【技术实现步骤摘要】
新能源汽车逆变器中功率器件的结温在线监测方法
[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种新能源汽车逆变器中功率器件的结温在线监测方法
。
技术介绍
[0002]主驱逆变器是电动动力总成的关键部分，负责将高压电池
(350
‑
800VDC)
的直流电压转换为三相交流正弦电流的交流电压进而旋转电感应电机并驱动车辆前进
。
常见功率水平为
40kW
到
250+kW。
当
400V
‑
800V
的电池为主驱逆变器供电，逆变器部件的额定电压需要达到
600V
‑
1200V
，同时每相的运行电流水平高达
1000A。
该模块的性能影响到车辆的整体能效，而结温又一直是功率器件最为重要的参数和指标，也是影响整个逆变器可靠运行的关键，是行业难题
。
因此准确的结温在线评估方法不仅可以为器件的长期可靠性奠定基础，更可为其进行剩余寿命评估提供方...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种新能源汽车逆变器中功率器件的结温在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据被测样品建立功率模块的三维仿真分析模型；步骤2：针对功率模块及整个功率器件测试台进行不同条件下的瞬态热阻抗测试分析；步骤3：校准三维仿真分析模型；步骤4：根据校准后的三维三维仿真分析模型进行不同耦合条件下二维热网络模型构建；步骤5：进行二维热网络模型验证
。2.
根据权利要求1所述的一种新能源汽车逆变器中功率器件的结温在线监测方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤
1.1
：根据
IGBT
模块构造，建立的三维仿真分析分为芯片层
、
上铜层
、
焊料层
、
陶瓷层
、
下铜层
、
基板层
、TIM
层和散热器；步骤
1.2
：根据实物，测量芯片层
、
上铜层
、
焊料层
、
陶瓷层
、
下铜层
、
基板层
、TIM
层和散热器具体尺寸，根据测量数据建立一个完整的三维仿真分析模型；步骤
1.3
：选择芯片的材料为
Si
，焊料层的材料为
Sn
‑
Ag
‑
Cu
，陶瓷层的材料为
Al2O3，上铜层和下铜层的材料为
Cu
，
TIM
层的材料为导热硅脂；步骤
1.4
：输入
Si、Sn
‑
Ag
‑
Cu、Al2O3、、
导热硅脂材料的密度
、
导热系数和恒压热容的数据
。3.
根据权利要求2所述的一种新能源汽车逆变器中功率器件的结温在线监测方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤
2.1
：采用小电流饱和压降法测量器件结温，在被测器件负载电流切断之后通小电流，测量得到小电流下被测器件两端的饱和压降，通过对比校准好的电压
Vce
和结温
T
j
的关系得到结温；用小电流下饱和压降测量结温事先进行校准，通过电磁炉将被测器件被动加热，记录电压
Vce
与结温
T
j
数据，通过线性拟合得到
Vce
和
T
j
之间的系数
k
，具体的关系式如下式：
T
j
＝
kVce+b
其中，
b
为常数；得到电压
Vce
和结温
T
j
关系式后，测得器件降温情况下的结温数据；步骤
2.2
：计算降温情况下的瞬态热阻抗曲线：瞬态热阻抗曲线根据如下公式计算：其中，
Z
th
为瞬态热阻抗，
T
a
为环境温度，通过调节水冷板温度进行改变，
P
为功率损耗；步骤
2.3
：计算不同耦合状态下的数据，第一步先测量功率模块内单独一个
IGBT
工作时各自的结温，计算得到各自的瞬态热阻抗曲线，然后再测量两个
IGBT
工作时，芯片发生热耦合的结温和新的瞬态热阻抗曲线，一直到6个
IGBT
同时工作耦合情况下芯片的结温和各自的瞬态热阻抗曲线；步骤
2.4
：获得不同条件和参考点的瞬态热阻抗曲线，包括改变环境温度即调节水冷板的温度和散热条件，重复步骤
2.3
，得到新的瞬态热阻抗数据
。
4.
根据权利要求3所述的一种新能源汽车逆变器中功率器件的结温在线监测方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤
3.1
：设置好三维仿真分析模型的电流输入输出端，电流的流动路径，电流的初始值；把散热器底部设定为边界条件，并给定一个传热系数，将多物理场中的热膨胀和电磁热设定为耦合并在芯片处添加一个边界探针；步骤
3.2
：用瞬态仿真进行研究，读取三维仿真分析模型中芯片降温时的数据，并按照公式计算得到仿真瞬态热阻抗曲线
Z
th_t
,
对实验和仿真得到的两组瞬态热阻抗曲线进行对比分析，如果在
0.01s
前瞬态热阻抗曲线数据有差异，则对三维仿真分析模型的芯片层...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓二平，陈丰野，
申请(专利权)人：合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室，
类型：发明
国别省市：
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