老化检测装置、老化检测方法、存储介质和车辆与流程

本发明涉及一种用于功率模块的老化检测装置、由其执行的老化检测方法、计算机可读存储介质以及车辆，其中，该功率模块用于电力电子设备。

背景技术：

1、功率模块是电力电子设备(比如逆变器、直流直流变换器、充电机等)的核心部件，例如igbt功率模块、碳化硅功率模块。在电力电子设备工作时，伴随着功率模块各相功率半导体芯片较高频率的开关动作，实现交直流或直流直流间的电压变换、电流变换。由于功率半导体芯片存在导通压降、开通损耗及关断损耗，在上述电压变换和电流变换过程中，在功率半导体芯片上会产生导通损耗、开关损耗。这些能量损耗会在功率芯片及其封装上产生电应力、热应力、机械应力等，进而导致老化现象的产生，缩短了其服务周期。

2、为了保证各电力电子设备运行安全性，需要实时或间隔地获知其功率模块的服务状态。从现有技术中已知一种借助功率循环测试来实现的老化检测。首先通过抽样部分功率模块进行特定工况下的功率循环测试，获取不同工况下该功率模块的循环次数作为其参考寿命曲线，然后实时运行的电力电子设备状态通过比如雨流计数法等计算其运行工况分布，再对比参考寿命曲线就可以获知其剩余寿命。然而参考寿命曲线是在实验室条件下通过小样本获取的，并不能够真实反映出功率模块的状态或剩余寿命，并且功率模块也存在由于制造、工艺、材料差异性而导致的寿命差异。

技术实现思路

1、根据不同的方面，本发明的目的在于提供一种改善的用于服务于电力电子设备的功率模块的老化检测装置、可由其执行的老化检测方法、计算机可读存储介质以及车辆。

2、此外，本发明还旨在解决或者缓解现有技术中存在的其它技术问题。

3、根据本发明的第一方面，通过提供一种老化检测装置来解决上述问题，具体而言，所述功率模块服务于电力电子设备，其中，包括：

4、测温单元，其配置成采集关于功率模块的温度参数；

5、处理单元，其配置成基于所述温度参数判定所述功率模块是否发生老化并且包括：

6、工况判定模块，其配置成判断所述功率模块是否处于预设的观测工况中；

7、特征量计算模块，其配置成响应于处于所述观测工况中而调用在此期间的所述温度参数，并算出所调用的温度参数的特征量；

8、老化判定模块，其配置成将所算出的特征量与预先确定的参考特征量进行比较，并基于比较结果判定所述功率模块是否存在老化现象。

9、在根据本发明的第一方面所提出的老化检测装置中，所述观测工况表征所述功率模块从有电流状态被切换到无电流状态并且所述无电流状态维持预设时长。

10、在根据本发明的第一方面所提出的老化检测装置中，所述工况判定模块配置成，获取所述功率模块或所述电力电子设备的运行参数，并基于所述运行参数判定所述功率模块是否处于观测工况中。

11、在根据本发明的第一方面所提出的老化检测装置中，所述电力电子设备为电驱系统，相应地，由所述工况判定模块所获取的运行参数至少包括电机转速和电机扭矩请求。

12、在根据本发明的第一方面所提出的老化检测装置中，所述工况判定模块配置成，响应于在电机转速低于预设阈值的情况下电机扭矩请求降至零并维持预设时长，判定所述功率模块处于观测工况中。

13、在根据本发明的第一方面所提出的老化检测装置中，所述特征量计算模块配置成：响应于处于所述观测工况中，调用在所述预设时长内的温度参数；

14、获取所述温度参数关于所述预设时长的对应关系；

15、针对所述对应关系，找寻所述温度参数的特征量；

16、其中，所述特征量包括温度最大值、达到所述温度最大值的第一时间参数、达到预设温度阈值的第二时间参数或在预设区段内的斜率值。

17、在根据本发明的第一方面所提出的老化检测装置中，其还包括参考特征量确定模块，其配置成：

18、在功率模块投入使用初期，获取功率模块在观测工况下的多组温度参数；

19、针对所述多组温度参数，分别求取其特征量；

20、基于所述多组温度参数的特征量，确定并存储参考特征量。

21、在根据本发明的第一方面所提出的老化检测装置中，所述测温单元包括至少一个测温元件，所述测温元件集成在所述功率模块的功率芯片内，或所述测温元件布置在用于承载所述功率芯片的衬板上。

22、根据本发明的第二方面，还提出一种可由上述老化检测装置执行的老化检测方法，其包括如下步骤：

23、s100：判断功率模块是否处于预设的观测工况中；

24、s200：响应于处于所述观测工况中，针对该观测工况获取所述功率模块的温度参数并计算所述温度参数的特征量；

25、s300：将所算出的特征量与预先确定的参考特征量进行比较，并基于比较结果判断所述功率模块是否存在老化现象。

26、在根据本发明的第二方面所提出的老化检测方法中，在步骤s100中，获取所述功率模块或所述电力电子设备的运行参数并基于所述运行参数判断功率模块是否处于观测工况中，其中，若所述运行参数表示功率模块从有电流状态被切换到无电流状态并且所述无电流状态维持预设时长，则判定所述功率模块处于观测工况中。

27、在根据本发明的第二方面所提出的老化检测方法中，所述电力电子设备为电驱系统，并且相应地在步骤s100中，获取所述电驱系统的电机转速和电机扭矩请求，若所述电机转速低于预设阈值且电机扭矩请求降至零并维持预设时长，则判定所述功率模块处于观测工况中。

28、根据本发明的第三方面，还提出一种计算机可读存储介质，在所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现上面所阐述的用于服务于电力电子设备的功率模块的老化检测方法。

29、最后，根据本发明的第四方面，还提出一种车辆，其包括电力电子设备、用于所述电力电子设备的功率模块以及上面所阐述的用于所述功率模块的老化检测装置。

30、通过观察在观测工况下的功率模块的温度参数的走向趋势，可排除外界因素的干扰并且在一定程度上可降低对相关设备、例如采样电路的性能要求。

技术特征：

1.一种用于功率模块的老化检测装置，所述功率模块服务于电力电子设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的老化检测装置，其特征在于，所述观测工况表征所述功率模块从有电流状态被切换到无电流状态并且所述无电流状态维持预设时长。

3.根据权利要求1所述的老化检测装置，其特征在于，所述工况判定模块配置成，获取所述功率模块或所述电力电子设备的运行参数，并基于所述运行参数判定所述功率模块是否处于观测工况中。

4.根据权利要求3所述的老化检测装置，其特征在于，所述电力电子设备为电驱系统，相应地，由所述工况判定模块所获取的运行参数至少包括电机转速和电机扭矩请求。

5.根据权利要求4所述的老化检测装置，其特征在于，所述工况判定模块配置成，响应于在电机转速低于预设阈值的情况下电机扭矩请求降至零并维持预设时长，判定所述功率模块处于观测工况中。

6.根据权利要求1所述的老化检测装置，其特征在于，所述特征量计算模块配置成：

7.根据权利要求1所述的老化检测装置，其特征在于，其还包括参考特征量确定模块，其配置成：

8.根据权利要求1所述的老化检测装置，其特征在于，所述测温单元包括至少一个测温元件，所述测温元件集成在所述功率模块的功率芯片内，或所述测温元件布置在用于承载所述功率芯片的衬板上。

9.一种用于功率模块的老化检测方法，其可由根据权利要求1至8中任一项所述的老化检测装置来执行，所述功率模块服务于电力电子设备，其特征在于，所述老化检测方法包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的老化检测方法，其特征在于，在步骤s100中，获取所述功率模块或所述电力电子设备的运行参数并基于所述运行参数判断功率模块是否处于观测工况中，其中，若所述运行参数表示功率模块从有电流状态被切换到无电流状态并且所述无电流状态维持预设时长，则判定所述功率模块处于观测工况中。

11.根据权利要求10所述的老化检测方法，其特征在于，所述电力电子设备为电驱系统，并且相应地在步骤s100中，获取所述电驱系统的电机转速和电机扭矩请求，若所述电机转速低于预设阈值且电机扭矩请求降至零并维持预设时长，则判定所述功率模块处于观测工况中。

12.一种计算机可读存储介质，在所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求9至11中任一项所述的用于功率模块的老化检测方法。

13.一种车辆，其特征在于，其包括电力电子设备、用于所述电力电子设备的功率模块以及根据权利要求1至8中任一项所述的用于所述功率模块的老化检测装置。

技术总结
本发明提供了一种用于功率模块的老化检测装置、老化检测方法、计算机可读存储介质和车辆，其中，所述功率模块服务于电力电子设备，其中，该老化检测装置包括：测温单元，其配置成采集关于功率模块的温度参数；处理单元，其配置成基于所述温度参数判定功率模块是否发生老化并且包括：工况判定模块，其配置成判断功率模块是否处于预设的观测工况中；特征量计算模块，其配置成响应于处于观测工况中而调用在此期间的温度参数，并算出所调用的温度参数的特征量；老化判定模块，其配置成将所算出的特征量与预先确定的参考特征量进行比较，并基于比较结果判定功率模块是否存在老化现象。该老化检测装置可排除外界干扰且降低对相关采样电路的性能要求。

技术研发人员：王蓓,孙永朝,王凯,陈杰,魏浩,巩鑫,吴勇,曹海洋
受保护的技术使用者：蔚来动力科技（合肥）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/28