Wie bestimmt man den Temperaturgrad für elektronische Komponenten in der Automobilindustrie?

Bei der Entwicklung einer neuen Fahrzeugelektronikkomponente muss die Komponente zertifiziert werden, um bestimmten Temperaturen standzuhalten. Es gibt mehrere Standards, die Testmethoden auflisten, wie z. B. ISO 16750-4 und AEC-Q100. Diese Normen listen jedoch eine Reihe von „Klassen“ oder „Temperaturbereichen“ auf, und es scheint Sache des Lesers der Norm zu sein, zu bestimmen, welche Klasse anwendbar ist.

In ISO 16750-3, die sich mit mechanischen Belastungen befasst, gibt jede Anforderung den Zweck an, wie z. B. „Diese Tests gelten für Geräte, die direkt am Motor montiert werden sollen“ oder „Dieser Test gilt für Prüflinge, die für die Montage an Federn vorgesehen sind Massen". Für Temperaturbereiche kann ich keine solche Anleitung finden.

Man könnte sagen, dass es Sache des Kunden ist, die erforderliche Reichweite zu spezifizieren, aber woher soll der Kunde das wissen? Das Problem zu googeln hilft nicht , da alle Webseiten „erweiterte Bereiche“ wie -40 ° C bis + 125 ° C erwähnen, aber weglassen, wie sie zu dieser Zahl gekommen sind.

Wie bestimme ich den Temperaturbereich für ein neu zu entwickelndes Bauteil?

Es liegt an Ihnen zu entscheiden, für welche Temperaturbereiche Sie Ihre Produkte entwickeln, es gibt keine feste Formel und es hängt wirklich von den Verwendungszwecken ab, die Sie anstreben, sowie von Marketing- und Kostenaspekten. Es gibt einen großen Unterschied zwischen etwas, das in jemandes Wohnzimmer funktionieren muss, und etwas, das in einem Satelliten funktionieren muss.
Der naheliegendste Schritt für mich ist herauszufinden, wo das Teil leben wird und wie die Temperaturen dort sind. Dach und Abgaskrümmer sind zwei sehr unterschiedliche Orte.
Dach und Auspuffkrümmer sind zwei sehr unterschiedliche Orte. Ich verstehe. Aber für mechanische Belastungen gilt das gleiche Problem, und dort ist es in der Norm ziemlich genau definiert.
Sprechen wir von Temperaturbereichen auf Teileebene (Widerstände, Kondensatoren usw.) oder auf Modul-/Teilsystem-/Komponentenebene?
In Nordamerika homologiert der Autohersteller sein eigenes Fahrzeug, damit es auf den Markt kommen kann. Das heißt, sie definieren ihre eigenen Sicherheitsstandards, also die Klasse ihrer Komponenten. Um das Recht zu haben, ein Fahrzeug zu homologieren, muss der Hersteller eine Reihe von Anforderungen erfüllen, aber sobald er dieses Recht erlangt hat, kann er die Homologation nach Belieben durchführen. Wenn etwas schief geht, müssen sie natürlich nachweisen, dass sie die Sorgfaltspflicht erfüllt haben, und die Nichtbeachtung führt zu sehr strengen Sanktionen. Am Ende definiert der Kunde (Automobilhersteller) seine eigenen Anforderungen.
@EnricBlanco Ich suche speziell nach Modultemperaturbereichen, aber die Frage hätte auch für Teile gelten können.
Normalerweise haben Teile einen größeren Temperaturbereich als Module/Teilsysteme.

Antworten (3)

Die Antwort gibt Anhang A der ISO-Norm zu Klimalasten in Straßenfahrzeugen (ISO 16750-4):

ISO 16750-4 Anhang A

Für jeden Montageort wird ein Betriebstemperaturbereich empfohlen. Ein Armaturenbrett, das „direkter Sonneneinstrahlung“ ausgesetzt ist, erhält einen empfohlenen Code G, was einem Bereich von -40 °C bis +90 °C entspricht.

Man könnte sagen, dass es Sache des Kunden ist, die erforderliche Reichweite zu spezifizieren, aber woher soll der Kunde das wissen?

Nun, der Kunde hat das ganze Bild und ist derjenige, der es durch seine eigenen thermischen Analysen besser weiß.

Wenn die Komponente an einem Ort montiert werden soll, an dem die thermische Schnittstelle oder die Umgebung eine hohe Temperatur ergeben wird (dh in der Nähe des Motors usw.), möchte der Kunde möglicherweise eine strengere Anforderung ("Klasse") spezifizieren.

Dies sind die Noten nach AEC-Q10, wie Sie wahrscheinlich wissen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Temperaturklassen können wie oben gezeigt bereits standardisiert sein, aber das bedeutet nicht, dass die Konstrukteure Ihres Kunden davon befreit sind, ihre Analysen durchzuführen und Ihnen zu sagen, welche Klasse Ihr Bauteil haben sollte, um in deren Montage verwendet zu werden. Ein Motor kann aufgrund von Spezifikations- oder Konstruktionsunterschieden sogar unter denselben äußeren Umgebungsbedingungen heißer laufen als ein anderer.

Wenn Ihre Komponente nicht projektspezifisch ist (dh keine Kundenspezifikation vorliegt), möchten Sie sie möglicherweise für den tatsächlich realisierbaren größeren Betriebstemperaturbereich auslegen, um sie an möglichst viele potenzielle Kunden vermarkten zu können. Aber das muss man auch mit den Kosten ausgleichen.

"aus eigenen thermischen Analysen" - es macht keinen Sinn, dass jeder Hersteller eine eigene Analyse macht, wie die Temperatur in der Kabine sein wird, wenn er mittags in der Wüste von Nevada geparkt wird - ich vermute, dass es für die meisten ähnlich sein wird Fahrzeuge.
@FrankKusters In der Luft- und Raumfahrt sind thermische Analysen ziemlich ad-hoc, um die Komponenten/Subsysteme nicht zu spezifizieren. Vielleicht lässt sich der zu erwartende Temperaturbereich im Inneren eines Autoinnenraums aufgrund äußerer Umgebungsbedingungen standardisieren , aber hängt die Temperatur motornaher Komponenten nicht fast ausschließlich von der thermischen Auslegung unter Betriebsbedingungen ab ? Der beste Versuch zur Standardisierung wäre hier, einen Temperaturbereich anzugeben und sich dann auf das thermische Design der oberen Baugruppe zu verlassen, um dies zu gewährleisten. Ist das der Fall? Wenn ja, dann hast du deine Antwort.
Es mag für Sie keinen Sinn ergeben, aber genau das passiert. Wer wird unabhängige Untersuchungen darüber anstellen, wie heiß ein Auto in der Wüste von Nevada wird, und es veröffentlichen?
@Finbarr Die gleichen Leute, die unabhängig untersuchen, wie stark ein Getriebe vibriert, und dies in den ISO 16750-3-Standard aufnehmen. Ich nehme an, dass das auch sehr vom Getriebetyp abhängt, aber es gibt trotzdem eine Norm dafür.
Ich bin sicher, dass es für viele Aspekte der Automobilherstellung Standards gibt, die angewendet werden können, und viele, für die dies nicht der Fall ist. Wer entscheidet, wie schnell ein Auto fahren kann und wie viel Sprit es verbraucht?
Je mehr ich darüber nachdenke, desto mehr scheint es mir, dass der Kunde die Qualität nach seinen eigenen thermischen Bedürfnissen spezifizieren sollte. Die bloße Existenz von Graden ist schon ein ziemlicher Standardisierungsaufwand, aber es befreit die Designer nicht davon, einige Analysen durchzuführen!
Wir haben für die meisten unserer parametrischen Tests -40 °C bis 85 °C verwendet, wobei die obere Zahl für den Betrieb im Motorraum auf 105 °C oder 125 °C ansteigt. Die Zahlen stammen vom Kunden (Ford, GM usw.) und machen Sinn, wenn Sie an die Marge denken und sich ein Auto vorstellen, das in der Sonne von AZ backt oder im MN-Winter draußen sitzt.
@KrunalDesai Unter -40 ° C ist in nördlichen Gefilden keine Seltenheit. Wenn es fahrzeugkritisch ist, würde ich ein bisschen niedriger gehen.

Es liegt wirklich an IHNEN oder wem auch immer die Produktanforderungen diktiert werden, zu entscheiden, in welcher Umgebung das Ding sein muss ...

  • A. Überleben in und
  • B. funktionsfähig bleiben.

Das können unterschiedliche Werte sein. Zum Beispiel ist ein Standard-LCD unter 0 °C nicht viel zu gebrauchen, da die Flüssigkeit zu träge wird, um auf die angelegten Spannungen zu reagieren. Es funktioniert jedoch, wenn es warm wird. Wenn Sie es jedoch auf -40 reduzieren, kann die Flüssigkeit tatsächlich gefrieren und das Gerät zerstören.

Die obige Reichweite ist jedoch auch vom Einbauort abhängig. Direkte Sonneneinstrahlung, Nähe zu anderen Wärmequellen, schlechte Belüftung usw. können diese Zahlen drastisch verändern.

Es ist auch wichtig, was Sie Ihre Elektronik darin einschließen. Die Elektronik in einer unbelüfteten Blackbox, die auf dem Armaturenbrett in der Sonne in Death Valley, USA, zurückgelassen wird, kann Temperaturen erreichen, die heiß genug sind, um einige Geräte zu schmelzen.

Darüber hinaus müssen Sie sich AUCH um das Gehäuse selbst kümmern. Wenn es sich um die oben erwähnte schwarze Box handelt, muss sie aus einem Material bestehen, das im Sonnenlicht nicht schmilzt, reißt oder sich zersetzt. Außerdem muss es so konstruiert sein, dass es sich ohne Spannungsbruch ausdehnen und zusammenziehen kann.

Manchmal sind extreme Bedingungen erforderlich. Militärische Spezifikationen sind in der Regel viel extremer als inländische, aber es gibt breitere Beispiele. Zum Beispiel Geräte, die draußen in der Antarktis eingesetzt werden sollen, oder ein Gerät, das neben einem Hochofen installiert wird. In diesen Fällen müssen außergewöhnliche Maßnahmen ergriffen werden. Für das kalte Beispiel müssen Heizungen in die Box eingebaut und die Flüssigkeitskühlung von einem entfernteren Ort zu letzterer geleitet werden.

Bei Automobilanwendungen hängt es wirklich davon ab, was das Gerät tut. Wenn es für den sicheren Betrieb des Fahrzeugs entscheidend ist, z. B. ein Bremssensor, muss es besser funktionieren als die niedrigen Werte der Standards, vielleicht bis zu -60 °C. Wenn es das kleine Display ist, auf dem die Kinder auf dem Rücksitz „Sponge Bob“ sehen, können 0°C bis +50°C ausreichen.

Die automobilen "Normen" geben an...

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wo die Kosten von hoch für Klasse 0 bis niedrig bei Klasse 4 reichen. Sie müssen entscheiden, welche davon Sie für die Funktionalität Ihres Designs und innerhalb Ihres Kostenbudgets übertreffen müssen.

Das hat er wohl gemeint. -40 bis +125 C ist Grad 1 gemäß AEC-Q100. Es gibt sogar eine Klasse 0, die für maximale Temperaturen bis zu 150 °C reicht.
@EnricBlanco könnte gut sein. Dennoch sind die Grade 0 und 1 ziemlich extrem. Ihre Elektronik müsste ziemlich nahe am Motor oder Auspuff sein, um solchen Zahlen standhalten zu müssen.
Wahrscheinlich sind die Grade 0 und 1 für einige Spezifikationen auf Teileebene und Grade 2 und höher für Spezifikationen auf Modul-/Baugruppenebene. Ich habe das die ganze Zeit in der Weltraumelektronik gesehen.
@EnricBlanco ja die Spezifikation ist nicht sehr klar.
„Sie müssen entscheiden, welches davon Sie hinsichtlich der Funktionalität Ihres Designs und innerhalb Ihres Kostenbudgets übertreffen müssen.“ Genau dafür stelle ich diese Frage. Gibt es eine Standardvorgabe, wenn beispielsweise eine Dashboard-Komponente die Klasse 4, 3 oder 2 haben muss? Oder ein Motorraumbauteil muss Klasse 1 oder 0 sein?
@FrankKusters nein es ist umgekehrt. SIE entscheiden den Temperaturbereich, in dem Sie arbeiten müssen, und entwerfen Sie diesen unter Berücksichtigung der Klassenbereiche. Wenn Ihre Tests zeigen, dass Sie knapp Klasse 2 benötigen, dann erweitern Sie Ihren Designbereich auf diese Werte. Sie zertifizieren es dann für die Klasse, die kleiner ist als der von Ihnen entworfene Bereich.
@FrankKusters Letztendlich muss das Ding ZUERST funktionieren, wo immer es gebraucht wird. Zertifizierungsnummern können manchmal bedeutungslos sein.
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