新能源汽車電機的定子溫度修正模型有什么用
首先部分同行可能會有個疑問:既然有定子溫度傳感器,為什么還要做定子溫度的修正模型?在此談一下其必要性,如下。
電機定子的溫度傳感器測量值不一定是繞組中最高的溫度點,需要修正補充來確定定子繞組的最高溫度,以免任何運行條件下電機損壞。
當定子溫度傳感器出現問題,需要估算出定子的溫度,以便電機支持車輛跛行。
下面介紹三種在工程應用中定子的溫度修正補償模型。
1. 模型Ⅰ
轉子速度越高時,周圍空氣對整個定子繞組的冷卻效果越是不均衡的,因此,定子溫度傳感器所測溫度與繞組實際溫度偏差較大。模型Ⅰ基于定子溫度測量值,通過與電機轉速相關聯來修正定子溫度。如圖1所示。
圖1. 基于定子溫度測量值和轉子速度的定子溫度修正模型(圖中:T為溫度)
2. 模型Ⅱ
基于熱等效回路模型,通過定子電流和轉子速度來計算出定子溫度的補償值,來修正定子測量溫度。
圖2. 基于定子溫度測量值、相電流和轉子速度的定子溫度修正模型
根據熱等效回路模型,參考“新能源汽車電機控制器溫度計算及其模型-DC電容篇”的公式推導過程,可得:
根據上述公式,可得ST-Filter模型如圖3所示
圖3. ST-Filter模型
3. 模型Ⅲ
基于熱等效回路模型,通過電機控制器冷卻液溫度、相電流和轉子速度來估算定子溫度。
圖4. 基于冷卻液溫度測量值、相電流和轉子速度的定子溫度計算模型
考慮到冷卻液溫度的驟然變化,為了避免定子溫度的計算值也變化過快,故模型Ⅲ中冷卻液測量溫度值也進行了ST-filter模塊濾波處理,同模型Ⅱ的ST模型。
4. 工程應用分析
1) 模型Ⅰ結構簡單,沒有考慮相電流的影響,工程應用中標定工作量較少,相比于模型Ⅱ,其動態精度較低。
2) 熱容充滿的時間常數,即Tau,隨著轉子速度和相電流的變化而變化,可通過FEA仿真獲取,且不同的電機,其值也不同。
3) ST-Filter 模塊中的 △T_offset查詢表隨著轉子速度和相電流的變化而變化,可通過FEA仿真獲取定子繞組在不同工況的最高溫度位置點,再在臺架或整車上來標定修正△T_offset查詢表。
4) 考慮ST模塊中T_offset初始化值,在電機控制器掉電關機持續的時間超過n個τ以后,被視為穩態,即熱平衡,電機定子的溫度與冷卻液的溫度相同。對于ST-Filter模塊,在建模時需要考慮以下幾點:
-.讀取斷電時間長度,用于判定電機定子的溫度是否達到熱平衡;
-.若電機控制器斷電后重啟動,定子的溫度達到了熱平衡,則模型Ⅱ中T_offset 的初始化值設置為0,模型Ⅲ中T_offset 的初始化值設置為冷卻液溫度值。
-.若電機控制器斷電后重啟動,定子溫度未達到熱平衡,則電機控制器有必要在斷電之前將最新的T_offset存儲在NVM中,并考慮n個τ內冷卻掉的溫度, 例如:用時間長度來查表修正NVM中T_offset值,最后這個值才用于T_offset的初始化值。
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