如何解決混合動力汽車功率模塊的穩(wěn)定性問題

焊接線加速壽命計算

　　等式6所示為特定負載條件（電流I、結(jié)點溫度Tj、工作時間ton和溫度波動?T）計算等效循環(huán)次數(shù)的公式。

　　這個方程式也包含了不同溫差的比率，但根據(jù)大量試驗的結(jié)果作了修改[15]。

　　等式7基于等式6，所有任何負載循環(huán)i的p變換的總和，得出等效試驗循環(huán)次數(shù)（條件：?Ttest=100K、Tj,min=50°C、ton, test = 2s 和參考電流Itest = 400A）。

參數(shù)差異性

冷卻條件

　　冷卻能力：比較了2個風冷系統(tǒng)，1個液冷系統(tǒng)和1直接冷卻（帶針式散熱器的液態(tài)冷卻系統(tǒng)）系統(tǒng)。

　　對于風冷系統(tǒng)和液冷系統(tǒng)，假定功率模塊底板與散熱器之間涂抹了導熱硅脂。

　　通過散熱片和模塊間的熱傳遞系數(shù)α，比較兩種冷卻系統(tǒng)的冷卻能力。（參閱表2：α = 124 W/m2K – 冷卻能力較弱的風冷散熱器；α = 454 W/m2K – 強制風冷散熱器；α = 20000 W/m2K – 冷卻能力較強的液冷散熱器）

表2：系統(tǒng)參數(shù)變化

　　為了實現(xiàn)從功率模塊到散熱器的理想熱傳遞，在功率模塊底板配有鰭片散熱片。這種類型的模塊直接安裝在開放式液冷散熱器上，鰭片直接接觸冷卻劑。因此，無需使用導熱性較差的導熱膏。由于底板直接接觸冷卻液，未定義α值。在這種情況下，冷卻液流速表示不同的冷卻能力。

圖7：帶鰭片散熱片的底板（HybridPACKTM2）[16] [17]與平板式底板示例

　　環(huán)境溫度：如第2.6節(jié)所指出，對于風冷系統(tǒng)，最高環(huán)境溫度設(shè)置為40°C，對于液冷系統(tǒng)則定義為70°C/95°C（表2）。

電氣參數(shù)

　　電池電壓：許多汽車制造商都更傾向?qū)⑤p度混合動力/電動汽車的動力電池，設(shè)定為較低的電壓。通過增加電池電芯數(shù)量可以實現(xiàn)更高電壓，但這顯然會導致成本和電池重量的增加。為了了解電池電壓VDC對系統(tǒng)的影響，比較了兩套電氣參數(shù)（表2）。

結(jié)果

　　如圖1所示，行駛循環(huán)過程中溫度波動包括，功率模塊運行產(chǎn)生的主動溫度波動，和工作環(huán)境造成的被動溫度波動。對于芯片來說，必須考慮IGBT和二極管的最糟情況條件。5次循環(huán)最高負載都在二極管上。因此，以二極管為例分析最惡劣情況。

　　功率循環(huán)：對于綁定線焊接脫落的壽命計算，綁定線的最高溫度設(shè)置為最高芯片溫度Tj max。壽命循環(huán)建模可以計算在被動/主動循環(huán)下的等效功率循環(huán)次數(shù)。

　　通過利用等式7，計算出圖6中給出的?T次數(shù)，并推導出等效主動循環(huán)次數(shù)。與被動循環(huán)類似，行駛循環(huán)次數(shù)被設(shè)置為10950。