[發明專利]一種電動汽車驅動系統的主動熱優化控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201610015335.X
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105577069B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 劉平;孫千志;黃守道;馮垚徑;李慧敏;羅德榮;姜燕;李夢迪
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08;B60L11/18
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及電動汽車驅動系統領域，具體涉及一種電動汽車驅動系統的主動熱優化控制方法及裝置。

背景技術

隨著電動汽車產業化的迫切需求以及電機驅動系統技術的進步，電動汽車對驅動系統高性能、高密度和高可靠性等要求日益嚴苛，集技術快速發展的迫切需求與系統設計和控制的巨大挑戰共存。傳統電壓型逆變器本身所固有的缺陷使得該拓撲難以滿足未來對高性能以及高可靠性等要求。

可靠性、封裝與集成，以及熱管理是未來電力電子領域三大極具挑戰的技術領域。在電動汽車應用中，不斷增加的驅動系統功率密度需求和熱環境的挑戰加深了對逆變器的約束，同時驅動系統熱管理的性能優劣以及能效比將直接決定了電動車的續航里程與行駛安全。然而國內在電動汽車熱管理系統方面的研究目前處在前期探索階段，主要集中在電池性能比較，目前針對電動汽車逆變器或驅動系統的主動熱管理基本空白。電動汽車驅動系統的可靠性是由其最脆弱的成分決定的，即電解電容和功率半導體器件。傳統功率器件壽命的主要影響在于其熱循環所引起的熱應力，由器件結溫波動范圍與導致器件失效的循環次數的直接關系可知，結溫波動越大，器件越容易失效，即可靠性越低。一項針對包含航空、汽車電子、自動化和電機驅動領域的半導體器件制造商、電力電子設備、逆變器或變換器等生產企業進行的問卷調查顯示：電機驅動應用中器件的溫度波動范圍很大(30-80℃)，汽車電子中則更高(≥110℃)；如此高的波動范圍會惡化器件及至逆變器的可靠性；由此產生的故障將帶來極高的失效成本(可能會危害生命)，這與電動汽車領域要求極低的故障率相?！，F有的提高逆變器可靠性研究和工業界設計側重于采取某些措施控制絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)器件結溫以減少熱循環，即通過加快冷卻液/風速或增大散熱器來改善冷卻效果，以及熱管理與優化設計等措施。其中增大散熱器滿足不了電動汽車應用對高功率密度的需求；加快冷卻液流速會增加系統的體積與成本等；同時風扇也無法滿足現代汽車對高可靠性的要求。另外較多做法是對直接對逆變器降額使用，留有足夠的器件電流安全裕量。這樣雖可避免熱應力引起的損傷，卻會在一定程度上限制其它部件乃至系統的性能。

為了減小逆變器損耗，當前的一種逆變器低開關損耗的電流控制方法將m相逆變器的一個電周期等分成2m個子區間，在每個子區間內選擇電流絕對值最大的相作為常通相，其他電流較小的m-1個相均作為斬波相；常通相所對應的逆變器橋臂的上功率管、下功率管均不作開關斬波，僅保持其中的一個為始終導通，另一個為始終關斷；每個斬波相所對應的逆變器橋臂的上功率管、下功率管均作開關斬波。雖然該發明既能控制全部相的電流，又減少大電流相的功率管開關工作，降低開關損耗和電應力，卻無法對逆變器開關頻率進行動態調節，且需要通過對逆變器的輸出性能降額使用，即設定固定的安全值以確保逆變器安全可靠運行。