新能源汽车电机温度传感器结构原理及检测

摘要：介绍了汽车温度传感器的类型，负温度系数热敏电阻式和正温度系数铂电阻式两种新能源汽车电机温度传感器的特点、工作原理，以及典型车型电机温度传感器检测。通过对比两种温度传感器的阻值与温度变化关系部分数据表可以看出，传感器阻值随温度变化趋势不同。采用相同的检测方法，在检测阻值时需分清楚传感器的类型，同时需要检测环境温度，才能正确判断传感器本身电阻是否正常。

关键词：新能源汽车；电机温度传感器；负温度系数热敏电阻；正温度系数铂电阻

中图分类号：U469.7 收稿日期：2024-02-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.04.028

1 汽车温度传感器概述

温度传感器按照温度系数不同分为正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）两种。正温度系数传感器在温度越高时电阻值越大，负温度系数传感器在温度越高时电阻值越低。使用的材料有半导体材料、合金材料和金属材料等。

汽车温度传感器根据感温元件不同可以分成热敏电阻式、热电偶式和热电阻式三大类。具体如下：

a.热敏电阻温度传感器主要由感温元件和保护层组成。感温元件用于将温度变化转换为电信号，可能由不同的金属氧化物半导体材料制成，如铜氧化物、镍氧化物、锡氧化物等。保护层用于保护感温元件免受环境影响且确保电路正确工作，可能由非导体材料构成，如陶瓷等，如发动机水温等传感器采用负温度系数热敏电阻。

b.热电偶温度传感器主要是通过两根不同的金属材料焊接在一起，只要温度发生改变，那么两端就会有不同的电势产生，通过电势的变化来得出相应的温度变化，如发动机排气的温度传感器。

c.热电阻温度传感器常见的热电阻材料有铂、镍、铜等，如某些新能源汽车电机温度传感器。

热电阻式与热敏电阻式是两种常见的温度传感器。它们都属于电阻式温度传感器，工作原理是利用材料的电阻随温度变化的特性来测量温度，都可用于监测环境或设备温度，但是它们的工作原理和特点有所不同。从广义上讲，热电阻就是热敏电阻，但在习惯上将测温金属电阻称热电阻，将半导体感温电阻称为热敏电阻，其特点对比如表1所示。

2 新能源汽车电机温度传感器

在新能源汽车电机驱动系统中，电机温度传感器用以检测驱动电机定子绕组的温度，并将温度信号转换成电子信号输送给电机控制器。电机控制器与整车控制器用此信号保护驱动电机，避免过热。电动汽车驱动电机温度传感器外形小巧，通常被放置在定子绕组内部，通过引线连接到外部控制器或保护电路，其数量为2～3个，分别是U、V、W相温度传感器[1]。

不同车型的驱动电机，温度传感器规格可能不同，有负温度系数热敏电阻式和正温度系数铂电阻式。

2.1 负温度系数热敏电阻式温度传感器

负温度系数热敏电阻式温度传感器主要由热敏电阻晶体、烧结电极、引线、探头等部件组成[2]，如图1所示。吉利EV300/450电机绕组上搭载2个型号为SEMITEC 103NT-4的NTC负温度系数热敏电阻式温度传感器。传感器在不同温度时的电阻值需查阅其参数表。表2所示为SEMITEC 103NT-4-R025H34G的参数表[3]。由表2可知，25 ℃时正常电阻值为10 kΩ，阻值随温度升高而降低，随温度降低而升高。电阻误差为±3%，即9.7 kΩ≤R25 ℃≤10.3 kΩ均属于正常。

2.2 正温度系数铂电阻式温度传感器

铂电阻式温度传感器是利用其电阻与温度成一定函数关系而制成的温度传感器。铂热电阻温度传感器的型号包括Pt100、Pt500和Pt1000等。其中，Pt100和Pt1000为常用的铂热电阻温度传感器型号，其阻值范围分别为0 ℃时的电阻值为100 Ω和1 000 Ω，测温范围均为-200～850 ℃。按IEC75国际标准，温度系数TCR=（R100-R0）/（R0×100）=0.003851，Pt100（R0=100 Ω）、Pt1 000（R0=1 000 Ω）为统一设计型铂电阻，如表3所示[4]。铂电阻阻值会随着温度的升高而呈线性增长。PT100在0 ℃时它的阻值为100 Ω，电阻变化率为0.3851 Ω/℃，温度每升高1 ℃，其阻值便增加0.3851 Ω，如表4所示。PT1000在0 ℃时它的阻值为1 000 Ω，电阻变化率为3.851 Ω/℃，温度每升高1 ℃，其阻值便增加3.851 Ω，如表5所示[5]。

北汽EV160电机绕组上搭载2个Pt1000铂电阻温度传感器，其外观如图2所示。

3 电机温度传感器电路工作原理

电机控制器根据温度传感器信号实时监控电机的温度，在正常情况下，电机过热保护使温度传感器处于高阻态，这不影响电机的正常运转。当电机工作中温度传感器受热阻值下降，MCU接收到信号值超过内部设定值时，VCU启动冷却装置（可调速冷却液泵或温控风扇）对电机进行冷却，防止电机烧毁[3]。若电机的温度升高至临界值，VCU将启动整车限功率保护功能，限制电机的最大输出并设置诊断故障码（DTC），同时仪表将点亮限功率指示灯，警示驾驶人尽快维修。若电机的温度超过极限值，电机将被停止运行。

4 典型车型电机温度传感器检测

4.1 吉利EV450电机温度传感器工作电路

吉利EV450驱动电机温度传感器电路原理如图3所示。可以看出，为了保证驱动电机运行安全，系统设置了两个温度传感器，MCU对两个温度传感器信号实时检测并进行比对，更精确地去控制电控系统散热。如果有一个温度传感器出现故障，MCU将用另一个进行替代；如果两个温度传感器同时出现故障，MCU将启动整车限功率保护功能，车辆最高车速及加速性能将受限，同时仪表将点亮限功率指示灯警示驾驶人尽快维修[6]。

4.2 吉利EV450电机温度传感器检测

用万用表欧姆档，按表6所示方法[7]，测量电机温度传感器1、2自身的阻值。将测量值与标准值（被测传感器参数表）进行对比，如果在标准值范围内，表明正常。需要注意的是应明确环境温度。

5 结语

测量温度传感器电阻时，需分清楚传感器的类型。不同的传感器在相同温度时阻值不同，同一传感器在不同温度时对应的阻值也不同。测量温度传感器电阻的同时一定要测量环境温度，才能正确判断传感器本身电阻是否正常。热敏电阻式和热电阻式温度传感器检测方法相同，不同的是传感器阻值随温度变化趋势不同。本文参数表选取的只是温度在整十数度时的电阻值，在实际应用中，可以参照完整的参数表。

参考文献：

[1]陈育彬.驱动电机温度传感器的原理与检测[J].新能源汽车，2020（5）：52-54.

[2]弋国鹏，魏建平，刘凤良.电动汽车构造原理及检修[M].北京：机械工业出版社，2018.

[3]Semitec 103NT-4高温热敏电阻[OL].百度文库，2013-05-23.

[4]湖南泽天传感器有限公司.铂电阻Pt100温度传感器基础知识[OL].百度网站，2013-04-18.

[5]深圳市浩渡科技有限公司.Pt1000热电阻分度表—温度传感器对应表[OL].百度-人人网文库，2022-01-15.

[6]弋国鹏，魏建平.电动汽车控制系统及检修[M].北京：机械工业出版社，2020.

[7]吉利帝豪EV维修手册[Z].

作者简介：

方敏，女，1977年生，讲师，研究方向为新能源汽车电机、汽车发动机电控、汽车电气。