车用功率模块热疲劳应力的高精度在线提取方法与实证

随着车用功率模块的功率密度和电压等级不断提高,热可靠性问题日益突显。其中,温度应力是功率模块老化的主要因素之一。为了评估车用功率模块的热疲劳,需要获取完整的载荷历程,并采用应力循环计数方法进行损伤统计,但该方法难以在电动汽车驾驶过程中实时评估损伤信息,预测性维护存在滞后性。文中基于标准离线雨流计数法进行改进,针对不同材料以及所处不同寿命阶段,设计可变的滤波窗宽对实时结温历程进行筛选和除噪;通过基于“三点双变程”法改进的实时雨流计数算法对有效结温极值点进行高效实时处理,即可实时得到温度应力全循环与半循环数据;通过离散标准化程序对原始热应力计数结果进行聚类存储,满足边缘计算的需要,实现低成本应力循环统计;最后,基于乘用车测试该在线算法在电动汽车实际驾驶路谱下的可行性。实验结果表明,与标准离线计数法相比,累积损伤度误差小于1%。进一步地,讨论温度采样周期对应力计数和损伤计算的影响,表明温度采样周期为500 ms可以兼顾算力与精度,支撑电动汽车的实时可靠性评估。

计及电阻温变的永磁同步电机深弱磁区极限转矩逼近方法研究

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)系统常围绕结构和尺寸优化等途径展开轻量化设计。基于扁线绕组工艺设计的轻型电机在高速大转矩典型工况下存在较大定子电阻,且随电机运行温度升高阻值变化幅度达30%以上,电机高转速运行时的转矩精准控制难度大大提高。而现有方法对电机系统轻量化设计与高速恒功率稳定输出间存在的矛盾关注甚少,亟需挖掘以新能源汽车为代表的高端装备轻量化电机系统在高转速区的极限转矩精准调控性能。首先,在弱磁控制基础上,聚焦于永磁同步电机的高速深弱磁工作区,提出计及电阻温变的极限转矩逼近方法;其次,基于含定子电阻信息的电压/电流方程约束,采用牛顿下山迭代法求解非线性方程,对高速大转矩工况即深弱磁区的最大转矩电压比(maximum torque-per-voltage,MTPV)电流运行轨迹重新规划;最后,以温度作为新增维度对该轨迹进行温度插值补偿,保证深弱磁区逼近电机极限转矩输出特性不受运行温度影响,所提方法控制下的转矩输出在电机传动系统台架实验中与工程标定的极限转矩误差在0.4%以内,验证其可行性。

电动汽车有序充电可行性分析

我国已经进入电动汽车行业发展的黄金期,并将逐渐形成电动汽车的规模应用。当大量电动汽车随意接入电力系统时,就将会使得峰谷差和功率波动变得更加严重,甚至还会超过电力系统的供电能力和承受能力,给电网的稳定运行带来影响,同时会使充电成本过高从而阻碍电动汽车产业的发展。由此通过分析优化电动车辆充电调度方法,减小充电负荷对电网的不利影响,在实际应用中是非常有意义。本文将展开对电动汽车有序充电的论述,并证明其在实际问题中的有效性。

基于计算前沿面的实时仿真数值积分并行构造及其数值模型解耦加速方法

数值仿真是先进智能计算的基础与底层核心技术,而计算速度是数值仿真的核心性能指标。然而,随着高开关频率功率器件在电机驱动等系统中的应用,短时间约束给实时及在线数值仿真的计算速度带来了严峻挑战。当前数字平台的计算结构朝着并行化的趋势发展,并行计算被视为短时间约束下优化计算速度的有效途径,但现有的数值模型和数值算法大多基于顺序计算的串行模式,缺乏可并行执行的冗余并行度。因此,该文研究了数值算法的求解核心数值积分的并行优化方法,提出了计算前沿面的优化思路,为数值积分算法构造冗余并行度以实现并行计算,分析了其在数值精度与数值稳定性方面的影响,并讨论了在多步与高阶数值积分法上的可拓展性。同时,利用计算前沿面构造的冗余并行度,设计了数值模型的并行解耦分割,并应用于电驱系统实现了元件级的数值加速。最后,在硬件在环的实时数值环境中验证了优化方法的可行性、数值性能以及加速效果。

三电平单元电力电子变压器容错运行技术

基于三电平单元的电力电子变压器具有功率模块少、功率密度高等优点,在数据中心不间断电源、铁路配电系统、超级充电站等场景中应用前景广阔。然而,电力电子变压器中开关器件多,器件故障引发的故障模块切除动作将导致系统容量损失,易引发系统失稳、故障越界等问题。针对该问题,文中提出了一种基于故障模块、故障相与非故障相协同的三电平容错运行技术。首先,采用开关组合列举法分析了不同故障类型下三电平单元H桥的共性故障结果,并基于部分器件旁路实现了故障模块重构和容错运行。其次,提出了相内协同控制策略,实现了故障模块电容电压的稳定与均压控制,并通过相间协同控制实现线电压平衡,共同保障电路正常运行。最后,针对不同故障结果提出具体的容错控制方法,并通过仿真验证了所提容错方法的有效性。仿真结果证明了容错控制下电力电子变压器能稳定运行。