Im elektrischen Antriebstrang von Hybrid- und Elektrofahrzeugen bildet die Leistungselektronik die Schnittstelle zwischen den Hochvoltbatterien und dem Elektromotor. Um zuverlässige Leistungselektronik in kleineren Bauräumen und mit höheren Leistungsdichten bei kürzeren Entwicklungszeiten realisieren zu können, ist eine rechnergestützte Optimierung der verwendeten Komponenten notwendig. Es wird eine Methode vorgestellt, die es ermöglicht in frühen Projektphasen Haupteinflussparameter auf die Zuverlässigkeit zu identifizieren. Damit können Konstruktionen unter Zuverlässigkeitsgesichtspunkten geometriebasiert optimiert werden. Dazu werden fehlerbildbezogene FE-Simulationen durchgeführt und diese mit experimentell ermittelten Lebensdauermodellen abgeglichen. Hier werden als stark belastete Komponenten der Leistungsejektraiik die Leistungsmodule, d.h. die Träger der leistungselektronischen Bauelemente, betrachtet. Ausfälle in den Leistungsmodulen entstehen vorwiegend durch schnelle Temperaturwechselbelastungen bei aktiver Bestromung der Halbleiter ("active cycling"). Dies macht eine Bewertung von transienten Belastungszyklen im Fahrbetrieb nötig. Die vorgestellte Methode erlaubt es, reale Fahrzyklen schnell zu bewerten. Dies ermöglicht die Kopplung der Bewertung an Optimierungsalgorithmen. Somit wird mit der vorgestellten Methode rechnergestützte Zuverlässigkeitsgestaltung der Leistungselektronik durch Belastungsreduktion möglich.
In the electric power train for hybrid and electric vehicles the power electronics represents the connection between high voltage batteries and the electric motor. In order to design reliable power electronics in smaller designed spaces with higher power density in shorter development times, it is necessary to use computer based optimization for designing its components. Here a method enabling to identify main influencing factors on reliability in early project phases is introduced. By using it, it is possible to optimize constructions geometrybased with regard to reliability considerations. Therefore one executes failure mode based FE-simulations and checks the results against experimentally determined life-time models. Here we focus on power modules, i.e. the carrier of the power electronics devices, which are among others highly loaded components of the power electronics. Failures at the power models are caused mainly by fast temperature changes during active cycling of the power modules. This requires the evaluation of transient load cycles. With the introduced method it is possible to asses real driving cycles fast. This allows a coupling to optimization algorithms. Therefore computer based reliability design by load reduction is possible.
Geometrische Zuverlässigkeitsoptimierung der Aufbauund Verbindungstechnik in der Leistungselektronik für Hybrid- und Elektrofahrzeuge
2012
12 Seiten, 6 Bilder, 12 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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