【摘 要】
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电动汽车逆变器是电动汽车的核心部件,对可靠性的要求非常高。碳化硅(Si C)器件具有耐高温、耐高压、低损耗等优点,在车用逆变器中已经得到了广泛应用。但是,电动汽车的行驶工况复杂,工作环境也非常严苛,容易引起功率器件的失效,因此功率器件的可靠性问题已经成为电动汽车可靠性的一大挑战。寿命评估是提高电动汽车逆变器可靠性的重要手段,对车用逆变器碳化硅器件进行寿命评估具有十分重要的意义,为电动汽车可靠性评估
【基金项目】
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湖南省战略新兴产业科技攻关与重大成果转化专项项目“新能源乘用车用高效高功率密度电机控制器的研究与应用”(项目编号:2017GK4020); 大型电气传动系统与装备技术国家重点实验室开放资金资助项目“基于碳化硅和模型预测控制的电驱系统关键技术研究”(项目编号:SKLLDJ022019003)
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电动汽车逆变器是电动汽车的核心部件,对可靠性的要求非常高。碳化硅(Si C)器件具有耐高温、耐高压、低损耗等优点,在车用逆变器中已经得到了广泛应用。但是,电动汽车的行驶工况复杂,工作环境也非常严苛,容易引起功率器件的失效,因此功率器件的可靠性问题已经成为电动汽车可靠性的一大挑战。寿命评估是提高电动汽车逆变器可靠性的重要手段,对车用逆变器碳化硅器件进行寿命评估具有十分重要的意义,为电动汽车可靠性评估、电驱动系统的设计和控制策略的优化提供理论基础和技术支撑。本文以车用逆变器Si C器件为研究对象,分别对矢量控制和模型预测控制下的Si C器件寿命及其影响因素进行评估和研究。首先,阐述了电动汽车行驶工况下车用逆变器Si C器件的寿命评估方法,给出了车辆动力学模型、电驱模型、电-热模型和寿命预测模型的建模方法以及具体的建模过程。其次,在PLECS平台上搭建了矢量控制下的车用电驱系统仿真模型,基于仿真模型分析了NEDC市区工况下车用逆变器Si C器件的结温和损耗变化。利用雨流计数法对结温曲线进行处理,根据Miner累积损伤理论和寿命模型,计算得到车用逆变器Si C器件的预期时间寿命和里程寿命。同时,分析了矢量控制下开关频率、电机转速、电机转矩和环境温度等不同运行条件对Si C器件的结温和寿命的影响。再次,搭建了采用模型预测控制的MATLAB/PLECS联合仿真模型,对NEDC市区工况下的车用电驱系统进行了电热仿真,得到了模型预测控制下车用逆变器Si C器件的结温、损耗变化和寿命预测结果。在此基础上,针对模型预测控制下不同的运行条件对Si C器件的结温和寿命的影响进行了分析。最后,对矢量控制和模型预测控制下的Si C器件热性能和电机控制性能进行了对比和分析。结果表明,模型预测控制下的Si C器件结温均值和结温波动值均小于矢量控制,热性能更优,预期寿命更长;而矢量控制下的电机控制性能更优。
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