DE102015211450A1 - Device for measuring moisture in a battery system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Feuchtigkeitsmessung in einem Batteriesystem, umfassend eine Basis (5) und eine Abdeckung (2), zwischen denen mindestens eine elektrisch leitfähige Struktur (11, 13) angeordnet ist, wobei die Basis (5) und die Abdeckung (2) derart ausgebildet sind, dass diese mindestens in einem trockenen Zustand hochohmig sind, wobei die elektrisch leitfähige Struktur (11, 13) mit einer Spannungsquelle (7, 15) verbunden ist und ein elektrischer Widerstand der leitfähigen Struktur (11, 13) mittels mindestens einer Messeinrichtung (8, 16) erfassbar ist, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass bei auftretender Feuchtigkeit sich der Widerstand der leitfähigen Struktur (11, 13) verändert, wobei die mindestens eine elektrisch leitfähige Struktur (11, 13) als Kohlefaserleitung (4) ausgebildet ist.The invention relates to a device (1) for measuring moisture in a battery system, comprising a base (5) and a cover (2), between which at least one electrically conductive structure (11, 13) is arranged, wherein the base (5) and the Cover (2) are formed such that they are high impedance at least in a dry state, wherein the electrically conductive structure (11, 13) with a voltage source (7, 15) is connected and an electrical resistance of the conductive structure (11, 13) by means of at least one measuring device (8, 16) is detectable, wherein the device (1) is formed such that when moisture occurs, the resistance of the conductive structure (11, 13) changes, wherein the at least one electrically conductive structure (11, 13 ) is formed as a carbon fiber line (4).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feuchtigkeitsmessung in einem Batteriesystem, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. The invention relates to a device for measuring moisture in a battery system, in particular in a motor vehicle.
Aus der
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Feuchtigkeitsmessung zu schaffen, die eine geringere Störanfälligkeit aufweist. The invention is based on the technical problem of providing a device for measuring moisture, which has a lower susceptibility to interference.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The solution of the technical problem results from the device having the features of
Die Vorrichtung zur Feuchtigkeitsmessung in einem Batteriesystem umfasst eine Basis und eine Abdeckung, zwischen denen mindestens eine elektrisch leitfähige Struktur angeordnet ist, wobei die Basis und die Abdeckung derart ausgebildet sind, dass diese mindestens in einem trockenen Zustand hochohmig sind, beispielsweise einen elektrischer Widerstand im MΩ-Bereich aufweisen. Basis und Abdeckung wirken dabei als Isolatoren. Die Spannungsquelle kann dabei eine Gleichspannungsquelle oder eine Wechselspannungsquelle sein, wobei dann kapazitive Kopplungen entsprechend zu berücksichtigen sind. Weiter weist die Vorrichtung eine Messeinrichtung zur Ermittlung des elektrischen Widerstands der leitfähigen Struktur auf. Die Vorrichtung ist weiter derart ausgebildet, dass bei auftretender Feuchtigkeit sich der Widerstand der leitfähigen Struktur verändert. Dabei ist die elektrisch leitfähige Struktur als Kohlefaserleitung (Carbon-Faser) ausgebildet. Der Vorteil der Kohlefaserleitung im Vergleich zu den metallischen Strukturen aus dem Stand der Technik ist, dass diese nicht anfällig für Korrosion sind. Ein weiterer Vorteil der Kohlefaserleitung gegenüber metallischen Strukturen ist die hohe mechanische Flexibilität, d.h. die Vorrichtung lässt sich sehr gut an die äußere Formgebung des Batteriesystems anpassen. The device for moisture measurement in a battery system comprises a base and a cover, between which at least one electrically conductive structure is arranged, wherein the base and the cover are formed such that they are high-impedance at least in a dry state, for example, an electrical resistance in MΩ Have area. Base and cover act as insulators. The voltage source may be a DC voltage source or an AC voltage source, in which case capacitive couplings are to be considered accordingly. Furthermore, the device has a measuring device for determining the electrical resistance of the conductive structure. The device is further designed such that when moisture occurs, the resistance of the conductive structure changes. The electrically conductive structure is designed as a carbon fiber line (carbon fiber). The advantage of the carbon fiber line compared to the prior art metallic structures is that they are not susceptible to corrosion. Another advantage of the carbon fiber conduit over metallic structures is the high mechanical flexibility, i. the device can be adapted very well to the external shape of the battery system.
In einer Ausführungsform ist die Kohlefaserleitung auf einem Träger aufgenäht oder aufgeklebt oder ist in einen Träger eingewebt. Diese Techniken sind beispielsweise aus der Handhabung von Kohlefaserleitungen in Fahrzeugsitzen als Sitzbelegungssensor bekannt. In one embodiment, the carbon fiber conduit is stitched or glued to a carrier or woven into a carrier. These techniques are known, for example, from the handling of carbon fiber conduits in vehicle seats as a seat occupancy sensor.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Basis und/oder die Abdeckung aus einem Vliesstoff oder Schaum ausgebildet, die derart ausgebildet sind, dass diese Feuchtigkeit aufnehmen können. Unter einem Vliesstoff ist ein Gebilde aus Fasern begrenzter Länge, Endlosfasern (Filamenten) oder geschnittenen Garnen jeglicher Art und jeglichen Ursprungs zu verstehen, die auf irgendeine Weise zu einem Vlies (einer Faserschicht, einem Faserflor) zusammengefügt und auf irgendeine Weise miteinander verbunden worden sind. Der Schaum ist vorzugsweise ein retikulierter Schaum, beispielsweise ein retikulierter PU-Schaum. Dabei sind beliebige Kombinationen möglich. So kann beispielsweise die Basis ein Vlies und die Abdeckung ein Schaum sein und umgekehrt. Dabei ist es auch ausreichend, dass entweder nur die Basis oder nur die Abdeckung als Vliesstoff oder Schaum ausgebildet ist, solange nur sichergestellt ist, dass die zu detektierende Feuchtigkeit an den Vliesstoff oder den Schaum gelangt. Dabei ist die Feuchtigkeit auch nicht nur auf Batteriesäure begrenzt, vielmehr kann die Vorrichtung zur Messung von Wasser und/oder Glykol oder anderen Flüssigkeiten verwendet werden, die beispielsweise zur Kühlung des Batteriesystems verwendet werden. Die Grundidee dabei ist, dass die aufgenommene Flüssigkeit das Widerstandsverhalten verändert. In a further embodiment, the base and / or the cover are formed of a nonwoven fabric or foam, which are designed such that they can absorb moisture. By a nonwoven fabric is meant an assembly of limited length fibers, filaments or cut yarns of any kind and of any origin that have been somehow joined together into a nonwoven (a fibrous layer, a batt) and somehow bonded together. The foam is preferably a reticulated foam, for example a reticulated PU foam. Any combinations are possible. For example, the base may be a fleece and the cover a foam, and vice versa. It is also sufficient that either only the base or only the cover is formed as a nonwoven fabric or foam, as long as it is ensured that the moisture to be detected reaches the nonwoven fabric or the foam. The humidity is not limited only to battery acid, but the device can be used to measure water and / or glycol or other liquids, which are used for example for cooling the battery system. The basic idea is that the absorbed liquid changes the resistance behavior.
In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine elektrisch leitfähige Struktur als Leiterbahnenzug ausgebildet, der mit der Spannungsquelle verbunden ist, wobei der Leiterbahnenzug derart ausgebildet ist, dass dieser bei Feuchtigkeit mindestens teilweise kurzgeschlossen wird. Beispielsweise ist der Leiterbahnenzug schlaufen- oder mäanderförmig ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform kann der Kurzschluss den Widerstand erniedrigen, wobei der Leiterbahnenzug aber bereits im trockenen Zustand geschlossen ist. In einer anderen Ausführungsform bewirkt der Kurzschluss hingegen erst, dass der Leiterbahnenzug geschlossen wird und somit den Stromkreis schließt. In a further embodiment, the at least one electrically conductive structure is formed as a conductor track, which is connected to the voltage source, wherein the conductor strip is formed such that it is at least partially shorted in moisture. For example, the conductor track train is looped or meander-shaped. In this embodiment, the short circuit can reduce the resistance, but the conductor strip train is already closed in the dry state. In another Embodiment causes the short circuit, however, only that the conductor strip is closed and thus closes the circuit.
Dabei weist die Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform zwei leitfähige Strukturen auf, die jeweils mit einer bzw. der Spannungsquelle verbunden sind oder wahlweise mit einer gemeinsamen Spannungsquelle verbunden sind, wobei die leitfähigen Strukturen derart ausgebildet sind, dass diese bei Feuchtigkeit mindestens teilweise elektrisch verbunden sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass beide Strukturen einen vollständigen Leiterbahnenzug bilden, wobei es durch die Feuchtigkeit zu einem partiellen Kurzschluss zwischen den beiden Leiterbahnenzügen kommt. Dieser Kurzschluss bewirkt eine Widerstandsänderung in beiden Leiterbahnenzügen. Bei der Verwendung von zwei Spannungsquellen können dann beide Widerstandswerte gleichzeitig gemessen werden, wobei bei der wahlweisen Umschaltung die Widerstandswerte nacheinander gemessen werden, dafür aber nur eine Spannungsquelle und Messeinrichtung erforderlich ist. Beispielsweise werden die beiden Leiterbahnenzüge sehr eng parallel geführt, sodass die Feuchtigkeit diese kurzschließt. Einer der Vorteile dieser Ausführungsform ist, dass eine Redundanz existiert, da sich die Feuchtigkeit in beiden Messungen bemerkbar machen muss. In this case, in a further embodiment, the device has two conductive structures which are each connected to one or the voltage source or optionally connected to a common voltage source, wherein the conductive structures are formed such that they are at least partially electrically connected to moisture. It can be provided that both structures form a complete conductor track, whereby it comes through the moisture to a partial short circuit between the two conductor tracks. This short causes a change in resistance in both tracks. When two voltage sources are used, both resistance values can then be measured simultaneously, whereby in the case of the optional switching, the resistance values are measured one after the other, but only one voltage source and measuring device are required. For example, the two conductor tracks are guided very closely parallel, so that the moisture short-circuits them. One of the advantages of this embodiment is that there is redundancy because moisture must be noticeable in both measurements.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung zwei leitfähige Strukturen auf, die nicht miteinander elektrisch verbunden sind, wobei jede Struktur einseitig mit der Spannungsquelle verbunden ist, wobei die unverbundenen Seiten der Strukturen derart zueinander angeordnet sind, dass diese bei Feuchtigkeit miteinander elektrisch verbunden sind, wobei vorzugsweise die beiden Strukturen als ineinander verschränkte Kammstrukturen ausgebildet sind. Hierdurch wird die Sensibilität der Vorrichtung auch bei nur lokaler Feuchtigkeitsaufnahme wesentlich erhöht. In a further embodiment, the device has two conductive structures which are not electrically connected to each other, wherein each structure is connected on one side to the voltage source, wherein the unbonded sides of the structures are arranged such that they are electrically connected to each other in moisture, wherein Preferably, the two structures are formed as interlocking comb structures. As a result, the sensitivity of the device is significantly increased even with only local moisture absorption.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung ein elektrisch leitfähiges Batteriegehäuse auf, wobei die leitfähige Struktur mit der Spannungsquelle verbunden ist, wobei ein Umschaltelement vorgesehen ist, mittels dessen ein Pol der Spannungsquelle wahlweise mit dem Batteriegehäuse verbindbar ist. Auch hierdurch kann sehr einfach eine redundante Messung durchgeführt werden. Vorzugsweise wird hierzu eine Batterieunterschale kontaktiert. In a further embodiment, the device has an electrically conductive battery housing, wherein the conductive structure is connected to the voltage source, wherein a switching element is provided, by means of which a pole of the voltage source is selectively connectable to the battery housing. This also makes it very easy to perform a redundant measurement. Preferably, a battery lower shell is contacted for this purpose.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung als Matte ausgebildet, die sich an das Batteriesystem flexibel anpasst und vorzugsweise in einer Batterieunterschale angeordnet ist. In a further embodiment, the device is designed as a mat, which adapts flexibly to the battery system and is preferably arranged in a lower battery shell.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung mit einer Warn- und/oder Abschalteinrichtung ausgebildet, um beispielsweise detektierte Feuchtigkeit zu signalisieren (z.B. auf einer Anzeigeeinheit) und/oder das Batteriesystem abzuschalten. In another embodiment, the device is provided with a warning and / or shutdown device to signal, for example, detected moisture (e.g., on a display unit) and / or shut down the battery system.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist in einem Batteriesystem, insbesondere Hochvolt-Batteriesystem in einem Kraftfahrzeug. A preferred field of application is in a battery system, in particular a high-voltage battery system in a motor vehicle.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to preferred embodiments. The figures show:
In der
Die Vorrichtung
In der
Zur Lösung dieses Problems kann eine Umschalteinrichtung
In der
Im trockenen Zustand misst daher die Messeinrichtung
In der
Insbesondere durch die Verwendung von Vlies- bzw. Schaumstoffen und flexiblen Kohlefaserleitungen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1722217 A1 [0002] EP 1722217 A1 [0002]
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