DE102022200053A1 - Temperatursensor, System und Verwendung - Google Patents

Temperatursensor, System und Verwendung Download PDF

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Abstract

Temperatursensor, mit einem Widerstandselement (4) zur Temperaturmessung, wie einem NTC-Widerstand oder dergleichen, wobei das Widerstandselement (4) Anschlüsse (6, 8) zum Verbinden des Widerstandselements (4) mit einer elektronischen Steuereinheit (10) aufweist, wobei dem Widerstandselement (4) ein Heizelement (12) zum Aufheizen des Widerstandselements (4) zugeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperatursensor, ein System mit einem solchen Temperatursensor und die Verwendung eines solchen Systems.
  • Bei elektrifizierten Fahrzeugen mit hoher Leistungsanforderung wird die Traktionsbatterie oft aktiv gekühlt. Bekannt ist hier z.B. eine Kühlung mit Wasser und Glykol. Ein typischer Aufbau eines Thermomanagementsystems mit einem Kühlmittelgemisch aus Wasser und Glykol besteht z.B. aus einem Kühlkreis für die Traktionsbatterie, einem Kühlkreis für die Leistungselektronik und einem Kühlkreis für die elektrische Maschine.
  • Für diese Kühlkreise ist jeweils mindestens eine Temperaturmessung des Kühlmittels erforderlich, die mittels eines Temperatursensors erfolgen kann. Die Kühlmitteltemperaturinformationen werden für die Regelung von Aktuatoren, wie einer Kühlmittelpumpe und diverser Ventile benötigt.
  • Der Temperatursensor weist z.B. ein temperaturempfindliches Sensorelement auf, welches proportional zur Umgebungstemperatur ein äquivalentes elektrisches Signal liefert. Dieses Sensorelement ist in einem Gehäuse untergebracht, welches in direkter Verbindung mit der umgebenden Kühlflüssigkeit steht, deren Temperatur erfasst werden soll.
  • Ein Problem derartiger Kühlmitteltemperatursensoren besteht in dem Drift dieser Sensorelemente, wobei der Widerstand mit der Zeit bei gleicher Umgebungstempertaur abnimmt. So wird bei gleicher Umgebungstemperatur ein vom Sollwert abweichender Widerstandswert angezeigt.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, einen Temperatursensor anzugeben, der eine erhöhte Stabilität der Temperaturmessung der Kühlmitteltemperatur hinsichtlich Drift und Lebensdauer ermöglicht. Weiter sollen ein System und eine Verwendung angegeben werden.
  • Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Temperatursensor, mit einem Widerstandselement zur Temperaturmessung, wie einem NTC-Widerstand oder dergleichen, wobei das Widerstandselement Anschlüsse zum Verbinden des Widerstandselements mit einer elektronischen Steuereinheit aufweist. Der Temperatursensor zeichnet sich dadurch aus, dass dem Widerstandselement ein Heizelement zum Aufheizen des Widerstandselements zugeordnet ist.
  • Das Heizelement kann zum Aufheizen und Kalibrieren des Widerstandselements dienen, so dass ein Drift erkannt und korrigiert werden kann. Insbesondere wird eine zügige Überprüfung des Widerstandselements ermöglicht.
  • Das Heizelement und das Widerstandselement können innerhalb eines Gehäuses des Temperatursensors angeordnet sein. Das Heizelement und das Widerstandselement können flüssigkeitsdicht in dem Gehäuse des Temperatursensors angeordnet sein. Das Heizelement und das Widerstandselement können in dem Gehäuse vergossen sein.
  • Das Heizelement kann an dem Widerstandselement anliegen, insbesondere zumindest abschnittsweise spaltfrei an dem Widerstandselement anliegen. So kann eine gute Wärmeleitung zwischen dem Widerstandselement und dem Heizelement erreicht werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Heizelement mit dem Widerstandselement verklebt ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass zumindest abschnittsweise ein wärmeleitendes Element und/oder eine wärmeleitende Schicht zwischen dem Widerstandselement und dem Heizelement angeordnet sind.
  • Es kann vorgesehen sein, dass zumindest abschnittsweise kein wärmeleitendes Element und/oder keine wärmeleitende Schicht zwischen dem Widerstandselement und dem Heizelement angeordnet ist, so dass das Heizelement zumindest abschnittsweise unmittelbar an dem Widerstandselement anliegt.
  • Das Widerstandselement zumindest abschnittsweise von dem Heizelement umwickelt sein, wobei das Heizelement insbesondere einen Draht aufweist und/oder wobei das Heizelement insbesondere zumindest abschnittsweise bandförmig ist. So kann das Heizelement kostengünstig bereitgestellt und mit dem Widerstandselement verbunden werden.
  • Das Heizelement kann zumindest abschnittsweise aus einem Material mit einem konstanten spezifischen Widerstand bestehen, wie Konstantan oder dergleichen. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Übertragung eines konstanten Stroms und/oder einer vorgegebenen Heizleistung erreicht werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein System, mit einem erfindungsgemäßen Temperatursensor und mit einer elektronischen Steuereinheit, wobei die Anschlüsse des Widerstandselements mit der elektronischen Steuereinheit verbunden sind und wobei das Heizelement durch die Steuereinheit mit einer elektrischen Leistung versorgbar ist, insbesondere mit einem Konstantstrom versorgbar ist.
  • Die elektronische Steuereinheit kann zum Messen des Widerstands und zum Steuern einer Heizleistung bzw. eines Heizstroms eingerichtet sein.
  • Das Heizelement kann mit einem Operationsverstärker verbunden sein und der Operationsverstärker kann mit der elektronischen Steuereinheit verbunden sein. Auf diese Weise kann mittels des Operationsverstärkers z.B. zuverlässig ein konstanter Strom in das Heizelement eingeleitet werden. Alternativ kann das Heizelement mit einem Spannungsteiler verbunden sein, um einen konstanten Strom in das Heizelement einzuleiten.
  • Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Systems in einem Kraftfahrzeug, mit den Verfahrensschritten: Aufheizen des Widerstandselements mittels des Heizelements; Messen eines Widerstands des Widerstandselements und Erfassen von Widerstandsmesswerten während des Aufheizens; Auswerten der Widerstandsmesswerte.
  • Es kann vorgesehen sein, dass eine Kalibrierung des Temperatursensors anhand von der elektronischen Steuereinheit zugeordneten Kennfeldern und/oder Kennlinien erfolgt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass eine Temperatur einer Umgebung des Sensors vor und/oder während und/oder nach dem Aufheizen gemessen wird. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Temperatur eines den Temperatursensor umgebenden Kühlmittels bzw. Kühlfluids.
  • Das Aufheizen kann im Stillstand eines dem Temperatursensor zugeordneten bzw. den Temperatursensor zumindest teilweise umgebenden Kühlmittels und/oder im Stillstand des Kraftfahrzeugs erfolgen. Das Aufheizen kann automatisiert vor einem Fahrtantritt mit dem Kraftfahrzeug erfolgen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass dem Heizelement während des Aufheizens eine vorgegebene Menge Heizenergie zugeführt wird.
  • Anhand einer gemessenen zeitlichen Änderung des Widerstands können eine Zeitkonstante und eine zu erwartenden Endtemperatur des Widerstandselements ermittelt werden, um einen Offset des Widerstandselements zu bestimmen und/oder eine Kalibrierung des Widerstandselements vorzunehmen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:
    • 1 ein erfindungsgemäßes System mit einem erfindungsgemäßen Temperatursensor;
    • 2 einen Ablaufplan einer erfindungsgemäßen Verwendung.
  • 1 zeigt einen Temperatursensor 2, mit einem Widerstandselement 4 zur Temperaturmessung, vorliegend einem NTC-Widerstand 4. Das Widerstandselement 4 weist Anschlüsse 6, 8 zum Verbinden des Widerstandselements 4 mit einer elektronischen Steuereinheit 10 auf.
  • Dem Widerstandselement 4 ist ein Heizelement 12 zum Aufheizen des Widerstandselements 4 zugeordnet. Das Heizelement 12 ist Teil des Temperatursensors 2.
  • Das Heizelement 12 liegt zumindest abschnittsweise spaltfrei an dem Widerstandselement 4 an. Das Widerstandselement 4 ist zumindest abschnittsweise von dem Heizelement 12 umwickelt ist, wobei das Heizelement 12 einen Draht 14 aufweist. Der Draht 14 des Heizelements 12 besteht zumindest abschnittsweise aus Konstantan.
  • Das Heizelement 12 und das Widerstandselement 4 sind in einem Gehäuse 16 des Temperatursensors 2 aufgenommen. Das Gehäuse 16 ist von einem Kühlfluid 18 umgeben, dessen Temperatur mittels des Temperatursensors 2 gemessen werden soll.
  • Zusammen mit der elektronischen Steuereinheit 10 und einem Operationsverstärker 20 bildet der Temperatursensor 2 ein erfindungsgemäßes System 22.
  • Die Anschlüsse 6, 8 des Widerstandselements 4 sind mit der elektronischen Steuereinheit 10 verbunden. Das Heizelement 12 ist durch die Steuereinheit 10 mit einer elektrischen Leistung versorgbar, vorliegend mit einem Konstantstrom versorgbar.
  • Das Heizelement 12 ist mit dem Operationsverstärker 20 verbunden und der Operationsverstärker 20 ist mit der elektronischen Steuereinheit 10 verbunden.
  • 2 zeigt einen Ablaufplan einer Verwendung des Systems 22 in einem Kraftfahrzeug, mit den Verfahrensschritten.
  • Schritt A bildet den Start des Verfahrens.
  • Im Schritt B und C wird geprüft, ob die Flüssigkeit 18 im Stillstand ist, in dem überprüft wird, ob eine Kühlmittelpumpe zum Pumpen der Flüssigkeit stillsteht oder im Betrieb ist.
  • Sofern die Pumpe stillsteht, erfolgt im Schritt D ein Einleiten eines Konstantstroms in das Heizelement 12 mittels des Operationsverstärkers 20 zum Aufheizen des Widerstandselements 4.
  • Im Schritt E erfolgt ein Messen und Aufzeichnen eines Widerstands des Widerstandselements 4 und damit das Erfassen von Widerstandsmesswerten während des Aufheizens.
  • Mit den Schritten F und G wird überprüft, ob eine Messzeit abgelaufen ist.
  • Sofern die Messzeit abgelaufen ist, erfolgt im Schritt H ein Auswerten der Widerstandsmesswerte, wobei anhand einer gemessenen zeitlichen Änderung des Widerstands eine Zeitkonstante und eine zu erwartende Endtemperatur des Widerstandselements ermittelt werden, um einen Offset des Widerstandselements zu bestimmen und/oder eine Kalibrierung des Widerstandselements vorzunehmen.
  • Die Kalibrierung des Temperatursensors 2 erfolgt anhand von der elektronischen Steuereinheit zugeordneten Kennfeldern und/oder Kennlinien. Eine Temperatur der Umgebung des Temperatursensors 2, d.h. des den Temperatursensor 2 umgebenden Fluids 18, wird vor dem Aufheizen gemessen werden, insbesondere mittels des Temperatursensor 2 oder einem weiteren Sensor gemessen werden.
  • Eine Temperatur der Umgebung des Temperatursensors 2, d.h. des den Temperatursensor 2 umgebenden Fluids 18, kann vor dem Aufheizen simuliert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Temperatursensor
    4
    Widerstandselement
    6
    Anschluss
    8
    Anschluss
    10
    Steuereinheit
    12
    Heizelement
    14
    Draht
    16
    Gehäuse
    18
    Fluid
    20
    Operationsverstärker
    22
    System
    A-H
    Verfahrensschritte

Claims (10)

  1. Temperatursensor, - mit einem Widerstandselement (4) zur Temperaturmessung, wie einem NTC-Widerstand oder dergleichen, - wobei das Widerstandselement (4) Anschlüsse (6, 8) zum Verbinden des Widerstandselements (4) mit einer elektronischen Steuereinheit (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - dem Widerstandselement (4) ein Heizelement (12) zum Aufheizen des Widerstandselements (4) zugeordnet ist.
  2. Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (12) an dem Widerstandselement (4) anliegt, insbesondere zumindest abschnittsweise spaltfrei an dem Widerstandselement (4) anliegt.
  3. Temperatursensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (4) zumindest abschnittsweise von dem Heizelement (12) umwickelt ist, wobei das Heizelement (12) insbesondere einen Draht (14) aufweist und/oder wobei das Heizelement (12) insbesondere zumindest abschnittsweise bandförmig ist.
  4. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (12) zumindest abschnittsweise aus einem Material mit einem konstanten spezifischen Widerstand besteht, wie Konstantan oder dergleichen.
  5. System, - mit einem Temperatursensor (2) nach einem der Ansprüche 1-4 und - mit einer elektronischen Steuereinheit (10), - wobei die Anschlüsse (6, 8) des Widerstandselements (4) mit der elektronischen Steuereinheit (10) verbunden sind und - wobei das Heizelement (12) durch die Steuereinheit (10) mit einer elektrischen Leistung versorgbar ist, insbesondere mit einem Konstantstrom versorgbar ist.
  6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - das Heizelement (12) mit einem Operationsverstärker (20) verbunden ist und - der Operationsverstärker (20) mit der elektronischen Steuereinheit (10) verbunden ist.
  7. Verwendung des Systems nach Anspruch 5 oder Anspruch 6 in einem Kraftfahrzeug, mit den Verfahrensschritten: - Aufheizen des Widerstandselements (4) mittels des Heizelements (12); - Messen eines Widerstands des Widerstandselements und Erfassen von Widerstandsmesswerten während des Aufheizens; - Auswerten der Widerstandsmesswerte.
  8. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung des Temperatursensors (2) anhand von der elektronischen Steuereinheit (10) zugeordneten Kennfeldern und/oder Kennlinien erfolgt und/oder eine Temperatur einer Umgebung (18) des Temperatursensors (2) vor und/oder währen und/oder nach dem Aufheizen gemessen wird.
  9. Verwendung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizen im Stillstand eines dem Temperatursensor (2) zugeordneten Kühlmittels (18) und/oder im Stillstand des Kraftfahrzeugs erfolgt und/oder während des Aufheizens eine vorgegebene Menge Heizenergie zugeführt wird.
  10. Verwendung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer gemessenen zeitlichen Änderung des Widerstands eine Zeitkonstante und eine zu erwartenden Endtemperatur des Widerstandselements (4) ermittelt werden, um einen Offset des Widerstandselements (4) zu bestimmen und/oder eine Kalibrierung des Widerstandselements (4) vorzunehmen.
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