Dünnschichtsensorik zur Temperaturüberwachung in der Hochstromübertragung

Anforderungen an die Temperaturüberwachung in Hochstromsystemen

In Hochstromanwendungen der E-Mobilität ist eine zuverlässige Temperaturüberwachung gesetzlich vorgeschrieben, um Schäden an Komponenten und Fehlfunktionen während des Ladevorgangs zu vermeiden. Ziel des Projekts war die Entwicklung eines Sensorsystems, das Temperaturen direkt an den elektrischen Kontaktstellen hochpräzise, hochspannungsfest und mit geringer Latenz erfassen kann – auch bei Strombelastungen von mehreren hundert Ampere.

Sensorik direkt auf dem Kontaktpartner

Das Fraunhofer IST entwickelte ein hinsichtlich elektrischer Isolation optimiertes Dünnschichtsystem direkt auf Kontaktpartnern aus Elektrokupfer. Auf einer Aluminiumoxid-Isolationsschicht mit hoher Durchschlagspannung wurde eine Chrom-Sensorschicht abgeschieden und mittels fotolithografischer Verfahren strukturiert. Insgesamt sechs Sensoren ermöglichen eine hochauflösende Temperaturmessung unmittelbar an den Kontaktstellen. Ergänzende Schutzschichten sorgen zusätzlich für elektrische Isolation und Verschleißschutz.

Hochauflösende Messdaten für sichere Ladeprozesse

Die entwickelten Sensoren wurden an einem Äquivalenzprüfstand des Fraunhofer IVI erfolgreich unter Strombelastungen zwischen 300 A und 600 A getestet. Die Messdaten bestätigen eine geringe Latenz sowie die zuverlässige Erfassung der Temperaturentwicklung an den Kontaktpartnern. Aufbauend auf den Ergebnissen ist die Erprobung der Sensorik in MCS-Ladesteckern unter Realbedingungen geplant. Darüber hinaus werden modulare Dünnschichtsensoren auf Folieneinlegern entwickelt, um die Technologie auf weitere Anwendungen der Hochstromübertragung zu übertragen.