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In Hochstromanwendungen, wie etwa Ladeinfrastrukturkomponenten für die E-Mobilität, ist eine Temperaturüberwachung gesetzlich vorgeschrieben. Ziel ist es, Schäden an den Komponenten durch zu hohe Temperaturen zu vermeiden und fehlerhaftes Verhalten während des Ladevorgangs rechtzeitig zu erkennen.
Das Fraunhofer IST hat in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IVI und dem Fraunhofer IWU einen Dünnschicht-Temperatursensor entwickelt, der für die Temperaturmessung bei der Energieübertragung extrem hoher Leistungen für Ladestecker konzipiert ist. Die an einem Äquivalenzprüfstand ermittelten Messdaten ermöglichen einen direkten Einblick in die Temperaturentwicklung der elektrischen Kontaktpartner, die für die Stromübertragung essentiell sind.

Hochspannungsfeste Dünnschichtsensoren auf elektrischen Kontaktpartnern
Ein hinsichtlich elektrischer Isolation optimiertes Dünnschichtsystem wurde direkt auf einen Hochstrom-Kontaktpartner aus Elektrokupfer abgeschieden. Die elektrisch isolierende Grundschicht aus etwa 8 μm Aluminiumoxid (Al2O3) weist eine Durchschlagspannung von 1,4 kV auf. Auf dieser Isolationsschicht wurde eine 200 nm dünne Sensorschicht aus Chrom abgeschieden. Abschließend wurde eine Aluminiumoxid-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 2,5 μm aufgebracht, die sowohl dem Verschleißschutz als auch der elektrischen Isolation dient.

Temperaturmessung in Hochstromübertragungseinheiten
Die elektrischen Kontaktpartner wurden an einem Äquivalenzprüfstand des Fraunhofer IVI auf ihre Funktionalität hin getestet. Dabei war das Schichtsystem unterschiedlichen Strombelastungen zwischen 300 A und 600 A ausgesetzt ohne Schaden zu nehmen. Das Verhalten der Sensoren lässt auf eine geringe Latenz schließen und validiert das erwartete Temperaturprofil der Kontaktpartner.

Ausblick
Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass die Dünnschichtsensorik eine Temperaturmessung in unmittelbarer Nähe der elektrischen Kontaktpunkte ermöglicht, sodass eine Zustandsüberwachung des Ladesteckers mithilfe dieser Sensoren angestrebt wird. Zusätzlich zur Messung im Äquivalenzprüfstand des Fraunhofer IVI ist derzeit geplant, die Sensoren in einem MCS-Ladestecker unter realen Bedingungen zu erproben.

https://www.ist.fraunhofer.de/de/kompetenzen/sensorik.html