DE102013219789A1

DE102013219789A1 - Device and method for determining a flow velocity of a coolant through a cooling channel

Info

Publication number: DE102013219789A1
Application number: DE201310219789
Authority: DE
Inventors: Sandro Beyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2033-10-01
Also published as: DE102013219789B4

Abstract

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Flussgeschwindigkeit (v) eines Kühlmittels (11) mittels mehreren Temperatursensoren (5, 5’, 5’’). Die Temperatursensoren (5, 5’, 5’’) sind beabstandet im Wirkungskreis des Kühlkanals (3), insbesondere bei zu kühlenden Bauteilen (1, 1’) angeordnet und dienen zur Ermittlung des Temperaturdifferenzen (ΔT) zwischen den durch die Temperatursensoren (5, 5’, 5’’) ermittelten Temperaturen (T1, T2, T3). Mittels einer Berechnungseinheit (9) wird die Flussgeschwindigkeit (v) aus dem Temperaturgradient (Temperaturdifferenzen (ΔT)) und der an das Kühlmittel (11) abgegebenen Wärmeleistung (ΔQ/Δt) bestimmt. Die an das Kühlmittel (11) abgegebene Wärmeleistung (ΔQ/Δt) wird entweder durch eine Messeinheit (7) bestimmt oder aus einer Steuerung abgefragt. Die Bestimmung der Flussgeschwindigkeit (v) des Kühlmittels (11) wird mit einer Modellrechnung ausgeführt. Die Modellrechnung liegt der Beobachtung zugrunde, dass umso geringer der Temperaturgradient bzw. die Temperaturdifferenz (ΔT) ist, desto höher ist die Flussgeschwindigkeit (v) des Kühlmittels (11), insbesondere bei konstanter, an das Kühlmittel (11) abgegebener Wärmeleistung (ΔQ/Δt).In summary, the invention relates to a method and a device for determining a flow velocity (v) of a coolant (11) by means of a plurality of temperature sensors (5, 5 ', 5' '). The temperature sensors (5, 5 ', 5' ') are arranged at a distance in the action circle of the cooling channel (3), in particular for components (1, 1') to be cooled and serve to determine the temperature differences (.DELTA.T) between the temperature sensors (5 , 5 ', 5' ') determined temperatures (T1, T2, T3). By means of a calculation unit (9), the flow velocity (v) is determined from the temperature gradient (temperature differences (ΔT)) and the heat output (ΔQ / Δt) emitted to the coolant (11). The output to the coolant (11) heat output (.DELTA.Q / .DELTA.t) is either determined by a measuring unit (7) or queried from a controller. The determination of the flow velocity (v) of the coolant (11) is carried out with a model calculation. The model calculation is based on the observation that the lower the temperature gradient or the temperature difference (ΔT), the higher is the flow velocity (v) of the coolant (11), especially at a constant heat output to the coolant (11) (ΔQ / At).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Flussgeschwindigkeit eines Kühlmittels gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Bestimmung der Flussgeschwindigkeit eines Kühlmittels gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10. Weiter betrifft die Erfindung einen Umrichter mit einer solchen Vorrichtung und ein Fahrzeug, das einen solchen Umrichter oder eine solche Vorrichtung aufweist. The invention relates to a device for determining the flow velocity of a coolant according to the preamble of claim 1 and a method for determining the flow velocity of a coolant according to the preamble of claim 10. Further, the invention relates to a converter with such a device and a vehicle, such Inverter or such a device.

Umrichter, insbesondere Umrichter für den Einsatz in elektrisch betriebenen Fahrzeugen werden regelmäßig mittels eines Kühlmittels gekühlt. Dabei verlaufen Kühlkanäle durch den Umrichter oder entlang des Umrichters um die Wärme, die der Umrichter aufgrund der elektrischen Verluste abgibt, aufzunehmen. Die Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels wird dabei regelmäßig nicht bestimmt. Gelegentlich kommen Durchflusssensoren zum Einsatz, jedoch sind solche Durchflusssensoren teuer, störungsanfällig und weisen meist eine geringe Lebensdauer auf. Inverters, in particular converters for use in electrically operated vehicles are regularly cooled by means of a coolant. Cooling channels run through the inverter or along the inverter to absorb the heat that the inverter gives off due to electrical losses. The flow rate of the coolant is not determined regularly. Occasionally, flow sensors are used, but such flow sensors are expensive, prone to failure and usually have a short life.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Durchflussgeschwindigkeit des Kühlmittels in einem Kühlkanal zu bestimmen. The invention has for its object to determine the flow rate of the coolant in a cooling channel.

Diese Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Flussgeschwindigkeit mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. This object is achieved by means of a device for determining a flow velocity with the features specified in claim 1.

Diese Aufgabe wird weiter durch ein Verfahren mit den im Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst. This object is further achieved by a method having the features specified in claim 10.

Weiter wird diese Aufgabe mittels eines Umrichters gemäß Anspruch 8 sowie durch ein Fahrzeug gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Further, this object is achieved by means of an inverter according to claim 8 and by a vehicle according to the features of claim 9.

Insbesondere in räumlich abgrenzten leistungselektronischen Systemen, die eine hohe Stromstärken umsetzen, wie Umrichter, Elektromotoren oder Leistungsverstärker wird viel Wärmeenergie abgegeben. Für solche leistungselektronische Systeme ist somit meist eine ausreichende Kühlung zum vorschriftsmäßigen Betrieb notwendig. Im Bereich zunehmender Miniaturisierung von solchen leistungselektronischen Systemen, insbesondere im Bereich von Fahrzeugen, ist eine Flüssigkeitskühlung inzwischen weit verbreitet. Oft weisen leistungselektronische Systeme Berechnungseinheiten auf, die zur Steuerung, Regelung und/oder Überwachung des leistungselektronischen Systems dienen. Die Berechnungseinheiten sind meist ein Mikrocontroller oder ein Mikrocomputer. In particular, in spatially delimited power electronic systems that implement high currents, such as converters, electric motors or power amplifiers, a lot of heat energy is emitted. For such power electronic systems is thus usually sufficient cooling for proper operation necessary. In the field of increasing miniaturization of such power electronic systems, especially in the field of vehicles, liquid cooling is now widely used. Power electronic systems often have calculation units which serve to control, regulate and / or monitor the power electronic system. The calculation units are usually a microcontroller or a microcomputer.

Eine Berechnungseinheit ist vorteilhaft Teil einer globalen Steuerung, wobei die globale Steuerung vorteilhaft einen Aufbau steuert, der das leistungselektronische System aufweist. Advantageously, a computing unit is part of a global controller, the global controller advantageously controlling a design comprising the power electronic system.

Leistungselektronische Systeme weisen oft eine Messeinheit auf. Eine Messeinheit ermittelt Spannungen, Stromstärken, Verlustleistungen, Eingangsleistungen, Ausgangsleistungen sowie ggf. weitere belastungsrelevante Parameter, insbesondere für einen Wartungsprozess. Insbesondere zur Überwachung des leistungselektronischen Systems ist eine Messeinheit vorteilhaft. Eine Messeinheit dient vorteilhaft zur Bestimmung von Spannungen und Strömen innerhalb der elektrischen oder elektronischen Einheiten. Ströme und Spannungswerte werden hierbei beispielsweise am Eingang und am Ausgang der elektrischen oder elektronischen Einheit ermittelt und zur Berechnungseinheit übermittelt. Power electronic systems often have a measuring unit. A measuring unit determines voltages, current strengths, power losses, input powers, output powers as well as possibly further load-relevant parameters, in particular for a maintenance process. In particular for monitoring the power electronic system, a measuring unit is advantageous. A measuring unit is advantageously used to determine voltages and currents within the electrical or electronic units. Currents and voltage values are determined, for example, at the input and the output of the electrical or electronic unit and transmitted to the calculation unit.

Als Temperatursensoren dienen vorteilhaft wärmeabhängige Widerstände, beispielsweise NTC-Widerstände. Die Widerstände sind vorteilhaft innerhalb oder an den Wänden des Kühlkanals lokalisiert. Vorteilhaft ist auch der Einsatz von Temperatursensoren, die ein Halbleiterelement aufweisen. As temperature sensors are advantageously used heat-dependent resistors, such as NTC resistors. The resistors are advantageously located within or on the walls of the cooling channel. Also advantageous is the use of temperature sensors which have a semiconductor element.

Der Kühlkanal dient zur Kühlung von Bauteilen, insbesondere von leistungselektronischen Bauteilen wie Widerständen, Kondensatoren, Dioden, Transistoren, integrierten Schaltungen, IGBT-Module sowie MOSFETs. Teilweise weisen solche Bauteile bereits Temperatursensoren auf. Vorteilhaft werden weitere Temperatursensoren auf der Oberfläche des Bauteils, insbesondere zwischen der Bauteiloberfläche und dem Kühlkanal und/ oder einem Kühlkörper des Bauteils lokalisiert. The cooling channel is used to cool components, in particular power electronic components such as resistors, capacitors, diodes, transistors, integrated circuits, IGBT modules and MOSFETs. In some cases, such components already have temperature sensors. Advantageously, further temperature sensors are located on the surface of the component, in particular between the component surface and the cooling channel and / or a heat sink of the component.

Vorteilhaft sind die Temperatursensoren dergestalt anzuordnen, dass eine Messung der Temperatur des vorbeiströmenden Kühlmittels und/oder dessen Umgebungstemperatur erfolgt. Die Temperatursensoren sind vorteilhaft mit der Berechnungseinheit verbunden und übertragen die Temperatur des Kühlmittels an der gemessenen Stelle im Kühlkanal oder am Kühlkanal an die Berechnungseinheit. Advantageously, the temperature sensors are to be arranged such that a measurement of the temperature of the passing coolant and / or its ambient temperature takes place. The temperature sensors are advantageously connected to the calculation unit and transmit the temperature of the coolant at the measured location in the cooling channel or at the cooling channel to the calculation unit.

Durch eine hier beschriebene Vorrichtung oder ein hier beschriebenes Verfahren kann die Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels bei Kenntnis der Querschnittsfläche des Kühlkanals, der Wärmeleistung, die an das Kühlmittel von dem mindestens einem Bauteil abgegeben wurde und dem Anstieg der Temperatur mit der Zeit ermittelt werden. Als Wärmeleistung wird dabei die pro Zeiteinheit abgegebene Wärmemenge des Bauteils oder der Bauteile verstanden. Die Wärmeleistung wird aus der Verlustleistung des Bauteils bestimmt, beispielsweise durch Messung der Eingangs- und Ausgangsspannung und der Messung des Eingangs- und Ausgangsstroms des Bauteils bestimmt. Die Wärmeleistung kann auch durch eine bekannte Betriebsart des Bauteils bekannt sein. Vorteilhaft wird die abgegebene Wärmeleistung anhand des Betriebszustandes des Bauteils oder der Bauteile abgeschätzt. Die Wärmeleistung wird dabei von dem zumindest einen Bauteil an das Kühlmittel abgegeben, wobei sich das Kühlmittel erwärmt. By a device described herein or a method described herein, the flow velocity of the coolant with knowledge of the cross-sectional area of the cooling channel, the heat output, which was delivered to the coolant from the at least one component and the increase in temperature can be determined over time. The heat output is understood to mean the amount of heat emitted per unit time of the component or components. The heat output is determined from the power loss of the component, for example, determined by measuring the input and output voltage and the measurement of the input and output current of the component. The thermal output can also be known by a known mode of operation of the component be. The output heat output is advantageously estimated on the basis of the operating state of the component or of the components. The heat output is delivered by the at least one component to the coolant, wherein the coolant is heated.

Vorteilhaft sind mehrere Temperatursensoren an verschiedenen Stellen des Bauteils selbst angeordnet. Insbesondere zwischen einem Wärme erzeugenden Teil des Bauteils und dem Kühlkanal oder im Kühlkanal in unmittelbarer Umgebung des Wärme erzeugenden Teils des Bauteils sind besonders vorteilhafte Stellen zur Bestimmung der Temperatur. In einer besonders vorteilhaften Ausführung sind die Temperatursensoren in einer Aussparung des Bauteils und/oder in einer Aussparung des Kühlkanals integriert. Advantageously, a plurality of temperature sensors are arranged at different points of the component itself. In particular, between a heat-generating part of the component and the cooling channel or in the cooling channel in the immediate vicinity of the heat-generating part of the component are particularly advantageous locations for determining the temperature. In a particularly advantageous embodiment, the temperature sensors are integrated in a recess of the component and / or in a recess of the cooling channel.

Regelmäßig werden in einem Kühlkanal mindestens zwei Temperatursensoren angeordnet, wobei jeweils ein Temperatursensor einem gekühlten Bauteil zugeordnet ist. Die Berechnungseinheit bildet dann einen Temperaturgradienten und/oder eine Differenz von Temperaturen. Die Temperaturen werden vor, nach oder bei dem zu kühlenden Bereich des Bauteils ermittelt. Die Temperaturdifferenzen werden in der Berechnungseinheit mit den Wärmeleistungen verglichen. Durch einen Vergleich der abgegebenen Wärmeleistung und dem damit einhergehenden Anstieg der Temperatur des Kühlmittels ist die Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels mittels eines semiempirischen Modells möglich. Der Vergleich und die Berechnung erfolgt vorteilhaft in der Berechnungseinheit. Möglich ist auch der Einsatz eines einzelnen Temperatursensors, falls die Temperatur des Kühlmittels in zumindest einem Bereich des Kühlkanals konstant ist. Je höher der Temperaturgradient und/oder die Temperaturdifferenzen, desto niedriger ist meist die Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels. Regularly at least two temperature sensors are arranged in a cooling channel, wherein in each case a temperature sensor is associated with a cooled component. The calculation unit then forms a temperature gradient and / or a difference of temperatures. The temperatures are determined before, after or at the area of the component to be cooled. The temperature differences are compared in the calculation unit with the heat outputs. By comparing the output heat output and the associated increase in the temperature of the coolant, the flow rate of the coolant is possible by means of a semi-empirical model. The comparison and the calculation are advantageously carried out in the calculation unit. It is also possible to use a single temperature sensor, if the temperature of the coolant is constant in at least one region of the cooling channel. The higher the temperature gradient and / or the temperature differences, the lower is usually the flow velocity of the coolant.

Vorteilhaft erfolgt bei Unterschreiten einer festgelegten Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels ein Signal, insbesondere ein Warnsignal. Das Signal kann entweder ein wahrnehmbares Warnsignal sein oder es wird eine zuständige Stelle durch das Signal informiert. Gegebenenfalls kann die Ausgangsleistung des leistungselektronischen Systems gemäß der verbleibenden Kühlleistung reduziert werden. Advantageously, when the flow rate of the coolant falls below a defined flow rate, a signal, in particular a warning signal, takes place. The signal can either be a perceptible warning signal or a responsible point is informed by the signal. Optionally, the output power of the power electronic system can be reduced according to the remaining cooling power.

Die Messeinheit dient zur Bestimmung der Eingangsspannungen und Eingangsströme sowie der Ausgangsspannungen und Ausgangsströme des zu kühlenden Bauteils oder der zu kühlenden Bauteile und kann auch außerhalb der elektrischen oder elektronischen Schaltung oder der Einheiten lokalisiert sein. Gegebenenfalls ist eine solche Messeinheit in einem Bauteil integriert. The measuring unit is used to determine the input voltages and input currents as well as the output voltages and output currents of the component to be cooled or the components to be cooled and can also be located outside the electrical or electronic circuit or units. Optionally, such a measuring unit is integrated in one component.

Durch eine solche Vorrichtung kann die Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels durch den Kühlkanal ohne den Einsatz eines empfindlichen Durchflusssensors bestimmt werden. By such a device, the flow velocity of the coolant through the cooling channel can be determined without the use of a sensitive flow sensor.

Als Kühlmittel dient vorteilhaft Wasser, ggf. mit Zusätzen. Weiter ist auch ein Mineralölerzeugnis als Kühlmittel gut geeignet. The coolant used is advantageously water, optionally with additives. Next, a petroleum product is well suited as a coolant.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Vorrichtung mehrere Temperatursensoren auf, wobei die Temperatursensoren zur Bestimmung der Temperaturen einzelner Bereiche des Kühlkanals vorgesehen sind und wobei ein erster Temperatursensor und mindestens ein weiterer Temperatursensor in Flussrichtung des Kühlmittels angeordnet sind. In an advantageous embodiment of the device, the device has a plurality of temperature sensors, wherein the temperature sensors are provided for determining the temperatures of individual regions of the cooling channel and wherein a first temperature sensor and at least one further temperature sensor are arranged in the flow direction of the coolant.

Einzelne Bereiche des Kühlkanals sind beispielsweise Bereiche, in denen der Kühlkanal zur Kühlung eines Bauteils dient, der Bereich des Kühlkanals innerhalb des leistungselektronischen Systems und/oder nahe der Einfluss- und/oder des Ausflusses des Kühlmittels in dem leistungselektronischen System. Individual regions of the cooling channel are, for example, regions in which the cooling channel serves to cool a component, the region of the cooling channel within the power electronic system and / or close to the influence and / or outflow of the coolant in the power electronic system.

Die Temperatursensoren sind vorteilhaft an den zu kühlenden Bauteilen direkt angeordnet oder vor und/oder nach einem zu kühlenden Bauteil am/im Kühlkanal lokalisiert. Die Temperatursensoren sind vorteilhaft entlang der Flussrichtung des Kühlmittels am und/oder im Kühlkanal angeordnet. Vorteilhaft sind die Temperatursensoren am und/oder im Kühlkanal nahe den Stellen angeordnet, an denen sich das zu kühlende Bauteil oder die zu kühlende Bauteile befinden. Zudem können vorteilhaft Temperatursensoren am Eingang und/oder am Ausgang des zu kühlenden leistungselektronischen Systems angebracht werden. The temperature sensors are advantageously arranged directly on the components to be cooled or located before and / or after a component to be cooled on / in the cooling channel. The temperature sensors are advantageously arranged along the flow direction of the coolant at and / or in the cooling channel. Advantageously, the temperature sensors are arranged on and / or in the cooling channel near the locations where the component to be cooled or the components to be cooled are located. In addition, temperature sensors can advantageously be attached to the input and / or the output of the electronic power system to be cooled.

Durch die Verteilung mehrerer Temperatursensoren entlang des Kühlkanals erhöht sich vorteilhaft die Genauigkeit der berechneten Flussgeschwindigkeit. The distribution of a plurality of temperature sensors along the cooling channel advantageously increases the accuracy of the calculated flow velocity.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Bestimmung der Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels durch den Kühlkanal anhand mindestens einer Differenz der ermittelten Temperaturen und der von mindestens einen Bauteil an das Kühlmittel abgegebene Wärmeleistung vorgesehen, wobei die Differenz der ermittelten Temperatur eine Differenz der Temperatur des Kühlmittels vor dem mindestens einen Bauteil und der Temperatur des Kühlmittels nach dem mindestens einem Bauteil ist. In a further advantageous embodiment of the device, the determination of the flow velocity of the coolant through the cooling channel is provided based on at least one difference of the determined temperatures and the output of at least one component to the coolant heat output, wherein the difference of the determined temperature before a difference in the temperature of the coolant the at least one component and the temperature of the coolant after the at least one component.

Die Differenz der ermittelten Temperaturen des Kühlmittels an verschiedenen Stellen des Kühlkanals, insbesondere entlang der Flussrichtung des Kühlmittels im Kühlkanal, kann als ein Maß für die Kühlwirkung des Kühlmittels herangezogen werden. Eine hohe Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels führt zu einem schnellen Abtransport der Wärme, die von dem zu kühlenden Bauteil an das Kühlmittel abgegeben worden ist. Falls die abgegebene Wärmemenge bekannt ist, so kann mittels der Berechnungseinheit anhand der Differenz der ermittelten Temperaturen die Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels ermittelt werden. Die Temperaturen sind mittels der Temperatursensoren ermittelbar. Weiter ist auch Ermittlung von Temperaturen durch eine Simulation erreichbar. The difference of the determined temperatures of the coolant at different points of the cooling channel, in particular along the flow direction of the coolant in the cooling channel, can be used as a measure of the cooling effect of the coolant. A high flow velocity of the coolant leads to a rapid removal of the heat that has been released from the component to be cooled to the coolant. If the amount of heat released is known, the flow velocity of the coolant can be determined by means of the calculation unit on the basis of the difference between the determined temperatures. The temperatures can be determined by means of the temperature sensors. Furthermore, determination of temperatures can be achieved by a simulation.

Bei ausgedehnten oder flächigen Temperatursensoren kann ein Temperaturgradient entgegen und/oder entlang der Flussrichtung ermittelt werden und eine Berechnung der Flussgeschwindigkeit anhand des Temperaturgradienten erfolgen. Dabei ersetzt der Temperaturgradient die Temperaturdifferenz in der Berechnung, wobei gegebenenfalls einige Parameter bei der Berechnung der Flussgeschwindigkeit anzupassen sind. In the case of extensive or areal temperature sensors, a temperature gradient opposite to and / or along the flow direction can be determined and a calculation of the flow velocity can be made on the basis of the temperature gradient. In this case, the temperature gradient replaces the temperature difference in the calculation, whereby some parameters may have to be adapted when calculating the flow velocity.

Durch die Verwendung von Temperaturdifferenzen oder Temperaturgradienten für die Bestimmung der Flussgeschwindigkeit nicht abhängig von der Temperatur des Kühlmittels. So sind Schwankungen bei der Temperatur des Kühlmittels vor dem Durchfluss durch den Kühlkanal ausgeglichen unerheblich. By using temperature differences or temperature gradients for determining the flow rate not dependent on the temperature of the coolant. Thus, fluctuations in the temperature of the coolant are balanced before the flow through the cooling channel negligible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist mindestens ein Temperatursensor unterschiedlichen Bauteilen zugeordnet oder ein jeweilig zu kühlendes Bauteil weist mindestens einen eigenen Temperatursensor auf. In a further advantageous embodiment of the device, at least one temperature sensor is assigned to different components or a respective component to be cooled has at least one own temperature sensor.

Je nach Ausgestaltung der Vorrichtung sind unterschiedlich viele Temperatursensoren notwendig, um eine ausreichend genaue Bestimmung der Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels zu ermitteln. Vorteilhaft ist dabei ein Temperatursensor am Eingang des Kühlmittelkanals, d.h. vor den Bauteilen, lokalisiert und ein Temperatursensor am Ende des Kühlmittelkanals, also nach der Kühlung der Bauteile durch das Kühlmittel, lokalisiert. Dabei ist die Wärmeleistung, welche an das Kühlmittel abgegeben worden ist, die Summe der Wärmeleistungen, die ein jedes Bauteil an das Kühlmittel abgegeben hat. Durch diese Ausführungsform sind vorteilhaft nur zwei Temperatursensoren notwendig. Depending on the configuration of the device, different numbers of temperature sensors are necessary to determine a sufficiently accurate determination of the flow velocity of the coolant. A temperature sensor at the entrance of the coolant channel, i. located in front of the components, and a temperature sensor at the end of the coolant channel, ie after the cooling of the components by the coolant, located. Here, the heat output, which has been delivered to the coolant, the sum of the heat outputs, which has delivered each component to the coolant. This embodiment advantageously only two temperature sensors are necessary.

Für eine genauere Bestimmung der Flussgeschwindigkeit, insbesondere bei verzweigten Kühlkanälen, kann ein Bauteil auch mehrere Temperatursensoren aufweisen, wobei die Temperatursensoren vorteilhaft entlang der Flussrichtung des Kühlmittels angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform ist vorteilhaft eine besonders genaue und lokale Bestimmung der Flussgeschwindigkeit möglich. For a more accurate determination of the flow velocity, in particular in the case of branched cooling channels, a component can also have a plurality of temperature sensors, wherein the temperature sensors are advantageously arranged along the flow direction of the coolant. In this embodiment, a particularly accurate and local determination of the flow rate is advantageously possible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Bauteil mindestens zwei Temperatursensoren auf, wobei die Temperatursensoren an unterschiedlichen Stellen des Bauteils angeordnet sind und wobei die Temperatursensoren sowohl zur Bestimmung der Temperatur einzelner Bereiche des Bauteils als auch zur Bestimmung von Differenzen der mittels der Temperatursensoren ermittelten Temperatur des Kühlmittels innerhalb des Kühlkanals vorgesehen sind. In a further advantageous embodiment, the component has at least two temperature sensors, wherein the temperature sensors are arranged at different points of the component and wherein the temperature sensors both for determining the temperature of individual regions of the component and for determining differences of the temperature of the coolant determined by the temperature sensors are provided within the cooling channel.

Falls ein Bauteil mehrere Bereiche aufweist, wobei einzelne Bereiche eine unterschiedliche Wärmeleistung an das Kühlmittel abgeben, beispielsweise eine integrierte Schaltung oder ein IGBT-Modul, so ist es vorteilhaft, die abgegebene Wärmeleistung bereichsweise zu ermitteln. Insbesondere ein Halbleiterbauteil oder ein Verbund von mehreren Halbleiterbauteilen in einem Gehäuse weist mehrere Bereiche auf, die, je nach Betriebszustand, gleichmäßig oder ungleichmäßig Wärme erzeugen. Oft sind die einzelnen Wärmeleistungen durch eine Messeinrichtung gesondert bestimmbar. If a component has a plurality of regions, with individual regions giving off a different heat output to the coolant, for example an integrated circuit or an IGBT module, then it is advantageous to determine the heat output in regions. In particular, a semiconductor device or a composite of a plurality of semiconductor devices in a housing has a plurality of regions which, depending on the operating state, produce heat evenly or unevenly. Often, the individual heat outputs can be determined separately by a measuring device.

Durch die Verwendung mehrerer Temperatursensoren an einem Bauteil kann eine Abweichung der abgegebenen Wärmeleistung registriert werden. Somit ist eine Überwachung des Bauteils möglich. By using a plurality of temperature sensors on a component, a deviation of the output heat output can be registered. Thus, a monitoring of the component is possible.

Während des normalen Betriebes des Bauteils ist mit Hilfe einer hier beschriebenen Vorrichtung möglich, die Flussgeschwindigkeit dem Bauteil selbst zuzuordnen. So ist einerseits eine Bestimmung der globalen Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels möglich als auch eine lokale Flussgeschwindigkeit bestimmbar, die einem bestimmten Bauteil zugeordnet ist. During normal operation of the component, it is possible with the aid of a device described here to allocate the flow velocity to the component itself. Thus, on the one hand a determination of the global flow velocity of the coolant is possible as well as a local flow velocity can be determined, which is assigned to a specific component.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Bauteil ein Halbleiterelement auf. In a further advantageous embodiment, the component has a semiconductor element.

Insbesondere Halbleiterelemente dienen zur Schaltung und Beeinflussung von hohen elektrischen Leistungen. Zu derartigen Bauteilen mit einem Halbleiterelement zählen Transistoren, Dioden und integrierte Schaltkreise. Anwendungsbereiche solcher Bauteile sind beispielsweise Umrichter, Gleichrichter, Schalteinrichtungen für hohe Spannungen und Ströme oder Leistungsverstärker. In particular, semiconductor elements are used for switching and influencing high electrical power. Such devices with a semiconductor element include transistors, diodes and integrated circuits. Applications of such components include converters, rectifiers, switching devices for high voltages and currents or power amplifiers.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Bauteil ein IGBT-Modul (Insulated Gate Bipolar Transistor), wobei das IGBT-Modul drei Temperatursensoren aufweist, wobei die Temperatursensoren des IGBT-Moduls zur Ermittlung der Differenzen der Temperatur im Kühlkanal vorgesehen sind. In a particularly advantageous embodiment, the component is an IGBT module (Insulated Gate Bipolar Transistor), wherein the IGBT module has three temperature sensors, wherein the temperature sensors of the IGBT module are provided for determining the differences in the temperature in the cooling channel.

Ein IGBT-Modul verfügt regelmäßig über drei Halbleitereinheiten, jeweils bestehend aus einem IGBT und einer Diode. Diese Halbleitereinheiten werden auch als Halbbrücken bezeichnet. An IGBT module regularly has three semiconductor units, each consisting of one IGBT and a diode. These semiconductor units are also called half-bridges.

Vorteilhaft ist jeder der Halbbrücken ein eigener Temperatursensor zugeordnet. Die Temperatursensoren sind entweder schon in dem IGBT-Modul integriert oder zwischen dem IGBT-Modul und dem Kühlkanal lokalisiert oder im Kühlkanal selbst lokalisiert. Advantageously, each of the half bridges is assigned its own temperature sensor. The temperature sensors are either already integrated in the IGBT module or located between the IGBT module and the cooling channel or located in the cooling channel itself.

In einer besonders bevorzugten Ausführung weist das IGBT-Modul drei Temperatursensoren auf, wobei die Temperatursensoren meist als NTC-Widerstände ausgeführt sind. Oft weist ein Umrichter mehrere IGBT-Module auf. In einem solchen Fall ist es möglich, die Temperaturdifferenzen zwischen den Temperatursensoren der unterschiedlichen IGBT-Module zu ermitteln. Insbesondere, falls die IGBT-Module an unterschiedlichen Stellen des Kühlkanals angeordnet sind, können Differenzen von Temperaturen an weit voneinander entfernt liegenden Temperatursensoren ermittelt werden. Dieses Vorgehen erhöht vorteilhaft die Genauigkeit der Bestimmung der Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels. In a particularly preferred embodiment, the IGBT module has three temperature sensors, wherein the temperature sensors are usually designed as NTC resistors. Often a converter has several IGBT modules. In such a case, it is possible to determine the temperature differences between the temperature sensors of the different IGBT modules. In particular, if the IGBT modules are located at different locations of the cooling channel, differences in temperatures at widely spaced temperature sensors can be determined. This procedure advantageously increases the accuracy of the determination of the flow velocity of the coolant.

Bei einem ordnungsgemäß funktionierenden IGBT-Modul geben die drei Halbbrücken regelmäßig jeweils die gleiche Wärmeleistung an den Kühlkanal bzw. das Kühlmittel ab. Daher gilt, je höher die abgegebene Leistung bei gleicher Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels, desto höher ist der Temperaturgradient, bzw. die Differenzen der Temperaturen, die durch die einzelnen beabstandeten Temperatursensoren ermittelt worden sind. Dementsprechend ändert sich bei einer konstanten abgegebenen Wärmeleistung durch die Halbbrücken des IGBT-Moduls und einer veränderten Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels der Temperaturgradient, bzw. die Temperaturdifferenzen, die von jeweils zwei beabstandeten Temperatursensoren ermittelt worden sind. In the case of a properly functioning IGBT module, the three half bridges regularly deliver the same heat output to the cooling channel or the coolant. Therefore, the higher the output power at the same flow rate of the refrigerant, the higher the temperature gradient, or the differences in the temperatures determined by the individual temperature sensors spaced apart. Accordingly, with a constant output heat output by the half-bridges of the IGBT module and a changed flow rate of the coolant, the temperature gradient, or the temperature differences, which have been determined by two spaced temperature sensors.

Hierbei misst die Messeinheit die elektrische Eingangsleistung und die elektrische Ausgangsleistung des IGBT-Moduls bzw. der zwei IGBT-Module. Die Eingangsleistung berechnet sich aus dem Produkt der Eingangsspannung mit dem Eingangsstrom. Die Ausgangsleistung berechnet sich aus dem Produkt des Ausgangsstroms und der Ausgangsspannung. Aus der Differenz der Eingangsleistung und der Ausgangsleistung ist die an das Kühlmittel und/oder den Kühlkanal abgegebene Wärmeleistung ermittelbar. Die Berechnung der Wärmeleistung erfolgt vorteilhaft in der Berechnungseinheit. Weiter ist die Flussgeschwindigkeit durch die Berechnungseinheit und der ermittelten Temperaturen bestimmbar. The measuring unit measures the electrical input power and the electrical output power of the IGBT module or the two IGBT modules. The input power is calculated from the product of the input voltage with the input current. The output power is calculated from the product of the output current and the output voltage. From the difference of the input power and the output power, the output to the coolant and / or the cooling channel heat output can be determined. The calculation of the heat output is advantageously carried out in the calculation unit. Furthermore, the flow rate can be determined by the calculation unit and the determined temperatures.

Ein vorteilhaftes Einsatzgebiet der Erfindung ist ein Umrichter, insbesondere als Teil einer Ansteuerung einer elektrischen Maschine. Weiter vorteilhaft ist eine solche Vorrichtung in einem, zumindest teilweise, elektrisch betriebenen Fahrzeug einsetzbar. Bei einem, zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeug ist die Erfindung besonders vorteilhaft in einem Umrichter des Fahrzeugs einsetzbar. Weitere Einsatzgebiete der Erfindung sind Elektromotoren, Leistungsendstufen, Netzteile oder Computer. An advantageous field of application of the invention is a converter, in particular as part of a control of an electrical machine. Further advantageously, such a device in a, at least partially, electrically operated vehicle can be used. In one, at least partially electrically powered vehicle, the invention is particularly advantageously used in a converter of the vehicle. Further fields of use of the invention are electric motors, output stages, power supplies or computers.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden mittels drei Temperatursensoren zwei Differenzen von Temperaturen ermittelt, wobei die Bestimmung der Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels anhand der beiden Differenzen von Temperaturen und der an das Kühlmittel abgegebenen Wärmeleistung erfolgt. In an advantageous embodiment of the method, two differences of temperatures are determined by means of three temperature sensors, wherein the determination of the flow velocity of the coolant takes place on the basis of the two differences of temperatures and the heat output delivered to the coolant.

Die Berechnung der Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels findet in der Berechnungseinheit statt. Die Berechnung der Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels erfolgt mittels einer Berechnungsvorschrift, wobei die Berechnungsvorschrift als Eingangsparameter den Typ des zu kühlenden Bauteils oder die Typen der zu kühlenden Bauteile, die Geometrie des Kühlkanals, die Art des Kühlmittels sowie ggf. weiterer Daten der zu kühlenden Einheit, beispielsweise des Umrichters, verarbeitet. Werte, die sich mit der Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels nicht oder in geringem Maß ändern, sind vorteilhaft als Konstanten in der Berechnungsvorschrift integriert. Als sich ändernde Größen gehen in die Berechnungsvorschrift die Temperaturen ein, die mittels der Temperatursensoren ermittelt wurden. Die Eingangsleistung und die Ausgangsleistung können auch konstant sein. Falls die Eingangsleistung und die Ausgangsleistung konstant oder vorhersagbar sind, kann die Messeinheit für die Eingangsleistung und die Ausgangsleistung vorteilhaft entfallen. Aus den Temperaturen an einzelnen, voneinander beabstandeten Punkten/Bereichen des Kühlkanals und/oder des mit dem Kühlkanal in Wechselwirkung stehenden Bauteils wird ein Temperaturgradient berechnet. In einem einfachen Fall sind die Temperaturgradienten proportional zu den Differenzen der ermittelten Temperaturen. Aus mehreren Differenzen der Temperaturen kann vorteilhaft auch ein gemeinsamer Temperaturgradient berechnet werden. Der Berechnungsvorschrift liegt zugrunde, dass bei einem hohen Temperaturgradient regelmäßig eine geringe Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels vorliegt. Bei einem Anstieg der Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels nehmen der Temperaturgradient bzw. die Differenz der Temperaturen regelmäßig ab. Bei einer nur geringen Differenz der ermittelten Temperaturen ist meist von einer ausreichenden Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels durch den Kühlkanal auszugehen. The calculation of the flow velocity of the coolant takes place in the calculation unit. The calculation of the flow velocity of the coolant takes place by means of a calculation rule, wherein the calculation rule as the input parameter, the type of component to be cooled or the types of components to be cooled, the geometry of the cooling channel, the type of coolant and possibly other data of the unit to be cooled, for example of the inverter, processed. Values that do not or only slightly change with the flow velocity of the coolant are advantageously integrated as constants in the calculation rule. As changing variables enter into the calculation rule the temperatures that were determined by the temperature sensors. The input power and the output power can also be constant. If the input power and the output power are constant or predictable, the input power and output power measuring units can be advantageously eliminated. A temperature gradient is calculated from the temperatures at individual, spaced-apart points / regions of the cooling channel and / or of the component interacting with the cooling channel. In a simple case, the temperature gradients are proportional to the differences of the determined temperatures. Advantageously, a common temperature gradient can also be calculated from a plurality of differences in the temperatures. The calculation rule is based on the fact that at a high temperature gradient there is regularly a low flow velocity of the coolant. With an increase in the flow velocity of the coolant, the temperature gradient or the difference in the temperatures decrease regularly. With only a small difference of the determined temperatures, a sufficient flow velocity of the coolant through the cooling channel can usually be assumed.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen In the following the invention will be described and explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures. Show it

1 ein Bauteil an einem Kühlkanal, 1 a component on a cooling channel,

2 ein Bauteil an einem Kühlkanal mit drei Temperatursensoren, 2 a component on a cooling channel with three temperature sensors,

3 zwei Bauteile mit jeweils einem Temperatursensor und ein dritter Temperatursensor im Kühlkanal sowie 3 two components each with a temperature sensor and a third temperature sensor in the cooling channel as well

4 ein IGBT-Modul mit drei integrierten Temperatursensoren. 4 an IGBT module with three integrated temperature sensors.

1 zeigt ein Bauteil 1 an einem Kühlkanal 3. Der Kühlkanal wird von einem Kühlmittel 11 durchflossen. Die Flussrichtung des Kühlmittels 11 ist durch einen waagerechten Pfeil unterhalb des Bauteils dargestellt. Das Bauteil 3 weist an seiner Unterseite zwei Temperatursensoren 5 auf. Die Temperatursensoren 5 sind in Flussrichtung des Kühlmittels 11 beabstandet. Der Kühlkanal 3 dient zur Kühlung des Bauteils 1. In der in 1 gezeigten Ausführung steht das Bauteil 1 in direktem Kontakt mit dem Kühlmittel 11. Je nach Empfindlichkeit des Bauteils 1 kann das Bauteil 1 auch außerhalb des Kühlkanals 3 montiert sein und über die Außenwand des Kühlkanals 3 mit dem Kühlmittel 11 in thermischer Wechselwirkung stehen. 1 shows a component 1 on a cooling channel 3 , The cooling channel is powered by a coolant 11 traversed. The flow direction of the coolant 11 is represented by a horizontal arrow below the component. The component 3 has two temperature sensors on its underside 5 on. The temperature sensors 5 are in the flow direction of the coolant 11 spaced. The cooling channel 3 serves to cool the component 1 , In the in 1 shown execution is the component 1 in direct contact with the coolant 11 , Depending on the sensitivity of the component 1 can the component 1 also outside the cooling channel 3 be mounted and over the outer wall of the cooling channel 3 with the coolant 11 in thermal interaction.

Mittels einer Messeinheit 7 wird die elektrische Verlustleistung P_Verlust = P_in – P_out aus der Eingangsleistung P_in und der Ausgangsleistung P_out des Bauteils 1 ermittelt. Aus der ermittelten elektrischen Verlustleistung P_Verlust wird die Wärmeleistung ΔQ/Δt berechnet, die das Bauteil 1 während des Betriebes an das Kühlmittel 11 abgibt. Die Wärmeleistung ΔQ/Δt ist regelmäßig ein konstanter Anteil der elektrischen Verlustleistung P_Verlust. Die Verlustleitung P_Verlust wird an die Berechnungseinheit 9 übertragen. Die mittels der Temperatursensoren 5, 5’ ermittelten Temperaturen T₁, T₂ werden an die Berechnungseinheit 9 übertragen. Die Berechnungseinheit 9 berechnet aus den Temperaturen T₁ und T₂ die Temperaturdifferenz ΔT = T₁ – T₂. Die Temperaturdifferenz ΔT entspricht bei zwei Temperatursensoren 5, 5’ dem Temperaturgradienten. Die Berechnungseinheit 9 berechnet mittels der Temperaturdifferenz ΔT und der Verlustleistung des Bauteils P_Verlust mittels der Berechnungsvorschrift, vorteilhaft nach einem semiempirischen Ansatzes, die Flussgeschwindigkeit v des Kühlmittels 11. Die Verlustleistung P_Verlust oder die Wärmeleistung ΔQ/Δt des Bauteils 1 kann auch in der Berechnungseinheit 9 selbst ermittelt werden oder bereits bekannt sein. Die berechnete Flussgeschwindigkeit v des Kühlmittels 11 ist vorteilhaft aus der Berechnungseinheit 9 auslesbar. Bei Unterschreiten einer kritischen Flussgeschwindigkeit v gibt die Berechnungseinheit 9 vorteilhaft ein Signal S, insbesondere ein Warnsignal an eine zuständige Stelle aus. By means of a measuring unit 7 is the electrical power loss P _loss = P _in - P _out of the input power P _in and the output power P _{out of} the component 1 determined. From the determined electrical power loss P _loss , the heat output ΔQ / Δt is calculated, which is the component 1 during operation to the coolant 11 emits. The heat output ΔQ / Δt is regularly a constant component of the electrical power loss P _loss . The loss line P _loss is sent to the calculation unit 9 transfer. The means of temperature sensors 5 . 5 ' determined temperatures T ₁ , T ₂ are sent to the calculation unit 9 transfer. The calculation unit 9 calculates the temperature difference ΔT = T ₁ -T ₂ from the temperatures T ₁ and T ₂ . The temperature difference ΔT corresponds to two temperature sensors 5 . 5 ' the temperature gradient. The calculation unit 9 calculated by means of the temperature difference .DELTA.T and the power loss of the component P _loss by means of the calculation rule, advantageously according to a semiempirischen approach, the flow velocity v of the coolant 11 , The power loss P _loss or the heat output ΔQ / Δt of the component 1 can also be in the calculation unit 9 be determined or already known. The calculated flow velocity v of the coolant 11 is advantageous from the calculation unit 9 read. When a critical flow velocity v falls below the calculation unit 9 Advantageously, a signal S, in particular a warning signal to a competent authority.

2 zeigt ein Bauteil an einem Kühlkanal mit drei Temperatursensoren 5, 5’, 5’’. In der gezeigten Ausführung sind die drei Temperatursensoren 5, 5’, 5’’ jeweils voneinander in Flussrichtung des Kühlmittels beabstandet. Die Temperatursensoren 5, 5’, 5’’ sind im Zwischenraum des Bauteils 1 und dem Kühlkanal 11 befestigt. Die Temperatursensoren 5, 5’, 5’’ dienen zur Messung der Temperatur zwischen der, dem Kühlkanal 3 zugewandten Seite des Bauteils 1 und der Außenseite des Kühlkanals 3. Durch diese Anordnung sind die Temperatursensoren 5, 5’, 5’’ vom Kühlmittel 11 geschützt. Je nach Befestigungsort können die Temperatursensoren 5, 5’, 5’’ auch zur Ermittlung der Temperatur der Wand des Kühlkanals 3 dienen und damit indirekt der Bestimmung der lokalen Temperatur des Kühlmittels 11 in der Umgebung des Temperatursensors 5, 5’, 5’’. Der Temperatursensor 5 nahe des linken Randes des Bauteils 1 ermittelt die Temperatur T₁, der mittig angeordnete Temperatursensor 5’ dient zur Ermittlung der Temperatur T₂ und der nahe des rechten Randes des Bauteils 1 angeordnete Temperatursensor 5’’ ermittelt die Temperatur T₃. Die Berechnungseinheit 9 (siehe 1) ermittelt aus den drei Temperaturen T₁, T₂, T₃ die Temperaturdifferenzen ΔT_a = T₁ – T₂, ΔT_b = T₁ – T₃, ΔT_c = T₂ – T₃ und/oder die Temperaturgradienten. Der Temperaturgradient berechnet sich aus den Temperaturdifferenzen ΔT_a, ΔT_b, ΔT_c mittels der Bestimmung einer Ausgleichsgeraden der Temperatur in Abhängigkeit von der räumlichen Lage der Temperatursensoren 5, 5’, 5’’ im/am Kühlkanal 3. 2 shows a component on a cooling channel with three temperature sensors 5 . 5 ' . 5 '' , In the embodiment shown, the three temperature sensors 5 . 5 ' . 5 '' each spaced from each other in the flow direction of the coolant. The temperature sensors 5 . 5 ' . 5 '' are in the space between the component 1 and the cooling channel 11 attached. The temperature sensors 5 . 5 ' . 5 '' are used to measure the temperature between, the cooling channel 3 facing side of the component 1 and the outside of the cooling channel 3 , By this arrangement, the temperature sensors 5 . 5 ' . 5 '' from the coolant 11 protected. Depending on the mounting location, the temperature sensors can 5 . 5 ' . 5 '' also for determining the temperature of the wall of the cooling channel 3 serve and thus indirectly the determination of the local temperature of the coolant 11 in the vicinity of the temperature sensor 5 . 5 ' . 5 '' , The temperature sensor 5 near the left edge of the component 1 determines the temperature T ₁ , the centrally located temperature sensor 5 ' is used to determine the temperature T ₂ and the near the right edge of the component 1 arranged temperature sensor 5 '' determines the temperature T ₃ . The calculation unit 9 (please refer 1 ) determines from the three temperatures T ₁ , T ₂ , T ₃ the temperature differences ΔT _a = T ₁ -T ₂ , ΔT _b = T ₁ -T ₃ , ΔT _c = T ₂ -T ₃ and / or the temperature gradients. The temperature gradient calculated from the temperature difference .DELTA.T _a, _b .DELTA.T, .DELTA.T _c by means of the determination of a best-fit line of the temperature as a function of the spatial position of the temperature sensors 5 . 5 ' . 5 '' in / on the cooling channel 3 ,

Die vom Bauteil 1 abgegebene Wärmeleistung ΔQ/Δt an das Kühlmittel 11 ist die an das Kühlmittel abgegebene Wärmemenge ΔQ pro Zeiteinheit Δt. Bei einer gleichbleibenden Temperatur T des Kühlmittels 11 liegt regelmäßig eine Proportionalität zwischen P_Verlust und der abgegebenen Wärmeleistung ΔQ/Δt vor. Die vertikalen Pfeile innerhalb des Bauteils 1 deuten die Abgabe der Wärmeleistung ΔQ/Δt an das Kühlmittel 11 an. Der unterschiedliche Abstand der vertikalen Pfeile, die zum Kühlkanal 3 gerichtet sind, symbolisiert eine ggf. auftretende ungleichmäßige örtliche Verteilung der abgegebenen Wärmeleistung ΔQ/Δt durch die Wand des Kühlkanals 3 an das Kühlmittel 11. The component 1 delivered heat output ΔQ / At to the coolant 11 is the amount of heat released to the coolant ΔQ per unit time .DELTA.t. At a constant temperature T of the coolant 11 there is a regular proportionality between P _loss and the heat output ΔQ / Δt. The vertical arrows inside the component 1 indicate the release of the heat output ΔQ / At to the coolant 11 at. The different distance of the vertical arrows leading to the cooling channel 3 are directed symbolizes a possibly occurring non-uniform local distribution of the output heat output ΔQ / At through the wall of the cooling channel 3 to the coolant 11 ,

3 zeigt zwei Bauteile 1, 1’ mit jeweils einem Temperatursensor 5, 5’ und ein dritter Temperatursensor 5’’ im Kühlkanal 3. Beide Bauteile 1, 1’ sind entlang der Flussrichtung des Kühlmittels 11 im Kühlkanal 3 beabstandet. Unterhalb des ersten Bauteils 1 ist ein Temperatursensor 5 innerhalb des Kühlkanals 3 befestigt. Der Temperatursensor 5 ermittelt die Temperatur T₁, wobei die Temperatur T₁ die Temperatur des Kühlmittels 11 in der Nähe des ersten Bauteils 1 ist. 3 shows two components 1 . 1' each with a temperature sensor 5 . 5 ' and a third temperature sensor 5 '' in the cooling channel 3 , Both components 1 . 1' are along the flow direction of the coolant 11 in the cooling channel 3 spaced. Below the first component 1 is a temperature sensor 5 within the cooling channel 3 attached. The temperature sensor 5 determines the temperature T ₁ , wherein the temperature T _1, the temperature of the coolant 11 near the first component 1 is.

Unterhalb des zweiten Bauteils 1’ ist ein Temperatursensor 5’ innerhalb des Kühlkanals 3 befestigt. Der Temperatursensor 5’ ermittelt die Temperatur T₂, wobei die Temperatur T₂ die Temperatur des Kühlmittels 11 in der Nähe des zweiten Bauteils 1’ ist. Below the second component 1' is a temperature sensor 5 ' within the cooling channel 3 attached. The temperature sensor 5 ' determines the temperature T ₂ , wherein the temperature T _2, the temperature of the coolant 11 near the second component 1' is.

Von beiden Bauteilen 1, 1’ beabstandet befindet sich ein dritter Temperatursensor 5’’, der die Temperatur des Kühlmittels von beiden Bauteilen 1, 1’ beabstandet im Kühlkanal 3 ermittelt. Der dritte Temperatursensor 5’’ ist keinem Bauteil 1, 1’ zugeordnet. Vorteilhaft befindet sich der dritte Temperatursensor 5’’ z.B. am Anfang oder am Ende des Kühlkanals zur Bestimmung der Temperatur T des einfließenden Kühlmittels 11 oder des ausfließenden Kühlmittels 11. Die Flussrichtung des Kühlmittels ist durch den langen Pfeil innerhalb des Kühlkanals 3 symbolisiert. From both components 1 . 1' spaced is a third temperature sensor 5 '' which determines the temperature of the coolant from both components 1 . 1' spaced in the cooling channel 3 determined. The third temperature sensor 5 '' is not a component 1 . 1' assigned. Advantageously, there is the third temperature sensor 5 '' eg at the beginning or at the end of the cooling channel for determining the temperature T of the inflowing coolant 11 or the effluent coolant 11 , The flow direction of the coolant is through the long arrow within the cooling channel 3 symbolizes.

Beide Bauteile 1, 1’ sind mit der Messeinheit 7 verbunden, wobei die Messeinheit 7 die elektrische Verlustleistung P_Verlust der Bauteile 1, 1’ bestimmt. Aus der elektrischen Verlustleistung P_Verlust berechnet sich die von den Bauteilen 1, 1’ jeweils an den Kühlkanal 3 abgegebene Wärmeleistungen ΔQ/Δt. Die an das Kühlmittel 11 abgegebene Wärmeleistung ΔQ/Δt der Bauteile 1, 1’ wird durch die Pfeile angezeigt, die zum Kühlkanal 3 hin gerichtet sind. Die Messeinheit 7 ist mit der Berechnungseinheit 9 verbunden. Die Berechnungseinheit 9 bestimmt die Flussgeschwindigkeit v des Kühlmittels 11 mittels der Verlustleistung P_Verlust sowie aus den ermittelten Temperaturen T₁, T₂ und/oder T₃. Die Berechnungseinheit 9 überträgt die Flussgeschwindigkeit v mittels eines Signals S an eine zuständige Stelle oder zu einer geeigneten Ausgabeeinheit (nicht gezeigt). Both components 1 . 1' are with the measurement unit 7 connected, the measuring unit 7 the electrical power loss P _{loss of} the components 1 . 1' certainly. From the electrical power loss P _{loss is} calculated from the components 1 . 1' each to the cooling channel 3 delivered heat outputs ΔQ / Δt. The to the coolant 11 delivered heat output .DELTA.Q / .DELTA.t of the components 1 . 1' is indicated by the arrows leading to the cooling channel 3 are directed towards. The measuring unit 7 is with the calculation unit 9 connected. The calculation unit 9 determines the flow velocity v of the coolant 11 by means of the power loss P _loss and from the determined temperatures T ₁ , T ₂ and / or T ₃ . The calculation unit 9 transmits the flow velocity v by means of a signal S to a competent location or to a suitable output unit (not shown).

Als zuständige Stelle kann eine globale Steuerung des Umrichters die Steuerung des Fahrzeugs und/oder eine Wartungsstelle sein. Vorteilhaft weist die Berechnungseinheit 9 eine Ausgangsschnittstelle auf, mittels der die Flussgeschwindigkeit v ausgelesen werden und/oder visualisiert werden kann. As a competent authority, global control of the inverter may be control of the vehicle and / or a service center. Advantageously, the calculation unit 9 an output interface, by means of the flow velocity v can be read and / or visualized.

4 zeigt ein IGBT-Modul 1’’ mit drei integrierten Temperatursensoren. Das dargestellte IGBT-Modul 1’’ weist neben den drei Halbbrücken, jeweils bestehend aus einem IGBT und einer Diode drei Temperatursensoren 5, 5‘, 5‘‘ auf. Weiter ist jeder Halbbrücke ein Temperatursensor 5, 5’, 5’’ zugeordnet. Die Temperatursensoren 5, 5’, 5’’ dienen zur Ermittlung der Temperatur T₁, T₂, T₃ der jewils zugeordneten Halbbrücke. Geht man von einer gleichmäßigen Kühlung des IGBT-Moduls 1’’ aus, so ist bei einer hohen Temperaturdifferenz ΔT ggf. auf eine Fehlfunktion eines IGBT-Moduls 1’’ und/oder eines weiteren Elements zu schließen. Bei einer hohen Flussgeschwindigkeit v des Kühlmittels 11 und damit einhergehend, einer guten und gleichmäßigen Kühlleistung, ist eine nur geringe Temperaturdifferenz ΔT zu erwarten. Eine gute und gleichmäßige Kühlung des IGBT-Moduls 1’’ bedarf einer ausreichenden Flussgeschwindigkeit v des Kühlmittels 11. 4 shows an IGBT module 1'' with three integrated temperature sensors. The illustrated IGBT module 1'' has three temperature sensors in addition to the three half bridges, each consisting of an IGBT and a diode 5 . 5 ' . 5 '' on. Furthermore, each half-bridge is a temperature sensor 5 . 5 ' . 5 '' assigned. The temperature sensors 5 . 5 ' . 5 '' serve to determine the temperature T ₁ , T ₂ , T _{3 of} the jewils associated half-bridge. If one assumes a uniform cooling of the IGBT module 1'' off, so at a high temperature difference .DELTA.T possibly on a malfunction of an IGBT module 1'' and / or another element. At a high flow velocity v of the coolant 11 and concomitantly, a good and uniform cooling performance, only a small temperature difference .DELTA.T is expected. Good and even cooling of the IGBT module 1'' requires a sufficient flow velocity v of the coolant 11 ,

Die Temperaturdifferenz ΔT ist ggf. vom Abstand der Temperatursensoren 5, 5’, 5’’ untereinander abhängig. Die Abhängigkeit der Temperaturdifferenzen ΔT vom Ort der Befestigung der Temperatursensoren 5, 5’, 5’’ ergibt sich aufgrund der unterschiedlichen Wärmetransportkoeffizienten des Kühlmittels 11 und/oder des Kühlkanals 3. Dies ist in einem solchen Fall bei der Berechnung der Flussgeschwindigkeit v des Kühlmittels 11 zu beachten. The temperature difference .DELTA.T is possibly the distance of the temperature sensors 5 . 5 ' . 5 '' dependent on each other. The dependence of the temperature differences ΔT on the location of the attachment of the temperature sensors 5 . 5 ' . 5 '' results from the different heat transfer coefficients of the coolant 11 and / or the cooling channel 3 , This is in such a case in the calculation of the flow velocity v of the coolant 11 to be observed.

Es ist besonders vorteilhaft, anstelle der Messeinheit 7 zur Ermittlung der Verlustleistung P_Verlust die Verlustleistung P_Verlust und/oder der Wärmeleistung ΔQ/Δt aus den Vorgaben zum Betrieb der Bauteile 1, 1’ und/oder des IGBT-Moduls 1’’ anhand der Betriebsvorgaben der Bauteile 1, 1’ und/oder des IGBT-Moduls 1’’ zu berechnen. Die Berechnung findet vorteilhaft in der Berechnungseinheit 9 statt. It is particularly advantageous instead of the measuring unit 7 for determining the power loss P _Loss the power loss P _loss and / or the heat output ΔQ / Δt from the specifications for the operation of the components 1 . 1' and / or the IGBT module 1'' based on the operating specifications of the components 1 . 1' and / or the IGBT module 1'' to calculate. The calculation advantageously takes place in the calculation unit 9 instead of.

Es ist bei einer bekannten und einer zeitlich ungefähr konstanten Temperatur T des Kühlmittels 11 weiter besonders vorteilhaft, nur die Abweichung der Temperatur an einem vorgegebenen Punkt im oder am Kühlkanal 3 mittels eines einzelnen Temperatursensors 5 zu bestimmen. Aus der Abweichung der durch den Temperatursensor 5 ermittelten Temperatur T₁ von der Temperatur T des Kühlmittels 11 ist vorteilhaft die Flussgeschwindigkeit v des Kühlmittels 11 ermittelbar. So ist ein Temperatursensor 5 an einem Punkt im/am Kühlkanal 3 ausreichend. It is at a known and a temporally approximately constant temperature T of the coolant 11 more particularly advantageous, only the deviation of the temperature at a predetermined point in or on the cooling channel 3 by means of a single temperature sensor 5 to determine. From the deviation of the through the temperature sensor 5 determined temperature T ₁ of the temperature T of the coolant 11 is advantageous, the flow velocity v of the coolant 11 determined. So is a temperature sensor 5 at one point in / on the cooling channel 3 sufficient.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Flussgeschwindigkeit v eines Kühlmittels 11 mittels mehreren Temperatursensoren 5, 5’, 5’’. Die Temperatursensoren 5, 5’, 5’’ sind beabstandet im Wirkungskreis des Kühlkanals 3, insbesondere bei zu kühlenden Bauteilen 1, 1’ angeordnet und dienen zur Ermittlung der Temperaturdifferenzen ΔT zwischen den durch die Temperatursensoren 5, 5’, 5’’ ermittelten Temperaturen T₁, T₂, T₃. Mittels einer Berechnungseinheit 9 wird die Flussgeschwindigkeit v aus dem Temperaturgradient (Temperaturdifferenzen ΔT) und der an das Kühlmittel 11 abgegebenen Wärmeleistung ΔQ/Δt bestimmt. Die an das Kühlmittel 11 abgegebene Wärmeleistung ΔQ/Δt wird entweder durch eine Messeinheit 7 bestimmt oder aus einer Steuerung abgefragt. Die Bestimmung der Flussgeschwindigkeit v des Kühlmittels 11 wird nach einer Berechnungsvorschrift ausgeführt. Der Berechnungsvorschrift liegt die Beobachtung zugrunde, dass, umso geringer der Temperaturgradient bzw. die Temperaturdifferenz ΔT ist, desto höher ist die Flussgeschwindigkeit v des Kühlmittels 11, insbesondere bei konstanter, an das Kühlmittel 11 abgegebener Wärmeleistung ΔQ/Δt. In summary, the invention relates to a method and a device for determining a flow velocity v of a coolant 11 by means of several temperature sensors 5 . 5 ' . 5 '' , The temperature sensors 5 . 5 ' . 5 '' are spaced in the sphere of the cooling channel 3 , in particular for components to be cooled 1 . 1' arranged and used to determine the temperature differences .DELTA.T between the by the temperature sensors 5 . 5 ' . 5 '' determined temperatures T ₁ , T ₂ , T ₃ . By means of a calculation unit 9 is the flow velocity v from the temperature gradient (temperature differences .DELTA.T) and to the coolant 11 emitted heat output ΔQ / Δt determined. The to the coolant 11 output heat output ΔQ / Δt is either by a measuring unit 7 determined or queried from a controller. The determination of the flow velocity v of the coolant 11 is executed according to a calculation rule. The calculation rule is based on the observation that the lower the temperature gradient or the temperature difference ΔT, the higher the flow velocity v of the coolant 11 , in particular at constant, to the coolant 11 output heat output ΔQ / Δt.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung einer Flussgeschwindigkeit (v) eines Kühlmittels (11) durch einen Kühlkanal (3), insbesondere eines Kühlkanals (3) zur Kühlung eines Umrichters, wobei mindestens ein Temperatursensor (5, 5’, 5’’) an mindestens einer Stelle des Kühlkanals zur Ermittlung der Temperatur (T₁, T₂, T₃) des Kühlmittels (11) vorgesehen ist, wobei eine Messeinheit (7) zur Ermittlung der an das Kühlmittel (11) abgegebenen Wärmeleistungen (ΔQ/Δt) vorgesehen ist, wobei die ermittelten Temperaturen (T₁, T₂, T₃) und die ermittelten Wärmeleistungen (ΔQ/Δt) zur Übertragung an eine Berechnungseinheit (9) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (9) zur Bestimmung der Flussgeschwindigkeit (v) des Kühlmittels (11) durch den Kühlkanal (3) anhand der ermittelten Temperatur (T₁, T₂, T₃) an der mindestens einen Stelle und/oder anhand der mittels der Messeinheit (7) ermittelten Wärmeleistung (ΔQ/Δt) vorgesehen ist. Device for determining a flow velocity (v) of a coolant ( 11 ) through a cooling channel ( 3 ), in particular a cooling channel ( 3 ) for cooling an inverter, wherein at least one temperature sensor ( 5 . 5 ' . 5 '' ) at at least one point of the cooling channel for determining the temperature (T ₁ , T ₂ , T ₃ ) of the coolant ( 11 ), wherein a measuring unit ( 7 ) for the determination of the coolant ( 11 ), wherein the determined temperatures (T ₁ , T ₂ , T ₃ ) and the determined thermal outputs (ΔQ / Δt) for transmission to a calculation unit ( 9 ), characterized in that the calculation unit ( 9 ) for determining the flow velocity (v) of the coolant ( 11 ) through the cooling channel ( 3 ) based on the determined temperature (T ₁ , T ₂ , T ₃ ) at the at least one location and / or by means of the measuring unit ( 7 ) determined heat output (.DELTA.Q / .DELTA.t) is provided.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mehrere Temperatursensoren (5, 5’, 5’’) aufweist, dass die Temperatursensoren (5, 5’, 5’’) zur Bestimmung der Temperaturen (T₁, T₂, T₃) einzelner Bereiche des Kühlkanals (3) vorgesehen sind und dass ein erster Temperatursensor (5) und mindestens ein weiterer Temperatursensor (5’, 5’’) in Flussrichtung des Kühlmittels (11) angeordnet sind. Apparatus according to claim 1, characterized in that the device comprises a plurality of temperature sensors ( 5 . 5 ' . 5 '' ) that the temperature sensors ( 5 . 5 ' . 5 '' ) for determining the temperatures (T ₁ , T ₂ , T ₃ ) of individual regions of the cooling channel ( 3 ) are provided and that a first temperature sensor ( 5 ) and at least one further temperature sensor ( 5 ' . 5 '' ) in the flow direction of the coolant ( 11 ) are arranged.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Flussgeschwindigkeit (v) des Kühlmittels (11) durch den Kühlkanal (3) anhand mindestens einer Differenz der ermittelten Temperaturen (ΔT) und der von mindestens einem Bauteil (1, 1’) an das Kühlmittel (11) abgegebene Wärmeleistung (ΔQ/Δt) vorgesehen ist und dass die Differenz der ermittelten Temperaturen (ΔT) eine Differenz der Temperatur (T₁, T₂, T₃) des Kühlmittels (11) vor dem mindestens einen Bauteil (1, 1’) und der Temperatur (T₁, T₂, T₃) des Kühlmittels (11) nach dem mindestens einem Bauteil (1, 1’) ist. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the determination of the flow velocity (v) of the coolant ( 11 ) through the cooling channel ( 3 ) based on at least one difference of the determined temperatures (ΔT) and that of at least one component ( 1 . 1' ) to the coolant ( 11 ) output heat (ΔQ / Δt) is provided and that the difference of the determined temperatures (ΔT) a difference of the temperature (T ₁ , T ₂ , T ₃ ) of the coolant ( 11 ) in front of the at least one component ( 1 . 1' ) and the temperature (T ₁ , T ₂ , T ₃ ) of the coolant ( 11 ) after the at least one component ( 1 . 1' ).

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Temperatursensor (5, 5’, 5’’) unterschiedlichen Bauteilen (1, 1’) zugeordnet ist oder dass ein jeweilig zu kühlendes Bauteil (1, 1’) mindestens einen eigenen Temperatursensor (5, 5’, 5’’) aufweist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one temperature sensor ( 5 . 5 ' . 5 '' ) different components ( 1 . 1' ) or that a respective component to be cooled ( 1 . 1' ) at least one own temperature sensor ( 5 . 5 ' . 5 '' ) having.

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1, 1’) mindestens zwei Temperatursensoren (5, 5’, 5’’) aufweist, dass die Temperatursensoren (5, 5’, 5’’) an unterschiedlichen Stellen des Bauteils (1, 1’) angeordnet sind und dass die Temperatursensoren (5, 5’, 5’’) sowohl zur Bestimmung der Temperatur (T₁, T₂, T₃) einzelner Bereiche des Bauteils (1, 1’) als auch zur Bestimmung von Differenzen (ΔT) der mittels der Temperatursensoren (5, 5’, 5’’) ermittelten Temperatur (T₁, T₂, T₃) des Kühlmittels (11) innerhalb des Kühlkanals (3) vorgesehen sind. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the component ( 1 . 1' ) at least two temperature sensors ( 5 . 5 ' . 5 '' ) that the temperature sensors ( 5 . 5 ' . 5 '' ) at different locations of the component ( 1 . 1' ) and that the temperature sensors ( 5 . 5 ' . 5 '' ) both for determining the temperature (T ₁ , T ₂ , T ₃ ) of individual regions of the component ( 1 . 1' ) as well as for the determination of differences (ΔT) by means of the temperature sensors ( 5 . 5 ' . 5 '' ) determined temperature (T ₁ , T ₂ , T ₃ ) of the coolant ( 11 ) within the cooling channel ( 3 ) are provided.

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1, 1’) ein Halbleiterelement aufweist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 1 . 1' ) has a semiconductor element.

Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1, 1’) ein IGBT-Modul ist, wobei das IGBT-Modul (1’’) drei Temperatursensoren (5, 5’, 5’’) aufweist, wobei die Temperatursensoren (5, 5’, 5’’) des IGBT-Moduls (1’’) zur Ermittlung der Differenzen der Temperatur (T₁, T₂, T₃) im Kühlkanal (3) vorgesehen sind. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 1 . 1' ) is an IGBT module, wherein the IGBT module ( 1'' ) three temperature sensors ( 5 . 5 ' . 5 '' ), wherein the temperature sensors ( 5 . 5 ' . 5 '' ) of the IGBT module ( 1'' ) for determining the differences of the temperature (T ₁ , T ₂ , T ₃ ) in the cooling channel ( 3 ) are provided.

Umrichter, aufweisend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7. Converter, comprising a device according to one of claims 1 to 7.

Fahrzeug, insbesondere ein zumindest Teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug, aufweisend einen Umrichter nach Anspruch 8 oder eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7. Vehicle, in particular an at least partially electrically powered vehicle, comprising an inverter according to claim 8 or a device according to one of claims 1 to 7.

Verfahren zur Bestimmung der Flussgeschwindigkeit (v) eines Kühlmittels (11) durch einen Kühlkanal (3), dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Flussgeschwindigkeit (v) eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dient, wobei die Flussgeschwindigkeit (v) mittels mindestens einer Differenz von ermittelten Temperaturen (T₁, T₂, T₃) ermittelt wird. Method for determining the flow velocity (v) of a coolant ( 11 ) through a cooling channel ( 3 ), characterized in that for determining the flow velocity (v) a device according to one of claims 1 to 7 is used, wherein the flow velocity (v) by means of at least one difference of determined temperatures (T ₁ , T ₂ , T ₃ ) is determined.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels drei Temperatursensoren (5, 5’, 5’’) zwei Differenzen von Temperaturen (T₁, T₂, T₃) ermittelt werden und dass die Bestimmung der Flussgeschwindigkeit (v) des Kühlmittels (11) anhand der beiden Differenzen von Temperature (T₁, T₂, T₃) und der an das Kühlmittel (11) abgegebenen Wärmeleistung (ΔQ/Δt) erfolgt. Method according to claim 10, characterized in that by means of three temperature sensors ( 5 . 5 ' . 5 '' ) two differences of temperatures (T ₁ , T ₂ , T ₃ ) are determined and that the determination of the flow velocity (v) of the coolant ( 11 ) on the basis of the two differences of temperature (T ₁ , T ₂ , T ₃ ) and of the coolant ( 11 ) delivered heat output (.DELTA.Q / .DELTA.t) takes place.