Leistungselektronische Stellglieder spielen eine Schlüsselrolle im elektrischen Bordnetz eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs: In der Funktion als Antriebsumrichter für Traktion oder Range- Extender, Ladegerät, Gleichstromsteller zwischen Hochvolt- und konventionellem Bordnetz sowie für eine zum Range-Extender gehörige Brennstoffzelle sind sie unverzichtbar. Die Randbedingungen ihres Einsatzes, beispielsweise hinsichtlich verfügbaren Bauraumes, Umgebungstemperatur und geforderter Lebensdauer, weichen im Kraftfahrzeug von anderen Anwendungen deutlich ab. Für die Funktion des Gesamtsystems, hier des Elektro- oder Hybridfahrzeugs, ist die Zuverlässigkeit der leistungselektronischen Bauelemente essentiell und daher bereits in der Entwurfsphase bei der Dimensionierung zu berücksichtigen und nachzuweisen. Die Methode, eine entsprechende Dimensionierung unter Berücksichtigung einer vorliegenden Qualifizierung von Leistungshalbleiter-Bauelementen vorzunehmen, sei am Beispiel eines elektrischen Fahrzeugantriebs illustriert. Die Qualifizierung der Leistungshalbleiter für aktive und passive Belastungen, welche die Basis der Bewertung darstellt, erfolgt mit standardisierten Testverfahren. Mit dem Coffin- Manson Gesetz wird die Lebensdauerkurve für mittlere Schwingspielzahlen ermittelt. Aus der Lebensdauerkurve werden die Beschleunigungsfaktoren berechnet, die nötig sind, um die für die Anwendung spezifischen Zyklenzahlen in Relation zu einem Arbeitspunkt der Lebensdauerkurve zu setzen. Für die Bewertung der aktiven Belastungen in Abhängigkeit der Anwendung ist eine Simulation des thermischen Verhaltens erstellt worden. Die Simulation ist für jeden in Frage kommenden Leistungshalbleitertyp separat durchzuführen, da das Temperaturprofil zum einen von der Anwendung selbst (Fahrzyklus), zum anderen aber besonders von den Schalt- und Durchlassverlusten des jeweilig verwendeten Halbleitermoduls abhängt. Die Verlustleistungen eines Halbleiters sind direkt abhängig von der Temperatur des Halbleiters selbst. Es ist damit eine Methode aufgezeigt worden, die eine Bewertung der Zuverlässigkeit hinsichtlich passiver und aktiver Belastung von Leistungshalbleitern in Abhängigkeit der Anwendung ermöglicht. Durch die Verwendung von standardisierten Testverfahren erfolgt die Qualifizierung der Halbleiter einfach und schnell, und in Kombination mit dem Werkzeug der Simulation, ist es möglich, bei der Auswahl der Leistungshalbleiter bereits vor dem Aufbau eines ersten Prototypen dem Optimum sehr nahe zu kommen.


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    Titel :

    Methode zur anwendungsspezifischen Qualifizierung der Zuverlässigkeit von Leistungshalbleiter-Bauelementen in automotiven Anwendungen


    Beteiligte:
    Grieger, Folkhart (Autor:in) / Lindemann, Andreas (Autor:in) / Gu, Qiong (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2011


    Format / Umfang :

    10 Seiten, 15 Bilder, 1 Tabelle, 12 Quellen


    Anmerkungen:

    (nicht paginiert)



    Medientyp :

    Aufsatz (Konferenz)


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch




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