DE102024108004A1 - Power electronics and electrical machine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Leistungselektronik (1) für eine elektrische Maschine, mit steuerbaren Leistungshalbleitern (2) und einer thermischen Steuereinheit (3) zur thermischen Überwachung der Leistungshalbleiter (2), wobei die thermische Steuereinheit (3) eingerichtet, um ein thermisches Modell (M1, M2) zur Berechnung einer Verlustleistung der Leistungshalbleiter (2) in Abhängigkeit einer Frequenz (f, F1, F2) eines elektrischen Ausgangsstroms der Leistungselektronik (1) auszuwählen. Zudem betrifft die vorliegende Offenbarung eine elektrische Maschine mit einer solchen Leistungselektronik (1). The present disclosure relates to power electronics (1) for an electrical machine, comprising controllable power semiconductors (2) and a thermal control unit (3) for thermally monitoring the power semiconductors (2), wherein the thermal control unit (3) is configured to select a thermal model (M1, M2) for calculating a power loss of the power semiconductors (2) as a function of a frequency (f, F1, F2) of an electrical output current of the power electronics (1). Furthermore, the present disclosure relates to an electrical machine comprising such power electronics (1).
Description
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Leistungselektronik für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine elektrische Antriebsmaschine eines (Kraft-)Fahrzeugs. Zudem betrifft die vorliegende Offenbarung eine elektrische Maschine mit einer solchen Leistungselektronik.The present disclosure relates to power electronics for an electric machine, in particular for an electric drive motor of a (motor) vehicle. Furthermore, the present disclosure relates to an electric machine having such power electronics.
In der elektrischen Antriebstechnik wird die Leistungselektronik zur Steuerung bzw. Regelung von elektrischen Maschinen bzw. Traktionsantrieben oder zur Energiewandlung genutzt. Dabei werden Modulationsverfahren auf Basis von raumzeigermodulierten (SVPWM, Raumzeiger/space vector Pulsweiten modulierten) Kommutierungen verwendet, bei denen Leistungshalbleiterschalter, wie Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs, Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors) oder Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs, Insulated-Gate Bipolar Transistor), eingesetzt werden, die je nach Lage des Raumzeigers ein- oder ausgeschaltet werden. Diese Kommutierungsvorgänge folgen einem mathematisch vorgegebenen Muster, das durch einen Regelalgorithmus und das Modulationsverfahren vorgegeben ist, wodurch der Zustand der Leistungshalbleiter, nämlich leitender Zustand oder nichtleitender Zustand, gesteuert wird.In electrical drive technology, power electronics is used to control or regulate electrical machines or traction drives, or for energy conversion. Modulation methods based on space vector pulse width modulation (SVPWM) are used. These commutations utilize power semiconductor switches, such as metal oxide semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) or insulated-gate bipolar transistors (IGBTs), which are switched on or off depending on the position of the space vector. These commutation processes follow a mathematically predetermined pattern defined by a control algorithm and the modulation method, thereby controlling the state of the power semiconductors—namely, conducting or non-conducting.
In Abhängigkeit einer mechanischen Drehzahl der elektrischen Maschine bzw. in Abhängigkeit einer Frequenz eines elektrischen Ausgangsstroms der Leistungselektronik ändert sich bei einer drehenden Maschine eine Verweilzeit in einem Kommutierungsmuster der Leistungshalbleiter, wobei die Verweilzeit umso kürzer ist, je höher die Drehzahl bzw. die Frequenz ist (d.h. je schneller die Maschine dreht) bzw. umso länger ist, je geringer die Drehzahl bzw. die Frequenz ist (d.h. je langsamer die Maschine dreht). Bei einer stehenden Maschine bleibt das Kommutierungsmuster stehen.Depending on the mechanical speed of the electrical machine or the frequency of the electrical output current of the power electronics, the dwell time in a commutation pattern of the power semiconductors in a rotating machine changes. The dwell time is shorter the higher the speed or frequency (i.e., the faster the machine rotates) and longer the lower the speed or frequency (i.e., the slower the machine rotates). In a stationary machine, the commutation pattern remains constant.
Bisher ist es Stand der Technik, zur thermischen Überwachung der Leistungshalbleiter in einem thermischen Modell entweder von einer kurzen Verweilzeit (also von hohen elektrischen Frequenzen bzw. Drehzahlen) oder von einer langen Verweilzeit (also bei niedrigen elektrischen Frequenzen bzw. Drehzahlen) auszugehen. Dabei kann eine Verlustleistung der Leistungshalbleiter bei einer kurzen Verweilzeit insbesondere über ein Stromeffektivwertmodell berechnet werden, bei dem die Verlustleistung über einen Mittelwert des Stromquadrats berechnet wird, was keinen hohen Aufwand an Rechenleistung erfordert und leicht zu implementieren ist, während eine Verlustleistung der Leistungshalbleiter bei einer langen Verweilzeit über ein Strommomentanwertmodell berechnet werden muss, bei dem die Verlustleistung über einen Momentanwert des Stroms berechnet wird, was aufgrund der dauerhaften Messung des Momentanwerts des Stroms eine deutlich höhere Rechenleistung erfordert.To date, the state of the art for thermal monitoring of power semiconductors in a thermal model is to assume either a short residence time (i.e., high electrical frequencies or speeds) or a long residence time (i.e., at low electrical frequencies or speeds). In this case, the power loss of the power semiconductors with a short residence time can be calculated using a current root mean square model, in which the power loss is calculated using the mean value of the current squared. This does not require a high amount of computing power and is easy to implement. While the power loss of the power semiconductors with a long residence time must be calculated using an instantaneous current model, in which the power loss is calculated using an instantaneous current value. This requires significantly more computing power due to the continuous measurement of the instantaneous current value.
Problematisch ist, dass es in der Leistungselektronik insbesondere in einem kleinen/niedrigen Drehzahlbereich, vor allem bei einer Drehzahl von 0, aufgrund von sich langsam ändernden bzw. stehenden Kommutierungsmustern zur thermischen Problemen kommen kann, was zu einer Überhitzung der Leistungshalbleiter führen könnte, wodurch wiederum das erreichbare Drehmoment der elektrischen Maschine in diesem Drehzahlbereich deutlich niedriger ist als bei höheren Drehzahl. Dies liegt insbesondere daran, dass für geringe Drehzahlen der Momentanwert des Stroms durch die Leistungshalbleiter im Vergleich zu dem Mittelwert des Stromquadrats dominanter wird, wobei dieser Effekt besonders auftritt, sobald eine elektrische Periodendauer unterhalb einer thermischen Zeitkonstante der Leistungshalbleiter liegt.The problem is that in power electronics, particularly in a small/low speed range, especially at 0 speed, thermal problems can occur due to slowly changing or static commutation patterns. This could lead to overheating of the power semiconductors, which in turn significantly lowers the achievable torque of the electric machine in this speed range than at higher speeds. This is primarily due to the fact that at low speeds, the instantaneous value of the current through the power semiconductors becomes more dominant than the mean square of the current. This effect is particularly evident when an electrical period is below a thermal time constant of the power semiconductors.
Insbesondere, wenn das Kommutierungsmuster zu jenem Zeitpunkt stehen bleibt, in dem ein Kommutierungszweig der Leistungshalbleiter mit maximalem Strom belastet wird, kann es zu einer Überhitzung kommen. Ein solcher Zustand kann für mehrere Sekunden eintreten bzw. notwendig sein, wie etwa beim Anfahren am Berg oder beim Stehen und beim Anfahren an einem Bordstein, wobei von einer Anforderung von wenigen Sekunden, wie etwa 5 Sekunden, ausgegangen wird und wobei diese Arbeitspunkte verhältnismäßig selten auftreten. Um jedoch einem solchen Zustand abzuhelfen, ist es möglich, die Leistungshalbleiter größer zu dimensionieren bzw. überzudimensionieren, wofür jedoch ein erhöhter Siliziumeinsatz (in Form von größeren oder mehreren parallelen Chips) notwendig ist, was wiederum zu erhöhten Kosten führt und somit nachteilig ist.In particular, if the commutation pattern stops at the moment when a commutation branch of the power semiconductors is loaded with maximum current, overheating can occur. Such a condition can occur or be necessary for several seconds, such as when starting on a hill or when stationary and starting at a curb. This is assumed to be a requirement of a few seconds, such as 5 seconds, and these operating points occur relatively rarely. To remedy this condition, however, it is possible to size or oversize the power semiconductors. This, however, requires increased silicon usage (in the form of larger or multiple parallel chips), which in turn leads to increased costs and is therefore disadvantageous.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Offenbarung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Insbesondere soll eine Leistungselektronik für eine elektrische Maschine bzw. eine elektrische Maschine mit einer solchen Leistungselektronik bereitgestellt werden, bei der die Leistungshalbleiter besonders zuverlässig und einfach thermisch überwacht werden können und die gleichzeitig kostengünstig herstellbar ist.Against this background, the present disclosure is based on the object of avoiding or at least mitigating the disadvantages of the prior art. In particular, a power electronics system for an electrical machine or an electrical machine with such power electronics is to be provided, in which the power semiconductors can be thermally monitored particularly reliably and easily, and which can simultaneously be manufactured cost-effectively.
Diese Aufgabe wird durch eine Leistungselektronik mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs sowie durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This problem is solved by a power electronics system having the features of the independent patent claim and by an electric machine having the features of the subordinate patent claim. Advantageous further developments are the subject of the dependent claims.
Demnach betrifft die vorliegende Offenbarung eine Leistungselektronik für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit Leistungshalbleitern, deren Zustand, insbesondere in Abhängigkeit einer Lage eines Raumzeigers bzw. eines Magnetfelds der elektrischen Maschine, steuerbar ist, und einer thermischen Steuereinheit zur thermischen Überwachung der Leistungshalbleiter. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist die thermische Steuereinheit eingerichtet, um ein thermisches Modell zur Berechnung einer Verlustleistung der Leistungshalbleiter in Abhängigkeit einer Frequenz (eines elektrischen Ausgangsstroms) der Leistungselektronik auszuwählen. Das heißt, dass in Abhängigkeit der Frequenz unterschiedliche thermische Modelle zur thermischen Überwachung der Leistungshalbleiter zum Einsatz kommen. Dies hat den Vorteil, dass die thermischen Modelle bedarfsgerecht eingesetzt werden können und ihr Einsatz insbesondere hinsichtlich ihrer erforderlichen Rechenleistung, die insbesondere von dem Kommutierungsmuster bzw. der Verweilzeit bzw. Frequenz bzw. der Drehzahl abhängt, optimiert werden kann.Accordingly, the present disclosure relates to power electronics for an electric machine, in particular for an electric drive motor of a motor vehicle, comprising power semiconductors whose state can be controlled, in particular as a function of the position of a space vector or a magnetic field of the electric machine, and a thermal control unit for thermally monitoring the power semiconductors. According to one aspect of the disclosure, the thermal control unit is configured to select a thermal model for calculating a power loss of the power semiconductors as a function of a frequency (of an electrical output current) of the power electronics. This means that, depending on the frequency, different thermal models are used for thermally monitoring the power semiconductors. This has the advantage that the thermal models can be used as needed, and their use can be optimized, in particular with regard to their required computing power, which depends in particular on the commutation pattern, the dwell time, the frequency, or the rotational speed.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die thermische Steuereinheit eingerichtet sein, um in einem ersten Frequenzbereich die Verlustleistung der Leistungshalbleiter anhand eines ersten thermischen Modells zu berechnen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die thermische Steuereinheit eingerichtet sein, um in einem zweiten Frequenzbereich die Verlustleistung der Leistungshalbleiter anhand eines zweiten thermischen Modells zu berechnen. Das heißt, dass der Einsatz der thermischen Modelle insbesondere von einer Höhe der Frequenz abhängt.According to a preferred embodiment, the thermal control unit can be configured to calculate the power loss of the power semiconductors in a first frequency range using a first thermal model. According to a preferred embodiment, the thermal control unit can be configured to calculate the power loss of the power semiconductors in a second frequency range using a second thermal model. This means that the use of the thermal models depends, in particular, on the frequency level.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann das erste thermische Modell ein Stromeffektivwertmodell sein. Das heißt, dass in dem ersten thermischen Modell die Verlustleistung anhand eines Mittelwert des Stromquadrats der Leistungselektronik berechnet wird. So kann in diesem Bereich eine effiziente thermische Überwachung der Leistungshalbleiter sichergestellt werden.According to the preferred embodiment, the first thermal model can be a current rms model. This means that in the first thermal model, the power loss is calculated based on the mean square of the current of the power electronics. This ensures efficient thermal monitoring of the power semiconductors in this range.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann das zweite thermische Modell ein Strommomentanwertmodell sein. Das heißt, dass in dem zweiten thermischen Modell die Verlustleistung anhand eines Momentanwerts des Stroms der Leistungselektronik berechnet wird. So kann in diesem Bereich eine effiziente thermische Überwachung der Leistungshalbleiter sichergestellt werden.According to the preferred embodiment, the second thermal model can be an instantaneous current model. This means that in the second thermal model, the power loss is calculated based on an instantaneous current value of the power electronics. This ensures efficient thermal monitoring of the power semiconductors in this area.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann der erste Frequenzbereich höhere Frequenzen als der zweite Frequenzbereich enthalten. Das heißt, dass ein Anwendungsbereich des ersten thermischen Modells ein hoher Frequenz- bzw. Drehzahlbereich (bzw. gegenüber dem zweiten Frequenzbereich höherer Frequenzbereich) ist und ein Anwendungsbereich des zweiten thermischen Modells ein niedriger Frequenz- bzw. Drehzahlbereich (bzw. gegenüber dem ersten Frequenzbereich niedrigerer Frequenzbereich) ist.According to the preferred embodiment, the first frequency range can contain higher frequencies than the second frequency range. This means that an application range of the first thermal model is a high frequency or speed range (or a higher frequency range compared to the second frequency range), and an application range of the second thermal model is a low frequency or speed range (or a lower frequency range compared to the first frequency range).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das erste thermische Modell eine geringere Rechenleistung als das zweite thermische Modell erfordern. Das heißt, dass das zweite thermische Modell rechenintensiver als das erste thermische Modell ist. Insbesondere, wenn der Anwendungsbereich des zweiten thermischen Modells ein niedriger Frequenz- bzw. Drehzahlbereich kann somit eine höhere Rechenleistung für das zweite thermische Modell zur Verfügung gestellt werden.According to a preferred embodiment, the first thermal model may require less computing power than the second thermal model. This means that the second thermal model is more computationally intensive than the first thermal model. In particular, if the application area of the second thermal model is a low frequency or speed range, higher computing power can be made available for the second thermal model.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Leistungselektronik eine Sicherheitsfunktionen-Steuereinheit aufweisen. Sicherheitsfunktionen können beispielsweise ein ESP oder ein Kollisionswarner sein. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann die Leistungselektronik so eingerichtet sein, dass in dem zweiten Frequenzbereich eine der Sicherheitsfunktionen-Steuereinheit zugeordnete Rechenleistung der thermischen Steuereinheit zur Verfügung gestellt wird. Das heißt, dass die Rechenleistung bedarfsorientiert bzw. in Abhängigkeit der Frequenz verteilt werden kann.According to a preferred embodiment, the power electronics can include a safety functions control unit. Safety functions can be, for example, an ESP or a collision warning system. According to the preferred embodiment, the power electronics can be configured such that, in the second frequency range, computing power assigned to the safety functions control unit is made available to the thermal control unit. This means that the computing power can be distributed as needed or depending on the frequency.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können/kann der erste Frequenzbereich und/oder der zweite Frequenzbereich in Abhängigkeit einer thermischen Zeitkonstante der Leistungshalbleiter festgelegt sein. Insbesondere kann der zweite Frequenzbereich so festgelegt sein, dass eine elektrische Periodendauer unterhalb der thermischen Zeitkonstante der Leistungshalbleiter liegt.According to a preferred embodiment, the first frequency range and/or the second frequency range can be defined as a function of a thermal time constant of the power semiconductors. In particular, the second frequency range can be defined such that an electrical period is below the thermal time constant of the power semiconductors.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Verlustfrequenz eine doppelte Stromfrequenz sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann eine thermische Grenzfrequenz der Leistungshalbleiter ein Kehrwert der thermischen Zeitkonstante der Leistungshalbleiter sein. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann eine Grenze zwischen dem ersten Frequenzbereich und dem zweiten Frequenzbereich so gewählt sein, dass die Verlustfrequenz 100-fach größer als die thermische Grenzfrequenz ist.According to a preferred embodiment, a loss frequency can be twice the current frequency. According to a preferred embodiment, a thermal cutoff frequency of the power semiconductor can ter can be an inverse of the thermal time constant of the power semiconductors. According to the preferred embodiment, a boundary between the first frequency range and the second frequency range can be selected such that the loss frequency is 100 times greater than the thermal cutoff frequency.
Die vorliegende Offenbarung betrifft auch eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Antriebsmaschine eines (Kraft-)Fahrzeugs, mit einer solche Leistungselektronik.The present disclosure also relates to an electric machine, in particular an electric drive machine of a (motor) vehicle, with such power electronics.
Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Offenbarung eine einfache und nicht rechenleistungsintensive Methodik, um thermisch kritische Betriebszustände der Leistungshalbleiter zu erfassen und ein thermischen Verhalten der Leistungshalbleiter in diesen Zuständen mit einem adäquaten Simulationsmodell simulieren zu können. Dabei kann durch die Erfassung der thermisch kritischen Betriebszustände effektiv zwischen einem rechenintensiven thermischen Modell für geringe elektrische Frequenzen und dem weniger rechenintensiven thermischen Modell für hohe elektrische Frequenzen gewechselt werden. Eine Verwendung kann dann eine thermische Offline- oder Onlinesimulation sein, deren Rechenbedarf je nach Fahrsituation angepasst werden kann. So kann insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten und hohen Strömen, wie etwa beim Anfahren am Berg oder am Bordstein, in denen die Sicherheitsfunktionen, wie ESP, Kollisionswarner, etc. weniger Rechenleistung benötigen als bei hohen Geschwindigkeiten, Rechenleistung in das thermische Modell verlagert werden. Bei hohen Geschwindigkeiten kann ein thermisches Modell mit geringem Rechenbedarf eingesetzt werden, um die Rechenleistung wieder den Sicherheitsfunktionen des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen.In other words, the present disclosure relates to a simple and non-computing-intensive methodology for detecting thermally critical operating states of power semiconductors and simulating the thermal behavior of the power semiconductors in these states using an appropriate simulation model. By detecting the thermally critical operating states, it is possible to effectively switch between a computationally intensive thermal model for low electrical frequencies and the less computationally intensive thermal model for high electrical frequencies. One use can then be a thermal offline or online simulation, the computational requirements of which can be adapted depending on the driving situation. Thus, particularly at low speeds and high currents, such as when starting on a hill or at a curb, where safety functions such as ESP, collision warning, etc. require less computing power than at high speeds, computing power can be shifted to the thermal model. At high speeds, a thermal model with low computing requirements can be used to make the computing power available to the vehicle's safety functions.
Vorzugsweise kann als eine Bedingung für das Umschalten zwischen den beiden thermischen Modellen (Stromeffektivwertmodell und Strommomentanwertmodell) eine thermische Zeitkonstante der Leistungshalbleiter herangezogen werden, deren thermisches Verhalten im Wesentlichen als ein Verzögerungsglied erster Ordnung angesehen werden kann. Dabei ist der Kehrwert der thermischen Zeitkonstante eine thermische Grenzfrequenz der Leistungshalbleiter. Eine in den Leistungshalbleitern entstehende Verlustleistung ist direkt proportional zum Stromquadrat. Insbesondere bei einem sinusförmigen Strom ergibt sich damit als Grundschwingung der Verlustleistung die doppelte Frequenz des Stroms sin(x)2=1/2 * (1 - cos(2x)). So wirken für Verlustfrequenzen größer der thermischen Grundfrequenz der Leistungshalbleiter diese als Mittelwertsfilter und es kann mit der mittleren Verlustleistung gerechnet werden. Beispielsweise kann als eine Grenz der Faktor 100 herangezogen werden. Somit wird für eine einhundertfach größere Verlustleistungsfrequenz als die Grenzfrequenz die Grundschwindung der Verlustleistung um 40 dB gedämpft.Preferably, a thermal time constant of the power semiconductors can be used as a condition for switching between the two thermal models (current effective value model and current instantaneous value model), the thermal behavior of which can essentially be viewed as a first-order delay element. The inverse of the thermal time constant is a thermal cutoff frequency of the power semiconductors. The power loss occurring in the power semiconductors is directly proportional to the square of the current. In particular, for a sinusoidal current, the fundamental oscillation of the power loss is twice the frequency of the current sin(x) 2 = 1/2 * (1 - cos(2x)). Thus, for loss frequencies greater than the thermal fundamental frequency of the power semiconductors, these act as a mean value filter, and the mean power loss can be used for calculations. For example, a factor of 100 can be used as a limit. Thus, for a power loss frequency one hundred times higher than the cutoff frequency, the fundamental attenuation of the power loss is attenuated by 40 dB.
Das heißt, dass ein thermisches Verhalten der Leistungshalbleiter/Powermodule (PM) wie ein Tiefpass 1. Ordnung mit thermischer Grenzfrequenz fg thermisch ist. Dabei wirken die Powermodule als Mittelwertsfilter für eine Frequenz der Verlustleistung >> fg thermisch . Zudem ist die Verlustleistung direkt proportional zum Stromquadrat, wobei für das Stromquadrat gilt:
Die Offenbarung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert:
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Leistungselektronik gemäß der vorliegenden Offenbarung, und -
2 und3 zeigen unterschiedliche zeitliche Verläufe einer Temperatur von Leistungshalbleitern bei verschiedenen elektrischen Frequenzen der Leistungselektronik.
-
1 shows a schematic representation of a power electronics according to the present disclosure, and -
2 and3 show different temporal profiles of a temperature of power semiconductors at different electrical frequencies of the power electronics.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der vorliegenden Offenbarung. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.The figures are merely schematic in nature and serve solely to facilitate understanding of the present disclosure. Like elements are identified by like reference numerals.
Die Leistungselektronik 1 weist steuerbare Leistungshalbleiter 2 und eine thermische Steuereinheit 3 zur thermischen Überwachung der Leistungshalbleiter 2 auf. Dabei ist die thermische Steuereinheit 3 eingerichtet, um ein thermisches Modell M1, M2 zur Berechnung einer Verlustleistung der Leistungshalbleiter 2 in Abhängigkeit einer Frequenz f eines elektrischen Ausgangsstroms der Leistungselektronik 1 auszuwählen.The power electronics 1 comprises controllable power semiconductors 2 and a thermal control unit 3 for thermally monitoring the power semiconductors 2. The thermal control unit 3 is configured to select a thermal model M1, M2 for calculating a power loss of the power semiconductors 2 as a function of a frequency f of an electrical output current of the power electronics 1.
Vorzugsweise kann die thermische Steuereinheit 3 eingerichtet sein, um die Verlustleistung der Leistungshalbleiter 2 in einem ersten Frequenzbereich F1 anhand eines ersten thermischen Modells M1 zu berechnen und in einem zweiten Frequenzbereich F2 anhand eines zweiten thermischen Modells M2 zu berechnen.Preferably, the thermal control unit 3 can be configured to calculate the power loss of the power semiconductors 2 in a first frequency range F1 using a first thermal model M1 and to calculate it in a second frequency range F2 using a second thermal model M2.
Insbesondere kann das erste thermische Modell M1 ein Stromeffektivwertmodell sein. Das heißt, dass in dem ersten thermischen Modell M1 die Verlustleistung anhand eines Mittelwert des Stromquadrats der Leistungselektronik 1 berechnet wird.In particular, the first thermal model M1 can be a current rms model. This means that in the first thermal model M1, the power loss is calculated based on the mean square of the current of the power electronics 1.
Insbesondere kann das zweite thermische Modell M2 ein Strommomentanwertmodell sein. Das heißt, dass in dem zweiten thermischen Modell M2 die Verlustleistung anhand eines Momentanwerts des Stroms der Leistungselektronik 1 berechnet wird.In particular, the second thermal model M2 can be an instantaneous current model. This means that in the second thermal model M2, the power loss is calculated based on an instantaneous current value of the power electronics 1.
Insbesondere kann der erste Frequenzbereich F1 höhere Frequenzen f als der zweite Frequenzbereich F2 enthalten. Das heißt, dass ein Anwendungsbereich des ersten thermischen Modells M1 ein gegenüber dem zweiten Frequenzbereich F2 höherer Frequenzbereich ist und ein Anwendungsbereich des zweiten thermischen Modells M2 ein gegenüber dem ersten Frequenzbereich F1 niedrigerer Frequenzbereich ist.In particular, the first frequency range F1 can contain higher frequencies f than the second frequency range F2. This means that an application range of the first thermal model M1 is a higher frequency range than the second frequency range F2, and an application range of the second thermal model M2 is a lower frequency range than the first frequency range F1.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- LeistungselektronikPower electronics
- 22
- LeistungshalbleiterPower semiconductors
- 33
- thermische Steuereinheitthermal control unit
- ff
- Frequenzfrequency
- f1f1
- erste elektrische Frequenzfirst electrical frequency
- f2f2
- zweite elektrische Frequenzsecond electrical frequency
- f3f3
- dritte elektrische Frequenzthird electrical frequency
- f4f4
- vierte elektrische Frequenzfourth electrical frequency
- f5f5
- fünfte elektrische Frequenzfifth electrical frequency
- F1F1
- erster Frequenzbereichfirst frequency range
- F2F2
- zweiter Frequenzbereichsecond frequency range
- M1M1
- erstes thermisches Modellfirst thermal model
- M2M2
- zweites thermisches Modellsecond thermal model
Claims (10)
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