DE102022102765A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Zustands der thermischen Anbindung einer elektrischen Komponente - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Zustands der thermischen Anbindung einer elektrischen Komponente Download PDF

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf eine thermische Anbindung einer elektrischen Komponente an eine Kühlkomponente beschrieben. Die Vorrichtung ist eingerichtet, während eines Testbetriebs der elektrischen Komponente anhand zumindest eines Temperatursensors der elektrischen Komponente einen Temperatur-Messwert zu erfassen. Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, den Temperatur-Messwert mit einem Referenz-Messwert zu vergleichen, und die Zustandsinformation in Bezug auf die thermische Anbindung der elektrischen Komponente an die Kühlkomponente auf Basis des Vergleichs zu ermitteln.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Überwachung der thermischen Anbindung, insbesondere des thermischen Übergangswiderstands, zwischen einer elektrischen Komponente und einer Kühlkomponente.
  • Ein Fahrzeug weist ein oder mehrere elektrische Komponenten auf, um ein oder mehrere Funktionen des Fahrzeugs bereitzustellen. Beispielsweise kann an einem Hochvoltspeicher des Fahrzeugs zur Speicherung von elektrischer Energie für den Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs ein Elektronikmodul zur Steuerung und/oder Überwachung des Hochvoltspeichers angeordnet sein.
  • Eine elektrische Komponente kann über ein thermisches Interface-Material (TIM) an eine Kühlkomponente zur Kühlung der elektrischen Komponente angebunden sein. Das thermische Interface-Material kann z.B. einen Gapfiller, eine Wärmeleitpaste und/oder ein oder mehrere Gappads umfassen. Bei der initialen Montage und/oder bei dem Austausch einer elektrischen Komponente kann es zu Fehlern und/oder Schwankungen in Bezug auf den Auftrag des thermischen Interface-Materials kommen. Ferner kann es zu Alterungseffekten des thermischen Interface-Materials kommen. Dies kann ggf. zu einer überhöhten thermischen Belastung und ggf. zu einer Beeinträchtigung der elektrischen Komponente führen.
  • Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, den thermischen Übergangswiderstand des thermischen Interface-Materials zur Anbindung einer elektrischen (insbesondere einer elektronischen) Komponente an eine Kühlkomponente in effizienter und präziser Weise zu überwachen, insbesondere um eine Beeinträchtigung der elektrischen Komponente zu vermeiden.
  • Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
  • Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf die thermische Anbindung (insbesondere in Bezug auf den thermischen Übergangswiderstand der thermischen Anbindung) einer elektrischen Komponente (z.B. eines Elektronikmoduls) an eine Kühlkomponente (z.B. an eine Kühlplatte und/oder an einen Kühlkreislauf) beschrieben. Die Zustandsinformation kann die Güte der thermischen Anbindung und/oder den Wert des thermischen Übergangswiderstands anzeigen. Die elektrische Komponente kann ein Elektronikmodul eines elektrischen Energiespeichers (eines Kraftfahrzeugs) sein. Der Energiespeicher kann z.B. eine Nennspannung von 300V oder mehr, insbesondere von 800V oder mehr, aufweisen.
  • Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, während eines Testbetriebs der elektrischen Komponente anhand zumindest eines Temperatursensors der elektrischen Komponente zumindest einen Temperatur-Messwert zu erfassen. Dabei kann sich der Testbetrieb von einem Normalbetrieb der elektrischen Komponente unterscheiden. Insbesondere kann sich der Testbetrieb ausschließlich auf die Ermittlung der Zustandsinformation fokussieren (ohne dass eine andere Funktion der elektrischen Komponente bereitgestellt wird).
  • Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, ein oder mehrere (vordefinierte) Testbedingungen für den Testbetrieb der elektrischen Komponente zu bewirken. Die ein oder mehreren Testbedingungen können umfassen: eine bestimmte elektrische Leistung, mit der die elektrische Komponente während des Testbetriebs betrieben wird, und/oder eine bestimmte Kühlleistung, mit der die Kühlkomponente während des Testbetriebs betrieben wird. Die Kühlleistung kann z.B. durch Anpassung des Volumenstroms eines Kühlmediums des Kühlkomponente angepasst werden. Es können somit während des Testbetriebs definierte Testbedingungen bewirkt werden, sodass in unterschiedlichen Testbetrieben jeweils vergleichbare Temperatur-Messwerte erfasst werden können.
  • Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, den Temperatur-Messwert mit einem (vordefinierten) Referenz-Messwert zu vergleichen. Dabei kann der Referenz-Messwert einen bestimmten Soll-Messwert des Temperatursensor während des Testbetriebs anzeigen. Insbesondere kann der Referenz-Messwert den Temperatur-Messwert anzeigen, der von dem Temperatursensor der elektrischen Komponente erfasst werden sollte bzw. erfasst wird, wenn die thermische Anbindung der elektrischen Komponente ein oder mehrere Referenzeigenschaften (z.B. einen bestimmten Referenzwert des thermischen Übergangswiderstands) aufweist. Auf Basis des Vergleichs kann eine Abweichung des tatsächlich erfassten Temperatur-Messwertes von dem (erwarteten) Referenz-Messwert ermittelt werden. Die Abweichung der Messwerte kann ein Indiz für die Abweichung der ein oder mehreren tatsächlichen Eigenschaften der thermischen Anbindung von den entsprechenden ein oder mehreren Referenzeigenschaften sein.
  • Die Vorrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, den Temperatur-Messwert an einem bestimmten Zeitpunkt während des Testbetriebs zu erfassen. Der Referenz-Messwert kann die Temperatur anzeigen, die von dem Temperatursensor an dem bestimmten Zeitpunkt während des Testbetriebs gemessen werden sollte bzw. gemessen werden würde, wenn die elektrische Komponente eine thermische Referenz-Anbindung (mit den ein oder mehreren Referenzeigenschaften) an der Kühlkomponente aufweist. Die Messung des Temperatur-Messwertes kann somit an einem definierten Zeitpunkt während des Testbetriebs durchgeführt werden. So können die Güte des Vergleichs und somit die Güte der ermittelten Zustandsinformation erhöht werden.
  • Des Weiteren kann die Vorrichtung eingerichtet sein, die Zustandsinformation in Bezug auf die thermische Anbindung der elektrischen Komponente an die Kühlkomponente auf Basis des Vergleichs zu ermitteln. Dabei kann auf Basis der Abweichung (insbesondere auf Basis der Differenz) des Temperatur-Messwertes und des Referenz-Messwertes auf den Zustand der thermischen Anbindung (insbesondere auf den Wert des thermischen Übergangswiderstands) geschlossen werden. Die Vorrichtung kann z.B. eingerichtet sein, auf Basis der ermittelten Abweichung (unter Verwendung von Kenndaten, z.B. einer Look-Up Tabelle) den tatsächlichen Wert des thermischen Übergangswiderstands als Zustandsinformation zu ermitteln. Die Kenndaten können im Vorfeld experimentell und/oder im Rahmen einer Simulation ermittelt worden sein. Die Kenndaten können für unterschiedliche Abweichungswerte jeweils den entsprechenden Wert des thermischen Übergangswiderstands anzeigen.
  • Es wird somit eine Vorrichtung beschrieben, die den Temperatursensor einer elektrischen Komponente dazu nutzt, die Güte der thermischen Anbindung der elektrischen Komponente zu ermitteln. So kann in effizienter und zuverlässiger Weise eine Beeinträchtigung der thermischen Anbindung erkannt werden, wodurch eine Beeinträchtigung der elektrischen Komponente vermieden werden kann.
  • Die elektrische Komponente kann über ein thermisches Interface-Material thermisch an die Kühlkomponente angebunden sein. Das thermische Interface-Material kann z.B. eine Wärmeleitpaste und/oder ein Wärmeleitpad umfassen. Dabei kann das thermische Interface-Material (TIM) eine bestimmte Schichtdicke und/oder einen bestimmten Alterungszustand aufweisen, die jeweils einen Einfluss auf den Wert des thermischen Übergangswiderstands des TIMs haben können.
  • Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, auf Basis des Vergleichs Zustandsinformation in Bezug auf den Zustand, insbesondere in Bezug auf den thermischen Übergangswiderstand, des thermischen Interface-Materials zu ermitteln. So können in effizienter und zuverlässiger Weise die Montage einer elektrischen Komponente mittels eines TIMs und/oder die Alterung eines TIMs überwacht werden.
  • Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, an einer Vielzahl von unterschiedlichen Zeitpunkten während der Lebensdauer der elektrischen Komponente jeweils einen Testbetrieb der elektrischen Komponente zu bewirken, um eine entsprechende Vielzahl von Temperatur-Messwerten zu erfassen. Der Testbetrieb kann jeweils die gleichen ein oder mehrere Testbedingungen aufweisen (um vergleichbare Temperatur-Messwerte zu ermitteln). Es kann somit wiederholt während der Lebensdauer der elektrischen Komponente ein Testbetrieb durchgeführt werden.
  • Die Vielzahl von Temperatur-Messwerten kann dann jeweils mit dem Referenz-Messwert verglichen werden, und es kann basierend darauf eine zeitliche Degradation der thermischen Anbindung der elektrischen Komponente (z.B. aufgrund von Alterungseffekten) als Zustandsinformation detektiert werden. Die Vorrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, den Anteil der Vielzahl von Temperatur-Messwerten zu ermitteln, der um mehr als einen vordefinierten Abweichungs-Schwellenwert von dem Referenz-Messwert abweicht (insbesondere der den Referenz-Messwert um mehr als den Abweichungs-Schwellenwert übersteigt). Basierend auf dem ermittelten Anteil kann dann in besonders zuverlässiger Weise bestimmt werden, ob die thermische Anbindung der elektrischen Komponente degradiert ist oder nicht. So können in zuverlässiger und effizienter Weise Alterungseffekte der thermischen Anbindung, insbesondere des TIMs, erkannt werden.
  • Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, eine bei dem Testbetrieb vorliegende Randbedingung, insbesondere eine bei dem Testbetrieb vorliegende Umgebungstemperatur, zu ermitteln. Der Referenz-Messwert kann dann auf Basis der bei dem Testbetrieb vorliegenden Randbedingung ermittelt werden. Beispielsweise können für eine Vielzahl von unterschiedlichen Randbedingungen (insbesondere für eine Vielzahl von unterschiedlichen Umgebungstemperaturen) jeweils unterschiedliche Referenz-Messwerte ermittelt und in einer Speichereinheit der Vorrichtung gespeichert werden. Es kann dann die jeweils zu verwendende Referenz-Messwert (für die jeweils vorliegende Randbedingung) aus der Speichereinheit ausgelesen werden. So können die Genauigkeit und die Flexibilität der Ermittlung der Zustandsinformation weiter erhöht werden.
  • Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, während des Testbetriebs einen zeitlichen Verlauf von Temperatur-Messwerten zu erfassen. Der erfasste zeitliche Verlauf kann dann mit einem (entsprechenden und/oder im Vorfeld ermittelten) Referenz-Verlauf von Referenz-Messwerten verglichen werden. Die Verläufe können z.B. jeweils 2 oder mehr, oder 5 oder mehr, oder 10 oder mehr Messwerte aufweisen. Die Verläufe können sich über einen Zeitraum von 1 Minute oder mehr, oder 5 Minuten oder mehr erstrecken. Die Zustandsinformation kann dann in besonders präziser Weise auf Basis des Vergleichs der zeitlichen Verläufe ermittelt werden.
  • Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, in Abhängigkeit von der ermittelten Zustandsinformation und/oder in Abhängigkeit von dem Vergleich der Messwerte eine Schutzmaßnahme zum Schutz der elektrischen Komponente zu bewirken. Eine Schutzmaßnahme kann z.B. bewirkt werden, wenn erkannt wird, dass die thermische Anbindung degradiert ist (z.B., weil der Temperatur-Messwert um mehr als den Abweichungs-Schwellwert von dem Referenz-Messwert abweicht, insbesondere übersteigt). Die Schutzmaßnahme kann umfassen: die Ausgabe eines Hinweises an einen Nutzer der elektrischen Komponente, und/oder die Reduzierung einer Betriebsleistung der elektrischen Komponente (während des Normalbetriebs der elektrischen Komponente). Durch das Bewirken einer Schutzmaßnahme kann eine Beeinträchtigung der elektrischen Komponente in besonders zuverlässiger Weise vermieden werden.
  • Wie bereits oben dargelegt, kann die elektrische Komponente Teil eines elektrischen Energiespeicher sein. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, elektrische Energie für den Testbetrieb aus dem elektrischen Energiespeicher zu entnehmen. So kann eine besonders effiziente Ermittlung der Zustandsinformation ermöglicht werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-)Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung umfasst.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf die thermische Anbindung einer elektrischen Komponente (insbesondere eines Elektronikmoduls) an eine Kühlkomponente beschrieben. Das Verfahren umfasst das Erfassen eines Temperatur-Messwertes während eines Testbetriebs der elektrischen Komponente anhand zumindest eines Temperatursensors der elektrischen Komponente. Das Verfahren umfasst ferner das Vergleichen des Temperatur-Messwertes mit einem Referenz-Messwert. Außerdem umfasst das Verfahren das Ermitteln der Zustandsinformation in Bezug auf die thermische Anbindung der elektrischen Komponente an die Kühlkomponente auf Basis des Vergleichs.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
    • 1a ein beispielhaftes Fahrzeug mit einer elektrischen Komponente;
    • 1b eine beispielhafte elektrische Komponente mit einem Temperatursensor;
    • 2 beispielhafte Temperatur-Messwerte und Referenz-Messwerte; und
    • 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Überwachung des thermischen Übergangswiderstands eines thermischen Interface-Materials.
  • Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und zuverlässigen Ermittlung des Zustands einer thermischen Anbindung einer elektrischen Komponente an eine Kühlkomponente. In diesem Zusammenhang zeigt 1a ein beispielhaftes Fahrzeug 100, das einen elektrischen Energiespeicher 103 zur Speicherung von elektrischer Energie für den Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs 100 umfasst. An dem elektrischen Energiespeicher 103 kann eine elektrische Komponente 102, insbesondere ein Elektronikmodul, zur Steuerung und/oder Überwachung des Energiespeichers 103 angeordnet sein. Das Fahrzeug 100 umfasst ferner eine (Steuer-) Vorrichtung 101, die eingerichtet ist, die elektrische Komponente 102 und/oder den Energiespeicher 103 zu steuern und/oder zu überwachen.
  • 1b veranschaulicht weitere Details in Bezug auf die elektrische Komponente 102, die über ein thermisches Interface-Material (TIM) 106 an eine Kühlkomponente 107 angebunden ist, um während des Betriebs der elektrischen Komponente 102 thermische Energie von der elektrischen Komponente 102 abzuführen. Die Menge an thermischer Energie, die pro Zeiteinheit abgeführt werden kann, hängt dabei von Eigenschaften des thermischen Interface-Materials 106 ab, insbesondere von der Schichtdicke und/oder von dem Alter des TIMs 106.
  • Bei der Montage einer elektrischen Komponente 102 an der Kühlkomponente 107 (im Rahmen der Fertigung des Fahrzeugs 100 oder bei einem Austausch der elektrischen Komponente 102) kann es zu Schwankungen von der Schichtdicke des TIMs 106 kommen. Ferner kann es im Laufe des Betriebs zu Alterungseffekten des TIMs 106 kommen. Dies kann zu Situationen führen, bei denen das TIM 106 unzureichend ausgebildet ist, um während des Normal- oder Wirkbetriebs der elektrischen Komponente 102 eine ausreichend hohe Menge an thermischer Energie abzuführen. Als Folge daraus kann es zu einer Überhitzung und Beeinträchtigung der elektrischen Komponente 102 kommen.
  • Die elektrische Komponente 102 kann einen Temperatursensor 105 umfassen, der ausgebildet ist, Temperaturdaten in Bezug auf die Temperatur der elektrischen Komponente 102 zu erfassen. Dabei kann insbesondere ein zeitlicher Verlauf der Temperatur der elektrischen Komponente 102 ermittelt werden, wobei der zeitliche Verlauf eine zeitliche Sequenz von Temperatur-Messwerten aufweist. Die Temperatur-Messwerte des Temperatursensors 105 können in dem Normalbetrieb des elektrischen Komponente 102 für eine thermische Überwachung der elektrischen Komponente 102 verwendet werden (z.B., um ein Überhitzen der elektrischen Komponente 102 zu vermeiden).
  • 2 zeigt einen beispielhaften Verlauf 202 von gemessenen Temperatur-Messwerten 212. Der Verlauf 202 zeigt die jeweils von dem Temperatursensor 105 gemessene Temperatur 205 als Funktion der Zeit 200 an. Die Temperatur-Messwerte 212 können im Rahmen eines Testbetriebs der elektrischen Komponente 102 erfasst werden. Der Testbetrieb kann z.B. durchgeführt werden, nachdem die elektrische Komponente 102 über ein thermisches Interface-Material 106 an der Kühlkomponente 107 angeordnet wurde. Alternativ oder ergänzend kann der Testbetrieb (ggf. wiederholt) während des Betriebszeitraums der elektrischen Komponente 102 durchgeführt wurden, um eine mögliche Alterung des TIMs 106 zu detektieren.
  • Für den Testbetrieb können ein oder mehrere definierte Testbedingungen definiert sein. Beispielhafte Testbedingungen sind,
    • • eine bestimmte Umgebungstemperatur der elektrischen Komponente 102 während des Testbetriebs;
    • • eine bestimmte elektrische Leistung, mit der die elektrische Komponente 102 während des Testbetriebs betrieben wird; und/oder
    • • eine bestimmte Kühlleistung, mit der die Kühlkomponente 107 während des Testbetriebs betrieben wird.
  • Im Vorfeld zu dem Testbetrieb der elektrischen Komponente 102 können Referenzdaten ermittelt worden sein. Die Referenzdaten können ein oder mehrere Referenz-Messwerte 211 in Bezug auf von dem Temperatursensor 105 gemessene Temperatur 205 der elektrischen Komponente 102 anzeigen. Ein Referenz-Messwert 211 kann die Temperatur 205 anzeigen, die von dem Temperatursensor 105 der elektrischen Komponente 102 während des Testbetriebs gemessen werden sollte bzw. gemessen wird, wenn das thermische Interface-Material 106 einen ausreichend niedrigen thermischen Übergangswiderstand zu der Kühlkomponente 107 aufweist (d.h. wenn das TIM 106 eine ausreichend hohe Schichtdicke aufweist und/oder wenn das TIM 106 nicht wesentlich durch Alterungseffekte beeinträchtigt ist).
  • 2 zeigt einen beispielhaften Referenz-Verlauf 201 mit einer zeitlichen Sequenz von Referenz-Messwerten 211, die während des Testbetriebs vorliegen sollten. Der Referenz-Verlauf 201 und/oder die ein oder mehrere Referenz-Messwerte 211 können im Vorfeld experimentell bei Durchführung eines Testbetriebs an einer elektrischen Komponente 102 durchgeführt werden, die mit einem ausreichend niedrigen thermischen Übergangswiderstand an eine Kühlkomponente 107 angebunden ist.
  • Es können ggf. unterschiedliche Referenz-Messwerte 211 und/oder unterschiedliche Referenz-Verläufe 201 für unterschiedliche Testbedingungen bereitgestellt werden. Beispielweise können für unterschiedliche Umgebungstemperaturen während des Testbetriebs jeweils unterschiedliche Referenz-Messwerte 211 und/oder Referenz-Verläufe 201 bereitgestellt werden. So kann die Flexibilität für die Durchführung eines Testbetriebs erhöht werden.
  • Die Vorrichtung 101 kann eingerichtet sein, zur Überprüfung der thermischen Anbindung einer elektrischen Komponente 102 einen Testbetrieb der elektrischen Komponente 102 zu initiieren. Während des Testbetriebs können dann anhand des Temperatursensors 105 der elektrischen Komponente 102 ein oder mehrere Temperatur-Messwerte 212 erfasst werden. Es kann insbesondere ein zeitlicher Verlauf 202 von Temperatur-Messwerten 212 erfasst werden. Alternativ oder ergänzend kann ein Temperatur-Messwert 212 an einen definierten Test-Zeitpunkt 210 während des Testbetriebs erfasst werden.
  • Die Vorrichtung 101 kann ferner eingerichtet sein, die ein oder mehreren Temperatur-Messwerte 212 mit entsprechenden ein oder mehreren Referenz-Messwerten 211 zu vergleichen. Dabei kann der erfasste Verlauf 202 mit dem Referenz-Verlauf 201 verglichen werden. Alternativ oder ergänzend kann der erfasste Temperatur-Messwert 212 an dem definierten Test-Zeitpunkt 210 mit dem entsprechenden Referenz-Messwert 211 für diesen Test-Zeitpunkt 210 verglichen werden, z.B. um den Differenzwert 203 zwischen dem Temperatur-Messwert 212 und dem Referenz-Messwert 211 zu ermitteln.
  • Auf Basis des Vergleichs kann dann in zuverlässiger Weise der Zustand der thermischen Anbindung der elektrischen Komponente 102 an die Kühlkomponente 107, insbesondere der Zustand des thermischen Interface-Materials 106 zwischen der elektrischen Komponente 102 und der Kühlkomponente 107, ermittelt werden. Ferner kann ggf. eine Maßnahme bewirkt werden, um die elektrische Komponente 102 vor einer Beeinträchtigung zu schützen. Beispielsweise kann, wenn erkannt wird, dass die thermische Anbindung der elektrischen Komponente 102 unzureichend ist, ein Hinweis an einen Nutzer der elektrischen Komponente 102 (z.B. an einen Nutzer des Fahrzeugs 100) ausgegeben werden, um den Nutzer darauf hinzuweisen, dass die thermische Anbindung der elektrischen Komponente 102 überprüft werden sollte.
  • Eine elektrische Komponente 102 kann somit ein oder mehrere Thermosensoren 105 (d.h. Temperatursensoren) zur Überwachung und Regelung der Leistung bzw. der thermischen Auslastung aufweisen, wobei die ein oder mehreren Thermosensoren an thermisch kritischen Stellen der elektrischen Komponente 102 verbaut sein können. Die ein oder mehreren Thermosensoren 105 können dem Eigenschutz der Komponente 102 dienen. Ferner können die ein oder mehreren Thermosensoren 105 zur Regelung und Reduktion der Leistung der elektrischen Komponente 102 in einem thermisch kritischen Fall dienen.
  • Die ein oder mehreren Thermosensoren 105 können über Softwarefunktionen genutzt werden, um eine unzureichende thermische Anbindung der elektrischen Komponente 102 zu detektieren. Dazu wird über eine Diagnose (d.h. in einem Testbetrieb) ein bestimmter elektrischer Strom durch die elektrische Komponente 102 geleitet und es wird ggf. der Kühler 107 betrieben, um eine messbare Erwärmung der elektrischen Komponente 102 zu generieren. Die gemessene Erwärmung kann dann mit ein oder mehreren Referenz-Messwerten 211 verglichen werden.
  • Der Testbetrieb der elektrischen Komponente 102 kann direkt nach der Montage der elektrischen Komponente 102 durchgeführt werden, um die Güte des aufgebrachten thermischen Interface-Materials 106 zu überprüfen. Dabei kann überprüft werden, ob die ein oder mehreren gemessenen Temperatur-Messwerte 212 in einem vorbestimmten Referenz-Temperaturbereich liegen.
  • Alternativ oder ergänzend kann der Testbetrieb wiederholt an einer Sequenz von Zeitpunkten während der Lebenszeit der elektrischen Komponente 102 durchgeführt werden. Es kann dann überprüft werden, ob ein bestimmter Anteil der gemessenen Temperatur-Messwerte 212 in dem vorbestimmten Referenz-Temperaturbereich liegen oder nicht, um eine Alterung des thermischen Interface-Materials 106 zu detektieren.
  • Die Speicherelektronik 102 eines Hochvoltspeichers 103 ist typischerweise außerhalb des Hochvoltspeichers 103 verortet und elektrisch kontaktiert. Die Speicherelektronik 102 wird mit einem Kühler 107 gekühlt und ist an den Kühler 107 mittels einem TIM 106 thermisch angebunden. Die Speicherelektronik 102 ist dadurch relativ einfach servicebar und der Hochvoltspeicher 107 ist relativ einfach als Baukasten aufgebaut. Die Leistung für die Diagnose des thermischen Übergangswiderstands und/oder für die Erwärmung der Speicherelektronik 102 (d.h. für den Testbetrieb) kann direkt aus dem Hochvoltspeicher 107 entnommen werden. Die Kühlung 107 kann während des Testbetriebs separat angesteuert werden.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines (ggf. Computer-implementierten) Verfahrens 300 zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf die thermische Anbindung einer elektrischen Komponente 102 (insbesondere eines Elektronikmoduls) an eine Kühlkomponente 107 (z.B. an eine Kühlplatte). Die Zustandsinformation kann z.B. den Zustand eines thermischen Interface-Materials 106 anzeigen und/oder umfassen, über den die elektrische Komponente 102 thermisch an der Kühlkomponente 107 angebunden ist.
  • Das Verfahren 300 umfasst das Erfassen 301 zumindest eines Temperatur-Messwertes 212 während eines Testbetriebs der elektrischen Komponente 102 anhand zumindest eines Temperatursensors 105 der elektrischen Komponente 102. Die Temperatur-Messwerte des Temperatursensors 105 können während des Normalbetriebs der elektrischen Komponente 102 für eine thermische Überwachung der elektrischen Komponente 102 verwendet werden. Der Testbetrieb kann sich von dem Normalbetrieb der elektrischen Komponente 102 unterscheiden. Dabei können während des Testbetriebs eine vorbestimmte elektrische Leistung der elektrischen Komponente 102 und/oder eine vorbestimmte Kühlleistung der Kühlkomponente 107 bewirkt werden. Der Temperatur-Messwert 212 kann an einem definierten Test-Zeitpunkt 210 während des Testbetriebs erfasst werden.
  • Das Verfahren 300 umfasst ferner das Vergleichen 302 des Temperatur-Messwertes 212 mit einem Referenz-Messwert 211. Der Referenz-Messwert 211 kann den Messwert des Temperatursensors 105 anzeigen, der während des Testbetriebs erfasst werden sollte bzw. würde, wenn die elektrische Komponente 102 eine definierte thermische Referenz-Anbindung (mit einem definierten thermischen Referenz-Übergangswiderstand) aufweist. Der Referenz-Messwert 211 kann im Vorfeld (experimentell) ermittelt worden sein.
  • Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 das Ermitteln 303 der Zustandsinformation in Bezug auf die thermische Anbindung der elektrischen Komponente 102 an die Kühlkomponente 107 (insbesondere in Bezug auf den Zustand des TIMs 106) auf Basis des Vergleichs. Dabei kann als Zustandsinformation ermittelt werden, ob die thermische Anbindung ausreichend ist oder nicht. Alternativ oder ergänzend kann als Zustandsinformation der Wert des thermischen Übergangswiderstands der thermischen Anbindung ermittelt werden. Dabei kann auf Basis der Differenz 203 zwischen dem Temperatur-Messwert 212 und dem Referenz-Messwert 211 (ggf. unter Verwendung von Kenndaten, die den Zusammenhang zwischen der Differenz 203 und dem Wert des thermischen Übergangswiderstands anzeigen) der Wert des thermischen Übergangswiderstands ermittelt werden.
  • Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen es, den thermischen Übergangswiderstand eines TIM 106 im verbauten Zustand (unter Berücksichtigung aller Einflussfaktoren) zu messen. Ferner wird eine vorzeitige Prognosemöglichkeit für die Ausfallwahrscheinlichkeit oder für die Degradation einer elektrischen Komponente 102 aufgrund der zeitlichen Degradation des thermischen Übergangswiederstands (durch Alterung des TIM 106) bereitgestellt. Außerdem wird je nach Vorhersage des thermischen Übergangswiderstands eine frühzeitige Einberufung zum Service ermöglicht.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims (10)

  1. Vorrichtung (101) zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf eine thermische Anbindung einer elektrischen Komponente (102) an eine Kühlkomponente (107); wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, - während eines Testbetriebs der elektrischen Komponente (102) anhand zumindest eines Temperatursensors (105) der elektrischen Komponente (102) einen Temperatur-Messwert (212) zu erfassen; - den Temperatur-Messwert (212) mit einem Referenz-Messwert (211) zu vergleichen; und - die Zustandsinformation in Bezug auf die thermische Anbindung der elektrischen Komponente (102) an die Kühlkomponente (107) auf Basis des Vergleichs zu ermitteln.
  2. Vorrichtung (101) gemäß Anspruch 1, wobei - die elektrische Komponente (102) über ein thermisches Interface-Material (106) thermisch an die Kühlkomponente (107) angebunden ist; - das thermische Interface-Material (106) insbesondere eine Wärmeleitpaste und/oder ein Wärmeleitpad umfasst; und - die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, auf Basis des Vergleichs Zustandsinformation in Bezug auf einen Zustand, insbesondere in Bezug auf einen thermischen Übergangswiderstand, des thermischen Interface-Materials (106) zu ermitteln.
  3. Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, - an einer Vielzahl von unterschiedlichen Zeitpunkten während einer Lebensdauer der elektrischen Komponente (102) jeweils einen Testbetrieb der elektrischen Komponente (102) zu bewirken, um eine entsprechende Vielzahl von Temperatur-Messwerten (212) zu erfassen; und - die Vielzahl von Temperatur-Messwerten (212) jeweils mit dem Referenz-Messwert (211) zu vergleichen; und - basierend darauf eine zeitliche Degradation der thermischen Anbindung der elektrischen Komponente (102) als Zustandsinformation zu detektieren.
  4. Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, ein oder mehrere Testbedingungen für den Testbetrieb der elektrischen Komponente (102) zu bewirken; und - die ein oder mehreren Testbedingungen umfassen, - eine bestimmte elektrische Leistung, mit der die elektrische Komponente (102) während des Testbetriebs betrieben wird; und/oder - eine bestimmte Kühlleistung, mit der die Kühlkomponente (107) während des Testbetriebs betrieben wird.
  5. Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, - eine bei dem Testbetrieb vorliegende Randbedingung, insbesondere eine bei dem Testbetrieb vorliegende Umgebungstemperatur, zu ermitteln; und - den Referenz-Messwert (211) auf Basis der bei dem Testbetrieb vorliegenden Randbedingung zu ermitteln.
  6. Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, den Temperatur-Messwert (212) an einem bestimmten Zeitpunkt (210) während des Testbetriebs zu erfassen; und - der Referenz-Messwert (211) eine Temperatur (205) anzeigt, die von dem Temperatursensor (105) an dem bestimmten Zeitpunkt (210) während des Testbetriebs gemessen werden sollte, wenn die elektrische Komponente (102) eine thermische Referenz-Anbindung an der Kühlkomponente (107) aufweist.
  7. Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, - während des Testbetriebs einen zeitlichen Verlauf (202) von Temperatur-Messwerten (212) zu erfassen; - den erfassten zeitlichen Verlauf (201) mit einem Referenz-Verlauf von Referenz-Messwerten (211) zu vergleichen; und - die Zustandsinformation auf Basis des Vergleichs der zeitlichen Verläufe (202, 201) zu ermitteln.
  8. Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Zustandsinformation und/oder in Abhängigkeit von dem Vergleich eine Schutzmaßnahme zum Schutz der elektrischen Komponente (102) zu bewirken; und - die Schutzmaßnahme insbesondere umfasst, - eine Ausgabe eines Hinweises an einen Nutzer der elektrischen Komponente (102); und/oder - eine Reduzierung einer Betriebsleistung der elektrischen Komponente (102).
  9. Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die elektrische Komponente (102) ein Elektronikmodul eines elektrischen Energiespeichers (103) ist; und - die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, elektrische Energie für den Testbetrieb aus dem elektrischen Energiespeicher (103) zu entnehmen.
  10. Verfahren (300) zur Ermittlung von Zustandsinformation in Bezug auf eine thermische Anbindung einer elektrischen Komponente (102) an eine Kühlkomponente (107); wobei das Verfahren (300) umfasst, - Erfassen (301) eines Temperatur-Messwertes (212) während eines Testbetriebs der elektrischen Komponente (102) anhand zumindest eines Temperatursensors (105) der elektrischen Komponente (102); - Vergleichen (302) des Temperatur-Messwertes (212) mit einem Referenz-Messwert (211); und - Ermitteln (303) der Zustandsinformation in Bezug auf die thermische Anbindung der elektrischen Komponente (102) an die Kühlkomponente (107) auf Basis des Vergleichs.
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