专利名称：基于热模型的电动机温度估计的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于热模型来估计电动机温度。
背景技术：
混合动力或电池动力车辆可以使用产生扭矩以推进车辆的电动机。电动机可以从电能(例如直流或交流能量)产生旋转运动。来自电动机的旋转运动可以被传递至车辆的车轮，且提供到车轮的扭矩可以与电动机的旋转运动成比例。

发明内容
一种示例性车辆，包括动力源、电动机、和计算装置。动力源配置为提供电能。电 动机配置为通过从动力源接收的电能产生旋转运动。计算装置配置为至少部分地基于电动机的热模型实时地估计电动机的温度。热模型包括多个节点和至少一个热阻。每一个节点代表电动机的一区域且每一个热阻代表所述节点中的至少两个之间的热传递路径。一种示例性方法包括接收电动机的热模型，经由计算装置求解热模型中的每一个节点的能量平衡方程以确定每一个节点处的温度变化，和至少部分地基于热模型中至少一个热阻和每一个节点处的温度变化而实时地估计电动机的温度。从下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述，本披露的特征和优点显而易见。


图I是具有电动机、动力源和计算装置的示例性车辆的示意图。图2是永磁体电动机的示例性热模型的示意图。图3是感应电动机的示例性热模型的示意图。图4是可以用于估计电动机温度的示例性过程的流程图。
具体实施例方式提供一种车辆，其能够至少部分地基于电动机的热模型实时地估计例如电动机的温度。热模型可以表达为一个或多个能量平衡方程，这些平衡方程可以被车辆内的计算装置使用，以准确地估计电动机各区域的温度。计算装置可以进一步基于每一区域的温度来估计电动机温度。车辆可以采取许多不同的形式并包括多种和/或替换的部件和设备。尽管在图中示出了一示例性车辆，但是在图中所示的部件不意图为限制性的。实际上，可以使用额外的或替换的部件和/或实施方式。参见图1，车辆100可以包括电源105、电动机110、计算装置115和存储装置120。车辆100可以是任何乘用车或商用车，例如混合动力电动车，包括插电式混合动力电动车(PHEV)或增程式电动车(EREV)、电池电动车(BEV)、燃料-电池车辆等。动力源105可以包括配置为提供电能至，例如车辆100的一个或多个部件的任何装置，例如一个或多个电池。动力源105可以进一步包括变换器(未示出)或与变换器电连通，该反用换流器配置为将存储在动力源105中的电能从，例如直流电(DC)能量转换为交流电(AC)能量。动力源105可以进一步配置为接收和存储电能，所述电能由例如发电机提供。由此，反用换流器可以配置为将通过发电机提供的AC能量转换为用于存储在电源105中的DC能量。电动机110可以包括配置为将电能转换为旋转运动的任何装置。从而，电动机110可以是感应电动机、永磁体电动机、开关磁阻同步电机、分开激励的绕组转子等。在任何事件中，电动机110可以配置为接收来自电源105 (或直接地或经由反用换流器)的电能，并根据所接收的电能产生扭矩。车辆100可以包括任何数量电动机110。在一种可行的实施方式中，电动机110可以包括定子125和转子130。定子125可/以包括在电动机110的运行期间相对于转子130保持不动并且使用例如电磁体或永磁体产生电磁场的任何装置。转子130可以包括在电动机110的运行期间相对于定子125旋转以产生旋转运动、并由此产生扭矩的任何装置。如同定子125，转子130可以使用例如电磁或永磁体来产生电磁场。如果转子130或定子125包括电磁体，则产生电磁场所需的电能可以来自电源105。转子130和定子125的电磁场的相互作用可以造成转子130相对于定子125旋转。从而，电动机110方向、速度和输出扭矩可以基于提供到转子130、定子125或两者的电能来控制。在运行过程中，电动机110的不同区域可以以不同速率产生和传递热量。例如，转子130和/或定子125可以包括用金属(例如铁)形成的磁通产生区域和非磁通产生区域。而且，转子130和/或定子125可以包括用例如铜形成的绕组，该绕组在被提供电能时产生磁场。提供到转子130和/或定子125的电能(其使得电动机110产生旋转运动)也可以在电动机110的各区域中产生热量，且在电动机110的一个区域中产生的热量可以经由热传递路径通过例如对流或传导而传递到电动机110的另一区域。冷却技术可以应用到电动机110的一个或多个区域(例如热损耗区域)，以从电动机110的各区域除去热量。如针对图2和3在后文更详细描述的，每一个电动机110的温度可以使用热模型实时地估计，所述热模型计入了在电动机110的各区域产生和去除(例如由于冷却)的热量。计算装置115可以包括配置为至少部分地基于电动机110的热模型实时地估计电动机110的温度的任何装置。例如，热模型可以被表达为一个或多个能量平衡方程，这些方程表征热模型中所表示的电动机Iio的每一个区域的温度。计算装置115可以配置为求解能量平衡方程以确定在每一个区域的温度。计算装置115可以进一步通过在每一个区域以两个或多个时间步长求解能量平衡方程来确定每一个区域的温度随时间变化。计算装置115可以基于在每一个区域随时间的温度变化或温度来估计电动机110的温度。每一个能量平衡方程可以从热模型获得。在一种可行的实施方式中，通过计算装置115求解的能量平衡方程可以是一阶微分方程。每一个能量平衡方程可以考虑在一个或多个区域(包括热损耗区域)处的温度和与每一个区域相关联的一个或多个热传递路径。如下文所述的，每一个热传递路径可以基于构成电动机110的部件的各种物理特性。热模型中所表示的每一个区域的温度可以取决于电动机110的运行条件。因此，计算装置115可以配置为基于例如电动机110产生的速度、扭矩、或电流来获得关于电动机110的运行条件的信息。在一种可行的实施方式中，计算装置115可以被配置为基于从电源105提供到电动机110的电能的量来确定电动机110产生的速度和/或扭矩。计算装置115可以进一步配置为在确定热模型中所表示的每一个区域处的温度时补偿电动机110的由于冷却技术造成的热损耗区域。因此，计算装置115可以从电动机110的运行条件确定热模型中所表示的电动机110的每一个区域的温度。计算装置115可以配置为，在求解能量平衡方程和估计电动机110的温度时，计入表示在热模型中的电动机110的各区域之间的热传递路径。电动机110的区域之间的热传递可以通过传导、对流等造成。被计算装置115考虑的一些示例性的物理特性可以包括用于形成电动机110的各种部件的材料的长度、热传导性、横截面面积、热传递系数、表面面积、质量和比热中的一个或多个。计算装置115可以进一步配置为，获得与电动机110的不同区域的物理特性相关联的值或从例如存储在存储装置120中的查找表访问这些值，如在下文所述的。计算装置115可以使用这些值来对热模型中所表示的电动机110每一个区域求解能量平衡方程。 虽然在图I中仅示出一个计算装置115，但是车辆100可以包括任何数量的计算装置115。通常，计算装置115可以利用多种计算机操作系统中的任一种，并可以包括计算机可执行指令，其中所述指令可以由一个或多个计算装置执行。计算机可执行指令可以从计算机程序编译或解释，所述程序使用各种编程语言和/或技术来创建，包括但不限于且单独地地或组合地使用Java 、C、C++、Visual Basic> Java Script、Perl等。通常,处理器(例如微处理器)接收指令，例如从存储器、计算机可读介质等，并执行这些指令，由此执行一个或多个过程，包括一个或多个本文所述的过程。这样的指令和其他数据可以用各种计算机可读介质存储和传递。计算机可读介质(还称为处理器可读介质)包括任何非瞬时(例如有形的)介质，其参与提供数据(例如指令)，所述数据可被计算机读取(例如被计算机的处理器读取)。这种介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失介质和易失介质。非易失介质可以包括例如光盘或磁盘和其他永久存储器。易失介质可以包括例如动态随机访问存储器(DRAM)，其通常构成主存储器。这样的指令通过一个或多个传递介质传递，包括同轴线缆、铜导线和光纤，包括具有联接到计算机处理器的系统总线的导线。计算机可读介质的一些形式包括，例如软盘、软性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质、打孔卡片、纸带、任何其他具有孔图案的物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EEPR0M、任何其他存储器芯片或卡带，或计算机可读的任何其他介质。存储装置120可以包括配置为存储例如能量平衡方程这样的信息、可以被计算装置115使用以求解一个或多个能量平衡方程的信息、和/或可以被计算装置115使用的任何其他信息的任何装置。如同计算装置115，存储装置120可以包括任何非易失和/或易失介质。存储在存储装置120中的信息可以在一个或多个查找表中。例如，存储装置120可以存储一个或多个查找表，所述查找表具有与给定的各种运行条件下电动机110的各个热产生或热损耗区域的温度变化、电动机110部件的物理特性等有关的信息。存储装置120也可以在查找表中存储其他信息，且尽管显示了仅一个存储装置120，但是查找表可以存储在多个存储装置120中。图2是一类电动机110的示例性热模型200的示意图。例如，计算装置115可以配置为使用图2的热模型200或相似的热模型，以估计永磁体电动机110的温度。如所示的，热模型200包括八个节点，该八个节点代表给定一定运行条件和边界条件(例如车辆100的一个或多个部件的)下电动机110各区域温度。然而，电动机110的更多或更少的区域和/或边界条件也可以被考虑，以估计电动机110的温度。在一种可行的实施方式中，热模型200中的一些节点可以代表定子125的区域，其他节点可以代表转子130的区域，且温度可以被设定给每一个节点。即，第一定子节点205可以代表定子125的非磁通产生区域(例如定子铁)的温度。第二定子节点210可以代表定子125的磁通产生区域(例如定子铁)的温度。第三定子节点215可以代表在定子125的绕组中使用的铜的温度，例如设置在由定子125限定的槽之间的铜。第四定子节点220可以代表在定子125的绕组中使用的铜的端部线匝(endturns)的温度。第一转子节点225可以代表来自被转子130使用的永磁体的温度。第二转子节点230可以代表来自转子130的非磁通产生区域(例如转子铁)的温度。热模型200可以进一步包括额外的节点，所述额外的节点代表电动机110的独立于定子125和转子130的各其他目标区域。例如，一些节点可以代表在电动机110中使用 的油的温度。在一个示例性实施方式中，第一油节点235可以代表电动机110的一个区域中油的温度，第二油节点240可以代表电动机110的另一区域中油的温度。热模型200中的每一个节点可以通过一个或多个热传递路径连接到至少一个其他节点。热模型200可以因此包括热阻，所述热阻代表节点之间热传递路径。例如，第一热阻245可以代表第一油节点235和第一定子节点205所代表的区域之间对流性外部热传递。第二热阻250可以代表第一定子节点205和第二定子节点210所代表的区域之间的传导，经由例如定子堆叠结构。第三热阻255可以代表第二定子节点210和第三定子节点215所代表的区域之间的传导，经由例如定子堆叠结构、铜绕组、和绝缘系统。第四热阻260可以代表在第二定子节点210和第一转子节点225所代表的区域之间例如通过空气隙进行的热传递。第五热阻265可以代表在第三定子节点215和第四定子节点220所代表的区域之间通过铜绕组进行的传导。第六热阻270可以代表第四定子节点220和第二油节点240所代表的区域之间的对流，例如从油到定子125的端部线匝。第七热阻275可以代表在第一转子节点225和第二转子节点230所代表的区域之间通过转子芯部进行的传导。第八热阻280可以代表第二转子节点230和第二油节点240之间的通过从油到转子130的毂的对流所造成的热传递路径。第九热阻285可以代表第二油节点240和第一转子节点225 (例如转子端环(endrings))之间的对流。图3示出了另一类型电动机110的热模型300，例如感应电动机110。如所示的，第一定子节点205，第二定子节点210，第三定子节点215，第四定子节点220，第二转子节点230，第一油节点235，和第二油节点240实质上与针对图2在上文所述的相同。但是，在图3的热模型300中，第一转子节点225可以代表转子130的磁条的温度。另外，热模型300包括第三转子节点305，其可以代表转子130的端环的温度。热模型300的第一到第八热阻245-280可以实质上与针对图2的热模型200在上文所述的相应热阻245-280相同。但是，图3的热模型300进一步包括第九热阻310，该第九热阻310可以代表第一转子节点225和第三转子节点305所代表的区域之间的热传递(该热传递可以通过转子130的磁条和端环之间的传导造成)。第十热阻315可以代表油和转子端环之间的、由第三转子节点305和第二油节点240所代表的区域之间的对流性热传递。计算装置115可以使用图2的热模型200，图3的热模型300，或任何其他热模型，以估计电动机110的温度。例如，热模型可以被提供给计算装置115作为定义每一个节点处的能量平衡的一个或多个一阶微分方程。计算装置115可以基于节点的温度和与每一个节点相关联的热阻来求解每一个节点处的能量平衡方程。另外，如上所述，计算装置115可以考虑电动机110的运行条件和构成电动机110的部件的物理特性。进一步，计算装置115可以配置为以多个时间步长求解每一个节点处的能量平衡方程，和至少部分地基于在每一个节点处温度随时间的变化来估计电动机110的温度。而且，通过热模型，计算装置115可以在估计电动机110的温度时计入热损耗区域以及热产生区域。图4是可以用于实时地估计电动机110的温度的示例性过程400的流程图。估计电动机Iio的温度的过程400考虑电动机110的运行条件以及构成电动机110的部件的物 理特性。在图块405处，可以生成电动机110的热模型。生成热模型可以包括识别例如转子130和定子125的一个或多个区域，所述区域在电动机110的运行期间具有物理意义。生成电动机110可以进一步包括识别电动机110的经识别区域之间的热传递。电动机110的经识别区域可以每一个与节点相关联，且所识别的热传递路径可以每一个与热阻相关联。另夕卜，可以针对每一个节点获得能量平衡方程，所述节点考虑了例如电动机110的运行条件、在电动机110中使用的部件的物理特性、电动机110的热损耗区域等。热模型(包括定义了每一个节点处的温度的方程)可以存储在例如存储装置120中。在图块410处，计算装置115可以接收电动机110的热模型。如在上文所述的，热模型可以被表达为一个或多个能量平衡方程，例如一个或多个一阶微分方程。因此，计算装置115可以从存储装置120访问定义了每一个节点处的温度的能量平衡方程。在图块415处，计算装置115可以求解每一个节点的能量平衡方程。如在上文所述的，能量平衡方程可以被计算装置115使用，以确定每一个节点的温度。在一种可行的实施方式中，计算装置115可以以两个或多个时间步长求解每一个能量平衡方程，以确定在每一个节点处温度随时间的变化。计算装置115可以从存储装置120访问存储在例如查找表中的信息，以求解能量平衡方程。在图块420处，计算装置115可以至少部分地基于每一个节点的温度变化或温度以及如被热模型定义的热阻经由例如能量平衡方程实时地估计电动机110的温度。计算装置115可以被校准以估计电动机110的温度，作为区域的最高、最低、平均等温度。替换地，计算装置115可以将一个或多个区域的温度加权为比其他区域更高，且由此按照给每一个区域的权重来估计电动机110的温度。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
权利要求
1.一种车辆,包括 电源，配置为提供电能； 电动机，配置为从电源接收电能和从所接收的电能产生旋转运动；和计算装置，配置为至少部分地基于电动机的热模型实时地估计电动机的温度，其中，热模型包括多个节点和至少一个热阻； 其中，每一个节点代表电动机的一区域，且其中，每一个热阻代表所述节点中的至少两个之间的热传递路径。
2.如权利要求I所述的车辆，其中，计算装置配置为针对热模型中所表示的每一个节点求解能量平衡方程以估计电动机的温度。
3.如权利要求2所述的车辆，其中，计算装置配置为针对每一个节点以多个时间步长 求解能量平衡方程。
4.如权利要求I所述的车辆，其中，计算装置配置为至少部分地基于每一个节点的温度估计电动机的温度。
5.如权利要求I所述的车辆，其中，计算装置配置为至少部分地基于每一个节点的温度变化估计电动机的温度。
6.如权利要求I所述的车辆，其中，计算装置配置为至少部分地基于每一个节点的温度以多个时间步长估计电动机的温度。
7.如权利要求I所述的车辆，其中，计算装置配置为至少部分地基于至少一个热阻估计电动机的温度。
8.如权利要求I所述的车辆，其中，至少一个的热阻代表电动机中的传导性热传递和对流性热传递中的至少一种。
9.如权利要求I所述的车辆，其中，热损耗被指定给热模型中的至少一个节点，且其中，计算装置配置为至少部分地基于被指定给至少一个节点的热损耗来估计电动机的温度。
10.如权利要求I所述的车辆，其中，至少一个热阻至少部分地基于电动机的至少一部分的物理特性。
全文摘要
一种车辆，包括动力源、电动机、和计算装置。动力源将电能提供到电动机，电动机从接收到的电能产生旋转运动。计算装置配置为至少部分地基于电动机的热模型来实时地估计电动机的温度。热模型包括多个节点和至少一个热阻。每一个节点代表电动机的一区域且每一个热阻代表所述节点中的至少两个之间的热传递路径。一种方法，包括求解一个或多个能量平衡方程以确定每一个节点处的温度变化和至少部分地基于热模型中至少一个热阻和每一个节点的温度变化而实时地估计电动机的温度。
文档编号G01K7/16GK102654423SQ201210053100
公开日2012年9月5日 申请日期2012年3月2日 优先权日2011年3月3日
发明者C-C.叶, D.J.贝里, P.F.图恩布尔, P.J.萨瓦吉安, P.米萨尔, S.E.舒尔兹 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司