Forschungsschwerpunkte

Leistungsmodul mit Substrat-Wasserkühlung für die Formel 1

Power module for Formula 1 with substrate water cooling
© Fraunhofer IZM
Power module for Formula 1 with substrate water cooling
© Fraunhofer IZM

Die wichtigsten Eigenschaften eines Leistungsmoduls für die Formel 1 sind eine höchstmögliche Leistungsdichte und ein geringes Gewicht. Volumen und Gewicht des vorgestellten Wandlers konnten im Vergleich zu früheren Versionen um ca. 50% reduziert werden.

Dieser am Fraunhofer IZM gefertigte AC-DC-Wandler zur Energierückgewinnung verwendet eine direkte Substrat-Wasserkühlung, um Gewicht und Volumen zu minimieren und gleichzeitig einen geringen thermischen Widerstand durch einen kurzen thermischen Pfad zu gewährleisten. Die Oberfläche des Substrats wird durch Bändchen vergrößert, die mit Ultraschall gebondet werden und den Wärmewiderstand reduzieren. Der Wasserkanal besteht aus AlSiC für einen angepassten CTE und die Substrate sind in seine Öffnungen eingelötet. Acht parallel geschaltete SiC-Halbleiter für jeden Schalter sorgen für die erforderliche Leistung gemäß der KERS-Anforderung; das Modul besteht aus drei Halbbrücken. Um die Streuinduktivität zu minimieren, wurden DC-Snubber im Inneren des Moduls angebracht, die die ungünstige Induktivität der Schraubklemmen eliminieren. Die Größe des Gehäuses wurde ebenfalls minimiert, indem nur sechs kleine Polymerhalterungen verwendet wurden, die die Cu-Terminals tragen, anstatt eines sperrigen Gehäuses.

Das Fraunhofer IZM hat das Powermodul gemeinsam mit Magneti Marelli entwickelt, den Prozessablauf für die Prototypenfertigung erarbeitet und ein EDM bei der Übertragung des Montageprozesses unterstützt. 

 

Forschungsschwerpunkte

Aufbau- und Verbindungstechnik für die Leistungselektronik

Der Aufbau von Leistungsmodulen umfasst heute nicht nur das flächige Löten und Al-Dickdrahtbonden. Neue Aufbaukonzepte mit optimiertem thermischen Design wie die doppelseitige Kühlung sind genauso in der Entwicklung wie neue Verbindungstechnologien, von denen man sich eine höhere Lebensdauer erhofft.

 

Messe

PCIM Europe

Fraunhofer IZM präsentiert neue Entwicklungen auf der PCIM Europe 2022.

Die PCIM Europe ist die international führende Fachmesse und Konferenz für Leistungselektronik, Intelligente Antriebstechnik, Erneuerbare Energie und Energiemanagement.