CN112578255B - 基于光纤光栅传感器的电动汽车igbt健康监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤光栅传感器的电动汽车IGBT健康监测系统，包括电机控制器、光纤解调系统、整车控制器、热管理系统和仪表，热管理系统与电机控制器的冷却通道连接，电机控制器包括IGBT功率模块总成、驱动电路模块和控制电路模块，IGBT功率模块总成包括光纤光栅传感器以及六个IGBT芯片和六个二极管，光纤光栅传感器包光纤和光纤接头，光纤上刻写有六个光纤光栅，六个光纤光栅分别对应粘贴在六个IGBT芯片表面。本发明可以在IGBT功率模块总成长时间运行后，进行IGBT热性能蜕化程度评估，根据蜕化程度，重新匹配热管理系统的冷却水温目标值，为IGBT功率模块总成的稳态运行营造更好的散热环境。

Description

基于光纤光栅传感器的电动汽车IGBT健康监测系统

技术领域

本发明属于电动汽车安全领域，具体涉及一种基于光纤光栅传感器的电动汽车IGBT健康监测系统。

背景技术

随着电动汽车性能的不断提升和自动驾驶技术的快速发展，对电动汽车的效率和可靠性要求越来高。绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为电动汽车系统的核心零部件，其性能和可靠性至关重要。对于电动汽车而言，由于外部环境和运行工况的复杂多变，导致了电动汽车运行的不确定性，IGBT的应用环境也更为严苛。而导致IGBT失效的主因在于长时间大电流、高电压的快速切换，这种极端工作条件会促使IGBT芯片工作温度过高、温升速度过快。温度过高会使IGBT芯片击穿，累积的热致机械应力也会导致许多故障，例如键丝脱落、焊料疲劳和铝腐蚀等。

电动汽车的IGBT温度一般由IGBT功率模块内置的NTC传感器进行信号采集，然后输入给电机控制器进行温度监控和诊断保护。但由于NTC传感器的布置位置距离IGBT芯片有一定的距离，所以NTC传感器采集的温度并不能最快速、最准确的反映IGBT芯片真实温升。比如英飞凌的IGBT功率模块NTC传感器就布置在IGBT功率模块边缘，无法及时反映IGBT芯片的结温变化情况。CN109443589A公开了一种IGBT模块及IGBT模块的温度监测系统，其利用光纤光栅来测量IGBT发热元件温度，能实时监控IGBT模块的温度，但是其未涉及到如何进行电动汽车IGBT健康监测。

电动汽车的IGBT功率模块长期工作在大电流、高频率、高温度的严苛环境中，随着时间的推移，IGBT芯片承受的热应力会引发焊料疲劳、铝腐蚀、键合线剥离等问题，这些问题或许会导致键合线与IGBT芯片接触电阻增大，最终体现为蜕化状态的IGBT芯片结温温升更快，稳态工作点下，结温更高；因此，需要对电动汽车IGBT健康状态进行监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光纤光栅传感器的电动汽车IGBT健康监测系统，以减缓IGBT功率模块的蜕化，为IGBT功率模块的稳态运行营造更好的散热环境。

本发明所述的基于光纤光栅传感器的电动汽车IGBT健康监测系统，包括电机控制器、光纤解调系统、整车控制器、热管理系统和仪表，热管理系统通过进水管路、出水管路与电机控制器的冷却通道连接，电机控制器包括IGBT功率模块总成，与IGBT功率模块总成连接的驱动电路模块和与驱动电路模块连接的控制电路模块，光纤解调系统、控制电路模块、整车控制器、热管理系统、仪表通过CAN总线进行通信，IGBT功率模块总成包括光纤光栅传感器以及焊接在电路基板上的六个IGBT芯片和六个二极管，电路基板、六个IGBT芯片和六个二极管组成IGBT功率模块，光纤光栅传感器包光纤和连接在光纤端部的光纤接头，光纤上刻写有六个具有不同谐振波长的光纤光栅，六个所述光纤光栅分别对应粘贴在六个IGBT芯片表面，光纤接头与光纤解调系统连接，光纤解调系统采集光纤光栅传感器输出的信号，并进行解析计算，得到六路IGBT结温信号，光纤解调系统将六路IGBT结温信号发送给控制电路模块，热管理系统按照预设的冷却水温目标值对电机控制器进行冷却散热。控制电路模块内预先存储有反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差（即反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的公差带），在IGBT功率模块总成运行计时时间到达预设的时间阈值时，将需进行IGBT热性能蜕化程度评估信息发送给仪表进行提示，若选择进行IGBT热性能蜕化程度评估，则能得到蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ，控制电路模块将该关系曲线Ⅱ与所述参考曲线的上偏差相交处的冷却水温作为匹配的冷却水温目标值，并发送给整车控制器，整车控制器将匹配的冷却水温目标值发送给热管理系统，热管理系统按照匹配的冷却水温目标值对电机控制器进行冷却散热。

优选的，所述控制电路模块对六路IGBT结温信号进行判断：若IGBT结温温度过高或者IGBT结温温升过快，则将IGBT结温温度过高或者IGBT结温温升过快信息发送给整车控制器，整车控制器收到该信息后将冷却回路故障需进行冷却回路检修信息发送给仪表进行提示，并向控制电路模块发送限制输出功率请求；若IGBT结温温差过大，则将IGBT结温温差过大信息发送给整车控制器，整车控制器收到该信息后将IGBT温差故障需进行IGBT功率模块总成检修信息发送给仪表进行提示，并向控制电路模块发送限制输出功率请求；控制电路模块收到限制输出功率请求后，通过调节占空比的方式控制驱动电路模块驱动六个IGBT芯片导通/关断，实现电机输出功率限制。通过对IGBT结温进行实时监控，针对过温运行、温升过快、温差过大情况实施保护策略是保证电动汽车安全运行不可或缺的。

优选的，如果任意一路IGBT结温大于预设的IGBT最高工作结温，则控制电路模块判定IGBT结温温度过高；如果任意一路IGBT结温的变化率大于预设的IGBT最高温升变化率，则控制电路模块判定IGBT结温温升过快；如果任意两路IGBT结温温差的绝对值大于预设的温差阈值，则控制电路模块判定IGBT结温温差过大。

优选的，所述控制电路模块内预先存储的反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差，通过如下方式获得：

S1、选取不同的n个冷却水温，将电机台架的冷却系统与电机控制器的冷却通道连通，然后执行S2；

S2、在电机台架上将冷却水温目标值设置为选取的第一个冷却水温，然后执行S3；

S3、冷却系统按照设置的冷却水温目标值运行，待冷却系统的冷却水温达到设置的冷却水温目标值时，控制电机以峰值功率稳定运行，然后执行S4；

S4、待IGBT结温保持不变时，对六路IGBT结温信号求平均，得到IGBT结温平均值，然后记录下IGBT结温平均值和设置的冷却水温目标值，得到一个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，然后执行S5；

S5、控制电机停止运行预设的第一时间，当预设的第一时间到达后，判断是否得到n个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，如果是，则执行S7，否则执行S6；

S6、在电机台架上将冷却水温目标值设置为选取的下一个冷却水温，然后返回执行S3；

S7、对n个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据进行拟合，得到一条拟合曲线，将该拟合曲线作为初始状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅰ，然后执行S8；

S8、将初始状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅰ作为所述反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线，然后执行S9；

S9、确定所述反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差。

优选的，进行IGBT热性能蜕化程度评估，得到蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ的具体步骤包括：

P1、选取不同的n个冷却水温，将诊断仪与车辆诊断接口连接，通过诊断仪将车辆状态切换到整车标定模式，然后执行P2；

P2、通过诊断仪将冷却水温目标值设置为选取的第一个冷却水温，整车控制器将设置的冷却水温目标值发送给热管理系统，然后执行P3；

P3、热管理系统按照设置的冷却水温目标值运行，待热管理系统内的冷却水温达到设置的冷却水温目标值时，使车辆以100%加速踏板开度直线行驶，然后执行P4；

P4、待IGBT结温保持不变时，对六路IGBT结温信号求平均，得到IGBT结温平均值，然后记录下IGBT结温平均值和设置的冷却水温目标值，得到一个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，然后执行P5；

P5、使车辆停止行驶预设的第一时间，当预设的第一时间到达后，判断是否得到n个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，如果是，则执行P7，否则执行P6；

P6、通过诊断仪将冷却水温目标值设置为选取的下一个冷却水温，整车控制器将设置的冷却水温目标值发送给热管理系统，然后返回执行P3；

P7、对n个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据进行拟合，得到一条拟合曲线，将该拟合曲线作为所述蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ。

优选的，控制电路模块在将匹配的冷却水温目标值发送给整车控制器后，会将得到的蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ作为反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线，然后确定该反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差，并存储。

优选的，所述预设的时间阈值为3年，所述预设的冷却水温目标值为60℃，所述预设的温差阈值为5℃，所述预设的IGBT最高工作结温为95℃，所述预设的IGBT最高温升变化率为10℃/ms，所述预设的第一时间为5分钟。

电动汽车的IGBT功率模块长期工作在大电流、高频率、高温度的严苛环境中，随着时间的推移，IGBT芯片承受的热应力会引发焊料疲劳、铝腐蚀、键合线剥离等问题，这些问题或许会导致键合线与IGBT芯片接触电阻增大，最终体现为蜕化状态的IGBT芯片结温温升更快，稳态工作点下，结温更高。为了减缓IGBT功率模块的蜕化，本发明考虑从主动减轻热应力方面入手，将更多的IGBT芯片热量带走，以降低IGBT功率模块工作的环境温度；因此，本发明可以在IGBT功率模块总成长时间运行后，进行IGBT热性能蜕化程度评估，根据蜕化程度，重新匹配热管理系统的冷却水温目标值（相当于主动降低冷却水温目标值），为IGBT功率模块总成的稳态运行营造了更好的散热环境，使IGBT功率模块工作温度保持相对稳定，从而延长了IGBT功率模块的使用寿命，对于提升电动汽车的安全性和可靠性具有重大意义。

附图说明

图1为本发明中IGBT功率模块总成的结构示意图。

图2为本发明中基于光纤光栅传感器的电动汽车IGBT健康监测系统的原理框图。

图3为本发明在初始标定时控制电路模块的处理流程图。

图4为本发明正常运行实时监控IGBT结温过程中整车控制器的处理流程图。

图5为本发明正常运行实时监控IGBT结温过程中控制电路模块的处理流程图。

图6为本发明进行IGBT热性能蜕化程度评估时整车控制器的处理流程图。

图7为本发明进行IGBT热性能蜕化程度评估时控制电路模块的处理流程图。

图8为本发明匹配冷却水温目标值的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

如图1、图2所示的基于光纤光栅传感器的电动汽车IGBT健康监测系统，包括电机控制器、光纤解调系统、整车控制器3、热管理系统4和仪表5。热管理系统4通过进水管路41、出水管路42与电机控制器的冷却通道连接，热管理系统4具有检测冷却水温的温度传感器43；电机控制器包括IGBT功率模块总成11，与IGBT功率模块总成11连接的驱动电路模块12和与驱动电路模块12连接的控制电路模块13；光纤解调系统包括宽带光源21、光隔离器22、光环形器23、光电转换器24和信号处理模块25；信号处理模块25、控制电路模块13、整车控制器3、热管理系统4、仪表5通过CAN总线进行通信，IGBT功率模块总成11包括光纤光栅传感器以及焊接在电路基板上的六个IGBT芯片112和六个二极管113，电路基板、六个IGBT芯片112和六个二极管113组成IGBT功率模块，光纤光栅传感器包光纤114和连接在光纤114端部的光纤接头115，光纤114上刻写有六个具有不同谐振波长的光纤光栅111，六个光纤光栅111分别对应且通过硅胶粘贴在六个IGBT芯片112表面。光纤接头115与光环形器23连接，光纤解调系统采集光纤光栅传感器输出的信号，并进行解析计算，得到六路IGBT结温信号，光纤解调系统的工作原理为：宽带光源21发出宽带光进入光隔离器22，光隔离器22对光的方向进行限制，使光只能单方向传输，宽带光从光环形器23的端口1#进入，经传输光纤从光环形器23的端口2#进入六个光纤光栅111，被六个光纤光栅111反射的光信号，经过光环形器23的端口2#再次进入光环形器23，从光环形器23的3#端口送到光电转换器24，经光电转换器24转换得到的电信号进入信号处理模块25，信号处理模块25进行解析计算，即可得到六路IGBT结温信号，信号处理模块25将六路IGBT结温信号通过CAN总线发送给控制电路模块13，控制电路模块13对六路IGBT结温信号进行判断，实现对IGBT结温的实时监控，热管理系统4按照预设的冷却水温目标值60℃对电机控制器进行冷却散热，其目的就是带走IGBT功率模块工作时产生的热量，避免其热失效。

控制电路模块13内预先存储有反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差（即反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的公差带），该公差带通过进行初始标定获得（即进行初始状态下IGBT热性能评估获得）。在IGBT功率模块总成11运行计时时间到达预设的时间阈值（比如3年）时，控制电路模块13将需进行IGBT热性能蜕化程度评估信息通过CAN总线发送给仪表5，仪表5收到该信息后进行IGBT热性能蜕化程度评估提示，若用户看到提示信息后选择进行IGBT热性能蜕化程度评估，将车辆开到4S店，利用诊断仪将车辆状态切换到整车标定模式，进行IGBT热性能蜕化程度评估，则能得到蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ，控制电路模块13将该关系曲线Ⅱ与反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差相交处的冷却水温作为匹配的冷却水温目标值（参见图8中的A点，即本实施例中将30℃作为匹配的冷却水温目标值），并通过CAN总线发送给整车控制器3，整车控制器3将匹配的冷却水温目标值30℃通过CAN总线发送给热管理系统4，热管理系统4按照匹配的冷却水温目标值30℃对电机控制器进行冷却散热，主动降低了冷却水温目标值（由60℃降低为30℃），其能将更多的IGBT芯片热量带走，降低IGBT功率模块工作的环境温度，为IGBT功率模块的稳态运行营造更好的散热环境。

对IGBT结温的实时监控的具体方式为：

控制电路模块13对六路IGBT结温信号进行判断：如果任意一路IGBT结温大于预设的IGBT最高工作结温（比如95℃），则控制电路模块13判定IGBT结温温度过高，如果任意一路IGBT结温的变化率大于预设的IGBT最高温升变化率（比如10℃/ms），则控制电路模块13判定IGBT结温温升过快，若IGBT结温温度过高或者IGBT结温温升过快，则控制电路模块13将IGBT结温温度过高或者IGBT结温温升过快信息通过CAN总线发送给整车控制器3，整车控制器3收到该信息后将冷却回路故障需进行冷却回路检修信息通过CAN总线发送给仪表5，仪表5提示冷却回路故障需进行冷却回路检修，同时整车控制器3向控制电路模块13发送限制输出功率请求。如果任意两路IGBT结温温差的绝对值大于5℃，则控制电路模块13判定IGBT结温温差过大，若IGBT结温温差过大，则将IGBT结温温差过大信息通过CAN总线发送给整车控制器3，整车控制器3收到该信息后将IGBT温差故障需进行IGBT功率模块总成检修信息通过CAN总线发送给仪表5，仪表5提示IGBT温差故障需进行IGBT功率模块总成检修，同时整车控制器3向控制电路模块13发送限制输出功率请求；控制电路模块13收到限制输出功率请求后，通过调节占空比的方式控制驱动电路模块12驱动六个IGBT芯片112导通/关断，实现电机输出功率限制。

电机控制器和电机还未装载在车辆上时，进行初始标定，在电机台架上进行，将电机控制器和电机装在电机台架上，利用电机台架的冷却系统代替热管理系统来对电机控制器进行冷却散热。在电机台架上进行初始标定，获得控制电路模块13内预先存储的反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差的具体方式为：

S1、选取不同的六个冷却水温，将电机台架的冷却系统与电机控制器的冷却通道连通，然后执行S2；

S2、在电机台架上将冷却水温目标值设置为选取的第一个冷却水温，然后执行S3；

S3、冷却系统按照设置的冷却水温目标值运行，待冷却系统的冷却水温达到设置的冷却水温目标值时，控制电机以峰值功率稳定运行，然后执行S4；

S4、待IGBT结温保持不变时，对六路IGBT结温信号求平均，得到IGBT结温平均值，记录（存储）IGBT结温平均值和设置的冷却水温目标值，得到一个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，然后执行S5；

S5、控制电机停止运行预设的第一时间（比如5分钟），当预设的第一时间到达后，判断是否得到（即是否存储有）六个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，如果是，则执行S7，否则执行S6；

S6、在电机台架上将冷却水温目标值设置为选取的下一个冷却水温，然后返回执行S3；

S7、对六个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据进行拟合，得到一条拟合曲线，将该拟合曲线作为初始状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅰ，然后执行S8；

S8、将初始状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅰ作为反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线，然后执行S9；

S9、确定反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差。该确定方式属于现有技术。该确定的上偏差和下偏差存储在控制电路模块13内，即为控制电路模块13内预先存储的反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差。

进行IGBT热性能蜕化程度评估，得到蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ的具体步骤包括：

P1、选取不同的六个冷却水温，将诊断仪与车辆诊断接口连接，通过诊断仪将车辆状态切换到整车标定模式，然后执行P2；

P2、通过诊断仪将冷却水温目标值设置为选取的第一个冷却水温，整车控制器3将设置的冷却水温目标值发送给热管理系统4，然后执行P3；

P3、热管理系统4按照设置的冷却水温目标值运行，待热管理系统4内的冷却水温达到设置的冷却水温目标值时，使车辆以100%加速踏板开度直线行驶（对应于控制电机以峰值功率稳定运行），然后执行P4；

P4、待IGBT结温保持不变时（车辆以100%加速踏板开度直线行驶大约5～6秒的时间，IGBT结温就会稳定保持不变），对六路IGBT结温信号求平均，得到IGBT结温平均值，记录（存储）下IGBT结温平均值和设置的冷却水温目标值，得到一个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，然后执行P5；

P5、使车辆停止行驶5分钟，当5分钟时间到达后，判断是否得到（即是否存储有）六个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，如果是，则执行P7，否则执行P6；

P6、通过诊断仪将冷却水温目标值设置为选取的下一个冷却水温，整车控制器将设置的冷却水温目标值发送给热管理系统4，然后返回执行P3；

P7、对六个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据进行拟合，得到一条拟合曲线，将该拟合曲线作为蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ（关系曲线Ⅱ代表着IGBT功率模块蜕化后的结温迁移情况）。

控制电路模块13在将匹配的冷却水温目标值发送给整车控制器3后，会将得到的蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ作为反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线（即更新反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线），然后确定反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差，控制电路模块13对反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差进行存储。

如图3至图7所示，实现上述电动汽车IGBT健康监测，控制电路模块13、整车控制器3按照如下流程进行处理。

如图3所示，在初始标定时控制电路模块13的处理流程包括：

第一步、判断是否收到电机以峰值功率运行请求，如果是，则执行第二步，否则结束；

第二步、控制电机以峰值功率稳定运行，并开始IGBT功率模块总成运行时间计时，然后执行第三步；

第三步、待IGBT结温保持不变时，对六路IGBT结温信号求平均，得到IGBT结温平均值，然后执行第四步；

第四步、记录（存储）IGBT结温平均值和设置的冷却水温目标值，得到一个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，然后执行第五步；

第五步、判断是否收到电机停止运行请求，如果是，则执行第六步，否则继续执行第五步；

第六步、控制电机停止运行5分钟，然后执行第七步；

第七步、判断是否得到六个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，如果是，则执行第八步，否则执行第十一步；

第八步、对六个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据进行拟合，得到一条拟合曲线，将该拟合曲线作为初始状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅰ，然后执行第九步；

第九步、将初始状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅰ作为反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线，然后执行第十步；

第十步、确定反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差，并存储，然后结束；

第十一步、判断是否收到电机以峰值功率运行请求，如果是，则执行第十二步，否则结束；

第十二步、控制电机以峰值功率稳定运行，然后返回执行第三步。

如图4所示，在正常运行实时监控IGBT结温过程中整车控制器3的处理流程包括：

第一步、判断是否收到IGBT结温温度过高或者IGBT结温温升过快信息，如果是，则执行第二步，否则执行第三步；

第二步、将冷却回路故障需进行冷却回路检修信息发送给仪表5，然后执行第五步；

第三步、判断是否收到IGBT结温温差过大信息，如果是，则执行第四步，否则结束；

第四步、将IGBT温差故障需进行IGBT功率模块总成检修信息发送给仪表5，然后执行第五步；

第五步、向控制电路模块发送限制输出功率请求，然后结束。

如图5所示、在正常运行实时监控IGBT结温过程中控制电路模块13的处理流包括：

第一步、判断是否任意一路IGBT结温大于95℃，如果是，则执行第二步，否则执行第三步；

第二步、判定判定IGBT结温温度过高，将IGBT结温温度过高信息发送给整车控制器，然后执行第七步；

第三步、判断是否任意一路IGBT结温的变化率大于10℃/ms，如果是，则执行第四步，否则执行第五步；

第四步、判定IGBT结温温升过快，将IGBT结温温升过快信息发送给整车控制器，然后执行第七步；

第五步、判断是否任意两路IGBT结温温差的绝对值大于5℃，如果是，则执行第六步，否则结束；

第六步、判定IGBT结温温差过大，将IGBT结温温差过大信息发送给整车控制器，然后执行第七步；

第七步、判断是否收到限制输出功率请求，如果是，则执行第八步，否则结束；

第八步、进行电机输出功率限制（通过调节占空比的方式控制驱动电路模块12驱动六个IGBT芯片112导通/关断，实现电机输出功率限制），然后结束。

如图6所示，在IGBT热性能蜕化程度评估时（对应于整车标定模式）整车控制器3的处理流程包括：

第一步、判断是否收到设置的冷却水温目标值，如果是，则执行第二步，否则结束；

第二步、将设置的冷却水温目标值发送给热管理系统4，然后执行第三步；

第三步、判断是否收到100%加速踏板开度信号，如果是，则执行第四步，否则返回执行第一步；

第四步、向控制电路模块发送电机以峰值功率运行请求，然后执行第五步；

第五步、判断是否收到加速踏板开度为0的信号，如果是，则执行第六步，否则继续执行第五步；

第六步、向控制电路模块发送电机停止运行请求，然后执行七步；

第七步、判断是否收到匹配的冷却水温目标值，如果是，则执行第八步，否则返回执行第一步；

第八步、将匹配的冷却水温目标值发送给热管理系统，然后结束。

如图7所示，在IGBT热性能蜕化程度评估时控制电路模块13的处理流程包括：

第一步、判断IGBT功率模块总成运行计时时间是否到达3年，如果是，则执行第二步，否则结束；

第二步、将需进行IGBT热性能蜕化程度评估信息发送给仪表5，然后执行第三步；

第三步、判断是否收到电机以峰值功率运行请求，如果是，则执行第四步，否则结束；

第四步、控制电机以峰值功率稳定运行，然后执行第五步；

第五步、待IGBT结温保持不变时，对六路IGBT结温信号求平均，得到IGBT结温平均值，然后执行第六步；

第六步、记录（存储）IGBT结温平均值和设置的冷却水温目标值，得到一个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，然后执行第七步；

第七步、判断是否收到电机停止运行请求，如果是，则执行第八步，否则继续执行第七步；

第八步、控制电机停止运行5分钟，然后执行第九步；

第九步、判断是否得到（存储有）六个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，如果是，则执行第十步，否则返回执行第三步；

第十步、对六个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据进行拟合，得到一条拟合曲线，将该拟合曲线作为蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ，然后执行第十一步；

第十一步、将蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ与反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差相交处的冷却水温作为匹配的冷却水温目标值，并发送给整车控制器3，然后执行第十二步；

第十二步、将IGBT功率模块总成运行计时时间清零，然后执行第十三步；

第十三步、将蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ作为反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线，然后执行第十四步；

第十四步、确定反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差，并存储，然后结束。

Claims (7)

1.一种基于光纤光栅传感器的电动汽车IGBT健康监测系统，包括电机控制器、光纤解调系统、整车控制器（3）、热管理系统（4）和仪表（5），热管理系统（4）通过进水管路（41）、出水管路（42）与电机控制器的冷却通道连接，电机控制器包括IGBT功率模块总成（11），与IGBT功率模块总成（11）连接的驱动电路模块（12）和与驱动电路模块（12）连接的控制电路模块（13），光纤解调系统、控制电路模块（13）、整车控制器（3）、热管理系统（4）、仪表（5）通过CAN总线进行通信，IGBT功率模块总成（11）包括光纤光栅传感器以及焊接在电路基板上的六个IGBT芯片（112）和六个二极管（113），光纤光栅传感器包光纤（114）和连接在光纤（114）端部的光纤接头（115），光纤（114）上刻写有六个具有不同谐振波长的光纤光栅（111），六个所述光纤光栅（111）分别对应粘贴在六个IGBT芯片（112）表面，光纤接头（115）与光纤解调系统连接，光纤解调系统采集光纤光栅传感器输出的信号，并进行解析计算，得到六路IGBT结温信号，光纤解调系统将六路IGBT结温信号发送给控制电路模块（13），热管理系统（4）按照预设的冷却水温目标值对电机控制器进行冷却散热；其特征在于：控制电路模块（13）内预先存储有反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差，在IGBT功率模块总成（11）运行计时时间到达预设的时间阈值时，将需进行IGBT热性能蜕化程度评估信息发送给仪表（5）进行提示，若选择进行IGBT热性能蜕化程度评估，则能得到蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ，控制电路模块（13）将该关系曲线Ⅱ与所述参考曲线的上偏差相交处的冷却水温作为匹配的冷却水温目标值，并发送给整车控制器（3），整车控制器（3）将匹配的冷却水温目标值发送给热管理系统（4），热管理系统（4）按照匹配的冷却水温目标值对电机控制器进行冷却散热。

2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的电动汽车IGBT健康监测系统，其特征在于：所述控制电路模块（13）对六路IGBT结温信号进行判断：

若IGBT结温温度过高或者IGBT结温温升过快，则将IGBT结温温度过高或者IGBT结温温升过快信息发送给整车控制器（3），整车控制器（3）收到该信息后将冷却回路故障需进行冷却回路检修信息发送给仪表（5）进行提示，并向控制电路模块（13）发送限制输出功率请求；若IGBT结温温差过大，则将IGBT结温温差过大信息发送给整车控制器（3），整车控制器（3）收到该信息后将IGBT温差故障需进行IGBT功率模块总成检修信息发送给仪表（5）进行提示，并向控制电路模块（13）发送限制输出功率请求；控制电路模块（13）收到限制输出功率请求后，通过调节占空比的方式控制驱动电路模块（12）驱动六个IGBT芯片（112）导通/关断，实现电机输出功率限制。

3.根据权利要求2所述的基于光纤光栅传感器的电动汽车IGBT健康监测系统，其特征在于：如果任意一路IGBT结温大于预设的IGBT最高工作结温，则控制电路模块（13）判定IGBT结温温度过高；如果任意一路IGBT结温的变化率大于预设的IGBT最高温升变化率，则控制电路模块（13）判定IGBT结温温升过快；如果任意两路IGBT结温温差的绝对值大于预设的温差阈值，则控制电路模块（13）判定IGBT结温温差过大。

4.根据权利要求3所述的基于光纤光栅传感器的电动汽车IGBT健康监测系统，其特征在于：所述反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差，通过如下方式获得：

S1、选取不同的n个冷却水温，将电机台架的冷却系统与电机控制器的冷却通道连通，然后执行S2；

S2、在电机台架上将冷却水温目标值设置为选取的第一个冷却水温，然后执行S3；

S3、冷却系统按照设置的冷却水温目标值运行，待冷却系统的冷却水温达到设置的冷却水温目标值时，控制电机以峰值功率稳定运行，然后执行S4；

S4、待IGBT结温保持不变时，对六路IGBT结温信号求平均，得到IGBT结温平均值，记录IGBT结温平均值和设置的冷却水温目标值，得到一个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，然后执行S5；

S5、控制电机停止运行预设的第一时间，当预设的第一时间到达后，判断是否得到n个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，如果是，则执行S7，否则执行S6；

S6、在电机台架上将冷却水温目标值设置为选取的下一个冷却水温，然后返回执行S3；

S7、 对n个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据进行拟合，得到一条拟合曲线，将该拟合曲线作为初始状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅰ，然后执行S8；

S8、将初始状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅰ作为所述反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线，然后执行S9；

S9、确定所述反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差。

5.根据权利要求4所述的基于光纤光栅传感器的电动汽车IGBT健康监测系统，其特征在于：进行IGBT热性能蜕化程度评估，得到蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ的具体步骤包括：

P1、选取不同的n个冷却水温，将诊断仪与车辆诊断接口连接，通过诊断仪将车辆状态切换到整车标定模式，然后执行P2；

P2、通过诊断仪将冷却水温目标值设置为选取的第一个冷却水温，整车控制器将设置的冷却水温目标值发送给热管理系统（4），然后执行P3；

P3、热管理系统（4）按照设置的冷却水温目标值运行，待热管理系统（4）内的冷却水温达到设置的冷却水温目标值时，使车辆以100%加速踏板开度直线行驶，然后执行P4；

P4、待IGBT结温保持不变时，对六路IGBT结温信号求平均，得到IGBT结温平均值，记录下IGBT结温平均值和设置的冷却水温目标值，得到一个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，然后执行P5；

P5、使车辆停止行驶预设的第一时间，当预设的第一时间到达后，判断是否得到n个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据，如果是，则执行P7，否则执行P6；

P6、通过诊断仪将冷却水温目标值设置为选取的下一个冷却水温，整车控制器将设置的冷却水温目标值发送给热管理系统（4），然后返回执行P3；

P7、 对n个IGBT结温平均值-冷却水温目标值数据进行拟合，得到一条拟合曲线，将该拟合曲线作为所述蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ。

6.根据权利要求5所述的基于光纤光栅传感器的电动汽车IGBT健康监测系统，其特征在于：控制电路模块（13）在将匹配的冷却水温目标值发送给整车控制器（3）后，会将得到的蜕化状态下IGBT结温与冷却水温的关系曲线Ⅱ作为反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线，然后确定反映IGBT结温与冷却水温对应关系的参考曲线的上偏差和下偏差，并存储。

7.根据权利要求3至6任一项所述的基于光纤光栅传感器的电动汽车IGBT健康监测系统，其特征在于：所述预设的时间阈值为3年，所述预设的冷却水温目标值为60℃，所述预设的温差阈值为5℃，所述预设的IGBT最高工作结温为95℃，所述预设的IGBT最高温升变化率为10℃/ms，所述预设的第一时间为5分钟。

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