СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ И УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ Российский патент 2019 года по МПК G01K7/42 H02M7/48 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к способу обнаружения отклонения температуры для устройства преобразования энергии и устройству обнаружения отклонения температуры для устройства преобразования энергии.

Предпосылки изобретения

[0002] Традиционно известен метод, в котором предусматривают контур охлаждения для циркуляции охлаждающей воды в устройстве преобразования энергии, таком как инверторное устройство, чтобы защищать это устройство от перегрева, и обнаруживают отклонения температуры в устройстве преобразования энергии или контуре охлаждения (например, см. патентный документ 1). В этом аналоге разницу между температурой охлаждающей воды и температурой устройства преобразования энергии сравнивают с пороговым значением температуры, и диапазон колебания сигнала указанного крутящего момента сравнивают с пороговым значением диапазона колебания крутящего момента. Затем, если состояние, в котором диапазон колебания сигнала указанного крутящего момента падает ниже порогового значения диапазона колебания крутящего момента, а значение разницы температур превышает пороговое значение температуры, продолжается дольше предписанного периода времени, такое состояние определяется как аномальное.

Документы уровня техники

Патентные документы

[0003] Патентный документ 1: Японская выложенная патентная заявка № 2011-172406

Сущность изобретения

Задача, решаемая изобретением

[0004] В последние годы имеются случаи, в которых множество устройств преобразования энергии, таких как описанное выше инверторное устройство, устанавливаются в транспортном средстве или т.п. Однако, если описанный выше аналог применяется к каждому устройству преобразования энергии, становится необходимо предусматривать контур охлаждения в каждом устройстве преобразования энергии и обнаруживать температуры каждого из устройств преобразования энергии и охлаждающей воды, чтобы выполнять обнаружение отклонения температуры, что увеличивает число температурных датчиков и контуров охлаждения. Это ведет к увеличению стоимости и увеличению требуемого для их установки пространства.

[0005] Принимая во внимание описанные выше проблемы, задачей настоящего изобретения является предоставление способа обнаружения отклонения температуры для устройства преобразования энергии и устройства обнаружения отклонения температуры для устройства преобразования энергии, с помощью которых число контуров охлаждения и температурных датчиков может быть уменьшено, тем самым уменьшая стоимость и размер.

Средство решения проблемы

[0006] В способе обнаружения отклонения температуры для устройства преобразования энергии согласно настоящему изобретению обнаруживают температуры множества преобразователей энергии, но что касается температуры охлаждающей текучей среды, то обнаруживают только температуру охлаждающей текучей среды, которая находится выше по потоку от этих преобразователей энергии.

Для преобразователя энергии в предыдущем каскаде, который расположен со стороны выше по потоку в контуре охлаждения, наличие отклонения определяют на основе разницы между температурой этого преобразователя энергии и температуры охлаждающей текучей среды.

Для преобразователя энергии в последующем каскаде, который расположен ниже по потоку от контура охлаждения, наличие отклонения определяют на основе разницы между температурой преобразователя энергии последующего каскада и температурой, полученной преобразованием составляющей потерь преобразователя энергии предыдущего каскада в температуру, которую добавляют к температуре охлаждающей текучей среды.

Преимущества изобретения

[0007] В способе обнаружения отклонения температуры для устройства преобразования энергии по настоящему изобретению необязательно обнаруживать температуру охлаждающей текучей среды выше по потоку от преобразователя энергии последующего каскада, и число необходимых температурных датчиков может быть уменьшено. Следовательно, возможно уменьшить число температурных датчиков и контуров охлаждения, тем самым уменьшая стоимость и размер требуемого для их установки пространства.

Краткое описание чертежей

[0008] Фиг. 1 - это общий вид, схематично иллюстрирующий устройство преобразования энергии, к которому применяется способ обнаружения отклонения температуры по первому варианту осуществления.

Фиг. 2 - это блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая последовательность операций процесса определения отклонения для устройства преобразования энергии.

Фиг. 3 - это общий вид, схематично иллюстрирующий устройство преобразования энергии, к которому применяется способ обнаружения отклонения температуры по второму варианту осуществления.

Фиг. 4 - это общий вид, схематично иллюстрирующий устройство преобразования энергии, к которому применяется способ обнаружения отклонения температуры по второму варианту осуществления.

Фиг. 5 - это общий вид, схематично иллюстрирующий устройство преобразования энергии по третьему варианту осуществления.

Фиг. 6 - это общий вид, схематично иллюстрирующий устройство преобразования энергии по четвертому варианту осуществления.

Варианты реализации изобретения

[0009] В последующем предпочтительные варианты реализации способа обнаружения отклонения для устройства преобразования энергии по настоящему изобретению будут описаны на основе вариантов осуществления, иллюстрированных на чертежах.

(Первый вариант осуществления)

Способ обнаружения отклонения температуры и устройство преобразования энергии для устройства преобразования энергии первого варианта осуществления будут описаны ниже.

(Общая конфигурация системы привода, содержащей инверторное устройство)

Сначала со ссылкой на фиг. 1 будет описана конфигурация устройства A преобразования энергии, к которому применяется способ обнаружения отклонения температуры согласно первому варианту осуществления.

[0010] Устройство A преобразования энергии, проиллюстрированное на фиг. 1, содержит первое инверторное устройство 10 (преобразователь энергии) для привода первой машины (М) 1 выработки энергии, и второе инверторное устройство 20 (преобразователь энергии) для привода второй машины (М) 2 выработки энергии.

[0011] Первая машина 1 выработки энергии и вторая машина 2 выработки энергии установлены в электрическом транспортном средстве, гибридном транспортном средстве или т.п., которое не показано. Назначения этих двух машин 1, 2 выработки энергии особо не ограничены. Например, две машины 1, 2 выработки энергии могут быть использованы в качестве источников привода для подачи приводящего усилия к ведущим колесам, которые не показаны. Альтернативно, одна из двух машин 1, 2 выработки энергии может быть использована в качестве источника привода, а другая может быть использована в качестве генератора для выработки электроэнергии, приводясь в действие посредством источника привода, такого как двигатель, который не показан.

[0012] Два инверторных устройства 10, 20 установлены в корпусе CA, который заключает в себе устройство A преобразования энергии. Первое инверторное устройство 10 преобразует электроэнергию в виде постоянного тока от батареи 3 в переменный ток и подает этот переменный ток на первую машину 1 выработки энергии, тем самым приводя в действие первую машину 1 выработки энергии, или преобразует переменный ток, генерируемый первой машиной 1 выработки энергии, в постоянный ток и подает этот постоянный ток на батарею 3 для заряда.

[0013] Хотя это и не показано, первое инверторное устройство 10 содержит сглаживающий конденсатор и силовой модуль, такой как IGBT-модуль. Дополнительно, в качестве батареи 3 применяется аккумуляторная батарея (литий-ионная аккумуляторная батарея, никель-водородная аккумуляторная батарея или т.п.), имеющая диапазон регулирования напряжения в примерно нескольких сотен вольт.

[0014] Как и в случае с первым инверторным устройством 10, второе инверторное устройство 20 также может преобразовывать постоянный ток от батареи 3 в переменный ток и подавать переменный ток ко второй машине 2 выработки энергии, а также может преобразовывать переменный ток, генерируемый второй машиной 2 выработки энергии, в постоянный ток и подавать постоянный ток на батарею 3 для заряда. Хотя это и не показано, второе инверторное устройство 20 также содержит сглаживающий конденсатор и силовой модуль.

[0015] 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 обнаруживают температуру внутреннего тепловыделяющего блока, такого как силовой модуль.

[0016] Кроме того, устройство A преобразования энергии содержит охлаждающее устройство 30. Это охлаждающее устройство 30 содержит контур 31 охлаждающей воды, радиатор 32, насос 33 и контур 34 циркуляции и охлаждает два инверторных устройства 10, 20 посредством циркуляции охлаждающей воды W.

[0017] Контур 31 охлаждающей воды является контуром, который образован в корпусе CA и который проходит от впускного отверстия 31a на первом конце сквозь первое инверторное устройство 10 (преобразователь энергии предыдущего каскада) и второе инверторное устройство 20 (преобразователь энергии последующего каскада) в таком порядке и достигает выпускного отверстия 31b на втором конце.

[0018] Контур 34 циркуляции, который является контуром, проходящим от выпускного отверстия 31b до впускного отверстия 31a, и снабжен радиатором 32 и насосом 33 в своей середине, соединен с контуром 31 охлаждающей воды. Насос 33 осуществляет циркуляцию охлаждающей воды W, всасывая охлаждающую воду W из выпускного отверстия 31b и перекачивая охлаждающую воду к впускному отверстию 31a. Радиатор 32 излучает тепло охлаждающей воды W в окружающий воздух, тем самым охлаждая охлаждающую воду W.

[0019] Кроме того, поблизости от впускного отверстия 31a предусмотрен датчик 40 температуры воды, который находится выше по потоку от первого инверторного устройства 10 в контуре 31 охлаждающей воды. Сигналы обнаружения от этого датчика 40 температуры воды и датчика 11 температуры первого инвертора и датчика 12 температуры второго инвертора, описанных выше, вводятся в первый контроллер 51 и второй контроллер 52.

[0020] Первый контроллер 51 обнаруживает отклонение температуры первого инверторного устройства 10, а второй контроллер 52 обнаруживает отклонение температуры второго инверторного устройства 20.

[0021] Далее будут описаны конфигурации первого контроллера 51 и второго контроллера 52. Первый контроллер 51 содержит блок 51a вычисления первой разницы температур и первый блок 51b обнаружения отклонения. Первый блок 51a вычисления разницы температур принимает входные данные о температуре tin1 первого инвертора, обнаруженной датчиком 11 температуры первого инвертора, и температуры tw охлаждающей воды, обнаруженной датчиком 40 температуры воды, и вычисляет первую разницу температур Δt1 (tin1 - tw), которая является разностью между ними.

[0022] Первый блок 51b обнаружения отклонения определяет отклонение, когда первая разница Δt1 температур выше первой температуры tlim1 определения отклонения, и определяет, что отклонения нет, когда первая разница Δt1 температур равна или меньше первой температуры tlim1 определения отклонения. То есть, если возникает отклонение в охлаждающем устройстве 30 или возникает отклонение в первом инверторном устройстве 10 и происходит аномальное тепловыделение, то первая разница Δt1 температур, которая является разностью между температурой tin1 первого инвертора и температурой tw охлаждающей воды, увеличивается. Следовательно, первая температура tlim1 определения отклонения устанавливается на значение, с помощью которого может быть определено возникновение отклонения, на основе моделирований, фактических измерений в то время, когда отклонение возникает, и т.п.

[0023] Второй контроллер 52 содержит второй блок 52a вычисления разницы температур, второй блок 52b обнаружения отклонения и блок 52c добавления температуры. Блок 52c добавления температуры задает в качестве добавочного значения Tad значение, полученное преобразованием потерь в первом инверторном устройстве 10 во время работы, в прирост температуры tw охлаждающей воды, и добавляет это значение к температуре tw охлаждающей воды, обнаруженной датчиком 40 температуры воды, чтобы получать приращенную температуру twa. В первом варианте осуществления увеличение температуры вследствие этой потери устанавливается на прирост температуры tw охлаждающей воды вследствие тепловыделения первого инверторного устройства 10 во время максимальной потери, которая предполагается в первом инверторном устройстве 10. Примером времени максимальной потери является время, когда первая машина 1 выработки энергии находится в заблокированном состоянии. Например, заблокированное состояние является состоянием, когда транспортное средство сталкивается со стояночным упором или т.п., и транспортное средство не может двигаться вперед даже при попытке двигаться вперед; т.е., случай, в котором не происходит вращение в первой машине 1 выработки энергии, даже если первая машина 1 выработки энергии возбуждается и приводится в действие.

[0024] В таком заблокированном состоянии потери энергии в первой машине 1 выработки энергии становятся максимальными и теряются в виде тепловой энергии. Что касается добавочного значения Tad, которое должно быть добавлено к температуре tw охлаждающей воды, такое заблокированное состояние фактически воспроизводится, и соотношение между температурой tw охлаждающей воды, значением команды на первую машину 1 выработки энергии и приростом температуры (добавочным значением Tad) для температуры tw охлаждающей воды в это время сохраняется в форме таблицы соответствия или арифметического выражения, например, в первом контроллере 51. Следовательно, блок 52c добавления температуры вычисляет добавочное значение Tad из значения команды и температуры tw охлаждающей воды в то время, когда осуществляется добавление, и добавляет это значение к температуре tw охлаждающей воды, чтобы получить приращенную температуру twa.

[0025] Второй блок 52a вычисления разницы температур принимает в качестве входных данных температуру tin2 второго инвертора и приращенную температуру twa и вычисляет вторую разницу температур Δt2, которая является разностью между ними. Второй блок 52b обнаружения отклонения определяет отклонение, когда вторая разница Δt2 температур больше второй температуры tlim2 определения отклонения, и определяет, что отклонения нет, когда вторая разница Δt2 температур равна или меньше второй температуры tlim2 определения отклонения. Эта вторая температура tlim2 определения отклонения задается в соответствии со второй машиной 2 выработки энергии и вторым инверторным устройством 20 и не обязательно является таким же значением, что и первая температура tlim1 определения отклонения.

[0026] Далее, последовательность процесса определения отклонения, выполняемая первым контроллером 51 и вторым контроллером 52, будет описана на основе блок-схемы последовательности операций на фиг. 2. Этот процесс определения отклонения выполняется повторно в каждом цикле управления, который задается заранее.

[0027] На первом этапе S1 температура tin1 первого инвертора, температура tin2 второго инвертора и температура tw охлаждающей воды, которые являются обнаруженными температурами соответственно от датчика 11 температуры первого инвертора, датчика 12 температуры второго инвертора и датчика 40 температуры воды, считываются в два контроллера 51, 52.

[0028] На следующем этапе S2 блок 51a вычисления первой разницы температур вычисляет первую разницу Δt1 температур, которая является разностью между температурой tin1 первого инвертора и температурой tw охлаждающей воды, и процесс переходит к этапу S3.

[0029] На этапе S3 наличие отклонения либо в первом инверторном устройстве 10, либо в системе охлаждения определяется первым блоком 51b обнаружения отклонения на основе того, больше ли первая разница Δt1 температур первой температуры tlim1 определения отклонения. Если определено отклонение по Δt1 > tlim1, процесс переходит к этапу S7, а если определено по Δt1 ≤ tlim1, что отклонения нет (нормальное состояние), процесс переходит к этапу S4.

[0030] На этапе S4, к которому процесс переходит, когда первый блок 51b обнаружения отклонения определяет, что отклонения нет (нормальное состояние), блок 52c добавления температуры добавляет добавочное значение Tad, соответствующее составляющей потерь в первом инверторном устройстве 10 во время работы, к температуре tw охлаждающей воды, тем самым получая приращенную температуру twa, и процесс переходит к этапу S5.

[0031] На этапе S5 второй блок 52a вычисления разницы температур вычисляет вторую разницу Δt2 температур, которая является разностью между температурой tin2 второго инвертора и приращенной температурой twa, и процесс переходит к этапу S6.

[0032] На этапе S6 наличие отклонения либо во втором инверторном устройстве 20, либо в системе охлаждения определяется вторым блоком 52b обнаружения отклонения на основе того, больше ли вторая разница Δt2 температур второй температуры tlim2 определения отклонения. Если определено отклонение по Δt2 > tlim2, процесс переходит к этапу S7, а если определено по Δt2 ≤ tlim2, что отклонения нет (нормальное состояние), первый процесс определения отклонения заканчивается.

[0033] На этапе S7, к которому процесс переходит, когда определено отклонение либо на этапе S3, либо на этапе S6, выполняется предварительно заданный процесс переключения при отказе. Этот процесс переключения при отказе может быть любым процессом, который подавляет тепловыделение в двух машинах 1, 2 выработки энергии; например, этим процессом может быть процесс, при котором выходная мощность одной из двух машин 1, 2 выработки энергии сдерживается предварительно заданной величиной или выдача мощности прекращается.

(Работа первого варианта осуществления)

[0034] Далее будет описана работа первого варианта осуществления. Когда инверторные устройства 10, 20 приводятся в действие, возникают потери в переключающем элементе или силовом модуле, которые не показаны, выделяется тепло, соответствующее составляющей потерь, и температуры tin1, tin2 инверторов увеличиваются. Кроме того, каждое инверторное устройство 10, 20 охлаждается охлаждающим устройством 30, и, соответственно, температура tw охлаждающей воды в контуре 31 охлаждающей воды увеличивается вследствие тепловыделения первого инверторного устройства 10, и эта увеличенная температура tw охлаждающей воды дополнительно увеличивается вследствие тепловыделения второго инверторного устройства 20. Эта охлаждающая вода, температура которой увеличилась, охлаждается посредством излучения тепла радиатором 32 и затем подается снова в контур 31 охлаждающей воды.

[0035] Здесь, если возникает отклонение в охлаждающем устройстве 30, или если переключающий элемент или силовой модуль инверторных устройств 10, 20 выделяет аномальное тепло, разница температур между температурой tw охлаждающей воды контура 31 охлаждающей воды и температурой tin1, tin2 каждого инвертора увеличивается.

[0036] Следовательно, для того чтобы обнаруживать разницу температур между температурой tin1, tin2 каждого инвертора и температурой tw охлаждающей воды точно, необходимо добавлять датчик температуры воды, который обнаруживает температуру охлаждающей воды, которая увеличивается вследствие тепловыделения первого инверторного устройства 10.

[0037] Однако, в этом случае число датчиков температуры воды увеличивается, что ведет к увеличенным затратам. Кроме того, необходимо предусматривать датчик температуры воды в контуре 31 охлаждающей воды, образованном в корпусе CA устройства A преобразования энергии, что требует трудозатрат для его установки. В частности, установка является относительно легкой, если этот контур 31 охлаждающей воды является трубопроводом или т.п., который независим от корпуса CA, но если контур охлаждающей воды выполнен заодно с корпусом CA, трудно выполнять установку так, чтобы температуру tw охлаждающей воды можно было обнаружить точно, и может быть гарантирована высокая герметичность.

[0038] Однако, если определение отклонения второго инверторного устройства 20 выполняется на основе разницы между температурой tin2 второго инвертора и температурой tw охлаждающей воды, обнаруженной датчиком 40 температуры воды, которая ниже фактической температуры охлаждающей воды второго инверторного устройства 20, эта разница будет значением, которое больше фактической разницы. Соответственно, точность определения отклонения уменьшается, и вероятность того, что отклонение будет ошибочно определено и будет выполнен процесс переключения при отказе, увеличивается. То есть, существует риск того, что точность обнаружения отклонения будет уменьшаться и что рабочий диапазон устройства A преобразования энергии будет сокращаться.

[0039] В отличие от этого, в первом варианте осуществления добавочное значение Tad, полученное преобразованием составляющей потерь первого инверторного устройства 10, используется с температурой tw охлаждающей воды, обнаруженной датчиком 40 температуры воды, для определения отклонения у второго инверторного устройства 20. Соответственно, вторая разница температур (Δt2) между температурой tin2 второго инвертора и температурой охлаждающей воды во втором инверторном устройстве 20 является более точной, когда температура tw охлаждающей воды, обнаруженная датчиком 40 температуры воды, используется как есть, и точность обнаружения отклонения улучшается. Кроме того, так как обнаружение температуры воды выполняется только датчиком 40 температуры воды, который находится со стороны выше по потоку в контуре 31 охлаждающей воды, возможно сдерживать затраты по сравнению с тем, когда датчик температуры воды отдельно добавляется в устройство A преобразования энергии.

[0040] Дополнительно, так как добавочное значение Tad, которое устанавливается заранее на основе фактических значений измерений, используется в блоке 52c добавления температуры, конфигурация блока 52c добавления температуры второго контроллера 52 может быть упрощена, и стоимость может быть уменьшена. Дополнительно, в качестве добавочного значения Tad используется значение, заданное на основе температуры вследствие максимальной потери, предполагаемой в первом инверторном устройстве 10. Соответственно, фактическое увеличение температуры охлаждающей воды W вследствие тепловыделения первого инверторного устройства 10 не будет превышать добавочное значение Tad, поэтому можно предотвратить ошибочное определение, при котором устройство определяется как нормальное, даже если отклонение возникло.

(Эффекты первого варианта осуществления)

[0041] Эффекты первого варианта осуществления являются следующими.

1) Способ обнаружения отклонения температуры для устройства A преобразования энергии согласно первому варианту осуществления представляет собой способ обнаружения отклонения температуры для устройства A преобразования энергии, снабженного первым инверторным устройством 10 и вторым инверторным устройством 20 в качестве множества преобразователей энергии, преобразующих и передающих электрическую энергию, и контуром 31 охлаждающей воды, проходящим через два инверторных устройства 10, 20 и охлаждающим каждое из инверторных устройств 10, 20, включающий:

этап (S1) обнаружения температур двух инверторных устройств 10, 20 (температуры tin1 первого инвертора, температуры tin2 второго инвертора), обнаружения температуры охлаждающей воды (температуры tw охлаждающей воды) в контуре 31 охлаждающей воды со стороны выше по потоку от двух инверторных устройств 10, 20 и считывания этих обнаруженных температур;

этап (S3) определения наличия отклонения в первом инверторном устройстве 10 среди двух инверторных устройств 10, 20 в качестве преобразователя энергии предыдущего каскада, расположенного выше по потоку в контуре 31 охлаждающей воды, на основе первой разницы Δt1 температур между температурой tin1 первого инвертора и температурой tw охлаждающей воды; и

этап (S6) определения наличия отклонения во втором инверторном устройстве 20 в качестве преобразователя энергии последующего каскада, расположенного ниже по потоку от первого инверторного устройства 10, посредством вычисления приращенной температуры twa (этап S4), полученной преобразованием составляющей потерь первого инверторного устройства 10 в температуру (добавочное значение Tad), которую добавляют к температуре tw охлаждающей воды, вычисления второй температурной разности Δt2 между этой приращенной температурой twa и температурой tin2 второго инвертора (этап S5) и выполнения определения на основе этой второй разницы Δt2 температур.

Следовательно, в устройстве A преобразования энергии, оснащенном первым и вторым инверторными устройствами 10, 20 в качестве преобразователей энергии, число датчиков 40 температуры воды может быть задано равным "1", тем самым уменьшая затраты и обеспечивая возможность выполнения обнаружения отклонения двух инверторных устройств 10, 20 и системы охлаждения с высокой точностью.

[0042] 2) В способе обнаружения отклонения температуры для устройства A преобразования энергии согласно первому варианту осуществления температура (добавочное значение Tad), полученная преобразованием составляющей потерь, устанавливается на значение, основанное на температуре, которая преобразована из максимальной потери, предполагаемой в первом инверторном устройстве 10. Следовательно, возможно упростить вычисление в блоке 52c добавления температуры и уменьшить затраты, и ошибочные определения, при которых устройство определяется как нормальное, даже если отклонение возникло, могут быть предотвращены, тем самым получая высокую точность обнаружения.

[0043] 3) Устройство обнаружения отклонения температуры для устройства A преобразования энергии согласно первому варианту осуществления содержит:

первое инверторное устройство 10 и второе инверторное устройство 20 в качестве множества преобразователей энергии, которые преобразуют и передают электрическую энергию;

контур 31 охлаждающей воды, который проходит через два инверторных устройства 10, 20 и охлаждает каждое из инверторных устройств 10, 20;

датчик 11 температуры первого инвертора и датчик 12 температуры второго инвертора в качестве датчиков температуры преобразователя энергии, которые обнаруживают температуру каждого инверторного устройства 10, 20;

датчик 40 температуры воды, который обнаруживает температуру охлаждающей воды контура 31 охлаждающей воды выше по потоку от двух инверторных устройств 10, 20;

блок 51a вычисления первой разницы температур в качестве блока вычисления разницы температур предыдущего каскада, который вычисляет первую разницу Δt1 температур, которая является разностью между температурой tw охлаждающей воды и температурой tin1 первого инвертора, являющейся температурой первого инверторного устройства 10;

первый блок 51b обнаружения отклонения в качестве блока обнаружения отклонения преобразователя энергии предыдущего каскада, который выполняет определение отклонения на основе первой разницы Δt1 температур, вычисленной блоком 51a вычисления первой разницы температур;

блок 52c добавления температуры, который преобразует составляющую потерь первого инверторного устройства 10 в температуру и добавляет ее к температуре tw охлаждающей воды;

блок 52a вычисления второй разницы температур в качестве блока вычисления разницы температур последующего каскада, который вычисляет вторую разницу Δt2 температур, которая является разностью между приращенной температурой twa, вычисленной блоком 52c добавления температуры, и температурой tin2 второго инвертора; и

второй блок 52b обнаружения отклонения в качестве блока обнаружения отклонения преобразователя энергии последующего каскада, который выполняет определение отклонения на основе второй разницы Δt2 температур, вычисленной блоком 52a вычисления второй разницы температур.

Следовательно, в устройстве A преобразования энергии, оснащенном первым и вторым инверторными устройствами 10, 20 в качестве преобразователей энергии, число датчиков 40 температуры воды может быть задано равным "1", тем самым уменьшая затраты и обеспечивая возможность выполнения обнаружения отклонения двух инверторных устройств 10, 20 и системы охлаждения с высокой точностью.

(Другие варианты осуществления)

[0044] В последующем будут описаны способ обнаружения отклонения температуры и устройство обнаружения отклонения температуры для устройства преобразования энергии по другим вариантам осуществления. При описании других вариантов осуществления конфигурациям, общим с другими конфигурациями, присвоены те же ссылочные символы, что и для тех вариантов осуществления, а их описания опущены, при этом описываются только отличия от тех вариантов осуществления.

(Второй вариант осуществления)

[0045] Второй вариант осуществления является примером, в котором способ преобразования составляющей потерь первого инверторного устройства 10 в температуру и добавления ее к температуре tw охлаждающей воды отличается от способа по первому варианту осуществления. То есть, во втором варианте осуществления в качестве температуры, полученной преобразованием составляющей потерь первого инверторного устройства 10, используется значение, вычисленное на основе информации для вычисления потерь, которая включает в себя характеристики полупроводника, несущую частоту и ток, подаваемый к первому инверторному устройству 10.

[0046] Фиг. 3 - это общий вид, схематично иллюстрирующий устройство B преобразования энергии, к которому применяется способ обнаружения отклонения температуры по второму варианту осуществления. В блоке 252c добавления температуры второго контроллера 252, проиллюстрированном на фиг. 3, добавочное значение, вычисленное блоком 200 вычисления потерь, предусмотренным в первом контроллере 251, используется в качестве добавочного значения, которое является температурой составляющей потерь.

[0047] Кроме того, блок 200 вычисления потерь вычисляет добавочное значение Tad на основе информации для вычисления потерь, которая включает в себя характеристики полупроводника, несущую частоту f и ток I в первом инверторном устройстве 10. Первое инверторное устройство 10 содержит хорошо известный мостовой биполярный транзистор с изолированным затвором (далее называемый IGBT) и диод (обратный диод, далее называемый FWD).

[0048] Следовательно, потери в установившемся состоянии в IGBT первого инверторного устройства 10 вычисляются с помощью следующей формулы (1), а потери при переключении в IGBT вычисляются с помощью следующей формулы (2). Кроме того, потери в установившемся состоянии в FWD первого инверторного устройства 10 вычисляются с помощью следующей формулы (3), а потери при переключении в FWD вычисляются с помощью следующей формулы (4). Тогда потери в силовом модуле в первом инверторном устройстве 10 вычисляется по этим значениям с помощью следующей формулы (5).

[Формула 1]

[Формула 2]

[Формула 3]

[Формула 4]

[Формула 5]

Ic: ток переключающего элемента IGBT (ток первой машины выработки энергии)

Vce(sat): напряжение включения переключающего элемента IGBT

D: коэффициент ШИМ-модуляции

Esw: потери при переключении на 1 импульс IGBT

f: несущая частота ШИМ

N(1): число IGBT-чипов

N(F): число FWD-чипов

Vf: напряжение включения переключающего элемента FWD

Err: потери при переключении на 1 импульс FWD

[0049] Кроме того, потери в первом инверторном устройстве 10, полученные по вышеприведенным формулам (потери P силового модуля (PM)) преобразуются в температуру, и вычисляется добавочное значение Tad, соответствующее увеличению температуры охлаждающей воды. Это добавочное значение Tad получается путем многократного проведения экспериментов заранее и с помощью таблицы или расчетной формулы, которая задается так, чтобы иметь возможность получать значение в соответствии с потерями P силового модуля (PM) и температурой tw охлаждающей воды.

[0050] Кроме того, блок 252c добавления температуры добавляет добавочное значение Tad к температуре tw охлаждающей воды, обнаруженной датчиком 40 температуры воды, а само вычисление является таким же, что и вычисление блока 52c добавления температуры, показанного в первом варианте осуществления.

[0051] Соответственно, во втором варианте осуществления в качестве добавочного значения Tad может быть задано значение, которое является более близким к увеличению температуры охлаждающей воды W вследствие тепловыделения, вызванного фактическими потерями в первом инверторном устройстве 10, и, следовательно, точность обнаружения отклонения является даже более высокой.

(Эффекты второго варианта осуществления)

[0052] 2-1) В способе обнаружения отклонения температуры для устройства B преобразования энергии согласно второму варианту осуществления, блок 252c добавления температуры использует в качестве добавочного значения Tad, которое является температурой, полученной преобразованием составляющей потерь, которая должна быть добавлена к температуре tw охлаждающей воды, значения, вычисленного на основе информации для вычисления потерь, которая включает в себя число FWD-чипов N(F), число IGBT-чипов N(I), коэффициент D ШИМ-модуляции в качестве характеристики полупроводника, несущую частоту f, ток Ic и напряжение Vce(sat) в силовом модуле первого инверторного устройства 10. Следовательно, возможно получить оптимальное добавочное значение Tad, соответствующее рабочему состоянию первого инверторного устройства 10, и выполнять более точное обнаружение отклонения. Следует отметить, что добавочное значение Tad может быть получено на основе только одного из тока Ic, напряжения Vce(sat), характеристики полупроводника (несущей частоты f, коэффициента D ШИМ-модуляции, числа IGBT-чипов N(I) и числа FWD-чипов N(F)).

(Третий вариант осуществления)

[0053] Третий вариант осуществления является примером, в котором способ преобразования составляющей потерь первого инверторного устройства 10 в температуру и добавления ее к температуре tw охлаждающей воды, чтобы получать добавочное значение Tad, отличается от способов по первому и второму вариантам осуществления.

[0054] То есть, в третьем варианте осуществления в качестве добавочного значения Tad, которое добавляется после того, как составляющая потерь первого инверторного устройства 10 преобразована в температуру, используется значение, оцененное на основе первой разницы Δt1 температур между температурой первого инверторного устройства 10 и температурой tw охлаждающей воды.

[0055] Фиг. 4 - это общий вид, схематично иллюстрирующий устройство C преобразования энергии, к которому применяется способ обнаружения отклонения температуры по третьему варианту осуществления. Блок 352a вычисления второй разницы температур второго контроллера 352, показанный на фиг. 4, вычисляет вторую разницу Δt2 температур между приращенной температурой twa3, оцененной блоком 300 оценки потерь, и температурой tin2 второго инвертора.

[0056] Здесь, блок 300 оценки потерь принимает в качестве входных данных первую разницу Δt1 температур, вычисленную блоком 51a вычисления первой разницы температур, и выполняет обратное вычисление потерь в первом инверторном устройстве 10 из этой первой разницы Δt1 температур. Кроме того, блок 300 оценки потерь оценивает добавочное значение, соответствующее составляющей увеличения температуры охлаждающей воды вследствие этого компонента потерь, и вычисляет приращенную температуру twa3, полученную сложением этого добавочного значения с температурой tw охлаждающей воды. Что касается этого добавочного значения, значения, соответствующие первой температурной разнице Δt1 и состоянию привода (например, питание, рекуперация, блокировка и т.д.) первой машины 1 выработки энергии в это время, сохраняются в первом контроллере 51 в форме таблицы соответствия. Блок 352a вычисления второй разницы температур вычисляет вторую разницу Δt2 температур между этой приращенной температурой twa3 и температурой tin2 второго инвертора.

[0057] Таким образом, в третьем варианте осуществления увеличение температуры охлаждающей воды, соответствующее оцененной составляющей потерь первого инверторного устройства 10, оценивается на основе первой разницы Δt1 температур. Соответственно, возможно получать фактическую температуру охлаждающей воды во втором инверторном устройстве 20 в качестве приращенной температуры twa3, таким образом увеличивая точность обнаружения отклонения.

(Эффекты третьего варианта осуществления)

[0058] 3-1) В способе обнаружения отклонения температуры для устройства C преобразования энергии согласно третьему варианту осуществления значение, оцененное на основе первой разницы Δt1 температур, которая является разностью между температурой tin1 первого инвертора, являющейся температурой первого инверторного устройства 10, и температурой tw охлаждающей воды, используется в качестве температуры составляющей потерь, которая добавляется в блоке 352a вычисления второй разницы температур. То есть, состояние тепловыделения первого инверторного устройства 10 оценивается на основе разницы между температурой tin1 первого инвертора и температурой tw охлаждающей воды, таким образом обеспечивая возможность получения добавочного значения с высокой точностью. Следовательно, температура охлаждающей воды во втором инверторном устройстве 20 может быть оценена с высокой точностью на основе этого очень точного добавочного значения, и на этой основе обнаружение отклонения может быть выполнено с высокой точностью.

(Четвертый вариант осуществления)

[0059] Устройство D преобразования энергии по четвертому варианту осуществления является модифицированным примером первого варианта осуществления, и, как проиллюстрировано на фиг. 5, является примером, в котором третье инверторное устройство 430 для привода третьей машины выработки энергии (не показана) добавляется в последующем каскаде контура 31 охлаждающей воды.

[0060] Третий контроллер 453, который выполняет определение отклонения для этого третьего инверторного устройства 430, содержит блок 453a вычисления третьей разницы температур, третий блок 453b обнаружения отклонения и блок 453c добавления температуры. Блок 453c добавления температуры принимает в качестве добавочного значения Tad значение, полученное преобразованием потерь в первом инверторном устройстве 10 во время работы и потерь во втором инверторном устройстве 20 во время работы, в увеличение температуры tw охлаждающей воды и добавляет это значение к температуре tw охлаждающей воды, обнаруженной датчиком 40 температуры воды, чтобы получать приращенную температуру twb. Как и в первом варианте осуществления, увеличение температуры вследствие этих потерь устанавливается на увеличение температуры tw охлаждающей воды вследствие тепловыделения во время максимальных потерь, предполагаемых в двух инверторных устройствах 10, 20.

[0061] Блок 453a вычисления третьей разницы температур затем получает в качестве входных данных температуру tin3 третьего инвертора, обнаруженную датчиком 413 температуры третьего инвертора, и приращенную температуру twb и вычисляет третью разницу Δt3 температур, которая является разностью между ними.

[0062] Третий блок 453b обнаружения отклонения определяет отклонение, когда третья разница Δt3 температур выше третьей температуры (tlim3) определения отклонения, и определяет, что отклонения нет, когда третья разница Δt3 температур равна или меньше третьей температуры (tlim3) определения отклонения. Эта третья температура tlim3 определения отклонения задается в соответствии с третьей вращающейся электрической машиной (не показана) и третьим инверторным устройством 430.

[0063] Следовательно, в четвертом варианте осуществления могут быть получены эффекты 1)-3), описанные в первом варианте осуществления, даже если число инверторных устройств увеличивается.

(Пятый вариант осуществления)

[0064] Устройство E преобразования энергии по пятому варианту осуществления является модифицированным примером второго варианта осуществления, и, как проиллюстрировано на фиг. 6, является примером, в котором третье инверторное устройство 530 добавляется в последующем каскаде контура 31 охлаждающей воды, тем же образом, что и в четвертом варианте осуществления, описанном выше. В блоке 553c добавления температуры третьего контроллера 553, проиллюстрированного на фиг. 6, добавочное значение Tad2, вычисленное блоком 500 вычисления потерь, предусмотренным в первом контроллере 251, используется в качестве добавочного значения, которое является температурой составляющей потерь.

[0065] Кроме того, блок 500 вычисления потерь вычисляет добавочное значение Tad на основе информации для вычисления потерь, которая включает в себя характеристики полупроводника, несущую частоту f и ток I в первом инверторном устройстве 10, тем же образом, что и во втором варианте осуществления. Кроме того, блок 500 вычисления потерь вычисляет добавочное значение Tad2 на основе информации для вычисления потерь, которая включает в себя характеристики полупроводника, несущую частоту f и ток I во втором инверторном устройстве 20. Вычисление этого добавочного значения Tad2 может быть выполнено с помощью таблицы или расчетной формулы тем же образом, что и во втором варианте осуществления. Кроме того, добавочные значения Tad, Tad2 могут быть вычислены на основе чего-либо одного из тока I, несущей частоты f и характеристик полупроводника.

[0066] Блок 553a вычисления третьей разницы температур затем получает в качестве входных данных температуру tin3 третьего инвертора, обнаруженную датчиком 513 температуры третьего инвертора, и приращенную температуру twb, вычисленную с помощью добавочного значения Tad2, и вычисляет третью разницу Δt3 температур, которая является разностью между ними.

[0067] Третий блок 553b обнаружения отклонения определяет отклонение, когда третья разница Δt3 температур выше третьей температуры (tlim3) определения отклонения, и определяет, что отклонения нет, когда третья разница Δt3 температур равна или меньше третьей температуры (tlim3) определения отклонения.

[0068] Следовательно, в пятом варианте осуществления может быть получен эффект, описанный в пункте 2-1) выше, даже если число инверторных устройств увеличивается. Кроме того, хотя это и не показано, когда число инверторных устройств увеличивается таким образом, приращенная температура twb может быть вычислена с помощью того же способа, что и в третьем варианте осуществления при обнаружении отклонения третьего инверторного устройства. То есть, в этом случае значение, оцененное на основе второй разницы Δt2 температур во втором инверторном устройстве 20, используется в качестве температуры составляющей потерь, которая должна быть добавлена в блоке вычисления третьей разницы температур.

[0069] Способ обнаружения отклонения температуры для устройства преобразования энергии и устройство обнаружения отклонения температуры для устройства преобразования энергии по настоящему изобретению были описаны выше на основе вариантов осуществления, но их конкретные конфигурации не ограничены этими вариантами осуществления, и могут быть выполнены различные модификации и дополнения в конструкцию без отступления от рамок изобретения согласно каждому пункту в формуле изобретения.

[0070] Например, в вариантах осуществления инверторные устройства были показаны как множество преобразователей энергии для преобразования и передачи электрической энергии, но преобразователи энергии не ограничены инверторными устройствами; могут также быть использованы другие преобразователи энергии, такие как конверторы. Соответственно, в вариантах осуществления машина выработки энергии была показана как выходная цель преобразователей энергии, но выходная цель не ограничивается этим, и могут быть использованы другие устройства, такие как аккумуляторная батарея.

[0071] Дополнительно, охлаждающая вода была показана в качестве охлаждающей жидкости, которая протекает по контуру охлаждения, но охлаждающая жидкость не ограничена этим; могут быть использованы газ или текучие среды, отличные от воды.

[0072] Кроме того, в первом варианте осуществления увеличение температуры воды во время максимальных потерь, предполагаемых в первом инверторном устройстве, было задано в качестве температуры, к которой прибавляется температура составляющей потерь преобразователя энергии предыдущего каскада, но при этом никаких ограничений не накладывается. Например, оно может быть задано как увеличение температуры воды во время максимальных потерь в состоянии привода первой машины выработки энергии, в соответствии с этим состоянием привода. То есть, оно может быть задано как увеличение температуры во время максимальных потерь для каждого состояния привода, такого как питание, рекуперация и блокировка.

[0073] Дополнительно, во втором варианте осуществления был показан пример, в котором увеличение температуры составляющей потерь получается на основе формул (1)-(5); однако, оно не ограничивается формулами (1)-(5), при условии, что его значение вычисляется на основе информации для вычисления потерь, которая включает в себя характеристики полупроводника, несущую частоту и ток, подаваемый к преобразователю энергии. Кроме того, число преобразователей энергии не ограничено "2" и "3", проиллюстрированными в вариантах осуществления; могут быть предусмотрены четыре или более.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в улучшении точности обнаружения отклонения температуры силового модуля последующего каскада без добавления датчика для обнаружения температуры охлаждающей текучей среды. Способ обнаружения отклонения в инверторном устройстве характеризуется тем, что содержит: этап (S1) считывания температуры (tin1) первого инвертора, температуры (tin2) второго инвертора и температуры (tw) охлаждающей воды; этап (S3) определения наличия отклонения в первом инверторном устройстве (10) предыдущего каскада на основе первой разницы температур (Δt1) между температурой (tin1) первого инвертора и температурой (tw) охлаждающей воды; и этап (S6) определения наличия отклонения во втором инверторном устройстве (20) в последующем каскаде на основе второй разницы температур (Δt2) между температурой (tin2) второго инвертора и приращенной температурой (twa), полученной преобразованием составляющей потерь первого инверторного устройства (10) в температуру (добавочное значение Tad), которую добавляют к температуре (tw) охлаждающей воды. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ обнаружения отклонения температуры для устройства преобразования энергии, снабженного множеством преобразователей энергии, преобразующих и передающих электрическую энергию, и контуром охлаждения, проходящим через множество преобразователей энергии и охлаждающим каждый из преобразователей энергии, включающий:

обнаружение температур преобразователей энергии и обнаружение температуры охлаждающей текучей среды контура охлаждения со стороны выше по потоку от преобразователей энергии;

определение наличия отклонения в преобразователе энергии предыдущего каскада, расположенном выше по потоку в контуре охлаждения среди множества преобразователей энергии, на основе разницы между температурой преобразователя энергии предыдущего каскада и температурой охлаждающей текучей среды; и

определение наличия отклонения в преобразователе энергии последующего каскада, расположенном ниже по потоку от преобразователя энергии предыдущего каскада в контуре охлаждения, на основе разницы между температурой преобразователя энергии последующего каскада и температурой, полученной преобразованием составляющей потерь преобразователя энергии предыдущего каскада в температуру, которую добавляют к температуре охлаждающей текучей среды.

2. Способ обнаружения отклонения температуры для устройства преобразования энергии по п. 1, в котором температуру, полученную преобразованием составляющей потерь, устанавливают на значение, основанное на температуре, которая преобразована из максимальных потерь, предполагаемых в преобразователе энергии предыдущего каскада.

3. Способ обнаружения отклонения температуры для устройства преобразования энергии по п. 1, в котором температуру, полученную преобразованием составляющей потерь, устанавливают на значение, которое вычисляется на основе информации для вычисления потерь, которая включает в себя по меньшей мере одно из характеристики полупроводника, несущей частоты или тока в преобразователе энергии предыдущего каскада.

4. Способ обнаружения отклонения температуры для устройства преобразования энергии по п. 1, в котором температуру, полученную преобразованием составляющей потерь, устанавливают на значение, которое оценивается на основе разницы между температурой преобразователя энергии предыдущего каскада и температурой охлаждающей текучей среды.

5. Устройство обнаружения отклонения температуры для устройства преобразования энергии, содержащее:

множество преобразователей энергии, которые преобразуют и передают электрическую энергию;

контур охлаждения, который проходит через множество преобразователей энергии и охлаждает каждый из преобразователей энергии;

датчики температуры преобразователей энергии, которые обнаруживают температуры множества преобразователей энергии;

датчик температуры охлаждающей текучей среды, который обнаруживает температуру охлаждающей текучей среды в контуре охлаждения, которая находится выше по потоку от множества преобразователей энергии;

блок вычисления разницы температур предыдущего каскада, который вычисляет разницу между температурой охлаждающей текучей среды и температурой преобразователя энергии предыдущего каскада, расположенного выше по потоку в контуре охлаждения;

блок обнаружения отклонения преобразователя энергии предыдущего каскада, который выполняет определение отклонения на основе разницы, вычисленной блоком вычисления разницы температур предыдущего каскада;

блок добавления температуры, который преобразует составляющую потерь преобразователя энергии предыдущего каскада в температуру и добавляет ее к температуре охлаждающей текучей среды;

блок вычисления разницы температур последующего каскада, который вычисляет разницу между температурой, вычисленной блоком добавления температуры, и температурой преобразователя энергии последующего каскада, расположенного ниже по потоку от преобразователя энергии предыдущего каскада в контуре охлаждения; и

блок обнаружения отклонения преобразователя энергии последующего каскада, который выполняет определение отклонения на основе разницы, вычисленной блоком вычисления разницы температур последующего каскада.