Methodology for thermal modeling, monitoring and control of power electronic modules

  • Verfahren zur thermischen Modellierung, Überwachung und Regelung von Leistungsmodulen

van der Broeck, Christoph Henrik; de Doncker, Rik W. (Thesis advisor); Lorenz, Robert D. (Thesis advisor)

Aachen : ISEA (2018, 2019)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge des ISEA 119
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (viii, 290 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2018

Kurzfassung

Der zuverlässige und sichere Betrieb von Leistungsmodulen ist in vielen Anwendungen von großer Bedeutung. Ein konservativer Ansatz ist die strategische Überdimensionierung von Umrichtern. Im Gegensatz dazu schlägt diese Arbeit eine modellbasierte Methodik für die thermische Überwachung und Steuerung von Leistungsmodulen als kostensparende Alternative vor, welche Überdimensionierung mit einer Vielzahl neuer Technologien vermeidet. Durch die Kombination von Finite-Volumen-Modellierung und Modellreduktionstechniken wurden ultrakompakte Echtzeitmodelle für die genaue beobachtete Überwachung von 3-D verteilten Temperaturen an kritischen Materialschnittstellen entwickelt. Es wurde ein neues Verfahren zu in-situ-thermischen Impedanzspektroskopie eingeführt, um den Abwärmepfad von Leistungsmodulen zu charakterisieren. Dies ermöglicht die Identifizierung und Diagnose von Degradationsmechanismen auf Basis künstlicher neuronaler Netze. Die vorgestellte thermische Zustandsregelung reduziert aktiv thermische Zyklen des Leistungsmoduls, um dessen Lebensdauer zu verlängern, indem sie adaptive Gate-Widerstände und die Schaltfrequenz manipuliert. Die vorgeschlagene Methodik zielt darauf ab, einen sicheren und zuverlässigen Betrieb von kompakten Umrichtersystemen über eine längere Lebensdauer zu gewährleisten.

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