本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行至少一個功率電子構(gòu)件的方法和一種功率電子裝置。

背景技術(shù)：

1、功率電子構(gòu)件、尤其功率半導(dǎo)體，通常超尺寸地設(shè)計，以便達(dá)到車輛以及其他應(yīng)用領(lǐng)域中的使用壽命要求。這導(dǎo)致成本高昂。如果省去超尺寸作為安全裕度，則這可能導(dǎo)致減少的使用壽命。因此，在預(yù)給定的使用壽命和成本要求之間存在目標(biāo)沖突。

2、由de?10?2014?227?027?a1已知一種具有彼此平行地定向的板的智能功率構(gòu)件，所述板與功率半導(dǎo)體的電流輸入和電流輸出連接。因此可以控制高電流、例如用于電阻焊，而不會造成過多的熱損失。使用壽命監(jiān)控也是已知的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，特別是在前述目標(biāo)沖突方面改進(jìn)一種用于運(yùn)行至少一個功率電子構(gòu)件的方法和一種功率電子裝置。

2、根據(jù)本發(fā)明，該技術(shù)問題通過具有本發(fā)明的特征的方法和具有本發(fā)明的特征的功率電子裝置來解決。本發(fā)明的有利的設(shè)計方案由實施例得出。

3、尤其提供了一種用于運(yùn)行至少一個功率電子構(gòu)件的方法，其中，從至少一個功率電子構(gòu)件的運(yùn)行參數(shù)和/或構(gòu)件參數(shù)以及使用壽命模型出發(fā)確定至少一個功率電子構(gòu)件的實際健康狀態(tài)，其中，從至少一個功率電子構(gòu)件的運(yùn)行持續(xù)時間和/或運(yùn)行里程出發(fā)確定至少一個功率電子構(gòu)件的目標(biāo)健康狀態(tài)，其中，將所確定的實際健康狀態(tài)與所確定的目標(biāo)健康狀態(tài)進(jìn)行比較，并且其中，在考慮比較結(jié)果的情況下控制至少一個功率電子構(gòu)件。

4、此外，尤其實現(xiàn)一種功率電子裝置，其包括至少一個功率電子構(gòu)件和被設(shè)置為控制至少一個功率電子構(gòu)件的控制裝置，其中，控制裝置還被設(shè)置為，從至少一個功率電子構(gòu)件的運(yùn)行參數(shù)和/或構(gòu)件參數(shù)以及使用壽命模型出發(fā)確定至少一個功率電子構(gòu)件的實際健康狀態(tài)，從至少一個功率電子構(gòu)件的運(yùn)行持續(xù)時間和/或運(yùn)行里程出發(fā)確定至少一個功率電子構(gòu)件的目標(biāo)健康狀態(tài)，將所確定的實際健康狀態(tài)與所確定的目標(biāo)健康狀態(tài)進(jìn)行比較，并且在考慮比較結(jié)果的情況下控制至少一個功率電子構(gòu)件。

5、該方法和功率電子裝置使得能夠在考慮至少一個功率電子構(gòu)件的實際健康狀態(tài)和目標(biāo)健康狀態(tài)的情況下控制至少一個功率電子構(gòu)件。這使得能夠在控制中考慮至少一個功率電子構(gòu)件的個性化行為和個性化運(yùn)行參數(shù)和構(gòu)件參數(shù)，使得老化過程能夠以受控方式進(jìn)行。為此，從至少一個功率電子構(gòu)件的運(yùn)行參數(shù)和/或構(gòu)件參數(shù)以及使用壽命模型出發(fā)確定至少一個功率電子構(gòu)件的實際健康狀態(tài)。該實際健康狀態(tài)特別是功率電子構(gòu)件的實際老化狀態(tài)的估計，其中考慮了個性化于部件的負(fù)荷的歷史。此外，從至少一個功率電子構(gòu)件的(累計)運(yùn)行持續(xù)時間和/或(累計)運(yùn)行里程出發(fā)確定至少一個功率電子構(gòu)件的目標(biāo)健康狀態(tài)。目標(biāo)健康狀態(tài)在此尤其對應(yīng)于取決于運(yùn)行持續(xù)時間和/或運(yùn)行里程的預(yù)期健康狀態(tài)，該預(yù)期健康狀態(tài)與預(yù)期老化相對應(yīng)，而在此不考慮個性化于部件的負(fù)荷的歷史。將所確定的實際健康狀態(tài)與所確定的目標(biāo)健康狀態(tài)進(jìn)行比較。然后在考慮比較結(jié)果的情況下進(jìn)行對至少一個功率電子構(gòu)件的控制。

6、該方法和功率電子裝置的優(yōu)點之一是，可以以改進(jìn)的方式處理開篇描述的目標(biāo)沖突。尤其可以省去至少一個功率電子構(gòu)件的預(yù)防性超尺寸，因為借助該方法和功率電子裝置可以連續(xù)地協(xié)調(diào)至少一個功率電子構(gòu)件的使用壽命和功率能力。

7、在本公開的范疇內(nèi)，如果與健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的數(shù)值較大，則認(rèn)為該健康狀態(tài)更好或更大。然而，原則上，健康狀態(tài)的反向的編碼或映射也可以以類似的方式進(jìn)行。

8、功率電子構(gòu)件尤其是功率半導(dǎo)體開關(guān)(例如mosfet或igbt)。然而，原則上，功率電子構(gòu)件也可以是其他可控制的功率電子構(gòu)件。功率電子裝置還可以包括多個功率電子構(gòu)件。功率電子裝置可以例如包括變流器、例如脈沖逆變器，其例如在車輛的傳動系中用于為電機(jī)饋電。然而，原則上，功率電子裝置和方法還可以用于其他應(yīng)用領(lǐng)域。在彼此共同作用的多個功率電子構(gòu)件的情況下，控制在此尤其以這種方式進(jìn)行，即多個功率電子構(gòu)件的在所有中最關(guān)鍵的實際健康狀態(tài)(即具有最低值的實際健康狀態(tài))是決定性的。

9、尤其設(shè)置，借助合適的傳感器件采集和/或確定運(yùn)行參數(shù)和/或構(gòu)件參數(shù)。運(yùn)行參數(shù)可以包括例如直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、錯誤狀態(tài)和/或構(gòu)件溫度(芯片溫度、冷卻水溫度等)。構(gòu)件參數(shù)例如可以是閾值電壓(門限電壓)、閾值電壓漂移、(導(dǎo)通狀態(tài)下源極和漏極之間的)導(dǎo)通電阻和/或(源極和漏極之間和/或源極和柵極之間的)漏電流。

10、使用壽命模型尤其基于本身已知的方法，借助該方法可以確定、特別是估計功率電子構(gòu)件的健康狀態(tài)(或老化狀態(tài))。為此，尤其還考慮運(yùn)行參數(shù)和/或構(gòu)件參數(shù)的歷史過程。例如，這樣的歷史過程可以考慮運(yùn)行參數(shù)中的溫度波動和/或歷史過程中的功率電子構(gòu)件的負(fù)荷(電流、電壓、功率、開關(guān)頻率、開關(guān)邊緣陡度等)。使用壽命模型從所采集和/或所確定的運(yùn)行參數(shù)和/或構(gòu)件參數(shù)出發(fā)估計至少一個功率電子構(gòu)件的實際健康狀態(tài)。尤其可以根據(jù)經(jīng)驗測試和/或借助模擬來創(chuàng)建或已經(jīng)創(chuàng)建了使用壽命模型。

11、無論負(fù)荷的歷史如何，還從至少一個功率電子構(gòu)件的(累積)運(yùn)行持續(xù)時間(例如累積運(yùn)行小時數(shù))和/或運(yùn)行里程(例如車輛的傳動系的累積公里數(shù)，在該車輛中運(yùn)行至少一個功率電子構(gòu)件)出發(fā)確定目標(biāo)健康狀態(tài)。該目標(biāo)健康狀態(tài)在此基于根據(jù)經(jīng)驗和/或通過模擬并且尤其以統(tǒng)計的方式確定的特征曲線和/或特征曲線族，其示出了取決于運(yùn)行持續(xù)時間和/或運(yùn)行里程的在多個同類的功率電子構(gòu)件上取平均的功率電子構(gòu)件的健康狀態(tài)。特征曲線和/或特征曲線族在此在實驗室條件下產(chǎn)生，例如借助用于加速老化測試的本身已知的方法。

12、至少一個功率電子構(gòu)件的控制尤其涉及柵極電壓的值(最小值、最大值)、柵極控制參數(shù)(例如開關(guān)速度或邊緣陡度)、開關(guān)頻率、開關(guān)模式和/或冷卻系統(tǒng)的控制參數(shù)(例如冷卻水流量和/或冷卻功率和/或冷卻劑溫度)。

13、功率電子裝置的部件、尤其控制裝置，可以單獨地或組合地設(shè)計為硬件和軟件的組合，例如設(shè)計為在微控制器或微處理器上實施的程序代碼。然而，也可以設(shè)置，部件單獨地或組合地設(shè)計為專用集成電路(asic)和/或現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)。

14、在一種實施方式中設(shè)置，在所確定的實際健康狀態(tài)的值小于所確定的目標(biāo)健康狀態(tài)的值的情況下，改變對至少一個功率電子構(gòu)件的控制，使得至少一個功率電子構(gòu)件的功率能力以有利于使用壽命的方式降低。由此，隨后可以控制至少一個功率電子構(gòu)件，使得實際健康狀態(tài)再次接近目標(biāo)健康狀態(tài)。由此尤其可以再次提高剩余的使用壽命，因為至少一個功率電子構(gòu)件以較低的功率能力運(yùn)行，使得負(fù)荷減小并且部件老化發(fā)生得更慢。例如，可以以(系統(tǒng))效率為代價來降低開關(guān)頻率，使得在相同的時間段內(nèi)頻率更低地開關(guān)。此外，可以以(系統(tǒng))效率為代價來降低導(dǎo)通狀態(tài)的柵極電壓。此外，通過改變控制，還可以降低流過功率電子構(gòu)件的最大功率流。

15、在一種實施方式中設(shè)置，在所確定的實際健康狀態(tài)的值大于所確定的目標(biāo)健康狀態(tài)的值的情況下，改變對至少一個功率電子構(gòu)件的控制，使得提高至少一個功率電子構(gòu)件的功率能力。由此，隨后能夠控制至少一個功率電子構(gòu)件，使得實際健康狀態(tài)再次接近目標(biāo)健康狀態(tài)，其中，能夠提供至少一個功率電子構(gòu)件的更高的功率能力。換句話說，由此可以減少使用壽命儲備或使用壽命過剩，以便為此以更高的功率能力運(yùn)行至少一個功率電子構(gòu)件。例如，為了有利于(系統(tǒng))效率，可以提高開關(guān)頻率，使得在相同的時間段內(nèi)更頻繁地開關(guān)。此外，為了有利于(系統(tǒng))效率，可以提高導(dǎo)通狀態(tài)的柵極電壓。此外，通過改變控制，還可以提高流過功率電子構(gòu)件的最大功率流。

16、在一種實施方式中設(shè)置，在考慮預(yù)給定的目標(biāo)使用壽命的情況下降低和/或提高功率能力。由此使得能夠?qū)χ辽僖粋€功率電子構(gòu)件的功率能力進(jìn)行一種類型的調(diào)節(jié)，其中，實際健康狀態(tài)總是達(dá)到目標(biāo)健康狀態(tài)，以便實現(xiàn)預(yù)給定的目標(biāo)使用壽命。在此尤其選擇目標(biāo)健康狀態(tài)，使得目標(biāo)健康狀態(tài)的發(fā)展對應(yīng)于或滿足預(yù)給定的目標(biāo)使用壽命。目標(biāo)使用壽命在此尤其是至少一個功率電子構(gòu)件的最小使用壽命。目標(biāo)使用壽命在此尤其可以包括運(yùn)行持續(xù)時間(例如，運(yùn)行小時數(shù))或運(yùn)行里程(例如，如果至少一個功率電子構(gòu)件安裝在車輛的傳動系中，則以公里為單位)。

17、在一種實施方式中設(shè)置，在考慮安裝有至少一個功率電子構(gòu)件的車輛的至少一個駕駛員的駕駛行為的情況下降低和/或提高功率能力。由此可以考慮駕駛行為。從駕駛行為出發(fā)，尤其可以估計并在控制時考慮至少一個功率電子構(gòu)件的未來負(fù)荷。例如，如果駕駛員的駕駛行為是運(yùn)動型的，則這種駕駛行為通常伴隨著功率要求的提高，這導(dǎo)致至少一個功率電子構(gòu)件的更大的負(fù)荷和更快的老化。然而，如果車輛很少駕駛，則與目標(biāo)健康狀態(tài)相比，這種運(yùn)動駕駛行為對實際健康狀態(tài)沒有負(fù)面影響。換句話說，實際健康狀態(tài)在足夠少的運(yùn)動駕駛的情況下仍高于目標(biāo)健康狀態(tài)。然而，如果車輛頻繁地或者總是以運(yùn)動駕駛行為駕駛，則至少一個功率電子構(gòu)件老化得更快，并且實際健康狀態(tài)將降低到低于預(yù)期的目標(biāo)健康狀態(tài)。因此，從駕駛員的該駕駛行為出發(fā)，將控制調(diào)整為，使得至少一個功率電子構(gòu)件的功率能力被降低。

18、在一種實施方式中設(shè)置，在考慮比較結(jié)果的情況下確定和/或選擇冷卻裝置的至少一個參數(shù)，該冷卻裝置被設(shè)計為用于冷卻至少一個功率電子構(gòu)件。由此可以在至少一個功率電子構(gòu)件的運(yùn)行溫度方面調(diào)整運(yùn)行條件。該至少一個參數(shù)可以是例如冷卻劑溫度和/或冷卻劑流量。如果確定至少一個功率電子構(gòu)件經(jīng)歷大量的溫度變化，則這是特別有利的。所述大量的溫度變化可能加速老化?？梢酝ㄟ^更強(qiáng)的冷卻來抵消這一點，但代價是(系統(tǒng))效率。

19、在一種實施方式中設(shè)置，在第一次投入運(yùn)行中采集和/或確定至少一個功率電子構(gòu)件的至少一個構(gòu)件參數(shù)，其中，在考慮所采集和/或所確定的至少一個構(gòu)件參數(shù)的在進(jìn)一步運(yùn)行中出現(xiàn)的參數(shù)漂移的情況下進(jìn)行對至少一個功率電子構(gòu)件的控制。由此可以以這種方式進(jìn)行控制，即補(bǔ)償參數(shù)漂移。例如，可以確定門限電壓并且可以根據(jù)門限電壓的漂移進(jìn)行控制。此外，還可以在確定門限電壓的漂移的情況下降低控制器頻率，以便考慮提前老化。

20、在一種實施方式中設(shè)置，在第一次投入運(yùn)行中采集和/或確定至少一個功率電子構(gòu)件的至少一個構(gòu)件參數(shù)，其中，在考慮所采集和/或所確定的至少一個構(gòu)件參數(shù)的情況下進(jìn)行對至少一個功率電子構(gòu)件的控制，以補(bǔ)償參數(shù)分散。由此可以通過在考慮所采集和/或所確定的至少一個構(gòu)件參數(shù)的情況下進(jìn)行控制來調(diào)整至少一個功率電子構(gòu)件的由于參數(shù)分散而發(fā)生的行為。由此可以補(bǔ)償發(fā)生的參數(shù)分散，使得該行為對應(yīng)于預(yù)給定的目標(biāo)行為。例如，可以依據(jù)所采集和/或所確定的至少一個構(gòu)件參數(shù)來設(shè)置柵極電壓(導(dǎo)通和/或截止)，使得開關(guān)行為適配于目標(biāo)開關(guān)行為。在此還可以考慮與目標(biāo)行為相伴隨的至少一個構(gòu)件參數(shù)的參考值。

21、在一種實施方式中設(shè)置，運(yùn)行參數(shù)包括環(huán)境溫度和/或宇宙輻射負(fù)荷和/或運(yùn)行高度，和/或在使用壽命模型中考慮環(huán)境溫度和/或宇宙輻射負(fù)荷和/或運(yùn)行高度。由此尤其可以考慮至少一個功率電子構(gòu)件運(yùn)行的環(huán)境條件。由此尤其可以考慮運(yùn)行是否在熱區(qū)域、冷區(qū)域或具有中等溫度的區(qū)域中進(jìn)行。此外，尤其可以考慮由宇宙輻射造成的損害，該損害在功率半導(dǎo)體中導(dǎo)致加速老化。例如，如果確定環(huán)境溫度總是或規(guī)律地高于預(yù)給定的閾值，則可以通過降低至少一個功率電子構(gòu)件的功率能力來相應(yīng)地調(diào)整控制，以便保護(hù)構(gòu)件并補(bǔ)償由環(huán)境溫度引起的加速老化。例如，如果確定宇宙輻射負(fù)荷和/或運(yùn)行高度總是或規(guī)律地高于預(yù)給定的閾值，則可以通過降低至少一個功率電子構(gòu)件的功率能力來相應(yīng)地調(diào)整控制，以便保護(hù)構(gòu)件和補(bǔ)償由宇宙輻射引起的加速老化。相反地，如果(再次)存在更有利的環(huán)境條件，則可以通過再次提高功率能力來以相反的方式調(diào)整控制。

22、功率電子裝置的設(shè)計方案的其他特征從該方法的設(shè)計方案的描述中得出。在此，功率電子裝置的優(yōu)點分別與該方法的設(shè)計方案中的優(yōu)點相同。