新能源汽车电机的定子温度修正模型有什么用

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首先部分同行可能会有个疑问:既然有定子温度传感器,为什么还要做定子温度的修正模型?在此谈一下其必要性,如下。

  • 电机定子的温度传感器测量值不一定是绕组中最高的温度点,需要修正补充来确定定子绕组的最高温度,以免任何运行条件下电机损坏。

  • 当定子温度传感器出现问题,需要估算出定子的温度,以便电机支持车辆跛行。

下面介绍三种在工程应用中定子的温度修正补偿模型。

 

1.     模型

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       转子速度越高时,周围空气对整个定子绕组的冷却效果越是不均衡的,因此,定子温度传感器所测温度与绕组实际温度偏差较大。模型Ⅰ基于定子温度测量值,通过与电机转速相关联来修正定子温度。如图1所示。


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1. 基于定子温度测量值和转子速度的定子温度修正模型(图中:T为温度)

 

2.     模型Ⅱ

   基于热等效回路模型,通过定子电流和转子速度来计算出定子温度的补偿值,来修正定子测量温度。

新能源汽车电机的定子温度修正模型有什么用

   2. 基于定子温度测量值、相电流和转子速度的定子温度修正模型

   根据热等效回路模型,参考“新能源汽车电机控制器温度计算及其模型-DC电容篇”的公式推导过程,可得:

新能源汽车电机的定子温度修正模型有什么用


       根据上述公式,可得ST-Filter模型如图3所示

 

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3. ST-Filter模型


3.     模型Ⅲ

基于热等效回路模型,通过电机控制器冷却液温度、相电流和转子速度来估算定子温度。

新能源汽车电机的定子温度修正模型有什么用

图4. 基于冷却液温度测量值、相电流和转子速度的定子温度计算模型

     考虑到冷却液温度的骤然变化,为了避免定子温度的计算值也变化过快,故模型Ⅲ中冷却液测量温度值也进行了ST-filter模块滤波处理,同模型Ⅱ的ST模型。


4.     工程应用分析

1)        模型Ⅰ结构简单,没有考虑相电流的影响,工程应用中标定工作量较少,相比于模型Ⅱ,其动态精度较低。

2) 热容充满的时间常数,即Tau,随着转子速度和相电流的变化而变化,可通过FEA仿真获取,且不同的电机,其值也不同。

3)        ST-Filter 模块中的 T_offset查询表随着转子速度和相电流的变化而变化,可通过FEA仿真获取定子绕组在不同工况的最高温度位置点,再在台架或整车上来标定修正△T_offset查询表。 

4)     考虑ST模块中T_offset初始化值,在电机控制器掉电关机持续的时间超过n个τ以后,被视为稳态,即热平衡,电机定子的温度与冷却液的温度相同。对于ST-Filter模块,在建模时需要考虑以下几点:

-.读取断电时间长度,用于判定电机定子的温度是否达到热平衡;

-.若电机控制器断电后重启动,定子的温度达到了热平衡,则模型Ⅱ中T_offset 的初始化值设置为0,模型Ⅲ中T_offset 的初始化值设置为冷却液温度值。

-.若电机控制器断电后重启动,定子温度未达到热平衡,则电机控制器有必要在断电之前将最新的T_offset存储在NVM中,并考虑n个τ内冷却掉的温度, 例如:用时间长度来查表修正NVM中T_offset值,最后这个值才用于T_offset的初始化值。

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