Jens Weber

Untersuchung zur Früherkennung von möglichen Ausfällen von Leistungs-IGBTs

In der Elektromobilität werden Wechselrichter eingesetzt, um aus der im Akku zur Verfügung stehenden Gleichspannung Wechselspannung für den Antriebsmotor zu erzeugen. Typische Gleichspannungen liegen im Bereich von mehreren hundert Volt bei Leistungen von wenigen zehn Kilowatt bei kleineren Hybridfahrzeugen bis über 200 kW bei Elektrosportfahrzeugen. Üblicherweise kommen heute IGBTs (insulated gate bipolar transistor) als Leistungshalbleiter in den Wechselrichtern zum Einsatz.

Ein wichtiger Punkt bei der Entwicklung ist eine möglichst lange Lebensdauer der Wechselrichter. Dabei sind die Leistungshalbleiter von Bedeutung, da sie hohe Ströme mit hohen Spannungen schalten und hier der größte Teil der Verlustleistung abgeführt werden muss. Besonders vorteilhaft ist eine Früherkennung eines möglichen Ausfalls der Leistungshalbleiter und damit des gesamten Wechselrichters. Dadurch kann der Wechselrichter rechtzeitig ausgetauscht und die Sicherheit des Fahrzeuges erhöht werden.

Im Rahmen dieser Thesis soll untersucht werden, welche Parameter von IGBTs herangezogen werden können, um den Alterungszustand oder einen möglichen Ausfall frühzeitig zu erkennen. Weiterhin soll ein Aufbau zur Erkennung des Zustands des IGBTs mit Hilfe eines dieser Parameter realisiert werden.

Dazu sind u.a. folgende Punkte zu bearbeiten:

• Recherche bezüglich der Ausfallmechanismen von IGBTs und der bei Alterung beeinflussten Parameter
• Auswahl geeigneter Kenngrößen und Erstellung eines Konzeptes zu deren Messung
• Schaltplanentwicklung und Layoutdesign in Altium Designer
• Inbetriebnahme und Test der Schaltung
• Schriftliche Dokumentation der Ergebnisse und Präsentation in einem Seminarvortrag