首先部分同行可能会有个疑问:既然有定子温度传感器,为什么还要做定子温度的修正模型?在此谈一下其必要性,如下。
电机定子的温度传感器测量值不一定是绕组中最高的温度点,需要修正补充来确定定子绕组的最高温度,以免任何运行条件下电机损坏。当定子温度传感器出现问题,需要估算出定子的温度,以便电机支持车辆跛行。下面介绍三种在工程应用中定子的温度修正补偿模型。
1. 模型ⅰ
转子速度越高时,周围空气对整个定子绕组的冷却效果越是不均衡的,因此,定子温度传感器所测温度与绕组实际温度偏差较大。模型ⅰ基于定子温度测量值,通过与电机转速相关联来修正定子温度。如图1所示。
图1. 基于定子温度测量值和转子速度的定子温度修正模型(图中:t为温度)
2. 模型ⅱ
基于热等效回路模型,通过定子电流和转子速度来计算出定子温度的补偿值,来修正定子测量温度。
图2. 基于定子温度测量值、相电流和转子速度的定子温度修正模型
根据热等效回路模型,参考“新能源汽车电机控制器温度计算及其模型-dc电容篇”的公式推导过程,可得:
根据上述公式,可得st-filter模型如图3所示
图3. st-filter模型
3. 模型ⅲ
基于热等效回路模型,通过电机控制器冷却液温度、相电流和转子速度来估算定子温度。
图4. 基于冷却液温度测量值、相电流和转子速度的定子温度计算模型
考虑到冷却液温度的骤然变化,为了避免定子温度的计算值也变化过快,故模型ⅲ中冷却液测量温度值也进行了st-filter模块滤波处理,同模型ⅱ的st模型。
4. 工程应用分析
1)模型ⅰ结构简单,没有考虑相电流的影响,工程应用中标定工作量较少,相比于模型ⅱ,其动态精度较低。
2)热容充满的时间常数,即tau,随着转子速度和相电流的变化而变化,可通过fea仿真获取,且不同的电机,其值也不同。
3)st-filter 模块中的 △t_offset查询表随着转子速度和相电流的变化而变化,可通过fea仿真获取定子绕组在不同工况的最高温度位置点,再在台架或整车上来标定修正△t_offset查询表。
4)考虑st模块中t_offset初始化值,在电机控制器掉电关机持续的时间超过n个τ以后,被视为稳态,即热平衡,电机定子的温度与冷却液的温度相同。对于st-filter模块,在建模时需要考虑以下几点:
-.读取断电时间长度,用于判定电机定子的温度是否达到热平衡;
-.若电机控制器断电后重启动,定子的温度达到了热平衡,则模型ⅱ中t_offset 的初始化值设置为0,模型ⅲ中t_offset 的初始化值设置为冷却液温度值。
-.若电机控制器断电后重启动,定子温度未达到热平衡,则电机控制器有必要在断电之前将最新的t_offset存储在nvm中,并考虑n个τ内冷却掉的温度, 例如:用时间长度来查表修正nvm中t_offset值,最后这个值才用于t_offset的初始化值。
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