CN108548570A - 冷却液流量估计方法、温度估计方法、装置、***及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机驱动***监控技术领域，具体提供了一种冷却液流量估计方法、温度估计方法、装置、***及车辆，旨在解决如何准确测量应用于电机驱动***的冷却***中冷却液流量的技术问题。为此目的，本发明中的冷却液流量估计方法，能够基于传热学定律，并利用电机驱动***中位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的温度测量模块所测量温度之间的温度差值，以及位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的功率半导体器件的功率模块损耗，计算得到流经功率逆变模块的冷却液流量。基于上述步骤，无需增加额外的流量传感器，利用电机驱动***中已有的温度测量模块，即可得到冷却液流量。同时，本发明中的装置、***和车辆可以执行并实现上述步骤。
Description
技术领域
本发明涉及电机驱动***监控技术领域，具体涉及一种冷却液流量估计方法、温度估计方法、装置、***及车辆。
背景技术
电机驱动***作为电动汽车的核心设备，其主要包括功率转换器和控制器。具体地，电机能够高效率地将电能转化为机械能驱动车辆行驶，或者将机械能转化为电能进行再生制动并对车载储能装置进行充电。功率转换器用于将电池输出的电压和电流变换为(可以是直流变换，也可以是交流变换)向电机提供的特定电压和电流，功率转换器可以包括功率半导体模块(由大功率、快速响应的半导体器件组成)。控制器通过调节功率转换器的输出信号从而实现对电机的控制，以最终获得特定的转速和转矩。
电机、功率转换器和控制器在运行过程中产生的大量的热能，将会严重影响电机驱动***的正常工作和使用寿命。通常会采用液冷方式对电机驱动***散热，并根据冷却液流量和温度估计电机转子温度和功率半导体模块结温。
当前，可以在冷却回路中直接测量冷却液流量，也可以采用离线标定法等间接测量冷却液流量。具体地，在冷却回路中直接测量冷却液流量指的是，在冷却回路中安装流量传感器，从而通过流量传感器直接测量冷却回路中的冷却液流量，这种方法虽然能够准确测得冷却液流量，但是需要增加额外的机械结构，成本较高。离线标定法指的是，对冷却***中水泵的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)输入信号与冷却液流量输出值之间的对应关系标定后，通过查表得到当前PWM输入信号对应的冷却液流量。这种方法虽然无需增加额外的机械结构，但是在冷却回路发生故障，如气泡导致的实际流量减小时，测量误差将会增大。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决如何准确测量应用于电机驱动***的冷却***中冷却液流量的技术问题。为此目的，本发明提供了一种冷却液流量估计方法、温度估计方法、装置、***及车辆。
在第一方面，本发明中用于电机驱动***的冷却液流量估计方法包括如下步骤，其中，所述电机驱动***包括功率逆变模块和温度测量模块，所述功率逆变模块包括多个功率半导体器件，所述温度测量模块用于测量所述功率逆变模块中功率半导体器件的温度。
获取位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的温度测量模块所测量温度之间的温度差值；
获取位于所述冷却液流入侧与冷却液流出侧的功率半导体器件的功率模块损耗；
根据所述温度差值和功率模块损耗，计算流经所述功率逆变模块的冷却液流量。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
“根据所述温度差值和功率模块损耗，计算流经所述功率逆变模块的冷却液流量”的步骤具体包括：
按照下式所示的方法计算所述冷却液流量：
其中，所述F为流经功率逆变模块的冷却液流量，所述Ploss为所述功率模块损耗，所述k为预设的修正系数，所述ΔT为所述温度差值，所述c为冷却液比热容，所述ρ为冷却液密度。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
“根据所述温度差值和功率模块损耗，计算流经所述功率逆变模块的冷却液流量”的步骤之前包括：
在所述电机驱动***未产生转矩的情况下，将多个所述温度测量模块当前所测量温度的平均值作为所述冷却液的当前温度值，或者，将任一所述温度测量模块当前所测量的温度值作为所述冷却液的当前温度值；
获取所述冷却液的当前温度值所对应的冷却液比热容和冷却液密度。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
“根据所述温度差值和功率模块损耗，计算流经所述功率逆变模块的冷却液流量”的步骤之前包括：
在所述电机驱动***产生转矩的情况下，按照下式所示的方法计算所述冷却液的当前温度值：
获取所述当前温度值所对应的冷却液比热容和冷却液密度，并对当前的冷却液比热容和冷却液密度进行更新，以能够根据所述更新后的冷却液比热容和冷却液密度计算所述冷却液流量；
其中，所述Tcl(avg)为冷却液的平均温度值，所述Tcl(inlet)为冷却液流入侧冷却液的温度估计值。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
所述冷却液流入侧冷却液的温度估计值Tcl(inlet)的计算方法为：
基于预设的冷却液流量与热阻阻值的对应关系，并根据当前或前一次得到冷却液流量，获取所述功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间的热阻阻值；
根据所获取的热阻阻值，并按照下式所示的方法计算所述冷却液流入侧冷却液的温度估计值Tcl(inlet)：
Tcl(inlet)＝Tj-Rthjf×Pj
其中，所述Tj为所述功率半导体器件的结温，所述Rthjf为所述热阻阻值，所述Pj为功率半导体器件的功率模块损耗。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
“根据当前或前一次得到冷却液流量，获取所述功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间的热阻阻值”的步骤具体包括：
在所述电机驱动***产生恒定转矩的情况下，根据当前得到冷却液流量，获取所述功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间的热阻阻值；
在所述电机驱动***未产生恒定转矩的情况下，根据前一次得到冷却液流量，获取所述功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间的热阻阻值。
在第二方面，本发明中的冷却液流量估计方法，用于估计在冷却液管道内流动的冷却液流量，所述方法包括：
获取冷却液在冷却液流动路径上的第一点和第二点之间的温度差值；
获取进入所述第一点和所述第二点范围内冷却液体积的热功率；
获取冷却液的比热容和冷却液的密度；
基于所述温度差值、所述热功率、所述冷却液的比热容和所述冷却液的密度，计算冷却液的流量。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
所述获取冷却液在冷却液流动路径上的第一点和第二点之间的温度差值包括：
获取设置在对应所述第一点和所述第二点处温度测量模块测得的温度；
获取设置在对应所述第一点和所述第二点处功率半导体器件的功率损耗；
获取所述第一点和所述第二点处温度测量模块和冷却液之间的热阻阻值；
基于所述温度测量模块测得的温度、所述第一点和所述第二点处功率半导体器件的功率损耗以及所述热阻阻值确定冷却液在所述第一点和第二点之间的温度差值。
在第三方面，本发明中的第一种温度估计方法包括如下步骤：
利用上述技术方案所述的冷却液流量估计方法，计算在电机驱动***中冷却液流动路径上冷却液的流量；
根据所述冷却液流量估计方法计算的冷却液的流量，计算所述电机驱动***中功率半导体器件的结温。
在第四方面，本发明中的第二种温度估计方法包括如下步骤：
根据上述技术方案所述的冷却液流量估计方法，计算在电机驱动***中冷却液流动路径上冷却液的流量；
根据所述冷却液流量估计方法计算得到的冷却液的流量，计算电机转子的温度。
在第五方面，本发明中的电机驱动***包括如下结构：
功率转换器，设置于储能装置和电机之间，用于将储能装置的输出功率转换为电机的驱动功率，所述功率转换器周围设有用于冷却所述电机驱动***的冷却***的冷却液管道；
所述功率转换器包括至少两个功率半导体器件，所述两个功率半导体器件设置在所述冷却液管道在冷却液流动路径上的不同位置；
所述电机驱动***还包括温度测量装置，所述温度测量装置设置于所述功率半导体器件附近，用于测量所述功率半导体器件的温度。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
所述温度测量装置包括热敏电阻。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
所述功率转换器为功率逆变器，所述功率转换器包括三相全桥电路，所述三相全桥电路包括三个桥臂，所述三个桥臂的至少两个桥臂在所述冷却液管道的冷却液流动路径上处于不同位置，每个桥臂包含上下各一个功率半导体器件。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：
所述至少两个功率半导体器件的功率损耗相同。
在第六方面，本发明中的第一种种控制***包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在所述处理器上执行的计算机程序，所述计算机程序在被运行时适于执行上述技术方案所述的冷却液流量估计方法。
在第七方面，本发明中的第二种控制***包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在所述处理器上执行的计算机程序，所述计算机程序在被运行时适于执行上述技术方案所述的第一种温度估计方法。
在第八方面，本发明中的第三种控制***包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在所述处理器上执行的计算机程序，所述计算机程序在被运行时适于执行上述技术方案所述的第二种温度估计方法。
在第九方面，本发明中的车辆包括电机驱动***，并且该电机驱动***是上述技术方案所述的电机驱动***。
方案1、一种用于电机驱动***的冷却液流量估计方法，其特征在于，所述电机驱动***包括功率逆变模块和温度测量模块，所述功率逆变模块包括多个功率半导体器件，所述温度测量模块用于测量所述功率逆变模块中功率半导体器件的温度，所述方法包括：
获取位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的温度测量模块所测量温度之间的温度差值；
获取位于所述冷却液流入侧与冷却液流出侧的功率半导体器件的功率模块损耗；
根据所述温度差值和功率模块损耗，计算流经所述功率逆变模块的冷却液流量。
方案2、根据方案1所述的用于电机驱动***的冷却液流量估计方法，其特征在于，“根据所述温度差值和功率模块损耗，计算流经所述功率逆变模块的冷却液流量”的步骤具体包括：
按照下式所示的方法计算所述冷却液流量：
其中，所述F为流经功率逆变模块的冷却液流量，所述Ploss为所述功率模块损耗，所述k为预设的修正系数，所述ΔT为所述温度差值，所述c为冷却液比热容，所述ρ为冷却液密度。
方案3、根据方案1或2所述的用于电机驱动***的冷却液流量估计方法，其特征在于，“根据所述温度差值和功率模块损耗，计算流经所述功率逆变模块的冷却液流量”的步骤之前包括：
在所述电机驱动***未产生转矩的情况下，将多个所述温度测量模块当前所测量温度的平均值作为所述冷却液的当前温度值，或者将任一所述温度测量模块当前所测量的温度值作为所述冷却液的当前温度值；
获取所述冷却液的当前温度值所对应的冷却液比热容和冷却液密度。
方案4、根据方案1或2所述的用于电机驱动***的冷却液流量估计方法，其特征在于，“根据所述温度差值和功率模块损耗，计算流经所述功率逆变模块的冷却液流量”的步骤之前包括：
在所述电机驱动***产生转矩的情况下，按照下式所示的方法计算所述冷却液的当前温度值：
获取所述当前温度值所对应的冷却液比热容和冷却液密度，并对当前的冷却液比热容和冷却液密度进行更新，以能够根据所述更新后的冷却液比热容和冷却液密度计算所述冷却液流量；
其中，所述Tcl(avg)为冷却液的平均温度值，所述Tcl(inlet)为冷却液流入侧冷却液的温度估计值。
方案5、根据方案4所述的用于电机驱动***的冷却液流量估计方法，其特征在于，所述冷却液流入侧冷却液的温度估计值Tcl(inlet)的计算方法为：
基于预设的冷却液流量与热阻阻值的对应关系，并根据当前或前一次得到冷却液流量，获取所述功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间的热阻阻值；
根据所获取的热阻阻值，并按照下式所示的方法计算所述冷却液流入侧冷却液的温度估计值Tcl(inlet)：
Tcl(inlet)＝Tj-Rthjf×Pj
其中，所述Tj为所述功率半导体器件的结温，所述Rthjf为所述热阻阻值，所述Pj为功率半导体器件的功率模块损耗。
方案6、根据方案5所述的用于电机驱动***的冷却液流量估计方法，其特征在于，“根据当前或前一次得到冷却液流量，获取所述功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间的热阻阻值”的步骤具体包括：
在所述电机驱动***产生恒定转矩的情况下，根据当前得到冷却液流量，获取所述功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间的热阻阻值；
在所述电机驱动***未产生恒定转矩的情况下，根据前一次得到冷却液流量，获取所述功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间的热阻阻值。
方案7、一种冷却液流量估计方法，所述冷却液在冷却液管道内流动，其特征在于，所述方法包括：
获取冷却液在冷却液流动路径上的第一点和第二点之间的温度差值；
获取进入所述第一点和所述第二点范围内冷却液体积的热功率；
获取冷却液的比热容和冷却液的密度；
基于所述温度差值、所述热功率、所述冷却液的比热容和所述冷却液的密度，计算冷却液的流量。
方案8、根据方案7所述的方法，其特征在于，所述获取冷却液在冷却液流动路径上的第一点和第二点之间的温度差值包括：
获取设置在对应所述第一点和所述第二点处温度测量模块测得的温度；
获取设置在对应所述第一点和所述第二点处功率半导体器件的功率损耗；
获取所述第一点和所述第二点处温度测量模块和冷却液之间的热阻阻值；
基于所述温度测量模块测得的温度、所述第一点和所述第二点处功率半导体器件的功率损耗以及所述热阻阻值确定冷却液在所述第一点和第二点之间的温度差值。
方案9、一种温度估计方法，其特征在于，包括：
利用方案7所述的冷却液流量估计方法，计算在电机驱动***中冷却液流动路径上冷却液的流量；
根据所述冷却液流量估计方法计算得到的冷却液的流量，计算所述电机驱动***中功率半导体器件的结温。
方案10、一种温度估计方法，其特征在于，包括：
根据方案7所述的冷却液流量估计方法，计算在电机驱动***中冷却液流动路径上冷却液的流量；
根据所述冷却液流量估计方法计算得到的冷却液的流量，计算电机转子的温度。
方案11、一种电机驱动***，其特征在于，包括：
功率转换器，设置于储能装置和电机之间，用于将储能装置的输出功率转换为电机的驱动功率，所述功率转换器周围设有用于冷却所述电机驱动***的冷却***的冷却液管道；
所述功率转换器包括至少两个功率半导体器件，所述两个功率半导体器件设置在所述冷却液管道在冷却液流动路径上的不同位置；
所述电机驱动***还包括温度测量装置，所述温度测量装置设置于所述功率半导体器件附近，用于测量所述功率半导体器件的温度。
方案12、根据方案11所述的电机驱动***，其特征在于，
所述温度测量装置包括热敏电阻。
方案13、根据方案11所述的电机驱动***，其特征在于，所述功率转换器为功率逆变器，所述功率转换器包括三相全桥电路，所述三相全桥电路包括三个桥臂，所述三个桥臂的至少两个桥臂在所述冷却液管道的冷却液流动路径上处于不同位置，每个桥臂包含上下各一个功率半导体器件。
方案14、根据方案11所述的电机驱动***，其特征在于，所述至少两个功率半导体器件的功率损耗相同。
方案15、一种控制***，包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在所述处理器上执行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被运行时适于执行如方案7或8所述的冷却液流量估计方法。
方案16、一种控制***，包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在所述处理器上执行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被运行时适于执行如方案9所述的温度估计方法。
方案17、一种控制***，包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在所述处理器上执行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被运行时适于执行如方案10所述的温度估计方法。
方案18、一种车辆，包括电机驱动***，其特征在于，所述电机驱动***是方案11-14中任一项所述的电机驱动***。
与最接近的现有技术相比，上述技术方案至少具有如下有益效果：
1、本发明中的冷却液流量估计方法，能够基于传热学定律，并利用电机驱动***中位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的温度测量模块所测量温度之间的温度差值，以及位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的功率半导体器件的功率模块损耗，计算得到流经功率逆变模块的冷却液流量。基于上述步骤，无需增加流量传感器等额外的机械机构，利用电机驱动***中已有的温度测量模块，即可得到冷却液流量。
2、本发明中的冷却液流量估计方法，首先构建冷却液流量、功率模块损耗与温度之间的对应关系，即然后基于该对应关系计算冷却液流量，使得即使在功率模块损耗和温度变化很小的情况下，也能计算得到准确的冷却液流量。也就是说，流经功率逆变模块的冷却液流量很小时，也可以得到准确的冷却液流量。进一步地，基于本发明中冷却液流量估计方法所得到的冷却液流量，不仅可以监控电机驱动***的运行状态，还能够根据预设的流量设定值进行校验，从而判断电机驱动***是否安全运行。
3、冷却液在流经功率半导体器件时，其流量变化会对功率半导体器件中P-N结与功率半导体器件外壳之间的热阻产生影响(冷却液流量越小，热阻越大)。利用本发明提供的冷却液流量估计方法，能够快速计算出功率半导体器件对应的冷却液流动路径上的冷却液流量，进而得到与所计算流量相应的热阻值，最后根据得到的热阻值即可计算出功率半导体器件的结温。
4、在基于电机的功率、电压、电流和冷却液参数(如压力和流量等)等运行参数，计算电机中转子的温度时，在利用本发明提供的冷却液流量估计方法，计算出电机对应的冷却液流动路径上的冷却液流量后，能够准确得到转子的温度值。
附图说明
图1是本发明实施例中一种用于电机驱动***的冷却液流量估计方法的主要步骤示意图；
图2是本实施例中一种电机驱动***功率逆变模块的主要结构示意图；
图3是本发明实施例中另一种用于电机驱动***的冷却液流量估计方法的主要步骤示意图；
图4是本发明实施例中一种冷却液流量估计方法的主要步骤示意图；
图5是本发明实施例中一种温度估计方法的主要步骤示意图；
图6是本发明实施例中另一种温度估计方法的主要步骤示意图；
图7是本发明实施例中一种温度估计***的主要结构示意图；
图8是本发明实施例中电机驱动***的主要结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
参阅附图1，图1示例性示出了本实施例中一种用于电机驱动***的冷却液流量估计方法的主要步骤，其中，电机驱动***可以包括功率逆变模块和温度测量模块，如基于NTC热敏电阻的温度测量模块，功率逆变模块可以包括多个功率半导体器件，温度测量模块可以用于测量功率逆变模块中功率半导体器件的温度。如图1所示，本实施例中可以按照如下步骤估计电机驱动***中的冷却液流量：
步骤S101：获取位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的温度测量模块所测量温度之间的温度差值。
具体地，本实施例中功率逆变模块指的是基于功率半导体器件，如金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)或集成门极换流晶闸管(Integrated Gate Commutated Thyristors，IGCT)等器件，并能够将直流电转换为交流电的电路模块。在电机驱动***工作时，流经功率逆变模块的冷却液可以吸收功率半导体器件产生的热量，随着冷却液的流动，功率逆变模块的冷却液流入侧与冷却液流出侧势必会存在温度差，本实施例中通过获取位于功率逆变模块的冷却液流入侧与冷却液流出侧的温度测量模块所测量的温度值，即可得到该温度差。
参阅附图2，图2示例性示出了本实施例中一种电机驱动***的功率逆变模块的主要结构。如图2所示，本实施例中功率逆变模块为基于功率半导体器件的三相全桥结构，三相全桥结构包括三个桥臂，每个桥臂包含上下各一个IGBT器件(即IGBT1～IGBT6)，并且每个半桥结构均集成有一个热敏电阻。冷却液流动方向为由图2所示功率逆变模块的左侧流向右侧。在本实施例的一个优选实施方案中，图2所示功率逆变模块中的每个IGBT均集成一个热敏电阻。
本实施例中可以利用IGBT1或IGBT2对应的热敏电阻，获取功率逆变模块在冷却液流入侧的温度值。同时，还可以利用IGBT5或IGBT6对应的热敏电阻，获取功率逆变模块在冷却液流出侧的温度值。
步骤S102：获取位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的功率半导体器件的功率模块损耗。具体地，本实施例中可以采用常规的功率半导体器件功率损耗计算方法获取该功率模块损耗，其中，功率半导体的功率损耗可以包含导通损耗和关断损耗。
步骤S103：根据温度差值和功率模块损耗，计算流经功率逆变模块的冷却液流量。
通常冷却液在流入侧和流出侧的温度较难直接测量得到，在本发明实施例中，可以直接测量得到设置在冷却液流入侧和流出侧上方功率半导体处对应的热敏电阻的温度，再由热敏电阻的温度间接获得冷却液在流入侧和流出侧的温度。根据三相全桥结构的对称性，图2所示功率逆变模块中三个半桥的损耗相同。因此，经过公式(1)推导可知，流经功率逆变模块的冷却液在流入侧和流出侧之间的温差，与位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的功率半导体器件所对应的热敏电阻所测量温度的温差相同。具体地，本实施例中可以按照下式(1)所示的方法，计算图2所示功率逆变模块中位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的热敏电阻所测量温度的温度差值ΔT：
公式(1)中各参数含义为：
Tntc1为利用IGBT1所对应热敏电阻测量得到的温度值。Tntc3为利用IGBT3所对应热敏电阻测量得到的温度值。Phb对应为IGBT1或IGBT3所在半桥产生的功率损耗，由于三相全桥结构的对称性，因此IGBT1和IGBT3产生的功率损耗相等。Tcl1为在IGBT1所对应热敏电阻垂直下方的冷却液温度，即冷却液流入侧的温度值。Tcl3为在IGBT3所对应热敏电阻垂直下方的冷却液温度，即冷却液流出侧的温度值。由于热敏电阻通常不与冷却液直接接触，Rth表示热敏电阻到冷却液之间的热阻阻值。由公式(1)的推导可见，位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的热敏电阻所测量温度的温度差值ΔT等于冷却液在流入侧和流出侧之间的温度差值。
本实施例中基于传热学定律，并根据位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的温度测量模块所测量温度之间的温度差值，可以计算得到流经功率逆变模块的冷却液流量。
具体地，按照下式(2)所示的传热学定律，可以得到流体吸收到的热量Qf：
Qf＝cf×mf×ΔTf (2)
公式(2)中各参数含义为：cf为流体比热容，mf为流体质量，ΔTf为流体吸收热量前后的温度差。
由质量计算方法可得mf＝ρf×Vf，其中，ρf表示流体密度，Vf表示流体体积，热量计算方法可得Qf＝Pf×t，其中，Pf表示热量功率，t表示时间。基于此对公式(2)转换可以得到：
Pf×t＝cf×ρf×Vf×ΔTf (3)
由流体体积计算方法可得Vf＝Ff×t，其中，Ff表示流体的流量，基于此对公式(3)转换可以得到：
Pf×t＝cf×ρf×Ff×t×ΔTf (4)
最后，对公式(4)简化可以得到流体流量为：
本实施例中按照公式(5)所示的流体流量计算方法的推导，结合应用于本实施例的冷却液及设置于冷却液旁的功率逆变模块、温度测量模块，可以得到冷却液流量F为：
公式(6)中各参数含义为：
Ploss为图1所示方法中步骤S102所获取的功率模块损耗(功率半导体器件产生的功率损耗)。这里将冷却液获得的热功率(流入侧到流出侧之间)近似等于功率半导体器件传递到冷却液的功率损耗。在一些实施例中，该功率损耗为流入侧和流出侧功率对应半导体器件IGBT1和IGBT3产生的功率损耗，即等于2倍的Phb。温度差值ΔT＝T2-T1，T1和T2分别为图1所示方法中步骤S101所获取的位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的温度测量模块所测量的温度值，如计算流经图2所示功率逆变模块的冷却液流量时，温度差值ΔT＝Tntc3-Tntc1。c为冷却液的比热容，ρ为冷却液的密度，k为预设的修正系数。在理想水冷情况下，功率模块损耗Ploss会全部传递到冷却液中，然而在实际情况中，一部分功率模块损耗会通过其他非冷却液媒介传递。因此，需要采用预设的修正系数k对功率模块损耗Ploss进行修正，以获取冷却液实际吸收的功率模块损耗作为进入冷却液体积内(流入侧到流出侧之间)的热功率。
通常情况下，在计算冷却液流量时可以基于经验值设置固定的冷却液比热容和冷却液密度。但由于冷却液的比热容和密度，会随着冷却液的温度变化而发生变化，该变化关系为本领域技术人员已知，基于此，本实施例中可以采用查表法获取冷却液的当前温度值所对应的比热容和冷却液密度。
具体地，在电机驱动***未产生转矩的情况下，即初始状态，可以将多个温度测量模块当前所测量温度的平均值作为冷却液的当前温度值，或者将任一温度测量模块当前所测量的温度值作为冷却液的当前温度值。在电机驱动***产生转矩的情况下，可以按照下式(7)所示的方法计算冷却液的当前温度的平均值以作为当前温度值：
公式(7)中各参数含义为：
Tcl(avg)为冷却液的平均温度值，Tcl(inlet)为冷却液流入侧冷却液的温度估计值，温度差值ΔT＝T2-T1。
进一步地，在本实施例的一个优选实施例方案中，可以按照下述步骤计算冷却液流入侧冷却液的温度估计值Tcl(inlet)：
步骤S1031：基于预设(例如可以是根据经验)的冷却液流量与热阻阻值的对应关系，并根据当前或前一次得到冷却液流量，获取功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间热传递路径上的热阻阻值。
具体地，在电机驱动***产生恒定转矩的情况下，即稳态运行时，根据当前得到冷却液流量，获取功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间的热阻阻值。在电机驱动***未产生恒定转矩的情况下，即非稳态运行时，根据前一次得到冷却液流量，获取功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间的热阻阻值。
本实施例中可以采用曲线拟合法，对预先获取的冷却液流量和热阻阻值进行拟合，从而得到表征冷却液流量与热阻阻值的对应关系的拟合曲线。同时，还可以通过构建列表的方式表征冷却液流量与热阻阻值的对应关系，进而可以采用查表法获取热阻阻值。
步骤S1032：根据所获取的热阻阻值，并按照下式(8)所示的方法计算冷却液流入侧冷却液的温度估计值Tcl(inlet)：
Tcl(inlet)＝Tj-Rthjf×Pj (8)
公式(8)中各参数含义为：
Tj为功率半导体器件的结温，Rthjf为热阻阻值，Pj为功率半导体器件的功率损耗。功率半导体器件的结温可以根据热敏电阻测得的温度进行估计。
继续参阅附图3，图3示例性示出了本实施例中另一种用于电机驱动***的冷却液流量估计方法的主要步骤。如图3所示，本实施例中可以按照如下步骤获取电机驱动***的冷却液流量：
步骤S201：采集功率逆变模块的初始温度值，并设置电机转矩的初始设定值为0。具体地，本实施例中可以利用热敏电阻获取图2所示功率逆变模块的初始温度值。
步骤S202：将功率逆变模块的初始温度值作为冷却液的当前温度值，并获取功率模块损耗、比热容和密度的初始值。具体地，可以利用查表法，获取冷却液的当前温度值所对应的比热容和冷却液密度。
步骤S203：判断电机定子电流是否为0。具体地，若电机定子电流为0，则返回步骤S202。若电机定子电流不为0，则执行步骤S204。
步骤S204：获取位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的温度测量模块所测量温度之间的温度差值，功率半导体器件的功率模块损耗。具体地，本实施例中可以按照图1所示冷却液流量估计方法获取上述温度差值和功率模块损耗。
步骤S205：计算冷却液流量。具体地，本实施例中可以按照图1所示冷却液流量估计方法计算冷却液流量。
步骤S206：获取当前冷却液比热容和冷却液密度。具体地，本实施例中可以按照图1所示冷却液流量估计方法获取冷却液比热容和冷却液密度。
步骤S207：判断转矩和电机定子电流是否未发生变化。具体地，若未发生变化表明电机处于稳态运行，则返回步骤S204。若发生变化表明电机处于非稳态运行，则执行步骤S208。
步骤S208：获取当前冷却液比热容和冷却液密度，并重新计算冷却液流量。即根据更新后的冷却液比热容和冷却液密度，重新计算冷却液流量。
步骤S209：判断冷却液流量是否发生变化。具体地，若发生变化，则返回步骤S208，若未发生变化，则结束冷却液流量估计。
在本实施例中，能够根据冷却液流量是否发生变化来判断当前冷却***是否进入稳态，从而利用本实施例方法估计得到的冷却液流量更加准确。
参阅附图4，图4示例性示出了本实施例中一种冷却液流量估计方法的主要步骤。类似于本发明的其他实施例，在冷却液流动路径上利用热敏电阻对温度进行测量(例如步骤S101)，在本实施例中可以不限于采用三相全桥结构的电路，而可以采用其他的电路结构，测量的冷却液流入侧和流出侧的位置可以相隔较远，以下为第一点和第二点表示对应的冷却液流入/流出侧。本实施例的一些具体计算步骤(例如一些计算公式)与之前实施例类似，在以下进行了部分省略，没有展开描述。如图4所示，本实施例中可以按照如下步骤估计冷却液流量：
步骤S301：获取冷却液在冷却液流动路径上的第一点和第二点之间的温度差值。具体地，本实施例中可以按照如下步骤获取冷却液在冷却液流动路径上的第一点和第二点之间的温度差值：
步骤S3011：获取设置在对应第一点和第二点处温度测量模块测得的温度。本实施例中可采用半导体热敏电阻温度测量模块测量冷却液在冷却液流动路径上的第一点和第二点处的温度。
步骤S3012：获取设置在对应第一点和第二点处功率半导体器件的功率损耗。本实施例中可以采用常规的功率半导体器件功率损耗计算方法获取该功率模块损耗，其中，功率半导体的功率损耗可以包含导通损耗和关断损耗。
步骤S3013：获取第一点和第二点处温度测量模块和冷却液之间的热阻阻值。
步骤S3014：基于温度测量模块测得的温度、第一点和第二点处功率半导体器件的功率损耗以及热阻阻值确定冷却液在第一点和第二点之间的温度差值。本实施例可以参照图1所示冷却液流量估计方法确定冷却液在第一点和第二点之间的温度差值(采用公式(1)所示的方法确定该温度差值)。
在本实施例中，也可以采取别的方式获取冷却液在冷却液流动路径上的第一点和第二点之间的温度差值，例如利用红外测温等温度传感器。
步骤S302：获取进入第一点和第二点范围内冷却液体积的热功率。
步骤S303：获取冷却液的比热容和冷却液的密度。
步骤S304：基于温度差值、热功率、冷却液的比热容和冷却液的密度，计算冷却液的流量。本实施例中可以参照图1所示冷却液流量估计方法计算冷却液流量，根据公式(5)的推导，可得到冷却液流量Ft为：
公式(9)中各参数含义为：
Pt为进入第一点和第二点范围内冷却液体积的热功率，ct为冷却液的比热容，ρt为冷却液的密度，ΔTt为冷却液在冷却液流动路径上的第一点和第二点之间的温度差值。
本实施例中热功率Pt为进入第一点和第二点范围内冷却液体积实际吸收的热量，因此根据该热功率Pt计算到的冷却液流量会更加准确。对于进入第一点和第二点范围内冷却液体积的热功率可以近似认为等于设置在该段冷却液体积附近的功率半导体器件的功率损耗，在一些情况下，仅在第一点和第二点设置了功率半导体器件，则该热功率Pt可以等于第一点和第二点处功率半导体器件的功率损耗之和。
本实施例的步骤S301获取的第一点、第二点处的温度可以由温度测量模块采集得到，再由计算模块基于温度测量模块采集到的第一点、第二点的温度，进而计算的得到第一点和第二点之间的温度差值。步骤S302、步骤S303可以由计算模块直接读取(基于预设值、经验值)，也可以从其他计算模块基于一定运算读取具体数值。步骤S304可以在计算模块执行。
进一步地，基于上述方法实施例中图4所示的冷却液流量估计方法，本发明还提供了一种温度估计方法。下面结合附图，对本实施例中的温度估计方法进行说明。
参阅附图5，图5示例性示出了本实施例中温度估计方法的主要步骤。如图5所示，本实施例中可以按照如下步骤计算电机驱动***中功率半导体器件的结温：
步骤S401：计算在电机驱动***中冷却液流动路径上冷却液的流量。
具体地，本实施例中可以利用上述方法实施例中图4所示的冷却液流量估计方法，计算在电机驱动***中冷却液流动路径上冷却液的流量。
步骤S402：根据所计算的冷却液的流量，计算电机驱动***中功率半导体器件的结温。
具体地，本实施例中可以按照如下步骤计算功率半导体的结温：
步骤S4021：基于预设(例如可以是根据经验)的冷却液流量与热阻阻值的对应关系，获取当前冷却液流量对应的热阻阻值。其中，该热阻阻值指的是功率半导体器件中P-N结与功率半导体器件外壳之间的热阻阻值。
步骤S4022：按照下式(10)所示的方法计算功率半导体器件的结温Tj：
Tj＝PL×Zthjn+Tntc (10)
公式(10)中各参数含义为：
PL为功率半导体器件的功率损耗，该功率损耗可以包含导通损耗和关断损耗。Zthjn为功率半导体器件中P-N结与功率半导体器件外壳之间的阻抗。Tntc为功率半导体器件外壳的温度值。在本实施例中，可以利用功率半导体上集成的热敏电阻或热电偶测得功率半导体器件外壳的温度值。
更进一步地，基于上述方法实施例中图4所示的冷却液流量估计方法，本发明还提供了一种温度估计方法。下面结合附图，对本实施例中的温度估计方法进行说明。
参阅附图6，图6示例性示出了本实施例中温度估计方法的主要步骤。如图6所示，本实施例中可以按照如下步骤计算电机驱动***中电机转子的温度：
步骤S501：计算在电机驱动***中冷却液流动路径上冷却液的流量。具体地，本实施例中可以利用上述方法实施例中图4所示的冷却液流量估计方法，计算在电机驱动***中冷却液流动路径上冷却液的流量。
步骤S502：根据所计算的冷却液的流量，计算电机转子的温度。在本实施例中可以利用常规的电机温度计算方法，并根据冷却液流量计算电机中转子的温度。例如，《华北电力大学学报》第32卷第1期(2005年1月)中公开了一种基于运行参数的电机温度模型，该模型是电机温度与运行参数之间的关系模型，其能够根据运行参数计算电机中相应位置的温度值(如定子温度、转子温度)。其中，运行参数可以包括电机的有功功率、无功功率、定子电压、定子电流和冷却介质参数(压力和/或流量)等。
上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。
进一步地，基于上述冷却液流量估计方法实施例，本发明还提供了一种控制***，该控制***可以包括存储器和处理器。具体地，存储器存储有可在处理器上执行的计算机程序，并且该计算机程序在被运行时适于执行上述冷却液流量估计方法实施例所述的冷却液流量估计方法。
进一步地，基于与温度估计方法实施例相同的技术构思，本发明实施例还提供一种温度估计***。下面结合附图对该温度估计***进行具体说明。
参阅附图7，图7示例性示出了本实施例中一种温度估计***的主要结构。如图7所示，本实施例中温度估计***可以包括冷却液流量计算模块11和温度计算模块12。具体地，冷却液流量计算模块11可以配置为利用前述方法实施例中图4所示的冷却液流量估计方法，计算在电机驱动***中冷却液流动路径上冷却液的流量。温度计算模块12可以配置为根据冷却液流量计算模块11所计算的冷却液的流量，分别计算电机驱动***中功率半导体器件的结温和电机中转子的温度。
上述温度估计***实施例可以用于执行上述温度估计方法实施例，其技术原理、所解决的技术问题及产生的技术效果相似，所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的温度估计***的具体工作过程及有关说明，可以参考前述温度估计方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域技术人员可以理解，上述温度估计***还包括一些其他公知结构，例如处理器、存储器等，其中，存储器包括但不限于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器、易失性存储器、非易失性存储器、串行存储器、并行存储器或寄存器等，处理器包括但不限于CPLD/FPGA、DSP、ARM处理器、MIPS处理器等，为了不必要地模糊本公开的实施例，这些公知的结构未在图7中示出。
应该理解，图7中的各个模块的数量仅仅是示意性的。根据实际需要，各模块可以具有任意的数量。
进一步地，基于上述温度估计方法实施例(图5所示的温度估计方法实施例)，本发明还提供了一种控制***，该控制***包括存储器和处理器。具体地，存储器存储有可在处理器上执行的计算机程序，并且该计算机程序在被运行时适于执行上述温度估计方法实施例所述的温度估计方法。
进一步地，基于上述温度估计方法实施例(图6所示的温度估计方法实施例)，本发明还提供了一种控制***，该控制***包括存储器和处理器。具体地，存储器存储有可在处理器上执行的计算机程序，并且该计算机程序在被运行时适于执行上述温度估计方法实施例所述的温度估计方法。
下面结合附图，对本发明提供的一种电机驱动***进行说明。
参阅附图8，图8示例性示出了本实施例中电机驱动***的主要结构。如图8所示，本实施例中电机驱动***22分别与电机21和储能装置23连接，电机21与机械传动装置24连接，并且冷却液管道25流经电机21、电机驱动***22和储能装置23，可以对电机21、电机驱动***22和储能装置23进行散热。电机驱动***22可以包括功率转换器221、温度测量装置222和控制器223。
具体地，本实施例中功率转换器221设置于储能装置23和电机21之间，可以将储能装置23的输出功率转换为电机21的驱动功率，并且功率转换器221周围设有用于冷却电机驱动***2的冷却***的冷却液管道25。在本实施例中，功率转换器221可以包括至少两个功率半导体器件，这两个功率半导体器件设置在冷却液管道25在冷却液流动路径上的不同位置，并且这两个功率半导体器件的功率损耗可以相同。可选的，功率转换器221可以是之前实施例描述的功率逆变模块。
本实施例中电机21可以将电能转换为机械能驱动机械传动装置24运动，也可以将机械传动装置24产生的机械能转换电能，并将该电能通过功率转换器221存储至储能装置23。
本实施例中温度测量装置222可以设置于功率转换器221的功率半导体器件附近，用于测量功率半导体器件的温度。可选的，温度测量装置可以是热敏电阻。控制器223可以用于控制功率转换器221进行电能转换和采集温度测量装置222测得的温度。
在本实施例中，基于温度测量装置222测得的温度，并利用上述冷却液流量估计方法实施例中所述的冷却液流量估计方法，可以得到冷却液回路25中冷却液的流量。
进一步地，本实施例中图8所示电机驱动***中的功率转换器221可以是功率逆变器，该功率逆变器可以包括三相全桥电路。三相全桥电路可以包括三个桥臂，三个桥臂的至少两个桥臂在冷却液管道25的冷却液流动路径上处于不同位置，每个桥臂包含上下各一个功率半导体器件。
基于上述电机驱动***实施例，本发明还提供了一种车辆，该车辆包括电机驱动***，并且该电机驱动***是上述电机驱动***实施例所述的电机驱动***。
本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的装置中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个装置中。可以把实施例中的模块或单元组合成一个模块或单元，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本发明的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于电机驱动***的冷却液流量估计方法，其特征在于，所述电机驱动***包括功率逆变模块和温度测量模块，所述功率逆变模块包括多个功率半导体器件，所述温度测量模块用于测量所述功率逆变模块中功率半导体器件的温度，所述方法包括：
获取位于冷却液流入侧与冷却液流出侧的温度测量模块所测量温度之间的温度差值；
获取位于所述冷却液流入侧与冷却液流出侧的功率半导体器件的功率模块损耗；
根据所述温度差值和功率模块损耗，计算流经所述功率逆变模块的冷却液流量。
2.根据权利要求1所述的用于电机驱动***的冷却液流量估计方法，其特征在于，“根据所述温度差值和功率模块损耗，计算流经所述功率逆变模块的冷却液流量”的步骤具体包括：
按照下式所示的方法计算所述冷却液流量：
其中，所述F为流经功率逆变模块的冷却液流量，所述Ploss为所述功率模块损耗，所述k为预设的修正系数，所述ΔT为所述温度差值，所述c为冷却液比热容，所述ρ为冷却液密度。
3.根据权利要求1或2所述的用于电机驱动***的冷却液流量估计方法，其特征在于，“根据所述温度差值和功率模块损耗，计算流经所述功率逆变模块的冷却液流量”的步骤之前包括：
在所述电机驱动***未产生转矩的情况下，将多个所述温度测量模块当前所测量温度的平均值作为所述冷却液的当前温度值，或者将任一所述温度测量模块当前所测量的温度值作为所述冷却液的当前温度值；
获取所述冷却液的当前温度值所对应的冷却液比热容和冷却液密度。
4.根据权利要求1或2所述的用于电机驱动***的冷却液流量估计方法，其特征在于，“根据所述温度差值和功率模块损耗，计算流经所述功率逆变模块的冷却液流量”的步骤之前包括：
在所述电机驱动***产生转矩的情况下，按照下式所示的方法计算所述冷却液的当前温度值：
获取所述当前温度值所对应的冷却液比热容和冷却液密度，并对当前的冷却液比热容和冷却液密度进行更新，以能够根据所述更新后的冷却液比热容和冷却液密度计算所述冷却液流量；
其中，所述Tcl(avg)为冷却液的平均温度值，所述Tcl(inlet)为冷却液流入侧冷却液的温度估计值。
5.根据权利要求4所述的用于电机驱动***的冷却液流量估计方法，其特征在于，所述冷却液流入侧冷却液的温度估计值Tcl(inlet)的计算方法为：
基于预设的冷却液流量与热阻阻值的对应关系，并根据当前或前一次得到冷却液流量，获取所述功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间的热阻阻值；
根据所获取的热阻阻值，并按照下式所示的方法计算所述冷却液流入侧冷却液的温度估计值Tcl(inlet)：
Tcl(inlet)＝Tj-Rthjf×Pj
其中，所述Tj为所述功率半导体器件的结温，所述Rthjf为所述热阻阻值，所述Pj为功率半导体器件的功率模块损耗。
6.根据权利要求5所述的用于电机驱动***的冷却液流量估计方法，其特征在于，“根据当前或前一次得到冷却液流量，获取所述功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间的热阻阻值”的步骤具体包括：
在所述电机驱动***产生恒定转矩的情况下，根据当前得到冷却液流量，获取所述功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间的热阻阻值；
在所述电机驱动***未产生恒定转矩的情况下，根据前一次得到冷却液流量，获取所述功率逆变模块中功率半导体器件与冷却液之间的热阻阻值。
7.一种冷却液流量估计方法，所述冷却液在冷却液管道内流动，其特征在于，所述方法包括：
获取冷却液在冷却液流动路径上的第一点和第二点之间的温度差值；
获取进入所述第一点和所述第二点范围内冷却液体积的热功率；
获取冷却液的比热容和冷却液的密度；
基于所述温度差值、所述热功率、所述冷却液的比热容和所述冷却液的密度，计算冷却液的流量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取冷却液在冷却液流动路径上的第一点和第二点之间的温度差值包括：
获取设置在对应所述第一点和所述第二点处温度测量模块测得的温度；
获取设置在对应所述第一点和所述第二点处功率半导体器件的功率损耗；
获取所述第一点和所述第二点处温度测量模块和冷却液之间的热阻阻值；
基于所述温度测量模块测得的温度、所述第一点和所述第二点处功率半导体器件的功率损耗以及所述热阻阻值确定冷却液在所述第一点和第二点之间的温度差值。
9.一种温度估计方法，其特征在于，包括：
利用权利要求7所述的冷却液流量估计方法，计算在电机驱动***中冷却液流动路径上冷却液的流量；
根据所述冷却液流量估计方法计算得到的冷却液的流量，计算所述电机驱动***中功率半导体器件的结温。
10.一种温度估计方法，其特征在于，包括：
根据权利要求7所述的冷却液流量估计方法，计算在电机驱动***中冷却液流动路径上冷却液的流量；
根据所述冷却液流量估计方法计算得到的冷却液的流量，计算电机转子的温度。
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