如何解决混合动力汽车功率模块的稳定性问题

焊接线加速寿命计算

　　等式6所示为特定负载条件（电流I、结点温度Tj、工作时间ton和温度波动∆T）计算等效循环次数的公式。

　　这个方程式也包含了不同温差的比率，但根据大量试验的结果作了修改[15]。

　　等式7基于等式6，所有任何负载循环i的p变换的总和，得出等效试验循环次数（条件：∆Ttest=100K、Tj,min=50°C、ton, test = 2s 和参考电流Itest = 400A）。

参数差异性

冷却条件

　　冷却能力：比较了2个风冷系统，1个液冷系统和1直接冷却（带针式散热器的液态冷却系统）系统。

　　对于风冷系统和液冷系统，假定功率模块底板与散热器之间涂抹了导热硅脂。

　　通过散热片和模块间的热传递系数α，比较两种冷却系统的冷却能力。（参阅表2：α = 124 W/m²K – 冷却能力较弱的风冷散热器；α = 454 W/m²K – 强制风冷散热器；α = 20000 W/m²K – 冷却能力较强的液冷散热器）

表2：系统参数变化

　　为了实现从功率模块到散热器的理想热传递，在功率模块底板配有鳍片散热片。这种类型的模块直接安装在开放式液冷散热器上，鳍片直接接触冷却剂。因此，无需使用导热性较差的导热膏。由于底板直接接触冷却液，未定义α值。在这种情况下，冷却液流速表示不同的冷却能力。

图7：带鳍片散热片的底板（HybridPACKTM2）[16] [17]与平板式底板示例

　　环境温度：如第2.6节所指出，对于风冷系统，最高环境温度设置为40°C，对于液冷系统则定义为70°C/95°C（表2）。

电气参数

　　电池电压：许多汽车制造商都更倾向将轻度混合动力/电动汽车的动力电池，设定为较低的电压。通过增加电池电芯数量可以实现更高电压，但这显然会导致成本和电池重量的增加。为了了解电池电压VDC对系统的影响，比较了两套电气参数（表2）。

结果

　　如图1所示，行驶循环过程中温度波动包括，功率模块运行产生的主动温度波动，和工作环境造成的被动温度波动。对于芯片来说，必须考虑IGBT和二极管的最糟情况条件。5次循环最高负载都在二极管上。因此，以二极管为例分析最恶劣情况。

　　功率循环：对于绑定线焊接脱落的寿命计算，绑定线的最高温度设置为最高芯片温度Tj max。寿命循环建模可以计算在被动/主动循环下的等效功率循环次数。

　　通过利用等式7，计算出图6中给出的∆T次数，并推导出等效主动循环次数。与被动循环类似，行驶循环次数被设置为10950。