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Verfahren zur Erkennung von Feuchtigkeitsschäden an Halbleiterchips in Leistungsmodulen


Kurzfassung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm und eine Vorrichtung zum Überwachen von Halbbrücken-Leistungsmodulen eines Umrichters. Sie ermöglicht es, durch Feuchtigkeit geschädigte Leistungsmodule eines Umrichters zu erkennen, bevor dieser in Betrieb genommen wird. 


Hintergrund

Leistungsmodule in der Energieerzeugung oder Elektrotraktion sind der Feuchtigkeit ihrer Umgebung ausgesetzt. Trotz Weichvergusses der Module dringt Feuchtigkeit mit der Zeit in die Module ein. Es kommt zu Alterungseffekten im Bereich des Randabschlusses der Chips, welche die Spannungsfestigkeit der Chips reduziert und schließlich zur Zerstörung des Moduls führen. Handelsübliche Umrichtersysteme für Windenergieanlagen oder andere Anwendungen weisen keine Sensorsysteme auf, um Feuchtigkeitsschäden zu detektieren. Degradation durch Feuchtigkeit kann nicht frühzeitig erkannt werden.


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Lösung

Das Verfahren benötigt keine weiteren Sensoren innerhalb des Moduls, weshalb handelsübliche Leistungsmodule ohne Anpassung verwendet werden können. Statt Feuchtigkeitssensoren innerhalb eines Umrichters auszuwerten und auf eine Schädigung rückzuschließen, wertet das Verfahren vorhandene elektrische Größen des Umrichters aus, welche direkt durch die Moduldegradation beeinflusst werden. Da nicht die Ausbreitung der Feuchtigkeit innerhalb des Moduls überwacht und modelliert werden muss, sondern direkt Schädigungen erfasst werden, ist es ausreichend diese Messung während der Stillstandszeiten der Anlagen durchzuführen. Bei blockierten Schaltern wird eine möglichst hohe Spannung am Zwischenkreis angelegt. Es wird ein Messstrom in einen der Phasenanschlüsse des Umrichters eingeprägt. Die Mittelpunktspannung verschiebt sich entsprechend der Verläufe der Leckströme. Wird weiter die Restspannungsfeuchtigkeit eines Schalters überschritten, kommt es zu einem kontrollierten Durchbruch des Schalters. Ist eine elektrische Maschine oder Transformator als Last angeschlossen, dient diese als Kurzschluss aller Phasenmodule während der Messung.


Vorteile

  • Erkennung von geschädigten Leistungsmodulen durch Einbringen einer einfachen Messschaltung in Zweipunktwechselrichter.
  • Verfahren benötigt keine zusätzlichen Sensoren und nur eine Messschaltung pro Umrichter.
  • Einfache Messschaltung kann in vorhandenen Gatetreiber integriert werden.
  • Messung kann direkt während der Stillstandszeiten der Anlage durchgeführt werden.

Service

Lizenz zur gewerblichen Nutzung / Kooperation möglich


EZN Erfinderzentrum Norddeutschland GmbH

Luise aus der Fünten
0511 850 308 0
ausderfuenten@ezn.de
www.ezn.de
Adresse
Theaterstraße 2
30159 Hannover



Entwicklungsstand

Funktionsnachweis


Patentsituation

  • DE 10 2019 129 728 A1 anhängig

Stichworte

condition monitoring, Elektrotraktion, Feuchtigkeit, Halbleiterchips, Leckstrom, Leistungselektronik, Moduldegradation, Photovoltaik, predictive maintenance, Sensoren, Umrichter, Windenergieanlagen

Angebot Anbieter-Website


Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsführerin)

c/o TransMIT GmbH
Kerkrader Straße 3
D-35394 Gießen