一种功率igbt模块的寿命预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及新能源发电系统可靠性技术领域，特别是涉及到一种核心变流装置功 率IGBT模块的寿命预测。
【背景技术】
[0002] 近年来，以功率IGBT模块为核心的变流装置在新能源发电、电动汽车领域广泛应 用。然而在实际应用中，负载的不稳定性和剧烈波动性，加快了作为功率变流装置核心器件 的IGBT的老化，系统可靠性降低。因此对功率IGBT模块的寿命预测显得十分重要。在影 响导致功率IGBT模块寿命的因素中，结温及结温变化是导致功率IGBT模块损坏最直接、最 重要的因素。但现有的基于结温监控预测IGBT寿命的方法，均需基于设定工况作出，只能 预测出设定工况下IGBT的寿命，而对于电动汽车、新能源发电等负载不稳定、且变化不规 律的使用场合，采用现有预测方法的预测寿命与实际寿命存在较大误差。无法对其进行准 确的实时剩余寿命预测。
[0003] 中国专利CN101087125B公开了一种具有寿命预测功能的电动汽车电机驱动系 统，该文件中指出可以通过对IGBT结温及结温变化实时预测其剩余寿命，公式及方法如 下：
[0004] LIGBT =N(Tj,Δη) ·tcycle (5)
[0005] 式中：Ν(η，Λη)是在IGBT结温η和结温变化Λη下循环功率曲线，是功 率循环时间，单位：s，这两者是由IGBT制造商给出。
[0006] 该方法中计算剩余寿命需依靠IGBT制造商给出的功率循环曲线和功率循环时 间，但这两个参数的同样是基于某种设定工况作出的，当实际工况与设定工况不符时，其预 测出的剩余寿命也并不准确，因此，提供一种能够适应各种工况，基于结温及结温变化准确 实时预测IGBT剩余寿命的方法，成为现有技术中亟待解决的问题。
【发明内容】
[0007] 为了克服上述现有技术的不足，提供一种能够适应各种工况，基于结温实时检测 准确实时预测IGBT剩余寿命的方法。
[0008] 本发明提供了一种功率IGBT模块的寿命预测方法，其特征在于该方法基于实时 温度监测，
[0009] 首先，由实时监测的温度获得其离散有限序列，将此序列进行线性拟合得到连续 函数，再经傅里叶变换为正弦量，按电路解析方法，通过寿命损耗调节函数C，求解在寿命消 耗函数R(T)和Rc上寿命损耗，进而预测出功率IGBT模块的剩余寿命。
[0010] 所述的功率IGBT模块的寿命预测方法，其特征在于IGBT模块结温以一定频率和 幅值波动时，功率IGBT模块的瞬时寿命损耗P依下（1.1)式计算
[0011]
i' )..1)
[0012] 所述式⑴中T(t)为将实时监测得到结温T的离散有限序列进行线性拟合得到 表征Τ随时间t变化的连续函数；ω为角频率，ω= 2JTfT，fT为IGBT模块结温变化频率，
[0013] 所述功率IGBT模块累积消耗的寿命Θs根据式（2. 1)计算
〇、?.d:[0015] 当IGBT以恒定结温运行时，P依下（1. 2)式计算，
[0014]
[0016]
[0017] 累积消耗寿命根据式（2. 2)计算
[0018]
[0019]ts为IGBT模块实际运行时间，tz是实际工况下的最终可运行时间
[0020] 模块剩余寿命Lr如式（3)tz是实际工况下的最终可运行时间。
[0021]Lr =L-Θs(3)，L为功率IGBT总寿命，
[0022] 所述式（1)的参数中，R(T)、R。和C的获取过程如下：
[0023] 需要选取相同型号的功率IGBT模块3组，每组m个，m彡1，
[0024] 将3组模块分别在按以下步骤操作。
[0025] 1)模块组1运行在恒定结温?\下，得到ηι个采样时间点，对应的温度序列和剩余 寿命值，每组得到m个总寿命值，将总寿命值求平均值得Q。
[0026] 2)让其他两组模块围绕结温?\，分别在正弦波动下运行，所述正弦波幅值固定，频 率分别为f\、f2，分别得到对应的温度序列，m个寿命值，各自将总寿命值求平均值得L2,L3。
[0027]Q带入（1.2)，L2，L3带入式（1.2)联立可得到R(T)、R。和C的离散值，改变?\，得 到不同温度状态下的R(T)、R。和C参数，将这3个参数矩阵进行拟合即可得到R(T)、Rc及 C〇
[0028]其中R(T)、R。的单位为T2/t，C的单位为t/T2,T为温度单位，t为时间单位，
[0029] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0030]本发明提供的功率IGBT模块的寿命预测方法，基于实时结温监测数据，有效推测 功率IGBT模块的剩余寿命，与现有的结温检测方法只能在结温或结温变化幅值过高时向 控制系统发出警告，并不能判断模块是否真正损坏，更不能由此推测模块的剩余寿命相比， 能够基于基于实时结温监测的功率IGBT模块的剩余寿命。本发明充分考虑到了结温这一 影响功率IGBT模块寿命的最重要因素，将模型构建在功率IGBT模块结温的实时监测之上， 综合考虑到了恒定高结温以及结温频率与幅值波动这两种影响因素。且与CN101087125B中的寿命预测方法相比，本发明提供的寿命预测方法其关键参数R(T)、Rc、C建立在对现有 所检测功率IGBT模块通过简单方法实测并推导得来，参数硬件实现简单，经济成本低，因 此在复杂工况下对功率IGBT剩余寿命的进行实施检测时，其预测结果准确度更高。
[0031] 本发明中各个参数的获取计算简单，过程明确，参数一旦获取，即可直接由实时监 测结温数据预测功率IGBT模块的寿命，具有相当的实用性。
【附图说明】
[0032] 图1为实施例1所示功率IGBT模块寿命预测方法步骤1)操作等效电路模型图
[0033] 图2为实施例1所示功率IGBT模块寿命预测方法步骤2)操作等效电路模型图。 【具体实施方式】[0034] 实施例1功率IGBT模块预测寿命方法推导[0035] 所述功率IGBT模块的瞬时寿命损耗P依下（1. 1)式计算
[0036] U!
[0037] 所述式⑴中T(t)为将实时监测得到结温T的离散有限序列进行线性拟合得到 表征T随时间t变化的连续函数；ω为角频率，ω= 2πfT，fT为IGBT模块结温变化频率，
[0038] 所述功率IGBT模块累积消耗的寿命Θs根据式（2. 1)计算
[0039]
[0040] 当IGBT以恒定结温运行时，P依下（1. 2)式计算，
[0041] 、
m···
[0042] 累积消耗寿命根据式（2. 2)计算
[0043]
[0044]ts为IGBT模块实际运行时间，tz是实际工况下的最终可运行时间
[0045] 模块剩余寿命Lr如式（3)tz