【摘要】：目前,能源短缺及環(huán)境污染問題已成為制約中國汽車產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的突出問題,電動汽車是汽車行業(yè)得以延續(xù)的必然選擇,有著廣闊的發(fā)展空間。變流器是電動汽車的關鍵部件,然而根據系統故障概率統計結果表明,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,對功率器件進行壽命預測并及時更換組件、探究功率器件的熱管理方案、優(yōu)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。功率模塊的電熱耦合熱網絡的建立常忽略緊湊型模塊封裝下的多芯片耦合熱效應;現有的功率器件壽命預測大多基于一定溫度范圍下的冷熱循環(huán)老化,脫離實際應用場景。本文以電動汽車變流器中的功率器件為研究對象,建立了基于瞬態(tài)熱阻抗響應的多芯片封裝模塊的耦合熱網絡;量化了實際運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,減小了器件的結溫波動,延長了器件的壽命;搭建了功率器件熱應力測試平臺,復現出行駛工況下器件的熱應力信息。本文的主要研究內容包括:1)基于瞬態(tài)熱阻抗響應的方法建立包括IGBT功率模塊和散熱器在內的逆變器整體熱網絡模型,充分考慮了多芯片封裝模塊內部的自熱和交叉耦合熱效應。引入理論證據,探索了不同尺寸芯片的熱阻抗的差異性。對材料熱性能(導熱系數和比熱容)的溫度依賴性和散熱器的三維熱傳導引起的熱模型非線性問題進行了評價。發(fā)現了局部熱網絡參數與環(huán)境溫度、散熱條件、功率損耗等邊界條件的相互聯系。2)考慮器件開關行為對系統配置的敏感性,在實際的應用場景下,利用雙脈沖實驗測試了開關管在不同母線電壓、相電流和結溫下的開關特性。建立了電動汽車變流器驅動系統模型和電熱耦合模型,仿真出了在實際運行工況下IGBT的結溫曲線。采用雨流計數法、疲勞損傷準則等手段,預測了功率器件的服役里程。系統地掌握了環(huán)境溫度、運行工況、疲勞累積等關聯因素對壽命預測結果的影響規(guī)律。3)利用一種簡化的IGBT損耗分析模型,分析和探討了不同驅動開通電壓對IGBT開關損耗的影響,提出了基于柵極驅動電壓調整進而實現損耗及結溫控制調節(jié)的主動熱應力控制的新思路。所提結溫跟蹤管控策略的本質是調節(jié)器件本身的開關性能,實現對器件損耗實時控制,從而達到抑制結溫波動的效果,減緩器件的老化,延長器件的壽命。最后,通過實驗測試對結溫跟蹤管控策略進行了驗證。4)功率器件應力復現平臺的設計包括主電路的設計、控制系統的電路設計和控制系統的軟件設計。針對選用的IGBT功率模塊應力測試需求,首先分析了功率器件應力測試平臺的系統傳遞函數,明確平臺系統控制方案,詳細設計了應力測試平臺中各部件的電氣參數。通過設置實際運行工況相關參數,測試在實際運行工況下的結溫信息。
【圖文】：

景與意義會的發(fā)展，汽車逐漸走進了千家萬戶，汽車成為日常生活中不保有量逐年攀升，由于燃油汽車尾氣排放導致大氣污染特別嚴象。從實現最佳的社會經濟效益和保護自然資源以及生態(tài)環(huán)境放的汽車是環(huán)境友好型社會發(fā)展的迫切需求，所以新能源汽必由之路。國汽車工業(yè)協會的調查報告顯示，近年來新能源汽車增長態(tài)勢中國、美國、歐洲等，無疑是全球電動汽車銷量最為集中的心市場的新能源汽車上牌量攀升至 170 多萬輛，相比去年同動汽車更是尤其受歡迎，其新上牌量同比增長率達到 77 %。的數據顯示，中國地區(qū)毋容置疑地坐穩(wěn)新能源汽車全球第一市已經達到 50 %。隨著電動汽車行業(yè)的技術水平提升，成本減激勵，電動汽車完全替代燃油汽車指日可待。

華南理工大學碩士學位論文各部件的故障率分布如圖 1-2 所示[1]，，導個：溫度、振動和濕度，其中溫度是最部件，高達 31 %，其次是電容器和驅動的失效模式主要包括：芯片相關故障（落、焊料層疲勞裂紋）、門驅動器開路故式是熱機械疲勞應力引起的封裝相關故
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM46;U469.72

【參考文獻】

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本文編號：2604238