DE202010007082U1

DE202010007082U1 - Arrangement for checking a thermal connection and sensor unit therefor

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Publication number: DE202010007082U1
Application number: DE201020007082
Authority: DE
Original assignee: Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Current assignee: Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2020-05-22

Abstract

Anordnung zur Überprüfung der thermischen Verbindung zwischen einer Sensoreinheit (5) und einem Prüfkörper (7), insbesondere ein Batteriepol (7) eines Kraftfahrzeuges, wobei zwischen dem Prüfkörper (7) und der Sensoreinheit (5) ein elektrischer Prüfstrompfad (22) vorgesehen ist und ein elektrischer Widerstand (RP) zwischen dem Prüfkörper (7) und der Sensoreinheit (5) als ein Indikator für die Güte einer thermischen Kontaktverbindung zwischen der Sensoreinheit (5) und dem Prüfkörper (7) herangezogen wird.Arrangement for checking the thermal connection between a sensor unit (5) and a test body (7), in particular a battery pole (7) of a motor vehicle, an electrical test current path (22) being provided between the test body (7) and the sensor unit (5) and an electrical resistance (RP) between the test body (7) and the sensor unit (5) is used as an indicator of the quality of a thermal contact connection between the sensor unit (5) and the test body (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überprüfung der thermischen Verbindung zwischen einer Sensoreinheit und einem Prüfkörper sowie eine solche Sensoreinheit.The invention relates to an arrangement for checking the thermal connection between a sensor unit and a test specimen and such a sensor unit.

Als Sicherheitsmaßnahme zur Vermeidung von Überhitzung, Batteriebrand oder anderen Schäden werden insbesondere an Hochvolt (150 bis 450 Volt) beispielsweise in Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen Temperatursensoren zur Überwachung der Batterietemperatur verbaut. Dabei erfolgt die Temperaturmessung üblicherweise mit einem auf einem Batteriepol befestigten Temperatursensor.As a safety measure to avoid overheating, battery burn or other damage temperature sensors for monitoring the battery temperature are installed especially at high voltage (150 to 450 volts), for example, in hybrid vehicles or electric vehicles. The temperature measurement is usually carried out with a temperature sensor attached to a battery pole.

Als Temperatursensor werden insbesondere Heißleiter, die auch als NTC-Widerstände (Negativ Temperature Coefficient) bekannt sind oder Kaltleiter die auch als PTC-Widerstände (Positiv Temperature Coefficient) bekannt sind genutzt. Weiter ist die Nutzung von Platinwiderstandssensoren zur Temperaturbestimmung mit einem Temperatursensor üblich. Solche Temperatursensoren haben die Eigenschaft, dass eine Änderung der Sensortemperatur mit einer Änderung des elektrischen Widerstandes des Temperatursensors einhergeht. Zur Ermittlung der Temperatur am Sensor ist es üblich, eine Konstantstromquelle mit dem Sensor zu verschalten, wobei eine Messung eines Spannungsabfalls über den elektrischen Widerstand des Temperatursensors erfolgt. Gemäß dem ohmschen Gesetz U = R·I lässt sich durch den ermittelten Spannungsabfall eine absolute Messtemperatur ermitteln.In particular thermistors, which are also known as NTC resistors (negative temperature coefficient) or PTC resistors which are also known as PTC resistors (Positive Temperature Coefficient) are used as a temperature sensor. Furthermore, the use of platinum resistance sensors for temperature determination with a temperature sensor is common. Such temperature sensors have the property that a change in the sensor temperature is accompanied by a change in the electrical resistance of the temperature sensor. To determine the temperature at the sensor, it is customary to connect a constant current source to the sensor, whereby a measurement of a voltage drop takes place via the electrical resistance of the temperature sensor. According to the ohmic law U = R · I can be determined by the determined voltage drop an absolute measurement temperature.

Um eine zuverlässige und genaue Temperaturmessung an der Batterie vorzunehmen, ist ein wärmeleitender Kontakt und eine Sicherstellung der korrekten Position des Temperatursensors an einem Batteriepol nötig. Die korrekte Positionierung des Temperatursensors wird durch mechanische Verrastung oder Messung der Position des Temperatursensors sichergestellt. Durch eine Abweichung des Abstandes zwischen der Batterie und dem Temperatursensor um einige Zehntelmillimeter kann die thermische Messung bereits verfälscht werden. Eine mechanische Positionskontrolle des Temperatursensors ist mit einem System, das eine ausreichend kleine Toleranz aufweist, möglich. Jedoch sind solche Positionsprüfverfahren aufwändig und kostenintensiv. Ferner wird das mechanische Kontrollverfahren normalerweise lediglich einmalig bei der Montage durchgeführt. Folglich würde eine Positionsverschiebung des Temperatursensors auf der Batterie im Fahrzeugbetrieb, der mit Vibrationen und anderen Störeinflüssen einhergeht, unbemerkt bleiben.In order to make a reliable and accurate temperature measurement on the battery, a thermally conductive contact and ensuring the correct position of the temperature sensor at a battery terminal is necessary. The correct positioning of the temperature sensor is ensured by mechanical latching or measurement of the position of the temperature sensor. Due to a deviation of the distance between the battery and the temperature sensor by a few tenths of a millimeter, the thermal measurement can already be falsified. A mechanical position control of the temperature sensor is possible with a system that has a sufficiently small tolerance. However, such position checking methods are complex and expensive. Furthermore, the mechanical control process is normally performed only once during assembly. Consequently, a positional shift of the temperature sensor on the battery in vehicle operation, which is accompanied by vibrations and other disturbing influences, would go unnoticed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders zuverlässige und genaue Temperaturmessung zu gewährleisten.The invention has for its object to ensure a particularly reliable and accurate temperature measurement.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dabei ist eine Anordnung zur Überprüfung der thermischen Verbindung zwischen einer Sensoreinheit und einem Prüfkörper, insbesondere ein Batteriepol, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Ein elektrischer Prüfstrompfad ist dabei zwischen dem Prüfkörper und der Sensoreinheit gebildet, wobei ein elektrischer Widerstand des Prüfstrompfades als ein Indikator für die Güte einer thermischen Kontaktverbindung zwischen der Sensoreinheit und dem Prüfkörper herangezogen wird.The object is achieved by the features of claim 1. In this case, an arrangement for checking the thermal connection between a sensor unit and a test specimen, in particular a battery, preferably a motor vehicle is provided. An electrical Prüfstrompfad is formed between the test specimen and the sensor unit, wherein an electrical resistance of the Prüfstrompfades is used as an indicator of the quality of a thermal contact connection between the sensor unit and the test specimen.

Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zu Grunde, dass die thermische und elektrische Leifähigkeit in einem bestimmten Verhältnis zur Temperatur stehen. Der gemessene elektrische Widerstand wird daher als Indikator für die Güte der thermischen Kontaktverbindung zwischen dem Prüfkörper und der Sensoreinheit herangezogen. Durch die Anordnung wird daher die Überprüfung der korrekten Einbaulage oder Position eines auf der Sensoreinheit angeordneten Tempepratursensors ermöglicht und vorgenommen. Dadurch wird insgesamt ein besonders zuverlässiger und sicherer Batteriebetrieb gewährleistet.This embodiment is based on the consideration that the thermal and electrical conductivity are in a certain relationship to the temperature. The measured electrical resistance is therefore used as an indicator of the quality of the thermal contact connection between the test specimen and the sensor unit. The arrangement therefore makes it possible to check and carry out the correct installation position or position of a temperature sensor arranged on the sensor unit. As a result, a particularly reliable and safe battery operation is ensured overall.

Somit ist zum einen eine einfache und zuverlässige Überprüfung der Position der Sensoreinheit auf dem Prüfkörper beim Einbau möglich. In bevorzugter Weise wird daher diese Anordnung zur Positionskontrolle der Einbaulage des Temperatursensors bei dessen Montage herangezogen. Zum anderen ist über die Anordnung beim Betrieb, beispielsweise im Fahrbetrieb eines Fahrzeuges, kontinuierlich oder wiederkehrend eine Überwachung der korrekten Einbaulage der Sensoreinheit möglich und wird vorzugsweise auch durchgeführt. Veränderungen der Position und damit des thermischen Kontaktes zwischen dem Prüfkörper und dem Temperatursensor werden daher erkannt und bevorzugt bei der Auswertung der Temperatursensor-Signale berücksichtigt. So wird beispielsweise in bevorzugter Weiterbildung bei einer erfassten Veränderung des elektrischen und damit thermischen Kontakts eine Korrektur der Messsignale des Temperatursensors vorgenommen, um die aktuelle tatsächliche Temperatur zu bestimmen. Alternativ oder ergänzend wird ein Warnsignal abgegeben, das auf eine mögliche Funktionsstörung hinweist.Thus, on the one hand, a simple and reliable checking of the position of the sensor unit on the test body during installation is possible. Preferably, therefore, this arrangement is used for position control of the installation position of the temperature sensor during its assembly. On the other hand, monitoring of the correct installation position of the sensor unit is possible and preferably also carried out via the arrangement during operation, for example when driving a vehicle, continuously or repeatedly. Changes in the position and thus the thermal contact between the test specimen and the temperature sensor are therefore detected and preferably taken into account in the evaluation of the temperature sensor signals. Thus, for example, in a preferred development with a detected change in the electrical and thus thermal contact, a correction of the measurement signals of the temperature sensor is made to determine the current actual temperature. Alternatively or additionally, a warning signal is issued, which indicates a possible malfunction.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Anordnung ist zwischen dem Prüfkörper und der Sensoreinheit eine elektrisch leitende Schicht angeordnet. Dabei besteht die Möglichkeit, durch eine Wahl der die elektrisch leitende Schicht bildenden Materialien bestimmte Eigenschaften oder Effekte zu bewirken. So kann die elektrisch leitende Schicht beispielsweise Vibrationen dämpfen. Durch eine Einbringung einer elektrisch leitenden Schicht zwischen dem Prüfkörper und der Sensoreinheit wird thermisch isolierende Luft verdrängt. Folglich sind die Toleranzanforderungen bezüglich des Abstandes zwischen dem Prüfkörper und der Sensoreinheit geringer.In an expedient embodiment of the arrangement, an electrically conductive layer is arranged between the test body and the sensor unit. It is possible to effect certain properties or effects by selecting the materials which form the electrically conductive layer. For example, the electrically conductive layer can damp vibrations. By introducing an electrically conductive layer between the test body and the sensor unit is thermal insulating air displaced. Consequently, the tolerance requirements with respect to the distance between the specimen and the sensor unit are lower.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die elektrisch leitende Schicht eine zumindest um einen Faktor zehn niedrigere elektrische Leitfähigkeit als Kuper auf, wobei die elektrische Leitfähigkeit insbesondere im Bereich von 1% bis 10% der Leitfähigkeit von reinem Kupfer liegt, insbesondere von Kupfer mit der Werkstoffkennzeichnung CU-ETP (ehemals E-Cu58) mit der Wertstoff-Nr. CW004A. Insbesondere liegt die Leitfähigkeit (bei Raumtemperatur) daher im Bereich von etwa (0,5 – 5)·10⁶ m / Ω. Dabei ist gegenüber einem direkten Kontaktschluss zwischen den zwei Kontaktstellen durch die niedrigere Leitfähigkeit eine genauere und differenzierte Messung eines Spannungsabfalls über den Prüfstrompfad möglich.In an advantageous development, the electrically conductive layer has an at least ten times lower electrical conductivity than copper, wherein the electrical conductivity lies in particular in the range from 1% to 10% of the conductivity of pure copper, in particular of copper with the material identification CU. ETP (formerly E-Cu58) with the recyclable no. CW004A. In particular, the conductivity (at room temperature) is therefore in the range of about (0.5 - 5) · 10 ⁶ m / Ω. In this case, a more accurate and differentiated measurement of a voltage drop across the Prüfstrompfad is possible compared to a direct contact closure between the two contact points by the lower conductivity.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist die elektrisch leitende Schicht durch eine Wärmeleitpaste oder einen Wärmeleitkleber zwischen der Sensoreinheit und dem Prüfkörper gebildet. Hierdurch ist ein sicherer und guter Flächenkontakt gewährleistet. Durch die Verwendung von Wärmeleitpaste ist im Bedarfsfall ein einfaches Abnehmen, Auswechseln oder erneutes Positionieren der Sensoreinheit auf dem Prüfkörper möglich. Bei der Nutzung eines Wärmeleitklebers ist eine feste Positionierung der Sensoreinheit auf dem Prüfkörper möglich, sodass ein ungewolltes Verrutschen der Sensoreinheit verhindert wird.In an advantageous development of the arrangement, the electrically conductive layer is formed by a thermal paste or a thermal adhesive between the sensor unit and the test specimen. This ensures a safe and good surface contact. By the use of thermal grease a simple removal, replacement or repositioning of the sensor unit on the specimen is possible if necessary. When using a Wärmeleitklebers a fixed positioning of the sensor unit on the test specimen is possible, so that accidental slipping of the sensor unit is prevented.

Zweckmäßigerweise sind eine erste Kontaktstelle an der Sensoreinheit und eine zweite Kontaktstelle wahlweise an dem Prüfkörper oder an der Sensoreinheit angeordnet, wobei im Falle der Anordnung der zweiten Kontaktstelle an der Sensoreinheit der Prüfstrompfad von der Sensoreinheit über den Prüfkörper zur Sensoreinheit verläuft. In der Ausgestaltungvariante mit beiden Kontaktstellen an der Sensoreinheit ist eine besonders einfache und kostengünstige Ermittlung des Widerstandes in dem Prüfstrompfad möglich, da zwei Kontaktstellen auf der Leiterplatte angeordnet sein können. Ferner ist durch diese Anordnung der Kontaktstellen eine Isolierung oder Abschirmung des Prüfkörpers vor Außeneinflüssen möglich. In der Ausgestaltung mit einer Kontaktstelle an dem Prüfkörper und einer Kontaktstelle an der Sensoreinheit sind die Anforderungen an die Dicke der Wärmeleitenden Schicht gering und somit eine Montage der Sensoreinheit vereinfacht. Ferner ist in dieser Ausgestaltung durch den einfachen Verlauf des Strompfades eine besonders zuverlässige und genaue Messung des Widerstandes im Prüfstrompfad möglich.Expediently, a first contact point on the sensor unit and a second contact point are optionally arranged on the test body or on the sensor unit, wherein in the case of the arrangement of the second contact point on the sensor unit, the test current path extends from the sensor unit via the test body to the sensor unit. In the embodiment variant with two contact points on the sensor unit, a particularly simple and cost-effective determination of the resistance in the test current path is possible since two contact points can be arranged on the printed circuit board. Furthermore, by this arrangement of the contact points insulation or shielding of the specimen against external influences possible. In the embodiment with a contact point on the test body and a contact point on the sensor unit, the requirements for the thickness of the heat-conducting layer are low and thus simplifies mounting of the sensor unit. Furthermore, a particularly reliable and accurate measurement of the resistance in the test current path is possible in this embodiment by the simple course of the current path.

Vorteilhafterweise umfasst die Sensoreinheit einen Temperatursensor, wodurch ein aufwändiges zusätzliches Verbauen des Temperatursensors vermieden wird. Der Temperatursensor kann dabei vorteilhafterweise mit einer Abdeckmasse zum Schutz vor Umwelteinflüssen versiegelt sein. Die Sensoreinheit bildet daher bevorzugt mit dem Temperatursensor eine vorgefertigte Montageeinheit.Advantageously, the sensor unit comprises a temperature sensor, whereby a complex additional obstruction of the temperature sensor is avoided. The temperature sensor can be advantageously sealed with a covering for protection against environmental influences. The sensor unit therefore preferably forms a prefabricated assembly unit with the temperature sensor.

Der Temperatursensor ist beispielsweise ein NTC oder PCT-Widerstandselement. Wichtig ist, dass der Temperatursensor, insbesondere über eine geeignete Ausgestaltung der Sensoreinheit, zum Prüfkörper elektrisch isoliert ist. Vorzugsweise weist die Sensoreinheit hierzu eine elektrisch isolierende Trägerplatte (Leiterplatte) auf, die zwischen dem Prüfkörper und dem Temperatursensor angeordnet ist.The temperature sensor is, for example, an NTC or PCT resistance element. It is important that the temperature sensor, in particular via a suitable design of the sensor unit, is electrically insulated from the test body. For this purpose, the sensor unit preferably has an electrically insulating carrier plate (printed circuit board) which is arranged between the test body and the temperature sensor.

In einer voreilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist auf einer Leiterplatte der Sensoreinheit der Temperatursensor angeordnet. Dabei kann der Temperatursensor als Halbleitersensor ausgestaltet sein. Die Leiterplatte ist beispielsweise eine flexible, insbesondere zweilagige Leiterplatte aus Polyimid sein. Durch die Nutzung eines Standardbauteils in Form einer Leiterplatte ist eine besonders einfache und kostengünstige Produktion sowie einfache Montage der Sensoreinheit mit dem Temperatursensor möglich.In a premature embodiment of the arrangement, the temperature sensor is arranged on a printed circuit board of the sensor unit. In this case, the temperature sensor may be configured as a semiconductor sensor. The printed circuit board is for example a flexible, in particular two-layer printed circuit board made of polyimide. By using a standard component in the form of a printed circuit board, a particularly simple and cost-effective production and easy installation of the sensor unit with the temperature sensor is possible.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist eine Messleiterbahn auf der Leiterplatte integriert. Somit entfällt eine aufwändige und kostenintensive Verkabelung von Bauteilen. Weiter ist durch die leiterplattenintegrierten Messleiterbahnen eine besonders hohe Zuverlässigkeit gewährleistet. Weiter entfällt in dieser Ausgestaltung eine nachteilige Wärmeabfuhr durch Anschlussleitungen.In an advantageous development of the arrangement, a measuring conductor track is integrated on the printed circuit board. This eliminates the need for expensive and expensive cabling of components. Furthermore, the printed circuit board-integrated measuring conductor tracks ensure particularly high reliability. Next eliminates in this embodiment, a disadvantageous heat dissipation through connecting cables.

In einer zweckdienlichen Ausgestaltung weist die Sensoreinheit an ihrer dem Prüfkörper zugewandten Seite eine elektrische Kontaktschicht auf. Die Kontaktschicht ist dabei vorteilhafterweise eine Metallschicht beispielsweise mit einer Leitfähigkeit im Bereich von Kupfer. Durch die Kontaktschicht wird ein flächiger elektrischer Kontakt hergestellt, wodurch gegenüber einer punktuellen Kontaktierung eine besonders genaue und zuverlässige Messung des elektrischen Widerstandes zwischen der Sensoreinheit und dem Prüfkörper ermöglicht ist.In an expedient embodiment, the sensor unit has an electrical contact layer on its side facing the test body. The contact layer is advantageously a metal layer, for example with a conductivity in the range of copper. By the contact layer, a surface electrical contact is made, whereby a punctiform contacting a particularly accurate and reliable measurement of the electrical resistance between the sensor unit and the test body is possible.

Vorzugsweise ist eine Auswertungseinheit zur Überwachung und Analyse des elektrischen Widerstandes zwischen dem Prüfkörper und der Sensoreinheit vorgesehen. Sie ist zur Messung des elektrischen Widerstandes des Prüfstrompfades ausgebildet oder zumindest mit einer derartigen Messvorrichtung verbunden oder verbindbar. Die Auswertungseinheit ist beispielsweise ein Handgerät zum mobilen Gebrauch, das bei der Montage, Reparatur oder Inspektion der Sensoreinheit genutzt wird. Durch diese Ausgestaltung wird eine Positionskontrolle ermöglicht, ohne dass die Vorrichtung fest verbaut werden muss. Alternativ ist die Auswertungseinheit vorzugsweise in die Kraftfahrzeug-Elektrik, insbesondere unmittelbar in die Sensoreinheit zur kontinuierlichen oder wiederholten Messung und Dauerüberwachung des elektrischen Widerstandes integriert. So wird ein besonders sicherer Batteriebetrieb gewährleistet. So kann beispielsweise auf Anzeichen für einen baldigen Defekt oder eine abnehmende Qualität des thermischen Kontaktes hin geprüft werden und rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergriffen werden.Preferably, an evaluation unit for monitoring and analyzing the electrical resistance between the test specimen and the sensor unit is provided. It is designed to measure the electrical resistance of the Prüfstrompfades or at least connected to such a measuring device or connectable. The evaluation unit is for example a hand-held device for mobile use, which is used in the assembly, repair or inspection of the sensor unit. By this configuration, a position control is possible without the device must be permanently installed. Alternatively, the evaluation unit is preferably integrated in the motor vehicle electrical system, in particular directly in the sensor unit for continuous or repeated measurement and continuous monitoring of the electrical resistance. This ensures particularly safe battery operation. Thus, for example, can be checked for signs of a speedy defect or a decreasing quality of thermal contact out and timely countermeasures are taken.

Bei einer zweckmäßigen Verwendung der Anordnung wird die thermische Verbindung beim Einbau oder beim Betrieb geprüft. Eine Verwendung der Anordnung zur Prüfung der thermischen Verbindung beim Einbau hat den Vorteil, dass bereits vor dem Betrieb mit dem Prüfkörper Fehler erkannt werden oder eine Korrektur der Position der Sensoreinheit erfolgen kann. Die Verwendung der Anordnung im Betrieb erlaubt eine kontinuierliche Überprüfung und Sicherstellung der Temperaturmessfunktion durch eine Prüfung der Güte des Prüfstrompfades. Somit ist ein besonders sicherer Betrieb, insbesondere Fahrzeugbetrieb mit Hochspannungsbatterien gewährleistet.In an appropriate use of the arrangement, the thermal connection is tested during installation or operation. A use of the arrangement for testing the thermal connection during installation has the advantage that errors can already be detected prior to operation with the test body or a correction of the position of the sensor unit can take place. The use of the arrangement in operation allows a continuous checking and ensuring the temperature measurement function by checking the quality of the Prüfstrompfades. Thus, a particularly safe operation, especially vehicle operation is ensured with high voltage batteries.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Sensoreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 11, die für die Anwendung bei der beschriebenen Anordnung zur Überprüfung der thermischen Verbindung vorgesehen ist. Die im Hinblick auf die Anordnung angeführten bevorzugten Ausgestaltungen und Vorteile sind sinngemäß auch auf die Sensoreinheit zu übertragen. Mit der Sensoreinheit ist eine vorgefertigte Baueinheit bereitgestellt, die lediglich noch an den Prüfkörper insbesondere über die Leitpaste montiert zu werden braucht.The object is further achieved by a sensor unit with the features of claim 11, which is intended for use in the described arrangement for checking the thermal connection. The preferred embodiments and advantages cited with regard to the arrangement are also to be transferred analogously to the sensor unit. With the sensor unit, a prefabricated structural unit is provided which only needs to be mounted on the test specimen, in particular via the conductive paste.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dann zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Then show:

1 und 2 in schematischer Draufsicht bzw. Schnittdarstellung eine Anordnung zur Überprüfung der thermischen Verbindung zwischen einer Sensoreinheit und einem Batteriepol mit einer ersten Kontaktstelle an einer Leiterplatte und einer zweiten Kontaktstelle an dem Batteriepol, 1 and 2 in a schematic plan view and sectional view of an arrangement for checking the thermal connection between a sensor unit and a battery post having a first contact point on a printed circuit board and a second contact point on the battery post,

3 und 4 in schematischer Draufsicht bzw. Schnittdarstellung eine Anordnung ähnlich zu der 1 und 2 mit beiden Kontaktstellen an der Leiterplatte, und 3 and 4 in a schematic plan view and sectional view of an arrangement similar to the 1 and 2 with both contact points on the circuit board, and

5 ein Blockschaltbild der Anordnung zur Überprüfung der thermischen Verbindung mit einer Auswertungseinheit. 5 a block diagram of the arrangement for checking the thermal connection with an evaluation unit.

Die 1 und 2 zeigen eine Anordnung mit einer einen Temperatursensor 1 und eine Leiterplatte 3 umfassenden Sensoreinheit 5 (insbesondere Temperatursensoreinheit). Dabei ist der Temperatursensor 1 auf der Leiterplatte 3 angeordnet. Die Leiterplatte 3 ist auf einem als Batteriepol 7 ausgestalteten Prüfkörper angeordnet, wobei zwischen dem Batteriepol 7 und der Sensoreinheit 5 ein thermischer Kontakt ausgebildet ist. Auf einer dem Batteriepol 7 zugewandten Seite der Leiterplatte 3 ist eine erste elektrisch leitende Kontaktschicht 9, insbesondere aus Metall aufgebracht. Die Leiterplatte 3 ist dabei z. B. aus einer mit Epoxidharz getränkten dünnen Glasfasermatte (FR4 Leiterplatte) gefertigt. Die erste Kontaktschicht 9 ist zweckmäßigerweise über eine erste Durchkontaktierung 11 mit einer ersten Prüfleiterbahn 13 auf der Leiterplatte 3 kontaktiert. Zwischen dem Batteriepol 7 und der Kontaktschicht 9 ist eine elektrisch leitende Schicht 16 in Form einer Wärmeleitpaste eingebracht. Zwischen einer aus der Kontaktschicht 9 gebildeten ersten Kontaktstelle 18 und einer am Batteriepol 7 gebildeten zweiten Kontaktstelle 20 ist ein Prüfstrompfad 22 (elektrischer Prüfkontakt) geschlossen. Der Prüfstrompfad 22 weist einen Widerstand R_P zur Bestimmung der Güte des thermischen Kontaktes zwischen dem Batteriepol 7 und der Sensoreinheit 5 auf. Die zweite Kontaktstelle 20 ist dabei beispielsweise über eine zweite Durchkontaktierung 23 mit einer zweiten Prüfleiterbahn 24 auf der Leiterplatte 3 kontaktiert. Ferner ist der Temperatursensor 1 an eine erste und eine zweite Messleiterbahn 25, 26 angeschlossen, die ebenfalls auf der Leiterplatte 3 verlaufen.The 1 and 2 show an arrangement with a temperature sensor 1 and a circuit board 3 comprehensive sensor unit 5 (in particular temperature sensor unit). Here is the temperature sensor 1 on the circuit board 3 arranged. The circuit board 3 is on a battery pole 7 configured test body arranged between the battery pole 7 and the sensor unit 5 a thermal contact is formed. On a battery pole 7 facing side of the circuit board 3 is a first electrically conductive contact layer 9 , applied in particular of metal. The circuit board 3 is z. B. made of an impregnated with epoxy thin glass fiber mat (FR4 circuit board). The first contact layer 9 is expediently via a first via 11 with a first test track 13 on the circuit board 3 contacted. Between the battery pole 7 and the contact layer 9 is an electrically conductive layer 16 introduced in the form of a thermal paste. Between one of the contact layer 9 formed first contact point 18 and one at the battery pole 7 formed second contact point 20 is a test current path 22 (electrical test contact) closed. The test current path 22 has a resistance R _P for determining the quality of the thermal contact between the battery pole 7 and the sensor unit 5 on. The second contact point 20 is for example via a second via 23 with a second test track 24 on the circuit board 3 contacted. Furthermore, the temperature sensor 1 to a first and a second measuring conductor 25 . 26 connected, also on the circuit board 3 run.

Die 3 und 4 zeigen die Anordnung zur Überprüfung der thermischen Verbindung zwischen der Temperatursensoreinheit 5 und dem Batteriepol 7, wobei die erste und die zweite Kontaktstelle 18, 20 auf der Leiterplatte 3 angeordnet sind. Dabei sind die erste Kontaktstelle 18 und die zweite Kontaktstelle 20 der ersten Kontaktschicht 9 bzw. einer zweiten Kontaktschicht 27 zugeordnet. Die erste und die zweite Kontaktschicht 9, 27 sind dabei derart an der Batteriepolseite der Leiterplatte 3 angeordnet, dass kein direkter elektrischer Schluss zwischen den beiden Kontaktschichten 9, 27 gebildet ist. Der Prüfstrompfad 22 verläuft in dieser Ausgestaltung von der ersten Kontaktstelle 18 über die erste Kontaktschicht 9, durch die elektrisch leitende Schicht 16 in den Batteriepol 7. Werter verläuft der Prüfstrompfad 22 von dem Batteriepol 7 durch die elektrisch leitende Schicht 16 und die zweite Kontaktschicht 27 zur zweiten Kontaktstelle 20. Somit verdoppelt sich bei gleicher Dicke der elektrisch leitenden Schicht 16 der Prüfstrompfad 22 durch diese. Da die elektrisch leitende Schicht 16 eine wesentlich niedrigere Leitfähigkeit als der Batteriepol aufweist, verdoppelt sich der elektrische Widerstand R_P im Prüfstrompfad 22.The 3 and 4 show the arrangement for checking the thermal connection between the temperature sensor unit 5 and the battery pole 7 , wherein the first and the second contact point 18 . 20 on the circuit board 3 are arranged. Here are the first contact point 18 and the second contact point 20 the first contact layer 9 or a second contact layer 27 assigned. The first and second contact layers 9 . 27 are doing so on the battery pole side of the circuit board 3 arranged that no direct electrical connection between the two contact layers 9 . 27 is formed. The test current path 22 runs in this embodiment of the first contact point 18 over the first contact layer 9 , through the electrically conductive layer 16 in the battery pole 7 , More valuable is the test current path 22 from the battery pole 7 through the electrically conductive layer 16 and the second contact layer 27 to the second contact point 20 , Thus doubled at the same thickness of the electrically conductive layer 16 the test current path 22 through this. As the electrically conductive layer 16 has a much lower conductivity than the battery pole, the electrical resistance R _P doubles in Prüfstrom path 22 ,

Für den Verlauf des Prüfstrompfades 22 ist insbesondere die Dicke und elektrische Leitfähigkeit der elektrisch leitenden Schicht 16 (Wärmeleitpaste) sowie der Abstand zwischen den beiden Kontaktschichten 9, 27 maßgeblich. Um einen zweckmäßigen Prüfstrompfad 22 zu bilden weist die elektrisch leitende Schicht 16 hier eine Dicke von etwa 0,1 mm bis 0,5 mm auf. Dabei liegt die Leitfähigkeit der elektrische leitenden Schicht etwa im Bereich von 1% bis 10% von Kupfer.For the course of the test current path 22 is in particular the thickness and electrical conductivity of the electrically conductive layer 16 (Thermal paste) and the distance between the two contact layers 9 . 27 prevail. To a convenient Prüfstrompfad 22 has the electrically conductive layer to form 16 here a thickness of about 0.1 mm to 0.5 mm. In this case, the conductivity of the electrically conductive layer is approximately in the range of 1% to 10% of copper.

Auf der Leiterplatte 3 ist im Ausführungsbeispiel eine Auswertungseinheit 30 angeordnet, die über die erste und die zweite Prüfleiterbahn 13, 24 mit der ersten bzw. zweiten Kontaktstelle 18, 20 kontaktiert sind. Ferner ist die erste Messleiterbahn 25 und die zweite Messleiterbahn 26 jeweils mit der Auswertungseinrichtung 30 einerseits und mit dem Temperatursensor 1 andererseits zur Temperaturermittlung kontaktiert.On the circuit board 3 is an evaluation unit in the embodiment 30 arranged over the first and the second Prüfleiterbahn 13 . 24 with the first or second contact point 18 . 20 are contacted. Furthermore, the first measuring conductor is 25 and the second measuring conductor 26 each with the evaluation device 30 on the one hand and with the temperature sensor 1 on the other hand contacted for temperature determination.

5 zeigt in einem schematischen Blockschaltbild die Anordnung zur Überprüfung der thermischen Verbindung mit dem Temperatursensor 1, dem elektrischen Widerstand R_P des Prüfstrompfades 22 zwischen der ersten Kontaktselle 18 und der zweiten Kontaktstelle 20, und mit der Auswertungseinheit 30. Im Auswertungsbetrieb erzeugt die an eine Spannungsquelle 40 angeschlossene Auswertungseinheit 30 einen Prüfstrom I_P der durch die erste und die zweite Prüfleiterbahn 13, 24 und die dazwischen geschaltete erste Kontaktstelle 18, den Widerstand R_P und die zweite Kontaktstelle 20 fließt. Der Widerstand R_P ist dabei, wenn keine Störung vorliegt, in wesentlichem von der Wärmeleitpaste bestimmt. Dabei wird in der Auswertungseinheit 30 der Spannungsabfall V_P über den Widerstand R_P gemessen. Der ermittelte Widerstandswert des Widerstandes R_P wird als ein Indikator für die Güte des thermischen Kontaktes und der Position der Sensoreinheit 5 auf dem als Batteriepol 7 ausgestalteten Prüfkörper herangezogen. Weiter erzeugt die Auswertungseinheit 30 vorzugsweise einen konstanten Messtrom IM der über die erste Messleiterbahn 25, den zweckmäßigerweise als PT-100 ausgestalteten Temperatursensor 1, und über die zweite Messleiterbahn 26 fließt. Dabei wird im Auswertungsbetrieb von der Auswertungseinheit 30 ein Spannungsabfall V_M über diese Zweileiterschaltung gemessen und daraus beispielsweise ein absoluter Temperaturwert ermittelt. Dieser wird vorzugsweise unter Berücksichtigung des Indikators für die Güte des thermischen Kontaktes angepasst. In bevorzugter Ausgestaltung speichert die Auswertungseinheit 30 im Betrieb Übertemperaturereignisse und bewirkt eine Notabschaltung oder Reduzierung eines Versorgungsstroms einer hier nicht dargestellten Hochspannungsbatterie, die den Batteriepol 7 umfasst. Ferner wird beim Erkennen einer kritischen Positionsverschiebung beispielsweise eine Meldung abgegeben. 5 shows a schematic block diagram of the arrangement for checking the thermal connection with the temperature sensor 1 , the electrical resistance R _{P of} the test current path 22 between the first contact cell 18 and the second contact point 20 , and with the evaluation unit 30 , In the evaluation mode, this generates a voltage source 40 connected evaluation unit 30 a test current I _P through the first and the second Prüfleiterbahn 13 . 24 and the interposed first contact point 18 , the resistance R _P and the second contact point 20 flows. The resistor R _P is, if there is no fault, essentially determined by the thermal paste. It is in the evaluation unit 30 the voltage drop V _P measured across the resistance R _p. The determined resistance of the resistor R _P is used as an indicator of the quality of the thermal contact and the position of the sensor unit 5 on the as a battery pole 7 designed test specimen used. Next generates the evaluation unit 30 preferably a constant measuring current IM via the first measuring conductor track 25 , the suitably designed as a PT-100 temperature sensor 1 , and over the second measuring trace 26 flows. In the evaluation mode, this is done by the evaluation unit 30 a voltage drop V _M measured via this two-wire circuit and determined therefrom, for example, an absolute temperature value. This is preferably adjusted taking into account the indicator for the quality of the thermal contact. In a preferred embodiment, the evaluation unit stores 30 Overtemperature events in operation and causes an emergency shutdown or reduction of a supply current of a high-voltage battery, not shown here, the battery 7 includes. Furthermore, when a critical positional shift is detected, for example, a message is issued.

Von besonderer Bedeutung ist die Überprüfung beim Montageprozess um eine korrekte Einbauposition zu gewährleisten. Der Spannungsabgriff erfolgt hierbei vorzugsweise zum einen direkt am Prüfkörper 7. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist in diesem Fall daher die feste Anordnung einer Leiterbahn als Prüfstrompfad 22 nicht erforderlich. Die Widerstandsmessung erfolgt vielmehr über ein mobiles Messgerät, dessen Messkontakte einerseits am Prüfkörper 7 und andererseits an geeigneter Stelle an der Sensoreinheit 5, z. B. an einer der Prüfleiterbahnen 13, 24 angelegt werden. Der Prüfstrompfad 22 ist daher nicht fest verbaut sondern wird nur beim Einsatz ausgebildet.Of particular importance is the verification during the assembly process to ensure a correct installation position. The voltage tap is preferably carried out on the test body 7 , In the embodiment of 2 is in this case therefore the fixed arrangement of a conductor track as Prüfstrompfad 22 not mandatory. The resistance measurement is carried out rather via a mobile measuring device whose measuring contacts on the one hand on the test specimen 7 and on the other hand at a suitable location on the sensor unit 5 , z. B. on one of the Prüfleiterbahnen 13 . 24 be created. The test current path 22 is therefore not permanently installed but is trained only during use.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Temperatursensortemperature sensor
33: Leiterplattecircuit board
55: Sensoreinheitsensor unit
77: Batteriepolbattery
99: erste Kontaktschichtfirst contact layer
1111: erste Durchkontaktierungfirst via
1313: erste Prüfleiterbahnfirst test track
1616: elektrisch leitende Schichtelectrically conductive layer
1818: erste Kontaktstellefirst contact point
2020: zweite Kontaktstellesecond contact point
2222: PrüfstrompfadPrüfstrompfad
2323: zweite Durchkontaktierungsecond via
2424: zweite Prüfleiterbahnsecond test track
2525: erste Messleiterbahnfirst measuring conductor
2626: zweite Messleiterbahnsecond measuring conductor
2727: zweite Kontaktschichtsecond contact layer
3030: Auswertungseinheitevaluation unit
4040: Spannungsquellevoltage source
I_P I _P: PrüfstromTest current
R_P R _P: Widerstandresistance
V_P V _P: Spannungsabfallvoltage drop
I_M I _M: Messstrommeasuring current
V_M V _M: Spannungsabfallvoltage drop

Claims

Arrangement for checking the thermal connection between a sensor unit ( 5 ) and a test specimen ( 7 ), in particular a battery pole ( 7 ) of a motor vehicle, wherein between the test specimen ( 7 ) and the sensor unit ( 5 ) an electrical test current path ( 22 ) is provided and an electrical resistance (R _P ) between the test body ( 7 ) and the sensor unit ( 5 ) as an indicator of the quality of a thermal contact connection between the sensor unit ( 5 ) and the test specimen ( 7 ) is used.

Arrangement according to claim 1, characterized in that between the test body ( 7 ) and the sensor unit ( 5 ) an electrically conductive layer ( 16 ) is arranged.

Arrangement according to claim 2, characterized in that the electrically conductive layer ( 16 ) has an at least a factor of ten lower electrical conductivity than copper, and the electrical conductivity in particular in the range of

(0.5 to 5) x 10 ⁶ m / Ω

lies.

Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrically conductive layer ( 16 ) by a thermal paste ( 16 ) or a thermal adhesive between the sensor unit ( 5 ) and the test specimen ( 7 ) is formed.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a first contact point ( 18 ) on the sensor unit ( 5 ) and a second contact point ( 20 ) optionally on the test specimen ( 7 ) or the sensor unit ( 5 ) is arranged, wherein in the case of the arrangement of the second contact point ( 20 ) on the sensor unit ( 5 ) the test current path ( 22 ) from the sensor unit ( 5 ) over the test specimen ( 7 ) to the sensor unit ( 5 ) runs.

Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sensor unit ( 5 ) a temperature sensor ( 1 ).

Arrangement according to claim 6, characterized in that the sensor unit ( 5 ) a printed circuit board ( 3 ) and thereupon the temperature sensor ( 1 ).

Arrangement according to claim 7, characterized in that a temperature sensor ( 1 ) leading measuring track ( 25 . 26 ) on the printed circuit board ( 3 ) is integrated.

Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the sensor unit ( 5 ) at its the test body ( 7 ) side facing an electrical contact layer ( 9 . 27 ) having.

Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that an evaluation unit ( 30 ) for monitoring and analyzing the electrical resistance (R _P ) between the test specimen ( 7 ) and the sensor unit ( 5 ) is provided.

Sensor unit ( 5 ) for an arrangement according to one of the preceding claims, with a printed circuit board ( 3 ) with a temperature sensor ( 1 ) and two test strips ( 13 . 24 ), which are arranged such that they in the mounted state of the sensor unit ( 5 ) under formation of a through a test body ( 7 ) extending test current paths ( 22 ) are electrically connected together.