Die Anzahl von Elektro- und Hybridfahrzeugen (HEV) muss steigen, um die weltweiten CO2-Vorgaben bis 2020 zu erreichen
: 95 Gramm CO2 pro Kilometer in Europa, 121 g/km in den USA, 117 g/km in China und 105 g/km in Japan. Bei der Elektrifizierung einer bestehenden Fahrzeugplattform ist im beengten Motorraum zusätzlich 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 42 mm x 42,4 mm x 4,77 mm 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 15 nH. Zusammen mit einer hohen Sperrspannung von 700 V unterstützt das die Entwicklung von Wechselrichtersystemen mit etwa 25 Prozent 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 RthJC des Leistungsmoduls HybridPACK DSC erheblich auf nur 0,1 K/W. Zum Vergleich: 0,12 K/W sind es beim heutigen HybridPACK 1. Die neue 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 15 nH des HybridPACK DSC liegt etwa 40 Prozent unter dem vergleichbarer Module. Das führt zu einer Verringerung der Schaltverluste um 25 Prozent.
Verfügbarkeit der Leistungsmodule HybridPACK DSC
Das erste Modul der HybridPACK DSC-Familie ist das FF400R07A01E3_S6 mit VCES von 700 V und ICnom von 400 A in Halbbrückenkonfiguration. Seine Entwicklungsmuster sind im September 2016 verfügbar. Ab Oktober 2016 gibt es Entwicklungsmuster eines weiteren Produkts mit VCES von 700 V und ICnom von 200 A in Vollbrückenkonfiguration. Modulvarianten mit anderen Leistungsbereichen sind bereits in Entwicklung.
