电动卡车逆变器在爬上路缘石时为确保热安全运行而采用主动热控制技术

《IEEE Open Journal of Vehicular Technology》：Active Thermal Control for Thermally Safe Operation of Electric Truck Inverters During Kerbstone Climbing

　　

摘要：

电动卡车在行驶过程中会遇到短时高电流事件，例如爬坡时，此时牵引逆变器需要在高电流和零或非常低的输出频率下工作。在这种条件下，功率半导体的结温会迅速接近临界值。传统的缓解策略依赖于扭矩限制或硬件升级，但这要么会降低车辆性能，要么会增加系统成本。本文研究了主动热控制（ATC）在提升动态电流能力和延长使用寿命方面的应用。分析了三种策略：提高栅极电压、降低开关频率以及不连续脉宽调制，并结合了某些混合方案。开发了一个仿真框架，该框架集成了损耗估算、状态空间热建模和基于循环计数的寿命评估，并通过专门的背靠背测试台进行了实验验证，测试台配备了直接测量结温的设备。结果表明，采用栅极电压和开关频率相结合的策略可以将结温与环境温度的升高幅度降低约42%，并且在峰值电流为135 A（0.9 pu）的情况下，爬坡次数最多可增加十倍。在热约束固定的情况下，同样的策略可以使电流容量提高约35%。研究还分析了每种ATC策略所涉及的权衡因素，强调了它们在热性能和使用寿命方面的优势，以及对电流质量和实现复杂性的潜在影响等。这些发现支持将ATC集成到电动汽车牵引系统中，以实现考虑寿命和注重性能的运行方式。