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电驱动系统热模型介绍
2020-06-20 18:34:56· 来源：联合电子
电驱动系统在驱动新能源汽车行驶过程中，将电池包的电能转化成电机转动的动能。能量在转化过程中，损失的能量以热能的形式表现出来。车用电机和控制器的工作温度
电驱动系统在驱动新能源汽车行驶过程中，将电池包的电能转化成电机转动的动能。能量在转化过程中，损失的能量以热能的形式表现出来。车用电机和控制器的工作温度变化范围大，运行环境苛刻。内部元器件过温会导致电驱动系统违背整体的热安全目标，甚至降低系统寿命。如果不对电驱动系统做合适的保护，控制器有可能由于内部器件烧坏而失效，电机也有可能发生不可逆退磁。
合适的热保护是指在恶劣条件下，控制器一旦监测到某个位置的温度超过限值，就采取功率/扭矩降额措施。所以热保护问题就转化成至少在有热风险的环境下要实时获取关键位置温度。
温度的获取一般有以下两种方法
● 通过温度传感器直接采样获得，这种方法的优点是软件逻辑简单，无需建模标定；而缺点是布置多个传感器增加硬件失效风险，成本增加，工艺更复杂，有些位置无法布置传感器，如电机转子，此外传感器直接测量的温度不代表该部件最热点的温度，不能很好的起到保护作用。
● 通过模型计算获得，这种方法的优点是硬件失效风险小，缺点是软件逻辑复杂，标定难度大。
联合电子最新一代电机控制器平台Gen3evo已集成了热模型，通过模型计算获得控制器内部功率模块温度、冷却水温度和电机转子温度。（如下图所示）
图 1热模型示意图
热模型标定与验证
控制器实时监测的温度是模型计算温度而不是真实温度，为了能让模型计算温度和真实温度保持一致，需要给模型配置合适的参数，因此必需要进行标定和验证工作，确保计算的温度真实有效。
图 2 联合电子电驱动系统热模型台架标定流程图
联合电子的热模型标定全部采用自动化测试与验证方案，采用峰值功率超过300kW，最高转速可达20000rpm的大功率台架进行标定，测试数据获取后采用成熟的算法可以计算电机控制器和电机关键位置的温度，模型计算温度和实际温度偏差小，满足更高精度要求。
热模型的具体应用和客户获益
目前联合电子的控制器和电机热模型已成功应用于包括电桥、P2、eDCT在内的多种不同车辆拓扑的客户项目，热模型在各种环境下都具有良好的适应性和鲁棒性。
结合电驱动系统产品的热模型，可以为整车企业带来以下收益：
01 降低成本、降低硬件失效风险
与传感器直接测量温度的方案相比，用模型计算温度，去掉了多余的温度传感器，可以让整车企业不仅减少额外硬件成本，而且结合相关功能软件可以使用更多功能。在减少硬件传感器的同时也降低了控制器的硬件失效风险，增加了控制器和电机产品的可靠性。
02 保障性能发挥
在热模型的保护下，整车企业可以进行各种极限、耐久工况的测试，让控制器和电机在发挥出当前状态下最大性能的同时不用考虑过温烧坏的问题。
03 增加温度诊断功能
当冷却水流量或温度异常时，整车企业可以及时通过控制器发出的温度指示信号及时发现冷却问题。遇到意外突发情况，能够及时预警，确保安全。
04 保障车辆行驶安全
当出现产品过温时，控制器可以及时发出信号让整车降功率行驶，如果温度继续升高，车辆不允许继续行驶直至温度降至合理范围内。充分保障驾驶者的人身安全和财产安全。
05 优化扭矩控制
整车企业可以更准确的实现扭矩控制和能量管理，也提供给驾驶者更好的车辆驾驶体验。让使用者体验更好，用的更安心。
合适的热保护是指在恶劣条件下，控制器一旦监测到某个位置的温度超过限值，就采取功率/扭矩降额措施。所以热保护问题就转化成至少在有热风险的环境下要实时获取关键位置温度。
温度的获取一般有以下两种方法
● 通过温度传感器直接采样获得，这种方法的优点是软件逻辑简单，无需建模标定；而缺点是布置多个传感器增加硬件失效风险，成本增加，工艺更复杂，有些位置无法布置传感器，如电机转子，此外传感器直接测量的温度不代表该部件最热点的温度，不能很好的起到保护作用。
● 通过模型计算获得，这种方法的优点是硬件失效风险小，缺点是软件逻辑复杂，标定难度大。
联合电子最新一代电机控制器平台Gen3evo已集成了热模型，通过模型计算获得控制器内部功率模块温度、冷却水温度和电机转子温度。（如下图所示）
图 1热模型示意图
热模型标定与验证
控制器实时监测的温度是模型计算温度而不是真实温度，为了能让模型计算温度和真实温度保持一致，需要给模型配置合适的参数，因此必需要进行标定和验证工作，确保计算的温度真实有效。
图 2 联合电子电驱动系统热模型台架标定流程图
联合电子的热模型标定全部采用自动化测试与验证方案，采用峰值功率超过300kW，最高转速可达20000rpm的大功率台架进行标定，测试数据获取后采用成熟的算法可以计算电机控制器和电机关键位置的温度，模型计算温度和实际温度偏差小，满足更高精度要求。
热模型的具体应用和客户获益
目前联合电子的控制器和电机热模型已成功应用于包括电桥、P2、eDCT在内的多种不同车辆拓扑的客户项目，热模型在各种环境下都具有良好的适应性和鲁棒性。
结合电驱动系统产品的热模型，可以为整车企业带来以下收益：
01 降低成本、降低硬件失效风险
与传感器直接测量温度的方案相比，用模型计算温度，去掉了多余的温度传感器，可以让整车企业不仅减少额外硬件成本，而且结合相关功能软件可以使用更多功能。在减少硬件传感器的同时也降低了控制器的硬件失效风险，增加了控制器和电机产品的可靠性。
02 保障性能发挥
在热模型的保护下，整车企业可以进行各种极限、耐久工况的测试，让控制器和电机在发挥出当前状态下最大性能的同时不用考虑过温烧坏的问题。
03 增加温度诊断功能
当冷却水流量或温度异常时，整车企业可以及时通过控制器发出的温度指示信号及时发现冷却问题。遇到意外突发情况，能够及时预警，确保安全。
04 保障车辆行驶安全
当出现产品过温时，控制器可以及时发出信号让整车降功率行驶，如果温度继续升高，车辆不允许继续行驶直至温度降至合理范围内。充分保障驾驶者的人身安全和财产安全。
05 优化扭矩控制
整车企业可以更准确的实现扭矩控制和能量管理，也提供给驾驶者更好的车辆驾驶体验。让使用者体验更好，用的更安心。
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