【摘要】：目前,能源短缺及環(huán)境污染問(wèn)題已成為制約中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的突出問(wèn)題,電動(dòng)汽車(chē)是汽車(chē)行業(yè)得以延續(xù)的必然選擇,有著廣闊的發(fā)展空間。變流器是電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵部件,然而根據(jù)系統(tǒng)故障概率統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,變流器卻是最主要的失效組件,變流器故障很大程度上歸因于其功率器件絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)的失效。因此,對(duì)功率器件進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)并及時(shí)更換組件、探究功率器件的熱管理方案、優(yōu)化變流器的運(yùn)行和設(shè)計(jì)能夠有效的提高電動(dòng)汽車(chē)的可靠性。功率模塊的電熱耦合熱網(wǎng)絡(luò)的建立常忽略緊湊型模塊封裝下的多芯片耦合熱效應(yīng);現(xiàn)有的功率器件壽命預(yù)測(cè)大多基于一定溫度范圍下的冷熱循環(huán)老化,脫離實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。本文以電動(dòng)汽車(chē)變流器中的功率器件為研究對(duì)象,建立了基于瞬態(tài)熱阻抗響應(yīng)的多芯片封裝模塊的耦合熱網(wǎng)絡(luò);量化了實(shí)際運(yùn)行工況下功率器件的服役里程;提出了改善功率器件可靠性和壽命的熱管理控制策略,減小了器件的結(jié)溫波動(dòng),延長(zhǎng)了器件的壽命;搭建了功率器件熱應(yīng)力測(cè)試平臺(tái),復(fù)現(xiàn)出行駛工況下器件的熱應(yīng)力信息。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:1)基于瞬態(tài)熱阻抗響應(yīng)的方法建立包括IGBT功率模塊和散熱器在內(nèi)的逆變器整體熱網(wǎng)絡(luò)模型,充分考慮了多芯片封裝模塊內(nèi)部的自熱和交叉耦合熱效應(yīng)。引入理論證據(jù),探索了不同尺寸芯片的熱阻抗的差異性。對(duì)材料熱性能(導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容)的溫度依賴性和散熱器的三維熱傳導(dǎo)引起的熱模型非線性問(wèn)題進(jìn)行了評(píng)價(jià)。發(fā)現(xiàn)了局部熱網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與環(huán)境溫度、散熱條件、功率損耗等邊界條件的相互聯(lián)系。2)考慮器件開(kāi)關(guān)行為對(duì)系統(tǒng)配置的敏感性,在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景下,利用雙脈沖實(shí)驗(yàn)測(cè)試了開(kāi)關(guān)管在不同母線電壓、相電流和結(jié)溫下的開(kāi)關(guān)特性。建立了電動(dòng)汽車(chē)變流器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型和電熱耦合模型,仿真出了在實(shí)際運(yùn)行工況下IGBT的結(jié)溫曲線。采用雨流計(jì)數(shù)法、疲勞損傷準(zhǔn)則等手段,預(yù)測(cè)了功率器件的服役里程。系統(tǒng)地掌握了環(huán)境溫度、運(yùn)行工況、疲勞累積等關(guān)聯(lián)因素對(duì)壽命預(yù)測(cè)結(jié)果的影響規(guī)律。3)利用一種簡(jiǎn)化的IGBT損耗分析模型,分析和探討了不同驅(qū)動(dòng)開(kāi)通電壓對(duì)IGBT開(kāi)關(guān)損耗的影響,提出了基于柵極驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)整進(jìn)而實(shí)現(xiàn)損耗及結(jié)溫控制調(diào)節(jié)的主動(dòng)熱應(yīng)力控制的新思路。所提結(jié)溫跟蹤管控策略的本質(zhì)是調(diào)節(jié)器件本身的開(kāi)關(guān)性能,實(shí)現(xiàn)對(duì)器件損耗實(shí)時(shí)控制,從而達(dá)到抑制結(jié)溫波動(dòng)的效果,減緩器件的老化,延長(zhǎng)器件的壽命。最后,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)結(jié)溫跟蹤管控策略進(jìn)行了驗(yàn)證。4)功率器件應(yīng)力復(fù)現(xiàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)包括主電路的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。針對(duì)選用的IGBT功率模塊應(yīng)力測(cè)試需求,首先分析了功率器件應(yīng)力測(cè)試平臺(tái)的系統(tǒng)傳遞函數(shù),明確平臺(tái)系統(tǒng)控制方案,詳細(xì)設(shè)計(jì)了應(yīng)力測(cè)試平臺(tái)中各部件的電氣參數(shù)。通過(guò)設(shè)置實(shí)際運(yùn)行工況相關(guān)參數(shù),測(cè)試在實(shí)際運(yùn)行工況下的結(jié)溫信息。
【圖文】：

景與意義會(huì)的發(fā)展，汽車(chē)逐漸走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，汽車(chē)成為日常生活中不保有量逐年攀升，由于燃油汽車(chē)尾氣排放導(dǎo)致大氣污染特別嚴(yán)象。從實(shí)現(xiàn)最佳的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和保護(hù)自然資源以及生態(tài)環(huán)境放的汽車(chē)是環(huán)境友好型社會(huì)發(fā)展的迫切需求，所以新能源汽必由之路。國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)的調(diào)查報(bào)告顯示，近年來(lái)新能源汽車(chē)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)中國(guó)、美國(guó)、歐洲等，無(wú)疑是全球電動(dòng)汽車(chē)銷量最為集中的心市場(chǎng)的新能源汽車(chē)上牌量攀升至 170 多萬(wàn)輛，相比去年同動(dòng)汽車(chē)更是尤其受歡迎，其新上牌量同比增長(zhǎng)率達(dá)到 77 %。的數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)地區(qū)毋容置疑地坐穩(wěn)新能源汽車(chē)全球第一市已經(jīng)達(dá)到 50 %。隨著電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的技術(shù)水平提升，成本減激勵(lì)，電動(dòng)汽車(chē)完全替代燃油汽車(chē)指日可待。

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文各部件的故障率分布如圖 1-2 所示[1]，，導(dǎo)個(gè)：溫度、振動(dòng)和濕度，其中溫度是最部件，高達(dá) 31 %，其次是電容器和驅(qū)動(dòng)的失效模式主要包括：芯片相關(guān)故障（落、焊料層疲勞裂紋）、門(mén)驅(qū)動(dòng)器開(kāi)路故式是熱機(jī)械疲勞應(yīng)力引起的封裝相關(guān)故
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM46;U469.72

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 鄭浩;王學(xué)梅;張波;;SiC MOSFETs與Si IGBTs的性能對(duì)比研究[J];電力電子技術(shù);2015年12期

2 任磊;韋徵;龔春英;沈茜;;電力電子電路功率器件故障特征參數(shù)提取技術(shù)綜述[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年12期

3 孫曉云;同向前;高鑫;;柔性直流輸電系統(tǒng)中IGBT閥的故障診斷方法[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2014年08期

4 唐勇;汪波;陳明;劉賓禮;;高溫下的IGBT可靠性與在線評(píng)估[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2014年06期

5 方鑫;周雒維;姚丹;杜雄;孫鵬菊;吳軍科;;IGBT模塊壽命預(yù)測(cè)模型綜述[J];電源學(xué)報(bào);2014年03期

6 馬晉;王富珍;王彩琳;;IGBT失效機(jī)理與特征分析[J];電力電子技術(shù);2014年03期

7 陳德志;白保東;王鑫博;杜寧;李寶鵬;;逆變器母線電容及直流電抗器參數(shù)計(jì)算[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2013年S2期

8 郭煥;溫家良;湯廣福;鄭健超;;直流輸電換流閥主電路的可靠性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2009年S1期

9 張明元;沈建清;李衛(wèi)超;耿士廣;童正軍;;一種快速I(mǎi)GBT損耗計(jì)算方法[J];船電技術(shù);2009年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 金帥炯;模擬永磁同步電機(jī)的電力電子負(fù)載研究[D];南京郵電大學(xué);2018年

2 郭梓浩;永磁同步電動(dòng)機(jī)SVM-DTC控制策略研究[D];大連理工大學(xué);2018年

3 陳一高;基于瞬態(tài)熱阻的IGBT模塊壽命評(píng)估方法研究[D];重慶大學(xué);2017年

4 汪緒彬;電動(dòng)汽車(chē)變流器的器件損耗與結(jié)溫研究[D];華南理工大學(xué);2017年

5 祝沖沖;大容量IGBT模塊應(yīng)用工況復(fù)現(xiàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究[D];浙江大學(xué);2017年

6 張久亮;單相并網(wǎng)型光伏逆變系統(tǒng)研究[D];南京郵電大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2604238