ECU teljesítm tmény- környezetének nek vizsgálata Huszár r Viktor V. évf. villamosmérn rnök k hallgató Konzulensek: dr. Márkus M János J BME-MIT MIT Siklódi Miklós ThyssenKrupp Presta BME MIT 26 ősz
Bevezetés ECU ház, h ECU teljesítm tmény-végfokozata és hőmérsékletének becslése se Önálló laboratórium rium I. : Soros ellenáll llás s hőmérsh rsékletfüggése Önálló laboratórium rium II. : Hőmérséklet becslés s a disszipált teljesítm tmény alapján Szimuláci ciók Implementálás Validálás 2
ECU és s teljesítm tmény-környezete ECU és s teljesítm tménymodul Felépítés s (ház, FETek,, szenzor) ECU és s teljesítm tménymodul Konstans terhelés s alatt 3
Önálló laboratórium rium I. Soros ellenáll llás s hőmérsh rsékletfüggése 3 fázis f 3 * 2 MOSFET Disszipáci ció a bekapcsolt FET soros ellenáll llása miatt MOSFET-ek RDSon-ja nagy hőmérséklet függf ggést mutat Probléma: A mérendm rendő jelszint kicsi a zajhoz és s a mért m tartományhoz képest A teljesítm tménymodul elektronikus kialakítása 4
Célkitűzés: Önálló laboratórium rium II. Hőmérsékletbecslés s a disszipált teljesítm tmény alapján Elfogadható junction-hőmérs rséklet becslés Bemeneti jelek: áram mért hőmérsh rséklet Algoritmus fejlesztés Szimuláci ció Implementáci ció Validálás 5
MOSFET-ek vizsgálata termikus szempontból (s) MOSFET két-idk időállandós s felfutása Junciton hőmérséklet becsülend lendő a szenzor késleltetk sleltetése se alatt 2 becslő: Rövid időálland llandó alatt Hosszú időálland llandó a szenzor késleltetése se alatt Hőmérséklet görbg rbék: MOSFET (piros) Hőmérő (zöld) 6
MOSFET-ek vizsgálata termikus szempontból Exponenciális átlagolás: T J i ( n) = TJ ( n ) + ( P( n)* R T ( n )) i th Ji Q T Ji (n) Junction delta hőmérsh rséklet P(n) Disszipált teljesítm tmény Q Előre kiszámolt együtthat ttható: t Q = t step sampling + R th MOSFET termikus ellenáll llása 2 becslő tag kell! A becslő algoritmus (bordó) és s a szimuláci ció (kék) k) összehasonlítása sa (cián n kék k szenzor hőmérsh rséklet) 7
MOSFET-ek vizsgálata termikus szempontból.6 Temperature curve - fastrise (QB6).4.2 Delta Temperature [ o C].8 Die (QB6).6.4.2 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 InfraRed kamerás s mérés m Gyors felfutás 8
MOSFET-ek vizsgálata termikus szempontból GND,GND2 VB, VB2 3 Temperature Curves (QB6, vector, estimation) W, W2 25 2 U,U2 TS3 TS2 TS LM9_ Delta Temperature [ o C] 5 5-5 5 5 2 25 3 35 Die (QB6, estimated) Die average (QB6, estimated) Die (QB6, measured by IR cam) Error of the estimation LM9_2 InfraRed kamerás s mérés m Teljesítm tmény vektor 9
Az ECU vizsgálata termikus szempontból.8.6 PWM signal Phase voltage 2 5 Sinus freq: 83.3333 Hz ==> Motor speed: rpm ; Modualtion Depth :.6 Phase current Phase Voltage (similar shape).4.2.8.6 Current [A] 5-5.4 -.2-5..2.3.4.5.6.7.8.9. -2 3.56 3.565 3.57 3.575 3.58 3.585 3.59 2.8 PWM signal Phase voltage 6 Power on the upper MOSFET Power on the lower MOSFET 5.6.4 4.2 Power [W] 3 2.8 3 4 5 6 7 8 9 x -4 3.56 3.565 3.57 3.575 3.58 3.585 3.59 PWM jel (kék) k) és s fázisfeszf zisfeszültség (a PWM átlaga cián n kék) k k) PWM generálta fázisf zisáram (cián n kék) k k) PWM generálta MOSFET disszipáci ciók k (alsó ábra)
Az ECU vizsgálata termikus szempontból 5 Phase voltage and current at rpm motor speed on phase U 5 Phase voltage and current at rpm motor speed on phase V 2 Phase voltage and current at 2rpm motor speed on phase U 2 Phase voltage and current at 2rpm motor speed on phase V Phase Voltage (similar shape) Phase Current [A] Phase Voltage (similar shape) Phase Current [A] 5 Phase Voltage (similar shape) Phase Current [A] 5 Phase Voltage (similar shape) Phase Current [A] Current [A] 5-5 Current [A] 5-5 Current [A] 5-5 Current [A] 5-5 - - - - -5-5 -5.5..5.2.25-5.5..5.2.25-2.5..5.2.25-2.5..5.2.25 6 Phase powers at rpm motor speed on phase U 5 Phase power at rpm motor speed on phase V 2 Phase powers at 2rpm motor speed on phase U Phase power at 2rpm motor speed on phase V 4 2 Power on QB Power on QB2 Power on QB3 Power on QB4 Power on QB Power on QB2 8 Power on QB3 Power on QB4 Power [W] 8 6 Power [W] 5 Power [W] 8 6 4 Power [W] 6 4 4 2 2 2.5..5.2.25.5..5.2.25.5..5.2.25.5..5.2.25 Delta Temperature [ o C] 6 5 4 3 2 Delta juntion temperature at rpm motor speed on phase U Temperature on QB Temperature on QB2 Delta Temperature [ o C] 5 4 3 2 Delta juntion temperature at rpm motor speed on phase V (zoom) Temperature on QB3 Temperature on QB4 Delta Temperature [ o C].4.2.8.6.4.2 Delta juntion temperature at 2rpm motor speed on phase U Temperature on QB Temperature on QB2 Delta Temperature [ o C].8.6.4.2 Delta juntion temperature at 2rpm motor speed on phase V (zoom) Temperature on QB3 Temperature on QB4.5.5 2 2.5..2.3.4.5.5..5.2.25.3.35..2.3.4.5.6.7.8.9. Áram, teljesítm tmény és hőmérsékletváltozás rpm motor sebességn gnél Áram, teljesítm tmény és hőmérsékletváltozás 2 rpm motor sebességn gnél
Hőmérséklet becslő algoritmus implementálása T Junction-hőmérs rséklet becslő algoritmusa: ( n) = Tsensor ( n) + TJ ( n) + T ( n) R _ * P ( n) J 2 th sensor avg J + T J i ( n) = TJ ( n ) + ( P( n)* R T ( n )) i th Ji Q T J (n) Junction hőmérséklet T J (n) Junction delta hőmérsh rséklet (rövid időálland llandó) T J2 (n) Junction delta hőmérsh rséklet (szenzor késleltetk sleltetés) s) P avg (n) Disszipált teljesítm tmény R th_sensor junction és s szenzor között k lévő termikus ellenáll llása 2
Hőmérséklet-becslő algoritmus validálása 3 Validation of the implementation of JTE Sensor temperature measured by ECU Estimated junction temperature Junction temperature measured by IR cam 25 2 Delta Temperature [ o C] 5 5 Implementáci ció validálás: Mérés 5 5 2 25 Implementáci ció validálás: Szenzor hőm. h (zöld) Junction hőm. mért m (kék) k) Junction hőm. becsült (piros) 3
Összefoglalás ECU és s teljesítm tmény-végfokozata Önálló laboratórium rium I. : Soros ellenáll llás s hőmérsh rsékletfüggése Önálló laboratórium rium II. : Hőmérséklet becslés s a disszipált teljesítm tmény alapján Szimuláci ciók Implementálás Validálás Kitekintés: Rendszer egyes paramétereinek pontos identifikáci ciója ECU által vezérelt motor hőmérsh rséklet-becslése se az előbbiek analógi giájára 4
Köszönöm m a figyelmet!