用于确定冷却剂的目标体积流量的方法与流程

1.本发明涉及一种用于确定为了对变流器进行冷却而被引导经过冷却剂路径的冷却剂的目标体积流量的方法，以及一种用于执行该方法的计算单元和一种用于执行该方法的计算机程序。


背景技术：

2.电机尤其在车辆、尤其是混合动力车辆或电动车辆中使用时可以借助于变流器来运行。尤其是，在这种情况下能够实现电动机运行和发电机运行。由于在此形成的由变流器中的损耗功率、在该变流器处尤其是半导体开关元件或功率半导体的损耗功率所导致的热量，适宜的是：借助于冷却剂、例如水来对这种变流器进行冷却。


技术实现要素：

3.按照本发明，提出了具有专利独立权利要求的特征的一种用于确定目标体积流量的方法以及一种用于执行该方法的计算单元和一种用于执行该方法的计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求以及随后的描述的主题。
4.本发明涉及一种用于确定为了对变流器进行冷却而被引导经过冷却剂路径的冷却剂的目标体积流量的方法。这种变流器尤其可以是逆变器或换流器。如已经提及的那样，这种变流器通常具有半导体开关元件，尤其是如mosfet或igbt那样的功率半导体，以便将电压例如从直流电压转换成交变电压并且反过来从交变电压转换成直流电压。根据要借助于变流器来操控的电机以及还有变流器本身的类型，尤其是在整体上高功率、也就是说高电流的情况下可能由于相对应的损耗功率而发生半导体开关元件以及借此变流器的强烈发热。
5.在此，这种电机尤其可以在车辆、尤其是混合动力车辆或（纯）电动车辆中使用。
6.因而，通常在这种变流器的情况下或一般来说在功率电子设备的情况下提供冷却装置或用于冷却的可能性。例如，为此可以使用散热器，半导体开关元件以及必要时其它重要组件布置在该散热器上，并且冷却剂在冷却剂路径中沿着该散热器被引导，以便散发所形成的热量。冷却剂尤其可以是液体，如水或者水-乙二醇混合物。在此，散热器可具有散热片或类似物，这些散热片位于冷却剂路径中，以便能够尽可能高效地散发所形成的热量。
7.为了有针对性地并且尽可能高效地操控相对应的冷却剂泵，借助于该冷却剂泵沿着冷却剂路径来对冷却剂进行泵送或引导，需要了解冷却剂的必要的体积流量、即目标体积流量。即，一方面变流器不应超过一定温度，也就是说该变流器应该被保护以防过热，为此需要足够高的体积流量；但是另一方面也不希望提供冷却剂的不必要地高的体积流量，为此需要不必要的能量来运行冷却剂泵。
8.为了确定适合的目标体积流量，能够确定半导体开关元件的温度或者借此产生的并且要散发的热量。接着，可以据此确定适合的目标体积流量。但是，现在已经表明：通过考虑变流器的中间电路电容器及其温度也能够特别精确地确定冷却剂的目标体积流量。
9.因而，在所提出的方法中，确定变流器的中间电路电容器的温度和冷却剂的温度。中间电路电容器的温度例如可以借助于相对应的温度传感器直接在中间电路电容器处被测量（或被建模）。冷却剂的温度例如可以借助于温度传感器在冷却剂路径的入口处被测量（或被建模）。但是，也可设想的是在冷却剂回路中的其它、适合的部位处测量冷却剂的温度，但是优选在上游并且尤其是在变流器的冷却剂路径附近测量冷却剂的温度。
10.接着，基于中间电路电容器的温度和冷却剂的温度，确定目标体积流量的值。后者优选地通过如下方式来实现：首先确定在中间电路电容器的温度与冷却剂的温度之间的温度差，并且接着基于该温度差和冷却剂的温度来确定目标体积流量的值。适宜地，接着基于所确定的目标体积流量来操控或调节用于该冷却剂的冷却剂泵。针对例如半导体的目标体积流量可以是单独的函数并且因此与电容器无关。然而，针对变流器或逆变器的目标体积流量是电容器、半导体和其它温度模型的最大函数。
11.依据中间电路电容器——所述中间电路电容器尤其可以是薄膜电容器——与冷却剂的温度之间的温度差，可以特别容易确定冷却剂的体积流量必须或应该多高以便确实能够将所要散发的热量散发出去。在此，该温度差说明了要散发多少热量，冷却剂的温度说明了冷却剂还能够吸收多少热量。这样，与较冷的冷却剂相比，已经非常热的冷却剂通常可以（单位体积或质量）吸收——并且散发——更少的热量。相对应地，在较热的冷却剂的情况下的体积流量应该高于在冷的冷却剂的情况下。
12.在此，对目标体积流量的确定可以——一方面基于在中间电路电容器的温度与冷却剂的温度之间的温度差并且另一方面基于冷却剂的温度——尤其是依据综合特性曲线来实现。在该综合特性曲线处，例如可以针对所提到的两个参量的不同的值分别寄存目标体积流量的适合的值。这些值可以事先在测试测量和/或模拟的框架内已经被确定。
13.现在，特别优选的是：确定变流器中的电流的至少一个值。接着，根据中间电路电容器的温度和冷却剂的温度（或该温度差和冷却剂的温度），首先可以尤其是依据所提及的综合特性曲线来确定或查明目标体积流量的中间值，该中间值接着基于该电流的至少一个值来被适配、尤其是被缩放并且接着被用作目标体积流量的值。
14.在此，尤其考虑在变流器的中间电路中的电流的值和/或相电流的值，作为变流器中的电流的该至少一个值。不仅中间电路中的电流而且相电流都是表征变流器的当前运行状态的参量，尤其是关于当前的损耗功率和借此所形成的并且要散发的热量。但是，这尤其也适用于所形成的并且要散发的热量的未来发展。即，如果电流仅是微小的，则可以假定：所形成的并且要散发的热量将减少。因而，也可以将目标体积流量选择得更小。相对应地，在高电流的情况下，目标体积流量可以被选择得更高或者不那么小。借此，冷却的效率可以进一步提高，直至达到至少暂时、例如在变流器不工作的情况下完全关闭冷却剂泵并且这样一并节省能量并且减少排放的目标为止。
15.适宜地，以特定的时间间隔来重复地、尤其是定期地确定目标体积流量或该目标体积流量的当前值。那么，在这种情况下优选的是：根据变流器中的电流的变化来指定连续两次确定目标体积流量的值的时间间隔。尤其可以使用两个上文已经提及的电流之一、即中间电路中的电流或者相电流，作为变流器中的电流。也可设想的是使用两个电流，其中接着两者都可以被考虑并且根据情况来选择其中一个。
16.在这种情况下适宜的是：与在变流器中的电流降低（即负梯度）的情况下相比，在
变流器中的电流升高（即正梯度）的情况下指定更长的时间间隔。以这种方式可以实现：当发生可能的不利的热效应时，例如可以避免后加热。发热通常稍快于冷却，因此应该在它们之间进行区分。为了也不形成过于强烈的后加热效应，在冷却时，体积流量适宜地被缓慢改变，而在发热时应该需要相对迅速地高的体积流量。
17.按照本发明的计算单元、例如机动车或控制单元的控制设备或者电机的功率电子设备，尤其是以程序技术方式被设立为执行按照本发明的方法。
18.尤其是当进行实施的控制设备还被用于其它任务并且因而总归存在时，按照本发明的方法的以具有用于执行所有方法步骤的程序代码的计算机程序或计算机程序产品的形式的实现方案也是有利的，因为这引起了特别低的成本。尤其是，适合于提供该计算机程序的数据载体是磁存储器、光存储器和电存储器，诸如硬盘、闪速存储器、eeprom、dvd以及其它等等。通过计算机网络（因特网、内联网等等）来下载程序也是可行的。
19.本发明的其它优点和设计方案从描述以及随附的附图中得到。
20.本发明依据实施例在附图中示意性示出并且在下文参考附图予以描述。
附图说明
21.图1示意性示出了变流器，其中能执行按照本发明的方法。
22.图2示出了图1中的以另一图示的变流器。
23.图3示意性示出了按照本发明的在一个优选的实施方式中的方法的流程。
具体实施方式
24.在图1中示意性示出了示例性地被设计成b6桥的变流器110，其中能执行按照本发明的方法并且该变流器用于操控电机100。
25.变流器110具有两个直流电压连接端131、132，这两个直流电压连接端以常见方式、除了例如被设计成薄膜电容器的中间电路电容器135之外与示例性地六个半导体开关元件120、例如mosfet或igbt连接。电机100的相（定子绕组）连接在这些半导体开关元件120中的分别两个半导体开关元件之间。
26.在这一点上应指出：变流器不仅可以作为逆变器来运行而且可以作为整流器来运行，使得该电机整体上不仅能以电动机方式运行而且能以发电机方式运行。
27.此外，变流器110以其直流电压连接端131、132连接到机载电网170、例如车辆中的机载电网上。进而通常有其它组件或耗电器连接到机载电网170上，然而这些其它组件或耗电器这里为了清楚起见未示出。
28.在变流器110运行期间，各个半导体开关元件120现在借助于操控电路或操控单元150以适合的方式来被操控，以断开或闭合。这例如使用特定的时钟频率来实现。在常见的操控的情况下，例如针对每个支路总是闭合一个开关并且断开另一个开关。在此，直流电压u
dc
被转换成交变电压，使得有相电流i在相中流动。
29.在此，变流器110以及可选地操控单元150可以共同形成用于电机100的功率电子设备140或者可以是这种功率电子设备的一部分。尤其也可以测量在变流器中的电流或通过电流以及电压。
30.在图2中以截面图示出了图1中的以另一图示的变流器110。尤其是，这里附加地示
出了具有多个散热片161的散热器160，半导体开关元件120布置或安装在该散热器的表面上（在该视图中，每个相只能看到一个半导体开关元件）。通过这些半导体开关元件120在散热器160上的适合的连接，可以实现从半导体开关120到散热器160的良好的热传递。还示出了中间电路电容器135，该中间电路电容器同样可以布置在散热器160上，以便能够实现有效冷却。
31.还示出了冷却剂路径164，该冷却剂路径例如通过在散热器160的与这些半导体开关元件120相反的一侧的适合的外壳来被界定，使得尤其是散热片161也位于该冷却剂路径中。冷却剂路径164具有入口162和出口163，使得通过箭头180来表示的冷却剂、例如水可以通过入口162流入并且通过出口163再次流出。以这种方式，可以将热量从散热器160释放到冷却剂180上。为了对冷却剂180进行泵送，可以使用冷却剂泵，该冷却剂泵示例性地用附图标记190来表示。
32.此外，不仅在冷却剂路径的入口162处而且在中间电路电容器135处都分别安装温度传感器181或182，借此可以测量在冷却剂路径的入口162处的冷却剂180的温度以及中间电路电容器135的温度。可以在这些半导体开关元件120处设置其它温度传感器183。
33.在图3中，示意性示出了按照本发明的在一个优选的实施方式中的方法的流程。首先，例如借助于参考图2所提及的温度传感器，确定或测量中间电路电容器的温度tc以及冷却剂的温度tk。
34.接着，根据温度tc和温度tk，可以按照公式δt=t
c-tk来求温度差δt。接着，基于温度差δt和冷却剂的温度tk，可以依据综合特性曲线k1来确定或查明冷却剂的目标体积流量的中间值v
̇z。为此，在该综合特性曲线k1中所寄存的值例如可以已经依据测试测量和/或模拟来被确定。同样可设想的是：该温度差不是显式地被确定或计算，而是在该综合特性曲线中所寄存的值相对应地直接被视为温度tc和tk。
35.此外，确定或者借助于相对应的传感器或测量装置来测量中间电路中的电流lz和/或相电流l
p
。接着，可以依据相应的综合特性曲线k1或k2来分别确定因子，借助于该因子可以对中间值v
̇z进行适配、尤其是缩小。在此适宜的是：只使用者两个因子中的一个，即尤其是引起更高的目标体积流量的那个因子，以便拦截可能的不确定性。接着，以这种方式来获得目标体积流量v
̇
，依据该目标体积流量可以操控冷却剂泵。
36.如已经提及的那样，该目标体积流量可以定期被确定，以便这样总是获得目标体积流量的当前必要的值，以便高效地运行冷却剂泵，也能够尽可能暂时切断该冷却剂泵。就这方面来说，也可以针对中间电路中的电流lz和/或相电流l
p
分别确定变化或者梯度δiz或δi
p
。如果在只有一个所确定的梯度的情况下该梯度为正，也就是说电流升高，则可以将在连续两次确定目标体积流量v
̇
的值之间的时间间隔δt设置为小的值，否则设置为大的值。在此，时间间隔适宜地通过所使用的模型的时间网格来被指定，例如可以每100ms调用函数一次。如果例如使用固定的转矩和固定的转速，然而使用两个不同的中间电路电压，则中间电路电流的梯度发生变化，使得必须散发更少或更多的热量。在符号不同的情况下，使用max函数，也就是说使用更大的值。