新能源汽車電機(jī)溫度傳感器結(jié)構(gòu)原理及檢測

摘要：介紹了汽車溫度傳感器的類型，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻式和正溫度系數(shù)鉑電阻式兩種新能源汽車電機(jī)溫度傳感器的特點、工作原理，以及典型車型電機(jī)溫度傳感器檢測。通過對比兩種溫度傳感器的阻值與溫度變化關(guān)系部分?jǐn)?shù)據(jù)表可以看出，傳感器阻值隨溫度變化趨勢不同。采用相同的檢測方法，在檢測阻值時需分清楚傳感器的類型，同時需要檢測環(huán)境溫度，才能正確判斷傳感器本身電阻是否正常。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；電機(jī)溫度傳感器；負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻；正溫度系數(shù)鉑電阻

中圖分類號：U469.7 收稿日期：2024-02-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.04.028

1 汽車溫度傳感器概述

溫度傳感器按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（NTC）兩種。正溫度系數(shù)傳感器在溫度越高時電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)傳感器在溫度越高時電阻值越低。使用的材料有半導(dǎo)體材料、合金材料和金屬材料等。

汽車溫度傳感器根據(jù)感溫元件不同可以分成熱敏電阻式、熱電偶式和熱電阻式三大類。具體如下：

a.熱敏電阻溫度傳感器主要由感溫元件和保護(hù)層組成。感溫元件用于將溫度變化轉(zhuǎn)換為電信號，可能由不同的金屬氧化物半導(dǎo)體材料制成，如銅氧化物、鎳氧化物、錫氧化物等。保護(hù)層用于保護(hù)感溫元件免受環(huán)境影響且確保電路正確工作，可能由非導(dǎo)體材料構(gòu)成，如陶瓷等，如發(fā)動機(jī)水溫等傳感器采用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。

b.熱電偶溫度傳感器主要是通過兩根不同的金屬材料焊接在一起，只要溫度發(fā)生改變，那么兩端就會有不同的電勢產(chǎn)生，通過電勢的變化來得出相應(yīng)的溫度變化，如發(fā)動機(jī)排氣的溫度傳感器。

c.熱電阻溫度傳感器常見的熱電阻材料有鉑、鎳、銅等，如某些新能源汽車電機(jī)溫度傳感器。

熱電阻式與熱敏電阻式是兩種常見的溫度傳感器。它們都屬于電阻式溫度傳感器，工作原理是利用材料的電阻隨溫度變化的特性來測量溫度，都可用于監(jiān)測環(huán)境或設(shè)備溫度，但是它們的工作原理和特點有所不同。從廣義上講，熱電阻就是熱敏電阻，但在習(xí)慣上將測溫金屬電阻稱熱電阻，將半導(dǎo)體感溫電阻稱為熱敏電阻，其特點對比如表1所示。

2 新能源汽車電機(jī)溫度傳感器

在新能源汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，電機(jī)溫度傳感器用以檢測驅(qū)動電機(jī)定子繞組的溫度，并將溫度信號轉(zhuǎn)換成電子信號輸送給電機(jī)控制器。電機(jī)控制器與整車控制器用此信號保護(hù)驅(qū)動電機(jī)，避免過熱。電動汽車驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器外形小巧，通常被放置在定子繞組內(nèi)部，通過引線連接到外部控制器或保護(hù)電路，其數(shù)量為2～3個，分別是U、V、W相溫度傳感器[1]。

不同車型的驅(qū)動電機(jī)，溫度傳感器規(guī)格可能不同，有負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻式和正溫度系數(shù)鉑電阻式。

2.1 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻式溫度傳感器

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻式溫度傳感器主要由熱敏電阻晶體、燒結(jié)電極、引線、探頭等部件組成[2]，如圖1所示。吉利EV300/450電機(jī)繞組上搭載2個型號為SEMITEC 103NT-4的NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻式溫度傳感器。傳感器在不同溫度時的電阻值需查閱其參數(shù)表。表2所示為SEMITEC 103NT-4-R025H34G的參數(shù)表[3]。由表2可知，25 ℃時正常電阻值為10 kΩ，阻值隨溫度升高而降低，隨溫度降低而升高。電阻誤差為±3%，即9.7 kΩ≤R25 ℃≤10.3 kΩ均屬于正常。

2.2 正溫度系數(shù)鉑電阻式溫度傳感器

鉑電阻式溫度傳感器是利用其電阻與溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器。鉑熱電阻溫度傳感器的型號包括Pt100、Pt500和Pt1000等。其中，Pt100和Pt1000為常用的鉑熱電阻溫度傳感器型號，其阻值范圍分別為0 ℃時的電阻值為100 Ω和1 000 Ω，測溫范圍均為-200～850 ℃。按IEC75國際標(biāo)準(zhǔn)，溫度系數(shù)TCR=（R100-R0）/（R0×100）=0.003851，Pt100（R0=100 Ω）、Pt1 000（R0=1 000 Ω）為統(tǒng)一設(shè)計型鉑電阻，如表3所示[4]。鉑電阻阻值會隨著溫度的升高而呈線性增長。PT100在0 ℃時它的阻值為100 Ω，電阻變化率為0.3851 Ω/℃，溫度每升高1 ℃，其阻值便增加0.3851 Ω，如表4所示。PT1000在0 ℃時它的阻值為1 000 Ω，電阻變化率為3.851 Ω/℃，溫度每升高1 ℃，其阻值便增加3.851 Ω，如表5所示[5]。

北汽EV160電機(jī)繞組上搭載2個Pt1000鉑電阻溫度傳感器，其外觀如圖2所示。

3 電機(jī)溫度傳感器電路工作原理

電機(jī)控制器根據(jù)溫度傳感器信號實時監(jiān)控電機(jī)的溫度，在正常情況下，電機(jī)過熱保護(hù)使溫度傳感器處于高阻態(tài)，這不影響電機(jī)的正常運轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)工作中溫度傳感器受熱阻值下降，MCU接收到信號值超過內(nèi)部設(shè)定值時，VCU啟動冷卻裝置（可調(diào)速冷卻液泵或溫控風(fēng)扇）對電機(jī)進(jìn)行冷卻，防止電機(jī)燒毀[3]。若電機(jī)的溫度升高至臨界值，VCU將啟動整車限功率保護(hù)功能，限制電機(jī)的最大輸出并設(shè)置診斷故障碼（DTC），同時儀表將點亮限功率指示燈，警示駕駛?cè)吮M快維修。若電機(jī)的溫度超過極限值，電機(jī)將被停止運行。

4 典型車型電機(jī)溫度傳感器檢測

4.1 吉利EV450電機(jī)溫度傳感器工作電路

吉利EV450驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器電路原理如圖3所示。可以看出，為了保證驅(qū)動電機(jī)運行安全，系統(tǒng)設(shè)置了兩個溫度傳感器，MCU對兩個溫度傳感器信號實時檢測并進(jìn)行比對，更精確地去控制電控系統(tǒng)散熱。如果有一個溫度傳感器出現(xiàn)故障，MCU將用另一個進(jìn)行替代；如果兩個溫度傳感器同時出現(xiàn)故障，MCU將啟動整車限功率保護(hù)功能，車輛最高車速及加速性能將受限，同時儀表將點亮限功率指示燈警示駕駛?cè)吮M快維修[6]。

4.2 吉利EV450電機(jī)溫度傳感器檢測

用萬用表歐姆檔，按表6所示方法[7]，測量電機(jī)溫度傳感器1、2自身的阻值。將測量值與標(biāo)準(zhǔn)值（被測傳感器參數(shù)表）進(jìn)行對比，如果在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，表明正常。需要注意的是應(yīng)明確環(huán)境溫度。

5 結(jié)語

測量溫度傳感器電阻時，需分清楚傳感器的類型。不同的傳感器在相同溫度時阻值不同，同一傳感器在不同溫度時對應(yīng)的阻值也不同。測量溫度傳感器電阻的同時一定要測量環(huán)境溫度，才能正確判斷傳感器本身電阻是否正常。熱敏電阻式和熱電阻式溫度傳感器檢測方法相同，不同的是傳感器阻值隨溫度變化趨勢不同。本文參數(shù)表選取的只是溫度在整十?dāng)?shù)度時的電阻值，在實際應(yīng)用中，可以參照完整的參數(shù)表。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳育彬.驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器的原理與檢測[J].新能源汽車，2020（5）：52-54.

[2]弋國鵬，魏建平，劉鳳良.電動汽車構(gòu)造原理及檢修[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018.

[3]Semitec 103NT-4高溫?zé)崦綦娮鑋OL].百度文庫，2013-05-23.

[4]湖南澤天傳感器有限公司.鉑電阻Pt100溫度傳感器基礎(chǔ)知識[OL].百度網(wǎng)站，2013-04-18.

[5]深圳市浩渡科技有限公司.Pt1000熱電阻分度表—溫度傳感器對應(yīng)表[OL].百度-人人網(wǎng)文庫，2022-01-15.

[6]弋國鵬，魏建平.電動汽車控制系統(tǒng)及檢修[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020.

[7]吉利帝豪EV維修手冊[Z].

作者簡介：

方敏，女，1977年生，講師，研究方向為新能源汽車電機(jī)、汽車發(fā)動機(jī)電控、汽車電氣。