IGBT剩余寿命预估方法技术

本发明专利技术提供了一种IGBT剩余寿命预估方法，所述IGBT剩余寿命预估方法将估算IGBT的温度作为IGBT剩余寿命预估的基础，先对估算的温度进行拐点判别，再利用雨流计数判别条件筛选符合判别条件的温度拐点，从而获取相邻温度拐点之间的温度平均值及温度变化幅值，基于预定义的影响因子三维矩阵和温度平均值及温度变化幅值各自构成的数组分别推算影响因子三维矩阵中每个坐标点的损耗因子和计数因子进而获取IGBT的损耗程度以及IGBT的剩余寿命。本发明专利技术的方法主要基于IGBT的估算温度，与通用的硬件测量方法相比，无需增加额外硬件，不仅缩减了成本，还避免了信号之间的扰动，提高了预估结果的精准度。

【技术实现步骤摘要】
IGBT剩余寿命预估方法
本专利技术涉及可靠性分析
，特别涉及一种IGBT剩余寿命预估方法。
技术介绍
在纯电动车和混合动力汽车中，电驱动系统主要由驱动电机、逆变器和高压电池组成；其中，逆变器作为核心元部件，主要由IGBT和续流二极管组成。由于IGBT不同于长期工作在定工况的工业发电机、电动机，IGBT在电动车长期处于加速减速的过程中，会经受10khz的开关频率，长期的电流冲击和热冲击极易对IGBT性能造成损伤。因此，估算IGBT的损耗程度以及残余寿命预估成为新能源汽车领域的一个重点研究内容。现有的IGBT剩余寿命预估方法主要以测量IGBT所在电路参数为主，具体包括热阻、关断时间、集射级饱和压降等。然而，这些方法均面临着不同的物理制约。例如，采用热阻法时，理论背景为不同的损耗会对IGBT的热阻造成影响，进而影响元器件运行过程中的发热量，通过添加热电偶的方式可以对这一参量进行采集，然而，精准的热电偶成本较高，且每个逆变器均由至少六个IGBT组成，如果为每个IGBT均配置一个热电偶，将对成本造成很大提升；采用关断时间进行测量时，理想情况下，不同损耗IGBT的关断时间有所差别，但在实际工程应用中，IGBT的工作频率已经高达10khz，在此基础上的微小时间变化很难通过物理的方式进行测量；集射级饱和压降预估寿命的方法是通过测量集电极与发射极之间的电势差来预估寿命，但是该方法一方面受到开关频率高的影响，需要使用成本极高的采样电路才能跟随上这一开关频率，另一方面，IGBT的温度变化本身就对集射级的压降有很大的影响，很容易对测量精度造成扰动。综上，针对采用硬件测量方法获取IGBT剩余寿命预估方法存在的不足，主要在于成本高、测量精度低的问题，由此，提出一种满足低成本、高测量精度的IGBT剩余寿命预估方法成为现有技术中亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种IGBT剩余寿命预估方法，以弥补使用现有的通过测量IGBT所在电路参数预估IGBT剩余寿命预估方法存在的不足。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种IGBT剩余寿命预估方法，所述IGBT剩余寿命预估方法包括以下步骤：S1：对IGBT的温度进行估算以获取估算温度；S2：筛选出估算温度中的温度拐点，筛选出符合雨流计数判别条件的温度拐点，以获取相邻温度拐点之间的温度平均值及温度变化幅值，并构建温度平均值形成第一数组，构建温度变化幅值形成第二数组；S3：根据预定义的影响因子三维矩阵推算所述影响因子三维矩阵中每个坐标点的损耗因子，根据所述第一数组和所述第二数组寻找其对应于所述影响因子三维矩阵中的每个坐标点的计数因子，并根据每个坐标点的损耗因子和计数因子获得IGBT的损耗程度；S4：根据所述IGBT的损耗程度计算IGBT的剩余寿命。可选的，在所述的IGBT剩余寿命预估方法中，在步骤S1中，基于连续的温度信号对IGBT的温度进行估算。可选的，在所述的IGBT剩余寿命预估方法中，还包括：S0：预定义一迟滞因子，所述连续温度信号先通过迟滞因子滤波，再基于经过滤波的温度信号对IGBT的温度进行估算。可选的，在所述的IGBT剩余寿命预估方法中，步骤S1包括：获取环境温度，并根据接收的连续温度信号获取IGBT的功率损耗；根据IGBT的功率损耗和热阻计算IGBT的温升，将IGBT的温升与环境温度求和作为IGBT的估算温度。可选的，在所述的IGBT剩余寿命预估方法中，步骤S2包括：S21：筛选出估算温度中的温度拐点，按照筛选出的温度拐点的先后顺序依次存入若干拐点数组中，其中，每个拐点数组包括四个温度拐点；S22：寻找每个拐点数组中符合雨流计数判别条件的温度拐点，并计算每个拐点数组中符合雨流计数判别条件的温度拐点的温度平均值及温度变化幅值，并将每次计算的温度平均值及温度变化幅值分别存至第一数组和第二数组。可选的，在所述的IGBT剩余寿命预估方法中，在步骤S22中，寻找每个拐点数组中符合雨流计数判别条件的温度拐点的过程如下：任一拐点数组中四个温度拐点构成三个区间，若中间区间的范围小于剩余两个区间的范围，则判定构成中间区间的两个拐点符合雨流计数判别条件；反之，则判定当前拐点数组中不存在符合雨流计数判别条件的拐点。可选的，在所述的IGBT剩余寿命预估方法中，当拐点数组包括的四个温度拐点分别为TP1、TP2、TP3、TP4，且TP2、TP3为拐点数组中符合雨流计数判别条件的温度拐点时，温度平均值等于TP2和TP3的平均值，温度变化幅值等于TP3与TP2的差值的绝对值。可选的，在所述的IGBT剩余寿命预估方法中，步骤S3包括：S31：预定义一影响因子三维矩阵，其中，所述影响因子三维矩阵的x坐标表征温度平均值，y坐标表征温度变化幅值，z坐标表征x，y坐标对应的温度平均值、温度变化幅值下对应的损耗因子，并预定义x坐标、y坐标的变化范围和各自的单位坐标；S32：根据所述影响因子三维矩阵中x坐标和y坐标所限定的坐标点推算所述坐标点的损耗因子；S33：将所述第一数组和所述第二数组分别按照最小二乘法寻找其对应于所述影响因子三维矩阵中的坐标点，并将所在坐标点的计数因子增加1；S34：将每个坐标点的损耗因子与对应坐标点的计数因子相乘，并将所有坐标点获得的乘积结果求和以获得IGBT的损耗程度。可选的，在所述的IGBT剩余寿命预估方法中，步骤S32包括：设定实验条件，所述实验条件通过从所述影响因子三维矩阵中x坐标和y坐标分别选取一个坐标，每个实验条件对应x-y坐标系中一坐标点；将IGBT置于所选取的实验条件下进行反复实验直至损坏，并统计在当前实验条件下IGBT损坏所需的实验循坏次数，所述循坏次数的倒数为对应当前实验条件下的坐标点的损耗因子。可选的，在所述的IGBT剩余寿命预估方法中，每个坐标点的损耗因子采用Coffin-Manson公式计算，所述Coffin-Manson公式如下：其中，为损耗因子；a，n为参数；k为玻尔兹曼常数；Ea为激发能常数；Tm为温度平均值，ΔTj为温度变化幅值。可选的，在所述的IGBT剩余寿命预估方法中，在步骤S4中，所述IGBT的剩余寿命百分比等于1减去所述IGBT的损耗程度。在本专利技术所提供的IGBT剩余寿命预估方法中，所述IGBT剩余寿命预估方法将估算IGBT的温度作为IGBT剩余寿命预估的基础，先对估算的温度进行拐点判别，再利用雨流计数判别条件筛选符合判别条件的温度拐点，从而获取相邻温度拐点之间的温度平均值及温度变化幅值，基于预定义的影响因子三维矩阵和温度平均值及温度变化幅值各自构成的数组分别推算影响因子三维矩阵中每个坐标点的损耗因子和计数因子进而获取IGBT的损耗程度以及IGBT的剩余寿命。本专利技术的方法主要基于IGBT的估算温度，与通用的硬件测量方法相比，无需增加额外硬件，不仅缩减了成本，还避免了信号之间的扰动，提高了预估结果的精准度。附图说明图1是本专利技术一实施例的IGBT剩余寿命预估方法的流程图；图2是本专利技术一实施例中雨流计数判别条件的示意图；图3是本专利技术一实施例中预定义的影响因子三维矩阵录入损耗因子后的示意图；图4是本专利技术一实施例中预定义的影响因子三维矩阵录入计数因子后的示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的IGBT剩余寿命预估方法作进一步详细说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IGBT剩余寿命预估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对IGBT的温度进行估算以获取估算温度；S2：筛选出估算温度中的温度拐点，筛选出符合雨流计数判别条件的温度拐点，以获取相邻温度拐点之间的温度平均值及温度变化幅值，并构建温度平均值形成第一数组，构建温度变化幅值形成第二数组；S3：根据预定义的影响因子三维矩阵推算所述影响因子三维矩阵中每个坐标点的损耗因子，根据所述第一数组和所述第二数组寻找其对应于所述影响因子三维矩阵中的每个坐标点的计数因子，并根据每个坐标点的损耗因子和计数因子获得IGBT的损耗程度；S4：根据所述IGBT的损耗程度计算IGBT的剩余寿命。

【技术特征摘要】
1.一种IGBT剩余寿命预估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对IGBT的温度进行估算以获取估算温度；S2：筛选出估算温度中的温度拐点，筛选出符合雨流计数判别条件的温度拐点，以获取相邻温度拐点之间的温度平均值及温度变化幅值，并构建温度平均值形成第一数组，构建温度变化幅值形成第二数组；S3：根据预定义的影响因子三维矩阵推算所述影响因子三维矩阵中每个坐标点的损耗因子，根据所述第一数组和所述第二数组寻找其对应于所述影响因子三维矩阵中的每个坐标点的计数因子，并根据每个坐标点的损耗因子和计数因子获得IGBT的损耗程度；S4：根据所述IGBT的损耗程度计算IGBT的剩余寿命。2.如权利要求1所述的IGBT剩余寿命预估方法，其特征在于，在步骤S1中，基于连续的温度信号对IGBT的温度进行估算。3.如权利要求2所述的IGBT剩余寿命预估方法，其特征在于，还包括：S0：预定义一迟滞因子，所述连续温度信号先通过迟滞因子滤波，再基于经过滤波的温度信号对IGBT的温度进行估算。4.如权利要求1所述的IGBT剩余寿命预估方法，其特征在于，步骤S1包括：获取环境温度，并根据接收的连续温度信号获取IGBT的功率损耗；根据IGBT的功率损耗和热阻计算IGBT的温升，将IGBT的温升与环境温度求和作为IGBT的估算温度。5.如权利要求1所述的IGBT剩余寿命预估方法，其特征在于，步骤S2包括：S21：筛选出估算温度中的温度拐点，按照筛选出的温度拐点的先后顺序依次存入若干拐点数组中，其中，每个拐点数组包括四个温度拐点；S22：寻找每个拐点数组中符合雨流计数判别条件的温度拐点，并计算每个拐点数组中符合雨流计数判别条件的温度拐点的温度平均值及温度变化幅值，并将每次计算的温度平均值及温度变化幅值分别存至第一数组和第二数组。6.如权利要求5所述的IGBT剩余寿命预估方法，其特征在于，在步骤S22中，寻找每个拐点数组中符合雨流计数判别条件的温度拐点的过程如下：任一拐点数组中四个温度拐点构成三个区间，若中间区间的范围小于剩余两个区间的范围，则判定构成中间区间的两个拐点符合雨流计数判别...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，高智，孙可，黄宜坤，
申请(专利权)人：联合汽车电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31