DE112023000730T5

DE112023000730T5 - CURRENT TRANSFORMER DEVICE, ESTIMATION PROGRAM AND ESTIMATION METHOD

Info

Publication number: DE112023000730T5
Application number: DE112023000730.6T
Authority: DE
Inventors: Keita FUKUSHIMA; Tomohito Kigami; Naoto FUJIOKA; Tomohiro Fukumura
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2022-03-29
Filing date: 2023-03-29
Publication date: 2025-01-02
Also published as: CN118947056A; WO2023190776A1

Abstract

Eine Stromwandlervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Grundplatte, einen Träger auf der Grundplatte, ein Wärmeerzeugungselement und einen Temperatursensor, die auf dem Träger vorhanden sind, und eine Steuereinheit auf und ist mit einer Last verbunden. Die Steuereinheit umfasst eine Wärmemengenberechnungseinheit, die anhand von Informationen zu der Last eine Wärmemenge des Wärmeerzeugungselements berechnet, eine Kältemitteltemperaturberechnungseinheit, die anhand einer Durchflussmenge eines das Wärmeerzeugungselement kühlenden Kältemittels eine Temperatur des Kältemittels berechnet, eine Wärmewiderstandsberechnungseinheit, die anhand der Durchflussmenge und der Temperatur des Kältemittels in einem Wärmemodell, das die zwischen zwei verschiedenen Punkten unter dem Wärmeerzeugungselement, der Grundplatte, dem Träger und dem Kältemittel übertragene Wärme als Wärmewiderstand darstellt, einen Widerstandswert des Wärmewiderstands berechnet, eine Grundplattentemperaturberechnungseinheit, die anhand der Wärmemenge und des Wärmewiderstands eine Temperatur der Grundplatte berechnet, und eine Einheit zum Berechnen der Temperatur des Wärmeerzeugungselements, die anhand der Wärmemenge und der Temperatur der Grundplatte eine Temperatur des Wärmeerzeugungselements berechnet.

A power conversion device according to an aspect of the present disclosure includes a base plate, a support on the base plate, a heat generating element and a temperature sensor provided on the support, and a control unit, and is connected to a load. The control unit includes a heat amount calculation unit that calculates a heat amount of the heat generating element based on information about the load, a refrigerant temperature calculation unit that calculates a temperature of the refrigerant based on a flow rate of a refrigerant cooling the heat generating element, a thermal resistance calculation unit that calculates a resistance value of the thermal resistance based on the flow rate and the temperature of the refrigerant in a thermal model that represents the heat transferred between two different points under the heat generating element, the base plate, the support, and the refrigerant as thermal resistance, a base plate temperature calculation unit that calculates a temperature of the base plate based on the heat amount and the thermal resistance, and a heat generating element temperature calculation unit that calculates a temperature of the base plate based on the A temperature of the heat generating element is calculated from the amount of heat and the temperature of the base plate.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Stromwandlervorrichtung, ein Schätzprogramm und ein Schätzverfahren.The present disclosure relates to a power conversion device, an estimation program, and an estimation method.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL STATE OF THE ART

Wenn bei einem Halbleiterschaltelement, das einen Umrichter ausbildet, die Temperatur an einem Übergang des Halbleiterelements einen festgelegten Wert überschreitet, kann es zu einer Beschädigung kommen, weshalb es erforderlich ist, die Temperatur von Halbleiterelementen zu überwachen und die Ausgangsleistung so anzupassen, dass es nicht zu einer Beschädigung der Halbleiterelemente kommt. Da das Anordnen eines Temperatursensors in der Nähe des Übergangs von Halbleiterelementen die Kosten erhöht, wird häufig ein Temperatursensor an einer von den Halbleiterelementen entfernten Position auf der Leiterplatte angeordnet, auf der die Halbleiterelemente montiert sind. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass aufgrund des schlechten Ansprechverhaltens des Sensors keine angemessene Überhitzungsschutzfunktion vorliegt.In a semiconductor switching element constituting an inverter, if the temperature at a junction of the semiconductor element exceeds a predetermined value, damage may occur, so it is necessary to monitor the temperature of semiconductor elements and adjust the output so that damage to the semiconductor elements does not occur. Since arranging a temperature sensor near the junction of semiconductor elements increases the cost, a temperature sensor is often arranged at a position away from the semiconductor elements on the circuit board on which the semiconductor elements are mounted. In this case, there is a risk that an adequate overheat protection function may not be provided due to poor response of the sensor.

Daher existiert ein Verfahren, bei dem die Temperatur eines Halbleiterelements geschätzt wird und der durch das Halbleiterelement fließende Strom eingeschränkt wird, durch den die geschätzte Temperatur eine zulässige Temperatur überschreitet und Zerstörung bewirkt, wodurch Überhitzungsschutz für die Halbleiterelemente und den Stromwandler erzielt wird (siehe beispielsweise Patentdokument 1). In Patentdokument 1 ist eine Halbleiterchiptemperaturschätzvorrichtung offenbart, die aus einer Verlustschätzeinheit für einen Halbleiterchip, einer Temperaturschätzeinheit für ein Kühlelement, das den Halbleiterchip kühlt, und einer Temperaturanstiegsschätzeinheit des Halbleiterchips ausgebildet ist. Bei diesem Verfahren werden anhand des durch die Verlustschätzeinheit berechneten Verlusts ein Schätzwert der Kältemitteltemperatur, die eine Grundtemperatur darstellt, und ein Anstiegsanteil der Halbleiterelementtemperatur von dieser Kältemitteltemperatur berechnet, und durch Aufsummieren der beiden wird die Halbleiterelementtemperatur geschätzt.Therefore, there is a method in which the temperature of a semiconductor element is estimated and the current flowing through the semiconductor element is restricted, by which the estimated temperature exceeds an allowable temperature and causes destruction, thereby achieving overheat protection for the semiconductor elements and the power converter (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 discloses a semiconductor chip temperature estimation device configured from a loss estimation unit for a semiconductor chip, a temperature estimation unit for a cooling element that cools the semiconductor chip, and a temperature rise estimation unit of the semiconductor chip. In this method, from the loss calculated by the loss estimation unit, an estimated value of the refrigerant temperature, which is a base temperature, and a rise ratio of the semiconductor element temperature from this refrigerant temperature are calculated, and by summing the two, the semiconductor element temperature is estimated.

Im Allgemeinen ist eine Überhitzungsschutzsteuerung in dem Fall wirksam, dass der Schätzwert der Halbleiterelementtemperatur einen im Voraus eingestellten Schwellenwert überschreitet. Als dieser Schwellenwert wird ein Wert festgelegt, bei dem ein Sicherheitszuschlag von der für das Halbleiterelement zulässigen Temperatur abgezogen wird, wobei der Zuschlag von der Schätzgenauigkeit der Halbleiterelementtemperatur abhängig ist. Wenn die Schätzgenauigkeit niedrig ist, ergibt sich das Problem, dass trotz eines verbleibenden Spielraums bis zur zulässigen Temperatur der Überhitzungsschutz greift, sodass die gewünschte Ausgangsleistung nicht erzielt werden kann. Der Zuschlag kann umso kleiner eingestellt werden, je höher die Schätzgenauigkeit ist, wodurch eine maximale Ausgangsleistung des Umrichters erreichbar wird.In general, overheat protection control is effective when the estimated value of the semiconductor element temperature exceeds a threshold value set in advance. This threshold is set to a value at which a safety margin is subtracted from the allowable temperature for the semiconductor element, the margin depending on the estimation accuracy of the semiconductor element temperature. If the estimation accuracy is low, there is a problem that even though there is a margin left up to the allowable temperature, the overheat protection is activated, so that the desired output cannot be achieved. The higher the estimation accuracy, the smaller the margin can be set, thereby making it possible to achieve the maximum output of the inverter.

Aus dem Stand der Technik ist auch eine Technik bekannt, bei der anhand einer Temperatur, die durch einen Temperatursensor erfasst wird, der in der Nähe eines Wärmeerzeugungselements (beispielsweise eines Schaltelements) einer Stromwandlervorrichtung installiert ist, die Temperatur von anderen Elementen geschätzt wird, die nicht mit einem Temperatursensor ausgestattet sind (siehe beispielsweise Patentdokument 2).Also known in the art is a technique in which, based on a temperature detected by a temperature sensor installed near a heat generating element (e.g., a switching element) of a power conversion device, the temperature of other elements not equipped with a temperature sensor is estimated (see, for example, Patent Document 2).

DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIKDOCUMENTS OF THE STATE OF THE ART

PATENTDOKUMENTEPATENT DOCUMENTS

Patent Document 1: WO No. 2014/091852
Patent Document 2: JP 2011-97812 A

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

AUFGABE DER ERFINDUNGTASK OF THE INVENTION

Der oben beschriebene Stand der Technik ist insofern problematisch, als es vorkommt, dass sich die Temperatur der Elemente der Stromwandlervorrichtung oder die Temperatur und die Wärmemenge nicht mit Genauigkeit schätzen lassen.The state of the art described above is problematic in that it may happen that the temperature of the elements of the current transformer device or the temperature and the amount of heat cannot be estimated with accuracy.

Bei der Technik von Patentdokument 1 beispielsweise werden bei der Berechnung des Anstiegsanteils der Halbleiterchiptemperatur die Temperatur des Kältemittels und der Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit nicht berücksichtigt, sodass die Temperaturschätzungsgenauigkeit je nach Nutzungssituation sinkt.For example, in the technique of Patent Document 1, when calculating the rise rate of the semiconductor chip temperature, the temperature of the refrigerant and the influence of the flow velocity are not taken into account, so the temperature estimation accuracy decreases depending on the usage situation.

Die vorliegende Offenbarung stellt eine Technik bereit, mit der sich die Temperatur der Elemente der Stromwandlervorrichtung oder die Temperatur und die Wärmemenge mit hoher Genauigkeit schätzen lassen.The present disclosure provides a technique for estimating the temperature of the elements of the power conversion device or the temperature and the amount of heat with high accuracy.

MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABEMEANS TO SOLVE THE TASK

Um die genannten Probleme zu lösen, handelt es sich bei einer Stromwandlervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung um eine Stromwandlervorrichtung, die eine Grundplatte, einen auf der Grundplatte vorhandenen Träger, ein Wärmeerzeugungselement und einen Temperatursensor, die auf dem Träger vorhanden sind, und eine Steuereinheit aufweist und mit einer Last verbunden ist, und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuereinheit eine Wärmemengenberechnungseinheit, die anhand von Informationen zu der Last eine Wärmemenge des Wärmeerzeugungselements berechnet, eine Kältemitteltemperaturberechnungseinheit, die anhand einer Durchflussmenge eines das Wärmeerzeugungselement kühlenden Kältemittels eine Temperatur des Kältemittels berechnet, eine Wärmewiderstandsberechnungseinheit, die anhand der Durchflussmenge und der Temperatur des Kältemittels in einem Wärmemodell, das die zwischen zwei verschiedenen Punkten unter dem Wärmeerzeugungselement, der Grundplatte, dem Träger und dem Kältemittel übertragene Wärme als Wärmewiderstand ausdrückt, einen Widerstandswert des Wärmewiderstands berechnet, und eine Grundplattentemperaturberechnungseinheit beinhaltet, die anhand der Wärmemenge und des Wärmewiderstands eine Temperatur der Grundplatte berechnet, und eine Einheit zum Berechnen der Temperatur des Wärmeerzeugungselements, die anhand der Wärmemenge und der Temperatur der Grundplatte eine Temperatur des Wärmeerzeugungselements berechnet.In order to solve the above problems, a power conversion device according to an aspect of the present disclosure is a power conversion device comprising a base plate, a carrier provided on the base plate, a heat generating element and a temperature sensor provided on the carrier, and a control unit, and connected to a load is connected, and characterized in that the control unit includes a heat amount calculation unit that calculates a heat amount of the heat generating element based on information about the load, a refrigerant temperature calculation unit that calculates a temperature of the refrigerant based on a flow rate of a refrigerant cooling the heat generating element, a thermal resistance calculation unit that calculates a resistance value of the thermal resistance based on the flow rate and the temperature of the refrigerant in a thermal model that expresses the heat transferred between two different points among the heat generating element, the base plate, the support, and the refrigerant as thermal resistance, and a base plate temperature calculation unit that calculates a temperature of the base plate based on the heat amount and the thermal resistance, and a heat generating element temperature calculation unit that calculates a temperature of the heat generating element based on the heat amount and the temperature of the base plate.

WIRKUNG DER ERFINDUNGEFFECT OF THE INVENTION

Gemäß der vorliegenden Offenbarung lässt sich die Temperatur der Elemente der Stromwandlervorrichtung oder die Temperatur und die Wärmemenge mit hoher Genauigkeit schätzen.According to the present disclosure, the temperature of the elements of the power conversion device or the temperature and the amount of heat can be estimated with high accuracy.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE CHARACTERS

1 is a view showing an example of the configuration of an estimation system according to a first embodiment.
2 is a view of an example of the configuration of an estimation apparatus according to the first embodiment.
3 is an explanatory view of a model.
4 is a view showing a model of a first embodiment.
5 is a flowchart showing a processing flow of the estimation apparatus according to the first embodiment.
6 is an example of an arrangement of object positions.
7 is an explanatory view of hotspots.
8 is a view showing a model of a second embodiment.
9 is a view showing a model of a third embodiment.
10 is a view showing a model of a fourth embodiment.
11 is a view showing a model of a fifth embodiment.
12 is a view of an example of the configuration of an estimation system of a sixth embodiment.
13 is a view of an example of the hardware configuration of the estimation apparatus according to the first embodiment.
14 is a view of an example of a thermal model according to a second embodiment.
15 is a view of an example of the thermal model according to the second embodiment.
16 is a view showing an example of the configuration of a power conversion device according to the second embodiment.
17 is a view of an example of the configuration of a control device according to the second embodiment.
18 is a view showing an example of the configuration of a temperature estimation unit according to the second embodiment.
19 is a flowchart showing a processing flow of the power conversion device according to the second embodiment.
20 is a view showing an example of the configuration of the temperature estimation unit according to a third embodiment.
21 is an explanatory view of a winding water channel.
22 is an explanatory view of a straight water channel.
23 is a flowchart showing a processing flow of the power conversion device according to the third embodiment.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNGEMBODIMENTS OF THE INVENTION

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren Wege zum Ausführen einer Stromwandlervorrichtung, eines Schätzprogramms und eines Schätzverfahrens der vorliegenden Offenbarung (im Folgenden als „Ausführungsformen“ bezeichnet) ausführlich beschrieben. Die vorliegende Offenbarung wird jedoch nicht durch diese Ausführungsformen eingeschränkt.Hereinafter, ways of executing a power conversion device, an estimation program, and an estimation method of the present disclosure (hereinafter referred to as "embodiments") will be described in detail with reference to the figures. However, the present disclosure is not limited by these embodiments.

[Erste Ausführungsform][First Embodiment]

1 ist eine Ansicht eines Beispiels der Konfiguration eines Schätzsystems gemäß einer ersten Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt, weist das Schätzsystem 1 eine Umrichtervorrichtung 10 und eine Schätzvorrichtung 20 auf. Bei der Umrichtervorrichtung 10 handelt es sich dabei um ein Beispiel für eine Stromwandlervorrichtung. 1 is a view of an example of the configuration of an estimation system according to a first embodiment. As in 1 shown, the estimation system 1 comprises a converter device 10 and an estimation device 20. The converter device 10 is an example of a current transformer device.

Die Umrichtervorrichtung 10 wandelt von einer externen Stromversorgungsquelle wie einer Batterie oder dergleichen eingespeisten Gleichstrom in Wechselstrom um und treibt so eine Last wie etwa einen Motor oder dergleichen an.The inverter device 10 converts direct current supplied from an external power source such as a battery or the like into alternating current, thereby driving a load such as a motor or the like.

Die Umrichtervorrichtung 10 umfasst Wärmeerzeugungselemente wie Schaltelemente und Freilaufdioden (free wheeling diode, FWD). Bei den Schaltelementen handelt es sich beispielsweise um IGBT (bipolare Transistoren mit isoliertem Gate). Bei den Schaltelementen kann es sich auch um MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren) handeln. Die Wärmeerzeugungselemente schließen außerdem Sammelschienen, Kondensatoren und Induktoren ein.The inverter device 10 includes heat generating elements such as switching elements and free wheeling diodes (FWD). The switching elements are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). The switching elements may also be MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). The heat generating elements also include bus bars, capacitors and inductors.

Wie in 1 gezeigt, ist die Umrichtervorrichtung 10 in eine U-Phase 11a, V-Phase 11b und W-Phase 11c dreigeteilt. Obwohl nicht dargestellt, bilden die U-Phase 11a, V-Phase 11b und W-Phase 11c eine Dreiphasenbrückenschaltung aus, indem sie parallel geschaltet sind. Die einzelnen Phasen sind mit einer nicht dargestellten Last verbunden. Bei der Last handelt es sich beispielsweise um einen Drehstrommotor, wobei die U-Phase 11a, V-Phase 11b und W-Phase 11c mit jeweiligen Spulen der U-, V- und W-Phase verbunden sind. Hier wird für den Motorantrieb ein repräsentatives Beispiel mit drei Phasen angegeben, doch kann die Umrichtervorrichtung 10 auch zwei- oder vier- oder mehrphasig sein.As in 1 , the inverter device 10 is divided into three phases: U-phase 11a, V-phase 11b, and W-phase 11c. Although not shown, the U-phase 11a, V-phase 11b, and W-phase 11c form a three-phase bridge circuit by being connected in parallel. Each phase is connected to a load not shown. The load is, for example, a three-phase motor, and the U-phase 11a, V-phase 11b, and W-phase 11c are connected to coils of the U-, V-, and W-phases, respectively. Here, a representative example of three phases is given for the motor drive, but the inverter device 10 may be two-, four-, or more-phase.

Zusätzlich zu den FWD und IGBT ist an den einzelnen Phasen ein Temperatursensor bereitgestellt. Der Temperatursensor ist beispielsweise ein Thermistor.In addition to the FWD and IGBT, a temperature sensor is provided on each phase. The temperature sensor is, for example, a thermistor.

An der U-Phase 11a sind beispielsweise eine FWD 111a, eine FWD 112a, ein IGBT 113a, ein IGBT 114a und ein Temperatursensor 121a bereitgestellt.For example, a FWD 111a, a FWD 112a, an IGBT 113a, an IGBT 114a and a temperature sensor 121a are provided on the U-phase 11a.

An der V-Phase 11b sind beispielsweise eine FWD 111b, eine FWD 112b, ein IGBT 113b, ein IGBT 114b und ein Temperatursensor 121b bereitgestellt.For example, a FWD 111b, a FWD 112b, an IGBT 113b, an IGBT 114b and a temperature sensor 121b are provided on the V-phase 11b.

An der W-Phase 11c sind beispielsweise eine FWD 111c, eine FWD 112c, ein IGBT 113c, ein IGBT 114c und ein Temperatursensor 121c bereitgestellt.For example, a FWD 111c, a FWD 112c, an IGBT 113c, an IGBT 114c and a temperature sensor 121c are provided on the W phase 11c.

Die Anordnung der Temperatursensoren ist nicht auf die in 1 gezeigte Anordnung beschränkt. Es kann auch nur ein einziger Temperatursensor für die Umrichtervorrichtung 10 bereitgestellt sein. Auch können beispielsweise mehrere Temperatursensoren für die einzelnen Phasen der Umrichtervorrichtung 10 bereitgestellt sein.The arrangement of the temperature sensors is not based on the 1 shown arrangement. Only a single temperature sensor can be provided for the converter device 10. For example, several temperature sensors can also be provided for the individual phases of the converter device 10.

Der Temperatursensor kann an einer Stelle angrenzend an ein Wärmeerzeugungselement der Umrichtervorrichtung 10 oder an einer Stelle bereitgestellt sein, die nicht an ein Wärmeerzeugungselement angrenzt. In dem Beispiel aus 1 grenzen der Temperatursensor 121a, der Temperatursensor 121b und der Temperatursensor 121c nicht an ein Wärmeerzeugungselement an. Vorzugsweise sind die einzelnen Temperatursensoren an einer Position auf dem Träger in der Umgebung eines Wärmeerzeugungselements und in der Umgebung eines Hotspots und dergleichen angeordnet.The temperature sensor may be provided at a location adjacent to a heat generating element of the inverter device 10 or at a location not adjacent to a heat generating element. In the example of 1 the temperature sensor 121a, the temperature sensor 121b and the temperature sensor 121c do not adjoin a heat generating element. Preferably, the individual temperature sensors are arranged at a position on the carrier in the vicinity of a heat generating element and in the vicinity of a hot spot and the like.

Die Schätzvorrichtung 20 ist eine Vorrichtung zum Schätzen der Temperatur oder der Wärmemenge bezüglich der Umrichtervorrichtung 10. Bei der Schätzvorrichtung 20 kann es sich um einen an der Umrichtervorrichtung 10 vorhandenen Mikrocomputer oder um einen von der Umrichtervorrichtung 10 getrennten Computer handeln.The estimating device 20 is a device for estimating the temperature or the amount of heat with respect to the inverter device 10. The estimating device 20 may be a microcomputer provided on the inverter device 10 or a computer separate from the inverter device 10.

Die Schätzvorrichtung 20 schätzt die Temperatur oder die Wärmemenge einer Position bezüglich der Umrichtervorrichtung 10 anhand der durch eine Temperaturerfassungseinheit erfassten Temperatur. Daher kann die Schätzvorrichtung 20 auch die Temperatur einer Position schätzen, deren Temperatur nicht durch einen Temperatursensor erfasst wird.The estimation device 20 estimates the temperature or the heat quantity of a position with respect to the inverter device 10 based on the temperature detected by a temperature detection unit. Therefore, the estimation device 20 can also estimate the temperature of a position whose temperature is not detected by a temperature sensor.

Insbesondere kann die Schätzvorrichtung 20 die Temperatur von Wärmeerzeugungselementen wie etwa Schaltelementen und Freilaufdioden schätzen.In particular, the estimation device 20 can estimate the temperature of heat generating elements such as switching elements and freewheeling diodes.

Bei einer Umrichtervorrichtung kommt es vor, dass kein Temperatursensor in ausreichender Nähe zu einem Wärmeerzeugungselement bereitgestellt ist. Aufgrund von strukturbedingten Einschränkungen geschieht es zudem, dass kein Temperatursensor in ausreichender Nähe zu einem Wärmeerzeugungselement installiert werden kann.In an inverter device, it happens that a temperature sensor is not provided in sufficient proximity to a heat generating element. In addition, due to structural limitations, it happens that a temperature sensor cannot be installed in sufficient proximity to a heat generating element.

Auch in diesen Fällen ist es gemäß der Schätzvorrichtung 20 der ersten Ausführungsform möglich, die Temperatur des Wärmeerzeugungselements zu schätzen.Even in these cases, according to the estimation device 20 of the first embodiment, it is possible to estimate the temperature of the heat generating element.

Wärmeerzeugungselemente wie etwa Schaltelemente und Freilaufdioden können durch Überhitzung beschädigt werden. Indem gemäß der ersten Ausführungsform auf Grundlage des Schätzungsergebnisses der Temperatur des Wärmeerzeugungselements Wärmeableitung, Kühlung usw. des Wärmeerzeugungselements auf geeignete Weise gesteuert werden, können das Wärmeerzeugungselement und die Umrichtervorrichtung geschützt werden.Heat generating elements such as switching elements and flyback diodes may be damaged by overheating. According to the first embodiment, by appropriately controlling heat dissipation, cooling, etc. of the heat generating element based on the estimation result of the temperature of the heat generating element, the heat generating element and the inverter device can be protected.

Die Konfiguration der Schätzvorrichtung 20 wird anhand von 2 beschrieben. 2 ist eine Ansicht eines Beispiels der Konfiguration der Schätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.The configuration of the estimation device 20 is determined by 2 described. 2 is a view of an example of the configuration of the estimation apparatus according to the first embodiment.

Wie in 2 gezeigt, weist die Schätzvorrichtung 20 eine Ein- und Ausgabeeinheit 21, eine Speichereinheit 22 und eine Steuereinheit 23 auf.As in 2 As shown, the estimation device 20 has an input and output unit 21, a storage unit 22 and a control unit 23.

Die Ein- und Ausgabeeinheit 21 ist eine Schnittstelle für die Eingabe und Ausgabe von Daten. Die Ein- und Ausgabeeinheit 21 akzeptiert beispielsweise Eingaben der durch die Temperatursensoren erfassten Temperatur. Außerdem gibt die Ein- und Ausgabeeinheit 21 beispielsweise die Schätzergebnisse der Temperatur oder der Wärmemenge an andere Vorrichtungen aus.The input and output unit 21 is an interface for inputting and outputting data. The input and output unit 21 accepts inputs of, for example, the temperature detected by the temperature sensors. In addition, the input and output unit 21 outputs, for example, the estimation results of the temperature or the heat quantity to other devices.

Die Ein- und Ausgabeeinheit 21 kann die Eingabe von Daten über Eingabegeräte wie eine Tastatur, eine Maus und dergleichen akzeptieren. Die Ein- und Ausgabeeinheit 21 kann Daten auch an eine Ausgabevorrichtung wie ein Display oder dergleichen ausgeben.The input and output unit 21 can accept input of data via input devices such as a keyboard, a mouse, and the like. The input and output unit 21 can also output data to an output device such as a display or the like.

Die Speichereinheit 22 und die Steuereinheit 23 sind beispielsweise durch einen Computer, der eine CPU (Zentraleinheit), ROM (Nur-Lese-Speicher), RAM (Direktzugriffspeicher), Flash-Speicher, Ein- und Ausgabe-Ports und dergleichen aufweist, oder durch verschiedene Schaltungen implementiert.The storage unit 22 and the control unit 23 are implemented, for example, by a computer having a CPU (central processing unit), ROM (read only memory), RAM (random access memory), flash memory, input and output ports, and the like, or by various circuits.

In der Speichereinheit 22 können Modellinformationen 221 gespeichert sein. Die Steuereinheit 23 liest beispielsweise ein in der Speichereinheit 22 gespeichertes Programm aus und führt es aus und erfüllt auf diese Weise die Funktion einer Berechnungseinheit 231 und einer Kompensationseinheit 232.Model information 221 can be stored in the storage unit 22. The control unit 23 reads out and executes, for example, a program stored in the storage unit 22 and thus fulfills the function of a calculation unit 231 and a compensation unit 232.

Die Modellinformationen 221 sind Informationen wie etwa Parameter zum Erstellen eines Modells. Das Modell der ersten Ausführungsform ist ein Modell, das einen Wärmewiderstand zwischen Zielpositionen, der einen Wärmewiderstand zwischen der Position eines Wärmeerzeugungselements und der Position eines Temperatursensors an der Umrichtervorrichtung 10 einschließt, oder einen Wärmewiderstand und den Massendurchfluss eines Wärmeableitungsabschnitts ausdrückt. Bei dem Wärmeableitungsabschnitt handelt es sich beispielsweise um einen Wasserkanal oder Rippen.The model information 221 is information such as parameters for creating a model. The model of the first embodiment is a model that expresses a thermal resistance between target positions including a thermal resistance between the position of a heat generating element and the position of a temperature sensor on the inverter device 10, or a thermal resistance and the mass flow rate of a heat dissipation portion. The heat dissipation portion is, for example, a water channel or fins.

3 ist eine erläuternde Ansicht eines Modells. Wie in 3 gezeigt, ist das Modell ein Modell, welches eine elektrische Schaltung nachbildet. Das Modell der ersten Ausführungsform wird auch als Wärmemodell bezeichnet. Ströme, Spannungen und Widerstände in der elektrische Schaltung entsprechen Wärmemengen, Temperaturen und Wärmewiderständen im Wärmemodell. 3 is an explanatory view of a model. As in 3 As shown, the model is a model that simulates an electrical circuit. The model of the first embodiment is also called a thermal model. Currents, voltages and resistances in the electrical circuit correspond to heat quantities, temperatures and thermal resistances in the thermal model.

In dem Beispiel aus 3 beinhaltet das Modell einen Knoten 301 mit variabler Temperatur, einen Wärmewiderstand 302, einen Wärmewiderstand 303, einen Knoten 304 mit variabler Temperatur, einen Wärmewiderstand 305, einen Knoten 306 mit variabler Temperatur, einen massendurchflussabhängigen Wärmewiderstand 307, einen Referenztemperaturknoten 308, einen massendurchflussabhängigen Wärmewiderstand 309 und einen massendurchflussabhängigen Knoten 310 mit variabler Temperatur.In the example from 3 the model includes a variable temperature node 301, a thermal resistor 302, a thermal resistor 303, a variable temperature node 304, a thermal resistor 305, a variable temperature node 306, a mass flow dependent thermal resistor 307, a reference temperature node 308, a mass flow dependent thermal resistor 309, and a mass flow dependent variable temperature node 310.

Die Temperatur der Knoten mit variabler Temperatur und des massendurchflussabhängigen Knotens mit variabler Temperatur sind Variablen, die sich aufgrund von Berechnungen ändern. Die Temperatur des Referenztemperaturknotens ist eine Variable, für die ein Festwert eingestellt ist, oder eine Konstante.The temperature of the variable temperature nodes and the mass flow dependent variable temperature node are variables that change due to calculations. The temperature of the reference temperature node is a variable that is set to a fixed value or a constant.

Der Widerstandswert des Wärmewiderstands ist eine Variable, für die ein Festwert eingestellt ist, oder eine Konstante. Der Widerstandswert des massendurchflussabhängigen Wärmewiderstands verändert sich mit dem Massendurchfluss des Wärmeableitungsabschnitts. Die Temperatur des massendurchflussabhängigen Knotens mit variabler Temperatur verändert sich nicht nur im Zuge der Berechnung, sondern auch mit dem Massendurchfluss des Wärmeableitungsabschnitts. Der Widerstandswert des massendurchflussabhängigen Wärmewiderstands verändert sich auch mit der Temperatur des Kältemittels (Kühlwasser).The resistance value of the thermal resistor is a variable that is set to a fixed value or a constant. The resistance value of the mass flow-dependent thermal resistor changes with the mass flow rate of the heat dissipation section. The temperature of the mass flow-dependent variable temperature node changes not only during the calculation but also with the mass flow rate of the heat dissipation section. The resistance value of the mass flow-dependent thermal resistor also changes with the temperature of the refrigerant (cooling water).

Der Massendurchfluss des Wärmeableitungsabschnitts ist beispielsweise der Massendurchfluss des in den Wasserkanal einströmenden Wassers. Wenn der Massendurchfluss des Wassers ansteigt, verringert sich der Widerstandswert, während die Wärmeableitungsleistung zunimmt.For example, the mass flow rate of the heat dissipation section is the mass flow rate of water flowing into the water channel. When the mass flow rate of water increases, the resistance value decreases while the heat dissipation performance increases.

Bei der Konvektion von Wasser existiert Zwangskonvektion und natürliche Konvektion. Die durch Zwangskonvektion übertragene Wärmemenge ergibt sich aus dem Produkt der Volumendurchflussmenge und der Temperatur. Daher lässt sich dies auch als Konzept betrachten, demzufolge der durch Zwangskonvektion entstehende Wärmewiderstand und der durch natürliche Konvektion entstehende Wärmewiderstand unterschiedlich sind, doch wird in der ersten Ausführungsform nicht zwischen beiden unterschieden, und es ist lediglich von „massendurchflussabhängigem Wärmewiderstand“ die Rede.In the convection of water, there are forced convection and natural convection. The amount of heat transferred by forced convection is the product of the volume flow rate and the temperature. Therefore, this can also be regarded as a concept that the thermal resistance caused by forced convection and the thermal resistance caused by natural convection are different, but in the first embodiment, no distinction is made between the two and only "mass flow rate dependent thermal resistance" is mentioned.

Am Referenztemperaturknoten 308 wird die durch den Temperatursensor erfasste Temperatur eingestellt. In das Modell wird eine Wärmemenge Qigbt des Wärmeerzeugungselements eingegeben.At the reference temperature node 308, the temperature detected by the temperature sensor set. A heat quantity Qigbt of the heat generating element is entered into the model.

Die Berechnungseinheit 231 berechnet anhand des Modells, das den Wärmewiderstand zwischen Zielpositionen ausdrückt, der einen Wärmewiderstand zwischen der Position eines Wärmeerzeugungselements und der Position eines Temperatursensors an der Umrichtervorrichtung 10 einschließt, oder des Modells, das den Wärmewiderstand und den Massendurchfluss eines Wärmeableitungsabschnitts ausdrückt, auf Grundlage der Wärmemenge des Wärmeerzeugungselements oder der Wärmemenge des Wärmeerzeugungselements und des Massendurchflusses des Wärmeableitungsabschnitts die jeweilige Temperatur der Zielpositionen.The calculation unit 231 calculates the respective temperatures of the target positions based on the heat amount of the heat generating element or the heat amount of the heat generating element and the mass flow rate of the heat dissipating portion using the model expressing the thermal resistance between target positions including a thermal resistance between the position of a heat generating element and the position of a temperature sensor on the inverter device 10 or the model expressing the thermal resistance and the mass flow rate of a heat dissipating portion.

Die Berechnungseinheit 231 berechnet anhand der Wärmemenge Qigbt eine Temperatur Tigbt des Knotens 301 mit variabler Temperatur. Außerdem berechnet die Berechnungseinheit 231 anhand der Temperatur Tigbt und eines Widerstandswert Rigbt-base des Wärmewiderstands 302 die Temperatur Tbase.The calculation unit 231 calculates a temperature Tigbt of the variable temperature node 301 based on the heat quantity Qigbt. In addition, the calculation unit 231 calculates the temperature Tbase based on the temperature Tigbt and a resistance value Rigbt-base of the thermal resistor 302.

Der Knoten 304 mit variabler Temperatur entspricht dabei der Position des Temperatursensors. Die Temperatur Tthermistor kann daher als der Schätzwert der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur bezeichnet werden. Der Wärmewiderstand 303 und der Wärmewiderstand 305 entsprechen dem Wärmewiderstand von Stellen in der Umgebung des Temperatursensors.The variable temperature node 304 corresponds to the position of the temperature sensor. The temperature Tthermistor can therefore be referred to as the estimate of the temperature detected by the temperature sensor. The thermal resistance 303 and the thermal resistance 305 correspond to the thermal resistance of locations in the vicinity of the temperature sensor.

Die Berechnungseinheit 231 berechnet anhand der Temperatur Tigbt und der Temperatur Tbase die Temperatur Tthermistor des Knotens 304 mit variabler Temperatur.The calculation unit 231 calculates the temperature Tthermistor of the variable temperature node 304 based on the temperature Tigbt and the temperature Tbase.

Außerdem berechnet die Berechnungseinheit 231 anhand des Widerstandswerts Rbase-water des massendurchflussabhängigen Wärmewiderstands 307, der Temperatur Twater_in des Referenztemperaturknotens 308, des Widerstandswerts des massendurchflussabhängigen Wärmewiderstands 309 und des Massendurchflusses des massendurchflussabhängigen Knotens 310 mit variabler Temperatur eine Temperatur Twater_out des massendurchflussabhängigen Knotens 310 mit variabler Temperatur.In addition, the calculation unit 231 calculates a temperature Twater_out of the mass flow dependent node 310 with variable temperature based on the resistance value Rbase-water of the mass flow dependent thermal resistor 307, the temperature Twater_in of the reference temperature node 308, the resistance value of the mass flow dependent thermal resistor 309 and the mass flow of the mass flow dependent node 310 with variable temperature.

Beispielsweise entsprechen der Referenztemperaturknoten 308 und der massendurchflussabhängige Knoten 310 mit variabler Temperatur Endpunktpositionen des Wärmeableitungsabschnitts.For example, the reference temperature node 308 and the mass flow dependent variable temperature node 310 correspond to endpoint positions of the heat dissipation section.

Auf diese Weise berechnet die Berechnungseinheit 231 anhand des Modells auf Grundlage der Wärmemenge des Wärmeerzeugungselements und der Referenztemperatur, die für wenigstens eine der Zielpositionen eingestellt ist, die jeweilige Temperatur der Zielpositionen.In this way, the calculation unit 231 calculates the respective temperatures of the target positions from the model based on the heat amount of the heat generating element and the reference temperature set for at least one of the target positions.

Außerdem berechnet die Berechnungseinheit 231 anhand des Modells, das den Wärmewiderstand ausdrückt, der den Wärmewiderstand zwischen zwei Positionen einschließt, die aus Zielpositionen ausgewählt sind, die die Position des Wärmeerzeugungselements, also des Schaltelements oder der Freilaufdiode, eine Stelle auf der Grundplatte oder dem Träger, die kein Hotspot ist, der durch Wärme gebildet wird, die durch jeweiliges Abgeben der von dem Wärmeerzeugungselement erzeugten Wärme an dem Wärmeableitungsabschnitt und dem Kühlwasser erzeugt wird, und nicht an das Wärmeerzeugungselement angrenzt, eine Endpunktposition des an der Umrichtervorrichtung 10 vorhandenen Wärmeableitungsabschnitts und die Position eines Temperatursensors einschließen, die jeweilige Temperatur der Zielpositionen.In addition, the calculation unit 231 calculates the respective temperatures of the target positions based on the model expressing the thermal resistance including the thermal resistance between two positions selected from target positions including the position of the heat generating element, that is, the switching element or the flywheel diode, a location on the base plate or the substrate that is not a hot spot formed by heat generated by respectively dissipating the heat generated by the heat generating element to the heat dissipation portion and the cooling water and is not adjacent to the heat generating element, an end point position of the heat dissipation portion provided on the inverter device 10, and the position of a temperature sensor.

Die Kompensationseinheit 232 kompensiert anhand der Differenz zwischen der durch die Berechnungseinheit 231 berechneten Temperatur der Position des Temperatursensors (beispielsweise Tthermistor aus 3) und der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur die Wärmemenge der Zielpositionen. Dann berechnet die Berechnungseinheit 231 anhand der Temperatur, die mit der durch die Kompensationseinheit 232 kompensierten Wärmemenge berechnet wurde, die jeweilige Temperatur der Zielpositionen weiter.The compensation unit 232 compensates based on the difference between the temperature calculated by the calculation unit 231 and the position of the temperature sensor (for example Tthermistor from 3 ) and the temperature detected by the temperature sensor, the heat quantity of the target positions. Then, the calculation unit 231 further calculates the respective temperature of the target positions based on the temperature calculated with the heat quantity compensated by the compensation unit 232.

Indem die Schätzvorrichtung 20 die berechnete Temperatur auf diese Weise in das Modell rückkoppelt, kann sie die Schätzgenauigkeit erhöhen. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für den Fall einer Rückkopplung beschrieben.By feeding the calculated temperature back into the model in this way, the estimator 20 can increase the estimation accuracy. An embodiment for the case of feedback is described below.

(Erstes Ausführungsbeispiel)(First embodiment)

4 ist eine Ansicht, die ein Modell eines ersten Ausführungsbeispiels zeigt. Wie in 4 gezeigt, wurde dem Modell im ersten Ausführungsbeispiel ein Kompensationsknoten 311 hinzugefügt. In den Kompensationsknoten 311 wird eine Erfassungstemperatur 401 eingespeist. Die Erfassungstemperatur 401 ist die durch den an der Umrichtervorrichtung 10 bereitgestellten Temperatursensor erfasste Temperatur. 4 is a view showing a model of a first embodiment. As in 4 As shown, a compensation node 311 was added to the model in the first embodiment. A detection temperature 401 is fed into the compensation node 311. The detection temperature 401 is the temperature detected by the temperature sensor provided on the inverter device 10.

Im ersten Ausführungsbeispiel wurde der Referenztemperaturknoten 308 aus 3 durch einen massendurchflussabhängigen Knoten 308a mit variabler Temperatur ersetzt. Je mehr Knoten mit variabler Temperatur in dem Modell enthalten sind, desto mehr Variablen gibt es, weshalb zwar tendenziell die Rechengeschwindigkeit sinkt, aber die Schätzgenauigkeit erhöht wird. Je mehr Referenztemperaturknoten oder Kompensationsknoten im Modell enthalten sind, desto höher ist tendenziell die Schätzgenauigkeit. Die Mindestanzahl für den Kompensationsknoten und den Referenztemperaturknoten beträgt jeweils eins.In the first embodiment, the reference temperature node 308 was 3 by a variable temperature mass flow dependent node 308a. The more variable temperature nodes there are in the model, the more variables there are, which tends to reduce the computation speed but increases the estimation accuracy. The more reference temperature nodes or compensation nodes are included in the model, the higher the estimation accuracy tends to be. The minimum number for the compensation node and the reference temperature node is one each.

In den Schaltbildern mit den Knoten aus 4 usw. wurden die Verarbeitungen zu Zwecken der Beschreibung schematisiert, und in der Praxis ist es nicht erforderlich, dass Schaltbilder wie die dargestellten erstellt werden.In the circuit diagrams with the nodes from 4 etc., the processes have been schematised for descriptive purposes and in practice it is not necessary to produce circuit diagrams such as those shown.

Die Kompensationseinheit 232 berechnet zunächst ΔT, was die Differenz zwischen Tthermistor und Tthermistor_sensor (Erfassungstemperatur 401) ist. Dann führt die Kompensationseinheit 232 an ΔT eine PID(proportional integral differential)-Steuerung durch, und wenn mehrere Wärmeerzeugungselement vorliegen, wird durch Multiplizieren der Verlustverhältnisse der Wärmeerzeugungselemente, der Wärmewiderstandsverhältnisse von den Positionen der Wärmeerzeugungselemente bis zu dem Temperatursensor oder der Verhältnisse der Temperatur an den Positionen der Wärmeerzeugungselemente und der Referenztemperatur wenigstens eins von ΔQi, ΔQj und ΔQk erlangt. Die Kompensation ist auch allein durch P-Steuerung möglich, doch bei Anwendungen, die ein empfindliches Ansprechen verlangen, sind auch I- und D-Steuerung erforderlich.The compensation unit 232 first calculates ΔT, which is the difference between Tthermistor and Tthermistor_sensor (detection temperature 401). Then, the compensation unit 232 performs PID (proportional integral differential) control on ΔT, and when there are multiple heat generating elements, at least one of ΔQi, ΔQj, and ΔQk is obtained by multiplying the loss ratios of the heat generating elements, the thermal resistance ratios from the positions of the heat generating elements to the temperature sensor, or the ratios of the temperature at the positions of the heat generating elements and the reference temperature. Compensation is also possible by P control alone, but in applications requiring sensitive response, I and D control are also required.

Es folgt ein Rechenbeispiel für den Fall, dass die Kompensationseinheit 232 die Verhältnisse multipliziert. Beispielsweise ist Kpid_gain ΔQk, während der mit Kpid_gain multiplizierte Teil dem Verhältnis entspricht. Vorzugsweise kann durch Heranziehen des Wärmemengenverhältnisses des zweiten Beispiels eine gleichmäßige Kompensation stattfinden.

• Beispiel für das Wärmewiderstandsverhältnis $\begin{array}{l} Kpid_gain \times (Rdiode_thermistor) / (Rigbt_thermistor + \\ Rdiode_thermistor) \end{array}$
• Beispiel für das Verlustverhältnis des Wärmemengenelements $\begin{array}{l} Kpid_gain \times Qibt_thermistor / (Qigbt_thermistor + \\ Qdiode_thermistor) \end{array}$
• Beispiel für das Verhältnis von Temperatur und Referenztemperatur $\begin{array}{l} Kpid_gain \times (Tigbt - Tthermistor) / ((Tigbt - \\ Tthermistor) + (Tdiode - Tthermistor)) \end{array}$

The following is a calculation example for the case where the compensation unit 232 multiplies the ratios. For example, Kpid_gain is ΔQk, while the part multiplied by Kpid_gain corresponds to the ratio. Preferably, uniform compensation can be carried out by using the heat quantity ratio of the second example.

• Example of thermal resistance ratio $\begin{array}{l} Kpid_gain \times (Rdiode_thermistor) / (Rigbt_thermistor + \\ Rdiode_thermistor) \end{array}$
• Example of the loss ratio of the heat quantity element $\begin{array}{l} Kpid_gain \times Qibt_thermistor / (Qigbt_thermistor + \\ Qdiode_thermistor) \end{array}$
• Example of the relationship between temperature and reference temperature $\begin{array}{l} Kpid_gain \times (Tigbt - Tthermistor) / ((Tigbt - \\ Tthermistor) + (Tdiode - Tthermistor)) \end{array}$

Dabei sind Rdiode_thermistor und Rdiode_thermistor der jeweilige Wärmewiderstand zwischen den Wärmeerzeugungselementen (IGBT und FWD) und dem Temperatursensor. Qdiode ist die Wärmemenge der FWD. Tigbt und Tdiode sind die jeweilige Temperatur an der Position der Wärmeerzeugungselemente (IGBT und FWD), und Twater ist die Referenztemperatur (beispielsweise die Eingangswassertemperatur am Wärmeableitungsabschnitt).Where Rdiode_thermistor and Rdiode_thermistor are the respective thermal resistance between the heat generating elements (IGBT and FWD) and the temperature sensor. Qdiode is the heat quantity of the FWD. Tigbt and Tdiode are the respective temperatures at the position of the heat generating elements (IGBT and FWD), and Twater is the reference temperature (for example, the inlet water temperature at the heat dissipation section).

Die Kompensationseinheit 232 kompensiert wenigstens eine von der Wärmemenge an der Position des Wärmeerzeugungselements, der Wärmemenge an der Endpunktposition des Wärmeableitungsabschnitts und der Wärmemenge der Stelle, die nicht an ein Wärmeerzeugungselement angrenzt. Konkret addiert die Kompensationseinheit 232 ΔQi, ΔQj oder ΔQk zu der Wärmemenge an der in 4 gezeigten Position.The compensation unit 232 compensates at least one of the heat quantity at the position of the heat generating element, the heat quantity at the end point position of the heat dissipation portion, and the heat quantity of the position not adjacent to a heat generating element. Specifically, the compensation unit 232 adds ΔQi, ΔQj, or ΔQk to the heat quantity at the position in 4 shown position.

Beispielsweise addiert die Kompensationseinheit 232 ΔQi zu der Wärmemenge am Knoten 306 mit variabler Temperatur, der der Temperatur des Trägers entspricht. Die Position des Knotens 306 mit variabler Temperatur entspricht dem Träger.For example, the compensation unit 232 adds ΔQi to the amount of heat at the variable temperature node 306, which corresponds to the temperature of the carrier. The position of the variable temperature node 306 corresponds to the carrier.

Beispielsweise addiert die Kompensationseinheit 232 ΔQj zu der Wärmemenge am massendurchflussabhängigen Knoten 308a mit variabler Temperatur, der der Temperatur des Kühlwassers entspricht. Die Position des massendurchflussabhängigen Knotens 308a mit variabler Temperatur ist der Endpunkt des Wärmeableitungsabschnitts. Im ersten Ausführungsbeispiel ist der Endpunkt des Wärmeableitungsabschnitts beispielsweise die Eintrittsstelle des Kühlwasserkanals in das Umrichtermodul. Die Temperatur dieser Eintrittsstelle ist die Eingangswassertemperatur des Kühlwasserkanals.For example, the compensation unit 232 adds ΔQj to the amount of heat at the mass flow rate-dependent variable temperature node 308a, which corresponds to the temperature of the cooling water. The position of the mass flow rate-dependent variable temperature node 308a is the end point of the heat dissipation section. In the first embodiment, for example, the end point of the heat dissipation section is the entry point of the cooling water channel into the inverter module. The temperature of this entry point is the inlet water temperature of the cooling water channel.

Beispielsweise addiert die Kompensationseinheit 232 ΔQk zu der Wärmemenge an der Position der Eingabe in das Modell (in das Modell eingegebene Qigbt). Diese Position entspricht der Position des Wärmeerzeugungselements.For example, the compensation unit 232 adds ΔQk to the amount of heat at the position of input to the model (Qigbt input to the model). This position corresponds to the position of the heat generating element.

Die Kompensationseinheit 232 kann alle von ΔQi, ΔQj und ΔQk addieren oder eines oder zwei davon addieren. Vorzugsweise wird im Falle des Schätzens von Twater ΔQk unmittelbar kompensiert, um so die Passgenauigkeit der Schätzung zu verbessern.The compensation unit 232 may add all of ΔQi, ΔQj and ΔQk or add one or two of them. Preferably, in the case of estimating Twater, ΔQk is immediately compensated so as to improve the fit of the estimate.

Nach dem Addieren der Wärmemenge durch die Kompensationseinheit 232 berechnet die Berechnungseinheit 231 anhand der addierten Wärmemenge die Temperatur an den einzelnen Positionen.After the heat quantity is added by the compensation unit 232, the calculation unit 231 calculates the temperature at the individual positions based on the added heat quantity.

Dadurch wird die Differenz ΔT zwischen Tthermistor und Tthermistor_senseor kleiner, und infolgedessen wird die Schätzgenauigkeit der Temperatur und der Wärmemenge der Schätzvorrichtung 20 erhöht.As a result, the difference ΔT between Tthermistor and Tthermistor_senseor becomes smaller, and as a result, the estimation accuracy of the temperature and the heat quantity of the estimator 20 is increased.

Indem die Schätzvorrichtung 20 die Rechenverarbeitung durch die Berechnungseinheit 231 und die Kompensationsverarbeitung durch die Kompensationseinheit 232 iterativ wiederholt, lässt sich die Schätzgenauigkeit von Temperatur und Wärmemenge erhöhen.By iteratively repeating the calculation processing by the calculation unit 231 and the compensation processing by the compensation unit 232, the estimation accuracy of temperature and heat quantity can be increased.

Im Stand der Technik wird mitunter die Temperatur an der Position des Wärmeerzeugungselements als Referenztemperatur (Festwert) genutzt. Wie in 3 und 4 gezeigt, ist dagegen in dem Modell der ersten Ausführungsform der Knoten 301 mit variabler Temperatur an der Position des Wärmeerzeugungselements angeordnet.In the state of the art, the temperature at the position of the heat generating element is sometimes used as a reference temperature (fixed value). As in 3 and 4 On the other hand, in the model of the first embodiment, the variable temperature node 301 is arranged at the position of the heat generating element.

Auch wenn also kein Temperatursensor in ausreichender Nähe zum Wärmeerzeugungselement installiert werden kann, können gemäß der ersten Ausführungsform die Temperatur und die Wärmemenge des Wärmeerzeugungselements mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.Therefore, even if a temperature sensor cannot be installed sufficiently close to the heat generating element, according to the first embodiment, the temperature and heat amount of the heat generating element can be estimated with high accuracy.

Anhand von 5 wird ein Verarbeitungsablauf der Schätzvorrichtung 20 beschrieben. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das den Verarbeitungsablauf der Schätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.Based on 5 A processing flow of the estimation device 20 is described. 5 is a flowchart showing the processing flow of the estimation apparatus according to the first embodiment.

Wie in 5 gezeigt, ruft die Schätzvorrichtung 20 zunächst die in der Speichereinheit 22 gespeicherten Modellinformationen 221 ab und liest das Modell ein (Schritt S101).As in 5 As shown, the estimation device 20 first retrieves the model information 221 stored in the storage unit 22 and reads the model (step S101).

Dann legt die Schätzvorrichtung 20 die Referenztemperatur im Modell fest (Schritt S102). Beispielsweise entspricht Twater _in aus 3 der Referenztemperatur. Wenn ein Modell wie in 4 verwendet wird, das keinen Referenztemperaturknoten aufweist, kann die Schätzvorrichtung 20 den Schritt des Einstellens der Referenztemperatur überspringen.Then, the estimator 20 sets the reference temperature in the model (step S102). For example, Twater _in from 3 the reference temperature. If a model as in 4 that does not have a reference temperature node, the estimator 20 may skip the step of setting the reference temperature.

Die Schätzvorrichtung 20 legt auch den Massendurchfluss des Wärmeableitungsabschnitts im Modell fest (Schritt S103). Beispielsweise legt die Schätzvorrichtung 20 den Massendurchfluss als Parameter des massendurchflussabhängigen Wärmewiderstands und des massendurchflussabhängigen Knotens mit variabler Temperatur fest.The estimator 20 also sets the mass flow rate of the heat dissipation section in the model (step S103). For example, the estimator 20 sets the mass flow rate as a parameter of the mass flow rate-dependent thermal resistance and the mass flow rate-dependent variable temperature node.

Dann gibt die Schätzvorrichtung 20 die Wärmemenge des Wärmeerzeugungselements in das Modell ein (Schritt S104). Beispielsweise entspricht Qigbt der Wärmemenge des Wärmeerzeugungselements. Dann berechnet die Schätzvorrichtung 20 anhand der eingegebenen Wärmemenge die Temperatur an den einzelnen Positionen (Schritt S105).Then, the estimator 20 inputs the heat quantity of the heat generating element into the model (step S104). For example, Qigbt corresponds to the heat quantity of the heat generating element. Then, the estimator 20 calculates the temperature at each position based on the input heat quantity (step S105).

Außerdem kompensiert die Schätzvorrichtung 20 anhand der Differenz zwischen der berechneten Temperatur (Tthermistor) und der Erfassungstemperatur (Tthermistor_sensor) die Wärmemenge (Schritt S106).In addition, the estimator 20 compensates the amount of heat based on the difference between the calculated temperature (Tthermistor) and the detection temperature (Tthermistor_sensor) (step S106).

Dabei beurteilt die Schätzvorrichtung 20, ob eine Konvergenzbedingung erfüllt ist (Schritt S107). Wenn die Schätzvorrichtung 20 urteilt, dass die Konvergenzbedingung erfüllt ist (Ja in Schritt S107), so endet die Verarbeitung. Wenn die Schätzvorrichtung 20 urteilt, dass die Konvergenzbedingung nicht erfüllt ist (Nein in Schritt S107), so kehrt sie zu Schritt S105 zurück und wiederholt die Verarbeitung.At this time, the estimator 20 judges whether a convergence condition is satisfied (step S107). If the estimator 20 judges that the convergence condition is satisfied (Yes in step S107), the processing ends. If the estimator 20 judges that the convergence condition is not satisfied (No in step S107), it returns to step S105 and repeats the processing.

Die Konvergenzbedingung beinhaltet beispielsweise, dass die Häufigkeit der Ausführung der Schritte S105 und S106 einen bestimmten Wert erreicht, dass die Verarbeitungsdauer eine festgelegte Zeit erreicht oder überschreitet oder dass ΔT einen Schwellenwert unterschreitet oder dergleichen.The convergence condition includes, for example, that the frequency of execution of steps S105 and S106 reaches a certain value, that the processing time reaches or exceeds a specified time, or that ΔT falls below a threshold value, or the like.

Wenn die Verarbeitung beendet wurde, kann die Schätzvorrichtung 20 die berechnete Temperatur (oder Wärmemenge) an die Umrichtervorrichtung 10 oder eine andere Vorrichtung ausgeben.When the processing is completed, the estimation device 20 may output the calculated temperature (or heat quantity) to the inverter device 10 or another device.

Wie vorstehend erläutert, kann die Schätzvorrichtung 20 die Temperatur und die Wärmemenge einer beliebigen Position schätzen, solange der Wärmewiderstand usw. modelliert werden. Die Positionen, für die die Schätzvorrichtung 20 die Temperatur berechnet, können beispielsweise wie in 6 festgelegt sein. 6 ist ein Anordnungsbeispiel von Objektpositionen.As explained above, the estimator 20 can estimate the temperature and the heat quantity of any position as long as the thermal resistance, etc. are modeled. The positions for which the estimator 20 calculates the temperature can be, for example, as shown in 6 be set. 6 is an example of an arrangement of object positions.

Wie in 6 gezeigt, sind die Zielpositionen nicht auf Positionen in der Nähe der Wärmeerzeugungselemente beschränkt, sondern können auch von den Wärmeerzeugungselementen entfernte Positionen sein. Die Zielpositionen können auch Zwischenbereiche zwischen den Phasen sein. Die in 6 schattiert dargestellten Positionen grenzen nicht an ein Wärmeerzeugungselement an und sind trotzdem Positionen, an denen die Schätzvorrichtung 20 die Temperatur und die Wärmemenge schätzen kann.As in 6 As shown, the target positions are not limited to positions near the heat generating elements, but may also be positions away from the heat generating elements. The target positions may also be intermediate areas between the phases. The target positions shown in 6 The shaded positions do not adjoin a heat generating element and are nevertheless positions at which the estimation device 20 can estimate the temperature and the amount of heat.

Wie in 6 gezeigt, schließen die Positionen der Temperatursensoren Positionen auf dem Träger ein, die nicht an Wärmeerzeugungselemente angrenzen. Die Positionen der Temperatursensoren sind nicht auf Positionen auf dem Träger beschränkt und können beispielsweise auch Positionen auf der Grundplatte, im Wasserkanal oder im Kühlwasser sein.As in 6 As shown, the positions of the temperature sensors include positions on the carrier that are not adjacent to heat generating elements. The positions of the temperature sensors are not limited to positions on the carrier and may also be positions on the base plate, in the water channel or in the cooling water, for example.

7 ist eine erläuternde Ansicht von Hotspots. 7 ist eine Schnittansicht einer Wärmeableitungsrippe der Umrichtervorrichtung (Beispiel für den Wärmeableitungsabschnitt) von oben. Wie im allgemeinen Beispiel von 7 gezeigt, ist die Temperatur umso höher, je stärker ein Bereich eingefärbt (schattiert) ist. 7 is an explanatory view of hotspots. 7 is a top sectional view of a heat dissipation fin of the inverter device (example of the heat dissipation section). As shown in general example of 7 As shown, the more colored (shaded) an area is, the higher the temperature.

Wie in 7 gezeigt, werden Hotspots durch Wärme gebildet, die entsteht, wenn die von den Wärmeerzeugungselementen (beispielsweise IGBT und FWD) erzeugte Wärme am Wärmeableitungsabschnitt abgeleitet wird (in der Nähe des Maximums der Temperatur des schattierten Teils von 7).As in 7 As shown, hotspots are formed by heat generated when the heat generated by the heat generating elements (e.g., IGBT and FWD) is dissipated at the heat dissipation portion (near the maximum of the temperature of the shaded part of 7 ).

Die als Zielpositionen der Schätzvorrichtung 20 dienenden Stellen, die nicht an Wärmeerzeugungselemente angrenzen, schließen Stellen ein, die kein Hotspot sind (ein Coldspot sind). Daher kann die Schätzvorrichtung 20 die Temperatur und die Wärmemenge der Coldspots schätzen. Bei den Positionen der Temperatursensoren, die nicht an Wärmeerzeugungselemente angrenzen, handelt es sich um Coldspots. Durch Einbringen von Coldspots lässt sich auch die Schätzgenauigkeit für Hotspots erhöhen. Wie in 6 gezeigt, können die Positionen, an denen die Schätzvorrichtung 20 die Temperatur berechnet, sowohl an Hotspots als auch an Coldspots liegen.The locations serving as target positions of the estimator 20 that are not adjacent to heat generating elements include locations that are not a hot spot (are a cold spot). Therefore, the estimator 20 can estimate the temperature and the heat quantity of the cold spots. The positions of the temperature sensors that are not adjacent to heat generating elements are cold spots. By introducing cold spots, the estimation accuracy for hot spots can also be increased. As shown in 6 As shown, the positions at which the estimator 20 calculates the temperature may be located at both hotspots and coldspots.

(Zweites Ausführungsbeispiel)(Second embodiment)

8 ist eine Ansicht, die ein Modell eines zweiten Ausführungsbeispiels zeigt. Wie in 8 gezeigt, wurde im Modell des zweiten Ausführungsbeispiels der massendurchflussabhängige Knoten 308a im Modell des ersten Ausführungsbeispiels (4) mit variabler Temperatur durch einen Referenztemperaturknoten 308 ersetzt. 8 is a view showing a model of a second embodiment. As in 8 As shown, in the model of the second embodiment, the mass flow dependent node 308a was in the model of the first embodiment ( 4 ) with variable temperature is replaced by a reference temperature node 308.

Das Modell des zweiten Ausführungsbeispiels umfasst ebenso wie das Modell des ersten Ausführungsbeispiels den Kompensationsknoten 311. Allerdings wurde der massendurchflussabhängige Knoten 308a mit variabler Temperatur durch den Referenztemperaturknoten 308 ersetzt, und an der entsprechenden Position entsteht keine kompensationsbedingte Veränderung der Wärmemenge, weshalb die Kompensationseinheit 232 auf die in 4 gezeigte Kompensation mittels der Wärmemenge ΔQj verzichtet.The model of the second embodiment includes the compensation node 311 just like the model of the first embodiment. However, the mass flow-dependent variable temperature node 308a has been replaced by the reference temperature node 308, and no compensation-related change in the amount of heat occurs at the corresponding position, which is why the compensation unit 232 is set to the value shown in 4 The compensation shown by means of the heat quantity ΔQj is omitted.

Auf diese Weise kann die Schätzvorrichtung 20 im zweiten Ausführungsbeispiel die Temperatur und die Wärmemenge unter Verwendung einer Kompensationsverarbeitung sowohl für die Referenztemperatur als auch die Wärmemenge schätzen. Durch diese Kompensation lässt sich die Schätzgenauigkeit erhöhen.In this way, the estimation device 20 in the second embodiment can estimate the temperature and the heat quantity using compensation processing for both the reference temperature and the heat quantity. By this compensation, the estimation accuracy can be increased.

(Drittes Ausführungsbeispiel)(Third embodiment)

9 ist eine Ansicht, die ein Modell eines dritten Ausführungsbeispiels zeigt. Wie in 9 gezeigt, wurde im Modell des dritten Ausführungsbeispiels dem Modell des zweiten Ausführungsbeispiel (8) ein Kompensationsknoten 331 hinzugefügt. 9 is a view showing a model of a third embodiment. As in 9 shown, the model of the third embodiment was adapted to the model of the second embodiment ( 8 ) a compensation node 331 was added.

In den Kompensationsknoten 331 wird die Erfassungstemperatur 402 (Twaterout_sensor) eingespeist. Die Erfassungstemperatur 402 ist eine durch einen Temperatursensor erfasste Temperatur, der auf der Auslassseite eines den Wärmeableitungsabschnitt bildenden Wasserkanals bereitgestellt ist.The detection temperature 402 (Twaterout_sensor) is input to the compensation node 331. The detection temperature 402 is a temperature detected by a temperature sensor provided on the outlet side of a water channel constituting the heat dissipation section.

Die Kompensationseinheit 232 berechnet zunächst ΔTa, was die Differenz zwischen Twater_out und Twaterout_sensor (Erfassungstemperatur 402) ist. Dann führt die Kompensationseinheit 232 eine PID-Steuerung an ΔTa aus und erlangt so ΔQm.The compensation unit 232 first calculates ΔTa, which is the difference between Twater_out and Twaterout_sensor (sensing temperature 402). Then, the compensation unit 232 performs PID control on ΔTa, thus obtaining ΔQm.

Beispielsweise addiert die Kompensationseinheit 232 ΔQm zu der Wärmemenge an der Position der Eingabe in das Modell (in das Modell eingegebene Qigbt).For example, the compensation unit 232 adds ΔQm to the amount of heat at the position of input to the model (Qigbt input to the model).

Die Kompensationseinheit 232 kann auch sowohl ΔQk als auch ΔQm zu Qigbt hinzuaddieren.The compensation unit 232 may also add both ΔQk and ΔQm to Qigbt.

Auf diese Weise berechnet die Berechnungseinheit 231 anhand des Modells auf Grundlage der Wärmemenge der Wärmeerzeugungselemente und der an der Position des ersten Endpunkts auf der Seite der Wärmeerzeugungselemente des Wärmeableitungsabschnitts der Umrichtervorrichtung 10 eingestellten Referenztemperatur (Twater_in) die jeweilige Temperatur der Zielpositionen.In this way, the calculation unit 231 calculates the respective temperatures of the target positions from the model based on the heat amount of the heat generating elements and the reference temperature (Twater_in) set at the position of the first end point on the heat generating element side of the heat dissipation portion of the inverter device 10.

Die Kompensationseinheit 232 führt anhand der Differenz zwischen der durch die Berechnungseinheit 231 berechneten Temperatur an der Position des zweiten Endpunkts auf der gegenüberliegenden Seite von den Wärmeerzeugungselementen des Wärmeableitungsabschnitts (Twater_out) und der durch den am zweiten Endpunkt bereitgestellten Temperatursensor erfassten Temperatur (Twaterout_sensor) eine weitere Kompensation der Wärmemenge durch, die für die durch die Berechnungseinheit 231 berechnete Temperatur verwendet wird.The compensation unit 232 performs further compensation of the amount of heat used for the temperature calculated by the calculation unit 231 based on the difference between the temperature calculated by the calculation unit 231 at the position of the second end point on the opposite side from the heat generating elements of the heat dissipation section (Twater_out) and the temperature detected by the temperature sensor provided at the second end point (Twaterout_sensor).

Im dritten Ausführungsbeispiel kann somit durch Bereitstellen des Kompensationsknotens die Schätzgenauigkeit der Temperatur und der Wärmemenge weiter erhöht werden.In the third embodiment, the estimation accuracy of the temperature and the heat quantity can be further increased by providing the compensation node.

(Viertes Ausführungsbeispiel)(Fourth embodiment)

10 ist eine Ansicht, die ein Modell eines vierten Ausführungsbeispiels zeigt. Wie in 10 gezeigt, wurde im Modell des vierten Ausführungsbeispiels dem Modell des ersten Ausführungsbeispiel (4) ein Filter 341 hinzugefügt. 10 is a view showing a model of a fourth embodiment. As in 10 shown, was in the model of the fourth version example, the model of the first embodiment ( 4 ) a filter 341 was added.

Das Filter 341 gibt auf Grundlage der Wärmemenge Qigbt eine Gesamtwärmemenge Qtotal_estimate des Modells aus. Die Berechnung des Filters 341 lässt sich beispielsweise als Qtotal_estimate = 1/(1 + Ts) (ΣQi) ausdrücken. Vorzugsweise ist das Filter eines von möglichst hoher Ordnung. Eine Zeitkonstante des Filters simuliert eine Übertragungszeitkonstante der gesamten Wärmemenge ausgehend von der Eingabewärmemenge bis zum Erreichen des Endpunkts des Wärmeableitungsabschnitts durch diese.The filter 341 outputs a total heat quantity Qtotal_estimate of the model based on the heat quantity Qigbt. The calculation of the filter 341 can be expressed, for example, as Qtotal_estimate = 1/(1 + Ts) (ΣQi). Preferably, the filter is one of as high order as possible. A time constant of the filter simulates a transfer time constant of the total heat quantity from the input heat quantity until it reaches the end point of the heat dissipation section.

So wird beispielsweise durch die Gesamtwärmemenge Qtotal_estimate die Temperatur Twater_out auf der Auslassseite des Wasserkanals bestimmt. Die Berechnungseinheit 231 berechnet anhand der Wärmemenge Qigbt und der Temperatur Twater_out die Temperatur der im Modell enthaltenen Knoten mit variabler Temperatur.For example, the total heat quantity Qtotal_estimate determines the temperature Twater_out on the outlet side of the water channel. The calculation unit 231 calculates the temperature of the variable temperature nodes included in the model based on the heat quantity Qigbt and the temperature Twater_out.

Indem also die Berechnungseinheit 231 die in das Modell eingegebenen Wärmemengen der Wärmeerzeugungselemente filtert und so eine Summe der Wärmemengen im Modell (Qtotal_estimate) berechnet, berechnet sie anhand der in das Modell eingegebenen Wärmemengen der Wärmeerzeugungselemente (Qigbt) und der Summe der Wärmemengen die Temperatur der jeweiligen Zielpositionen.Thus, by filtering the heat quantities of the heat generating elements input into the model and thus calculating a sum of the heat quantities in the model (Qtotal_estimate), the calculation unit 231 calculates the temperature of the respective target positions based on the heat quantities of the heat generating elements input into the model (Qigbt) and the sum of the heat quantities.

Im vierten Ausführungsbeispiel kann somit durch das Filter 341 die Gesamtwärmemenge im Voraus ermittelt werden, wodurch die Schätzgenauigkeit der Temperatur und der Wärmemenge weiter erhöht werden kann.In the fourth embodiment, the total heat quantity can thus be determined in advance by the filter 341, whereby the estimation accuracy of the temperature and the heat quantity can be further increased.

(Fünftes Ausführungsbeispiel)(Fifth embodiment)

11 ist eine Ansicht, die ein Modell eines fünften Ausführungsbeispiels zeigt. Wie in 1 gezeigt, können für den Fall, dass die Umrichtervorrichtung 10 mit drei Phasen ausgebildet ist, die Wärmemodelle für die einzelnen Phasen kombiniert werden. 11 is a view showing a model of a fifth embodiment. As in 1 As shown, in the case where the converter device 10 is designed with three phases, the thermal models for the individual phases can be combined.

Im Beispiel von 11 ist für die drei Phasen ein einzelner Referenztemperaturknoten 352 bereitgestellt.In the example of 11 A single reference temperature node 352 is provided for the three phases.

Beispielsweise kompensiert die Kompensationseinheit 232 anhand der Differenz zwischen der durch den Temperatursensor 121a erfassten Erfassungstemperatur und der durch die Berechnungseinheit 231 berechneten Temperatur des Knotens 351a mit variabler Temperatur die Wärmemenge des Knotens 353a mit variabler Temperatur.For example, the compensation unit 232 compensates the heat amount of the variable temperature node 353a based on the difference between the detection temperature detected by the temperature sensor 121a and the temperature of the variable temperature node 351a calculated by the calculation unit 231.

Auch kompensiert die Kompensationseinheit 232 beispielsweise anhand der Differenz zwischen der durch den Temperatursensor 121b erfassten Erfassungstemperatur und der durch die Berechnungseinheit 231 berechneten Temperatur des Knotens 351b mit variabler Temperatur die Wärmemenge des Knotens 353b mit variabler Temperatur.Also, the compensation unit 232 compensates the heat amount of the variable temperature node 353b based on, for example, the difference between the detection temperature detected by the temperature sensor 121b and the temperature of the variable temperature node 351b calculated by the calculation unit 231.

Auch kompensiert die Kompensationseinheit 232 beispielsweise anhand der Differenz zwischen der durch den Temperatursensor 121c erfassten Erfassungstemperatur und der durch die Berechnungseinheit 231 berechneten Temperatur des Knotens 351c mit variabler Temperatur die Wärmemenge des Knotens 353c mit variabler Temperatur.Also, the compensation unit 232 compensates the heat amount of the variable temperature node 353c based on, for example, the difference between the detection temperature detected by the temperature sensor 121c and the temperature of the variable temperature node 351c calculated by the calculation unit 231.

Selbst bei einer komplizierten Konfiguration der Umrichtervorrichtung kann die Schätzvorrichtung 20 durch das Ausdrücken in Form eines Modells die Temperatur und die Wärmemenge an den einzelnen Positionen schätzen.Even if the configuration of the inverter device is complicated, the estimating device 20 can estimate the temperature and the heat amount at each position by expressing in the form of a model.

In dem Modell von 11 besteht keine Beschränkung für die Anzahl von Coldspots wie etwa Tbase_cold, und diese können in beliebiger Anzahl vorliegen. Beispielsweise wird bei dem Wärmeableitungsabschnitt aus 7 die Genauigkeit vorzugsweise erhöht, indem für jede Phase ein Coldspot bereitgestellt wird. Ein Temperatursensor wie etwa Tthermister dagegen ist an wenigstens einer Stelle bereitgestellt.In the model of 11 There is no limitation on the number of cold spots such as Tbase_cold, and these can be any number. For example, in the heat dissipation section made of 7 the accuracy is preferably increased by providing a cold spot for each phase. A temperature sensor such as Tthermister is provided at at least one location.

(Sechstes Ausführungsbeispiel)(Sixth embodiment)

12 ist eine Ansicht eines Beispiels der Konfiguration eines Schätzsystems eines sechsten Ausführungsbeispiels. Wie in 12 gezeigt, weist die Kompensationseinheit 232 in dem Schätzsystem 2 eine Verhältnisberechnungseinheit 2321 und eine PID-Steuereinheit 2322 auf. Außerdem weist die Schätzvorrichtung 20 eine Wärmemengenberechnungseinheit 233 auf. Die durch die Schätzvorrichtung 20 ausgegebene Schätzungstemperatur wird zur Herabsetzung der Ausgangsleistung für die Last wie etwa den Motor oder dergleichen verwendet. 12 is a view of an example of the configuration of an estimation system of a sixth embodiment. As in 12 As shown, the compensation unit 232 in the estimation system 2 includes a ratio calculation unit 2321 and a PID control unit 2322. In addition, the estimation device 20 includes a heat quantity calculation unit 233. The estimation temperature output by the estimation device 20 is used to reduce the output power for the load such as the motor or the like.

Die Schätzvorrichtung 20 ist durch einen Teil einer Steuerungs-CPU 23a implementiert. Ein Leistungsmodulgrundkörper 100 beinhaltet von den die Umrichtervorrichtung 10 ausbildenden Elemente andere Elemente als die Steuerungs-CPU 23a. Beispielsweise beinhaltet der Leistungsmodulgrundkörper 100 einen Träger oder dergleichen, auf dem Wärmeerzeugungselemente wie FWD und IGBT, ein Temperatursensor und Bauelemente bereitgestellt sind. Die den Leistungsmodulgrundkörper 100 ausbildenden Elemente sind nicht auf die obenstehenden beschränkt.The estimation device 20 is implemented by a part of a control CPU 23a. A power module main body 100 includes, among the elements constituting the inverter device 10, elements other than the control CPU 23a. For example, the power module main body 100 includes a substrate or the like on which heat generating elements such as FWD and IGBT, a temperature sensor, and devices are provided. The elements constituting the power module main body 100 are not limited to the above.

Die Steuerungs-CPU 23a weist eine Tastverhältnissignalerzeugungseinheit 2301 auf. Die Tastverhältnissignalerzeugungseinheit 2301 erzeugt aus Steuersignalen (Spannungsbefehlswert, Stromsensorwert usw.) Tastzyklussignale und speist sie in den Leistungsmodulgrundkörper 100 ein.The control CPU 23a has a duty cycle signal generation unit 2301. The duty cycle signal generation unit 2301 generates duty cycle signals from control signals (voltage command value, current sensor value, etc.) and inputs them to the power module main body 100.

Die Verhältnisberechnungseinheit 2321 berechnet das Verlustverhältnis der Wärmeerzeugungselemente in der Umgebung der ersten Position, die die Position ist, an der mittels der Kompensationseinheit 232 die Wärmemenge kompensiert wird, das Verhältnis der Wärmewiderstände von der ersten Position bis zum Temperatursensor oder das Verhältnis zwischen der Temperatur der ersten Position und der Temperatur der Wärmeerzeugungselemente. Indem auf diese Weise der Beitrag der einzelnen Elemente in Bezug auf die Sensortemperatur berücksichtigt wird, kann die Gesamttemperatur gleichmäßig korrigiert werden, wodurch die Schätzgenauigkeit der Wärmemenge und der Temperatur weiter erhöht wird.The ratio calculation unit 2321 calculates the loss ratio of the heat generating elements in the vicinity of the first position, which is the position where the heat amount is compensated by the compensation unit 232, the ratio of the thermal resistances from the first position to the temperature sensor, or the ratio between the temperature of the first position and the temperature of the heat generating elements. By taking into account the contribution of each element with respect to the sensor temperature in this way, the total temperature can be evenly corrected, thereby further increasing the estimation accuracy of the heat amount and the temperature.

Die PID-Steuereinheit 2322 führt an der Differenz zwischen dem vom Leistungsmodulgrundkörper 100 erlangten Temperatursensorerfassungswert und dem durch die Berechnungseinheit 231 berechneten Sensortemperaturschätzwert eine PID-Steuerung durch. Beispielsweise berechnet die PID-Steuereinheit 2322 die ΔQi, ΔQj oder ΔQk aus 4 entsprechenden Werte.The PID control unit 2322 performs PID control on the difference between the temperature sensor detection value obtained from the power module main body 100 and the sensor temperature estimation value calculated by the calculation unit 231. For example, the PID control unit 2322 calculates the ΔQi, ΔQj or ΔQk from 4 corresponding values.

Die Wärmemengenberechnungseinheit 233 berechnet die Wärmemenge Qigbt der Wärmeerzeugungselemente. Die Wärmemengenberechnungseinheit 233 berechnet die Wärmemenge wie in Formel (4) aus Patentdokument 2 angegeben.The heat quantity calculation unit 233 calculates the heat quantity Qigbt of the heat generating elements. The heat quantity calculation unit 233 calculates the heat quantity as shown in formula (4) of Patent Document 2.

Die Kompensationseinheit 232 gibt einen Wert x in die Berechnungseinheit 231, der eine Multiplikation der durch die PID-Steuereinheit 2322 berechneten PID-Korrekturgröße und des durch die Verhältnisberechnungseinheit 2321 berechneten Verhältnisses ist. Die Verhältnisberechnungseinheit 2321 kann das Verhältnis in dem gleichen Verfahren berechnen wie bei dem Verfahren des Multiplizieren von ΔQk mit dem Verhältnis.The compensation unit 232 inputs a value x to the calculation unit 231 which is a multiplication of the PID correction amount calculated by the PID control unit 2322 and the ratio calculated by the ratio calculation unit 2321. The ratio calculation unit 2321 can calculate the ratio in the same method as the method of multiplying ΔQk by the ratio.

Die Berechnungseinheit 231 berechnet die Temperatur oder die Wärmemenge anhand von x. Beispielsweise gibt die Berechnungseinheit 231 die Schätztemperatur der Wärmeerzeugungselemente aus.The calculation unit 231 calculates the temperature or the heat quantity based on x. For example, the calculation unit 231 outputs the estimated temperature of the heat generating elements.

Gemäß der Schätzvorrichtung 20 der ersten Ausführungsform muss der Temperatursensor 121a nicht eng an den Wärmeerzeugungselementen anliegen. Auch können gemäß der Schätzvorrichtung 20 die Wärmemenge und die Temperatur an beliebigen Positionen der einzelnen Stellen der Umrichtervorrichtung 10 geschätzt werden.According to the estimation device 20 of the first embodiment, the temperature sensor 121a does not need to be closely attached to the heat generating elements. Also, according to the estimation device 20, the heat quantity and the temperature at arbitrary positions of the individual parts of the inverter device 10 can be estimated.

13 ist eine Ansicht eines Beispiels der Hardwarekonfiguration der Schätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Wie in 13 gezeigt, beinhaltet die Schätzvorrichtung 20 einen Computer mit einem Prozessor 2010, einem Speicher 2020, einer Ein- und Ausgabeschnittstelle IF 2030 und einem Bus 2040. Der Prozessor 2010, der Speicher 2020 und die Ein- und Ausgabeschnittstelle IF 2030 können über den Bus 2040 Informationen austauschen. 13 is a view of an example of the hardware configuration of the estimation apparatus according to the first embodiment. As in 13 As shown, the estimation device 20 includes a computer with a processor 2010, a memory 2020, an input and output interface IF 2030 and a bus 2040. The processor 2010, the memory 2020 and the input and output interface IF 2030 can exchange information via the bus 2040.

Der Prozessor 2010 liest ein im Speicher 2020 gespeichertes Schätzprogramm aus und führt es aus, um die Funktionen der Steuereinheit 23 auszuführen. Der Prozessor 2010 ist beispielsweise ein Beispiel für die Verarbeitungsschaltung und beinhaltet mindestens eins von einer CPU, einem DSP (Digitalsignalprozessor) und einer System-LSI (large scale integration).The processor 2010 reads out and executes an estimation program stored in the memory 2020 to perform the functions of the control unit 23. The processor 2010 is an example of the processing circuit, for example, and includes at least one of a CPU, a DSP (digital signal processor), and a system LSI (large scale integration).

Der Speicher 2020 beinhaltet mindestens eins von RAM, ROM, Flash-Speicher, EPROM (erasable programmable read only memory) und EEPROM (eingetragene Marke) (electrically erasable programmable read only memory). Die Ein- und Ausgabeschnittstelle IF 2030 beinhaltet beispielsweise einen AD-Wandler, einen DA-Wandler, einen Ein- und Ausgabe-Port und dergleichen.The memory 2020 includes at least one of RAM, ROM, flash memory, EPROM (erasable programmable read only memory), and EEPROM (registered trademark) (electrically erasable programmable read only memory). The input and output interface IF 2030 includes, for example, an AD converter, a DA converter, an input and output port, and the like.

Es ist auch eine Konfiguration möglich, bei der die Schätzvorrichtung 20 eine Datenausleseeinheit umfasst, die das Schätzprogramm von einem Datenträger ausliest, auf dem das computerlesbare Schätzprogramm aufgezeichnet ist. Der Prozessor 2010 kann die Datenausleseeinheit steuern und das auf dem Datenträger aufgezeichnete Schätzprogramm von der Datenausleseeinheit erlangen und das erlangte Schätzprogramm im Speicher 2020 speichern. Der Datenträger kann beispielsweise mindestens eins von nichtflüchtigem oder flüchtigem Halbleiterspeicher, einer Magnet-Disk, einem flexiblen Speicher, einer optischen Disk, einer CD und einer DVD (digital versatile disc) beinhalten.A configuration is also possible in which the estimation device 20 includes a data readout unit that reads out the estimation program from a data carrier on which the computer-readable estimation program is recorded. The processor 2010 may control the data readout unit and acquire the estimation program recorded on the data carrier from the data readout unit and store the acquired estimation program in the memory 2020. The data carrier may include, for example, at least one of nonvolatile or volatile semiconductor memory, a magnetic disk, a flexible memory, an optical disk, a CD, and a DVD (digital versatile disc).

Die Schätzvorrichtung 20 kann eine Kommunikationseinheit umfassen, die das Schätzprogramm über ein Netz von einem Server empfängt. In diesem Fall kann der Prozessor 2010 das Schätzprogramm über die Kommunikationseinheit von dem Server erlangen und das erlangte Schätzprogramm im Speicher 2020 speichern.The estimation device 20 may include a communication unit that receives the estimation program from a server via a network. In this case, the processor 2010 may acquire the estimation program from the server via the communication unit and store the acquired estimation program in the memory 2020.

Die Steuereinheit 23 der Schätzvorrichtung 20 kann integrierte Schaltungen wie ASIC (application specific integrated circuit) und FPGA (field programmable gate array) und dergleichen beinhalten.The control unit 23 of the estimation device 20 may include integrated circuits such as ASIC (application specific integrated circuit) and FPGA (field programmable gate array) and the like.

Wie oben erörtert, weist die Schätzvorrichtung 20 der ersten Ausführungsform die Berechnungseinheit 231 und die Kompensationseinheit 232 auf. Die Berechnungseinheit 231 berechnet anhand des Modells, das den Wärmewiderstand zwischen Zielpositionen ausdrückt, der einen Wärmewiderstand zwischen der Position eines Wärmeerzeugungselements und der Position eines Temperatursensors an der Umrichtervorrichtung 10 einschließt, oder des Modells, das den Wärmewiderstand und den Massendurchfluss eines Wärmeableitungsabschnitts ausdrückt, auf Grundlage der Wärmemenge des Wärmeerzeugungselements oder der Wärmemenge des Wärmeerzeugungselements und des Massendurchflusses des Wärmeableitungsabschnitts die jeweilige Temperatur der Zielpositionen. Die Kompensationseinheit 232 kompensiert anhand der Differenz zwischen der durch die Berechnungseinheit 231 berechneten Temperatur der Position des Temperatursensors und der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur die Wärmemenge der Zielpositionen. Dadurch kann die Schätzvorrichtung 20 insbesondere für den Fall, dass kein Temperatursensor in ausreichender Nähe zu den Wärmeerzeugungselementen der Umrichtervorrichtung bereitgestellt ist, die Temperatur oder aber die Temperatur und die Wärmemenge der Elemente der Umrichtervorrichtung mit hoher Genauigkeit schätzen. Die geschätzte Temperatur wird zur Herabsetzung der Ausgangsleistung für die Last wie etwa den Motor oder dergleichen verwendet.As discussed above, the estimation device 20 of the first embodiment includes the calculation unit 231 and the compensation unit 232. The calculation unit 231 calculates the respective temperatures of the target positions based on the heat quantity of the heat generating element or the heat quantity of the heat generating element and the mass flow rate of the heat dissipating portion using the model expressing the thermal resistance between target positions including a thermal resistance between the position of a heat generating element and the position of a temperature sensor on the inverter device 10 or the model expressing the thermal resistance and the mass flow rate of a heat dissipating portion. The compensation unit 232 compensates the heat quantity of the target positions based on the difference between the temperature of the position of the temperature sensor calculated by the calculation unit 231 and the temperature detected by the temperature sensor. Thereby, particularly in the case where no temperature sensor is provided sufficiently close to the heat generating elements of the inverter device, the estimating device 20 can estimate the temperature or the temperature and the heat quantity of the elements of the inverter device with high accuracy. The estimated temperature is used to derate the output power for the load such as the motor or the like.

Die Berechnungseinheit 231 berechnet anhand der Temperatur, die mit der durch die Kompensationseinheit 232 kompensierten Wärmemenge berechnet wurde, die jeweilige Temperatur der Zielpositionen weiter. Dadurch kann die Schätzvorrichtung 20 die Schätzgenauigkeit für die Wärmemenge und die Temperatur weiter erhöhen.The calculation unit 231 further calculates the respective temperatures of the target positions based on the temperature calculated with the heat quantity compensated by the compensation unit 232. As a result, the estimation device 20 can further increase the estimation accuracy for the heat quantity and the temperature.

Außerdem berechnet die Berechnungseinheit 231 anhand des Modells, das den Wärmewiderstand ausdrückt, der den Wärmewiderstand zwischen zwei Positionen einschließt, die aus Zielpositionen ausgewählt sind, die die Position des Wärmeerzeugungselements, also des Schaltelements oder der Freilaufdiode, eine Stelle, die nicht an das Wärmeerzeugungselement angrenzt, eine Endpunktposition des an der Umrichtervorrichtung 10 vorhandenen Wärmeableitungsabschnitts und die Position eines Temperatursensors einschließen, die jeweilige Temperatur der Zielpositionen. Indem auf diese Weise ein der Konfiguration der Umrichtervorrichtung 10 entsprechendes Modell verwendet wird, kann die Schätzvorrichtung 20 die Temperatur und die Wärmemenge mit hoher Genauigkeit schätzen.In addition, the calculation unit 231 calculates the respective temperatures of the target positions based on the model expressing the thermal resistance including the thermal resistance between two positions selected from target positions including the position of the heat generating element, that is, the switching element or the flywheel diode, a location not adjacent to the heat generating element, an end point position of the heat dissipation portion provided on the inverter device 10, and the position of a temperature sensor. By using a model corresponding to the configuration of the inverter device 10 in this way, the estimation device 20 can estimate the temperature and the heat quantity with high accuracy.

Die Kompensationseinheit 232 kompensiert wenigstens eine von der Wärmemenge an der Position des Wärmeerzeugungselements, der Wärmemenge an der Endpunktposition des Wärmeableitungsabschnitts und der Wärmemenge der Stelle, die nicht an ein Wärmeerzeugungselement angrenzt. Auf diese Weise kann die Schätzvorrichtung 20 entsprechend der Konfiguration der Umrichtervorrichtung 10 die Wärmemenge an einer Position kompensieren, die die Schätzgenauigkeit weiter erhöht.The compensation unit 232 compensates at least one of the heat amount at the position of the heat generating element, the heat amount at the end point position of the heat dissipation portion, and the heat amount of the position not adjacent to a heat generating element. In this way, the estimation device 20 can compensate the heat amount at a position that further increases the estimation accuracy according to the configuration of the inverter device 10.

Auf diese Weise berechnet die Berechnungseinheit 231 anhand des Modells auf Grundlage der Wärmemenge des Wärmeerzeugungselements und der Referenztemperatur, die für wenigstens eine der Zielpositionen eingestellt ist, die jeweilige Temperatur der Zielpositionen. Auf diese Weise kann die Schätzvorrichtung 20 anhand der Referenztemperatur die Schätzgenauigkeit erhöhen.In this way, the calculation unit 231 calculates the respective temperatures of the target positions using the model based on the heat amount of the heat generating element and the reference temperature set for at least one of the target positions. In this way, the estimation device 20 can increase the estimation accuracy based on the reference temperature.

Die Berechnungseinheit 231 berechnet anhand des Modells auf Grundlage der Wärmemenge der Wärmeerzeugungselemente und der an der Position des ersten Endpunkts auf der Seite der Wärmeerzeugungselemente des Wärmeableitungsabschnitts der Umrichtervorrichtung 10 eingestellten Referenztemperatur die jeweilige Temperatur der Zielpositionen. Die Kompensationseinheit 232 führt anhand der Differenz zwischen der durch die Berechnungseinheit 231 berechneten Temperatur an der Position des zweiten Endpunkts auf der gegenüberliegenden Seite von den Wärmeerzeugungselementen des Wärmeableitungsabschnitts und der durch den am zweiten Endpunkt bereitgestellten Temperatursensor erfassten Temperatur eine weitere Kompensation der Wärmemenge durch, die für die durch die Berechnungseinheit 231 berechnete Temperatur verwendet wird. Durch Bereitstellen von mehreren Kompensationsknoten kann die Schätzvorrichtung 20 somit die Schätzgenauigkeit erhöhen.The calculation unit 231 calculates the respective temperatures of the target positions using the model based on the heat quantity of the heat generating elements and the reference temperature set at the position of the first end point on the heat generating element side of the heat dissipation portion of the inverter device 10. The compensation unit 232 performs further compensation of the heat quantity used for the temperature calculated by the calculation unit 231 based on the difference between the temperature at the position of the second end point on the opposite side from the heat generating elements of the heat dissipation portion calculated by the calculation unit 231 and the temperature detected by the temperature sensor provided at the second end point. Thus, by providing a plurality of compensation nodes, the estimation device 20 can increase the estimation accuracy.

Indem die Berechnungseinheit 231 die in das Modell eingegebenen Wärmemengen der Wärmeerzeugungselemente filtert und so eine Summe der Wärmemengen im Modell berechnet, berechnet sie anhand der in das Modell eingegebenen Wärmemengen der Wärmeerzeugungselemente und der Summe der Wärmemengen die Temperatur der jeweiligen Zielpositionen. Auf diese Weise kann die Schätzvorrichtung 20 durch Heranziehen der Summe der Wärmemengen die Schätzgenauigkeit erhöhen.By filtering the heat amounts of the heat generating elements input to the model and thereby calculating a sum of the heat amounts in the model, the calculation unit 231 calculates the temperature of the respective target positions based on the heat amounts of the heat generating elements input to the model and the sum of the heat amounts. In this way, the estimation device 20 can increase the estimation accuracy by using the sum of the heat amounts.

Die Kompensationseinheit 232 addiert den Wert aus der Multiplikation der Korrekturgröße für die Differenz (beispielsweise der PID-Korrekturgröße) mit dem Verlustverhältnis der Wärmeerzeugungselemente in der Umgebung der ersten Position, dem Verhältnis der Wärmewiderstände von der ersten Position bis zum Temperatursensor oder dem Verhältnis zwischen der Temperatur der ersten Position und der Temperatur der Wärmeerzeugungselemente zu der Wärmemenge der Wärmeerzeugungselemente an der ersten Position hinzu. Der Einfluss der Entfernung von den Wärmeerzeugungselementen kann auf diese Weise für jeden Temperatursensor in der Kompensationsgröße reflektiert werden.The compensation unit 232 adds the value of multiplying the correction amount for the difference (for example, the PID correction amount) by the loss ratio of the heat generating elements in the vicinity of the first position, the ratio of the thermal resistances from the first position to the temperature sensor, or the ratio between the temperature of the first position and the temperature of the heat generating elements. elements to the heat quantity of the heat generating elements at the first position. The influence of the distance from the heat generating elements can thus be reflected in the compensation amount for each temperature sensor.

Vorstehend wurde der Fall der Anwendung der Schätzvorrichtung 20 der ersten Ausführungsform auf die Umrichtervorrichtung 10 beschrieben. Bei dem Anwendungsobjekt der Schätzvorrichtung 20 kann es sich auch um eine andere Stromwandlervorrichtung als eine Umrichtervorrichtung wie etwa eine Wandlervorrichtung handeln.The above has been described the case of applying the estimating device 20 of the first embodiment to the inverter device 10. The application object of the estimating device 20 may also be a power conversion device other than an inverter device, such as a converter device.

Die Schätzvorrichtung 20 der ersten Ausführungsform kann die Temperatur statt mit einem Temperatursensor auch mit einer anderen Einrichtung wie beispielsweise einer Tabelle oder dergleichen erlangen. Beispielsweise können in der Tabelle zur Simulation dienende Temperaturen eingestellt sein. Auf diese Weise kann die Schätzvorrichtung 20 als Simulator verwendet werden.The estimating device 20 of the first embodiment may obtain the temperature using a means other than a temperature sensor such as a table or the like. For example, temperatures for simulation may be set in the table. In this way, the estimating device 20 can be used as a simulator.

[Zweite Ausführungsform][Second embodiment]

Die Anordnung der Knoten des Wärmemodells ist nicht auf die vorstehende Beschreibung beschränkt. In der zweiten Ausführungsform sind nicht nur in Bereichen unmittelbar unterhalb der Wärmeerzeugungselemente, an denen es leicht zu hoher Temperatur kommt, sondern auch an Teilen mit niedriger Temperatur entfernt von den Wärmeerzeugungselementen Knoten angeordnet.The arrangement of the nodes of the thermal model is not limited to the above description. In the second embodiment, nodes are arranged not only in areas immediately below the heat generating elements where high temperature is easily generated but also in low temperature parts away from the heat generating elements.

14 ist eine Ansicht eines Beispiels eines Wärmemodells gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Stromwandlervorrichtung 5 der zweiten Ausführungsform kann eine gleichartige Vorrichtung wie die Umrichtervorrichtung 10 der ersten Ausführungsform sein. Die Konfiguration des Wärmemodells ist jedoch bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform verschieden. 14 ist eine Schnittansicht der Stromwandlervorrichtung 5 (entspricht der Schnittansicht A-A von 1), in der die Wärme gezeigt ist. 14 is a view of an example of a thermal model according to the second embodiment. The power conversion device 5 of the second embodiment may be a similar device to the inverter device 10 of the first embodiment. However, the configuration of the thermal model is different between the first embodiment and the second embodiment. 14 is a sectional view of the current transformer device 5 (corresponds to the sectional view AA of 1 ), in which the heat is shown.

Wie in 14 gezeigt, weist die Stromwandlervorrichtung 5 eine Sammelschiene 501, einen IGBT 502, eine FWD 503, einen Temperatursensor 504, eine Sammelschiene 505, einen Träger 506, eine Grundplatte 507, einen Raum 508 und eine Wärmesenke 509 auf. Im Raum 508 ist Kältemittel vorhanden. Die mit 510 und 511 bezeichneten Positionen sind Endpunkte der Wärmesenke (des Wärmeableitungsabschnitts). In der zweiten Ausführungsform handelt es sich bei dem Kältemittel um Wasser (Kühlwasser).As in 14 As shown, the power conversion device 5 includes a bus bar 501, an IGBT 502, a FWD 503, a temperature sensor 504, a bus bar 505, a bracket 506, a base plate 507, a space 508, and a heat sink 509. Refrigerant is present in the space 508. Positions indicated by 510 and 511 are end points of the heat sink (heat dissipation portion). In the second embodiment, the refrigerant is water (cooling water).

Wie in 14 gezeigt, weist das Wärmemodell einen Knoten 521 mit variabler Temperatur, einen Knoten 522 mit variabler Temperatur, einen Knoten 523 mit variabler Temperatur, einen Referenztemperaturknoten 524 und einen Knoten 525 mit variabler Temperatur auf.As in 14 As shown, the thermal model includes a variable temperature node 521, a variable temperature node 522, a variable temperature node 523, a reference temperature node 524, and a variable temperature node 525.

Das Wärmemodell weist auch einen Knoten 531 mit variabler Temperatur, einen Knoten 532 mit variabler Temperatur, einen Knoten 533 mit variabler Temperatur, einen Knoten 534 mit variabler Temperatur und einen Knoten 535 mit variabler Temperatur auf, die auf der Grundplatte 507 angeordnet sind.The thermal model also includes a variable temperature node 531, a variable temperature node 532, a variable temperature node 533, a variable temperature node 534, and a variable temperature node 535 disposed on the base plate 507.

Das Wärmemodell weist einen Wärmewiderstand 561, einen Wärmewiderstand 562, einen Wärmewiderstand 563, einen Wärmewiderstand 564, einen Wärmewiderstand 565, einen Wärmewiderstand 566, einen Wärmewiderstand 567 und einen Wärmewiderstand 568 auf.The thermal model has a thermal resistance 561, a thermal resistance 562, a thermal resistance 563, a thermal resistance 564, a thermal resistance 565, a thermal resistance 566, a thermal resistance 567 and a thermal resistance 568.

Das Wärmemodell weist einen massendurchflussabhängigen Wärmewiderstand 569, einen massendurchflussabhängigen Wärmewiderstand 570, einen massendurchflussabhängigen Wärmewiderstand 571 und einen massendurchflussabhängigen Wärmewiderstand 572 auf.The thermal model has a mass flow rate dependent thermal resistance 569, a mass flow rate dependent thermal resistance 570, a mass flow rate dependent thermal resistance 571, and a mass flow rate dependent thermal resistance 572.

Das Wärmemodell weist einen massendurchflussabhängigen Knoten 541 mit variabler Temperatur und einen massendurchflussabhängigen Knoten 542 mit variabler Temperatur auf.The thermal model has a mass flow dependent variable temperature node 541 and a mass flow dependent variable temperature node 542.

Der Referenztemperaturknoten, die Knoten mit variabler Temperatur, der massendurchflussabhängige Knoten mit variabler Temperatur, die Wärmewiderstände und die massendurchflussabhängigen Wärmewiderstände sind wie in der ersten Ausführungsform beschrieben definiert.The reference temperature node, the variable temperature nodes, the mass flow dependent variable temperature node, the thermal resistors and the mass flow dependent thermal resistors are defined as described in the first embodiment.

Der Knoten 531 mit variabler Temperatur, der Knoten 532 mit variabler Temperatur, der Knoten 533 mit variabler Temperatur, der Knoten 534 mit variabler Temperatur und der Knoten 535 mit variabler Temperatur, die auf der Grundplatte 507 angeordnet sind, stehen nicht mit Wärmeerzeugungselementen in Kontakt.The variable temperature node 531, the variable temperature node 532, the variable temperature node 533, the variable temperature node 534 and the variable temperature node 535 arranged on the base plate 507 are not in contact with heat generating elements.

Da der Knoten 532 mit variabler Temperatur und der Knoten 533 mit variabler Temperatur unmittelbar unterhalb eines Wärmeerzeugungselements liegen, weisen sie tendenziell eine hohe Temperatur auf. Der Knoten 531 mit variabler Temperatur, der Knoten 534 mit variabler Temperatur und der Knoten 535 mit variabler Temperatur hingegen liegen nicht unmittelbar unterhalb eines Wärmeerzeugungselements, weshalb sie tendenziell eine niedrigere Temperatur aufweisen als die unmittelbar unterhalb des Wärmeerzeugungselements liegenden Knoten mit variabler Temperatur.Since variable temperature node 532 and variable temperature node 533 are located immediately below a heat generating element, they tend to have a high temperature. However, variable temperature node 531, variable temperature node 534, and variable temperature node 535 are not located immediately below a heat generating element, and therefore they tend to have a lower temperature than the variable temperature nodes located immediately below the heat generating element.

Die Stromwandlervorrichtung 5 schätzt nicht nur die Temperatur an den Teilen mit tendenziell hoher Temperatur (Hochtemperaturteilen), sondern auch den Teilen mit tendenziell niedriger Temperatur (Niedrigtemperaturteilen). Wie in 15 gezeigt, drückt das Wärmemodell die Wärmemenge als sich in Flächenrichtung ausbreitend aus, indem es die Hochtemperaturteile und die Niedrigtemperaturteile mithilfe der Wärmewiderstände maschenförmig verbindet. 15 ist eine Ansicht eines Beispiels eines Wärmemodells gemäß der zweiten Ausführungsform. Sie zeigt die Stromwandlervorrichtung 5 von oben. 14 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 15.The current transformer device 5 estimates not only the temperature at the parts with a tendency to high temperature (high temperature parts) but also the parts with a tendency to low temperature (low temperature parts). As shown in 15 As shown, the heat model expresses the amount of heat as spreading in the surface direction by connecting the high-temperature parts and the low-temperature parts in a mesh-like manner using the thermal resistances. 15 is a view of an example of a thermal model according to the second embodiment. It shows the power conversion device 5 from above. 14 shows a sectional view along the line AA from 15 .

Auf diese Weise kann das Temperaturgefälle flächenmäßig ausgedrückt werden. Die Wassertemperatur von Wasserkanalteilen, die nicht zu Wärmeerzeugungselementen benachbart sind, steigt und fällt im Zuge des Wärmeaustauschs mit der Wassertemperaturwand. Auch in diesem Fall ist es mit dem Anordnen von Knoten an der Wassertemperaturwand durch Berücksichtigen der Wärmeübertragung möglich, das Temperaturgefälle auszudrücken.In this way, the temperature gradient can be expressed in terms of area. The water temperature of water channel parts that are not adjacent to heat generating elements rises and falls in the course of heat exchange with the water temperature wall. In this case too, by arranging nodes on the water temperature wall, it is possible to express the temperature gradient by taking heat transfer into account.

16 ist eine Ansicht eines Beispiels der Konfiguration der Stromwandlervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. Wie in 16 gezeigt, ist die Stromwandlervorrichtung 5 über eine Stromerfassungseinheit 72 mit einem Motor 71 verbunden. Der Motor 71 ist ein Beispiel für die Last. 16 is a view of an example of the configuration of the power conversion device according to the second embodiment. As in 16 , the current conversion device 5 is connected to a motor 71 via a current detection unit 72. The motor 71 is an example of the load.

Eine Drehzahlerfassungseinheit 73 erfasst die Drehzahl des Motors 71 und gibt sie in die Stromwandlervorrichtung 5 ein. Die Stromerfassungseinheit 72 erfasst den Strom des Motors 71 und gibt ihn in die Stromwandlervorrichtung 5 ein.A speed detection unit 73 detects the speed of the motor 71 and inputs it to the power conversion device 5. The current detection unit 72 detects the current of the motor 71 and inputs it to the power conversion device 5.

Die Stromwandlervorrichtung 5 wird durch eine Wärmesenke 82 gekühlt. In der Wärmesenke 82 ist ein Strömungsweg 81 bereitgestellt. Eine Massendurchfluss-/Wassertemperaturerfassungseinheit 83 erfasst die Durchflussmenge und die Temperatur des in dem Strömungsweg 81 strömenden Kühlwassers und gibt sie in die Stromwandlervorrichtung 5 ein. Bei der Massendurchfluss-/Wassertemperaturerfassungseinheit 83 handelt es sich um einen Wassertemperatursensor und einen Durchflussmengensensor, die jeweils wenigstens an einem Einlass oder einem Auslass des Strömungswegs des Kühlwassers vorhanden sind.The power conversion device 5 is cooled by a heat sink 82. A flow path 81 is provided in the heat sink 82. A mass flow/water temperature detection unit 83 detects the flow rate and temperature of the cooling water flowing in the flow path 81 and inputs them to the power conversion device 5. The mass flow/water temperature detection unit 83 is a water temperature sensor and a flow rate sensor, each of which is provided at at least one of an inlet and an outlet of the flow path of the cooling water.

Die Stromwandlervorrichtung 5 weist eine Steuervorrichtung 60, eine Umrichterhauptschaltung 51, eine Gate-Treiberschaltung 52, eine Stromversorgungsschaltung 53 und eine Trägertemperaturerfassungseinheit 54 auf.The power conversion device 5 includes a control device 60, a converter main circuit 51, a gate drive circuit 52, a power supply circuit 53, and a carrier temperature detection unit 54.

Bei der Steuervorrichtung 60 handelt es sich beispielsweise um einen Mikrocomputer. Die Steuervorrichtung 60 weist die gleichen Funktionen wie die Schätzvorrichtung 20 der ersten Ausführungsform auf. Die Steuervorrichtung 60 steuert die Umrichterhauptschaltung 51.The control device 60 is, for example, a microcomputer. The control device 60 has the same functions as the estimating device 20 of the first embodiment. The control device 60 controls the inverter main circuit 51.

Die Umrichterhauptschaltung 51 ist eine Schaltung, die bewirkt, dass die Stromwandlervorrichtung 5 als Umrichter arbeitet. Die Gate-Treiberschaltung 52 ist eine Schaltung zum ansteuernden Steuern der Umrichterhauptschaltung 51. Die Stromversorgungsschaltung 53 ist eine Schaltung zum Versorgen der Umrichterhauptschaltung 51 mit elektrischer Energie. Die Trägertemperaturerfassungseinheit 54 ist ein Temperatursensor.The inverter main circuit 51 is a circuit for causing the power conversion device 5 to operate as an inverter. The gate drive circuit 52 is a circuit for drivingly controlling the inverter main circuit 51. The power supply circuit 53 is a circuit for supplying electric power to the inverter main circuit 51. The carrier temperature detection unit 54 is a temperature sensor.

17 ist eine Ansicht eines Beispiels der Konfiguration der Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. Wie in 17 gezeigt, weist die Steuervorrichtung 60 eine Motorsteuereinheit 61, eine Schätzeinheit 62, eine Herabsetzungssteuereinheit 63 und eine PWM-Erzeugungseinheit 64 auf. 17 is a view of an example of the configuration of the control device according to the second embodiment. As in 17 As shown, the control device 60 includes a motor control unit 61, an estimation unit 62, a derating control unit 63, and a PWM generation unit 64.

Die Motorsteuereinheit 61 erzeugt anhand von Steuerbefehlen (Drehmomentbefehlen) Spannungsbefehle. Die Schätzeinheit 62 schätzt die Temperatur der Wärmeerzeugungselemente. Die Herabsetzungssteuereinheit 63 erzeugt anhand der durch die Schätzeinheit 62 geschätzten Temperatur einen Ausgangsleistungsbeschränkungskoeffizienten. Beispielsweise erzeugt die Herabsetzungssteuereinheit 63 für den Fall, dass die durch die Schätzeinheit 62 geschätzte Temperatur einen Schwellenwert übersteigt, einen Ausgangsleistungsbeschränkungskoeffizienten, der bewirkt, dass die Stromwandlervorrichtung 5 herabgesetzt wird.The motor control unit 61 generates voltage commands based on control commands (torque commands). The estimation unit 62 estimates the temperature of the heat generating elements. The derating control unit 63 generates an output power restriction coefficient based on the temperature estimated by the estimation unit 62. For example, in the case where the temperature estimated by the estimation unit 62 exceeds a threshold value, the derating control unit 63 generates an output power restriction coefficient that causes the power conversion device 5 to derate.

Die Schätzeinheit 62 weist eine Wärmemengenberechnungseinheit 621 und eine Temperaturschätzeinheit 622 auf. Die Wärmemengenberechnungseinheit 621 und die Temperaturschätzeinheit 622 führen gleichartige Verarbeitungen wie die Berechnungseinheit 231 und die Kompensationseinheit 232 der ersten Ausführungsform durch.The estimation unit 62 includes a heat quantity calculation unit 621 and a temperature estimation unit 622. The heat quantity calculation unit 621 and the temperature estimation unit 622 perform similar processing to the calculation unit 231 and the compensation unit 232 of the first embodiment.

Die Wärmemengenberechnungseinheit 621 berechnet anhand der Informationen zur Last die Wärmemenge der Wärmeerzeugungselemente. Die Informationen zur Last sind beispielsweise die Drehzahl des Motors 71, eine Schaltfrequenz und Strom. Die Temperaturschätzeinheit 622 berechnet die Temperatur der Knoten und Wärmeerzeugungselemente des Wärmemodells. Beispielsweise berechnet die Temperaturschätzeinheit 622 die Temperatur der Wärmeerzeugungselemente zusätzlich zu der durch die Wärmemengenberechnungseinheit 621 berechneten Wärmemenge anhand der Trägertemperatur, bei der es sich um einen Sensorwert handelt, der Einlasswassertemperatur des Kühlwassers und der Durchflussmenge des Kühlwassers.The heat quantity calculation unit 621 calculates the heat quantity of the heat generating elements based on the information on the load. The information on the load is, for example, the rotational speed of the motor 71, a switching frequency, and current. The temperature estimation unit 622 calculates the temperature of the nodes and heat generating elements of the thermal model. For example, the temperature estimation unit 622 calculates the temperature of the heat generating elements based on the carrier temperature, which is a sensor value, the inlet water temperature of the cooling water, and the flow rate of the cooling water, in addition to the heat quantity calculated by the heat quantity calculation unit 621.

18 ist eine Ansicht eines Beispiels der Konfiguration der Temperaturschätzeinheit gemäß der zweiten Ausführungsform. Wie in 18 gezeigt, weist die Temperaturschätzeinheit 622 eine Wärmewiderstandsberechnungseinheit 6221, eine Kältemitteltemperaturberechnungseinheit 6222, eine Grundplattentemperaturberechnungseinheit 6223 und eine Wärmeerzeugungselementtemperaturberechnungseinheit 6224 auf. 18 is a view of an example of the configuration of the temperature estimation unit according to the second embodiment. As in 18 , the temperature estimation unit 622 includes a thermal resistance calculation unit 6221, a refrigerant temperature calculation unit 6222, a base plate temperature calculation unit 6223, and a heat generating element temperature calculation unit 6224.

Die Wärmewiderstandsberechnungseinheit 6221 berechnet in einem Wärmemodell, das die Wärmeübertragung zwischen zwei verschiedenen Punkten (zwei Knoten) von einem Wärmeerzeugungselement, der Grundplatte 507, dem Träger 506 und Kühlwasser (Beispiel für das Kältemittel) als Wärmewiderstand ausdrückt, den Widerstandswert des Wärmewiderstands anhand der Durchflussmenge und der Temperatur des Kühlwassers. Punkte an Körpern bedeuten hier Punkte an der Oberfläche und im Inneren des betreffenden Körpers. Ein Punkt an der Grundplatte 507 ist beispielsweise ein Punkte der Grundplatte 507 und der Oberfläche und des Inneren. Daher lässt sich das Wärmemodell als ein Modell bezeichnen, das die Wärmeübertragung zwischen zwei verschiedenen Punkten von Punkten an der Oberfläche und im Inneren eines Wärmeerzeugungselements, der Grundplatte 507, des Trägers 506 und des Kühlwassers als Wärmewiderstand ausdrückt. Noch anders ausgedrückt ist das Wärmemodell ein Modell, das die Wärmeübertragung zwischen zwei verschiedenen Punkten, die aus Punkten ausgewählt sind, die an der Oberfläche und im Inneren eines Wärmeerzeugungselements, der Grundplatte 507, des Trägers 506 und des Kühlwassers vorhanden sein können, als Wärmewiderstand ausdrückt.The thermal resistance calculation unit 6221 calculates the resistance value of the thermal resistance based on the flow rate and the temperature of the cooling water in a thermal model that expresses heat transfer between two different points (two nodes) of a heat generating element, the base plate 507, the support 506, and cooling water (example of the refrigerant) as thermal resistance. Here, points on bodies mean points on the surface and inside of the body in question. For example, a point on the base plate 507 is a point on the base plate 507 and the surface and the inside. Therefore, the thermal model can be said to be a model that expresses heat transfer between two different points of points on the surface and inside of a heat generating element, the base plate 507, the support 506, and the cooling water as thermal resistance. In still other words, the thermal model is a model that expresses the heat transfer between two different points selected from points that may exist on the surface and inside of a heat generating element, the base plate 507, the carrier 506 and the cooling water, as thermal resistance.

Durch 3D-Wärmeflussanalyse wird im Voraus eine Tabelle bereitgestellt, die die Beziehung zwischen Wassertemperatur, Durchflussmenge und Wärmewiderstand angibt. Die Wärmewiderstandsberechnungseinheit 6221 kann anhand der Tabelle aus der Wassertemperatur und der Durchflussmenge den Wärmewiderstand berechnen.Through 3D heat flow analysis, a table indicating the relationship between water temperature, flow rate and thermal resistance is provided in advance. The thermal resistance calculation unit 6221 can calculate the thermal resistance from the water temperature and flow rate according to the table.

Beispielsweise berechnet die Wärmewiderstandsberechnungseinheit 6221 den Wärmewiderstand R_{th conv1} (V,T) des massendurchflussabhängigen Wärmewiderstands 569, den Wärmewiderstand R_{th conv2} (V,T) des massendurchflussabhängigen Wärmewiderstands 570, den Wärmewiderstand R_{th conv3}(V,T) des massendurchflussabhängigen Wärmewiderstands 571 und den Wärmewiderstand R_{th conv4} (V,T) des massendurchflussabhängigen Wärmewiderstands 572. V und T stehen jeweils für die Durchflussmenge und die Temperatur.For example, the thermal resistance calculation unit 6221 calculates the thermal resistance R _{th conv1} (V,T) of the mass flow rate dependent thermal resistance 569, the thermal resistance R _{th conv2} (V,T) of the mass flow rate dependent thermal resistance 570, the thermal resistance R _{th conv3} (V,T) of the mass flow rate dependent thermal resistance 571, and the thermal resistance R _{th conv4} (V,T) of the mass flow rate dependent thermal resistance 572. V and T represent the flow rate and the temperature, respectively.

Der massendurchflussabhängige Wärmewiderstand drückt die Wärmeübertragung von der Grundplatte 507 und Wärmeableitungsrippen an der Grundplatte 507 an das Kühlwasser aus. So kann die Temperaturschätzeinheit 622 vorübergehende Temperaturänderungen berechnen, indem sie zwischen den einzelnen Knoten des Wärmemodells und der Referenztemperatur eine Wärmekapazität (Knoten) festlegt und auf diese Weise eine CR-Schaltung ausbildet. Die Einstellung der Wärmekapazität ist fakultativ, und wenn keine vorübergehenden Temperaturänderungen erforderlich sind und stationäre Temperaturänderungen berechnet werden, ist eine R-Schaltung ohne C möglich.The mass flow rate dependent thermal resistance expresses the heat transfer from the base plate 507 and heat dissipation fins on the base plate 507 to the cooling water. Thus, the temperature estimation unit 622 can calculate transient temperature changes by setting a heat capacity (node) between each node of the thermal model and the reference temperature, thus forming a CR circuit. The setting of the heat capacity is optional, and when no transient temperature changes are required and steady-state temperature changes are calculated, an R circuit without C is possible.

Die Kältemitteltemperaturberechnungseinheit 6222 berechnet anhand der Fließeigenschaften des Kühlwassers, die sich durch die von den Wärmeerzeugungselementen, dem Träger oder Grundplatte aufgenommene Wärmemenge, die Durchflussmenge des Kältemittels, die Temperatur an den Endpunkten des Strömungswegs des Kühlwassers und die Temperatur des Kühlwassers verändern, die Temperatur aufgrund des Wärmetransports des Kühlwassers. Die Kältemitteltemperaturberechnungseinheit 6222 berechnet mithilfe der Formel (1) die Temperatur T_wtr des dem Kühlwasser entsprechenden Knotens (beispielsweise des massendurchflussabhängigen Knotens 542 mit variabler Temperatur). Dabei stehen ρ und c jeweils für die Dichte und die spezifische Wärme des Kühlwassers.

[Gleichung 1] $T_{w t r} = \frac{Q_{w t r_a l l}}{ρ (T_{w t r}) * c (T_{w t r}) * V} + T_{w t r_i n}$

The refrigerant temperature calculation unit 6222 calculates the temperature due to heat transfer of the cooling water based on the flow characteristics of the cooling water which change due to the amount of heat absorbed by the heat generating elements, the support or base plate, the flow rate of the refrigerant, the temperature at the end points of the flow path of the cooling water and the temperature of the cooling water. The refrigerant temperature calculation unit 6222 calculates the temperature T _wtr of the node corresponding to the cooling water (for example, the mass flow rate variable temperature node 542) using the formula (1). Where ρ and c are the density and the specific heat of the cooling water, respectively.

[Equation 1]

T_{w t r} = \frac{Q_{w t r_a l l}}{ρ (T_{w t r}) * c (T_{w t r}) * V} + T_{w t r_i n}

Wie in Formel (1) gezeigt, addiert die Kältemitteltemperaturberechnungseinheit 6222 zu der Einlasstemperatur T_{wtr_in} den Anstieg der Wassertemperatur (in Formel (1) den ersten Term auf der rechten Seite) hinzu.As shown in formula (1), the refrigerant temperature calculation unit 6222 adds the rise of the water temperature (the first term on the right side in formula (1)) to the inlet temperature T _{wtr_in} .

Die Grundplattentemperaturberechnungseinheit 6223 berechnet anhand der Wärmemenge und des Wärmewiderstands die Temperatur der Grundplatte 507.The base plate temperature calculation unit 6223 calculates the temperature of the base plate 507 based on the heat quantity and the thermal resistance.

Die Grundplattentemperaturberechnungseinheit 6223 kann von dem Knoten 531 mit variabler Temperatur und dem Knoten 532 mit variabler Temperatur die Temperatur des Knotens 531 mit variabler Temperatur berechnen. Der Knoten 531 mit variabler Temperatur ist ein Knoten am Niedrigtemperaturteil der Grundplatte 507 und ist ein Knoten, der nicht an ein Wärmeerzeugungselement angrenzt.The base plate temperature calculation unit 6223 can calculate the temperature of the variable temperature node 531 out of the variable temperature node 531 and the variable temperature node 532. The variable temperature node 531 is a node at the low temperature part of the base plate 507 and is a node that is not adjacent to a heat generating element.

Die Grundplattentemperaturberechnungseinheit 6223 kann von dem Knoten 531 mit variabler Temperatur und dem Knoten 532 mit variabler Temperatur die Temperatur des Knotens 532 mit variabler Temperatur berechnen. Der Knoten 532 mit variabler Temperatur ist ein Knoten am Hochtemperaturteil der Grundplatte 507 und ist ein Knoten, der an ein Wärmeerzeugungselement angrenzt.The base plate temperature calculation unit 6223 can calculate the temperature of the variable temperature node 532 from the variable temperature node 531 and the variable temperature node 532. The variable temperature node 532 Temperature is a node on the high temperature portion of the base plate 507 and is a node adjacent to a heat generating element.

Die Grundplattentemperaturberechnungseinheit 6223 berechnet mithilfe von Formel (2) die Temperatur T_base eines Knotens der Grundplatte 507, der mit dem massendurchflussabhängigen Wärmewiderstand verbunden ist (beispielsweise der Knoten 533 mit variabler Temperatur).

[Gleichung 2] $T_{b a s e} = \frac{Q_{b a s e_w t r}}{R_{b a s e - w t r} (V, T_{w t r})} + T_{w t r}$

The base plate temperature calculation unit 6223 calculates the temperature T _base of a node of the base plate 507 connected to the mass flow dependent thermal resistance (for example, the variable temperature node 533) using formula (2).

[Equation 2]

T_{b a s e} = \frac{Q_{b a s e_w t r}}{R_{b a s e - w t r} (V, T_{w t r})} + T_{w t r}

Wie in Formel (2) gezeigt, addiert die Grundplattentemperaturberechnungseinheit 6223 zu der Wassertemperatur T_wtr den Anstieg der Temperatur (in Formel (2) den ersten Term auf der rechten Seite) hinzu.As shown in formula (2), the base plate temperature calculation unit 6223 adds the rise in temperature (the first term on the right side in formula (2)) to the water temperature T _wtr .

Die Wärmeerzeugungselementtemperaturberechnungseinheit 6224 berechnet anhand der Wärmemenge und der Temperatur der Grundplatte 507 die Temperatur der Wärmeerzeugungselemente. Die Wärmeerzeugungselementtemperaturberechnungseinheit 6224 berechnet mithilfe von Formel (3) die Temperatur Tigbt eines Wärmeerzeugungselements (beispielsweise die Temperatur T_element2 des Knotens 533 mit variabler Temperatur).

[Gleichung 3] $T_{i g b t} = \frac{W_{i g b t_b a s e}}{R_{i g b t - b a s e}} + T_{b a s e}$

The heat generating element temperature calculation unit 6224 calculates the temperature of the heat generating elements based on the heat amount and the temperature of the base plate 507. The heat generating element temperature calculation unit 6224 calculates the temperature Tigbt of a heat generating element (for example, the temperature T _element2 of the variable temperature node 533) using formula (3).

[Equation 3]

T_{i g b t} = \frac{W_{i g b t_b a s e}}{R_{i g b t - b a s e}} + T_{b a s e}

Wie in Formel (3) gezeigt, addiert die Wärmeerzeugungselementtemperaturberechnungseinheit 6224 zu der Temperatur T_base des Knotens der Grundplatte 507 den Anstieg der Temperatur (in Formel (3) den ersten Term auf der rechten Seite) hinzu.As shown in formula (3), the heat generating element temperature calculation unit 6224 adds the rise in temperature (the first term on the right side in formula (3)) to the temperature T _base of the node of the base plate 507.

Ebenso wie die Kompensationseinheit 232 der ersten Ausführungsform kompensiert die Temperaturschätzeinheit 622 anhand der Differenz zwischen der durch die Grundplattentemperaturberechnungseinheit 6223 berechneten Temperatur der Position des Temperatursensors und der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur eines oder mehrere von der Wärmemenge, der Kühlwassertemperatur, der Durchflussmenge und dem Wärmewiderstand.Like the compensation unit 232 of the first embodiment, the temperature estimation unit 622 compensates one or more of the heat amount, the cooling water temperature, the flow rate, and the thermal resistance based on the difference between the temperature of the position of the temperature sensor calculated by the base plate temperature calculation unit 6223 and the temperature detected by the temperature sensor.

Anhand von 19 wird ein Verarbeitungsablauf der Stromwandlervorrichtung 5 der zweiten Ausführungsform beschrieben. 19 ist ein Ablaufdiagramm, das den Verarbeitungsablauf der Stromwandlervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.Based on 19 A processing flow of the power conversion device 5 of the second embodiment will be described. 19 is a flowchart showing the processing flow of the power conversion device according to the second embodiment.

Wie in 19 gezeigt, erfasst die Stromwandlervorrichtung 5 zunächst den Dreiphasenstromwert (Schritt S201). Die Stromwandlervorrichtung 5 erfasst die Drehzahl des Motors 71 (Schritt S202). Dann berechnet die Stromwandlervorrichtung 5 anhand des Dreiphasenstromwerts und der Drehzahl des Motors 71 den Verlust an elektrischer Energie (Wärmemenge) (Schritt S203).As in 19 , the power conversion device 5 first detects the three-phase current value (step S201). The power conversion device 5 detects the rotational speed of the motor 71 (step S202). Then, the power conversion device 5 calculates the electric energy loss (heat amount) based on the three-phase current value and the rotational speed of the motor 71 (step S203).

Als Nächstes erfasst die Stromwandlervorrichtung 5 die Durchflussmenge des Kühlwassers (Schritt S204). Dann berechnet die Stromwandlervorrichtung 5 anhand der Durchflussmenge den Wärmewiderstandswert des Wärmemodells (Schritt S205).Next, the power conversion device 5 detects the flow rate of the cooling water (step S204). Then, the power conversion device 5 calculates the thermal resistance value of the thermal model based on the flow rate (step S205).

Anschließend erfasst die Stromwandlervorrichtung 5 die Einlasstemperatur des Kühlwassers (Schritt S206). Dann berechnet die Stromwandlervorrichtung 5 anhand der Einlasstemperatur die Temperatur des Kühlwassers (Schritt S207).Subsequently, the power conversion device 5 detects the inlet temperature of the cooling water (step S206). Then, the power conversion device 5 calculates the temperature of the cooling water based on the inlet temperature (step S207).

Als Nächstes berechnet die Stromwandlervorrichtung 5 anhand der Temperatur des Kühlwassers die Temperatur der Grundplatte (Schritt S208). Auch berechnet die Stromwandlervorrichtung 5 anhand der Temperatur der Grundplatte die Temperatur der Wärmeerzeugungselemente (Schritt S209).Next, the power conversion device 5 calculates the temperature of the base plate based on the temperature of the cooling water (step S208). Also, the power conversion device 5 calculates the temperature of the heat generating elements based on the temperature of the base plate (step S209).

Die Stromwandlervorrichtung 5 kompensiert anhand der Differenz zwischen der berechneten Temperatur und der Erfassungstemperatur die Wärmemenge (Schritt S210).The current transformer device 5 compensates the amount of heat based on the difference between the calculated temperature and the detection temperature (step S210).

Dabei beurteilt die Stromwandlervorrichtung 5, ob eine Konvergenzbedingung erfüllt ist (Schritt S211). Wenn die Stromwandlervorrichtung 5 urteilt, dass die Konvergenzbedingung erfüllt ist (Ja in Schritt S211), so endet die Verarbeitung. Wenn die Stromwandlervorrichtung 5 urteilt, dass die Konvergenzbedingung nicht erfüllt ist (Nein in Schritt S211), so kehrt sie zu Schritt S204 zurück und wiederholt die Verarbeitung.At this time, the power conversion device 5 judges whether a convergence condition is satisfied (step S211). If the power conversion device 5 judges that the convergence condition is satisfied (Yes in step S211), the processing ends. If the power conversion device 5 judges that the convergence condition is not satisfied (No in step S211), it returns to step S204 and repeats the processing.

Die Konvergenzbedingung beinhaltet beispielsweise, dass die Häufigkeit der Ausführung von Schritt S210 einen bestimmten Wert erreicht, dass die Verarbeitungsdauer eine festgelegte Zeit erreicht oder überschreitet oder die Kompensationsgröße einen Schwellenwert unterschreitet oder dergleichen.The convergence condition includes, for example, that the frequency of execution of step S210 reaches a certain value, that the processing time reaches or exceeds a specified time, or that the compensation amount falls below a threshold value, or the like.

Im Allgemeinen liegt in der Wärmeerzeugung der Elemente der Phasen U, V und W eines Umrichters während einer Blockierung oder einer Drehung des Motors bei niedriger Drehzahl eine Unausgewogenheit vor. Bei Blockierung des Motors fließt in den Elementen einer Phase mehr Strom als in den Elementen der übrigen beiden Phasen, weshalb sich die erzeugte Wärmemenge auf eine Phase konzentriert. Wenn die Elemente der Umrichterhauptschaltung eng nebeneinander angeordnet sind, ergibt sich gegenüber der Drehung des Motors mit ausreichend hoher Drehzahl eine Veränderung der Übertragungsweise der Wärme auf das Kühlwasser, weshalb es vorkommt, dass die Schätzgenauigkeit der Temperatur an Übergängen der Elemente der Umrichterhauptschaltung abnimmt.In general, there is an imbalance in the heat generation of the U, V and W phase elements of an inverter during stalling or when the motor is rotating at low speed. When the motor is stalled, heat flows into the elements of one phase than in the elements of the other two phases, which is why the amount of heat generated is concentrated in one phase. If the elements of the main converter circuit are arranged close to each other, the method of transferring heat to the cooling water changes compared to the rotation of the motor at a sufficiently high speed, which is why the accuracy of estimating the temperature at the junctions of the elements of the main converter circuit decreases.

In der zweiten Ausführungsform wird die Übertragungsweise der Wärme auf das Kühlwasser modelliert, wodurch die Schätzgenauigkeit der Temperatur der Wärmeerzeugungselemente erhöht wird. In der zweiten Ausführungsformsind die Knoten nicht nur in den Hochtemperaturteilen benachbart zu den Wärmeerzeugungselemente, sondern auch in den Niedrigtemperaturteile angeordnet, sodass die Schätzgenauigkeit der Temperatur der Wärmeerzeugungselemente erhöht wird.In the second embodiment, the manner of transferring heat to the cooling water is modeled, thereby increasing the estimation accuracy of the temperature of the heat generating elements. In the second embodiment, the nodes are arranged not only in the high-temperature parts adjacent to the heat generating elements but also in the low-temperature parts, so that the estimation accuracy of the temperature of the heat generating elements is increased.

Bei einer Verfahrensweise, bei der der Schätzwert eines Temperatursensors und ein tatsächlicher Sensorwert verglichen werden und durch Einrichten eines Beobachters, der die auftretenden Verluste bzw. die Temperatur der einzelnen Teile des Wärmemodells korrigiert, die Temperatur der Elemente präzise geschätzt wird, funktioniert die Korrektur nicht, wenn die Temperaturschätzgenauigkeit des Temperatursensors gering ist. Wenn dagegen gemäß der zweiten Ausführungsform die Schätzgenauigkeit der Temperatur der Wärmeerzeugungselemente erhöht wird, wird eine einwandfreie Korrekturfunktion erzielt.In a method of comparing the estimated value of a temperature sensor and an actual sensor value and accurately estimating the temperature of the elements by setting up an observer that corrects the losses occurring or the temperature of each part of the heat model, the correction does not work when the temperature estimation accuracy of the temperature sensor is low. On the other hand, according to the second embodiment, when the estimation accuracy of the temperature of the heat generating elements is increased, a proper correction function is achieved.

Gemäß der Stromwandlervorrichtung 5, wie in 14 gezeigt, der zweiten Ausführungsform muss der Temperatursensor 504 nicht eng an den Wärmeerzeugungselementen anliegen. Auch können gemäß der Stromwandlervorrichtung 5 die Wärmemenge und die Temperatur an beliebigen Positionen der einzelnen Stellen der Stromwandlervorrichtung 5 geschätzt werden.According to the current transformer device 5 as shown in 14 As shown in FIG. 1, the temperature sensor 504 does not need to be closely attached to the heat generating elements. Also, according to the power conversion device 5, the heat quantity and the temperature at arbitrary positions of the individual parts of the power conversion device 5 can be estimated.

[Dritte Ausführungsform][Third Embodiment]

In einer dritten Ausführungsform wird außerdem ein Wasserkanal durch das Wärmemodell modelliert. In der dritten Ausführungsform werden die Dichte ρ und die spezifische Wärme c, die Parameter von Formel (1) sin, der Temperatur des Kühlwassers entsprechend berechnet.In a third embodiment, a water channel is also modeled by the thermal model. In the third embodiment, the density ρ and the specific heat c, the parameters of formula (1) sin, are calculated according to the temperature of the cooling water.

20 ist eine Ansicht eines Beispiels der Konfiguration der Temperaturschätzeinheit gemäß der dritten Ausführungsform. Wie in 20 gezeigt, weist die Temperaturschätzeinheit 622 der dritten Ausführungsform zusätzlich zu den Konfigurationselementen der Temperaturschätzeinheit der zweiten Ausführungsform eine Einheit 6225 zum Berechnen der physikalischen Werte des Kältemittels auf. 20 is a view of an example of the configuration of the temperature estimation unit according to the third embodiment. As in 20 As shown, the temperature estimation unit 622 of the third embodiment includes, in addition to the configuration elements of the temperature estimation unit of the second embodiment, a unit 6225 for calculating the physical values of the refrigerant.

Die Einheit 6225 zum Berechnen der physikalischen Werte des Kältemittels berechnet physikalische Werte des Kühlwassers. Bei den physikalischen Werten handelt es sich um die Dichte ρ und die spezifische Wärme c. Die Einheit 6225 zum Berechnen der physikalischen Werte des Kältemittels berechnet die Dichte ρ und die spezifische Wärme c mithilfe einer Tabelle, in der die Wassertemperatur mit der Dichte und der spezifischen Wärme in Beziehung gesetzt ist, anhand der durch die Kältemitteltemperaturberechnungseinheit 6222 berechneten Wassertemperatur. Die durch die Einheit 6225 zum Berechnen der physikalischen Werte des Kältemittels berechnete Dichte ρ und spezifische Wärme c werden als Parameter der Formel (1) verwendet.The refrigerant physical value calculation unit 6225 calculates physical values of the cooling water. The physical values are the density ρ and the specific heat c. The refrigerant physical value calculation unit 6225 calculates the density ρ and the specific heat c using a table relating the water temperature to the density and the specific heat, from the water temperature calculated by the refrigerant temperature calculation unit 6222. The density ρ and the specific heat c calculated by the refrigerant physical value calculation unit 6225 are used as parameters of the formula (1).

In der dritten Ausführungsform ist das Wärmemodell der Form des Wasserkanals entsprechend konfiguriert. Konkret drückt das Wärmemodell den Wärmewiderstand aufgrund des Wärmetransports entsprechend der Form des Wasserkanals des Kühlwassers aus.In the third embodiment, the thermal model is configured according to the shape of the water channel. Specifically, the thermal model expresses the thermal resistance due to heat transport according to the shape of the water channel of the cooling water.

Wasserkanäle unterschiedlicher Form schließen beispielsweise gewundene Wasserkanäle und gerade Wasserkanäle ein. 21 ist eine erläuternde Ansicht eines gewundenen Wasserkanals. 22 ist eine erläuternde Ansicht eines geraden Wasserkanals. In 21 und 22 ist die Anzeigeform von Wärmekapazitäten (Knoten) unmittelbar unterhalb eines Wärmeerzeugungselements und nicht zu einem Wärmeerzeugungselement benachbart Wärmekapazitäten (Knoten) geändert.Water channels of different shapes include, for example, winding water channels and straight water channels. 21 is an explanatory view of a winding water channel. 22 is an explanatory view of a straight water channel. In 21 and 22 the display form of heat capacities (nodes) immediately below a heat generating element and not adjacent to a heat generating element is changed.

Die Kältemitteltemperaturberechnungseinheit 6222 berechnet die Wassertemperatur auf Grundlage eines Wärmemodells, das Temperaturknoten des Kältemittels und Temperaturknoten des Gehäusekörpers des Wasserkanal einschließt.The refrigerant temperature calculation unit 6222 calculates the water temperature based on a thermal model including temperature nodes of the refrigerant and temperature nodes of the housing body of the water channel.

Das Wärmemodell weist eine Konvektionsverbindung von zwei Punkten zwischen dem Wärmeerzeugungselement, dem Träger oder der Grundplatte und dem Kältemittel auf, wobei die Konvektionsverbindung von zwei Punkten den Temperaturknoten des Kältemittels unmittelbar unterhalb des Temperaturknotens des Wärmeerzeugungselements, des Trägers oder der Grundplatte und den Temperaturknoten des Wärmeerzeugungselements, des Trägers oder der Grundplatte beinhaltet, der mit den beiden Temperaturknoten des Kältemittels eins weiter stromaufwärts verbunden ist.The thermal model comprises a two-point convection connection between the heat generating element, the carrier or the base plate and the refrigerant, the two-point convection connection including the refrigerant temperature node immediately below the heat generating element, the carrier or the base plate temperature node and the heat generating element, the carrier or the base plate temperature node connected to the two refrigerant temperature nodes one further upstream.

Wie in 21 und 22 gezeigt, unterscheiden sich bei dem Wärmewiderstand aufgrund des Wärmetransports zwischen den Knoten Richtung und Position je nach Form des Wasserkanals.As in 21 and 22 shown, differ in thermal resistance due to the heat metransports between the nodes direction and position depending on the shape of the water channel.

Anhand von 23 wird ein Verarbeitungsablauf der Stromwandlervorrichtung 5 der dritten Ausführungsform beschrieben. 19 ist ein Ablaufdiagramm, das den Verarbeitungsablauf der Stromwandlervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.Based on 23 A processing flow of the power conversion device 5 of the third embodiment will be described. 19 is a flowchart showing the processing flow of the power conversion device according to the second embodiment.

Wie in 23 gezeigt, erfasst die Stromwandlervorrichtung 5 zunächst den Dreiphasenstromwert (Schritt S301). Die Stromwandlervorrichtung 5 erfasst die Drehzahl des Motors 71 (Schritt S302). Dann berechnet die Stromwandlervorrichtung 5 anhand des Dreiphasenstromwerts und der Drehzahl des Motors 71 den Verlust an elektrischer Energie (Wärmemenge) (Schritt S303).As in 23 , the power conversion device 5 first detects the three-phase current value (step S301). The power conversion device 5 detects the rotational speed of the motor 71 (step S302). Then, the power conversion device 5 calculates the electric energy loss (heat amount) based on the three-phase current value and the rotational speed of the motor 71 (step S303).

Als Nächstes erfasst die Stromwandlervorrichtung 5 die Durchflussmenge des Kühlwassers (Schritt S304). Dann berechnet die Stromwandlervorrichtung 5 anhand der Durchflussmenge und der geschätzten Kühlwassertemperatur den Wärmewiderstandswert des Wärmemodells (Schritt S305).Next, the power conversion device 5 detects the flow rate of the cooling water (step S304). Then, the power conversion device 5 calculates the thermal resistance value of the thermal model based on the flow rate and the estimated cooling water temperature (step S305).

Anschließend berechnet die Stromwandlervorrichtung 5 die physikalischen Werte des Kühlwassers (Schritt S306-1). Die Stromwandlervorrichtung 5 erfasst anhand der berechneten physikalischen Werte die Einlasstemperatur des Kühlwassers (Schritt S306-2). Dann berechnet die Stromwandlervorrichtung 5 anhand der Einlasstemperatur die Temperatur des Kühlwassers (Schritt S307).Then, the power conversion device 5 calculates the physical values of the cooling water (step S306-1). The power conversion device 5 detects the inlet temperature of the cooling water based on the calculated physical values (step S306-2). Then, the power conversion device 5 calculates the temperature of the cooling water based on the inlet temperature (step S307).

Als Nächstes berechnet die Stromwandlervorrichtung 5 anhand der Temperatur des Kühlwassers die Temperatur der Grundplatte (Schritt S308). Auch berechnet die Stromwandlervorrichtung 5 anhand der Temperatur der Grundplatte die Temperatur der Wärmeerzeugungselemente (Schritt S309).Next, the power conversion device 5 calculates the temperature of the base plate based on the temperature of the cooling water (step S308). Also, the power conversion device 5 calculates the temperature of the heat generating elements based on the temperature of the base plate (step S309).

Die Stromwandlervorrichtung 5 kompensiert anhand der Differenz zwischen der berechneten Temperatur und der Erfassungstemperatur die Wärmemenge (Schritt S310).The current transformer device 5 compensates the amount of heat based on the difference between the calculated temperature and the detection temperature (step S310).

Dabei beurteilt die Stromwandlervorrichtung 5, ob eine Konvergenzbedingung erfüllt ist (Schritt S311). Wenn die Stromwandlervorrichtung 5 urteilt, dass die Konvergenzbedingung erfüllt ist (Ja in Schritt S311), so endet die Verarbeitung. Wenn die Stromwandlervorrichtung 5 urteilt, dass die Konvergenzbedingung nicht erfüllt ist (Nein in Schritt S311), so kehrt sie zu Schritt S304 zurück und wiederholt die Verarbeitung.At this time, the power conversion device 5 judges whether a convergence condition is satisfied (step S311). If the power conversion device 5 judges that the convergence condition is satisfied (Yes in step S311), the processing ends. If the power conversion device 5 judges that the convergence condition is not satisfied (No in step S311), it returns to step S304 and repeats the processing.

Je nach Form des Kühlkanals kann es zu unbeabsichtigten Anstiegen und Abfällen der Wassertemperatur kommen. Wenn der Kühlwasserkanal beispielsweise gewunden ist, so kommt es vor, dass bei Diskrepanzen zwischen benachbarten Wassertemperaturen aufgrund der Übergabe von Wärmedurchfluss von der Wasserwand die Schätzgenauigkeit der Wassertemperatur sinkt.Depending on the shape of the cooling channel, unintended increases and decreases in water temperature may occur. For example, if the cooling water channel is tortuous, discrepancies between adjacent water temperatures may occur due to the transfer of heat flow from the water wall, which may cause the water temperature estimation accuracy to decrease.

Der Wasserkanal wird aus mehreren Richtungen erwärmt, sodass bei großer Wärmemenge keine Temperaturgrenzschicht vorliegt und es zu Diskrepanzen in der Wassertemperaturverteilung kommt. Daher kommt es vor, dass die Schätzgenauigkeit der Temperatur der Grundplatte, die anhand der Wassertemperatur berechnet wird, und der Elementtemperatur abnimmt.The water channel is heated from multiple directions, so when there is a large amount of heat, there is no temperature boundary layer and there will be discrepancies in the water temperature distribution. Therefore, the estimation accuracy of the base plate temperature calculated from the water temperature and the element temperature will decrease.

In der dritten Ausführungsform ist die Wärme der Form des Wasserkanals entsprechend konfiguriert, sodass eine Abnahme der Schätzgenauigkeit verhindert werden kann.In the third embodiment, the heat is configured according to the shape of the water channel, so that a decrease in the estimation accuracy can be prevented.

Die offenbarten Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht als beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen. Tatsächlich lassen sich die obenstehenden Ausführungsformen auf vielfältige Weise umsetzen. Die obenstehenden Ausführungsformen können unterschiedlichen Weglassungen, Ersetzungen und Änderungen unterzogen werden, ohne vom Umfang und Wesen der beigefügten Ansprüche abzuweichen.The disclosed embodiments are to be considered in all respects as exemplary and not restrictive. Indeed, the above embodiments may be implemented in a variety of ways. The above embodiments may be subject to various omissions, substitutions and changes without departing from the scope and spirit of the appended claims.

Der Wärmewiderstand schließt hier den Wärmeleitwiderstand, den Wärmetransport und den Wärmekonvektionswiderstand ein. Der Wärmeleitwiderstand gibt die Wärmeübertragungswärme zwischen zwei unterschiedlichen Punkten aus Wärme erzeugendem Element, Grundplatte, Träger oder Kältemittel an. Der Wärmekonvektionswiderstand gibt die Wärmeübertragungswärme mittels Konvektion zwischen zwei unterschiedlichen Punkten aus Wärme erzeugendem Element, Grundplatte, Träger oder Kältemittel an.The thermal resistance here includes the thermal conduction resistance, the heat transport and the thermal convection resistance. The thermal conduction resistance indicates the heat transfer heat between two different points on the heat generating element, base plate, carrier or refrigerant. The thermal convection resistance indicates the heat transfer heat by means of convection between two different points on the heat generating element, base plate, carrier or refrigerant.

Aufgrund der Definition von Wärmeleitwiderstand und Wärmekonvektionswiderstand lässt sich der Betrieb der Wärmewiderstandsberechnungseinheit 6221 auch wie folgt ausdrücken. Die Wärmewiderstandsberechnungseinheit 6221 berechnet in einem Wärmemodell, das die Wärmeübertragung zwischen zwei verschiedenen Punkten unter Wärme erzeugendem Element, Grundplatte, Träger oder Kältemittel als Wärmeleitwiderstand, die Wärmeübertragung an zwei verschiedenen Punkten des Kältemittels als Wärmetransport und die Wärmeübertragung mittels Konvektion zwischen zwei verschiedenen Punkten unter Wärme erzeugendem Element, Grundplatte, Träger oder Kältemittel als Wärmekonvektionswiderstand ausdrückt, den Widerstandswert des Wärmewiderstands anhand der Durchflussmenge und der Temperatur des Kältemittels.Based on the definition of thermal conduction resistance and thermal convection resistance, the operation of the thermal resistance calculation unit 6221 can also be expressed as follows. The thermal resistance calculation unit 6221 calculates the resistance value of the thermal resistance based on the flow rate and the temperature of the refrigerant in a thermal model that expresses the heat transfer between two different points under the heat generating element, base plate, support or refrigerant as thermal conduction resistance, the heat transfer at two different points of the refrigerant as heat transport, and the heat transfer by convection between two different points under the heat generating element, base plate, support or refrigerant as thermal convection resistance.

Das Verfahren zum Schätzen der Temperatur mittels der Stromwandlervorrichtung 5 der zweiten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform kann auch auf das in der ersten Ausführungsform beschriebene Wärmemodell angewandt werden. Daher können anhand der einzelnen Ausführungsformen die folgenden Konfigurationen erzielt werden.The method of estimating the temperature by the power conversion device 5 of the second embodiment and the third embodiment can also be applied to the thermal model described in the first embodiment. Therefore, the following configurations can be achieved according to each embodiment.

(1) Dem Wärmemodell aus FIG. 3 entsprechende Konfiguration(1) Configuration corresponding to the heat model in FIG. 3

Die Steuervorrichtung 60 der Stromwandlervorrichtung 5 weist die Wärmemengenberechnungseinheit 621, die Kältemitteltemperaturberechnungseinheit 6222 und das Wärmemodell auf, das anhand von Wärmemenge, Durchflussmenge und Temperatur des Kältemittels die Temperatur der Wärmeerzeugungselemente berechnet, wobei das Wärmemodell einen ersten Knoten mit variabler Temperatur (301), einen ersten Wärmewiderstand (302), einen zweiten Wärmewiderstand (303), einen zweiten Knoten mit variabler Temperatur (304), einen dritten Wärmewiderstand (305), einen dritten Knoten mit variabler Temperatur (306), einen ersten massendurchflussabhängigen Wärmewiderstand (307), einen Referenztemperaturknoten (308), einen zweiten massendurchflussabhängigen Wärmewiderstand (309) und einen massendurchflussabhängigen Knoten mit variabler Temperatur (310) beinhaltet.The control device 60 of the power conversion device 5 has the heat quantity calculation unit 621, the refrigerant temperature calculation unit 6222 and the thermal model which calculates the temperature of the heat generating elements based on the heat quantity, flow rate and temperature of the refrigerant, wherein the thermal model includes a first variable temperature node (301), a first thermal resistance (302), a second thermal resistance (303), a second variable temperature node (304), a third thermal resistance (305), a third variable temperature node (306), a first mass flow dependent thermal resistance (307), a reference temperature node (308), a second mass flow dependent thermal resistance (309) and a mass flow dependent variable temperature node (310).

(2) Dem Wärmemodell aus FIG. 4 entsprechende Konfiguration(2) Configuration corresponding to the heat model in FIG. 4

Bei der Stromwandlervorrichtung 5 von (1) ist der Referenztemperaturknoten des Wärmemodells ein massendurchflussabhängiger Knoten mit variabler Temperatur. Das Wärmemodell weist ferner einen Kompensationsknoten (311) auf.In the power converter device 5 of (1), the reference temperature node of the thermal model is a mass flow dependent variable temperature node. The thermal model further comprises a compensation node (311).

(3) Dem Wärmemodell aus FIG. 8 entsprechende Konfiguration(3) Configuration corresponding to the heat model in FIG. 8

Bei der Stromwandlervorrichtung 5 von (1) weist das Wärmemodell ferner einen Kompensationsknoten (311) auf.In the current transformer device 5 of (1), the thermal model further comprises a compensation node (311).

(4) Dem Wärmemodell aus FIG. 9 entsprechende Konfiguration(4) Configuration corresponding to the heat model in FIG. 9

Bei der Stromwandlervorrichtung 5 von (1) weist das Wärmemodell ferner einen ersten Kompensationsknoten (311) und einen zweiten Kompensationsknoten (331) auf.In the power conversion device 5 of (1), the thermal model further comprises a first compensation node (311) and a second compensation node (331).

(5) Dem Wärmemodell aus FIG. 10 entsprechende Konfiguration(5) Configuration corresponding to the heat model in FIG. 10

Bei der Stromwandlervorrichtung 5 von (1) ist der Referenztemperaturknoten des Wärmemodells ein massendurchflussabhängiger Knoten mit variabler Temperatur. Das Wärmemodell weist ferner einen Kompensationsknoten (311) und ein Filter (341) auf, das eine Wärmemengenübertrageungskoeffizienten simuliert.In the power converter device 5 of (1), the reference temperature node of the thermal model is a mass flow dependent variable temperature node. The thermal model further comprises a compensation node (311) and a filter (341) that simulates a heat transfer coefficient.

(6) Dem Wärmemodell aus FIG. 11 entsprechende Konfiguration(6) Configuration corresponding to the heat model in FIG. 11

Die Stromwandlervorrichtung 5 von (1) weist drei Wärmemodelle auf, wobei die drei Wärmemodell jeweils den drei Phasen entsprechen.The current transformer device 5 of (1) has three heat models, wherein the three heat models respectively correspond to the three phases.

Die Steuervorrichtung 60 der zweiten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform kann umgesetzt werden, in dem in einem Computer mit der anhand von 13 beschriebenen Konfiguration die Ausführung des unten unter (7) aufgeführten Programms bewirkt wird. In diesem Fall führt der Computer das Verfahren von (8) aus.The control device 60 of the second embodiment and the third embodiment can be implemented by integrating in a computer the 13 described configuration causes the execution of the program specified in (7) below. In this case, the computer executes the procedure of (8).

(7) Ein Programm zum Berechnen einer Temperatur bezüglich einer Stromwandlervorrichtung, die eine Grundplatte, einen auf der Grundplatte vorhandenen Träger, ein Wärmeerzeugungselement und einen Temperatursensor, die auf dem Träger vorhanden sind, und eine Steuereinheit aufweist und mit einer Last verbunden ist, gekennzeichnet durch:

einen Wärmemengenberechnungsablauf, der anhand von Informationen zu der Last eine Wärmemenge des Wärmeerzeugungselements berechnet,
einen Kältemitteltemperaturberechnungsablauf, der anhand einer Durchflussmenge eines das Wärmeerzeugungselement kühlenden Kältemittels eine Temperatur des Kältemittels berechnet,
einen Wärmewiderstandsberechnungsablauf, der anhand der Durchflussmenge und der Temperatur des Kältemittels in einem Wärmemodell, das die zwischen zwei verschiedenen Punkten unter dem Wärmeerzeugungselement, der Grundplatte, dem Träger und dem Kältemittel übertragene Wärme als Wärmewiderstand ausdrückt, einen Widerstandswert des Wärmewiderstands berechnet,
einen Grundplattentemperaturberechnungsablauf, der anhand der Wärmemenge und des Wärmewiderstands eine Temperatur der Grundplatte berechnet, und
einen Ablauf zum Berechnen der Temperatur des Wärmeerzeugungselements, der anhand der Wärmemenge und der Temperatur der Grundplatte eine Temperatur des Wärmeerzeugungselements berechnet.

(7) A program for calculating a temperature with respect to a power conversion device comprising a base plate, a carrier provided on the base plate, a heat generating element and a temperature sensor provided on the carrier, and a control unit and connected to a load, characterized by:

a heat quantity calculation process that calculates a heat quantity of the heat generating element based on information about the load,
a refrigerant temperature calculation process that calculates a temperature of the refrigerant based on a flow rate of a refrigerant cooling the heat generating element,
a thermal resistance calculation procedure that calculates a thermal resistance value based on the flow rate and temperature of the refrigerant in a thermal model that expresses the heat transferred between two different points under the heat generating element, the base plate, the support and the refrigerant as thermal resistance,
a base plate temperature calculation process that calculates a base plate temperature based on the heat quantity and the thermal resistance, and
a heat generating element temperature calculation process that calculates a temperature of the heat generating element based on the heat quantity and the temperature of the base plate.

(8) Ein Verfahren zum Berechnen einer Temperatur bezüglich einer Stromwandlervorrichtung, die eine Grundplatte, einen auf der Grundplatte vorhandenen Träger, ein Wärmeerzeugungselement und einen Temperatursensor, die auf dem Träger vorhanden sind, und eine Steuereinheit aufweist und mit einer Last verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass es:

einen Wärmemengenberechnungsschritt, in dem anhand von Informationen zu der Last eine Wärmemenge des Wärmeerzeugungselements berechnet wird,
einen Kältemitteltemperaturberechnungsschritt, in dem anhand einer Durchflussmenge eines das Wärmeerzeugungselement kühlenden Kältemittels eine Temperatur des Kältemittels berechnet wird,
einen Wärmewiderstandsberechnungsschritt, in dem anhand der Durchflussmenge und der Temperatur des Kältemittels in einem Wärmemodell, das die zwischen zwei verschiedenen Punkten unter dem Wärmeerzeugungselement, der Grundplatte, dem Träger und dem Kältemittel übertragene Wärme als Wärmewiderstand ausdrückt, ein Widerstandswert des Wärmewiderstands berechnet wird,
einen Grundplattentemperaturberechnungsschritt, in dem anhand der Wärmemenge und des Wärmewiderstands eine Temperatur der Grundplatte berechnet wird, und
einen Schritt zum Berechnen der Temperatur des Wärmeerzeugungselements, der anhand der Wärmemenge und der Temperatur der Grundplatte eine Temperatur des Wärmeerzeugungselements berechnet, durch einen Computer ausführt.

(8) A method for calculating a temperature with respect to a current transformer device, which comprises a base plate, a carrier provided on the base plate, a heat generating element and a temperature sensor provided on the carrier, and a control unit and is connected to a load, characterized in that it:

a heat quantity calculation step in which a heat quantity of the heat generating element is calculated based on information about the load,
a refrigerant temperature calculation step in which a temperature of the refrigerant is calculated based on a flow rate of a refrigerant cooling the heat generating element,
a thermal resistance calculation step in which a resistance value of the thermal resistance is calculated from the flow rate and the temperature of the refrigerant in a thermal model that expresses the heat transferred between two different points under the heat generating element, the base plate, the support and the refrigerant as thermal resistance,
a base plate temperature calculation step in which a temperature of the base plate is calculated based on the heat quantity and the thermal resistance, and
a heat generating element temperature calculating step that calculates a temperature of the heat generating element based on the heat quantity and the temperature of the base plate, by a computer.

ERLÄUTERUNG DER BEZUGSZEICHENEXPLANATION OF REFERENCE SIGNS

1, 21, 2: Schätzsystemestimation system
55: Stromwandlervorrichtungcurrent transformer device
1010: Umrichtervorrichtungconverter device
2020: Schätzvorrichtungestimator
2121: Ein- und Ausgabeeinheitinput and output unit
2222: Speichereinheitstorage unit
2323: Steuerabschnitttax section
5151: Umrichterhauptschaltungconverter main circuit
5252: Gate-Treiberschaltunggate driver circuit
5353: Stromversorgungsschaltungpower supply circuit
5454: Trägertemperaturerfassungseinheitcarrier temperature detection unit
6161: Motorsteuerabschnittengine control section
6262: Schätzeinheitestimation unit
6363: Herabsetzungssteuereinheitreduction control unit
6464: PWM-ErzeugungseinheitPWM generation unit
7171: MotorMotor
7272: Stromerfassungseinheitcurrent measurement unit
7373: Drehzahlerfassungseinheitspeed detection unit
8181: Strömungskanalflow channel
8282: Wärmesenkeheat sink
8383: Massendurchfluss- /Wassertemperaturerfassungseinheitmass flow/water temperature measurement unit
6060: Steuervorrichtungcontrol device
221221: Modellinformationenmodel information
231231: Berechnungsabschnittcalculation section
232232: Kompensationseinheitcompensation unit
233233: Wärmemengenberechnungseinheitheat quantity calculation unit
301, 304, 306, 351a, 351b, 351c, 353a, 353b, 353c, 521, 522, 523, 525, 531, 532, 533, 534, 535301, 304, 306, 351a, 351b, 351c, 353a, 353b, 353c, 521, 522, 523, 525, 531, 532, 533, 534, 535: Knoten mit variabler Temperaturnodes with variable temperature
302, 303, 305, 561, 562, 563, 564, 565, 566, 567, 568302, 303, 305, 561, 562, 563, 564, 565, 566, 567, 568: Wärmewiderstandthermal resistance
307, 309, 569, 570, 571, 572307, 309, 569, 570, 571, 572: massendurchflussabhängiger Wärmewiderstandmass flow-dependent thermal resistance
308, 352, 524308, 352, 524: Referenztemperaturknotenreference temperature node
308a, 310, 541, 542308a, 310, 541, 542: massendurchflussabhängiger Knoten mit variabler Temperaturmass flow dependent node with variable temperature
311, 331311, 331: Kompensationsknotencompensation node
341341: Filterfilter
401, 402401, 402: Erfassungstemperaturdetection temperature
501501: Stromschienebusbar
502502: IGBTIGBT
503503: FWDFWD
504504: Temperatursensortemperature sensor
505505: Stromschienebusbar
506506: Leiterplattecircuit board
507507: Grundplattebase plate
508508: RaumSpace
509509: Wärmesenkeheat sink
621621: Wärmemengenberechnungseinheitheat quantity calculation unit
622622: Temperaturschätzeinheittemperature estimation unit
23212321: Verhältnisberechnungseinheitratio calculation unit
23222322: PID-SteuereinheitPID control unit
62216221: Wärmewiderstandsberechnungseinheitthermal resistance calculation unit
62226222: Kältemitteltemperaturberechnungseinheitrefrigerant temperature calculation unit
62236223: Grundplattentemperaturberechnungseinheitbase plate temperature calculation unit
62246224: Wärmeerzeugungselementtemperaturberechnungseinheitheat generating element temperature calculation unit
62256225: Einheit zum Berechnen der physikalischen Werte des KältemittelsUnit for calculating the physical values of the refrigerant

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 2011-97812 A [0005]

Claims

A power conversion device comprising a base plate, a carrier provided on the base plate, a heat generating element and a temperature sensor provided on the carrier, and a control unit and connected to a load, characterized in that: the control unit comprises: a heat quantity calculation unit that calculates a heat quantity of the heat generating element based on information about the load, a refrigerant temperature calculation unit that calculates a temperature of the refrigerant based on a flow rate of a refrigerant cooling the heat generating element, a thermal resistance calculation unit that calculates a resistance value of the thermal resistance based on the flow rate and the temperature of the refrigerant in a thermal model that represents the heat transferred between two different points under the heat generating element, the base plate, the carrier and the refrigerant as thermal resistance, a base plate temperature calculation unit that calculates a temperature of the base plate based on the heat quantity and the thermal resistance, and a heat generating element temperature calculation unit that calculates a temperature of the base plate based on the heat quantity and the temperature of the base plate. heat generating element is calculated.

current transformer device according to claim 1 , further characterized by a compensation unit that compensates one or more of the heat amount, the temperature of the refrigerant, the flow rate and the thermal resistance based on the difference between the temperature of the position of the temperature sensor calculated by the base plate temperature calculation unit and the temperature detected by the temperature sensor.

current transformer device according to claim 1 or 2 , further characterized by a refrigerant property value calculation unit that calculates a physical value of the refrigerant, wherein the refrigerant temperature calculation unit calculates the temperature of the refrigerant based on the flow rate of the refrigerant, the temperature of the refrigerant, and the physical value of the refrigerant, wherein the thermal resistance calculation unit calculates the resistance value of the thermal resistance based on the flow rate and the temperature of the refrigerant in a thermal model that expresses heat transfer between the two points and heat transport due to the flow of the refrigerant as thermal resistance.

Current transformer device according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the base plate temperature calculation unit calculates the temperature of a location which is not adjacent to the heat generating element of the base plate.

Current transformer device according to one of the Claims 3 or 4 , characterized in that the refrigerant temperature calculation unit calculates the water temperature based on a thermal model including temperature nodes of the refrigerant and temperature nodes of a housing body of a water channel.

current transformer device according to claim 5 , characterized in that the thermal model comprises a two-point convection connection between the heat generating element, the carrier or the base plate and the refrigerant, the two-point convection connection including the temperature node of the refrigerant immediately below the temperature node of the heat generating element, the carrier or the base plate and the temperature node of the heat generating element, the carrier or the base plate which is connected to the two temperature nodes of the refrigerant one further upstream.

A power conversion device comprising a base plate, a carrier on the base plate, a heat generating element and a temperature sensor provided on the carrier, and a control unit and connected to a load, characterized in that: the control unit comprises: a heat quantity calculation unit that calculates a heat quantity of the heat generating element based on information about the load, a refrigerant temperature calculation unit that calculates a temperature of the refrigerant based on a flow rate of a refrigerant cooling the heat generating element, and a thermal model that calculates the temperature of the heat generating element based on the heat quantity, the flow rate and the temperature of the refrigerant, wherein the thermal model comprises a first variable temperature node, a first thermal resistance, a second thermal resistance, a second variable temperature node, a third thermal resistance, a third variable temperature node, a first mass flow-dependent thermal resistance, a reference temperature node, a second mass flow-dependent thermal resistance and includes a mass flow dependent variable temperature node.

current transformer device according to claim 7 , characterized in that the heat model further comprises a compensation node.

current transformer device according to claim 7 , characterized in that the reference temperature node is a mass flow dependent variable temperature node, the thermal model further comprising a compensation node and a filter simulating a heat transfer coefficient.

current transformer device according to claim 5 , characterized in that it has three heat models, wherein the three heat models each correspond to three phases.

An estimation program that, on a power conversion device, uses a model expressing thermal resistance between target positions that includes a thermal resistance between the position of a heat generating element and the position of a temperature sensor on the converter device, or a model expressing thermal resistance and mass flow rate of a heat dissipation section, to cause a computer to execute a calculation process that calculates respective temperatures of the target positions based on the heat quantity of the heat generating element or the heat quantity of the heat generating element and the mass flow rate of the heat dissipation section, and a compensation process that compensates the heat quantity of the target positions based on the difference between the temperature of the temperature sensor position calculated in the calculation process and the temperature detected by the temperature sensor.

estimation program according to claim 11 , characterized in that the position of the temperature sensor includes a position on a carrier which is not adjacent to the heat generating element.

estimation program according to claim 11 or 12 , characterized in that the temperature of the respective target positions is calculated on the basis of the temperature calculated with the amount of heat compensated in the compensation process.

Estimation program according to one of the Claims 11 until 13 , characterized in that the compensation process adds a value from multiplying a PID correction amount for the difference by a loss ratio of the heat generating element in the vicinity of the first position, the ratio of the thermal resistance from the first position to the temperature sensor, or the ratio between the temperature of the first position and the temperature of the heat generating element to the heat amount of the heat generating element at the first position.

Estimation program according to one of the Claims 11 until 13 , characterized in that the compensation process adds the value of multiplying a correction amount for the difference by a loss ratio of the heat generating element in the vicinity of the first position, a ratio of the thermal resistance from the first position to the temperature sensor, or a ratio between the temperature of the first position and the temperature of the heat generating elements to the heat amount of the heat generating element at the first position.

Estimation program according to one of the Claims 11 until 15 , characterized in that the calculation process calculates the respective temperatures of the target positions using a model expressing the thermal resistance including the thermal resistance between two positions selected from target positions including the position of the heat generating element, that is, a switching element or a freewheeling diode, a location not adjacent to the heat generating element, an end point position of a heat dissipation portion provided on the power conversion device, and the position of a temperature sensor.

estimation program according to claim 16 , characterized in that the location not adjacent to the heat generating element includes a location that is not a hot spot formed by heat generated by dissipating the heat generated from the heat generating element at the heat dissipation portion.

Estimation program according to one of the Claims 11 until 17 , characterized in that the calculation process calculates the respective temperatures of the target positions using the model based on the heat quantity of the heat generating element and a reference temperature set for at least one of the target positions.

Estimation program according to one of the Claims 11 until 18 , characterized in that the calculation process filters the heat quantity of the heat generating element entered into the model and thus calculates a sum of the heat quantities in the model and, based on the heat quantity of the heat generating element entered into the model, element and the sum of the heat quantity, the temperature of the respective target positions is calculated.

An estimation method using a model expressing thermal resistance between target positions including a thermal resistance between the position of a heat generating element and the position of a temperature sensor on the inverter device or a model expressing thermal resistance and mass flow rate of a heat dissipation section on a power conversion device, characterized by : a calculation step of calculating the respective temperatures of the target positions based on the heat quantity of the heat generating element or the heat quantity of the heat generating element and the mass flow rate of the heat dissipation section, and a compensation step of compensating the heat quantity of the target positions based on the difference between the temperature of the temperature sensor position calculated in the calculation process and the temperature detected by the temperature sensor.