Elektromobilität für den breiten Markt Produktinnovationen und neue Partnerschaften sind gefordert

Robust und zuverlässig über die gesamte Lebensdauer

Für den Nutzer ist ein Auto ein Transportmittel, das immer verfügbar, zuverlässig und sicher sein sollte, auch unter extremen Betriebs- oder Umweltbedingungen. Daher müssen für kosteneffektive elektrische Fahrzeuge die entsprechenden Anforderungen definiert werden.  Das genaue Verständnis der Fehlermechanismen ist die Voraussetzung für die Identifizierung von Worst-Case-Bedingungen und damit der Anforderungsdefinition. Man kann prinzipiell zwei Schadensmuster unterscheiden: diejenigen die unmittelbar zu einem Fehler führen, oder diejenigen, die die Komponente vorerst nur schwächen - wie beispielsweise Lotablösung (Delamination) durch thermomechanischen Stress. Ein robustes Design ist dadurch gekennzeichnet, dass es gegenüber beiden Schadensmustern ausreichend Reserven bietet. Quellen für Fehler bei der Leistungselektronik können elektrischer, mechanischer, thermischer oder chemischer Stress sein. Eine typische Fehlerursache für Leistungsbauelemente ist Übertemperatur. Die entsprechende Sperrschichttemperatur ist abhängig von der Kühlung, der Temperatur (Transiente), dem thermischen Widerstand und den Verlusten im Baustein. Für die Worst-Case-Analyse müssen alle Parameter betrachtet werden. Beispielsweise die höchstmögliche Kühltemperatur in Kombination mit dem schlechtesten thermischen Widerstand, verursacht durch geringe Kühlung und hohe Verluste im Baustein. Um die höchstmöglichen Verluste zu definieren, ist ein detailliertes Verständnis der Betriebsbedingungen erforderlich. Typischerweise kommt es zu den höchsten Verlusten bei zwei Betriebspunkten - maximaler Ausgangslast oder unter Anfahrbedingungen. Da diese Betriebszustände sowohl Bestandteil des Antriebsstrang-Designs als auch der gesamten Betriebsstrategie des Automobils sind, ist hier eine abteilungs- oder sogar firmenübergreifende Zusammenarbeit erforderlich. Für ein robustes Design ist neben der Worst-Case-Betrachtung auch eine Lebensdaueranalyse erforderlich. Bei der Leistungselektronik sind hier die Bond- und Lötverbindungen kritische Punkte, die über die Lebenszeit durch thermomechanischen Stress beeinträchtig werden. Dabei spielt neben der Charakteristik der Verbindung auch das Lebensdauer-Temperaturprofil eine wichtige Rolle. Die Grundidee einer Lebensdaueranalyse ist, dass bis zum Ende der geplanten Lebensdauer die Stressbeanspruchung nicht zu Beschädigungen für die Applikation führt.