Leistungsmodule sparen platz in Hybrid- & Elektrofahrzeuge

17th May 2016
Posted By : Barney Scott
Leistungsmodule sparen platz in Hybrid- & Elektrofahrzeuge

Die Anzahl von Elektro- und Hybridfahrzeugen (HEV) muss steigen, um die weltweiten CO2-Vorgaben bis 2020 zu erreichen: 95g CO2 pro Kilometer in Europa, 121g/km in den USA, 117g/km in China und 105g/km in Japan. Bei der Elektrifizierung einer bestehenden Fahrzeugplattform ist im beengten Motorraumzusätzlich ein Wechselrichter unterzubringen, der deshalb möglichst kompakt sein muss.

Seine Abmessungen werden im Wesentlichen von den verwendeten Leistungsmodulen bestimmt. Sie sollen sehr klein sein und trotzdem eine ausreichend hohe Leistungsdichte für die Steuerung und Versorgung des Elektromotors bieten. In der Regel richtet sich die Größe eines Leistungsmoduls nach zwei Faktoren: der Leistungsaufnahme der verwendeten Chips und der Möglichkeit, diese Chips so zu kühlen, dass die maximale Sperrschichttemperatur nicht überschritten wird.

Für Hybrid- und Elektrofahrzeuge hat die Infineon Technologies AG anlässlich der Fachmesse PCIM 2016 eine Familie von Leistungsmodulen vorgestellt, die all diese Vorgaben erfüllt. Die neuen HybridPACK™ DSC (Double Sided Cooling)-Module mit doppelseitiger Kühlung sind mit ihren Abmessungen von nur 42x42,4x4,77mm extrem kompakt. Sie eignen sich für den Einsatz im Hauptwechselrichter und Generator mit einem typischen Leistungsbereich von 40 bis 50 kW. Wird eine höhere Leistung gebraucht, kann man sie parallel anordnen.

Ihre geringe Streuinduktivität beträgt nur 15nH. Zusammen mit einer hohen Sperrspannung von 700V unterstützt das die Entwicklung von Wechselrichtersystemen mit etwa 25% weniger Schaltverlusten und einem sehr hohen Wirkungsgrad. Dank der integrierten Isolierung lässt sich ein HybridPACK DSC ohne externe Isolierung direkt an den Kühlkörper anbringen, was die Systemintegration vereinfacht. Jeder IGBT-Chip im Modul integriert einen Stromsensor für den Überstromschutz und einen Temperatursensor für die Schnellabschaltung bei Übertemperatur. Diese direkte und präzise Messung verbessert die Systemüberwachung. Sie macht es den Herstellern von Automobilsystemen und Fahrzeugen überdies einfacher, eine Functional-Safety-Architektur für den Hybrid- und Elektroantrieb aufzusetzen.

Durch die Kombination von doppelseitiger Chip-Kühlung und galvanischer Trennung der Kühlkörper verringert sich der thermische Widerstand R thJC des Leistungsmoduls HybridPACK DSC erheblich auf nur 0,1K/W. Zum Vergleich: 0,12K/W sind es beim heutigen HybridPACK 1. Die Modultechnik des HybridPACK DSC verbessert auch die elektrische Leistung. Die Streuinduktivität ist ein wichtiger Faktor, der durch die Modulgröße und die sorgfältige Führung des Strompfads durch das Modul bestimmt wird. Der Wert von nur 15nH des HybridPACK DSC liegt etwa 40% unter dem vergleichbarer Module. Das führt zu einer Verringerung der Schaltverluste um 25.

Das erste Modul der HybridPACK DSC-Familie ist das FF400R07A01E3_S6 mit V CES von 700V und I Cnom von 400A in Halbbrückenkonfiguration. Seine Entwicklungsmuster sind im September 2016 verfügbar. Ab Oktober 2016 gibt es Entwicklungsmuster eines weiteren Produkts mit V CES von 700V und I Cnom von 200A in Vollbrückenkonfiguration. Modulvarianten mit anderen Leistungsbereichen sind bereits in Entwicklung.





Sign up to view our publications

Sign up

Sign up to view our downloads

Sign up

SPS IPC Drives 2018
27th November 2018
Germany Nuremberg
International Security Expo 2018
28th November 2018
United Kingdom London Olympia
The Security Event 2019
9th April 2019
United Kingdom NEC, Birmingham
Ceramics Expo 2019
29th April 2019
United States of America International Exposition Center (I-X Center)