如何解決混合動(dòng)力汽車(chē)功率模塊的穩定性問(wèn)題

焊接線(xiàn)加速壽命計算

　　等式6所示為特定負載條件（電流I、結點(diǎn)溫度Tj、工作時(shí)間ton和溫度波動(dòng)?T）計算等效循環(huán)次數的公式。

　　這個(gè)方程式也包含了不同溫差的比率，但根據大量試驗的結果作了修改[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（條件：?Ttest=100K、Tj,min=50°C、ton, test = 2s 和參考電流Itest = 400A）。

參數差異性

冷卻條件

　　冷卻能力：比較了2個(gè)風(fēng)冷系統，1個(gè)液冷系統和1直接冷卻（帶針式散熱器的液態(tài)冷卻系統）系統。

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

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

表2：系統參數變化

　　為了實(shí)現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(lèi)型的模塊直接安裝在開(kāi)放式液冷散熱器上，鰭片直接接觸冷卻劑。因此，無(wú)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節所指出，對于風(fēng)冷系統，最高環(huán)境溫度設置為40°C，對于液冷系統則定義為70°C/95°C（表2）。

電氣參數

　　電池電壓：許多汽車(chē)制造商都更傾向將輕度混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池，設定為較低的電壓。通過(guò)增加電池電芯數量可以實(shí)現更高電壓，但這顯然會(huì )導致成本和電池重量的增加。為了了解電池電壓VDC對系統的影響，比較了兩套電氣參數（表2）。

結果

　　如圖1所示，行駛循環(huán)過(guò)程中溫度波動(dòng)包括，功率模塊運行產(chǎn)生的主動(dòng)溫度波動(dòng)，和工作環(huán)境造成的被動(dòng)溫度波動(dòng)。對于芯片來(lái)說(shuō)，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?lèi)毫忧闆r。

　　功率循環(huán)：對于綁定線(xiàn)焊接脫落的壽命計算，綁定線(xiàn)的最高溫度設置為最高芯片溫度Tj max。壽命循環(huán)建?？梢杂嬎阍诒粍?dòng)/主動(dòng)循環(huán)下的等效功率循環(huán)次數。

　　通過(guò)利用等式7，計算出圖6中給出的?T次數，并推導出等效主動(dòng)循環(huán)次數。與被動(dòng)循環(huán)類(lèi)似，行駛循環(huán)次數被設置為10950。