(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利(65)同一申請的已公布的文獻(xiàn)號(73)專利權(quán)人河北工業(yè)大學(xué)地址300401天津市北辰區(qū)西平道5340號河北工業(yè)大學(xué)(72)發(fā)明人李玲玲劉佳琪劉向向李忠濤周超劉伯穎審查員胡瑞娟電動汽車的IGBT功率模塊累計(jì)損傷度計(jì)算方法本發(fā)明一種電動汽車的IGBT功率模塊累積損傷度計(jì)算方法，涉及專門適用于特定應(yīng)用的數(shù)字計(jì)算的方法，是基于改進(jìn)Manson模型的電動汽車IGBT功率模塊累積損傷度計(jì)算方法，步驟是：獲取電動汽車的基本參數(shù)和行駛狀況、永磁同步電機(jī)以及IGBT功率模塊的參數(shù)；獲得I塊的結(jié)溫-時間曲線數(shù)據(jù)，對結(jié)溫-時間曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，建立結(jié)溫峰谷值時序序列；基于雨流計(jì)數(shù)法對結(jié)溫峰谷值時序序列的處理，建立結(jié)溫載荷譜；利用LESIT模型可以計(jì)算出恒幅載荷型，計(jì)算隨機(jī)變幅載荷下的IGBT功率模塊累計(jì)損傷度。本發(fā)明無需大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的由器件(如：IGBT功率模塊)物理特性決定的參數(shù)，數(shù)學(xué)式中僅含有載荷循環(huán)壽命，在實(shí)際工程中更加現(xiàn)有方法不能更加符合實(shí)際工況中疲勞損傷的累積過程，IGBT功率模塊的總損傷度計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度的不足。2獲取該電動汽車的基本參數(shù)和行駛狀況、永磁同步電機(jī)以及IGBT功率模塊的參數(shù)，為損傷度計(jì)算方法所需的原始數(shù)據(jù)為任務(wù)循環(huán)周期內(nèi)IGBT模塊的結(jié)溫-時間曲線，對結(jié)將步驟二得到的結(jié)溫峰谷值時序序列中提取出結(jié)溫初值、結(jié)溫終值以及按時間先后順使用雨流計(jì)數(shù)法獲取IGBT功率模塊的結(jié)溫載荷譜時，垂直放置結(jié)溫峰谷值時序序列，LESIT模型可以由此計(jì)算出IGBT模塊以該結(jié)溫波動周期持續(xù)工作直到失效時的總循環(huán)640,α=-5,R=8.314J·mol1·K1,Q=為了更加全面地體現(xiàn)疲勞累積發(fā)生的物理過程，使用改進(jìn)Manson模型計(jì)算隨機(jī)變幅載(5.1)隨機(jī)變幅載荷情況下，把每次載荷循環(huán)的前一次載荷循環(huán)關(guān)聯(lián)進(jìn)來，利用改進(jìn)32.按照權(quán)利要求1所述一種電動汽車的IGBT功率模塊累積損傷度計(jì)算方法，其特征在4電動汽車的IGBT功率模塊累計(jì)損傷度計(jì)算方法技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明的技術(shù)方案涉及專門適用于電動汽車領(lǐng)域，具體地說是一種電動汽車的IGBT功率模塊累積損傷度計(jì)算方法。背景技術(shù)[0002]隨著全球的人口增長和能源需求的不斷擴(kuò)大，單純依賴化石能源發(fā)展的經(jīng)濟(jì)模式日漸難以為繼，清潔能源的發(fā)展與高效利用已成為當(dāng)今社會發(fā)展的主題。作為發(fā)展、利用清潔能源的高效途徑，新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)、電動汽車的加快發(fā)展意義重大。此領(lǐng)域內(nèi)的光伏發(fā)電、高壓輸電和電動汽車等尤為熱門。電動汽車包括純電動汽車、混合動力汽車和燃料因此，為了提高能源利用率、實(shí)現(xiàn)綠色生活和落實(shí)全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，電動汽車正在得到大力發(fā)展。[0003]電動汽車是通過蓄電池的能量使電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)使車輪前進(jìn)。逆變器作為純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)中的核心部件之一，其可靠性和運(yùn)行壽命極大影響純電動汽車整車的正常工作。隨著純電動汽車技術(shù)的發(fā)展及市場需求的日益增長，功率半導(dǎo)體器件尤其是IGBT功率模塊逐漸被廣泛應(yīng)用于純電動汽車的逆變器。準(zhǔn)確獲得純電動汽車IGBT模塊損傷度有利于電動汽車的合理設(shè)計(jì)和日常維護(hù)，也是提高整車耐用性的重要因素。IGBT模塊的結(jié)溫直接影響模塊的正常工作，結(jié)溫的升高或波動均會使IGBT功率模塊產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的永久性疲勞損傷。隨著疲勞損傷的逐步累積，IGBT功率模塊朝著失效的方向不斷發(fā)展。因此，準(zhǔn)確計(jì)算出IGBT功率模塊的損傷度對設(shè)備的合理設(shè)計(jì)與計(jì)劃更換IGBT模塊的時間安排具有重要的幫助作用。[0004]目前國內(nèi)外應(yīng)用于IGBT功率模塊在復(fù)雜工況下的損傷度計(jì)算方法可以總結(jié)為如下步驟：首先獲得給定任務(wù)周期曲線下IGBT功率模塊的結(jié)溫-時間曲線數(shù)據(jù)，然后使用雨流計(jì)數(shù)法對結(jié)溫-時間曲線進(jìn)行處理，得到結(jié)溫載荷譜，最后根據(jù)線性疲勞累積損傷理論，計(jì)算出給定任務(wù)周期下的疲勞累積損傷度。線性疲勞累積損傷理論對IGBT功率模塊的疲勞機(jī)理進(jìn)行了較大程度的簡化，認(rèn)為不同溫度載荷水平下的疲勞損傷是獨(dú)立進(jìn)行的，所有載荷水平下的損傷可以線性累加，當(dāng)疲勞損傷累積到一定數(shù)值后，IGBT功率模塊失效。應(yīng)用線性疲勞累積損傷理論的損傷度計(jì)算方法計(jì)算方便，易于在實(shí)際工程中實(shí)現(xiàn)操作。[0005]在疲勞累積損傷計(jì)算過程中，線性疲勞累積損傷理論并未對不同載荷之間的相互影響進(jìn)行考慮，且缺少對其他疲勞機(jī)理的考慮，此種方法得出的損傷度要小于實(shí)際的損傷度，IGBT功率模塊疲勞累積損傷度的準(zhǔn)確率欠佳。如若要提高變幅載荷任務(wù)周期下?lián)p傷度計(jì)算的準(zhǔn)確度，則需考慮使用非線性疲勞累積損傷理論，把相鄰溫度載荷的相互作用考慮進(jìn)來，把相關(guān)因素納入到損傷度計(jì)算模型中來。這種非線性疲勞累計(jì)損傷方法計(jì)算IGBT功率模塊疲勞累積損傷度的研究還不夠充分。5[0011]目前國內(nèi)外主流的應(yīng)用于復(fù)雜工況下IGBT功率模塊的損傷度計(jì)算方法所需的原及其波動幅值決定，一個結(jié)溫波動周期(載荷循環(huán))對應(yīng)一對結(jié)溫波動幅值和結(jié)溫周期均值，LESIT模型可以由此計(jì)算出IGBT模塊以該結(jié)溫波動周期持續(xù)工作直到失效時的總循環(huán)6 [0028]上述一種電動汽車的IGBT是由電動汽車的各類參數(shù)以及行駛狀況得到的IGBT功率模塊在一個工作周期內(nèi)的結(jié)溫-時[0032](1)本發(fā)明方法可以高準(zhǔn)確率的計(jì)算IGBT功率模塊疲勞累積損傷度，使用改進(jìn)[0033](2)基于本發(fā)明方法的IGBT功率模塊疲勞累積損傷度計(jì)算加入了載荷大小的影7成的疲勞損傷，也就是說，改進(jìn)Manson模型考慮到了相鄰載荷之間的相互作用，比其他模型更加符合實(shí)際工況中疲勞損傷的累積過程，這一特點(diǎn)對于可靠性要求極高的系統(tǒng)進(jìn)行IGBT功率模塊疲勞累積損傷度提供了極有價(jià)值的參考方法；[0034](3)與現(xiàn)有方法相比，基于本發(fā)明方法的疲勞累積損傷度計(jì)算剔除了需要大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的由器件(如：IGBT功率模塊)物理特性決定的參數(shù)，數(shù)學(xué)式中僅含有載荷循環(huán)壽命，在實(shí)際工程中更加易于實(shí)現(xiàn)操作；[0035](4)本發(fā)明方法中的改進(jìn)Manson模型分為三個階段計(jì)算疲勞累積損傷度后累加得到的總損傷度結(jié)果，該方法計(jì)算得到的結(jié)果均大于各個階段連在一起計(jì)算出的總損傷度，不同于其他線性模型把多個任務(wù)周期產(chǎn)生的損傷度直接線性累加，改進(jìn)Manson模型考慮了歷史上已完成的任務(wù)周期的影響，每個任務(wù)周期產(chǎn)生的損傷度都不是孤立存在的；[0036](5)本發(fā)明一種電動汽車的IGBT功率模塊累積損傷度計(jì)算方法并不局限于電動汽車的IGBT功率模塊累積損傷度計(jì)算，也可以擴(kuò)展用于其他產(chǎn)品的累積損傷度計(jì)算。附圖說明[0037]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。[0038]圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖。[0039]圖2是實(shí)施例1中的純電動汽車的速度、坡度變化情況圖。[0040]圖3是實(shí)施例1中IGBT模塊的結(jié)溫-時間曲線圖。[0041]圖4是實(shí)施例1中IGBT模塊的結(jié)溫載荷譜統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖。[0042]圖5是實(shí)施例1中改進(jìn)Manson模型計(jì)算疲勞累積損傷理論的總損傷度結(jié)果圖。[0043]圖6是實(shí)施例1中Miner模型計(jì)算疲勞累積損傷理論的總損傷度結(jié)果圖。具體實(shí)施方式[0044]圖1表明本發(fā)明一種電動汽車的IGBT功率模塊累積損傷度計(jì)算方法的流程是，開始→獲取電動汽車的基本參數(shù)和行駛狀況、永磁同步電機(jī)以及IGBT功率模塊的參數(shù)，將全部數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)→獲得IGBT功率模塊的結(jié)溫-時間曲線數(shù)據(jù)→對結(jié)溫-時間曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，建立結(jié)溫峰谷值時序序列→基于雨流計(jì)數(shù)法對結(jié)溫峰谷值時序序列的處理，得到結(jié)溫載荷譜→利用LESIT模型可以計(jì)算出恒幅載荷下IGBT功率模塊的循環(huán)壽命→改進(jìn)Manson模型計(jì)算隨機(jī)變幅載荷下的IGBT功率模塊累計(jì)損傷度→把IGBT功率模塊累計(jì)損傷度結(jié)果在計(jì)算機(jī)顯示屏上顯示輸出，結(jié)束。[0046]一種純電動汽車的IGBT功率模塊累積損傷度計(jì)算。[0047]步驟一，獲取該純電動汽車的基本參數(shù)和行駛狀況、永磁同步電機(jī)以及IGBT功率模塊的參數(shù)；[0048]本例中純電動汽車基本參數(shù)如表1所示。[0049]表1.純電動汽車基本參數(shù)8[0051]隨著永磁材料性能的提高和成本的降低，永磁同步電動機(jī)因?yàn)槠涓咝?、高功率因?shù)和高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸成為電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的主流電機(jī)之一，本例中純電動汽車使用的永磁同步電機(jī)的仿真參數(shù)如表2所示。表2.永磁同步電機(jī)(PMSM)參數(shù)純電動汽車逆變器用IGBT功率模塊采用英飛凌公司的DF300R07PE4_B6模塊，該模塊主要應(yīng)用于高頻開關(guān)、斬波、電機(jī)傳動、UPS系統(tǒng)等，如表3所示。開通損耗(125℃)逆變器用IGBT功率模塊的電池組電壓設(shè)為320V,IGBT開關(guān)頻率設(shè)為10kHz。9[0060]本例使用純電動汽車在一個工作周期內(nèi)行駛時逆變器用IGBT功率模塊的結(jié)溫循20m/s并勻速行駛10s,最后減速到停止前進(jìn)。該工作周期模擬了路網(wǎng)中車輛的復(fù)雜行駛狀[0069]隨機(jī)變幅載荷情況下，把每次載荷循環(huán)的前一次載荷循環(huán)關(guān)聯(lián)進(jìn)來，利用改進(jìn)傷。一個載荷循環(huán)的循環(huán)壽命如果小于相鄰的下一個載荷循環(huán)的循環(huán)壽命，則此載荷循環(huán)提高相鄰的下一個載荷循環(huán)造成的疲勞損傷，一個載荷循環(huán)的循環(huán)壽命如果大于相鄰的下一個載荷循環(huán)的循環(huán)壽命，則此載荷循環(huán)不影響相鄰的下一個載荷循環(huán)造成的疲勞損傷。Manson模型的改進(jìn)型使每一個載荷循環(huán)與其前后相鄰的載荷循環(huán)相關(guān)聯(lián)，得到了與Miner模型明顯不同的結(jié)果。[0073]上述所有實(shí)施例中，所述Manson模型的思想以及Miner的方法是已有技術(shù)，是為本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的；所述電動汽車的基本參數(shù)和行駛狀況、永磁同步電機(jī)以及IGBT功率模塊的參數(shù)的獲取和輸入計(jì)算機(jī)中的方法是公知的方法，所述計(jì)算機(jī)、顯示器和計(jì)算機(jī)軟件均是通過商購獲得的。1/3頁預(yù)測模型疲勞累計(jì)損傷理論多個溫度循環(huán)周期對應(yīng)的循環(huán)壽命時序序列