CN108763165A - 混合动力电机温升计算方法 - Google Patents

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聂相虹
苏学颖
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Abstract

本发明公开了一种混合动力电机温升计算方法，包括以下步骤：计算电机热传导系数K；计算电机常数C*m；对S9工作制中的连续工况进行离散化，即将工况分为k等分，使每个周期的持续时间为Δt；计算Δt*n时刻电机效率ηn，n＝1,2,3…k；计算Δt*n和Δt*(n+1)之间的温度变化ΔT(Δt*n，Δt*(n+1))；计算Δt*(n+1)时刻电机温度TΔt*(n+1)；每个周期内的温度变化值的集合为S9工作制下此连续工况的电机温度变化。本发明能够依据已有的额定功率温升、峰值功率温升数据、电机效率map图来推算S9工作制下某个预设工况的电机温度变化情况。

Description

混合动力电机温升计算方法
技术领域
本发明属于汽车电机技术领域，具体涉及一种混合动力电机温升计算方法。
背景技术
混合动力电机采用的是S9工作制，S9工作制是一种负载和转速非周期性变化工作制。现电机一般采用额定功率和峰值功率两个指标来描述电机的运行能力，通常规定额定功率表示电机能够持续运行的最大功率，峰值功率表示电机能够在规定时间内运行的功率。
本领域通常设置的额定功率温升和峰值功率温升无法准确地预测S9工作制下电机的温升情况，不能准确表达电机在工作时的温度变化情况。
因此，有必要开发一种混合动力电机温升计算方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合动力电机温升计算方法，能据已有的额定功率温升、峰值功率温升数据、电机效率map图来推算S9工作制下某个预设工况的电机温度变化情况。
本发明所述的混合动力电机温升计算方法，包括以下步骤：
计算电机热传导系数K；
计算电机常数C*m；
对S9工作制中的连续工况进行离散化，即将工况分为k等分，使每个周期的持续时间为Δt；
计算Δt*n时刻电机效率ηn，n＝1,2,3…k；
计算Δt*n和Δt*(n+1)之间的温度变化ΔT(Δt*n，Δt*(n+1))；
ΔT(Δt*n，Δt*(n+1))＝((Tn*Sn/9550)*(1-ηn)-K*(Tn-T-gla))*Δt/C*m，其中，Tn表示Δt*n时刻的扭矩，Sn表示Δt*n时刻的转速，T-gla表示传热物的温度；
计算Δt*(n+1)时刻电机温度TΔt*(n+1)；
TΔt*(n+1)＝TΔt*n+ΔT(Δt*n，Δt*(n+1))，其中TΔt*n表示Δt*n时刻的电机温度；
每个周期内的温度变化值的集合为S9工作制下此连续工况的电机温度变化。
进一步，所述计算电机热传导系数K，具体为：
K＝P-con/(T-con-T-gla)；
其中，P-con表示进行额定功率，T-con表示额定功率下电机的稳态温度。
进一步，所述计算电机常数C*m，具体为：
C*m＝(P-peak-P-con)*Δt-peak/ΔT-peak；
其中：C表示电机的热容常数，m表示电机质量，P-peak表示峰值功率，P-con表示额定功率，Δt-peak表示峰值功率温测试时间，ΔT-peak表示峰值功率在Δt-peak测试时间内的温度变化。
进一步，所述计算Δt*n时刻电机效率ηn，具体为：
每一个周期为一个转速和扭矩恒定的工况，所述转速和扭矩恒定的工况通过电机的效率map查取效率ηn的数值。
本发明具有以下优点：它计算简单快速，能够依据已有的额定功率温升、峰值功率温升数据以及电机效率map图来推算S9工作制下某个预设工况的电机温度变化情况。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的峰值功率温升示意图；
图3为本发明的额定功率温升示意图；
图4为本发明的效率map示意图；
图5为本发明给出的电机工况离散化示意图；
图6为本发明给出的损耗计算方法；
图7为本专利温升计算方法。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明所述的混合动力电机温升计算方法，包括以下步骤：
计算电机热传导系数K；
计算电机常数C*m；
对S9工作制中的连续工况进行离散化，即将工况分为k等分，使每个周期的持续时间为Δt；
计算Δt*n时刻电机效率ηn，n＝1,2,3…k；
计算Δt*n和Δt*(n+1)之间的温度变化ΔT(Δt*n，Δt*(n+1))；
ΔT(Δt*n，Δt*(n+1))＝((Tn*Sn/9550)*(1-ηn)-K*(Tn-T-gla))*Δt/C*m，其中，Tn表示Δt*n时刻的扭矩，Sn表示Δt*n时刻的转速，T-gla表示传热物的温度；
计算Δt*(n+1)时刻电机温度TΔt*(n+1)；
TΔt*(n+1)＝TΔt*n+ΔT(Δt*n，Δt*(n+1))，其中TΔt*n表示Δt*n时刻的电机温度；
每个周期内的温度变化值的集合为S9工作制下此连续工况的电机温度变化。
(一)计算电机热传导系数K：
普遍成立热传导公式如下：
Q-tran＝λ*(T-em-T-gla)*t*A/τ (1)；
其中：Q-tran表示发热体和传热物之间传递的热量；
λ表示热传导系数；
T-em代表发热体的温度；
T-gla代表传热物的温度；
t代表传导时间；
A代表接触面积；
τ代表传递距离；
电机为发热体，冷却介质为传热物，其中λ，A和τ定义为表征特定电机的热传导常数K，公式可改写为：
Q-tran＝K*(T-em-T-gla)*t (2)；
其中：T-em-T-gla表示电机和冷却介质的温差。
热传导功率为P-tran＝Q-tran/t，公式(2)可改写为：
K＝P-tran/(T-em-T-gla) (3)；
如图3中所示的额定功率表征散热和发热平衡，可得下式：
K＝P-con/(T-con-T-gla) (4)；
其中，P-con表示进行额定功率，T-con表示额定功率下电机的稳态温度。在此公式中，热传导系数K用电机额定温升数据(图3)表示。；
(二)计算电机常数C*m：
将电机假设为一个物理整体，使用一个热容常数C表示。在普遍成立的比热容公式中可表示为如下式：
ΔQ＝C*m*ΔT-em (5)；
其中：ΔQ表示能量的变化值；
C表示电机的热容常数；
m表示电机质量；
ΔT-em表示电机温度变化。
所述公式(5)可改写为：
C*m＝ΔQ/ΔT-em (6)；
其中：ΔQ＝P*Δt；式(6)可写成如下式：
C*m＝P*Δt/ΔT-em (7)；
其中：P表示在特定时间Δt内平均的功率；
Δt表示平均功率所作用的时间；
对于一个特定电机对象，其质量m为常数，引入图2中峰值功率(此数据通过仿真或者实际测试得到，为本领域现有表征电机峰值功率的方式)和图3中持续功率(此数据通过仿真或者实际测试得到，为本领域现有表征电机额定功率的方式)，可得下式：
C*m＝(P-peak-P-con)*Δt-peak/ΔT-peak (8)；
其中：P-peak表示进行峰值功率；
P-con表示进行额定功率；
Δt-peak表示峰值功率温测试时间；
ΔT-peak表示峰值功率在Δt-peak测试时间内的温度变化；
电机的热容和质量的乘积C*m用电机的峰值(图2)和额定温升数(图3)所示数据表示。
(三)对S9工作制中的连续工况离散化：
将时间t进行若干等分，如图5所示，对于其中任意相邻三个时间点t1,t2,t3，得到此时的电机运行点t1(T1,S1),t2(T2,S2),t3(T3,S3),此处的T1代表t1时刻的扭矩，T2代表t2时刻的扭矩，T3代表t3时刻的扭矩，S1代表t1时刻的转速，S2代表t2时刻的转速，S3代表t3时刻的转速。
每个时间Δt内，连续工况都表述为运行点t1(T1,S1),t2(T2,S2),t3(T3,S3)的转速和扭矩的集合，其中每个元素持续时间为Δt。
(四)计算离散化的各个周期内电机的效率ηn。
每一个周期为一个转速和扭矩恒定的工况，所述转速和扭矩恒定的工况通过电机的效率map(参见图4，为本领域现有表征电机效率数据的方式)查取效率ηn的数值。
(五)运行点电机的损耗功率：
P-loss＝(T*S/9550)*(1-η) (9)；
电机S9工况离散化后任意Δt时间周期内的损耗功率都可以通过上述关系求出。
如图5所示，相邻各点损耗值可表示为P-loss(t1)＝(T1*S1/9550)*(1-η1)，P-loss(t2)＝(T2*S2/9550)*(1-η2)，P-loss(t3)＝(T3*S3/9550)*(1-η3)。
(六)计算Δt*n和Δt*(n+1)之间的温度变化ΔT(Δt*n，Δt*(n+1))。
连续工况的损耗能量，损耗为损耗功率对时间的积分，如式(10)所示。
Q-loss＝∫P-loss*dt (10)；
离散后的工况任意相邻点t1,t2之间的损耗，如果t1和t2之间的时间Δt足够小，其损耗能量可看做t1时刻的损耗功率作用于t1到t2之间的时间。如图6所示。
Q-loss(t1,t2)＝P-loss(t1)*(t2-t1) (11)；
对于t1到t2时刻的散热能量。
Q-tran(t1,t2)＝K*(T1-T-gla)*(t2-t1) (12)；
t2时刻和t1时刻的温度变化，引入式(5)和式(2)，可得：
ΔT(t1，t2)＝(Q-loss(t1,t2)-Q-tran(t1,t2))/C*m
＝(T1*S2/9550)*(1-η1)-K*(T1-T-gla))*(t2-t1)/C*m(13)；
时刻t2的温度有：
T2＝T1+ΔT(t1，t2) (14)；
t2时刻温度可以用该电机的热传单系数K，热容常数C*m，当前运行点的效率，以及上一时刻t1的温度T1表示。该关系如图6所示。
同理t3时刻的温度为：
T3＝T2+ΔT(t2，t3) (15)；
因此，整个连续工况，其运行周期每个Δt的温度变化可以通过上述方法求出，最终温度可表示为每个Δt时间内温度变化的集合，如图7所示。

Claims (4)

1.一种混合动力电机温升计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算电机热传导系数K；
计算电机常数C*m；
对S9工作制中的连续工况进行离散化，即将工况分为k等分，使每个周期的持续时间为Δt；
计算Δt*n时刻电机效率ηn，n＝1,2,3…k；
计算Δt*n和Δt*(n+1)之间的温度变化ΔT(Δt*n，Δt*(n+1))；
ΔT(Δt*n，Δt*(n+1))＝((Tn*Sn/9550)*(1-ηn)-K*(Tn-T-gla))*Δt/C*m，其中，Tn表示Δt*n时刻的扭矩，Sn表示Δt*n时刻的转速，T-gla表示传热物的温度；
计算Δt*(n+1)时刻电机温度TΔt*(n+1)；
TΔt*(n+1)＝TΔt*n+ΔT(Δt*n，Δt*(n+1))，其中TΔt*n表示Δt*n时刻的电机温度；
每个周期内的温度变化值的集合为S9工作制下此连续工况的电机温度变化。
2.根据权利要求1所述的混合动力电机温升计算方法，其特征在于：所述计算电机热传导系数K，具体为：
K＝P-con/(T-con-T-gla)；
其中，P-con表示额定功率，T-con表示额定功率下电机的稳态温度。
3.根据权利要求1或2所述的混合动力电机温升计算方法，其特征在于：所述计算电机常数C*m，具体为：
C*m＝(P-peak-P-con)*Δt-peak/ΔT-peak；
其中：C表示电机的热容常数，m表示电机质量，P-peak表示峰值功率，P-con表示额定功率，Δt-peak表示峰值功率温测试时间，ΔT-peak表示峰值功率在Δt-peak测试时间内的温度变化。
4.根据权利要求3所述的混合动力电机温升计算方法，其特征在于：所述计算Δt*n时刻电机效率ηn，具体为：
每一个周期为一个转速和扭矩恒定的工况，所述转速和扭矩恒定的工况通过电机的效率map查取效率ηn的数值。
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