CN107607818A - 一种电动车驱动器电容寿命评估方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车驱动器电容寿命评估方法及其系统，该方法包括如下步骤：(1)实时采集驱动器内电容工作温度和电容工作时间(2)将采集的电容工作温度和电容工作时间带入式(a)所示公式中计算出剩余电容使用寿命；(3)将剩余电容使用寿命输出显示及剩余电容使用寿命低于阈值报警；本发明根据在工作状态下电容实际温度与每个温度下电容的电容工作时间计算出该电容的剩余使用寿命，并且参数获取方便、计算量小且误差小，能够方便应用于电动车驱动器上，快速地评估出电容当前剩余使用寿命以及使用一段时间后剩余使用寿命。

Description

一种电动车驱动器电容寿命评估方法及其系统

技术领域

本发明属于电容寿命评估技术领域，尤其涉及一种电动车驱动器电容寿命评估方法及其系统。

背景技术

环境和能源危机目前已经成为限制经济发展的重要问题，传统以石化燃料为能源的汽车给环境带来的危害不言而喻。电动汽车以其零污染、能源来源广的优点成为了未来汽车发展的趋势。电动车驱动器作为电动车的心脏肩负着重要的作用。在实际运用中，驱动器中的电容在长期工作运行中，电容电解液会透过密封材料向外扩散和挥发，导致电容量逐渐减少，最后失效。而温度越高电解液向外扩散越快，电容的使用寿命越短。所以针对电容剩余寿命的评估有着重大的意义。

在现有技术中，授权公告号为CN106126876A的发明专利公开了“一种基于纹波分析的电解电容寿命计算方法”，该方法具体分析了主电路中电感对电解电容寿命的影响，同时结合电解电容的寿命与电解电容阻抗特性之间的关系，计算出电容寿命。这种方法计算过程较为复杂，需使用大量的数据积累，否则其计算结果与实际相差较大，不适用于电动车驱动器内的电容寿命的计算。

授权公告号为CN102830310A的发明专利公开了“一种基于运行数据评估电力电容器剩余寿命的方法”，该方法充分考虑了电力电容器介质温度、所连接系统的供电电压、系统背景谐波、电力电容器运行缺陷和已运行年限的影响，修正电力电容器的寿命指数，估算出电力电容器的剩余运行寿命。由于其复杂的使用环境，对电容器剩余寿命评估准确性受多种因素的干扰，并不适用于普通环境下的电容器寿命评估，因为驱动器电容使用环境较为封闭，影响因素少，所以该方法也不适用。

授权公告号为CN105301413A的发明专利公开了“电机驱动器母线电解电容寿命评估方法”，该方法虽然可以简单计算出电容在某固定温度下的电容使用寿命，但其计算结果毫无实际应用效果。因为电容在使用过程中不同时间点温度不同，通过环境温度上限推算出的电容容芯温度并不准确，故通过这种方法计算出的寿命并不具有太大参考价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动车驱动器电容寿命评估方法及其系统，该方法通过电容温度检测装置实时采集驱动器内的电容温度数据和采集的电容工作时间数据计算出电容的剩余使用寿命，进一步计算出驱动器的剩余使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提供的电动车驱动器电容寿命评估方法，包括如下步骤：

(1)实时采集驱动器内电容工作温度T_X和电容工作时间t；

(2)将采集的电容工作温度T_X和电容工作时间t带入式(a)所示公式中计算出剩余电容使用寿命；

式中，H为剩余电容使用寿命，M为最高温度下的使用寿命，T₀为电容额定最高使用温度，T_X为电容工作温度，t为电容工作时间。

进一步地，本发明还包括步骤(3)，所述步骤(3)是：将剩余电容使用寿命输出显示及剩余电容使用寿命低于阈值报警。

进一步地，所述电容工作温度T_X是通过电容检测装置实时采集的。

进一步地，所述电容温度检测装置包括数个温度传感器和温度检测PCB板，数个温度传感器均与温度检测PCB板连接，所述温度检测PCB板上开有数个用于安装传感器的固定槽，固定槽与驱动器内的电容位置相对应，每个电容均通过导热硅胶与温度传感器连接，所述温度检测PCB板上还设有温度检测模块、处理模块、存储模块和通信模块，温度检测模块、存储模块和通信模块均与处理模块点连接，温度检测模块与温度传感器电连接。

进一步地，步骤(1)中所述电容工作时间t是通过驱动器内的时钟模块获取的。

进一步地，步骤(1)中所述电容工作时间t是通过将行驶速度和行驶距离带入速度公式计算得出的。

本发明提供的电动车驱动器电容寿命评估系统，包括：

数据采集单元，用于实时采集驱动器内电容工作温度T_X和电容工作时间t并发送至剩余使用寿命评估单元；

剩余使用寿命评估单元，用于接收数据采集单元采集的数据并根据该数据评估出剩余电容使用寿命，所述评估出剩余电容使用寿命是指将数据采集单元采集的数据带入式(a)所述公式中计算出电动剩余使用寿命；

式中，H为剩余电容使用寿命，M为最高温度下的使用寿命，T₀为电容额定最高使用温度，T_X为电容工作温度，t为电容工作时间。

进一步地，本发明还包括报警显示单元，用于显示剩余电容使用寿命并在剩余电容使用寿命低于阈值时报警，报警显示单元包括显示模块和报警模块。

进一步地，所述数据采集单元包括电容温度检测装置和时间获取模块；

所述电容温度检测装置包括数个温度传感器和温度检测PCB板，数个温度传感器均与温度检测PCB板连接，所述温度检测PCB板上开有数个用于安装传感器的固定槽，固定槽与驱动器内的电容位置相对应，每个电容均通过导热硅胶与温度传感器连接，所述温度检测PCB板上还设有温度检测模块、处理模块、存储模块和通信模块，温度检测模块、存储模块和通信模块均与处理模块点连接，温度检测模块与温度传感器电连接；

所述时间获取模块为驱动器内的时钟模块或者时间计算模块，所述时间计算模块包括驱动器内的行驶速度测量模块、行驶距离测量模块和时间计算输出模块，行驶速度测量模块和行驶距离测量模块均与时间计算输出模块连接，时间计算输出模块将行驶速度和行驶距离带入速度公式计算得出的。

进一步地，所述报警显示单元的显示模块为电动车内的显示屏，报警模块为电动车内的报警装置。

本发明具有以下有益效果：

(1)根据在工作状态下电容实际温度与每个温度下电容的电容工作时间计算出该电容的剩余使用寿命，并且参数获取方便、计算量小且误差小，能够方便应用于电动车驱动器上，快速地评估出电容当前剩余使用寿命以及使用一段时间后剩余使用寿命；

(2)通过设置电容温度检测装置实现实时采集驱动器内电容工作温度，该装置按照电容的位置分布对应设置传感器固定槽的位置，并通过导热硅胶将安装在传感器固定槽上的传感器与电容连接，实现了温度传感器的快速地、精准地安装，并保证了牢固性，导热硅胶在满足牢固性的同时，还减少了连接件对温度的分散，保证了检测的准确性。

附图说明

图1为本发明一种方法的结构框图；

图2为本发明另一种方法的结构框图；

图3为本发明一种系统的结构框图；

图4为本发明另一种系统的结构框图；

图5为电动车驱动器结构示意图；

图6为本发明电容温度检测装置使用结构示意图；

图7为图6所示结构的分解示意图；

图8为本发明温度检测PCB板的结构示意图；

图9为本发明的电气结构框图。

图中标记：1、上盖；2、壳体；3、电容温度检测装置；4、电容温度检测PCB板；5、电容；6、立柱；7、PCB板；8、温度传感器；9、导热硅胶；41、传感器固定槽；42、固定孔。

具体实施方式

本发明的目的实时检测电动车驱动器内电容工作温度并根据该电容工作温度评估出电容的剩余使用寿命，从而进一步评估出电动车驱动器的剩余使用寿命。如图5所示，所述电动车驱动器包括上盖1、壳体2和驱动PCB板7，所述驱动PCB板7固定安装在壳体2内，上盖1通过螺栓固定安装在壳体2的上方，与壳体2形成一个密封腔体，所述驱动PCB板7上设有时钟模块、行驶速度测量模块和行驶距离测量模块；其中，所述驱动PCB板7上焊接有多个电容5。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的电动车驱动器电容寿命评估方法，包括如下步骤：

(1)实时采集驱动器内电容工作温度T_X和电容工作时间t；

(2)将采集的电容工作温度T_X和电容工作时间t带入式(a)所示公式中计算出剩余电容使用寿命；

式中，H为剩余电容使用寿命，M为最高温度下的使用寿命，T₀为电容额定最高使用温度，T_X为电容工作温度，t为电容工作时间。

步骤(1)中所述实时采集驱动器内电容的电容工作时间t是通过驱动器内的时钟模块直接获取，还可通过将行驶速度V和行驶距离S带入速度公式(b)计算得出的，

式中，t为电容工作时间，S为行驶距离，V为行驶速度，V行驶速度为电动车的平均行驶速度70km/h。

步骤(2)中所述最高温度下的使用寿命M和电容额定最高使用温度T₀数据来源为电容出厂时附带的使用说明手册。所述最高温度下的使用寿命M的范围15～20年，以每年365天，每天24h计，所述M的范围为131400～175200h，电容额定最高使用温度T₀为90～125℃。

步骤(1)中所述实时采集驱动器内电容工作温度T_X具体是指将电容温度检测装置3安装在驱动器内的电容上实时采集的温度数据。

如图6～8所示，所述电容温度检测装置3包括温度传感器8、电容温度检测PCB板4和立柱6，所述温度传感器8与电容5的数量相等且相互连接，从而实现对电容5温度的检测，为了减少连接件对温度的分散，保证检测的准确性，所述温度传感器8通过导热硅胶9与电容5连接；所述温度传感器8还与电容温度检测PCB板4连接，实现了将温度传感器8检测的温度传输至电容温度检测PCB板4上，以进一步将采集的温度数据做分析处理，为了增加温度传感器8与电容温度检测PCB板4的稳固性，在所述电容温度检测PCB板4上对应的电容5位置开有固定槽41，固定槽41不仅能稳定安装温度传感器8，还能快速地、精准地将温度传感器8安装在每个电容上。

所述电容温度检测PCB板4上开有固定孔42，立柱6一端安装在固定孔42内，另一端安装在驱动PCB板7上，所述驱动PCB板7固定安装在壳体2内，通过设置立柱6增加了电容温度检测PCB板4的稳固性，可防止电动车在行驶过程中带来的晃动。

如图9所述，所述电容温度检测PCB板4上设有温度检测模块、处理模块、存储模块和通信模块，所述温度检测模块、存储模块和通信模块分别与处理模块电连接，温度检测模块与温度传感器8连接；温度传感器8采集电容5的温度信号，并将温度信号传输至温度检测模块，温度检测模块对采集的温度信号进行过滤和放大后AD转换为数字信号并发送至处理模块，所述处理模块将数字信号存储在存储模块或者通过通信模块发送至上位机的数据处理系统，所述处理模块为微处理器或单片机。

实施例2

如图2所示，实施例2与实施例1基本相同，仅在实施例1的基础上增加一个步骤(3)，所述步骤(3)是指：将剩余电容使用寿命输出显示及剩余电容使用寿命低于阈值报警，所述报警是指在剩余电容使用寿命低于阈值时报警；所述剩余电容使用寿命输出显示及低于阈值报警是通过电动车上已经安装的显示装置和报警装置实现的。

实施例3

本实施例提供的电动车驱动器电容寿命评估方法，包括如下步骤：

(1)实时采集驱动器内电容工作温度T_X和电容工作时间t，通过电容温度检测装置3连续测量10组温度数据，该温度数据依次是36℃、48℃、58℃、67℃、75℃、83℃、90℃、95℃、100℃、105℃，通过驱动器内的时钟模块获取到对应的电容工作时间数据，该时间数据依次是0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h、3.5h、4.0h、4.5h、5.0h；

(2)将采集的电容工作温度T_X和电容工作时间t带入式(a)所示公式中计算出剩余电容使用寿命；

式中，H为剩余电容使用寿命，M为最高温度下的使用寿命，测量的电容的M为157680h，T₀为电容额定最高使用温度，测量的电容的T₀为100℃，T_X为电容工作温度，t为电容工作时间；

计算出H≈99.9％

(3)将剩余电容使用寿命H输出显示及剩余电容使用寿命H低于阈值报警，所述报警是指在剩余电容使用寿命低于阈值时报警；所述剩余电容使用寿命输出显示及低于阈值报警是通过电动车上已经安装的显示装置和报警装置实现的；当H低于5％时，启动报警装置报警，以保证驾驶员以及乘客的安全。

实施例4

如图3所示，本实施例提供的电动车驱动器电容寿命评估系统包括：

数据采集单元，用于实时采集驱动器内电容工作温度T_X和电容工作时间t并发送至剩余使用寿命评估单元；

剩余使用寿命评估单元，用于接收数据采集单元采集的数据并根据该数据评估出剩余电容使用寿命，所述评估出剩余电容使用寿命是指将数据采集单元采集的数据带入式(a)所述公式中计算出电动剩余使用寿命；

式中，H为剩余电容使用寿命，M为最高温度下的使用寿命，T₀为电容额定最高使用温度，T_X为电容工作温度，t为电容工作时间。

所述数据采集单元包括电容温度检测装置和时间获取模块。

如图6～8所示，所述电容温度检测装置3包括温度传感器8、电容温度检测PCB板4和立柱6，所述温度传感器8与电容5的数量相等且相互连接，从而实现对电容5温度的检测，为了减少连接件对温度的分散，保证检测的准确性，所述温度传感器8通过导热硅胶9与电容5连接；所述温度传感器8还与电容温度检测PCB板4连接，实现了将温度传感器8检测的温度传输至电容温度检测PCB板4上，以进一步将采集的温度数据做分析处理，为了增加温度传感器8与电容温度检测PCB板4的稳固性，在所述电容温度检测PCB板4上对应的电容5位置开有固定槽41，固定槽41不仅能稳定安装温度传感器8，还能快速地、精准地将温度传感器8安装在每个电容上。

所述电容温度检测PCB板4上开有固定孔42，立柱6一端安装在固定孔42内，另一端安装在驱动PCB板7上，所述驱动PCB板7固定安装在壳体2内，通过设置立柱6增加了电容温度检测PCB板4的稳固性，可防止电动车在行驶过程中带来的晃动。

如图9所述，所述电容温度检测PCB板4上设有温度检测模块、处理模块、存储模块和通信模块，所述温度检测模块、存储模块和通信模块分别与处理模块电连接，温度检测模块与温度传感器8连接；温度传感器8采集电容5的温度信号，并将温度信号传输至温度检测模块，温度检测模块对采集的温度信号进行过滤和放大后AD转换为数字信号并发送至处理模块，所述处理模块将数字信号存储在存储模块或者通过通信模块发送至上位机的数据处理系统，所述处理模块为微处理器或单片机。

所述时间获取模块为驱动器内的时钟模块或者时间计算模块。

所述时间计算模块包括驱动器内的行驶速度测量模块、行驶距离测量模块和时间计算输出模块，行驶速度测量模块和行驶距离测量模块均与时间计算输出模块连接，所述行驶速度测量模块用于测量的行驶速度(km/h)，电动车的平均行驶速度为70km/h，所述行驶距离测量模块测量的行驶距离(km)所述时间计算输出模块是通过将行驶速度V和行驶距离S带入速度公式(b)计算出的电容工作时间t，

式中，t为电容工作时间，S为行驶距离，V为行驶速度，V行驶速度为电动车的平均行驶速度70km/h。

所述最高温度下的使用寿命M和电容额定最高使用温度T₀数据来源为电容出厂时附带的使用说明手册。所述最高温度下的使用寿命M的范围15～20年，以每年365天，每天24h计，所述M的范围为131400～175200h，电容额定最高使用温度T₀为90～125℃。

实施例5

如图4所示，本实施例4与实施例3基本相同，仅在实施例3的基础上增加一个报警显示单元，所述报警显示单元用于显示剩余电容使用寿命并在剩余电容使用寿命低于阈值时报警。所述报警显示单元包括显示模块和报警模块，显示模块为电动车内的显示屏，报警模块为电动车内的报警装置。

实施例6

本实施例提供的电动车驱动器电容寿命评估系统包括：

数据采集单元，用于实时采集驱动器内电容工作温度T_X和电容工作时间t并发送至剩余使用寿命评估单元；所述数据采集单元包括电容温度检测装置和时间获取模块。电容温度检测装置连续测量10组温度数据，该温度数据依次是34℃、44℃、52℃、59℃、62℃、70℃、78℃、83℃、88℃、93℃，时间获取模块采用时间计算模块获取，获取对应温度下电容工作时间为1000.5h、1001.0h、1001.5h、1002.0h、1002.5h、1003.0h、1003.5h、1004.0h、1004.5h、1005.0h；

剩余使用寿命评估单元，用于接收数据采集单元采集的数据并根据该数据评估出剩余电容使用寿命，所述评估出剩余电容使用寿命是指将数据采集单元采集的数据带入式(a)所述公式中计算出电动剩余使用寿命；

式中，H为剩余电容使用寿命，M为最高温度下的使用寿命，测量的电容的M为131400h，T₀为电容额定最高使用温度，测量的电容的T₀为90℃，T_X为电容工作温度，t为电容工作时间；

计算出H≈93.7％

(3)报警显示单元，用于显示剩余电容使用寿命并在剩余电容使用寿命低于阈值时报警；所述报警显示单元包括显示模块和报警模块，显示模块为电动车内的显示屏，报警模块为电动车内的报警装置；当H低于5％时，启动报警装置报警，以保证驾驶员以及乘客的安全。

以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动车驱动器电容寿命评估方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）实时采集驱动器内电容工作温度T _X 和电容工作时间t；

（2）将采集的电容工作温度T _X 和电容工作时间t带入式（a）所示公式中计算出剩余电容使用寿命；

（a）

式中，H为剩余电容使用寿命，M为最高温度下的使用寿命，T ₀ 为电容额定最高使用温度，T _X 为电容工作温度，t为电容工作时间。

2.根据权利要求1所述的电动车驱动器电容寿命评估方法，其特征在于：还包括步骤（3），所述步骤（3）是：将剩余电容使用寿命输出显示及剩余电容使用寿命低于阈值报警。

3.根据权利要求1或2所述的电动车驱动器电容寿命评估方法，其特征在于：所述电容工作温度T _X 是通过电容检测装置实时采集的。

4.根据权利要求3所述的电动车驱动器电容寿命评估方法，其特征在于：所述电容温度检测装置包括数个温度传感器和温度检测PCB板，数个温度传感器均与温度检测PCB板连接，所述温度检测PCB板上开有数个用于安装传感器的固定槽，固定槽与驱动器内的电容位置相对应，每个电容均通过导热硅胶与温度传感器连接，所述温度检测PCB板上还设有温度检测模块、处理模块、存储模块和通信模块，温度检测模块、存储模块和通信模块均与处理模块点连接，温度检测模块与温度传感器电连接。

5.根据权利要求1或2所述的电动车驱动器电容寿命评估方法，其特征在于：步骤（1）中所述电容工作时间t是通过驱动器内的时钟模块获取的。

6.根据权利要求1或2所述的电动车驱动器电容寿命评估方法，其特征在于：步骤（1）中所述电容工作时间t是通过将行驶速度和行驶距离带入速度公式计算得出的。

7.一种电动车驱动器电容寿命评估系统，其特征在于包括：

数据采集单元，用于实时采集驱动器内电容工作温度T _X 和电容工作时间t并发送至剩余使用寿命评估单元；

剩余使用寿命评估单元，用于接收数据采集单元采集的数据并根据该数据评估出剩余电容使用寿命，所述评估出剩余电容使用寿命是指将数据采集单元采集的数据带入式（a）所述公式中计算出电动剩余使用寿命；

（a）

式中，H为剩余电容使用寿命，M为最高温度下的使用寿命，T ₀ 为电容额定最高使用温度，T _X 为电容工作温度，t为电容工作时间。

8.根据权利要求所述7所述的电动车驱动器电容寿命评估系统，其特征在于：还包括报警显示单元，用于显示剩余电容使用寿命并在剩余电容使用寿命低于阈值时报警，报警显示单元包括显示模块和报警模块。

9.根据权利要求所述7或8所述的电动车驱动器电容寿命评估系统，其特征在于：所述数据采集单元包括电容温度检测装置和时间获取模块；

所述电容温度检测装置包括数个温度传感器和温度检测PCB板，数个温度传感器均与温度检测PCB板连接，所述温度检测PCB板上开有数个用于安装传感器的固定槽，固定槽与驱动器内的电容位置相对应，每个电容均通过导热硅胶与温度传感器连接，所述温度检测PCB板上还设有温度检测模块、处理模块、存储模块和通信模块，温度检测模块、存储模块和通信模块均与处理模块点连接，温度检测模块与温度传感器电连接；

所述时间获取模块为驱动器内的时钟模块或者时间计算模块，所述时间计算模块包括驱动器内的行驶速度测量模块、行驶距离测量模块和时间计算输出模块，行驶速度测量模块和行驶距离测量模块均与时间计算输出模块连接，时间计算输出模块将行驶速度和行驶距离带入速度公式计算得出的。

10.根据权利要求所述8所述的电动车驱动器电容寿命评估系统，其特征在于：所述报警显示单元的显示模块为电动车内的显示屏，报警模块为电动车内的报警装置。