本發(fā)明涉及快速充電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種充電機(jī)的非直接測量的溫度保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

隨著電動汽車行業(yè)快速發(fā)展，電動汽車充電機(jī)的需求量也與日俱增，快速充電機(jī)一般采用大電流或高電壓給電池直接充電，較高的充電功率可使電池在短時間內(nèi)充至80％左右。但在高溫日照天氣下電動汽車內(nèi)部溫度極高，車載充電器長時間工作在大功率高溫環(huán)境下，其內(nèi)部功率器件溫升較快，易引起各種失效故障，產(chǎn)生安全問題，國外已有部分學(xué)者開始研究功率器件的熱保護(hù)方法，該技術(shù)主要通過主動熱控制方式實現(xiàn)，主動熱控制是一種溫度閉環(huán)控制方法，通過實時獲取功率器件的工作溫度，調(diào)整輸出功率以提高功率器件運行的可靠性，但電動車輛在路面較為顛簸的路況下行駛時，車載充電機(jī)處于劇烈振動的環(huán)境條件中，探頭極易發(fā)生錯位或脫落，因此也難以完成其主動熱控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決在高溫日照天氣下電動汽車內(nèi)部溫度極高，車載充電器長時間工作在大功率高溫環(huán)境下，其內(nèi)部功率器件溫升較快，易引起各種失效故障的技術(shù)問題，克服現(xiàn)有主動熱控制方法采用溫度探頭直接測試功率器件溫度而在車載充電機(jī)處于劇烈振動的環(huán)境條件中，探頭極易發(fā)生錯位或脫落的技術(shù)缺陷。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種充電機(jī)的非直接測量的溫度保護(hù)方法，所述充電機(jī)包括若干功率器件，包括如下步驟，步驟1)建立模擬溫度環(huán)境，將充電機(jī)放置在模擬溫度環(huán)境中，設(shè)定環(huán)境溫度范圍和充電機(jī)的輸入功率范圍，并分別在環(huán)境溫度范圍內(nèi)的任一環(huán)境溫度保持不變時，給充電機(jī)輸入功率，觀測功率器件的溫升，待功率器件的溫度穩(wěn)定時，記錄實驗值，即環(huán)境溫度值、輸入功率值和各功率器件的溫度值，刷選實驗值，在相同環(huán)境溫度值和相同輸入功率值的情況下，當(dāng)一個功率器件的溫度值最接近它的工業(yè)級工作溫度范圍的最高值，而其他功率器件的溫度值均不高于各自的工業(yè)級工作溫度范圍的最高值時，判定該功率器件是最惡劣器件；步驟2)利用熱電類比方法建立熱路模型，得到熱路模型表達(dá)式，即，tw＝c1ta+c2pi+c3，式中c1為溫度系數(shù)，c2為功率系數(shù)，c3為修正系數(shù)，ta為環(huán)境溫度變量，pi是充電機(jī)的輸入功率變量，tw是功率器件的穩(wěn)態(tài)溫度變量；步驟3)以最惡劣器件的實驗值代入功率器件的熱量模型表達(dá)式，對熱路模型表達(dá)式中的各參數(shù)進(jìn)行計算；步驟4)設(shè)定最惡劣器件的最大限定溫度，最大限定溫度小于其工業(yè)級工作溫度范圍的最高值，實時采集充電機(jī)的輸入功率和環(huán)境溫度，根據(jù)熱路模型表達(dá)式計算出最惡劣器件的實時穩(wěn)態(tài)溫度，然后與最惡劣器件的最大限定溫度比較，當(dāng)高于最大限定溫度時，降低充電機(jī)輸入功率，以限制最惡劣器件的溫升。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：通過溫升模擬測試，尋找最惡劣的功率器件，即該功率器件首先接近它的工業(yè)級工作溫度范圍的最高值，而對充電機(jī)的溫度保護(hù)的實質(zhì)是對最惡劣器件的溫度保護(hù)，限制其溫升，隨后針對該功率器件，建立可描述器件溫度、輸入功率及環(huán)境溫度關(guān)聯(lián)性的熱路模型，并對模型參數(shù)進(jìn)行計算；最后利用該熱路模型，調(diào)整充電機(jī)輸入功率，實現(xiàn)功率器件的溫度保護(hù)；該方法不需直接測量功率器件溫升情況，只依據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度和輸入功率，即可實現(xiàn)功率器件的熱保護(hù),克服了現(xiàn)有主動熱控制方法采用溫度探頭直接測試功率器件溫度而在車載充電機(jī)處于劇烈振動的環(huán)境條件中，探頭極易發(fā)生錯位或脫落的技術(shù)缺陷。

附圖說明

圖1所示為本發(fā)明的流程圖。

圖2所示為本發(fā)明實施例中的各功率器件的溫升曲線。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實施例1參考圖1，一種充電機(jī)的非直接測量的溫度保護(hù)方法，所述充電機(jī)包括若干功率器件，包括如下步驟，步驟1)建立模擬溫度環(huán)境，將充電機(jī)放置在模擬溫度環(huán)境中，設(shè)定環(huán)境溫度范圍和充電機(jī)的輸入功率范圍，并分別在環(huán)境溫度范圍內(nèi)的任一環(huán)境溫度保持不變時，給充電機(jī)輸入功率，觀測功率器件的溫升，待功率器件的溫度穩(wěn)定時，記錄實驗值，即環(huán)境溫度值、輸入功率值和各功率器件的溫度值，刷選實驗值，在相同環(huán)境溫度值和相同輸入功率值的情況下，當(dāng)一個功率器件的溫度值最接近它的工業(yè)級工作溫度范圍的最高值，而其他功率器件的溫度值均不高于各自的工業(yè)級工作溫度范圍的最高值時，判定該功率器件是最惡劣器件。

一般情況，充電機(jī)的功率器件包括mos管、變壓器、整流管和整流橋等元器件，所述環(huán)境溫度范圍設(shè)定在20℃到55℃之間，而充電機(jī)的輸入功率范圍根據(jù)充電機(jī)的最大輸入功率來設(shè)定的，在進(jìn)行模擬溫升測試中，在環(huán)境溫度范圍中分別取值20℃、30℃、40℃、50℃，而充電機(jī)的輸入功率范圍在500w-2000w，取值500w、1000w、1500w、2000w，在環(huán)境溫度保持不變時，給充電機(jī)提供不同的輸入功率，即500w、1000w、1500w、2000w，用于觀測功率器件的溫升，每次輸入功率不變時，待功率器件的溫度穩(wěn)定，記錄實驗值，即環(huán)境溫度值、輸入功率值和各功率器件的溫度值，圖2所示了本實施例中的充電機(jī)的主要功率器件的溫升曲線，從實驗值刷選，判斷哪個功率器件是最惡劣器件，篩選和判斷的方法是：在相同環(huán)境溫度值和相同輸入功率值的情況下，當(dāng)一個功率器件的溫度值最接近它的工業(yè)級工作溫度范圍的最高值，而其他功率器件的溫度值均不高于各自的工業(yè)級工作溫度范圍的最高值時，判定該功率器件是最惡劣器件。

步驟2)利用熱電類比方法建立熱路模型，得到熱路模型表達(dá)式，即，tw＝c1ta+c2pi+c3，式中c1為溫度系數(shù)，c2為功率系數(shù)，c3為修正系數(shù)，ta為環(huán)境溫度變量，pi是充電機(jī)的輸入功率變量，tw是功率器件的穩(wěn)態(tài)溫度變量；

具體如下：根據(jù)熱電類比法原理，功率器件工作溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，功率器件的穩(wěn)態(tài)溫度取決于環(huán)境溫度和功率器件的熱損耗，因此，得到公式(1)

tw＝ta+pd·rth(1)

而功率熱損耗等于熱流量pd和熱阻rth的乘積，而功率器件熱流量pd取決于功率器件的效率η和輸入功率pi，因此，功率器件熱流量pd可表達(dá)為：

pd＝pi-pi·η(2)

再由式(1)可得功率器件工作時的穩(wěn)態(tài)溫度：

tw＝ta+(1-η)·rth·pi(3)

當(dāng)熱阻rth不變的情況下，功率器件穩(wěn)態(tài)溫度決定于環(huán)境溫度ta、輸入功率pi和效率η的變化，因此將上式(3)簡化為一般表達(dá)式：

tw＝c1ta+c2pi+c3(4)

由式(4)可知，在得到環(huán)境溫度和輸入功率后，熱路模型表達(dá)式可有效描述功率器件的穩(wěn)態(tài)溫度。

步驟3)以最惡劣器件的實驗值代入功率器件的熱量模型表達(dá)式，對熱路模型表達(dá)式中的各參數(shù)進(jìn)行計算；

本發(fā)明對充電機(jī)的溫度保護(hù)的實質(zhì)是對最惡劣器件的溫度保護(hù)，限制其溫升，因此我們需要得到最惡劣器件的熱路模型表達(dá)式，一般情況下，功率器件的熱路模型的參數(shù)難以通過理論計算得到，故采用參數(shù)計算的方法，即，當(dāng)溫升測試數(shù)據(jù)多于參數(shù)時，可視為參數(shù)的超定方程組。以公式(4)為基礎(chǔ)，以最惡劣器件的實驗值代入功率器件的熱量模型表達(dá)式，得方程組，如式(5)所示。

式中tan、pin為功率器件的第n次溫測環(huán)境溫度和輸入功率，twn為第n次功率器件穩(wěn)態(tài)時的工作溫度。

方程組5用矩陣形式可表示為：

ax＝b(6)

其中為功率器件的溫測條件(環(huán)境溫度條件和輸入功率溫條件)數(shù)據(jù)矩陣；x＝[c1c2c3]^t，為參數(shù)向量；b＝[tw1ltwn]^t，為功率器件的溫升數(shù)據(jù)向量。

對于超定方程組(6)，采用最小二乘法原理可得方程如下：

a^tax＝a^tb(7)

此時,參數(shù)c1、c2和c2的計算，轉(zhuǎn)化為式(7)的最小二乘解：

x＝(a^ta)^-1a^tb

其中，a^t是矩陣方程轉(zhuǎn)置(線性代數(shù)的一種表示方法)。根據(jù)上述方法對熱路模型表達(dá)式中的各參數(shù)進(jìn)行計算。

步驟4)設(shè)定最惡劣器件的最大限定溫度，最大限定溫度小于其工業(yè)級工作溫度范圍的最高值，實時采集充電機(jī)的輸入功率和環(huán)境溫度，根據(jù)熱路模型表達(dá)式tw＝c1ta+c2pi+c3，計算出最惡劣器件的實時溫度，然后與最惡劣器件的最大限定溫度比較，當(dāng)高于最大限定溫度時，降低充電機(jī)輸入功率，以限制最惡劣器件的溫升。

一般情況下，由于功率器件的溫升是一個漸變過程，根據(jù)輸入功率和環(huán)境溫度計算出的實時溫度要大于功率器件的實際溫度，如果輸入功率不加以調(diào)節(jié)，待功率器件溫度漸漸穩(wěn)定時，功率器件的實際溫度會慢慢接近計算出的實時溫度，如果計算出的實時溫度高于最惡劣器件的最大限定溫度，很顯然，功率器件到達(dá)穩(wěn)態(tài)的實際溫度會超出最惡劣器件的最大限定溫度，從而可能損壞功率器件，因此，本發(fā)明根據(jù)功率器件的實時輸入功率和環(huán)境溫度計算出的實時溫度，實時溫度一旦高于最惡劣器件的最大限定溫度時，就開始降低充電機(jī)的輸入功率，以破壞功率器件的進(jìn)一步升溫的條件，防止其實際溫度高于最大限定溫度而受到損壞，從而對充電機(jī)進(jìn)行溫度保護(hù)。

為了充分地對充電機(jī)進(jìn)行溫度保護(hù)，步驟4)設(shè)定最惡劣器件的最大限定溫度，所述最大限定溫度的取值范圍是該最惡劣器件的工業(yè)級最高工作溫度值的85％-95％。這么設(shè)置的好處在于，當(dāng)充電機(jī)未能執(zhí)行降低輸入功率時，充電機(jī)的實際溫度上升在最大限定溫度也不會立即損壞該功率器件，只要實際溫度沒有達(dá)到最惡劣器件的工業(yè)級最高工作溫度值時，依然可以運行，但是此時，對于該功率器件來說是高風(fēng)險的，只要操作人員能夠得到此情況發(fā)生的信號警示，就能及時化解風(fēng)險，這樣可以充分地對充電機(jī)進(jìn)行溫度保護(hù)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。