一种永磁同步电机转子温度实时在线估算方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机转子温度实时在线估算方法，包括以下步骤：S1，将电机系统产生的铁损功耗与铜损功耗之和等效为电机定子总成吸收的总功耗；S2，将电机定子总成作为热源；S3，将冷却空气耗散功耗作为热对流损耗、冷却液耗散功耗作为热传导损耗,将两部分损耗耦合为电机系统总冷却损耗；S4，获得全环境温度域内电机转子自然冷却条件下的温度特性；S5，获得电机转子温度与转子永磁体磁链对应关系，通过设定电机转子温度修正使能条件，对软件在长时间运行后产生的电机转子温度估算误差进行修正。本发明专利技术能精确实时在线估算电机转子温度，确保电机转安全，提高电机电流输出能力及扭矩输出精度或降低电机制造磁材料成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机转子温度实时在线估算方法


[0001]本专利技术涉及新能源电机
，具体涉及到一种永磁同步电机转子温度实时在线估算方法。

技术介绍

[0002]近年来，全球面临能源短缺、环境污染等问题，新能源汽车较传统燃油车在综合能耗与尾气排放有显著优势，降低能源消耗与环境污染，世界各国政府与主机厂都加大对新能源车开发力度，同时新能源车也逐步受到广大消费者青睐。
[0003]永磁同步电机因具备高效率、高功率密度以及低转速大扭矩等优点作为新能源车主驱电机的优选对象，新能源车连续工作在高温大负载工况下，永磁同步电机转子磁钢容易过温出现不可逆退磁，造成整车动力丢失，为防止电机转子温度过高带来的整车动力中断风险，需要实时精确监控电机转子温度，由于电机狭窄结构空间、无线温度采集设备高费用以及国外对永磁同步电机转子温度算法技术封控，国内主机厂通常在电机定子温度达到一定程度时，通过保守限制电机输出功率来间接保证转子不过温，这样造成电机性能未能充分发挥极致，电机转子温度精确估算直接提升电机定子温度工作阈值，定子温度阈值增加可以提高电机电流输出能力，而电流输出能力与磁材料体积尺寸强相关，在转子温度精确估算与电机性能保持不变前提下，可以通过减少电机磁材料体积尺寸实现制造成本降低，此外，电机转子温度变化会导致电机永磁体磁链发生变化，电机磁链变化会影响电机实际扭矩输出精度，那么电机转子温度估算可以根据磁链发生对电机扭矩进行补偿以达到电机系统输出扭矩的精确控制。
[0004]电机转子温度精确估算可以带来电机热安全、电机性能提升或制造成本降低，目前国内外主流电机转子温度主要包括三个方向：(1)热阻建模法，通过CAE仿真工具进行热节点划分与热网络模型搭建,参数标定工作量大、计算精度受环境影响较大；(2)经验公式法，通过传统经验公式计算常温下的电机转子温度，无法做到下次上电时对转子温度初始值进行赋值；(3)反电势法，通过反电势法测量转子温度反电势法测量转子温度时，需要将电机电流卸载，行驶中的车辆动力瞬间中断，影响驾驶感受，不实用于整车实际运行工况下的估算。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种永磁同步电机转子温度实时在线估算方法，本专利技术在不需要额外增加硬件成本前提下，能够满足在不同环境温度与变负载工况下电机转子温度估算要求，具有高实时性、高精度及自适应性强等特点。
[0006]解决上述技术问题的技术方案如下：
[0007]一种永磁同步电机转子温度实时在线估算方法，包括以下步骤：
[0008]S1，将任务周期内电机系统产生的铁损功耗与铜损功耗之和等效为电机定子总成吸收的总功耗；
[0009]S2，将电机定子总成作为热源，其吸收功耗等效为冷却空气耗散功耗、冷却液耗散功耗以及电机转子吸收功耗之和；
[0010]S3，将冷却空气耗散功耗作为热对流损耗、冷却液耗散功耗作为热传导损耗,将两部分损耗耦合为电机系统总冷却损耗；
[0011]S4，实验获得全环境温度域内电机转子自然冷却条件下的温度特性，并记录电机系统停机时长与当前下电时刻电机转子温度，计算获得下一上电时刻的电机转子初温；
[0012]S5，实验获得电机转子温度与转子永磁体磁链对应关系，通过设定电机转子温度修正使能条件，对软件在长时间运行后产生的电机转子温度估算误差进行修正。
[0013]进一步地，所述S3具体步骤如下：
[0014]1)、将X坐标设定为电机定子总成温度T
s
与上一时刻电机转子温度T
′
r
差值ΔT
sr
，Y坐标设定为电机定子总成温度T
s
与冷却液温度T
cool
的差值ΔT
sc
，Z坐标设定为耦合后的冷却液功耗P
cool
与空气冷却功耗P
air
之和P
heat
，可以构建成一个电机系统总冷却功耗二维表，通过任务周期内采集的电机定子总成温度T
s
、冷却液温度T
cool
以及上一时刻电机转子温度T
′
r
，查表获得电机系统总冷却功耗；
[0015]2)、建立电机转子温度估算精度仿真平台，将不同条件下测试获得的电机运行真实数据输入仿真平台，通过实测电机转子温度与模型估算电机转子温度的差值ΔT
r
来修正电机系统总冷却功耗模型二维表，使得ΔT
r
满足电机转子温度估算精度要求；
[0016]进一步地，所述S4中获得全环境温度域内电机转子温度自然冷却特性，可以计算出任意环境温度与停机时长条件下的电机转子初始温度，具体步骤为：
[0017]1)、实验获得全环境温度域内电机转子温度随停机时间的变化关系，通过线性拟合获得不同环境温度下电机转子温度自然冷却线斜率；
[0018]2)、通过系统下电时存储在非遗失性存储器里的时刻点与电机转子温度以及系统上电时整车控制器发送过来的时刻点计算出系统停机时长，最后利用电机转子温度自然冷却线斜率、系统停机时长以及上次系统下电时的电机转子温度获得当前上电时刻电机转子初始温度。
[0019]进一步地，所述S5中采用智能修正算法消除软件长时间运行产生的电机转子温度估算累计误差，其具体步骤为：
[0020]1)、实验获得电机转子温度与电机转子永磁体磁链的对应关系，通过线性拟合可以获得电机转子温度
‑
转子永磁体磁链线斜率；
[0021]2)、通过电机电压方程与电机磁链方程建立电机转子永磁体磁链观测器，通过获得的电机转子永磁体磁链与磁链线斜率计算出电机转子修正温度；
[0022]3)、通过设计电机转子温度修正使能条件，判断电机系统停机时长、电机定子总成温度T
s
与上一时刻电机转子温度T
′
r
之差的绝对值|ΔT
sr
|大小以及电机转子温度修正次数来决定是否用计算出的电机转子修正温度替代当前时刻模型估算的电机转子温度。
[0023]进一步地，所述S1中，由于电机定子绕组紧贴定子铁芯，通常近似将温度传感器测得的电机定子绕组温度等效为定子总成温度，即满足公式：其中：P
e
为任务周期内铁损功耗；P
Cu
为任务周期内的铜损功耗；C
w
为电机定子绕组比热容；C
Fe
为电机定子铁芯比热容；M
w
为电机定子绕组质量；M
Fe
为电机定子铁芯质量；ΔT
s
为任务周期
内电机定子总成温度变化；Δt为任务周期时长。
[0024]进一步地，电机定子总成吸收热量后作为一个热源对边界环境进行散热，电机定子总成热量通过冷却液功耗P
cool
、空气冷却功耗P
air
以及电机转子吸热功耗P
r
三部分消耗，在一个任务本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机转子温度实时在线估算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将任务周期内电机系统产生的铁损功耗与铜损功耗之和等效为电机定子总成吸收的总功耗；S2，将电机定子总成作为热源，其吸收功耗等效为冷却空气耗散功耗、冷却液耗散功耗以及电机转子吸收功耗之和；S3，将冷却空气耗散功耗作为热对流损耗、冷却液耗散功耗作为热传导损耗,将两部分损耗耦合为电机系统总冷却损耗；S4，实验获得全环境温度域内电机转子自然冷却条件下的温度特性，并记录电机系统停机时长与当前下电时刻电机转子温度，计算获得下一上电时刻的电机转子初温；S5，实验获得电机转子温度与转子永磁体磁链对应关系，通过设定电机转子温度修正使能条件，对软件在长时间运行后产生的电机转子温度估算误差进行修正。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机转子温度实时在线估算方法，其特征在于，所述S3具体步骤如下：1)、将X坐标设定为电机定子总成温度T
s
与上一时刻电机转子温度T'
r
差值ΔT
sr
，Y坐标设定为电机定子总成温度T
s
与冷却液温度T
cool
的差值ΔT
sc
，Z坐标设定为耦合后的冷却液功耗P
cool
与空气冷却功耗P
air
之和P
heat
，可以构建成一个电机系统总冷却功耗二维表，通过任务周期内采集的电机定子总成温度T
s
、冷却液温度T
cool
以及上一时刻电机转子温度T'
r
，查表获得电机系统总冷却功耗；2)、建立电机转子温度估算精度仿真平台，将不同条件下测试获得的电机运行真实数据输入仿真平台，通过实测电机转子温度与模型估算电机转子温度的差值ΔT
r
来修正电机系统总冷却功耗模型二维表，使得ΔT
r
满足电机转子温度估算精度要求。3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机转子温度实时在线估算方法，其特征在于，所述S4中获得全环境温度域内电机转子温度自然冷却特性，可以计算出任意环境温度与停机时长条件下的电机转子初始温度，具体步骤为：1)、实验获得全环境温度域内电机转子温度随停机时间的变化关系，通过线性拟合获得不同环境温度下电机转子温度自然冷却线斜率；2)、通过系统下电时存储在非遗失性存储器里的时刻点与电机转子温度以及系统上电时整车控制器发送的时刻点计算出系统停机时长，最后利用电机转子温度自然冷却线斜率、系统停机时长以及上次系统下电时的电机转子温度获得当前上电时刻电机转子初始温度。4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机转子温度实时在线估算方法，其特征在于，所述S5中采用智能修正算法消除软件长时间运行产...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志远，斯红路，王海兵，周朝东，陈国利，邓涛，舒玉春，刘德财，王毅，银联作，刘传宝，
申请(专利权)人：重庆青山工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：