[发明专利]一种功率模块的寿命评估方法、装置及汽车

说明书

本发明提供一种功率模块的寿命评估方法、装置及汽车，寿命评估方法包括：根据被测车辆的整车属性及驾驶循环工况，确定在驾驶循环工况下被测车辆的功率模块所需的工作电压和工作电流；根据工作电压和工作电流及功率模块的电气参数，计算或测试功率模块的热功耗；根据热功耗及功率模块的热参数，计算功率模块的瞬态结温和瞬态壳温；根据瞬态结温和瞬态壳温，设定多个不同的温升区间，并采用雨流计数法统计在一个驾驶循环内温升在各个温升区间内出现的频次；根据频次及功率模块的寿命曲线，计算功率模块的寿命。本方案可基于仿真或试验获得的任意工况下的数据，通过数据处理评估功率模块寿命，从而有效评估功率模块是否满足整车使用寿命要求。

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别涉及一种功率模块的寿命评估方法、装置及汽车。

背景技术

随着汽车电动化的日益普及，驱动电机控制器、车载双向充电机和车用DCDC转换器等多种车用电能转换设备已经成为电动汽车的标配，必须具有与整车相同的使用寿命要求。这些设备的核心器件——功率模块，主要是绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，简称IGBT)和金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor,简称MOSFET)，也都必须具有与整车相同的使用寿命要求。然而，如何确认功率模块能够满足整车的使用寿命要求，却是业界难题。

为此，大量的研究人员，通过试验测试、仿真模拟或模型计算等多种方法，对功率模块的寿命进行了广泛的研究，并普遍认为功率模块的结温温升幅度是影响寿命的核心因素。这些研究中，大部分针对功率模块本身展开，通过加速的温度循环或功率循环，来测试分析功率模块本身的循环寿命，如应用线性损伤累计理论预估功率模块的寿命，或基于克林-曼森公式根据应变预估功率模块的寿命。由此得出的循环寿命更适用于模块本身的寿命评估，与整车寿命的关联性则不太明确。

根据路谱结合雨流计数法分析功率模块寿命的流程，可以应用到SiC MOSFET的寿命计算中，进而研究了驾驶循环与加速温度循环测试的转换关系，旨在通过加速温度循环试验来验证功率模块的寿命满足情况。这些研究明确了路谱与功率模块寿命的关联性，但没有提出直接根据路谱或驾驶循环评估功率模块寿命的方法。另外，如果通过实车耐久性试验来确定功率模块寿命，其成本和周期都是难以接受的。

发明内容

本发明实施例提供一种功率模块的寿命评估方法、装置及汽车，用以解决现有技术一般只能评估特定温升或特定功率循环下功率模块的使用次数，并不能直观获得随机温升或随机功率下功率模块的使用寿命的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

依据本发明的一个方面，提供了一种功率模块的寿命评估方法，包括：

根据被测车辆的整车属性及驾驶循环工况，确定在所述驾驶循环工况下被测车辆的功率模块所需的工作电压和工作电流，所述整车属性包括整车重量及风阻系数；

根据所述工作电压和工作电流及所述功率模块的电气参数，计算或测试所述功率模块的热功耗，所述电气参数包括输出特性、开关损耗和工作频率；

根据所述热功耗及所述功率模块的热参数，计算所述功率模块的瞬态结温和瞬态壳温，所述热参数包括瞬态热阻、传热时间常数和冷却介质温度；

根据所述瞬态结温和瞬态壳温，设定多个不同的温升区间，并采用雨流计数法统计在一个驾驶循环内温升在各个所述温升区间内出现的频次；

根据所述频次及所述功率模块的寿命曲线，计算所述功率模块的寿命。

可选地，所述功率模块包括开关管和续流二极管；

所述温升包括开关管结温温升、续流二极管结温温升、开关管壳温温升及续流二极管壳温温升。