可组合以形成本发明的可能未明确地描述或示出的另外实施例。虽然各种实施例可能已经被描述为就一个或多个所需特性方面相较其他实施例或现有技术实施方式来说提供优点或是优选的，但是本领域的普通技术人员将认识到，一个或多个特征或特性可折衷以实现所需总体系统属性，这取决于特定应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、寿命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为就一个或多个特性方面相较其他实施例或现有技术实施方式来说不如期望的实施例并非在本公开的范围外并且可能是特定应用所期望的。
[0024] 根据本发明，提供了一种车辆，该车辆具有：功率转换器，其包括电感器，该电感器电气地设置在牵引电池和电机之间；以及控制器，其被配置为响应于电感器两端的电压与通过电感器的电流的变化率的比率的增加，减小功率转换器的功率限制。
[0025] 根据一个实施例，控制器还被配置为响应于该比率的减小，增加功率转换器的功率限制。
[0026] 根据一个实施例，电感器包括芯，该芯的初始磁导率是芯的温度的单调函数。
[0027] 根据一个实施例，电感器包括粉末铁芯。
[0028] 根据一个实施例，粉末铁芯是钼坡莫合金粉芯。
[0029] 根据一个实施例，钼坡莫合金粉芯具有550μ的初始磁导率。
[0030] 根据本发明，提供了一种车辆，该车辆具有：功率转换器，其包括电感器，该电感器电气地设置在牵引电池和电机之间；以及控制器，其被配置为响应于电感器两端的电压与通过电感器的电流的变化率的比率的减小，增加功率转换器的功率限制。
[0031] 根据一个实施例，控制器还被配置为响应于该比率的增加，减小功率转换器的功率限制。
[0032] 根据一个实施例，电感器包括芯，该芯的初始磁导率是芯的温度的单调函数。
[0033] 根据一个实施例，电感器包括粉末铁芯。
[0034] 根据一个实施例，粉末铁芯是钼坡莫合金粉芯。
[0035] 根据一个实施例，钼坡莫合金粉芯具有550μ的初始磁导率。
[0036] 根据本发明，一种方法包括，通过控制器，响应于电感器两端的电压与通过电感器的电流的变化率的比率的变化，调整包括电感器的功率转换器的功率限制，该电感器电气地设置在牵引电池和电机之间。
[0037] 根据一个实施例，该调整是当该变化是减小时功率限制的增加。
[0038] 根据一个实施例，该调整是当该变化是增加时功率限制的减小。
[0039] 根据一个实施例，电感器包括芯，该芯的初始磁导率是芯的温度的单调函数。
[0040] 根据一个实施例，电感器包括粉末铁芯。
[0041] 根据一个实施例，粉末铁芯是钼坡莫合金粉芯。
[0042] 根据一个实施例，钼坡莫合金粉芯具有550μ的初始磁导率。
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