新能源汽車電機溫度傳感器結構原理及檢測

摘要：介紹了汽車溫度傳感器的類型，負溫度系數熱敏電阻式和正溫度系數鉑電阻式兩種新能源汽車電機溫度傳感器的特點、工作原理，以及典型車型電機溫度傳感器檢測。通過對比兩種溫度傳感器的阻值與溫度變化關系部分數據表可以看出，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，同時需要檢測環境溫度，才能正確判斷傳感器本身電阻是否正常。

關鍵詞：新能源汽車；電機溫度傳感器；負溫度系數熱敏電阻；正溫度系數鉑電阻

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

汽車溫度傳感器根據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層組成。感溫元件用于將溫度變化轉換為電信號，可能由不同的金屬氧化物半導體材料制成，如銅氧化物、鎳氧化物、錫氧化物等。保護層用于保護感溫元件免受環境影響且確保電路正確工作，可能由非導體材料構成，如陶瓷等，如發動機水溫等傳感器采用負溫度系數熱敏電阻。

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，只要溫度發生改變，那么兩端就會有不同的電勢產生，通過電勢的變化來得出相應的溫度變化，如發動機排氣的溫度傳感器。

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，都可用于監測環境或設備溫度，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，但在習慣上將測溫金屬電阻稱熱電阻，將半導體感溫電阻稱為熱敏電阻，其特點對比如表1所示。

2 新能源汽車電機溫度傳感器

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

不同車型的驅動電機，溫度傳感器規格可能不同，有負溫度系數熱敏電阻式和正溫度系數鉑電阻式。

2.1 負溫度系數熱敏電阻式溫度傳感器

負溫度系數熱敏電阻式溫度傳感器主要由熱敏電阻晶體、燒結電極、引線、探頭等部件組成[2]，如圖1所示。吉利EV300/450電機繞組上搭載2個型號為SEMITEC 103NT-4的NTC負溫度系數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表。表2所示為SEMITEC 103NT-4-R025H34G的參數表[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關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國際標準，溫度系數TCR=（R100-R0）/（R0×100）=0.003851，Pt100（R0=100 Ω）、Pt1 000（R0=1 000 Ω）為統一設計型鉑電阻，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 電機溫度傳感器電路工作原理

電機控制器根據溫度傳感器信號實時監控電機的溫度，在正常情況下，電機過熱保護使溫度傳感器處于高阻態，這不影響電機的正常運轉。當電機工作中溫度傳感器受熱阻值下降，MCU接收到信號值超過內部設定值時，VCU啟動冷卻裝置（可調速冷卻液泵或溫控風扇）對電機進行冷卻，防止電機燒毀[3]。若電機的溫度升高至臨界值，VCU將啟動整車限功率保護功能，限制電機的最大輸出并設置診斷故障碼（DTC），同時儀表將點亮限功率指示燈，警示駕駛人盡快維修。若電機的溫度超過極限值，電機將被停止運行。

4 典型車型電機溫度傳感器檢測

4.1 吉利EV450電機溫度傳感器工作電路

吉利EV450驅動電機溫度傳感器電路原理如圖3所示。可以看出，為了保證驅動電機運行安全，系統設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行比對，更精確地去控制電控系統散熱。如果有一個溫度傳感器出現故障，MCU將用另一個進行替代；如果兩個溫度傳感器同時出現故障，MCU將啟動整車限功率保護功能，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人盡快維修[6]。

4.2 吉利EV450電機溫度傳感器檢測

用萬用表歐姆檔，按表6所示方法[7]，測量電機溫度傳感器1、2自身的阻值。將測量值與標準值（被測傳感器參數表）進行對比，如果在標準值范圍內，表明正常。需要注意的是應明確環境溫度。

5 結語

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的阻值也不同。測量溫度傳感器電阻的同時一定要測量環境溫度，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。本文參數表選取的只是溫度在整十數度時的電阻值，在實際應用中，可以參照完整的參數表。

參考文獻：

[1]陳育彬.驅動電機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.電動汽車構造原理及檢修[M].北京：機械工業出版社，2018.

[3]Semitec 103NT-4高溫熱敏電阻[OL].百度文庫，2013-05-23.

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

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

[6]弋國鵬，魏建平.電動汽車控制系統及檢修[M].北京：機械工業出版社，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、汽車發動機電控、汽車電氣。