《多應力下電動汽車變流器功率器件的可靠性及控制方法》是依託華南理工大學，由王學梅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多應力下電動汽車變流器功率器件的可靠性及控制方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王學梅
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以提高電動汽車變流器大功率器件的可靠性和運行效率為目標，以功率器件的老化和失效問題為研究對象，研究多環境應力下變流器功率器件的老化進程和失效機理，建立電動汽車實際工況下功率器件的高準確壽命模型。.本項目將首先研究多環境應力下功率器件的疲勞失效機理，提取其老化特徵參數；然後，通過建立實際運行工況下電動汽車變流器電熱耦合模型，預測變流器的使用壽命；最後，提出改善功率器件可靠性的控制策略，減小變流器在部分極高應力下（如頻繁加速、堵轉和坡中啟動等）功率器件的結溫和結溫波動。.本課題的創新點有：1.建立多應力下的功率器件的老化和失效統一判據，以及量化的熱阻退化失效模型。2.根據電動汽車實際運行工況，建立變流器功率器件的高準確度壽命模型。3.提出面向功率器件可靠性的變流器控制策略，在不改變控制性能的前提下，減小變流器的功率損耗和提高大動態負載下的安全裕度，最終減緩功率器件老化，提高可靠性。
結題摘要
變流器是電動汽車的關鍵部分也是主要的失效組件，其故障很大程度上歸因於其功率器件的失效。因此，探究功率器件的動態熱行為、對功率器件進行壽命預測、最佳化變流器的運行和設計，能夠有效的提高電動汽車的可靠性。本課題以電動汽車變流器功率器件為研究對象，結合EV實際運行工況，搭建了運行工況下功率器件熱應力測試平台，探索了實際運行工況環境下功率器件的應力特徵；提出了變流器功率模組的定製化設計方法，建立了非互易性的多晶片耦合熱網路；提出了基於開關軌跡最佳化的驅動電路設計，減小功率器件的結溫波動，改善功率器件可靠性。本課題的主要研究內容包括：（1）運行工況下功率器件熱應力測試平台設計傳統的變流器全實物測試平台由功率變流器、電機、感測器和開關設備等組成，研發周期長、成本高昂、占用大量空間大和功耗較大。運行工況下功率器件熱應力測試平台的搭建，為運行工況下功率器件的熱行為分析和控制提供了有益的基礎。此平台的運用，可以使車企的模組測試工作具有靈活、精準和經濟的特點，達到事倍功半的效果。（2）電動汽車變流器功率模組的定製化設計國內電動汽車行業中的變流器一般直接選用廠商提供的IGBT模組，沒有專門針對電動汽車用IGBT來設計IGBT及其封裝結構，主要原因是目前IGBT市場幾乎完全由國外廠商壟斷。在建立多晶片IGBT功率模組的非互易耦合熱網路模型的基礎上，提出了一種EV變換器最佳化設計方法來定製化設計最合適的功率器件，實現變流器能量損耗、壽命和成本之間的最佳折中，有效提高車企在變流器設計上的競爭性。（3）基於開關軌跡最佳化的功率器件主動控制技術要實現電力電子裝置的靈活性、智慧型性，驅動器的快速、精確控制必不可少。本內容通過在特定階段有針對性地升高或降低柵極電流值，達到最佳化開關軌跡，加快開關速度，減少開關損耗的目的。本質上通過對器件損耗實時控制，實現對器件損耗實時控制。該方法的套用，能夠達到抑制結溫波動，減緩了器件的老化的效果，對功率器件的可靠性提高有重要意義。
