[发明专利]一种功率元器件在线结温估算方法

权利要求书

1.一种功率元器件在线结温估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据车钥匙状态判断电机控制器是否处于下电状态；

步骤二：下电状态下，电机控制器给定d轴电流为αA，q轴电流为βA，持续若干秒，分别采用有无卡尔曼滤波器计算该状态下功率元器件的结温，两者的比值将作为老化系数，并将老化系数写入电机控制器的EEPROM中；非下电状态下，根据电机转速和相电流大小判断电机是否处于极端堵转工况；

步骤三：非堵转工况下，采用非堵转FOSTER热模型、功率元器件传感器测量温度以及卡尔曼滤波器，得出功率元器件最优结温估算值；极端堵转工况下，采用堵转FOSTER热模型和步骤二中得到的老化系数计算功率元器件的结温；

所述老化系数的计算方法为，当电驱动系统处于下电自检状态时，给定d轴电流为额定相电流，q轴电流为0，老化系数k_a计算通过下式计算

上式中：T为老化检测时间，T_{j_nkf}为t时刻无卡尔曼滤波器计算的结温，T_{j_kf}为t时刻有卡尔曼滤波器计算的结温，计算出的老化系数将写入电机控制器的ROM中，系统上电后将从ROM中读取老化系数，用于极端堵转工况下功率元器件结温结算。

2.根据权利要求1所述的一种功率元器件在线结温估算方法，其特征在于，所述步骤一中电机控制器实时采集车钥匙的状态，如车钥匙处于开状态，则电机控制器处于非下电状态；如车钥匙由开转为关状态，则电机控制器处于下电状态。

3.根据权利要求1所述的一种功率元器件在线结温估算方法，其特征在于，所述步骤二中极端堵转工况的判断方法为，当测得电机峰值电流大于电机额定的峰值电流且电机转速小于λrpm时，电机控制器处于极端堵转工况；否则电机控制器不处于极端堵转工况。

4.根据权利要求1所述的一种功率元器件在线结温估算方法，其特征在于，所述步骤三中非堵转工况下功率元器件结温估算算法具体方法为，基于FOSTER热模型，建立功率元器件结温估算模型为

y＝Cx

x为系统状态变量，x＝[x₁ x₂ x₃ x₄ x₅ x₆]^T；y＝[y₁ y₂]^T为系统输出，其中y₁为结温到水温的温差，y₂为温度传感器到水温的温差；矩阵A、B、C为

R_m1、R_m2、R_m3、C_m1、C_m2、C_m3为功率元器件中IGBT损耗对于功率IGBT结温的FOSTER热模型参数；R_c1、R_c2、R_c3、C_c1、C_c2、C_c3为功率元器件中二极管损耗对于功率IGBT结温的FOSTER热模型，k_ti1、k_ti2、k_ti3、k_tf1、k_tf2、k_tf3为功率元器件的损耗对于温度传感器的影响因子；

u为输入，u＝[P_igbt P_fwd]^T，式中P_igbt为IGBT损耗，P_fwd为二极管的损耗，计算方式如下：

P_igbt＝P_{i_con}+P_{i_swh}

P_{i_con}＝I_cV_ce(on)δ_igbt

P_{i_swh}＝fk_iv(k_ii0+k_ii1I_c+k_ii2I_c²)

P_fwd＝P_{f_con}+P_{f_rev}

P_{f_con}＝I_cV_F(on)δ_fwd

P_{f_rev}＝fk_fv(k_fi0+k_fi1I_c+k_fi2I_c²)

式中，P_{i_con}为IGBT导通损耗，P_{i_swh}为IGBT开关损耗，I_c为流经功率元器件集射极电流，V_ce(on)为IGBT的导通压降，δ_igbt为IGBT占空比，f为功率元器件开管频率，k_iv为母线电压对IGBT开关损耗的影响因子，k_ii0、k_ii1和k_ii2为导通电流对于IGBT开关损耗影响因子；P_{f_con}为二极管的导通损耗，P_{f_rev}为二极管的反向恢复损耗，V_F(on)为二极管的导通压降，δ_fwd二极管的占空比，k_fv为母线电压对二极管开关损耗的影响因子，k_fi0、k_fi1和k_fi2为导通电流对于二极管开关损耗影响因子；

所述步骤三中所涉及的卡尔曼滤波器算法为：

首先重构结温估算离散模型

x_k+1＝A_dx_k+B_du_k+w_k

z_k+1＝Hx_k+v_k

x_k＝[x_k1 x_k2 x_k3 x_k4 x_k5 x_k6]

z_k＝z₁

u_k＝[u_1k u_2k]＝[P_{igbt_k} P_{fwd_k}]

w_k～(0,Q)

v_k～(0,R)

H_k＝[k_ti1 k_ti2 k_ti3 k_tf1 k_tf2 k_tf3]

上式中x_k为k时刻系统状态变量，u_k为k时刻输入，P_{igbt_k}为k时刻IGBT的损耗，P_{fwd_k}为k时刻二极管的损耗，z_k为系统观测量，z₁为功率元器件传感器A_d和B_d为矩阵A和B离散化的状态变量，H为系统观测矩阵，v_k为测量噪音，w_k为系统噪音，Q为系统噪音的协方差矩阵，R为测量噪音的协方差矩阵；

使用卡尔曼滤波器算法如下：

根据k时刻采集到的电流、占空比信息计算k时刻的损耗u_k；

由k时刻后验估计和输入u_k，计算k+1时刻的先验估计误差

由k时刻的后验估计协方差P_k，计算k+1时刻的先验估计协方差

由k时刻的先验估计误差，计算k时刻的卡尔曼增益k_k

进行功率元器件结温状态最优估计；

计算后验误差协方差矩阵；

计算结温；

T_jk＝x_1k+x_2k+x_3k+x_4k+x_5k+x_6k+T_cool

式中T_jk为k时刻IGBT结温，T_cool为冷却水水温。