de.wedoany.com-Bericht: Deutschland – Die Infineon Technologies AG hat kürzlich ein neues 1300-V-SiC-Leistungsmodul der HybridPACK™ Drive-Serie für Traktionswechselrichter in Elektrofahrzeugen vorgestellt, das die Dauerbetriebstemperatur von SiC-Leistungsmodulen für Fahrzeuge auf maximal 205 °C erhöht. Infineon gibt an, dass bestehende Auslegungen in der Regel einen Betrieb bei maximal 175 °C erlauben; das neue Modul verbessert die Temperaturfähigkeit um 30 °C und hilft Automobilherstellern und Tier-1-Zulieferern, in bestehenden Wechselrichterarchitekturen eine höhere Spitzen- und Dauerausgangsleistung freizusetzen oder in neuen Plattformen die Komplexität des Thermomanagements zu reduzieren.
Der Traktionswechselrichter ist eine Kernkomponente im elektrischen Antriebssystem von Elektrofahrzeugen und wandelt den Gleichstrom der Batterie in den für den Antriebsmotor erforderlichen Wechselstrom um. Das Leistungsmodul ist hohen Spannungen, großen Strömen und hohen Temperaturen ausgesetzt; seine Temperaturgrenze beeinflusst direkt die Dauerleistung, die Spitzenausgangsleistung, die Kühlungsauslegung und die gesamte thermische Managementstrategie des Fahrzeugs. SiC-Bauelemente bieten im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Leistungsbauelementen eine höhere Schalteffizienz und geringere Verluste und haben sich zu einer wichtigen technologischen Richtung für 800-V- und höhere Spannungsplattformen entwickelt. Mit der Erhöhung der Dauerbetriebstemperatur auf 205 °C reagiert Infineon gezielt auf den Bedarf an Leistungsdichte und thermischen Reserven in Hochspannungs-E-Antrieben.
Infineon erklärt, dass die höhere Betriebstemperatur den Ausgangsstrom im Vergleich zu bestehenden Auslegungen um bis zu 15 % erhöhen kann, was sich direkt in einer höheren Leistungsdichte des Wechselrichters niederschlägt. Für Elektrofahrzeugplattformen bedeutet eine höhere Leistungsdichte entweder eine höhere Ausgangsleistung im gleichen Bauraum oder eine Reduzierung von Systemgröße und -gewicht bei gleichem Ausgangsziel. Bei bereits festgelegten Wechselrichterplattformen, bei denen Modulabmessungen, Schnittstellen und Footprint gleich bleiben, können Fahrzeughersteller und Tier-1-Zulieferer Leistungsupgrades ohne größere architektonische Umgestaltungen durchführen.
Ein weiterer entscheidender Punkt des Moduls ist seine Kompatibilität mit bestehenden Plattformen. Laut Infineon-Ankündigung behält das neue Modul die gleichen Modulabmessungen, den gleichen Footprint und die gleichen Schnittstellen bei, was eine nahtlose Integration in bestehende Plattformen ermöglicht und so den Druck kostspieliger Neukonstruktionen und verlängerter Entwicklungszyklen reduziert. Für die Lieferkette der Automobilelektronik hat dieses „kompatible Upgrade“ einen praktischen Wert, da die Einführungszeit für Fahrzeugkomponenten lang ist und Validierung, Zuverlässigkeitstests, funktionale Sicherheit, thermische Simulation, Fahrzeugabstimmung und Serienfreigabe umfasst. Wenn das Leistungsmodul auf bewährte Gehäuse und Schnittstellen zurückgreifen kann, trägt dies dazu bei, die Markteinführungszeit für neue Wechselrichterdesigns zu verkürzen.
Das Thermomanagement ist eine weitere Auswirkung dieser technologischen Änderung. Wechselrichter in Elektrofahrzeugen sind in der Regel auf Kühlplatten, Kühlkreisläufe, Wärmeleitmaterialien und das gesamte thermische Managementsystem des Fahrzeugs angewiesen, um die Bauteiltemperatur zu halten. Nachdem das Leistungsmodul eine höhere Sperrschichttemperatur aushält, können Ingenieure unter gleichen Kühlbedingungen mehr Leistung freisetzen oder in neuen Designs kleinere oder einfachere Kühlsysteme ausprobieren. Die Vereinfachung des Kühlsystems wirkt sich nicht nur auf die Kosten aus, sondern auch auf das Fahrzeuggewicht, den Bauraum und die Energieeffizienz. Infineon betont ausdrücklich, dass eine höhere Toleranz gegenüber Sperrschichttemperaturen dazu beiträgt, Systemkosten zu senken, das Fahrzeuggewicht zu reduzieren und die Gesamteffizienz zu verbessern.
Die 1300-V-Blockierspannung entspricht dem Bedarf an höheren Batteriespannungsplattformen. Infineon gibt an, dass es sich um das erste Modul der HybridPACK Drive-Serie mit einer Blockierspannung von 1300 V handelt, das die Wechselrichterleistung, den Wirkungsgrad und die Robustheit in Szenarien mit Batteriespannungen über 900 V verbessert. Mit der Erforschung von Batteriesystemen über 900 V in High-End-Elektrofahrzeugen und Hochleistungsplattformen müssen Leistungsbauelemente eine höhere Spannungsreserve bieten, um Batteriespannungsschwankungen, Rekuperationsbremsung, transiente Betriebszustände und langfristige Zuverlässigkeitsanforderungen zu bewältigen. Die Kombination aus höherer Blockierspannung und höherer Temperaturfähigkeit wird größere Designspielräume für die nächste Generation von Hochspannungs-E-Antriebssystemen schaffen.
HybridPACK™ Drive ist eine Produktfamilie von Infineon für Traktionswechselrichter in Hybrid- und vollelektrischen Fahrzeugen, die sowohl Silizium- als auch SiC-Technologien abdeckt. Laut der chinesischen Infineon-Website richtet sich die Serie an Traktionswechselrichter für Elektrofahrzeuge und Nutzfahrzeuge mit einem Leistungsbereich von 100 kW bis 300 kW und betont skalierbare Gehäuse, einfache Designbarkeit und Fahrzeugqualifikation. Die Produktfamilie wurde zuvor auf die Spannungsklassen 750 V und 1200 V erweitert; das neue 1300-V-SiC-Modul treibt das Produktportfolio weiter in Richtung höherer Spannungsplattformen.
Das erste Modell mit 205 °C Betriebsfähigkeit, FS01M9R13A7MA2B, ist bereits auf dem Markt. Infineon kündigte außerdem an, die 205 °C Betriebstemperaturfähigkeit auf die bestehenden 1200-V-SiC-Module der HybridPACK Drive-Serie auszuweiten. Dies deutet darauf hin, dass 205 °C keine isolierte Fähigkeit eines einzelnen Modells ist, sondern eine mögliche Plattform-Upgrade-Richtung für Infineons SiC-Module für Fahrzeuge darstellt. Für Fahrzeughersteller und Tier-1-Zulieferer ist eine plattformweite Erweiterung wichtiger als ein einzelnes Produkt, da verschiedene Fahrzeugmodelle, Leistungsklassen und Spannungsplattformen wiederverwendbare Modulkombinationen erfordern.
Der Wettbewerb bei SiC-Leistungsmodulen tritt von der Phase der „Effizienzsteigerung“ in eine Phase des umfassenden Wettbewerbs um „hohe Temperatur, hohe Spannung, hohe Leistungsdichte und Systemkosten“ ein. Die nächste Upgrade-Runde für Elektrofahrzeugplattformen hängt nicht nur von der Batteriekapazität und dem Motorwirkungsgrad ab, sondern auch davon, ob der Wechselrichter bei höheren Spannungen, höheren Temperaturen und in kompakteren Bauräumen stabil arbeiten kann. Die Fähigkeit zum Dauerbetrieb bei 205 °C verschiebt die Grenzen des thermischen Designs nach außen und bietet Fahrzeugherstellern eine neue Bauelementbasis, um Leistung, Kosten, Gewicht und Zuverlässigkeit neu auszubalancieren.
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