“现成的”带智能监控软件的电力电子器件将电动/混合动力汽车的故障风险降至最低。
The bus keeps going
“Off the shelf” power electronics with intelligent control software minimize the risk of electric/hybrid vehicle breakdown.
毫无疑问，在公共交通汽车中引入电气牵引驱动会在能效、污染环境和运营成本方面带来显著的改善。然而，当试图满足电力电子器件变流需求时，相关的环境条件带来了挑战。举个例子，一辆公共交通汽车可能需要在十多年的使用年限中累计工作时间长达50000小时。交流电机/发电机通常容易满足车辆的使用寿命要求，而电池及电力电子器件则会面对器件疲劳问题。
由于来自汽车行业的关注，增加电池充/放电周期数这一众所周知的挑战目前正面临着显著的进步。电力电子器件设计的目标通常是实现免维护产品，在车辆使用年限到达之前不失效。当使用寿命需求提升时，这个任务变得更有挑战性。但最重要的挑战是适当地涵盖所有的运行条件公差范围，如，冷却液流速和温度、环境温度、电池电压范围，单驱动行为、交通和行车路线。功率半导体疲劳效应的控制参数是温度负载循环数量以及每个负载周期的单个结温上升。
赛米控现成的电力电子产品SKAI2HV（图1），利用已实现的QUASAR控制软件实时监视单个功率半导体的结温。因此，有可能对疲劳参数“结温升高”采取适当的影响，处理所有具有挑战性的运行条件。根据软件参数，可以通过实时降低瞬时功率损耗来限制结温。从原理上，可通过减少实际输出电流或降低开关频率来实现。这样一来，公共汽车的实际驱动性能可能会略有降低，但永远不会停止运行。通过智能控制软件，动力传动系统性能持久可靠，并能保持设计寿命。
通过对任务特性进行分析而实现最佳的软件配置，即公共汽车每日行驶路线所面对的典型周期负载。如图2中的例子所示，左图是负载循环需求示例，即随时间变化的扭矩和速度需求。右图给出了应用的功率半导体器件对应的温度循环。这可通过将典型环境应用条件考虑在内而计算得到，如冷却液温度、冷却液流量和环境温度，从而计算出使用寿命。现在，结温步长的限制可被参数化。因此，在更差的条件下公共汽车动力传动系统如负载曲线所示的那样才进行降额，但仍会运行而不影响使用寿命。这显著提高了传动系统的鲁棒性。
图1：SKAI2HV 三相逆变器
图2：示例扭矩/转速曲线和所产生的功率半导体器件的结