用于机动车的蓄电池系统和探测其壳体中的液体的方法与流程

1.本发明涉及一种用于机动车的蓄电池系统和一种探测这种蓄电池系统的壳体中的液体的方法。机动车尤其可以是客车或货车。


背景技术：

2.已知借助防水壳体构成车辆的，尤其完全或部分电力驱动的车辆的蓄电池系统。壳体中优选容纳多个蓄电池模块，所述蓄电池模块进一步分别包括多个蓄电池单池。蓄电池单池和/或蓄电池模块可以以预先确定的方式电互连，以便储存并为了产生牵引能量再次释放电能。
3.壳体的防水设计应保护蓄电池模块不受渗入的水和/或来自环境的湿气的影响。否则会出现短路并且因此甚至导致蓄电池系统燃烧。如果来自环境的盐水进入蓄电池系统，还会发生腐蚀，这尤其会导致蓄电池单池的损坏。
4.因此，为了改善带有相应蓄电池系统的机动车的运行安全性，人们通常专注于壳体的特别可靠的防水设计。这与相应的成本有关并会导致复杂的生产过程。此外，即使有相应的防水设计，还是不能始终保证来自环境中的水或湿气不会进入。


技术实现要素：

5.因此需要的是，改善蓄电池系统的运行安全性，尤其在考虑到环境中的湿气情况下改善蓄电池系统的运行安全性。
6.所述技术问题通过一种用于机动车的蓄电池系统解决。有利的改进设计方案在从属权利要求中给出。
7.本发明的基本构思在于，提供一种用于探测存在于蓄电池系统的壳体中的液体的解决方案。如果探测到液体，可以接着发出警告并且以此可以在发生短路或发生明显的腐蚀效果之前及时介入。由此改善了蓄电池系统的运行安全性并且一般来说改善了具有该蓄电池系统的机动车的运行安全性。
8.但是原则上由此也产生了减少用于蓄电池系统的壳体的优选仍然防水设计的措施和/或通常使其更有利的可能性。为了使所公开的解决方案能探测到水进入壳体，因此也可以在例如维护间隔之外适时介入，与没有相应探测可能性的蓄电池系统相比，这至少可以在一定程度上降低对壳体的密封性要求。
9.尤其建议一种用于机动车的蓄电池系统，其具有：
10.(优选防水设计的和/或封闭的)壳体，在该壳体中容纳有至少一个带有多个蓄电池单池的蓄电池模块；
11.至少一个传感器，该至少一个传感器设置为将电磁辐射沿(虚拟的)传感器轴线发射到壳体内和/或发射到壳体的内底部区域上并且检测(尤其从所述内部地板区域)反射的辐射；
12.至少一个评估装置，该至少一个评估装置设置为根据反射的辐射探测壳体内是否
存在液体。
13.如下文还会提到，该解决方案通常设置用于探测壳体内部空间中的运动。相反，壳体中的静态特性，如恒定的水位，不能被探测到或者只能不太准确地探测到。这是基于这样的想法，即液体将在行驶的车辆中移动并尤其由于作用的动态力而将形成波。这些波或与此相关的液位的上升和下降可以通过传感器检测到。为此优选使用雷达传感器并且尤其多普勒雷达传感器形式的传感器。它们可以基于多普勒效应工作并根据反射的辐射检测可能存在的液体的运动。
14.但是原则上也可以想到，使用距离传感器，尤其光学距离传感器，或者换句话说，光学距离测量传感器。在此例如可以是三角测量传感器。它们可以检测可能存在的液位的高度。例如可以这样进行：当不存在液体时，到内底部区域的距离值被存储作为目标值，并且偏差，尤其测得的距离值的减小被评估为存在液体(例如从超过确定的阈值或公差值起)。
15.评估装置可以集成在传感器中。备选的是，评估装置可以是蓄电池系统的一般控制装置和/或机动车控制设备的一部分。评估装置可以从检测反射的辐射的传感器的检测单元得到关于反射的辐射的信息，例如强度测量值并且特别优选与时间有关的强度测量值。评估装置可以设置为在考虑多普勒效应的情况下，以本身已知的方式，根据反射的辐射探测可能存在的液体或通常能反射的对象的运动，和/或在此基础上确定到相应对象的距离测量值。
16.通常评估装置可以是计算机装置和/或包括处理器。此外可以配设有存储装置。存储装置可以存储程序指令，所述程序指令在通过处理器执行时，使评估装置执行在此所述的任何措施并且尤其确定步骤、探测步骤或分析步骤。换句话说，以此方式可以提供在此所述的探测功能或评估装置的一般功能。
17.壳体的在此所述的内部区域可以是直接限定由壳体包围的空间体积的边界或直接与其相对的区域。与此不同的是面向环境或直接邻接环境的外部区域。壳体的内底部区域可以是在安装到机动车中时形成水平的和/或垂直下方定位的底部的区域。与此对置地可以定位壳体的内顶部区域，该内顶部区域例如可以垂直定位高于内底部区域。内底部区域和内顶部区域可以通过壳体的(内)侧壁相互连接。优选的是，内底部区域和内顶部区域具有比单个内侧壁更大的面尺寸。尤其，垂直距离(或通常沿与内底部区域和/或内顶部区域正交的轴线的距离)可以小于由内顶部区域和/或内底部区域定义的面的尺寸(尤其作为这些面的宽度尺寸、长度尺寸和/或对角线尺寸)。
18.蓄电池模块优选可以贴靠在内底部区域上并且/或者通常定位在内顶部区域和内底部区域之间。在多个蓄电池模块的情况中，这些蓄电池模块可以分布在内底部区域和内顶部区域之间的间隙中尤其这样分布，使得蓄电池模块面式地分布在相应的间隙中或者说彼此相邻地定位。
19.至少一个传感器可以定位在内顶部区域上或者附近。它尤其可以与内底部区域对置。传感器的传感器轴线可以相对于内底部区域成角度和/或正交地延伸，和/或通常从内顶部区域延伸至内底部区域。基本上电磁辐射可以沿传感器轴线向内底部区域的方向扩散，即沿该轴线传播。优选的是，反射的辐射可以沿同一传感器轴线传播返回至传感器并且在那里到达传感器的检测单元。
20.为了可靠的检测优选的是，在传感器和内底部区域之间的间隙是空的，即传感器轴线延伸穿过壳体中的空的空间至内底部区域。
21.如上所述，传感器优选是雷达传感器并且尤其是多普勒雷达传感器。尤其可以是微波雷达传感器或者说微波多普勒雷达传感器。
22.根据优选的实施方式，评估装置设置为探测在车辆行驶期间(或者换句话说由于或基于车辆的行驶)液体的运动并且由此探测液体的存在。这涉及上述变型设计，其中，优选不检测(或至少不太准确地检测)壳体中的静态的液体水平，而是检测行驶期间液体的运动。若在行驶期间没有探测到壳体内部空间中的运动，就可以以此断定不存在液体。相反若探测到运动，就可以断定存在液体。在该情况中，也有利地使用雷达传感器或者说多普勒雷达传感器。它们通常可以较小且便宜地设计。此外，它们可以不需要或不包括可移动的部件，因此使用这些传感器或通常检测壳体内部空间中任何液体的运动是低成本的且有利的但可靠的用于液体探测的可行方案。
23.评估设备可以具有关于对反射的辐射的影响的参考信息，该参考信息可以与液体的存在无关地出现(并且尤其与液体的运动无关)。以此可以避免错误探测。参考信息可以说明系统导致的对反射的辐射的影响，这些影响可能被评估装置错误地解释为液体或其运动，但不归因于此。例如可以是关于在运行中经常出现的反射的辐射的波动或变化的信息，其可以例如由于振动，尤其在蓄电池系统的固有频率下出现。如果内底部区域相应地振动，这会影响反射的辐射，而不一定是基于液体或其运动。在壳体变形的情况下也会出现类似的效果，例如由于驶过不平路面。
24.换句话说，借助参考信息可以描述和/或定义对反射的辐射的影响和尤其所产生的多普勒效应，其可以被评估装置相应地因为不是由液体引起的而过滤掉或者通常不考虑。除了参考信息，也可以讨论蓄电池系统的由系统或设计导致的表征性的反射或部分反射。
25.在一种改进设计中规定，传感器轴线在壳体的内侧壁附近延伸。内侧壁可以将壳体的内底部区域和内顶部区域相互连接。例如传感器轴线可以定位在相对于内侧壁小于20厘米或甚至小于10厘米的距离处。传感器轴线通常可以与该内侧壁平行地定向。作为补充或者备选，传感器轴线可以定位成距离内侧壁比距离内底部区域和/或内顶部区域的中心更近，或者通常比距离壳体的几何中心更近。这是有利的，因为由于动态力，在内侧壁附近将形成具有如期望那样特别高的波峰的液体波。这些液体波能相应地可靠地探测到，从而普遍提高探测准确度。
26.通常优选使用多于一个的传感器并且例如至少两个传感器。它们优选检测内底部区域的不同的范围。换句话说，多个传感器轴线和多个传感器相互间隔开或者说相互间隔开地到达内底部区域。一般的检测区域和/或传感器分别发射辐射的空间角度可以彼此不同和/或仅部分重叠(优选在内底部区域外部)。通常以此方式提高冗余度，但检测精度也会改善。例如如果由于转弯导致液体在壳体内部的晃动，则只有在第一传感器和另外的传感器都检测到液体和尤其其运动时，评估装置才能断定液体的存在。
27.评估单元也可以设置为根据当前的行驶情况(例如转向角和/或车速)确定期望值，例如期望值是关于由第一传感器和至少一个另外的传感器探测到的液体运动之间的时间间隔或时间顺序。换句话说，评估装置可以例如为了合理性检查的目的确定，由第一传感
器探测到的液体运动(尤其以波峰的形式)何时必须如期望那样被另外的传感器探测到，尤其基于当前的行驶情况。同样也可以确定哪个传感器应首先如期望那样探测到运动。如果传感器的实际探测结果与期望的结果有偏差，则液体探测可以停止和/或被评估为无效。
28.按照一种变型设计，传感器相互间隔开地定位。它们尤其可以定位在壳体的对角线式相互对置的角部区域中。按照另一种变型设计，它们可以沿壳体的长度轴线或者宽度轴线而靠近不同的内侧壁定位。
29.总之规定一种实施方式，传感器相互间隔地和/或靠近壳体的不同的内侧壁地定位。优选的是，传感器的传感器轴线相互平行并且尤其垂直于内底部区域或壳体底部。然而，根据备选的实施方式，传感器轴线彼此成角度地延伸。尤其，它们之间可以围成至少20
°
的角度并且还围成优选最大达60
°
的角度。
30.这实现了，传感器可以彼此靠近地定位，例如在壳体中居中地定位。但由于传感器轴线相互倾斜，所以它们仍然可以检测不同的壳体区域和尤其内底部的区域，以便例如能够以前述方式检测在壳体中传播的液体波。但由于能够实现的、传感器在空间上的相互接近，这些传感器可以可选地定位在共同的壳体中和/或靠近共同的电接头或用于向评估装置传输信号的接头。这能够减少安装耗费和布线耗费。
31.另一种改进设计规定，蓄电池系统还包括测试装置，该测试装置设置为至少暂时以定义的方式改变辐射的反射，以便实现对传感器的功能检查。尤其是，无论是否存在液体，都可以有针对性地影响并且尤其改变辐射的反射，以便检查传感器是否相应地检测到这种情况。如果检测到这种情况，则功能检查是肯定的，如果没有检测到这种情况，则功能检查是否定的。例如，在启用测试装置后，评估装置可以确定由传感器检测到的反射的辐射是否具有目标特性或目标值，如果没有，则断定传感器出现故障。
32.例如测试装置可以选择性地在光路中移动。因此，它可以是机械可移动的测试装置，该测试装置为了执行功能检查被临时移入光路中。备选地，测试装置可以永久保持在光路中，但例如在其边缘区域中。然后测试装置可以包括例如下述类型的可移动的元件，以便暂时以定义的方式改变由其引起的反射，这在功能正常的情况下可由传感器检测到。例如测试装置是压电元件，该压电元件优选可以借助可变或不变的电压控制用于功能检查。它尤其可以是压电式发声器。备选地也可以规定接触器或具有反射面的升力功磁体(hubarbeitsmagnet)。
33.本发明还涉及一种探测在机动车-蓄电池系统的壳体中的液体的方法，其中，至少一个具有多个蓄电池单池的蓄电池模块布置在所述壳体中，所述方法包括：
34.将电磁辐射沿传感器轴线发射到所述壳体的内底部区域上，
35.检测反射的辐射并且以此为基础探测壳体中的液体。
36.所述方法可由根据在此所述任何方面的蓄电池系统执行。可以包括任何另外的特征、任何另外的措施和任何另外的步骤，以执行或者说实现全部上述的功能、效果、运行状态和液体探测。蓄电池系统的特征的全部设计方案和改进设计也可以结合所述方法规定或者说适用于其特征。
37.尤其所述方法也可以包括，在多个传感器的情况下，评估由此分别检测到的辐射反射并且尤其评估其时间间隔或时间顺序。如果一个传感器探测到具有特定特征(例如，特定振幅)的反射的辐射，另一个传感器在低于最大允许阈值的时间间隔内(例如在小于5秒
内)探测到具有类似特征的反射的辐射(或具有低于允许阈值，例如不大于20％的偏差)，这就表明，这些传感器先后依次检测在壳体内传播的液体波。此外，所述方法也可以具有由评估装置描述的任何功能和措施，尤其滤除掉不归因于液体的反射影响，例如根据上述的参考信息。
附图说明
38.下面根据附图阐述本发明的实施例，附图中：
39.图1示出根据第一实施例的蓄电池系统的横截面侧视图；
40.图2以俯视图示出图1的蓄电池系统；
41.图3示出类似于图1的但是第二实施例的横截面侧视图；和
42.图4示出测试装置的原理草图，其可用于任何所述实施例或其他实施例。
具体实施方式
43.在图1中示出根据一个实施例的蓄电池系统10。示出横截面视图，其中，横截面垂直于壳体11的底面12和顶面14。底面12和顶面14通过侧壁16相互连接。侧壁16具有比底面12或者顶面14的长度l更小的高度h。
44.所述面12、14和侧壁16是蓄电池系统的壳体11的一部分。所述壳体11构造成防水的并包围内部的空腔(内部空间)18。一般类型的蓄电池模块20定位在该空腔18中。对于其中一个蓄电池模块20示例性示出是，在该蓄电池模块20中布置有多个蓄电池单池22。此外，传感器24布置在内部空间18中。确切而言，它们布置在顶面14的内壁上，其中，所述内壁定义内顶部区域26。因此，传感器24与底面12对置，确切而言与壳体11的内底部区域28对置。
45.在所示示例中，传感器24分别设计成微波多普勒雷达传感器。它们分别设置为沿(虚拟的)传感器轴线a发射雷达辐射。传感器轴线a分别垂直于底面12和顶面14。它也平行于侧壁16延伸。因此从传感器24开始，雷达辐射垂直向下发射到内部空间18中并且在那里到达从传感器24的视角而言内底部区域28暴露的一部分。从那里，辐射被向传感器24的方向反射。反射的辐射可以由传感器24的未单独示出的检测单元按照多普勒雷达的通常方式检测到。
46.传感器24分别与评估装置30连接。仅示例性地，该评估装置30定位在壳体11外部。它可以是蓄电池系统10的控制设备的或其他车辆控制设备的一部分。评估装置30从传感器24得到相应的测量值、信号和/或与反射的辐射有关的信息。以此为基础，评估装置30确定在传感器24的检测范围内(即在所述辐射入射的空间范围或空间角度中)是否进行了导致多普勒效应的运动。
47.如果液体不在内部空间18中并且没有由于重力而聚集在内底部区域28处，则传感器24将检测不到反射性的移动的对象或质量。然后评估装置30就相应地没有探测到液体。
48.然而在图1中也用在内底部区域28附近的虚线表示存在液体的情况。由于发生车辆运动并在此过程中产生的力，液体通常并非不运动地留在内部空间18的内部，或者说并不具有恒定的水平或者恒定的液位。取而代之的是，例如当液体从一个侧壁16向另一个侧壁晃动时形成了波。
49.图1示例性示出液体向右侧的侧壁16移动并在那里积聚的情况。这导致形成起伏
涨落的波峰。这由传感器24检测为移动的质量。评估装置30接着可以确定壳体11的内部空间18中存在液体并发出警告。
50.图2示出图1的蓄电池系统10的俯视横截面图。该横截面在此垂直于图1的横截面延伸。该横截面此外在盖面14下方延伸，以便在图2中看到没有被盖面14覆盖的内底部区域28。可以看到，多个蓄电池模块20(示例性仅六个)容纳在内部空间18内。多个蓄电池模块在内部空间18内并排定位，其中，蓄电池模块20分别容纳在底部区域28和未示出的盖面14之间。在此示出了上文已述的传感器24。虚线示出传感器24的备选位置。例如传感器24也可以定位在两个侧壁16相交的相互对置的角部区域中，或者换句话说，沿壳体11的对角线定位。还例如，传感器24可以在结构上集成在共同的单元25中(或者相应的壳体中)。这种变型设计在下文还会根据图3阐述。在此情况中，具有这两个传感器24的单元25优选居中定位在壳体11内部。当然，画出的传感器24都与内底部区域28隔开一定距离(垂直距离)地定位并且优选安装在未示出的内顶部区域26上。
51.参照图3以在与图1相似的横截面视图中，下面进一步阐述带有容纳在其中的传感器24的单元25的变型设计。再次看到传感器24分别沿辐射轴线a发射辐射。然而，辐射轴线a在此过程中是相互倾斜的并且优选也不平行于侧壁16地延伸。取而代之的是，轴线a相互围成角度w，其优选在20
°
至60
°
之间。相应地，传感器24检测内底部区域28的不同部段，或对准该内底部区域28的不同的局部区域。如果现在基于上述关联产生了沿内底部区域28移动的液体波(例如从侧壁16行进到侧壁16或通常在壳体11内部来回晃动)，则其由传感器24中的一个探测为相应的运动，但然后不久也被另一个传感器24探测为相应的运动。如果两个传感器没有相应的探测，在图3中没有单独示出的评估装置30可以断定有错误探测。相反，如果优选在最大允许的时间段内这两个传感器24进行了相应的先后相继的探测，则评估装置30可以说通过相应的额外的合理性检查利用更高探测精度探测液体运动并且以此探测液体的存在。
52.最后在图4中以放大的单独视图示出传感器24之一，所述传感器可用于任意前述实施例，但也可独立用于未单独示出的其他实施例。再次示出传感器轴线a，传感器24沿该传感器轴线向环境中发射辐射(表示为相应的波阵面)。此外还示出检查单元40，检查单元包括可移动到检测区域或者说空间角中的部段42，传感器24向检测区域或者说空间角中发射。例如所述部段可选择性地折入到该检测区域或者说空间角中，为此可以设置未单独显示的执行器。
53.压电元件44布置在部段42上，所述压电元件优选由于所述折入检测区域中而与传感器24或其检测单元对置。通过在检测范围内的定位或折入过程就已经改变了由传感器24发射的辐射的辐射反射。这已经可以由传感器24探测到。然而为了进行特别精确的功能检查，在所示的例子中优选规定以定义的方式控制压电元件44。为此可以将脉冲类的或随时间改变的电压(例如电压脉冲序列)施加到压电元件44上。该压电元件44接着执行定义的运动，以便尤其以定义的方式改变并且优选重复改变到传感器24的距离。这触发多普勒效应，其可由传感器24或图4中未单独示出的评估装置30检测为相应的运动。然后，传感器检测到的运动可以与以定义的方式预先规定的运动，例如以电压脉冲的形式对比。如果检测到的运动与经电压变化预先规定的运动一致，则功能测试的结果可以是肯定的。否则可以识别到传感器24的故障并输出相应的警告。
54.附图标记列表：
55.10 蓄电池系统
56.11 壳体
57.12 底面
58.14 顶面
59.16 侧壁
60.18 内部空间
61.20 蓄电池模块
62.21 蓄电池单池
63.24 传感器
64.25 单元
65.26 内顶部区域
66.28 内底部区域
67.30 评估装置
68.40 检查装置
69.42 部段
70.44 压电元件
71.h 高度
72.l 长度
73.a 传感器轴线
74.w 角度