CN113678004A

CN113678004A - 用于估计电子部件的老化的方法和装置

Info

Publication number: CN113678004A
Application number: CN202080025065.5A
Authority: CN
Inventors: N·苏拉斯; T·巴伏瓦
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-11-19
Also published as: WO2020193780A1; US20220170980A1; FR3094499A1; FR3094499B1

Abstract

用于估计电子部件（1）的老化的方法，其特征在于，其包括以下步骤：编制电子部件的热规格（2）以确定参考使用期限，确定参考温度量，测量工作中的电子部件的实际温度，确定实际温度量，确定实际温度下的等效工作时间，将该等效工作时间换算至参考温度下以获得换算等效工作时间，累加换算等效工作时间以获得可与参考使用期限相比较的已消耗使用期限。

Description

用于估计电子部件的老化的方法和装置

技术领域

本发明涉及电子领域，并且更特别地涉及用于估计电子部件的老化的方法和装置。

背景技术

已知根据校准测试来估计电子部件的使用期限，校准测试提供包括多个工作范围的工作曲线（profil）或热规格（spécification thermique），每个工作范围由工作温度和持续时间来定义。只要电子部件没有“结束”所述曲线，它就被视为保持工作。然而，电子部件的寿命曲线通常无法重现测试曲线。

电子部件故障的后果可以有各种各样的，从简单地停止所实现的功能到火灾/爆炸，或其他可能危及人类生命的后果，尤其是在关键功能依赖于电子设备的机动车中。

而且，能够估计电子部件的老化还有利于在潜在的严重故障之前为维护做好准备。

发明内容

为此，本发明提出了用于估计电子部件的老化的方法，包括以下步骤：- 编制电子部件的热规格以确定参考使用期限，- 确定参考温度量，- 测量工作中的电子部件的实际温度，- 确定实际温度量，- 确定实际温度下的等效工作时间，- 将该等效工作时间换算至参考温度下以获得换算等效工作时间，- 累加换算等效工作时间以获得可与参考使用期限相比较的已消耗使用期限。

可单独使用或组合使用的特定特征或实施例如下：

• 热规格包括由指定温度和指定工作时间组成的一系列对，并且其编制包括以下步骤：- 选择参考温度，- 针对每个对，校正指定工作时间，这是通过将该指定工作时间换算至参考温度下以获得换算指定工作时间，- 将所有的换算指定工作时间相加以获得参考使用期限，

• 根据公式TimeSpecTransi = TimeSpeci / ATemp来换算指定工作时间，其中Atemp是加速因子，优选地通过阿伦尼乌斯定律根据公式ATemp = exp[(-Ea/k) (1/Temp1- 1/Temp2)]来确定，其中Ea为恒定的活化能，等于0.7，k为玻尔兹曼常数，等于8.62x10-5，Temp1为初始温度，此处为指定温度，并且Temp2为最终温度，此处为参考温度，

• 根据公式QTempRef = PRef x R x TimeOnRef来确定参考温度量，其中QTempRef为参考温度量，PRef为参考功率，优选地是用于确立热规格的参考功率，R为电子部件的热阻，并且TimeOnRef为参考工作时间，

• 至少在实际工作时间期间测量工作中的电子部件的实际温度，

• 通过在工作时间上对实际温度进行积分来确定实际温度量，

• 通过比例定律根据公式TimeEquiv = (QTempCur / QTempRef) x (TimeOnRef/ TimeOnCur) x TimeOnRef来确定等效工作时间，其中TimeEquiv为等效工作时间，QTempCur为实际温度量，QTempRef为参考温度量，TimeOnRef为参考工作时间，并且TimeOnCur为实际工作时间，

• 根据公式TimeEquivTransi = TimeEquiv / ATemp来换算等效工作时间，其中Atemp是加速因子，优选地通过阿伦尼乌斯定律根据公式ATemp = exp[(-Ea/k) (1/Temp1- 1/Temp2)]来确定，其中Ea为恒定的活化能，等于0.7，k为玻尔兹曼常数，等于8.62x10-5，Temp1为初始温度，此处为实际温度，并且Temp2为最终温度，此处为参考温度，

• 该方法还包括比较步骤，其中计算已消耗使用期限相对于参考使用期限的比例，将其与给定阈值进行比较，所述给定阈值优选地等于95%，并且在超出的情况下触发警报。

根据本发明的第二方面，一种装置包括用于实施这样的方法的部件，其中该装置的至少一个部分安装得尽可能靠近电子部件。

根据另一特征，该装置的至少一个部分安装为远离电子部件，并集中多个电子部件的数据。

附图说明

通过阅读接下来的描述将更好地理解本发明，所述描述是仅作为示例进行的并且参考附图，其中：

图1示出了处于其周围环境中的电子部件，

图2示出了热规格，

图3示出了确定实际温度量的步骤，

图4示出了编制热规格的步骤，

图5示出了方法的框图。

具体实施方式

图1示出了电子部件1，希望对其进行相对于温度的老化估计。为此，电子部件1配备有温度传感器3。越来越多的电子部件被制造为集成有温度传感器3。因此，有利地，可以使用该集成温度传感器。否则，可以在电子部件1上或附近安装专用温度传感器3。

该温度传感器3用于持续跟踪电子部件1的温度。这种温度观察使得能够估计电子部件1经受的热应力，并且是估计其老化的途径。

基于在电子部件1的寿命期间进行的温度测量，一种方法根据实际经受的应力来估计电子部件1的实际老化。

为此，该方法包括以下步骤：

- 编制电子部件1的热规格2以确定参考使用期限TotalTimeRef，

- 确定参考温度量QTempRef，

- 测量工作中的电子部件1的实际温度TempCur，

- 确定实际温度量QTempCur，

- 确定实际温度TempCur下的等效工作时间TimeEquiv，

- 将该等效工作时间TimeEquiv换算至参考温度TempRef下以获得换算等效工作时间TimeEquivTrans，

- 累加换算等效工作时间TimeEquivTrans以获得可与参考使用期限TotalTimeRef相比较的已消耗使用期限TotalTimeCons。

如图5所示，在框图中，通过气泡示出经处理的物理量并且通过箭头示出步骤，该方法可按照三个分支来解析。第一个分支在最左侧，旨在确立参考TotalTimeRef，其代表电子部件1的使用期限。该分支的步骤可以有利地在电子部件1的任何使用之前在准备阶段一劳永逸地进行，在适当的情况下，该准备阶段是同一类型的所有电子部件1所共同的。

电子部件1经历的热应力取决于许多因素：功率、电压、电流、温度、温度变化、施加持续时间等。为了能够比较低温或短时间施加功率下的应力与长时间施加高温下的应力，并且为了能够在电子部件1的老化方面累加它们的影响，最好选择指示老化的物理量。根据本发明，一个可能的物理量是温度量，与温度和施加时间的乘积（或积分）一致，并以°C.s表示。该物理量将使得能够将电子部件1上的任何热应力与可跟参考使用期限TotalTimeRef相比较的老化时间进行关联。

在最右侧的分支中，确定这样的温度量，称为参考温度量QTempRef。作为电子部件1的特征的该参考物理量是针对在参考持续时间TimeOnRef期间施加参考温度TempRef（通常是任意的）而确定的。参考持续时间TimeOnRef就像参考功率Pref一样，是为了确立热规格而选择的物理量。同样，该确定可以有利地在电子部件1的任何使用之前在准备阶段一劳永逸地进行，在适当的情况下，该准备阶段是同一类型的所有电子部件1所共同的。

中央或主要分支包括在电子部件1的每次使用或所有使用时重复的步骤。在每次使用时，作为时间的函数至少在实际工作时间TimeOnCur期间测量电子部件1的实际温度TempCur。基于这些测量，确定实际温度量QTempCur。相对于使得能够比较可比较的持续时间的参考温度量QTempRef，该实际温度量QTempCur使得能够确定等效工作时间TimeEquiv。然后，为了能够比较可比较的温度，换算该等效工作时间TimeEquiv以获得换算等效工作时间TimeEquivTrans，其时间和温度条件可与参考使用期限TotalTimeRef的时间和温度条件相比较。所有的一致的换算等效工作时间TimeEquivTrans可以累加到实际使用期限或已消耗使用期限TotalTimeCons上，可以将其与参考使用期限TotalTimRef进行比较。在电子部件1的每次使用时确立并更新的已消耗使用期限TotalTimeCons实时地提供了已消耗使用期限的指示符，或通过求余而提供了可能的剩余寿命的指示符。

根据一个特征，参考使用期限TotalTimeRef有利地基于热规格2如下确立。如图2所示，这样的热规格2包括多个对，对包括指定温度或温度区间TempSpec1-TempSpec8，统称为TempSpeci，其与指定工作时间TimeSpec1-TimeSpec8相关联，统称为TimeSpeci。因此，图2的热规格包括八个这样的对：(TempsSpec1, TimeSpec1)到(TempSpec8, TimeSpec8)。可自由使用热规格2，其通常由电子部件的供应商随电子部件1一起提供。

为了获得参考使用期限TotalTimeRef的单个物理量，编制所有这些对。该编制如下进行，更具体地如图4所示。选择参考温度TempRef，例如150°C。该选择通常是任意的。接下来，换算每个对的指定工作时间TimeSpeci。该换算改变工作时间以使其等于假设指定温度TempSpeci是参考温度TempRef的情况下的工作时间。出现在前两列中的图4的热规格包括五个对。第一对指示对于80°C的指定温度TempSpec1的指定工作时间TimeSpec1为4500小时。将80°C的指定温度换算至150°的参考温度会引入44.77的校正标量因子。因此，第一换算指定工作时间TimeSpecTrans1等于4500h / 44.77，即101h。换言之，在80°C下工作4500小时与在150°C下工作101小时会导致相同的老化。对所有热规格对进行相同的程序，结果出现在第五列中。接下来，由于所有换算指定工作时间TimeSpecTransi或“元老化”是一致的，因此可以将它们相加。对其进行累加以获得参考使用期限TotalTimeRef，在此即672h。

可以通过对温度变化对老化的影响进行建模的任何公式来实现该换算。根据一个特征，可以根据阿伦尼乌斯定律进行换算。阿伦尼乌斯定律使得能够确定初始温度和最终温度的加速因子ATemp函数。例如，在图4的第四列中示出的该因子作为标量应用于工作时间或故障前的时间。然后应用公式TimeSpecTransi = TimeSpeci / ATemp来确定换算指定工作时间TimeSpecTransi。

加速因子ATemp通过阿伦尼乌斯定律来确定，该定律根据公式ATemp = λTemp1 /λTemp2 = exp[(-Ea/k) (1/Temp1 - 1/Temp2)]规定了指数行为，其中λTemp1为初始温度Temp1下的故障率，λTemp2为最终温度Temp2下的故障率，Ea为恒定的活化能，等于0.7，k为玻尔兹曼常数，等于8.62x10-5，Temp1为初始温度，并且Temp2为最终温度。

在编制热规格2的应用例中，初始温度Temp1在此分别为指定温度TempSpeci中的每一个，并且最终温度Temp2为要将所有都化为的参考温度TempRef。

现在回到图5框图的右侧分支。该方法确定参考温度量QTempRef。这是根据公式QTempRef = PRef x R x TimeOnRef进行的。QTempRef是参考温度量，随后将用作老化基准。PRef是参考功率。该参考功率PRef优选地是供应商用来确立热规格2的参考功率。R是电子部件1的热阻，并且TimeOnRef是为确立热规格而选择的参考工作时间。

现在继续图5框图的主要分支。每次使用电子部件1时，至少在实际工作时间TimeOnCur期间测量工作中的电子部件1的实际温度TempCur。可以测量单个温度，例如最大值或平均值，以表示工作范围。有利地，持久地或至少在实际工作时间TimeOnCur期间记录实际温度TempCur随时间变化的曲线。图3示出了这样的曲线的示例。

基于该实际温度测量TempCur，确定实际温度量QTempCur。根据一个特征，该确定是通过在实际工作时间TimeOnCur上积分实际温度TempCur。这在图3中通过曲线下的面积来图示。

该实际温度量QTempCur物理量指示电子部件1在实际温度TempCur下在工作时间TimeOnCur期间经历的老化。现在需要能够累加各个元老化，以将其重新置于已知且尤其是唯一的一个参照系中。为此，需要一方面在时间上并且另一方面关于温度校正该物理量QTempCur。

通过将实际温度量QTempCur关联至预先确定的参考温度量QTempRef来进行时间校正。这使得能够确定等效工作时间TimeEquiv。

根据一个特征，时间对热应力的影响被认为是成比例的。因此使用比例定律，根据公式TimeEquiv = (QTempCur / QTempRef) x (TimeOnRef / TimeOnCur) x TimeOnRef。TimeEquiv为等效工作时间，QTempCur为实际温度量，QTempRef为参考温度量，TimeOnRef为参考工作时间，并且TimeOnCur为实际工作时间。

等效工作时间TimeEquiv对应于在实际温度TempCur下的工作。因此，需要将其换算至参考温度TempRef，以获得可比较的物理量。

可以通过对温度变化对老化的影响进行建模的任何公式来实现该换算。根据一个特征，可以根据阿伦尼乌斯定律进行换算。阿伦尼乌斯定律使得能够确定初始温度和最终温度的加速因子ATemp函数。该因子作为标量应用于工作时间或故障前的时间。然后应用公式TimeEquivTrans = TimeEquiv / ATemp来确定换算等效工作时间TimeEquivTrans。

在换算等效时间TimeEquiv的应用例中，初始温度Temp1在此是实际温度TempCur并且最终温度Temp2是要将所有都化为的参考温度TempRef。

全部都在同一参照系中表示的换算等效工作时间可以相加。其累加使得能够确定已消耗使用期限TotalTimeCons，该使用期限与参考使用期限TotalTimeRef一致并因此可比较。

根据一个特征，该方法还包括在已消耗使用期限TotalTimeCons和参考使用期限TotalTimeRef进行比较的步骤。因此，可以有利地计算已消耗使用期限TotalTimeCons相对于参考使用期限TotalTimeRef的比例并将其与给定阈值进行比较。根据一个特征，使用阈值超出来触发警报。该警报可以用于引起用户/驾驶员或甚至维护人员的注意。取决于分配给电子部件1的关键程度，该阈值可以是任意的。可以有利地考虑95%的阈值，以在电子部件1故障之前保留5%的裕度。

本发明还涉及包括用于实施这样的方法的部件的装置。如图1所示，这样的装置集成有或未集成有电子部件1、温度传感器3和至少一个部分4，如处理单元。该部分4有利地安装得尽可能靠近电子部件1。因此，对于车载在车辆上的汽车电子部件1，部分4也车载在车辆上。

根据另一特征，该装置的至少一个部分5安装在远离电子部件1处，并且集中多个电子部件1的数据。部分4和部分5有利地通过无线链路进行通信。

根据一个实施例，本地部分4主要确保温度测量的采集。它有利地对数据进行预处理，例如换算等效工作时间TimeEquivTrans的累加，以免堵塞链路。例如，它可以针对一个工作周期累加换算等效工作时间，所述一个工作周期即车辆的两次点火断开（coupure ducontact）之间。

相反，远程部分5更多的是确保与参考使用期限TotalTimeRef的比较功能。在远程部分5在同一类型或同一车辆的多个/所有部件之间共享的情况下，远程部分5仍可对上传的数据进行统计处理以改进预测性维护。

在图中并在前面的描述中详细地图示并描述了本发明。该描述应被视为是例证性的并且是以示例的名义给出的，并且本发明不应被认为仅限于此。许多变型实施例是可能的。

Claims

1.用于估计电子部件（1）的老化的方法，其特征在于，其包括以下步骤：- 编制电子部件（1）的热规格（2）以确定参考使用期限（TotalTimeRef），- 确定参考温度量（QTempRef），-测量工作中的电子部件（1）的实际温度（TempCur），- 确定实际温度量（QTempCur），- 确定实际温度（TempCur）下的等效工作时间（TimeEquiv），- 将该等效工作时间（TimeEquiv）换算至参考温度（TempRef）下以获得换算等效工作时间（TimeEquivTrans），- 累加换算等效工作时间（TimeEquivTrans）以获得可与参考使用期限（TotalTimeRef）相比较的已消耗使用期限（TotalTimeCons）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，热规格（2）包括由指定温度（TempSpeci）和指定工作时间（TimeSpeci）组成的一系列对，并且其编制包括以下步骤：- 选择参考温度（TempRef），- 针对每个对，校正指定工作时间（TimeSpeci），这是通过将该指定工作时间（TimeSpeci）换算至参考温度（TempRef）下以获得换算指定工作时间（TimeSpecTransi），-将所有的换算指定工作时间（TimeSpecTransi）相加以获得参考使用期限（TotalTimeRef）。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据公式TimeSpecTransi = TimeSpeci / ATemp来换算指定工作时间（TimeSpeci），其中Atemp是加速因子，优选地通过阿伦尼乌斯定律根据公式ATemp = exp[(-Ea/k) (1/Temp1 - 1/Temp2)]来确定，其中Ea为恒定的活化能，等于0.7，k为玻尔兹曼常数，等于8.62x10-5，Temp1为初始温度，此处为指定温度（TempSpeci），并且Temp2为最终温度，此处为参考温度（TempRef）。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，根据公式QTempRef = PRef x R xTimeOnRef来确定参考温度量（QTempRef），其中QTempRef为参考温度量，PRef为参考功率，优选地是用于确立热规格（2）的参考功率，R为电子部件（1）的热阻，并且TimeOnRef为参考工作时间。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，至少在实际工作时间（TimeOnCur）期间测量工作中的电子部件（1）的实际温度（TempCur）。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，通过在实际工作时间（TimeOnCur）上对实际温度（TempCur）进行积分来确定实际温度量（QTempCur）。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中，通过比例定律根据公式TimeEquiv= (QTempCur / QTempRef) x (TimeOnRef / TimeOnCur) x TimeOnRef来确定等效工作时间（TimeEquiv），其中TimeEquiv为等效工作时间，QTempCur为实际温度量，QTempRef为参考温度量，TimeOnRef为参考工作时间，并且TimeOnCur为实际工作时间。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中，根据公式TimeEquivTransi =TimeEquiv / ATemp来换算等效工作时间（TimeEquiv），其中Atemp是加速因子，优选地通过阿伦尼乌斯定律根据公式ATemp = exp[(-Ea/k) (1/Temp1 - 1/Temp2)]来确定，其中Ea为恒定的活化能，等于0.7，k为玻尔兹曼常数，等于8.62x10-5，Temp1为初始温度，此处为实际温度（TempCur），并且Temp2为最终温度，此处为参考温度（TempRef）。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，还包括比较步骤，其中计算已消耗使用期限（TotalTimeCons）相对于参考使用期限（TotalTimeRef）的比例，将其与给定阈值进行比较，所述给定阈值优选地等于95%，并且在超出的情况下触发警报。

10.包括用于实施根据前述权利要求中的任一项所述的方法的部件的装置，其中，该装置的至少一个部分（3、4）安装得尽可能靠近电子部件（1）。

11.根据前一权利要求所述的装置，其中，该装置的至少一个部分（5）安装为远离电子部件（1），并集中多个电子部件（1）的数据。