具体实施方式

应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只以及航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃机车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如，源于非化石能源的燃料)。

虽然示例性实施方案描述为利用多个单元执行示例性的过程，但是应当理解的是，示例性的过程也可以由一个或更多个模块执行。此外，应当理解的是，术语“控制器/控制单元”指的是包括存储器和处理器的硬件装置，并且经过专门编程以执行本文所述的过程。存储器配置为对模块进行存储，并且处理器具体配置为执行所述模块以进行以下进一步描述的一个或更多个过程。

本文所使用的术语仅为了描述特定实施方案的目的，并非旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚的说明。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，其指明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或加入一种或更多种其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项的任何和所有组合。

除非特别声明或者从上下文显而易见，本文所使用的术语“大约”理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准差内。“大约”可以理解为在指定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或者0.01％之内。除非上下文另有清楚的说明，否则本文所提供的所有数值通过术语“大约”进行修饰。

在下文中，将参照附图详细地描述根据本发明的各种示例性实施方案的用于估算功率模块的功率半导体器件的结温的方法和系统。

首先，将简要地描述本发明的各种示例性实施方案所应用于的功率模块的结构。图1是示出本发明的各种示例性实施方案所应用于的功率模块的一部分的平面图，图2是示出本发明的各种示例性实施方案所应用于的功率模块的一部分的示例的截面图。

参考图1和图2，功率模块10可以包括布置于基板13上的多个IGBT 11和二极管12。尽管在图1和2中未示出，但是IGBT 11和二极管12可以通过电力线彼此电连接，所述电力线实现为形成于基板13上的导电图案等，并且电力线可以通过电力导线14与其他外部电气部件交换电力，如图2所示。另外，尽管未示出，但是IGBT 11和二极管12可以经由接线连接到信号导线15，以从外部接收用于控制的信号。

功率模块10可以设置为与散热器20相邻，以在基板13之下与基板13紧密或邻接接触。另外，用于降低功率模块的温度的冷却液可以流过散热器20。尽管在图2中示出了散热器20，一个散热器20安装在基板13之下，但是在本领域和本发明中已知的各种方法的冷却结构不限于图2中示出的示例。流至散热器20的冷却液的流量(升/分钟)和温度可以应用于预测功率模块10中的功率半导体器件11、12的结温，这将在下文描述。

在图1和图2中，对应于第一功率半导体器件的IGBT 11是在其内部具有温度传感器111的器件。因此，第一功率半导体器件11的结温可以是温度传感器111感测到的感测值。此外，与第二功率半导体器件相对应的二极管12是其内部没有嵌入温度传感器的器件，并且需要通过温度估算技术的计算来估算结温。在常规的结温估算技术中，流过散热器20的冷却液温度用于计算结温，并且如果应用于估算结温的计算的冷却液温度与流过功率模块与散热器之间接触区域的冷却液的实际温度不同，则第二功率半导体器件的结温的估算可能会不准确。

图3是简要示出了本发明的各种示例性实施方案所应用于的功率模块冷却系统的示意图。如图3所示，功率模块10可以与用于执行相关功能的其他部件一起设置在壳体40内部，并且散热器20可以设置为与壳体40内部的功率模块10接触。可以从壳体40外部的冷却液入口50供应流过散热器20的冷却液，并且配置为测量冷却液温度的水温传感器30可以位于壳体40的外部，对应于壳体40与冷却液入口50相交的点。换句话说，水温传感器30可以配置为在冷却液将被引入壳体40之前立即感测冷却液温度。

冷却液温度感测结构可以配置为即使当冷却液没有被平顺地供应到散热器20中时，也将冷却液温度感测为大致上低于散热器20中的实际冷却液的温度。因此，如果如上所述利用水温传感器30感测的冷却液温度来估算功率模块10的第二功率半导体器件12的结温，估算的结温可能会计算为小于实际结温的值，因此，无法预测结温的升高可能会导致严重的问题，例如器件烧坏或整个系统的操作错误。

本发明的各种示例性实施方案提供了这样一种技术，利用具有嵌入式温度传感器的功率半导体器件的结温来更准确地估算与功率模块10相邻的散热器20中的冷却液温度，从而更准确地估算没有嵌入温度传感器的另一个功率半导体器件的结温。

图4是示出根据本发明的示例性实施方案的用于估算功率半导体器件的结温的系统的框图。参考图4，根据本发明的示例性实施方案的用于估算功率半导体器件的结温的系统可以包括存储器100和处理器200，存储器100配置为存储用于估算和确定功率半导体器件的结温的计算或确定功率模块是否降额的计算所需的数据；处理器200配置为执行计算或处理用于接收存储在存储器100中的数据和功率模块的操作参数，以估算功率半导体器件的结温并确定是否执行降额。

存储器100可以配置为存储通过热模型来估算第一功率半导体器件和第二功率半导体器件的结温所需的先前数据。例如，存储器100可以配置为存储计算第一功率半导体器件和第二功率半导体器件的功率损耗所需的计算公式和热阻。处理器200可以配置为执行计算和数据处理，用于通过热模型来估算第一功率半导体器件和第二功率半导体器件的结温，估算散热器的温度，从而确定第二功率半导体器件的结温。另外，处理器200可以配置为根据确定的第二功率半导体器件的结温来进行用于判断功率模块是降额还是停止的确定。

构成处理器200的功能块210至270中的每个是配置为执行处理器200中实施的计算、处理、确定等的单元，并且通过以下对根据本发明的示例性实施方案的用于估算功率半导体器件的结温的方法的说明，将清楚地描述其操作。

图5是示出根据本发明的示例性实施方案的用于估算功率半导体器件的结温的方法的流程图。参考图4和图5，根据本发明的示例性实施方案的用于估算功率半导体器件的结温的方法可以从分别在第一功率损耗计算单元210和第二功率损耗计算单元230中计算第一功率半导体器件11的功率损耗和第二功率半导体器件12的功率损耗开始(S11、S21)。

每个功率半导体器件的功率损耗可以分类为在电流导通情况下发生的导通损耗和在开关时发生的开关损耗，并且每种损耗可以通过预设的导通损耗计算公式和开关损耗计算公式来计算。导通损耗计算公式和开关损耗计算公式可以预先存储在存储器100中。

用于计算功率半导体器件的功率损耗的计算公式可以根据应用了功率模块(IGBT、二极管等)的类型的逆变器的特性，基于各种参数来预先设定，并且根据制造功率模块的公司或通过应用功率模块来制造诸如车辆的产品的公司利用各种方法来确定。具体地，作为主要用于计算导通损耗或开关损耗的参数，可以考虑由功率模块提供的电压和电流、功率半导体器件的开关频率等。

例如，第一功率损耗计算单元210可以配置为从存储器100读取用于计算诸如IGBT的第一功率半导体器件11的功率损耗的计算公式，从外部传感器接收功率模块的电压和电流、第一功率半导体器件11的开关频率等，以计算第一功率半导体器件11的导通损耗和开关损耗，然后将两个值相加以计算第一功率半导体器件11的功率损耗。

第二功率损耗计算单元230也可以配置为以类似的方式计算第二功率半导体器件12的功率损耗。如上所述，由于用于计算功率半导体器件的功率损耗的计算公式可以根据功率半导体器件或功率模块的制造商或利用功率模块制造车辆等的制造商以独特的方式来确定，因此将省略对计算公式的具体形式的详细描述。

随后，第一结温计算单元220和第二结温计算单元240可以分别配置为：通过将由计算公式获得的第一功率半导体器件的功率损耗乘以预先存储在存储器100中的第一功率半导体器件的热阻，来计算第一功率半导体器件的结温预测值，并且通过将由计算公式获得的第二功率半导体器件的功率损耗乘以预先存储在存储器100中的第二功率半导体器件的热阻，来计算第二功率半导体器件的结温预测值(S12、S22)。

功率半导体器件的热阻可以根据包括功率半导体器件的功率模块的固有特性和冷却器的散热特性来确定。因此，功率半导体器件的热阻可以通过对由功率模块供电的目标(例如，电机)的驱动测试预先由实验方法来确定，并且由实验方法预先得出的热阻可以存储在存储器100中。

预先确定热阻的方法简要描述如下。该方法可以包括：通过预先确定用于获得功率半导体器件的功率损耗的功率模块的参数(例如，功率半导体器件的输入电压、输入电流和开关频率)来驱动功率模块，并且通过温度传感器(例如，热成像摄像机等)获得功率模块中的功率半导体器件的温度，以确认获得的温度的变化趋势，从而确定热阻。例如，当在每个功率半导体器件中发生功率损耗时，由于热阻的特性，每个功率半导体器件的温度可能会升高以达到饱和状态，此时，可以通过热成像摄像机应用实验方法更容易地确认温度变化值(例如，饱和状态下的最终温度和施加电流之前的起始温度)。

因此，可以从通过热成像摄像机获得的功率半导体器件的温度变化值和在实验期间通过功率半导体器件的输入参数(例如，电流、电压和开关频率)的值获得的功率损耗值来计算热阻值。换句话说，可以通过将温度变化值除以通过参数计算出的功率损耗来确定实验中的热阻值。

此外，由于热阻值可以基于散热特性而改变，因此需要反映流过散热器20的冷却液的流量(升/分钟)来确定热阻。因此，热阻实验可以通过在改变冷却液的流量(升/分钟，LPM，liter per minute)的同时应用上述输入参数来进行热阻测量测试，以得出与每种冷却液的流量(升/分钟)相对应的热阻。对应于冷却液的流量(升/分钟)的热阻数据可以预先存储在存储器100中，并且第一结温计算单元220和第二结温计算单元240可以配置为：从设置在向散热器20供应冷却液的冷却液供应系统中的流量计(未示出)接收关于冷却液的流量(升/分钟)的信息，从存储器100读取与其对应的热阻，随后计算第一功率半导体器件11和第二功率半导体器件12的结温预测值。

随后，散热器温度计算单元250可以配置为：通过将嵌入在第一功率半导体器件11中的温度传感器111感测到的感测温度减去由第一结温计算单元220计算的第一功率半导体器件11的结温预测值来计算散热器的温度预测值(S31)。

由嵌入在第一功率半导体器件11中的温度传感器111感测到的感测温度可以是最接近第一功率半导体器件11的实际结温的温度值。每个功率半导体器件的结温可以通过将散热器20的冷却温度与根据每种操作的发热温度相加来确定。由于考虑到第一功率半导体器件11的功率损耗和热阻而通过热模型计算的温度预测值没有考虑散热器20的温度，因此可以通过将与第一功率半导体器件11的实际结温相对应的温度传感器111的感测温度减去由第一结温计算单元220计算出的第一功率半导体器件11的结温预测值来估算散热器20的温度。

随后，温度确定单元260可以配置为通过将由散热器温度计算单元250计算出的散热器温度预测值与没有嵌入式温度传感器的第二功率半导体器件12的结温预测值相加来最终确定第二功率半导体器件12的结温(S32)。根据本发明的示例性实施方案的用于估算功率半导体器件的结温的方法可以进一步包括基于由功率模块操作确定单元270最终确定的第二功率半导体器件12的结温，来确定功率模块是降额还是停止(S33)。

例如，可以将能够与最终确定的第二功率半导体器件12的结温进行比较的至少一个参考值存储在存储器100中。然后可以将最终确定的第二功率半导体器件12的结温与存储的第一参考值进行比较，并且响应于确定出最终确定的第二功率半导体器件12的结温大于第一参考值，该方法然后可以包括执行强制降低功率模块的性能的降额。参考值可以是用于确定是否执行降额的参考的预设值。

作为另一示例，功率模块操作确定单元270可以配置为将最终确定的第二功率半导体器件12的结温与存储的第二参考值进行比较，并且响应于确定出最终确定的第二功率半导体器件12的结温大于第二参考值，停止功率模块的操作。具体地，第二参考值可以是用于确定功率模块的操作是否停止的参考的预设值，并且可以是大于第一参考值的值。

作为另一示例，可以存储小于第一参考值的第三参考值，并且可以通过与第一参考值的比较来执行降额，然后，如果通过再次执行这些步骤(S11、S12、S21、S22、S31和S32)所确定的第二功率半导体器件12的结温小于第三参考值，则可以解除降额，以使功率模块也正常操作。第三参考值可以是用于使功率模块返回正常操作的预定值。

如上所述，根据本发明的各种示例性实施方案的用于估算功率模块的功率半导体器件的结温的方法和系统可以通过利用嵌入了温度传感器的功率半导体器件的热模型和温度传感器的感测温度来得出用于冷却功率模块的散热器的温度，并利用得出的散热器的温度来预测没有嵌入温度传感器的功率半导体器件的结温，从而提高了预测没有嵌入温度传感器的功率半导体器件的结温的准确性。

具体地，用于估算功率模块的功率半导体器件的结温的方法和系统即使在向功率模块的散热器提供冷却液的系统中发生问题从而无法准确地检测出散热器的温度，进而无法准确地确认功率半导体器件的结温过高的情况下，也可以预测没有嵌入温度传感器的功率半导体器件的结温，从而防止器件由于结温过高而损坏或器件停止工作以及器件的耐久寿命降低。

尽管已经图示和描述了本发明的特定示例性实施方案，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离由所附权利要求提供的本发明的技术精神的情况下，可以对本发明进行各种改进和变化。